機(jī)械制造工藝學(xué)：工藝講稿 第四章 機(jī)械加工精度

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1、第四章第四章 機(jī)械加工精度機(jī)械加工精度4.14.1概述概述 零件的加工質(zhì)量是保證機(jī)械產(chǎn)品工作性能和產(chǎn)品壽命的基礎(chǔ)。零件的制造質(zhì)量可用下列參數(shù)來(lái)表示： 尺寸精度 幾何參數(shù)：幾何參數(shù)： 幾何精度 位置關(guān)系精度 宏觀幾何形狀 L/H 1000 平面度等 幾何精度: 中間幾何形狀 L/H=501000 波度等 微觀幾何形狀 L/H=050 粗糙度 （L:代表波長(zhǎng)，H:代表波高）物理的參數(shù)：物理的參數(shù)：導(dǎo)熱、導(dǎo)電、導(dǎo)磁性等； 化學(xué)的參數(shù)：化學(xué)的參數(shù)：耐蝕性等；機(jī)械的參數(shù)：機(jī)械的參數(shù)：強(qiáng)度、硬度、沖擊韌性等。 通常又把加工質(zhì)量分成加工精度和表面質(zhì)量。 尺寸精度 加工精度 宏觀幾何形狀精度 位置關(guān)系精度加工

2、質(zhì)量 表面質(zhì)量 表面粗糙度及波度 表面層物理機(jī)械性能 本章講機(jī)械加工精度，下一章講機(jī)械加工表面質(zhì)量尺寸精度、宏觀幾何形狀精度、位置關(guān)系精度之間的關(guān)系：尺寸精度、宏觀幾何形狀精度、位置關(guān)系精度之間的關(guān)系：1.當(dāng)尺寸精度要求高時(shí)，相應(yīng)的位置精度和形狀精度要求也高。形狀公差應(yīng)限制在位置公差內(nèi)，位置公差應(yīng)限制在尺寸公差內(nèi)。2.當(dāng)形狀精度要求高時(shí)，相應(yīng)的位置精度和尺寸精度不一定要求高。 機(jī)械加工精度機(jī)械加工精度 是指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)(尺寸、形狀和位置)與理想幾何參數(shù)的符合程度。 加工誤差加工誤差 是指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)(尺寸、形狀和位置)與理想幾何參數(shù)的偏離程度。 加工精度越高，則加工誤差

3、越小，反之越大。原始誤差原始誤差 機(jī)械加工零件的尺寸、幾何形狀和表面間位置關(guān)系的形成，主要取決于工件工件和切削工具切削工具在切削過(guò)程中的相互位置相互位置和一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 工件和刀具安裝在夾具和機(jī)床上，工件、刀具、夾具、機(jī)床構(gòu)成了一個(gè)完整的工藝系統(tǒng)工藝系統(tǒng)。工藝系統(tǒng)的種種誤差，是造成零件加工誤差的根源，故稱之為原始誤差。原始誤差。 研究加工精度的方法研究加工精度的方法因素分析法因素分析法 是在掌握各種原始誤差對(duì)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(guò)估算來(lái)確定工件加工誤差的大小，再通過(guò)試驗(yàn)

4、測(cè)試來(lái)加以驗(yàn)證。 統(tǒng)計(jì)分析法統(tǒng)計(jì)分析法 是對(duì)具體加工條件下得到的幾何參數(shù)進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，然后運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)這些測(cè)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。加工過(guò)程仿真分析法加工過(guò)程仿真分析法 是通過(guò)建立機(jī)床、刀具、工件和夾具的幾何模型；加工過(guò)程的運(yùn)動(dòng)模型；加工過(guò)程的動(dòng)力學(xué)模型。并利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)加工過(guò)程模型進(jìn)行數(shù)值仿真，實(shí)現(xiàn)對(duì)加工結(jié)果和加工精度的分析和預(yù)測(cè)。虛擬制造技術(shù)（虛擬制造技術(shù)（virtual manufacturing technology，VMT）是以虛擬現(xiàn)實(shí)和仿真技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過(guò)程統(tǒng)一建模，在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、加工和裝配、檢驗(yàn)、

