機械加工質量培訓教材(PPT 41頁).ppt

機械制造基礎，機械工程學院，第1章，4機械加工質量， 4.1加工精度4.1.1概述4.1.2獲得加工精度的方法4.1.3工藝系統(tǒng)的幾何誤差4.1.4工藝系統(tǒng)的機械變形4.1.5工藝系統(tǒng)的熱變形4.1.6工件內應力引起的變形4.1.7加工誤差的綜合4.1.8保證和提高加工精度的方法4.2加工表面質量4.2.1表面質量的基本概念4.2.2對加工表面粗糙度的主要影響因素和控制4.2.3影響表面物理和機械性能的因素機械工程學院機械制造基礎，2，4.1機械加工精度，4.1.1概述1)概念加工精度：指加工后零件幾何參數的實際值與圖紙規(guī)定的設計值相符的程度。 加工精度包括：尺寸精度：加工表面的實際尺寸與設計尺寸之間的尺寸誤差不超過一定的尺寸公差范圍。在國家標準中，尺寸公差分為20個等級(IT01、IT0、IT1IT18)。幾何形狀精度：加工表面的實際幾何特征變化不會超過理想幾何特征的一定公差。國家標準中有六種形狀公差：直線度、平面度、圓度、圓柱度、直線度和表面度。相互位置精度：加工表面的實際幾何特征到理想幾何特征的變化，理想幾何特征的方向或位置由參考確定。在國家標準中，有八個位置公差：平行度、垂直度、傾斜度、同軸度、對稱性、位置、圓跳動和全跳動。機械工程學院機械制造基礎，3，2)原始誤差及其加工誤差的來源，l加工誤差：指零件加工后，其幾何參數的實際值與圖紙規(guī)定的設計值不符合的程度，即實際值與設計值的差值。原始誤差：加工工藝系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的誤差，包括機床、夾具、刀具和工件，是導致零件加工誤差的工藝因素。原始誤差與加工誤差之間的關系原始誤差對加工誤差的影響是由零件在加工尺寸中的尺寸來表示的。誤差敏感方向：原始誤差對加工精度影響最大的方向。誤差不敏感方向：原始誤差對加工精度影響最小的方向。(1)工件定位和夾緊誤差：定位誤差和夾緊變形。(2)工藝系統(tǒng)的靜態(tài)(幾何)誤差：機床、夾具和刀具的制造誤差。(3)調整誤差：工藝系統(tǒng)位置調整引起的誤差。(4)工藝系統(tǒng)的動態(tài)(過程)誤差：應力、內應力、熱等引起的變形和磨損。過程系統(tǒng)。(5)測量誤差：測量方法和測量儀器的誤差。(6)加工原理誤差：用近似表面成形運動代替理論表面成形運動，用近似刀片形狀代替正確的刀片形狀所引起的加工誤差。(例如，齒輪加工、模數為p=m的蝸桿等。)，機械工程學院機械制造基礎，5，4.1.2獲得加工精度的方法，(2)調整方法：通過預先調整機床、夾具、工具和工件，在加工過程中可以自己獲得尺寸精度。(3)尺寸刀具法：用一定形狀和尺寸的刀具加工而成。(4)自動控制方法：在加工過程中，用一定的裝置自動測量和控制加工。(1)軌跡法：利用刀具和工件之間的相對軌跡獲得形狀。(2)成型方法：用成型工具加工獲得表面形狀。(3)生成方法：利用刀具和工件之間的相對運動，使工件被刀具切割成一定的形狀包絡。(1)試切方法：試切測量調整試切，非成形運動方法：手工修復、模板加工、劃線加工等。機械工程學院機械制造基礎，6，獲得加工精度的方法，3。獲得位置精度的方法(1)一次性夾緊方法(2)獲得方法主軸幾何偏心：車床與定位基準面之間出現同軸度、垂直度等位置誤差；鉆孔機和鉆孔機會導致孔徑擴大。主軸旋轉誤差(主軸軸漂移):純徑向跳動：車削外圓和鏜孔時的圓度誤差。純軸向運動：汽車端面平面度誤差；車床螺紋產生螺距小周期誤差。純角度擺動：產生圓柱度或端面形狀誤差。不同的加工方法，主軸誤差對加工精度的影響是不同的。例如，鏜床鏜孔時，刀具隨機床主軸旋轉，切削力和誤差敏感方向也在旋轉，軸的漂移將直接反映到工件上。車削是工件的旋轉，切削力和誤差敏感方向不變，只有水平誤差反映在工件1:1上。