《機(jī)械加工精度》PPT課件.ppt

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1、1 第 5章 機(jī)械加工精度 本章要點(diǎn) 影響加工誤差的因素 加工誤差的綜合分析 機(jī)械加工精度的概念 獲得加工精度的方法 2 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ) 第 5章 機(jī)械加工精度 Analysis and Control of Machining Accuracy 5.1 概述 Introduction to Machining Accuracy 3 5.1 機(jī)械加工精度的概念 尺寸精度 形狀精度 位置精度 通常形狀誤差限制在位置公差內(nèi)， 位置公差限制在尺寸公差內(nèi) 通常尺寸精度要求高形位精度要求也越高 表面粗糙度 波度 紋理方向 傷痕 （劃痕、裂紋、

2、砂眼等） 加工精度 表面質(zhì)量 表面幾何形狀精度 表面缺陷層 表層加工硬化 表層金相組織變化 表層殘余應(yīng)力 加工質(zhì)量 4 5.1 機(jī)械加工精度的概念 加工精度： 零件加工后實(shí)際幾何參數(shù)與 理想幾何參數(shù) 接近 程度。 符合程度愈高，加工精度愈高。 加工誤差： 實(shí)際值與理想值之差 常用加工誤差的大小來評(píng)價(jià)加工精度的高低 加工誤差越小，加工精度越高 5 1.系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差 5.1 機(jī)械加工精度的概念 加工誤差分類 從誤差是否被人們掌握來分，可分為 系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差 (又稱偶然誤差 )。 凡是誤差的大小和方向均已掌握 ， 則為 系統(tǒng)誤差

3、 。 凡是沒有掌握規(guī)律的誤差 ， 為 隨機(jī)誤差 。 系統(tǒng)誤差又可以分為 常值系統(tǒng)誤差和變值系統(tǒng)誤差 。 常值系統(tǒng)誤差的數(shù)值是不變的 ， 變值系統(tǒng)誤差是誤差的大小和方向按一定規(guī)律 變化 ， 可按線性規(guī)律變化 ， 也可按非線性規(guī)律變化 。 2.靜態(tài)誤差與切削狀態(tài)誤差 從誤差是否與切削狀態(tài)有關(guān)來分 ， 可分為 靜態(tài)誤差與切削狀態(tài)誤差 。 工藝系統(tǒng)在不切削狀態(tài)下所出現(xiàn)的誤差 ， 通常稱之為 靜態(tài)誤差 。 工藝系統(tǒng)在切削狀態(tài)下所出現(xiàn)的誤差 ， 通常稱之為 切削狀態(tài)誤差 。 6 5.2 獲得加工精度的方法 （ 1）獲得尺寸精度的方法 1）試切法 用于單件小批

4、生產(chǎn) 2）調(diào)整法 用于成批大量生產(chǎn) 3）定尺寸刀具法 生產(chǎn)率高，刀具制造復(fù)雜 4）自動(dòng)控制法 切削測量補(bǔ)償調(diào)整 （ 2）獲得形狀精度的方法 1）軌跡法 利用刀尖運(yùn)動(dòng)軌跡形成工件表面形狀 2）成形刀具法 由刀刃的形狀形成工件表面形狀 3）展成法 由切削刃包絡(luò)面形成工件表面形狀 （ 3）獲得相互位置精度的方法 主要由機(jī)床精度、夾具精度和工件的裝夾精度來保證 7 （ 1）獲得尺寸精度的方法 1）試切法 用于單件小批生產(chǎn) 8 （ 1）獲得尺寸精度的方法 2）調(diào)整法 用于成批大量生產(chǎn) 9 （

5、1）獲得尺寸精度的方法 2）調(diào)整法 用于成批大量生產(chǎn) 10 引起加工誤差的根本原因是工藝系統(tǒng)存在 著誤差 ， 將工藝系統(tǒng)的誤差稱為原始誤差 。 5.3 影響加工精度的因素 原始 誤差 與工藝系統(tǒng)原始狀 態(tài)有關(guān)的原始誤差 (幾何誤差 ) 與工藝過程有關(guān)的 原始誤差 (動(dòng)誤差 ) 原理誤差 定位誤差 調(diào)整誤差 刀具誤差 夾具誤差 機(jī)床誤差 工藝系統(tǒng)受力變形 （ 包括夾緊變形 ） 工藝系統(tǒng)受熱變形 刀具磨損 測量誤差 工件殘余應(yīng)力引起的變形 工件相對(duì)于刀具靜止?fàn)顟B(tài)下 的誤差 工件相對(duì)于 刀具運(yùn)動(dòng)狀 態(tài)下的誤差 主軸回轉(zhuǎn)誤差

6、 導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差 傳動(dòng)誤差 原始誤差 原始誤差分類 圖 5.3-0 原始誤差構(gòu)成 11 5.3 影響加工精度的因素 理論方法： 運(yùn)用物理學(xué)和力學(xué)原理，分析研究某一個(gè) 或某幾個(gè)因素對(duì)加工精度或表面質(zhì)量的影響。 試驗(yàn)方法： 通過試驗(yàn)或測試，確定影響各因素與加工 質(zhì)量指標(biāo)之間的關(guān)系。 統(tǒng)計(jì)分析方法： 運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理和方法，根據(jù)被 測質(zhì)量指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)，對(duì)工藝過程進(jìn)行分析和控制。 物理方法 數(shù)學(xué)方法 研究加工質(zhì)量的方法 12 加工原理誤差是指采用了近似的成型運(yùn)動(dòng)或近似的刀刃輪 廓進(jìn)行加工而產(chǎn)生的誤差。 5.3.1 加工原理誤差 式中 R 球頭刀半徑；