5、使用整個(gè)生命周期的模擬和仿真。這樣，可以在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段就模擬出產(chǎn)品及其性能和制造過(guò)程，以此來(lái)優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量和制造過(guò)程，優(yōu)化生產(chǎn)管理和資源規(guī)劃，以達(dá)到產(chǎn)品開發(fā)周期和成本的最小化，產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量的最優(yōu)化和生產(chǎn)效率最高化，從而形成企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。如波音777，其整機(jī)設(shè)計(jì)、部件測(cè)試、整機(jī)裝配以及各種環(huán)境下的試飛均是在計(jì)算機(jī)上完成的，其開發(fā)周期從過(guò)去的8年縮短到5年。盡管虛擬制造技術(shù)的出現(xiàn)時(shí)間不長(zhǎng)，技術(shù)還不成熟，但虛擬制造的應(yīng)用將會(huì)對(duì)未來(lái)制造業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。虛擬產(chǎn)品制造。虛擬產(chǎn)品制造。應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，對(duì)零件的加工方法、工序順序、工裝和工藝參數(shù)的選用以及加工工藝性、裝配工藝性等均可建模

6、仿真，可以提前發(fā)現(xiàn)加工缺陷，提前發(fā)現(xiàn)裝配時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題，從而能夠優(yōu)化制造過(guò)程，提高加工效率。數(shù)控加工仿真：數(shù)控加工仿真： VERICUT軟件是美國(guó)CGTECH公司開發(fā)的數(shù)控加工仿真系統(tǒng)，可仿真數(shù)控車床、銑床、加工中心、線切割機(jī)床和多軸機(jī)床等多種加工設(shè)備的數(shù)控加工過(guò)程，檢查過(guò)切、欠切，防止機(jī)床碰撞、超行程等錯(cuò)誤；具有真實(shí)的三維實(shí)體顯示效果，可以對(duì)切削模型進(jìn)行尺寸測(cè)量，并能保存切削模型供檢驗(yàn)、后續(xù)工序切削加工。 金屬切削仿真：金屬切削仿真： AdvantEdge FEM 是 Third Wave Systems公司推出的金屬切削有限元仿真軟件。通過(guò)輸入刀具切削條件（如工件材料與幾何形狀，刀具材料與幾

7、何形狀、切削參數(shù)、冷卻液等）來(lái)模擬出切削過(guò)程的切削力、切屑、切削熱、應(yīng)力等屬性?？蓽p少不必要的切削試驗(yàn)，提高零件質(zhì)量，增加材料去除率，延長(zhǎng)刀具壽命等。 4.2 4.2 加工誤差產(chǎn)生的原因加工誤差產(chǎn)生的原因 零件的尺寸、幾何形狀和表面間的相互位置的形成，取決于工件和刀具在切削過(guò)程間的相互位置。由于工藝系統(tǒng)存在各種原始誤差，它們以不同的方式和程度反映為加工誤差。 下面分析工藝系統(tǒng)存在的各種誤差對(duì)加工誤差的影響。加工誤差產(chǎn)生原因：加工誤差產(chǎn)生原因：1理論誤差（原理誤差）理論誤差（原理誤差） 是由于采用了近似的刀具形狀或近似的加工運(yùn)動(dòng)而造成的誤差。2機(jī)床、夾具和切削工具的幾何誤差機(jī)床、夾具和切削工具的

8、幾何誤差 制造誤差和磨損3安裝與調(diào)整誤差安裝與調(diào)整誤差 安裝誤差包括定位誤差和夾緊誤差4工藝系統(tǒng)的受力變形工藝系統(tǒng)的受力變形 包括機(jī)床、工件和刀具等5工藝系統(tǒng)的受熱變形工藝系統(tǒng)的受熱變形 包括機(jī)床、工件和刀具等6工件內(nèi)應(yīng)力引起的變形工件內(nèi)應(yīng)力引起的變形 一、理論誤差（或原理誤差）一、理論誤差（或原理誤差） 理論誤差理論誤差: :是由于采用了近似的加工方法而產(chǎn)生的。包括采用近似的加工運(yùn)動(dòng)或近似的切削工具輪廓。 例如：例如：渦輪葉片型面的加工，由于葉盆是斜錐面，加工比較困難，若用正圓錐面來(lái)代替，則加工就十分方便。因此，每個(gè)截面上的理論曲線（圓弧）都由橢圓來(lái)代替而產(chǎn)生理論誤差。 在數(shù)控機(jī)床上，用直線

