第三章 機(jī)械加工精度.ppt

1、1,第三章 機(jī)械加工精度及其控制,（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）,加工質(zhì)量包含的內(nèi)容,2,31 概述,一、機(jī)械加工精度： 1、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。符合程度越高，加工精度越高，實(shí)際生產(chǎn)中零件不可能與理想的要求完全符合。 2、加工誤差： 指加工后的實(shí)際幾何參數(shù)（尺寸，形狀和表面間的相互位置）對理想幾何參數(shù)的偏離程度，從保證產(chǎn)品使用性能分析允許有一定的加工誤差。 3、兩者關(guān)系： 兩者從不同角度來評定加工零件的幾何參數(shù)。加工精度的高低是由加工誤差的小大來表示的，保證和提高加工精度問

2、題，實(shí)際上是限制和降低加工誤差問題。,3,4、加工精度的合理制定： 一般加工精度越高則加工成本相對越高，生產(chǎn)效率則相對越低，因此設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)零件的使用要求，合理規(guī)定零件的加工精度，并盡量提高生產(chǎn)率和降低成本 5、工藝系統(tǒng)：在機(jī)械加工時，機(jī)床、刀具，夾具和工件構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)，為工藝系統(tǒng)。 6、原始誤差：工藝系統(tǒng)的各種誤差叫原始誤差。 研究加工精度的目的，就是要弄清各種原始誤差的物理，力學(xué)本質(zhì)，以及他們對加工精度影響的規(guī)律，掌握控制加工誤差的方法，獲得預(yù)期的加工精度，需要時找出進(jìn)一步提高加工精度的途徑。,4,1、原始誤差分類,原始誤差構(gòu)成,二、影響機(jī)械加工精度的因素,5,2、誤差敏感方向,（

3、4-1）,（4-2）,顯然：,工藝系統(tǒng)原始誤差方向不同，對加工精度的影響程度也不同。對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切削點(diǎn)的法線方向。 如圖所示車刀加工,6,三、研究加工精度的方法,運(yùn)用物理學(xué)和力學(xué)原理，分析研究某一個或某幾個因素對加工精度的影響。 通常分析、計算、測試、實(shí)驗(yàn)，得出單因素與加工誤差間的關(guān)系。,以生產(chǎn)一批工件的實(shí)例結(jié)果為基礎(chǔ)，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。用以控制工藝過程的正常進(jìn)行，當(dāng)發(fā)生質(zhì)量問題是可以從中判斷誤差性質(zhì)，找出誤差出現(xiàn)的規(guī)律。,1、單因素分析法,2、統(tǒng)計分析法,實(shí)際生產(chǎn)中，兩種方法常常結(jié)合應(yīng)用。先用統(tǒng)計分析法尋找誤差的出現(xiàn)

4、規(guī)律，初步判斷加工誤差的可能原因，再適用單因素等分析，試驗(yàn)，以便迅速有效地找出影響加工精度的主要原因。,7,是指采用了近似的成型運(yùn)動或近似的刀刃輪廓進(jìn)行加工而產(chǎn)生的誤差。,32 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,8,9,二 、 調(diào)整誤差,測量誤差。 機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的位移誤差。,定程機(jī)構(gòu)誤差。 樣件或樣板誤差。 測量有限試件造成的誤差。,試切法與調(diào)整法,1、試切法 （圖a）： 用于單件小批生產(chǎn),2、調(diào)整法（圖b）： 用于大批大量生產(chǎn),10,三 、機(jī)床誤差,（一）機(jī)床導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差,1、導(dǎo)軌導(dǎo)向精度及其對加工精度的影響 導(dǎo)軌導(dǎo)向精度： 機(jī)床導(dǎo)軌副的運(yùn)動件實(shí)際運(yùn)動方向和理想運(yùn)動方向的

5、符合程度。兩者之間的偏差值稱為導(dǎo)向誤差。 導(dǎo)軌是機(jī)床中確定主要部件相對位置的基準(zhǔn)，也是運(yùn)動的基準(zhǔn)，它的各項(xiàng)誤差直接影響被加工工件的精度。,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。,11,.,12,1）導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度（彎曲）,對于車床和外圓磨床由于刀尖相對于工件回轉(zhuǎn)軸線在加工表面徑向方向的變化屬敏感方向，故其對零件的形狀精度影響很大。,車床導(dǎo)軌在水平面內(nèi)有彎曲后，縱向進(jìn)給中刀具相對工件軸線不能平行。因而工件表面上形成形狀誤差。當(dāng)導(dǎo)軌向后凸時，工件產(chǎn)生鞍形誤差。當(dāng)導(dǎo)軌向前凸時，工件產(chǎn)生鼓形誤差。,13,

6、2）導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度（彎曲）,垂直面內(nèi)直線度誤差對車床的影響較小，可以忽略不計。但對于龍門刨床、龍門銑床及導(dǎo)軌磨床來說，導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差將直接反映到工件上。,14,3）前后導(dǎo)軌的平行度（扭曲）,一般車床： 磨床：,以車床為例,15,2、導(dǎo)軌導(dǎo)向精度的影響因素,1）導(dǎo)軌的制造誤差 2）導(dǎo)軌的安裝誤差：對長度較長的龍門刨床、龍門銑床和導(dǎo)軌磨床。他們的床身導(dǎo)軌為一細(xì)長結(jié)構(gòu)、剛性較差，在本身自重作用下就容易變形，若安裝不正確或地基不良，都會造成導(dǎo)軌彎曲變形。 3)導(dǎo)軌的磨損：由于使用程度不同及受力不均，機(jī)床使用一段時間后，導(dǎo)軌全長上各段的磨損量不等。并且在同一橫截面上個導(dǎo)軌面的磨損量也

