第七章机械加工精度ppt课件

优质、高产、低耗费是企业开展的必由之路。优质就是高的产质量量。高产就是消费效率高。低耗费就是本钱低。产品的质量与零件的加工质量、产品的装配质量亲密相关，而零件的加工质量是保证产质量量的根底。它包括零件的加工精度和外表质量两方面。零件的加工精度包括尺寸精度、外形精度和相互位置精度。第一节第一节 机械加工精度概机械加工精度概 述述一、加工精度与加工误差一、加工精度与加工误差 加工精度是指零件加工后的实践几何参数加工精度是指零件加工后的实践几何参数尺寸、外形及各外表相互位置等参数与理想尺寸、外形及各外表相互位置等参数与理想几何参数的符合程度。符合程度越高，加工精度几何参数的符合程度。符合程度越高，加工精度就越高。反之，越低。就越高。反之，越低。理想几何参数理想几何参数外表外表绝对平面、圆柱面绝对平面、圆柱面等；等；位置位置绝对平行、垂直、绝对平行、垂直、同同 轴等；轴等；尺寸尺寸位于公差带中心。位于公差带中心。1.加工精度加工精度 加工误差是指零件加工后的实践几何参数对加工误差是指零件加工后的实践几何参数对理想几何参数的偏离程度，所以，加工误差的大理想几何参数的偏离程度，所以，加工误差的大小反映了加工精度的高低。小反映了加工精度的高低。实践加工时不能够也没有必要把零件做得与理想零实践加工时不能够也没有必要把零件做得与理想零件完全一致，而总会有一定的偏向，即加工误差。只需件完全一致，而总会有一定的偏向，即加工误差。只需这些误差在规定的范围内，即能满足机器运用性能的要这些误差在规定的范围内，即能满足机器运用性能的要求。求。2.加工误差加工误差二、尺寸、外形和位置精度间的关系二、尺寸、外形和位置精度间的关系 独立原那么是处置形位公差和尺寸公差关系的根本独立原那么是处置形位公差和尺寸公差关系的根本原那么，即尺寸精度和形位精度按照运用要求分别满足；原那么，即尺寸精度和形位精度按照运用要求分别满足；在普通情况下，尺寸精度高，其外形和位置精度也高；在普通情况下，尺寸精度高，其外形和位置精度也高；通常，零件的外形误差约占相应尺寸公差的通常，零件的外形误差约占相应尺寸公差的3050；位置误差约为尺寸公差的位置误差约为尺寸公差的6585。三、获得加工精度的方法三、获得加工精度的方法1.获得尺寸精度的方法获得尺寸精度的方法 试切法试切法 定尺寸刀具法定尺寸刀具法 调整法调整法 自动控制法自动控制法 2.获得外形精度的方法获得外形精度的方法 刀尖轨迹法刀尖轨迹法 成形刀具法成形刀具法 展成法展成法 3.获得位置精度的方法获得位置精度的方法 直接找正直接找正 划线找正划线找正 夹具定位夹具定位四、原始误差四、原始误差 由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺系统由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺系统的误差是工件产生加工误差的根源。我们把工艺系统的各的误差是工件产生加工误差的根源。我们把工艺系统的各种误差称之为原始误差。种误差称之为原始误差。原始误差的种类原始误差的种类工艺系统的几何误差工艺系统的几何误差工艺系统受力变形引起的误差工艺系统受力变形引起的误差工艺系统热变形引起的误差工艺系统热变形引起的误差工件的剩余应力引起的误差工件的剩余应力引起的误差伺服进给系统位移误差等伺服进给系统位移误差等原始误差产生加工误差的根源，它包括：原始误差产生加工误差的根源，它包括：工艺系统静误差工艺系统静误差主轴回转误差导轨误差传动链误差普通刀具定尺寸刀具成形刀具展成法刀具 试切法试切法调整法调整法外力作用点变化外力方向变化外力大小变化机床几何误差机床几何误差工艺系统几何误差工艺系统几何误差原理误差原理误差调整误差调整误差丈量误差丈量误差定位误差定位误差工艺系统动误差工艺系统动误差工艺系统力变形工艺系统力变形工艺系统热变形工艺系统热变形工艺系统内应力变形工艺系统内应力变形刀具几何误差刀具几何误差夹具几何误差夹具几何误差机床热变形工件热变形刀具热变形四、研讨机械加工精度的方法四、研讨机械加工精度的方法分析计算法统计分析法 是在掌握各种原始误差对加工精度影响规律的根底上，分析工件加工中所出现的误差能够是哪一种或哪几种主要原始误差所引起的，并找出原始误差与加工误差之间的影响关系，经过估算来确定工件加工误差的大小，再经过实验测试来加以验证。是对详细加工条件下得到的几何是对详细加工条件下得到的几何参数进展实践丈量，然后运用数理统参数进展实践丈量，然后运用数理统计学方法对这些测试数据进展分析处计学方法对这些测试数据进展分析处置，找出工件加工误差的规律和性质，置，找出工件加工误差的规律和性质，进而控制加工质量。进而控制加工质量。