9、或圓弧插補(bǔ)來(lái)加工輪廓曲線、曲面，也有理論誤差存在。 采用近似的成形運(yùn)動(dòng)或近似的切削刃輪廓，雖然會(huì)帶來(lái)加工原理誤差，但往往可簡(jiǎn)化機(jī)床或刀具的結(jié)構(gòu)，提高生產(chǎn)效率，有時(shí)反而能得到較高的加工精度。因此，只要其誤差不超過(guò)規(guī)定的精度要求、在生產(chǎn)中仍得到廣泛的應(yīng)用。但理論誤差的大小理論誤差的大小，一般應(yīng)控制在公差值的公差值的101020%20%左右。左右。 二、機(jī)床、夾具和切削工具的幾何誤差二、機(jī)床、夾具和切削工具的幾何誤差 1 1機(jī)床誤差機(jī)床誤差 機(jī)床的制造誤差、安裝誤差以及使用中的磨損都直接影響工件的加工精度。對(duì)加工精度影響較大的有主軸回轉(zhuǎn)精度、導(dǎo)軌的主軸回轉(zhuǎn)精度、導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度以及傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)精度。導(dǎo)

10、向精度以及傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)精度。（1 1）主軸回轉(zhuǎn)精度）主軸回轉(zhuǎn)精度 主軸回轉(zhuǎn)精度是機(jī)床精度的重要指標(biāo)之一。 機(jī)床主軸主要用以安裝工件或切削工具。其回轉(zhuǎn)精度要影響工件在加工時(shí)的表面形狀、表面間的位置關(guān)系精度及表面的粗糙度。 主要的回轉(zhuǎn)誤差是指主軸實(shí)際的回轉(zhuǎn)軸線相對(duì)理論軸線的漂移。主要的回轉(zhuǎn)誤差是指主軸實(shí)際的回轉(zhuǎn)軸線相對(duì)理論軸線的漂移。一般分成：一般分成：徑向跳動(dòng),角度擺動(dòng)和軸向竄動(dòng)。 徑向跳動(dòng)和角度擺動(dòng)合成徑向回轉(zhuǎn)誤差徑向回轉(zhuǎn)誤差。 軸向竄動(dòng)和角度擺動(dòng)合成軸向回轉(zhuǎn)誤差軸向回轉(zhuǎn)誤差。 軸向串動(dòng)回轉(zhuǎn)中心線主軸漂移純徑向跳動(dòng)純角度擺動(dòng) 不同型式的主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度的影響是不同的。不同型式的主軸回轉(zhuǎn)誤

11、差對(duì)加工精度的影響是不同的。 徑向回轉(zhuǎn)誤差徑向回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工外圓或內(nèi)孔時(shí)，要引起圓度和圓柱度誤差，對(duì)加工端面則無(wú)直接影響。 軸向回轉(zhuǎn)誤差軸向回轉(zhuǎn)誤差對(duì)端面垂直度則有很大的影響，在車螺紋時(shí)，它使螺紋面的導(dǎo)程產(chǎn)生周期誤差。對(duì)加工內(nèi)孔或外圓影響不大。同一類型的回轉(zhuǎn)誤差在不同的加工方式中的影響也不相同。同一類型的回轉(zhuǎn)誤差在不同的加工方式中的影響也不相同。 純徑向跳動(dòng)對(duì)車削和鏜削加工精度的影響。假設(shè)由于主軸的純徑向跳動(dòng)而使軸線在y坐標(biāo)方向作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。車削時(shí)（工件旋轉(zhuǎn)）孔是一個(gè)圓；鏜削時(shí)（刀具旋轉(zhuǎn)）孔是橢圓。主軸回轉(zhuǎn)誤差產(chǎn)生的原因主要有：主軸回轉(zhuǎn)誤差產(chǎn)生的原因主要有： 軸頸的圓度誤差； 軸頸間的同軸度誤差

