第四章-機(jī)械加工精度及其控制

南通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院張華ntuzhh,機(jī)械制造工藝學(xué),第四章機(jī)械加工精度及其控制,一、概述二、工藝系統(tǒng)幾何精度對(duì)加工精度的影響三、工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響四、工藝系統(tǒng)熱變形對(duì)加工精度的影響五、加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析方法,3.1概述,零件加工質(zhì)量指標(biāo)：加工精度；加工表面質(zhì)量加工精度：加工以后零件的實(shí)際幾何參數(shù)與理想零件幾何參數(shù)的符合程度。理想零件幾何參數(shù)絕對(duì)正確的假想零件。幾何參數(shù)尺寸；形狀；表面間的相互位置?！胺稀钡某潭仍礁?，加工精度越高。加工精度指標(biāo)：尺寸精度形狀精度表面相互位置精度,一、機(jī)械加工精度的概念,加工誤差：加工以后零件的實(shí)際幾何參數(shù)與理想零件幾何參數(shù)的偏離程度。零件的加工允許有一定的加工誤差存在。加工誤差的大小反映了加工精度的高低。加工精度和加工誤差是對(duì)加工零件幾何參數(shù)評(píng)定的不同描述方法：前者為定性的，后者為定量。加工精度要求越高，加工成本越高,討論加工精度問(wèn)題，一方面是要求在進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)時(shí)，合理地規(guī)定零件的加工精度；另一方面是對(duì)零件加工過(guò)程中影響加工精度的因素進(jìn)行分析并研究其變化規(guī)律，尋求掌握控制加工誤差的方法，以取得所需的加工精度和研究提高加工精度的途徑。,二、影響機(jī)械加工精度的因素,工藝系統(tǒng)機(jī)床、刀具、夾具和工件組成的加工系統(tǒng)。,工藝系統(tǒng)組成部分的相對(duì)位置和相對(duì)運(yùn)動(dòng),相對(duì)位置和相對(duì)運(yùn)動(dòng)發(fā)生改變,零件的幾何參數(shù),零件幾何參數(shù)發(fā)生變化,切削加工,產(chǎn)生加工誤差,工藝過(guò)程中的其它誤差因素,加工過(guò)程中的物理干擾因素,工藝系統(tǒng)自身的幾何誤差,原始誤差,工藝系統(tǒng)的原始誤差與加工誤差,n工,f,車削細(xì)長(zhǎng)軸的工藝系統(tǒng)原始誤差,原始誤差,工藝系統(tǒng)的幾何誤差及磨損,加工過(guò)程物理因素引起變形,工藝過(guò)程中的其它誤差因素,機(jī)床誤差：主軸回轉(zhuǎn)誤差、導(dǎo)軌誤差?yuàn)A具誤差：卡盤定心誤差,調(diào)頭車的同軸度誤差刀具誤差：長(zhǎng)工件車削引起的車刀磨損,系統(tǒng)受力變形：工件受切削力夾緊力引起變形系統(tǒng)的熱變形：因切削熱引起工件的熱伸長(zhǎng)工件內(nèi)應(yīng)力引起變形：冷校直產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,原理誤差：由加工原理引起的誤差調(diào)整誤差：試切調(diào)整的微量進(jìn)給產(chǎn)生尺寸誤差測(cè)量誤差：由量具、測(cè)量方法、操作者引起,R0,R,R,A0,A,誤差敏感方向,O,Y,Z,當(dāng)=0時(shí)(Y方向):R=當(dāng)=90時(shí)(Z方向)：由于很小R=2/2R00,通過(guò)切削刀刃的加工表面法向稱為誤差敏感方向,X,三、研究加工精度的方法,原始誤差,對(duì)應(yīng)的加工誤差,實(shí)驗(yàn)、測(cè)試分析、計(jì)算,統(tǒng)計(jì)分析法,加工誤差實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