(1)為提高主軸部件的制造精度，選擇高精度滾動軸承或采用動壓和靜壓軸承(高剛度和高旋轉精度)；(2)預緊滾動軸承，消除間隙或產生輕微干涉，提高軸承剛度。(3)采用合理的工藝方法消除主軸回轉精度對加工精度的影響。主軸只起到傳遞動力和運動的作用。例如，固定中心用于定位加工，工件的軸不變。采用電磁無心磨削加工，工件與主軸之間存在偏心，產生傳遞扭矩。切削力和電磁力的合力使工件緊貼在可調支架上。主軸的旋轉與工件的定位無關。機械工程學院機械制造基礎，10。導軌誤差：對加工誤差的影響(以車削為例)、直線度誤差、導軌變形、導軌和主軸位置誤差：傳動誤差：螺紋加工、齒輪加工等。要求刀具和工件之間有固定的傳動關系。傳動誤差會影響螺紋導程、齒輪分度精度等。機械工程學院機械制造基礎，11.2。刀具誤差，生成方法：加工表面是無數葉片軌跡的包絡面，葉片形狀是加工表面的共軛曲線。刀具誤差會影響加工表面的形狀誤差。軌跡法：工件表面是刀尖和工件之間相對運動軌跡的包絡面。固定尺寸的工具：如鉆頭、鉸刀、拉刀等。尺寸和形狀直接影響工件的尺寸和形狀精度。刀具磨損：直接影響刀具尺寸、形狀等。刀具誤差包括葉片輪廓制造誤差、磨削誤差和刀具安裝誤差。成形方法：刀具表面的輪廓被“復制”到加工表面。安裝誤差也直接影響加工表面形狀的精度。例如，在車削螺紋時，車刀的安裝太高或太低，三角齒的輪廓會變成雙曲線。機械工程學會機械制造基礎12.3夾具的制造誤差、零件和部件的制造誤差和裝配位置誤差，如定位元件、刀具導軌、刀具設定裝置、分度機構、夾具主體等。導致加工表面尺寸和位置誤差。夾具磨損引起的定位誤差。夾具制造誤差主要有：機械工程學院機械制造基礎，13，4.1.4工藝系統(tǒng)機械變形，1。工藝系統(tǒng)的機械變形分析在機械加工過程中，在重力、切削力、慣性力和傳遞力等外力的作用下，工藝系統(tǒng)會發(fā)生變形，破壞刀具和工件之間的正確位置，導致加工誤差。剛度：指施加在系統(tǒng)上的力P與系統(tǒng)在力的方向上產生的位移Y的比值。即，K=P/y工藝系統(tǒng)剛度：指垂直于待加工表面的切削分量Py與工件在Py方向上的位移之比。Ks=Py/y，根據材料力學的計算，由兩個中心加工的工件簡化為簡支梁：機械研究所機械制造的基礎即=g/m，例如：車削帶有圓度誤差的短圓柱毛坯(橢圓)，則系統(tǒng)剛度可近似視為常數。因此，反向切削的量在切削過程中不斷變化，導致系統(tǒng)變形，最終加工的表面仍然是橢圓形的。是小于1的正數，每個切割的復制系數為1，2，3.最終誤差重新映射系數為=123.1，所以切割越多，誤差越小。機械工程學院機械制造基礎。車削細長工件時，細長工件剛性低，工件在切削過程中會彎曲變形，不同部位的變形程度不同，加工出的工件呈腰鼓形。車削短軸和粗軸剛性短軸剛度高，當切削加工系統(tǒng)(主要是機床)各部分剛度不相等時，不同部分的變形程度不同而讓刀，加工的工件呈馬鞍形，且最小直徑出現在剛度高的一側的中間附近。機械工程學院機械制造基礎。慣性力引起的加工誤差和單爪轉盤產生的離心力引起的定位端面位置誤差。傳遞扭矩與切割扭矩平衡，徑向變形是由切割力和傳遞力產生的位移的代數和，相加的結果是心臟線的輪廓。夾緊變形重力變形，機械制造基礎的機械工程學院，17、縮短切削力作用點和支撐點之間的距離，也可以利用輔助支撐來提高零件的剛度。機床的合理使用：懸垂長度短，運動間隙小，非運動部件鎖定。其他措施：補償系統(tǒng)應力變形、傳遞誤差敏感方向、傳遞誤差等。3.降低工藝系統(tǒng)應力和變形、提高工藝系統(tǒng)剛度的措施：包括結構剛度、連接剛度、接觸剛度等?？刂屏Φ拇笮『头较颍和ㄟ^合理選擇切削參數和刀具角度來控制切削力或分力的大小，對稱性也可以用來抵消力；改變切削力的方向，避免誤差敏感方向。