12、； 軸承的各種誤差； 軸承孔的誤差； 本體上軸承孔間的同軸度誤差等。提高主軸回轉(zhuǎn)精度的措施：提高主軸回轉(zhuǎn)精度的措施： 提高主軸部件的制造精度：提高主軸的軸承精度，選用高精度的滾動(dòng)軸承，采用高精度的靜壓軸承；提高箱體支承孔的加工精度，主軸軸頸的加工精度，與軸承相配合表面的加工精度。 對(duì)滾動(dòng)軸承進(jìn)行預(yù)緊，以消除間隙。誤差的敏感方向誤差的敏感方向 在加工過(guò)程中，各種原始誤差的影響會(huì)使刀具和工件間正確的幾何關(guān)系遭到破壞，引起加工誤差，各種原始誤差的大小和方向各不相同，而加工誤差則必須在工序尺寸方向度量。因此。不同的原始誤差對(duì)加工精度有不同的影響。 當(dāng)原始誤差的方向與工序尺寸方向一致時(shí)，其對(duì)加工精度的影

13、響最大。 把對(duì)加工精度影響最大的那個(gè)方向稱為誤差的敏感方向誤差的敏感方向，對(duì)加工精度影響最小的那個(gè)方向則稱為誤差的不敏感方向誤差的不敏感方向。（2 2）導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度）導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度 機(jī)床導(dǎo)軌是實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)的主要部件，其制造和裝配精度是影響直線運(yùn)動(dòng)的主要因素，直接影響工件的加工質(zhì)量。 機(jī)床導(dǎo)軌的精度包括：機(jī)床導(dǎo)軌的精度包括： a) 導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度 b) 導(dǎo)軌在水平平面內(nèi)的直線度 c) 前后導(dǎo)軌的平行度 d) 導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線的平行度 導(dǎo)軌的直線度要影響工具切削刃的軌跡，從而影響加工誤差，但不同的加工方法其影響是不同的。 如在普通車床上加工外圓時(shí)，導(dǎo)軌在水平平面內(nèi)的直線度誤差，對(duì)尺寸

14、精度的影響很大。 YRR則：則： R= R= Y Y 如在普通車床上加工外圓時(shí)，導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度誤差，對(duì)尺寸精度的影響很小。RRZRZR+R(R+R)2 = R2 +Z2 略去二階微小量R2 則： R= Z2/2R例如：R=25mm, Z=0.1mm 則：R=0.0002mm導(dǎo)軌間的不平行度（扭曲）誤差，也要影響刀架和工件之間的相對(duì)位置而引起加工誤差。yzH/B 其中：H：中心高，B：導(dǎo)軌間距。 一般機(jī)床H/B=0.61。所以導(dǎo)軌扭曲對(duì)加工精度的影響也是較大的。 （3 3） 傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)精度傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)精度 傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差對(duì)成形運(yùn)動(dòng)有一定速度關(guān)系的加工過(guò)程有直接影響。 如

15、齒輪的齒形，螺紋等表面的加工。切削工具和工件之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，通常是通過(guò)機(jī)床的傳動(dòng)鏈來(lái)保證的，因此，傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差將對(duì)工件的加工誤差產(chǎn)生直接影響。 一般通過(guò)以下幾種方法來(lái)提高傳動(dòng)精度： a) 縮短傳動(dòng)鏈（以減小傳動(dòng)件個(gè)數(shù)，減少誤差環(huán)節(jié)）； b) 提高傳動(dòng)件的制造精度； c) 提高傳動(dòng)件的裝配精度； d) 傳動(dòng)采用降速傳動(dòng)，以縮小傳動(dòng)誤差對(duì)加工精度的影響。 此外，還可以用誤差補(bǔ)償?shù)姆椒▉?lái)提高傳動(dòng)精度。 2 2夾具誤差?yuàn)A具誤差 夾具作用：夾具作用：是用以使工件在機(jī)床上安裝時(shí)，相對(duì)于切削工具有正確的相對(duì)位置。 夾具誤差的影響：夾具誤差的影響：夾具的制造誤差以及在使用過(guò)程中的磨損，對(duì)工件的位置尺寸和位置

