《加工精度分析》PPT课件.ppt
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1、第一章加工精度分析v加工精度概述加工精度概述v1.1.1加工精度与加工质量加工精度与加工质量v1加工精度与加工误差加工精度与加工误差v2质量内容质量内容v3制造质量制造质量1.1.2.获得加工精度的方法获得加工精度的方法一获得尺寸精度的方法v1试切法试切法v边加工边测量,直到达到加工精度要求。如图1-1所示。vv2调整法(定程法)调整法(定程法)v图1-2先用试切法或用样板、样件、对刀元件等确定刀具、夹具与工件之间的位置。v3定尺寸刀具法定尺寸刀具法v采用一定精度的定尺寸刀具进行加工。v如图1-3所示v4自动获得法自动获得法(主动测量法)图1-3定尺寸刀具法v二二获得形状精度的方法获得形状精度
2、的方法v1轨迹法轨迹法v依靠刀具与工件之间的相对运动轨迹获得工件的形状。如(图1-4)所示v2成形法成形法v利用刀具刃口形状获得工件的形状精度。如(图1-5)所示v3展成法展成法v利用刀具与工件之间严格的啮合运动形成的包络线形成工件的形状。如(图1-6)所示v三三获得位置精度的方法获得位置精度的方法v1、一次安装法、一次安装法v在一次安装中把位置精度要求高的表面加工出来,主要靠机床各部件之间的位置精度来保证。如图1-7所示v2、多次安装法、多次安装法v在多次安装中完成各个表面的加工。如较复杂的箱体加工,往往要经过多道工序的加工,其位置精度要靠机床和夹具共同保证。如图1-8所示1.1.3研究加工
3、精度的方法研究加工精度的方法v一一误差因素分析法误差因素分析法v利用因果图(鱼刺图)通过测试、分析、计算,找出导致误差的主要因素。如图1-9所示,v二二统计分析法统计分析法v利用统计分析原理对测试结果进行处理,找出误差规律,指导生产。v1分布曲线法v2点图法v误差合成计算公式误差合成计算公式v1找出主要致差因素后,可按下式进行合成求出系统综合误差:v2当各个因素呈现函数关系时可对各误差因素求偏导数,以全微分表示误差的关系:v1产品的制造过程产品的制造过程v加工精度是在生产过程中获得的,误差是在加工过程中形成的,所以致差原因及其对策要到制造过程中去找(图1-10)v2十大原始误差十大原始误差v1
4、.1.4加工误差的来源加工误差的来源图1-10产品的制造过程返回v1.2.1原理误差(方法误差)原理误差(方法误差)v利用近似的加工运动或近似的刀具轮廓,进行加工形成的误差称为原理误差。又称理论误差。1.2工艺系统几何误差及原理误差工艺系统几何误差及原理误差v例例1铣制齿轮铣制齿轮v(图1-11)v用模数铣刀铣齿轮时,因为齿形是基圆半径的函数,同模数,齿数不同,渐开线形状也不一样。即每种模数、每种齿数都应有相对应的铣刀。这是一个排列组合问题,数量大得无法办得到。实际上每种模数用815把刀管所有的齿数。必然带来误差。图1-11v例例2滚切齿轮滚切齿轮v(图1-12)v渐开线齿形理想表面为连续的渐
5、开线,但是,由于滚刀刀齿不连续(若连续即为普通蜗杆,无切削能力),使每个刀齿之间总有一定距离。所以齿形实际上是一系列的折线组成的。图112v例例3车制蜗杆车制蜗杆(图1-13)v在车床上车制蜗杆时,机床挂轮比i=i1*i2*i3=P/T=m/T,式中为无理数,不可能得到精确值。必然导致工件误差。vP工件蜗杆导程,vm蜗轮模数,vT车床丝杆螺距图113v1.2.2机床误差(机床误差(1)v机床虽然制造精度要求比普通机械高,但仍存在误差。其误差主要来自四个方面:v1)制造误差;2)安装调整误差;3)使用磨损;4)受力受热变形。机床误差对加工精度影响较大的有:主轴轴系误差;导轨误差与传动链误差。v1
