第九次機(jī)械加工精度及其控制

1、第九次機(jī)械加工精度及其控制第1頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一第2章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制Analysis and Control of Machining Quality4.1 概述Introduction to Machining Quality第2頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一4.1.1 機(jī)械加工質(zhì)量 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)量圖4-1 加工質(zhì)量

2、包含的內(nèi)容第3頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一4.1.1 機(jī)械加工質(zhì)量 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)接近程度。 加工精度與經(jīng)濟(jì)性與使用要求間是有關(guān)系的。加工質(zhì)量取決于工件和刀具在切削運(yùn)動(dòng)過(guò)程中相互位置關(guān)系。在機(jī)械加工時(shí)，機(jī)床、刀具、夾具和工件構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)，稱之為工藝系統(tǒng)。加工精度問(wèn)題也就是工藝系統(tǒng)問(wèn)題，或者說(shuō)工藝系統(tǒng)是因，而精度問(wèn)題是果，因此也把工藝系統(tǒng)的誤差稱為“原始誤差”的由來(lái)。研究加工精度的目的，就是弄清原始誤差與加工精度影響規(guī)律，進(jìn)而控制使其達(dá)到精度要求，找到提高精度之途徑。第4頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一4.

3、1.3 誤差敏感方向 圖4-4：RYRRR =X（4-1）（4-2）顯然： 工藝系統(tǒng)原始誤差方向不同，對(duì)加工精度的影響程度也不同。對(duì)加工精度影響最大的方向，稱為誤差敏感方向。 誤差敏感方向一般為已加工表面過(guò)切削點(diǎn)的法線方向。圖4-4 誤差敏感方向YR0Xa）YR0Xb）誤差敏感方向第5頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一 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。4.1.4 影響加工精度的因素 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(guò)程有關(guān)的原始誤差(動(dòng)誤差)原理誤差定位誤差調(diào)整誤差刀具誤差?yuàn)A具誤差機(jī)床誤差工藝系統(tǒng)受力變形

4、（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)力引起的變形工件相對(duì)于刀具靜止?fàn)顟B(tài)下的誤差工件相對(duì)于刀具運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的誤差主軸回轉(zhuǎn)誤差導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差傳動(dòng)誤差原始誤差原始誤差分類圖4-5 原始誤差構(gòu)成第6頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一4.1.5 研究加工質(zhì)量的方法 分析研究某一確定因素對(duì)加工精度或表面質(zhì)量的影響，一般不考慮其它因素的同時(shí)作用。具體分析時(shí)，可用理論方法：運(yùn)用物理學(xué)和力學(xué)原理，進(jìn)行純理論計(jì)算；也可用試驗(yàn)方法：通過(guò)試驗(yàn)或測(cè)試，確定影響因素與加工質(zhì)量指標(biāo)之間的關(guān)系。 根據(jù)生產(chǎn)中一批工件的實(shí)測(cè)結(jié)果為基礎(chǔ)，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理和方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，對(duì)工藝過(guò)程進(jìn)行分析

5、和控制。出現(xiàn)偏離時(shí)，從統(tǒng)計(jì)中判斷性質(zhì)，找出環(huán)節(jié)，解決問(wèn)題。單因素分析方法統(tǒng)計(jì)分析法實(shí)際生產(chǎn)中，通常結(jié)合使用，統(tǒng)計(jì)分析找原因，單因素試驗(yàn)解決問(wèn)題。第7頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制Analysis and Control of Machining Quality4.2 工藝系統(tǒng)原始誤差對(duì)加工精度的影響Geometric Precisions of Technological System and its influence to machining Precision第8頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一加工原理誤差是指采用了

6、近似的成型運(yùn)動(dòng)或近似的刀刃輪廓進(jìn)行加工而產(chǎn)生的誤差。4.2.1 加工原理誤差 式中 R 球頭刀半徑； h 允許的殘留高度例2：用阿基米德蝸桿滾刀滾切漸開(kāi)線齒輪模數(shù)銑刀成形銑齒輪，同！例1：在數(shù)控銑床上采用球頭刀銑削復(fù)雜形面零件(圖4-6)SRh圖4-6 空間曲面數(shù)控加工加工原理誤差用直線插補(bǔ)的原理加工曲線是存在原理誤差的存在的合理性在于，往往帶來(lái)很多好處，簡(jiǎn)化機(jī)床結(jié)構(gòu)或刀具形狀或提高效率，只要原理誤差小于1015%公差值就是允許的第9頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一4.2.2 主軸誤差 主軸回轉(zhuǎn)誤差是指主軸實(shí)際回轉(zhuǎn)線對(duì)其理想回轉(zhuǎn)軸線的漂移。 為便于研究，可將主軸回轉(zhuǎn)誤差