),誤差性質(zhì)與規(guī)律的分析,數(shù)據(jù)處理,加工過(guò)程,單因素分析法,數(shù)理統(tǒng)計(jì)法,測(cè)量,產(chǎn)生加工誤差的可能原因,數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論,影響加工精度的主要原因,工藝措施,因果分析,單因素法的分析、試驗(yàn),控制,工藝對(duì)策,抽樣樣本,隨機(jī)抽樣,獲得尺寸精度方法：試切法調(diào)整法定尺寸刀具法自動(dòng)控制法獲得形狀精度方法：軌跡法成形法展成法表面相互位置精度的獲得：由工件的定位安裝精度決定,附：獲得零件加工幾何參數(shù)的方法,獲得尺寸精度的基本方法,試切法以試切測(cè)量調(diào)整再試切的循環(huán)方法，得到刀具與工件的正確位置，以獲得加工表面的尺寸精度。,調(diào)整法預(yù)先調(diào)整好刀具與工件的相對(duì)位置，并在一批零件的加工過(guò)程中保持這個(gè)相對(duì)位置的不變，取得尺寸精度的加工方法。,定尺寸刀具法依靠刀具的尺寸以保證加工面的尺寸。,自動(dòng)控制法將測(cè)量、調(diào)整和切削機(jī)構(gòu)組成自動(dòng)控制系統(tǒng)，以自動(dòng)控制被加工面的尺寸要求。,附A1,鏜孔試切尺寸取得的過(guò)程,h1,h2,h3,h,當(dāng)h3=h時(shí),銑平面試切尺寸的取得,獲得尺寸精度的方法試切法,附A2,獲得尺寸精度的方法定尺寸刀具法,銑槽,拉方孔,附A3,獲得表面形狀的基本方法,軌跡法依靠刀尖運(yùn)動(dòng)軌跡取得所要求的表面幾何形狀。簡(jiǎn)單幾何形狀表面的加工，如圓柱面、圓錐面、平面等。,成形法由成形刀具刀刃形狀取得所要求的表面形狀。成形車刀（砂輪）加工回轉(zhuǎn)曲面、成形銑刀加工曲面、車磨螺紋時(shí)其牙形由刀具形狀所決定。,展成法依靠刀具與工件的相對(duì)嚙合運(yùn)動(dòng)，被加工表面由刀刃在嚙合運(yùn)動(dòng)中的包絡(luò)面所形成。齒輪的滾、插、磨及剃齒加工；加工螺紋的螺旋面成形。,附A4,軌跡法,加工的形狀精度由形成成形運(yùn)動(dòng)軌跡的相對(duì)位置精度決定,n工,磨外圓,仿形車削,鏜錐孔,附A5,成形法,加工的形狀精度高低由成形刀刃的廓形精度決定,車曲面,銑葉片,車螺紋,附A6,展成法,齒形的包絡(luò)線,加工的形狀精度由成形嚙合精度及刀具形狀精度所決定,附A7,滾齒加工,表面間相互位置精度的獲得,1、直接定位安裝（無(wú)需找正）依靠機(jī)床的相關(guān)精度或夾具的定位精度來(lái)保證所需的位置精度要求。2、找正定位安裝取決于找正安裝的精度。3、加工時(shí)的安裝次數(shù)：一次安裝中加工有相互位置要求的多個(gè)面主要取決于機(jī)床（或夾具）的精度。有相互位置要求的面在不同的安裝中加工出加工面相對(duì)于基準(zhǔn)面的位置精度主要決定于由工件在機(jī)床或夾具上的定位精度。,附A8,附A9,直接定位安裝,工件加工面,工件基準(zhǔn)面,機(jī)床切削成形面,機(jī)床安裝面,相加對(duì)工位要置求,機(jī)幾床何的精度,附A10,一次安裝中加工有相互位置要求的多個(gè)表面,同時(shí)銑削a面和b面,一次安裝中先后車端面1；外圓2、3；鏜內(nèi)孔，以保證內(nèi)外圓的同軸度及端面對(duì)孔的垂直度要求。,1,2,3,4,3.2工藝系統(tǒng)幾何精度對(duì)加工精度的影響,一、加工原理誤差二、調(diào)整誤差三、機(jī)床誤差（一）機(jī)床導(dǎo)軌誤差（二）機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差（三）機(jī)床傳動(dòng)鏈誤差四、夾具的制造誤差與磨損五、刀具的制造誤差與磨損,一、加工原理誤差,采用近似成形運(yùn)動(dòng)或近似刀刃輪廓加工所產(chǎn)生的誤差,球頭銑刀行切法加工形成的原理誤差由近似刀具廓形引起,由插補(bǔ)功能產(chǎn)生的原理誤差近似成形運(yùn)動(dòng)引起,滾齒采用非漸開線基本蝸桿滾刀近似刀具輪廓形狀引起原加工展成法所形成的包絡(luò)線齒形近似成形運(yùn)動(dòng)理誤差,原理誤差在不超過(guò)規(guī)定的范圍內(nèi)是合理的,二、調(diào)整誤差,試切法的調(diào)整誤差,A)測(cè)量誤差量具精度；量具的使用條件；測(cè)量方法的影響。