第三章 機(jī)械加工精度

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1、第三章 機(jī)械加工精度 Machining Precision §3-1概述 零件的加工質(zhì)量： 機(jī)械加工精度 加工表面質(zhì)量 一、機(jī)械加工精度 1、概念 (1)加工精度：零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)(即尺寸、形狀和表面間的相互位置)與理想幾何參數(shù)的符合程度。（由各種因素影響----不可能完全符合.） (2)加工誤差：加工后零件的實(shí)際幾何參數(shù)(即尺寸、形狀和表面間的相互位置)對(duì)理想幾何參數(shù)的偏離程度。 （零件可以允許有一定的加工誤差---保證產(chǎn)品的使用性能,保證和提高加工精度問(wèn)題--

2、實(shí)際上就是限制和降低加工誤差問(wèn)題） （1）加工精度的高低-- ------- 加工誤差的大小表示 （2）加工精度(尺寸,形狀,位置精度)三者關(guān)系 位置公差限制在尺寸公差之內(nèi)： 尺寸精度高——位置精度高 形狀公差限制在位置公差內(nèi)： 位置精度高——形狀精度高 反之不成立 （3）加工精度、加工成本、生產(chǎn)率三者關(guān)系 設(shè)計(jì)人員-------合理規(guī)定加工精度 工藝人員-------依設(shè)計(jì)要求、生產(chǎn)條件、用適當(dāng)方法保證高生產(chǎn)率和低 成本.

3、 2. 工藝系統(tǒng) 定義: 在機(jī)械加工時(shí),機(jī)床、夾具、刀具和工件就構(gòu)成了一個(gè)完整的系統(tǒng). 工藝系統(tǒng)誤差(原始誤差)-------因 加工誤差-------果 3. 研究加工精度的目的: 弄清各種原始誤差的物理、力學(xué)本質(zhì)及對(duì)加工精度的影響規(guī)律,掌握控制加工誤差的方法，找到提高加工精度的途徑，得預(yù)期的加工精度。 二、影響機(jī)械加工精度的因素 原始誤差 幾何誤差(與工藝系統(tǒng)初始狀態(tài)有關(guān)的原

4、始誤差) 原理誤差 定位誤差 調(diào)整誤差 刀具誤差 夾具誤差 工件相對(duì)刀具在靜止?fàn)顟B(tài)下已存在誤差 機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差 機(jī)床導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差 機(jī)床傳動(dòng)誤差工件相對(duì)

5、刀具在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下已存在誤差 動(dòng)誤差（與工藝過(guò)程有關(guān)的原始誤差） 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(cè)量誤差 工件殘余應(yīng)力引起變形 三、誤差敏感方向 對(duì)加工精度影響最大的方向（圖3-2） §3--2工藝系統(tǒng)的幾何精度對(duì)加工精度的影響 一、加工原理誤差 采用近似的成形運(yùn)動(dòng) 用展成法切削齒輪（刀齒有限,微小折線

6、組成曲線） 三坐標(biāo)數(shù)控銑削復(fù)雜形面零件-----用球頭刀（圖3-3） 近似的刀刃輪廓 用滾刀切削漸開(kāi)線齒輪(用阿基米德蝸桿代替漸開(kāi)線蝸桿，軸向截 面為直線齒形) 用模數(shù)銑刀加工漸開(kāi)線齒輪（用一把模數(shù)銑刀加工模數(shù)一定齒數(shù) 范圍的齒輪） 二、調(diào)整誤差 1.試切法： 誤差來(lái)源： (1)測(cè)量誤差. (2)微進(jìn)給機(jī)構(gòu)的位移誤差--"爬行"現(xiàn)象. (3)切割層太薄--刀刃打滑 2.按樣件或樣板調(diào)整：樣件或樣板本身的制造安裝誤差及對(duì)刀誤差 3.定程機(jī)構(gòu)誤差

7、：行程擋塊、靠模、凸輪等機(jī)構(gòu)的制造精度和調(diào)整，以及與其配合使用的離合器、電氣開(kāi)關(guān)、控制閥等的靈敏度 三、機(jī)床誤差 （一） 機(jī)床導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差 1.導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度-------對(duì)徑向尺寸影響大（圖3-5） 2.導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度--------對(duì)徑向尺寸影響?。▓D3-5） 3.前后導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的平行度------刀架與工件相對(duì)位置偏斜（錐度或馬鞍形）（圖3-7） （二） 機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差 1． 主軸回轉(zhuǎn)誤差的概念 主軸回轉(zhuǎn)誤差：實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線與理想回轉(zhuǎn)軸線的最大變動(dòng)量 主軸回轉(zhuǎn)誤差：a、徑向跳動(dòng)；b、 軸向竄動(dòng)；c、 傾角擺動(dòng) 2． 主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度的影響