加工精度加工精度尺寸精度外形精度位置精度 加工误差加工误差与理想零件的偏离加工精度的另一描画 工艺系统工艺系统机床刀具夹具工件 原始误差原始误差工艺系统的误差产生加工误差的根源包括工艺系统静误差、动误差分析计算法统计分析法 第二节第二节 工艺系统的几何误差工艺系统的几何误差一、原理误差一、原理误差 原理误差是指由于采用了近似的加工方法、近似的成原理误差是指由于采用了近似的加工方法、近似的成形运动或近似的刀具轮廓而产生的误差。形运动或近似的刀具轮廓而产生的误差。例如滚齿用的齿轮滚刀，就有两种误差，一是为了制例如滚齿用的齿轮滚刀，就有两种误差，一是为了制造方便，采用阿基米德蜗杆替代渐开线根本蜗杆而产生的造方便，采用阿基米德蜗杆替代渐开线根本蜗杆而产生的刀刃齿廓近似造形误差；二是由于滚刀切削刃数有限，切刀刃齿廓近似造形误差；二是由于滚刀切削刃数有限，切削是不延续的，因此滚切出的齿轮齿形不是光滑的渐开线，削是不延续的，因此滚切出的齿轮齿形不是光滑的渐开线，而是折线。而是折线。成形车刀、成形铣刀也采用了近似的刀具轮廓。成形车刀、成形铣刀也采用了近似的刀具轮廓。采用近似的成形运动和刀具刃形，不但可以简化机床采用近似的成形运动和刀具刃形，不但可以简化机床或刀具的构造，而且能提高消费效率和加工的经济效益。或刀具的构造，而且能提高消费效率和加工的经济效益。二、机床几何误差二、机床几何误差机床几何误差的来源机床几何误差的来源机床制造机床制造磨损磨损安装安装机床几何误差的组成机床几何误差的组成主轴回转误差主轴回转误差导轨误差导轨误差传动链误差传动链误差机床的几何误差组成机床的几何误差组成机床几何误差机床几何误差机床传动链误差机床传动链误差机床主轴回转误差机床主轴回转误差机床导轨误差机床导轨误差轴向窜动径向跳动角度摆动程度面内直线度垂直面内直线度前后导轨的平行度内联传动链始末两端传动元件间相对运动误差1、机床导轨误差、机床导轨误差 机床导轨是机床中确定某些主要部件相对位置的机床导轨是机床中确定某些主要部件相对位置的基准，也是某些主要部件的运动基准。基准，也是某些主要部件的运动基准。机床导轨误差的根本方式机床导轨误差的根本方式程度面内的直线度程度面内的直线度垂直面内的直线度垂直面内的直线度前后导轨的平行度前后导轨的平行度扭曲扭曲 现以卧式车床为例，阐明导轨误差是怎样影响工件现以卧式车床为例，阐明导轨误差是怎样影响工件的加工精度的。的加工精度的。1导轨在程度面内直线度误差的影响导轨在程度面内直线度误差的影响 当导轨在程度面内的直线度误差为当导轨在程度面内的直线度误差为y时时,引起工件在引起工件在半径方向的误差为图半径方向的误差为图71：R=y 由此可见：床身导轨在程度面内假设有直线度误差，使工件由此可见：床身导轨在程度面内假设有直线度误差，使工件在纵向截面和横向截面内分别产生外形误差和尺寸误差。在纵向截面和横向截面内分别产生外形误差和尺寸误差。当导轨向后凸出时，工件上产生鞍形加工误差；当导轨向后凸出时，工件上产生鞍形加工误差；当导轨向前凸出时，工件上产生鼓形加工误差。当导轨向前凸出时，工件上产生鼓形加工误差。YYoDR程度面程度面导轨程度面内直线度导轨程度面内直线度图图71 导轨在程度面内直线度误差导轨在程度面内直线度误差 床身导轨在垂直面内有直线度误差图7-2，会引起刀尖产生切向位移Z，呵斥工件在半径方向产生的误差为：RZ2/d2导轨在垂直面内直线度误差的影响导轨在垂直面内直线度误差的影响设：设：Z=Y=0.01mm，R=50mm，那么由于法向原始误差而产生的加工误差那么由于法向原始误差而产生的加工误差 R=Y=0.01mm,由于切向原始误差产生的加工误差由于切向原始误差产生的加工误差 R Z2/d=0.000001mm 此值完全可以忽略不计。由于此值完全可以忽略不计。由于Z2数值很小，因此该误差对数值很小，因此该误差对工件的尺寸精度和外形精度影响甚小。工件的尺寸精度和外形精度影响甚小。垂直平面垂直平面导轨垂直面直线度导轨垂直面直线度ZdRZ图图72 导轨在垂直面内直线度误差导轨在垂直面内直线度误差Rd/2 对平面磨床，龙门对平面磨床，龙门刨床及铣床等，导轨在刨床及铣床等，导轨在垂直面内的直线度误差垂直面内的直线度误差会引起工件相对于砂轮会引起工件相对于砂轮刀具产生法向位移，刀具产生法向位移，其误差将直接反映到被其误差将直接反映到被加工工件上，呵斥外形加工工件上，呵斥外形误差图误差图7-3。原始误差引起工件相对于刀具产生相对位移，假原始误差引起工件相对于刀具产生相对位移，假设产生在加工外表法向方向误差敏感方向，对加设产生在加工外表法向方向误差敏感方向，对加工精度有直接影响；产生在加工外表切向方向误差工精度有直接影响；产生在加工外表切向方向误差非敏感方向非敏感方向 ，可忽略不计。，可忽略不计。