機械制造第五章機械制造質(zhì)量分析與控制

1、 黑龍江大學機電工程學院 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力機械制造質(zhì)量分析與控制 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制一、概述第一節(jié) 機械加工精度 1.1.加工精度與加工誤差加工精度與加工誤差 加工精度是指零件加工后的實際幾何參數(shù)（尺寸、加工精度是指零件加工后的實際幾何參數(shù)（尺寸、 形狀和位置）與理想幾何參數(shù)的符合程度形狀和位置）與理想幾何參數(shù)的符合程度 加工誤差指零件加工后的實際幾何參數(shù)對理想幾何加工誤差

2、指零件加工后的實際幾何參數(shù)對理想幾何 參數(shù)的偏離程度。參數(shù)的偏離程度。 在生產(chǎn)實踐中都是用加工誤差的大小來反映與控制在生產(chǎn)實踐中都是用加工誤差的大小來反映與控制 加工精度，也就是說加工精度的高低是通過加工誤差加工精度，也就是說加工精度的高低是通過加工誤差 的大小來衡量，誤差大則精度低，反之則高。的大小來衡量，誤差大則精度低，反之則高。 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制 加工精度與加工誤差三個方面的內(nèi)容：加工精度與加工誤差三個方面的內(nèi)容： 尺寸精度（誤差）尺寸精度（誤差） 尺寸精度是加工后的零件表面本身或表面之間的實際尺尺寸精度是加工后的零件表面本身或表面之間的實際尺寸與理想零件尺

3、寸之間的符合程度。理想零件尺寸是指零寸與理想零件尺寸之間的符合程度。理想零件尺寸是指零件圖上標注尺寸的中間值件圖上標注尺寸的中間值 形狀精度（誤差）形狀精度（誤差） 形狀精度是加工后的零件表面本身的實際形狀與理想形狀精度是加工后的零件表面本身的實際形狀與理想零件表面形狀象符合的程度。理想表面的形狀是指絕對準零件表面形狀象符合的程度。理想表面的形狀是指絕對準確的表面形狀確的表面形狀 位置精度（誤差位置精度（誤差 ） 位置精度是加工后零件各表面間實際位置與理想零件表位置精度是加工后零件各表面間實際位置與理想零件表 面間的位置符合的程度。理想零件各表面間的位置是指各面間的位置符合的程度。理想零件各表

4、面間的位置是指各 表面間絕對準確的位置表面間絕對準確的位置 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制 2.2.經(jīng)濟加工精度經(jīng)濟加工精度加工誤差加工誤差與加工成本與加工成本C C關系關系誤差誤差成本成本C C 任何一種加工方法獲得的加工精度和表面質(zhì)量都有一個任何一種加工方法獲得的加工精度和表面質(zhì)量都有一個相當大的范圍，但只有某一個較窄的范圍才是經(jīng)濟的，這個相當大的范圍，但只有某一個較窄的范圍才是經(jīng)濟的，這個范圍的加工精度就是范圍的加工精度就是“經(jīng)濟加工精度經(jīng)濟加工精度”。 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制 加工經(jīng)濟精度加工經(jīng)濟精度是指在正常加工條件下是指在正常加工條件下( (

5、采用符合質(zhì)采用符合質(zhì)量標準的設備、工藝裝備和標準技術等級的工人，不延量標準的設備、工藝裝備和標準技術等級的工人，不延長加工時間長加工時間) )所能保證的加工精度。所能保證的加工精度。 某種加工方法的加工經(jīng)濟精度不應理解為某一個確定某種加工方法的加工經(jīng)濟精度不應理解為某一個確定 值，而應理解為一個范圍，在這個范圍內(nèi)都可以說是經(jīng)值，而應理解為一個范圍，在這個范圍內(nèi)都可以說是經(jīng) 濟的。濟的。 加工經(jīng)濟精度不是固定不變的。加工經(jīng)濟精度不是固定不變的。 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制 3.3.原始誤差原始誤差 工藝系統(tǒng)工藝系統(tǒng): :在機械加工中，機床、夾具、刀具和工件就構在機械加工中，機

6、床、夾具、刀具和工件就構 成了一個完整的系統(tǒng)。成了一個完整的系統(tǒng)。 原始誤差：工藝系統(tǒng)的中誤差是產(chǎn)生零件加工誤差的根原始誤差：工藝系統(tǒng)的中誤差是產(chǎn)生零件加工誤差的根 源，因此把工藝系統(tǒng)的誤差叫做原始誤差。源，因此把工藝系統(tǒng)的誤差叫做原始誤差。 工藝系統(tǒng)靜誤差：工藝系統(tǒng)靜誤差：機床、夾具和刀具機床、夾具和刀具的誤差，是在無切削的誤差，是在無切削負荷的情況下檢驗的，劃分為工藝系統(tǒng)靜誤差。負荷的情況下檢驗的，劃分為工藝系統(tǒng)靜誤差。 工藝系統(tǒng)動誤差：工藝系統(tǒng)動誤差：工藝系統(tǒng)受力變形、熱變形和刀具磨損，工藝系統(tǒng)受力變形、熱變形和刀具磨損，是在有負荷情況下產(chǎn)生的，劃分為工藝系統(tǒng)動誤差。是在有負荷情況下產(chǎn)生