8、（1）采用滑動(dòng)軸承（圖3-17） 工件回轉(zhuǎn)類機(jī)床（車床）：主軸軸頸誤差反映到工件上 刀具回轉(zhuǎn)類機(jī)床（鏜床）：軸承孔內(nèi)圈表面的圓度誤差將反映到工件上 （2）采用滾動(dòng)軸承時(shí) 工件回轉(zhuǎn)類機(jī)床（車床）：軸承內(nèi)環(huán)外滾道的幾何形狀誤差反映到工件上 刀具回轉(zhuǎn)類機(jī)床（鏜床）：外環(huán)內(nèi)滾道誤差反映到工件上（相當(dāng)滑動(dòng)軸承 內(nèi)圓面） 主軸前后軸承存在偏心----反向偏心------轉(zhuǎn)角 工件回轉(zhuǎn)-------產(chǎn)生圓柱度誤差

9、 刀具回轉(zhuǎn)------產(chǎn)生圓度誤差 （3）主軸的軸向竄動(dòng)：車---------端面與圓柱面不垂直（ 圖3-14） （三） 機(jī)床傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)誤差：制造、裝配、磨損 四．夾具的制造誤差與磨損 定位元件 刀具導(dǎo)向元件 分度機(jī)構(gòu)，夾具體 五．刀具的制造誤差和磨損 1． 一般刀具（車刀，銑刀，鏜刀，砂輪） 刃口的磨損和鈍化影響加工精度 2． 成形刀具 刀刃的形狀誤差，刃磨，裝夾影響 3． 定尺寸刀具 尺寸誤差影響 §3—3 工藝系統(tǒng)的受力變形 一． 基本概念 （工藝系統(tǒng)的受力變形是彈性變形，工藝系統(tǒng)抵抗彈性變形的能力越強(qiáng)，則加

10、工精度越高，工藝系統(tǒng)抵抗彈性變形的能力，用剛度k來(lái)描述） 工藝系統(tǒng)剛度k：指工件加工表面在誤差敏感方向的切削分力與在該方向上刀具相對(duì)工件位移y的比值即 N/mm y為 Fx , Fy , Fz 同時(shí)作用下綜合結(jié)果 二． 工藝系統(tǒng)剛度的計(jì)算 1． 工藝系統(tǒng)剛度的組成（工藝系統(tǒng)在誤差敏感方向的變形疊加） 已知各組成環(huán)節(jié)的剛度——工藝系統(tǒng)剛度 三． 工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響 （一） 工藝系統(tǒng)

11、各組成部分的變形及總變形 1． 機(jī)床的變形 條件：兩頂尖加工光軸；工件和刀具剛度很大 切削力不變（只考慮機(jī)床變形） 床頭箱與尾架的分力： 2. 工件的變形: 條件： 機(jī)床, 刀架剛度很大 3、 工藝系統(tǒng)的總變形: （二） 工藝系統(tǒng)變形對(duì)加工精度的影響 1、 切削力作用點(diǎn)不同位置引起的誤差 工件剛度大-------馬鞍形 車 工件剛度小-------腰鼓形 2、 誤差的復(fù)映（圖3-31） 定義：加工余

12、量和材料硬度不均，引起切削力變化造成的加工誤差 誤差復(fù)映系數(shù) 式中 C為常數(shù)（硬度均勻、刀具、切削條件、進(jìn)給量一定時(shí)） K為工藝系統(tǒng)的剛度 是小于1的正數(shù)，定量反應(yīng)了毛坯誤差經(jīng)加工后所減小的程度 為工件圓度誤差 為加工后工件圓度誤差 3、 其他作用力：傳動(dòng)力，慣性力，夾緊力，本身重力等 四． 車床部件剛度 （一） 機(jī)床部件剛度的測(cè)定 1． 靜態(tài)測(cè)定法（圖3-38車床刀架的靜剛度特性曲線） （1）y--Fy非線形關(guān)系（彈塑變形） （2）加--卸載線不重合（摩擦和接觸塑變） （3）卸載線不回起始點(diǎn)（殘留變形，反復(fù)加載殘留變形為

