1、第七章 機(jī)械加工精度,本章學(xué)習(xí)目的： 了解各種因素對加工精度的影響規(guī)律，找出 提高加工精度的途徑，以保證零件的加工質(zhì)量。,主要內(nèi)容： 1. 機(jī)械加工精度的概念； 2. 獲得加工精度的方法； 3. 影響加工精度的因素； 4. 加工誤差的分析與控制。,重點(diǎn)： 1. 影響加工精度的因素； 2. 獲得加工精度的方法及加工誤差控制。 難點(diǎn)： 1. 影響加工精度的因素； 2. 加工誤差的分析。,優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗是企業(yè)發(fā)展的必由之路。 產(chǎn)品的質(zhì)量與零件的加工質(zhì)量、產(chǎn)品的裝配質(zhì)量密切相關(guān)，而零件的加工質(zhì)量是保證產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)。它包括零件的加工精度和表面質(zhì)量兩方面。,第一節(jié) 概 述,產(chǎn)品質(zhì)量是企業(yè)的生命線 按

2、現(xiàn)代質(zhì)量觀它包括設(shè)計質(zhì)量、制造質(zhì)量和服務(wù)質(zhì)量 零件制造質(zhì)量是保證產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ),一、加工精度與加工誤差,加工精度是指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)（尺寸、形狀及各表面相互位置等參數(shù)）與理想幾何參數(shù)的符合程度。符合程度越高，加工精度就越高。反之，越低。,表面絕對平面、圓柱面等； 位置絕對平行、垂直、同 軸等； 尺寸位于公差帶中心。,機(jī)械加工精度包含的內(nèi)容 : 尺寸精度:限制加工表面與其基準(zhǔn)間尺寸誤差不超過一定的范圍（公差）。 形狀精度:限制加工表面宏觀幾何形狀誤差。 相互位置精度:限制加工表面與其基準(zhǔn)間的相互位置誤差。,加工精度的獲得方法,1).尺寸精度的獲得方法 試切法：試切測量切削。 下圖是一個車

3、削的試切法例子。試切法的生產(chǎn)率低，要求工人的技術(shù)水平較高，否則質(zhì)量不易保證，因此多用于單件、小批量生產(chǎn)。,調(diào)整法：在加工一批零件時，對第一個零件用試切法調(diào)整好，保持其位置不變，加工其他零件。 先按規(guī)定尺寸調(diào)整好機(jī)床、夾具、刀具和工件的相對位置及進(jìn)給行程，從而保證在加工時自動獲得尺寸。這種方法使得生產(chǎn)率大大提高，但精度低些，主要取決于機(jī)床、夾具的精度和調(diào)整誤差。,定尺寸刀具法：大多利用定尺寸的孔加工刀具等來加工孔。 自動控制法：尺寸測量刀具補(bǔ)償調(diào)整 切削加工，自動獲得精度，適用加工精度要求高的零件 主動測量法（在線檢測）：邊加工邊測量加工尺寸 2).形狀精度的控制方法 軌跡法：精度決定于成形運(yùn)動

4、的精度 成形法：精度取決于刀刃的形狀精度和刀具的裝夾精度 展成法：取決于機(jī)床展成運(yùn)動的傳動鏈精度及刀具的制造精度 精細(xì)修整加工方法：,加工誤差是指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)對理想幾何參數(shù)的偏離程度，所以，加工誤差的大小反映了加工精度的高低。,實(shí)際加工時不可能也沒有必要把零件做得與理想零件完全一致，而總會有一定的偏差，即加工誤差。只要這些誤差在規(guī)定的范圍內(nèi)，即能滿足機(jī)器使用性能的要求。,二、原始誤差,由機(jī)床、夾具、刀具和工件組成的機(jī)械加工工藝系統(tǒng)的誤差是工件產(chǎn)生加工誤差的根源。我們把工藝系統(tǒng)的各種誤差稱之為原始誤差。,工藝系統(tǒng)的幾何誤差 工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差 工藝系統(tǒng)熱變形引起的誤差 工件的

5、殘余應(yīng)力引起的誤差 伺服進(jìn)給系統(tǒng)位移誤差等,原始誤差產(chǎn)生加工誤差的根源，它包括：,三、研究機(jī)械加工精度的方法,是在掌握各種原始誤差對加工精度影響規(guī)律的基礎(chǔ)上，分析工件加工中所出現(xiàn)的誤差可能是哪一種或哪幾種主要原始誤差所引起的，并找出原始誤差與加工誤差之間的影響關(guān)系，通過估算來確定工件加工誤差的大小，再通過試驗測試來加以驗證。,是對具體加工條件下得到的幾何參數(shù)進(jìn)行實(shí)際測量，然后運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計學(xué)方法對這些測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，找出工件加工誤差的規(guī)律和性質(zhì)，進(jìn)而控制加工質(zhì)量。,第二節(jié) 工藝系統(tǒng)的幾何誤差,一、原理誤差,原理誤差是指由于采用了近似的加工方法、近似的成形運(yùn)動或近似的刀具輪廓而產(chǎn)生的誤差。,

6、采用近似的成形運(yùn)動和刀具刃形，不但可以簡化機(jī)床或刀具的結(jié)構(gòu)，而且能提高生產(chǎn)效率和加工的經(jīng)濟(jì)效益。,增加滾刀的刀齒數(shù)和減少滾刀的線數(shù)可減小這種原理誤差。,例如滾齒用的齒輪滾刀，就有兩種誤差，一是為了制造方便，采用阿基米德蝸桿代替漸開線基本蝸桿而產(chǎn)生的刀刃齒廓近似造形誤差；二是由于滾刀切削刃數(shù)有限，切削是不連續(xù)的，因而滾切出的齒輪齒形不是光滑的漸開線，而是折線。,二、機(jī)床幾何誤差,機(jī)床制造 磨損 安裝,機(jī)床的幾何誤差組成,機(jī)床幾何誤差,1、機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差,（1）機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差的概念,主軸的實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線對其理想回轉(zhuǎn)軸線（一般用平均回轉(zhuǎn)軸線來代替）產(chǎn)生的偏移量。,軸向竄動 純徑向跳動 純角度擺動,

