第三章 機(jī)械加工精度20120508.ppt

機(jī)械制造工藝學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 第三章 3機(jī)械加工精度 學(xué)習(xí)目標(biāo) 質(zhì)量好 效率高 成本低是生產(chǎn)中追求的三個(gè)目標(biāo) 而加工精度就是加工質(zhì)量的最重要方面 通過本章學(xué)習(xí) 應(yīng)理解加工精度的基本概念 掌握影響加工精度的各種原始誤差因素及加工誤差的統(tǒng)計(jì)方法 了解保證和提高加工精度的各種工藝措施 章節(jié)內(nèi)容 3 1概述3 2工藝系統(tǒng)制造誤差及磨損對加工精度的影響3 3工藝系統(tǒng)的受力變形3 4工藝系統(tǒng)的熱變形3 5加工過程的其它誤差3 6加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析3 7保證和提高加工精度的主要方法 3 1概述 3 1 1加工精度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 對理想幾何參數(shù)的符合程度 或接近程度 由各種因素影響 不可能完全符合 1 尺寸精度加工后零件各表面本身或表面之間的實(shí)際尺寸與理想尺寸之間的符合程度 理想尺寸是指零件圖上所注的有關(guān)尺寸的平均值 2 形狀精度加工后零件各表面的實(shí)際形狀與表面理想形狀之間的符合程度 如 平面 圓柱面 球面 螺旋面等 3 位置精度加工后零件表面之間的實(shí)際位置與表面之間理想位置的符合程度 如 兩平面平行 兩平面垂直 兩圓柱面同軸等 三者之間的關(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也要求高 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 3 1概述 3 1 2加工誤差 加工誤差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 無論采用何種加工方法 加工后的零件在尺寸 形狀和位置方面都與理想零件有所不同 它們的差值分別稱為尺寸 形狀和位置誤差 原始誤差造成零件加工后在尺寸 形狀和位置加工誤差的工藝因素 工藝系統(tǒng)的原始誤差原有的 客觀存在的 主要有 加工原理誤差 機(jī)床誤差 夾具和刀具誤差 工件誤差 測量誤差 以及定位和安裝調(diào)整誤差 加工過程中的其它因素由力 熱和磨損等因素影響 主要有 工藝系統(tǒng)的受力變形 工藝系統(tǒng)熱變形 工藝系統(tǒng)磨損和殘余應(yīng)力等 3 1概述 3 1 3加工精度的獲得的方法1 尺寸精度的獲得方法 試切法 調(diào)整法 定尺寸刀具法 自動(dòng)控制法2 形狀精度的獲得方法 成形運(yùn)動(dòng)法 非成形運(yùn)動(dòng)法3 位置精度的獲得方法 一次裝夾獲得法 多次裝夾獲得法 直接裝夾法 夾具裝夾法 找正裝夾法 3 1概述 3 1概述 3 1 4影響機(jī)械加工精度的原始誤差因素如圖3 1 以活塞加工中精鏜銷孔工序的加工過程為例說明 圖3 1活塞銷孔精鏜工序示意圖 定位止口 對刀尺寸 設(shè)計(jì)基準(zhǔn) 設(shè)計(jì)尺寸 菱形銷 定位基準(zhǔn) F f 夾具 3 1概述 以下三方面分析 1 裝夾 止口及端面為定位基準(zhǔn) 菱形銷插入銷孔實(shí)現(xiàn)周向定位 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)不重合 各定位處的配合間隙引起定位誤差 夾緊力F過大 造成工件變形而產(chǎn)生的夾緊誤差 2 調(diào)整 裝夾工件前后必須對機(jī)床 刀具和夾具進(jìn)行調(diào)整 不可能絕對準(zhǔn)確 產(chǎn)生調(diào)整誤差 另外機(jī)床 刀具 夾具本身都有制造誤差 加工前就已存在 又稱之為工藝系統(tǒng)的幾何誤差 