機(jī)械加工工藝學(xué)PPT課件

1、1第1頁/共88頁2 尺寸精度形狀精度位置精度（通常形狀誤差限制在位置公差內(nèi)，位置公差限制在尺寸公差內(nèi)）表面粗糙度波度紋理方向傷痕（劃痕、裂紋、砂眼等）加工精度表面質(zhì)量表面幾何形狀精度表面缺陷層表層加工硬化表層金相組織變化表層殘余應(yīng)力加工質(zhì)量包含的內(nèi)容第2頁/共88頁3加工精度：零件加工后實(shí)際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)（尺寸、形狀和表面間的相互位置）符合程度加工誤差：零件的實(shí)際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)的偏差。加工精度內(nèi)容： 尺寸精度、形狀精度和位置精度三者之間關(guān)系： 通常形狀公差限制在位置公差內(nèi)，而位置誤差一般限制在尺寸公差之內(nèi)。當(dāng)尺寸精度要求高時(shí)，相應(yīng)的位置精度、形狀精度也要求高。但形狀精度或位置

2、精度要求高時(shí)，相應(yīng)的尺寸精度不一定要求高，這要根據(jù)零件的功能要求來決定。 第3頁/共88頁4工件相對于刀具運(yùn)動狀態(tài)下的誤差主軸回轉(zhuǎn)誤差導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差傳動誤差 引起加工誤差的根本原因是工藝系統(tǒng)存在著誤差，將工藝系統(tǒng)的誤差稱為原始誤差。原始誤差與工藝系統(tǒng)原始狀態(tài)有關(guān)的原始誤差(幾何誤差)與工藝過程有關(guān)的原始誤差(動誤差)原理誤差定位誤差調(diào)整誤差刀具誤差夾具誤差機(jī)床誤差工藝系統(tǒng)受力變形（包括夾緊變形）工藝系統(tǒng)受熱變形刀具磨損測量誤差工件殘余應(yīng)力引起的變形工件相對于刀具靜止?fàn)顟B(tài)下的誤差原始誤差構(gòu)成第4頁/共88頁5活塞銷孔精鏜工序中的原始誤差定位誤差F設(shè)計(jì)基準(zhǔn)定位基準(zhǔn)熱變形對刀誤差夾緊誤差菱形銷導(dǎo)軌誤差

3、第5頁/共88頁6RYRRR =X202YYRRXRX 顯然：XYRR 誤差敏感方向YR0Xa）YR0Xb）第6頁/共88頁7理論方法：運(yùn)用物理學(xué)和力學(xué)原理，分析研究某一個(gè)或某幾個(gè)因素對加工精度或表面質(zhì)量的影響。試驗(yàn)方法：通過試驗(yàn)或測試，確定影響各因素與加工質(zhì)量指標(biāo)之間的關(guān)系。統(tǒng)計(jì)分析方法：運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理和方法，根據(jù)被測質(zhì)量指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)，對工藝過程進(jìn)行分析和控制。第7頁/共88頁8第8頁/共88頁9ISO9000族質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)相互關(guān)系指導(dǎo)性文件認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)性文件名詞術(shù)語ISO9000ISO9002ISO9001ISO9003ISO9004ISO8402第9頁/共88頁10設(shè)計(jì)合同采購管理職責(zé)文

4、件培訓(xùn)統(tǒng)計(jì)服務(wù)質(zhì)量系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)品標(biāo)記跟蹤檢測試驗(yàn)檢驗(yàn)裝置檢驗(yàn)記錄不合格品處理交貨質(zhì)量記錄內(nèi)部控制改進(jìn)活動過程控制ISO9001（20項(xiàng)）ISO9001、ISO9002、ISO9003之間的關(guān)系ISO9002（18項(xiàng)）ISO9003（12項(xiàng)）第10頁/共88頁11第11頁/共88頁12式中 R 球頭刀半徑； h 允許的殘留高度。SRh空間曲面數(shù)控加工8SR h 第12頁/共88頁13a）b）試切法與調(diào)整法（圖 a）（圖 b）第13頁/共88頁14導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差對加工精度的影響導(dǎo)軌扭曲引起的加工誤差HRDBXYX導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差概念BHHR第14頁/共88頁15成形運(yùn)動間位置誤差對外圓和端面車削的影響fZ