结论：结论：图图7-3 龙门刨床导轨垂直面龙门刨床导轨垂直面 内直线度误差内直线度误差 1刨刀刨刀 2工件工件 3任务台任务台 4床身导床身导轨轨3前后导轨平行度误差的影响前后导轨平行度误差的影响 床身前后导轨有平行度误差扭曲床身前后导轨有平行度误差扭曲时，会使车床溜板在沿床身挪动时发生时，会使车床溜板在沿床身挪动时发生偏斜，从而使刀尖相对工件产生偏移，偏斜，从而使刀尖相对工件产生偏移，使工件产生外形误差鼓形、鞍形、锥使工件产生外形误差鼓形、鞍形、锥度。度。从图从图7-47-4可知，车床前后导轨扭曲的最终结果可知，车床前后导轨扭曲的最终结果反映在工件上，于是产生了加工误差反映在工件上，于是产生了加工误差y y。从几何。从几何关系中可得出：关系中可得出：yHyH/B/B 普通车床普通车床H2B/3H2B/3，外圆磨床，外圆磨床HBHB，因此该项，因此该项原始误差对加工精度的影响很大。原始误差对加工精度的影响很大。图图74 车床导轨扭曲对工件外形精度影响车床导轨扭曲对工件外形精度影响2、机床主轴回转误差、机床主轴回转误差1机床主轴回转误差的概念机床主轴回转误差的概念 主轴的实践回转轴线对其理想回转轴线普通用平均主轴的实践回转轴线对其理想回转轴线普通用平均回转轴线来替代产生的偏移量。回转轴线来替代产生的偏移量。主轴回转误差的根本方式主轴回转误差的根本方式 轴向窜动轴向窜动 纯径向跳动纯径向跳动 纯角度摆动纯角度摆动 实践上主轴回转误差是上述三种方式误差的合成。由于主轴实践实践上主轴回转误差是上述三种方式误差的合成。由于主轴实践回转轴线在空间的位置是在不断变化的，由上述三种运动所产生的位回转轴线在空间的位置是在不断变化的，由上述三种运动所产生的位移即误差是一个瞬时值。移即误差是一个瞬时值。下面以在镗床上镗孔、车床上车外圆为例来下面以在镗床上镗孔、车床上车外圆为例来阐明主轴回转误差对加工精度的影响。阐明主轴回转误差对加工精度的影响。车间一切机床，我们分为：车间一切机床，我们分为：工件回转类工件回转类刀具回转类刀具回转类误差敏感方向不变加工时误差敏感方向和切削力方向随主轴回转而不断变化2主轴回转误差对加工精度的影响主轴回转误差对加工精度的影响主轴的纯径向跳动对车削和镗削加工精度的影响主轴的纯径向跳动对车削和镗削加工精度的影响镗削加工：镗刀回转，工件不转镗削加工：镗刀回转，工件不转 假设由于主轴的纯径向跳动而使轴线在假设由于主轴的纯径向跳动而使轴线在y坐标方向作简谐坐标方向作简谐运动图运动图7-5，其频率与主轴转速一样，简谐幅值为，其频率与主轴转速一样，简谐幅值为A；那么那么:Y=Acos t 且主轴中心偏移最大等于且主轴中心偏移最大等于A时，镗刀尖正好经过程度时，镗刀尖正好经过程度位置位置1处。处。当镗刀转过一个当镗刀转过一个角时位置角时位置1，刀尖轨迹的程度分量，刀尖轨迹的程度分量和垂直分量分别计算得：和垂直分量分别计算得：y=Acos+Rcos=(A+R)cos Z=Rsin将上两式平方相加得将上两式平方相加得:y2/(A+R)2+Z2/R2=1 阐明此时镗出的孔为椭圆形。阐明此时镗出的孔为椭圆形。AAROm11，AcosO234ORsin(A+Rcos图图7-5 镗孔时纯径向跳动对加工精度的影响镗孔时纯径向跳动对加工精度的影响车床加工：工件回转，刀具挪动车床加工：工件回转，刀具挪动 假设主轴轴线沿假设主轴轴线沿y轴作简谐运动图轴作简谐运动图7-6，在工件的，在工件的1处主轴中心偏移最大之处切出的半径比在工件的处主轴中心偏移最大之处切出的半径比在工件的2、4处切出的半径小一个幅值处切出的半径小一个幅值A；在工件的；在工件的3处切出的半径比处切出的半径比在工件的在工件的2、4处切出的半径大一个幅值处切出的半径大一个幅值A。这样，上述四点工件的直径都相等，其它各点直径这样，上述四点工件的直径都相等，其它各点直径误差也很小，所以车削出的工件外表接近于一个真圆。误差也很小，所以车削出的工件外表接近于一个真圆。Y2+Z2=R2+A2Sin2 由此可见，主轴的纯径向跳动对车削加工工件的圆由此可见，主轴的纯径向跳动对车削加工工件的圆度影响很小。度影响很小。图图7-6 7-6 车削时纯径向跳动对加工精度的影响车削时纯径向跳动对加工精度的影响 1-1-理想工件位置理想工件位置 2-2-实践工件位置实践工件位置RRR1R33241实际位置实际位置实践位置实践位置RoozyA轴向窜动对车、镗削加工精度的影响轴向窜动对车、镗削加工精度的影响 主轴的轴向窜动对内、外圆的加工精度没有主轴的轴向窜动对内、外圆的加工精度没有影响，但加工端面时，会使加工的端面与内外圆影响，但加工端面时，会使加工的端面与内外圆轴线产生垂直度误差。轴线产生垂直度误差。主轴每转一周，要沿轴向窜动一次，使得切主轴每转一周，要沿轴向窜动一次，使得切出的端面产生平面度误差图出的端面产生平面度误差图7-7。当加工螺纹。