7、實(shí)際上主軸回轉(zhuǎn)誤差是上述三種形式誤差的合成。由于主軸實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線在空間的位置是在不斷變化的，由上述三種運(yùn)動所產(chǎn)生的位移（即誤差）是一個瞬時值。,主軸回轉(zhuǎn)誤差分類及影響因素,主軸回轉(zhuǎn)誤差可分為如圖的三種基本類型： 純徑向跳動：實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線始終平行于理想回轉(zhuǎn)軸線，在一個平面內(nèi)作等幅的跳動。 純軸向竄動：實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線始終沿理想回轉(zhuǎn)軸線作等幅的竄動。 純角度擺動：實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線與理想回轉(zhuǎn)軸線始終成一傾角，在一個平面上作等幅擺動，且交點(diǎn)位置不變。,誤差敏感方向,圖7-4：,（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

8、差敏感方向一般為已加工表面過切削點(diǎn)的法線方向。,影響主軸回轉(zhuǎn)精度的因素： 滑動軸承軸頸或滾動軸承滾道圓度誤差 滾動軸承內(nèi)環(huán)的壁厚誤差 滑動軸承軸頸、軸承套或滾動軸承滾道的波度 滾動軸承滾子的圓度誤差和尺寸偏差 軸承間隙以及切削中的受力變形 軸承定位端面與軸心線垂直度誤差 軸承端面之間的平行度誤差 鎖緊螺母端面的跳動等,主軸不同形式的回轉(zhuǎn)誤差引起的加工誤差不同 車床上加工外圓內(nèi)孔時，主軸徑向跳動引起工件圓度和 圓柱度誤差，對工件端面無影響； 軸向竄動對圓柱表面影響不大，對端面垂直度平面度影 響大，車削螺紋時會造成導(dǎo)程的周期性誤差； 純角度擺動會造成車削外圓或內(nèi)孔的錐度誤差；在鏜孔 時，會使鏜出的

9、孔為橢圓形。,提高主軸回轉(zhuǎn)精度的措施:,1）提高主軸的軸承精度。,2）減少機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差對加工精度的影響。,3）對滾動軸承進(jìn)行預(yù)緊，以消除間隙。,4）提高主軸箱體支承孔、主軸軸頸和與軸承相配合的零件有關(guān)表面的加工精度。,2、機(jī)床導(dǎo)軌誤差,機(jī)床導(dǎo)軌是機(jī)床中確定某些主要部件相對位置的基準(zhǔn)，也是某些主要部件的運(yùn)動基準(zhǔn)。,水平面內(nèi)的直線度 垂直面內(nèi)的直線度 前后導(dǎo)軌的平行度（扭曲）,Y,Y,o,D,R,水平面,導(dǎo)軌水平面內(nèi)直線度,圖79 導(dǎo)軌在水平面內(nèi)直線度誤差,將直接反映在工件加工表面法線方向（誤差敏感方向） 上，誤差R = ，對加工精度影響最大。 刀尖在水平面內(nèi)的運(yùn)動軌跡造成工件軸向形狀誤差。,

10、垂直平面,導(dǎo)軌垂直面直線度,Z,d,R,Z,圖710 導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)直線度誤差,R,d/2,對臥式車床R Z2/D 若設(shè)Z= 0.1mm,D=40mm，則 R =0.00025mm，影響可忽略不計。 而對平面磨床、龍 門刨床誤差將直接反映在工件上。,（3）前后導(dǎo)軌平行度誤差的影響,床身前后導(dǎo)軌有平行度誤差（扭曲）時，會使車床溜板在沿床身移動時發(fā)生偏斜，從而使刀尖相對工件產(chǎn)生偏移，使工件產(chǎn)生形狀誤差（鼓形、鞍形、錐度）。,從圖4-11可知，車床前后導(dǎo)軌扭曲的最終結(jié)果反映在工件上，于是產(chǎn)生了加工誤差y。,圖411 車床導(dǎo)軌扭曲對工件形狀精度影響,3、機(jī)床傳動鏈誤差,在車螺紋、插齒、滾齒等加工時，刀

11、具與工件之間有嚴(yán)格的傳動比要求。要滿足這一要求，機(jī)床內(nèi)聯(lián)系傳動鏈的誤差必須控制在允許的范圍內(nèi)。,（1）機(jī)床傳動鏈誤差定義,指傳動鏈?zhǔn)寄﹥啥藞?zhí)行元件間相對運(yùn)動的誤差。,（2）機(jī)床傳動鏈誤差描述,傳動鏈末端元件產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角誤差。它的大小對車、磨、銑螺紋，滾、插、磨（展成法磨齒）齒輪等加工會影響分度精度，造成加工表面的形狀誤差，如螺距精度、齒距精度等。,（3）減少傳動鏈誤差的措施,1）盡量縮短傳動鏈。 2）提高傳動件的制造和安裝精度，尤其是末端零件的精度。 3）盡可能采用降速運(yùn)動，且傳動比最小的一級傳動件應(yīng)在最后。 4）消除傳動鏈中齒輪副的間隙。 5）采用誤差校正機(jī)構(gòu),如普通車刀、單刃 鏜刀和面銑刀等

