機(jī)械加工精度

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第五章 機(jī)械加工精度,學(xué)習(xí)目的與要求,（1）掌握機(jī)械加工精度的概念以及加工精度與加工誤差的關(guān)系 （2）熟悉工藝系統(tǒng)的原始誤差種類及其對(duì)加工精度的影響， （3）掌握加工誤差問(wèn)題的綜合分析與解決 （4）掌握加工誤差的基本計(jì)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(jī)械加工精度 5.1 機(jī)械加工精度概述 5.2 工藝系統(tǒng)的制造精度和磨損對(duì)工件精度的影響 5.3 工藝系統(tǒng)的受力變形及其對(duì)工件精度的影響 5.4 工藝系統(tǒng)的熱變形及其對(duì)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(jì)分析法 5.7 點(diǎn)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(jī)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(shí)的測(cè)量誤差等4、測(cè)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(dòng)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(yùn)動(dòng)、電機(jī),,§5-2 工藝系統(tǒng)的制造精度和磨損 對(duì)加工精度的影響,,一、機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)精度及其對(duì)工件精度的影響1、主軸回轉(zhuǎn)精度的概念①回轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)過(guò)程理想回轉(zhuǎn)中心：在主軸的任一界面上有一點(diǎn)O其速度始終為V＝0瞬時(shí)回轉(zhuǎn)中心：實(shí)際存在的一個(gè)變動(dòng)的回轉(zhuǎn)中心瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線：各瞬時(shí)回轉(zhuǎn)中心連線t—時(shí)間，θ—轉(zhuǎn)角,瞬時(shí)回轉(zhuǎn)中心相對(duì)于理想回轉(zhuǎn)中心的位置變動(dòng)量,,②誤差敏感方向：經(jīng)過(guò)刀具刀刃的切削點(diǎn)又垂直于已加工表面的方向。誤差敏感方向上的誤差對(duì)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(shí)相對(duì)其平均軸線的變動(dòng)量在誤差敏感方向的最大位移值。,徑向跳動(dòng),軸向跳動(dòng),擺動(dòng),2、主軸回轉(zhuǎn)精度的分析①主軸徑向跳動(dòng)分析滑動(dòng)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(dòng)產(chǎn)生的加工誤差,,,,,滾動(dòng)軸承此外，②造成主軸軸向竄動(dòng)的原因,軸承間隙 對(duì)主軸軸線位置的影響,推力軸承 端面跳動(dòng)的影響,接觸點(diǎn)為誤差 的變化，取決于 B．滾動(dòng)軸承 與上述類似，同時(shí)滾動(dòng)體影響,A．滑動(dòng),,主軸回轉(zhuǎn)軸線的軸向跳動(dòng)將產(chǎn)生加工端面的平面度誤差,主軸軸向跳動(dòng)引起的加工誤差,3、主軸回轉(zhuǎn)精度的測(cè)量①表測(cè)法 ②雙向測(cè)量法（捷克VUOSO）刀具回轉(zhuǎn)當(dāng)沒(méi)有回轉(zhuǎn)誤差時(shí)，間隙變化為示波器上為,,,,示波器上光點(diǎn)的向徑 為常數(shù)。 當(dāng)主軸有偏差δ時(shí)示波器上，向徑為,坐標(biāo)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(jī)床的主軸 回轉(zhuǎn)精度測(cè)量，如鏜，而不適合車床,測(cè)量鏜床 主軸回轉(zhuǎn)精度,鋼球安裝偏心 對(duì)測(cè)量的影響,③單向測(cè)量法（美國(guó)LRL法） ——測(cè)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(hào)向徑為 當(dāng) S=0 時(shí)， 當(dāng) S≠0 時(shí),,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(bǔ)償③使主軸誤差不反映到工件上,二、直線運(yùn)動(dòng)精度對(duì)工件精度的影響1、機(jī)床導(dǎo)軌精度指標(biāo)①運(yùn)動(dòng)在水平面內(nèi)的直線度②運(yùn)動(dòng)在垂直平面內(nèi)的直線度③前后導(dǎo)軌的平行度（扭曲）2、機(jī)床導(dǎo)軌誤差對(duì)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(dǎo)軌扭曲對(duì)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(tái)轉(zhuǎn)角 ③龍門(mén)刨床：就地刨④鏜：,3、導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)誤差的來(lái)源 新機(jī)床導(dǎo)軌的制造精度 磨損——材料表面處理，潤(rùn)滑 安裝精度——地基， 找正 三、機(jī)床的幾何精度對(duì)加工精度的影響幾何精度——各成形運(yùn)動(dòng)在空間的相互位置準(zhǔn)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(dǎo)軌不垂直→凸面，凹面 ③鏜孔 ④銑平面 ⑤滾齒機(jī),四、機(jī)床的傳動(dòng)精度及對(duì)加工精度的影響1、機(jī)床傳動(dòng)精度分析,五、機(jī)床的定位精度對(duì)工件精度的影響定位精度：工作臺(tái)從一個(gè)位置移動(dòng)到另一個(gè)位置的準(zhǔn)確度1、進(jìn)給機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)精度主要取決于選用的進(jìn)給機(jī)構(gòu)型式及進(jìn)給機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)精度,2、進(jìn)給與測(cè)量分開(kāi)時(shí)的測(cè)量精度原理誤差→阿貝誤差→被測(cè)的與實(shí)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(duì)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(duì)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(fù)滾刀、插刀、成形車刀→影響形狀→重磨②一般刀具的磨損對(duì)加工精度的影響如車刀、鏜刀、銑刀等，制造精度不會(huì)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(gè)階段,減少影響方法,③砂輪的磨損及修復(fù)（快、與硬度有關(guān)）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(cè)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(duì)工件精度的影響,一、基本概念1、變形現(xiàn)象,車棒,車長(zhǎng)軸,磨孔,2、概念剛度：物體或構(gòu)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(duì)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(dòng)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(jī)床部件剛度特點(diǎn)及影響因素,車床剛度的單向靜測(cè)定,1、部件變形過(guò)程與剛度曲線特點(diǎn)（1）加載變形曲線→不成線性有預(yù)緊力，當(dāng)載荷 有剛性很差的零件，當(dāng)該大于力時(shí)，K變小 零件變形減小時(shí)，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(fù)加載變形曲線第一次加載“磁滯”現(xiàn)象嚴(yán)重，以后減小加、卸載曲線接近，起始點(diǎn)重合,塑性變形摩擦力等消耗能量,,（4）部件剛度曲線特點(diǎn)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(dāng)載荷去除后，變形不能恢復(fù)原點(diǎn)→有塑性變形。反復(fù)加載后，殘余變形減到0，重合④部件剛度遠(yuǎn)比想象小,2、影響部件剛度的因素①接觸變形 ②個(gè)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(fù)合性,兩零件接觸面接觸情況,間隙對(duì)剛度影響曲線,機(jī)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(duì)加工精度的影響1、由于切削力產(chǎn)生的系統(tǒng)變形對(duì)加工精度的影響（1）由于切削點(diǎn)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(shí)刀架變形為 因此，當(dāng)當(dāng)當(dāng),②工件細(xì)長(zhǎng)→鼓形和 時(shí)，時(shí)，最大，為,,剛度在該工件軸向的各個(gè)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(dǎo)致切削力變化→變形變化→引起形狀尺寸誤差②對(duì)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(fù)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(fù)映 ③調(diào)整法加工時(shí)，毛坯大小不一→工件尺寸分散→計(jì)算誤差復(fù)映,,誤差復(fù)映,2、由于夾緊力、重力等產(chǎn)生的系統(tǒng)變形對(duì)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(dǎo)軌面,應(yīng)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(jī)床變形,五、由于內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生變形對(duì)加工精度影響內(nèi)應(yīng)力：零件在沒(méi)有外加載荷作用下，加工后內(nèi)部存在的應(yīng)力成為殘余內(nèi)應(yīng)力，稱為~。工件在鑄、鍛、切削后內(nèi)部應(yīng)力相互平衡一旦外界條件變化→平衡破壞→變形,1、內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生①毛坯：工件壁厚不均②工件切削內(nèi)應(yīng)力③熱處理④校直 2、內(nèi)應(yīng)力的減少和消除法①時(shí)效處理：天然、人工②鑄、鍛件結(jié)構(gòu)，應(yīng)壁厚均勻，不能差太多③零件的結(jié)構(gòu)主要考慮港督問(wèn)題④機(jī)械加工時(shí)，注意減少切削力 ⑤盡量不采用冷校直,,,,六、機(jī)床剛度的測(cè)定1、機(jī)床剛度的靜測(cè)定法單向加載測(cè)定法：不能反映切削狀態(tài)；只加載 力，而 都對(duì)剛度有影響三向加載測(cè)定法：三向加載，三向測(cè)力,,2、用生產(chǎn)法測(cè)定車床剛度——按誤差復(fù)映原理進(jìn)行的,3、接觸剛度的測(cè)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(gòu)和斷面形狀封閉式箱型結(jié)構(gòu)、空心結(jié)構(gòu)（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(yù)載荷 3、采用正確的裝夾方式4、提高加工時(shí)刀具的剛度懸伸短、刀桿、導(dǎo)向套、導(dǎo)向桿 5、減小接觸面 