,B)試切與正式切削的切削層厚度不同的影響,第一刀試切,第二刀試切,正式切削,C)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的微量進(jìn)給誤差,爬行對(duì)進(jìn)給的影響,試切法的調(diào)整誤差,磨床微量進(jìn)給機(jī)構(gòu),車床進(jìn)給機(jī)構(gòu),B)樣件樣板的誤差,C)試切樣本數(shù)量有限造成的誤差,用試切法的調(diào)整；或采用樣件樣板調(diào)整。,以少量試切樣件平均尺寸作為調(diào)整依據(jù)，不能反映整批工件加工的隨機(jī)誤差，試樣平均尺寸與實(shí)際總體尺寸不符形成調(diào)整誤差。,凸輪杠桿定程機(jī)構(gòu),對(duì)刀塊精度、對(duì)刀時(shí)的調(diào)整精度,調(diào)整法的調(diào)整誤差,A)定程機(jī)構(gòu)的誤差,三、機(jī)床誤差,（一）導(dǎo)軌誤差導(dǎo)軌誤差的概念導(dǎo)軌誤差對(duì)加工精度的影響導(dǎo)軌誤差產(chǎn)生的原因及對(duì)策（二）主軸回轉(zhuǎn)誤差主軸回轉(zhuǎn)誤差的概念主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度的影響影響主軸回轉(zhuǎn)誤差的主要因素提高主軸回轉(zhuǎn)精度的措施,導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差;導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差;前后導(dǎo)軌的平行度誤差(扭曲);導(dǎo)軌對(duì)主軸回轉(zhuǎn)軸線的平行度(或垂直度)誤差.,(一)導(dǎo)軌誤差,磨床導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差,磨床導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差,導(dǎo)軌誤差方向,導(dǎo)軌誤差方向,導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差將使工件產(chǎn)生圓柱度誤差,導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差引起的加工誤差可忽略不計(jì),外圓磨床導(dǎo)軌直線度誤差的影響,R0,Ry,D,O,D,Y,D,O,D,Z,RZ,y,z,z,y,車床導(dǎo)軌誤差對(duì)圓柱面加工精度的影響,水平面內(nèi)的導(dǎo)軌誤差Y將1:1傳遞給工件形成圓柱度誤差Ry,垂直面內(nèi)的導(dǎo)軌誤差Z引起的加工誤差可忽略不計(jì),Ry=Y,RZ=(Z)2/D0,車床前后導(dǎo)軌扭曲引起的加工誤差,y/H=/BR=y=H/BH車床中心高；B前后導(dǎo)軌距離；前后導(dǎo)軌扭曲量。,不同類型機(jī)床的誤差敏感方向不同，導(dǎo)軌誤差對(duì)加工精度的影響也不同。,y,刨床導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)直線度引起加工表面直線度和平面度誤差,平面磨床導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)直線度誤差將引起被磨上平面的平面度誤差,導(dǎo)軌誤差產(chǎn)生的原因及對(duì)策,導(dǎo)軌本身的設(shè)計(jì)制造誤差:對(duì)策：設(shè)計(jì)中在結(jié)構(gòu)、材料、潤(rùn)滑和防護(hù)裝置方面采取措施；并保證制造精度要求。