機械制造技術(shù)基礎(chǔ)第6章課件

1、學(xué)學(xué)機機 械械院院機械制造技術(shù)基礎(chǔ)機械制造技術(shù)基礎(chǔ)機械工程與自動化學(xué)院機械工程與自動化學(xué)院鞏亞東鞏亞東 教授教授GG2012年年9月月第第6 6章章 機械加工精度影響因素機械加工精度影響因素與控制與控制 6.1 機械加工精度的概念及其獲得方法機械加工精度的概念及其獲得方法 6.1.1機械加工質(zhì)量的含義機械加工質(zhì)量的含義 6.1.2機械加工精度的概念機械加工精度的概念 機械加工精度是指零件經(jīng)機械加工后的實際幾機械加工精度是指零件經(jīng)機械加工后的實際幾何參數(shù)（尺寸，形狀、表面相互位置）與零件的理想何參數(shù)（尺寸，形狀、表面相互位置）與零件的理想幾何參數(shù)相符合的程度。在實際生產(chǎn)中，加工精度的幾何參數(shù)相符

2、合的程度。在實際生產(chǎn)中，加工精度的高低是用加工誤差的大小來評價和表示的。加工精度高低是用加工誤差的大小來評價和表示的。加工精度包括包括尺寸精度、形狀精度和位置精度。尺寸精度、形狀精度和位置精度。 6.1.3 6.1.3 機械加工精度獲得的方法機械加工精度獲得的方法 尺寸精度獲得方法尺寸精度獲得方法 （1）試切法試切法 （2）定尺寸刀具法定尺寸刀具法 （3）調(diào)整法調(diào)整法 （4）自動控制法自動控制法 幾何形狀和相互位置精度幾何形狀和相互位置精度 獲得零件幾何形狀精度的方法有：獲得零件幾何形狀精度的方法有： （1）軌跡法）軌跡法 （2）仿形法）仿形法 （3）成形刀具法）成形刀具法 （4）展成法）展成

3、法 相互位置精度：相互位置精度： 零件的相互位置精度，主要由機床零件的相互位置精度，主要由機床精度、夾具精度和工件安裝精度以及機精度、夾具精度和工件安裝精度以及機床運動與工件裝夾后的位置精度予以保床運動與工件裝夾后的位置精度予以保證的。如在平面上鉆孔，孔中心線對平證的。如在平面上鉆孔，孔中心線對平面的垂直度則取決于鉆床鉆頭進給方向面的垂直度則取決于鉆床鉆頭進給方向與工作臺或夾具定位面的垂直度。與工作臺或夾具定位面的垂直度。 尺寸、幾何形狀和位置精尺寸、幾何形狀和位置精 度間的關(guān)系度間的關(guān)系 一般說來幾何形狀精度，相互位置精度一般說來幾何形狀精度，相互位置精度與尺寸精度應(yīng)該相適應(yīng)。尺寸精度要求高

4、，與尺寸精度應(yīng)該相適應(yīng)。尺寸精度要求高，其幾何形狀精度和相互位置精度要求也高，其幾何形狀精度和相互位置精度要求也高，其次形狀精度應(yīng)高于尺寸精度，而位置精度其次形狀精度應(yīng)高于尺寸精度，而位置精度在多數(shù)情況下也應(yīng)高于尺寸精度。在多數(shù)情況下也應(yīng)高于尺寸精度。 6.2 6.2 機械加工精度影響因素及控制機械加工精度影響因素及控制 6.2.1 原理誤差原理誤差 機械加工時，是將刀具和工件安裝在機床機械加工時，是將刀具和工件安裝在機床和夾具上進行的，它們構(gòu)成了一個完整系統(tǒng)，稱和夾具上進行的，它們構(gòu)成了一個完整系統(tǒng)，稱為工藝系統(tǒng)。為工藝系統(tǒng)。 原理誤差是由于在加原理誤差是由于在加工中因為采用了近似加工工中因

5、為采用了近似加工運動或近似的刀具切刃形運動或近似的刀具切刃形狀輪廓而產(chǎn)生的誤差。狀輪廓而產(chǎn)生的誤差。6.2.2 工藝系統(tǒng)幾何誤差工藝系統(tǒng)幾何誤差 （1 1）機床成形運動誤差）機床成形運動誤差 1 1） 主軸主軸回轉(zhuǎn)誤差回轉(zhuǎn)誤差 (a) (a) 主軸純徑向跳動主軸純徑向跳動 (b) (b) 主軸純軸向竄動主軸純軸向竄動 (c) (c) 主軸純角度擺動主軸純角度擺動 主軸徑向跳動誤差對加工精度的影響（主軸徑向跳動誤差對加工精度的影響（例例1 1、2 2） 主軸軸向竄動誤差對加工精度的影響主軸軸向竄動誤差對加工精度的影響 主軸純角度擺動誤差對加工精度的影響主軸純角度擺動誤差對加工精度的影響 主軸運動

