第三章 機械加工精度.ppt

1,第三章機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、機械加工精度：1、加工精度：零件加工后實際幾何參數(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題，實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，因此設計人員應根據(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)：在機械加工時，機床、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，獲得預期的加工精度，需要時找出進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、影響機械加工精度的因素,5,2、誤差敏感方向,（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,運用物理學和力學原理，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、實驗，得出單因素與加工誤差間的關(guān)系。,以生產(chǎn)一批工件的實例結(jié)果為基礎，運用數(shù)理統(tǒng)計方法進行數(shù)據(jù)處理。用以控制工藝過程的正常進行，當發(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,實際生產(chǎn)中，兩種方法常常結(jié)合應用。先用統(tǒng)計分析法尋找誤差的出現(xiàn)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，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動或近似的刀刃輪廓進行加工而產(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。機床進給機構(gòu)的位移誤差。,定程機構(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、機床誤差,（一）機床導軌導向誤差,1、導軌導向精度及其對加工精度的影響導軌導向精度：機床導軌副的運動件實際運動方向和理想運動方向的符合程度。兩者之間的偏差值稱為導向誤差。導軌是機床中確定主要部件相對位置的基準，也是運動的基準，它的各項誤差直接影響被加工工件的精度。,包括：導軌在水平面內(nèi)的直線度，導軌在垂直面內(nèi)的直線度，前后導軌平行度（扭曲），導軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線的平行度（或垂直度）等。,11,.,12,1）導軌在水平面內(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。,車床導軌在水平面內(nèi)有彎曲后，縱向進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。當導軌向后凸時，工件產(chǎn)生鞍形誤差。當導軌向前凸時，工件產(chǎn)生鼓形誤差。,13,2）導軌在垂直面內(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、龍門銑床及導軌磨床來說，導軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差將直接反映到工件上。,14,3）前后導軌的平行度（扭曲）,一般車床：磨床：,以車床為例,15,2、導軌導向精度的影響因素,1）導軌的制造誤差2）導軌的安裝誤差：對長度較長的龍門刨床、龍門銑床和導軌磨床。他們的床身導軌為一細長結(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，都會造成導軌彎曲變形。3)導軌的磨損：由于使用程度不同及受力不均，機床使用一段時間后，導軌全長上各段的磨損量不等。并且在同一橫截面上個導軌面的磨損量也不相等。,16,3、提高導軌導向精度的措施,制造誤差機床設計制造時，應從結(jié)構(gòu)、潤滑、防護裝置、采取措施提高導向精度。安裝誤差機床安裝時，應校正好水平和保證地基質(zhì)量。磨損誤差使用時，注意調(diào)整導軌配合間隙，同時保證良好的潤滑和維護。,17,（二）主軸的回轉(zhuǎn)誤差,1回轉(zhuǎn)精度：機床主軸在回轉(zhuǎn)時實際回轉(zhuǎn)軸線對理想回轉(zhuǎn)軸線的相符合程度?；剞D(zhuǎn)誤差：機床主軸在回轉(zhuǎn)時實際回轉(zhuǎn)軸線對理想回轉(zhuǎn)軸線的漂移。機床主軸是用來裝加工件或刀具，并傳遞主要切削運動的重要零件，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動，其頻率與主軸轉(zhuǎn)速相同，幅值為2e。則刀尖的坐標值為：,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動，其頻率與主軸轉(zhuǎn)速相同，幅值為2e。則刀尖運動軌跡接近于正圓。,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動。若沿與平均軸線垂直的各個截面來看，相當于幾何軸線繞平均軸心做偏心運動，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（相當于是主軸徑向跳動），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厚度增大油膜承載能力降低，當工作條件(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、機床各種隨機振動以及回轉(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）對滾動軸承進行預緊，消除間隙對滾動軸承適當預緊以消除間隙，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。采用前后導向套的鏜模。,30,（三）機床傳動誤差,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.用滾齒機加工直齒輪時，要求滾刀和工件之間具有嚴格的運動關(guān)系。