7、的，劃分為工藝系統(tǒng)動誤差。 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制加工前加工前原理誤差原理誤差 工件裝夾誤差工件裝夾誤差 調(diào)整誤差調(diào)整誤差 機床誤差機床誤差 夾具誤差夾具誤差 刀具制造誤差刀具制造誤差加工中加工中刀具磨損刀具磨損 工藝系統(tǒng)受力變形工藝系統(tǒng)受力變形 工藝系統(tǒng)熱變形工藝系統(tǒng)熱變形加工后加工后內(nèi)應力引起的變形內(nèi)應力引起的變形 測量誤差測量誤差工藝系統(tǒng)工藝系統(tǒng) 靜誤差靜誤差工藝系統(tǒng)工藝系統(tǒng) 動誤差動誤差與初始狀態(tài)有關與初始狀態(tài)有關與工藝過程有關與工藝過程有關 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制 4.4.誤差敏感方向的概念誤差敏感方向的概念 加工誤差的敏感方向：原始誤

8、差所引起的刀刃加工誤差的敏感方向：原始誤差所引起的刀刃 與工件間的相對位移如果產(chǎn)生在加工表面的法線與工件間的相對位移如果產(chǎn)生在加工表面的法線 方向，則對加工精度有直接影響，如果產(chǎn)生在切方向，則對加工精度有直接影響，如果產(chǎn)生在切 線方向上就可忽略不計。線方向上就可忽略不計。 5.5.研究機械加工精度的方法研究機械加工精度的方法 分析計算法分析計算法 統(tǒng)計分析法統(tǒng)計分析法 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制二、工藝系統(tǒng)幾何誤差1.1.機床的幾何誤差機床的幾何誤差誤差來源：誤差來源： 機床本身的制造誤差機床本身的制造誤差 機床的磨損機床的磨損 安裝誤差安裝誤差機床本身的制造誤差：機床本身

9、的制造誤差： 主軸的回轉誤差主軸的回轉誤差 機床導軌的誤差機床導軌的誤差 傳動鏈誤差傳動鏈誤差 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制(1)(1)主軸的回轉誤差主軸的回轉誤差 主軸回轉誤差是指主軸各瞬間的實際回轉軸線相主軸回轉誤差是指主軸各瞬間的實際回轉軸線相對其平均回轉軸線的變動量。它可分解為對其平均回轉軸線的變動量。它可分解為徑向圓跳動、徑向圓跳動、軸向竄動和角度擺動軸向竄動和角度擺動三種基本形式。三種基本形式。 產(chǎn)生徑向回轉誤差的主要原因：主軸幾段軸頸的產(chǎn)生徑向回轉誤差的主要原因：主軸幾段軸頸的同軸度誤差、軸承本身的各種誤差、軸承之間的同軸同軸度誤差、軸承本身的各種誤差、軸承之間

10、的同軸度誤差、主軸撓度等。度誤差、主軸撓度等。 適當提高主軸及箱體的制造精度、選用高精度的適當提高主軸及箱體的制造精度、選用高精度的軸承、提高主軸部件的裝配精度、對高速主軸部件進軸承、提高主軸部件的裝配精度、對高速主軸部件進行平衡、對滾動軸承進行預緊等，均可提高機床主軸行平衡、對滾動軸承進行預緊等，均可提高機床主軸的回轉精度。的回轉精度。 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制(2)(2)導軌誤差導軌誤差 導軌在水平面內(nèi)的直線度導軌在水平面內(nèi)的直線度臥式車床導軌在水平面內(nèi)臥式車床導軌在水平面內(nèi) 的直線度誤差的直線度誤差1 1將直接反將直接反映在被加工工件表面的法映在被加工工件表面的法線

11、方向上，對工件的精度線方向上，對工件的精度的影響最大的影響最大。 R=yR=y D=2yD=2y 導軌在水平面內(nèi)誤差：導軌在水平面內(nèi)誤差： 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制 導軌在垂直面內(nèi)的直線度導軌在垂直面內(nèi)的直線度臥式車床導軌在垂直面內(nèi)臥式車床導軌在垂直面內(nèi) 的直線度誤差的直線度誤差2 2可能引起可能引起被加工工件的形狀誤差和被加工工件的形狀誤差和尺寸誤差。尺寸誤差。 導軌在垂直面內(nèi)誤差：導軌在垂直面內(nèi)誤差： R=R=2 22 2/2R/2R D=D=2 22 2/R/R 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制 前后導軌的平行度前后導軌的平行度當前后導軌存在平行度誤當

