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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 机械加工质量分析与控制,机械产品的质量和使用性能都与,“,零件的加工和产品的装配质量,”,有直接关系。,机械加工质量包含的内容,机械加工精度,机械零件加工后宏观的尺寸、形状和位置精度。,表面质量,零件加工后表面的微观几何形状精度和物理机械性能质量。,第四章 机械加工质量分析与控制,第一节 加工精度的概述,第二节,原理误差与工艺系统几何误差对加工精度的影响,第三节 工艺系统的受力变形对加工精度的影响,第四节 工艺系统的热变形对加工精度的影响,第五节 加工误差的统计分析,第六节 保证加工精度的途径,第七节 机械加工表面质量,第四章 机械加工质量分析与控制,本节内容：,一、机械加工精度的基本概念,二,、研究机械加工精度的方法,三、获得机械加工精度的方法,四、机械加工过程中的原始误差,五、误差的敏感方向,第四章 机械加工质量分析与控制,第一节,机械加工精度概述,一、机械加工精度的基本概念,1.,加工,精度,是,指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和表面间的相互位置）与理想几何参数的符合程度。,2.,加工,误差,是,指零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏移程度。,加工误差是表示加工精度高低的指标。,要保证和提高加工精度，就要限制和降低加工误差。,第四章 机械加工质量分析与控制,第一节,机械加工精度概述,3.,零件加工,精度包含的内容,零件的加工精度包含,零件的尺寸精度、形状精度和位置精度。,零件的尺寸精度要求高时，相应的位置精度、形状精度也要求高。,零件的形状精度要求高时，相应的位置精度和尺寸精度有时不一定要求很高。,第四章 机械加工质量分析与控制,第一节,机械加工精度概述,二、研究机械加工精度的方法,（,1,）单因素分析法,研究某一个因素对加工精度的影响，,并通过分析计算、试验，得出该因素与加工误差之间的关系。,（,2,）统计分析法,以一批工件的实测结果为基础，,运用数理统计方法进行数据处理，来判断误差的性质和出现规律，以控制工艺过程的正常进行。,（,3,）生产中的实际研究方法,先用统计分析法,寻找误差的出现规律，判断其产生原因；,再用单因素分析法,去分析、试验，找出影响加工精度的主要因素。,第四章 机械加工质量分析与控制,第一节,机械加工精度概述,三、获得机械加工精度的方法,1.,获得尺寸精度的方法,1,）试切法,是通过反复试切,-,测量,-,调整,-,再试切，直到被加工尺寸达到要求为止的加工方法。,主要适用于单件小批生产。,2,）调整法,是预先调整好刀具和工件在机床上的相对位置，保持一批工件的加工位置不变，以获取被加工零件尺寸的加工方法。,广泛应用于成批、大量和自动化生产中。,第四章 机械加工质量分析与控制,第一节,机械加工精度概述,3,）定尺寸刀具法,是用刀具的相应尺寸来保证工件被加工部位的尺寸的加工方法。,常用于孔、槽和成型表面的加工。,4,）自动控制法,是通过测量装置、动力进给装置和控制机构等组成的自动控制系统，自动完成工件的尺寸测量、刀具的补偿调整和切削加工等一系列动作，而自动获得所要求的尺寸精度的一种加工方法。,常用于数控机床、加工中心的加工控制。,第四章 机械加工质量分析与控制,第一节,机械加工精度概述,2.,获得形状精度的方法,1,）轨迹法,是依靠刀具与工件的相对运动轨迹获得加工表面形状的加工方法,。