7、分解為徑向圓跳動(dòng)、端面圓跳動(dòng)和傾角擺動(dòng)三種基本型式（圖4-7）。b）端面圓跳動(dòng)a）徑向圓跳動(dòng)c）傾角擺動(dòng)圖4-7 主軸回轉(zhuǎn)誤差基本形式主軸回轉(zhuǎn)誤差第10頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一4.2.2 主軸誤差 主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度的影響 主軸徑向圓跳動(dòng)對(duì)加工精度的影響（鏜孔）考慮最簡(jiǎn)單的情況，主軸回轉(zhuǎn)中心在X方向上作簡(jiǎn)諧直線運(yùn)動(dòng)，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圖4-8 徑向跳動(dòng)對(duì)鏜孔精度影響式中 R 刀尖回轉(zhuǎn)半徑； 主軸轉(zhuǎn)角。（4-4） 顯然，式（4-4）為一橢圓。第11頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一圖4-9 徑向跳動(dòng)對(duì)車

8、外圓精度影響123456784.2.2 主軸誤差 仍考慮最簡(jiǎn)單的情況，主軸回轉(zhuǎn)中心在X方向上作簡(jiǎn)諧直線運(yùn)動(dòng)，其頻率與主軸轉(zhuǎn)速相同，幅值為2e。則刀尖運(yùn)動(dòng)軌跡接近于正圓（圖4-9）。 思考：主軸回轉(zhuǎn)中心在X方向上作簡(jiǎn)諧直線運(yùn)動(dòng)，其頻率為主軸轉(zhuǎn)速兩倍，被車外圓形狀如何？ 結(jié)論：主軸徑向跳動(dòng)影響加工表面的圓度誤差e 主軸徑向圓跳動(dòng)對(duì)加工精度的影響（車外圓）第12頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一4.2.2 主軸誤差 主軸端面圓跳動(dòng)對(duì)加工精度的影響被加工端面不平，與圓柱面不垂直；加工螺紋時(shí)，產(chǎn)生螺距周期性誤差。 主軸傾角擺動(dòng)對(duì)加工精度的影響與主軸徑向跳動(dòng)影響類似，不僅影響圓度誤差

9、，而且影響圓柱度誤差。第13頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一4.2.2 影響主軸回轉(zhuǎn)精度因素 影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素軸承誤差軸承間隙與軸承配合件的誤差主軸系統(tǒng)徑向不等剛度主軸熱變形主軸轉(zhuǎn)速第14頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一AB4.2.2 主軸影響因素分析 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(dòng)體形狀及尺寸誤差圖4-10 軸徑不圓引起車床主軸徑向跳動(dòng) 滑動(dòng)軸承鏜床（圖4-11） 軸承孔不圓引起鏜床主軸徑向跳動(dòng)圖4-11 軸承孔不圓引起鏜床主軸徑向跳動(dòng) 滾動(dòng)軸承車床（圖4-10） 軸徑不圓引起車床主軸徑向跳動(dòng)（注意其頻率特性）靜壓軸

10、承 對(duì)軸承孔或軸徑圓度誤差起均化作用第15頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一4.2.2主軸影響因素分析 影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素 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（圖4-12） 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）0圖4-12 止推軸承端面誤差對(duì)主軸軸向竄動(dòng)的影響第16頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一提高主軸回轉(zhuǎn)精度措施提高主軸部件制造精度對(duì)滾動(dòng)軸承進(jìn)行預(yù)緊盡量不使主軸回轉(zhuǎn)誤差不反映（傳導(dǎo)）到工件上第17頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)4

11、9分，星期一導(dǎo)軌副運(yùn)動(dòng)件實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向與理想運(yùn)動(dòng)方向的偏差包括：導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度，導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度，前后導(dǎo)軌平行度（扭曲），導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線的平行度（或垂直度）等。 導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差對(duì)加工精度的影響 導(dǎo)軌水平面內(nèi)的直線度誤差,誤差敏感方向,影響顯著 導(dǎo)軌垂直面內(nèi)的直線度誤差,誤差非敏感方向,影響小 導(dǎo)軌扭曲對(duì)加工精度的影響,影響顯著（圖4-15）X圖4-15 導(dǎo)軌扭曲引起的加工誤差HRDBXY（4-5） 4.2.2 機(jī)床導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差 導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差第18頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一 導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線位置誤差對(duì)加工精度的影響4.2.2 機(jī)床導(dǎo)軌誤差 圖4-16