12、前后導軌存在平行度誤差（扭曲）時，刀架運動差（扭曲）時，刀架運動時會產(chǎn)生擺動，刀尖的運時會產(chǎn)生擺動，刀尖的運動軌跡是一條空間曲線，動軌跡是一條空間曲線，使工件產(chǎn)生形狀誤差。使工件產(chǎn)生形狀誤差。 3BHyR 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制(3)(3)傳動鏈誤差傳動鏈誤差 傳動鏈始末兩端傳動元件間相對運動的誤差。傳動鏈始末兩端傳動元件間相對運動的誤差。 一般用傳動鏈末端元件的轉角誤差來衡量。一般用傳動鏈末端元件的轉角誤差來衡量。 傳動鏈誤差是由于傳動鏈中的傳動元件存在制傳動鏈誤差是由于傳動鏈中的傳動元件存在制造誤差、裝配誤差和使用過程中的磨損引起的。造誤差、裝配誤差和使用過程中的磨

13、損引起的。 提高傳動鏈的傳遞精度的措施：提高傳動鏈的傳遞精度的措施： 盡可能縮短傳動鏈，減少誤差源盡可能縮短傳動鏈，減少誤差源 盡可能采用降速傳動盡可能采用降速傳動 盡可能使末端傳動副采用大的降速比盡可能使末端傳動副采用大的降速比 盡可能把末端傳動元件制造得精確盡可能把末端傳動元件制造得精確 提高傳動元件的制造精度和裝夾精度，提高傳動元件的制造精度和裝夾精度， 并盡可能地提高傳動鏈中升速元件的精度并盡可能地提高傳動鏈中升速元件的精度 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制2.2.刀具的幾何誤差刀具的幾何誤差 刀具誤差對加工精度的影響隨刀具種類的不同而不同刀具誤差對加工精度的影響隨刀具種

14、類的不同而不同 定尺寸刀具定尺寸刀具( (如鉆頭、鉸刀、鍵槽銑刀、鏜刀塊、如鉆頭、鉸刀、鍵槽銑刀、鏜刀塊、圓拉刀等圓拉刀等) )：刀具的尺寸誤差將直接影響工件尺寸：刀具的尺寸誤差將直接影響工件尺寸精度精度 成形刀具成形刀具( (如成形車刀、成形銑刀、齒輪模數(shù)銑刀、如成形車刀、成形銑刀、齒輪模數(shù)銑刀、成形砂輪等成形砂輪等) )：刀具的形狀誤差，將直接影響工件：刀具的形狀誤差，將直接影響工件的形狀精度的形狀精度 展成刀具展成刀具( (如齒輪滾刀、花鍵滾刀、插齒刀等如齒輪滾刀、花鍵滾刀、插齒刀等) )：刀：刀具切削刃的幾何形狀及有關尺寸誤差也會影響工件具切削刃的幾何形狀及有關尺寸誤差也會影響工件的加

15、工精度的加工精度 一般刀具一般刀具( (如車刀、鏜刀、銑刀等如車刀、鏜刀、銑刀等) )：其制造誤差對：其制造誤差對工件的加工精度無直接影響工件的加工精度無直接影響 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制 刀具的尺寸磨損刀具的尺寸磨損與切削路程與切削路程l的關系的關系斜率斜率KK稱為單位磨損，稱為單位磨損，表示每切削表示每切削10001000米路程刀米路程刀具的尺寸磨損量，單位為具的尺寸磨損量，單位為mm/km/km； 10001000)(000lKllK 刀具的尺寸磨損量可用下式計算刀具的尺寸磨損量可用下式計算: 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制3.3.夾具的幾何誤差夾具

16、的幾何誤差 夾具的制造誤差對工件的加夾具的制造誤差對工件的加 工精度（特別是位置精度）有工精度（特別是位置精度）有 很大的影響很大的影響 夾具使用過程中的磨損將使夾具使用過程中的磨損將使夾具的誤差增大夾具的誤差增大 精加工用夾具一般取工件上精加工用夾具一般取工件上 相應尺寸公差的相應尺寸公差的1/21/21/3 1/3 粗加工用夾具一般取工件上粗加工用夾具一般取工件上相應尺寸公差的相應尺寸公差的1/51/51/101/10 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制三、調(diào)整誤差 在機械加工的每一個工序中在機械加工的每一個工序中, ,總是要進行這樣總是要進行這樣 或那樣的調(diào)整工作或那樣的調(diào)整

