專題3

機(jī)械加工精度與

工藝系統(tǒng)剛度及受力變形目錄一、機(jī)械加工精度二、工藝系統(tǒng)剛度的概念及計(jì)算三、工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響四、機(jī)床部件剛度五、減少工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度影響的措施六、工件殘余應(yīng)力引起的變形一、機(jī)械加工精度（一）概念加工精度是指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)（尺寸、形狀及各表面相互位置等參數(shù)）與理想幾何參數(shù)的符合程度。符合程度越高，加工精度就越高。反之，越低。

理想幾何參數(shù)表面—絕對(duì)平面、圓柱面等；位置—絕對(duì)平行、垂直、同軸等；尺寸—位于公差帶中心。一、機(jī)械加工精度機(jī)械加工精度尺寸精度形狀精度位置精度一般情況下，形狀誤差應(yīng)限制在位置公差之內(nèi)，而位置誤差又應(yīng)限制在尺寸公差之內(nèi)。一、機(jī)械加工精度（二）獲得加工精度的方法1、獲得尺寸精度的方法試切法：用于單件小批生產(chǎn)；調(diào)整法：用于成批大量生產(chǎn)；定尺寸刀具法：生產(chǎn)率高，刀具制造復(fù)雜；自動(dòng)控制法：切削測(cè)量補(bǔ)償自動(dòng)完成。一、機(jī)械加工精度一、機(jī)械加工精度一、機(jī)械加工精度2、獲得形狀精度的方法軌跡法：利用刀尖運(yùn)動(dòng)軌跡形成工件表面形狀；成形刀具法：由刀刃的形狀形成工件表面形狀；展成法：由切削刃包絡(luò)面形成工件表面形狀；3、獲得相互位置精度的方法主要由機(jī)床精度、夾具精度和工件的裝夾精度來保證。仿形法：在普通銑床上用軸向剖面形狀與被切齒輪齒槽形狀完全相同的銑刀切制齒輪的方法。一、機(jī)械加工精度(三)加工誤差與原始誤差加工誤差是指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)對(duì)理想幾何參數(shù)的偏離程度。加工誤差的大小表示了加工精度的高低，加工誤差是加工精度的度量。由機(jī)床、夾具、刀具和工件組成的機(jī)械加工工藝系統(tǒng)的誤差是工件產(chǎn)生加工誤差的根源。我們把工藝系統(tǒng)的各種誤差稱之為原始誤差。使工藝系統(tǒng)各組成部分之間的位置關(guān)系或速度關(guān)系偏離了理想狀態(tài)，致使加工后的零件產(chǎn)生了加工誤差。一、機(jī)械加工精度一、機(jī)機(jī)械加加工精精度原始誤誤差對(duì)對(duì)加工工誤差差的影影響各種原原始誤誤差的的大小小和方方向各各有不不同，，而加加工誤誤差則則必須須在工工序尺尺寸方方向上上測(cè)量量。所所以原原始誤誤差的的方向向不同同時(shí)對(duì)對(duì)加工工誤差差的影影響也也不同同。把對(duì)加加工誤誤差影影響最最大的的那個(gè)個(gè)方向向（即即通過過刀刃刃的加加工表表面的的法線線方向向）稱稱為誤差敏敏感方方向。★一、機(jī)機(jī)械加加工精精度dΔRR+ΔRRΔYoDΔRΔZZY當(dāng)主軸軸在Z方向存存在誤誤差△Z時(shí)，反反映到到工件件半徑徑方向向上的的誤差差為△Rz當(dāng)主軸軸在Y方向存存在誤誤差△Y時(shí)，則則此誤誤差將將是1：1反映到到工件件半徑徑方向向上一、機(jī)機(jī)械加加工精精度圖例一、機(jī)機(jī)械加加工精精度一、機(jī)機(jī)械加加工精精度(四)影響加加工精精度的的因素素一、機(jī)機(jī)械加加工精精度

加工精度尺寸精度形狀精度位置精度

加工誤差與理想零件的偏離加工精度的另一描述

工藝系統(tǒng)機(jī)床刀具夾具工件