12、 成形運(yùn)動(dòng)間位置誤差對(duì)外圓和端面車削的影響fZzzc）HyR0fXZLfdDdxa）b）第19頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一 影響導(dǎo)軌導(dǎo)向精度的主要因素4.2.2 影響機(jī)床導(dǎo)軌精度的主因素 機(jī)床制造誤差機(jī)床安裝誤差（往往是主因素，特別是長(zhǎng)度較長(zhǎng)的龍門(mén)刨、銑和導(dǎo)軌磨床）導(dǎo)軌磨損：全長(zhǎng)上各段是不等的。臥車一年可磨0.04mm還有加工中的力、熱的影響第20頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一提高導(dǎo)軌精度的措施設(shè)計(jì)與制造：結(jié)構(gòu)、材料、潤(rùn)滑、防護(hù)等提高導(dǎo)向精度安裝時(shí)：保地基、找水平使用時(shí)：調(diào)整導(dǎo)軌配合間隙，注意潤(rùn)滑與保護(hù)第21頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月2

13、0日，7點(diǎn)49分，星期一4.2.2 機(jī)床傳動(dòng)鏈誤差 2、產(chǎn)生誤差之原因傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)誤差：內(nèi)鏈中首末兩端傳動(dòng)元件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的誤差。一般用轉(zhuǎn)角誤差來(lái)衡量加工螺紋、齒輪、蝸輪及其它按展成法原理加工要素影響精度的重要來(lái)源1、機(jī)床傳動(dòng)鏈精度分析各傳動(dòng)件的制造誤差（主要是影響運(yùn)動(dòng)精度的誤差）裝配誤差（偏心）磨損第22頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一 機(jī)床傳動(dòng)誤差對(duì)加工精度的影響圖4-17 齒輪機(jī)床傳動(dòng)鏈z7 = z8 = 16z1 = 64zn = 96z5 = z6 = 23z3 = z4 = 23bz2 = 16zn-1 = 1icefacd（4-6） 以齒輪機(jī)床傳動(dòng)鏈為例：式

14、中 n 傳動(dòng)鏈末端元件轉(zhuǎn)角誤差； kj 第j 個(gè)傳動(dòng)元件的誤差傳遞系數(shù)，表明第j個(gè)傳動(dòng)元件對(duì)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(dòng)比； n 傳動(dòng)鏈末端元件角速度； j 第j 個(gè)傳動(dòng)元件轉(zhuǎn)角誤差的初相角。4.2.2 機(jī)床傳動(dòng)鏈誤差 第23頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一 縮短傳動(dòng)鏈長(zhǎng)度 提高末端元件的制造精度與安裝精度 采用降速傳動(dòng)（特別是最后一環(huán)，削弱了前面的誤差） 采用頻譜分析方法，找出影響傳動(dòng)精度的誤差環(huán)節(jié) 采用校正裝置，對(duì)傳動(dòng)誤差進(jìn)行補(bǔ)償末端元件轉(zhuǎn)角誤差圖4-18 傳動(dòng)鏈誤差的頻譜分析a)nA1A2Aib)（頻率）A（幅值）12i 提高傳動(dòng)精度

15、措施4.2.2 提高傳動(dòng)鏈精度措施 第24頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一4.2.3 刀具與夾具誤差 定尺寸刀具（鉆頭、絞刀等）尺寸誤差影響加工尺寸誤差成形刀具和展成刀具形狀誤差影響加工形狀誤差刀具磨損影響加工尺寸誤差或形狀誤差刀具誤差第25頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一4.2.3 刀具與夾具誤差 L0.056F710F7k620H 7g 6YZ圖4-19 鉆徑向孔的夾具 夾具誤差影響加工位置精度。 與夾具有關(guān)的影響位置誤差因素包括： 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1/3。夾具誤差1）定位誤差；2）刀具導(dǎo)向（對(duì)刀）誤差；3）

16、夾緊誤差；4）夾具制造誤差；5）夾具安裝誤差；第26頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一4.2.4 調(diào)整誤差 第27頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一4.2.4 調(diào)整誤差 第28頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一a）4.2.4 調(diào)整誤差 測(cè)量誤差。試切時(shí)與正式切削時(shí)切削厚度不同造成的誤差。機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的位移誤差（爬行）定程機(jī)構(gòu)誤差。樣件或樣板誤差。測(cè)量有限試件造成的誤差。和試切法有關(guān)的誤差。b）圖4-20 試切法與調(diào)整法調(diào)整法試切法 用一小段的合格代替后面加工部分的合格第29頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一