17、工作, ,由于調(diào)整不可能絕對準確由于調(diào)整不可能絕對準確, ,也就也就 帶來了一項原始誤差帶來了一項原始誤差, ,即調(diào)整誤差。即調(diào)整誤差。 試切法調(diào)整試切法調(diào)整 度量誤差度量誤差 加工余量的影響加工余量的影響 微進給誤差微進給誤差 按定程機構調(diào)整按定程機構調(diào)整 按樣件或樣板調(diào)整按樣件或樣板調(diào)整 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制四、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差 車長軸車長軸 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制橫向切入磨內(nèi)孔橫向切入磨內(nèi)孔 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制1.1.基本概念基本概念 工藝系統(tǒng)的剛度工藝系統(tǒng)的剛度K K系統(tǒng)系統(tǒng)是垂直作用于工件加工表面

18、（加是垂直作用于工件加工表面（加工誤差敏感方向）的徑向切削分力工誤差敏感方向）的徑向切削分力F Fy y與工藝系統(tǒng)在該方向與工藝系統(tǒng)在該方向上的變形上的變形y y系統(tǒng)系統(tǒng)之比，即之比，即方向的變形在切削力作用下產(chǎn)生在徑向切削分力系統(tǒng)系統(tǒng)yyFKy 變形變形y y系統(tǒng)系統(tǒng)由工件變形、主軸頭部變形、尾部頂尖變形由工件變形、主軸頭部變形、尾部頂尖變形和刀架變形綜合引起的變形和刀架變形綜合引起的變形 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制2.2.工件剛度工件剛度3.3.刀具剛度刀具剛度4.4.機床部件剛度機床部件剛度(1)(1)機床部件機床部件剛度剛度 主要還是用實驗方法來測定機床部件剛度。主

19、要還是用實驗方法來測定機床部件剛度。 靜測定法是一種最簡單的測定方法。靜測定法是一種最簡單的測定方法。 (2) 影響機床部件剛度的因素影響機床部件剛度的因素 結合面接觸變形的影響結合面接觸變形的影響 摩擦力的影響摩擦力的影響 低剛度零件的影響低剛度零件的影響 間隙的影響間隙的影響 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制5.5.工藝系統(tǒng)剛度及其對加工精度的影響工藝系統(tǒng)剛度及其對加工精度的影響 工藝系統(tǒng)受力變形總位移工藝系統(tǒng)受力變形總位移Y Y系統(tǒng)系統(tǒng)是各組成部分變是各組成部分變 形位移的疊加形位移的疊加工藝系統(tǒng)剛度的倒數(shù)等于其各組成部分剛度的倒數(shù)和工藝系統(tǒng)剛度的倒數(shù)等于其各組成部分剛度的

20、倒數(shù)和 工件刀具夾具機床系統(tǒng)yyyyy夾具夾具yFKy刀具刀具yFKy機床機床yFKy工件工件yFKy工件刀具夾具機床系統(tǒng)系統(tǒng)KKKKyFKy11111 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制工藝系統(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: : 由于工藝系統(tǒng)剛度變化引起的誤差由于工藝系統(tǒng)剛度變化引起的誤差 工藝系統(tǒng)的剛度在沿工件工藝系統(tǒng)的剛度在沿工件軸向的各個位置是不同的，所軸向的各個位置是不同的，所以加工后工件各個橫截面上的以加工后工件各個橫截面上的直徑尺寸也不相同，造成了加直徑尺寸也不相同，造成了加工后工件的形狀誤差（錐形、工后工件的形狀誤差（錐形、鼓形、鞍形等）鼓形、鞍

21、形等）EIlxxllxKlxlKKYFKy311112222 尾主刀架系統(tǒng)系統(tǒng) 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制 由于切削力變化引起的誤差由于切削力變化引起的誤差 毛坯的誤差復映：加工后毛坯的誤差復映：加工后的工件表面還保留著與毛坯的工件表面還保留著與毛坯表面相類似的形狀或尺寸誤表面相類似的形狀或尺寸誤差，只是數(shù)值大大減小差，只是數(shù)值大大減小 工工與與毛毛之比值之比值稱為誤稱為誤差復映系數(shù)，它是誤差差復映系數(shù)，它是誤差復映程度的度量復映程度的度量=工工/毛毛 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制 由于夾緊變形引起的誤差由于夾緊變形引起的誤差 工件在裝夾過程中，如果工件剛

22、度較低或夾緊力工件在裝夾過程中，如果工件剛度較低或夾緊力的方向和施力點選擇不當，將引起工件變形，造成相的方向和施力點選擇不當，將引起工件變形，造成相應的加工誤差應的加工誤差 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制 其他作用力的影響其他作用力的影響 重力、慣性力、傳動力也會使工藝系統(tǒng)的變形發(fā)重力、慣性力、傳動力也會使工藝系統(tǒng)的變形發(fā)生變化，引起加工誤差生變化，引起加工誤差 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制5.5.減小工藝系統(tǒng)受力變形的途徑減小工藝系統(tǒng)受力變形的途徑(1)(1)提高工藝系統(tǒng)剛度提高工藝系統(tǒng)剛度 提高工件和刀具提高工件和刀具的剛度的剛度 提高機床剛度提高機床剛度