原始誤差工藝系統(tǒng)的誤差產(chǎn)生加工誤差的根源包括工藝系統(tǒng)靜誤差、動(dòng)誤差

研究加工精度方法統(tǒng)計(jì)分析法二、工工藝系系統(tǒng)剛剛度的的概念念及計(jì)計(jì)算產(chǎn)生原原因：：切削加加工時(shí)時(shí)，工工藝系系統(tǒng)在在切削削力、、夾緊緊力以以及重重力等等的作作用下下，將將產(chǎn)生生相應(yīng)應(yīng)的變變形，，使刀刀具和和工件件在靜靜態(tài)下下調(diào)整整好的的相互互位置置，以以及切切削成成形運(yùn)運(yùn)動(dòng)所所需要要的正正確幾幾何關(guān)關(guān)系發(fā)發(fā)生變變化，，而造造成加加工誤誤差。。三、工工藝系系統(tǒng)剛剛度對(duì)對(duì)加工工精度度的影影響工藝系統(tǒng)：機(jī)床、夾具、工件、刀具外力：切削力、傳動(dòng)力、慣性力、夾緊力、重力產(chǎn)生加工誤差破壞了了刀具具、工工件間間相對(duì)對(duì)位置置工藝系系統(tǒng)受受力變變形現(xiàn)現(xiàn)象例如車車削細(xì)細(xì)長(zhǎng)軸軸時(shí)，，工件件在切切削力力的作作用下下會(huì)發(fā)發(fā)生變變形，，使加加工出出的軸軸出現(xiàn)現(xiàn)中間間粗兩兩頭細(xì)細(xì)的情情況。。二、工藝系系統(tǒng)剛度的的概念及計(jì)計(jì)算（一）物體體的剛度任何一個(gè)物物體受力后后總要產(chǎn)生生一些變形形。作用力力F與其作用下下產(chǎn)生的變變形量y的比值，稱稱為物體的的剛度。二、工藝系系統(tǒng)剛度的的概念及計(jì)計(jì)算（二）工藝藝系統(tǒng)的靜靜剛度二、工藝系系統(tǒng)剛度的的概念及計(jì)計(jì)算一、工藝系系統(tǒng)剛度的的概念及計(jì)計(jì)算（三）工藝藝系統(tǒng)剛度度的計(jì)算工藝系統(tǒng)在在某一處的的法向總變變形y是各個(gè)組成成環(huán)節(jié)在同同一處的法法向變形的的迭加：分別為機(jī)床床受力變形yjc、夾具變形形yjj、刀具變形形yd、工件變形形yg一、工藝系系統(tǒng)剛度的的概念及計(jì)計(jì)算已知工藝系系統(tǒng)各組成成環(huán)節(jié)的剛剛度，即可可求得工藝藝系統(tǒng)的剛剛度三、工藝系系統(tǒng)剛度對(duì)對(duì)加工精度度的影響（一）切削削力作用點(diǎn)點(diǎn)位置變化化引起的工工件形狀誤誤差（二）切削削力大小變變化引起的的加工誤差差（三）夾緊緊力和重力力引起的加加工誤差（四）傳動(dòng)動(dòng)力和慣性性力對(duì)加工工精度影響響三、工藝系系統(tǒng)剛度對(duì)對(duì)加工精度度的影響（一）切削削力作用點(diǎn)點(diǎn)位置變化化引起的工工件形狀誤誤差1、機(jī)床的變變形2、工件的變變形3、工藝系統(tǒng)統(tǒng)的變形三、工藝系系統(tǒng)剛度對(duì)對(duì)加工精度度的影響（一）切削削力作用點(diǎn)點(diǎn)位置變化化引起的工工件形狀誤誤差假定條件：工件短而粗粗，車刀懸懸伸長(zhǎng)度很很短，工件件和刀具的的剛度很好好，其受力力變形比機(jī)機(jī)床的變形形小，可忽忽略不計(jì)。。（單因素素法）FA，F(xiàn)y，F(xiàn)B之間的關(guān)系系符合力矩矩平衡計(jì)算得：1機(jī)床的變形形三、工藝系系統(tǒng)剛度對(duì)對(duì)加工精度度的影響（一）切削削力作用點(diǎn)點(diǎn)位置變化化引起的工工件形狀誤誤差1機(jī)床的變形形三、工藝系系統(tǒng)剛度對(duì)對(duì)加工精度度的影響（一）切削削力作用點(diǎn)點(diǎn)位置變化化引起的工工件形狀誤誤差機(jī)床的總變變形是隨著著切削力作作用點(diǎn)（x）的變化的的在x＝0和x＝L的情況下，，工件變形形較大在時(shí)時(shí)，機(jī)床變變形最小變形大的地地方，從工工件上切去去的金屬層層薄，變形形小的地方方，切除的的金屬層厚厚所以，機(jī)床床受力變形形而使得加加工出來的的工件呈兩兩端粗，中中間細(xì)的馬馬鞍型。