《汽車制造工藝學(xué)》第三章課件

1、掌握掌握 機(jī)械加工質(zhì)量的基本概念 影響加工精度、表面質(zhì)量的因素；了解了解 表面質(zhì)量對機(jī)器零件使用性能的影響。重點：重點：掌握機(jī)械加工質(zhì)量的基本概念及影響加工精度、表面質(zhì)量的因素。難點：難點：表面質(zhì)量對機(jī)器零件使用性能的影響。本章提要本章提要 機(jī)器產(chǎn)品的質(zhì)量包括裝配質(zhì)量和零件的加工質(zhì)量。 機(jī)械制造工藝的三個指標(biāo)：質(zhì)量、生產(chǎn)率、經(jīng)濟(jì)性。 機(jī)械加工質(zhì)量問題是本課程研究的主要內(nèi)容之一。一、機(jī)械一、機(jī)械加工精度加工精度機(jī)械加工質(zhì)量的基本概念機(jī)械加工質(zhì)量的基本概念3.1 機(jī)械加工質(zhì)量的基本概念 加工精度加工精度：零件加工后的實際幾何參數(shù)零件加工后的實際幾何參數(shù)( (尺寸、形狀和位置尺寸、形狀和位置) )與

2、理想幾與理想幾何參數(shù)相符合的程度何參數(shù)相符合的程度。符合程度越高則加工精度就越高。 加工誤差加工誤差：零件加工后的實際幾何參數(shù)對理想幾何參數(shù)的偏離程度稱零件加工后的實際幾何參數(shù)對理想幾何參數(shù)的偏離程度稱為加工誤差。為加工誤差。加工誤差的大小表示了加工精度的高低，加工誤差是加工精度的度量。 “加工精度加工精度”和“加工誤差加工誤差”是評定零件幾何參數(shù)準(zhǔn)確程度的兩種不同概念。生產(chǎn)實際中用控制加工誤差的方法或現(xiàn)代主動適應(yīng)加工方法來保證加工精度。 加工精度包括三個方面內(nèi)容： 尺寸精度尺寸精度 指加工后零件的實際尺寸與零件尺寸的公差帶中心的相符合程度。 幾何形狀精度幾何形狀精度 指加工后的零件表面的實際

3、幾何形狀與理想的幾何形狀的相符合程度。 位置精度位置精度 指加工后零件有關(guān)表面之間的實際位置與理想 機(jī)械加工質(zhì)量的基本概念機(jī)械加工質(zhì)量的基本概念表面質(zhì)量是指機(jī)器零件加工后表面層的狀態(tài)。有兩部分：二、機(jī)械加工表面質(zhì)量二、機(jī)械加工表面質(zhì)量（1） 表面幾何學(xué)特征 表面幾何學(xué)特征是指零件最外層表面的微觀幾何形狀，通常用表面粗糙度、表面波度表示。 表面層材質(zhì)的變化是指一定深度的零件表面層出現(xiàn)與基體材料組織不同的變質(zhì)情況，主要指表面層冷作硬化（簡稱冷硬）、由于切削熱引起工件表面溫升過高，表面層金屬發(fā)生金相組織變化的現(xiàn)象、表面層殘余應(yīng)力（2） 表面層材質(zhì)的變化 加工表面質(zhì)量的重要性在于：它對機(jī)器零件的使用性

4、能以及整部機(jī)加工表面質(zhì)量的重要性在于：它對機(jī)器零件的使用性能以及整部機(jī)械的工作性能有很大的影響。械的工作性能有很大的影響。三、獲得加工精度的方法和經(jīng)濟(jì)加工精度三、獲得加工精度的方法和經(jīng)濟(jì)加工精度機(jī)械加工質(zhì)量的基本概念機(jī)械加工質(zhì)量的基本概念(一一) 機(jī)械加工中獲得工件尺寸精度的方法機(jī)械加工中獲得工件尺寸精度的方法 （1）試切法 即經(jīng)過數(shù)次試切、測量，直至達(dá)到要求尺寸。 （2）定尺寸刀具法 用刀具的尺寸保證工件的加工尺寸。 （3）調(diào)整法 預(yù)先調(diào)整好的刀具位置，然后加工一批工件。 （4）自動控制法 自動測量 在工件達(dá)到要求時，自動測量裝置使機(jī)床自動退刀并停止工作。 數(shù)字控制 尺寸的獲得(刀架的移動或

5、工作臺的移動)由預(yù)先編制好的程序通過計算機(jī)數(shù)字控制裝置自動控制。（二）機(jī)械加工獲得工件形狀精度的方法 （1）軌跡法 由切削運動中刀尖軌跡形成被加工表面的形狀。 （2）成形法 由成形刀具刀刃的幾何形狀切削出工件的形狀。 （3）展成法 刀具和工件作展成切削運動時，由刀刃在被加工表面上的包絡(luò)面形成成形表面。 （三）位置精度的獲得方法 （1）一次裝夾獲得法 零件表面的位置精度在一次安裝中，由刀具相對于工件的成形運動位置關(guān)系保證。 （2）多次裝夾獲得法 通過刀具相對工件的成形運動與工件定位基準(zhǔn)面之間的位置關(guān)系來保證零件表面的位置精度。 （3）非成形運動法 利用人工，而不是依靠機(jī)床精度，對工件的相關(guān)表面進(jìn)

6、行反復(fù)的檢測和加工，使之達(dá)到零件的位置精度要求。 機(jī)械加工質(zhì)量的基本概念機(jī)械加工質(zhì)量的基本概念（四）經(jīng)濟(jì)加工精度機(jī)械加工質(zhì)量的基本概念機(jī)械加工質(zhì)量的基本概念 加工成本與精度的關(guān)系在I、段應(yīng)用此法加工是不經(jīng)濟(jì)的。在段，加工方法與加工精度是相互適應(yīng)的，加工誤差與成本基本上是反比關(guān)系，可以較經(jīng)濟(jì)地達(dá)到一定的精度，段的精度范圍就稱為這種加工方法的經(jīng)濟(jì)精經(jīng)濟(jì)精度度。機(jī)械加工質(zhì)量的基本概念機(jī)械加工質(zhì)量的基本概念 某種加工方法的經(jīng)濟(jì)精度經(jīng)濟(jì)精度，是指在正常的工作條件下是指在正常的工作條件下( (包括完好包括完好的機(jī)床設(shè)備、必要的工藝裝備、標(biāo)準(zhǔn)的工人技術(shù)等級、標(biāo)準(zhǔn)的耗用時的機(jī)床設(shè)備、必要的工藝裝備、標(biāo)準(zhǔn)的工人

7、技術(shù)等級、標(biāo)準(zhǔn)的耗用時間和生產(chǎn)費用間和生產(chǎn)費用) )所能達(dá)到的加工精度所能達(dá)到的加工精度。 與經(jīng)濟(jì)加工精度相似，各種加工方法所能達(dá)到的表面粗糙度也有一個較經(jīng)濟(jì)的范圍。各種加工方法所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度、表面粗糙度以及表面形狀以及位置精度可查閱金屬機(jī)械加工工藝人員手冊。 為了獲得零件的尺寸、形狀和相對位置精度，必須分析研究加工過為了獲得零件的尺寸、形狀和相對位置精度，必須分析研究加工過程中影響加工精度的因素。程中影響加工精度的因素。3.2 3.2 影響加工精度的因素影響加工精度的因素 零件的機(jī)械加工是在由機(jī)床、夾具、刀具和工件組成的由機(jī)床、夾具、刀具和工件組成的工藝系統(tǒng)工藝系統(tǒng)中進(jìn)行的。 工藝系統(tǒng)中

