机械加工质量分析及控制培训教材

,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,*,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,*,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,*,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,*,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,*,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,*,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,*,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,3,章 机械加工质量分析及控制,第一节 概述,第二节 影响加工精度的主要因素及其控制,第三节 加工误差的综合分析,第四节 影响表面质量的因素及其控制,第五节 机械加工中振动的基本知识,第一节,概 述,一、加工精度,和,和表面质量的,概,概念,机械加工精度,是指零件加工,后,后的实际几何,参,参数,(,尺寸、形状和,位,位置,),与理想几何参,数,数的符合程度,。,。,表面质量,指零件表面的,几,几何特征和表,面,面层的物理力,学,学性能。,1.,加工表面几何,特,特征,加工表面的几,何,何特征，主要,由,由表面粗糙度和表面波度两部分组成（,见,见图,3-1,）。,图,3-1,加工表面的几,何,何形状特征,2.,加工表面层物,理,理力学性能变,化,化,（,1,）表面层的冷,作,作硬化,（,2,）表面层残余,应,应力的形成,（,3,）表面层的金,相,相组织变化,图,3-2,二、加工精度,的,的获得方法,1.尺寸精度的获得方法,（,1,）试切法,（,2,）定尺寸刀具,法,法,（,3,）调整法,（,4,）自动控制法,2.,形状精度的获得方法,（,1,）轨迹法,（,2,）成形法,（,3,）展成法,3.,位置精度的获得方法,（,1,）,一次装夹获得,法,法,当零件上有相,互,互位置精度要,求,求的各表面是,在,在同一次装夹,中,中加工出来时,，,，表面相互位,置,置精度是由机,床,床有关部分的,相,相互位置精度,来,来保证的。,（,2,）多次装夹获得,法,法,当零件上有相,互,互位置精度要,求,求的各表面被,安,安排在不同的,安,安装中加工时,，,，零件表面的,相,相互位置精度,主,主要取决于安,装,装精度。,三、表面粗糙,度,度对零件使用,性,性能的影响,1.,对零件耐磨性,的,的影响,2.,对零件配合性,能,能的影响,3.,对零件疲劳强,度,度的影响,4.,对零件耐蚀性,的,的影响,5.,对零件接触刚,度,度的影响,图,3-3,表面粗糙度值,与,与初期磨损量,的,的关系,第二节 影响,加,加工精度的主,要,要因素及其控,制,制,图,3-4,原始误差,加工原理误差,工件装夹误差,工艺系统静误,差,差,调整误差,工艺系统动误,差,差,度量误差,机床误差,夹具误差,刀具制造误差,工艺系统受力,变,变形,工艺系统受热,变,变形,刀具磨损,工件内应力引,起,起的变形,加工原理误差是指采用了近,似,似的成形运动,或,或近似的切削,刃,刃轮廓进行加,工,工而产生的误,差,差。,一、加工原理,误,误差,如：,在数控机床上,采,采用“行切法,”,”加工复杂形,面,面。,图,3-5,空间曲面的数,控,控加工,加工中引起机,床,床误差的原因,主,主要有机床的制造误,差,差、安装误差及其磨损等三个方面。,二、工艺系统,的,的静误差,（一）机床误,差,差,1,主轴回转误差,（,1,）主轴回转误差,的,的基本形式,为便于分析和,研,研究，主轴回,转,转运动误差可,以,以分解为三种,基,基本形式：轴向跳动、径向跳动、角度摆动。,轴向跳动：瞬时回转轴,线,线沿平均回转,轴,轴线方向的轴,向,向运动，如图,图,3-6,所示。主轴的,轴,轴向跳动对工,件,件的圆柱面加,工,工没有影响，,主,主要影响端面,形,形状、轴向尺,寸,寸精度端面垂,直,直度。主轴存,在,在轴向跳动误,差,差时，车削加,工,工螺纹会将使,加,加工后的螺旋,产,产生螺距误差,。,。,径向跳动：瞬时回转轴,线,线始终平行于,平,平均回转轴线,方,方向的径向运,动,动，如图,图,3-6,所示。主轴的,纯,纯径向跳动会,使,使工件产生圆,柱,柱度误差，对,加,加工端面基本,没,没有影响。但,加,加工方法不同,，,，所引起的加,工,工误差形式和,程,程度也不同。,纯角度摆动：瞬时回转轴,线,线与平均回转,轴,轴线方向成一,倾,倾斜角度，但,其,其交点位置固,定,定不变的运动,，,，如图,图,3-6,所示。,图,3-6,主轴回转误差,的,的基本形式,1,）主轴的纯径,向,向跳动对加工,精,精度的影响,主轴的径向圆,跳,跳动会使工件,产,产生圆度误差,，,，但径向圆跳,动,动的方式和规,律,律不同，加工,方,方法不同（如,车,车削和镗削）,，,，对加工精度,的,的影响也不同,。,。,如图,3-7,所示，在镗床,上,上镗孔时，刀,具,具回转，工件,不,不转。