安裝機(jī)床時(shí)引起的導(dǎo)軌誤差:機(jī)床安裝不良引起的導(dǎo)軌誤差遠(yuǎn)大于導(dǎo)軌本身的制造誤差(尤其是長(zhǎng)導(dǎo)軌機(jī)床)。對(duì)策：按照標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行機(jī)床安裝；機(jī)床使用過(guò)程中對(duì)導(dǎo)軌定期檢查復(fù)校及調(diào)整。導(dǎo)軌磨損引起的誤差:對(duì)策：保證充分的潤(rùn)滑和良好的維護(hù)措施。,主軸實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線相對(duì)其理想回轉(zhuǎn)軸線的漂移。理想回轉(zhuǎn)軸線以主軸平均回轉(zhuǎn)軸線代替。（即主軸各瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線的平均位置）,主軸回轉(zhuǎn)精度表測(cè)法,三種基本形式徑向圓跳動(dòng)（徑向跳動(dòng)）端面圓跳動(dòng)（軸向竄動(dòng)）傾角擺動(dòng)（角向擺動(dòng)）,1、主軸回轉(zhuǎn)誤差的概念,(二)主軸回轉(zhuǎn)誤差,r,X,徑向圓跳動(dòng),傾角擺動(dòng),端面圓跳動(dòng),主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差的基本型式,2、主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度的影響,不同型式的主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度的影響與加工方法相關(guān)，需要針對(duì)具體加工方法進(jìn)行分析。,z,A）在鏜床(刀具回轉(zhuǎn)類)上鏜孔實(shí)際軸線O1在y方向作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)：h=Acos（=t）鏜刀點(diǎn)坐標(biāo)：Za=RsinYa=(A+R)cosR鏜刀調(diào)整半徑A主軸徑向圓跳動(dòng)幅值刀尖運(yùn)動(dòng)軌跡：Y/(A+R)2+(Z/R)2=1結(jié)論:鏜床(刀具回轉(zhuǎn)類機(jī)床)鏜孔因主軸徑向跳動(dòng)被加工孔呈圓度誤差(橢圓)。,主軸徑向圓跳動(dòng)造成的加工誤差,實(shí)際軸線Oi在y方向作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)：h=Acos（=t）實(shí)際切削半徑：ri()=Rha圖中O1為最大偏移位置：r1=RAb圖中Oi的偏移位置為：ri=Rh=RAcos在與車刀固連的坐標(biāo)系Om中，ai的坐標(biāo)：y=A+(Rh)cos=Asin2+Rcosz=(Rh)sin=RsinAsincosy2+z2=R2+A2sin2ri()=R1+sin2(A/R)21/2R1+sin2A2/(2R2)RA為微小量，AR；可使用(1+x)1/21+x/2,結(jié)車床(工件回轉(zhuǎn)類機(jī)床)加工孔或外圓時(shí)，因論主軸徑向圓跳動(dòng)引起的加工誤差可忽略不計(jì)。,主軸端面圓跳動(dòng)引起的加工誤差,用車床車端面時(shí)，產(chǎn)生端面跳動(dòng)誤差：包括端面平面度(a)以及端面對(duì)軸線的垂直度誤差(b)。,a),b),主軸轉(zhuǎn)一周來(lái)回跳動(dòng)一次，端面呈螺旋面，跳動(dòng)向前半周為右螺旋面，向后半周為左螺旋面。