機械加工精度

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第五章 機械加工精度,學習目的與要求,（1）掌握機械加工精度的概念以及加工精度與加工誤差的關系 （2）熟悉工藝系統(tǒng)的原始誤差種類及其對加工精度的影響， （3）掌握加工誤差問題的綜合分析與解決 （4）掌握加工誤差的基本計算方法 （5）熟悉提高和保證加工精度的途徑、常用方法,主要內(nèi)容,第5章 機械加工精度 5.1 機械加工精度概述 5.2 工藝系統(tǒng)的制造精度和磨損對工件精度的影響 5.3 工藝系統(tǒng)的受力變形及其對工件精度的影響 5.4 工藝系統(tǒng)的熱變形及其對工件精度的影響 5.5 保證和提高加工精度的途徑 5.6 加工誤差的統(tǒng)計分析法 5.7 點圖分析法 5.8 質(zhì)量管理圖,一、精度的概念加工精度：加工誤差：理想零件參數(shù)：尺寸、形狀、位置,,§5.1 機械加工精度概述,二、獲得加工精度的方法 1、 2、,試切法加工,調(diào)整法加工,定尺寸刀具法加工,軌跡法加工,成形法加工,展成法加工,3、,三、影響加工精度的因素1、原理誤差：采用近似加工原理或近似刀具切削刃形狀2、安裝誤差：定位誤差、夾緊誤差、夾具本身誤差3、調(diào)整誤差：調(diào)整方法與調(diào)整時的測量誤差等4、測量誤差：量具本身、方法、溫度5、工藝系統(tǒng)的制造精度和磨損6、工藝系統(tǒng)的受力變形切削力、傳動力、重力、離心力、夾緊力7、工藝系統(tǒng)的受熱變形切削熱、環(huán)境、運動、電機,,§5-2 工藝系統(tǒng)的制造精度和磨損 對加工精度的影響,,一、機床主軸的回轉(zhuǎn)精度及其對工件精度的影響1、主軸回轉(zhuǎn)精度的概念①回轉(zhuǎn)動態(tài)過程理想回轉(zhuǎn)中心：在主軸的任一界面上有一點O其速度始終為V＝0瞬時回轉(zhuǎn)中心：實際存在的一個變動的回轉(zhuǎn)中心瞬時回轉(zhuǎn)軸線：各瞬時回轉(zhuǎn)中心連線t—時間，θ—轉(zhuǎn)角,瞬時回轉(zhuǎn)中心相對于理想回轉(zhuǎn)中心的位置變動量,,②誤差敏感方向：經(jīng)過刀具刀刃的切削點又垂直于已加工表面的方向。誤差敏感方向上的誤差對工件加工精度影響很大，而垂直于該方向的誤差則影響很小。 ③主軸回轉(zhuǎn)精度：主軸回轉(zhuǎn)軸線在回轉(zhuǎn)時相對其平均軸線的變動量在誤差敏感方向的最大位移值。,徑向跳動,軸向跳動,擺動,2、主軸回轉(zhuǎn)精度的分析①主軸徑向跳動分析滑動軸承 軸頸圓度、軸瓦內(nèi)孔圓度及其配合,,,工件回轉(zhuǎn)類,刀具回轉(zhuǎn)類,主軸幾何軸線徑向跳動產(chǎn)生的加工誤差,,,,,滾動軸承此外，②造成主軸軸向竄動的原因,軸承間隙 對主軸軸線位置的影響,推力軸承 端面跳動的影響,接觸點為誤差 的變化，取決于 B．滾動軸承 與上述類似，同時滾動體影響,A．