8、凡是能直接引起加工誤差的因素都稱為工藝系統(tǒng)中凡是能直接引起加工誤差的因素都稱為原始誤差原始誤差。 原始誤差的存在，使工藝系統(tǒng)各組成部分之間的位置關(guān)系或速度關(guān)系偏離了理想狀態(tài)，致使加工后的零件產(chǎn)生了加工誤差。 原始誤差的分類歸納分類歸納如下。 若原始誤差是在加工前已存在，即在無切削負(fù)荷的情況下檢驗的，稱為若原始誤差是在加工前已存在，即在無切削負(fù)荷的情況下檢驗的，稱為工藝工藝系統(tǒng)靜誤差系統(tǒng)靜誤差；若在有切削負(fù)荷情況下產(chǎn)生的則稱為若在有切削負(fù)荷情況下產(chǎn)生的則稱為工藝系統(tǒng)動誤差工藝系統(tǒng)動誤差。影響加工精度的因素影響加工精度的因素 圖圖7 71 1 為活塞銷孔精鏜工序中的各種原始誤差為活塞銷孔精鏜工序中

9、的各種原始誤差： 由于定位基準(zhǔn)不是設(shè)計基準(zhǔn)而產(chǎn)生的定位誤差定位誤差; 由于夾緊力過大而產(chǎn)生的夾緊誤差屬工件裝夾誤差裝夾誤差； 機(jī)床制造或使用中的磨損產(chǎn)生的導(dǎo)軌誤差屬于機(jī)床誤差機(jī)床誤差； 調(diào)整刀具與工件之間位置而產(chǎn)生的對刀誤差屬調(diào)整誤差調(diào)整誤差； 由于切削熱、摩擦熱等因素的影響而產(chǎn)生的機(jī)床熱變形屬于工藝系統(tǒng)熱變形工藝系統(tǒng)熱變形; ; 還有加工過程中的刀具磨損刀具磨損; ; 加工完畢測量工序尺寸時,由于測量方法和量具本身的誤差而產(chǎn)生的測量誤差測量誤差。 各種原始誤差的大小和方向各有不相同，而加工誤差則必須在工序尺寸方向上測量。所以原始誤差的方向不同時對加工誤差的影響也不同。圖32（或觀看動畫觀看動

10、畫）以車削為例說明原始誤差與加工誤差的關(guān)系。圖中實線為刀尖正確位置，虛線為誤差位置。 原始誤差的方向不同時對加工誤差的影響也不同。把對加工誤差影把對加工誤差影響最大的那個方向（即通過刀刃的加工表面的法線方向）稱為響最大的那個方向（即通過刀刃的加工表面的法線方向）稱為誤差敏感誤差敏感方向方向。RZR22（31）YR（32）影響加工精度的因素影響加工精度的因素一、 加工原理誤差加工原理誤差 加工原理是指加工表面的形成原理加工原理是指加工表面的形成原理。加工原理誤差加工原理誤差是由于采用了近似是由于采用了近似的切削運動或近似的切削刃形狀所產(chǎn)生的加工誤差的切削運動或近似的切削刃形狀所產(chǎn)生的加工誤差。

11、為了獲得規(guī)定的加工表面，要求切削刃完全符合理論曲線的形狀，刀具和工件之間必須作相對準(zhǔn)確的切削運動。但往往為了簡化機(jī)床或刀具的設(shè)計與制造，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)率和方便使用而采用了近似的加工原理而采用了近似的加工原理，在允許的范圍內(nèi)存在一定的原理誤差。 影響加工精度的因素影響加工精度的因素例如：例如： 滾齒就是一種近似的加工方法。由于滾動的齒數(shù)是有限的，所以滾切出來的漸開線不是理想的光滑漸開線而是多條趨近于該曲線的折線。 車螺紋時，如果螺距具有幾位小數(shù)，在選擇掛輪時，因為掛輪的齒數(shù)是固定的，所以往往只能得到近似的螺距。二、二、 機(jī)床的制造誤差及磨損機(jī)床的制造誤差及磨損 機(jī)床誤差機(jī)床誤差是指在無切

12、削負(fù)荷下，來自機(jī)床本身制造誤差、安裝誤差和是指在無切削負(fù)荷下，來自機(jī)床本身制造誤差、安裝誤差和磨損磨損，主要包括主軸回轉(zhuǎn)誤差主軸回轉(zhuǎn)誤差、導(dǎo)軌誤差導(dǎo)軌誤差、傳動鏈誤差傳動鏈誤差。 （一）主軸回轉(zhuǎn)誤差的概念（一）主軸回轉(zhuǎn)誤差的概念 主軸回轉(zhuǎn)誤差的概念主軸回轉(zhuǎn)誤差的概念 理論上機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)時，回轉(zhuǎn)軸線的空間位置是固定不變的，即它的瞬時速度為零。而實際主軸系統(tǒng)中存在著各種影響因素，使主軸回轉(zhuǎn)軸線的位置發(fā)生變化。將主軸實際回轉(zhuǎn)軸線對理想回轉(zhuǎn)軸線漂移在誤差敏感方主軸實際回轉(zhuǎn)軸線對理想回轉(zhuǎn)軸線漂移在誤差敏感方向上的最大變動量稱為向上的最大變動量稱為主軸回轉(zhuǎn)誤差主軸回轉(zhuǎn)誤差。影響加工精度的因素影響加工精度的

13、因素 主軸回轉(zhuǎn)誤差可分為所示的三種基本類型：如圖 純徑向跳動純徑向跳動：實際回轉(zhuǎn)軸線始終平行于理想回轉(zhuǎn)軸線，在一個平面內(nèi)作等幅的跳動。 純軸向竄動純軸向竄動：實際回轉(zhuǎn)軸線始終沿理想回轉(zhuǎn)軸線作等幅的竄動。 純角度擺動純角度擺動：實際回轉(zhuǎn)軸線與理想回轉(zhuǎn)軸線始終成一傾角，在一個平面上作等幅擺動，且交點位置不變。 一、是主軸軸頸與支承座孔的圓度誤差，波度和同軸度、止推面或軸肩與回轉(zhuǎn)軸線的垂直度誤差。 二、是滑動軸承軸頸和軸承孔的圓度、波度和同軸度、端面與回轉(zhuǎn)軸線的垂直度；或滾動軸承滾道的圓度、波度、滾動體的圓度誤差和尺寸誤差，滾道與軸承內(nèi)孔的同軸度誤差(如圖如圖7.47.4);軸承間隙及止推滾動軸承的

14、滾道與回轉(zhuǎn)軸線的垂直度誤差等。影響加工精度的因素影響加工精度的因素 不同型式的主軸回轉(zhuǎn)誤差對加工精度的影響是不同的； 同一類型的回轉(zhuǎn)誤差在不同的加工方式中的影響也不相同。 如圖7.5、7.6、7.7、7.8和表7.1所示。影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素主軸回轉(zhuǎn)誤差對加工精度的影響主軸回轉(zhuǎn)誤差對加工精度的影響主軸回轉(zhuǎn)誤差的基本形式車床上車削鏜床上鏜削內(nèi)、外圓端面螺紋孔端面純徑向跳動影響極小無影響圓度誤差無影響純軸向竄動無影響平面度誤差 垂直度誤差螺距誤差無影響平面度誤差 垂直度誤差純角度擺動圓柱度誤差形響極小螺距誤差圓柱度誤差平面度誤差 機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差產(chǎn)生的加工誤差機(jī)床主