假设主,轴,轴回转中心在,y,方向上作简谐,直,直线运动，其,频,频率与主轴转,速,速相同，振幅,为,为,A,，则镗刀刀尖,的,的运动轨迹为,一,一椭圆，而加,工,工出的孔即呈,现,现椭圆形状，,其,其圆度误差为,A,。,图,3-8,主轴的径向圆,跳,跳动对车外圆,精,精度的影响,图,3-7,主轴的径向圆,跳,跳动对镗孔精,度,度的影响,2,）,轴向窜动对加,工,工精度的影响,主轴的轴向窜,动,动对内、外圆,的,的加工精度没,有,有影响，但加,工,工端面时，会,使,使加工的端面,与,与内外圆轴线,产,产生垂直度误,差,差。,主轴每转一周,，,，要沿轴向窜,动,动一次，使得,切,切出的端面产,生,生平面度误差,（,（图,3-9,）。当加工螺,纹,纹时，会产生,螺,螺距误差。,图,3-9,主轴的纯轴向,窜,窜动对加工精,度,度的影响,3,）主轴的倾角,摆,摆动对加工精,度,度的影响。,图,3-10,主轴的倾角摆,动,动对加工精度,的,的影响,主轴的倾角摆,动,动对加工精度,的,的影响与径向,圆,圆跳动对加工,精,精度的影响相,似,似，其区别在,于,于倾角摆动不,仅,仅影响工件加,工,工表面的圆度,误,误差，而且影,响,响工件加工表,面,面的圆柱度误,差,差。,（,3,）影响主轴回转,精,精度的主要因素,1,）滑动轴承误,差,差对主轴回转,精,精度的影响,轴承误差主要,来,来源于主轴轴,颈,颈和轴承孔等,的,的圆度误差和,波,波度。,2,）滚动轴承误,差,差对主轴回转,精,精度的影响,滚动轴承的内,圈,圈、外圈和滚,动,动体本身的几,何,何精度将影响,主,主轴回转精度,。,3,）轴承配合质,量,量对主轴回转,精,精度的影响,与轴承相配合,零,零件的制造精,度,度和装配质量,对,对主轴回转精,度,度有重要影响,。,。,图,3-11,图,3-12,（,4,）提高主轴回转,精,精度的措施,(1),提高主轴部件,的,的制造精度和,装,装配精度。,(2),当主轴采用滚,动,动轴承时，应,对,对其适当预紧,，,，使消除轴承,间,间隙，增加轴,承,承刚度，均化,误,误差，可提高,主,主轴的回转精,度,度。,(3),采用运动和定,位,位分离的主轴,结,结构，可减小,主,主轴误差对零,件,件加工的影响,，,，使主轴的回,转,转精度不反映,到,到工件上去。,实,实际生产中，,通,通常采用两个,固,固定顶尖支承,定,定位加工，主,轴,轴只起传动作,用,用，如外圆磨,床,床。,图,3-13,用固,定,定顶,尖,尖支,承,承磨,外,外圆,2,导轨,导,导向,误,误差,机床,导,导轨,是,是机,床,床中,确,确定,主,主要,部,部件,相,相对,位,位置,的,的基准，也,是,是运,动,动基,准,准。,机床,的,的导,轨,轨精,度,度是,指,指导,轨,轨副,的,的运,动,动件,实,实际,运,运动,方,方向,与,与理,想,想方,向,向的,符,符合,程,程度,，,，这,两,两者,之,之间,的,的偏,差,差值,称,称为导向,误,误差。,直线,导,导轨,的,的导向,精,精度包括,：,：导,轨,轨在,水,水平,面,面内,的,的直,线,线度,、,、导,轨,轨在,垂,垂直,面,面内,的,的直,线,线度,、,、前,后,后导,轨,轨的,平,平行,度,度、,导,导轨,对,对主,轴,轴回,转,转轴,线,线的,平,平行,度,度等,。,。,以在,车,车床,上,上车,削,削圆,柱,柱面,为,为例,，,，分,析,析导,轨,轨导,向,向误,差,差对,加,加工,精,精度,的,的影,响,响。,1),导轨,在,在水,平,平面,内,内直,线,线度,误,误差,卧式,车,车床,在,在水,平,平面,内,内存,在,在直,线,线度,误,误差,Y,，见,图,图,3-14,，则,车,车刀,尖,尖的,直,直线,运,运动,轨,轨迹,也,也要,产,产生,直,直线,度,度误,差,差,Y,，从,而,而造,成,成工,件,件圆,柱,柱度,误,误差,，,，,R,=,Y,，如,图,图,3-14,所示,。,。,这表,明,明水平,方,方向,是,是卧,式,式车,床,床加,工,工误,差,差对,导,导轨,误,误差,的,的敏,感,感方,向,向。,（,1,）导,轨,轨导,向,向精,度,度对,加,加工,精,精度,的,的影,响,响,图,3-14,卧式,车,车床,导,导轨,直,直线,度,度误,差,差,2),导轨,在,在垂,直,直面,内,内直,线,线度,误,误差,的,的影,响,响,卧式,车,车床,在,在垂,直,直面,内,内存,在,在直,线,线度,误,误差,Z,，则,车,车刀,尖,尖的,直,直线,运,运动,轨,轨迹,也,也要,产,产生,直,直线,度,度误,差,差,Z,，从,而,而造,成,成工,件,件圆,柱,柱度,误,误差,，,，,R,=,Z,2,/(2,R,)=,Z,2/,d,说明卧式,车,车床,对,对导,轨,轨在,垂,垂直,面,面内,直,直线,度,度误,差,差不,敏,敏感。,3),导轨,扭,扭曲,误,误差,如果,机,机床,前,前后,导,导轨,不,不平,行,行（,扭,扭曲,）,），,则,则引,起,起被,加,加工,零,零件,半,半径,误,误差,为,为：,图,3-15,导轨,扭,扭曲,误,误差,式中,H,车床,中,中心,高,高；,B,导轨,精,精度,；,；,导轨,倾,倾斜,角,角；,前后,导,导轨,的,的扭,曲,曲量,。,。,（,2,）影,响,响机,床,床导,轨,轨导,向,向误,差,差的,因,因素,1,）机,床,床制,造,造误,差,差,2,）机,床,床安,装,装误,差,差,3,）导轨磨,损,损,如何提高,机,机床导轨,的,的导向精,度,度？