-机械加工精度讲述课件

第四章第四章 机械加工精度及其控制机械加工精度及其控制n第一节 概述n第二节 工艺系统的几何误差n第三节 工艺系统的受力变形n第四节 工艺系统的受热变形n第五节 加工误差的统计分析n第六节 保证和提高加工精度的措施第一节第一节 概概 述述加加工工质质量量机械加工精度机械加工精度表面质量表面质量尺寸精度尺寸精度:如长度、宽度、高度和直径。如长度、宽度、高度和直径。形状精度形状精度:如圆度、锥度、圆柱度、平面如圆度、锥度、圆柱度、平面度和直线度度和直线度 位置精度位置精度:如平行度、垂直度和同轴度如平行度、垂直度和同轴度 加工表面的几何形状误差加工表面的几何形状误差表面层的物理力学性能和化学性能表面层的物理力学性能和化学性能一、机械加工精度与加工误差一、机械加工精度与加工误差1、机械加工精度的概念、机械加工精度的概念机机械械加加工工精精度度是是指指零零件件加加工工后后的的实实际际几几何何参参数数(尺尺寸寸、形形状状和和表表面间的相互位置面间的相互位置)与理想几何参数的与理想几何参数的符合程度符合程度。2、机械加工误差的概念、机械加工误差的概念机机械械加加工工误误差差是是指指零零件件加加工工后后的的实实际际几几何何参参数数(尺尺寸寸、形形状状和和表表面间的相互位置面间的相互位置)与理想几何参数的与理想几何参数的偏离程度偏离程度。3、机械加工精度与机械加工误差的关系、机械加工精度与机械加工误差的关系加加工工精精度度的的高高低低是是通通过过加加工工误误差差的的大大小小来来表表示示的的。所所谓谓保保证证和和提提高高加加工工精精度度问问题题，实实际际上上就就是是限限制制和和降降低低加加工工误误差差问问题题，即即误差就是精度的度量。误差就是精度的度量。4、工艺系统的概念、工艺系统的概念在在机机械械加加工工时时，机机床床、夹夹具具、刀刀具具和和工工件件就就构构成成了了一一个个完完整整的的系统，称之为工艺系统。系统，称之为工艺系统。5、原始误差原始误差 把把工工艺艺系系统统中中存存在在的的各各种种误误差差称称之之为为原原始始误误差差。它它总总是是以以不不同同方式和比例反映出来，使零件加工后产生加工误差。方式和比例反映出来，使零件加工后产生加工误差。6、研究加工精度的目的研究加工精度的目的 就就是是要要弄弄清清各各种种原原始始误误差差的的物物理理、力力学学本本质质，以以及及它它们们对对加加工工精精度度影影响响的的规规律律，掌掌握握控控制制加加工工误误差差的的方方法法，从从而而找找出出提提高高加加工精度的途径。工精度的途径。二、影响机械加工精度的因素二、影响机械加工精度的因素机床机床夹具夹具刀具刀具工件工件环境环境各原始误差的大小和方向是各不相同的，而加工误差则必须在各原始误差的大小和方向是各不相同的，而加工误差则必须在工序尺寸方向工序尺寸方向上度量。上度量。三、误差的敏感方向三、误差的敏感方向R=OA-OA=(Ro2+2+2Rocos)1/2-Rocos+2/2Ro当当=0时，时，Rmax=当当=90时，时，Rmin=2/2Ro误差的敏感方向误差的敏感方向:对加工精度影响最大对加工精度影响最大的那个方向的那个方向(即通过刀刃的加工表面即通过刀刃的加工表面的法向的法向)。R2-Ro2=Z2 (Ro+R)2-Ro2=Z2 R=Z2/2Ro误差的不敏感方向误差的不敏感方向:对加工精度影响最对加工精度影响最小的那个方向小的那个方向(即通过刀刃的加工表即通过刀刃的加工表面的切向面的切向)。四、研究加工精度的方法四、研究加工精度的方法1、单因素分析法单因素分析法 2、统计分析法统计分析法 研究某一确定因素对加工精度的影响，不考虑其它因研究某一确定因素对加工精度的影响，不考虑其它因素的同时作用。素的同时作用。以实测为基础，运用统计方法进行数据处理，以控制以实测为基础，运用统计方法进行数据处理，以控制工艺过程。统计分析法只适用批量生产。工艺过程。统计分析法只适用批量生产。第二节第二节 工艺系统的几何误差工艺系统的几何误差1、近似刀具加工所造成的误差、近似刀具加工所造成的误差2、由于采用近似的加工运动方法所造成的误差、由于采用近似的加工运动方法所造成的误差 展成法切削齿轮：展成法切削齿轮：展成法切削齿轮：展成法切削齿轮：一、加工原理误差一、加工原理误差：采用了近似的成形运动或近似的：采用了近似的成形运动或近似的切削刃轮廓进行加工而产生的误差。切削刃轮廓进行加工而产生的误差。二、调整误差二、调整误差1、试切法中影响调整误差的因素：单件小批生产试切法中影响调整误差的因素：单件小批生产 2、调整法中影响调整误差的因素：成批大量生产调整法中影响调整误差的因素：成批大量生产 1)1)测量误差：指量具的精度、测量的方法或使用条件的影响产生。测量误差：指量具的精度、测量的方法或使用条件的影响产生。2 2）机床进给机构的位移误差：当试切最后）机床进给机构的位移误差：当试切最后刀时，常会出现进给机刀时，常会出现进给机构的构的“爬行爬行”现象。