機械加工精度.ppt

1、,機械加工精度,第5章 機械加工質量分析與控制,產品質量是企業(yè)的生命線 按現(xiàn)代質量觀它包括設計質量、制造質量和服務質量 零件制造質量是保證產品質量的基礎,一、加工精度的基本概念 加工質量指標分加工精度和加工表面質量 加工精度指零件加工后實際幾何參數(shù)(尺寸、形狀和位 置)與理想幾何參數(shù)相符的程度。符合程度愈高，加工精 度愈高。實際值與理想值之差稱為加工誤差。,零件的加工精度包括 尺寸精度、形狀精度、位置精度 通常尺寸精度要求高形位精度要求也越高,常用加工誤差的大小來評價加工精度的高低 加工誤差越小，加工精度越高,獲得加工精度的方法 （1）獲得尺寸精度的方法 1）試切法 用于單件小批生產 2）調整

2、法 用于成批大量生產 3）定尺寸刀具法 生產率高，刀具制造復雜 4）自動控制法 切削測量補償調整,（2）獲得形狀精度的方法 1）軌跡法 利用刀尖運動軌跡形成工件表面形狀 2）成形刀具法 由刀刃的形狀形成工件表面形狀 3）展成法 由切削刃包絡面形成工件表面形狀,（3）獲得相互位置精度的方法 主要由機床精度、夾具精度和工件的裝夾精度來保證,本章學習目的： 了解各種因素對加工精度的影響規(guī)律，找出 提高加工精度的途徑，以保證零件的加工質量。,二、影響加工精度的因素,1. 原始誤差 零件加工的誤差是由于工件與刀具在切削過程 中相互位置發(fā)生變動而造成。工件和刀具安裝在 夾具和機床上，工件、刀具、夾具、機床

3、構成了 一個完整的工藝系統(tǒng)。工藝系統(tǒng)的種種誤差，是 造成零件加工誤差的根源，故稱之為原始誤差。,原始誤差,加工前誤差,加工中誤差,加工后誤差,調整誤差,機床誤差,刀具制造誤差,夾具誤差,加工原理誤差,工件裝夾誤差,工藝系統(tǒng)受力變形,刀具磨損,殘余應力引起變形,測量誤差,工藝系統(tǒng)熱變形,.工藝系統(tǒng)的幾何誤差,（1）加工原理誤差 近似的成形運動或刃形所產生的誤差，多為形狀誤差,（2）機床的誤差 1）主軸回轉誤差 主軸回轉誤差概念 主軸回轉時實際回轉軸線與理想回轉軸線的偏移量 三種基本形式： a. 純徑向跳動 b.純角度擺動 c.軸向竄動, 影響主軸回轉精度的主要因素 軸承本身誤差、軸承間隙、軸承間

4、同軸度誤差，各段軸 頸、軸孔的同軸度誤差主軸系統(tǒng)的剛度和熱變形等。 但它們對主軸回轉精度的影響大小隨加工方式而不同,主軸采用滑動軸承的車床類，主軸受力方向一定，主軸頸 圓度誤差影響較大，軸承內徑圓度誤差沒影響,鏜床主軸受力隨鏜刀旋轉方向不斷變化軸承孔誤差影響大,滾動軸承結構復雜，影響主軸精度因素也較復雜,除軸承本身精度外，與配合件精度有很大關系如主軸軸 頸、支承座孔等精度,產生軸向竄動主要原因是主軸軸肩端面和軸承承載端面 對主軸回轉軸線有垂直度誤差。,主軸不同形式的回轉誤差引起的加工誤差不同 車床上加工外圓內孔時，主軸徑向跳動引起工件圓度和 圓柱度誤差，對工件端面無影響； 軸向竄動對圓柱表面影

5、響不大，對端面垂直度平面度影 響大，車削螺紋時會造成導程的周期性誤差； 純角度擺動會造成車削外圓或內孔的錐度誤差；在鏜孔 時，會使鏜出的孔為橢圓形。,純角度擺動會造成車削外圓或內孔的錐度誤差；在鏜孔 時，若工件進給會使鏜出的孔為橢圓形。,提高主軸及支承座孔的加工精度，選用高精度軸承，提高 主軸部件裝配精度、預緊和平衡等，提高主軸回轉精度。,2）機床導軌誤差 導軌精度要求主要有以下三方面： 在水平面內的直線度（以臥式車床為例）,1將直接反映在工件加工表面法線方向（誤差敏感方向） 上，誤差R =1 ，對加工精度影響最大。 刀尖在水平面內的運動軌跡造成工件軸向形狀誤差。, 在垂直面內的直線度 對工件