滑動,,主軸回轉(zhuǎn)軸線的軸向跳動將產(chǎn)生加工端面的平面度誤差,主軸軸向跳動引起的加工誤差,3、主軸回轉(zhuǎn)精度的測量①表測法 ②雙向測量法（捷克VUOSO）刀具回轉(zhuǎn)當沒有回轉(zhuǎn)誤差時，間隙變化為示波器上為,,,,示波器上光點的向徑 為常數(shù)。 當主軸有偏差δ時示波器上，向徑為,坐標變換，使x與e重合是 與 的和， 即示波器銀屏變化 不能反映誤差，只有e=0 或 才能真正反映。 李沙育圖，其半徑差為主軸回轉(zhuǎn)精度。,這種方法適合刀具回轉(zhuǎn)型機床的主軸 回轉(zhuǎn)精度測量，如鏜，而不適合車床,測量鏜床 主軸回轉(zhuǎn)精度,鋼球安裝偏心 對測量的影響,③單向測量法（美國LRL法） ——測定車床主軸回轉(zhuǎn)精度的方法,,,,傳感器Ⅰ 傳感器Ⅱ K0≥K 傳感器Ⅲ示波器輸入信號向徑為 當 S=0 時， 當 S≠0 時,,放大K倍,→放大K0倍,4、獲得高圓度工件的方法①高精度主軸車床②補償③使主軸誤差不反映到工件上,二、直線運動精度對工件精度的影響1、機床導軌精度指標①運動在水平面內(nèi)的直線度②運動在垂直平面內(nèi)的直線度③前后導軌的平行度（扭曲）2、機床導軌誤差對加工精度的影響①普通車床水平面直線度：1：1 影響縱截面形狀垂直面直線度：屬誤差不敏感方向，影響較小 扭曲影響：可分解為水平、垂直,車床導軌扭曲對工件形狀的影響,②外圓磨床：與車床相同。但由于要求高，采用工作臺轉(zhuǎn)角 ③龍門刨床：就地刨④鏜：,3、導軌運動誤差的來源 新機床導軌的制造精度 磨損——材料表面處理，潤滑 安裝精度——地基， 找正 三、機床的幾何精度對加工精度的影響幾何精度——各成形運動在空間的相互位置準確性①車外圓,誤差具體形狀具體分析,②車端面——回轉(zhuǎn)軸線與導軌不垂直→凸面，凹面 ③鏜孔 ④銑平面 ⑤滾齒機,四、機床的傳動精度及對加工精度的影響1、機床傳動精度分析,五、機床的定位精度對工件精度的影響定位精度：工作臺從一個位置移動到另一個位置的準確度1、進給機構的傳動精度主要取決于選用的進給機構型式及進給機構的傳動精度,2、進給與測量分開時的測量精度原理誤差→阿貝誤差→被測的與實際的不在一條直線上產(chǎn)生的誤差 3、爬行誤差解決辦法,六、刀具、夾具、量具的制造精度和磨損對工件影響1、刀具的制造精度和磨損的影響①尺寸刀具和成形刀具的制造精度和尺寸磨損對加工精度的影響鉆頭、絞刀、鏜刀塊、拉刀→影響尺寸→磨損后不能重修復滾刀、插刀、成形車刀→影響形狀→重磨②一般刀具的磨損對加工精度的影響如車刀、鏜刀、銑刀等，制造精度不會影響加工尺寸，但磨損則產(chǎn)生影響,一：起始磨損，非線性 二：正常磨損， 三：快速（劇烈）磨損,三個階段,減少影響方法,③砂輪的磨損及修復（快、與硬度有關）2、夾具的制造精度和磨損夾具的制造精度和磨損影響工件的精度 3、量具測量誤差為工件公差的 ，最多,§5-3 工藝系統(tǒng)的 受力變形及其對工件精度的影響,一、基本概念1、變形現(xiàn)象,車棒,車長軸,磨孔,2、概念剛度：物體或構件受外力后抵抗變形的能力 工藝系統(tǒng)的剛度：在誤差敏感方向上的分力py與在此方向上刀具對工件的變形（位移）量y的比值 