機(jī)械制造工藝學(xué)第二版-王先奎第二章4

第三章機(jī)械加工精度第一節(jié)概述1、機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量取決于零部件的加工質(zhì)量，產(chǎn)品的裝配質(zhì)量。2、零件的加工質(zhì)量1）幾何形狀——加工精度、表面粗糙度2）物理性能——硬度、強(qiáng)度、韌性、耐磨性等。3）化學(xué)性能——耐磨蝕性能。4）其它性能2023/2/5機(jī)械加工精度：尺寸、形狀、位置加工精度與加工誤差：加工的大小，表明加工精度的高低。加工精度與設(shè)計精度、生產(chǎn)效率、加工成本有關(guān)。加工精度與工藝系統(tǒng)精度（原始誤差）。工藝系統(tǒng)——由機(jī)床、夾具、刀具、工件組成的統(tǒng)一體。設(shè)計精度：由零件工作圖上的尺寸，形狀，位置公差確定。2023/2/5二、影響機(jī)械加工精度的因素（原始誤差分析）原始誤差——工藝系統(tǒng)偏離理想位置產(chǎn)生的誤差。1、幾何誤差——工藝系統(tǒng)初始狀態(tài)的誤差（加工前）

A、靜態(tài)誤差

B、運(yùn)動誤差2、動（效應(yīng)）誤差——切削過程的物理因素所產(chǎn)生的誤差（受力，受熱，磨損等）A．加工過程中B．加工后例：精鏜活塞銷孔工序的原始誤差。（圖3－1）2023/2/52023/2/5三、誤差敏感方向在誤差敏感方向上系統(tǒng)原始誤差對加工精度的影響最大。例如：車削外圓時，刀尖在工件法向方向上的誤差δ，引起最大加工誤差△R

。（圖3－2）2023/2/5分析：當(dāng)時，（忽略了）當(dāng)時，（當(dāng)δ很小時，△Rmin可忽略）2023/2/5四、研究加工精度的方法1、單因素分析法：分析某一原始誤差對加工精度的影響。通過分析計算，測量，實(shí)驗等方法。2、統(tǒng)計分析法：對一批工件測量，并對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，判斷加工誤差的性質(zhì)，從而找出產(chǎn)生誤差的原因。3、實(shí)際生產(chǎn)中，兩種方法結(jié)合應(yīng)用。2023/2/5第二節(jié)工藝系統(tǒng)的幾何精度對加工精度的影響一、加工原理誤差1、近似的切削成形運(yùn)動例如：數(shù)控插補(bǔ)原理：直線或圓弧逼近曲線的加工，數(shù)控銑床上用球頭銑刀加工曲面（行切法）（圖3－3）2、近似的切削刀形狀例如：滾齒刀具3、近似的計算例：模數(shù)螺紋的π因子2023/2/5二、調(diào)整誤差尺寸精度的獲得方法（一）試切法（如車外圓的5個步驟：開車對刀；右退出車刀；進(jìn)刀；走刀切削1-3mm；退出車刀；測量；按尺寸進(jìn)刀；走刀切削。）試切法引起調(diào)整誤差的因素1、測量誤差：量具，測量方法，使用條件等。2、機(jī)床進(jìn)繪機(jī)構(gòu)的位移誤差3、切削狀態(tài)不同產(chǎn)生的誤差。例如：刀尖的圓角影響。2023/2/5（二）調(diào)整法如車臺階長度時的位置調(diào)整引起調(diào)整誤差的因素1、定程機(jī)構(gòu)誤差液壓死擋鐵＜0.01(精度高)電氣行程開關(guān)＜0.01（靈敏度）2、樣件或樣板誤差3、測量有限試件造成誤差2023/2/5（三）其它方法1、定尺寸刀具法例如：鉆孔，鉸孔，浮動鏜等取決于刀具的相關(guān)尺寸精度（與刀具制造，安裝，磨損有關(guān)）2、自動控制法例如：自動或半自動磨床，取決于自動檢測裝置精度和自動反饋控制系統(tǒng)控制精度。三、機(jī)床誤差例如：銑床的精度檢驗項目有多項2023/2/5（一）機(jī)床導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差（來源于加工，裝配，安裝，磨損，溫度等）1、導(dǎo)向誤差（直線度，扭曲度及偏離，平行，垂直等）例車床直線度（圖3－5）1）在水平面內(nèi)的直線度△Y