5、zzc）HyR0fXZLfdDdxa）b）第15頁/共88頁16導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差理論分析方法1111112221cossin0sincos0001zyxEzyxzyxi121rEri1iE112111rErEEErijk導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差分析jikk1, k2i1, i2j1, j2OO1, O2Px第16頁/共88頁17111E 數(shù)值很小，有：sin sin sin 可得到11112111222rIErrErrzyxxzyxxzyx111000zyxzyxzyxzyxzyxxxtttxrrrxtttx第17頁/共88頁18【例】【解】導(dǎo)軌扭曲引起的加工誤差HRDBXYXBHHRB0,2,111HDzy

6、x第18頁/共88頁19影響導(dǎo)軌導(dǎo)向精度的主要因素第19頁/共88頁20b）端面圓跳動a）徑向圓跳動c）傾角擺動主軸回轉(zhuǎn)誤差基本形式主軸回轉(zhuǎn)誤差概念第20頁/共88頁21主軸回轉(zhuǎn)誤差對加工精度的影響主軸徑向圓跳動對加工精度的影響（鏜孔）考慮最簡單的情況，主軸回轉(zhuǎn)中心在X方向上作簡諧直線運(yùn)動，其頻率與主軸轉(zhuǎn)速相同，幅值為2e。則刀尖的坐標(biāo)值為：e徑向跳動對鏜孔精度影響式中 R 刀尖回轉(zhuǎn)半徑； 主軸轉(zhuǎn)角。() cossinXReYR顯然，上式為一橢圓。第21頁/共88頁22徑向跳動對車外圓精度影響12345678仍考慮最簡單的情況，主軸回轉(zhuǎn)中心在X方向上作簡諧直線運(yùn)動，其頻率與主軸轉(zhuǎn)速相同，幅值為

7、2e。則刀尖運(yùn)動軌跡接近于正圓（圖）。結(jié)論：結(jié)論：主軸徑向跳動影響加工表面的圓度誤差e主軸徑向圓跳動對加工精度的影響（車外圓）第22頁/共88頁23主軸端面圓跳動對加工精度的影響主軸傾角擺動對加工精度的影響2 Sx主軸端面跳動引起螺距加工周期誤差第23頁/共88頁24AB影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素內(nèi)外滾道圓度誤差、滾動體形狀及尺寸誤差軸徑不圓引起車床主軸徑向跳動滑動軸承軸承孔不圓引起鏜床主軸徑向跳動滾動軸承第24頁/共88頁25推力軸承 滾道端面平面度誤差及與回轉(zhuǎn)軸線的垂直度誤差其他因素軸承孔、軸徑圓度誤差；軸承孔同軸度誤差；軸肩、隔套端面平面度誤差及與回轉(zhuǎn)軸線的垂直度誤差；裝配質(zhì)量等a） b

8、）0止推軸承端面誤差對主軸軸向竄動的影響影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素第25頁/共88頁26傳統(tǒng)測量方法存在問題主軸回轉(zhuǎn)誤差的測量 傳統(tǒng)測量方法a)b)主軸回轉(zhuǎn)誤差測量法1 擺動盤 2，4 傳感器 3 精密測球 5 放大器 6 示波器 準(zhǔn)確測量方法第26頁/共88頁27提高主軸回轉(zhuǎn)精度的措施 磨床采用死頂尖支承用鏜模鏜孔第27頁/共88頁28機(jī)床傳動誤差對加工精度的影響齒輪機(jī)床傳動鏈z7 = z8 = 16z1 = 64zn = 96z5 = z6 = 23z3 = z4 = 23bz2 = 16zn-1 = 1icefacd111sinnnjjjnjjjjkktk 以齒輪機(jī)床傳動鏈為例：式中 n