靜剛度：在靜態(tài)條件下靜力與變形的比值動剛度：某一頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生單位振幅所需的激振力幅值,,二、機床部件剛度特點及影響因素,車床剛度的單向靜測定,1、部件變形過程與剛度曲線特點（1）加載變形曲線→不成線性有預緊力，當載荷 有剛性很差的零件，當該大于力時，K變小 零件變形減小時，K增大（2）正反加卸載變形曲線不重合,塑性變形摩擦力等消耗能量,,（2）正反加卸載變形曲線不重合（3）多次重復加載變形曲線第一次加載“磁滯”現(xiàn)象嚴重，以后減小加、卸載曲線接近，起始點重合,塑性變形摩擦力等消耗能量,,（4）部件剛度曲線特點①力和變形不是直線性，不符合胡克定律→部件變形不純粹是彈性變形②加載與卸載曲線不重合③當載荷去除后，變形不能恢復原點→有塑性變形。反復加載后，殘余變形減到0，重合④部件剛度遠比想象小,2、影響部件剛度的因素①接觸變形 ②個別薄弱環(huán)節(jié)③連接夾緊力的影響 ④摩擦力⑤間隙影響 ⑥變形的復合性,兩零件接觸面接觸情況,間隙對剛度影響曲線,機床剛度中薄弱環(huán)節(jié),,,,,,,三、工藝系統(tǒng)的剛度工藝系統(tǒng)總變形及合成剛度為而因此，有,四、工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響1、由于切削力產(chǎn)生的系統(tǒng)變形對加工精度的影響（1）由于切削點位置的變化引起的剛度、變形變化而產(chǎn)生的形狀誤差①工件短粗，剛度高→鞍形,P尾,,,力：位移：,,此時刀架變形為 因此，當當當,②工件細長→鼓形和 時，時，最大，為,,剛度在該工件軸向的各個位置是不同的 加工后工件各橫截面的直徑尺寸也不同 形狀誤差（錐度、鼓形、鞍形等）,（2）由于工件加工余量不均或其他原因①導致切削力變化→變形變化→引起形狀尺寸誤差②對于橢圓毛坯：切深大→力大→變形大→橢圓,①毛坯的形狀誤差，圓度、圓柱度、平面度等都以一定誤差復映成工件的加工誤差，這是由余量不均引起的 ②采用多次走刀減小誤差復映 ③調(diào)整法加工時，毛坯大小不一→工件尺寸分散→計算誤差復映,,誤差復映,2、由于夾緊力、重力等產(chǎn)生的系統(tǒng)變形對加工精度影響（1）由于工件的夾緊變形引起的加工誤差,,床身導軌面,應用,薄板零件的磨削,（2）由于重力所引起的加工誤差,,重力引起機床變形,五、由于內(nèi)應力產(chǎn)生變形對加工精度影響內(nèi)應力：零件在沒有外加載荷作用下，加工后內(nèi)部存在的應力成為殘余內(nèi)應力，稱為~。工件在鑄、鍛、切削后內(nèi)部應力相互平衡一旦外界條件變化→平衡破壞→變形,1、內(nèi)應力的產(chǎn)生①毛坯：工件壁厚不均②工件切削內(nèi)應力③熱處理④校直 2、內(nèi)應力的減少和消除法①時效處理：天然、人工②鑄、鍛件結(jié)構，應壁厚均勻，不能差太多③零件的結(jié)構主要考慮港督問題④機械加工時，注意減少切削力 ⑤盡量不采用冷校直,,,,六、機床剛度的測定1、機床剛度的靜測定法單向加載測定法：不能反映切削狀態(tài)；只加載 力，而 