,端面對(duì)軸線的垂直度誤差近似為：tg=A/R,被切工件端面形狀,車削螺紋時(shí)，車床主軸的端面圓跳動(dòng)方向是螺紋軸線方向，原始誤差發(fā)生在誤差敏感方向，將使被加工螺紋的螺距產(chǎn)生周期誤差，即在螺紋的一圈中（=2），螺距誤差x呈周期性變化。,主軸端面圓跳動(dòng)方向,車削螺紋時(shí)主軸端面圓跳動(dòng)引起螺距誤差,車削加工時(shí)工件每一橫截面內(nèi)的圓度誤差很小，但軸平面有圓柱度誤差（錐度）。車外圓：得到圓形工件，但產(chǎn)生圓柱度誤差（錐體）車端面：產(chǎn)生平面度誤差鏜孔時(shí)，由于主軸的純角度擺動(dòng)使得主軸回轉(zhuǎn)軸線與工作臺(tái)導(dǎo)軌不平行，使鏜出的孔呈橢圓形，如圖示。,主軸純角度擺動(dòng)對(duì)加工精度的影響，取決于不同的加工內(nèi)容。,主軸純角度擺動(dòng)對(duì)鏜孔精度的影響,3、影響主軸回轉(zhuǎn)誤差的主要因素,1）主軸軸承誤差的影響：與主軸軸承類型及機(jī)床類型有關(guān)。,內(nèi)圈與外圈滾道的圓度及波度；滾動(dòng)體的尺寸誤差（尺寸一致性）,主軸軸頸的圓度誤差和波度；軸承（軸瓦）的圓度及波度；機(jī)床的加工形式。,滑動(dòng)軸承,滾動(dòng)軸承,采用滑動(dòng)軸承的主軸徑向跳動(dòng),工件回轉(zhuǎn)類機(jī)床,刀具回轉(zhuǎn)類機(jī)床,切削力方向不變受力接觸部位:軸承(瓦)固定不變,軸頸隨主軸旋轉(zhuǎn)變化,切削力方向在變化受力接觸部位:軸頸固定不變,軸承(瓦)隨主軸旋轉(zhuǎn)變化,軸頸圓度和波度將影響主軸的徑向跳動(dòng)誤差,軸瓦的形狀誤差和波度將影響主軸的徑向跳動(dòng)誤差,工件與主軸相連接,刀具與主軸相連接,2）與軸承配合零件誤差的影響軸瓦或滾動(dòng)軸承內(nèi)圈為薄壁件，裝配以后相配零件的形狀誤差將使軸瓦或內(nèi)圈變形，使軸承原有的精度受到破壞，引起主軸的回轉(zhuǎn)誤差。箱體前后支承孔以及主軸前后支承軸頸的同軸度。3）其他的影響因素：軸承間隙的影響；主軸轉(zhuǎn)速的影響；主軸系統(tǒng)的剛度變化和熱變形的影響。,滑動(dòng)軸承支承孔的圓度。滾動(dòng)軸承支承軸頸的圓度；軸承端面的配套件（如軸肩、套、緊固螺母、端蓋等）。,4、提高主軸回轉(zhuǎn)精度的措施,采用死頂尖支承磨外圓,用鏜模法鏜孔,提高主軸部件的設(shè)計(jì)和制造精度：選用高精度的主軸軸承；提高軸承配合件的精度；滾動(dòng)軸承采取預(yù)緊措施；必要的裝配工藝方法。,設(shè)法使主軸回轉(zhuǎn)誤差不反映給工件誤差轉(zhuǎn)移法。,四、夾具制造誤差與磨損,夾具組成部分的制造誤差（定位、對(duì)刀導(dǎo)向元件；分度機(jī)構(gòu)；夾具體等）夾具的裝配精度裝配圖的技術(shù)要求。夾具的磨損。,d,鉆套孔到定位面的距離,鉆套孔與定位面的平行度,鉆套孔的尺寸精度,鉆模精度對(duì)鉆孔精度的影響,A,a,b,B,設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)加工尺寸精度有影響的夾具相關(guān)尺寸制造誤差的控制。,五刀具制造誤差與磨損,定尺寸刀具鉆、擴(kuò)、鉸、拉刀等刀具尺寸精度直接影響加工尺寸精度,成形刀具成形車刀、銑刀、砂輪等刀具形狀精度直接影響加工面的形狀精度,展成法刀具齒輪滾刀、插齒刀、剃齒刀等刀刃廓形應(yīng)當(dāng)是被加工面的共軛曲線刀刃的形狀誤差影響加工表面的形狀精度,一般刀具車刀、銑刀、刨刀、砂輪等刀具磨損后影響工件的尺寸或形狀精度,作業(yè)布置,習(xí)題集第34頁(yè)，第9題；第10題,小結(jié)一,直線導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差對(duì)加工精度的影響：導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