（圖3－6a）（設(shè)車刀刀夾中心與工件軸或等高）2）在垂直面內(nèi)的直線度△Z（圖3－6b）2023/2/52023/2/52023/2/5忽略項

∵∴可以忽略（3）扭曲誤差與機(jī)床導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)及主軸中心高有關(guān)（圖3－7）2023/2/52023/2/5（4）導(dǎo)軌與主軸軸線相互位置誤差水平面內(nèi)平行度誤差車——錐度鏜——橢圓垂直內(nèi)平行度誤差車（度）—雙曲線鏜——橢圓圖3-92023/2/5（5）減少導(dǎo)軌誤差的措施設(shè)計：結(jié)構(gòu)、材料、熱處理方式、潤滑方式、防護(hù)裝置等。制造：時效處理、表面待火年理、精度工序等。調(diào)整：調(diào)間隙、調(diào)水平等。使用：地基、安裝、維護(hù)（清洗、防銹、潤滑）2023/2/52．導(dǎo)軌誤差的理論分析方法滑板在導(dǎo)軌上運(yùn)動，導(dǎo)向：限制了5個自由度。坐標(biāo)系的建立：直角坐標(biāo)系：——與導(dǎo)軌固連通常i軸與主軸平行或垂直直角坐標(biāo)系——與滑板固連直角坐標(biāo)系——滑板上的參考坐標(biāo)系。隨滑板平移時，各坐標(biāo)軸方向始終與導(dǎo)軌固連各坐標(biāo)軸方向一致。2023/2/52023/2/5設(shè)：刀具或工件上的任意點(diǎn)：若點(diǎn)P隨σ沿j、k平移，繞坐標(biāo)i′j′k′轉(zhuǎn)動α，β，γ角，則P點(diǎn)位置變化，產(chǎn)生加工誤差。其中：△yt，△zt——由與i軸的偏離而造成（導(dǎo)軌與主軸軸線在水平、垂直面內(nèi)平行度誤差）。α——由扭曲造成β——由垂直面內(nèi)直線度造成γ——由水平面內(nèi)直線度造成2023/2/5（圖3－10），其中轉(zhuǎn)角誤差計算2023/2/5——坐標(biāo)變換矩陣記列矩陣：則：同理：有，當(dāng)σ1旋轉(zhuǎn)α、β、γ時有：2023/2/5當(dāng)α、β、γ值很小時，近似有：得：

P點(diǎn)的線位移誤差（由轉(zhuǎn)角誤差引起的）為：2023/2/5I——單位矩陣綜合△xt(進(jìn)給誤差)、△yt、△zt和轉(zhuǎn)角引起的成性誤差x處，P點(diǎn)的線性誤差為：（線性疊加）或（改寫成方程組的形式）2023/2/5例：導(dǎo)軌誤差在車削絲桿時引起螺距誤差坐標(biāo)設(shè)定如圖3－11（縱向x，橫向y，垂直于z）設(shè)：刀刃在中徑（d2）上一點(diǎn)A1（x1，y1，z1）=（0，，H）x與P同方向∴

∴△y—工件法向誤差（使中徑尺寸增大或減少）2023/2/52023/2/5△z——產(chǎn)生刀具沿工件切向誤差（△z使工件相對于刀具瞬間產(chǎn)生角位移誤差φ）（正負(fù)為圖示刀具位置）2023/2/5綜合引起的螺距誤差為（二）機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)誤差1．基本概念實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線對理想軸線的漂移三種基本形式(圖3－13)純經(jīng)向圓跳動、純端面圓跳動、純傾角擺動2023/2/5主軸回轉(zhuǎn)精度的檢驗方式（JB2670-82）（機(jī)床檢驗通則）

a徑跳

b軸向跳動（傾角擺動通常由徑向跳動指標(biāo)保證如圖）2023/2/52．主軸回轉(zhuǎn)精度對加工精度的影響1）主軸端面純圓跳動：(圖3－14)（1）車端面——近似螺旋面（誤差）θ——垂直度偏角（2）車螺紋——產(chǎn)生螺距周期誤差。