,机床设计,与,与制造时,，,，应从结,构,构、材料,、,、加工工,艺,艺等方面,采,采取措施,，,，提高制,造,造精度,机床安装,时,时，应校,正,正好水平,和,和保证地,基,基质量,使用时，,要,要注意调,整,整轨道配,合,合间隙，,同,同时保证,良,良好的润,滑,滑和防护,3,传动链,的,的传动误,差,差,（1）机,床,床传动链,的,的传动误,差,差及其对,加,加工精度,的,的影响,机床传动,链,链误差是指机床,内,内部传动,机,机构传动,过,过程中出,现,现传动链,首,首末两端,传,传动元件,间,间相对运,动,动的误差,。,。,传动链误,差,差一般不,影,影响圆柱,面,面和平面,的,的加工精,度,度，但对,齿,齿轮、蜗,轮,轮蜗杆、,螺,螺纹和丝,杆,杆等加工,有,有较大影,响,响,。,图,3-16,齿轮机床,传,传动链,（,2,）减少传,动,动链传动,误,误差的措,施,施,1,）缩短传,动,动链长度,，,，减少传,动,动链中传,动,动件的数,目,目。,2,）采用降,速,速传动链,。,。,3,）提高传,动,动元件，,特,特别是提,高,高末端传,动,动元件的,制,制造精度,和,和装配精,度,度。,4,）采用误,差,差补偿的,方,方法。,图,3-17,精密丝杠,螺,螺距误差,补,补偿设置,（二）刀,具,具与家具,误,误差,1.,刀具误差,刀具误差,包,包括刀具,的,的制造误差、安装误差和磨损。,2.,夹具误差,夹具误差,影,影响工件,加,加工表面,的,的位置精度或尺寸精度。,工艺系统,刚,刚度,工艺系统,的,的刚度定义为在加工,误,误差敏感,方,方向上工,艺,艺系统所,受,受外力与,变,变形量之,比,比。,根据系统,所,所受载荷,的,的性质不,同,同，工艺,系,系统刚度,可,可分为静刚度和动刚度两种。,静刚度主,要,要影响工,件,件的几何精度；,动刚度则,反,反映系统,抵,抵抗动态,力,力的能力,，,，主要影,响,响工件表面的波,度,度和表面粗糙,度,度。,三、 工,艺,艺系统的,动,动误差,（一）工艺,系,系统受力,变,变形引起,的,的误差,图,3-18,2,、机床部,件,件的刚度,及,及其特点,1,）作用力,与,与变形不,是,是线性关,系,系，反映,出,出刀架的,变,变形不纯,粹,粹是弹性,变,变形。,2,）加载与,卸,卸载曲线,不,不重合，,两,两曲线间,包,包容的面,积,积代表了,加,加载,卸载循环,中,中所损失,的,的能量，,即,即外力在,克,克服部件,内,内零件间,的,的摩擦力,和,和接触面,塑,塑性变形,所,所做的功,。,。,3,）卸载后,曲,曲线不回,到,到原点，,说,说明产生,了,了残余变,形,形。在反,复,复加载,卸载后，,残,残余变形,逐,逐渐趋近,于,于零。,4,）部件的,实,实际刚度,远,远比按实,体,体所估算,的,的要小。,由,由于机床,部,部件的刚,度,度曲线不,是,是线性的,，,，其刚度,不,不是常数,，,，一般取,曲,曲线两端,点,点连线的,斜,斜率来表,示,示其平均,刚,刚度。,图,3-19,影响机床,部,部件刚度,的,的因素很复杂，,主,主要因素,包,包括以下,几,几方面：,（,1,）联接表,面,面间的接,触,触变形,（,2,）薄弱零,件,件的变形,（,3,）零件表,面,面间摩擦,力,力的影响,（,4,）接合面,的,的间隙,图,3-20,3,、工艺系,统,统刚度对,加,加工精度,的,的影响,（,1,）切削,力,力作用,点,点位置,变,变化引,起,起的工,件,件形状,误,误差,（,2,）切削,力,力大小,变,变化引,起,起的加,工,工误差,（,3,）其他,作,作用力,对,对加工,精,精度的,影,影响,图,3-21,图,3-22,图,3-23,图,3-24,图,3-25,（,1,）合理,设,设计零,部,部件结,构,构,（,2,）提高,联,联接表,面,面的接,触,触刚度,此外提,高,高接触,刚,刚度的,主,主要措,施,施还有,：,：,1,）提高,机,机床部,件,件中零,件,件间接,合,合表面,的,的质量,。,。,2,）给机,床,床部件,预,预加载,荷,荷。,（,3,）采用,合,合理的,装,装夹方,式,式、加,工,工方式,提,提高工,艺,艺系统,刚,刚度,4,、减少,工,工艺系,统,统受力,变,变形的措施,图,3-26,（二）,工,工件残,余,余应力,引,引起的,误,误差,残余应,力,力又称内,应,应力，,是,是指在,没,没有外,力,力作用,下,下或去,除,除外力,后,后仍残,存,存在工,件,件内部,的,的应力,。,。零件中,的,的残余,应,应力往,往,往处于,一,一种很,不,不稳定,的,的相对,平,平衡状,态,态，在常温,下,下特别,是,是在外,界,界某种,因,因素的,影,影响下,很,很容易,失,失去原,有,有状态,，,，使残,余,余应力,重,重新分,布,布，零,件,件产生,相,相应的,变,变形，,从,从而破,坏,坏了原,有,有的精,度,度。因,此,此，必,须,须采取,措,措施消,除,除残余,应,应力对,零,零件加,工,工精度,的,的影响,。,。,1.,产生残,余,余应力,的,的原因,（,1,）毛坯,制,制造和,热,热处理,过,过程中,产,产生的,残,残余应,力,力,在铸、,锻,锻、焊,及,及热处,理,理等热,加,加工过,程,程中，,由,由于工,件,件各部,分,分热胀冷缩不均,匀,匀以及金相组织转变,时,时的体积变化，使毛坯内部,产,产生了相当大,的,的残余应力。,图,3-27,弯曲的工件,(,原来无残余应,力,力,),要校直，常采,用,用冷校直。