23、 采用合理的裝夾采用合理的裝夾方式和加工方式方式和加工方式 (2)(2)減小切削力及變化減小切削力及變化 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制五、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差 在精密加工和大件加工中，由熱變形所引起的加工在精密加工和大件加工中，由熱變形所引起的加工誤差有時可占工件總誤差的誤差有時可占工件總誤差的40%40%70% 70% 機床、刀具和工機床、刀具和工件受到各種熱源的作用，溫度會逐漸升高，同時它們也件受到各種熱源的作用，溫度會逐漸升高，同時它們也通過各種傳熱方式向周圍的物質(zhì)和空間散發(fā)熱量通過各種傳熱方式向周圍的物質(zhì)和空間散發(fā)熱量 當單位時間傳入的熱量與其散出的熱量相等時，

24、工當單位時間傳入的熱量與其散出的熱量相等時，工藝系統(tǒng)就達到了熱平衡狀態(tài)。藝系統(tǒng)就達到了熱平衡狀態(tài)。 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制1.1.工藝系統(tǒng)的熱源工藝系統(tǒng)的熱源 內(nèi)部熱源內(nèi)部熱源 主要以熱傳導的形式傳遞主要以熱傳導的形式傳遞 切削熱切削熱 對工件加工精度的影響最為直接對工件加工精度的影響最為直接 摩擦熱和能量損耗摩擦熱和能量損耗 機床中各運動副相對運動所產(chǎn)生的摩擦熱機床中各運動副相對運動所產(chǎn)生的摩擦熱 和動力源能量損耗和動力源能量損耗 派生熱源派生熱源 由切屑、切削液、潤滑液攜帶切削熱和摩擦熱由切屑、切削液、潤滑液攜帶切削熱和摩擦熱 帶給機床產(chǎn)生帶給機床產(chǎn)生 外部熱源外部

25、熱源 來自工藝系統(tǒng)外部來自工藝系統(tǒng)外部 環(huán)境溫度環(huán)境溫度 輻射源輻射源 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制 主要由切削熱引起主要由切削熱引起 (1)(1)工件均勻受熱工件均勻受熱 ： 在車、磨外圓時工件均勻受熱而產(chǎn)生熱伸長，熱伸在車、磨外圓時工件均勻受熱而產(chǎn)生熱伸長，熱伸 長量按下式計算長量按下式計算 L L= =LL 式中式中 工件材料的熱膨脹系數(shù)（工件材料的熱膨脹系數(shù)（1/1/）；）； L L工件在熱變形方向上的尺寸（工件在熱變形方向上的尺寸（mmmm）；）； 工件平均溫升（工件平均溫升（）。）。 當工件能夠自由伸長時，工件的熱變形主要影響尺寸當工件能夠自由伸長時，工件的熱變形

26、主要影響尺寸 精度，否則工件還會產(chǎn)生圓柱度誤差。加工螺紋時產(chǎn)生精度，否則工件還會產(chǎn)生圓柱度誤差。加工螺紋時產(chǎn)生 螺距誤差。螺距誤差。2.2.工件熱變形對加工精度的影響工件熱變形對加工精度的影響 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制 (2)(2)工件不均勻受熱工件不均勻受熱 銑、刨、磨等平面銑、刨、磨等平面的加工時，工件單側受的加工時，工件單側受熱，上下表面溫升不等，熱，上下表面溫升不等，從而導致工件向上凸起，從而導致工件向上凸起，中間切去的材料較多，中間切去的材料較多，冷卻后被加工表面呈凹冷卻后被加工表面呈凹形形HLH82 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制3.3.刀具熱

27、變形對加工精度的影響刀具熱變形對加工精度的影響 刀具變形主要熱刀具變形主要熱 源是切削熱。源是切削熱。 實驗及理論推導實驗及理論推導 表面，車削時車刀表面，車削時車刀 的熱伸長量與切削的熱伸長量與切削 時間的關系如右圖時間的關系如右圖 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制4.4.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 磨床的主要熱源是砂輪磨床的主要熱源是砂輪主軸的摩擦熱及液壓系主軸的摩擦熱及液壓系統(tǒng)的發(fā)熱及冷卻液帶來統(tǒng)的發(fā)熱及冷卻液帶來的派生熱。的派生熱。 牛頭刨床、龍門刨床、牛頭刨床、龍門刨床、立式車床主要熱源是導立式車床主要熱源是導軌副的摩擦熱，使滑枕軌副的摩擦熱，