3 加工 加工過程中的切削力 切削熱和摩擦?xí)鸸に囅到y(tǒng)的變形 造成已調(diào)整好的刀具與工件的相對位置 這類原始誤差亦稱為工藝系統(tǒng)動(dòng)誤差 測量器具不可能絕對準(zhǔn)確 也存在原始誤差 毛坯制造 鑄 鍛 焊 軋制等 切削加工 熱處理時(shí)在力和熱作用下產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力 將引起工件的變形 工件裝夾誤差 3 1概述 原始誤差 與工藝系統(tǒng)初始狀態(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 原始誤差構(gòu)成 3 1概述 3 1 5原始誤差與加工誤差的關(guān)系 R R 圖3 2原始誤差與加工誤差的關(guān)系 a 原始誤差的存在會(huì)使刀具與工件之間的正確幾何關(guān)系破壞而引起加工誤差 各原始誤差的大小 方向不同 而加工誤差則必須在工序尺寸方向上度量 對加工精度影響程度是不同的 當(dāng)方向一致時(shí)影響最大 對加工精度影響最大的那個(gè)方向 即通過刀刃的加工表面的法向 稱為誤差敏感方向 顯然 3 2工藝系統(tǒng)制造誤差及磨損對加工精度的影響 1 主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的概念與形式 3 2 1機(jī)床制造誤差及磨損機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 機(jī)床導(dǎo)軌直線運(yùn)動(dòng)和機(jī)床傳動(dòng)鏈三種誤差 理想回轉(zhuǎn)中心 機(jī)床主軸做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí) 主軸的各個(gè)截面必然有它的回轉(zhuǎn)中心 在主軸的任一截面 主軸回轉(zhuǎn)時(shí)若只有一點(diǎn)速度始終為零 則這一點(diǎn)即為理想回轉(zhuǎn)中心 瞬時(shí)回轉(zhuǎn)中心 主軸在實(shí)際回轉(zhuǎn)過程中 在一個(gè)位置或時(shí)刻的回轉(zhuǎn)中心 稱為瞬時(shí)回轉(zhuǎn)中心 主軸各截面瞬時(shí)回轉(zhuǎn)中心的連線叫瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線 主軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差 是指主軸的瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線相對其平均回轉(zhuǎn)軸線 瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線的對稱中心 在規(guī)定測量平面內(nèi)的變動(dòng)量 變動(dòng)量越小 主軸回轉(zhuǎn)精度越高 反之越低 1 機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差 3 2工藝系統(tǒng)制造誤差及磨損對加工精度的影響 機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差實(shí)際就是指主軸實(shí)際回轉(zhuǎn)線對其理想回轉(zhuǎn)軸線的漂移量 為便于研究 可將主軸回轉(zhuǎn)誤差分解為三種基本型式 a 端面圓跳動(dòng) 影響端面形狀和軸向尺寸 b 徑向圓跳動(dòng) 影響圓柱面的精度 c 角度擺動(dòng) 影響圓柱面與端面加工精度 3 2工藝系統(tǒng)制造誤差及磨損對加工精度的影響 2 主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差的影響因素主要有 主軸的誤差 軸承的誤差 軸承間隙 