7、不相等。,16,3、提高導(dǎo)軌導(dǎo)向精度的措施,制造誤差 機(jī)床設(shè)計制造時，應(yīng)從結(jié)構(gòu)、潤滑、防護(hù)裝置、采取措施提高導(dǎo)向精度。 安裝誤差 機(jī)床安裝時，應(yīng)校正好水平和保證地基質(zhì)量。 磨損誤差 使用時，注意調(diào)整導(dǎo)軌配合間隙，同時保證良好的潤滑和維護(hù)。,17,（二）主軸的回轉(zhuǎn)誤差,1回轉(zhuǎn)精度： 機(jī)床主軸在回轉(zhuǎn)時實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線對理想回轉(zhuǎn)軸線的相符合程度。 回轉(zhuǎn)誤差： 機(jī)床主軸在回轉(zhuǎn)時實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線對理想回轉(zhuǎn)軸線的漂移。 機(jī)床主軸是用來裝加工件或刀具，并傳遞主要切削運(yùn)動的重要零件，其回轉(zhuǎn)精度主要影響零件加工表面的幾何形狀精度，位置精度和表面粗糙度。 2誤差產(chǎn)生原因： 由于主軸部件中軸承、軸頸、軸承座孔等的制造誤差和

8、配合質(zhì)量，潤滑條件，以及回轉(zhuǎn)時的動力因素的影響。瞬時回轉(zhuǎn)軸線的空間位置在周期性變化。 3理想回轉(zhuǎn)軸線：客觀存在，但無法確定，通常是以平均回轉(zhuǎn)軸線來代替。,18,4分類：,徑向圓跳動,端面圓跳動,傾角擺動,19,5.主軸回轉(zhuǎn)誤差對加工精度的影響, 主軸徑向圓跳動對加工精度的影響（鏜孔）,考慮最簡單的情況，主軸回轉(zhuǎn)中心在y方向上作簡諧直線運(yùn)動，其頻率與主軸轉(zhuǎn)速相同，幅值為2e。則刀尖的坐標(biāo)值為：,式中 R 刀尖回轉(zhuǎn)半徑； 主軸轉(zhuǎn)角。,顯然，鏜出的孔為一橢圓。,20,21,徑向跳動對車外圓精度影響,仍考慮最簡單的情況，主軸回轉(zhuǎn)中心在y方向上作簡諧直線運(yùn)動，其頻率與主軸轉(zhuǎn)速相同，幅值為2e。則刀尖運(yùn)動

9、軌跡接近于正圓。,結(jié)論：主軸徑向跳動對車外圓時，基本不影響加工表面的加工誤差, 主軸徑向圓跳動對加工精度的影響（車外圓）,22,23, 主軸端面圓跳動對加工精度的影響,被加工端面不平，與圓柱面不垂直； 加工螺紋時，產(chǎn)生螺距周期性誤差。,24, 主軸傾角擺動對加工精度的影響,幾何軸線相對與平均軸線在空間成一定錐角的圓錐運(yùn)動。 若沿與平均軸線垂直的各個截面來看，相當(dāng)于幾何軸線繞平均軸心做偏心運(yùn)動，只是各截面的偏心量不同。因此，無論車削還是鏜削都能獲得一個正圓柱。,幾何軸線在某一平面內(nèi)作角度擺動 若頻率和主軸回轉(zhuǎn)頻率一致，沿與平均回轉(zhuǎn)軸線垂直的各個截面看，車削表面是一個圓，整體為一圓柱（相當(dāng)于是主軸

10、徑向跳動），鏜孔時，在垂直于主軸平均軸線的各個截面內(nèi)都形成橢圓，整體加工出橢圓柱。,25,6、 影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素, 滑動軸承,鏜床類機(jī)床（圖2） 切削力隨主軸回轉(zhuǎn)而回轉(zhuǎn)，主軸徑總是以固定部位與軸承孔內(nèi)表面的不同部位接觸，因此軸承孔的圓度對主軸回轉(zhuǎn)精度影響最大，軸頸圓度影響不大。,車床類機(jī)床（圖1） 切削力的方向大體不變，主軸軸頸以不同的部位與軸承內(nèi)孔的某一固定部位相接觸。因此影響主軸回轉(zhuǎn)精度的，主要是軸承處主軸軸頸的圓度，軸承孔的圓度影響不大。,1）軸承誤差的影響,26,3）與軸承配合的零件誤差的影響,2）軸承間隙的影響,軸承間隙對回轉(zhuǎn)精度也有影響，如軸承間隙過大，會使主軸工作時油膜

11、厚度增大油膜承載能力降低，當(dāng)工作條件(載荷、轉(zhuǎn)速等)變化時，油楔厚度變化較大，主軸軸線漂移量增大。,由于軸承內(nèi)、外圈或軸瓦很薄，受力后容易變形，因此與之相配合的軸頸或箱體支承孔的圓度誤差，會使軸承圈或軸瓦發(fā)生變形而產(chǎn)生圓度誤差。與軸承圈端面配合的零件如軸肩、過渡套、袖承端蓋、螺母等的有關(guān)端面，如果有平面度誤差或與主軸回轉(zhuǎn)軸線不垂直，會使軸承圈滾道傾斜，造成主軸回轉(zhuǎn)軸線的徑向、軸向漂移。箱體前后支承孔、主軸前后支承軸頸的同軸度會使軸承內(nèi)外圈滾道相對傾斜，同樣也會引起主軸回轉(zhuǎn)軸線的漂移。,27,4）主軸轉(zhuǎn)速的影響,由于主軸部件質(zhì)量不平衡、機(jī)床各種隨機(jī)振動以及回轉(zhuǎn)軸線的不穩(wěn)定隨主軸轉(zhuǎn)速增加而增加，使