现象。试切时与正式切削时切削层厚度不同的影响：试切时与正式切削时切削层厚度不同的影响：1 1）精加工：刀刃半径）精加工：刀刃半径 切削层厚度，打滑切削层厚度，打滑2 2）粗加工：切削层厚度大，变形大）粗加工：切削层厚度大，变形大 除以试切为依据外除以试切为依据外 ：1)1)定程机构误差：广泛采用行程挡块、靠模、凸轮等定程机构误差：广泛采用行程挡块、靠模、凸轮等2)2)样件或样板的误差：包括样件或样板的制造误差、安装误差和对刀样件或样板的误差：包括样件或样板的制造误差、安装误差和对刀误差。误差。3)3)测量有限试件造成的误差测量有限试件造成的误差 1 1、机床导轨的几何误差、机床导轨的几何误差机床导轨导向误差的概念机床导轨导向误差的概念机床导轨导向误差的概念机床导轨导向误差的概念机床导轨副是实现直线运动的主要部件机床导轨副是实现直线运动的主要部件,其制造和装配其制造和装配精度是影响直线运动的主要因素精度是影响直线运动的主要因素,直接影响工件的加工直接影响工件的加工质量质量.导轨导向精度是指机床导轨副的运动件实际运动方向导轨导向精度是指机床导轨副的运动件实际运动方向与理想运动方向的符合程度。与理想运动方向的符合程度。导轨导向误差是指机床导轨副的运动件实际运动方向导轨导向误差是指机床导轨副的运动件实际运动方向与理想运动方向的偏离程度。与理想运动方向的偏离程度。三、机床误差三、机床误差1 1、机床导轨的几何误差、机床导轨的几何误差机床导轨导向误差的类型机床导轨导向误差的类型机床导轨导向误差的类型机床导轨导向误差的类型a.a.导轨在水平面内的直线度导轨在水平面内的直线度误差误差b.b.导轨在垂直面内的直线度导轨在垂直面内的直线度误差误差c.c.前后导轨的平行度误差前后导轨的平行度误差d.d.导轨与主轴回转轴线的平导轨与主轴回转轴线的平行度误差行度误差一般机床：一般机床：10001000：0.020.02精密机床：精密机床：10001000：0.010.01接触精度：每平方英寸不少接触精度：每平方英寸不少于于2020个点。个点。机床导轨误差对工件精度的影响机床导轨误差对工件精度的影响机床导轨误差对工件精度的影响机床导轨误差对工件精度的影响a.a.水平面内直线度误差的影响水平面内直线度误差的影响水平面内直线度误差的影响水平面内直线度误差的影响由由于于刀刀尖尖相相对对于于工工件件回回转转轴轴线线在在加加工工表表面面径径向向方方向向的的变变化化属属敏敏感感方方向向，故故其其对对零零件件的的形形状状精度影响很大。精度影响很大。1 1、机床导轨的几何误差、机床导轨的几何误差由由于于刀刀尖尖相相对对于于工工件件回回转转轴轴线线在在加加工工表表面面切切线线方方向向的的变变化化属属非非敏敏感方向，故其对零件的形状精度影响极小。感方向，故其对零件的形状精度影响极小。b.b.垂直面内直线度误差的影响垂直面内直线度误差的影响垂直面内直线度误差的影响垂直面内直线度误差的影响1 1、机床导轨的几何误差、机床导轨的几何误差c.c.前后导轨的平行度误差的影响前后导轨的平行度误差的影响前后导轨的平行度误差的影响前后导轨的平行度误差的影响车床车床:H/B:H/B2/32/3磨床磨床:H:HB B对零件精度的影响不容忽视对零件精度的影响不容忽视1 1、机床导轨的几何误差、机床导轨的几何误差机床安装或地基不良机床安装或地基不良导轨磨损导轨磨损加工过程中的力、热加工过程中的力、热1 1、机床导轨的几何误差、机床导轨的几何误差机床导轨误差产生的原因机床导轨误差产生的原因机床导轨误差产生的原因机床导轨误差产生的原因设计与制造时设计与制造时:从结构、材料、润滑、防护装置采取措施从结构、材料、润滑、防护装置采取措施安装时安装时:校正好水平和保证地基质量校正好水平和保证地基质量使用时使用时:调整导轨配合间隙，保证良好的润滑和维护调整导轨配合间隙，保证良好的润滑和维护提高机床导轨精度的措施提高机床导轨精度的措施提高机床导轨精度的措施提高机床导轨精度的措施2.机床主轴的回转误差机床主轴的回转误差1 1）主轴回转误差：指主轴实际回转轴线对其理想回转轴线的）主轴回转误差：指主轴实际回转轴线对其理想回转轴线的漂移。漂移。理想回转轴线：回转轴线的空间位置应该固定不变，即理想回转轴线：回转轴线的空间位置应该固定不变，即 回转轴线没有任何运动。回转轴线没有任何运动。平均回转轴线：主轴各瞬时回转轴线的平均值平均回转轴线：主轴各瞬时回转轴线的平均值主轴回转误差就是主轴瞬时回转轴线对其平均回转轴线的主轴回转误差就是主轴瞬时回转轴线对其平均回转轴线的飘移。飘移。主轴回转误差的概念主轴回转误差的概念2、机床主轴的回转误差、机床主轴的回转误差回转误差的表现形式回转误差的表现形式a.a.