7、 h 允許的殘留高度 。 例 2： 用阿基米德蝸桿滾刀 滾切漸開線齒輪 例 1： 在數(shù)控銑床上采用球頭刀銑削復(fù)雜形面零件 (圖 5-5-0) S h 圖 5-5-0 空間曲面數(shù)控加工 8S R h 加工原理誤差 13 5.3.2.1 機(jī)床誤差 誤差敏感方向 工藝系統(tǒng)原始誤差方向不同 , 對(duì)加工精度的影響程度也不同 . 對(duì)加工精度影響最大的方向， 稱為誤差敏感方向。 誤差敏感方向一般為已加工 表面過切削點(diǎn)的法線方向。 圖 5-6： 2 02 Y YR R （ 4-1） XRX （ 4-2） 顯然： XYRR R Y 圖 5-6 誤差敏感方向

8、 Y X a） Y X b） 導(dǎo)軌誤差 14 5.3.2.1 機(jī)床誤差 主軸回轉(zhuǎn)誤差是指主軸實(shí) 際回轉(zhuǎn)線對(duì)其理想回轉(zhuǎn)軸線 的漂移。 為便于研究，可將主軸回 轉(zhuǎn)誤差分解為徑向圓跳動(dòng)、 端面圓跳動(dòng)和傾角擺動(dòng)三種 基本型式（圖 5-7）。 b）端面圓跳動(dòng) a）徑向圓跳動(dòng) c）傾角擺動(dòng) 圖 5-7 主軸回轉(zhuǎn)誤差基本形式 主軸回轉(zhuǎn)誤差 15 5.3.2.1 機(jī)床誤差 主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度的影響 主軸徑向圓跳動(dòng)對(duì)加工精度的影響（鏜孔） 考慮最簡單的情況，主軸回轉(zhuǎn)中心在 X方向上作簡諧 直線運(yùn)動(dòng)，其頻率與主軸轉(zhuǎn)速相同，幅值為 2e。則刀 尖的坐標(biāo)值為： e

9、 圖 5-8 徑向跳動(dòng)對(duì)鏜孔精度影響 式中 R 刀尖回轉(zhuǎn)半徑； 主軸轉(zhuǎn)角。 ( ) c os si n X R e YR （ 5-2） 顯然，式（ 5-2）為一橢圓。 16 圖 5-9 徑向跳動(dòng)對(duì)車外圓精度影響 1 3 5.3.2.1 機(jī)床誤差 仍考慮最簡單的情況 ， 主軸回轉(zhuǎn)中心在 X方向上作簡諧 直線運(yùn)動(dòng) ， 其頻率與主軸轉(zhuǎn)速相同 ， 幅值為 2e。 則刀尖 運(yùn)動(dòng)軌跡接近于正圓 （ 圖 5-9） 。 思考：主軸回轉(zhuǎn)中心在 X方向上作簡諧直線運(yùn)動(dòng) , 其頻率為主軸轉(zhuǎn)速兩倍 ， 被車外圓形狀如何 ？ 結(jié)論： 主軸 徑向跳動(dòng)影 響加工表面的圓度誤

10、差 e 主軸徑向圓跳動(dòng)對(duì)加工精度的影響（車外圓） 17 5.3.2.1 機(jī)床誤差 主軸端面圓跳動(dòng)對(duì)加工精度的影響 被加工端面不平 ， 與圓柱面不垂直； 加工螺紋時(shí) ， 產(chǎn)生螺距周期性誤差 。 主軸傾角擺動(dòng)對(duì)加工精度的影響 與主軸 徑向跳動(dòng)影響類 似 ， 不僅影響圓度誤差 ， 而且影響圓柱度誤差 。 18 A B 5.3.2.1 機(jī)床誤差 影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素 內(nèi)外滾道圓度誤差 、 滾動(dòng)體 形狀及尺寸誤差 圖 5-10-0 軸徑不圓引起車床 主軸徑向跳動(dòng) 滑動(dòng)軸承 鏜床（圖 5-11-0） 軸承 孔不圓引起鏜床主軸徑向跳動(dòng) 圖 5-11-0 軸承

11、孔不圓引起鏜 床主軸徑向跳動(dòng) 滾動(dòng)軸承 車床（圖 5-10-0） 軸徑不 圓引起車床主軸向跳動(dòng)（注意 其頻率特性） 靜壓軸承 對(duì)軸承孔或 軸徑圓度誤差起 均化 作用 19 5.3.2.1 機(jī)床誤差 影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素 推力軸承 滾道端面平面度誤差及 與回轉(zhuǎn)軸線的垂直度誤 差 （ 圖 5-12-0） 其他因素 軸承孔 、 軸徑圓度誤差；軸 承孔同軸度誤差；軸肩 、 隔 套 端面平面度誤差及與回轉(zhuǎn) 軸線的垂直度誤差；裝配質(zhì) 量等 a） b） 0 圖 5-12-0 止推軸承端面誤差對(duì)主 軸軸向竄動(dòng)的影響 20 導(dǎo)軌副

12、運(yùn)動(dòng)件實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向與理想運(yùn)動(dòng)方向的偏差 包括：導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度 ， 導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的 直線度 ， 前后導(dǎo)軌平行度 （ 扭曲 ） ， 導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸 線的平行度 （ 或垂直度 ） 等 。 導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差對(duì)加工精度的影響 導(dǎo)軌水平面內(nèi)的直線度誤 差 ,誤差敏感方向 ,影響顯著 導(dǎo)軌垂直面內(nèi)的直線度誤 差 ,誤差非敏感方向 ,影響小 導(dǎo)軌扭曲對(duì)加工精度的影 響 ,影響顯著（圖 5-6-1） X 圖 5-6-1 導(dǎo)軌扭曲引起的加工誤差 R D B X Y HRH B 5.3.2.1 機(jī)床誤差 導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差 21 導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線位置誤差對(duì)加工精度的影