15、軸回轉(zhuǎn)誤差產(chǎn)生的加工誤差影響加工精度的因素影響加工精度的因素影響加工精度的因素影響加工精度的因素舉例：舉例：在外圓磨床上加工如圖的零件，當(dāng)n12 n2，或n1 n2時，若只考慮主鈾回轉(zhuǎn)誤差的影響試分析在圖中給定的兩種情況下，磨削后工件的外圓應(yīng)是什么形狀?為什么?（二）（二） 導(dǎo)軌誤差導(dǎo)軌誤差 機(jī)床導(dǎo)軌是機(jī)床主要部件的相對位置及運動的基準(zhǔn)，導(dǎo)軌誤差將直接影響加工精度。 （1 1）導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差）導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差 臥式車床或外圓磨床的導(dǎo)軌垂直面內(nèi)有直線度誤差Z如圖7.9(a)，使刀尖運動軌跡產(chǎn)生直線度誤差Z，由于是誤差非敏感方向誤差非敏感方向，零件的加工誤差RZ22R可忽略不

16、計。 而平面磨床、尤門刨床這時是誤差敏感方向誤差敏感方向，所以導(dǎo)軌誤差將直接反映到被加工的零件上。影響加工精度的因素影響加工精度的因素導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差(2)(2)導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差 臥式車床或外圓磨床的導(dǎo)軌水平面內(nèi)有直線度誤差Y如圖7.9(b)，將使刀尖的直線運動軌跡產(chǎn)生同樣的直線度誤差Y，由于是誤差敏感方向，工件的加工誤差RY，造成零件的圓柱度誤差。 對平面磨床和龍門刨床，導(dǎo)軌水平方向為誤差非敏感方向，加工誤差可忽略。導(dǎo)軌的平行度誤差導(dǎo)軌的平行度誤差BHZYR （7. 3） 一般車床H/B2/3，外圓磨床H/B1。因此這項

17、原始誤差對加工精度的影響不能忽略。(4) 導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線的平行度誤差導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線的平行度誤差 若車床導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線在水平面內(nèi)有平行度誤差，車出的內(nèi)外圓柱面產(chǎn)生錐度；若在垂直面內(nèi)有平行度誤差，則圓柱面成雙曲線回轉(zhuǎn)體如 圖7.11， 因是誤差非敏感方向故可忽略。當(dāng)臥式車床或外圓磨床的前后導(dǎo)軌存在平行度誤差(扭曲)時(見圖7.10)，刀具和工件之間的相對位置發(fā)生了變化，結(jié)果引起了工件的形狀誤差。在垂直于縱向走刀的某一截面內(nèi)，若前后導(dǎo)軌的平行度誤差頭Z，則零件的半徑誤差為：(3) 前后導(dǎo)軌的平行度前后導(dǎo)軌的平行度(扭曲扭曲)導(dǎo)軌的平行度誤差導(dǎo)軌的平行度誤差 舉例舉例為什么對車床床身導(dǎo)軌在

18、水平面的直線度要求高于在垂直面的直線度要求?而對平面磨床的床身導(dǎo)軌其要求則相反呢?對鏜床導(dǎo)軌的直線度為什么在水平面與垂直面都有較高的要求？ 舉例舉例在車床上加工圓盤件的端面時，有時會出現(xiàn)圓錐面(中凸或中凹)或端面凸輪似的形狀(如螺旋面)，試從機(jī)床幾何誤差的影響分析造成如圖所示的端面幾何形狀誤差的原因是什么? 產(chǎn)生圖(a)，端面中凸或中凹的主要原因是橫進(jìn)給刀架導(dǎo)軌與主軸橫進(jìn)給刀架導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線不垂直回轉(zhuǎn)軸線不垂直或橫導(dǎo)軌在水平面橫導(dǎo)軌在水平面的不直度引起的。的不直度引起的。 產(chǎn)生圖(b)端面凸輪狀的主要原因是主軸的軸向竄動主軸的軸向竄動，或橫導(dǎo)軌在橫導(dǎo)軌在水平面的不直度。水平面的不直度。(

19、(三）傳動鏈誤差三）傳動鏈誤差 傳動鏈誤差傳動鏈誤差 傳動鏈誤差傳動鏈誤差是指機(jī)床內(nèi)聯(lián)系傳動鏈?zhǔn)寄﹥啥藗鲃釉g相對運動的誤是指機(jī)床內(nèi)聯(lián)系傳動鏈?zhǔn)寄﹥啥藗鲃釉g相對運動的誤差差。一般用傳動鏈末端元件的轉(zhuǎn)角誤差來衡量。(滾齒機(jī)-單線滾刀加工齒輪；滾刀一轉(zhuǎn)工件一齒) 產(chǎn)生的原因是傳動鏈中各傳動元件的制造誤差、裝配誤差及磨損等。 若傳動元件 j，在某一時刻產(chǎn)生轉(zhuǎn)角誤差是轉(zhuǎn)角的正弦或余弦為： i= isin(jt+j) 則所造成傳動鏈末端元件n的轉(zhuǎn)角誤差： jn =kjj。 kj為誤差傳遞系數(shù)。 各傳動件對工件精度影響的總和,即傳動鏈的總轉(zhuǎn)角誤差為： = jn= kjisin(jt+j)控制機(jī)床

20、誤差的措施控制機(jī)床誤差的措施( (四）控制機(jī)床誤差的措施四）控制機(jī)床誤差的措施 （1) 減小導(dǎo)軌誤差的方法：提高剛度、耐磨性；滾動導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌；（2) 減小主軸回轉(zhuǎn)誤差的方法：滑動軸承、靜壓軸承；主軸部件做動平衡；（3) 防止機(jī)床磨損的方法：潤滑油；設(shè)防護(hù)罩；滾動或靜壓導(dǎo)軌軸承；使 用耐磨材料；三、刀具的制造誤差及磨損三、刀具的制造誤差及磨損 （1) 刀具誤差對加工精度的影響 刀具誤差對加工精度的影響隨刀具種類不同而異： 定尺寸刀具； 成形刀具； 展成法刀具； 普通刀具； 刀具磨損引起的誤差占總加工誤差的比例很大。（2) 刀具的磨損分三個階段 第一階段：時間短(1km）； 第二階段：磨損量與

21、切削路程 成正比（30km）； 第三階段：切削刃變鈍（切削力變大、工藝系統(tǒng)變形增加)刀具的制造誤差及磨損刀具的制造誤差及磨損刀具的制造誤差及磨損刀具的制造誤差及磨損（3) 減少刀具磨損對加工誤差影響的措施 尺寸補(bǔ)償或調(diào)整； 根據(jù)工件材料選用親和力小、耐磨的材料，如陶瓷合金、立方氮化硼、人造金剛石、表面涂層硬質(zhì)合金； 選擇合適的切削液； 砂輪的自動修正與補(bǔ)償； 適當(dāng)減小切削用量，以提高刀具的耐用度。四、工藝系統(tǒng)受力、受熱變形引起的誤差四、工藝系統(tǒng)受力、受熱變形引起的誤差系統(tǒng)系統(tǒng)YFKY工藝系統(tǒng)受力、受熱變形引起的誤差工藝系統(tǒng)受力、受熱變形引起的誤差（1 1） 工藝系統(tǒng)剛度工藝系統(tǒng)剛度 工藝系統(tǒng)在

22、切削力作用下在各個受力方向產(chǎn)生相應(yīng)變形，但影響最大的是誤差敏感方向，所以工藝系統(tǒng)剛度指切削力在加工表面法向的分力FY與FX、FY、FZ同時作用下產(chǎn)生的沿法向的變形Y系統(tǒng)之間的比值。剛度K系統(tǒng)(柔度C系統(tǒng))如下： 工藝系統(tǒng)受力變形不但影響工件的加工精度，而且還影響表面質(zhì)量，限制切削用量和生產(chǎn)率的提高。 機(jī)械加工過程中，工藝系統(tǒng)在切削力、夾緊力、傳動力、重力和慣性力等外力作用下，會產(chǎn)生變形，破壞刀具和零件之間的正確位置關(guān)系，使零件產(chǎn)生加工誤差(見圖)。YFYKC系統(tǒng)系統(tǒng)1（一）工藝系統(tǒng)的受力變形（一）工藝系統(tǒng)的受力變形零件的剛度零件的剛度 由于力與變形一般都是在靜態(tài)條件下進(jìn)行考慮和測量的，故上述剛