12、）的制 造誤差對加工精度沒有 直接影響，但磨損后對 工件尺寸或形狀精度有 一定影響,定尺寸刀具（如鉆 頭、鉸刀、圓孔拉刀等） 的尺寸誤差直接影響被 加工工件的尺寸精度。 刀具的安裝和使用不當(dāng)， 也會影響加工精度。,成形刀具（如成形車 刀、成形銑刀、盤形齒 輪銑刀等）的誤差主要 影響被加工面的形狀精 度,展成法刀具（如齒輪 滾刀、插齒刀等）加工齒 輪時，刀刃的幾何形狀及 有關(guān)尺寸精度會直接影響 齒輪加工精度,三、工藝系統(tǒng)其它幾何誤差,圖例 車刀的尺寸磨損,圖例 車刀磨損過程,夾具的誤差主要是指： 1）定位元件、刀具導(dǎo)向元件、分度機(jī)構(gòu)、夾具體等零件的制造誤差。 2）夾具裝配后，以上各種元件工作面間

13、的相對尺寸誤差。 3）夾具在使用過程中工作表面的磨損。（圖例） 工件的安裝誤差包括定位誤差和夾緊誤差。具體內(nèi)容在機(jī)械制造裝備課程中講述。,2、夾具誤差和工件安裝誤差,夾具誤差影響加工位置精度。 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(yīng)公差的1/3。,1）定位誤差； 2）刀具導(dǎo)向（對刀）誤差； 3）夾緊誤差； 4）夾具制造誤差； 5）夾具安裝誤差； ,3、 測 量 誤 差,4. 調(diào)整誤差,測量誤差。 試切時與正式切削時切削厚度不同造成的誤差。 機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的位移誤差。,定程機(jī)構(gòu)誤差。 樣件或樣板誤差。 測量有限試件造成的誤差。 和試切法有關(guān)的誤差。,圖7-

14、20 試切法與調(diào)整法,在銑床上加工一批軸件上的鍵槽，如圖所示。已知銑床工作臺面與導(dǎo)軌的平行度誤差為0.05/300，夾具兩定位V型塊夾角 ，交點(diǎn)A的連線與夾具體底面的平行度誤差為0.01/150，階梯軸工件兩端軸頸尺寸為 。試分析計算加工后鍵槽底面對工件軸線的平行度誤差（只考慮上述因素影響，并忽略兩軸頸與 外圓的同軸度誤差）。,例題一：,鍵槽底面對 下母線之間的平行度誤差由3項成： 銑床工作臺面與導(dǎo)軌的平行度誤差：0.05/300 夾具制造與安裝誤差（表現(xiàn)為交點(diǎn)A的連線與夾具體底面的平行度誤差）：0.01/150 工件軸線與交點(diǎn)A的連線的平行度誤差： 為此，首先計算 外圓中心在垂直方向上的變量

15、： mm 可得到工件軸線與交點(diǎn)A的連線的平行度誤差：0.07/150 最后得到鍵槽底面（認(rèn)為與銑床導(dǎo)軌平行）對工件軸線的平行度誤差：,例題二：,例題三：,解：,破壞了刀具、工件間相對位置,第三節(jié) 工藝系統(tǒng)受力變形引起的加工誤差,一、工藝系統(tǒng)受力變形現(xiàn)象,工藝系統(tǒng)受力變形,二、 機(jī)床部件剛度特點(diǎn),機(jī)床結(jié)構(gòu)復(fù)雜，組成的零部件多，各零部件之間有不同的聯(lián)接和運(yùn)動方式，因而機(jī)床部件的剛度問題就比較復(fù)雜。它的計算至今還沒有合適的方法，需要通過實(shí)驗來測定。 下圖為單向加載時車床剛度測定示意圖。主軸部件、尾座及刀架的變形可分別從千分表2、3和6讀出。 這種方法測得的y方向位移是背向力Fp作用下引起的變形。,圖

16、 單向靜載測定車床剛度 1心軸 2、3、6千分表 4測力環(huán) 5螺旋加力器,圖415 車床刀架部件的剛度曲線 一次加載 二次加載 三次加載,（1）機(jī)床部件剛度的特點(diǎn),1） 背向力Fp與刀架變形ydj不是線性關(guān)系。 2） 加載曲線與卸載曲線不重合。 3） 加載曲線與卸載曲線不封閉（卸載后 由于存在殘余變形，曲線回不到原點(diǎn)）。 4）部件的實(shí)際剛度遠(yuǎn)比按實(shí)體結(jié)構(gòu)的估計 值小。,圖4-15是以Fp為縱坐標(biāo)，刀架變形ydj為橫坐標(biāo)的某車床刀架部件的剛度實(shí)測曲線。實(shí)驗中進(jìn)行了三次加載卸載循環(huán)，由圖可以看出，機(jī)床部件的剛度曲線有以下特點(diǎn)：,（2）影響機(jī)床部件剛度的因素,連接表面間的接觸變形（圖示） 薄弱零件本

17、身的影響（圖416） 接合面間的間隙 接合面間摩擦力的影響,2）影響機(jī)床部件剛度的因素 結(jié)合面接觸變形,局部的塑性變形使得剛度曲線不呈直線，且回不到原點(diǎn)。,加載時摩擦力阻礙變形的發(fā)生，卸載時阻礙變形的恢復(fù)，使得加載曲線與卸載曲線不重合。,2）影響機(jī)床部件剛度的因素 接合面間摩擦力的影響,接合面間存在間隙時，較小的作用力下就會產(chǎn)生較大的位移，表現(xiàn)為剛度很低。間隙消除后，接合面才真正開始接觸，產(chǎn)生彈性變形，表現(xiàn)為剛度高。因間隙而引起的位移在卸載后不能恢復(fù)。,2）影響機(jī)床部件剛度的因素 接合面間的間隙,圖416 機(jī)床部件剛度的薄弱環(huán)節(jié) a) 溜板中的楔鐵 b) 軸承套,2）影響機(jī)床部件剛度的因素 部