13、響 5.3.2.1 機(jī)床誤差 圖 5-16-0 成形運(yùn)動(dòng)間位置誤差對(duì)外圓和端面車削的影響 f Z z z c） Hy R0 f X Z L f d D d x a） b） 22 影響導(dǎo)軌導(dǎo)向精度的主要因素 5.3.2.1 機(jī)床誤差 機(jī)床制造誤差 機(jī)床安裝誤差 導(dǎo)軌磨損 23 機(jī)床傳動(dòng)誤差對(duì)加工精度的影響 圖 5-17-0 齒輪機(jī)床傳動(dòng)鏈 z7 = z8 = 16 z1 = 64 zn = 96 z5 = z6 = 23 z3 = z4 = 23 b z2 = 16 z n-1 = 1 ic e f a c d 11 1si nnn j j j n j

14、jj j k k tk 以齒輪機(jī)床傳動(dòng)鏈為例： 式中 n 傳動(dòng)鏈末端元件 轉(zhuǎn)角誤差； kj 第 j 個(gè)傳動(dòng)元件的 誤差傳遞系數(shù) ， 表明第 j個(gè)傳動(dòng) 元件對(duì)末端元件轉(zhuǎn)角誤差影響 程度 ， 其數(shù)值等于該元件至末 端元件的傳動(dòng)比； n 傳動(dòng)鏈末端元件 角速度； j 第 j 個(gè)傳動(dòng)元件轉(zhuǎn) 角誤差的初相角 。 5.3.2.1 機(jī)床誤差 機(jī)床傳動(dòng)誤差 24 縮短傳動(dòng)鏈長度 提高末端元件的制造精度與安裝精度 采用降速傳動(dòng) 采用頻譜分析方法 ， 找出影響傳動(dòng)精度的誤差環(huán)節(jié) 對(duì)傳動(dòng)誤差進(jìn)行補(bǔ)償 末端元件轉(zhuǎn)角誤差

15、 圖 5-18-0 傳動(dòng)鏈誤差的頻譜分 析 a) n A1 A2 A i b) （ 頻率 ） 1 2 i 提高傳動(dòng)精度措施 5.3.2.1 機(jī)床誤差 25 5.3.2.2 刀具與夾具誤差 定尺寸刀具（鉆頭、 絞刀等）尺寸誤差影響 加工尺寸誤差 成形刀具和展成刀具 形狀誤差影響加工形狀 誤差 刀具磨損影響加工尺 寸誤差或形狀誤差 刀具誤差 26 5.3.2.2 刀具與夾具誤差 L 0.05 6F7 10 F7 k6 H 7 g 6 Y Z 圖 4-19-0 鉆徑向孔的夾 具 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

16、位誤差和夾具 制造誤差不大于工件相應(yīng)公 差的 1/3。 夾具誤差 1）定位誤差； 2）刀具導(dǎo)向（對(duì)刀）誤差； 3）夾緊誤差； 4）夾具制造誤差； 5）夾具安裝誤差； 27 5.3.2.3 調(diào)整誤差 測量誤差 試切時(shí)與正式切削時(shí)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 a） b） 圖 4-20 試切法與調(diào)整法 試切法 （ 圖 4-20 a） 調(diào)整法 （ 圖 4-20 b） 28 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ) 第 5章 機(jī)械加工精度 5.3.3 工藝系統(tǒng)受力變形對(duì) 加工精度的

17、影響 Static Stiffness of Technological System and its influence to machining Precision 29 在加工誤差敏感方向上工藝系統(tǒng)所受外力與變形量之比 5.3.3.1 基本概念 工藝系統(tǒng)剛度 pFk X 式中 k 工藝系統(tǒng)剛度； Fp 吃刀抗力； X 工藝系統(tǒng)位移 （ 切削合力作用下的位移 ） 30 5.3.3.1 基本概念 1 1 1 1 1 jc jj d gk k k k k 式中 k 工藝系統(tǒng)剛度； kjc 機(jī)床剛度； kjj 夾具剛度

18、； kd 刀具剛度； kg 工件剛度 。 工藝系統(tǒng)受力變形等于工藝系統(tǒng)各組成部分受力變形之迭 加。由此可導(dǎo)出工藝系統(tǒng)剛度與工藝系統(tǒng)各組成部分剛度 之間的關(guān)系： 工藝系統(tǒng)剛度計(jì)算 31 機(jī)床變形引起的加工誤差 5.3.3.2 工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響 式中 Xjc 機(jī)床總變形； Fp 吃刀抗力； ktj 機(jī)床前頂尖處剛度； kwz 機(jī)床后頂尖處剛度； kdj 機(jī)床刀架剛度； L 工件全長； Z 刀尖至工件左端距離 。 221 1 1 jc p tj w z d j

19、 L Z ZXF k L k L k 圖 5-21-0 變形隨受力點(diǎn)變化規(guī)律 X tj X wz X Fp A A B B C C Z L FA FB X z 切削力作用點(diǎn)位置變化引起工件形狀誤差 32 5.3.3.2 工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響 工件加工后成鞍形（圖 5-22-0） 圖 5-22-0 機(jī)床受力變形 引起的加工誤差 2 2 3 p g F L Z ZX E J L 工件變形引起的加工誤差 式中 Xg 工件變形； E 工件材料彈性模量； J 工件截面慣性矩； Fp， L， Z