23、度、柔度分別稱為靜剛度和靜柔度。靜剛度是工藝系統(tǒng)本身的屬性，在線性范圍內(nèi)可認(rèn)為與外力無關(guān)。 零件的剛度零件的剛度 形狀規(guī)則、簡單的零件的剛度可用有關(guān)力學(xué)公式推算。長軸零件兩頂尖裝夾按簡支梁計算，三爪卡盤裝夾按懸臂梁計算。 零件用兩頂尖裝夾，工件的變形可按簡支梁計算， 最大變形為： 最小剛度為： 零件用三爪卡盤裝夾，工件的變形可按懸臂梁計算， 最大變形為： 最小剛度為：EILFYY483max3maxmin48LEIYFKYEILFYY33max3maxmin3LEIYFKY（2 2）工藝系統(tǒng)各組成部分的剛度）工藝系統(tǒng)各組成部分的剛度 機(jī)床部件的剛度機(jī)床部件的剛度機(jī)床部件的剛度機(jī)床部件的剛度 機(jī)

24、床結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，各部件受力影響變形各不相同，且變形后對工件加工精度的影響也不同。 影響機(jī)床部件剛度的因素：接合面間的間隙；薄弱零件本身的變形(見圖) ；連接表面間的接觸變形(見圖) 。 由于機(jī)床部件剛度的復(fù)雜性，很難用理論公式計算，剛度計算主要通過實驗方法來測定(見圖) 。 從機(jī)床靜剛度曲線可以看出：變形與載荷不成線性關(guān)系，反映刀架的變形不純粹是彈性變形；加載與卸載曲線不重合，有殘余變形存在，兩曲線中包容的面積代表了加載-卸載循環(huán)中所損失的能量，即外力在克服部件內(nèi)零件間的摩擦和接觸塑性變形所作的功 ；實際剛度比估算的小， 因為機(jī)床部件由許多零件組成，零件之間存在著結(jié)合面、配合間隙和剛度薄弱環(huán)節(jié)

25、，機(jī)床部件剛度受這些因素影響，特別是薄弱環(huán)節(jié)對部件剛度影響較大 。 刀具的剛度刀具的剛度 車刀、鏜刀等工藝系統(tǒng)的剛度工藝系統(tǒng)的剛度工藝系統(tǒng)的剛度工藝系統(tǒng)的剛度 工藝系統(tǒng)在切削力作用下都會產(chǎn)生不同程度的變形，工藝系統(tǒng)受力總變形是各個組成部分變形的迭加，即： 而工藝系統(tǒng)各部件的剛度為： 所以工藝系統(tǒng)剛度為： 知道工藝系統(tǒng)各組成部分的剛度后，就可以求出整個工藝系統(tǒng)的剛度。工藝系統(tǒng)剛度的一個特點：整個工藝系統(tǒng)的剛度比其中剛度最小的那個環(huán)節(jié)的剛度還小。工件刀具夾具機(jī)床系統(tǒng)YYYYY系統(tǒng)系統(tǒng)KFYY機(jī)床機(jī)床KFYY夾具夾具KFYY刀具刀具KFYY工件工件KFYY工件刀具夾具機(jī)床系統(tǒng)KKKKK11111工件

26、刀具夾具機(jī)床系統(tǒng)KKKKK11111（3） 工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響LxLxEIFLxLKFLxKFKFYYYYY22223尾架頭架刀架系統(tǒng)LxLxEILxLKLxKKYFKY2222311111尾架頭架刀架系統(tǒng)系統(tǒng)工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響 切削過程中力作用位置的變化對加工精度的影響切削過程中力作用位置的變化對加工精度的影響 工藝系統(tǒng)的剛度另一個特點是：工藝系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)的剛度和整個工藝系統(tǒng)的剛度，是隨著受力點位置變化而變化。如圖7.18。 由此可見，工藝系統(tǒng)剛度在沿工件軸向的各個位置是不同的。所以加工后工件各個橫截

27、面上的直徑尺寸也不相同，造成加工后的形狀誤差。 如圖7.12(a)細(xì)長零件，剛度低，工藝系統(tǒng)的變形取決于零件的變形，產(chǎn)生鼓形加工誤差。而圖7.12(b)短粗工件，工件剛度較大，變形相對小，工藝系統(tǒng)的變形取決于機(jī)床頭、尾架、頂尖、刀架和刀具的變形，零件產(chǎn)生鞍形加工誤差。 切削過程中受力大小變化對加工精度的影響切削過程中受力大小變化對加工精度的影響毛坯毛坯系統(tǒng)工件CKC 在零件同一截面內(nèi)切削，由于材料硬度不均或加工余量的變化將引起切削力大小的變化，而此時工藝系統(tǒng)的剛度K系統(tǒng)是常量，所以變形不一致，導(dǎo)致零件的加工誤差。圖7.20為車削有橢圓形圓度誤差的短圓柱毛坯外圓，刀尖調(diào)整到要求的尺寸(圖中虛線位

28、置)，在工件的每一轉(zhuǎn)中切深由毛坯長半徑的最大值ap1變化到短半徑的最小值ap2時，切削力也就由最大的FY1，變化到最小的FY2。，由Y=Fy/K可知切削力變化引起對應(yīng)的讓刀變形Y1，Y2。令(ap1-ap2)為毛坯誤差毛坯， (Y1-Y2)為一次走刀后的工件誤差工件，則有:為誤差復(fù)映系數(shù) 誤差復(fù)映規(guī)律：當(dāng)毛坯有形狀誤差或位置誤差時，加工后工件仍會有同類的加工誤差。但每次走刀后工誤差將逐步減少。 若每次走刀復(fù)映系數(shù)為1、 2、 、n， 則總 1 2 nCKC系統(tǒng)工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響舉例舉例

29、在臥式鏜床上加工箱體孔，若只考慮鏜桿剛度的影響，試在如圖所示中畫出四種鏜孔方式加工后孔的幾何形狀，并說明為什么？ (a)鏜桿送進(jìn)，有后支承；(b)鏜桿送進(jìn)，沒后支承。(c)工作臺送進(jìn)； （d）在鏜模上加工工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響提高機(jī)床和夾具的剛度： 1) 在設(shè)計機(jī)床和夾具時，應(yīng)盡量減少其組成零件數(shù)量，以減少總的接觸變形量； 2) 在設(shè)計機(jī)床和夾具時，應(yīng)盡量提高有關(guān)組成零件的形狀精度，以減少其表面粗糙度； 3）對機(jī)床或夾具上的固定聯(lián)接件，裝配時采用預(yù)緊措施；（3）控制工藝系統(tǒng)受力變形的主要措施）控制工藝系統(tǒng)受力變形的主要措施提高工件加工時的剛度提高刀具加

30、工時的剛度（二）（二） 工藝系統(tǒng)的熱變形工藝系統(tǒng)的熱變形工藝系統(tǒng)熱源內(nèi)部熱源外部熱源切削熱摩擦熱環(huán)境熱輻射熱電機(jī)、軸承、齒輪、油泵等工件、刀具、切屑、切削液氣溫、室溫變化、熱、冷風(fēng)等日光、照明、暖氣、體溫等工藝系統(tǒng)的熱變形工藝系統(tǒng)的熱變形 機(jī)械加工過程中，工藝系統(tǒng)在各種熱源的影響下，產(chǎn)生復(fù)雜的變形，破壞了工件與刀具相對位置和相對運動的準(zhǔn)確性，引起加工誤差。 據(jù)統(tǒng)計，由于熱變形引起的加工誤差約占總加工誤差的40%70%。工藝系統(tǒng)的熱變形不僅嚴(yán)重地影響加工精度，而且還影響加工效率的提高。1. 1. 機(jī)床熱變形對加工精度的影響機(jī)床熱變形對加工精度的影響機(jī)床熱變形機(jī)床熱變形 一般機(jī)床的體積較大，熱容量