12、主軸在某個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的回轉(zhuǎn)精度較高，超過這個范圍時，誤差就較大。,5）主軸系統(tǒng)的徑向不等剛度和熱變形,主軸系統(tǒng)的剛度，在不同方向上往往不等，當(dāng)主軸上所受外力方向隨主軸回轉(zhuǎn)而變化時，就會因變形不一致而使主軸軸線漂移。 機(jī)床工作時，主軸系統(tǒng)的溫度將升高，使主軸軸向膨脹和徑向位移。由于軸承徑向熱變形不相等，前后軸承的熱變形也不相同，在裝卸工件和進(jìn)行測量時主軸必須停車而使溫度發(fā)生變化，這些都會引起主軸回轉(zhuǎn)軸線的位置變化和漂移而影響主軸回轉(zhuǎn)精度。,28,7、提高主軸回轉(zhuǎn)精度的措施,1）提高主軸部件的制造精度 首先應(yīng)提高軸承的回轉(zhuǎn)精度其次是提高箱體支承孔、主軸軸頸和與軸承相配合有關(guān)表而的加工精度。此外，還

13、可在裝配時先測出滾動軸承及主軸錐孔的徑向圓跳動，然后調(diào)節(jié)徑向圓跳動的方位，使誤差相互補(bǔ)償或抵消，以減少軸承誤差對主軸回轉(zhuǎn)精度的影響。,2）對滾動軸承進(jìn)行預(yù)緊，消除間隙 對滾動軸承適當(dāng)預(yù)緊以消除間隙，甚至產(chǎn)生微量過盈由于軸承內(nèi)外圈和滾動體彈性變形的相互制約，既增加了軸承剛度，又對軸承內(nèi)外圈滾道和滾動體的誤差起均化作用，因而可提高主軸的回轉(zhuǎn)精度。,29,3）使主軸回轉(zhuǎn)誤差不反映到工件上（誤差轉(zhuǎn)移）,直接保證工件在加工過程中的回轉(zhuǎn)精度而不依賴于主軸，是保證工件形狀精度的最簡單而又有效的方法。 如采用兩固定頂尖支承磨削外圓柱面。 在鏜床上加工箱體類零件孔。采用前后導(dǎo)向套的鏜模。,30,（三）機(jī)床傳動誤

14、差,1傳動鏈精度（誤差）： 傳動鏈的傳動誤差是指內(nèi)聯(lián)系的傳動鏈中首末兩端傳動元件之間相對運(yùn)動的誤差，它是螺紋、齒輪、蝸輪及其它按展成原理加工時，影響加工精度的主要因素。,例. 用滾齒機(jī)加工直齒輪時，要求滾刀和工件之間具有嚴(yán)格的運(yùn)動關(guān)系。即：滾刀轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，工件轉(zhuǎn)過一個齒，這種運(yùn)動關(guān)系是由刀具與工件的傳動鏈來保證的。 當(dāng)傳動鏈中各傳動元件如齒輪、蝸輪、蝸桿、絲桿、螺母等有制造誤差，裝配誤差和磨損時，就會破壞正確的運(yùn)動關(guān)系，是被加工工件產(chǎn)生誤差。,31,運(yùn)動關(guān)系,其中,32,縮短傳動鏈長度 提高末端元件的制造精度與安裝精度 傳動比小，尤其是傳動鏈末端傳動副的傳動比小，因此采用降速傳動保證傳動精度的重要

15、原則 采用校正裝置對傳動誤差進(jìn)行補(bǔ)償,末端元件轉(zhuǎn)角誤差,2、 提高傳動精度措施,33,四、夾具的制造誤差和磨損,1、夾具誤差對加工位置精度影響最大。 2、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。,1）定位誤差； 2）刀具導(dǎo)向（對刀）誤差； 3）夾緊誤差； 4）夾具制造誤差； 5）夾具安裝誤差； 6）夾具的磨損 ,34,五、刀具的制造誤差與磨損,1、定尺寸刀具（鉆頭、鉸刀等）尺寸誤差影響加工尺寸誤差 2、成形刀具（銑刀、成形車刀等）形狀誤差影響加工形狀誤差 2、展成刀具加工時，刀刃形狀必須滿足加工表面的共軛曲線，刀具形狀誤差影響加工形狀誤差,3

16、5,33 工藝系統(tǒng)的受力變形對加工精度的影響,一、基本概念,1彈性系統(tǒng)： 切削加工時，由機(jī)床、刀具、夾具、工件組成的工藝系統(tǒng)是彈性系統(tǒng)。 2工藝系統(tǒng)總位移 1）彈性變形： 機(jī)械加工時，由于切削力、夾緊力以及重力、慣性力等的作用，工藝系統(tǒng)各部分產(chǎn)生的相應(yīng)的變形。 2）系統(tǒng)中各元件因其接觸處的間隙還會產(chǎn)生位移、 3）工藝系統(tǒng)總位移 彈性變形+位移=總位移 4）決定因素： 外力的大小和彈性系統(tǒng)抵抗外力及其變形的能力,36,3剛度： 物體抵抗欲使其變形的外力的能力,4工藝系統(tǒng)剛度： 指工藝系統(tǒng)抵抗其變形的外力的能力。是指工件加工表面在切削力法向分力Fy的作用下，刀具相對工件在該方向位移y的比值。,37