20、含義同前 。 由于工件變形，使工件加 工后成鼓形（圖 5-23-0） 圖 5-23-0 工件受力變形 引起的加工誤差 33 222 21 1 1 3p tj wz dj L Z ZL Z ZXF k L k L k E J 機(jī)床變形和工件變形共同引起的加工誤差 工藝系統(tǒng)剛度 222 2 1 1 1 1 3 p tj wz d j F k X L Z ZL Z Z k L k L k E J 5.3.3.2 工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響 34 式中 g 工件圓度誤差； m 毛坯圓度誤差；

21、 k 工藝系統(tǒng)剛度； 誤差復(fù)映系數(shù) 。 1 2 1 2 1 21g p p p p mCF F a akk 以橢圓截面車削為例說明（圖 5-22-0） 圖 5-22-0 誤差復(fù)映現(xiàn)象 ap1 1 a p2 2 毛坯外形 工件外形 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 ” 5.3.3.2 工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響 切削力大小變化引起的加工誤差 誤差復(fù)映 35 誤差復(fù)映系數(shù) 機(jī)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

22、誤差復(fù)映的影響 。 1 2 3 n 5.3.3.2 工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響 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 。 k C m g 36 夾緊力 、 重力 、 傳動(dòng)力和慣性力引起的加工誤差 夾緊力影響 a） b） 圖 5-25-0 薄壁套夾緊變形 圖 5-26-0 薄壁工件磨削 【 例 1】 薄壁套夾緊變形 解決： 加開口套 【 例 2】 薄壁工件磨削 解決： 加橡皮墊 5.3.3.2 工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響 37 圖 5-27-0 龍門銑橫梁變形 【 例 】

23、 龍門銑橫梁 圖 5-28-0 龍門銑橫梁變形轉(zhuǎn)移 圖 5-29-0 龍門銑橫梁變形補(bǔ)償 重力影響 5.3.3.2 工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響 解決 1： 重量轉(zhuǎn)移 解決 2： 變形補(bǔ)償 38 傳動(dòng)力與慣性力影響 理論上不會(huì)產(chǎn) 生圓度誤差（但 會(huì)產(chǎn)生圓柱度誤 差） 易會(huì)引起強(qiáng)迫 振動(dòng) 5.3.3.2 工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響 圖 5-30-0 傳動(dòng)力對(duì)加工精度的影響 z l R X Y Fp Fc Fcd Fcd x r a） O O r0 X Y Fp A Fcd rcd=Fcd / kc O Fc Fc / kc Fp / kc b） 39

24、 圖 5-31-0 車床刀架變形曲線 X（ m） 10 20 30 40 50 0 1 2 3 F（ KN ） 5.3.3.3 機(jī)床部件剛度及其影響 因素 非線形關(guān)系 ， 不完全 是彈性變形 加載和卸載曲線不重 合 ， 所圍面積表示克服 摩擦和接觸塑性變形所 作功 存在殘余變形 ， 反復(fù) 加載卸載后殘余變形 0 機(jī)床部件剛度比按實(shí) 體估算值小許多 ， 表明 其變形受多種因素影響 機(jī)床部件變形曲線 40 5.3..33 機(jī)床部件剛度及其影響 因素 式中 c, m 與接觸面材料、表面 狀況有關(guān)的系數(shù)和指數(shù)； p 表面壓強(qiáng)。 組成

25、件的實(shí)體剛度 受力產(chǎn)生拉伸、壓縮、彎曲變形； 特別是薄弱件（楔條、軸套等）影響較大 連接表面接觸變形 其大小與接觸面壓強(qiáng)有關(guān) mX c p 結(jié)合面間隙 零件表面摩擦力的影響 影響機(jī)床部件剛度因素 圖 5-31-0 接觸變形曲線 x O p p p x x 41 5.3.3.4 減小受力變形對(duì)加工精度影響措施 合理設(shè)計(jì)零部件結(jié)構(gòu)和截 面形狀 提高連接表面接觸剛度 （ 表面粗糙度 ， 改進(jìn)接觸 質(zhì)量 ， 予加載荷 ） 采用輔助支承 （ 中心架 ， 跟刀架 ， 鏜桿支承等 ） 圖 5-33-0 支座零件不同安裝方法 圖 5-32-0 轉(zhuǎn)塔車床導(dǎo)向桿 提高工藝系統(tǒng)

26、剛度 減小載荷及其變化 采用合理裝夾和加工方式 圖 5-28-0， 5-29-0， 5-56-0， 5-58-0 變形轉(zhuǎn)移 、 補(bǔ)償和校正 42 5.3.3.5 工件殘余應(yīng)力引起的變形 圖 5-34-0 鑄件殘余應(yīng)力引起變形 圖 5-35-0 冷校直引起的殘余應(yīng)力 壓 拉 加載 壓 壓 拉 拉 卸載 設(shè)計(jì)合理零件結(jié)構(gòu) 粗 、 精加工分開 避免冷校直 時(shí)效處理 殘余應(yīng)力來源 毛坯制造和熱處理產(chǎn)生的 殘余應(yīng)力 （ 圖 5-34-0） 減小殘余應(yīng)力措施 冷校直帶來的殘余應(yīng)力 （ 圖 5-35-0） 切削加工帶來的殘余應(yīng)力 43 機(jī)

27、械制造技術(shù)基礎(chǔ) 第 5章 機(jī)械加工精度 5.3.4 工藝系統(tǒng)熱變形及其對(duì)加 工精度的影響 Heat Deformation of Technological System and Its Effect to Machining Precision 44 5.3.4.1 概述 在精密加工和大件加工中 ， 工藝系統(tǒng)熱變形引起的加工誤 差占總誤差的約 40 70%。 溫度場 工藝系統(tǒng)各部分溫度分布 熱平衡 單位時(shí)間內(nèi) ， 系統(tǒng)傳入的熱量與傳出的熱量 相等 ， 系統(tǒng)各部分溫度保持在一相對(duì)穩(wěn)定的數(shù)值上 溫 度場與熱平衡研究 目前以實(shí)驗(yàn)研究為主 工藝系統(tǒng)熱源 內(nèi)部熱源 外