都對剛度有影響三向加載測定法：三向加載，三向測力,,2、用生產(chǎn)法測定車床剛度——按誤差復映原理進行的,3、接觸剛度的測定,七、提高工藝系統(tǒng)剛度的措施1、選用合理的零部件結(jié)構和斷面形狀封閉式箱型結(jié)構、空心結(jié)構（斷面面積不變）,2、提高連接表面的接觸剛度提高連接面幾何形狀精度降低表面粗糙度，施加預載荷 3、采用正確的裝夾方式4、提高加工時刀具的剛度懸伸短、刀桿、導向套、導向桿 5、減小接觸面 6、工件剛度低時，縮短切削力與支承點的距離車中心架、跟刀架,§5-4 工藝系統(tǒng)熱變形及加工精度的影響,一、工藝系統(tǒng)熱源與熱平衡1、工藝系統(tǒng)熱源2、工藝系統(tǒng)熱平衡 散出熱量=傳入熱量→熱平衡→溫度不變→變形穩(wěn)定,,二、機床熱變形對加工精度的影響1、機床的溫升與熱平衡機床各部件達到熱平衡的時間不同，熱容量大的需要的時間長2、各類機床熱變形及其對加工精度的影響（1）車、銑、鏜床類機床的熱變形主軸箱發(fā)熱→箱體、機床發(fā)生變形和翹曲，從而主軸的位移和傾斜,（2）磨床的熱變形砂輪軸承和液壓系統(tǒng)（3）導軌磨床、龍門刨床的熱變形床身的熱變形,3、減少機床熱變形對加工影響的措施（1）結(jié)構設計措施熱對稱結(jié)構設計→單柱改雙柱使關鍵件熱變形在誤差不敏感方向移動合理安排支承位置，使熱位移有效部分縮短對發(fā)熱大的熱源采用足夠的冷卻措施改善軸承的潤滑條件隔離熱源油池和冷卻液箱獨立→變形 均衡關鍵件溫升,（2）工藝措施安裝機床的區(qū)域保持恒定環(huán)境溫度均布加熱器，取暖，門簾，不靠窗照射機床達到熱平衡狀態(tài)后再加工空轉(zhuǎn)一段時間→熱平衡→不斷續(xù)加工精密機床→恒溫室嚴格控制切削用量以減少工件發(fā)熱 三、工件熱變形對加工精度的影響1、工件熱變形及其對加工影響,典型工件的熱變形分析,①薄片狀零件的熱變形②軸類零件的熱變形③長徑比大的零件，如絲杠、細長軸等，受熱伸長，不能忽視 2、減少工件熱變形對加工精度影響的措施①充分冷卻，降低切削溫度②提高切削速度和進給量③工件精加工前充分冷卻④經(jīng)常刃磨和修正刀具和砂輪⑤使工件在緊張狀態(tài)下有伸縮自由,四、刀具的熱變形及對加工精度的影響1、刀具連續(xù)工作時的熱變形2、刀具斷續(xù)加工時的熱變形,五、減少工藝系統(tǒng)熱變形辦法1、減少熱源產(chǎn)生熱量采用低速小用量切削→減少切削熱和摩擦熱2、控制熱源的影響采用冷卻、恒溫等手段3、從結(jié)構上減少變形機床：工件：盡量避免薄壁、薄片、空心等易熱變形的結(jié)構（實心容量大）刀具：減少懸伸長度，控制熱變形方向不在敏感方向4、進行綜合補償及校正,§5-5 保證和提高加工材料精度的途徑,一、直接消除或減小原始誤差的方法,細長軸車削時的受力情況和變形狀況,大進給量反向切削法加工細長軸,①進給方向由卡盤向尾座方向，后面采用浮動活頂尖 ②采用大進給量和大主偏角車刀,③采用浮動活頂尖緩解工件熱伸長④將工件的卡盤端車出一縮頸，消除軸心線歪斜影響 二、補償或抵消原始誤差的方法人為的造成一種新原始誤差去抵消原來的誤差，正誤差用人為的負誤差去抵消，負誤差用人為的正誤差去抵消，兩者大小相等，方向相反。