17、,加工中影響加工精度最大的是刀刃在加工表面法線方向的位移。因此計算時必須考慮此方向上的切削力和位移。法向位移y除了Fy分力影響外，F(xiàn)y、Fz也對它有影響。 在K一定時，則Fy越大，則系統(tǒng)變形量越大。對加工精度影響越大。 若工藝系統(tǒng)剛度很大，盡管切削力等外力作用，也能使系統(tǒng)位移減少到最低限度。,5加工誤差： 由于切削力等引起的工藝系統(tǒng)產(chǎn)生的彈性變形，使刀具和工件在靜態(tài)下調(diào)整好的相互位置，以及切削成形運(yùn)動所需要的正確幾何關(guān)系發(fā)生變化，從而造成加工誤差。,38,6、舉例,件剛性差，在加工細(xì)長軸時出現(xiàn)中間粗，兩頭尖的情況（腰鼓形）如圖所示： 無進(jìn)給磨削,39,二、工藝系統(tǒng)剛度的計算,式中 y 工藝系統(tǒng)

18、總變形； yjc 機(jī)床的受力變形； yjj 夾具的受力變形； yd 刀具的受力變形； yg 工件的受力變形。,切削加工時，工藝系統(tǒng)的有關(guān)部件在各種外力的作用下，會產(chǎn)生不同程度的變形，使刀具和工件的相對位置發(fā)生變化，從而產(chǎn)生相應(yīng)的加工誤差。 工藝系統(tǒng)在某處的法向總變形是各個組成環(huán)節(jié)在同一處的法向變形的迭加。,1、工藝系統(tǒng)總變形,y= yjc + yjj +yd +yg （1）,40,2、工藝系統(tǒng)剛度計算,代入1式得工藝系統(tǒng)剛度與工藝系統(tǒng)各組成部分剛度之間的關(guān)系：,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。,由工藝系統(tǒng)的剛度定義可知，機(jī)床剛

19、度kjc 、夾具剛度kjj 、刀具剛度kd和工件剛度kg分別為：,kjc =Fy/ yjc ， kjj = Fy/ yjj ， kd = Fy/ yd ， kg = Fy/ yg,41,1） 機(jī)床變形引起的加工誤差,三、 工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響,1、切削力作用點(diǎn)位置變化引起工件形狀誤差,42,機(jī)床的剛度是由各個部件的剛度決定的，其計算方法為：,設(shè)工件短而粗，剛度很大，其變形可以忽略不計，安裝在兩頂尖之間，在切削力Fy的作用下，床頭位置由A到A，尾座由B到B，刀架從C到C，其位移量分別為：ytj，ywz，ydj，中心線從AB移到AB。,徑向切削力為Fy，由Fy引起的頭架和尾座處的受力為FA

20、和FB，刀架受力為Fy。,在距離床頭X處，工件軸線移動的距離為yx。,43,機(jī)床總的變形量：,根據(jù)剛度定義，Ktj，Kwz，Kdj分別為頭架、尾座和刀架的剛度，則：,44,其中：,由上式看出，隨著切削力作用點(diǎn)的變化，工藝系統(tǒng)的變形是變化的，這是由于工藝系統(tǒng)的剛度隨著切削力作用點(diǎn)變化而變化,45,當(dāng)x=0時，,當(dāng)x=L時，,當(dāng)x=L/2時，,當(dāng) 時，,46,由上面對機(jī)床剛度的分析可知，工件加工后成鞍形，如圖所示：,1、機(jī)床不變形的情況 2、考慮主軸箱、尾座變形情況 3、考慮刀架變形在內(nèi),47,2） 工件變形引起的加工誤差,工件為懸臂梁時：,48,工件為簡支梁時：,當(dāng)x=0或x=L時，yg=0，變

21、形最小 當(dāng)x=L/2時，變形最大，,由于工件變形，使工件加工后成鼓形，如圖所示,49,式中 yg 工件變形； E 工件材料彈性模量； I 工件截面慣性矩； Fy工件受到的切削力 x 受力點(diǎn)到支承點(diǎn)的距離 L工件的長度,50,2、切削力大小變化引起的加工誤差,誤差復(fù)映規(guī)律,切削加工中，由于毛坯本身的誤差（形狀或位置）使切削深度不斷變化，從而引起切削力的變化，促使工藝系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)的變形，因而工件表面上保留了與毛坯表面類似的形狀和位置誤差，但加工后殘留的誤差比毛坯誤差從數(shù)值上大大減少了，這一現(xiàn)象稱為“誤差復(fù)映”,51,切削力大小變化對加工精度的影響,52,討論：,=工 /毛= C /k系 總是小于1

22、，有修正誤差的能力 多次進(jìn)給=123 2. k系越大，就越小，復(fù)映到工件上的誤差越小 3. C減小， 就越小，應(yīng)采取減小Fy的措施,53,4、增加走刀次數(shù)，可大大減小工件的復(fù)映誤差：,若近似假設(shè)每次走刀后的誤差復(fù)映系數(shù)都相同，則 車外圓時，工件的圓度誤差與走刀次數(shù)x的關(guān)系為：,其中,54,減少誤差復(fù)映的方法,1）增大工藝系統(tǒng)剛度； 2）減少進(jìn)給量f，減小切削力； 3）增加走刀次數(shù)； 4）減小毛坯誤差值。,55,3、夾緊力、重力、傳動力和慣性力引起的加工誤差, 夾緊力影響,【例1】薄壁套夾緊變形 解決：加開口套,56,【例2】薄壁工件磨削,解決：加橡皮墊,57,【例】龍門銑橫梁, 重力影響,解決