17、4.3 工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響Static Stiffness of Technological System and its influence to machining Precision第30頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一切削中的力：切削力、夾緊力、重力等作用在工藝系統(tǒng)中的各個(gè)環(huán)節(jié)，均產(chǎn)生變形而形成綜合的誤差，使開(kāi)始的靜態(tài)位置發(fā)生變動(dòng)且在加工過(guò)程中還在不規(guī)則的變動(dòng)。力引起的變形通常是彈性范疇，也只能限定在彈性范圍抵抗變形的能力用工藝系統(tǒng)剛度來(lái)衡量：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。4.3.1 基本概念 切削受力與工藝系統(tǒng)剛度第31頁(yè)，共

18、86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一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4.3.1 基本概念 工藝系統(tǒng)剛度（4-7）式中 k工藝系統(tǒng)剛度； Fp吃刀抗力； X 藝系統(tǒng)位移（切削合力作用下的位移）。第32頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一4.3.1 基本概念 （4-8）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)受力變形等于工藝系統(tǒng)各組成部分受力變形之迭加。由此可導(dǎo)出工藝系統(tǒng)剛度與工藝系統(tǒng)各組成部分剛度之間的關(guān)系：工藝系統(tǒng)剛度計(jì)算第33頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，

19、星期一 機(jī)床變形引起的加工誤差4.3.2 工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響 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(zhǎng)； Z 刀尖至工件左端距離。（4-9）圖4-21 變形隨受力點(diǎn)變化規(guī)律XtjXwzXdjXFpAABBCCZLFAFBXz切削力作用點(diǎn)位置變化引起工件形狀誤差第34頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一4.3.2 工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響 工件加工后成鞍形（圖4-22）圖4-22 機(jī)床受力變形引起的加工誤差（5-10） 工件變形引起的加工誤差式中 Xg 工件變形；

20、E 工件材料彈性模量； J 工件截面慣性矩； Fp，L，Z 含義同前。 由于工件變形，使工件加工后成鼓形（圖4-23）圖4-23 工件受力變形引起的加工誤差第35頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一（4-11） 機(jī)床變形和工件變形共同引起的加工誤差 工藝系統(tǒng)剛度（4-12）4.3.2 工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響 第36頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一 以橢圓截面車削為例說(shuō)明（圖4-24）圖4-24 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”4.3.2 工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度

21、的影響 切削力大小變化引起的加工誤差 誤差復(fù)映第37頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一 誤差復(fù)映系數(shù)機(jī)械加工中，誤差復(fù)映系數(shù)通常小于1。可通過(guò)多次走刀，消除誤差復(fù)映的影響。（4-15）4.3.2 工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響 誤差復(fù)映程度可用誤差復(fù)映系數(shù)來(lái)表示，誤差復(fù)映系數(shù)與系統(tǒng)剛度成反比。由式（4-13）可得：（4-14）第38頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一夾緊力、重力、傳動(dòng)力和慣性力引起的加工誤差 夾緊力影響a） b）圖4-25 薄壁套夾緊變形圖4-26 薄壁工件磨削【例1】薄壁套夾緊變形 解決：加開(kāi)口套【例2】薄壁工件磨削 解決：加橡皮墊4

22、.3.2 工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響 第39頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一圖4-27 龍門(mén)銑橫梁變形【例】龍門(mén)銑橫梁圖4-28 龍門(mén)銑橫梁變形轉(zhuǎn)移圖4-29 龍門(mén)銑橫梁變形補(bǔ)償 重力影響4.3.2 工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響 解決1：重量轉(zhuǎn)移 解決2：變形補(bǔ)償?shù)?0頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一 傳動(dòng)力與慣性力影響 理論上不會(huì)產(chǎn)生圓度誤差（但會(huì)產(chǎn)生圓柱度誤差）易會(huì)引起強(qiáng)迫振動(dòng)4.3.2 工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響 圖4-30 傳動(dòng)力對(duì)加工精度的影響zlRXYFpFcFcdFcdxra）OOr0XYFpAFcdrcd=Fcd / kcOF

23、cFc / kcFp / kcb）O第41頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一圖4-31 車床刀架變形曲線X（m）10203040500123F（KN）4.3.3 機(jī)床部件剛度及其影響因素 非線形關(guān)系，不完全是彈性變形 加載和卸載曲線不重合，所圍面積表示克服摩擦和接觸塑性變形所作功 存在殘余變形，反復(fù)加載卸載后殘余變形0 機(jī)床部件剛度比按實(shí)體估算值小許多，表明其變形受多種因素影響機(jī)床部件變形曲線第42頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一4.3.3 機(jī)床部件剛度及其影響因素組成件的實(shí)體剛度 受力產(chǎn)生拉伸、壓縮、彎曲變形；特別是薄弱件（楔條、軸套等）影響較大