轴向窜动：轴向窜动：轴向窜动：轴向窜动：瞬时回转轴线始终沿平均回转轴线方向的瞬时回转轴线始终沿平均回转轴线方向的瞬时回转轴线始终沿平均回转轴线方向的瞬时回转轴线始终沿平均回转轴线方向的轴向运动，影响端面形状（产生端面凸轮）轴向运动，影响端面形状（产生端面凸轮）轴向运动，影响端面形状（产生端面凸轮）轴向运动，影响端面形状（产生端面凸轮）和轴向尺寸。和轴向尺寸。和轴向尺寸。和轴向尺寸。b.b.径向跳动：径向跳动：径向跳动：径向跳动：瞬时回转轴线始终平行于平均回转轴线方瞬时回转轴线始终平行于平均回转轴线方瞬时回转轴线始终平行于平均回转轴线方瞬时回转轴线始终平行于平均回转轴线方向的径向运动，影响圆度和圆柱度。向的径向运动，影响圆度和圆柱度。向的径向运动，影响圆度和圆柱度。向的径向运动，影响圆度和圆柱度。c.c.角度摆动：角度摆动：角度摆动：角度摆动：瞬时回转轴线与平均回转轴线成一倾角，瞬时回转轴线与平均回转轴线成一倾角，瞬时回转轴线与平均回转轴线成一倾角，瞬时回转轴线与平均回转轴线成一倾角，但其交点位置固定不变的运动，影响圆柱但其交点位置固定不变的运动，影响圆柱但其交点位置固定不变的运动，影响圆柱但其交点位置固定不变的运动，影响圆柱面与端面。面与端面。面与端面。面与端面。2、机床主轴的回转误差、机床主轴的回转误差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 例：镗孔时镗杆回转，镗杆例：镗孔时镗杆回转，镗杆中心作中心作y y方向的简谐振动方向的简谐振动:刀尖至实际回转轴线的距离为刀尖至实际回转轴线的距离为定值定值R-R-镗杆半径；镗杆半径；2、机床主轴的回转误差、机床主轴的回转误差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 例：车削时工件回转，主轴例：车削时工件回转，主轴中心作中心作y y方向的简谐振动方向的简谐振动:车刀刀尖到平均回转轴线车刀刀尖到平均回转轴线o的的距离距离R为定值为定值 2 2、机床主轴的回转误差、机床主轴的回转误差影响主轴回转精度的因素影响主轴回转精度的因素1)1)轴承误差的影响：轴承误差的影响：a)a)工件回转类机床工件回转类机床 b)b)刀具回转类机床刀具回转类机床2)2)轴承间隙的影响轴承间隙的影响3)3)与轴承配合零件误差的影响与轴承配合零件误差的影响4)4)主轴转速的影响主轴转速的影响5)5)主轴系统的径向不等刚度和主轴系统的径向不等刚度和热变形热变形 2、机床主轴的回转误差、机床主轴的回转误差提高主轴回转精度的措施提高主轴回转精度的措施1)1)提高主轴部件的制造精度提高主轴部件的制造精度 a)a)提高轴承的回转精度提高轴承的回转精度 b)b)提高箱体支承孔、主轴轴颈和与轴承相提高箱体支承孔、主轴轴颈和与轴承相配合有关表面配合有关表面 的加工精度的加工精度 c)c)补偿或抵消误差补偿或抵消误差2)2)对滚动轴承进行预紧：对滚动轴承进行预紧：增加轴承刚度，对误差起均化作用增加轴承刚度，对误差起均化作用3)3)使主轴的回转误差不反映到工件上使主轴的回转误差不反映到工件上 a)a)外圆磨床：固定双顶尖；外圆磨床：固定双顶尖；b)b)前后支承的镗模前后支承的镗模传动链传动误差的概念传动链传动误差的概念传动链传动误差的概念传动链传动误差的概念3 3、机床传动链的传动误差、机床传动链的传动误差指内联系的传动链中首末两端传动元件之间相对运动的指内联系的传动链中首末两端传动元件之间相对运动的误差误差,是螺纹、齿轮以及其它按展成原理加工时，影响加是螺纹、齿轮以及其它按展成原理加工时，影响加工精度的主要因素。工精度的主要因素。产生传动链传动误差的原因产生传动链传动误差的原因产生传动链传动误差的原因产生传动链传动误差的原因传动链中各传动元件如齿轮、蜗轮、蜗杆、丝杠、螺母传动链中各传动元件如齿轮、蜗轮、蜗杆、丝杠、螺母等有制造误差、装配误差和磨损。等有制造误差、装配误差和磨损。传动链误差对工件加工精度的影响传动链误差对工件加工精度的影响传动链误差对工件加工精度的影响传动链误差对工件加工精度的影响3 3、机床传动链的传动误差、机床传动链的传动误差传动链传动误差用传动链末端传动链传动误差用传动链末端元件的转角误差来衡量：元件的转角误差来衡量：1n1n=1 1(64/16)(23/23)(23/23)(64/16)(23/23)(23/23)(46/46)i(46/46)ic ciif f(1/96)=k(1/96)=k1 11 12n2n=2 2(23/23)(23/23)(46/46)(23/23)(23/23)(46/46)iic ciif f(1/96)=k(1/96)=k2 211（n-1n-1）n n=n-1n-11/961/96nnnn=n n11概率法概率法概率法概率法传动件数越少，传动链越短，则传动精度高；传动件数越少，传动链越短，则传动精度高；传动比传动比i小，特别是传动链末端传动副的传动比小，则传动小，特别是传动链末端传动副的传动比小，则传动链中其余各传动元件误差对传动精度的影响就越小，因此传链中其余各传动元件误差对传动精度的影响就越小，因此传动链中采用降速比的传动是保证传动精度的重要原则；动链中采用降速比的传动是保证传动精度的重要原则；传动链中各传动件的加工、装配误差对传动精度均有影响，传动链中各传动件的加工、装配误差对传动精度均有影响，其中传动链中最后一个传动件的影响最大。