6、誤差主軸運動誤差產(chǎn)生的原因產(chǎn)生的原因 (垂直垂直) 主軸運動精度的測定主軸運動精度的測定 2） 導(dǎo)軌誤差導(dǎo)軌誤差 導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)直線度誤差導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)直線度誤差 導(dǎo)軌在水平面內(nèi)直線度誤差導(dǎo)軌在水平面內(nèi)直線度誤差 R R y y D D2 2 y y 兩導(dǎo)軌間兩導(dǎo)軌間平行度誤差平行度誤差 D=2D=2 = = 2HBRZR22RZD2 3） 傳動誤差傳動誤差 111184156422828282823232080KifeixcgnjnjjjjnK11 減少傳動誤差可采取以下措施：減少傳動誤差可采取以下措施： 采用降速傳動鏈，使末端傳動副采用大采用降速傳動鏈，使末端傳動副采用大的的降速比。的

7、的降速比。 減少傳動鏈中的元件數(shù)目，縮短傳動鏈。減少傳動鏈中的元件數(shù)目，縮短傳動鏈。 提高傳動元件，特別是末端傳動元件的提高傳動元件，特別是末端傳動元件的制造與裝配精度。制造與裝配精度。 采用誤差校正機構(gòu)或自動補償系統(tǒng)。采用誤差校正機構(gòu)或自動補償系統(tǒng)。 （2）刀具幾何誤差）刀具幾何誤差 刀具的尺寸、幾何形狀和相互位置誤差會使零件產(chǎn)生的加刀具的尺寸、幾何形狀和相互位置誤差會使零件產(chǎn)生的加工誤差。工誤差。 （3 3）夾具幾何誤差）夾具幾何誤差 夾具的作用是使工件相對機床和刀具具有正確的位置，夾具的作用是使工件相對機床和刀具具有正確的位置，由此看出夾具的制造誤差對工件的加工精度有很大影響。由此看出夾

8、具的制造誤差對工件的加工精度有很大影響。 （4 4）測量誤差）測量誤差 精確的測量是保證工藝系統(tǒng)各部分間正確位置的基礎(chǔ)，也精確的測量是保證工藝系統(tǒng)各部分間正確位置的基礎(chǔ)，也是判定工件合格與否的依據(jù)。是判定工件合格與否的依據(jù)。 10001000)(000lKllK 6.2.3 工藝系統(tǒng)受力變形的影響工藝系統(tǒng)受力變形的影響 （1）工藝系統(tǒng)剛度的概念）工藝系統(tǒng)剛度的概念 彈性系統(tǒng)抵抗外力使其變形的能力稱為剛度。工藝系彈性系統(tǒng)抵抗外力使其變形的能力稱為剛度。工藝系統(tǒng)的剛度是以切削力和在該力方向上（統(tǒng)的剛度是以切削力和在該力方向上（誤差敏感方向誤差敏感方向）所）所引起的刀具和工件間相對變形位移的比值表示

9、的，即：引起的刀具和工件間相對變形位移的比值表示的，即： kFyyyyyxtjdgdydkFygdjxtkkkk1111（2 2） 工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響 1 1）機床剛度對加工精度的影響）機床剛度對加工精度的影響xwzjtyyxL()yyyyxLxjtwzjt()FFLxLAy()FF xLByyFkjtAjtyFkwzBwzyFkdjydjyyyFkkLxLkxLxtxdjydjjtwz11122()()22)(1)(111LxkLxLkkyFkwzjtdjxtyxt 2 2）工件剛度工件剛度對加工精度的影響對加工精度的影響 工件的變形一般可根據(jù)材料力學(xué)有

10、關(guān)公式計算：工件的變形一般可根據(jù)材料力學(xué)有關(guān)公式計算： yFEIxLxLgy322()11322kEIxLxLg()yFkkLxLkxLLxxEILxtydjjtwz11132222()()()kkkLxLkxLLxxEILxtdjjtwz111132222()()() 3 3刀具剛度對加工精度的影響刀具剛度對加工精度的影響 在鏜孔時，由于鏜桿懸伸很長，其變形對加工精度在鏜孔時，由于鏜桿懸伸很長，其變形對加工精度影響嚴重。影響嚴重。（3 3）切削力變化引起的誤差（）切削力變化引起的誤差（誤差復(fù)映誤差復(fù)映） 由此引起的工藝系統(tǒng)受力變形為：由此引起的工藝系統(tǒng)受力變形為： kEILtg33yCakp