2023/2/52）徑內(nèi)圓跳動——產(chǎn)生圓度誤差(圖3－15~17)（1）對鏜孔的影響（圖3-15）設(shè)鏜刀主軸誤差為：

h=Acosφ

(頻率與主軸轉(zhuǎn)角相同，刀尖到刀軸中心不變，R為定值，在y方向簡諧運(yùn)動。)簡諧運(yùn)動方程加工孔為橢圓，長軸：（A+R），短軸：R2023/2/52023/2/5（2）對車削孔的影響（圖3-16），刀尖到平均回轉(zhuǎn)軸線Om為定值：R設(shè)工件主軸誤差：h＝Acosφ沿y方向：

Rφ=0＝R－A

Rφ=φ＝R－h(huán)＝R－Acosφ=R+A任一點(diǎn)：加工孔近似為圓。2023/2/53、影響主軸回轉(zhuǎn)精度的因素（1）軸承誤差A(yù))滾動軸承：內(nèi)環(huán)，外環(huán)滾道，滾動體，保持架等圓度誤差、波度誤差、滾動體尺寸誤差等B)滑動軸承工件回轉(zhuǎn)類機(jī)床（圖3-17a）刀具回轉(zhuǎn)機(jī)床（圖3-17b）①工件回轉(zhuǎn)類機(jī)床主軸軸徑的橢圓誤差影響：產(chǎn)生與軸徑誤差近似的加工誤差。2023/2/52023/2/5工件回轉(zhuǎn)類機(jī)床主軸軸承孔的橢圓誤差影響：∵軸承孔受力點(diǎn)不變∴不產(chǎn)生加工誤差。主軸軸承孔的誤差影響與之相反。另：多油楔動壓軸承——主要為主軸軸徑誤差影響靜壓軸承——較厚的油膜減小了軸徑和軸孔的誤差，所以精度較高。2023/2/5②刀具回轉(zhuǎn)類機(jī)床主軸軸徑的橢圓誤差影響：刀具回轉(zhuǎn)類機(jī)床主軸軸徑、主軸軸承孔對加工誤差的影響與工件回轉(zhuǎn)類機(jī)床相反。（2）軸承間隙調(diào)整（3）軸承安裝配合件主軸滾動軸承安裝軸徑箱體上的主軸滾動軸承安裝孔等（4）主軸轉(zhuǎn)速（5）其它因素2023/2/54、提高主軸回轉(zhuǎn)精度的措失（1）提高制造精度（要求精度，成本高）（2）滾動軸承預(yù)緊（磨損大，發(fā)熱）（3）排除主軸回轉(zhuǎn)誤差的工藝措失。例：使用固定頂尖（0.001）適用于低速，輕載鏜模（圖3-19）∵刀桿與主軸浮動連接∴刀具回轉(zhuǎn)精度由刀桿精度和導(dǎo)套精度確定。2023/2/52023/2/52023/2/5（三）機(jī)床傳動鏈的傳動誤差1，傳動鏈精度分析內(nèi)聯(lián)系的傳動鏈中，首末件的相對運(yùn)動誤差。在用展成法加工螺紋，齒輪，蝸輪時產(chǎn)生加工誤差。例如：螺紋的螺距誤差，齒輪、蝸輪的周節(jié)誤差等。圖3-20滾齒輪傳動鏈中，工件轉(zhuǎn)角與滾刀轉(zhuǎn)角的運(yùn)動關(guān)系為：2023/2/52023/2/5討論由傳動件的周節(jié)誤差、螺距誤差等原始誤差引起的末端件的轉(zhuǎn)角誤差。設(shè)：工件的轉(zhuǎn)角誤差勁—由第j個傳動件誤差引起的工件轉(zhuǎn)角誤差。

kj——誤差傳遞系數(shù)（k——傳動件到末商件的傳動比，j——表示工件在傳動鏈中的位置）2023/2/5

kj>1(升速)，原始誤差擴(kuò)大，

kj<1（降速），原始誤差縮小。總轉(zhuǎn)角誤差

概率法做算有

轉(zhuǎn)角誤差為周期函數(shù)（轉(zhuǎn)一周誤差重復(fù)）即，2023/2/5總轉(zhuǎn)角誤差：其中：∴測量系統(tǒng)原理圖3-22分析儀工作原理圖3-232023/2/52023/2/52023/2/52、傳動精度測量與信號處理用磁分度儀或光柵試分度儀測出末端轉(zhuǎn)角誤差曲線（圖3-21B）用頻譜分析的方法，找出誤差影響較大的傳動元件，采取相應(yīng)的改善損失。圖3-21C分析