23、：變形補(bǔ)償,58,59,四、機(jī)床部件剛度測定,靜態(tài)測定法： 在機(jī)床不工作狀態(tài)，模擬車削時的受力的受力情況對機(jī)床施加靜載荷，然后測出機(jī)床部件在不同載荷下的變形，作出各部件的剛度特性曲線并計算剛度。,60,右圖是對一車床進(jìn)行3次加載和卸載循環(huán)，繪制了他的剛度曲線。,61,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,分析剛度曲線的特點(diǎn)：,工作狀態(tài)測定法,62,五、減小受力變形對加工精度影響措施,1）合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計： 設(shè)計工藝裝備時，盡量減少連接面數(shù)目，

24、注意剛度的匹配，防止局部低剛度環(huán)節(jié)出現(xiàn)，設(shè)計基礎(chǔ)件、支承件時，合理設(shè)計零部件結(jié)構(gòu)和截面形狀。 2）提高連接表面接觸剛度 提高機(jī)床部件中零件接合表面的接觸質(zhì)量 給機(jī)床部件預(yù)加載荷 提高工件定位基準(zhǔn)的精度和降低表面粗糙度值。 3）采用輔助支承（中心架，跟刀架，鏜桿支承等）,1、提高工藝系統(tǒng)剛度,63,4）采用合理裝夾和加工方式,2、減小載荷及其變化,64,六、工件殘余應(yīng)力引起的變形,1、內(nèi)應(yīng)力,定義： 外部作用力去除后工件內(nèi)存留的應(yīng)力 特點(diǎn)： 具有內(nèi)應(yīng)力的零件處于一種不穩(wěn)定狀態(tài)，它內(nèi)部的組織有強(qiáng)烈的傾向要恢復(fù)到一個穩(wěn)定的沒有應(yīng)力的狀態(tài)，即使在常溫下，零件也會不斷的緩慢地進(jìn)行這種變化，直到殘余應(yīng)力安

25、全松弛為主，在這一過程中，零件將會翹曲變形，原有的加工精度會逐漸喪失。,65,2、毛坯制造和熱處理產(chǎn)生的殘余應(yīng)力,原因： 在鑄、鍛、焊、熱處理等加工過程中，由于各部分冷熱收縮不均勻，以及金相組織的體積變化，使毛坯內(nèi)部產(chǎn)生相當(dāng)大的殘余應(yīng)力。,例1： 下圖表示一個內(nèi)外壁厚相差較大的鑄件，澆注后，冷卻過程如下： 壁A、C較薄，散熱容易，冷卻快。壁B冷卻慢，當(dāng)A、C從塑性狀態(tài)冷卻到彈性狀態(tài)時，B還處于塑性狀態(tài)，這時A、C收縮時B不起阻擋變形的作用，鑄件內(nèi)部不會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。,66,當(dāng)B冷卻到彈性狀態(tài)時，A、C的溫度已經(jīng)降低很多，收縮速度很慢，但B收縮快，所以受到A、C的阻礙，壁B受拉應(yīng)力，A、C受壓應(yīng)力

26、，以保持平衡。 在C上開一小口，C上壓應(yīng)力消失，在A、B內(nèi)應(yīng)力作用力，內(nèi)應(yīng)力重新分布，達(dá)到平衡，工件翹曲。,67,例2： 機(jī)床床身鑄件，為提高導(dǎo)軌面的耐磨性，采用局部激冷的工藝使他冷卻更快一些，這樣可以獲得高的硬度，但鑄件內(nèi)應(yīng)力更大，導(dǎo)軌表面 經(jīng)粗加工刨去一層，引起內(nèi)應(yīng)力重新分布，產(chǎn)生彎曲變形，新平衡過程需較長時間，導(dǎo)軌精加工后除去大部分變形，但內(nèi)部還在變化，合格的導(dǎo)軌面喪失原有的精度。,68,3、切削加工帶來的殘余應(yīng)力,4、減小殘余應(yīng)力措施,設(shè)計合理零件結(jié)構(gòu)，提高零件剛性，使壁厚均勻。 合理安排工藝過程粗、精加工分開 時效處理,69,3.4工藝系統(tǒng)的熱變形對加工精度的影響,1、加工中的熱現(xiàn)象

27、： 一上班，空轉(zhuǎn)機(jī)床 坐標(biāo)鏜床在恒溫室內(nèi) 磨床身導(dǎo)軌，走兩刀休息一下 冬天加工時，尺寸合格，夏天就裝不進(jìn)去。,一、概述,2、工藝系統(tǒng)的變形,熱變形： 機(jī)械加工過程中，工藝系統(tǒng)會受到各種熱的影響而產(chǎn)生溫度變形，稱為熱變形。這種變形將破壞刀具與工件的正確幾何關(guān)系和運(yùn)動關(guān)系，造成工件的誤差。,70,3、工藝系統(tǒng)熱源,切削熱： 切削時所作的功幾乎全部轉(zhuǎn)變成熱，其熱量以傳導(dǎo)的形式傳遞，對刀具和工件影響較大。,摩擦熱： 機(jī)械零件的摩擦軸承、導(dǎo)軌的摩擦而產(chǎn)生的熱，液壓傳功、電氣傳功等，都是熱源，對機(jī)床影響較大，以傳導(dǎo)形式傳遞。,其它熱： 指工藝系統(tǒng)外部的，以對系統(tǒng)傳熱為主的環(huán)境溫度和各種輻射熱。,71,各種