28、使滑枕或工作臺產(chǎn)生熱變形。或工作臺產(chǎn)生熱變形。 車、銑、鉆、鏜等機床車、銑、鉆、鏜等機床的主要熱源是主軸箱。的主要熱源是主軸箱。 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制 減少發(fā)熱和隔熱減少發(fā)熱和隔熱 改善散熱條件改善散熱條件 均衡溫度場均衡溫度場 改進機床機構改進機床機構 加快溫度場的平衡加快溫度場的平衡 控制環(huán)境溫度控制環(huán)境溫度 5.5.減小工藝系統(tǒng)熱變形的途徑減小工藝系統(tǒng)熱變形的途徑 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制六、內(nèi)應力重新分布引起的誤差 1.1.內(nèi)應力的概念內(nèi)應力的概念 沒有外力作用而存在于零件內(nèi)部的應力沒有外力作用而存在于零件內(nèi)部的應力2.2.內(nèi)應力的產(chǎn)生內(nèi)

29、應力的產(chǎn)生 熱加工中內(nèi)應力的產(chǎn)生熱加工中內(nèi)應力的產(chǎn)生 冷校直產(chǎn)生的內(nèi)應力冷校直產(chǎn)生的內(nèi)應力3.3.減小內(nèi)應力變形誤差的途徑減小內(nèi)應力變形誤差的途徑 改進零件結構改進零件結構 增設消除內(nèi)應力的熱處理工序增設消除內(nèi)應力的熱處理工序 合理安排工藝過程合理安排工藝過程 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制七、提高加工精度的途徑 減小原始誤差減小原始誤差 轉移原始誤差轉移原始誤差 均分原始誤差均分原始誤差 均化原始誤差均化原始誤差 誤差補償誤差補償 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制第二節(jié) 工藝過程的統(tǒng)計分析一、誤差統(tǒng)計性質(zhì)的分類 系統(tǒng)性誤差系統(tǒng)性誤差 常值系統(tǒng)性誤差常值系統(tǒng)性誤差

30、: : 在順序加工一批工件中，其大小和在順序加工一批工件中，其大小和方向皆不變的誤差方向皆不變的誤差 原理誤差；刀具、機床、量具制造誤差；一次調(diào)整誤原理誤差；刀具、機床、量具制造誤差；一次調(diào)整誤差與加工順序差與加工順序( (時間時間) )無關無關 變變值系統(tǒng)性誤差值系統(tǒng)性誤差: : 在順序加工一批工件中，其大小和在順序加工一批工件中，其大小和方向按一定規(guī)律變化的誤差方向按一定規(guī)律變化的誤差 刀具的磨損刀具的磨損; ;機床、刀具熱變形機床、刀具熱變形 隨加工順序隨加工順序( (加工時間加工時間) )而有規(guī)律的變化而有規(guī)律的變化 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制 隨機性誤差隨機性誤差

31、 在順序加工一批工件中，有些誤差的大小和方向無規(guī)則在順序加工一批工件中，有些誤差的大小和方向無規(guī)則變化著的。變化著的。 毛坯的誤差復映毛坯的誤差復映; ;定位誤差定位誤差; ;夾緊誤差夾緊誤差; ;內(nèi)應力引起的變形。內(nèi)應力引起的變形。 對于常值系統(tǒng)性誤差，若能掌握其大小和方向，就可以對于常值系統(tǒng)性誤差，若能掌握其大小和方向，就可以通過調(diào)整消除；通過調(diào)整消除； 對于變值系統(tǒng)性誤差，若能掌握其大小和方向隨時間變對于變值系統(tǒng)性誤差，若能掌握其大小和方向隨時間變化的規(guī)律，可通過自動補償消除；化的規(guī)律，可通過自動補償消除； 唯對隨機性誤差，只能縮小它們的變動范圍，而不可能唯對隨機性誤差，只能縮小它們的變

32、動范圍，而不可能完全消除。由概率論與數(shù)理統(tǒng)計學可知，隨機性誤差的完全消除。由概率論與數(shù)理統(tǒng)計學可知，隨機性誤差的統(tǒng)計規(guī)律可用它的概率分布表示統(tǒng)計規(guī)律可用它的概率分布表示 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制二、工藝過程的分布圖分析 1.1.正態(tài)分布的基本概念正態(tài)分布的基本概念 正態(tài)分布的數(shù)學模型、特征參數(shù)和特征點正態(tài)分布的數(shù)學模型、特征參數(shù)和特征點 實踐表明：在正常生產(chǎn)條件下，用調(diào)整法加工實踐表明：在正常生產(chǎn)條件下，用調(diào)整法加工一批零件，加工的零件數(shù)量又足夠多時，其尺寸分一批零件，加工的零件數(shù)量又足夠多時，其尺寸分布總是按正態(tài)分布的，因此在研究加工精度時，通布總是按正態(tài)分布的，因此在

33、研究加工精度時，通常都是用正態(tài)分布曲線（高斯曲線）來代替實際分常都是用正態(tài)分布曲線（高斯曲線）來代替實際分布曲線，使加工誤差的分析計算得到簡化。布曲線，使加工誤差的分析計算得到簡化。 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制正態(tài)分布曲線正態(tài)分布曲線 以零件尺寸（或尺寸間隔）以零件尺寸（或尺寸間隔）為橫坐標，以頻數(shù)（或頻率，或為橫坐標，以頻數(shù)（或頻率，或分布密度）為縱坐標，建立坐標分布密度）為縱坐標，建立坐標系。系。xnyyyny y 頻數(shù)，一定尺寸內(nèi)的零件數(shù)；頻數(shù)，一定尺寸內(nèi)的零件數(shù)； 頻率；頻率； 分布密度。分布密度。 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制正態(tài)分布曲線方程式：

