第三章機(jī)械加工精度

1、第三章機(jī)械加工精度Machi ning Precisi on§ 3-1概述零件的加工質(zhì)量：機(jī)械加工精度加工表面質(zhì)量一、機(jī)械加工精度1、概念（1）加工精度：零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)（即尺寸、形狀和表面間的相 互位置）與理想幾何參數(shù)的符合程度。（由各種因素影響一-不可能完全符合.）（2）加工誤差：加工后零件的實(shí)際幾何參數(shù) （即尺寸、形狀和表面間的相 互位置）對(duì)理想幾何參數(shù)的偏離程度.（零件可以允許有一定的加工誤差一-保 證產(chǎn)品的使用性能，保證和提高加工精度問(wèn)題-實(shí)際上就是限制和降低加工誤差 問(wèn)題）廠（1）加工精度的咼低-加工誤差的大小表示（2）加工精度（尺寸，形狀，位置精度）三者關(guān)系位置

2、公差限制在尺寸公差之內(nèi)： 尺寸精度咼位置精度咼形狀公差限制在位置公差內(nèi)：位置精度咼一-形狀精度咼反之不成立（3）加工精度、加工成本、生產(chǎn)率三者關(guān)系j設(shè)計(jì)人員-合理規(guī)定加工精度工藝人員一-依設(shè)計(jì)要求、生產(chǎn)條件、用適當(dāng)方法保證高生產(chǎn)率和 低成本。2。工藝系統(tǒng)定義：在機(jī)械加工時(shí)，機(jī)床、夾具、刀具和工件就構(gòu)成了一個(gè)完整的系統(tǒng)j工藝系統(tǒng)誤差（原始誤差）-因丫加工誤差 果3. 研究加工精度的目的：弄清各種原始誤差的物理、力學(xué)本質(zhì)及對(duì)加工精度的影響規(guī)律，掌握控制加 工誤差的方法，找到提高加工精度的途徑，得預(yù)期的加工精度。二、影響機(jī)械加工精度的因素原始誤差幾何誤差（與工藝系統(tǒng)初始狀態(tài)有關(guān)的原始誤差）原理誤差定

3、位誤差調(diào)整誤差刀具誤差 夾具誤差工件相對(duì)刀具在靜止?fàn)顟B(tài)下已存在誤差機(jī)床主鋁回轉(zhuǎn)誤差機(jī)床導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差 機(jī)床傳動(dòng)謀差工件相對(duì)刀具衽運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下已存在課差動(dòng)誤差（與工藝過(guò)程有關(guān)的原始誤差） 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(cè)量誤差 工件殘余應(yīng)力引起變形三、誤差敏感方向?qū)庸ぞ扔绊懽畲蟮姆较颍▓D3 2）§ 3 2工藝系統(tǒng)的幾何精度對(duì)加工精度的影響一、加工原理誤差采用近似的成形運(yùn)動(dòng)用展成法切削齒輪（刀齒有限，微小折線組成曲線） 三坐標(biāo)數(shù)控銑削復(fù)雜形面零件 用球頭刀（圖3-3）近似的刀刃輪廓用滾刀切削漸開(kāi)線齒輪（用阿基米德蝸桿代替漸開(kāi)線蝸桿，軸向截 面為直線齒形）用模數(shù)

4、銑刀加工漸開(kāi)線齒輪（用一把模數(shù)銑刀加工模數(shù)一定齒數(shù) 范圍的齒輪）二、調(diào)整誤差1. 試切法：誤差來(lái)源：測(cè)量誤差（2）微進(jìn)給機(jī)構(gòu)的位移誤差-”爬行”現(xiàn)象.（3）切割層太薄-刀刃打滑2按樣件或樣板調(diào)整：樣件或樣板本身的制造安裝誤差及對(duì)刀誤差3。定程機(jī)構(gòu)誤差：行程擋塊、靠模、凸輪等機(jī)構(gòu)的制造精度和調(diào)整，以及與 其配合使用的離合器、電氣開(kāi)關(guān)、控制閥等的靈敏度三、機(jī)床誤差（一）機(jī)床導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差1。導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度-對(duì)徑向尺寸影響大（圖3-5）2. 導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度 - - -對(duì)徑向尺寸影響小 （圖 35）3. 前后導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的平行度 -刀架與工件相對(duì)位置偏斜 （錐 度或馬鞍形）（圖 37）