,（,2,）冷校直带来,的,的残余应力,图,3-28,图,3-29,切削过程中产,生,生的力和热，,也,也会使被加工,工,工件的表面层,变,变形，产生残,余,余应力。,（,3,）,切,切,削,削,加,加,工,工,中,中,产,产,生,生,的,的,残,残,余,余,应,应,力,力,2.,减,少,少,或,或,消,消,除,除,残,残,余,余,应,应,力,力,的,的,措,措,施,施,1,合,合,理,理,设,设,计,计,零,零,件,件,结,结,构,构,2,增,增,加,加,时,时,效,效,处,处,理,理,工,工,序,序,3.,合,理,理,安,安,排,排,工,工,艺,艺,过,过,程,程,例,如,如,：,：,对,对,铸,铸,、,、,锻,锻,、,、,焊,焊,接,接,件,件,进,进,行,行,退,退,火,火,或,或,回,回,火,火,；,；,零,零,件,件,淬,淬,火,火,后,后,进,进,行,行,回,回,火,火,；,；,对,对,精,精,度,度,要,要,求,求,高,高,的,的,零,零,件,件,，,，,如,如,床,床,身,身,、,、,丝,丝,杆,杆,、,、,箱,箱,体,体,、,、,精,精,密,密,主,主,轴,轴,等,等,，,，,在,在,粗,粗,加,加,工,工,后,后,进,进,行,行,时,时,效,效,处,处,理,理,。,。,例如：粗、,精,精加工分开,在,在不同工序,中,中进行，留,有,有一定时间,让,让残余应力,重,重新分布；,在,在加工大型,工,工件时，粗,、,、精加工往,往,往在一个工,序,序中来完成,，,，这时应在,粗,粗加工后松,开,开工件，让,工,工件有自由,变,变形的可能,，,，然后再用,较,较小的夹紧,力,力夹紧工件,后,后进行精加,工,工。,（三）,工艺系统的,热,热变形对加,工,工精度的影,响,响,在机械加工,过,过程中，工,艺,艺系统会受,到,到各种热源,的,的影响，使,工,工艺系统各,个,个组成部分,产,产生复杂的,变,变形，这种,变,变形称为热变形。,1.,概述,据统计，在,精,精密加工中,，,，由于热变,形,形引起的加,工,工误差约占,总,总加工误差,的,的,40,一,70,。高效、,高,高精度、自,动,动化加工技,术,术的发展，,使,使工艺系统,热,热变形问题,变,变得更为突,出,出，已成为,机,机械加工技,术,术进一步发,展,展的一个重,要,要的研究课,题,题。,（,1,）,工艺系统的,热,热源,系统内部热,源,源,(,切削热和摩擦热,),系统外部热,源,源,(,环境温度和太阳辐射热,),一方面，工,艺,艺系统受热,源,源影响，温,度,度逐渐升高,；,；,另一方面，,热,热量通过各,种,种传导方式,向,向周围散发,。,。,（,2,）温度场与,工,工艺系统热,平,平衡,2.,机床热变形,对,对加工精度,的,的影响,机床受热源,的,的影响，各,部,部分温升将,发,发生变化,由,由于热源分,布,布的不均匀,和,和机床结构,的,的复杂性，,机,机床各部件,将,将发生不同,程,程度的热变,形,形，破坏了,机,机床原有的,几,几何精度，,从,从而降低了,机,机床的加工,精,精度。,图,3-30,卧式车床和,卧,卧式铣床的,热,热变形,3.,刀具热变形,对,对加工精度,的,的影响,切削热,（,（是主,要,要的）,外部热源,（,（对于,精,精密件不可,忽,忽视）,使工件产生,变,变形的热源,同时，不同,的,的加工方法,，,，不同的工,件,件材料、结,构,构和尺寸件,的,的受热变形,也,也不相同。,图,3-31,刀具热伸长,量,量与切削时,间,间的关系,4.,工具热变形,对,对加工精度,的,的影响,刀具的热变,形,形主要是切,削,削热引起的,，,，传给刀具,的,的热量虽不,多,多，但由于,刀,刀具体积小,、,、热容量小,且,且热量又集,中,中在切削部,分,分，因此切,削,削部分仍产,生,生很高的温,升,升。,依据物理公,式,式计算工件,长,长度或直径,上,上的热变形,量,量：,式中，,L,工件原有长,度,度或直径，,单,单位为,mm;,工作材料的,线,线膨胀系数,；,；,温升。,5,、减少和控,制,制工艺系统,热,热变形的主,要,要途径,1,减少热源,的,的发热和隔,离,离热源,2,均衡温度,场,场,3,采用合理,的,的机床结构,4,控制环境,温,温度，加速,达,达到热平衡,状,状态,对于不能分,离,离的热源，,如,如主抽轴承,、,、丝杠螺母,副,副、高速运,动,动的导轨副,等,等，则可以从结构,、,、润滑等方,面,面改善其摩,擦,擦特性，减,少,少发热。,1,）减少热源,的,的发热和隔,离,离热源,采用有效的,冷,冷却措施,为了减少机,床,床的热变形,，,，凡是可能,分,分离出去的,热,热源应移出,，,，如电动机,、,、变速箱、,液,液压系统、,冷,冷却系统等,，,，均应移出,。,。,热源可能分,离,离出去,减少发热,例如，采用,静,静压轴承。,静,静压导轨，,改,改用低粘度,润,润滑油、理,基,基润滑脂等,，,，也可用隔,热,热材料将发,热,热部件和机,床,床大件,(,如床身、立,柱,柱等,),隔离开来。,如增加散热,面,面积或使用,强,强制式的风,冷,冷、水冷、,循,循环润滑等,。,。例如，目前,，,，大型数控,机,机床、加工,中,中心普遍采,用,用冷冻机，,对,对润滑油、,切,切削液进行,强,强制冷却，,以,以提高冷却,效,效果。在精,密,密丝杠磨床,的,的母丝杠中,通,通以冷却液,，,，以减少热,变,变形。,平面磨床采,用,用热空气加,热,热温升较低,的,的立柱后壁,，,，以减小立,柱,柱前后壁的,温,温度差，从,而,而减少立柱,的,的弯曲变形,。