34、正態(tài)分布曲線方程式：222)(exp21xxy），（0 xx 分布曲線的橫坐標，表示工分布曲線的橫坐標，表示工件的實際尺寸；件的實際尺寸； 一批零件尺寸的算術平均值，一批零件尺寸的算術平均值，它表示尺寸的分散中心，它表示尺寸的分散中心， 即：即：xniixnx11 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制 一批零件均方根偏差，一批零件均方根偏差， 即：即：y 分布曲線縱坐標，表示分布曲線概率密度分布曲線縱坐標，表示分布曲線概率密度 （分布密度）（分布密度） n 工件（樣本）總數(shù)工件（樣本）總數(shù)概率密度函數(shù)在概率密度函數(shù)在 有最大值有最大值：14 .021maxyniixxn12)(1x

35、黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制 的變化只影響曲線的形狀，而不影響曲線的位置，的變化只影響曲線的形狀，而不影響曲線的位置，越越大，曲線越平坦，尺寸越分散，表明加工精度越低。大，曲線越平坦，尺寸越分散，表明加工精度越低。 的偏移只影響曲線的位置，而不影響曲線的形狀。的偏移只影響曲線的位置，而不影響曲線的形狀。x 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制正態(tài)分布曲線特點：正態(tài)分布曲線特點：（1）對稱于直線）對稱于直線 ，最大值最大值 ；（2）在）在 處有拐點，處有拐點，（3）當）當 ，曲線以，曲線以x軸為漸近線；軸為漸近線；（4）分布曲線下面積總等于）分布曲線下面積總等于1，（

36、5）當）當很小時，曲線下面的面積幾乎全部集中在中心部分的很小時，曲線下面的面積幾乎全部集中在中心部分的一個不大的區(qū)域內(nèi)，反之，曲線將趨于平坦；一個不大的區(qū)域內(nèi)，反之，曲線將趨于平坦；（6）改變參數(shù)）改變參數(shù) 的值，分布曲線沿著的值，分布曲線沿著x軸軸平行移動而不改變形平行移動而不改變形狀；狀； （7）以分布中心在）以分布中心在3 范圍內(nèi)面積為范圍內(nèi)面積為99.73%，一般認為，一般認為6 為尺寸分布范圍（或隨機誤差分布范圍）。為尺寸分布范圍（或隨機誤差分布范圍）。121max4 . 0yxx xx12124. 0eyx1222)(21dxeAxxx 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控

37、制 標準正態(tài)分布標準正態(tài)分布 =0、 =1的正態(tài)分布稱為標準正態(tài)分布，的正態(tài)分布稱為標準正態(tài)分布， 其概率密度為：其概率密度為：2exp21)(2xxy 工件尺寸在某區(qū)間的概率工件尺寸在某區(qū)間的概率 生產(chǎn)上感興趣的往往不是工件為某一尺寸的生產(chǎn)上感興趣的往往不是工件為某一尺寸的概率是多大，而是加工工件尺寸落在某一區(qū)間概率是多大，而是加工工件尺寸落在某一區(qū)間（x1 1xx2 2）內(nèi)的概率是多大。）內(nèi)的概率是多大。x 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制成品率成品率令：則：dxxxxx222)(exp2121ZxxdzedzedzeFZzZzZZz221221202022212121)()

38、(21zzF 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制 一般取一般取3(6)3(6)為正態(tài)分布曲線的尺為正態(tài)分布曲線的尺寸分散范圍。這就是工程上經(jīng)常用到的寸分散范圍。這就是工程上經(jīng)常用到的 “33原則原則”，或稱，或稱“66原則原則”。 3(6)3(6)代表某種加工方法在一定條代表某種加工方法在一定條件下能達到的加工精度件下能達到的加工精度 在一般情況下應該使公差帶的寬度在一般情況下應該使公差帶的寬度T T和和均方根差均方根差之間具有下列關系：之間具有下列關系：66T T。注意注意 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制2.2.機械制造中常見的誤差分布規(guī)律機械制造中常見的誤差分布