采用合理的夾緊和加工方法。機械制造基礎，機械工程研究所，18，4.1.5工藝系統(tǒng)的熱變形，工藝系統(tǒng)的熱源：切削熱，摩擦能量消耗和傳輸系統(tǒng)的生熱，衍生熱源(芯片，冷卻劑落在床上)，外部熱源。工藝系統(tǒng)的熱變形對加工精度的影響：(1)由于機床各部件受熱不均勻，產生彎曲和扭曲變形，降低機床的幾何精度，影響加工精度；(2)加工短工件可以忽略，但測量時應考慮熱膨脹和冷收縮；(3)當軸長時，溫度逐漸升高，刀具和工件的變形逐漸增加，切削量逐漸增加，加工工件時出現圓柱度誤差；均勻熱變形的計算：(4)工件一側受力時(如銑削、刨削、磨削等)。)，當一側受熱時，工件拱起，加工后加工表面呈凹形。機械工程學院機械制造基礎。減少熱變形影響和減少熱源的措施：單獨的電機、液壓系統(tǒng)等。熱補償：使溫度場均勻化，村莊各個部分的實際溫度是均勻的；保持系統(tǒng)熱平衡：加工前預熱，平衡后加工；環(huán)境溫度是恒定的。工件的剛度極高，床身頭部的剛度大于床身尾部的剛度，因此對加工表面形狀的誤差進行了分析。(a)小左錐體和大右錐體；(b)形成凹端面；馬鞍形，路徑靠近床頭。2。車削工件，圖形誤差，主要原因分析。(a)錐度：導軌與主軸不平行，刀具磨損；(二)腰鼓形：工件剛性差，導致折刀；馬鞍沙馬氏體密度小( Ma=7.75)，奧氏體密度大( Ao=7.96)。拉伸應力發(fā)生在局部相變體積增大時，壓縮應力發(fā)生在局部相變體積減小時。(2)冷矯直產生的內應力：對于剛性差、易變形的細長工件，彎曲變形產生的內應力應通過冷矯直進行校正。(3)切削過程中產生的內應力：由于切削塑性變形、相變等原因，工件表面產生殘余應力。機械工程學院機械制造基礎。消除內應力的措施和零件結構的合理設計：鑄鍛件壁厚均勻，焊接件焊縫分布均勻等。盡量不要使用冷校直工藝：嚴禁冷校直精密零件，這些零件可以熱校直或多留余量切割。合理安排時效處理，消除內應力；合理安排工藝流程：粗加工后一定時間后完成加工，粗加工后松開工件，用較小的力再次夾緊等。(1)誤差的性質(1)系統(tǒng)誤差：當連續(xù)加工一批工件時，加工誤差的大小和方向保持不變或按照一定的規(guī)律變化。前者稱為恒定系統(tǒng)誤差，后者稱為可變系統(tǒng)誤差。(2)隨機誤差：當連續(xù)加工一批工件時，加工誤差的大小和方向不規(guī)則地變化。隨機誤差服從統(tǒng)計規(guī)律。2)加工誤差綜合加工誤差綜合是根據加工條件分析加工精度的影響因素，分別計算主要誤差，判斷其性質，綜合得出加工誤差。系統(tǒng)誤差由代數和：機械工程學院機械制造基礎，24，隨機誤差的合成，概率方法的合成，其中1.2是隨機誤差的相對分布系數(簡化近似值)的總標準偏差：機械工程學院機械制造基礎，25，3)加工誤差的統(tǒng)計分析，概率直方圖和分布曲線法。在正常加工條件下，用調整法加工一批工件得到的尺寸分布曲線符合正態(tài)分布曲線。機械工程學院機械制造基礎，26，正態(tài)分布曲線，正態(tài)分布密度函數：算術平均值：(工件尺寸分布中心)，標準偏差(均方根偏差)，分布概率(分布面積)，其中：機械工程學院機械制造基礎，27，例：一批活塞精鏜后銷孔檢驗尺寸見表，型式尺寸28-0.015mm，分布中心：標準偏差：=0.0022公差帶中點=28-0計算：2。查找表：(z)，3。計算：合格品率=(z1) (z2)，不合格品率：FA=0.5-(z1)FB=0.5-(z2)，機械工程學院機械制造基礎，29，工藝能力系數，工藝能力系數Cp=T/(6)工藝能力系數工藝方案機械工程學院機械制造基礎，30例：車削一批直徑為20-0.1毫米的小軸，測量結果服從正態(tài)分布，公差帶中心與分配中心之差為0。解決方案：za=xa/=(T/20.03)/=(0.