5、（二）機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差1 主軸回轉(zhuǎn)誤差的概念主軸回轉(zhuǎn)誤差：實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線與理想回轉(zhuǎn)軸線的最大變動(dòng)量 主軸回轉(zhuǎn)誤差：a、徑向跳動(dòng)；b、軸向竄動(dòng);c、傾角擺動(dòng) 2 主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度的影響（1）采用滑動(dòng)軸承 （圖 3 17）工件回轉(zhuǎn)類機(jī)床（車床 ）:主軸軸頸誤差反映到工件上 刀具回轉(zhuǎn)類機(jī)床 （鏜床）:軸承孔內(nèi)圈表面的圓度誤差將反映到工件上 （ 2）采用滾動(dòng)軸承時(shí)工件回轉(zhuǎn)類機(jī)床（車床） ：軸承內(nèi)環(huán)外滾道的幾何形狀誤差反映到工件上 刀具回轉(zhuǎn)類機(jī)床（鏜床） ：外環(huán)內(nèi)滾道誤差反映到工件上（相當(dāng)滑動(dòng)軸承 內(nèi)圓面）主軸前后軸承存在偏心 -反向偏心 -轉(zhuǎn)角 工件回轉(zhuǎn) -產(chǎn)生圓柱度誤差 刀具回轉(zhuǎn) - -產(chǎn)生圓度

6、誤差 （3）主軸的軸向竄動(dòng)：車 - -端面與圓柱面不垂直 （ 圖 314）（三）機(jī)床傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)誤差：制造、裝配、磨損 四夾具的制造誤差與磨損定位元件刀具導(dǎo)向元件分度機(jī)構(gòu) ,夾具體 五刀具的制造誤差和磨損1 一般刀具（車刀，銑刀，鏜刀，砂輪） 刃口的磨損和鈍化影響加工精度2 成形刀具刀刃的形狀誤差 ,刃磨，裝夾影響3 定尺寸刀具尺寸誤差影響3 3 工藝系統(tǒng)的受力變形一 基本概念（工藝系統(tǒng)的受力變形是彈性變形 ,工藝系統(tǒng)抵抗彈性變形的能力越強(qiáng) ,則加工精 度越高,工藝系統(tǒng)抵抗彈性變形的能力，用剛度 k 來(lái)描述）工藝系統(tǒng)剛度k:指工件加工表面在誤差敏感方向的切削分力與在該方向上 刀具相對(duì)工件位移

7、y 的比值即k Fy / yN/mmy 為 Fx , Fy , Fz 同時(shí)作用下綜合結(jié)果工藝系統(tǒng)剛度的計(jì)算1. 工藝系統(tǒng)剛度的組成（工藝系統(tǒng)在誤差敏感方向的變形疊加）y y jc yjjydygyjcFykjydFykdyg丄iikkkJCjjyjc機(jī)床受力變形yjj夾具受力變形yd刀架受力變形yg工件受力變形Fykjcyjj已知各組成環(huán)節(jié)的剛度一一工藝系統(tǒng)剛度三. 工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響（一）工藝系統(tǒng)各組成部分的變形及總變形1. 機(jī)床的變形條件：兩頂尖加工光軸；工件和刀具剛度很大yxytjf仏ytj)l xxiytj7ywz床頭箱與尾架的分力：FtjiFy-xlF wzx?FyytjF