28、部熱源 切削熱 摩擦熱 環(huán)境熱源 輻射熱 工藝系統(tǒng)熱變形 工藝系統(tǒng)熱源 溫度場與工藝系統(tǒng)熱平衡 45 5.3.4.2 機(jī)床熱變形對(duì)加工精度影響 體積大 ， 熱容量大 ， 溫升不高 ， 達(dá)到熱平衡時(shí)間長 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ， 溫度場和變形不均勻 ， 對(duì)加工精度影響顯著 運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間 / h 0 1 2 3 4 50 150 100 200 位移 /m 20 40 60 80 溫升 / Y X 前軸承溫升 圖 5-36-0 車床受熱變形 a） 車床受熱變形形態(tài) b） 溫升與變形曲線 機(jī)床熱變形特點(diǎn) 車床熱變形 （ 圖 5-36-0） 46 5.3.4.2 機(jī)床熱變形

29、對(duì)加工精度影響 立銑 （ 圖 a） 圖 5-37-0 立式銑床、外圓磨床、導(dǎo)軌磨床受熱變形 a）銑床受熱變形形態(tài) b）外圓磨床受熱變形形態(tài) c）導(dǎo)軌磨床受熱變形形態(tài) 外圓磨 （ 圖 b） 導(dǎo)軌磨 （ 圖 c） 其他機(jī)床熱變形 （ 圖 5-37-0） 47 5.3.4.3 刀具和工件熱變形對(duì)加工精度影響 體積小 ， 熱容量小 ， 達(dá)到熱平衡時(shí)間較短 溫升高 ， 變形不容忽 視 （ 達(dá) 0.03 0.05mm） 特點(diǎn) 變形曲線（圖 5-42） m a x 1 ce 式中 熱伸長量； max 達(dá)到熱平衡熱伸長量；

30、 切削時(shí)間； c 時(shí)間常數(shù) （ 熱伸長量為熱平衡熱伸長量約 63%的時(shí)間 ， 常取 3 4分鐘 ） 。 (min) 圖 5-42 車刀熱變形曲線 連續(xù)切削升溫曲線 冷卻曲線 間斷切削升溫曲線 （ m） max b 0 c 0.63max 刀具熱變形 48 圓柱類工件熱變形 5級(jí)絲杠累積誤差全長 5m，可見熱變形的嚴(yán)重性 531. 1 10 40 0 1 4. 4 10 ( ) 4. 4( ) L L t mm m 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

31、材料線膨脹系數(shù)； t 溫升 。 長度： L L t D D t 直徑： 例：長 400mm絲杠 ， 加工過程溫升 1 ， 熱伸長量為： 5.3.4.3 刀具和工件熱變形對(duì)加工精度影響 工件熱變形 49 式中 X 變形撓度； L， S 工件原有長度和厚度； 工件材料線膨脹系數(shù)； t 溫升 。 2 8 LtX S 板類工件單面加工時(shí)的熱變形（圖 5-39-0） 圖 5-39-0 平面加工熱變 形 / 4 L S 221.1 20 00 3 8 8 60 0 0.0 22 ( ) Lt

32、X S mm 此值已大于精密導(dǎo)軌平直度要求 結(jié)果 ： 加工時(shí)上表面升溫 ， 工件向 上拱起 ， 磨削時(shí)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： 5.3.4.3 刀具和工件熱變形對(duì)加工精度影響 50 5.3.4.4 減小熱變形對(duì)加工精度影響的措施 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 圖 5-40-0 平面磨床補(bǔ)償油溝 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 5-41

33、-0） 。 圖 5-41-0 均衡立柱前后壁溫度場 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 。 減少熱源發(fā)熱和隔離熱源 均衡溫度場 51 圖 5-43-0 支承距影響熱變形 L1 L2 熱對(duì)稱結(jié)構(gòu) 熱補(bǔ)償結(jié)構(gòu) （ 圖 5- 42-0， 主軸熱補(bǔ)償 ） 圖 5-42-0 雙端面磨床主軸熱補(bǔ)償 1 主軸 2 殼體 3 過渡套筒 熱伸長方向 合理選擇裝配基 準(zhǔn) （ 圖 5-43-0） 高速空運(yùn)轉(zhuǎn) 人為加熱 恒溫 人體隔離 采用合理結(jié)構(gòu) 5.3.4.4 減小熱變形對(duì)加工精度影響的措施 加速達(dá)到熱

34、平衡 控制環(huán)境溫度 52 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ) 第 5章 機(jī)械加工精度 5.4 加工誤差綜合分析 Synthetical Analysis of Machining Errors 53 5.4.0 加工誤差的性質(zhì) ---復(fù)習(xí) 系統(tǒng)誤差 在順序加工一批工件中 ， 其大小和方向均不改變 ， 或按 一定規(guī)律變化的加工誤差 。 常值系統(tǒng)誤差 其大小和方向均不改變 。 如機(jī)床 、 夾具 、 刀具的制造誤差 ， 工藝系統(tǒng)在均勻切削力作用下 的受力變形 ， 調(diào)整誤差 ， 機(jī)床 、 夾具 、 量具的磨損等因 素引起的加工誤差 。 變值系統(tǒng)誤差 誤差大小和方向按一定規(guī)律變化 。 如機(jī)床