差影響：車削外圓、磨削外圓，造成圓柱度誤差導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差影響：刨削平面、磨削平面，造成平面度誤差,小結(jié)一,直線導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差對(duì)鏜床加工精度的影響：鏜床誤差敏感方向隨主軸回轉(zhuǎn)而變化導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差前后導(dǎo)軌的平行度（扭曲）導(dǎo)軌對(duì)主軸回轉(zhuǎn)軸線的平行度鏜刀桿進(jìn)給：加工孔與其基準(zhǔn)存在相互位置誤差，不會(huì)產(chǎn)生孔的形狀誤差；工作臺(tái)進(jìn)給：導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線不平行，加工的孔呈橢圓形。,小結(jié)一,主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度的影響：主軸徑向圓跳動(dòng)誤差：鏜床鏜孔（刀具回轉(zhuǎn)）加工孔呈圓度誤差(橢圓)車床加工孔或外圓（工件回轉(zhuǎn)）誤差忽略不計(jì),小結(jié)一,主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度的影響：主軸端面圓跳動(dòng)誤差：,用車床車端面時(shí)，產(chǎn)生端面跳動(dòng)誤差：包括端面平面度以及端面對(duì)軸線的垂直度誤差。加工螺紋是，使螺距產(chǎn)生周期誤差,3.3工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響,一、工藝系統(tǒng)剛度的基本概念二、機(jī)床部件剛度的特點(diǎn)及測(cè)定三、工藝系統(tǒng)剛度的計(jì)算四、工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響切削力作用點(diǎn)位置變化引起的工件形狀誤差切削力大小變化引起的加工誤差誤差復(fù)映夾緊力、重力引起的加工誤差傳動(dòng)力、慣性力對(duì)加工精度的影響五、減小工藝系統(tǒng)受力變形的措施,一、工藝系統(tǒng)剛度的基本概念,加工作用力切削力、夾緊力、重力,破壞加工成形運(yùn)動(dòng)幾何關(guān)系及刀具工件靜態(tài)位置,工藝系統(tǒng)受力變形,加工誤差,Fy系統(tǒng)法向分力yFy方向的位移,工藝系統(tǒng)剛度,j=Fy/y,剛度的力學(xué)定義,k=Fy/y,Fy系統(tǒng)加工表面法向力yFx、Fy、Fz綜合作用下系統(tǒng)的y方向位移,二、工藝系統(tǒng)剛度的計(jì)算,工藝系統(tǒng)的法向總變形：y=y機(jī)+y夾+y刀+y工工藝系統(tǒng)的剛度：k=Fy/y=Fy/(y機(jī)+y夾+y刀+y工)=1/(y機(jī)/Fy)+(y夾/Fy)+(y刀/Fy)+(y工/Fy)=1/(1/k機(jī))+(1/k夾)+(1/k刀)+(1/k工)k機(jī)=Fy/y機(jī);k夾=Fy/y夾;k刀=Fy/y刀;k工=Fy/y工,1/k=(1/k機(jī))+(1/k夾)+(1/k刀)+(1/k工),結(jié)當(dāng)工藝系統(tǒng)某個(gè)部分剛度很低時(shí)必然論影響整個(gè)系統(tǒng)的剛度相當(dāng)并聯(lián)系統(tǒng),系統(tǒng)各組成部分剛度確定,近似的力學(xué)模型估算工件、刀具實(shí)驗(yàn)測(cè)定機(jī)床、夾具,L,L,x,x,簡(jiǎn)支梁模型,懸臂梁模型,y=Fy(Lx)2x2/(3EIL)k=(3EIL)/(Lx)2x2X=L/2時(shí)受力變形最大:k=48EI/L3,y=Fy(3Lx)x2/(6EI)k=(6EI)/(3Lx)x