28、熱對加工精度的影響 切削熱： 車削時，切屑帶走熱量可達(dá)50%80%，傳給工件約30%，傳給刀具約5%。 銑削、刨削加工，傳給工件30% 鉆削和臥鏜，切屑留在孔中，傳給工件大于50% 磨削時，切屑帶走熱量4%，傳導(dǎo)工件84%，工件表面溫度高,72,摩擦熱： 使工藝系統(tǒng)局部發(fā)熱，引起局部溫升和變形，破壞系統(tǒng)原有的幾何精度。 外部熱源： 大型工件晝夜加工，由于溫差引起工藝系統(tǒng)的熱變形不一樣，照明光、散熱器、日光等也會引起機(jī)床的局部溫度和變形。,73,溫度場工藝系統(tǒng)各部分溫度分布,溫 度場與熱平衡研究目前以實(shí)驗(yàn)研究為主,熱平衡工藝系統(tǒng)在各種熱源作用下，溫度逐漸升高，同時它們也通過各種傳熱方式向周圍散熱

29、，當(dāng)工件、刀具和機(jī)床的溫度達(dá)到某一數(shù)值時，單位時間內(nèi)散發(fā)的熱量和熱源傳刀的熱量趨于相等，這時工藝系統(tǒng)就達(dá)到了熱平衡狀態(tài)。 在熱平衡狀態(tài)下，工藝系統(tǒng)的各部分的溫度保持在一相對固定的數(shù)值上，各部分的熱變形也相應(yīng)趨于穩(wěn)定,4、溫度場與工藝系統(tǒng)熱平衡,74,二、工件熱變形對加工精度的影響,1、熱源： 切削熱,2、工件均勻受熱,應(yīng)用條件： 形狀簡單的軸類，套類，盤類等零件的內(nèi)外圓加工時，切削熱較均勻的傳入工件，若不考慮溫升后的散熱，其溫度給工件全長和圓周的分布比較均勻，可近似看作均勻受熱。 熱變形的大小,長度：,直徑：, 圓柱類工件熱變形,75,式中 L， D 長度和直徑熱變形量； L，D 工件原有長度

30、和直徑； 工件材料線膨脹系數(shù)； t 溫升。,應(yīng)用,車削較長的軸時，會產(chǎn)生圓度誤差， 加工精度較高的軸類零件時，采用彈性或液壓尾頂尖。,76,3、工件不均勻受熱,應(yīng)用條件： 銑、刨、磨平面時，工件單面受熱作用，上下表面間的溫差，將導(dǎo)致工件向上拱起，加工時，中間凸起被切去，冷卻后工件下凹。 熱變形的大小,77,式中 X 變形撓度； L，S 工件原有長度和厚度； 工件材料線膨脹系數(shù)； t 溫升。,結(jié)果：加工時上表面升溫，工件向上拱起，磨削時將中凸部分磨平，冷卻后工件下凹。,78,解決措施 切削液充分冷卻 高速切削、使傳入工件熱量減少 在精加工前充分冷卻 刀具不要過分磨鈍 在夾緊狀態(tài)下，有伸縮的自由,

31、79,三、機(jī)床熱變形對加工精度影響,1、熱源： 內(nèi)外熱源有影響（其中摩擦熱影響很大），且由于各部件的熱源不同，分布不均勻，以及機(jī)床結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，因此不僅各部件的溫升不同，而且同一部件不同位置的溫升也不相同。使機(jī)床各部件之間的相互位置發(fā)生變化，破壞了機(jī)床原有的幾何精度而造成加工誤差。,2、機(jī)床的熱平衡狀態(tài)： 機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)一段時間后，各部件傳入的熱量和散失的熱量基本相等，即達(dá)到熱平衡狀態(tài)，變形趨于穩(wěn)定。在機(jī)床達(dá)到熱平衡之前，機(jī)床幾何精度變化不定，對加工精度的影響也變化不定。,80,3、機(jī)床地溫升： 機(jī)床各部件由于體積較大，熱量大，因此其溫升一般不大。 車床主軸箱60 磨床1525 車床床身與主軸箱結(jié)合

32、處20 磨床床身10 其他精密機(jī)床部件溫升較低,4、熱平衡時間 車床、磨床 46h 中小型精密機(jī)床12h 大型精密12h,81,5、各種機(jī)床的熱變形及其對加工精度的影響,車、銑 、鉆、鏜類機(jī)床： 主軸箱中的齒輪，軸承磨擦發(fā)熱，潤滑油發(fā)熱是主要熱源，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)生較的變形。,82,車床受熱變形,a） 車床受熱變形形態(tài),車床主軸發(fā)熱使主軸箱在垂直面向內(nèi)和水平向內(nèi)發(fā)生偏移和傾斜。在垂直向內(nèi)，主軸箱的溫升使主軸升高，又因主軸前軸承的發(fā)熱量大于后軸承的發(fā)熱量，主軸前端比后端高，由于主軸箱熱量傳給床身，床身導(dǎo)軌向上臺起，故而加劇了主軸的傾斜。,83,龍門刨床、導(dǎo)軌磨床等