35、 、 夾具 、 刀具在熱平衡前的熱變形 ， 刀具磨損等 因素引起的加工誤差 。 加工誤差 系統(tǒng)誤差 隨機(jī)誤差 常值系統(tǒng)誤差 變值系統(tǒng)誤差 加工誤差統(tǒng)計(jì)特性 54 5.4.0 加工誤差的性質(zhì) 在順序加工一批工件中 ， 其大小和方向隨機(jī)變化的加 工誤差 。 隨機(jī)誤差是工藝系統(tǒng)中大量隨機(jī)因素共同作用而引起 的 。 隨機(jī)誤差服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律 。 如毛坯余量或硬度不均 ， 引起切削力的隨機(jī)變化而造 成的加工誤差；定位誤差；夾緊誤差；殘余應(yīng)力引起的 變形等 。 隨機(jī)誤差 加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析 運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理和方法，根據(jù)被測質(zhì)量指標(biāo)的統(tǒng)計(jì) 性質(zhì)，對(duì)工藝過程進(jìn)行分析和控制。

36、 55 5.4.1 分布圖分析法 1） 采集數(shù)據(jù) 樣本容量通常取 n = 50 200 2） 確定分組數(shù) 、 組距 、 組界 、 組中值 按教材 134頁表 5-2初選分組數(shù) k； 確定組距 d： 取整 ， dd 確定分組數(shù) k： m a x m in11xx Rd kk 確定各組組界 、 組中值 統(tǒng)計(jì)各組頻數(shù) 1Rk d 直方圖 56 5.4.1 分布圖分析法 圖 5-44-0 直方圖 -14.5 -8.55 -3.5 x y （ 頻數(shù) ） （ 偏差值 ） （ 平均偏差 ） -15 -10 -5 （ 公差帶中心 ）

37、（ 公差帶下限 ） （ 公差帶上限 ） 3） 計(jì)算樣本平均值和標(biāo)準(zhǔn)差 : 4） 畫直方圖 （ 圖 5-44-0） 1 1 n i i xxn 2 1 1 1 n i i s x xn 57 正態(tài)分布 式中 和 分別為 正態(tài) 分布隨機(jī)變量總體平均 值和標(biāo)準(zhǔn)差 。 平均值 =0 ， 標(biāo)準(zhǔn)差 =1的正態(tài)分布稱為標(biāo) 準(zhǔn)正態(tài)分布 ， 記為 ： x N ( 0, 1 ) 概率密度函數(shù) （ 5-19） 21 21 ,0 2 x y e x y F（ z） 圖 5-45-0 正態(tài)分布曲線 ( z = 0 ) x(z) 0 z

38、 - + 5.4.1 分布圖分析法 分布曲線 58 分布函數(shù) 21 21() 2 xx F x e d x 2 21() 0 2 zz F z e d z xz 令： 將 z 代入上式 ， 有： 則利用上式 ， 可將非標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布 進(jìn)行計(jì)算 （ 圖 5-45） 。 稱 z 為標(biāo)準(zhǔn)化變量 5.4.1 分布圖分析法 y F（ z） 圖 5-45 正態(tài)分布曲線 ( z = 0 ) x(z) 0 z - + 59 非正態(tài)分布 x y 0 a） 雙峰分布 雙峰分布： 兩次調(diào)整下加工 的工件或兩臺(tái)機(jī)床加工的工件 混在一起

39、（ 圖 5-46a） x y 0 b） 平頂分布 x y 0 c） 偏向分布 平頂分布： 工件瞬時(shí)尺寸分 布呈正態(tài) ， 其算術(shù)平均值近似 成線性變化 （ 如刀具和砂輪均 勻磨損 ） （ 圖 5-46b） 偏向分布： 如工藝系統(tǒng)存在 顯著的熱變形 ， 或試切法加工 孔時(shí)寧小勿大 ， 加工外圓時(shí)寧 大勿小 （ 圖 5-46c） 圖 5-46-0 幾種非正態(tài)分布 5.4.1 分布圖分析法 60 判斷加工性質(zhì) 判斷是否存在明顯變值系統(tǒng)誤差； 判斷是否存在常值系統(tǒng)誤差 ， 及常值系統(tǒng)誤差的大小 。 確定工序能力： 工序能力系數(shù) :Cp=T/6 （ 5-23）

40、5.4.1 分布圖分析法 分布圖應(yīng)用 3 6 2 6 P PK CP T U T L C T U T L C （ 5-24） （ 5-25） （ 5-26） 工序能力 工序能力系數(shù) 式中 TU, TL 公差帶上、下限 ； 公差帶中心與誤差分布中心偏移距離； 誤差分布的標(biāo)準(zhǔn)差。 61 5.4.1 分布圖分析法 y 圖 5-49 工藝能力系數(shù)符號(hào)含義 x 0 3 3 公差帶 T TU TL 3 6 2 6 P PK CP T U T L C T U T L C 62

41、工序能力等級(jí) 工序能力系數(shù) 工序等級(jí) 說 明 CP 1.67 特級(jí) 工序能力過高 1.67 CP 1.33 一級(jí) 工序能力足夠 1.33 CP 1.00 二級(jí) 工序能力勉強(qiáng) 1.00 CP 0.67 三級(jí) 工序能力不足 0.67 CP 四級(jí) 工序能力很差 表 5-2 -0 工序能力等級(jí) 5.4.1 分布圖分析法 CP 表示工藝過程本身的能力，而工藝能力系數(shù) CPK 則 表示過程滿足技術(shù)要求的能力，實(shí)際上是 “ 過程能力 ” 與“管