24、連接表面接觸變形 其大小與接觸面壓強(qiáng)有關(guān)結(jié)合面間隙零件表面摩擦力的影響影響機(jī)床部件剛度因素圖4-31 接觸變形曲線xOpppxx第43頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一4.3.4 減小受力變形對(duì)加工精度影響措施合理設(shè)計(jì)零部件結(jié)構(gòu)和截面形狀提高連接表面接觸剛度（表面粗糙度，改進(jìn)接觸質(zhì)量，予加載荷） 采用輔助支承（中心架，跟刀架，鏜桿支承等）圖4-33 支座零件不同安裝方法圖4-32 轉(zhuǎn)塔車床導(dǎo)向桿提高工藝系統(tǒng)剛度減小載荷及其變化采用合理裝夾和加工方式圖4-28，4-29，4-56， 4-58 變形轉(zhuǎn)移、補(bǔ)償和校正第44頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一

25、4.3.5 工件殘余應(yīng)力引起的變形圖4-34 鑄件殘余應(yīng)力引起變形圖4-35 冷校直引起的殘余應(yīng)力壓拉加載壓壓拉拉卸載 設(shè)計(jì)合理零件結(jié)構(gòu) 粗、精加工分開(kāi) 避免冷校直 時(shí)效處理殘余應(yīng)力來(lái)源 毛坯制造和熱處理產(chǎn)生的殘余應(yīng)力（圖4-34）減小殘余應(yīng)力措施 冷校直帶來(lái)的殘余應(yīng)力（圖4-35）切削加工帶來(lái)的殘余應(yīng)力第45頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一4.4 工藝系統(tǒng)熱變形及其對(duì)加工精度的影響Heat Deformation of Technological System and its Effect to machining Precision第46頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5

26、月20日，7點(diǎn)49分，星期一4.4.1 概述 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%。 溫度場(chǎng)工藝系統(tǒng)各部分溫度分布 熱平衡單位時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)傳入的熱量與傳出的熱量相等，系統(tǒng)各部分溫度保持在一相對(duì)穩(wěn)定的數(shù)值上溫 度場(chǎng)與熱平衡研究目前以實(shí)驗(yàn)研究為主工藝系統(tǒng)熱源內(nèi)部熱源外部熱源切削熱摩擦熱環(huán)境熱源輻射熱工藝系統(tǒng)熱變形工藝系統(tǒng)熱源溫度場(chǎng)與工藝系統(tǒng)熱平衡第47頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一4.4.2 機(jī)床熱變形對(duì)加工精度影響 體積大，熱容量大，溫升不高，達(dá)到熱平衡時(shí)間長(zhǎng) 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，溫度場(chǎng)和變形不均勻，對(duì)加工精度影響顯著運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間 / h0 1

27、2 3 450150100200位移 /m20406080溫升 / YX前軸承溫升圖4-36 車床受熱變形a） 車床受熱變形形態(tài)b） 溫升與變形曲線機(jī)床熱變形特點(diǎn)車床熱變形（圖4-36）第48頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一4.4.2 機(jī)床熱變形對(duì)加工精度影響 立銑（圖a）圖4-37 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) 外圓磨（圖b） 導(dǎo)軌磨（圖c）其他機(jī)床熱變形（圖4-37）第49頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一4.4.3 刀具和工件熱變形對(duì)加工精度影響 體積小，熱容量小，達(dá)

28、到熱平衡時(shí)間較短 溫升高，變形不容忽視（達(dá)0.03 0.05mm） 特點(diǎn) 變形曲線（圖4-38）（4-16）式中 熱伸長(zhǎng)量； max 達(dá)到熱平衡熱伸長(zhǎng)量； 切削時(shí)間； c 時(shí)間常數(shù)（熱伸長(zhǎng)量為熱平衡熱伸長(zhǎng)量約63%的時(shí)間，常取34分鐘）。(min)圖4-38 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）maxb0c0.63max刀具熱變形第50頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一 圓柱類工件熱變形 5級(jí)絲杠累積誤差全長(zhǎng)5m，可見(jiàn)熱變形的嚴(yán)重性式中 L， D 長(zhǎng)度和直徑熱變形量； L，D 工件原有長(zhǎng)度和直徑； 工件材料線膨脹系數(shù)； t 溫升。 長(zhǎng)度：（4-17