当加工螺纹时，会产生螺距误差。时，会产生螺距误差。图图7-7 主轴轴向窜动对端面加工精度的影响主轴轴向窜动对端面加工精度的影响 车削加工时工件每一横截面内的圆度误差很车削加工时工件每一横截面内的圆度误差很小，但轴平面有圆柱度误差锥度。小，但轴平面有圆柱度误差锥度。车外圆：得到圆形工件，但产生圆柱度误差车外圆：得到圆形工件，但产生圆柱度误差锥体锥体 车端面：产生平面度误差车端面：产生平面度误差 镗孔时，由于主轴的纯角度摆动镗孔时，由于主轴的纯角度摆动 使得主轴回使得主轴回转轴线与任务台导轨不平行，使镗出的孔呈椭圆转轴线与任务台导轨不平行，使镗出的孔呈椭圆形，如图形，如图7-8所示。所示。角度摆动对车、镗削加工精度的影响角度摆动对车、镗削加工精度的影响 主轴纯角度摆动对加工精度的影响，取决主轴纯角度摆动对加工精度的影响，取决于不同的加工内容。于不同的加工内容。图图7-8 主轴纯角度摆动对镗孔精度的影响主轴纯角度摆动对镗孔精度的影响3提高主轴回转精度的措施提高主轴回转精度的措施1提高主轴的轴承精度。提高主轴的轴承精度。2减少机床主轴回转误差对加工精度的影响。减少机床主轴回转误差对加工精度的影响。3对滚动轴承进展预紧，以消除间隙。对滚动轴承进展预紧，以消除间隙。4提高主轴箱体支承孔、主轴轴颈和与轴承提高主轴箱体支承孔、主轴轴颈和与轴承相配合的零件有关外表的加工精度。相配合的零件有关外表的加工精度。3、机床传动链误差、机床传动链误差 在车螺纹、插齿、滚齿等加工时，刀具与工件之在车螺纹、插齿、滚齿等加工时，刀具与工件之间有严厉的传动比要求。要满足这一要求，机床内联间有严厉的传动比要求。要满足这一要求，机床内联络传动链的误差必需控制在允许的范围内。络传动链的误差必需控制在允许的范围内。1机床传动链误差定义机床传动链误差定义 指传动链始末两指传动链始末两端执行元件间相对运端执行元件间相对运动的误差。动的误差。2机床传动链误差描画机床传动链误差描画 传动链末端元件产生的转角误差。它传动链末端元件产生的转角误差。它的大小对车、磨、铣螺纹，滚、插、磨的大小对车、磨、铣螺纹，滚、插、磨展成法磨齿齿轮等加工会影响分度精展成法磨齿齿轮等加工会影响分度精度，呵斥加工外表的外形误差，如螺距精度，呵斥加工外表的外形误差，如螺距精度、齿距精度等。度、齿距精度等。例如，车螺纹时，要求主轴与传动丝杠的转速比恒定例如，车螺纹时，要求主轴与传动丝杠的转速比恒定图示，即图示，即iTTiii iTzzzzzzzzS432186427531Z1Z23驱动丝杠误差的产生驱动丝杠误差的产生2112zzi1122i12 图图 车螺纹的传动误差表示图车螺纹的传动误差表示图S工件导程；工件导程；T丝杠导程；丝杠导程；Z1Z8各齿轮齿数各齿轮齿数假设齿轮假设齿轮Z1有转角误差有转角误差1，呵斥，呵斥Z2的转角误差为：的转角误差为：12i121Z1 1 1n=i1n1Z2 2 2n=i2n2Zn n nn=innn在任一时辰，各齿轮的转角误差反映到丝杠的总误差为：在任一时辰，各齿轮的转角误差反映到丝杠的总误差为：njjnjnnnni121传到丝杠上的转角误差为传到丝杠上的转角误差为1n，即：，即：3减少传动链误差的措施减少传动链误差的措施1尽量缩短传动链。尽量缩短传动链。2提高传动件的制造和安装精度，尤其是末端提高传动件的制造和安装精度，尤其是末端零件的精度。零件的精度。3尽能够采用降速运动，且传动比最小的一级尽能够采用降速运动，且传动比最小的一级传动件应在最后。传动件应在最后。4消除传动链中齿轮副的间隙。消除传动链中齿轮副的间隙。5采用误差校正机构采用误差校正机构图图 丝杠加工误差校正安装丝杠加工误差校正安装1工件工件 2螺母螺母 3母丝杠母丝杠 4杠杆杠杆 5校正尺校正尺 6触头触头 7校正曲线校正曲线1、刀具、刀具 误差误差普通刀具普通刀具定尺寸刀具定尺寸刀具成形刀具成形刀具展成法刀具展成法刀具 如普通车刀、单刃镗刀和面铣刀等的制造误差对加工精度没有直接影响，但磨损后对工件尺寸或外形精度有一定影响 定尺寸刀具如钻头、铰刀、圆孔拉刀等的尺寸误差直接影响被加工工件的尺寸精度。刀具的安装和运用不当，也会影响加工精度。成形刀具如成形车刀、成形铣刀、盘形齿轮铣刀等的误差主要影响被加工面的外形精度 展成法刀具如齿轮滚刀、插齿刀等加工齿轮时，刀刃的几何外形及有关尺寸精度会直接影响齿轮加工精度三、工艺系统其它几何误差三、工艺系统其它几何误差图例图例 车刀的尺寸磨损车刀的尺寸磨损图例图例 车刀磨损过程车刀磨损过程 夹具的误差主要是指：夹具的误差主要是指：1定位元件、刀具导向元件、分度机构、定位元件、刀具导向元件、分度机构、夹详细等零件的制造误差。夹详细等零件的制造误差。2夹具装配后，以上各种元件任务面间的夹具装配后，以上各种元件任务面间的相对尺寸误差。