18、件中個別薄弱零件的影響,接 觸 剛 度,實(shí)驗研究表明，兩個相接觸的表面間受力作用時，兩表面的接觸變形y是表面壓強(qiáng)p的遞增函數(shù)（圖）。 因此，機(jī)床部件接合表面間剛度可較確切地用接觸剛度來表示，即壓強(qiáng)的微分dp與位移的微分dy的比值稱為接觸剛度kj kj =dp/dy,接觸表面間的名義壓強(qiáng)的增量與接觸變形的增量之比稱為 接觸剛度。零件表面越粗糙，形狀誤差越大，材料硬度低， 接觸剛度越小。,圖 表面接觸變形與壓強(qiáng)的關(guān)系,三、工藝系統(tǒng)的剛度,整個系統(tǒng)在外力作用下抵抗其變形的能力。其大小為： 背向力Fp （舊標(biāo)準(zhǔn)中為徑向切削分力Fy）與工藝系統(tǒng)在該方向上的變形yxt的比值，即 kxt=Fp/yxt 負(fù)剛

19、度：,注意：這里變形yxt是總切削力的三個分力Fc、Fp、Ff（舊標(biāo)準(zhǔn)中為Fz、Fy、Fx）綜合作用的結(jié)果。,1. 工藝系統(tǒng)剛度的概念,2、系統(tǒng)剛度與環(huán)節(jié)剛度,工藝系統(tǒng)的剛度是由組成工藝系統(tǒng)各部件的剛度決定的。工藝系統(tǒng)的總變形量為： yxt= yjc+ydj+yjj+ygj kxt=Fp/yxt, kjc= Fp/yjc ， kdj= Fp/ydj , kjj= Fp/yjj， kgj= Fp/ygj 工藝系統(tǒng)剛度的一般式為： kxt= 1/(1/kjc+1/ kdj+1/ kj+1/ kgj) （4 - 7）,若已知工藝系統(tǒng)各組成部分的剛度（即環(huán)節(jié)剛度），就可以求出工藝系統(tǒng)的剛度。,四 工藝

20、系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響,1、背向力作用點(diǎn)位置變化引起的加工誤差,切削后的工件呈鼓形，其最大直徑在通過軸線中點(diǎn)的橫截面內(nèi)。,在加工過程中，由于工件加工余量或材料硬度不均勻，都會引起背向力的變化，從而使工藝系統(tǒng)受力變形不一致而產(chǎn)生加工誤差。這種由于工藝系統(tǒng)受力變形的變化而使毛坯橢圓形狀誤差復(fù)映到加工后工件表面的現(xiàn)象稱為“誤差復(fù)映”。,2、切削力 大小變化引起的加工誤差（誤差復(fù)映）,式中 g 工件圓度誤差； m 毛坯圓度誤差； k 工藝系統(tǒng)剛度； 誤差復(fù)映系數(shù)。,以橢圓截面車削為例說明（圖）,由于工藝系統(tǒng)受力變形，使毛坯誤差部分反映到工件上，此種現(xiàn)象稱為“誤差復(fù)映”,誤差復(fù)映,誤差復(fù)映系數(shù),機(jī)

21、械加工中，誤差復(fù)映系數(shù)通常小于1。可通過多次走刀，消除誤差復(fù)映的影響。,誤差復(fù)映程度可用誤差復(fù)映系數(shù)來表示，誤差復(fù)映系數(shù)與系統(tǒng)剛度成反比。由前式可得：,（4-14）,在粗加工時,每次走刀的進(jìn)給量f一般不變,假設(shè)誤差復(fù)映系數(shù)均為,則n次走刀就有 z=n,增加走刀次數(shù),可減小誤差復(fù)映,提高加工精度,但生產(chǎn)率降低了。 提高工藝系統(tǒng)剛度，對減小誤差復(fù)映系數(shù)具有重要意義。 毛坯的各種形狀誤差（圓度、圓柱度、同軸度、平面度等）都會以一定的復(fù)映系數(shù)，復(fù)映成工件的加工誤差。 毛坯材料的不均勻，HB有變化，同樣會引起背向力的變化，產(chǎn)生加工誤差，分析方法同誤差復(fù)映規(guī)律。,討論：,通過提高導(dǎo)軌等 結(jié)合面的刮研質(zhì) 量

22、、形狀精度并 降低表面粗糙度， 都能增加接觸面 積，有效地提高 接觸剛度。預(yù)加 載荷，也可增大 接觸剛度,加工細(xì)長軸時， 采用中心架或 跟刀架來提高 工件的剛度。 采用導(dǎo)套、導(dǎo) 桿等輔助支承 來加強(qiáng)刀架的 剛度。,對剛性較差 的工件選擇 合適的夾緊 方法，能減 小夾緊變形， 提高加工精度,采用塑料滑動導(dǎo)軌，其摩擦特性好，有效防止低速爬行，運(yùn)行平穩(wěn)，定位精度高，具有良好的耐磨性、減振性和工藝性。此外，還有滾動導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌。,（1）提高 接觸剛度,（2）提高零部 件剛度減小受力 變形,（3）合理安 裝工件減小 夾緊變形,4減少摩擦防止微量進(jìn)給時的“爬行”,減小工藝系統(tǒng)受力變形的措施,例題一：,答