——原始誤差，——末端件誤差（直接反映為工件加工誤差）2023/2/53、傳動誤差的估算和對加工精度的影響（1）齒輪轉(zhuǎn)角誤差的估算

或?qū)?yīng)的工件周節(jié)積累誤差（加工誤差）2023/2/5（2）螺距誤差的估算

——傳動絲桿導(dǎo)程——傳動比微分上式，近似得：△Ps－絲杠原始誤差△i－傳動鏈誤差

2023/2/54、減少傳動鏈傳動誤差的措失1．縮短傳動鏈（傳動件少，原始誤差少）2．大降速比傳動k<＜1，合理分配降速比。3．提高傳動件精度4.誤差補(bǔ)償校正機(jī)構(gòu)。校正尺校正機(jī)構(gòu)，動態(tài)補(bǔ)償校正機(jī)構(gòu)。5．?dāng)?shù)控機(jī)床中的電子傳動鏈2023/2/5例如：①YK3120滾齒機(jī)范成運(yùn)動、差動運(yùn)動均為電子傳動鏈。半閉環(huán)控制，跟蹤主軸方式。②數(shù)控車床車螺紋其加工工件的導(dǎo)程精度取決于主軸編碼器精度和機(jī)床刀架進(jìn)給精度。2023/2/5四、夾具的制造誤差與磨損夾具的誤差包括：1.定位2.制造3.磨損夾具設(shè)計時，精加工夾具：取工件公差的1/2—1/3，粗加工夾具：取工件公差的1/5—1/10五、刀具的制造誤差與磨損刀具的種類（1）定尺寸刀具——鉆頭，絞刀等2023/2/5（2）成形刀具——成形車刀，成形銑刀等（刀刃與加工形狀一致）（3）展成刀具——滾齒刀，插齒刀等。（4）一般刀具——刀具的進(jìn)合精度控制工件尺寸或形狀刀具誤差種類：（1）制造誤差——前三種刀具的制造誤差產(chǎn)生加工誤差。（2）磨損及磨損曲線（圖3－27）2023/2/52023/2/5第三節(jié)工藝系統(tǒng)的受力變形對加工精度的影響一、基本概念工藝系統(tǒng)受力：切削力、夾緊力、傳動力、重力、慣性力等。工藝系統(tǒng)受力變形：例：車細(xì)長軸時,工件的彎曲變形；磨小孔，磨頭細(xì)長刀軸彎曲變形等。（圖3－28）2023/2/52023/2/5工藝系統(tǒng)的剛度：靜剛度：工藝系統(tǒng)法向受力Fy

，與在Fy作用下刀具相對于工件在該方向的位移y的比值,即：動剛度：工藝系統(tǒng)在變載荷的作用下的動態(tài)響應(yīng)特性。（包括：固有頻率、共振頻率、振幅，相位角等。）2023/2/5二、工藝系統(tǒng)剛度的計算工藝系統(tǒng)變形：工藝系統(tǒng)各組成環(huán)節(jié)的剛度