16、關(guān)系的精度，有比較大的影響。 夾具誤差的具體計(jì)算夾具誤差的具體計(jì)算，在夾具設(shè)計(jì)部分詳細(xì)介紹。 一般精加工用夾具取工件公差的1/21/3； 粗加工夾具一般取工件公差的1/31/5。 注：注：實(shí)際的誤差值是粗加工夾具的大。 3 3切削工具誤差切削工具誤差 切削工具誤差切削工具誤差包括制造誤差和加工過(guò)程中的磨損。下列情況影響工件的加工精度： （1） 定尺寸切削工具定尺寸切削工具 定尺寸切削工具如鉆頭、孔拉刀，鍵槽銑刀等，在加工時(shí)，切削工具的尺寸和形狀精度要直接影響工件的尺寸和形狀精度。 （2） 定型切削工具定型切削工具 定型切削工具如成型車刀、成型銑刀、成型砂輪等。在加工時(shí)，切削工具的形狀，要直接反

17、映到工件的表面上去，從而影響工件的形狀精度。 (3) 數(shù)控加工數(shù)控加工 采用數(shù)控加工時(shí)，由于刀具的磨損將直接影響工件的加工精度。 對(duì)于普通車刀、鏜刀、銑刀等，一般其制造精度對(duì)加工誤差無(wú)直接影響，但切削工具的急劇磨損，也要間接地影響加工精度。例如在車一外圓時(shí)，如果車刀急劇磨損，則產(chǎn)生一個(gè)錐度。 三、三、 安裝與調(diào)整誤差安裝與調(diào)整誤差 工件工件在夾具上或直接在機(jī)床上安裝安裝，以及機(jī)床機(jī)床、夾具夾具和切削切削工具工具的調(diào)整調(diào)整，都要影響工件相對(duì)于切削工具的空間位置。因此，都要影響工件的加工誤差。1 1 安裝誤差安裝誤差工件的安裝誤差包括定位誤差與夾緊誤差工件的安裝誤差包括定位誤差與夾緊誤差。 定位誤

18、差：定位誤差：定位基準(zhǔn)對(duì)其規(guī)定位置的最大可能位移稱作定位誤差。 定基誤差：定基誤差：是由于定位基準(zhǔn)與原始基準(zhǔn)不重合而引起的原始尺寸誤差。 夾緊誤差?yuàn)A緊誤差主要與夾緊力與夾緊機(jī)構(gòu)的選擇有關(guān)。在選擇夾緊機(jī)構(gòu)時(shí)，應(yīng)使工件能夠均勻與穩(wěn)定地夾緊，在保證可靠的同時(shí)，使夾緊變形小。 2 2 調(diào)整誤差調(diào)整誤差調(diào)整誤差主要與機(jī)床、夾具和切削工具的調(diào)整誤差有關(guān)。機(jī)床的調(diào)整：機(jī)床的調(diào)整：機(jī)床的定程機(jī)構(gòu)，如行程擋塊，凸輪、靠模等，以及影響工件與切削工具相對(duì)位置的其他機(jī)構(gòu)的調(diào)整，都要影響工件的精度。夾具的調(diào)整：夾具的調(diào)整：夾具在機(jī)床上安裝時(shí)，一般是利用夾具和機(jī)床上的連接表面定位，當(dāng)精度要求較高時(shí)，往往規(guī)定安裝精度的數(shù)值

19、，如要求同軸度、垂直度、平行度等。切削工具的調(diào)整：切削工具的調(diào)整：在自動(dòng)獲得精度的情況下，如在轉(zhuǎn)塔車床、多刀車床、仿行車床、組合機(jī)床、數(shù)控機(jī)床上加工時(shí)，切削工具的調(diào)整就十分重要。 四、工藝系統(tǒng)的受力變形四、工藝系統(tǒng)的受力變形 在機(jī)械加工過(guò)程中，工藝系統(tǒng)要受到切削力、夾緊力、重力、慣性力等的作用。在這些力的作用下，系統(tǒng)要產(chǎn)生變形，從而改變了已調(diào)整好的切削工具和工件的相對(duì)位置，產(chǎn)生加工誤差。工藝系統(tǒng)的剛度工藝系統(tǒng)的剛度：加工表面法向所受的外力與該方向上的位移的比值。 即：K=Fy/Y(K=Fy/Y(牛牛/ /毫米毫米) )，其中：K：工藝系統(tǒng)的剛度，F(xiàn)y：垂直于被加工表面的切削分力，Y：切削分力F