8、tjktFy lktjXlFwz ywzkkwzF y xkwz 1yxlX2Fy2 f xylktjlkwz切削力不變（只考慮機(jī)床變形）2.工件的變形:條件：機(jī)床，刀架剛度很大l 3F22y l Fy X l X yg3EI llyjc yydjFy | XFy X2Fykwz3、工藝系統(tǒng)的總變形:y yjc ygFy ,1- 2 1 2 l X1X1ktjlkwz lkd2 2I X X3EIL（二）工藝系統(tǒng)變形對(duì)加工精度的影響1切削力作用點(diǎn)不同位置引起的誤差 遼件剛度大-馬鞍形車y1工件剛度小-腰鼓形2、誤差的復(fù)映（圖3-31） 定義：加工余量和材料硬度不均，引起切削力變化造成的加工誤差

9、 誤差復(fù)映系數(shù)C/K式中C為常數(shù)（硬度均勻、刀具、切削條件、進(jìn)給量一定時(shí) ） K為工藝系統(tǒng)的剛度是小于1的正數(shù)，定量反應(yīng)了毛坯誤差經(jīng)加工后所減小的程度g11mg22g112mg33g2123m總 123m為工件圓度誤差 g為加工后工件圓度誤差3、其他作用力：傳動(dòng)力，慣性力，夾緊力，本身重力等四. 車床部件剛度（一）機(jī)床部件剛度的測(cè)定1. 靜態(tài)測(cè)定法（圖3-38車床刀架的靜剛度特性曲線）（1）y-Fy非線形關(guān)系（彈塑變形）（2）加-卸載線不重合（摩擦和接觸塑變）（3）卸載線不回起始點(diǎn)（殘留變形，反復(fù)加載殘留變形為零）2. 工作狀態(tài)測(cè)定法（二）影響機(jī)床部件剛度的因素1接觸面的表面質(zhì)量開(kāi)始表面粗糙度

10、（接觸面積?。椬兒途植克茏円灰话夹吻€2、存在剛度差的零件（圖341）鑲條，鍵等- 凹形曲線（非線性）3、連接件夾緊力的影響螺釘連接，超過(guò)預(yù)緊力一-凸形曲線（非線性）4、摩擦力的影響：能量消耗-加、卸載線不重合 加載一-阻礙間隙位移，阻礙變形增加卸載-阻礙間隙位移，阻礙變形減小5、間隙的影響（圖3-40）載荷大于摩擦力 位移 -加、卸載點(diǎn)不重合五. 減小工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響的措施提高系統(tǒng)剛度，減小載荷及變化（一）提高工藝系統(tǒng)剛度1. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：減少連接面數(shù)量，用封閉斷面2. 提高表面接觸剛度提高接觸面表面質(zhì)量，預(yù)加載荷-消除間隙3. 用合理的裝夾和加工方式：中心架，跟刀架（二）減

11、少載荷及變化刀具幾何參數(shù)-增大前角主偏角=90°“切削用量一一減小進(jìn)給量及背吃刀深度I毛坯余量均勻六. 工件殘余應(yīng)力對(duì)加工精度的影響1. 毛坯內(nèi)應(yīng)力：鍛、鑄、焊一-厚薄不均，冷速不均內(nèi)應(yīng)力2. 工件切削內(nèi)應(yīng)力表層受摩擦、拉伸、熱膨脹3. 冷校直殘余應(yīng)力4. 熱處理§ 34工藝系統(tǒng)的熱變形對(duì)加工精度的影響一. 概述（一）工藝系統(tǒng)的熱源熱（高一-f低）一 導(dǎo)熱傳熱，對(duì)流傳熱，輻射傳熱熱源內(nèi)部：切削熱（主要熱源）產(chǎn)生于工藝系統(tǒng)內(nèi)部（以熱傳導(dǎo)方式傳遞）摩擦熱外部：環(huán)境溫度（氣溫變化，通風(fēng)，空氣對(duì)流和周圍環(huán)境）一-對(duì)流傳遞的主要形式各種輻射熱（陽(yáng)光，照明，暖氣設(shè)備）這時(shí)（二）工藝系統(tǒng)