9、 傳動鏈末端元件轉(zhuǎn)角誤差； kj 第j 個(gè)傳動元件的誤差傳遞系數(shù)，表明第j個(gè)傳動元件對末端元件轉(zhuǎn)角誤差影響程度，其數(shù)值等于該元件至末端元件的傳動比； n 傳動鏈末端元件角速度； j 第j 個(gè)傳動元件轉(zhuǎn)角誤差的初相角。第28頁/共88頁29傳動鏈誤差的頻譜分析a)nA1A2Aib)（頻率）A（幅值）12i提高傳動精度措施第29頁/共88頁30絲扛加工誤差補(bǔ)償裝置1 工件 2 螺母 3 母絲杠 4 杠桿 5 校正尺 6 觸頭 7 校正曲線 附加位移螺母附加轉(zhuǎn)動第30頁/共88頁31L0.056F710F7k620H 7g 6YZ 鉆孔夾具誤差分析通常要求定位誤差和夾具制造誤差不大于工件相應(yīng)公差的1

10、/3。1）定位誤差；2）刀具導(dǎo)向（對刀）誤差；3）夾緊誤差；4）夾具制造誤差；5）夾具安裝誤差；第31頁/共88頁32車刀后刀面磨損對加工尺寸影響刀具磨損過程第32頁/共88頁33第33頁/共88頁34在加工誤差敏感方向上工藝系統(tǒng)所受外力與變形量之比工藝系統(tǒng)剛度定義式中 k工藝系統(tǒng)剛度； Fp吃刀抗力； x 工藝系統(tǒng)位移（切削合力作用下的位移）。xFkp工藝系統(tǒng)受力變形工藝系統(tǒng)受力變形引起加工誤差第34頁/共88頁3511111jcjjdgkkkkk式中 k 工藝系統(tǒng)剛度； kjc 機(jī)床剛度； kjj 夾具剛度； kd 刀具剛度； kg 工件剛度。工藝系統(tǒng)剛度計(jì)算公式工藝系統(tǒng)剛度計(jì)算說明第35

11、頁/共88頁36機(jī)床變形引起的加工誤差式中 xjc 機(jī)床總變形； Fp 吃刀抗力； ktj 機(jī)床前頂尖處剛度； kwz 機(jī)床后頂尖處剛度； kdj 機(jī)床刀架剛度； L 工件全長； z 刀尖至工件左端距離。變形隨受力點(diǎn)變化規(guī)律xtjxwzxdjxFpAABBCCzLFAFBxzdjwztjPjckLzkLzLkFx11122第36頁/共88頁37機(jī)床受力變形引起的加工誤差工件變形引起的加工誤差式中 xg 工件變形； E 工件材料彈性模量； I 工件截面慣性矩； Fp，L，z 含義同前。工件受力變形引起的加工誤差LzzLEIFxPg22)(3第37頁/共88頁38機(jī)床變形和工件變形共同引起的加工誤

12、差工藝系統(tǒng)剛度EILzzLkLzkLzLkFxxxdjwztjPgjc3)(1)(1)(12222EILzzLkLzkLzLkxxFkdjwztjgjcP311112222第38頁/共88頁39式中 g 工件圓度誤差； m 毛坯圓度誤差； k 工藝系統(tǒng)剛度； 誤差復(fù)映系數(shù)。 誤差復(fù)映現(xiàn)象ap11ap22毛坯外形工件外形由于工藝系統(tǒng)受力變形，使毛坯誤差部分反映到工件上，此種現(xiàn)象稱為“誤差復(fù)映”mppppgaakCFFk2121111第39頁/共88頁40123n kCmg第40頁/共88頁41夾緊力影響a） b）薄壁套夾緊變形薄壁工件磨削例：薄壁套夾緊變形解決：加開口套又例：薄壁工件磨削解決：加