其中传动链中最后一个传动件的影响最大。采用校正装置采用校正装置3 3、机床传动链的传动误差、机床传动链的传动误差减少传动链传动误差的措施减少传动链传动误差的措施减少传动链传动误差的措施减少传动链传动误差的措施四、夹具的制造误差与磨损四、夹具的制造误差与磨损定位元件、刀具导向元件、分度机构、夹具体的制造误差。定位元件、刀具导向元件、分度机构、夹具体的制造误差。夹具装配后，以上各元件工作面间的相对尺寸误差。夹具装配后，以上各元件工作面间的相对尺寸误差。夹具在使用过程中工作表面的磨损。夹具在使用过程中工作表面的磨损。五、刀具的制造精度和尺寸磨损五、刀具的制造精度和尺寸磨损1.定尺寸刀具：刀具的尺寸精度直接影响工件的尺寸精度。定尺寸刀具：刀具的尺寸精度直接影响工件的尺寸精度。2.一般刀具：车刀、立铣刀等，主要靠调整刀具位置来保证加工尺寸，其制一般刀具：车刀、立铣刀等，主要靠调整刀具位置来保证加工尺寸，其制造精度不影响加工尺寸精度。但刀具磨损将对工件的加工精度产生影响。造精度不影响加工尺寸精度。但刀具磨损将对工件的加工精度产生影响。a.初期磨损阶段初期磨损阶段b.正常磨损阶段正常磨损阶段c.急剧磨损阶段急剧磨损阶段3.成形刀具：刀具的形状误差将直接成形刀具：刀具的形状误差将直接影响工件的形状精度。影响工件的形状精度。4.展成刀具：刀刃形状必须是加工表展成刀具：刀刃形状必须是加工表面的共轭曲线，因此刀刃的形状误面的共轭曲线，因此刀刃的形状误差将影响加工表面的形状精度。差将影响加工表面的形状精度。五、刀具的制造精度和尺寸磨损五、刀具的制造精度和尺寸磨损a.选用合理的刀具材料；选用合理的刀具材料；b.进行刀具补偿；进行刀具补偿；c.选用最佳的切削用量；选用最佳的切削用量；高速钢刀具：高速钢刀具：V佳佳=0.4-0.5 m/s硬质合金刀具硬质合金刀具:V佳佳=1.73.2 m/s减少刀具尺寸磨损对加工精度影响的措施减少刀具尺寸磨损对加工精度影响的措施第三节第三节 工艺系统的受力变形工艺系统的受力变形1 1基本概念基本概念基本概念基本概念1.刚度和柔度刚度和柔度1基本概念基本概念2.工艺系统的刚度工艺系统的刚度式中：式中：Fy：切削力在：切削力在Y方向的分力；方向的分力；y：系统在切削力：系统在切削力Fx、Fy、Fz共同作用下在共同作用下在Y方向上的变形；方向上的变形；工艺系统是由机床、刀具、夹具、工件等组成，系统的受力变工艺系统是由机床、刀具、夹具、工件等组成，系统的受力变形应等于各环节在误差敏感方向的变形之和。即：形应等于各环节在误差敏感方向的变形之和。即：依据刚度的定义依据刚度的定义依据刚度的定义依据刚度的定义3.3.工艺系统刚度的计算工艺系统刚度的计算工艺系统刚度的计算工艺系统刚度的计算1基本概念基本概念2工艺系统受力变形对加工精度的影响工艺系统受力变形对加工精度的影响1.切削力作用点位置变化引起切削力作用点位置变化引起的工件形状误差的工件形状误差以车削为例：以车削为例：以车削为例：以车削为例：a.a.只考虑机床变形只考虑机床变形只考虑机床变形只考虑机床变形 工件短而粗，车刀悬伸很短，工件工件短而粗，车刀悬伸很短，工件和刀具的变形可以忽略不汁。工件和刀具的变形可以忽略不汁。工件余量均匀，切削力保持不变。余量均匀，切削力保持不变。b.b.考虑刀架的变形考虑刀架的变形考虑刀架的变形考虑刀架的变形1.切削力作用点位置变化引起的工件形状误差切削力作用点位置变化引起的工件形状误差c.c.仅考虑工件的变形仅考虑工件的变形仅考虑工件的变形仅考虑工件的变形:加工细长轴加工细长轴加工细长轴加工细长轴,相当于简支梁相当于简支梁相当于简支梁相当于简支梁.1.切削力作用点位置变化引起的工件形状误差切削力作用点位置变化引起的工件形状误差d.d.工艺系统的总变形工艺系统的总变形工艺系统的总变形工艺系统的总变形2.切削力大小变化引起的加工误差切削力大小变化引起的加工误差以车短轴为例：工艺系统的刚度近似地看作常量以车短轴为例：工艺系统的刚度近似地看作常量以车短轴为例：工艺系统的刚度近似地看作常量以车短轴为例：工艺系统的刚度近似地看作常量k k k k。毛坯形状误差大或材料硬度不均匀毛坯形状误差大或材料硬度不均匀毛坯形状误差大或材料硬度不均匀毛坯形状误差大或材料硬度不均匀=切削力有较大切削力有较大切削力有较大切削力有较大变化变化变化变化=工艺系统的变形变化工艺系统的变形变化工艺系统的变形变化工艺系统的变形变化=工件加工误差。