29、）（4-18） 直徑： 例：長(zhǎng)400mm絲杠，加工過(guò)程溫升1，熱伸長(zhǎng)量為：4.4.3 刀具和工件熱變形對(duì)加工精度影響 工件熱變形第51頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一式中 X 變形撓度； L，S 工件原有長(zhǎng)度和厚度； 工件材料線膨脹系數(shù)； t 溫升。（5-19） 板類工件單面加工時(shí)的熱變形（圖4-39）圖4-39 平面加工熱變形X/ 4LS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(zhǎng)2000mm的床身，若上表面溫升為3，則變形量為：4.4.3 刀具和工件熱變形對(duì)加工精度影響 第52頁(yè)，共86

30、頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一4.4.4 減小熱變形對(duì)加工精度影響的措施 例1：磨床油箱置于床身內(nèi)，其發(fā)熱使導(dǎo)軌中凹解決：導(dǎo)軌下加回油槽圖4-40 平面磨床補(bǔ)償油溝例2：立式平面磨床立柱前壁溫度高，產(chǎn)生后傾。解決：采用熱空氣加熱立柱后壁（圖4-41）。圖4-41 均衡立柱前后壁溫度場(chǎng) 減少切削熱和磨削熱，粗、精加工分開(kāi)。 充分冷卻和強(qiáng)制冷卻。 隔離熱源。減少熱源發(fā)熱和隔離熱源均衡溫度場(chǎng)第53頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一圖4-43 支承距影響熱變形L1L2 熱對(duì)稱結(jié)構(gòu) 熱補(bǔ)償結(jié)構(gòu)（圖4-42，主軸熱補(bǔ)償）圖4-42 雙端面磨床主軸熱補(bǔ)償1主軸 2殼體

31、3過(guò)渡套筒熱伸長(zhǎng)方向 合理選擇裝配基準(zhǔn)（圖4-43）高速空運(yùn)轉(zhuǎn)人為加熱 恒溫 人體隔離采用合理結(jié)構(gòu)4.4.4 減小熱變形對(duì)加工精度影響的措施 加速達(dá)到熱平衡控制環(huán)境溫度第54頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一4.6 提高加工精度的途徑Methods of ImprovingMachining Precision第55頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一4.6.1 誤差預(yù)防 合理采用先進(jìn)工藝和設(shè)備 誤差預(yù)防指減小原始誤差本身或減小原始誤差的影響 減小原始誤差 轉(zhuǎn)移原始誤差（圖4-53）a）b）圖4-53 轉(zhuǎn)塔車床刀架轉(zhuǎn)位誤差的轉(zhuǎn)移 誤差分組 就地加工 均

32、化原始誤差，如研磨加工、易位加工（圖4-54）圖4-54 易位法加工時(shí)誤差均化過(guò)程360工件轉(zhuǎn)角累積誤差1l1l22第56頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一4.6.2 誤差補(bǔ)償 在線測(cè)量與在線補(bǔ)償（圖4-55） 指人為引入附加誤差因素，以抵消或減小原始誤差的影響圖4-55 高壓油泵偶件自動(dòng)配磨裝置示意圖柱塞銷柱塞第57頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一圖4-56 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(dòng)4.6.2 誤差補(bǔ)償 采用校正裝置（圖4-56）第58頁(yè)，共86頁(yè)，20

33、22年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一圖4-57 以彈性變形補(bǔ)償熱變形 以彈性變形補(bǔ)償熱變形（圖4-57） 其他補(bǔ)償方法圖4-59 以熱變形補(bǔ)償熱變形圖4-58 龍門(mén)銑橫梁變形補(bǔ)償附加夾緊力 以熱變形補(bǔ)償熱變形（圖4-59） 以幾何誤差補(bǔ)償受力變形（圖4-58）4.6.2 誤差補(bǔ)償 第59頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一4.7 影響加工表面粗糙度的工藝因素Technological Factors Influencing Roughness第60頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一4.7.1 切削加工表面粗糙度影響因素 圖4-60 車削時(shí)殘留面積的高

34、度直線刃車刀（圖4-60a）（4-31）圓弧刃車刀（圖4-60b）（4-32）影響因素：frRmaxvfrb）Rmaxfa）vf切削殘留面積第61頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一 切削速度影響最大：v = 1050m/min范圍，易產(chǎn)生積屑瘤和鱗刺，表面粗糙度最差（圖5-53） 。 其他影響因素：刀具幾何角度、刃磨質(zhì)量，切削液等圖4-61 切削45鋼時(shí)切削速度與粗糙度關(guān)系100120v（m/min）020406080140表面粗糙度Rz（m）481216202428收縮系數(shù)Ks1.52.02.53.0積屑瘤高度 h（m） 0200400600hKsRz4.7.1 切削加