即：滾刀轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，工件轉(zhuǎn)過一個齒，這種運動關(guān)系是由刀具與工件的傳動鏈來保證的。當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，就會破壞正確的運動關(guān)系，是被加工工件產(chǎn)生誤差。,31,運動關(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原則采用校正裝置對傳動誤差進行補償,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公差的1/3。,1）定位誤差；2）刀具導向（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,35,33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,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，在加工細長軸時出現(xiàn)中間粗，兩頭尖的情況（腰鼓形）如圖所示：無進給磨削,39,二、工藝系統(tǒng)剛度的計算,式中y工藝系統(tǒng)總變形；yjc機床的受力變形；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，機床剛度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、切削力作用點位置變化引起工件形狀誤差,42,機床的剛度是由各個部件的剛度決定的，其計算方法為：,設工件短而粗，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變化而變化,45,當x=0時，,當x=L時，,當x=L/2時，,當時，,46,由上面對機床剛度的分析可知，工件加工后成鞍形，如圖所示：,1、機床不變形的情況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x=0或x=L時，yg=0，變形最小當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受力點到支承點的距離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，有修正誤差的能力多次進給=1232.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,53,4、增加走刀次數(shù)，可大大減小工件的復映誤差：,若近似假設每次走刀后的誤差復映系數(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,減少誤差復映的方法,1）增大工藝系統(tǒng)剛度；2）減少進給量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：變形補償,58,59,四、機床部件剛度測定,靜態(tài)測定法：在機床不工作狀態(tài)，模擬車削時的受力的受力情況對機床施加靜載荷，然后測出機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，反復加載卸載后殘余變形0機床部件剛度比按實體估算值小許多，表明其變形受多種因素影響,分析剛度曲線的特點：,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)設計：設計工藝裝備時，盡量減少連接面數(shù)目，注意剛度的匹配，防止局部低剛度環(huán)節(jié)出現(xiàn)，設計基礎件、支承件時，合理設計零部件結(jié)構(gòu)和截面形狀。2）提高連接表面接觸剛度提高機床部件中零件接合表面的接觸質(zhì)量給機床部件預加載荷提高工件定位基準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、工件殘余應力引起的變形,1、內(nèi)應力,定義：外部作用力去除后工件內(nèi)存留的應力特點：具有內(nèi)應力的零件處于一種不穩(wěn)定狀態(tài)，它內(nèi)部的組織有強烈的傾向要恢復到一個穩(wěn)定的沒有應力的狀態(tài)，即使在常溫下，零件也會不斷的緩慢地進行這種變化，直到殘余應力安全松弛為主，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)生相當大的殘余應力。,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)應力。,66,當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受拉應力，A、C受壓應力，以保持平衡。在C上開一小口，C上壓應力消失，在A、B內(nèi)應力作用力，內(nèi)應力重新分布，達到平衡，工件翹曲。,67,例2：機床床身鑄件，為提高導軌面的耐磨性，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)應力更大，導軌表面經(jīng)粗加工刨去一層，引起內(nèi)應力重新分布，產(chǎn)生彎曲變形，新平衡過程需較長時間，導軌精加工后除去大部分變形，但內(nèi)部還在變化，合格的導軌面喪失原有的精度。,68,3、切削加工帶來的殘余應力,4、減小殘余應力措施,設計合理零件結(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：一上班，空轉(zhuǎn)機床坐標鏜床在恒溫室內(nèi)磨床身導軌，走兩刀休息一下冬天加工時，尺寸合格，夏天就裝不進去。,一、概述,2、工藝系統(tǒng)的變形,熱變形：機械加工過程中，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，其熱量以傳導的形式傳遞，對刀具和工件影響較大。,摩擦熱：機械零件的摩擦軸承、導軌的摩擦而產(chǎn)生的熱，液壓傳功、電氣傳功等，都是熱源，對機床影響較大，以傳導形式傳遞。,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,各種熱對加工精度的影響切削熱：車削時，切屑帶走熱量可達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驗研究為主,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，當工件、刀具和機床的溫度達到某一數(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工件原有長度和直徑；工件材料線膨脹系數(shù)；t溫升。