；；；工藝系統(tǒng)總剛度：2023/2/51．工件剛度、刀具剛度計算由力學(xué)公式計算例如：（1）支承在兩頂尖的軸——力學(xué)模型為簡支梁。2023/2/5（2）在機(jī)床卡盤上裝夾的棒料——懸臂梁。2．機(jī)床剛度、夾具剛度（）機(jī)床和夾具的剛度計算值與實(shí)際值出入較大，一般用實(shí)驗方法測定。2023/2/5例如：車床刀架部件剛度。測得：K刀架≈4.6×103（N/mm）按力學(xué)公式計算相當(dāng)于30×30×200mm（長×寬×高）的鑄鐵件的剛度。刀架實(shí)際尺寸為：僅方刀架200×200×200mm（從刀架往下到床鞍尺寸逐漸增大）即：實(shí)測剛度比力學(xué)公式計算值小許多。2023/2/5三．工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響（一）當(dāng)?shù)断髁ψ饔命c(diǎn)位置變化時的影響（力的作用點(diǎn)沿軸向移動）1．機(jī)床的變形假定：（1）工件為剛體，忽略變形。（2）刀具為剛體，忽略變形（3）切削力大小不變。車床的變形由頭架，尾座，刀架三個部件的變形組成。圖3－292023/2/5機(jī)床總變形2023/2/5其中2023/2/5分析工藝系統(tǒng)剛度的變化（隨切削力作用點(diǎn)而變化。）特征點(diǎn)：2023/2/5通常有：剛度引起的加工誤差使工件形狀呈鞍型。2023/2/5加工誤差對工件形狀誤差：變形大，切削下金屬層薄，工件直徑大，變形小，切削下金屬層厚，工件直徑小，工件呈鞍型（圖3-30）工件產(chǎn)生形狀誤差為圓柱度誤差。根據(jù)形狀公差定義：（原因：兩頂尖支承處，機(jī)床剛度不足）2023/2/52．工件的變形——（細(xì)長軸）或剛度不足等。工件呈鼓形（圖3-28a）。2023/2/53、工藝系統(tǒng)總變形變形的線性疊加2023/2/5工藝系統(tǒng)剛度的計算：①實(shí)驗測定：頭架、尾架和刀架三個部件的剛度②力學(xué)公式計算：工件剛度③代入工藝系統(tǒng)剛度，求出x點(diǎn)的剛度。根據(jù)系統(tǒng)剛度公式及切削力Fy，可計算出工件的半徑變化，即加工誤差。工藝系統(tǒng)剛度隨受力點(diǎn)位置變化而變化的例子:①刀架在橫梁上移動類：立式車床、龍門刨床等。②刀具主軸伸縮類：鏜床，鏜模，平磨等。2023/2/5（二）切削力大小變化時引起的加工誤差(Fy——徑向的削分力大小變化)由于在同一截面內(nèi)存在余量變化，材料硬度不均等而產(chǎn)生Fy變化。設(shè)：工藝流系統(tǒng)剛度k不變，F(xiàn)y變化→y變化，產(chǎn)生加工誤差。（圖3－31）橢圓毛坯：橢圓工件：誤差復(fù)映：

——誤差復(fù)映系數(shù)。2023/2/52023/2/5討論：1）ε是小于的正數(shù)，ε越小，加工誤差越小。

k↑→ε↓；C↓→ε↓2）毛坯的各種形狀誤差，一次走刀加工后，都按一定的ε產(chǎn)生加工誤差。（例階梯形狀誤差、橢圓形狀誤差等）。每次起產(chǎn)生ε1、ε2……3)多次走刀加工后ε總=ε1ε2ε3……△g=△m、ε總，多次走刀加工后，工件誤差逐漸變小。2023/2/5（三）夾緊力、重力引起的加工誤差例如：加工薄壁套筒的孔，夾緊變形，加工后變形恢復(fù)，孔出現(xiàn)形狀誤差。（圖3-32措施：均勻夾緊（夾緊套，專用卡爪等）例如：平面糜床加工薄片零件。（圖3-33）例如：夾緊位置不當(dāng)產(chǎn)生的誤差。（圖3-34）例如：機(jī)床部件自重、工件自重產(chǎn)生的誤差。（圖3-35、36）（四）傳動力和慣性力對加工精度的影響（略）2023/2/52023/2/52023/2/52023/2/5四、機(jī)床部件剛度（一）機(jī)床部件剛度的測定1．靜態(tài)測定法對機(jī)床施加靜截序，根據(jù)力的不同及變形不同，計算出機(jī)床各部件剛度。車床靜剛度特性曲線（圖3-38）分析：1）呈非線性變化2）加載與卸載曲線不重合3）卸載曲線不回到厚點(diǎn)。 平均剛度:2023/2/52023/2/52．工作狀態(tài)測定法。比靜態(tài)法測定接近實(shí)際情況利用誤差復(fù)映系數(shù)規(guī)律假定：工件為剛體變形忽略，刀具變形忽略試件：三個臺階的剛性軸。△m=臺階尺寸△g=加工后測量加工誤差圖3-39中，△m=H1－H2，△g=h1－h(huán)2分別有ε1（前頂尖處），ε2（中），ε3（后頂尖處）。2023/2/5前中后