所获得的形状精度主要取决于刀具与工件的相对运动精度。,2,）成形法,是利用成形刀具对工件进行加工，来获得加工表面形状的加工方法,。所获得的形状精度主要取决于刀刃的形状精度和成形运动精度。,3,）展成法,是利用工件和刀具作展成切削运动，来获得加工表面形状的加工方法,。所获得的形状精度取决于刀具与工件间的严格速比关系。,（,3,）夹具装夹法,通过夹具来确定工件与刀具之间的准确位置，从而保证加工表面与定位基准面之间位置精度的加工方法。,第四章 机械加工质量分析与控制,第一节,机械加工精度概述,（,1,）直接装夹法,在机床上直接装夹工件，来保证加工表面与定位基准面之间位置精度的加工方法。,（,2,）找正装夹法,通过找正工件相对刀具之间准确位置，来保证加工表面与定位基准面之间位置精度的加工方法。,3.,获得位置精度的方法,第四章 机械加工质量分析与控制,第一节,机械加工精度概述,四、机械加工过程中的原始误差,工艺系统受力变形,工艺系统受热变形,刀具磨损,测量误差,工件残余应力变形,原理误差,定位误差,调整误差,刀具误差,夹具误差,机床主轴回转误差,机床导轨导向误差,机床传动误差,与工艺系统初始有关的原始误差（静态）,与工艺过程有关的原始误差（动态）,原始误差,工件相对刀具在静止状态的误差,工件相对刀具在运动状态的误差,第四章 机械加工质量分析与控制,第一节,机械加工精度概述,五、误差的敏感方向,切削中原始误差的方向不同，对加工精度的影响程度不同。,当误差的方向与尺寸方向一致时，对加工精度影响最大。,如图，外圆车削时，工序尺寸半径方向上产生加工误差。,O,R,0,A,R,R,误差的敏感方向,是指对加工精度影响最大的方向。也是通过切削刃的加工表面的法线方向。,第四章 机械加工质量分析与控制,第一节 加工精度的概述,第二节,原理误差与工艺系统几何误差对加工精度的影响,第三节 工艺系统的受力变形对加工精度的影响,第四节 工艺系统的热变形对加工精度的影响,第五节 加工误差的统计分析,第六节 保证加工精度的途径,第七节 机械加工表面质量,第二节 原理误差与工艺系统几何误差对加工精度的影响,一、原理误差,原理误差,是指采用近似成形加工或近似切削刃轮廓加工而产生的误差。,1.,近似成形加工,在数控铣床上，采用球头铣刀实施,“,行切法,”,来铣削复杂零件的曲面就是一种近似成形加工。,行切法,指铣刀与零件的轮廓切点轨迹是一行一行的，将空间曲面视为众多平面截线的集合，每次走刀加工出其中的一条截线。,第二节 原理误差与工艺系统几何误差对加工精度的影响,由于数控铣床一般只有空间直线插补功能，所以加工一条平面曲线，必须用许多很短的折线去逼近它，逼近的精度由每根线段的长度来控制。因此形成加工原理误差。,结论,在数控铣床上加工曲面时，刀具相对于工件的成形运动是近似的。,第二节 原理误差与工艺系统几何误差对加工精度的影响,2.,近似切削刃轮廓加工,1,）,滚切齿轮的滚刀,为了制造方便，采用阿基米德蜗杆代替渐开线蜗杆，,产生刀刃齿廓近似造形误差。,又滚刀刀齿有限，刀齿有容屑槽，使切出的齿形不是光滑的曲线，而由小折线段组成，,产生齿廓近似造形误差。,2,）,模数铣刀铣削齿轮,采用同一模数的近似切削刃齿廓铣削齿轮，,产生齿廓近似造形原理误差。,第二节 原理误差与工艺系统几何误差对加工精度的影响,二、调整误差,在零件的加工之前，都要进行机床、夹具和刀具的调整，因而存在调整误差。,1.,试切法调整,试切法调整广泛用于单件、小批生产中。其产生调整误差的来源有三个方面：,（,1,）度量误差,量具本身的误差和使用条件下、使用方法的误差。,如：测量的环境温度影响，操作者的细微程度影响。