13、橡皮墊第41頁/共88頁42龍門銑橫梁變形例：龍門銑橫梁龍門銑橫梁變形轉(zhuǎn)移龍門銑橫梁變形補(bǔ)償重力影響解決1：重量轉(zhuǎn)移 解決2：變形補(bǔ)償?shù)?2頁/共88頁43傳動力影響傳動力對加工精度的影響zlRXYFpFcFcdFcdxra）OOr0XYFpAFcdrcd=Fcd / kcOFcFc / kcFp / kcb）慣性力影響第43頁/共88頁44車床刀架變形曲線X（m）10203040500123F（KN）刀架部件變形曲線特點(diǎn)刀架部件平均剛度第44頁/共88頁45式中 c, m與接觸面材料、表面 狀況有關(guān)的系數(shù)和指數(shù)； p 表面壓強(qiáng)。接觸變形曲線xOpppxxmpcx mcpdxdpkmj1第45

14、頁/共88頁46封閉整體箱形結(jié)構(gòu)第46頁/共88頁47支座零件不同安裝方法轉(zhuǎn)塔車床導(dǎo)向桿第47頁/共88頁48鑄件殘余應(yīng)力引起變形冷校直引起的殘余應(yīng)力壓拉加載壓壓拉拉卸載第48頁/共88頁49第49頁/共88頁50在精密加工和大件加工中，工藝系統(tǒng)熱變形引起的加工誤差占總誤差的約4070%工藝系統(tǒng)熱源內(nèi)部熱源外部熱源切削熱摩擦熱環(huán)境熱源輻射熱第50頁/共88頁51圓柱類工件熱變形531.1 1040014.410()4.4()LLtmmm式中 L， D 長度和直徑熱變形量； L，D 工件原有長度和直徑； 工件材料線膨脹系數(shù)； t 溫升。LLtDDt第51頁/共88頁52式中 X 變形撓度； L，

15、S 工件原有長度和厚度； 工件材料線膨脹系數(shù)； t 溫升。28LtXS板類工件單面加工時(shí)的熱變形平面加工熱變形X/ 4LS221.120003886000.022 ()LtXSmm此值已大于精密導(dǎo)軌平直度要求結(jié)果：加工時(shí)上表面升溫，工件向上拱起，磨削時(shí)將中凸部分磨平，冷卻后工件下凹。例：高600mm，長2000mm的床身，若上表面溫升為3，則變形量為：第52頁/共88頁53特點(diǎn)變形曲線max1ce式中 熱伸長量； max 達(dá)到熱平衡熱伸長量； 切削時(shí)間； c 時(shí)間常數(shù)（熱伸長量為熱平衡熱伸長量約63%的時(shí)間，常取34分鐘）。(min)車刀熱變形曲線連續(xù)切削升溫曲線冷卻曲線間斷切削升溫曲線（m）

16、maxb0c0.63max第53頁/共88頁54運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間 / h0 1 2 3 450150100200位移 /m20406080溫升 / YX前軸承溫升車床受熱變形a） 車床受熱變形形態(tài)b） 溫升與變形曲線第54頁/共88頁55立式銑床、外圓磨床、導(dǎo)軌磨床受熱變形a）銑床受熱變形形態(tài)b）外圓磨床受熱變形形態(tài)c）導(dǎo)軌磨床受熱變形形態(tài)第55頁/共88頁56例例：磨床油箱置于床身內(nèi)，其發(fā)熱使導(dǎo)軌中凹解決解決：導(dǎo)軌下加回油槽平面磨床補(bǔ)償油溝又例又例：立式平面磨床立柱前壁溫度高，產(chǎn)生后傾。解決解決：采用熱空氣加熱立柱后壁均衡立柱前后壁溫度場第56頁/共88頁57雙端面磨床主軸熱補(bǔ)償1主軸 2殼體 3過