31、大，雖溫升不高，但變形量不容忽視。且由于機(jī)床結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，加之達(dá)到熱平衡的時間較長，使其各部分的受熱變形不均，從而會破壞原有的相互位置精度，造成工件的加工誤差。 由于機(jī)床結(jié)構(gòu)形式和工作條件不同，引起機(jī)床熱變形的熱源和變形形式也不相同。 對于車、銑、鉆、鏜類機(jī)床，主軸箱中的齒輪、軸承摩擦發(fā)熱和潤滑油發(fā)熱是其主要熱源，使主軸箱及與之相連部分(如床身或立柱)的溫度升高而產(chǎn)生較大變形。 龍門刨床、導(dǎo)軌磨床等大型機(jī)床由于它們的床身較長，如果導(dǎo)軌面與底面間有溫差，就會產(chǎn)生較大的彎曲變形，從而影響加工精度。 幾種機(jī)床的熱變形趨勢幾種機(jī)床的熱變形趨勢機(jī)床熱變形舉例機(jī)床熱變形舉例 車床主軸箱的溫升導(dǎo)致主軸線抬高，

32、主軸前軸承的溫升高于后軸承又使主軸傾斜，主軸箱的熱量經(jīng)油池傳到床身，導(dǎo)致床身中凸，更促使主軸線向上傾斜，最終導(dǎo)致主軸回轉(zhuǎn)軸線與導(dǎo)軌的平行度誤差，使加工后的零件產(chǎn)生圓柱度誤差。 萬能銑床的熱源也是主傳動系統(tǒng)，由于左箱壁溫度高也導(dǎo)致主軸線升高并傾斜。 導(dǎo)軌磨床床身導(dǎo)軌面與床身底面溫差1時，其彎曲變形量可達(dá)0.22mm 。2.2.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刀具的熱變形刀具的熱變形 刀具熱變形的熱源是切削熱。傳給刀具的切削熱雖然很少，但刀具質(zhì)量小，熱容量小，所以仍會有很高的溫升，引起刀具的熱伸長而產(chǎn)生加工誤差。某些工 件加工時刀具連續(xù)工作時間較長，隨著切削時間的增加，刀具

33、逐漸受熱伸長如圖7.22，車刀的熱伸長中連續(xù)工作曲線A，使加工后的工件產(chǎn)生圓柱度誤差或端面的平面度誤差。 在成批生產(chǎn)小型工件時每個工件切削的時間較短，刀具斷續(xù)工作，刀具受熱和冷卻是交替進(jìn)行的，熱變形情況如圖7.22中斷續(xù)切削曲線C所示。對每一個工件來說，產(chǎn)生的形狀誤差是較小的；對一批工件來說，在刀具未達(dá)到熱平衡時，加工出的一批工件尺寸有一定的誤差，造成一批工件尺寸的分散。3 .3 .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的熱變形工件的熱變形 工件熱變形的熱源主要是切削熱，對有些大型件、精密件，環(huán)境溫度也有很大的影響。傳入工件的熱量越多、工件的質(zhì)量越小則熱變形越大。 工件均

34、勻受熱，車鏜軸套類零件圓柱面，長度及徑向受熱變形。若在受熱時測量達(dá)到規(guī)定尺寸，冷卻后尺寸變小， 可能出現(xiàn)尺寸超差。工件均勻受熱的變形量可按L=LT估算。 工件不均勻受熱，銑、刨、磨平面等，工件單面受熱產(chǎn)生彎曲變形磨削細(xì)長軸時工件溫生逐漸增加。 (見圖)控制工藝系統(tǒng)受熱變形主要措施控制工藝系統(tǒng)受熱變形主要措施4 .4 .控制工藝系統(tǒng)受熱變形主要措施控制工藝系統(tǒng)受熱變形主要措施 （1） 工藝措施 合理安排工藝過程(粗、精分開） 保持工藝系統(tǒng)的熱平衡 控制環(huán)境溫度（20）； 施加切削液； （2）采取補(bǔ)償措施（圖3-24） （3）改進(jìn)機(jī)床結(jié)構(gòu)（圖3-25） 。五五. .測量誤差和調(diào)整誤差測量誤差和調(diào)整

35、誤差測量誤差和調(diào)整誤差測量誤差和調(diào)整誤差 測量誤差是指工件實際尺寸與量具測量出的尺寸之間的差值。加工一般精度的零件時，測量誤差可占工件公差的1/101/5，而加工精密零件時，測量誤差可占1/3左右。（一）測量誤差（一）測量誤差 測量時，由于各種因素會造成誤差（誤讀、誤算、視差、刻度誤差、磨（誤讀、誤算、視差、刻度誤差、磨耗誤差、接觸力誤差、撓曲誤差、余弦誤差、阿貝耗誤差、接觸力誤差、撓曲誤差、余弦誤差、阿貝 ( (AbbeAbbe) ) 誤差、熱變形誤誤差、熱變形誤差）差） ，了解產(chǎn)生誤差的原因，并有效的解決，方可使整個測量過程中誤差減至最少。 產(chǎn)生誤差的原因歸納成五大類五大類： 人為因素 量

36、具因素 力量因素 測量因素 環(huán)境因素 測量誤差和調(diào)整誤差測量誤差和調(diào)整誤差人為因素：人為因素：由于人為因素所造成的誤差，包括誤讀、誤算和視差等。而誤讀常發(fā)生在游標(biāo)尺、分厘卡等量具。游標(biāo)尺刻度易造成誤讀一個最小讀數(shù)，如在10.00 mm處常誤讀成10.02 mm或9.98 mm。視差常在讀取測量值的方向不同或刻度面不在同一平面時所發(fā)生。量具因素：量具因素：由于量具因素所造成的誤差，包括刻度誤差、磨耗誤差及使用前未經(jīng)校正等因素?？潭确謩澥欠駵?zhǔn)確，必須經(jīng)由較精密的儀器來校正與追溯。量具使用一段時間后會產(chǎn)生相當(dāng)程度磨耗，因此必須經(jīng)校正或送修方能再使用。 力量因素：力量因素：由于測量時所使用接觸力或接觸

37、所造成撓曲的誤差。依據(jù)虎克定律，測量尺寸時，如果以一定測量力使測軸與機(jī)件接觸，則測軸與機(jī)件皆會局部或全面產(chǎn)生彈性變形，為防止此種彈性變形，測軸與機(jī)件應(yīng)采相同材料制成。測量因素：測量因素：測量時，因儀器設(shè)計或擺置不良等所造成的誤差，包括余弦誤差、阿貝誤差等。余弦誤差是發(fā)生在測量軸與待測表面成一定傾斜角度 。環(huán)境因素：環(huán)境因素：測量時受環(huán)境或場地之不同，可能造成的誤差有熱變形誤差和隨機(jī)誤差為最顯著。熱變形誤差通常發(fā)生于因室溫、人體接觸及加工后工件溫度等情形下，因此必須在溫濕度控制下，不可用手接觸工件及量具、工件加工后待冷卻后才測量。測量誤差和調(diào)整誤差測量誤差和調(diào)整誤差（一）調(diào)整誤差（一）調(diào)整誤差