11、xt11yCakpxt22mxtppxtgkCaakCyy)(2121gmxtkCmg（4 4）其它作用力變化引起的誤差）其它作用力變化引起的誤差 1 1） 夾緊力變化夾緊力變化引起的引起的加工誤差加工誤差 2 2因慣性力變化引起加工誤差因慣性力變化引起加工誤差 xtyxtyxtykgWFkQFkRy2yyFWgkFWgkWgkyxtyxtxtmaxmin2222 3 3） 機床部件和機床部件和工件自重工件自重引起的加工誤差引起的加工誤差 大型立式車床橫梁及刀架自重引起的橫梁導(dǎo)軌變大型立式車床橫梁及刀架自重引起的橫梁導(dǎo)軌變形，從而影響刀架垂直進給的準確性，造成工件的幾形，從而影響刀架垂直進給的

12、準確性，造成工件的幾何形狀誤差。何形狀誤差。 （5 5）機床剛度的測定）機床剛度的測定 ）靜態(tài)測定法）靜態(tài)測定法 ）工作狀態(tài)測定法（生產(chǎn)法）工作狀態(tài)測定法（生產(chǎn)法） 3 3）儀器）儀器測定法測定法)(75. 0fCatkFpxtap=D2D1 12DDt（6 6）影響機床部件剛度的因素）影響機床部件剛度的因素 ）影響機床部件剛度的因素）影響機床部件剛度的因素 連接表面的連接表面的接觸變形接觸變形 薄弱零件本身的變形薄弱零件本身的變形 2 2）摩擦的影響）摩擦的影響 3 3）間隙的影響）間隙的影響 （7 7）減少工藝系統(tǒng)受力變形的途徑）減少工藝系統(tǒng)受力變形的途徑 1 1）提高工藝系統(tǒng)剛度）提高工

13、藝系統(tǒng)剛度 選用合理的零部件結(jié)構(gòu)和斷面形狀選用合理的零部件結(jié)構(gòu)和斷面形狀 提高連接表面的接觸剛度提高連接表面的接觸剛度 設(shè)置輔助支承設(shè)置輔助支承 采用合理的安裝方法和加工方法采用合理的安裝方法和加工方法 2 2）減少切削力及其變化）減少切削力及其變化 殘余應(yīng)力重新分布引起的誤差殘余應(yīng)力重新分布引起的誤差 （1 1） 毛坯制造中產(chǎn)生的毛坯制造中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力 （2 2） 冷校直產(chǎn)生的冷校直產(chǎn)生的殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力6.2.4 6.2.4 工藝系統(tǒng)熱變形的影響工藝系統(tǒng)熱變形的影響 （1 1） 工藝系統(tǒng)的熱源工藝系統(tǒng)的熱源 1 1）內(nèi)部熱源）內(nèi)部熱源 是由驅(qū)動機床的能量在使是由驅(qū)動機床的能量在使

14、其完成切削運動和切削功能的其完成切削運動和切削功能的過程中相當(dāng)一部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苓^程中相當(dāng)一部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏纬傻臒嵩?。而形成的熱源?2 2）外部熱源）外部熱源 主要是以熱輻射和熱傳導(dǎo)主要是以熱輻射和熱傳導(dǎo)方式由外界環(huán)境傳入工藝系統(tǒng)方式由外界環(huán)境傳入工藝系統(tǒng)的熱量。的熱量。 （2 2）工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響）工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響 1 1） 機床熱變形對加工精度的影響機床熱變形對加工精度的影響 下面為幾種機床受熱變形情況：下面為幾種機床受熱變形情況： 車床車床受熱變形受熱變形 立式銑床立式銑床受熱變形受熱變形 外圓磨床外圓磨床受熱變形受熱變形 導(dǎo)軌磨床導(dǎo)軌磨床受熱變形受熱變形

15、為了減少機床熱變形對加工精度的影響，目前為了減少機床熱變形對加工精度的影響，目前采取的主要措施有：采取的主要措施有： 減少機床的熱源影響減少機床的熱源影響 均勻機床零部件的溫升均勻機床零部件的溫升 采取隔熱措施采取隔熱措施 工藝措施的改進工藝措施的改進 熱對稱結(jié)構(gòu)熱對稱結(jié)構(gòu)采取隔熱裝置采取隔熱裝置 2 2） 工件的熱變形對加工精度的影響工件的熱變形對加工精度的影響 工件均勻受熱引起變形工件均勻受熱引起變形 工件不均勻受熱引起的變形工件不均勻受熱引起的變形 為減少工件熱變形的影響，可以采取以下措施：為減少工件熱變形的影響，可以采取以下措施： 在切削區(qū)域內(nèi)施加充分冷卻液。在切削區(qū)域內(nèi)施加充分冷卻液