與軸承配合零件的誤差及主軸系統(tǒng)的徑向不等剛度和熱變形等 對于工件回轉(zhuǎn)類機(jī)床 車床 外圓磨床等 因切削力方向不變 如 a 圖所示 軸徑圓度誤差影響大而軸承孔圓度影響小 對于刀具回轉(zhuǎn)類機(jī)床 鉆 銑 鏜床等 因切削力方向隨旋轉(zhuǎn)而改變 結(jié)論正好與上例相反 如 b 圖所示 圖3 4兩類主軸回轉(zhuǎn)誤差的影響 3 2工藝系統(tǒng)制造誤差及磨損對加工精度的影響 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 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 止推軸承端面誤差對主軸軸向竄動(dòng)的影響 影響主軸軸向精度的主要因素 3 2工藝系統(tǒng)制造誤差及磨損對加工精度的影響 主軸回轉(zhuǎn)誤差對加工精度的影響 徑向圓跳動(dòng)對加工精度的影響 徑向跳動(dòng)對鏜孔精度影響 徑向跳動(dòng)對車外圓精度影響 結(jié)論 主軸徑向跳動(dòng)影響加工表面的圓度誤差 3 2工藝系統(tǒng)制造誤差及磨損對加工精度的影響 主軸端面圓跳動(dòng)對加工精度的影響 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)對加工精度的影響 徑向跳動(dòng)與端面跳動(dòng)綜合影響的類似結(jié)果 不僅影響端面精度 而且影響圓柱面加工精度 3 2工藝系統(tǒng)制造誤差及磨損對加工精度的影響 3 主軸回轉(zhuǎn)精度的測量 圖3 5主軸回轉(zhuǎn)精度的千分表測量法 a b 圖3 6銑鏜床類主軸回轉(zhuǎn)精度測量法1 擺動(dòng)盤2 4 傳感器3 精密測球5 放大器6 示波器 千分表測量法 傳感器測量法 包含心軸 錐孔誤差在內(nèi) 非運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 精密心棒 千分表 3 2工藝系統(tǒng)制造誤差及磨損對加工精度的影響 提高主軸回轉(zhuǎn)精度的措施1 提高主軸部件的制造精度 2 對滾動(dòng)軸承進(jìn)行預(yù)緊 適當(dāng)預(yù)緊可消除間隙 甚至產(chǎn)生微量過盈 軸承內(nèi) 外圈和滾動(dòng)體彈性變形 提高軸承的回轉(zhuǎn)精度 選用高精度滾動(dòng)軸承或高精度的多油楔動(dòng)壓軸承和靜壓軸承 提高箱體支承孔 主軸頸和與軸承相配合表面的加工精度 增加了軸承剛度 滾道及滾動(dòng)體的誤差均化 3 2工藝系統(tǒng)制造誤差及磨損對加工精度的影響 3 使主軸的回轉(zhuǎn)精度不反映到工件上 常采用兩個(gè)固定頂尖支承 主軸只起傳動(dòng)作用 工件的回轉(zhuǎn)精度完全取決于頂尖和中心孔的形狀誤差和同軸度誤差 而提高頂尖和中心孔的精度要比提高主軸部件的精度容易且經(jīng)濟(jì)得多 外圓磨床用固定頂尖支承 利用鏜模提高鏜孔精度 3 2工藝系統(tǒng)制造誤差及磨損對加工精度的影響 2 機(jī)床導(dǎo)軌誤差 導(dǎo)向誤差 導(dǎo)軌在水平面內(nèi)直線度誤差導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)直線度誤差導(dǎo)軌面間平行度 扭曲 誤差導(dǎo)軌對主軸回轉(zhuǎn)軸線的平行度或垂直度誤差 主要有 1 磨床導(dǎo)軌在水平面內(nèi)直線度誤差的影響引起工件在半徑方向上的誤差 當(dāng)磨削長外圓時(shí) 造成圓柱度誤差 圖3 7磨床導(dǎo)軌在水平面內(nèi)直線度誤差的影響 3 2工藝系統(tǒng)制造誤差及磨損對加工精度的影響 2 磨床導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)直線度誤差的影響由于磨床導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)存在誤差 