38、切削加工時，要獲得規(guī)定的尺寸就必須對機(jī)床、刀具和夾具進(jìn)行調(diào)整。 單件、小批生產(chǎn)中常采用試切法調(diào)整: 試切法調(diào)整不可避免會產(chǎn)生誤差。試切法調(diào)整不可避免會產(chǎn)生誤差。單件、小批生產(chǎn)中常采用試切法調(diào)整，產(chǎn)生調(diào)整誤差的主要因素：單件、小批生產(chǎn)中常采用試切法調(diào)整，產(chǎn)生調(diào)整誤差的主要因素： 1）由于測量帶來誤差； 2）加工余量的影響； 3）微進(jìn)給誤差 4）判斷誤差的影響成批、大量生產(chǎn)中常采用調(diào)整法成批、大量生產(chǎn)中常采用調(diào)整法: : 對刀有誤差：擋塊、行程開關(guān)、行程控制閥的精度和靈敏度。六、工件殘余應(yīng)力引起的變形六、工件殘余應(yīng)力引起的變形工件殘余應(yīng)力引起的變形工件殘余應(yīng)力引起的變形 殘余應(yīng)力(又稱內(nèi)應(yīng)力)是指

39、當(dāng)外部載荷去除以后，仍然殘存在工件內(nèi)部的應(yīng)力。 它是因為對工件進(jìn)行熱加工或冷加工，使金屬內(nèi)部宏觀的或微觀的組織發(fā)生不均勻的體積變化而產(chǎn)生的。具有殘余應(yīng)力的零件，其內(nèi)部組織處于一種極不穩(wěn)定的狀態(tài)，有著強(qiáng)烈的恢復(fù)到無應(yīng)力狀態(tài)的傾向，因此不斷地釋放應(yīng)力，直到其完全消失為止。在殘余應(yīng)力這一消失過程中，零件的形狀逐漸變化，原有的加工精度逐漸喪失。殘余應(yīng)力的產(chǎn)生殘余應(yīng)力的產(chǎn)生1)毛坯制造及熱處理過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力 在鑄、鍛、焊及熱處理過程中，由于工件各部分不均勻的熱脹冷縮以及金相組織轉(zhuǎn)變時的體積改變，工件內(nèi)部會產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力。工件結(jié)構(gòu)越復(fù)雜、壁厚相差越大、散熱條件越差，內(nèi)應(yīng)力就越大。后續(xù)加工中再切去金

40、屬，工件內(nèi)部的應(yīng)力將重新分布，從而導(dǎo)致產(chǎn)生加工誤差。2)工件冷校直產(chǎn)生的殘余應(yīng)力 細(xì)長軸類零件加工時，通常采用冷校直的方法糾正彎曲變形。為使工件變直，部分材料的應(yīng)力必須超過其彈性極限，即產(chǎn)生塑性變形。外力去除后，工件內(nèi)彈性變形部分要恢復(fù)原有形狀，而塑性變形后的材料已不能恢復(fù)。兩部分材料互相牽制，應(yīng)力重新分布，達(dá)到新的平衡狀態(tài)。這時，將會在工件內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。如果在后續(xù)加工中再切去一層金屬，工件內(nèi)部的應(yīng)力將重新分布而導(dǎo)致彎曲，因此而產(chǎn)生幾何形狀誤差。3)機(jī)械加工產(chǎn)生殘余應(yīng)力機(jī)械加工過程中，由于切削力和切削熱的綜合作用，會使表面層金屬晶格發(fā)生變形或使金相組織變化，從而會造成表面層的殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)

41、力的產(chǎn)生殘余應(yīng)力的產(chǎn)生工件殘余應(yīng)力引起的變形工件殘余應(yīng)力引起的變形工件殘余應(yīng)力引起的變形工件殘余應(yīng)力引起的變形減少和消除內(nèi)應(yīng)力的工藝措施1）改善零件結(jié)構(gòu)2）合理安排工藝過程3）設(shè)立消除內(nèi)應(yīng)力的專門機(jī)構(gòu)七、加工誤差的統(tǒng)計分析七、加工誤差的統(tǒng)計分析加工誤差系統(tǒng)誤差隨機(jī)誤差常值系統(tǒng)誤差變值系統(tǒng)誤差誤差統(tǒng)計分析誤差統(tǒng)計分析 常值系統(tǒng)誤差：在連續(xù)加工一批零件時，加工誤差的大小和方向基本土保持不變，稱為常值系統(tǒng)誤差。 變值系統(tǒng)誤差：如果加工誤差是按零件的加工次序作有規(guī)律變化的，則稱之為變值系統(tǒng)誤差。 隨機(jī)誤差：在連續(xù)加工一批零件中，出現(xiàn)的誤差如果大小和方向是不規(guī)則地變化著的，則稱為隨機(jī)誤差。 隨機(jī)誤差和系

42、統(tǒng)誤差的劃分不是絕對的，二者既有區(qū)別又有聯(lián)系。同一原始誤差在不同條件下引起的可能是隨機(jī)誤差，也可能是系統(tǒng)誤差。（一）（一） 分布曲線法分布曲線法直方圖直方圖實際分布圖實際分布圖直方圖直方圖 加工一批工件，由于隨機(jī)性誤差的存在，加工尺寸的實際數(shù)值是各不相同的，這種現(xiàn)象稱為尺寸分散。 在一批零件的加工過程中，測量各零件的加工尺寸，把測得的數(shù)據(jù)記錄下來，按尺寸大小將整批工件進(jìn)行分組，每一組中的零件尺寸處在一定的間隔范圍內(nèi)。同一尺寸間隔內(nèi)的零件數(shù)量稱為頻數(shù)，頻數(shù)與該批零件總數(shù)之比稱為頻率。 以工件尺寸為橫坐標(biāo)，以頻數(shù)或頻率為縱坐標(biāo)，即可作出該工序工件加工尺寸的實際分布圖直方圖。 連接直方圖中每一直方寬

43、度的中點（組中值）得到一條折線，即實際分布曲線 。正態(tài)分布曲線方程正態(tài)分布曲線方程niiXnX11222)(21XeY正態(tài)分布曲線正態(tài)分布曲線 實踐和理論分析表明，當(dāng)用調(diào)整法加工一批總數(shù)極多的而且這些誤差因素中又都沒有任何優(yōu)勢的傾向時，其分布服從正態(tài)分布曲線(又稱高斯曲線) 。正態(tài)分布曲線方程式為：式中 Y正態(tài)分布的概率密度； 正態(tài)分布曲線的均值； 正態(tài)分布曲線的標(biāo)準(zhǔn)偏 差（均方根偏差）。 理論上的正態(tài)分布曲線是向兩邊無限延伸的，而在實際生產(chǎn)中產(chǎn)品的特征值（如尺寸值）卻是有限的。因此用有限的樣本平均值和樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差S作為理論均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差的估計值。由數(shù)理統(tǒng)計原理得有限測定值的計算公式如下：ni

44、iXXnS12)(11正態(tài)分布曲線的特性正態(tài)分布曲線的特性21maxYmax21max216 . 021YeYeYX1YdxA正態(tài)分布曲線的特性正態(tài)分布曲線的特性曲線對稱于直線X,在X處達(dá)到極大值，在X處有拐點，當(dāng)X時曲線以 X軸為其漸近線，曲線成鐘形。 正態(tài)曲線的這些特性表明被加工零件的尺寸靠近分散中心(均值)的工件占大部分，而尺寸遠(yuǎn)離分散中心的工件是極少數(shù)，而且工件尺寸大于和小于的頻率是相等的。正態(tài)分布曲線下的面積A代表了工件(樣本)的總數(shù)，即100。 如果改變參數(shù)的值而保持不變，則分布曲線沿著X軸平移而不改變其形狀，如圖a，決定正態(tài)分布曲線的位置。反之，如果使值固定不變，值變化時曲線形狀