20、y方向上的位移。注：式中注：式中Y Y是由系統(tǒng)所受的全部作用力綜合引起的變形，不是是由系統(tǒng)所受的全部作用力綜合引起的變形，不是單獨(dú)由單獨(dú)由FyFy所引起的變形所引起的變形。工藝系統(tǒng)是由許多環(huán)節(jié)組成的。設(shè)Y1,Y2,Y3 為系統(tǒng)中各個(gè)環(huán)節(jié)在所取點(diǎn)的Fy方向上的位移，則整個(gè)系統(tǒng)的位移為：Y=Y1+Y2+Y3+ Fy/K=Fy/K1+Fy/K2+Fy/K3+ , 因此，1/K=1/K1+1/K2+1/K3+ ， 其中：K1,K2,K3， 為系統(tǒng)中各個(gè)環(huán)節(jié)的剛度。 設(shè)：=1/K， 為柔度， 則， = 1+ 2+ 3+ 。 即工藝系統(tǒng)柔度等于各組成環(huán)節(jié)柔度之和。工藝系統(tǒng)的剛度與各組成環(huán)節(jié)的剛度有著密切的

21、關(guān)系。 1 1工藝系統(tǒng)中部件的變形工藝系統(tǒng)中部件的變形 一般部件的變形在實(shí)踐中均用實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)測(cè)定。如圖所示如圖所示，某車床刀架部件的剛度曲線。剛度曲線的特點(diǎn)：剛度曲線的特點(diǎn)： l 力和變形的關(guān)系是非線性的。 曲線各區(qū)間的斜率是該區(qū)間的剛度， 說(shuō)明系統(tǒng)的剛度是隨著載荷的大小而改變。 l 加載曲線和卸載曲線不重合。 說(shuō)明在這一過(guò)程中有能量損失，此能量用以克服零件間的摩擦力所作的功，以及接觸面之間的變形所作的功。 l 卸載后變形曲線回復(fù)不到原有的位置。 這說(shuō)明有殘留塑性變形。并且，反復(fù)加卸載后，塑性變形逐漸減小。Fy(牛）Y(m)第一次加載第三次加載第二次加載2 2影響部件剛度的主要因素有：影響部

22、件剛度的主要因素有：例如有三個(gè)零件組成的一個(gè)部件。（1）間隙的影響間隙的影響（2）連接表面間的接觸變形連接表面間的接觸變形（3）低剛度零件本身的變形低剛度零件本身的變形接觸剛度：接觸剛度：壓強(qiáng)增量p和位移 增量y之比。即：Kc=p/yY1Y3FF1F2F3F4Y2Y4 Y 3 3系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響 由于變形 Y=Fy/K，因此，受力和剛度的大小以及隨機(jī)性變化對(duì)加工精度影響較大。（1 1） 切削力大小的改變切削力大小的改變 由于加工余量和材料的硬度不均勻，會(huì)引起切削力和工藝系統(tǒng)受力狀態(tài)的變化，從而影響工件的加工精度。 如一個(gè)偏心毛坯加工后工件表面仍有偏心，即產(chǎn)生誤差