磨削外圓時(shí) 工件沿砂輪切線方向產(chǎn)生位移 非誤差敏感方向 此時(shí)工件產(chǎn)生圓柱度誤差 對平面磨床 龍門刨床 銑床等法向方向的位移 誤差敏感方向 將直接反映被加工件的表面形成的形狀誤差 3 2工藝系統(tǒng)制造誤差及磨損對加工精度的影響 3 導(dǎo)軌面間平行度 扭曲 誤差的影響如車床兩導(dǎo)軌的平行度誤差 扭曲 使床鞍產(chǎn)生橫向傾斜 刀具產(chǎn)生位移 因而引起工件形狀誤差 Y 圖3 9車床導(dǎo)軌面間的平行度誤差 3 2工藝系統(tǒng)制造誤差及磨損對加工精度的影響 4 導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線位置誤差對加工精度的影響 3 2工藝系統(tǒng)制造誤差及磨損對加工精度的影響 3 機(jī)床傳動(dòng)鏈誤差 1 傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)誤差 是指內(nèi)聯(lián)系的傳動(dòng)鏈中首末兩端傳動(dòng)元件之間相對運(yùn)動(dòng)的誤差 在螺紋加工或用展成法加工齒輪等工件時(shí) 必須保證工件與刀具間有嚴(yán)格的運(yùn)動(dòng)關(guān)系 傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)誤差影響其加工精度的主要因素 例如 在該齒機(jī)上用單頭滾刀加工直齒輪時(shí) 要求滾刀與工件之間具有嚴(yán)格的運(yùn)動(dòng)關(guān)系 滾刀轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn) 工件轉(zhuǎn)過一個(gè)齒 這種運(yùn)動(dòng)關(guān)系是由刀具與工件間的傳動(dòng)鏈來保證的 制造誤差 裝配誤差 磨損 3 2工藝系統(tǒng)制造誤差及磨損對加工精度的影響 2 傳動(dòng)鏈誤差的傳遞系數(shù) 傳動(dòng)鏈誤差一般可用傳動(dòng)鏈末端元件的轉(zhuǎn)角誤差來衡量 由于各傳動(dòng)件在傳動(dòng)鏈中所處的位置不同 它們對工件加工精度 即末端件的轉(zhuǎn)角誤差 的影響程度是不同的 如傳動(dòng)鏈?zhǔn)巧賯鲃?dòng) 則傳動(dòng)元件的轉(zhuǎn)角誤差將被擴(kuò)大 反之 則轉(zhuǎn)角誤差將被縮小 由于所有的傳動(dòng)件都存在誤差 因此 各傳動(dòng)件對工件精度影響的總和 為各傳動(dòng)元件所引起末端元件轉(zhuǎn)角誤差的疊加 如果考慮到傳動(dòng)鏈中各傳動(dòng)元件的轉(zhuǎn)角誤差都是獨(dú)立的隨機(jī)變量 則傳動(dòng)鏈末端元件的總轉(zhuǎn)角誤差可用概率法進(jìn)行估算 最大值 3 2工藝系統(tǒng)制造誤差及磨損對加工精度的影響 3 減少傳動(dòng)鏈傳動(dòng)誤差的措施 1 盡可能縮短傳動(dòng)鏈 2 減少各傳動(dòng)元件裝配時(shí)的幾何偏心 提高裝配精度 3 提高傳動(dòng)鏈末端元件的制造精度 在一般的降速傳動(dòng)鏈中 末端元件的誤差影響最大 4 按降速比遞增的原則分配備傳動(dòng)副的傳動(dòng)比 傳動(dòng)鏈末端傳動(dòng)副的降速比取得越大 則傳動(dòng)鏈中其余各傳動(dòng)元件誤差的影響就越小 圖3 11精密螺紋磨床傳動(dòng)系統(tǒng)1 工作臺2 工件3 砂輪3 砂輪5 螺母6 母絲杠 3 2工藝系統(tǒng)制造誤差及磨損對加工精度的影響 校正裝置的實(shí)質(zhì)是在原傳動(dòng)鏈中人為地加入一誤差 其大小與傳動(dòng)鏈本身的誤差相等而方向相反 從而使之相互抵消 5 采用校正裝置 注意 采用機(jī)械式的校正裝置只能校正機(jī)床靜態(tài)的傳動(dòng)誤差 如果要校正機(jī)床靜態(tài)及動(dòng)態(tài)傳動(dòng)誤差 