工件加工误差。工件加工误差。工件加工误差。切削分力切削分力切削分力切削分力F Fy y可表示为：可表示为：可表示为：可表示为：车削时车削时XFc=1，在一次走刀中，在一次走刀中f不变，故：不变，故：车削前圆度误差：车削前圆度误差：车削后圆度误差：车削后圆度误差：车削后圆度误差：车削后圆度误差：以车削椭圆形横截面毛坯为例以车削椭圆形横截面毛坯为例以车削椭圆形横截面毛坯为例以车削椭圆形横截面毛坯为例:m=a:m=ap1p1-a-ap2,p2,g=yg=y1 1-y-y2,2,称为误差复映称为误差复映称为误差复映称为误差复映令：令：令：令：则：则：则：则：第一次走刀：第一次走刀：第一次走刀：第一次走刀：第二次走刀：第二次走刀：第二次走刀：第二次走刀：第第第第n n次走刀：次走刀：次走刀：次走刀：可见：可见：n，则：Kxt，则：，则：2.切削力大小变化引起的加工误差切削力大小变化引起的加工误差1）夹紧力引起的变形对工件的影响：）夹紧力引起的变形对工件的影响：2）重力引起的变形对工件的影响：）重力引起的变形对工件的影响：3.3.夹紧力和重力引起的加工误差夹紧力和重力引起的加工误差三、机床刚度的测定三、机床刚度的测定变形与作用力不是线性关系，非纯粹弹性变形；变形与作用力不是线性关系，非纯粹弹性变形；加载与卸载曲线不重合，克服摩擦和接触变形。加载与卸载曲线不重合，克服摩擦和接触变形。卸载后不回到原点，说明有残余变形。卸载后不回到原点，说明有残余变形。部件刚度远小于按实体估算的刚度；部件刚度远小于按实体估算的刚度；1.1.机床部件刚度的测定：机床部件刚度的测定：机床部件刚度的测定：机床部件刚度的测定：2.影响机床部件刚度的因素影响机床部件刚度的因素连接表面的接触变形连接表面的接触变形连接表面的接触变形连接表面的接触变形接触表面之间的摩擦接触表面之间的摩擦接触表面之间的摩擦接触表面之间的摩擦连接表面间的间隙影响连接表面间的间隙影响连接表面间的间隙影响连接表面间的间隙影响薄弱零件本身的变形薄弱零件本身的变形薄弱零件本身的变形薄弱零件本身的变形四、减少工艺系统受力变形的措施四、减少工艺系统受力变形的措施1.合理的结构设计；合理的结构设计；合理的结构设计；合理的结构设计；2.提高连接表面的接触刚度；提高连接表面的接触刚度；提高连接表面的接触刚度；提高连接表面的接触刚度；a.a.提高机床部件中零件间结合表面的质量；提高机床部件中零件间结合表面的质量；提高机床部件中零件间结合表面的质量；提高机床部件中零件间结合表面的质量；b.b.给机床部件以预加载荷；给机床部件以预加载荷；给机床部件以预加载荷；给机床部件以预加载荷；c.c.提高工件定位基准面的精度和表面质量；提高工件定位基准面的精度和表面质量；提高工件定位基准面的精度和表面质量；提高工件定位基准面的精度和表面质量；4.4.4.4.选用合理的切削用量、合理的刀具角选用合理的切削用量、合理的刀具角选用合理的切削用量、合理的刀具角选用合理的切削用量、合理的刀具角 度，度，度，度，减小切削力；减小切削力；减小切削力；减小切削力；3.3.3.3.采用合理的安装、加工方法；采用合理的安装、加工方法；采用合理的安装、加工方法；采用合理的安装、加工方法；五、内应力五、内应力(残余应力残余应力)对加工精度的影响对加工精度的影响工件的内应力工件的内应力毛坯热应力毛坯热应力切削加工内应力切削加工内应力冷校直内应力冷校直内应力对对于于铸铸、锻锻、焊焊毛毛坯坯，由由于于各各部部分分厚厚度度不不均均，冷冷却却速速度度不等而产生的内应力。不等而产生的内应力。对于铸件：对于铸件：“厚拉薄压厚拉薄压”“心部受拉、表层受压心部受拉、表层受压”力力的的作作用用使使工工件件表表层层产产生生压压应应力力，热热作作用用使使工工件件表表层层产产生生拉拉应应力力。在在大大多多数数的的情情况况下下热热的的作作用用大大于于力力的的作作用用，故故工工件件表表层层应应力力通通常常呈呈“表表层层受受拉拉，里里层层受压受压”状态。状态。减少内应力的措施：减少内应力的措施：时效处理；时效处理；结构上保证壁厚均匀；结构上保证壁厚均匀；减小切削力，减小切削力，“小切深，多走刀小切深，多走刀”；尽量不用冷校直工序；尽量不用冷校直工序；第四节第四节 工艺系统受热变形工艺系统受热变形一、热源一、热源1.1.切削热：（内部热源）切削热：（内部热源）切削热：（内部热源）切削热：（内部热源）一般传入工件或刀具的一般传入工件或刀具的一般传入工件或刀具的一般传入工件或刀具的切削热用下式估算：切削热用下式估算：切削热用下式估算：切削热用下式估算：铣、刨时：铣、刨时：Q工件工件50%磨削磨削时：Q屑屑4%，Q砂轮砂轮12%，Q工件工件84%2.2.摩擦热（内部热源）摩擦热（内部热源）摩擦热（内部热源）摩擦热（内部热源）3.3.环境温度（外部热源）环境温度（外部热源）环境温度（外部热源）环境温度（外部热源）1.