42、理能力”的綜合 63 0 1 2 3 4 5 6 7 樣組序號(hào) b） 工件尺寸 公差帶 T 控制限 5.4.2 點(diǎn)圖分析法 圖 5-49-0 單值點(diǎn)圖 工件序號(hào) c） A A B O O B 工件尺寸 工件尺寸 工件序號(hào) a） 14 0 2 4 6 8 10 12 公差帶 T 控制限 單值點(diǎn)圖 （ 圖 5-49-0） 64 5.4.2 點(diǎn)圖分析法 圖是控制圖和 R控制圖聯(lián)合使用的統(tǒng)稱 xR 1 2 2 1 k i i S X xx k x x A R x x A R 中 線 上 控 制 限 下 控 制 限 R 圖： 1 1 2 1

43、 k i i S X RR k R D R R D R 中 線 上 控 制 限 下 控 制 限 A2、 D1、 D2 數(shù)值可參見有關(guān)資料 圖 xR 表示樣組平均值 ， R表示樣組極差 x 圖控制限 xR 圖： x 65 5.4.2 點(diǎn)圖分析法 工藝過程穩(wěn)定性 點(diǎn)子正常波動(dòng) 工藝過 程穩(wěn)定；點(diǎn)子異常波動(dòng) 工藝過程不穩(wěn)定 圖 5-51 圖 xR R 圖 UCL=19.67 CL=8.90 0 5 10 樣組序號(hào) 15 20 LCL=0 0 5 10 樣組序號(hào) 15 20 x 圖 LCL=11.57 UCL=21.89 CL=16.73

44、穩(wěn)定性判別 沒有點(diǎn)子超出控制限 大部分點(diǎn)子在中心線 上下波動(dòng) ， 小部分點(diǎn)子靠 近控制限 點(diǎn)子變化沒有明顯規(guī) 律性 （ 如上升 、 下降傾向 或周期性波動(dòng) ） 同時(shí)滿足為穩(wěn)定 圖分析 xR 66 5.4.2 調(diào)整尺寸 式中 Lt 調(diào)整尺寸； LM 平均尺 寸 ； Tt 調(diào)整公差 。 2 ttM TLL 由圖 5-52-0所示關(guān)系可得： 圖 5-52-0 調(diào)整尺寸關(guān)系 3n y Tt x T 3 Lmax Lmin LM （ Lt ） 樣本均 值分布 總體分 布 總體分布平均值極端位置 161 tTT n 樣

45、本平均值分布： xN n， 調(diào)整尺寸 調(diào)整公差 67 4.5.4 調(diào)整尺寸 上式要求過于苛刻 ， 產(chǎn)生不合格品得概率只有 0.00036%。 用 2代替 3， 得到： 此時(shí)產(chǎn)生不合格品 得概率為 0.104%, 完全可以接受 。 141 tTT n 圖 5-52 調(diào)整尺寸關(guān)系 3n y Tt x T 3 Lmax Lmin LM （ Lt ） 樣本均 值分布 總體分 布 總體分布平均值極端位置 68 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ) 第 5章 機(jī)械加工精度 5.5 提高加工精度的途徑 Methods of Improving Machining Precision

46、69 5.5.1 誤差預(yù)防 合理采用先 進(jìn)工藝和設(shè)備 誤差預(yù)防指減小原始誤差本身或減小原始誤差的影響 減小原始誤差 轉(zhuǎn)移原始誤 差 （ 圖 5-53-0） a） b） 圖 5-53-0 轉(zhuǎn)塔車床刀架轉(zhuǎn)位誤差的轉(zhuǎn)移 誤差分組 就地加工 均化原始誤 差 ， 如研磨加 工 、 易位加工 （ 圖 5-54-0） 圖 4-54-0 易位法加工時(shí)誤差均化過程 360 工件轉(zhuǎn)角 l1 l2 70 5.5.2 誤差補(bǔ)償 在線測量與在線補(bǔ)償 （ 圖 5-55-0） 指人為引入附加誤差因素，以抵消或減小原始誤差的影響 圖 5-55-0 高壓油泵偶件自動(dòng)配磨

47、裝置示意圖 柱塞銷 柱塞 71 圖 5-56-0 絲扛加工誤差補(bǔ)償裝置 1 工件 2 螺母 3 母絲杠 4 杠桿 5 校正尺 6 觸頭 7 校正曲線 附加位移 螺母附加轉(zhuǎn)動(dòng) 5.5.2 誤差補(bǔ)償 采用校正裝置 （ 圖 5-56-0） 72 圖 5-57-0 以彈性變形補(bǔ)償熱變形 以彈性變形補(bǔ)償 熱變形 （ 圖 5-57-0） 其他補(bǔ)償方法 圖 5-59-0 以熱變形補(bǔ)償熱變形 圖 5-58-0 龍門銑橫梁變形補(bǔ)償 附加夾緊力 以熱變形補(bǔ)償熱 變形 （ 圖 5-59-0） 以幾何誤差補(bǔ)償受 力變形 （ 圖 5-58-0）

48、 5.5.2 誤差補(bǔ)償 73 加工誤差綜合分析 討論與示例 分析解決加工誤差問題的方法和步驟： 1.調(diào)查 2.分析 3.測試 （ 1）靜測試 （ 2）在加工過程中測定 （ 3）加工試驗(yàn) 4.驗(yàn)證 第 5章 機(jī)械加工精度 74 實(shí)例 1： 尾座體孔的鏜孔正錐度（頭部孔徑比尾部大）誤差 第 5章 機(jī)械加工精度 75 第 5章 機(jī)械加工精度 76 實(shí)例 2：連桿小頭（襯套）孔金剛鏜的位置誤差 第 5章 機(jī)械加工精度 77 第 5章 機(jī)械加工精度 78 第 5章 機(jī)械加工精度 產(chǎn)生誤差的原因初步分析： 79 習(xí)題與討論題 1.