,第二节 原理误差与工艺系统几何误差对加工精度的影响,（,2,）加工余量的影响,由于刀材和刃口半径不同，每个刀刃能切除的最小切削层厚度有一定的限制。切削厚度过小时，刀刃在切削层上打滑、挤压，从而造成工件尺寸误差 。,精车外圆时，正式切削的吃刀量要比试切大，切削后所得尺寸小。,粗车外圆时，正式切削的吃刀量要比试切小，切削后所得尺寸大。,第二节 原理误差与工艺系统几何误差对加工精度的影响,（,3,）微进给误差,加工试切最后一刀时，需要微量调整刀具的径向进给量。这时常出现进给机构的,“,爬行,”,，即刀具的实际移动比手轮转动的刻度数偏大或偏小，造成微进给误差。,消除,“,爬行,”,现象的措施,微量进给前先退刀，再快速引进刀具到新的手轮刻度值，消除进给机构滑动面间的静摩擦。,轻轻敲击手轮，用振动消除摩擦。,第二节 原理误差与工艺系统几何误差对加工精度的影响,2.,调整法加工,调整法加工,广泛用于零件的成批、大量生产中。,1,）调整法加工步骤：,先根据样件（或样板）预先调整好刀具与工件的相对位置，试切几个零件；,再据试切结果进行精确微调，而获得一批工件所要求的加工精度。,2,）调整法加工产生误差的来源,由于对工艺系统调整时，先采用了试切法，所以其误差也对调整法造成了影响。,第二节 原理误差与工艺系统几何误差对加工精度的影响,3,）造成调整误差的其它因素,（,1,）定程机构误差,在成批大量生产中采用行程挡块、靠模、凸轮等机构保证加工尺寸时，机构的制造精度、调整，以及配合使用的电气开关、控制阀等的灵敏度也都可能构成调整误差。,（,2,）样件或样板误差,指样件或样板的制造误差、安装误差和对刀误差。,（,3,）测量件有限造成的误差,抽测样件数有限，不可能将整批工件的各种随机误差完全反映出来而造成误差。,第二节 原理误差与工艺系统几何误差对加工精度的影响,三、机床误差,机床误差由机床的制造误差、安装误差和使用中的磨损误差所引起。,对加工精度影响较大的误差是：主轴回转误差、导轨导向误差、传动链的传动误差。,第二节 原理误差与工艺系统几何误差对加工精度的影响,（一）机床导轨导向误差,导轨导向精度,是指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。,实际运动与理想运动方向之间的偏差值称为导轨导向误差。,“,导轨,”,是确定机床主要部件相对位置的基准，也是保证刀具与工件间导向精度的基准。,第二节 原理误差与工艺系统几何误差对加工精度的影响,1.,直线导轨的导向误差,导轨在水平面内的直线度,y,（弯曲）,导轨在垂直面内的直线度,z,（弯曲）,前后导轨的平行度,（扭曲）,导轨对主轴回转轴线的平行度或垂直度,第二节 原理误差与工艺系统几何误差对加工精度的影响,（,1,） 导轨在水平面内的直线度误差,导轨的导向误差,会引起刀具与工件在误差敏感方向上的相对位移。,如果导轨在水平面内存在弯曲误差,y,，则,y,将引起的工件半径误差,R,y,和表面圆柱度误差,R,max,。,1,）车削外圆面时，误差的敏感方向为水平方向,y,R,y,o,D,第二节 原理误差与工艺系统几何误差对加工精度的影响,如果导轨在垂直面内存在弯曲误差,z,，则加工时,z,会引起工件上的半径误差,R,z,。,因,z,2,值很小，故 得出的,R,z,值也很小。,忽略,得：,导轨垂直面直线度,Z,D,R,R,Z,R,z,y,第二节 原理误差与工艺系统几何误差对加工精度的影响,举例,已知,假设,y,=,z=,0.1 mm,，,D=40 mm,，,则,结论：,在垂直面内导轨的弯曲对加工精度的影响最小，可忽略不计，而在水平面内导轨的弯曲误差不能忽视。