23、：,例題二：,例題:橫磨一剛度很大的工件，若徑向磨削力為300N，頭、尾架剛度分別為50000 N/mm和40000N/mm，試分析 加工后工件的形狀，并計算形狀誤差。,解：A點(diǎn)處的支反力： FA =300*100/300=100 （N）,由幾何關(guān)系，可求出B點(diǎn)處的位移量： B=0.002+(0.005-0.002)*150/300=0.0035(mm) C點(diǎn)處的位移量：C=0.002+(0.005-0.002)*250/300=0.0045(mm) 加工后，零件成錐形，錐度誤差為0.001 mm。,D點(diǎn)處的支反力： FD =300*200/300=200 （N）,在磨削力的作用下，A點(diǎn)處的位

24、移量：A=100/50000=0.002(mm) 在磨削力的作用下，D點(diǎn)處的位移量： D=200/40000=0.005(mm),第四節(jié) 工藝系統(tǒng)熱變形引起的加工誤差,（一）概 述,工藝系統(tǒng)在各種熱源作用下，會產(chǎn)生相應(yīng)的熱變形，從而破壞工件與刀具間正確的相對位置，造成加工誤差。,據(jù)統(tǒng)計，由于熱變形引起的加工誤差約占總加工誤差的40%70%。工藝系統(tǒng)的熱變形不僅嚴(yán)重地影響加工精度，而且還影響加工效率的提高。 實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工后，加工誤差不能再由人工進(jìn)行補(bǔ)償，全靠機(jī)床自動控制，因此熱變形的影響就顯得特別重要。 工藝系統(tǒng)熱變形的問題已成為機(jī)械加工技術(shù)發(fā)展的一個重大研究課題。,1. 工藝系統(tǒng)的熱源,電機(jī)、

25、軸承、齒輪、油泵等,工件、刀具、切屑、切削液,氣溫、室溫變化、熱、冷風(fēng)等,熱源,日光、照明、暖氣、體溫等,2. 工藝系統(tǒng)的熱平衡,工藝系統(tǒng)受各種熱源的影響，其溫度會逐漸升高。同時，它們也通過各種傳熱方式向周圍散發(fā)熱量。,當(dāng)單位時間內(nèi)傳入和散發(fā)的熱量相等時，工藝系統(tǒng)達(dá)到了熱平衡狀態(tài)。 而工藝系統(tǒng)的熱變形也就達(dá)到某種程度的穩(wěn)定。,機(jī)床在開始工作的一段時間內(nèi)，其溫度場處于不穩(wěn)定狀態(tài)，其精度也是很不穩(wěn)定的，工作一定時間后，溫度才逐漸趨于穩(wěn)定，其精度也比較穩(wěn)定。 因此，精密加工應(yīng)在熱平衡狀態(tài)下進(jìn)行。,在生產(chǎn)中，必須注意:,（二）機(jī)床熱變形對加工精度的影響,機(jī)床熱變形會使機(jī)床的靜態(tài)幾何精度發(fā)生變化而影響加

26、工精度，其中主軸部件、床身、導(dǎo)軌、立柱、工作臺等部件的熱變形，對加工精度影響最大。,各類機(jī)床其結(jié)構(gòu)、工作條件及熱源形式均不相同，因此機(jī)床各部件的溫升和熱變形情況是不一樣的。,體積大，熱容量大，溫升不高，達(dá)到熱平衡時間長 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，溫度場和變形不均勻，對加工精度影響顯著,圖 機(jī)床的熱變形,（三）工件熱變形對加工精度的影響, 圓柱類工件熱變形,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。,長度：,（4-17）,（4-18）,直徑：,例：長400mm絲杠，加工過程溫升1，熱伸長量為：,式中 X 變形撓度； L，S 工件原有長度和厚度； 工件材料

27、線膨脹系數(shù)； t 溫升。, 板類工件單面加工時的熱變形,此值已大于精密導(dǎo)軌平直度要求,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。 例：高600mm，長2000mm的床身，若上表面溫升為3，則變形量為：,（四）刀具熱變形對加工精度的影響,刀具熱變形主要是由切削熱引起的。切削加工時雖然大部分切削熱被切屑帶走，傳入刀具的熱量并不多，但由于刀具體積小，熱容量小，導(dǎo)致刀具切削部分的溫升急劇升高，刀具熱變形對加工精度的影響比較顯著。,體積小，熱容量小，達(dá)到熱平衡時間較短 溫升高，變形不容忽視（達(dá)0.03 0.05mm）, 特點(diǎn), 1 刀具加熱至熱平衡時間 2 刀具加熱至熱

28、平衡時間 0 刀具間斷切削至熱平衡時間,圖示為車削時車刀的熱變形與切削時間的關(guān)系曲線。 曲線A 車刀連續(xù)工作時的熱伸長曲線； 曲線B 切削停止后，車刀溫度下降曲線； 曲線C 傳動作間斷切削的熱變形切削。,減少切削熱和磨削熱，粗、精加工分開。 充分冷卻和強(qiáng)制冷卻。 隔離熱源。,（五）減少工藝系統(tǒng)熱變形的主要途徑,采用隔熱罩減少熱變形,例1：磨床油箱置于床身內(nèi)，其發(fā)熱使導(dǎo)軌中凹 解決：導(dǎo)軌下加回油槽,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）。,圖4-41 均衡立柱前后壁溫度場,（五）減少工藝系統(tǒng)熱變形的主要途徑,（五）減少工藝系統(tǒng)熱變形的主要途徑,1