33、機(jī)床 床身熱變形是影響加工精度的主要因素：因其床身較長、導(dǎo)軌稍有溫差，就會產(chǎn)生較大的彎曲變形。 床身上下表面產(chǎn)生溫差的原因，不僅是由于工作臺運(yùn)動時導(dǎo)軌摩擦發(fā)熱所知，環(huán)境溫度的影響也很大。,84,雙端面磨床： 切削熱噴向床身中部的頂面，使其局部受熱而產(chǎn)生中凸變形。使兩砂輪的端面產(chǎn)生傾斜。,85,立式平面磨床： 主軸承和主電機(jī)的發(fā)熱傳到立柱，使立柱內(nèi)側(cè)溫度高于外側(cè)，因而引起立柱的彎曲變形。,86,五、 減小熱變形對加工精度影響的措施,1、減少熱源發(fā)熱和隔離熱源,減少切削熱和磨削熱，粗、精加工分開。 充分冷卻和強(qiáng)制冷卻。 分離熱源。對不能分離的摩擦熱源，盡量采取措施，改善其摩擦特性，減少發(fā)熱。 采用

34、隔熱材料將發(fā)熱部件和機(jī)床大件隔離開來,87,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,2、均衡溫度場，使機(jī)床各部分溫升差降低,88,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）。,89,3、加速達(dá)到熱平衡,高速空運(yùn)轉(zhuǎn) 人為加熱,4、控制環(huán)境溫度,恒溫,90,3.5加工誤差的統(tǒng)計分析,前面分析了影響加工精度的原始誤差，從原始誤差 中找出影響加工誤差的規(guī)律，實(shí)際上加工誤差是一綜合因素，如：刀具磨損誤差，反映為 磨損Fyy熱量熱變形。 同一加工誤差產(chǎn)生的原因可以是多種多樣的，實(shí)際上分析問題總是從加工誤差著手，根據(jù)原始誤差作用規(guī)律尋找

35、原始誤差，現(xiàn)在一般采用統(tǒng)計分析的方法分析加工誤差，找出規(guī)律，在在這些規(guī)律中尋找原始誤差的影響，從而消除原始誤差。,91,1、系統(tǒng)誤差,在順序加工一批工件中，其大小和方向均不改變，或按一定規(guī)律變化的加工誤差。, 常值系統(tǒng)誤差其大小和方向均不改變。如機(jī)床、夾具、刀具的制造誤差，工藝系統(tǒng)在均勻切削力作用下的受力變形，調(diào)整誤差，機(jī)床、夾具、量具的磨損等因素引起的加工誤差。 變值系統(tǒng)誤差誤差大小和方向按一定規(guī)律變化。如機(jī)床、夾具、刀具在熱平衡前的熱變形，刀具磨損等因素引起的加工誤差。,一、加工誤差的性質(zhì),92, 在順序加工一批工件中，其大小和方向隨機(jī)變化的加工誤差。 隨機(jī)誤差是工藝系統(tǒng)中大量隨機(jī)因素共同

36、作用而引起的。 隨機(jī)誤差服從統(tǒng)計學(xué)規(guī)律。 如毛坯余量或硬度不均，引起切削力的隨機(jī)變化而造成的加工誤差；定位誤差；夾緊誤差；殘余應(yīng)力引起的變形等。,2、隨機(jī)誤差,93,二、解決途徑,常值性誤差：查明大小和方向，可通過相應(yīng)的調(diào)整或檢修工藝裝備或制造人為誤差來抵消常值誤差。,變值性誤差：摸清其變化規(guī)律后，可以進(jìn)行自動連續(xù)補(bǔ)償和自動周期補(bǔ)償。,隨機(jī)誤差：無明顯規(guī)律，難以完全消除，只能查明根源，給予盡量減小。,94,三、加工誤差的分布圖分析法（統(tǒng)計分析法）,1、生產(chǎn)中的加工誤差問題,生產(chǎn)中常以復(fù)雜因素出現(xiàn)加工誤差問題，這些誤差不能采用單因素分析法來衡量其因果關(guān)系，更不能從單個工件的檢查得出結(jié)論。 單個工

37、件不能暴露出誤差的性質(zhì)和變化規(guī)律，單個工件不能代表整批工件的誤差大小。 一批工件加工中，即存在變值性誤差，也存在隨機(jī)誤差，這時單個工件的誤差是不斷變化的，憑單個工件推斷整批工件誤差是不可靠的，所以采用統(tǒng)計分析法。,95,2、統(tǒng)計分析法,定義：以生產(chǎn)現(xiàn)場內(nèi)對許多工件進(jìn)行檢查的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計的方法，從中找出規(guī)律性的東西，進(jìn)而獲得解決問題的途徑。 過程：,96,3、實(shí)驗(yàn)分布圖（直方圖）的繪制方法,基本概念： 樣本：用于抽取測量的一批工件 樣本容量n ：抽取樣本的件數(shù)；樣本容量通常取 n = 50200 隨機(jī)變量x：任意抽取的零件的加工尺寸。 極差R：抽取的樣本尺寸的最大值和最小值之差。 R

38、=Xmax-Xmin 組距d：將樣本尺寸按大小順序排列，并分為k組，組距為d,97,頻數(shù)mi：同一尺寸或同一誤差組的零件數(shù)量mi稱為頻數(shù)。 頻率fi：頻數(shù)與樣本容量的比值。,平均值 ：表示樣本的尺寸分散中心。 標(biāo)準(zhǔn)差S：反映了一批工件的尺寸分散程度,98,繪制步驟 1）采集數(shù)據(jù) 樣本容量通常取 n = 50200 2）確定分組數(shù)、組距、組界、組中值 按教材72頁表2-2初選分組數(shù) k； 確定組距 d：,取整，dd 確定分組數(shù) k：, 確定各組組界、組中值（第一組以Xmin為組中值） 統(tǒng)計各組頻數(shù),99,3）計算樣本平均值和標(biāo)準(zhǔn)差:,4）畫直方圖：以工件尺寸（誤差）為橫坐標(biāo)，以頻數(shù)或頻率為縱坐標(biāo)