13、零） 2． 工作狀態(tài)測(cè)定法 （二） 影響機(jī)床部件剛度的因素 1、 接觸面的表面質(zhì)量 開(kāi)始表面粗糙度（接觸面積?。?-----彈變和局部塑變--凹形曲線 2、 存在剛度差的零件（圖3-41） 鑲條，鍵等--------凹形曲線（非線性） 3、 連接件夾緊力的影響 螺釘連接，超過(guò)預(yù)緊力---------凸形曲線（非線性） 4、 摩擦力的影響：能量消耗------加、卸載線不重合 加載-------阻礙間隙位移，阻礙變形增加 卸載-------阻礙間隙位移，阻礙變形減小 5、 間隙的影響（圖3-40） 載荷大于摩擦力-------位移-----------加、卸載點(diǎn)不重合

14、 五． 減小工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響的措施 提高系統(tǒng)剛度，減小載荷及變化 （一） 提高工藝系統(tǒng)剛度 1． 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：減少連接面數(shù)量，用封閉斷面 2． 提高表面接觸剛度 提高接觸面表面質(zhì)量，預(yù)加載荷--消除間隙 3． 用合理的裝夾和加工方式：中心架，跟刀架 （二） 減少載荷及變化 刀具幾何參數(shù) 增大前角 主偏角=900 切削用量--減小進(jìn)給量及背吃刀深度 毛坯余量均勻 六．工件殘余應(yīng)力對(duì)加工精度的影響 1． 毛坯內(nèi)應(yīng)力： 鍛、鑄、焊------厚薄不均，冷速不均-------內(nèi)應(yīng)力 2． 工件切削內(nèi)應(yīng)力 表層受摩擦、拉

15、伸、熱膨脹 3． 冷校直殘余應(yīng)力 4． 熱處理 §3—4工藝系統(tǒng)的熱變形對(duì)加工精度的影響 一． 概述 （一） 工藝系統(tǒng)的熱源 熱（高——→低）---------導(dǎo)熱傳熱，對(duì)流傳熱，輻射傳熱 熱源 內(nèi)部： 切削熱（主要熱源） 產(chǎn)生于工藝系統(tǒng)內(nèi)部（以熱傳導(dǎo)方 式傳遞） 摩擦熱 外部：環(huán)境溫度（氣溫變化，通風(fēng)，空氣對(duì)流和周圍環(huán)境）--對(duì)流 傳遞的主要形式 各種輻射熱（陽(yáng)光，照明，暖氣設(shè)備）

16、（二） 工藝系統(tǒng)的熱平衡和溫度場(chǎng)的概念 熱平衡--工藝系統(tǒng)單位時(shí)間散出的熱量與熱源傳入的熱量趨于相等，這時(shí) 工藝系統(tǒng)就達(dá)到了熱平衡。 溫度場(chǎng)--物體中各點(diǎn)的溫度分布成為溫度場(chǎng) 不穩(wěn)定溫度場(chǎng) 穩(wěn)定溫度場(chǎng) 不穩(wěn)定溫度場(chǎng) ---各點(diǎn)的溫度是坐標(biāo)和時(shí)間的函數(shù) y=f(x, y, t) 穩(wěn)定溫度場(chǎng)-------各點(diǎn)的溫度只是坐標(biāo)的函數(shù) y=f(x, y) 二． 工件熱變形對(duì)加工精度的影響 （一） 工件比較均勻的受

17、熱 軸，盤，套類件-------直徑和長(zhǎng)度增大（粗加工-----冷-----精加工） （二） 工件不均勻受熱 平板類件--翹曲變形 三． 刀具熱變形時(shí)對(duì)加工精度的影響 車刀熱變形曲線（圖3-46） 四． 機(jī)床熱變形對(duì)加工精度的影響 一般機(jī)床主傳動(dòng)功率 切削功率 空載功率 精密機(jī)床--空載功耗是主要熱源 車床熱源（主軸箱）----主軸提高和傾斜--垂直方向影響大 機(jī)床熱變形的緩慢------加工誤差不一致 精密加工-------熱平衡后進(jìn)行加工 五． 減少工藝系統(tǒng)熱變形對(duì)加工精度影響的措施 1． 減少熱源產(chǎn)生的熱量 低速

18、切削 小切削用量 精密加工--冷卻 2． 控制熱源的影響：冷卻液，恒溫空間 3． 從工藝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本身減少熱變形 用對(duì)稱結(jié)構(gòu) 機(jī)床 分離內(nèi)部熱源--熱源放在機(jī)床外 減少運(yùn)動(dòng)副的摩擦熱 工件----避免薄壁，空心等易受熱變形的結(jié)構(gòu) 刀具----熱變形避開(kāi)誤差敏感方向 §3-5加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析 單因素分析法 統(tǒng)計(jì)數(shù)理----誤差規(guī)律 一． 加工誤差的性質(zhì) 系統(tǒng)性誤差 常值系統(tǒng)性誤差（加工誤差的大小，方向保持不變，與加工時(shí) 間，加工順序無(wú)關(guān)） 加工原