相对尺寸误差。3夹具在运用过程中任务外表的磨损。夹具在运用过程中任务外表的磨损。图例图例 工件的安装误差包括定位误差和夹紧误工件的安装误差包括定位误差和夹紧误差。详细内容在差。详细内容在课程中讲述。课程中讲述。2、夹具误差和工件安装误差、夹具误差和工件安装误差图例图例 钻孔夹具误差对加工精度的影响钻孔夹具误差对加工精度的影响3、丈量误差、丈量误差1量具、量仪和丈量方法本身的误差量具、量仪和丈量方法本身的误差2环境条件的影响温度、振动等环境条件的影响温度、振动等3丈量人员客观要素的影响视力、丈量丈量人员客观要素的影响视力、丈量 力大小等力大小等4正确选择和运用量具，以保证丈量精度正确选择和运用量具，以保证丈量精度4、调整误差调整误差试切法调整试切法调整定程机构调整定程机构调整样板、样件调整样板、样件调整夹具安装调整夹具安装调整 大批量消费时常采用行程挡块、靠模、凸轮作为定程机构，其制造精度和调整精度产生调整误差样件、样板的制造精度和安装精度、对刀精度产生调整误差丈量误差进给机构位移误差爬行景象加工余量的影响余量很小时，刀刃打滑 影响工件在机床上占有正确的加工位置5、工艺系、工艺系统磨损引统磨损引起的误差起的误差 磨损破坏了成形运动，改动了工件与磨损破坏了成形运动，改动了工件与刀具的相对位置和速比，产生加工误差刀具的相对位置和速比，产生加工误差 刀具磨损严重影响工件的刀具磨损严重影响工件的外形精度、尺寸精度外形精度、尺寸精度工艺系统：工艺系统：机床、夹具、机床、夹具、工件、刀具工件、刀具外力：切削力、传外力：切削力、传动力、惯性力、夹动力、惯性力、夹紧力、重力紧力、重力产生加工误差产生加工误差举例举例破坏了刀具、工破坏了刀具、工件间相对位置件间相对位置第三节第三节 工艺系统受力变形引起的加工误差工艺系统受力变形引起的加工误差 工艺系统受力变形景象工艺系统受力变形景象图图 受力变形对工件精度的影响受力变形对工件精度的影响 a)车长轴车长轴 b 磨内孔磨内孔 由此看来，为了保证和提高工件的加工精度，就由此看来，为了保证和提高工件的加工精度，就必需深化研讨并控制以致消除工艺系统及其有关组成必需深化研讨并控制以致消除工艺系统及其有关组成部分的变形。部分的变形。一工艺系统的刚度一工艺系统的刚度 工艺系统整体抵抗其变形的才干。其大小为：工艺系统整体抵抗其变形的才干。其大小为：背向力背向力Fp 旧规范中为径向切削分力旧规范中为径向切削分力Fy与工艺系统在该方与工艺系统在该方向上的变形向上的变形yxt的比值，即的比值，即kxt=Fp/yxt 留意：这里变形留意：这里变形yxt是总切削力的三个分力是总切削力的三个分力Fc、Fp、Ff旧规范中为旧规范中为Fz、Fy、Fx综协作用的结果。综协作用的结果。1.工艺系统刚度的概念工艺系统刚度的概念负负 刚刚 度度 现现 象象 假设出现变形方向与假设出现变形方向与Fp方向不一致的情况，如方向不一致的情况，如Fp与与yxt方向相反，工艺系统就处于负刚度形状。方向相反，工艺系统就处于负刚度形状。刀架系统在刀架系统在Fp力作用下引力作用下引起同向变形起同向变形y图图a；在在Fc力作用下引起的变形力作用下引起的变形y与与Fp方向相反图方向相反图b。负刚度景象对保证加工质量是不利的，此时车刀的刀负刚度景象对保证加工质量是不利的，此时车刀的刀尖将扎入工件扎刀的外圆外表，引起刀具的破损和振尖将扎入工件扎刀的外圆外表，引起刀具的破损和振动，应尽量防止。动，应尽量防止。图图 车削加工中的负刚度景象车削加工中的负刚度景象2、系统刚度与环节刚度、系统刚度与环节刚度 工艺系统的刚度是由组成工艺系统各部件的刚度决议工艺系统的刚度是由组成工艺系统各部件的刚度决议的。工艺系统的总变形量为：的。工艺系统的总变形量为：yxt=yjc+ydj+yjj+ygjkxt=Fp/yxt,kjc=Fp/yjc，kdj=Fp/ydj,kjj=Fp/yjj，kgj=Fp/ygj 工艺系统刚度的普通式为：工艺系统刚度的普通式为：kxt=1/(1/kjc+1/kdj+1/kj+1/kgj)假设知工艺系统各组成部分的刚度即环节刚度，假设知工艺系统各组成部分的刚度即环节刚度，就可以求出工艺系统的刚度。就可以求出工艺系统的刚度。3.机床部件刚度特点机床部件刚度特点 机床构造复杂，组成的零部件多，各零部件之间机床构造复杂，组成的零部件多，各零部件之间有不同的联接和运动方式，因此机床部件的刚度问题就有不同的联接和运动方式，因此机床部件的刚度问题就比较复杂。它的计算至今还没有适宜的方法，需求经过比较复杂。它的计算至今还没有适宜的方法，需求经过实验来测定。实验来测定。以下图为单向加载时车床刚度测定表示图。主轴部以下图为单向加载时车床刚度测定表示图。主轴部件、尾座及刀架的变形可分别从千分表件、尾座及刀架的变形可分别从千分表2、3和和6读出。