6、的尺寸和形狀誤差影響比1小得多,對臥式車床R 22/D 若設2= 0.1mm,D=40mm，則 R =0.00025mm，影響可忽略不計。 而對平面磨床、龍 門刨床誤差將直接反映在工件上。,導軌在垂直面內的直線度的特殊情況為斜坡狀， 加工的工件軸向形狀為鞍形。, 前后導軌的平行度（扭曲） 臥式車床或外圓磨床若前后導軌存在平行度誤差時， 刀具和工件之間相對位置發(fā)生變化，刀尖運動軌跡是一 條空間曲線，使工件產生形狀誤差。 若扭曲誤差為3,工件誤差R(H/B)3 ，一般車床 H/B2/3，外圓磨床H/B1，誤差對加工精度影響很大,除導軌制造誤差外，導軌的不均勻磨損和安裝質量，也 是造成導軌誤差的重要

7、因素。導軌磨損是機床精度下降 的主要原因之一?？刹捎媚湍ズ辖痂T鐵、鑲鋼導軌、貼 塑導軌、滾動導軌導軌表面淬火等措施。,）機床傳動鏈誤差 指機床內傳動鏈始末兩端的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。產生的原因 是傳動鏈中各傳動元件的制造誤差、裝配誤差及磨損等。,若傳動齒輪 i 在某一時刻產生轉角誤差為i，則它所 造成傳動鏈末端元件的轉角誤差：wi =Ki i Ki 為該軸到末端元件的總傳動比，稱為誤差傳遞系數(shù)， 若Ki大于1則誤差被擴大；反之，若Ki小于1誤差被縮小。 各傳動件對工件精度影響的總和為： = wi= Ki i,減少傳動鏈誤差的措施：, 盡可能縮短傳動鏈

8、，減少傳動元件數(shù)目； 盡量采用降速傳動，誤差被縮??； 提高傳動元件、特別是末端元件的制造和 裝配精度； 消除傳動間隙； 采用誤差補償機構或自動補償裝置。,（3）刀具的幾何誤差 包括刀具切削部、裝夾部的制造誤差及刀具安裝誤差, 定尺寸刀具 刀具尺寸精度直接影響工件尺寸精度 成形刀具 刀具形狀精度直接影響工件形狀精度 展成刀具 刀刃形狀精度會影響工件加工精度 一般刀具 制造精度對工件加工精度無直接影響,（4）夾具的幾何誤差 包括夾具制造誤差、安裝誤差及磨損 對工件尺寸精度和位置精度影響很大,（5）定位誤差 包括基準不重合誤差、定位副制造不準確誤差 直接影響工件的尺寸精度和位置精度,（6）調整誤差

9、在工序的調整工作中所存在的誤差即調整誤差 一次調整后存在的誤差對這一批零件的影響是不變的。 但大批量加工中存在多次調 整，不可能每次完全相同。 對全部零件來說，每次調整 誤差為偶然性誤差。機床調 整誤差可理解為零件尺寸分 布曲線中心的最大偏移量。,加工中不產生廢品的 條件：fb+tT,3.工藝系統(tǒng)的受力變形,（1）基本概念,（2）零件剛度 若零件剛度相對于機床、刀具、夾具來說比較低，其變形 對加工精度影響比較大，最大變形量按材料力學公式估算。 長軸兩頂尖裝夾按簡支梁計算，三爪卡盤裝夾按懸臂梁計算,（1）工藝系統(tǒng)剛度 工藝系統(tǒng)抵抗變形的能力可用工藝系統(tǒng)剛度 k系來描述。 垂直作用于工件加工表面的

10、徑向切削分力Fy與工藝系統(tǒng)在 該方向上的變形y之間的比值，稱為工藝系統(tǒng)剛度 k系 k系= Fy / y y = yFx+ yFy+ yFz 柔度 w= 1/ k,（3）刀具剛度 外圓刀具在加工表面法線方向上的剛度很大變形可忽略； 鏜小孔刀桿剛度很差，變形對加工精度影響很大，刀桿變 形按材料力學公式估算。,（4）機床部件剛度 1）機床部件剛度 機床結構形狀復雜，剛度計算主要通過實驗方法來測定。 變形與載荷不成線性關系； 加載與卸載曲線不重合； 有殘余變形存在；實際剛度比估算的小,2）影響機床部件剛度的因素 結合面接觸變形,接觸表面間的名義壓強的增量與接觸變形的增量之比稱為 接觸剛度。零件表面越粗