19、理誤差 工藝系統(tǒng)的制造與調(diào)整誤差 工藝系統(tǒng)的靜力變形 機(jī)床，夾具，量具的磨損 變值系統(tǒng)性誤差（加工誤差按一定規(guī)律變化） 機(jī)床，夾具，刀具的熱變形 刀具磨損 隨機(jī)誤差（誤差的大小，方向不規(guī)律變化） 毛坯誤差的復(fù)映 裝夾誤差 多次調(diào)整誤差 殘余應(yīng)

20、力引起的變形 二． 分布圖分析法 （一） 實(shí)驗(yàn)分布圖 （1） 成批加工（調(diào)整法）--取樣本--樣本容量n（樣本尺寸或偏差x） （2） 樣本極差 (3)樣本分組（按大小順序）（k組表3-2，組距d） 組內(nèi)零件數(shù)量：頻數(shù)m i 式中 j為組序數(shù)，正號(hào)為組上界，負(fù)號(hào)為組下界 （3） 該批工件的實(shí)驗(yàn)分布圖 （4） 樣本的數(shù)字特征 例: (1) 6σ>T 加工精度不足 （二） 理論分布曲線 1． 正態(tài)分布（相互獨(dú)立的大量微小隨機(jī)變量總和分布為正態(tài)分布） 正態(tài)分布的概率密度 正態(tài)分布函數(shù):

21、 6σ(±3σ)----代表某種加工方法在一定條件下（如毛坯余量、切削用量、正常的機(jī)床、夾具、刀具等）所能達(dá)到的加工精度。 6σ≤T 2． 非正態(tài)分布 ★ ★兩機(jī)床加工件混：（1）常值（2）精度不一 ★刀具磨損顯著： ★工藝系統(tǒng)熱變形顯著：曲線不對(duì)稱 ★試切法“寧修不廢”： （三） 分布圖分析法的應(yīng)用 1． 辨別加工誤差性質(zhì) 正態(tài)分布---無(wú)變值系統(tǒng)性誤差 常值系統(tǒng)性誤差 2． 確定工序能力及其等級(jí) 工序能力----工序在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，誤差波動(dòng)幅度 （表3-7） 3、計(jì)算合格品率或不合格品率 例：3-4 （1） 作分布圖

22、 （2） 計(jì)算 Cp=0.9 分布圖分析法的缺點(diǎn) （1） 沒(méi)考慮先后順序，不能反映誤差變化趨勢(shì)。 （2） 不能區(qū)別變值與隨機(jī)誤差 （3） 加工后繪制，不能及時(shí)提供繪制精度的信息 三、點(diǎn)圖分析法 分布圖—當(dāng)工藝過(guò)程穩(wěn)定時(shí)（μ、σ保持不變） 點(diǎn)圖------分析工藝過(guò)程的穩(wěn)定性 (一)單值點(diǎn)圖（反映了每個(gè)工件尺寸或誤差與加工時(shí)間的關(guān)系） 按加工順序測(cè)量工件-- 平均值曲線oo----------每一瞬時(shí)的分散中心 起始點(diǎn)o -----------------常值系統(tǒng)性誤差 AA/ BB/------------------每一瞬

23、時(shí)的分散范圍（隨機(jī)誤差的影響） CC/ DD/------------------控制界線 EE/ FF/------------------公差帶極限尺寸 （二） —R圖 (小樣本) 平均值（控制工藝過(guò)程質(zhì)量指標(biāo)的分布中心）控制圖和極差R（控 制工藝過(guò)程質(zhì)量指標(biāo)的分散程度）控制圖聯(lián)合使用的統(tǒng)稱 §3-6保證和提高加工精度的途徑 一、 誤差預(yù)防技術(shù) （一） 合理采用先進(jìn)工藝裝備 工藝規(guī)程，每道工序能力評(píng)價(jià) 設(shè)備 （二） 直接減少原始誤差法 提高工藝系統(tǒng)幾何精度，提高剛度，減少變形 （三） 誤差轉(zhuǎn)移 轉(zhuǎn)移的誤差非敏感方向（圖3-65） （四） 均分原始誤差 按毛坯誤差大小分組，按各組調(diào)刀 （五）均化原始誤差 讓誤差重新分布達(dá)到整個(gè)表面 ---------研磨 二、誤差補(bǔ)償技術(shù)