49、如習(xí)圖 5-1所示，零件安裝在車床三爪卡盤上車 孔（內(nèi)孔車刀安裝在刀架上）。加工后發(fā)現(xiàn)被 加工孔出現(xiàn)外大里小的錐度誤差。產(chǎn)生該誤差 的可能原因有（ ）。 主軸徑向跳動(dòng) 三爪裝夾面與主軸回轉(zhuǎn)軸線不同軸 車床縱向?qū)к壟c主軸回轉(zhuǎn)軸線不平行 刀桿剛性不足 2.在車床上以兩頂尖定位車削光軸，車后發(fā)現(xiàn)工 件中部直徑偏大，兩頭直徑偏小，其可能的原 因有（ ）。 工件剛度不足 前后頂尖剛度不足 車床縱向?qū)к壷本€度誤差 導(dǎo)軌扭曲 第 5章 機(jī)械加工精度 習(xí)圖 5-1 答案 1 ： 三爪裝夾面與主軸回轉(zhuǎn)軸線不同軸 車床縱向?qū)к壟c主軸回轉(zhuǎn)軸線 不

50、平行 答案 2 ： 工件剛度不足 車床縱向?qū)к壷本€度誤差 80 3.在車床上車削光軸（習(xí)圖 5-2），車后發(fā)現(xiàn)工件 A處直徑比 B處直徑 大，其可能的原因有（ ）。 刀架剛度不足 尾頂尖剛度不足 導(dǎo)軌扭曲 車床縱向?qū)к?與主軸回轉(zhuǎn)軸線不平行 第 5章 機(jī)械加工精度 B A 習(xí)圖 5-2 習(xí)圖 5-3 4.如習(xí)圖 5-3所示 ， 零件安裝在車床三爪卡盤上鉆孔 （ 鉆頭安裝在尾座上 ） 。 加 工后測量 ， 發(fā)現(xiàn)孔徑偏大 。 造成孔徑偏大的可能原因有 （ ） 。 車床導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線不平行 尾座套筒軸線與主軸回轉(zhuǎn)軸線不同軸 刀具熱變

51、形 鉆頭刃磨不對(duì)稱 答案 3： 尾頂尖剛度不足 導(dǎo)軌扭曲 車床縱向?qū)к壟c主軸回轉(zhuǎn)軸線不平行 答案 4： 尾座軸線與主軸回轉(zhuǎn)軸線不同軸 刀具熱變形 鉆頭刃磨不對(duì)稱 81 5.試分析習(xí)圖 5-4所示的三種加工情況，加工后工件表面會(huì)產(chǎn)生何種 形狀誤差？假設(shè)工件的剛度很大，且車床床頭剛度大于尾座剛度。 第 5章 機(jī)械加工精度 習(xí)圖 5-4 答案 5： a） 在徑向切削力的作用下 ， 尾頂尖處的位移量大于前頂尖處的位移量 ， 加工 后工件外圓表面成錐形 ， 右端直徑大于左端直徑 。 b） 在軸向切削力的作用下 ， 工件受到扭矩的作用會(huì)產(chǎn)生順時(shí)針方向

52、的偏轉(zhuǎn) 。 若刀具剛度很大 ， 加工后端面會(huì)產(chǎn)生中凹 。 c） 由于切削力作用點(diǎn)位置變化 ， 將使工件產(chǎn)生 鞍形誤差 ， 且右端直徑大于 左 端直徑 。 82 6.習(xí)圖 5-5為 精鏜活塞銷孔工序的示意圖，工件以止口面及半精鏜過的活塞 銷孔定位，試分析影響工件加工精度的工藝系統(tǒng)的各種原始誤差因素。 第 5章 機(jī)械加工精度 定位誤 差 F 設(shè)計(jì)基 準(zhǔn) 定位 基準(zhǔn) 熱變形 對(duì)刀 誤差 夾緊 誤差 菱形 銷 導(dǎo)軌誤差 答案 6： （ 1）影響孔徑尺寸精度的因素： 刀具調(diào)整（調(diào)整鏜刀刀刃的伸出長度）； 刀具磨損；

53、 刀具熱變形。 （ 2）影響銷孔形狀精度的因素： 主軸回轉(zhuǎn)誤差； 導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差； 工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向與主軸回轉(zhuǎn)軸線不平行； 機(jī)床熱變形。 （ 3）影響銷孔位置精度的因素： 定位誤差（設(shè)計(jì)基準(zhǔn)（頂面）與定位基準(zhǔn)（止口端面） 不重合，定位止口與夾具定位凸臺(tái)、菱形銷與銷孔的配合間隙等引起）； 夾緊誤差； 調(diào)整誤差（夾具在工作臺(tái)上的位置調(diào)整，菱形銷與主軸同軸度的調(diào)整等）； 夾具制 造誤差； 機(jī)床熱變形； 工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向與主軸回轉(zhuǎn)軸線不平行。 83 7. 在三臺(tái)車床上各加工一批工件的外圓表面，加工后經(jīng) 度量發(fā)現(xiàn)有如圖所示的形狀誤差：（ a）錐形；（ b） 腰鼓形；（ c）鞍形。試分析產(chǎn)生上述各種形狀誤差的 主要原因。 第 5章 機(jī)械加工精度 （ a） （ c） （ b） 答案 7： （ a） 車床縱溜板運(yùn)動(dòng)與主軸軸線不平行；刀具磨損；誤差復(fù)映。 （ b）工件剛度差；機(jī)床縱導(dǎo)軌直線度誤差； 誤差復(fù)映。 （ c） 機(jī)床床頭、尾座剛度較弱； 刀具直線運(yùn)動(dòng)與工件回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軸線 不在同一平面內(nèi)，即在空間交錯(cuò)平行；誤差復(fù)映。