17、渡套筒熱伸長方向加工中心熱對稱結(jié)構(gòu)立柱第57頁/共88頁58支承距影響熱變形L1L2車床主軸箱定位面位置選擇x-yxyy第58頁/共88頁59第59頁/共88頁60在順序加工一批工件中，其大小和方向均不改變，或按一定規(guī)律變化的加工誤差。常值系統(tǒng)誤差其大小和方向在一次加工中均不改變。如加工原理誤差，機(jī)床、夾具、刀具的制造誤差，工藝系統(tǒng)在均勻切削力作用下的受力變形，調(diào)整誤差，機(jī)床、夾具、量具的磨損等因素引起的加工誤差。變值系統(tǒng)誤差誤差大小和方向按一定規(guī)律變化。如機(jī)床、夾具、刀具在熱平衡前的熱變形，刀具磨損等因素引起的加工誤差。加工誤差系統(tǒng)誤差隨機(jī)誤差常值系統(tǒng)誤差變值系統(tǒng)誤差第60頁/共88頁61運(yùn)

18、用數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理和方法，根據(jù)被測質(zhì)量指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)，對工藝過程進(jìn)行分析和控制。第61頁/共88頁621）采集數(shù)據(jù)樣本容量通常取 n = 502002）確定分組數(shù)、組距、組界、組中值 按下表初選分組數(shù) k 取整，dd 確定分組數(shù) k：maxmin11xxRdkk 確定各組組界、組中值 統(tǒng)計(jì)各組頻數(shù)1Rkd 確定組距 d：n 2540 4060 60100 100 100160 160250k 6 7 8 10 11 12分組數(shù) k的選定第62頁/共88頁63直方圖-14.5-8.55-3.5x y （頻數(shù)）（偏差值）（平均偏差）-15-10-5（公差帶中心）（公差帶下限）（公差帶上限）3）計(jì)算樣本

19、平均值和標(biāo)準(zhǔn)差:4）畫直方圖11niixxn2111niisxxn第63頁/共88頁64正態(tài)分布 2121,02xyex yF（z）正態(tài)分布曲線( z = 0 )x(z)0z-+第64頁/共88頁652121( )2xxF xedx221( )02zzF zed zxz令：利用上式，可將非標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布進(jìn)行計(jì)算，稱 z 為標(biāo)準(zhǔn)化變量，將 z 代入上式，有：xy0231xy0a）=0.5=1=2b）、 對正態(tài)分布曲線的影響 第65頁/共88頁66非正態(tài)分布 xy0a）雙峰分布雙峰分布：兩次調(diào)整下加工的工件或兩臺機(jī)床加工的工件混在一起xy0b）平頂分布xy0c）偏向分布平頂分布：工

20、件瞬時(shí)尺寸分布呈正態(tài)，其算術(shù)平均值近似成線性變化（如刀具和砂輪均勻磨損偏向分布：如工藝系統(tǒng)存在顯著的熱變形，或試切法加工孔時(shí)寧小勿大，加工外圓時(shí)寧大勿小幾種非正態(tài)分布 第66頁/共88頁67形位誤差的分布 差數(shù)模分布：正態(tài)分布大于零的部分與小于零的部分對零軸線映射后的迭加如對稱度、直線與平面的平行度、相鄰周節(jié)誤差等瑞利分布：二維正態(tài)分布，在只考慮平面向量模情況下轉(zhuǎn)換成為一維分布,如同軸度、直線與直線平行度、端面圓跳動誤差等（不考慮系統(tǒng)誤差）xy0差數(shù)模分布瑞利綜合分布：上述誤差在考慮系統(tǒng)誤差的情況下，其誤差分布接近瑞利綜合分布瑞利分布xzy0第67頁/共88頁68e000-0.280.26-0