35、工表面粗糙度影響因素 切削表面塑性變形和積屑瘤第62頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一 砂輪速度v，Ra 工件速度vw，Ra 砂輪縱向進(jìn)給f，Ra 磨削深度ap，Ra 圖4-62 磨削用量對(duì)表面粗糙度的影響vw = 40(m/min)f = 2.36(m /min)ap = 0.01(mm)v = 50(m/s)f = 2.36(m /min)ap = 0.01(mm)v(m/s), vw(m/min)Ra(m)0304050600.51.0a）ap(mm)00.010.40.8Ra(m)00.20.60.020.030.04b）4.7.2 磨削加工表面粗糙度影響因素 磨

36、削用量影響 圖4-63 光磨次數(shù)-Ra關(guān)系Ra(m)01020300.020.040.06光磨次數(shù)粗粒度砂輪(WA60KV)細(xì)粒度砂輪(WA/GCW14KB)光磨次數(shù)，Ra第63頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一 砂輪粒度，Ra；但要適量 砂輪硬度適中， Ra ；常取中軟 砂輪組織適中，Ra ；常取中等組織 采用超硬砂輪材料，Ra 砂輪精細(xì)修整， Ra 4.7.2 磨削加工表面粗糙度影響因素 砂輪影響其他影響因素 工件材料 冷卻潤(rùn)滑液等第64頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一小結(jié)影響因素眾多有的工藝系統(tǒng)本身制造精度本身引起有的是加工過(guò)程力、熱引起不同

37、誤差引起的處理方法是不同的分析影響因素是異常艱難分析過(guò)程需要一些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，用一些分析方法才能辨別第65頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一作業(yè)P95 1、2、3、12第66頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一第67頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ) 第4章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制Analysis and Control of Machining Quality4.8 影響表層金屬力學(xué)物理性能的工藝因素Technological Factors Influencing Physics Properties of Sur

38、face Layer第68頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一4.8.1 影響表面冷作硬化的因素 切削加工 f，冷硬程度(圖4-64) 切削用量影響 刀具影響 r，冷硬程度 其他幾何參數(shù)影響不明顯 后刀面磨損影響顯著（圖4-65）00.20.40.60.81.0磨損寬度VB(mm)100180260340硬度(HV)50鋼，v = 40(m/min) f = 0.120.2(mm/z)圖4-65 后刀面磨損對(duì)冷硬影響 工件材料 材料塑性，冷硬傾向 切削速度影響復(fù)雜（力與熱綜合作用結(jié)果） 切削深度影響不大圖4-64 f 和 v 對(duì)冷硬的影響硬度(HV)0f (mm /r)0.

39、20.40.60.8v =170(m/min)135(m/min)100(m/min )50(m/min)100200300400工件材料：45第69頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一磨削速度冷硬程度（弱化作用加強(qiáng)）工件轉(zhuǎn)速冷硬程度縱向進(jìn)給量影響復(fù)雜磨削深度冷硬程度（圖4-66） 磨削用量 砂輪 砂輪粒度冷硬程度 砂輪硬度、組織影響不顯著工件材料 材料塑性 冷硬傾向 材料導(dǎo)熱性 冷硬傾向圖4-66 磨削深度對(duì)冷硬的影響ap(mm)硬度(HV)00.253003504505004000.500.75普通磨削高速磨削4.8.1 影響表面冷作硬化的因素 磨削加工第70頁(yè)，共86

40、頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一4.8.2 影響層金屬殘余應(yīng)力的因素 v殘余應(yīng)力（熱應(yīng)力起主導(dǎo)作用，圖4-67） 切削用量 刀具前角+，殘余拉應(yīng)力刀具磨損殘余應(yīng)力 工件材料材料塑性殘余應(yīng)力 鑄鐵等脆性材料易產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力圖4-68 f 對(duì)殘余應(yīng)力的影響工件：45，切削條件：vc=86m/min，ap=2mm，不加切削液 殘余應(yīng)力(Gpa)0.2000.200100200300400距離表面深度(m) f =0.40mm/r f =0.25mm/r f =0.12mm/r僅討論切削加工 f殘余應(yīng)力（圖4-68）切削深度影響不顯著圖4-67 vc 對(duì)殘余應(yīng)力的影響0=5,0=5,r=

41、75,r=0.8mm,工件：45切削條件：ap=0.3mm, f=0.05mm/r, 不加切削液050100150200距離表面深度(m)殘余應(yīng)力(Gpa)-0.2000.20vc =213m/minvc =86m/minvc =7.7m/min第71頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一4.8.3 磨削燒傷與磨削裂紋 合理選擇砂輪 合理選擇磨削用量 改善冷卻條件工件表層溫度達(dá)到或超過(guò)金屬材料相變溫度時(shí)，表層金相組織、顯微硬度發(fā)生變化，并伴隨殘余應(yīng)力產(chǎn)生，同時(shí)出現(xiàn)彩色氧化膜磨削燒傷磨削表面殘余拉應(yīng)力達(dá)到材料強(qiáng)度極限，在表層或表面層下產(chǎn)生微裂紋。裂紋方向常與磨削方向垂直或呈網(wǎng)狀