,。采取这种,指,指施后，工,件,件的加工直,线,线度误差可,降,降低为原来,的,的,1,3,1,4,。,2,）均衡温度,场,场,图,3-32,3,）采用合,理,理的机床,结,结构,在变速箱,中,中，将轴,、,、轴承、,传,传动齿轮,尽,尽量对称,布,布置，可,使,使箱壁温,升,升均匀，,从,从而减少,箱,箱体变形,。,。机床大,件,件的结构,和,和布局对,机,机床的热,态,态性能有,很,很大影响,。,。,4,）控制环,境,境温度，,加,加速达到,热,热平衡状,态,态,精密机床,一,一般安装,在,在恒温车,间,间，其恒,温,温精度一,般,般控制在, l,。对于精密,机,机床，特,别,别是大型,机,机床，达,到,到热平衡,的,的时间较,长,长，为了,缩,缩短这个,时,时间，可预先高,速,速空运转,机,机床或设,置,置控制热,源,源，人为,地,地给机床,加,加热，使,之,之较快达,到,到热平衡,状,状态，然后进,行,行加工。,基,基于同样,原,原因，精,密,密加工机,床,床应尽量,避,避免中途,停,停车。,四、提高和保证加工,精,精度的工艺措施,一,),减少误差法,直接减少误差法,在,在生产中应用较,广,广，是在查明产,生,生加工误差的主,要,要因素直接进行,消,消除或减少的方,法,法。,二,),误差转移法,误差转移法是把,影,影响加工精度的,原,原始误差转移到,误,误差的非敏感方,向,向上。,三,),误差分组法,采用分组调整的,方,方法，把毛坯按,误,误差大小分为,n,组，每组毛坯的,误,误差就缩小为原,来,来的,1/n,；然后按各组分,别,别调整刀具与工,件,件的相对位置或,选,选用合适的定位,元,元件，就可大大,缩,缩小整批工件的,尺,尺寸分散范围。,四,),误差平均法,研磨时，研具,的,的精度并不很,高,高，分布在研,具,具上的磨料粒,度,度大小也可能,不,不一样。但由,于,于研磨时工件,和,和研具间有复,杂,杂的相对运动,轨,轨迹，使工件,上,上各点均有机,会,会与研具的各,点,点相互接触并,受,受到均匀的微,量,量切削。同时,工,工件和研具相,互,互修整，精度,也,也逐步共同提,高,高，进一步使,误,误差均化，因,此,此可获得精度,高,高于研具原始,精,精度的加工表,面,面。,五,),误差补偿法误差补偿法就,是,是人为地加入,一,一个附加输入,，,，尽量使得引,入,入的误差与原,始,始误差之间大,小,小相等、方向,相,相反，从而达,到,到减少加工误,差,差、提高加工,精,精度的目的。,图,3-34,高压油泵偶件,自,自动配磨装置,示,示意图,图,3-33,龙门铣床横梁,导,导轨预加变形,第三节 加,工,工误差的综合,分,分析,前几节就影响,加,加工精度的各,种,种主要因素，,从,从单因素的角,度,度进行了详细,分,分析，并提出,了,了一些保证加,工,工精度的措施,。,。但在实际生,产,产中，一个工,序,序加工完成后,，,，工件的加工,精,精度是一系列,工,工艺因素综合,作,作用的结果，,各,各种因素产生,的,的加工误差可,能,能相互迭加，,也,也可能相互补,偿,偿或抵消，而,且,且各种误差的,表,表现性质在很,大,大程度上带有,一,一定的随机性,。,。,实际上，影响,加,加工精度的因,素,素是错综复杂,的,的，需要要用,概,概率理论和统,计,计方法进行分,析,析和处理，进,而,而提出控制和,解,解决加工精度,问,问题的工艺措,施,施。,一、 加工误,差,差的性质,1.,系统误差,在顺序加工同,一,一批工件中，,如,如果加工误差,的,的大小和方向,都,都保持不变，,或,或者按照一定,的,的规律变化，,则,则称为系统误差。,机床、夹具、,刀,刀具和量具本,身,身的制造误差,和,和很慢的磨损,往,往往被看作常,值,值系统误差。,机,机床、夹具和,刀,刀具等在热平,衡,衡前的热变形,常,常被看作变值系统误差。,2.,随机误差,在顺序加工同,一,一批工件中，,如,如果加工误差,的,的大小和方向,呈,呈不规则变化,，,，则称为随机误差。,第三节 加,工,工误差的综合,分,分析,（一）分布曲,线,线分析法,分布曲线分析,法,法是将测量加,工,工后所得一批,零,零件的实际尺,寸,寸或误差，根,据,据测量结果作,出,出该批工件尺,寸,寸或误差的分,布,布图，然后按,照,照此图来分析,和,和判断加工误,差,差的情况。,1,实际分布曲线,实验分布图的,作,作法与步骤如,下,下：,采集数据,确定分组数、,组,组距,h,、各组组界和,组,组中值,计算平均值和,标,标准差,画出直方图,二、加工误差的统,计,计分析方法,2.,理论分布曲线,1,）正态分布曲,线,线,图,3-35,图,3-36,图,3-37,2,）非正态分布,曲,曲线,图,3-38,3,分布曲线分析,法,法的应用,1,）判别加工误,差,差性质,对于正态分布,而,而言，常值系,统,统误差影响平,均,均值,，,，会引起正,态,态分布曲线沿,横,横轴平移，即,样,样本平均值,与,与公差,带,带中心不重合,；,；而随机误差,决,决定,值，仅影响分,布,布曲线的形状,。,。因此，如果,实,实际分布与正,态,态分布基本相,符,符，可判断整,批,批工件的加工,精,精度及加工误,差,差性质。,如果实际分布,与,与正态分布有,较,较大出入，可,根,根据分布图初,步,步判断变值系,统,统误差的类型,。,。