計(jì)算結(jié)果說說明1機(jī)床的變形形三、工藝系系統(tǒng)剛度對(duì)對(duì)加工精度度的影響（一）切削削力作用點(diǎn)點(diǎn)位置變化化引起的工工件形狀誤誤差工件加工結(jié)結(jié)果1機(jī)床的變形形三、工藝系系統(tǒng)剛度對(duì)對(duì)加工精度度的影響（一）切削削力作用點(diǎn)點(diǎn)位置變化化引起的工工件形狀誤誤差2工件的變形形三、工藝系系統(tǒng)剛度對(duì)對(duì)加工精度度的影響（一）切削削力作用點(diǎn)點(diǎn)位置變化化引起的工工件形狀誤誤差2工件的變形形在兩頂尖裝裝夾剛性差差的細(xì)長(zhǎng)軸軸，假設(shè)不考考慮機(jī)床刀刀具變形，，即可由公公式得出：：當(dāng)x＝0或x＝L時(shí)，變形最最小，為0當(dāng)x＝L/2時(shí)，工件剛剛度最小，，變形最大大加工結(jié)果：：工件呈鼓形形三、工藝系系統(tǒng)剛度對(duì)對(duì)加工精度度的影響（一）切削削力作用點(diǎn)點(diǎn)位置變化化引起的工工件形狀誤誤差3工藝系統(tǒng)的的變形三、工藝系系統(tǒng)剛度對(duì)對(duì)加工精度度的影響（一）切削削力作用點(diǎn)點(diǎn)位置變化化引起的工工件形狀誤誤差3工藝系統(tǒng)的的變形三、工藝系系統(tǒng)剛度對(duì)對(duì)加工精度度的影響（一）切削削力作用點(diǎn)點(diǎn)位置變化化引起的工工件形狀誤誤差3工藝系統(tǒng)的的變形三、工藝系系統(tǒng)剛度對(duì)對(duì)加工精度度的影響（二）切削削力大小變變化引起的的加工誤差差假設(shè)條件：車床加工短短軸，工藝藝系統(tǒng)的剛剛度變化不不大，（近近似常量））毛坯形狀誤誤差較大或或者材料硬硬度很不均均勻，工件件加工時(shí)切切削力的大大小就會(huì)有有較大的變變化，從而而引起工件件的加工誤誤差三、工藝系系統(tǒng)剛度對(duì)對(duì)加工精度度的影響（二）切削削力大小變變化引起的的加工誤差差以橢圓截面面車削為例例說明ap1Δ1ap2Δ2毛坯外形工件外形由于工藝系系統(tǒng)受力變變形，使毛毛坯誤差部部分反映到到工件上，，此種現(xiàn)象象稱為“誤差復(fù)映”.三、工藝系系統(tǒng)剛度對(duì)對(duì)加工精度度的影響（二）切削削力大小變變化引起的的加工誤差差三、工藝系系統(tǒng)剛度對(duì)對(duì)加工精度度的影響車削前圓度度誤差：車削后圓度度誤差：誤差復(fù)映系系數(shù)三、工藝系系統(tǒng)剛度對(duì)對(duì)加工精度度的影響（二）切削削力大小變變化引起的的加工誤差差第一次走刀刀：第n次走刀：則：可見：n↑，則：ε↓；kxt↑，則：ε↓三、工藝系系統(tǒng)剛度對(duì)對(duì)加工精度度的影響（二）切削削力大小變變化引起的的加工誤差差1、增加走刀刀次數(shù)可大大大減小工工件的復(fù)映映誤差2、當(dāng)工件毛毛坯有形狀狀誤差（如如圓度、圓圓柱度、直直線度等））或者相互互位置誤差差（如偏心心、徑向跳跳動(dòng)等）時(shí)時(shí)，加工后后仍然會(huì)有有同類的加加工誤差出出現(xiàn)。在成成批大量生生產(chǎn)中用調(diào)調(diào)整法加工工一批工件件時(shí)，如毛毛坯尺寸不不一，則加加工后，這這批工件仍仍有尺寸不不一的誤差差結(jié)論論三、工藝系系統(tǒng)剛度對(duì)對(duì)加工精度度的影響（二）切削削力大小變變化引起的的加工誤差差結(jié)論論3、毛坯硬度度不均勻，，同樣會(huì)造造成加工誤誤差4、在采用調(diào)調(diào)整法成批批生產(chǎn)情況況下，控制制毛坯材料料硬度的均均勻性是重重要。