解方程得出：

2023/2/5（二）影響機(jī)床部件剛度的因素1．連接表面的接觸變形。接觸剛度：實(shí)驗有：m——由材料種類和表面粗糙度有關(guān)（Ra=0.6～1.6時，m≈0.5）c——與材料種類和表面粗糙度有關(guān)，表3-1所以——當(dāng)p↑→↓，及其它影響因素。2023/2/52、零件間的摩擦力。3、接合面之間的間隙——載荷方向變化時，剛度受影響。4薄弱件的變形。（圖3－30、31）五、減小工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響（一）提高工藝系統(tǒng)剛度。1、結(jié)構(gòu)設(shè)計合理的結(jié)構(gòu)和斷面形狀工件單純受拉或受壓，變形只與截面積有關(guān)。2023/2/5工件受彎、扭作用時，變形與截面積大小和形狀有關(guān)。相同截面積：空心剛度>實(shí)心，封閉>開口所以應(yīng)減少壁厚，增大輪廓尺寸。外形尺寸相同：圓形優(yōu)于方形，方形優(yōu)于矩形。合理布置隔板，筋等。盡量減少連接層面數(shù)目。（普通車床刀架的連接層面數(shù)較多）2023/2/52、提高連接表面的接觸剛度提高工藝系統(tǒng)剛度最簡便，有效的方法。（1）零件接合面的表面質(zhì)量（粗糙度，形狀精度）（2）預(yù)加載荷——消除間隙，產(chǎn)生較大接觸面積。又例：銑刀桿與主軸軸孔——拉桿。（3）提高工件定位基準(zhǔn)面的精度和表面質(zhì)量2023/2/53、合理的工藝方法（1）合理的安裝方法和加工方法（圖3-42）（2）增加輔助支承（中心架，跟力架等）（二）減小載荷及其變化合理的切削刀具（刀具角度：γ，κr，εr等）合理的切削用量（CP與Fy）提高毛坯的質(zhì)量。2023/2/5六、工件殘余應(yīng)力引起的變形殘余應(yīng)力（內(nèi)應(yīng)力）——由金屬內(nèi)部相鄰組織的不均體和變化引起。（一）毛坯制造和熱處理產(chǎn)生熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，例如：鑄造應(yīng)力框的應(yīng)力與變形。A、C壁較薄，B較厚A、C先冷，B在熱壁狀態(tài)下產(chǎn)生塑性變形。B后冷，A、C在冷態(tài)下被壓縮起彈性變形（不恢復(fù)變形）所以A、C長度大于B,產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力如圖。2023/2/5（二）冷校直帶來的殘余應(yīng)力（圖3－44）b）加載時的應(yīng)力分布：最外處產(chǎn)生塑性變形c)卸載后：應(yīng)力平衡（被校直）表面切削后，（塑變層消除）工件恢復(fù)（三）加削加工帶來的殘余應(yīng)力1)改善零件結(jié)構(gòu)2)合理安排工藝2023/2/53）熱處理工序去除內(nèi)應(yīng)力退火回火人工時效：高溫時效——毛坯，粗加工后低溫時效——半精加工后振動時效自然時效：——把鑄件毛坯在露天自然堆放一年左右。2023/2/5第四節(jié)工藝系統(tǒng)熱變形對加精度的影響一．概述（一）熱源：內(nèi)部——切削熱（由刀具，切屑，切削夜工件傳出）摩擦力——（電機(jī)、液壓、齒輪、軸承、導(dǎo)軌等）外部：環(huán)境熱輻射（陽光加熱器等）（二）工藝系統(tǒng)的溫度場和熱平衡溫度場——物體中各點(diǎn)溫度隨坐標(biāo)和時間變化的的分布場。（各點(diǎn)溫度是隨時間和坐標(biāo)而變化的函數(shù)）。2023/2/5熱平衡——單位時間內(nèi)熱量的散出與輸入相等，系統(tǒng)各部分溫度相對固定，熱變形趨于穩(wěn)定。刀具，工件一般不能達(dá)到穩(wěn)定的熱平衡機(jī)床應(yīng)工作在熱平衡狀態(tài)，保持熱態(tài)幾何精度。（較長時間空轉(zhuǎn)后工作）穩(wěn)態(tài)溫度場——各點(diǎn)溫度只是坐標(biāo)位置的函數(shù)，熱平衡時為穩(wěn)態(tài)溫度場。2023/2/5熱變形對加工精度的影響1、 粗加工——可忽略2、 精加工和大件加工——熱變形產(chǎn)生的誤差達(dá)總誤差的40%～70%。二、工件熱變形的影響（一）工件均勻受熱按平均線膨漲尺寸計算或

2023/2/5例題1磨絲桿△=0.07mm例題2

鉆孔△=0.021mm所以應(yīng)把粗加工與精加工分開,使工件粗加工之后充分冷卻.(或粗加工后冷卻一段時間)(二)工件不均勻受熱例：磨削平面板，工件熱變形拱度x（圖3-45）