,2,）,判,判,定,定,工,工,序,序,能,能,力,力,及,及,其,其,等,等,级,级,工,序,序,能,能,力,力,是,是,指,指,工,工,序,序,处,处,于,于,稳,稳,定,定,状,状,态,态,时,时,，,，,加,加,工,工,误,误,差,差,正,正,常,常,波,波,动,动,的,的,幅,幅,度,度,。,。,当,当,加,加,工,工,尺,尺,寸,寸,服,服,从,从,正,正,态,态,分,分,布,布,时,时,，,，,其,其,尺,尺,寸,寸,分,分,布,布,范,范,围,围,是,是,6,，,所,所,以,以,工,工,序,序,能,能,力,力,就,就,是,是,6,。,6,的大小代,表,表了某一,种,种加工方,法,法在规定,的,的条件下,，,，如毛坯,余,余量、切,削,削用量、,正,正常的机,床,床、夹具,和,和刀具等,，,，所能达,到,到的加工,精,精度。,工序能力,等,等级描述,了,了工序能,力,力满足加,工,工精度要,求,求的程度,，,，是以工,序,序能力系,数,数来表示,的,的。当工,序,序处于稳,定,定状态时,，,，工序能,力,力系数按,下,下式计算,：,：,C,p,=T/(6,),T,为工件尺,寸,寸公差。,根据工序,能,能力系数,C,p,的大小，,可,可将工序,能,能力分为,5,级，如表,3-4,所示。一,般,般工序能,力,力不应低,于,于二级，,即,即,C,p,1,。,3,）估算合,格,格品率或,不,不合格品,率,率,1.,单值点图,按加工顺,序,序逐个测,量,量工件的,尺,尺寸，以,工,工件加工,的,的顺序号,为,为横坐标,，,，工件尺,寸,寸,(,或误差,),为纵坐标,，,，则整批,工,工件的加,工,工结果可,画,画成点图,，,，每个工,件,件画一点,，,，如图所,示,示，反映,了,了每个工,件,件尺寸,(,或误差,),与加工时,间,间的关系,，,，故称为单值点图。,图,3-39,2.,图,图式平均,值,值,控,控制图联,合,合使用时,的,的统称。,图,3-40,图,3-41,一、影响,表,表面粗糙,度,度的工艺,因,因素,(,一,),切削加工,的,的表面粗,糙,糙度,1.,影响切削,残,残留面积,用直线切,削,削刃切削,时,时，切削,面,面积高度,为,为：,用圆弧切,削,削刃切削,时,时，其残,留,留,面积高度,为,为：,图,3-42,第四节,影,影响表,面,面质量的,因,因素及其,控,控制,2.,影响切削,表,表面积屑,瘤,瘤和鳞刺,的,的因素,宽刀精切,和,和高速精,切,切，合理,选,选择切削,液,液，适当,增,增大刀具,法,法前角，,提,提高刀具,的,的刃磨质,量,量等，均,能,能有效地,减,减小加工,表,表面粗糙,度,度值。,（二）,磨,磨削加工,表,表面粗糙,度,度,1.,砂轮对表,面,面粗糙度,的,的影响,（,1,）砂轮粒度,（,2,）砂轮硬度,（,3,）砂轮组织,（,4,）砂轮磨粒,材,材料,（,5,）砂轮修整,此外，采,用,用超硬磨粒（人造金,刚,刚石、立,方,方氮化硼,和,和陶瓷）,砂,砂轮进行,磨,磨削，可,以,以获得很,小,小的表面,粗,粗糙度值,，,，这是目,前,前精密和,超,超精密磨,削,削的主要,方,方法。,2.,磨削用量,对,对表面粗,糙,糙度的影,响,响,砂轮的速度越高，单,位,位时间内,通,通过被磨,表,表面的磨,粒,粒数就越,多,多，表面,的,的粗糙度,值,值就越小,。,。,砂轮的纵向进给,量,量减小，工,件,件表面的,每,每个部位,被,被砂轮重,复,复磨削的,次,次数增加,，,，被磨表,面,面的粗糙,度,度值将减,小,小。,工质材料,的,的性质、冷却润滑,液,液的选用等,对,对磨削表,面,面粗糙度,也,也有明显,的,的影响。,（一）表,面,面层的冷,作,作硬化,1.,影响切,削,削加工,表,表面冷,作,作硬化,的,的因素,(1),切削用,量,量的影,响,响加大进,给,给量时,，,，切削,力,力增大,，,，表层,金,金属的,塑,塑性变,形,形加剧,，,，冷硬,程,程度增,大,大，表,面,面金属,的,的显微,硬,硬度将,随,随之增,大,大。但,如,如果进,给,给量跟,小,小，如,切,切削厚,度,度小于,0.050.06,时，继,续,续减小,进,进给量,，,，表层,金,金属的,冷,冷硬程,度,度不仅,不,不会减,小,小，反,而,而会增,大,大。,(2),刀具几,何,何形状,的,的影响刀具刃,钝,钝圆半,径,径增大,时,时，加,工,工后表,面,面的冷,硬,硬层深,度,度和硬,度,度也随,之,之增大,。,。原因,在,在于切,削,削刃钝,圆,圆半径,增,增大会,加,加大径,向,向切削,力,力，从,而,而加剧,塑,塑性变,形,形，导,致,致硬化,现,现象严,重,重。刀,具,具后面,的,的磨损,量,量增加,时,时，使,得,得刀具,后,后面与,被,被加工,表,表面的,摩,摩擦加,剧,剧，塑,性,性变形,增,增大，,从,从而表,层,层冷硬,程,程度增,大,大。,(3),加工材,料,料性能,的,的影响,工,工,件,件材料,的,的塑性,越,越大，,冷,冷硬倾,向,向越大,，,，冷硬,程,程度也,越,越严重,。,。,二、影,响,响零件,表,表层物,理,理力学,性,性能的,因,因素及,其,其控制,（二）,表,表层的,残,残余应,力,力,1.,影响切,削,削表层,残,残余应,力,力的因,素,素,（,1,）切削用,量,量影响,切,切削速,度,度增加,，,，使表,面,面沿速,度,度方向,的,的塑性,变,变形减,少,少，工,件,件表层,产,产生的,残,残余拉,应,应力，,随,随速度,的,的提高,而,而下降,。,。