則需采用計(jì)算機(jī)控制的傳動(dòng)誤差補(bǔ)償裝置 6 采用數(shù)控技術(shù) 如開放式數(shù)控系統(tǒng)中的電子齒輪 3 2工藝系統(tǒng)制造誤差及磨損對加工精度的影響 4 一般刀具 如普通車刀 單刃鏜刀和平面銑刀等 的制造誤差 對加工精度沒有直接影響 1 刀具誤差 1 定尺寸刀具 如鉆頭 鉸刀 拉刀等 的尺寸誤差直接影響加工工件的尺寸精度 刀具在安裝使用中不當(dāng)將產(chǎn)生跳動(dòng) 也將影響加工精度 2 成形刀具 如成形車刀 成形銑刀及齒輪刀具等 的制造誤差和磨損 直接影響工件的形狀精度 3 2 2刀具制造誤差及磨損 3 展成刀具 如齒輪滾刀 花鍵滾刀及插齒刀等 的制造誤差和磨損 主要影響被加工表面的形狀精度 3 2工藝系統(tǒng)制造誤差及磨損對加工精度的影響 2 刀具磨損 刀具尺寸的磨損是指刀刃在加工表面的法線方向 亦即誤差敏感方向 上的磨損量 它直接反映出刀具磨損對加工精度的影響 刀具尺寸磨損的過程可分為三個(gè)階段 如圖3 14 正常磨損階段 尺寸磨損與切削路程成正比 圖3 13車刀的尺寸磨損 圖3 14車刀磨損過程 初期磨損 急劇磨損 正常磨損 3 2工藝系統(tǒng)制造誤差及磨損對加工精度的影響 3 2 3夾具制造誤差及磨損 20 H7 g6 Z 圖3 15鉆孔夾具誤差對加工精度的影響 夾具誤差直接影響工件加工表面加工位置精度或尺寸精度 與夾具誤差有關(guān)的影響因素 1 定位元件 刀具導(dǎo)向 對刀 元件 分度機(jī)構(gòu) 夾具體等的制造誤差 2 夾具裝配后 以上各種元件工作面間的相對尺寸誤差 3 夾具在使用過程中工作表面的磨損 4 夾緊過程誤差 通常要求 精加工用夾具定位誤差和夾具制造誤差不大于工件相應(yīng)公差的1 2 1 3 粗加工用夾具則可取為1 5 1 10 3 3工藝系統(tǒng)的受力變形 工藝系統(tǒng)加工中受到的力有 切削力傳動(dòng)力慣性力夾緊力重力 工藝系統(tǒng) 機(jī)床 夾具 刀具和工件 在這些力的作用下 將產(chǎn)生相應(yīng)的變形 這種變形將破壞切削刃和工件之間已調(diào)整好的正確的位置關(guān)系 從而產(chǎn)生加工誤差 例如 3 3工藝系統(tǒng)的受力變形 2 在內(nèi)圓磨床上用橫向切入磨孔時(shí) 磨出的孔會(huì)產(chǎn)生帶有錐度的圓柱度誤差 如右圖所示 1 車削細(xì)長軸時(shí) 工件在切削力作用下的彎曲變形 加工后會(huì)產(chǎn)生鼓形的圓柱度誤差如右圖所示 a 工件變形 砂輪軸變形 圖3 16工藝系統(tǒng)受力變形引起的加工誤差 3 3工藝系統(tǒng)的受力變形 作用力F 靜載 與由它所引起的在作用力方向上產(chǎn)生的變形量y的比值 稱為物體的靜剛度k 簡稱剛度 式中k 靜剛度 N mm F 作用力 N y 沿作用力方向的變形量 mm 受力變形是機(jī)械加工中一項(xiàng)很重要的原始誤差 不僅嚴(yán)重影響工件的加工精度 而且還影響加工表面質(zhì)量 限制加工生產(chǎn)率的提高 3 3工藝系統(tǒng)的受力變形 對于工藝系統(tǒng)受力變形 主要研究誤差敏感方向 因此 工藝系統(tǒng)剛度kxt定義為 3 3 1工藝系統(tǒng)剛度 工件和刀具的法向切削分力Fy與在總切削力的作用下 工藝系統(tǒng)在該方向上的相對位移yxt的比值 即 由于法向位移是在總切削力作用下工藝系統(tǒng)綜合變形的結(jié)果 因此有可能出現(xiàn)變形方向與Fy的方向不一致的情況 當(dāng)Fy與yxt方向相反時(shí) 即出現(xiàn)負(fù)剛度 負(fù)剛度現(xiàn)象對保證加工質(zhì)量是不利的 應(yīng)盡量避免 如圖3 17所示 3 3工藝系統(tǒng)的受力變形 負(fù)剛度現(xiàn)象 刨削 車削 圖3 17工藝系統(tǒng)的負(fù)剛度現(xiàn)象 刨削加工 車削加工 3 3工藝系統(tǒng)的受力變形 工藝系統(tǒng)的剛度 