2023/2/52023/2/5三、刀具熱變形切削熱的傳散特點(diǎn)：刀體小，熱容量小，溫升高，達(dá)到熱平衡時間短。熱變形曲線（圖3-46）1、 連續(xù)工件（切削）2、 連續(xù)冷卻3、 間歇工作曲線批量加工時，應(yīng)合理選擇切削和冷卻時間，使誤差穩(wěn)定在δ范圍內(nèi)。2023/2/5四、機(jī)床熱變形對加工精度的影響：主要熱源：主傳動系統(tǒng)，導(dǎo)軌付，液壓系統(tǒng)。各類機(jī)床的熱變形趨勢：車床等（圖3-47，圖3-48）五、減少工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響設(shè)計合理（一）減少熱源的發(fā)熱和隔熱1、分離熱源，2、隔熱，3、冷卻。2023/2/52023/2/52023/2/5（二）均衡溫度場例：利用液壓回油溫度或采用熱空氣加熱等方式。（圖3-50）2023/2/5（三）合理的機(jī)床部件結(jié)構(gòu)和裝配基準(zhǔn)（圖3-52）工藝條件（四）加速達(dá)到熱平衡（五）恒溫環(huán)境2023/2/5第五節(jié)加工誤差的統(tǒng)計分析引起加工誤差的原因的復(fù)雜性。加工誤差綜合分析例：導(dǎo)軌誤差對一批工件進(jìn)行檢驗測量，進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，找出誤差的規(guī)律，例：機(jī)床的熱變形，刀具磨損等圖3-272023/2/5一、加工誤差的性質(zhì)：（一）系統(tǒng)誤差1）常值系統(tǒng)誤差——一批零件的誤差其大小，方向不變。2）變值系統(tǒng)誤差——一批零件的誤差其大小，方向按一定規(guī)律變化。引起常值系統(tǒng)誤差的原因有：原理誤差，機(jī)床誤差，刀具誤差，夾具制造誤差等。例：鉸刀直徑制造誤差產(chǎn)生孔加工誤差為定值。產(chǎn)生變值系統(tǒng)誤差的原因有：刀具磨損，工藝系統(tǒng)熱變形等。2023/2/5（二）隨機(jī)誤差一批工件誤差的大小，方向無規(guī)律變化。例：△毛坯（余量變化）、△定位（組成環(huán)尺寸變化）、△夾緊（力變化）產(chǎn)生的加工誤差，工件內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的加工誤差也是無規(guī)律變化的。不同誤差的解決途徑不同。2023/2/5常值系統(tǒng)誤差：可按誤差大小方向調(diào)零。例如調(diào)整刀具相對位置，調(diào)整刀具尺寸等。（鉸刀直徑的調(diào)整。）變值系統(tǒng)誤差：按誤差規(guī)律進(jìn)行動、靜態(tài)補(bǔ)償，例如螺紋的螺距誤差。圖3-24隨機(jī)誤差：提高工藝系統(tǒng)特性，例如：系統(tǒng)剛度，受力狀況，熱變形情況等。二、分布圖分析法（一）實(shí)驗分布圖（直方圖，圖3-53）2023/2/5樣本取樣N——按統(tǒng)計精度要求，隨機(jī)抽取N個（50-200）分組——并按樣本含量N分成k組，（表3-2）按尺寸或偏差大小順序排列。組距——各組頻數(shù)mi和頻率各組頻率密度作圖：以工件尺寸為橫坐標(biāo)（組距d），以頻數(shù)、頻率或頻率密度為縱坐標(biāo)，繪出直方圖。2023/2/52023/2/5分析加工精度：1、工件的工序尺寸及公差帶位置（上下偏差、基本尺寸、平均尺寸等）2、直方圖統(tǒng)計的數(shù)學(xué)特征。①樣本的平均值，即樣本尺寸的分散中心。