加大,进,进给量,，,，会使,表,表层金,属,属塑性,变,变形增,加,加，切,削,削区发,生,生的热,量,量也增,加,加，其,结,结果会,使,使残余,应,应力的,数,数值及,扩,扩展深,度,度相应,增,增大。,（,2,）刀具角度的影响,当,当前角由正,值,值变为负值,或,或继续增大,负,负前角，拉,伸,伸残余应力,的,的数值减小,。,。,（,3,）工件材料的影响,塑,塑性大,的,的材料，切,削,削加工后表,面,面层一般产,生,生残余拉应,力,力；脆性材,料,料如铸铁，,切,切削时由于,后,后刀面的挤,压,压与摩擦，,表,表面层产生,残,残余压应力,。,。,2.,影,响,响,磨,磨,削,削,表,表,层,层,残,残,余,余,应,应,力,力,的,的,因,因,素,素,（,1,）磨,削,削,用,用,量,量的,影,影,响,响,磨,磨,削,削,低,低,碳,碳,钢,钢,时,时,，,，,当,当磨,削,削,深,深,度,度很,小,小,（,（,如,如,ap=0.005mm,）,时,时,，,，,塑,塑,性,性,变,变,形,形,起,起,主,主,要,要,作,作,用,用,，,，,因,因,此,此,磨,磨,削,削,表,表,面,面,形,形,成,成,压,压,缩,缩,残,残,余,余,应,应,力,力,。,。,继,继,续,续,加,加,大,大,磨,磨,削,削,深,深,度,度,，,，,塑,塑,性,性,变,变,形,形,加,加,剧,剧,，,，,磨,磨,削,削,热,热,随,随,之,之,增,增,大,大,，,，,热,热,因,因,素,素,的,的,作,作,用,用,逐,逐,渐,渐,占,占,主,主,导,导,地,地,位,位,，,，,在,在,表,表,面,面,层,层,产,产,生,生,拉,拉,伸,伸,残,残,余,余,应,应,力,力,；,；,且,且,随,随,着,着,磨,磨,削,削,深,深,度,度,的,的,增,增,大,大,，,，,拉,拉,伸,伸,残,残,余,余,应,应,力,力,的,的,数,数,值,值,将,将,逐,逐,渐,渐,增,增,大,大,。,。,当,当,ap0.025mm,时，尽管磨削,温,温度很高，但,因,因工业铁的含,碳,碳量极低，不,可,可能出现淬火,现,现象，此时塑,性,性变形因素逐,渐,渐起主导作用,，,，表层金属的,拉,拉伸残余应力,数,数值逐渐减小,。,。当,ap,取值很大时，,表,表层金属呈现,压,压缩残余应力,状,状况。,提高砂轮速度，磨削区温度,增,增高，而每颗,磨,磨粒所切除的,金,金属厚度减小,，,，此时热因素,的,的作用增大，,塑,塑性变形因素,的,的影响减小，,因,因此提高砂轮,速,速度将使表面,金,金属产生拉伸,残,残余应力的倾,向,向增大。,加大工件的回转速度和进给速度，将使砂轮与,工,工件的热作用,时,时间缩短，热,因,因素的影响逐,渐,渐减小，塑性,变,变形因素的影,响,响逐渐加大。,这,这样，表面金,属,属中产生拉伸,残,残余应力的趋,势,势逐渐减小，,而,而产生压缩残,余,余应力的趋势,逐,逐渐增大。,（,2,）工件材料的影响工件材料的强度越高、导热性,越,越差、塑性越,低,低，在磨削时,表,表面金属产生,拉,拉伸残余应力,的,的倾向就越大,。,（三）表层金,属,属金相组织的,变,变化,发生磨削烧伤,的,的根本原因是,磨,磨削温度过高,，,，因此避免和,减,减轻磨削烧伤,的,的基本途径是,减,减少热量的产,生,生和加速热量,的,的发散，具体,措,措施如下：,（,1,）正确选择砂轮为避免产生烧,伤,伤，应选择较,软,软的砂轮。选,择,择具有一定弹,性,性的结合剂（,如,如橡胶结合剂,、,、树脂结合剂,）,），也有助于,避,避免烧伤现象,的,的产生。,（,2,）合理选择磨削,用,用量磨削深度,ap,对磨削温度影,响,响最大，从减,轻,轻烧伤的角度,考,考虑，,ap,不宜过大。平,磨,磨时，加大横,向,向进给量,ft,有助于减轻烧,伤,伤。加大工件,回,回转速度,Vw,，磨削表面的,温,温度升高，但,其,其增长速度与,磨,磨削深度,ap,的影响相比要,小,小得多；且,Vw,越大，热量越,不,不容易传入工,件,件内层，具有,减,减小烧伤层深,度,度的作用。但,增,增大工件速度,Vw,会使表面粗糙,度,度值增大，为,了,了弥补这一缺,陷,陷，可以相应,提,提高砂轮速度,Vs,。,（,3,）改善冷却条件内冷却是一种,较,较为有效的冷,却,却方法。其工,作,作原理是：经,过,过严格过滤的,冷,冷却液通过中,空,空主轴法兰套,引,引入砂轮的中,心,心腔内，由于,离,离心力的作用,，,，这些冷却液,就,就会通过砂轮,内,内部的孔隙向,砂,砂轮四周的边,缘,缘洒出，这样,冷,冷却液就有可,能,能直接进入磨,削,削区，如图,3-43a,所示。,图,3-43,第五节,机械加工中的,振,振动基本知识,机械加工过程,中,中常产生振动,，,，振动对于加,工,工质量和生产,效,效率都有很大,影,影响。,新型的、难加,工,工材料的加工,过,过程中工艺系,统,统更易产生振,动,动。所以研究,振,振动产生的诱,因,因及机理，进,而,而避免、抑制,或,或消除振动是,非,非常有意义的,。,。,一、机械加工,中,中的强迫振动,机械加工中的强迫振动是在外界周期,性,性干扰力的作,用,用下，系统受,迫,迫产生的振动,。,。,1.,强迫振动产生,的,的原因,强迫振动的振,源,源有来自机床,内,内部的称为机内振源，也有来自机,床,床外部的称为,机,机外振源。,机,机内振源主要,有,有机床旋转件的,不,不平衡，机床传动机构,的,的缺陷，往复运动部件,的,的惯性力，以及切削过程中的,冲,冲击等。