12、的熱平衡和溫度場(chǎng)的概念 熱平衡一-工藝系統(tǒng)單位時(shí)間散出的熱量與熱源傳入的熱量趨于相等, 工藝系統(tǒng)就達(dá)到了熱平衡。溫度場(chǎng)-物體中各點(diǎn)的溫度分布成為溫度場(chǎng)不穩(wěn)定溫度場(chǎng)7穩(wěn)定溫度場(chǎng) 不穩(wěn)定溫度場(chǎng)-各點(diǎn)的溫度是坐標(biāo)和時(shí)間的函數(shù)y=f（x， y， t） 穩(wěn)定溫度場(chǎng)各點(diǎn)的溫度只是坐標(biāo)的函數(shù)y=f（x, y）二. 工件熱變形對(duì)加工精度的影響（一）工件比較均勻的受熱軸，盤，套類件一一-直徑和長(zhǎng)度增大（粗加工冷精加工）（二）工件不均勻受熱 平板類件一-翹曲變形三. 刀具熱變形時(shí)對(duì)加工精度的影響 車刀熱變形曲線（圖3-46）四. 機(jī)床熱變形對(duì)加工精度的影響-一般機(jī)床主傳動(dòng)功率-切削功率彳°空載功率-精密

13、機(jī)床-空載功耗是主要熱源-車床熱源（主軸箱）-主軸提高和傾斜一-垂直方向影響大 機(jī)床熱變形的緩慢-加工誤差不一致精密加工一-熱平衡后進(jìn)行加工五. 減少工藝系統(tǒng)熱變形對(duì)加工精度影響的措施1. 減少熱源產(chǎn)生的熱量 低速切削小切削用量 精密加工一一冷卻2. 控制熱源的影響：冷卻液，恒溫空間3. 從工藝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本身減少熱變形用對(duì)稱結(jié)構(gòu)機(jī)床3分離內(nèi)部熱源一-熱源放在機(jī)床外I減少運(yùn)動(dòng)副的摩擦熱 工件一-避免薄壁，空心等易受熱變形的結(jié)構(gòu) 刀具 熱變形避開(kāi)誤差敏感方向§ 3-5加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析-單因素分析法 統(tǒng)計(jì)數(shù)理一-誤差規(guī)律加工誤差的性質(zhì)（系統(tǒng)性誤差常值系統(tǒng)性誤差（加工誤差的大小，方向保持不變

14、，與加工時(shí) 間，加工順序無(wú)關(guān)）加工原理誤差丿I工藝系統(tǒng)的制造與調(diào)整誤差1工藝系統(tǒng)的靜力變形I機(jī)床，夾具，量具的磨損（變值系統(tǒng)性誤差（加工誤差按一定規(guī)律變化）機(jī)床，夾具，刀具的熱變形刀具磨損（隨機(jī)誤差（誤差的大小，方向不規(guī)律變化） 毛坯誤差的復(fù)映 裝夾誤差 多次調(diào)整誤差 殘余應(yīng)力引起的變形分布圖分析法實(shí)驗(yàn)分布圖（1）成批加工（調(diào)整法）一-取樣本-樣本容量n （樣本尺寸或偏差x）樣本極差XmaxXmin（3）樣本分組（按大小順序）（k組表3 2,組距d）組內(nèi)零件數(shù)量：頻數(shù)mi頻率:fi 一n式中j為組序數(shù)，正號(hào)為組上界，負(fù)號(hào)為組下界 丨 mm2組中值：Xminj 1 d(3)該批工件的實(shí)驗(yàn)分布圖頻