29、) 采用熱對稱結(jié)構(gòu) 2) 合理選擇機(jī)床零部件的 安裝基準(zhǔn)(圖7-35),尋求各部件熱變形的規(guī) 律建立熱變形位移數(shù)字 模型并存入計算機(jī)中進(jìn) 行實(shí)時補(bǔ)償,加工前使機(jī)床高速空轉(zhuǎn)， 達(dá)到熱平衡時再切削加工,恒溫車間、使用門簾、取暖裝置均勻布置； 恒溫精度一般控制在1以內(nèi)，精密級較 高的機(jī)床為0.5。恒溫室平均溫度一般為 20，在夏季取23，在冬季可取17,3改進(jìn)機(jī)床布局和結(jié)構(gòu)設(shè)計,4保持工藝系統(tǒng)的熱平衡,5控制環(huán)境溫度,6.熱位移補(bǔ)償,車床上主軸箱兩種結(jié)構(gòu)的熱位移,第五節(jié) 工件殘余應(yīng)力引起的加工誤差,什么是殘 余 應(yīng) 力,殘余應(yīng)力是指在沒有外部載荷的情況下，存在于工件內(nèi)部的應(yīng)力，又稱內(nèi)應(yīng)力。,產(chǎn)生原

30、因,殘余應(yīng)力是由金屬內(nèi)部的相鄰宏觀或微觀組織發(fā)生了不均勻的體積變化而產(chǎn)生的，促使這種變化的因素主要來自熱加工或冷加工。,殘余應(yīng)力對零件的影響,存在殘余應(yīng)力的零件，始終處于一種不穩(wěn)定狀態(tài)，其內(nèi)部組織有要恢復(fù)到一種新的穩(wěn)定的沒有內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)的傾向。 在內(nèi)應(yīng)力變化的過程中，零件產(chǎn)生相應(yīng)的變形，原有的加工精度受到破壞。 用這些零件裝配成機(jī)器，在機(jī)器使用中也會逐漸產(chǎn)生變形，從而影響整臺機(jī)器的質(zhì)量。,在鑄造、鍛造、焊接及熱處理過程中，由于工件各部分冷卻收縮不均勻以及金相組織轉(zhuǎn)變時的體積變化，在毛坯內(nèi)部就會產(chǎn)生殘余應(yīng)力。(圖430）,1、毛坯制造中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力,毛坯的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，各部分壁厚越不均勻以及散熱條

31、件相差越大，毛坯內(nèi)部產(chǎn)生的殘余應(yīng)力就越大。,具有殘余應(yīng)力的毛坯，其內(nèi)部應(yīng)力暫時處于相對平衡狀態(tài)，雖在短期內(nèi)看不出有什么變化，但當(dāng)加工時切去某些表面部分后，這種平衡就被打破，內(nèi)應(yīng)力重新分布，并建立一種新的平衡狀態(tài)，工件明顯地出現(xiàn)變形。,圖430 鑄件殘余應(yīng)力引起的變形,圖4-30所示為一個內(nèi)外壁厚相差較大的鑄件，在澆鑄后的冷卻過程中產(chǎn)生殘余應(yīng)力的情況。,2、冷校直引起的殘余應(yīng)力,現(xiàn) 象,原 因,在外力F的作用下，工件內(nèi)部的應(yīng)力重新分布，如圖4-31b所示，在軸心線以上的部分產(chǎn)生壓應(yīng)力（用負(fù)號表示），在軸心線以下的部分產(chǎn)生拉應(yīng)力（用正號表示）。在軸心線和兩條虛線之間，是彈性變形區(qū)域，在虛線以外是塑

32、性變形區(qū)域。,冷校直工藝方法是在一些長棒料或細(xì)長零件彎曲的反方向施加外力F以達(dá)到校直目的，如圖4-31a所示。,影 響,措 施,當(dāng)外力F去除后，彈性變形本可完全恢復(fù)，但因塑性變形部分的阻止而恢復(fù)不了，使殘余應(yīng)力重新分布而達(dá)到平衡，如圖4-31c所示。,對精度要求較高的細(xì)長軸（如精密絲杠），不允許采用冷校直來減小彎曲變形，而采用加大毛坯余量，經(jīng)過多次切削和時效處理來消除內(nèi)應(yīng)力，或采用熱校直。,圖431 冷校直引起的內(nèi)應(yīng)力,2、切削加工中引起的殘余應(yīng)力,工件在切削加工時，其表面層在切削力和切削熱的作用下，會產(chǎn)生不同程度的塑性變形，引起體積改變，從而產(chǎn)生殘余應(yīng)力。這種殘余應(yīng)力的分布情況由加工時的工藝

33、因素決定。,內(nèi)部有殘余應(yīng)力的工件在切去表面的一層金屬后，殘余應(yīng)力要重新分布，從而引起工件的變形。 在擬定工藝規(guī)程時，要將加工劃分為粗、精等不同階段進(jìn)行，以使粗加工后內(nèi)應(yīng)力重新分布所產(chǎn)生的變形在精加工階段去除。 對質(zhì)量和體積均很大的笨重零件，即使在同一臺重型機(jī)床進(jìn)行粗精加工也應(yīng)該在粗加工后將被夾緊的工件松開，使之有充足時間重新分布內(nèi)應(yīng)力，在使其充分變形后，然后重新夾緊進(jìn)行精加工。,毛坯制造 熱處理,1合理設(shè)計零件結(jié)構(gòu) 應(yīng)盡量簡化結(jié)構(gòu)，減小 零件各部分尺寸差異， 以減少鑄鍛件毛坯在制 造中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。,2增加消除殘余應(yīng)力的專門工序 對鑄、鍛、焊接件進(jìn)行退火或回火； 工件淬火后進(jìn)行回火；對精度要