6、.2.2.1主轴轴系误差主轴轴系误差v按误差性质可分为几何偏心和运动偏心。v造成几何偏心的原因是:主轴锥孔与轴线不同轴;定心外圆前后不同轴;轴肩支承面与轴线不垂直;轴颈的形状误差。一一主轴的径向跳动主轴的径向跳动v例例1车床主轴与主轴承为间隙配合,设主轴轴颈有圆度误差为椭圆形,FyF重。试分析对工件精度的影响。如图1-14v分析分析vFy方向不变,主轴颈与主轴承贴合点不变;v主轴颈各点依次在贴合点与轴承接触;v主轴中心在某个范围波动,导致工件误差,大小取决于主轴颈;v主轴承形状误差对工件无影响,工件椭圆与主轴相差/2。图1-14车外圆时的主轴颈与主轴承v例例2镗床主轴与主轴承为间隙配合,设主轴
7、轴颈有圆度误差(椭圆形)FyF重。试分析对工件精度的影响。图1-15v分析分析vFy方向不断变化,主轴颈与主轴承贴合点也不断变化;v由于主轴(与镗杆相连)的贴合点不变,其形状误差对加工精度无影响。v主轴承形状误差将直接反映到工件上。v结论结论v分析主轴与主轴承对加工精度的影响时,Fy方向不变找主轴,反之,找主轴承。径向跳动将影响工件的形状精度。图1-15镗孔时的主轴颈与主轴承v例例3试分析车床主轴轴肩与主轴承端面跳动对加工精度的影响v分析分析v主轴轴肩面与主轴承端面两者只要有一个基本无误差,由于轴向预紧力Q的作用,不会发生轴向窜动。(图1-16a,b)v当两者都有误差时会产生轴向窜动,其窜动量
8、的大小等于其中较小的那一个。v(图1-16c)v轴向窜动使工件作往复运动,此误差对车外圆无影响;对车螺纹影响较大,导致螺距误差;其次影响车端面,使端面形成螺旋面。图1-16主轴轴肩与主轴承的端面跳动1.2.2机床误差(机床误差(2)1.2.2.2机床导轨误差机床导轨误差(1)v一一机床导轨对加工精度的影响机床导轨对加工精度的影响v导轨是机床各部件的主要基准,将直接影响到工件的精度。v1导轨的直线度导轨的直线度v以车床为例,若导轨水平面有y的误差,则工件直径将产生2y的误差(图1-17a)若在导轨垂直面内有Z的误差(见图1-17b)v2导轨与主轴不平行导轨与主轴不平行v导轨在垂直面内不平行,将使
9、工件车成双曲线回转体。(见图1-18)v3导轨的扭曲导轨的扭曲v以磨床为例(图1-19),设机床中心高为H,导轨宽度为B,则扭曲引起工件直径的变化量为(磨床H=B)D=2R=2HH/B=2Hv1.2.2.2机床导轨误差(机床导轨误差(2)v二二提高机床导轨精度的措施提高机床导轨精度的措施v1选择合理的导轨形状和组合形式选择合理的导轨形状和组合形式(图1-20)v2提高机床导轨的制造精度提高机床导轨的制造精度v3采用静压导轨或贴塑导轨采用静压导轨或贴塑导轨(如图1-21所示)1.2.2机床误差(机床误差(3)v1.2.2.3机床传动链误差机床传动链误差一、一、机床的传动链误差的影响机床的传动链误
10、差的影响v在需要保持工件与刀具严格的运动关系的内联系传动中,必须严格控制传动链首末端件的相对运动误差,特别是末端件的精度。如车螺纹、铣螺旋槽、滚齿、插齿等等,都要求保持工件与刀具严格的运动关系。v二、减少传动链误差的措施传动链误差的措施1.2.2机床误差机床误差(4)v例如例如:在车床上加工丝杆,若第一齿轮有转角误差1,试分析对工件螺距误差的影响。(见图1-22)v解解:i=Z1/Z2=1/2=n2/n1v5=i4i3i2i11vT/2=P/5vP=T/2(i4i3i2i11)v式中:T机床丝杆螺距;vP工件螺距误差;vi传动比。vv一一刀具制造误差对加工精度的影响刀具制造误差对加工精度的影响
11、v可调刀具因磨损后可调整进刀量进行补偿,所以无直接影响(如车刀、刨刀、单刃镗刀等)。v不可调刀具定尺寸刀具:如钻头、铰刀、拉刀等;成形刀具:如圆球车刀、模数铣刀(图1-23)等v二刀具磨损误差对加工精度的影响刀具磨损误差对加工精度的影响v刀具在调定后,加工过程中产生磨损,无论是可调刀具还是不可调刀具,对加工精度都有影响。(图1-24)v1.2.3刀具误差刀具误差图1-24返回v以车削外圆为例,磨损对一件工件而言将产生锥度,对一批工件而言将使工件平均尺寸上升。磨损误差是系统性误差,可用公式表达:v=c+L0v式中:总磨损量,mvc初始磨损量,mv0单位磨损量,m/kmvL切削路程,km。v例:用