②樣本的標(biāo)準(zhǔn)偏差S，反映樣本尺寸的分散程度。2023/2/5例題：磨削一批軸徑的工件。解：1、n=100，xmax=54μ，xmin=16μ2、取k=9，得d=4.75μ，取d=5μ各組組界及各組中心值3、數(shù)據(jù)整理（表3-4）4、繪直方圖（3-53圖）5、繪工件尺寸及公差，并計算：=37.3μ,=8.93μ6、分析1）分布（大多數(shù)尺寸居中）。2）分散范圍（分散范圍略大于公差值）。3）分散中心與公差帶中心Am基本重合。2023/2/5（二）理論分布曲線1、正態(tài)分布曲線用調(diào)整法加工一批零件，其總和的分布符合正態(tài)分布——圖3－54曲線方程兩個基本參數(shù)：——總體的算術(shù)平均值——標(biāo)準(zhǔn)差有限樣本時的參數(shù)：用代替，用S

代替，、S

——有限樣本的算術(shù)平均值和標(biāo)準(zhǔn)差2023/2/5曲線特性1、曲線呈鐘形對稱分布，x=為對稱軸2、在

x=μ處有（尺寸在μ附近集中分布）3、X=μ處有拐點(diǎn)4、x軸為曲線漸近線，遠(yuǎn)離處的工件是極少數(shù)。5、曲線的位置和形狀與曲線參數(shù)關(guān)系值確定曲線位置：σ不變，μ改變——曲線沿x軸平移。圖3-55a2023/2/5σ值決定曲線的形狀：（設(shè)μ不變，σ

改變）

σ↓——Ymax↑，曲線陡直凸起。（尺寸分布集中，加工精度高）

σ↑——Ymax↓，曲線平坦，（尺寸分散寬，加工精度低）

2023/2/5

σ

=1，μ

=0時,稱為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布.

σ、μ取不同值時,通過公式：變換為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)公布.故可以利用標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的函數(shù)值，求出各種正態(tài)分布的函數(shù)值。區(qū)間（－∞，＋∞）公式中：1——即代表工件總數(shù)100%2023/2/56、曲線的面積(由曲線方程沿x軸方向積分獲得)區(qū)間（x，－∞）令

則有對應(yīng)不同的z值，可求出F（z），F(xiàn)（z）值見表3-52023/2/57、代表工件的分布當(dāng)z=±3，即在=±3時2F（z）=99.73＜0.27%%∵在±3以外，＜0.27%，可以忽略,∴一般取正態(tài)分布的分散范圍±3代表工件總數(shù)100%，即±3原則。8、工件的合格率和廢品率，公差寬帶度為T，在T內(nèi)的曲線面積為合格率，超出T的曲線面積為廢品率當(dāng)與公差帶中心Am重合時，則6σ＜T時無廢品（廢品率＜0.27%）2023/2/51、非正態(tài)公布由于加工中的一些特殊因素的影響，分布曲線有時呈非正態(tài)分布，1） 雙峰或多峰——多次調(diào)整尺寸誤差引起。2） 平頂——刀具磨損3） 不對稱——試切法4） 瑞利分布——端跳、經(jīng)跳非對稱分布時的分散范圍T=6σ/k非對稱分布時的總體分散中心(表3-6)偏移：2023/2/52023/2/5（三）分布圖分析法的應(yīng)用1、判斷加工誤差性質(zhì)——分散中心。其與公差帶中心的偏移，即代表常值系統(tǒng)誤差。（存在變值系統(tǒng)誤差時，曲線呈非正態(tài)分布。）——尺寸分散范圍。分散范圍即代表隨機(jī)誤差大小。2、確定工序能力及其等級。工序能力——系統(tǒng)處于穩(wěn)定工件狀態(tài)時，加工誤差的正常波動幅度。2023/2/5工序能力系數(shù)CpCp=共分5級，表3-7Cp＞1,滿足加工精度要求且有余地，太高不經(jīng)濟(jì)。Cp=1時，剛滿足，須注意。Cp＜1，有廢品，須改進(jìn)工藝。一般有Cp不低于二級。3、估算合格率和不合格率4、制定各種加工方法的經(jīng)濟(jì)加工精度標(biāo)準(zhǔn)。2023/2/5例題：D=12，實(shí)測并統(tǒng)計計算有：尺寸分布符合正整分布，分析加工精度。解：1）作圖表示6σ、、dM（平均尺寸）、T（公差）及dmax和dmim

2)工序能力系數(shù)

Cp=0.9＜1,不足會有廢品。3）不合格率Q曲線分左右兩部分計算。2023/2/52023/2/5Amin（分散范圍內(nèi)最小尺寸）＞dmin，即在公差范圍內(nèi)，無廢品，右半邊在公差帶內(nèi)的曲線面積為