读出。这种方法测得的这种方法测得的y方向位移是背向力方向位移是背向力Fp作用下引起作用下引起的变形。的变形。图图 单向静载测定车床刚度单向静载测定车床刚度 1心轴心轴 2、3、6千分表千分表 4测力环测力环 5螺旋加力器螺旋加力器 图车床刀架部件的刚度曲线图车床刀架部件的刚度曲线 一次加载一次加载 二次加载二次加载 三次加载三次加载1机床部件刚度的特点机床部件刚度的特点1 背向力背向力Fp与刀架变形与刀架变形ydj不是线性关系。不是线性关系。2 加载曲线与卸载曲线不重合。加载曲线与卸载曲线不重合。3 加载曲线与卸载曲线不封锁卸载后加载曲线与卸载曲线不封锁卸载后 由由于存在剩余变形，曲线回不到原点。于存在剩余变形，曲线回不到原点。4部件的实践刚度远比按实体构造的估计部件的实践刚度远比按实体构造的估计 值小。值小。图图7-15是以是以Fp为纵坐标，刀架变形为纵坐标，刀架变形ydj为横坐标的某为横坐标的某车床刀架部件的刚度实测曲线。实验中进展了三次加载车床刀架部件的刚度实测曲线。实验中进展了三次加载卸载循环，由图可以看出，机床部件的刚度曲线有以下特卸载循环，由图可以看出，机床部件的刚度曲线有以下特点：点：2影响机床部件刚度的要素影响机床部件刚度的要素 衔接外表间的接触变形图衔接外表间的接触变形图7-15示示 薄弱零件本身的影响图薄弱零件本身的影响图716 接合面间的接合面间的间隙间隙 接合面间摩擦力的影响接合面间摩擦力的影响两零件结合面间的接触情况两零件结合面间的接触情况接接 触触 刚刚 度度 实验研讨阐明，两个相接触的外表间受力作用时，两外表的接触实验研讨阐明，两个相接触的外表间受力作用时，两外表的接触变形变形y是外表压强是外表压强p的递增函数图。的递增函数图。因此，机床部件接合外表间刚度可较确切地用接触刚度来表示，因此，机床部件接合外表间刚度可较确切地用接触刚度来表示，即压强的微分即压强的微分dp与位移的微分与位移的微分dy的比值称为接触刚度的比值称为接触刚度kjkj=dp/dy图图7-15 外表接触变形与压强的关系外表接触变形与压强的关系图图716 机床部件刚度的薄弱环节机床部件刚度的薄弱环节 a)溜板中的楔铁溜板中的楔铁 b)轴承套轴承套二工艺系统受力变形对加工精度的影响二工艺系统受力变形对加工精度的影响1、切削力作用位置变化引起的加工误差、切削力作用位置变化引起的加工误差 根据资料力学的挠度计算公式，其切根据资料力学的挠度计算公式，其切削点工件的变形量为：削点工件的变形量为：yw=Fp(L-x)2x2/3E I L (7-18)从上式的计算结果和车削的实践情况从上式的计算结果和车削的实践情况都可证明，切削后的工件呈鼓形，其最大都可证明，切削后的工件呈鼓形，其最大直径在经过轴线中点的横截面内。直径在经过轴线中点的横截面内。1 工件的刚度及其变形工件的刚度及其变形2 工件短而粗工件短而粗 即此时工艺即此时工艺系统刚度主要系统刚度主要取决于机床刚取决于机床刚度度 当刀具切削到工件的恣意位置 C时图7-17示，工艺系统的总变形 y系统为：yxtyx+y刀架 经过推证可知工艺系统在工件切削点处的变形量为:y系统=Fp1/k刀+1/k头(L-x/x)2+1/k尾(x/L)2 (7-16)可以看出:y系统=f(x)，是一个二次抛物线方程，变形大小随刀具在x方向位置变化,使车出的工件呈抛物线外形图718。图图717 工艺系统受力变形随切削位置而变化工艺系统受力变形随切削位置而变化图图718 刚度变化呵斥工件误差刚度变化呵斥工件误差 1理想的工件外形；理想的工件外形；2k头头k尾时车出的工件外形尾时车出的工件外形3工艺系统刚度及总变形工艺系统刚度及总变形 综合上述两种情况，工艺系统的总变形量为综合上述两种情况，工艺系统的总变形量为式式7-16和式和式7-18的叠加的叠加 Y系统系统=Fp1/k刀架刀架+1/k头头(L-x/x)2+1/k尾尾(x/L)2+(L-x)2x2/3EIL工艺系统的刚度为工艺系统的刚度为Kxt=Fp/yxt=1/1/k刀架刀架+1/k头头(L-x/x)2+1/k尾尾(x/L)2+(L-x)2x2/3EIL可以看出可以看出 Kxt=f(x)由于在工件加工的不同位置，由于在工件加工的不同位置，Kxt不同，使加不同，使加工后工件的径向尺寸不同，从而产生外形误差。工后工件的径向尺寸不同，从而产生外形误差。2、切削力、切削力 大小变化引起的加工误差误差复映大小变化引起的加工误差误差复映 在加工过程中，由于工件加工余量或资料硬度不均匀，在加工过程中，由于工件加工余量或资料硬度不均匀，都会引起背向力的变化，从而使工艺系统受力变形不一致都会引起背向力的变化，从而使工艺系统受力变形不一致而产生加工误差。而产生加工误差。以车削短圆柱工件外圆为例，如图以车削短圆柱工件外圆为例，如图7-19所示。