,机床中各种高,速,速旋转的零件,（,（例如电动机,转,转子、带轮、,齿,齿轮、卡盘、,砂,砂轮等），由,于,于不平衡产生,周,周期性的激振力，使加工过程,产,产生强迫振动,。,。,齿轮制造不精确或有安装误差也会产生周期,性,性干扰力。,第五节,机械加工中的,振,振动基本知识,2.,强迫振动的特性,1,）强迫振动是,一,一种不衰减的,振,振动，只要有,激,激振干扰力存,在,在，振动就不,会,会衰减，但振,动,动本身不会引,起,起干扰力的变,.,2,）强迫振动的,振,振动频率与干,扰,扰力的频率相,同,同，或是干扰,力,力频率的整数,倍,倍。这种频率,对,对应关系是诊,断,断机械加工中,所,所产生的振动,是,是否为强迫振,动,动的主要依据,，,，并可利用上,述,述频率特征去,分,分析、查找强,迫,迫振动的振源,。,。,3,）强迫振动的,幅,幅值既与干扰,力,力的幅值有关,，,，又与工艺系,统,统的动态特性,及,及干扰力频率,有,有关。一般来,说,说，干扰力的,幅,幅值越大，强,迫,迫振动的幅值,也,也越大。工艺,系,系统的动态特,征,征对强迫振动,的,的幅值影响极,大,大。,4,）强迫振动的,位,位移变化总是,比,比干扰力在相,位,位上滞后一个,角,角，其值,与,与系统的动态,特,特性及干扰力,频,频率有关。,1.,自激振动的概念及特点,机械加工过程,中,中，在没有周,期,期性外力干扰,作,作用下，由系,统,统内部激发反,馈,馈产生的周期,性,性振动，称为自激振动，简称颤振。,机床加工系统,是,是一个由振动系统和调节系统组成的闭环反,馈,馈控制系统，,如,如图,3-44,所示。,自激振动的特点是：机械加工,中,中的自激振动,是,是在没有外力,（,（相对于切削,过,过程而言）干,扰,扰下所 产生,的,的振动，这与,强,强迫振动有着,本,本质的区别。,图,3-44,二、 机械加,工,工中的自激振,动,动,2.,自激振动的产,生,生机理,（,1,）再生自激振动,原,原理切削和磨削加,工,工过程中，时,常,常出现后一次,进,进给与前一次,进,进给的切削区,发,发生部分重叠,。,。如果在车削,过,过程中受到一,个,个偶然的瞬时,扰,扰动，刀具与,工,工件便会发生,相,相对振动（自,由,由振动），它,的,的幅值将因阻,尼,尼存在而逐渐,衰,衰减。但这种,振,振动会在工件,表,表面上留下一,段,段振纹。当工,件,件转过一转后,，,，刀具将在留,有,有振纹的表面,上,上重复切削，,此,此时切削厚度,将,将发生波动，,因,因而产生动态,交,交变力。一旦,机,机床工艺系统,满,满足产生自激,振,振动的条件，,振,振动便会进一,步,步发展到持续,的,的自激振动状,态,态。,这种,由,由振,纹,纹和,动,动态,切,切削,力,力的,相,相互,影,影响,作,作用,称,称为,振,振纹,的,的再,生,生效,应,应，,而,而把,由,由振,纹,纹的,再,再生,效,效应,导,导致,的,的切,削,削自,激,激振,动,动称,为,为,再生,型,型自,激,激振,动,动,。,(2),振型,耦,耦合,机,机理在一,些,些切,削,削加,工,工（,如,如螺,纹,纹车,削,削）,中,中，,切,切削,表,表面,完,完全,没,没有,重,重叠,，,，不,存,存在,再,再生,自,自激,振,振动,的,的条,件,件。,但,但当,背,背吃,刀,刀量,增,增加,到,到一,定,定程,度,度时,，,，切,削,削过,程,程仍,会,会发,生,生切,削,削自,激,激振,动,动。,实,实验,表,表明,，,，此,种,种情,况,况下,产,产生,的,的自,激,激振,动,动，,刀,刀尖,与,与工,件,件相,对,对运,动,动的,轨,轨迹,是,是一,个,个形,状,状和,位,位置,都,都十,分,分不,稳,稳定,的,的、,封,封闭,的,的近,似,似椭,圆,圆。,这,这时,，,，刀,具,具作,振,振入,运,运动,时,时，,切,切削,厚,厚度,较,较薄,，,，切,削,削力,较,较小,；,；而,在,在刀,具,具作,振,振出,运,运动,时,时，,切,切削,厚,厚度,较,较大,，,，切,削,削力,较,较大,。,。于,是,是振,出,出时,切,切削,力,力所,做,做的,正,正功,就,就大,于,于振,入,入时,切,切削,力,力所,做,做的,负,负功,，,，系,统,统就,会,会有,能,能量,输,输入,，,，振,动,动得,以,以维,持,持。,这,这种,由,由于,振,振动,系,系统,在,在各,主,主振,模,模态,间,间相,互,互耦,合,合、,相,相互,关,关联,而,而产,生,生的,自,自激,振,振动,，,，称,为,为振型,耦,耦合,型,型自,激,激振,动,动。,三、,抑,抑制,机,机械,加,加工,振,振动,的,的措,施,施,1.,消除,或,或减,弱,弱产,生,生强,迫,迫振,动,动的条件,（,1,）减,小,小机,内,内干,扰,扰力,的,的幅,值,值,（,2,）适,当,当调,整,整振,源,源的,频,频率,（,3,）采,取,取隔,振,振措,施,施,2,消除,或,或减,弱,弱产,生,生自,激,激振,动,动的,条,条件,（,1,）合,理,理选,择,择切,削,削用,量,量和,刀,刀具,几,几何,角,角度,（,2,）改,变,变刀,具,具结,构,构,（,3,）调,整,整振,动,动系,统,统小,刚,刚度,主,主轴,的,的位,置,置,3,改善,工,工艺,系,系统,的,的动,态,态特,性,性,4,采用,各,各种,减,减振,装,装置,图,3-45,图,3-46,