45、就變化了，如圖b。所以正態(tài)分布曲線的形狀是由標(biāo)準(zhǔn)偏差來決定的， 的大小完全由隨機(jī)誤差所決定。 聯(lián)系到加工誤差的兩種表現(xiàn)特性，顯而易見，隨機(jī)誤差引起尺寸分散，常值系統(tǒng)誤差決定分散帶中心位置，而變值系統(tǒng)誤差則使中心位置隨著時間按一定規(guī)律移動。dxeYdxAXX222)(021正態(tài)分布曲線的特性正態(tài)分布曲線的特性分布曲線下所包含的全部面積代表一批加工零件，即100零件 的實際尺寸都在這一分布范圍內(nèi)。如圖727所示C點代表規(guī)定的最小極限尺寸 Amin，CD代表零件的公差帶，在曲線下面C、D兩點之間的面積代表加工零件的合格率。曲線下面其余部分的面積（圖上無陰影線的部分）則為廢品率。在加工外圓時，圖上左邊

46、無陰影線部分相當(dāng)于不可修復(fù)的廢品，右邊的無陰影線部分則為可修復(fù)的廢品；在加工內(nèi)孔時，則恰好相反。對于正態(tài)分布曲線來說，由到X曲線下的面積由式?jīng)Q定。 若工件公差為，則：當(dāng)分散中心與公差帶中心重合，不產(chǎn)生廢品的條件是6；當(dāng)分散中心與公差帶中心重合，不產(chǎn)生廢品的條件是 6 2系統(tǒng) 。尺寸過大或過小的廢品率均由下式計算： Q廢品率0.5 A 正態(tài)分布曲線的特性正態(tài)分布曲線的特性 3 (或6 )在研究加工誤差時是一個很重要的概念。6 的大小代表了某一種加工方法在規(guī)定的條件下所能達(dá)到的加工精度，即工藝能力。在實際生產(chǎn)中，常以工藝能力系數(shù)Cp。來衡量工藝能力: Cp=/6。 工藝能力系數(shù)說明了工藝能力滿足公

47、差要求的程度。根據(jù)工藝能力系數(shù)的大小，將工藝分五級：【例題71】 檢查一批在臥式鏜床上精鏜后的活塞銷孔直徑。圖紙規(guī)定尺寸與公差為，抽查件數(shù)n100，分組數(shù)k6。測量尺寸、分組間隔、頻數(shù)和頻率見表7.4。求實際分布曲線圖、工藝能力及合格率，分析出現(xiàn)廢品的原因并提出改進(jìn)意見。 表74 活塞銷孔直徑測且結(jié)果分布曲線法的實例分布曲線法的實例組尺寸范圍組中值Xj頻數(shù)mi頻率mi/n127.99227.99427.99344/100227.99427.99627.9951616/100327.99627.99827.9973232/100427.99828.00027.9993030/100528.000

48、28.00228.0011616/100628.00228.00428.00322/100解：以組中值Xj代替組內(nèi)零件實際值，繪制圖7.29為實際分布曲線。分散范圍=最大孔徑一最小孔徑 28.0427.9920.012mm；樣本平均值（又稱尺寸分散范圍中心即平均孔徑）：mmmXnXkiii9979.2711公差范圍中心 常值系統(tǒng)誤差9925.272015. 028MLmmXA0054. 0系統(tǒng)樣本標(biāo)準(zhǔn)差工藝能力系數(shù)， ，二級工藝能力；廢品率：由 ，查表7.3可得A0.3253；所以 實測結(jié)果分析：部分工件的尺寸超出了公差范圍，有1747的廢品（實際分布曲線圖中陰影部分；這批工件的分散范圍0.0

49、12mm比公差帶0015mm小，也就是說實際加工能力比圖紙要求的要高：Cp1.11，即6。 只是由于有系統(tǒng)0.0054的存在而產(chǎn)生廢品。如果能設(shè)法將分散中心調(diào)整到公差范圍中心，工件就完全合格。具體的調(diào)整方法是將鏜刀的伸出量調(diào)短些，以減少鏜刀受力變形產(chǎn)生的加工誤差。分布曲線法的實例分布曲線法的實例mmmXXnSkiii002244. 0)(111211. 16pC9358. 0002244. 09979.2728X%47.171747. 03253. 05 . 05 . 0AQ廢品率%53.828253. 03253. 05 . 05 . 0AQ合格率分布曲線法的應(yīng)用分布曲線法的應(yīng)用判斷加工性質(zhì)

50、判斷加工性質(zhì) 判斷是否存在明顯變值系統(tǒng)誤差，如加工過程中沒有明顯的變值系統(tǒng)誤差，其加工尺寸分布接近正態(tài)分布(形位誤差除外)； 判斷是否存在常值系統(tǒng)誤差，及常值系統(tǒng)誤差的大小，如果分散中心偏離公差帶中心，則工藝系統(tǒng)有常值系統(tǒng)誤差 。確定工序能力確定工序能力估算合格品率或不合格品率估算合格品率或不合格品率分布圖分析法的缺點分布圖分析法的缺點分布圖分析法不能反映誤差的變化趨勢；沒有考慮加工先后順序，難區(qū)分隨機(jī)性誤差和變值系統(tǒng)性誤差；加工完成統(tǒng)計，不能在過程中起到及時控制質(zhì)量的作用。分布曲線法的應(yīng)用分布曲線法的應(yīng)用7.3.3 點圖法點圖法1）個值點圖：依次測量每工件尺寸記入橫坐標(biāo)為零件號縱坐標(biāo)為尺寸的

51、圖表中，它能較清楚地揭示出加工過程中誤差的性質(zhì)及其變化趨勢。如圖。2）均值-極差點圖：采用順序小樣本（46） ，由小樣本均值點圖和極差點圖組成，橫坐標(biāo)為小樣本組序號。反映了系統(tǒng)性誤差、隨機(jī)誤差及其變化趨。如圖。 工藝的穩(wěn)定，從數(shù)理統(tǒng)計的原理來說，一個工藝過程的質(zhì)量參數(shù)的總體分布，其平均值 和標(biāo)準(zhǔn)偏差在整個工藝過程中若能保持不變，則工藝是穩(wěn)定的。 點圖法點圖法X7.4 7.4 提高加工精度的途徑提高加工精度的途徑 （1） 減少誤差法（2） 誤差補(bǔ)償法（3） 誤差分組法（4） 誤差轉(zhuǎn)移法（5） “就地加工”法（6） 誤差平均法（7） 控制誤差法提高加工精度的途徑提高加工精度的途徑7.4.1 減少誤

52、差法減少誤差法加工原理誤差加工原理誤差 查明產(chǎn)生加工誤差的主要因素后，設(shè)法對其直接進(jìn)行消除或減弱。如細(xì)長軸加工用中心架或跟刀架會提高工件的剛度，也可采用反拉法切削，工件受拉不受壓不會因偏心壓縮而產(chǎn)生彎曲變形，如圖7.32、7.33。7.4.2 誤差補(bǔ)償法誤差補(bǔ)償法 誤差補(bǔ)償法是人為地造出一種新的原始誤差，去抵消原來工藝系統(tǒng)中存在的原始誤差，盡量使兩者大小相等、方向相反而達(dá)到使誤差抵消得盡可能徹底的目的，如圖。7.4.3 誤差分組法誤差分組法 誤差分組法是把毛坯或上工序加工的工件尺寸經(jīng)測量按大小分為n組，每組尺寸誤差就縮減為原來的1/n。然后按各組的誤差范圍分別調(diào)整刀具位置，使整批工件的尺寸分散

53、范圍大大縮小。提高加工精度的途徑提高加工精度的途徑7.4.4 誤差轉(zhuǎn)移法誤差轉(zhuǎn)移法誤差轉(zhuǎn)移法是把原始誤差從誤差敏感方向轉(zhuǎn)移到誤差的非敏感方向。如圖7.357.4.5 就地加工法就地加工法就地加工法是全部零件按經(jīng)濟(jì)精度制造，然后裝配成部件或產(chǎn)品，且各零部件之間具有工作時要求的相對位置，最后以一個表面為基準(zhǔn)加工另一個有位置精度要求的表面，實現(xiàn)最終精加工，這就是“就地加工”法，也稱自身加工修配法。 “就地加工”的要點，就是要求保證部件間什么樣的位置關(guān)系，就在這樣的位置關(guān)系上利用一個部件裝上刀具去加工另一個部件。如圖7.367.4.6 誤差平均法誤差平均法提高加工精度的途徑提高加工精度的途徑7.4.7