所示。由于毛坯存在的圆度误差由于毛坯存在的圆度误差m=ap1-ap2引起了工件产生圆度误差引起了工件产生圆度误差w=y1-y2 且且m越大，越大，w越大，这种由于工艺系统受力变形的越大，这种由于工艺系统受力变形的变化而使毛坯椭圆外形误差复映到加工后工件外表的景象变化而使毛坯椭圆外形误差复映到加工后工件外表的景象称为称为“误差复映。误差复映。图图719 毛坯外形误差复映毛坯外形误差复映1称为误差复映系数，mw f、ap、vc 分别为进给量、背吃刀量和切削速度；pFKpFC、pppFFFnyx、CKvfCppFpFpFncyF1pFxppcaF)(),(222111yacFyacFpPpp式中与切削条件有关；指数；，所以在一次走刀加工中，切削速度、进给量及其它切削条件设为不变，即C为常数，在车削加工中，即pFKpFncvpFyfpFxpapFCpF981.0中车削力的计算公式根据表12由于y1、y2相对ap1、ap2而言数值较小，可忽略不计，即有 mxtppxtxtPxtpwppppkCaakCkFFFyycaFcaF)(,2121212211所以xtkC 由上式可知,工艺系统的刚度kxt越大,复映系数越小,毛坯误差复映到工件上去的部分就越少。普通1时时,公差带公差带T大于尺寸分散范围大于尺寸分散范围6,具备了工序不产具备了工序不产生废品的必要条件生废品的必要条件,但不是充分条件。但不是充分条件。q要不出废品，还必需保证调整的正确性，即要不出废品，还必需保证调整的正确性，即 x 与与LM要重合。只需当要重合。只需当CP大于大于1，同时，同时T-2x-LM大于大于6时，才干确保不出废品。时，才干确保不出废品。q当当CP1时，尺寸分散范围时，尺寸分散范围6超出公差带超出公差带T，此时不论如何调整，必，此时不论如何调整，必将产生部分废品。将产生部分废品。q当当CP=1，公差带，公差带T与尺寸分散范围与尺寸分散范围6相等，在各种常值系统误差的相等，在各种常值系统误差的影响下，该工序也将产生部分废品。影响下，该工序也将产生部分废品。由分布函数的定义可知，正态分布函数是正态分布概率密度函数的积分：dxexxxx2)(2121)(x 正态分布曲线上下积分限间包含的面积，它表征了正态分布曲线上下积分限间包含的面积，它表征了 随机变量随机变量x落在区间落在区间，x上的概率。上的概率。令令,xxz那么有：那么有：dzezzz02221)(z)为右图中阴影线部分的面积。对于不同 z值的(z)，可由表查出4估算工序加工的合格率及废品率估算工序加工的合格率及废品率 分布曲线与分布曲线与x轴所包围的面积代表了一轴所包围的面积代表了一批零件的总数。假设尺寸分散范围超出零件批零件的总数。假设尺寸分散范围超出零件的公差带，那么一定有废品产生，如图的公差带，那么一定有废品产生，如图7-35所示的阴影部分。所示的阴影部分。假设尺寸落在假设尺寸落在Lmin、Lmax范围内，工范围内，工件的概率即空白部分的面积就是加工工件的件的概率即空白部分的面积就是加工工件的合格率。合格率。图图735 废品率计算废品率计算5.分布图分析法的缺陷分布图分析法的缺陷 v分布图分析法不能反映误差的变化趋势。分布图分析法不能反映误差的变化趋势。v 加工中，由于随机性误差和系统性误差加工中，由于随机性误差和系统性误差同时存在，在没有思索到工件加工先后顺序同时存在，在没有思索到工件加工先后顺序的情况下，很难把随机性误差和变值系统性的情况下，很难把随机性误差和变值系统性误差区分开来。误差区分开来。v由于在一批工件加工终了后，才干得出尺由于在一批工件加工终了后，才干得出尺寸分布情况，因此不能在加工过程中起到及寸分布情况，因此不能在加工过程中起到及时控制质量的作用。时控制质量的作用。2 2点图分析法点图分析法1点图的方式点图的方式1 个值点图个值点图 按加工顺序逐个地丈量一批工件的尺寸按加工顺序逐个地丈量一批工件的尺寸，以工件序号为横坐标，以工件的加工，以工件序号为横坐标，以工件的加工尺寸为纵坐标，就可作出个值点图图尺寸为纵坐标，就可作出个值点图图7-47。v个值点图反映了工件逐个的尺寸变化与加工时间的关系。假设点图上的个值点图反映了工件逐个的尺寸变化与加工时间的关系。假设点图上的上、下极限点包络成二根平滑的曲线，并作这两根曲线的平均值曲线，就上、下极限点包络成二根平滑的曲线，并作这两根曲线的平均值曲线，就能较清楚地提示出加工过程中误差的性质及其变化趋势，如图能较清楚地提示出加工过程中误差的性质及其变化趋势，如图7-48所示。所示。v平均值曲线平均值曲线OO表示每一瞬时的分散中心，反映了变值系统性误差表示每一瞬时的分散中心，反映了变值系统性误差随时间变化的规律随时间变化的规律.v其起始点其起始点O位置的高低阐明常值系统性误差的大小。