39、。,100,舉例,磨削批抽徑 的工件，繪制工件加工尺寸的直方圖。,軸徑尺寸實(shí)測圖（單位：um）,注：表中數(shù)據(jù)為實(shí)測尺寸和基本尺寸之差,101,1)收集數(shù)據(jù) 本例取nl00件，實(shí)測數(shù)據(jù)列于上表中找出最大值Xmax=54um，最小值Xmin16um。 2)確定分組數(shù)k、組距d、各組組界和組中值 組數(shù)d可查表得，本例取k9。 組距：,取整 d=5um 確定分組數(shù) k： 各組組界為：,=,102,第一組下界為：,第一組上界為：,各組組中值為：,3）記錄各組數(shù)據(jù)，整理成頻數(shù)分布表 4）根據(jù)頻數(shù)分布表列直方圖 5）數(shù)據(jù)分析 平均值： 標(biāo)準(zhǔn)差：,103,104,105,從本實(shí)驗(yàn)分布曲線可以看出： 工件尺寸的

40、分散范圍是 ； 有少量的過小廢品； 存在常值系統(tǒng)誤差： 本樣本零件的尺寸基本符合正態(tài)分布規(guī)律。,106, 正態(tài)分布,式中和分別為 正態(tài)分布隨機(jī)變量總體平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。 平均值=0，標(biāo)準(zhǔn)差=1的正態(tài)分布稱為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，,概率密度函數(shù),4、理論分布曲線,107,分布函數(shù),其中 x：為工件尺寸 ：為工件平均中心 ：均方根偏差 ；工件尺寸為x時出現(xiàn)的概率 n：工件總數(shù),108,正態(tài)分布曲線的特點(diǎn),決定分布曲線的坐標(biāo)位置，取決于常值誤差，改變常值誤差，曲線在橫坐標(biāo)上移動，但曲線形狀不變。,109,均方根偏差，是決定曲線形狀的唯一參數(shù)， 是決定分散范圍的唯一參數(shù) 其大小決定了隨機(jī)誤差的影響程度。,110

41、,正態(tài)分布曲線下包含的面積 代表了全部工件：( ),圖中紅色剖面線面積F表示工件尺寸在到x間出現(xiàn)的概率。,111,令：,將 z 代入上式，有：,稱 z 為標(biāo)準(zhǔn)化變量,F（z）為圖中剖面部分的面積 對于不同Z值的F（z），可以查表得到（參見教材P76）。,F(z)的意義,112,例：當(dāng),F=0.4772,F=0.49865,F=0.1915,F=0.3413,113,114,3的含義:,當(dāng)z土3,即x一土3 ,查表得2F(3)0.4986529973。這說明隨機(jī)變量落在土3 范圍以內(nèi)的概率為9973，落在此范圍以外的概率僅0.27，此值很小。因此可以認(rèn)為正態(tài)分布的隨機(jī)變量的實(shí)用分散范圍是6 。這

42、就是所謂的3原則。,右圖中：,115,.,3的概念，對研究加工誤差時應(yīng)用很廣： 6的大小代表某個工序在一定條件下(如毛坯余量、切削用量、正常的機(jī)床、夾具、刀具等) 所能達(dá)到的加工精度（即工序精度）。 6的大小也代表整批零件的隨機(jī)誤差的大??！ （即隨機(jī)誤差）,116,5.理論分布曲線的應(yīng)用,1、 判別加工工誤差性質(zhì) 如前所述，假如加工過程中沒有變值系統(tǒng)誤差那么尺寸分布應(yīng)服從正態(tài)分布，這是判別加工誤差性質(zhì)的基本方法。 如果實(shí)際分布與正態(tài)分布基本相符，就可進(jìn)根據(jù)樣本平均值 是否與公差帶中心重合來判斷是否存在常值系統(tǒng)誤差：( 與公差帶中心 不重合就說明存在常值系統(tǒng)誤差0)。,117,確定工序能力及其等

43、級 所謂工序能力是指工序處于穩(wěn)定狀態(tài)時，加工誤差正常波動的幅度。當(dāng)加工尺寸服從正態(tài)分布時，其尺寸分散范圍是6，所以工序能力就是6 。 工序能力等級是以工序能力系數(shù)來表示的，它代表該工序能滿足加工精度要求的程度。當(dāng)工序處于穩(wěn)定狀態(tài)時，工序能力系數(shù) Cp按下式計算: CpT 6,118,y,工藝能力系數(shù)符號含義,x,0,3,3,公差帶,T,119,工序能力等級,120,.,當(dāng) 時，過大廢品、過小廢品相等（如下左圖所示）,計算一批零件的合格率和廢品率的方法,合格率： 式中： 查表（2-5）可得F(Z) 則廢品率： 且,過小的廢品軸和過大的廢品孔工件，都不可修復(fù)。,121,.,圖： 計算合格率、廢品率,122,.,當(dāng) 時，合格率和廢品率的計算（如上右圖所示） （過大廢品與過小廢品應(yīng)分別計算） 過小廢品率： 式中:,根據(jù)Z的大小，查教材P76 表25可得合格率 ，代入上式即可算得,123,.,同理：過大廢品率： 式中： = 則總合格率 或：總合格率 +,根據(jù)Z的大小，查教材P76 表25可得合格率 ，代入上式即