11、糙，形狀誤差越大，材料硬度低， 接觸剛度越小。, 低剛度零件本身的變形, 連接表面間的間隙, 接觸表面間的摩擦 變形滯后現(xiàn)象, 受力方向及作用力矩 y 是Fx、Fy、Fz 綜合結果,（5）工藝系統(tǒng)受力變形及其對加工精度的影響 1）工藝系統(tǒng)的變形 總變形 y系 = y機+ y夾+ y刀+ y工 k系= Fy / y系，k機= Fy / y機 ， k夾= Fy / y夾 ， k刀= Fy / y刀 ， k工= Fy / y工 所以， k系= 1/(1/ k機+ 1/ k夾+ 1/ k刀+ 1/ k工) 工藝系統(tǒng)剛度比剛度最小環(huán)節(jié)的剛度還要差,2）工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響 切削力位置的變化對

12、加工精度的影響 設刀具工件剛度很大 總變形 y系= y刀架+ yx,設刀具工件剛度很大 總變形 y系= y刀架+ yx y主=FA/k主=Fy(l-x) /(l k主)，y尾=FB /k尾=Fyx /(l k尾) y系= y刀架+ yx=Fy 當x = 0時， y系= ？;當 x = l 時， y系= ？ 當 x = k尾l /(k主+ k尾)時，y系min= Fy,若工件剛性較差應考慮其變形，按簡支梁計算 y工= y系= y刀架+yx+y工,討論：,1. 在 x 處工件半徑 Rx=R+ y刀架+yx+y工 半徑誤差R= Rx-R= y刀架+yx+y工= y系,2. 一次走刀中若 y系為常量，

13、不會造成工件形狀 誤差和尺寸不一,3.若工件剛性大l/D5，可不考慮 y工， y系是 x 的二次函數(shù) 圓柱度誤差 = ymax- ymin,4. 若工件為細長軸剛性很差，系統(tǒng)變形主要是工 件變形，當 x=l/2時， y工max=Fyl3/(48EI), 切削力大小變化對加工精度的影響,毛 = ap1 ap2 工 = y1 y2 誤差復映系數(shù)=工 /毛 Fy=Cy f yapxHBSn =C apx C ap Fy1= C (ap1 y1 ) C ap1 Fy2= C (ap2 y2 ) C ap2,工 = y1 y2=(Fy1- Fy2)/k系 = (C ap1 C ap2) /k系 =工 /

14、毛= C(ap1 ap2) /(k系(ap1 ap2)= C /k系,=工 /毛= C /k系 總是小于1，有修正誤差的能力 多次進給=123 2. k系越大，就越小，復映到工件上的誤差越小 3. C減小， 就越小，應采取減小Fy的措施,討論：, 夾緊變形對加工精度的影響,工件剛性差（薄件、圓環(huán)）裝夾不當會產生受力變形,機床部件、工件重量對加工精度的影響,其它作用力對加工精度的影響 傳動力（撥桿）、離心力改變方向會使工藝系 統(tǒng)產生相應變形,3）減少工藝系統(tǒng)受力變形的途徑, 減小切削力及其變化； 提高系統(tǒng)中零件的配合質量； 縮短切削力作用點和支撐點的距離，設置輔 助支承提高部件剛度,4.工藝系統(tǒng)

15、的熱變形,工藝系統(tǒng)在各種熱源的影響下會產生很復雜的變形， 導致工件產生加工誤差,（1）工藝系統(tǒng)的熱源 1）內部熱源 包括切削熱、摩擦熱和派生熱源,2）外部熱源 包括環(huán)境溫度、輻射熱,（2）工件熱變形對加工精度的影響 1）工件均勻受熱 車鏜軸套類零件圓柱面，長度及徑向受熱變形。 若在受熱時測量達到規(guī)定尺寸，冷卻后尺寸變小， 可能出現(xiàn)尺寸超差。 2）工件不均勻受熱 銑、刨、磨平面等，工件單面受熱產生彎曲變形 磨削細長軸時工件溫生逐漸增加,（3）刀具熱變形對加工精度的影響,主要是主軸部件、床身導軌及兩者相對位置的熱變形,（4）機床熱變形對加工精度的影響,（5）熱變形的控制,（1）減少發(fā)熱和采取隔熱；