16、。 提高切削速度或進給量，使傳人工件的熱量減少。提高切削速度或進給量，使傳人工件的熱量減少。 工件在精加工前給以充分冷卻時間。工件在精加工前給以充分冷卻時間。 及時刃磨刀具和修正砂輪，以免刀具和砂輪變鈍，及時刃磨刀具和修正砂輪，以免刀具和砂輪變鈍，引起切削熱的增大。引起切削熱的增大。 采用彈簧后頂尖，使工件在夾緊時有受熱伸縮自由。采用彈簧后頂尖，使工件在夾緊時有受熱伸縮自由。 3 3） 刀具的熱變形對加工精度的影響刀具的熱變形對加工精度的影響 使刀具產(chǎn)生熱變形的熱源主要也是切削熱，盡管傳使刀具產(chǎn)生熱變形的熱源主要也是切削熱，盡管傳給刀具的熱量占總熱量的百分比很?。s給刀具的熱量占總熱量的百分比

17、很?。s3 35 5），但），但是因刀具體積小，熱容量小，因此刀具的工作表面被加是因刀具體積小，熱容量小，因此刀具的工作表面被加熱到很高溫度。熱到很高溫度。 保證和提高加工精度的途徑保證和提高加工精度的途徑 （1 1）消除與減小原始誤差）消除與減小原始誤差 （2 2）補償或）補償或抵消原始誤差抵消原始誤差 （3 3）轉(zhuǎn)移原始誤差（）轉(zhuǎn)移原始誤差（例例1 1、2 2） （4 4）誤差均化）誤差均化 （5 5）加工過程中的）加工過程中的主動控制主動控制 6.3 6.3 加工誤差的統(tǒng)計分析質(zhì)量控制加工誤差的統(tǒng)計分析質(zhì)量控制 6.3.1 加工誤差性質(zhì)的分類加工誤差性質(zhì)的分類 （1）系統(tǒng)性誤差）系統(tǒng)性誤

18、差 相同工藝條件，當(dāng)連續(xù)加工一批零件時，加工誤差的相同工藝條件，當(dāng)連續(xù)加工一批零件時，加工誤差的大小和方向保持不變或按一定的規(guī)律而變化，稱為系統(tǒng)性大小和方向保持不變或按一定的規(guī)律而變化，稱為系統(tǒng)性誤差。誤差。 （2）隨機性誤差）隨機性誤差 在加工一批工件時，誤差出現(xiàn)的大小或方向作不規(guī)律在加工一批工件時，誤差出現(xiàn)的大小或方向作不規(guī)律變化著的誤差稱為隨機性誤差變化著的誤差稱為隨機性誤差 對于某一具體誤差來說，應(yīng)根據(jù)其實際惰況來決定是對于某一具體誤差來說，應(yīng)根據(jù)其實際惰況來決定是屬于系統(tǒng)性誤差還是隨機性誤差。屬于系統(tǒng)性誤差還是隨機性誤差。 6.3. 2 加工誤差的分布規(guī)律加工誤差的分布規(guī)律 （）實際

19、分布曲線（）實際分布曲線 以尺寸間隔為橫坐標(biāo)，以頻率為縱坐標(biāo)，可求得若干點，以尺寸間隔為橫坐標(biāo)，以頻率為縱坐標(biāo)，可求得若干點，把這些點連接起來，得到一根折線稱為實際分布曲線。把這些點連接起來，得到一根折線稱為實際分布曲線。 （2）正態(tài)分布曲線）正態(tài)分布曲線 正態(tài)分布曲線（或稱高斯曲線），其方程式為正態(tài)分布曲線（或稱高斯曲線），其方程式為 ：222)(21xxeyxxxxxnxnniin1231.() /xxniin21正態(tài)分布曲線具有以下一些特點：正態(tài)分布曲線具有以下一些特點： 1 1）算術(shù)平均尺寸決定了正態(tài)分布曲線的中心位置）算術(shù)平均尺寸決定了正態(tài)分布曲線的中心位置 2 2）均方根誤差）均方

20、根誤差 決定曲線形狀決定曲線形狀3 3）正態(tài)分布曲線與橫坐標(biāo)軸沒有交點）正態(tài)分布曲線與橫坐標(biāo)軸沒有交點 4 4）可計算任一尺寸范圍內(nèi)零件出現(xiàn)的概率）可計算任一尺寸范圍內(nèi)零件出現(xiàn)的概率Fydxedxxxx1020121221Z（z）Z（z）Z（z）Z（z）0.00.050.100.150.200.300.400.500.600.700.00000.01990.03980.05960.07930.11790.15540.19150.22570.25800.800.901.001.101.201.301.401.501.601.700.28810.31590.34130.36430.38490.40320.41920.43320.44520.45541.801.902.002.102.202.302.402.502.602.700.46410.47130.47720.48210.48610.48930.49180.49380.49530.49652.802.903.003.203.403.603.804.004.500.49740.49810.49860.49930.49960.499840.499920.499960.49999表表5-2 （z）值）值 應(yīng)該說明的，在正常條件下加工一批零件，應(yīng)該說