42、，常與燒傷同時(shí)出現(xiàn) 圖4-69 帶空氣擋板冷卻噴嘴磨削燒傷與磨削裂紋的控制磨削裂紋第72頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一4.8.4 表面強(qiáng)化工藝 利用淬硬和精細(xì)研磨過(guò)的滾輪或滾珠，在常溫狀態(tài)擠壓金屬表面，將凸起部分下壓下，凹下部分上凸，修正工件表面的微觀幾何形狀,形成壓縮殘余應(yīng)力，提高耐疲勞強(qiáng)度（圖4-71） 利用大量快速運(yùn)動(dòng)珠丸打擊工件表面, 使工件表面產(chǎn)生冷硬層和壓應(yīng)力,疲勞強(qiáng)度（圖4-70）噴丸強(qiáng)化圖4-71 滾壓加工原理圖 用于強(qiáng)化形狀復(fù)雜或不宜用其它方法強(qiáng)化的工件，例如板彈簧、螺旋彈簧、齒輪、焊縫等滾壓加工圖4-70 珠丸擠壓引起殘余應(yīng)力 壓縮拉伸塑性變形區(qū)域

43、第73頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一第74頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一第75頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一4.9 機(jī)械加工過(guò)程中的振動(dòng)Vibrations in machining Process第76頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一4.9.1 概述 機(jī)械加工過(guò)程中振動(dòng)的危害 影響加工表面粗糙度，振動(dòng)頻率較低時(shí)會(huì)產(chǎn)生波度 影響生產(chǎn)效率 加速刀具磨損，易引起崩刃 影響機(jī)床、夾具的使用壽命 產(chǎn)生噪聲污染，危害操作者健康 工藝系統(tǒng)受到初始干擾力而破壞了其平衡狀態(tài)后，系統(tǒng)僅靠彈性恢復(fù)力來(lái)維持的振動(dòng)稱

44、為自由振動(dòng)。 由于系統(tǒng)中總存在由阻尼，自由振動(dòng)將逐漸衰弱，對(duì)加工影響不大。機(jī)械加工過(guò)程中振動(dòng)的類型自由振動(dòng)自由振動(dòng)強(qiáng)迫振動(dòng)自激振動(dòng)第77頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一4.9.2 機(jī)械加工過(guò)程中強(qiáng)迫振動(dòng)強(qiáng)迫振動(dòng)產(chǎn)生原因 由外界周期性的干擾力（激振力）作用引起 強(qiáng)迫振動(dòng)振源：機(jī)外機(jī)內(nèi)。機(jī)外振源均通過(guò)地基把振動(dòng)傳給機(jī)床。機(jī)內(nèi)： 1）回轉(zhuǎn)零部件質(zhì)量的不平衡 2）機(jī)床傳動(dòng)件的制造誤差和缺陷 3）切削過(guò)程中的沖擊 頻率特征：與干擾力的頻率相同，或是干擾力頻率整倍數(shù) 幅值特征：與干擾力幅值、工藝系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性有關(guān)。當(dāng)干擾力頻率接近或等于工藝系統(tǒng)某一固有頻率時(shí)，產(chǎn)生共振 相角特征：強(qiáng)迫振動(dòng)位移的變化在相位上滯后干擾力一個(gè)角，其值與系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性及干擾力頻率有關(guān)。強(qiáng)迫振動(dòng)的特征第78頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)49分，星期一4.9.3 機(jī)械加工過(guò)程中自激振動(dòng)自激振動(dòng)的概念 在沒(méi)有周期性外力作用下，由系統(tǒng)內(nèi)部激發(fā)反饋產(chǎn)生的周期性振動(dòng) 自激振動(dòng)過(guò)程可用傳遞函數(shù)概念說(shuō)明（圖4-72） 自激振動(dòng)是一種不衰減振動(dòng) 自激振動(dòng)的頻率等于或接近于系統(tǒng)的固有頻率 自激振動(dòng)能否產(chǎn)生及振幅的大小取決于振動(dòng)系統(tǒng)在每一個(gè)周期內(nèi)獲得和消耗的能量對(duì)比情況（圖4-73）。圖4-73 自激振動(dòng)系統(tǒng)能量