工件的热变形工件的热变形特点：特点：工件热变形主要是受切削热的影响；工件热变形主要是受切削热的影响；工工件件受受切切削削热热的的量量不不同同，变变形形的的影影响响也也不不同同，各各部部分分的的温温升升不不同同且且随随时时间而变化；间而变化；不同的加工方法、工件的形状不同，产生的热变形也不同；不同的加工方法、工件的形状不同，产生的热变形也不同；棒料：棒料：棒料：棒料：车车车车削削削削或或或或磨磨磨磨削削削削外外外外圆圆圆圆时时时时，切切切切削削削削热热热热是是是是从从从从四四四四周周周周均均均均匀匀匀匀传传传传入入入入工工工工件件件件。主主主主要要要要是是是是使使使使工工工工件件件件的的的的长长长长度度度度和和和和直径增大，其尺寸误差可以按物理学计算热膨胀的公式求出。即：直径增大，其尺寸误差可以按物理学计算热膨胀的公式求出。即：直径增大，其尺寸误差可以按物理学计算热膨胀的公式求出。即：直径增大，其尺寸误差可以按物理学计算热膨胀的公式求出。即：式中：式中：工件材料的线膨胀系数；：工件材料的线膨胀系数；L L、D D：工件原有的长度和直径；：工件原有的长度和直径；t t：工件切削后的温升；：工件切削后的温升；二、工艺系统热变形对加工精度的影响二、工艺系统热变形对加工精度的影响板材：板材：板材：板材：例例如如：精精刨刨铸铸铁铁导导轨轨，L=2000mm，h=600mm，如如果果床床面面与与床床脚脚温温差差为为2.4,=1.110=1.110-5-5/，则：，则：减少工件热变形的措施：减少工件热变形的措施：减少工件热变形的措施：减少工件热变形的措施：粗、精分开；粗、精分开；粗、精分开；粗、精分开；合理选择切削用量；合理选择切削用量；合理选择切削用量；合理选择切削用量；合理选择刀具的几何形状；合理选择刀具的几何形状；合理选择刀具的几何形状；合理选择刀具的几何形状；充分利用冷却液；充分利用冷却液；充分利用冷却液；充分利用冷却液；2.刀具的热变形刀具的热变形刀具连续工作时的热变形：刀具连续工作时的热变形：刀具断续工作时的热变形：刀具断续工作时的热变形：c1：时间常数，与刀具质量、比热、截：时间常数，与刀具质量、比热、截面积等有关。一般取：面积等有关。一般取：c1=4min。刀刀具具的的热热变变形形主主要要影影响响工工件件的的形形状状误误差差，如如车车削削长长轴轴时时，工工件件可能由于刀具的伸长而产生锥度。可能由于刀具的伸长而产生锥度。3.机床的热变形：机床的热变形：如如图图所所示示，主主轴轴转转速速1200rpm，工工作作8小小时时后后，主主轴轴抬抬高高量量达达140m，在在垂直面上的垂直面上的倾斜斜为60 m/300mm。机机床床的的热热变变形形主主要要体体现现在在：主主轴轴部部件件 导导轨轨 床床身身 立立柱柱 工工作作台台等等部部件上。件上。车车、镗镗类类机机床床其其主主要要热热源源为为主主轴轴箱箱的的发热。造成主轴的位移和倾斜。发热。造成主轴的位移和倾斜。铣铣床床主主要要表表现现在在主主轴轴在在垂垂直直面面上上的的倾倾斜斜。铣铣削削后后将将影影响响工工件件的的平平面面与与定定位位基基面之间的平行度或垂直度。面之间的平行度或垂直度。外圆磨床主要表现在砂轮架、工件头架的位移和导轨的凸起。外圆磨床主要表现在砂轮架、工件头架的位移和导轨的凸起。龙门刨、龙门铣床的热变形主要表现在导轨的凸起。龙门刨、龙门铣床的热变形主要表现在导轨的凸起。如如：10m长长的的龙龙门门刨刨床床床床身身高高为为0.8m，当当床床身身上上导导轨轨面面与与底底面面温温差差为为 1时，床床身身导轨的的中中凸凸量量可可达达0.19mm。这个个数数值可可表表示示为：0.02/1000mm。三、减少工艺系统热变形的措施三、减少工艺系统热变形的措施1.1.减少热源产生的热量：减少热源产生的热量：减少热源产生的热量：减少热源产生的热量：减少切削热和磨削热减少切削热和磨削热减少切削热和磨削热减少切削热和磨削热减少机床各运动副的摩擦热减少机床各运动副的摩擦热减少机床各运动副的摩擦热减少机床各运动副的摩擦热2.2.分离热源、隔离热源分离热源、隔离热源分离热源、隔离热源分离热源、隔离热源3.3.冷却、通风与散热冷却、通风与散热冷却、通风与散热冷却、通风与散热对加工件进行大流量或喷雾等方法冷却对加工件进行大流量或喷雾等方法冷却机床发热部件采取冷油强制冷却机床发热部件采取冷油强制冷却热源部分采用通风散热措施热源部分采用通风散热措施4.均衡温度场均衡温度场三、减少工艺系统热变形的措施三、减少工艺系统热变形的措施5.5.改进机床结构，减少热变形对加工精度的影响：改进机床结构，减少热变形对加工精度的影响：改进机床结构，减少热变形对加工精度的影响：改进机床结构，减少热变形对加工精度的影响：采用热对称结构采用热对称结构采用热对称结构采用热对称结构合理选择装配基准合理选择装配基准合理选择装配基准合理选择装配基准7.7.