23、復(fù)映。 誤差復(fù)映：誤差復(fù)映：工件在加工前存在的某種誤差在加工后仍有一定殘存的現(xiàn)象稱為誤差復(fù)映。 如圖偏心毛坯，設(shè)最大余量為ap1 ，最小余量為ap2， 則毛坯的最大余量差ap為： ap=ap1-ap2， 由于工藝系統(tǒng)在加工“1”點(diǎn)和“2”點(diǎn)處的剛度可近似地看作相等，則在點(diǎn)“1”，“2”處的變形為： Y1=Fy1/K, Y2=Fy2/K，工件的誤差為：（主要指偏心誤差） =Y1-Y2=(Fy1-Fy2)/K，又由切削原理可知：Fy= Cap 其中：C為常數(shù)，即切削力與切削深度成正比。 = (ap1-ap2)= ap， 即：/ap=C/K=，稱為誤差復(fù)映系數(shù)，稱為誤差復(fù)映系數(shù)，稱為復(fù)映誤差。稱為復(fù)

24、映誤差。 由于C為常數(shù)，當(dāng)K一定時(shí)， 即為一常數(shù)并且是一個(gè)小于1的正數(shù)，通過(guò)反復(fù)加工誤差會(huì)愈來(lái)愈小。工件中心毛坯中心機(jī)床中心2 21 1y2y1ap1ap2CKCK 例：例：余量為ap1=5mm ,ap2=3mm，=0.1，分別采用一次走刀加工和兩次走刀加工，試計(jì)算加工后工件的偏心誤差？ 解：解： 1） 如果一次走刀， 則：=（ ap1- ap2） = 2 0.1 = 0.2mm。 2)如果兩次走刀， 假設(shè)第一次走刀ap1=3mm,ap2=1mm， 則：= （ ap1- ap2） 2 =2 0.12 = 0.02mm。 通過(guò)這個(gè)例子大家應(yīng)該理解為什么規(guī)定走刀的次數(shù)。由于誤差的復(fù)映，多數(shù)都是形狀

25、誤差和位置關(guān)系誤差，一般不方便測(cè)量。 （2 2） 切削力作用點(diǎn)位置的改變切削力作用點(diǎn)位置的改變 以圖示加工為例，假設(shè)FY不變。a) 假設(shè)工件及刀具的剛度極大，其變形可忽略不計(jì)，只考慮前后頂尖的變形。前頂尖所受分力為: FH =FY(L-B)/L=FYA/L，后頂尖為：FT =FYB/L，設(shè)前后頂尖剛度分別為KH ,KT。則：YH=FH/KH=A/LFY/KH， YT=B/LFY/KT，則：刀尖處的位移為：Y1=YH+(YT-YH)B/L =FY/KH(A/L)2+FY/KT(B/L)2,FHFTFYLBA b) 假設(shè)前后頂尖的剛度極大，只考慮工件的變形 根據(jù)材料力學(xué)可知工件的彎曲變形的位移量為

26、： Y2=FY/3EJA2B2/L 式中E：工件材料的彈性模數(shù)，J：工件截面的慣性矩。 則總的變形量為： Y=Y1+Y2= FY/KY(A/L)2+FY/KT (B/L)2+FY/3EJA2B2/LYY2Y1YHmaxBALFYYTmax 工藝系統(tǒng)的剛度是隨著受力點(diǎn)的位置改變而變化的，所以，當(dāng)切削力作用點(diǎn)改變時(shí)，則使工件在加工后的尺寸不一而產(chǎn)生形狀誤差。（3） 其它作用力的影響其它作用力的影響 a) 夾緊力引起的變形 b) 慣性力引起的變形 c) 工件重力引起的變形 減小工藝系統(tǒng)受力變形的途徑減小工藝系統(tǒng)受力變形的途徑提高工藝系統(tǒng)的剛度；減小夾緊變形；減小載荷及其變化。五、工藝系統(tǒng)的受熱變形五

27、、工藝系統(tǒng)的受熱變形不同加工方法加工熱量的分布： 工件 刀具 切屑車削： 30% 5% 65%銑削： 1.67,工藝能力過(guò)高，不經(jīng)濟(jì) 一級(jí)：1.67 Cp 1.33，工藝能力足夠 二級(jí)：1.33 Cp 1.0，工藝能力一般 三級(jí)：1.0 Cp 0.67，工藝能力不足，要產(chǎn)生廢品 四級(jí)：0.67 Cp，工藝能力極差，無(wú)法使用。 航空航天常用一、二級(jí)。 （3 3）計(jì)算合格品和廢品率）計(jì)算合格品和廢品率例：一批工件的工序尺寸要求是20+0.1，加工后的尺寸散布符合正態(tài)分布，其標(biāo)準(zhǔn)差為0.025mm，曲線分布中心的位置相對(duì)于公差帶的中值位置右偏了0.03mm。求廢品率。解：合格的工件按散布中心分為兩部