21、.26k11.221.731.141.171.1733eT/2eT/2eT/2分布特征正態(tài)分布三角分布均勻分布瑞利分布偏態(tài)分布外尺寸內(nèi)尺寸 分布曲線 幾種常見誤差分布曲線 e、k 值 q 非正態(tài)分布的分散范圍分布系數(shù) k ：6Wk kW6或式中 W 表示分散范圍（按概率99.73計(jì)）不對稱系數(shù) e：Te22Te或式中 e 表示分布中心與分散范圍中心偏差第68頁/共88頁69判斷加工性質(zhì)確定工序能力 3626PPKCPTUTLCTUTLC 工序能力工序能力系數(shù)第69頁/共88頁70y工藝能力系數(shù)符號含義x033公差帶TTUTL3626PPKCPTUTLCTUTLC 第70頁/共88頁71 工序能

22、力系數(shù) 工序等級 說 明 CP1.67 特級 工序能力過高1.67 CP 1.33 一級 工序能力足夠1.33 CP 1.00 二級 工序能力勉強(qiáng)1.00 CP 0.67 三級 工序能力不足 0.67 CP 四級 工序能力很差工序能力等級CP 表示工藝過程本身的能力，而工藝能力系數(shù) CPK 則表示過程滿足技術(shù)要求的能力，實(shí)際上是“過程能力”與“管理能力”的綜合第71頁/共88頁72【例】無心磨銷軸外圓，要求直徑 ，抽樣檢查尺寸接近正態(tài)分布， ，試分析其加工質(zhì)量。12-0.016-0.03005. 0,974.11sx【解】1）作分布圖Q銷軸直徑尺寸分布圖11.959 11.974 11.989

23、11.957 11.9705 11.98419 . 0005. 06)043. 0(06. 06sTCp 提高工序能量（如改換高精度機(jī)床） 重新調(diào)整機(jī)床，使公差帶中心與分布中心盡可能接近2005. 0974.11984.11sxxz 查表2-5，有：F(z)=0.4772 得：Q=0.5-0.4772=2.28%4）改進(jìn)措施：3）計(jì)算不合格品率：2）計(jì)算工藝能力系數(shù)：第72頁/共88頁7301234567樣組序號b）工件尺寸公差帶T控制限單值點(diǎn)圖工件序號c）AABOOB工件尺寸工件尺寸工件序號a差帶T控制限第73頁/共88頁74xR1221kiiSXxxkxxA Rx

24、xA R中線上控制限下控制限R 圖：1121kiiSXRRkRD RRD R中線上控制限下控制限A2、D1、D2 數(shù)值見教材79頁表2-8。xRxxR圖： x第74頁/共88頁75工藝過程穩(wěn)定性 點(diǎn)子正常波動工藝過程穩(wěn)定；點(diǎn)子異常波動工藝過程不穩(wěn)定 圖xRR 圖UCL=19.67CL=8.900510樣組序號1520LCL=00510樣組序號1520 x 圖LCL=11.57UCL=21.89CL=16.73穩(wěn)定性判別xR穩(wěn)定性判別統(tǒng)計(jì)學(xué)實(shí)質(zhì)第75頁/共88頁76【例】05. 102. 926. 55026. 5sTCp【解】1）作分布圖：接近瑞利分布02. 9, 2 .20sx注：瑞利分布只有一個(gè)特征值，平均值與標(biāo)準(zhǔn)差存在確定關(guān)系：1.923）計(jì)算工藝能力系數(shù)：0 10 20 30 40 50 xf302010注：瑞利分布的分散范圍按概率99.73計(jì)為5.26（分布系數(shù) k1.14）3）繪制 x-R圖：因非正態(tài)分布，上下控制限計(jì)算不同2）計(jì)算平均值與標(biāo)準(zhǔn)差：磨削挺桿球面，要求跳動不大于0.05，分析其工藝過程穩(wěn)定性。第76頁/共88頁77式中 Lt 調(diào)整尺寸； LM平均尺寸； Tt 調(diào)整公差。2