控制环境温度控制环境温度控制环境温度控制环境温度6.6.加速热平衡加速热平衡加速热平衡加速热平衡第五节第五节 加工误差的统计分析加工误差的统计分析u加工误差的性质加工误差的性质u分布图分析法分布图分析法u点图分析法点图分析法u机床调整尺寸机床调整尺寸一、加工误差的性质一、加工误差的性质 系统误差系统误差顺序加工一批工件时，其大小和方向均不改变，或按一定规律变化的加工误差为系统误差系统误差。常值系统误差其大小和方向均不改变。如机床、夹具、刀具的制造误差，工艺系统在静力作用下的受力变形，调整误差，机床、夹具、量具的磨损等因素引起的加工误差。变值系统误差误差大小和方向按一定规律变化。如机床、夹具、刀具在热平衡前的热变形，刀具磨损等因素引起的加工误差。加工误差系统误差随机误差常值系统误差变值系统误差加工误差统计特性加工误差统计特性一、加工误差的性质一、加工误差的性质 顺序加工一批工件时，其大小和方向随机变化的加工误差为随机误差。随机误差是工艺系统中大量随机因素共同作用而引起的。随机误差服从统计学规律。如毛坯余量或硬度不均，引起切削力的随机变化而造成的加工误差；定位误差；夹紧误差；残余应力引起的变形等。随机误差随机误差加工误差的统计分析加工误差的统计分析 运用数理统计原理和方法，根据被测质量指标的统计性质，对工艺过程进行分析和控制。二、分布图分析法二、分布图分析法 1）采集数据 样本容量通常取 n=502002）确定分组数、组距、组界、组中值 按教材72页表2-2确定分组数 k；确定组距 d：取整，dd 确定各组组界、组中值统计各组频数、频率、频率密度实验分布图实验分布图二、分布图分析法二、分布图分析法 直方图-14.5-8.55-3.5x y 频率密度 频率 频数（偏差值）（平均偏差）-15-10-5（公差带中心）（公差带下限）（公差带上限）3）计算样本平均值和标准差:4）画直方图二、分布图分析法二、分布图分析法理论分布曲线理论分布曲线6 6非正态分布曲线非正态分布曲线等概率分布曲线，存在线性变值误差，如刀具的磨损；等概率分布曲线，存在线性变值误差，如刀具的磨损；不对称分布曲线，存在随机误差；不对称分布曲线，存在随机误差；多峰值分布曲线，存在阶跃变值系统误差；多峰值分布曲线，存在阶跃变值系统误差；分布曲线的应用分布曲线的应用大，大，则曲曲线平坦平坦尺寸分布范尺寸分布范围大大加工方法的加工精度低加工方法的加工精度低令：令：令：令：C C C CP P P P-工艺能力系数工艺能力系数工艺能力系数工艺能力系数T T6 6，则表示全部零件合格表示全部零件合格T T6 6，则加工方法精度加工方法精度过高造高造成浪成浪费T=T=6 6，则加工方法勉加工方法勉强，易出，易出废品品T T1.67 特特级，但，但过高高1.67CCP P 1.33 一一级，足，足够1.33CCP P1.0 二二级，勉，勉强1.0CCP P0.67 三三级，不足，不足C CP P0.67 四级，不行四级，不行尺寸分布中心与公差带中心不重合，则一定存在常值系统误差尺寸分布中心与公差带中心不重合，则一定存在常值系统误差XminXmax利用分布曲线计算一批零件的合格率和废品率利用分布曲线计算一批零件的合格率和废品率被加工零件尺寸：被加工零件尺寸：被加工零件尺寸：被加工零件尺寸：Xmax=X2=D+esXmin=X1=D-ei中心偏差中心偏差为“+”表示表示分布中心比公差分布中心比公差带中中心大。心大。+不可修复不可修复废品废品可修复可修复废品废品x2x1利用分布曲线计算一批零件的合格率和废品率利用分布曲线计算一批零件的合格率和废品率令：令：+XminXmax+XminXmax利用分布曲线计算一批零件的合格率和废品率利用分布曲线计算一批零件的合格率和废品率计算举例计算举例例：加工一批外圆，尺寸公差例：加工一批外圆，尺寸公差T=0.3mm，加工完的分布曲线中已知，加工完的分布曲线中已知=0.05=0.05，=+0.05=+0.05。求可修复的废品率和不可修复的废品率。求可修复的废品率和不可修复的废品率。解：已知：解：已知：=+0.05 0可修复的废品率可修复的废品率=0.5-0.4772=0.0228=2.28%不可修复的废品率不可修复的废品率=0.5-0.499968=0.000032=0.0032%+x1x2存在的问题存在的问题分布曲线法未考虑零件的加工先后顺序，不能分布曲线法未考虑零件的加工先后顺序，不能反映出系统误差的变化规律及发展趋势；反映出系统误差的变化规律及发展趋势；只有一批零件加工完后才能画出，发现问题后，只有一批零件加工完后才能画出，发现问题后，对本批零件已无法补救；对本批零件已无法补救；01234567样组序号b）工件尺寸公差带T控制限三、点图分析法三、点图分析法 单值点图工件序号c）AABOOB工件尺寸工件尺寸工件序号a）14024681012公差带T控制限单值点图单值点图在大批量生产中，采用小子在大批量生产中，采用小子在大批量生产中，采用小子在大批量生产中，采用小子样抽检方法。