54、 控制誤差法控制誤差法控制誤差法是在利用測量裝置加工循環(huán)中連續(xù)地測量出工件的實際尺寸，隨時給刀具以附加的補(bǔ)償，控制刀具和工件間的相對位置，直至實際值與調(diào)定值的差不超過預(yù)定的公差為止。誤差均分法就是利用有密切聯(lián)系的表面之間的相互比較和相互修正或者利用互為基準(zhǔn)進(jìn)行加工，以達(dá)到很高的加工精度。如“三板互易”、“易位法”等。如圖。第三節(jié)第三節(jié) 影響表面質(zhì)量的因素影響表面質(zhì)量的因素影響表面質(zhì)量的因素影響表面質(zhì)量的因素提高機(jī)械加工表面質(zhì)量，應(yīng)研究的主要內(nèi)容如下：1） 表面粗糙度及其改善的工藝措施；2）表面層物理、力學(xué)性能及其提高的工藝措施；3）機(jī)械加工中的振動及其控制。影響表面質(zhì)量的因素影響表面質(zhì)量的因素

55、一、一、 表面粗糙度表面粗糙度切削加工時表面粗糙度的形成，大致可歸納為三方面的原因：切削加工時表面粗糙度的形成，大致可歸納為三方面的原因： 幾何因素幾何因素物理因素物理因素工藝系統(tǒng)的振動工藝系統(tǒng)的振動影響表面質(zhì)量的因素影響表面質(zhì)量的因素1 1、刀具結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響、刀具結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響 由刀具相對于工件作進(jìn)給運動時在加工表面上遺留下來的切削層殘留面積（圖3.30）。理論上的最大粗糙度Rmax可由刀具形狀、進(jìn)給量f，按幾何關(guān)系求得。 當(dāng)不考慮刀尖圓弧半徑時：kkfRcotcotmax 當(dāng)背吃刀量和進(jìn)給量很小時，粗糙度主要由刀尖圓弧構(gòu)成：rfR82max影響表面質(zhì)量的因素影響表面質(zhì)量的因素 圖中結(jié)果表

56、明：1）計算所得的粗糙度與 實際結(jié)果是相似的。2）計算所得的粗糙度值小于實際結(jié)果。其原因是其原因是: :還有表面金屬層塑性變形的影響。當(dāng)進(jìn)給量小、切屑薄及金屬材料塑性較大的情況下，這個差別就更大了。影響表面質(zhì)量的因素影響表面質(zhì)量的因素2 2、物理因素的影響、物理因素的影響 塑性材料加工后表面的實際輪廓和理論輪廓塑性材料加工后表面的實際輪廓和理論輪廓 由圖知，實際粗糙度與理論粗糙度差別較大。 主要是與被加工材料的性能及切削機(jī)理有關(guān)的物理因素的影響。切削過程中刀具的刃口圓角及后刀面對工件擠壓與摩擦而產(chǎn)生塑性變形。 韌性越好的材料塑性變形越大韌性越好的材料塑性變形越大，且容易出現(xiàn)積屑瘤積屑瘤與鱗刺，

57、使粗糙度嚴(yán)重惡化。 還有切削用量、冷卻潤滑液和刀具材料等因素影響。 影響表面質(zhì)量的因素影響表面質(zhì)量的因素積屑瘤與切削溫度有關(guān):xycpK a fxycpaf、 、3 3、加工過程中振動的影響、加工過程中振動的影響 加工過程中的振動不僅加大表面的粗糙度，也使刀具很快變鈍或崩刃，機(jī)床連接處遭到破壞，限制生產(chǎn)率的提高。 機(jī)械加工時的振動有兩種： 強(qiáng)迫振動強(qiáng)迫振動（系統(tǒng)外部的周期性干擾、旋轉(zhuǎn)零件的質(zhì)量偏心） 自激振動自激振動（沒有外界周期性激振力時所產(chǎn)生的振動，激振力是由切削運動本身產(chǎn)生的。切削過程停止，激振力也就跟著消失）二、機(jī)械加工后表面強(qiáng)化和表面殘余應(yīng)力二、機(jī)械加工后表面強(qiáng)化和表面殘余應(yīng)力 切削

58、或磨削加工時，表面層金屬由于塑性變形使晶體間產(chǎn)生剪切滑移，晶格發(fā)生拉長、扭曲和破碎而得到強(qiáng)化。冷作硬化的特點： 變形抵抗力提高（屈服點提高），塑性降低（相對延伸率降低）。 冷硬的指標(biāo)冷硬的指標(biāo): : 通常用冷硬層的深度h、表面層的顯微硬度H以及硬化程度N來表示，如圖所示其中N=H/H0，H0為原來的顯微硬度。（一）表面強(qiáng)化 機(jī)械加工后表面強(qiáng)化和表面殘余應(yīng)力機(jī)械加工后表面強(qiáng)化和表面殘余應(yīng)力 表面層冷作硬化的程度決定于產(chǎn)生塑性變形的力、變形速度及變形時的溫度。 力越大，塑性變形越大，則硬化程度越大； 速度越大，塑性變形越不充分，則硬化程度越?。?變形時的溫度不僅影響塑性變形程度，還會影響變形后金相

59、組織的恢復(fù)程度。 切削加工時表面層的硬化可能有兩種情況：完全強(qiáng)化完全強(qiáng)化 此時出現(xiàn)晶格歪扭以及纖維結(jié)構(gòu)和變形層物理機(jī)械性質(zhì)的改變；不完全強(qiáng)化不完全強(qiáng)化 若溫度超過（0.250.30）T熔（熔化絕對溫度），則除了強(qiáng)化現(xiàn)象外，同時還有回復(fù)現(xiàn)象，此時歪扭的晶格局部得到恢復(fù)，減低了冷硬作用；如果溫度超過0.30T熔就會發(fā)生金屬再結(jié)晶，此時由于強(qiáng)化而改變了的表面層物理機(jī)械性能幾乎可以完全恢復(fù)。機(jī)械加工后表面強(qiáng)化和表面殘余應(yīng)力機(jī)械加工后表面強(qiáng)化和表面殘余應(yīng)力機(jī)械加工時表面層的冷作硬化就是機(jī)械加工時表面層的冷作硬化就是強(qiáng)化作用和回復(fù)作用的綜合結(jié)果。強(qiáng)化作用和回復(fù)作用的綜合結(jié)果。機(jī)械加工后表面強(qiáng)化和表面殘余應(yīng)

60、力機(jī)械加工后表面強(qiáng)化和表面殘余應(yīng)力影響冷作硬化的主要因素影響冷作硬化的主要因素 刀具 刀具的切削刃口圓角和后刀面的磨損量對于冷硬層有很大的影響，此兩值增大時，冷硬層深度和硬度也隨之增大。前角減少時，冷硬也增大。 被加工材料 被加工材料硬度愈低、塑性愈大，切削后的冷硬現(xiàn)象愈嚴(yán)重。 切削用量的影響 切削速度增大時，刀具與工件接觸時間短，塑性變形程度減少，同時會使溫度增高，有助于冷硬的回復(fù)，所以硬化層深度和硬度都有所減少。 進(jìn)給量增大時，切削力增大，塑性變形程度也增大，因此硬化現(xiàn)象增大。但在進(jìn)給量較小時，由于刀具的刃口圓角在加工表面單位長度上的擠壓次數(shù)增多，因此硬化傾向也會增大。徑向進(jìn)給量增大時，冷