34、求 高的零件在粗加工或半精加工后進(jìn) 行時效處理（自然、人工、振動時 效處理）,第六節(jié) 提高加工精度的工藝措施,查明產(chǎn)生加工誤差的主要因素后， 設(shè)法對其直接進(jìn)行消除或減弱,一、減少誤差法,如加工細(xì)長軸時易產(chǎn)生彎曲和振動，增大主偏角減小 背向力，使用跟刀架或中心架增加工件剛度。但在進(jìn)給 力作用下，會因“壓桿失穩(wěn)”而被壓彎；在切削熱的作用 下，工件會變長，也將產(chǎn)生變形。 采取措施：采用反向進(jìn)給的切削方法，使用彈性的 尾座頂尖。,圖738 反拉法切削細(xì)長軸 a) 正向進(jìn)給 b) 反向進(jìn)給,二、誤差補(bǔ)償法,誤差補(bǔ)償法是人為地造出一種新的原始誤差，去抵消 原來工藝系統(tǒng)中存在的原始誤差，盡量使兩者大小相 等

35、、方向相反而達(dá)到使誤差抵消得盡可能徹底的目的。 如圖,圖739 通過導(dǎo)軌凸起補(bǔ)償橫梁變形,三、誤差分組法,誤差分組法是把毛坯或上工序加工的工 件尺寸經(jīng)測量按大小分為n組，每組尺 寸誤差就縮減為原來的1/n。然后按各 組的誤差范圍分別調(diào)整刀具位置，使整 批工件的尺寸分散范圍大大縮小。,四、誤差轉(zhuǎn)移法,誤差轉(zhuǎn)移法就是把原始誤差從誤差敏感方向轉(zhuǎn)移到誤差 的非敏感方向。例如圖7-41 ，轉(zhuǎn)塔車床的轉(zhuǎn)位刀架采用 “立刀”安裝法;,五、就地加工法,全部零件按經(jīng)濟(jì)精度制造，然后裝配成部件或產(chǎn)品，且 各零部件之間具有工作時要求的相對位置，最后以一個 表面為基準(zhǔn)加工另一個有位置精度要求的表面，實(shí)現(xiàn)最 終精加工，

36、這就是“就地加工”法，也稱自身加工修配法。,誤差均分法就是利用有密切聯(lián)系的表面之間的相互比較 和相互修正或者利用互為基準(zhǔn)進(jìn)行加工，以達(dá)到很高的 加工精度。,六、誤差均分法,一、加工誤差的性質(zhì)及分類,第七節(jié) 加工誤差的綜合分析,不同性質(zhì)誤差的 解決途徑,對隨機(jī)性誤差，從表面上看似乎沒有規(guī)律，但是應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計的方法可以找出一批工件加工誤差的總體規(guī)律，查出產(chǎn)生誤差的根源，在工藝上采取措施來加以控制。,對于變值系統(tǒng)性誤差，在查明其大小和方向隨時間變化的規(guī)律后，可采用自動連續(xù)補(bǔ)償或自動周期補(bǔ)償?shù)姆椒ㄏ?對于常值系統(tǒng)性誤差，在查明其大小和方向后，采取相應(yīng)的調(diào)整或檢修工藝裝備，以及用一種常值系統(tǒng)性誤差去

37、補(bǔ)償原來的常值系統(tǒng)性誤差，即可消除或控制誤差在公差范圍之內(nèi)。,二、加工誤差的統(tǒng)計分析方法,加工誤差的統(tǒng)計分析法就是以生產(chǎn)現(xiàn)場對工件進(jìn)行實(shí)際測量所得的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計的方法，分析一批工件的情況，從而找出產(chǎn)生誤差的原因以及誤差性質(zhì)，以便提出解決問題的方法。 在機(jī)械加工中，經(jīng)常采用的統(tǒng)計分析法主要有分布圖分析法和點(diǎn)圖分析法。,加工一批工件，由于隨機(jī)性誤差的存在，加工尺寸的實(shí)際數(shù)值是各不相同的，這種現(xiàn)象稱為尺寸分散。 在一批零件的加工過程中，測量各零件的加工尺寸，把測得的數(shù)據(jù)記錄下來，按尺寸大小將整批工件進(jìn)行分組，每一組中的零件尺寸處在一定的間隔范圍內(nèi)。同一尺寸間隔內(nèi)的零件數(shù)量稱為頻數(shù)，頻數(shù)與

38、該批零件總數(shù)之比稱為頻率。 以工件尺寸為橫坐標(biāo)，以頻數(shù)或頻率為縱坐標(biāo)，即可作出該工序工件加工尺寸的實(shí)際分布圖直方圖。,1. 實(shí)際分布圖直方圖,（1）直方圖的作法與步驟,1） 收集數(shù)據(jù),在一定的加工條件下，按一定的抽樣方式抽取一個樣本（即抽取一批零件），樣本容量（抽取零件的個數(shù)）一般取100件左右，測量各零件的尺寸，并找出其中的最大值xmin和最小值xmin。,2） 分組,將抽取的樣本數(shù)據(jù)分成若干組，組數(shù)過多，分布圖會被頻數(shù)的波動所歪曲；組數(shù)太少，分布特征將被掩蓋。,4） 統(tǒng)計頻數(shù)分布,將各組的尺寸頻數(shù)、頻率和頻率密度填入表中。,5） 繪制直方圖,按表列數(shù)據(jù)以頻率密度為縱坐標(biāo)，組距為橫坐標(biāo)畫出直

39、方圖，如圖7-43所示。,3） 確定組距組界及分組,h= (xmax- xmin)/(k-1) 第一組上界值：s1=xmin+h/2 第一組下界值：x1=xmin-h/2,抽取工件100個，經(jīng)測量：max=28.004mm，min=27.992mm，取0.02mm作為尺寸間隔進(jìn)行分組，統(tǒng)計每組的工件數(shù)，將所得的結(jié)果列表7-1。,精鏜活塞銷孔,下面通過實(shí)例來說明直方圖的作法：,表 工件頻數(shù)分布表,圖443 活塞銷孔直徑尺寸分布圖,（2）直方圖的觀察與分析,直方圖作出后，通過觀察圖形可以判斷生產(chǎn)過程是否穩(wěn)定，估計生產(chǎn)過程的加工質(zhì)量及產(chǎn)生廢品的可能性。,1）尺寸分散范圍小于允許公差T，且分布中心與公