15、率密度頻數(shù)mi樣本容量組距(4)樣本的數(shù)字特征平均值：x標(biāo)準(zhǔn)差:n i iX2X(1) 6(T> T加工精度不足（2）x Am調(diào)整誤差?。ǔＶ担ǘ?理論分布曲線差綜1. 正態(tài)分布（相互獨(dú)立的大量微小隨機(jī)變量總和分布為正態(tài)分布） 調(diào)整加工法相互獨(dú)立的隨機(jī)誤差綜合作用正態(tài)沒(méi)有一個(gè)起決定作用正態(tài)分布的概率密度21 x曲線位置參數(shù)（不變形狀）1 y eV20)曲線形狀參數(shù)（刻畫x取值的分散程度）正態(tài)分布函數(shù):F(x)1<2x 2dx坐標(biāo)變換:z F(z)oez22 dz6c（± 3c）-代表某種加工方法在一定條件下（如毛坯余量、切削用標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布：F （z）z2ze 2 dz

16、量、正常的機(jī)床、夾具、刀具等）所能達(dá)到的加工精度6 cW T2. 非正態(tài)分布兩次調(diào)整件混：雙凸峰 ，常值 2.2兩機(jī)床加工件混：（1常值（2）精度不一 刀具磨損顯著：工藝系統(tǒng)熱變形顯著：曲線不對(duì)稱試切法“寧修不廢”：分散范圍:Tkk 相對(duì)分布系數(shù)表3 6e 相對(duì)不對(duì)稱系數(shù) 分布中心的偏心量eT2（三）分布圖分析法的應(yīng)用1. 辨別加工誤差性質(zhì)正態(tài)分布-無(wú)變值系統(tǒng)性誤差常值系統(tǒng)性誤差2. 確定工序能力及其等級(jí)工序能力-工序在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，誤差波動(dòng)幅度 正態(tài)分布時(shí)，工序能力6工序能力系數(shù)Cp代表工序能滿足加工精度要求的程度Cp1,工序能力足夠不出廢品的必要條件必出廢品一般Cp如：Cp （表 3-7）3

17、、計(jì)算合格品率或不合格品率 例：34（1）作分布圖x 11.97460.03(2) 計(jì)算cpCp=0.9(3) 計(jì)算廢品率Q 0.5 F(z)x x 11.984 11.974 o z20.005F(z) 0.4772Q 0.5 0.4772 0.02280.0035分布圖分析法的缺點(diǎn)（1）沒(méi)考慮先后順序，不能反映誤差變化趨勢(shì)（2）不能區(qū)別變值與隨機(jī)誤差（3）加工后繪制，不能及時(shí)提供繪制精度的信息三、點(diǎn)圖分析法分布圖-當(dāng)工藝過(guò)程穩(wěn)定時(shí)（保持不變） 點(diǎn)圖-分析工藝過(guò)程的穩(wěn)定性（一）單值點(diǎn)圖（反映了每個(gè)工件尺寸或誤差與加工時(shí)間的關(guān)系） 按加工順序測(cè)量工件一一平均值曲線 oo- 每一瞬時(shí)的分散中心起始點(diǎn)o - -常值系統(tǒng)性誤差A(yù)A/ BB/ - -每一瞬時(shí)的分散范圍（隨機(jī)誤差的影響）CC! DD/ -控制界線EE/ FF/-公差帶極限尺寸（二）x R圖（小樣本）平均X 值（控制工藝過(guò)程質(zhì)量指標(biāo)的分布中心）控制圖和極差R（控制工藝過(guò)程質(zhì)量指標(biāo)的分散程度）控制圖聯(lián)合使用的統(tǒng)稱總體正態(tài)分布x也服從正態(tài)分布，且 xN （,）nx的分散范圍（3n）總體均值 總體標(biāo)準(zhǔn)差R非正態(tài)分布n 10正態(tài)，分散范圍R 3 R,R d可用小樣本均值x的均值來(lái)估計(jì)：x=1 k _xXik i 1上控制線Xsx下控制線XxxA2R可用anR來(lái)估計(jì)：anR-