2X=L時(shí)受力變形最大:k=3EI/L3,三、工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響,原因,加工中工藝系統(tǒng)受力作用，原調(diào)整好的刀具工件位置改變或成形運(yùn)動(dòng)發(fā)生變化出現(xiàn)加工誤差,作用力,切削力、傳動(dòng)力、慣性力、重力、夾緊力等,作用模型,誤差分析考慮因素,受力點(diǎn)位置的變化系統(tǒng)剛度變化(作用力不變)力大小方向的變化受力變形改變(剛度不變化),作用力類型；受力作用模型；加工方式與工藝系統(tǒng)組成形式；系統(tǒng)的剛度薄弱環(huán)節(jié),L,x,ytj,ywz,ydj,yx,x,A,A,B,B,Fy,FA,FB,模頂尖支承型車削短粗軸,受力情況,機(jī)床變形,主軸箱部位,尾架部位,刀架部位,總變形,二者組合,(一)切削力作用點(diǎn)位置變化引起的工件形狀誤差,受力主軸箱部位：尾架部位：情況FA=Fy(Lx)/LFB=Fyx/L主軸箱部位：尾架部位：ytj=FA/ktj=ywz=FA/kwz=二者組合：yx=ytj+xx=(ywzytj)x/L刀架變形：ytj=Fy/kdj總變形：yjc=yx+ydj,機(jī)床變形,結(jié)切削力點(diǎn)位置改變時(shí)工藝系統(tǒng)變形是變化的，原因果是工藝系統(tǒng)剛度隨切削力點(diǎn)的位置改變而變化。當(dāng)x=0時(shí)：yjc=Fy/(1/ktj+1/kdj)；x=L/2時(shí)：yjc=Fy/(1/4ktj+1/4kwz+1/kdj)x=L時(shí)：yjc=Fy/(1/kwz+1/kdj)=ymaxx=Lkwz/(ktj+kwz)時(shí)yjc=ymin=Fy1/(ktj+kwz)+1/kdj,兩頂尖間車削短粗軸的形狀誤差,機(jī)床部件不變形的理想情況主軸箱及尾座變形時(shí)的情況包括刀架變形在內(nèi)時(shí)的情況,分析結(jié)果說(shuō)明：在兩頂尖間車削短粗軸零件時(shí)，機(jī)床的剛度中間大、兩頭小，工件出現(xiàn)鞍形圓柱度誤差。,結(jié)論,工件的變形：x=0，x=L時(shí):yg=0;x=L/2時(shí):yg=ygmax=FyL3/(48EI)結(jié)果車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)：工件的剛度中間小,兩頭大;加工后工件呈鼓形的形狀誤差。,模型車削細(xì)長(zhǎng)軸,L,x,yg,f,工藝系統(tǒng)的總變形和剛度,系統(tǒng)總變形,系統(tǒng)剛度,當(dāng)工藝系統(tǒng)的組合方式使得系統(tǒng)隨受力點(diǎn)位置改變出現(xiàn)剛度的變化時(shí)，加工后的工件將產(chǎn)生形狀誤差。影響誤差大小主要因素是系統(tǒng)中的剛度薄弱環(huán)節(jié)。減少此類加工誤差的措施為：提高系統(tǒng)各部分的剛度，設(shè)法使系統(tǒng)的剛度不隨受力點(diǎn)位置的改變而變化,結(jié)論,工件尺寸：d=50(mm)L=600(mm)機(jī)床部件剛度：ytj=6104(N/mm)ywj=5104(N/mm)ydj=4104(N/mm)切削力：Fy=300（N）材料彈性模量：E=2.1105(N/mm2),沿工件長(zhǎng)度的工藝系統(tǒng)變形(m),案例,工藝上使系統(tǒng)剛度不隨受力點(diǎn)位置改變而變化,Fy,Fy,f,x1,x2,f,Fy,A,鏜桿進(jìn)給使鏜桿沿懸伸長(zhǎng)度方向變形變化，造成孔的圓柱度誤差,工作臺(tái)進(jìn)給鏜桿懸伸長(zhǎng)度不變，鏜桿變形對(duì)孔尺寸的影響由調(diào)整刀具消除,(二)切削力大小變化引起的加工誤差誤差復(fù)映,設(shè)A、B處分別為毛坯的最大最小外圓：系統(tǒng)剛度：kxt名義切削深度：A處ap1B處ap2系統(tǒng)受力變形：y1y2實(