28、分來(lái)計(jì)算，其面積如圖中A和B所示。以曲線分布中心為零點(diǎn)，按相對(duì)尺寸求散布界。 散布界 XA= /2 + 0.03 = 0.08mm XB= /2 - 0.03 = 0.02mm ZA= XA/=0.08/0.025=3.2 ZB= XB/=0.02/0.025=0.8 查表得：F(ZA)=0.9986， F(ZB)=0.5762廢品率為: P= 1- F(ZA)+ F(ZB)=21.26%。12分布曲線法的特點(diǎn)：分布曲線法的特點(diǎn)：v可以分析某一加工方法的精度，以及系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差。v 由于沒(méi)有考慮工件的加工順序，不能很好地區(qū)分變值系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差。v由于只有當(dāng)一批工件加工完畢以后才能進(jìn)行分

29、析，因此這種方法不可能在加工過(guò)程中提供控制加工過(guò)程的信息。 三、三、 點(diǎn)圖法點(diǎn)圖法 按加工順序逐個(gè)測(cè)量工件的尺寸，以工件加工的順序號(hào)為橫坐標(biāo)，以工件的尺寸為縱坐標(biāo)，每個(gè)工件畫一點(diǎn)，則整批工件的加工結(jié)果可畫成點(diǎn)圖。 有時(shí)為了使圖的長(zhǎng)度縮短，常把工件分組，每個(gè)組包括m個(gè)依次加工的工件，則畫成的點(diǎn)圖如圖。 幾個(gè)數(shù)學(xué)概念：幾個(gè)數(shù)學(xué)概念： 總體：總體：研究對(duì)象的全體 個(gè)體：個(gè)體：研究對(duì)象的每一個(gè)單位 樣本：樣本：總體的一部分 樣本容量：樣本容量：樣本中所含個(gè)體數(shù)。 在加工過(guò)程中，每隔一定的時(shí)間隨機(jī)抽查幾個(gè)工件的尺寸作為一個(gè)隨機(jī)樣本，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，就得到若干個(gè)樣本，樣本中各個(gè)體X1,X2,X3Xn的平均

30、數(shù)稱為樣本均值，記作 ，即： 式中m樣本容量。 樣本個(gè)體中的最大與最小值之差，稱為極差，記作R，R=maxx1,x2,x3, xm-minx1,x2,x3, xmXmiixmx11 -R圖的畫法是以組序?yàn)闄M坐標(biāo)，以 和R為縱坐標(biāo)。X圖的中心線：R圖的中心線：X圖的上控制線：X圖的下控制線：R圖的上控制線：R圖的下控制線： A,D3，D4可查表得到 XXsXXAR=+xXXAR=-4sRD R=3xRD R=jxXjii1jRRjii1 一般采用 -R圖，用以判斷工藝過(guò)程的穩(wěn)定性和誤差變化的情況。 在 -R圖上，有中心線和控制線，是用來(lái)判斷工序的加工情況是否穩(wěn)定的界限線。 若有點(diǎn)超出控制線或有趨向要超出控制線，則工藝是不穩(wěn)定的，亦即一個(gè)過(guò)程（如一個(gè)工序）的質(zhì)量參數(shù)，其算術(shù)平均值 和標(biāo)準(zhǔn)差S在整個(gè)過(guò)程中若能保持不變，則過(guò)程是穩(wěn)定的，否則，是不穩(wěn)定的過(guò)程。 在生產(chǎn)實(shí)際中，尤其是大批量生產(chǎn)，可以通過(guò)取樣，畫出 -R的質(zhì)量控制圖，并制訂出 ,R的各控制線，然后繼續(xù)取樣，觀察質(zhì)量的變化情況，判斷加工進(jìn)行的是否正常，以便對(duì)加工進(jìn)行控制。XXXXX