用人為誤差抵消裝配后因自重產(chǎn)生變形精加工磨床床身導軌時預加載荷抵消裝配后部件自重變形前后雙刀架對刀,三、分組調(diào)整或均分誤差法 四、變形轉(zhuǎn)移或誤差轉(zhuǎn)移1、轉(zhuǎn)移變形 2、轉(zhuǎn)移誤差,六角車床“力刀”安裝,橫梁 變形轉(zhuǎn)移,五、就地加工達到最終精度的方法,§5-6 加工誤差的統(tǒng)計分析,一、加工誤差的性質(zhì)及分析方法 1、分析加工誤差的目的及方法 研究某一主要因素對加工精度的影響→單一因素分析法 根據(jù)加工誤差的表現(xiàn)形式及變化規(guī)律分析其產(chǎn)生的原因→統(tǒng)計分析法2、加工誤差的性質(zhì)①系統(tǒng)性誤差 常值性系統(tǒng)誤差、變值性系統(tǒng)誤差②隨機性誤差,常值系統(tǒng)誤差→查明大小和方向→相應調(diào)整或檢修工藝裝配或補償變值系統(tǒng)誤差→摸清規(guī)律→自動連續(xù)補償或自動周期補償隨機性誤差→只能找到根源，對其采取的措施以縮短其影響,,解決途徑,二、分布圖分析法1、實際分布圖——頻數(shù)分布直方圖分散范圍=最大尺寸-最小尺寸分散范圍小于公差帶→本工序的加工精度滿足公差要求尺寸分散中心與公差帶中心偏離太遠→產(chǎn)生廢品,,,注意,①組距（分組數(shù)）選擇 ②頻數(shù)作縱坐標時，圖行高矮受組距影響 ③頻數(shù)作縱坐標時，工件總數(shù)也影響圖形高矮 ④縱坐標改用頻率密度,2、正態(tài)分布隨機事件→正態(tài)分布相互獨立的隨機事件總和→正態(tài)分布對加工來說，若隨機誤差是由很多相互獨立的隨機因素所構組成，其中沒有一個起決定作用的非正態(tài)分布的隨機因素，那么加工中隨機誤差也符合正態(tài)分布,標準正態(tài)分布一般正態(tài)分布，利用坐標變換 求概率①曲線對稱于算術平均值軸線 ②曲線兩端與x軸相交于無窮遠 ③曲線下與x軸之間的總面積為1，在對稱軸6σ范圍內(nèi)出現(xiàn)的概率99.73%代替全部零件。,特點,3、分布圖的作用與缺點 （1）作用判斷工藝能否滿足加工精度要求√ 判斷超差原因——常值系統(tǒng)性誤差還是隨機誤差 （2）缺點①沒有考慮工件加工先后順序②必須等一批工件加工完才能畫圖，不主動控制精度③如出現(xiàn)問題，無法對本批零件采取措施，而只能對下一批零件起作用，不便積累控制資料④計算量大,,4、正態(tài)分布圖的應用 （1）判斷某一工藝過程能否保證加工精度要求①工藝能力和工藝能力系數(shù)一個工序的尺寸分散范圍代表了該工序的工藝能力工藝能力系數(shù) ：工件加工公差 與工藝能力 的比值。 全部零件加工合格加工能力強，遇到外來因素影響→不合格品加工能力不足,工藝等級,②調(diào)整精度系數(shù)調(diào)整精度影響尺寸分布中心位置，e—尺寸分布中心相對公差帶中心的偏移量,,,Cp1是不出現(xiàn)不合格品的必要條件 Cp1和EE允是充分條件,（2）不合格品率的確定（3）誤差性質(zhì)的判斷,,左全合格 右全合格,§5-7 點圖分析法,點圖的 各種形式,§5-8 質(zhì)量管理圖,,,,,,,,,一、管理圖——三條線，中心線、上控制線、下控制線——兩條線，中心線、上控制線 二、控制線的確定畫控制線的依據(jù)：控制圖控制圖,圖,