16、 （2）強制冷卻，均衡溫度場； （3）從結構上采取措施減少熱變形； （4）控制環(huán)境溫度。,5.工件內應力引起的變形,內應力產生的原因及消除措施 1、鑄鍛焊、熱處理等因工件壁厚不均熱脹冷縮不均及 金相組織變化等導致體積變化，毛坯產生內應力， 處于暫時平衡狀態(tài)，切削時平衡狀態(tài)被打破。 2、冷校直產生的內應力 可在熱處理后進行時效 處理來消除殘余應力。 常用人工時效、振動時 效和天然時效等方法。,工件若產生內應力處于不穩(wěn)定狀態(tài)會逐漸變形,三、加工誤差的統(tǒng)計分析,1.,（1）加工誤差的分類,1）系統(tǒng)誤差 常值系統(tǒng)誤差：原理機床刀夾量具制造調整誤差 變值系統(tǒng)誤差：機床刀具熱變形、刀具磨損 2）隨機誤差:

17、 誤差復映定位夾緊操作誤差內應力變形,對系統(tǒng)誤差可循其規(guī)律加以調整或補償來消除 對隨機誤差只能縮小其變動范圍無法完全消除,（2）正態(tài)分布,1）正態(tài)分布的數(shù)學模型、特征參數(shù)和特殊點 正態(tài)分布曲線方程 兩個特征參數(shù)： 算術平均值 x 和標準偏差,正態(tài)分布的特殊點, 處概率密度 函數(shù)有最大值 x= x處 為拐點,2） 標準正態(tài)分布 = 0，= 1 實際生產中為非標準 正態(tài)分布需轉換 令 z =(x- )/,即圖中陰影面積 可利用概率密度 積分表計算,3） 工件尺寸在某區(qū)間內的概率,工件尺寸落在 3范圍內的概 率為 99.73% 若尺寸分布中心與 公差中心重合，不 產生廢品的條件是：T 6 Q廢= 0

18、.5 (x) 若中心不重合存在常值系統(tǒng)誤差系，T 6系,2. 工藝過程的分布圖分析 （1）工藝過程的穩(wěn)定性 指均值和標準差穩(wěn)定不變的性能，取決于變值系統(tǒng)誤差,（2）工藝過程分布圖分析 制作分布圖了解質量指標分布、加工能力、是否有廢品 1）樣本容量的確定 通常取 n =50200 2）樣本數(shù)據整理與計算 剔除異常數(shù)據，確定尺寸分散范圍R、尺寸間隔數(shù) j、 區(qū)間寬度x 3）繪制實際分布圖 縱坐標為頻數(shù)：同間隔尺寸工件數(shù)目,5）工藝過程分布圖分析 判斷加工誤差性質 系統(tǒng)誤差、隨機誤差 確定工序能力及等級 工序能力系數(shù)Cp指滿足加工精度的程度 Cp=T /6 確定不合格率,（2）分布圖分析法特點 1）

19、采用大樣本，較接近實際地反映工藝過程總體； 2）能將常值系統(tǒng)誤差從誤差中區(qū)分開； 3）在全部樣本加工后繪出曲線，不能反映先后順 序，不能將變值系統(tǒng)誤差從誤差中區(qū)分開； 4）不能及時提供工藝過程精度的信息，事后分析； 5）計算復雜，只適合工藝過程穩(wěn)定的場合。,點圖分析法 計算簡單，能及時提供主動控制信息， 可用于穩(wěn)定過程、也可用于不穩(wěn)定過程。,3. 工藝過程的點圖分析 （1）逐點點圖 依次測量每件尺寸記入橫坐標為零件號縱為尺寸的圖表中,（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，橫坐標為小樣本組序號。具體作法如下： 定期測小樣本尺寸； 計算均值 和極差R： R =xmax- xmin 確定中心線 和 R 小樣本組20 30 確定上下控制線 ES 、EI 、UCL、LCL，定期描點,均值點圖上下控制線的確定：,極差點圖上下控制線的確定：,均值點圖反映了質量指標分布中心(系統(tǒng)誤差)的變化,極差點圖反映了質量指標分布范圍(隨機誤差)的變化,（3）均值-極差點圖分析 生產過程穩(wěn)定的標志： 沒有點子超出控制線； 大部分點在中線附近波動，小部分點在控制線附近； 點子無明顯規(guī)律性,生產過程不穩(wěn)定的標志： 點子超出控制線或密集在控制線附近； 連續(xù)點以上出現(xiàn)在中線一側； 明顯規(guī)律性，如上升或下降傾向； 點子有周期性波動,根據點子分布情況及時查找原因采取措施 1.