40、差帶中心重合，則兩邊都有余地，不會出廢品。 2）若工件尺寸分散范圍雖然也小于其尺寸公差帶T，但兩中心不重合（分布中心與公差帶中心），此時有超差的可能性，應(yīng)設(shè)法調(diào)整分布中心，使直方圖兩側(cè)均有余地，防止廢品產(chǎn)生。 3）若工件尺寸分散范圍恰好等于其公差帶T，這種情況下稍有不慎就會產(chǎn)生廢品，故應(yīng)采取適當(dāng)措施減小分散范圍。 4）若工件尺寸分散范圍大于其公差帶T，則必有廢品產(chǎn)生，此時應(yīng)設(shè)法減小加工誤差或選擇其它加工方法。,大量實(shí)踐經(jīng)驗表明，當(dāng)所取工件數(shù)量足夠多，且無任何優(yōu)勢誤差因素的影響，則所得一批工件尺寸的實(shí)際分布曲線便非常接近正態(tài)分布曲線。在分析工件的加工誤差時，通常用正態(tài)分布曲線代替實(shí)際分布曲線，可

41、使問題的研究大大簡化。,當(dāng)采用該曲線代表加工尺寸的實(shí)際分布曲線時，上式各參數(shù)的意義(e=2.718281828. )： y 分布曲線的縱坐標(biāo)，表示工件的分布密度（頻率密度）； x分布曲線的橫坐標(biāo)，表示工件的尺寸或誤差；,n一批工件的數(shù)目（樣本數(shù)）。,工件的平均尺寸（分散中心），, 一批零件的均方根差，,（1）正態(tài)分布曲線方程,工序標(biāo)準(zhǔn)偏差決定了分布曲線的形狀和分散范圍。 當(dāng)算術(shù)平均值保持不變時， 值越小則曲線形狀越 陡，尺寸分散范圍越小，加工精度越高； 值越大則曲線形狀越平坦，尺寸分散范圍越大，加工精度越低，如圖4-33b所示。 的大小實(shí)際反映了隨機(jī)性誤差的影響程度，隨機(jī)性誤差越大則越大。,算

42、術(shù)平均值,（2）正態(tài)分布曲線的特征參數(shù),正態(tài)分布曲線的特征參數(shù)有兩個，即,和,是確定曲線位置的參數(shù)。它決定一批工,件尺寸分散中心的坐標(biāo)位置。若,改變時，整個曲線,沿軸平移，但曲線形狀不變，如圖4-33a所示。,使,產(chǎn)生變化的主要原因是常值系統(tǒng)誤差的影響。,圖433 正態(tài)分布曲線及其特征,（3）正態(tài)分布曲線的特點(diǎn),曲線對稱于直線,曲線與x軸圍成的面積代表了一批工件的全部，即100%，其相對面積為1。,在3范圍內(nèi)，曲線圍成的面積為0.9973。 實(shí)際生產(chǎn)中常常認(rèn)為加工一批工件尺寸全部在3 范圍內(nèi)，即： 正態(tài)分布曲線的分散范圍為3 ，工藝上稱該原則為6準(zhǔn)則。,3（或6）的概念在研究加工誤差時應(yīng)用很廣

43、。 6的大小代表了某種加工方法在一定的條件（如毛坯余量、機(jī)床、夾具、刀具等）下所能達(dá)到的加工精度。 所以在一般情況下，應(yīng)使所選擇的加工方法的標(biāo)準(zhǔn)偏差與公差帶寬度T之間具有下列關(guān)系： 6T 但考慮到系統(tǒng)誤差及其它因素的影響，應(yīng)當(dāng)使6小于公差帶寬度T，才能可靠地保證加工精度。,工件的實(shí)際分布，有時并不近似于正態(tài)分布，常見的非正態(tài)分布有以下幾種形式：,1）鋸齒形 直方圖的矩形高低相間，形如鋸齒，見圖例a。出現(xiàn)該圖形的主要原因可能是測量方法不當(dāng)或讀數(shù)不準(zhǔn)，也可能是數(shù)據(jù)分組不當(dāng)所致。 2）對稱性 中間直方最高，其左右直方逐漸降低且基本呈對稱分布，見圖例b。該圖形屬正常圖形。 3）偏向形 直方頂端偏向一側(cè)

44、，圖形不對稱，見圖例c。出現(xiàn)該圖形的主要原因可能是工藝系統(tǒng)產(chǎn)生顯著的熱變形，如刀具受熱伸長會使加工的孔偏大，圖形右偏；使加工的軸偏小，圖形左偏，或因為操作者加工習(xí)慣所致。有時端跳、徑跳等形位誤差也服從這種分布。,4）孤島形 在遠(yuǎn)離分布中心的地方又出現(xiàn)小直方，見圖例d。出現(xiàn)該圖形的主要原因是加工條件有變動，也可能因毛刺影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。 5）雙峰形 分布圖具有兩個頂峰，見圖例e。產(chǎn)生這種圖形的主要原因可能是經(jīng)過兩次不同的調(diào)整加工的工件混在一起。 6）平頂形 靠近中間的幾個直方高度相近，呈平頂狀，見圖例f。產(chǎn)生這種圖形的主要原因是生產(chǎn)過程中某種緩慢變動傾向的影響，如加工中刀具的顯著磨損。,圖744 常見的幾種非正態(tài)分布圖形 a) 鋸齒形 b) 對稱形 c) 偏向形 d) 孤