12、YT15车刀加工长5M的丝杆外圆,工件材料为45钢,要求加工后D=100h7。选V=150m/min,ap。1)计算工件因刀具磨损而引起的误差。v2)能否满足工件的精度要求,若不满足应取何对策?v解:1)A求总磨损量根据切削条件查表,C=8m,0=8m。v切削路程L=Dn总v=c+L0=8+5.2368=49.888m50mvB求磨损引起的直径增量vv2)查公差表,h7的公差为0.035mm.显然v三三对策对策vA提高刀具耐用度(如更换刀具材料,对刀具进行涂层处理等)。vB采用可补偿性刀具(如用电致伸缩器)。vC采用数控车床加工,对其磨损自动进行补偿。vD留加工余量,采用高一级的加工方法精加工
13、(如磨削)。v夹具的制造误差与磨损也直接影响工件的加工精度,其中以定位元件与刀具导引件影响较大。如图1-25所示v结论结论:在大批量生产中,应严格控制夹具的制造误差与磨损,尤其是定位元件与刀具导引件。夹具的相关公差应取工件公差的1/31/5。1.2.4夹具的制造误差与磨损夹具的制造误差与磨损v一一调整误差调整误差v加工时机床、夹具、刀具、工件的相对位置未调准确而产生的误差称为调整误差。主要产生于调整法加工。v二二工件的安装误差的来源工件的安装误差的来源v定位基面与定位元件未贴紧;(见例子)v定位面间的间隙;v定位基准与设计基准不重合;v夹紧变形。1.2.5安装与调整误差安装与调整误差v例例:如
14、图1-26所示,v在卧式铣床上用两把三面刃铣刀同时铣某仪表机床底座导轨两侧面,要求铣后两侧面相对于端面垂直度。工件以底面作为主定位面,置于铣床工作台上,以侧面作为导向面,设置两个支承钉。因批量不大,用螺栓压板压在工作台上。铣完后发现,两侧面相对于端面垂直度达左右,大大超出规定的公差。分析原因,是在拧紧螺栓时的摩擦力矩使工件一头脱离了支承钉。图1-26铣导轨两侧面返回v机械加工中,工艺系统在切削力、重力、夹紧力、惯性力等外力作用下,都会发生变形,破坏刀刃与工件的相对位置,导致加工误差。v1.3.1工艺系统的刚度工艺系统的刚度v1、工艺系统是一个弹性系统。、工艺系统是一个弹性系统。(图1-27),
15、受力后易产生变形。v2、影响机理、影响机理工艺系统各种力的作用下v1.3工艺系统的受力变形工艺系统的受力变形v3、变形、变形y的大小的大小v变形y的大小取决于作用力F的大小和工艺系统的刚度K(系统自身抵抗变形的能力)。v刚度K=作用力F/变形y(N/mm)v4、工艺系统的刚度计算、工艺系统的刚度计算vyxt=yjc+yd+yg+yjjv式中:yxt工艺系统的刚度;yjc机床的刚度;yd刀具的刚度;yg工件的刚度;yjj夹具的刚度;vKxt、Kjc、Kd、Kg、Kjj分别为工艺系统、机床、刀具、夹具的刚度。1.3.2工艺系统受力变形对加工精度的影响工艺系统受力变形对加工精度的影响v1.3.2.1
16、工艺系统的受工艺系统的受力变形(力变形(1)v一一切削中刚度变化引切削中刚度变化引起的误差起的误差v1、机床的变形、机床的变形机床是影响机加工精度最主要的因素,机床的变形是各部件变形的综合结果。如图1-28所示,v由此可得机床刚度的计算公式v1.3.2.2工艺系统的受力变形(工艺系统的受力变形(2)v3工艺系统的总变形工艺系统的总变形v由于刀具的变形比较小,略去不计。所以yxt=yjc+yg把前面的(4)(5)式代入得v由上式可见,当Kjc大、Kg小时,工件让刀,加工后工件呈腰鼓形(如图1-29a所示);当Kjc小、Kg大时,两头让刀大,中间为床头与尾座共同承担,让刀小,加工后工件呈双曲线形(
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