因?yàn)闉榧庸み^程程中走刀次次數(shù)通常已已定，如果果一批毛坯坯材料的硬硬度差別很很大，就會(huì)會(huì)使得洞見見的尺寸分分散范圍擴(kuò)擴(kuò)大，甚至至超差三、工藝系統(tǒng)統(tǒng)剛度對(duì)加工工精度的影響響（三）夾緊力力和重力引起起的加工誤差差套筒夾緊變形形誤差及采用用開口過渡環(huán)環(huán)三、工藝系統(tǒng)統(tǒng)剛度對(duì)加工工精度的影響響（三）夾緊力力和重力引起起的加工誤差差三、工藝系統(tǒng)統(tǒng)剛度對(duì)加工工精度的影響響（三）夾緊力力和重力引起起的加工誤差差機(jī)床部件自重重引起地橫梁梁變形三、工藝系統(tǒng)統(tǒng)剛度對(duì)加工工精度的影響響（四）傳動(dòng)力力和慣性對(duì)加加工精度影響響在車床或磨床床類機(jī)床上加加工軸類零件件時(shí)，常用單單爪撥盤帶動(dòng)動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)。。傳動(dòng)力在撥撥盤的每一轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)中不斷改變變方向，和慣慣性力一樣，，其在誤差敏敏感方向的分分力有時(shí)將工工件推向刀具具，有時(shí)將工工件拉離刀具具，從而造成成工件的圓度度誤差。傳動(dòng)力引起的的加工誤差三、工藝系統(tǒng)統(tǒng)剛度對(duì)加工工精度的影響響（四）傳動(dòng)力力和慣性對(duì)加加工精度影響響慣性力引起的的加工誤差在切削加工中中，由于高速速旋轉(zhuǎn)的零部部件（包括夾夾具、工件和和刀具）的不不平衡而產(chǎn)生生離心力。在在每一轉(zhuǎn)中，，離心力不斷斷改變方向，，它在誤差敏敏感方向的分分力有時(shí)將工工件推向刀具具，有時(shí)將工工件拉離刀具具，使工藝系系統(tǒng)的受力變變形發(fā)生變化化，從而引起起加工誤差。。四、機(jī)床部件件剛度（一）機(jī)床部件件剛度測(cè)定1、靜態(tài)測(cè)定法法機(jī)床不工作狀狀態(tài)下，模擬擬切削時(shí)受力力情況，對(duì)機(jī)機(jī)床施加靜載載荷，測(cè)出機(jī)機(jī)床各部件在在不同靜載荷荷下的變形，，就可以作出出各部件的剛剛度特性曲線線并計(jì)算出剛剛度2、工作狀態(tài)測(cè)測(cè)定法依據(jù)誤差復(fù)映映規(guī)律，進(jìn)行行計(jì)算四、機(jī)床部件件剛度四、機(jī)床部件件剛度1、變形與作用用力不是線性性關(guān)系，反映映刀架變形不不純粹是彈性性變形2、加載與卸載載曲線不重合合，說明有能能量損失——克服部件內(nèi)零零件件摩擦和和接觸塑性變變形所做的功功3、卸載后曲線線不回到原點(diǎn)點(diǎn)，說明有殘殘留變形，反反復(fù)加載，殘殘留變形逐漸漸接近于04、部件的實(shí)際際剛度遠(yuǎn)小于于估算剛度說明明四、機(jī)床部件件剛度（二）影響機(jī)機(jī)床部件剛度度的因素零件表面總是是存在著宏觀觀和微觀的形形狀誤差，連連接表面之間間的實(shí)際接觸觸面積小于名名義接觸面積積。在外力作作用下，這些些接觸處將產(chǎn)產(chǎn)生較大的接接觸應(yīng)力而引引起接觸變形形。既有彈性性變形，也有有局部的塑性性變形。1.連接表面的接接觸變形四、機(jī)床部件件剛度（二）影響機(jī)機(jī)床部件剛度度的因素連接表面間的的接觸變形零件接觸面在在外力作用下下抵抗接觸變變形的能力稱稱為接觸剛度。影響接觸剛剛度的主要因因素是接觸表面的粗粗糙度、表面形狀誤差差、材料的硬度等。