6、工件剛度低時(shí)，縮短切削力與支承點(diǎn)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(jī)床熱變形對(duì)加工精度的影響1、機(jī)床的溫升與熱平衡機(jī)床各部件達(dá)到熱平衡的時(shí)間不同，熱容量大的需要的時(shí)間長(zhǎng)2、各類機(jī)床熱變形及其對(duì)加工精度的影響（1）車、銑、鏜床類機(jī)床的熱變形主軸箱發(fā)熱→箱體、機(jī)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(dǎo)軌磨床、龍門(mén)刨床的熱變形床身的熱變形,3、減少機(jī)床熱變形對(duì)加工影響的措施（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施熱對(duì)稱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)→單柱改雙柱使關(guān)鍵件熱變形在誤差不敏感方向移動(dòng)合理安排支承位置，使熱位移有效部分縮短對(duì)發(fā)熱大的熱源采用足夠的冷卻措施改善軸承的潤(rùn)滑條件隔離熱源油池和冷卻液箱獨(dú)立→變形 均衡關(guān)鍵件溫升,（2）工藝措施安裝機(jī)床的區(qū)域保持恒定環(huán)境溫度均布加熱器，取暖，門(mén)簾，不靠窗照射機(jī)床達(dá)到熱平衡狀態(tài)后再加工空轉(zhuǎn)一段時(shí)間→熱平衡→不斷續(xù)加工精密機(jī)床→恒溫室嚴(yán)格控制切削用量以減少工件發(fā)熱 三、工件熱變形對(duì)加工精度的影響1、工件熱變形及其對(duì)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(zhǎng)徑比大的零件，如絲杠、細(xì)長(zhǎng)軸等，受熱伸長(zhǎng)，不能忽視 2、減少工件熱變形對(duì)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(jìn)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(duì)加工精度的影響1、刀具連續(xù)工作時(shí)的熱變形2、刀具斷續(xù)加工時(shí)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(gòu)上減少變形機(jī)床：工件：盡量避免薄壁、薄片、空心等易熱變形的結(jié)構(gòu)（實(shí)心容量大）刀具：減少懸伸長(zhǎng)度，控制熱變形方向不在敏感方向4、進(jìn)行綜合補(bǔ)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(xì)長(zhǎng)軸車削時(shí)的受力情況和變形狀況,大進(jìn)給量反向切削法加工細(xì)長(zhǎng)軸,①進(jìn)給方向由卡盤(pán)向尾座方向，后面采用浮動(dòng)活頂尖 ②采用大進(jìn)給量和大主偏角車刀,③采用浮動(dòng)活頂尖緩解工件熱伸長(zhǎng)④將工件的卡盤(pán)端車出一縮頸，消除軸心線歪斜影響 二、補(bǔ)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(lái)的誤差，正誤差用人為的負(fù)誤差去抵消，負(fù)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(dǎo)軌時(shí)預(yù)加載荷抵消裝配后部件自重變形前后雙刀架對(duì)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(dá)到最終精度的方法,§5-6 加工誤差的統(tǒng)計(jì)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(duì)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(jì)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(jī)性誤差,常值系統(tǒng)誤差→查明大小和方向→相應(yīng)調(diào)整或檢修工藝裝配或補(bǔ)償變值系統(tǒng)誤差→摸清規(guī)律→自動(dòng)連續(xù)補(bǔ)償或自動(dòng)周期補(bǔ)償隨機(jī)性誤差→只能找到根源，對(duì)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(shí)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(yuǎn)→產(chǎn)生廢品,,,注意,①組距（分組數(shù)）選擇 ②頻數(shù)作縱坐標(biāo)時(shí)，圖行高矮受組距影響 ③頻數(shù)作縱坐標(biāo)時(shí)，工件總數(shù)也影響圖形高矮 ④縱坐標(biāo)改用頻率密度,2、正態(tài)分布隨機(jī)事件→正態(tài)分布相互獨(dú)立的隨機(jī)事件總和→正態(tài)分布對(duì)加工來(lái)說(shuō)，若隨機(jī)誤差是由很多相互獨(dú)立的隨機(jī)因素所構(gòu)組成，其中沒(méi)有一個(gè)起決定作用的非正態(tài)分布的隨機(jī)因素，那么加工中隨機(jī)誤差也符合正態(tài)分布,標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布一般正態(tài)分布，利用坐標(biāo)變換 求概率①曲線對(duì)稱于算術(shù)平均值軸線 ②曲線兩端與x軸相交于無(wú)窮遠(yuǎn) ③曲線下與x軸之間的總面積為1，在對(duì)稱軸6σ范圍內(nèi)出現(xiàn)的概率99.73%代替全部零件。,特點(diǎn),3、分布圖的作用與缺點(diǎn) （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(jī)誤差 （2）缺點(diǎn)①?zèng)]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(huà)圖，不主動(dòng)控制精度③如出現(xiàn)問(wèn)題，無(wú)法對(duì)本批零件采取措施，而只能對(duì)下一批零件起作用，不便積累控制資料④計(jì)算量大,,4、正態(tài)分布圖的應(yīng)用 （1）判斷某一工藝過(guò)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(gè)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(qiáng)，遇到外來(lái)因素影響→不合格品加工能力不足,工藝等級(jí),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(duì)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(diǎn)圖分析法,點(diǎn)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(huà)控制線的依據(jù)：控制圖控制圖,圖,