顺序地每隔一样抽检方法。顺序地每隔一样抽检方法。顺序地每隔一样抽检方法。顺序地每隔一定的时间间隔抽检一组零件定的时间间隔抽检一组零件定的时间间隔抽检一组零件定的时间间隔抽检一组零件（m=210m=210），根据小子样），根据小子样），根据小子样），根据小子样的统计特征量来估算判断整的统计特征量来估算判断整的统计特征量来估算判断整的统计特征量来估算判断整体的变化。体的变化。体的变化。体的变化。子样均值：子样均值：子样均值：子样均值：子样极差：子样极差：子样极差：子样极差：图图1.1.质量控制图：质量控制图：质量控制图：质量控制图：X X图上控制线：图上控制线：图上控制线：图上控制线：X图下控制线：图下控制线：X图中心线：图中心线：R图上控制线：图上控制线：R图下控制线：图下控制线：R图中心线：图中心线：图图系数系数A、D1、D2mAD1D2mAD1D221.880 3.268070.419 1.924 0.07631.023 2.574080.373 1.864 0.13640.729 2.282090.337 1.816 0.18450.577 2.1140100.308 1.777 0.22360.483 2.00402.制定制定XR图的步骤图的步骤按时间顺序取按时间顺序取按时间顺序取按时间顺序取K K个样本（个样本（个样本（个样本（K=1030K=1030），每个样本容量），每个样本容量），每个样本容量），每个样本容量m=210m=210实测样本实测样本实测样本实测样本计算样本的均值、极差计算样本的均值、极差计算样本的均值、极差计算样本的均值、极差计算样本均值和极差的平均值计算样本均值和极差的平均值计算样本均值和极差的平均值计算样本均值和极差的平均值计算上下控制线计算上下控制线计算上下控制线计算上下控制线3.用用XR图进行生产稳定性判断图进行生产稳定性判断正常波动：由工艺系统中固有因素造成，排除不了。正常波动：由工艺系统中固有因素造成，排除不了。异常波动：由外来原因所造成的质量波动，不经常出现，可以异常波动：由外来原因所造成的质量波动，不经常出现，可以排除。排除。分布图与点图作用分布图与点图作用分布图用于稳定的工艺过程的分析，可以判断分布图用于稳定的工艺过程的分析，可以判断出误差的性质，计算工艺能力系数，计算合格出误差的性质，计算工艺能力系数，计算合格率及废品率。率及废品率。点图用于判断工艺过程的稳定性，分析误差随点图用于判断工艺过程的稳定性，分析误差随时间的变化趋势。时间的变化趋势。工艺能力足够不等于不出现废品。废品是否出工艺能力足够不等于不出现废品。废品是否出现与两中心是否重合有关。现与两中心是否重合有关。工艺过程稳定也不等于不出现废品，废品是否工艺过程稳定也不等于不出现废品，废品是否出现与人为规定的公差有关。出现与人为规定的公差有关。四、机床调整尺寸四、机床调整尺寸 式中 Lt 调整尺寸；LM平均尺寸；Tt 调整公差。由图所示关系可得：样本平均值分布：调整尺寸调整尺寸调整公差调整公差 调整尺寸关系yTtxT3LmaxLminLM（Lt）样本均值分布总体分布总体分布平均值极端位置四、机床调整尺寸四、机床调整尺寸 此时产生不合格品得概率为0.104%，完全可以接受。v 上式要求过于苛刻，产生不合格品的概率只有0.00036%。v用2代替3，得到：第六节第六节 保证和提高加工精度的措施保证和提高加工精度的措施u误差预防技术误差预防技术u误差补偿技术误差补偿技术 一、误差预防一、误差预防 合合理理采采用用先先进工艺和设备进工艺和设备 误差预防指减小原始误差本身或减小原始误差的影响 减小原始误差减小原始误差 转转 移移 原原 始始 误误差差a）b）转塔车床刀架转位误差的转移 误差分组误差分组 就地加工就地加工 均均 化化 原原 始始 误误差差，如如研研磨磨加加工、易位加工工、易位加工 易位法加工时误差均化过程360工件转角累积误差1l1l22一、误差预防一、误差预防 转移原始误差转移原始误差转移原始误差转移原始误差二、二、误差补偿误差补偿 在线测量与在线补偿在线测量与在线补偿 指人为引入附加误差因素，以抵消或减小原始误差的影响 高压油泵偶件自动配磨装置示意图柱塞销柱塞 丝杠加工误差补偿装置 附加位移螺母附加转动二、误差补偿二、误差补偿 采用校正装置采用校正装置采用校正装置采用校正装置 1 工件 2 螺母 3 母丝杠4 杠杆 5 校正尺 6 触头 7 校正曲线 以弹性变形补偿热变形v 以弹性变形补偿热变形 其他补偿方法其他补偿方法 以热变形补偿热变形龙门铣横梁变形补偿附加夹紧力v 以热变形补偿热变形v 以几何误差补偿受力变形二、误差补偿二、误差补偿 本章作业本章作业4-1、4-2、4-4、4-16、4-17、4-18