四、機(jī)床部件件剛度（二）影響機(jī)機(jī)床部件剛度度的因素薄弱零件變形形示意圖如果部件中有有某些剛度很很低的零件時(shí)時(shí)，受力后這這些低剛度零零件會(huì)產(chǎn)生很很大的變形，，使整個(gè)部件件的剛度降低低。如圖所示示，由于床鞍鞍部件中的楔楔鐵細(xì)長(zhǎng)、剛剛性差，不易易加工平直，，加上使用接接觸不良，在在外力作用下下，就會(huì)產(chǎn)生生很大變形，，使部件剛度度大大降低。。2.部件中薄弱零零件的影響五、減少工藝系統(tǒng)統(tǒng)受力變形對(duì)對(duì)加工精度影影響措施（一）提高工工藝系統(tǒng)的剛剛度（二）減小載載荷及其變化化五、減少工藝系統(tǒng)統(tǒng)受力變形對(duì)對(duì)加工精度影影響措施（一）提高工工藝系統(tǒng)的剛剛度1.提高工件的剛剛度增加支承提高高工件的剛度度a）采用中心架架b）采用跟刀架架五、減少工藝系統(tǒng)統(tǒng)受力變形對(duì)對(duì)加工精度影影響措施（一）提高工工藝系統(tǒng)的剛剛度2.提高機(jī)床部件件的剛度采用輔助支承承提高機(jī)床部部件的剛度五、減少工藝系統(tǒng)統(tǒng)受力變形對(duì)對(duì)加工精度影影響措施（一）提高工工藝系統(tǒng)的剛剛度3.提高接觸剛度度一般部件的剛剛度都是接觸觸剛度低于實(shí)實(shí)體零件的剛剛度，所以提提高接觸剛度度是提高工藝藝系統(tǒng)剛度的的關(guān)鍵。常用的提高接接觸剛度方法法：（1）提高機(jī)床部部件中零件間間接合表面的的質(zhì)量（2）給機(jī)床部件件以預(yù)加載荷荷（3）提高工件定定位基準(zhǔn)面的的精度和減小小表面粗糙度度值五、減少工藝系統(tǒng)統(tǒng)受力變形對(duì)對(duì)加工精度影影響措施（一）提高工工藝系統(tǒng)的剛剛度4.合理裝夾工件件，減小夾緊緊變形五、減少工藝系統(tǒng)統(tǒng)受力變形對(duì)對(duì)加工精度影影響措施（一）提高工工藝系統(tǒng)的剛剛度4.合理裝夾工件件，減小夾緊緊變形五、減少工藝系統(tǒng)統(tǒng)受力變形對(duì)對(duì)加工精度影影響措施（一）提高工工藝系統(tǒng)的剛剛度5.采用補(bǔ)償或轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移變形的方方法變形補(bǔ)償法五、減少工藝系統(tǒng)統(tǒng)受力變形對(duì)對(duì)加工精度影影響措施（二）減小載載荷及其變化化適當(dāng)?shù)墓に嚧氪胧哼x擇合合理的刀具幾幾何參數(shù)和切切削用量，以以減小切削力力，就可以減減少受力變形形毛坯分組，使使得一次調(diào)整整中加工的毛毛坯余量比較較均勻，就能能減小切削力力的變化，減減小復(fù)映誤差差六、工件殘余余應(yīng)力引起的的變形（一）毛坯制制造和熱處理理過程產(chǎn)生的的殘余應(yīng)力。。在鑄、鍛、焊焊、熱處理等等加工過程中中，由于各部部分冷熱收縮縮不均勻以及及金相組織轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變的體積變變化，是毛坯坯內(nèi)部產(chǎn)生了了相當(dāng)大的殘殘余應(yīng)力，毛毛坯的結(jié)構(gòu)愈愈復(fù)雜，各部部分的厚度愈愈不均勻，散散熱的條件相相差愈大，則則在毛坯內(nèi)部部產(chǎn)生的殘余余應(yīng)力也愈大大。具具有殘余余應(yīng)力的毛坯坯由于殘余應(yīng)應(yīng)力暫時(shí)處于于相對(duì)平衡的的狀態(tài)，在短短時(shí)間內(nèi)還看看不出什么變變化。當(dāng)加工工時(shí)某些表面面被切去一層層金屬后，就就打破了這種種平衡，殘余余應(yīng)力將重新新分布，零件件就明顯地出出現(xiàn)了變形。。六、工件殘余余應(yīng)力引起的的變形鑄件的殘余應(yīng)應(yīng)力及加工后后的變形六、工