shí)際切削深度：asp1=ap1y1asp2=ap2y2切削力公式：Fy=CFyap1XFyfyFy(HB)nFy=CapA,B處實(shí)際切削力：FyA=C(ap1y1)FyB=C(ap2y2)A,B處的變形：y1=FyA/kxty2=FyB/kxt毛坯的誤差:m=ap1ap2工件的誤差:g=y1y2=C(ap1ap2)(y1y2)/kxt=C(mg)/kxtg=Cm/(C+kxt)Cm/kxtCkxt誤差復(fù)映系數(shù):=g/m=C/kxt,關(guān)于誤差復(fù)映規(guī)律的結(jié)論,工件毛坯的形狀誤差、某些位置誤差或材料的硬度變化，以誤差復(fù)映的形式反映成加工誤差，其原因是上述誤差或變化導(dǎo)致了切削力大小的變化，使工藝系統(tǒng)的變形發(fā)生改變所致。多工序加工或多次走刀可以減少誤差復(fù)映的影響。對(duì)多次走刀：g1=1mg2=2g1=12mgn=12nm=imi1，且6T2AM,估算不合格品率,例1：教材例24。解：1）先作出分布曲線圖：x=11.974=0.005,實(shí)際的加工最大、最小尺寸:Amax=x+3=11.989Amin=x3=11.959圖紙規(guī)定的最大、最小尺寸:dmax=11.984dmin=11.957公差帶中心尺寸:dM=11.9705有可修復(fù)的不合格品出現(xiàn)。,6,959,989,974,957,984,T,dM,970.5,x,x,2)工序能力系數(shù)CP計(jì)算:CP=T/6=0.27/0.3=0.913)估算不合格品率:z=(xx)/=(984974)/5=2F(z)=0.4772不合格品率=0.5F(z)=2.28%分析:產(chǎn)生廢品的原因有:a)CP1,該工序能力不夠,隨機(jī)誤差影響是原因之一;b)公差帶中心dM與分散中心x不重合,存在常值系統(tǒng)性誤差的影響若將實(shí)際分布曲線分散中心x調(diào)整與公差帶中心dM重合Amax=dM+3=11.9855Amin=dM3=11.9555求此時(shí)的不合格品率:z=(xdM)/=(984970.5)/5=2.7F(z)=0.4965不合格品率=12F(z)=0.7%,解題步驟,第一步，明確題意，已知哪些要素，尚缺哪些要素。四大要素：、T、AM,第二步，判斷工序能力，是否出現(xiàn)不合格品，是否包括廢品和可返修的不合格品。Cp=T/61?6T2AM?,第三步，計(jì)算合格率，廢品率。F(z=(x-)/)查表加工軸：偏大為可返修不合格品，偏小為廢品加工孔：偏大為廢品，偏小為可返修不合格品,車削一批軸的外圓，其尺寸要求為20-0.1mm，若此工序尺寸按正態(tài)分布，均方差=0.025mm，公差帶中心小于分布曲線中心，其偏移值0=0.03mm（如圖），試指出該批工件的常值系統(tǒng)誤差，并計(jì)算合格率？,例2:,已知:0=0.03,=(0.05-0.03)/0.025=0.8,查表F(Z)=F(0.8)=0.2881,合格率=0.5+0.2881=78.81%,解:,例3在兩臺(tái)相同的自動(dòng)車床上加工一批小軸的外圓，要求保證直徑110.02mm，第一臺(tái)加工1000件，其直徑尺寸按正態(tài)分布，平均值X1=11.005mm，均方差1=0.004mm。第二臺(tái)加工500件，其直徑也按正態(tài)分布，且平均值X2=11.015mm,2=0.0025mm。試求：（1）在同一圖上畫出兩臺(tái)機(jī)床加工的兩批工件的尺寸分布圖，并指出哪臺(tái)機(jī)床的工序精度高？（2）計(jì)算并比較哪臺(tái)機(jī)床的廢品率高，并分析其產(chǎn)生的原因及提出改進(jìn)的辦法。,解:（1）,第一臺(tái)機(jī)床的工序精度:,第二臺(tái)機(jī)床的工序精度:,61=60.004=0.024,62=60.0025=0.015,6261,機(jī)床2精度高,1=0.004,2=0.0025,（2）,機(jī)床1加工的零件都落在公差帶以內(nèi),故無(wú)不合格