,导轨垂直面直线度,z,y,第二节 原理误差与工艺系统几何误差对加工精度的影响,问：,在六角车床上加工时，一般将刀具垂直安装。那么导轨在垂直平面内的误差造成什么影响？,结论：,原始误差所引起的刀刃与工件间的相对位移，如果产生在加工表面的法线方向，则对加工精度有直接的影响。如果产生在切线方向，可忽略不计。,R,z,o,D,第二节 原理误差与工艺系统几何误差对加工精度的影响,车床的前后导轨不平行（扭曲），也产生加工半径误差。,H,车床中心高；,导轨倾斜角；,B,导轨宽度；,前后导轨的扭曲量。,一般车床,H,/,B,2/3,，外圆磨床,H,B,。,结论,不能忽视机床导轨的扭曲量,引起,的,工件加工误差。,第二节 原理误差与工艺系统几何误差对加工精度的影响,刨削平面和磨削平面时，误差的敏感方向为垂直方向,刨床和磨床的床身导轨,在垂直平面内的直线度误差影响较大，它会引起加工表面的直线度及平面度误差。,工作台进给，当导轨与主轴回转轴线不平行，,镗出的孔呈椭圆形。,第二节 原理误差与工艺系统几何误差对加工精度的影响,3,） 镗床镗孔的误差敏感方向随主轴回转而变化,镗床导轨在水平面、垂直面内的直线度误差都会直接影响加工精度。,镗孔时，镗杆进给，而导轨不直、扭曲等，,都会引起镗出的孔与其基准的相互位置误差，不会产生孔的形状误差。,工作台进给，而导轨不直或扭曲，,引起所镗孔的轴线不直。,第二节 原理误差与工艺系统几何误差对加工精度的影响,2.,影响导轨导向精度的因素,（,1,）机床安装不正确,在导轨较长的龙门式机床中，其床身导轨是细长结构，刚性较差，容易变形。如果机床安装不正确，会引起较大的弯曲变形。,（,2,）导轨磨损,由于使用程度不同、受力不匀及热变，使用后，导轨各段受到不同磨损，引起床鞍在水平面和垂直面内发生位,移。,第二节 原理误差与工艺系统几何误差对加工精度的影响,3.,减小导轨导向误差的措施,（,1,）机床设计和制造,从结构、材料、润滑、防护装置等方面采取措施来提高导向精度。,（,2,）机床安装,机床安装应保证安装的水平校正和地基质量。,（,3,）机床使用,应注意调整导轨配合间隙，同时保证良好的润滑和维护。,第二节 原理误差与工艺系统几何误差对加工精度的影响,（二）主轴回转误差,1.,主轴回转误差的基本概念,主轴的功能？,主轴回转误差的影响？,产生回转误差的原因：,主轴部件的制造误差、与轴承、箱体的配合质量、润滑条件，回转过程中的静、动态因素。,主轴回转误差,指主轴实际回转轴线相对其理想回转轴线的飘移。,通常以平均回转轴线（即主轴各瞬时回转轴线的平均位置）来代替理想回转轴线。,第二节 原理误差与工艺系统几何误差对加工精度的影响,主轴回转轴线的误差分类,径向跳动,主轴回转轴线相对于平均回转轴线在径向的变动量。,轴线漂移,主轴每一转的跳动方位和跳动量是变化的。,轴向跳动,主轴回转轴线的沿平均回转轴线在轴向的变动量。,倾角摆动,主轴回转轴线相对平均回转轴线呈一倾斜角的运动。,第二节 原理误差与工艺系统几何误差对加工精度的影响,2.,主轴回转误差对加工精度的影响,（,1,）主轴轴向跳动的影响,1,）,主轴轴向跳动,对内孔和外圆加工没有影响，但会造成端面与内外圆不垂直。主轴每转一周，就沿轴向跳动一次，因而形成螺旋端面。,被切削工件端面的垂直度误差与切削半径的关系为：,轴向跳动的幅值,工件端面半径,第二节 原理误差与工艺系统几何误差对加工精度的影响,2,）,车削螺纹时，主轴的轴向窜动，将使所加工的螺距产生周期误差。,结论：,对机床主轴轴向跳动的幅值需要有严格的要求，对精密车床的主轴端面跳动规定为,23,m,。