,應用,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,79,三、機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，以及機床結(jié)構(gòu)的復雜性，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。使機床各部件之間的相互位置發(fā)生變化，破壞了機床原有的幾何精度而造成加工誤差。,2、機床的熱平衡狀態(tài)：機床運轉(zhuǎn)一段時間后，各部件傳入的熱量和散失的熱量基本相等，即達到熱平衡狀態(tài)，變形趨于穩(wěn)定。在機床達到熱平衡之前，機床幾何精度變化不定，對加工精度的影響也變化不定。,80,3、機床地溫升：機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)合處20磨床床身10其他精密機床部件溫升較低,4、熱平衡時間車床、磨床46h中小型精密機床12h大型精密12h,81,5、各種機床的熱變形及其對加工精度的影響,車、銑、鉆、鏜類機床：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，床身導軌向上臺起，故而加劇了主軸的傾斜。,83,龍門刨床、導軌磨床等機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動時導軌摩擦發(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。采用隔熱材料將發(fā)熱部件和機床大件隔離開來,87,例1：磨床油箱置于床身內(nèi)，其發(fā)熱使導軌中凹解決：導軌下加回油槽,2、均衡溫度場，使機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、加速達到熱平衡,高速空運轉(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，其大小和方向隨機變化的加工誤差。隨機誤差是工藝系統(tǒng)中大量隨機因素共同作用而引起的。隨機誤差服從統(tǒng)計學規(guī)律。如毛坯余量或硬度不均，引起切削力的隨機變化而造成的加工誤差；定位誤差；夾緊誤差；殘余應力引起的變形等。,2、隨機誤差,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，可以進行自動連續(xù)補償和自動周期補償。,隨機誤差：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)對許多工件進行檢查的數(shù)據(jù)為基礎，運用數(shù)理統(tǒng)計的方法，從中找出規(guī)律性的東西，進而獲得解決問題的途徑。過程：,96,3、實驗分布圖（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=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。標準差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=502002）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準差:,4）畫直方圖：以工件尺寸（誤差）為橫坐標，以頻數(shù)或頻率為縱坐標。,100,舉例,磨削批抽徑的工件，繪制工件加工尺寸的直方圖。,軸徑尺寸實測圖（單位：um）,注：表中數(shù)據(jù)為實測尺寸和基本尺寸之差,101,1)收集數(shù)據(jù)本例取nl00件，實測數(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：標準差：,103,104,105,從本實驗分布曲線可以看出：工件尺寸的分散范圍是；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)分布隨機變量總體平均值和標準差。平均值=0，標準差=1的正態(tài)分布稱為標準正態(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,決定分布曲線的坐標位置，取決于常值誤差，改變常值誤差，曲線在橫坐標上移動，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)其大小決定了隨機誤差的影響程度。,110,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為標準化變量,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,F=0.4772,F=0.49865,F=0.1915,F=0.3413,113,114,3的含義:,當z土3,即x一土3,查表得2F(3)0.4986529973。這說明隨機變量落在土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。因此可以認為正態(tài)分布的隨機變量的實用分散范圍是6。這就是所謂的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、正常的機床、夾具、刀具等)所能達到的加工精度（即工序精度）。6的大小也代表整批零件的隨機誤差的大?。。措S機誤差）,116,5.理論分布曲線的應用,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。如果實際分布與正態(tài)分布基本相符，就可進根據(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。當工序處于穩(wěn)定狀態(tài)時，工序能力系數(shù)Cp按下式計算:CpT6,118,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。,121,.,圖：計算合格率、廢品率,122,.,當時，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：