39、規(guī)律 正態(tài)分布正態(tài)分布 平頂分布平頂分布 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制 雙峰分布雙峰分布 偏態(tài)分布偏態(tài)分布 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制3.3.工藝過程的分布圖分析工藝過程的分布圖分析 (1)(1)樣本容量的確定樣本容量的確定 (2)(2)樣本數(shù)據(jù)的測量樣本數(shù)據(jù)的測量 (3)(3)異常數(shù)據(jù)的剔除異常數(shù)據(jù)的剔除 (4)(4)實際分布的繪制實際分布的繪制 (5)(5)理論分布圖的繪制理論分布圖的繪制 (6)(6)工藝過程的分析工藝過程的分析確定分組數(shù)確定分組數(shù) j 確定尺寸間隔大小確定尺寸間隔大小x 確定各組的組界確定各組的組界xjx /2和中值和中值xj 求頻

40、數(shù)求頻數(shù)畫實際分布圖畫實際分布圖 iy 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制3.3.工藝過程的分布圖分析工藝過程的分布圖分析 (1)(1)樣本容量的確定樣本容量的確定 (2)(2)樣本數(shù)據(jù)的測量樣本數(shù)據(jù)的測量 (3)(3)異常數(shù)據(jù)的剔除異常數(shù)據(jù)的剔除 (4)(4)實際分布的繪制實際分布的繪制 (5)(5)理論分布圖的繪制理論分布圖的繪制 (6)(6)工藝過程的分析工藝過程的分析求求值值 求求 、 、 和和畫理論分布圖畫理論分布圖 max y ymaxyy 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制3.3.工藝過程的分布圖分析工藝過程的分布圖分析 (1)(1)樣本容量的確定樣本容量

41、的確定 (2)(2)樣本數(shù)據(jù)的測量樣本數(shù)據(jù)的測量 (3)(3)異常數(shù)據(jù)的剔除異常數(shù)據(jù)的剔除 (4)(4)實際分布的繪制實際分布的繪制 (5)(5)理論分布圖的繪制理論分布圖的繪制 (6)(6)工藝過程的分析工藝過程的分析判斷加工誤差性質(zhì)判斷加工誤差性質(zhì) 確定工序能力確定工序能力6及其等級及其等級確定合格率、廢品率和可修復廢品率確定合格率、廢品率和可修復廢品率 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制4.4.工藝過程的分布圖分析法特定工藝過程的分布圖分析法特定 (1)(1)采用的是大樣本，能比較接近實際地反映工藝過程總體；采用的是大樣本，能比較接近實際地反映工藝過程總體； (2)(2)能把

42、工藝過程中存在的常值系統(tǒng)性誤差從誤差中區(qū)分開能把工藝過程中存在的常值系統(tǒng)性誤差從誤差中區(qū)分開 來，但不能把變值系統(tǒng)系統(tǒng)性誤差從誤差中區(qū)分開來；來，但不能把變值系統(tǒng)系統(tǒng)性誤差從誤差中區(qū)分開來；(3)(3)只有等到一批工件加工完畢后才能繪制分布圖，不能在只有等到一批工件加工完畢后才能繪制分布圖，不能在 工藝過程進行中及時提供控制工藝過程精度的信息；工藝過程進行中及時提供控制工藝過程精度的信息； (4)(4)計算較復雜；計算較復雜； (5)(5)只適用于工藝過程穩(wěn)定的場合。只適用于工藝過程穩(wěn)定的場合。 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制三、工藝過程的點圖分析 1.1.工藝過程的穩(wěn)定性工藝

43、過程的穩(wěn)定性 2.2.點圖的基本形式點圖的基本形式 3.3. 、R R點圖上點圖上 、下控制限的確定、下控制限的確定 4.4. 點圖的正常波動與異常波動點圖的正常波動與異常波動 x 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制第三節(jié) 機械加工表面質(zhì)量表面質(zhì)量表面質(zhì)量表面的幾何表面的幾何形狀特征形狀特征表面層物理表面層物理機械性能的機械性能的變化變化表面粗糙度表面粗糙度波度波度表面層因塑性變形引起表面層因塑性變形引起冷作硬化冷作硬化表面層因切削熱引起金表面層因切削熱引起金相組織變化相組織變化表面層中產(chǎn)生的殘余應力表面層中產(chǎn)生的殘余應力 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制一、機械加工表面質(zhì)量對機器使用性能的影響1.1.表面質(zhì)量對耐磨性的影響表面質(zhì)量對耐磨性的影響 表面粗糙度對耐磨性的影響表面粗糙度對耐磨性的影響 表面冷作硬化對耐磨性的影響表面冷作硬化對耐磨性的影響 2.2.表面質(zhì)量對疲勞強度的影響表面質(zhì)量對疲勞強度的影響 3.3.表面質(zhì)量對耐蝕性的影響表面質(zhì)量對耐蝕性的影響 4.4.表面質(zhì)量對配合質(zhì)量的影響表面質(zhì)量對配合質(zhì)量的影響 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量分析與控制二、影響表面粗糙度的因素1.1.切削加工影響表面粗糙度的因素切削加工影響表面粗糙度的因素 刀具幾何形狀的復映刀具幾何形狀的復映 rrctgctgfHrfH82 黑龍江大學機電工程學院 機械制造質(zhì)量