,第二节 原理误差与工艺系统几何误差对加工精度的影响,（,2,）主轴径向跳动的影响,主轴的径向跳动,会对工件产生圆度误差，但在车削和镗削的加工中，造成的圆度误差程度不一样。,1,）镗孔时,镗刀杆旋转，工件不动，主轴径向跳动，使得刀尖的运动轨迹方程为：,结论：,主轴径向跳动使镗出的孔成椭圆形。,e,第二节 原理误差与工艺系统几何误差对加工精度的影响,2,）车削时,主轴径向跳动对工件的圆度影响很小。,如图，,假定轴心沿着,Y,坐标作简谐直线运动，在工件,1,处切出的半径比在,3,、,7,处切出的半径小一个振幅值,A,，而在,5,处切出的半径比,3,、,7,处大一个振幅值,A,。,1,2,3,4,5,6,7,8,e,1,3,7,5,工件在这四点处的直径都相等，而在其它各点形成的直径只有二次小的误差。,结论：,径向跳动使车削出的工件表面接近于一个真圆。,第二节 原理误差与工艺系统几何误差对加工精度的影响,（,3,）主轴倾角摆动的影响,1,）车外圆时,仍可得到一个圆形工件，但工件是一个圆锥体。,2,）镗孔时,主轴的纯角度摆动，使得主轴回转轴线与工作台导轨不平行，镗出的孔呈椭圆形。,第二节 原理误差与工艺系统几何误差对加工精度的影响,（,4,）主轴轴线漂移的影响,引起主轴轴线漂移的原因：,轴承的误差、轴承间隙、与轴承配合零件的误差及主轴系统的径向不等刚度和热变形。,1,）轴承误差的影响,主轴采用滑动轴承时，,主轴以轴颈在轴套内旋转。,滑动轴承误差的影响,主要是指主轴颈和轴套内孔的圆度误差和波动。,车床主轴轴颈的圆度误差将传给工件，而轴承孔的圆度误差对工件的影响较小。,第二节 原理误差与工艺系统几何误差对加工精度的影响,车床上车削时，,作用于主轴的切削力方向基本不变。在切削力的作用下，,主轴轴颈以不同部位和轴承内孔的某一固定部位接触，即被压向轴承内表面的某一处。,A,B,轴颈不圆引起,车床主轴径向跳动,第二节 原理误差与工艺系统几何误差对加工精度的影响,镗床上镗削时，,作用在主轴上的切削力随镗刀杆的回转而回转。在切削力的作用下，,主轴轴颈总以某一固定部位与轴承内表面的不同部位接触。,轴承孔不圆引起,镗床主轴径向跳动,轴承孔的圆度误差将传给工件，而主轴轴颈的圆度误差对工件的影响不大。,第二节 原理误差与工艺系统几何误差对加工精度的影响,滚动轴承误差的影响,，,轴承的内外环滚道的圆度误差，内环的壁厚差，滚动体的尺寸差和圆度误差等,均直接影响主轴回转精度。,孔与滚道 不同轴,滚道不圆,滚道有坡度,滚动体不圆,与尺寸差,第二节 原理误差与工艺系统几何误差对加工精度的影响,滚动轴承造成主轴回转误差及影响,滚动轴承回转误差的综合，造成主轴轴线的跳动和漂移，,形成工件加工表面的圆度误差和波动。,止推轴承的滚道端面跳动,会造成主轴的轴向跳动。,滚锥、向心轴承的内外滚道的倾斜，即造成主轴的轴向跳动和径向跳动，,产生加工面的圆度误差和端面不平。,第二节 原理误差与工艺系统几何误差对加工精度的影响,2,）轴承间隙的影响,轴承间隙过大，会使主轴工作时的油膜承载能力降低，当工作的载荷、速度变化时，油楔厚度变化较大，主轴轴线漂移量增大。,3,）与轴承配合的零件误差影响,若主轴颈和箱体支承孔与轴承内、外圈配合存在圆度误差，,会引起轴承内环、外环滚道变形而造成圆度误差,。,若与轴承端面配合的零件如：轴套、端盖等端面有平面度误差，,会使轴承滚道倾斜，造成主轴回转轴线的漂移。,第二节 原理误差与工艺系统几何误差对加工精度的影响,3.,提高主轴回转精度的措施,（,1,）提高主轴部件的制造精度,提高轴承的回转精度；,提高与轴承配合零件的加工精度；,采用预调好的误差补偿装配方法。,（,2,）对滚动轴承进行预紧,通过轴承内外圈和滚动体弹性变形的互相制约，来增加轴承刚度，均化轴承误差。