整个几何图形将随位置的高低阐明常值系统性误差的大小。整个几何图形将随常值系统性误差的大小不同，而在垂直方向处于不同位置。常值系统性误差的大小不同，而在垂直方向处于不同位置。v上下限上下限AA 和和BB间的宽度表示在随机性误差作用下加工过程的尺寸间的宽度表示在随机性误差作用下加工过程的尺寸分散范围，反映了随机性误差的变化规律。分散范围，反映了随机性误差的变化规律。图图747 个值点图个值点图图图748 个值点图上反映误差变化趋势个值点图上反映误差变化趋势R点图点图 为了能直接反映出加工中系统性误为了能直接反映出加工中系统性误差和随机性误差随加工时间的变化差和随机性误差随加工时间的变化趋势，实践消费中常用样组点图来趋势，实践消费中常用样组点图来替代个值点图。替代个值点图。前者控制工艺过程质量目的的分布中心，反映了系前者控制工艺过程质量目的的分布中心，反映了系统性误差及其变化趋势；统性误差及其变化趋势；后者控制工艺过程质量目的的分散程度，反映了随后者控制工艺过程质量目的的分散程度，反映了随机性误差及其变化趋势。机性误差及其变化趋势。1X样组点图的种类很多，最常用的是样组点图的种类很多，最常用的是 X R点图平均点图平均值值极差点图。极差点图。它由它由X点图和点图和R点图结合而成。点图结合而成。单独的单独的点图或点图或R点图不能全面反映加工误差的情况，点图不能全面反映加工误差的情况，必需结合起来运用。必需结合起来运用。X 设现抽取依次加工的设现抽取依次加工的m个工件为第个工件为第i组，那么第组，那么第i样样组的平均值组的平均值Xi和极差和极差Ri值为值为 式中式中 ximax和和ximim分别为第分别为第i样组中工件的最大尺样组中工件的最大尺寸和最小尺寸。寸和最小尺寸。以样组序号为横坐标，分别以以样组序号为横坐标，分别以Xi和和Ri为纵坐标，就可为纵坐标，就可以分别作出以分别作出X点图和点图和R点图，如图点图，如图7-49所示。所示。X-R点图的绘制：点图的绘制：是以小样本顺序随机抽样为根底。在加工过程中，每隔一是以小样本顺序随机抽样为根底。在加工过程中，每隔一定的时间，随机抽取几件为一组作为一个小样本。定的时间，随机抽取几件为一组作为一个小样本。每组工件数即小样本容量每组工件数即小样本容量m=210件，普通取件，普通取m=45件，共抽取件，共抽取k=2025组，共组，共80100个工件的数据。个工件的数据。在获得这些数据的根底上，再计算每组的平均值在获得这些数据的根底上，再计算每组的平均值Xi和极差和极差Ri。minmax11iiimiiixxRxmx图图749 XR点图点图2点图分析法的运用点图分析法的运用v点图分析法是全面质量管理中用以控制产品加工点图分析法是全面质量管理中用以控制产品加工质量的主要方法之一，它是用于分析和判别工序能质量的主要方法之一，它是用于分析和判别工序能否处于稳定形状所运用的带有控制界限的图，又称否处于稳定形状所运用的带有控制界限的图，又称管理图。管理图。vX-R点图主要用于工艺验证、分析加工误差以及点图主要用于工艺验证、分析加工误差以及对加工过程的质量控制。对加工过程的质量控制。v工艺验证就是断定现行工艺或预备投产的新工艺工艺验证就是断定现行工艺或预备投产的新工艺能否稳定地保证产品的加工质量要求。能否稳定地保证产品的加工质量要求。v工艺验证的主要内容是经过抽样检查，确定其工工艺验证的主要内容是经过抽样检查，确定其工序才干和工序才干系数，并判别工艺过程能否稳定。序才干和工序才干系数，并判别工艺过程能否稳定。工艺过程出现异常动摇，阐明总体分布的数字工艺过程出现异常动摇，阐明总体分布的数字特征特征、发生了变化，这种变化不一定就是坏发生了变化，这种变化不一定就是坏事。事。例如发现点子密集在中心线上下附近，阐例如发现点子密集在中心线上下附近，阐明分散范围变小了，这是好事。但应查明缘由，明分散范围变小了，这是好事。但应查明缘由，使之稳定，以进一步提高工序才干即减小使之稳定，以进一步提高工序才干即减小6值。值。再如刀具磨损会使工件平均尺寸的误差逐再如刀具磨损会使工件平均尺寸的误差逐渐添加，使工艺过程不稳定。虽然刀具磨损是渐添加，使工艺过程不稳定。虽然刀具磨损是机械加工中的正常景象，假设不适时加以调整，机械加工中的正常景象，假设不适时加以调整，就有能够出现废品。就有能够出现废品。工艺过程能否稳定，取决于该工序所采用的工艺过程中本身的误差情况，与产品能否出现废品不是一回事。假设某工序的工艺过程是稳定的，其工序才干系数Cp值也足够大，且样本平均值与公差带中心根本重合，那么只需在加工过程中不出现异常动摇，就可以断定它不会产生废品。加工过程中不出现异常动摇，阐明该工序的工艺过程处于控制之中，可以继续进展加工，否那么就应停机检查，找出缘由，采取措施消除使加工误差增大的要素，使质量管理从事后检验变为事前预防。