,第二节 原理误差与工艺系统几何误差对加工精度的影响,（三） 传动链的传动误差,1.,基本概念,传动链传动误差,是指机床内联系的传动链中，首末两端传动元件之间相对运动的误差。,在加工螺纹、齿轮、蜗轮时，机床传动链的传动误差是影响加工精度的主要因素。,第二节 原理误差与工艺系统几何误差对加工精度的影响,2.,传动误差的衡量,传动误差,通常采用传动链末端元件的转角误差来衡量。,滚齿机展成运动传动链,z,7,=,z,8,= 46,z,1,= 64,z,n,= 96,z,5,=,z,6,= 23,z,3,=,z,4,= 23,b,z,2,= 16,z,n-1,= 1,i,c,e,f,a,c,d,滚刀与工件的位移关系：,滚刀转,1,转 工件转,K,/,Z,转,在传动链中，齿轮、蜗杆、蜗轮、丝杠、螺母有影响运动精度的误差、装配偏心和磨损，就会破坏正确的运动关系。,第二节 原理误差与工艺系统几何误差对加工精度的影响,3.,减少传动链传动误差的措施,1,）,尽量缩短传动链，传动件越少，总转角误差 越小，传动精度越高。,2,）,采用逐渐降速传动，使传动链总传动比,i,1,。,如机床传动丝杠螺距大于工件螺纹螺距；机床分度蜗轮的齿数大于工件齿数。,3,）,提高传动链中各传动件的加工、装配质量，,特别是保证末端件的较高制造精度。,4,）,采用误差校正装置，,人为地加入一个反向误差,，来相互抵消传动误差。,第二节 原理误差与工艺系统几何误差对加工精度的影响,机床丝杠加工误差的校正装置,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,第二节 原理误差与工艺系统几何误差对加工精度的影响,四、夹具的制造误差与磨损,夹具误差的主要内容,在设计制造夹具时，凡影响工件精度的尺寸都应该严格控制。,夹具中主要零件的公差一般取工件上相应尺寸和位置误差的,1/31/5,。,2,）,夹具各元件工作表面间的装配误差,3,）,夹具在使用过程中工作表面的磨损,1,）,定位元件、导向元件、分度机构、夹具体的制造误差。,第二节 原理误差与工艺系统几何误差对加工精度的影响,举例：,分析夹具误差对工件加工精度的影响,1,）,钻套中心至夹具体上定位平面间的距离误差,L,，,直接影响工件孔至工件底平面的尺寸精度。,2,）,钻套中心至夹具体上定位平面间的平行度误差，,直接影响工件孔中心线与工件底平面的平行度。,3,）,钻套孔的直径误差过大，,影响工件孔至底平面的尺寸精度与平行度。,第二节 原理误差与工艺系统几何误差对加工精度的影响,五、刀具的制造误差与磨损,1.,刀具的制造误差对加工的影响,（,1,）,定尺寸刀具（,如钻头、铰刀、圆孔拉刀,）的尺寸精度会直接影响工件的尺寸精度。,（,2,）,成形刀具（,如成形车刀、成形铣刀,）的形状精度会直接影响工件的形状精度。,（,3,）,展成刀具（,如齿轮滚刀、插齿刀,）切削刃的形状误差会影响工件加工表面的形状精度。,（,4,）,一般刀具（,如车刀、铣刀、镗刀,）的,“,耐用度,”,是影响工件加工精度的主要因素。,第二节 原理误差与工艺系统几何误差对加工精度的影响,2.,刀具的磨损引起工件加工误差,1,）,成形刀具加工，刃口的不均匀磨损将直接复映在工件上，造成形状误差。,2,）,加工较大表面，一次切削时间较长时，刀具磨损会严重影响工件的形状误差。,3,）,调整法加工时，刀具磨损会扩大工件尺寸的分散范围,。,第二节 原理误差与工艺系统几何误差对加工精度的影响,第四章,机械加工质量与控制,结束,第二节,
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