yxt yjc yjj ydj yg 而 工藝系統(tǒng)的總變形量 3 3工藝系統(tǒng)的受力變形 3 3 2工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響 在車床頂尖間車削粗而短的光軸 由于車刀和工件變形極小 此時(shí) 工藝系統(tǒng)的總變形完全取決于主軸箱 尾座 包括頂尖 和刀架的變形 1 車短軸 1 受力點(diǎn)位置變化引起的形狀誤差 圖3 18 a 車短軸 3 3工藝系統(tǒng)的受力變形 2 車細(xì)長軸 在兩頂尖間車削細(xì)長軸 由于工件細(xì)長 剛度小 在切削力作用下其變形大大超過機(jī)床 夾具和刀具所產(chǎn)生的變形 因此 機(jī)床 夾具和刀具的受力變形可略去不計(jì) 工藝系統(tǒng)的變形完全取決于工件的變形 圖3 18 b 車細(xì)長軸 3 3工藝系統(tǒng)的受力變形 工藝系統(tǒng)剛度隨受力點(diǎn)位置變化而異的例于很多 例如立式車床 龍門刨床 龍門銑床等的橫梁及刀架 大型銑鏜床滑枕內(nèi)的軸等 其剛度均隨刀架位置或滑枕伸出長度不同而異 分析時(shí)應(yīng)具體分析 鏜床 銑床 鏜桿的變形 懸臂梁的變形 3 3工藝系統(tǒng)的受力變形 在車床上加工短軸 工藝系統(tǒng)剛度變化不大 可近似地作為常數(shù) 這時(shí) 由于被加工表面的形狀誤差或材料硬度不均勻而引起切削力變化 使受力變形不一致而產(chǎn)生加工誤差 2 誤差復(fù)映規(guī)律 工件就形成圓度誤差 這種現(xiàn)象稱為 誤差復(fù)映 以車削為例 工件毛坯存在圓度誤差 例如橢圓 如圖所示 由于工件毛坯存在圓度誤差 車削時(shí)使切削深度在ap1與ap2之間變化 切削分力f也隨切削深度a的變化由最大ymax變到最小ymin 工藝系統(tǒng)將產(chǎn)生相應(yīng)的變形 1 誤差復(fù)映 圖3 20零件形狀誤差的復(fù)映 3 3工藝系統(tǒng)的受力變形 2 誤差復(fù)映系數(shù) 毛坯圓度的最大誤差 車削后工件的圓度誤差 稱為誤差復(fù)映系數(shù) 而 又 所以 則 定義 復(fù)映系數(shù)定量地反映了毛坯誤差經(jīng)過加工后減少的程度 它與工藝系統(tǒng)剛度成反比 與徑向切削力系數(shù)A成正比 可見 要減少工件的復(fù)映誤差 可增加工藝系統(tǒng)剛度或減少徑向切削力系數(shù) 如何做到 加大主偏角Kr 減小進(jìn)給量f 3 3工藝系統(tǒng)的受力變形 3 誤差復(fù)映規(guī)律的應(yīng)用 當(dāng)毛坯誤差較大 一次進(jìn)給不能滿足加工精度要求時(shí) 需要多次進(jìn)給來消除毛坯誤差 m復(fù)映到工件上 設(shè)第一次進(jìn)給量為f1 毛坯誤差為 m1 則由上式可得到第一次進(jìn)給后工件的誤差 w1為 第二次進(jìn)給后工件的誤差為 同理 第n次進(jìn)給后工件的誤差為 應(yīng)用 1 估算加工后的工件誤差 2 根據(jù)工件的公差值與毛坯誤差值來確定加工行程數(shù) 1 小數(shù)相乘更小 因此 一般IT7要求的工件經(jīng)過2 3次進(jìn)給后 可能使 m復(fù)映到工件上的誤差減小到公差允許值的范圍內(nèi) 3 3工藝系統(tǒng)的受力變形 3 其它力引起的加工誤差 1 夾緊力引起的加工誤差被加工工件在裝夾過程中 由于剛度較低或著力點(diǎn)不當(dāng) 都會(huì)引起工件的變形 特別是薄壁套 薄板等零件 薄壁套夾緊變形 例 薄壁套夾緊變形解決 加開口套 3 3工藝系統(tǒng)的受力變形 2 重力引起的加工誤差在工藝系統(tǒng)中 由于零部件的自重也會(huì)產(chǎn)生變形 如 龍門銑床 龍門刨床刀架橫梁的變形 銑鏜床鏜桿伸長而下垂 龍門銑橫梁變形 例 龍門銑橫梁 方案2 龍門銑橫梁變形補(bǔ)償 解決1 重量轉(zhuǎn)移解決2 變形補(bǔ)償解決3 增加剛度 改為魚腹梁 方案1 龍門銑橫梁變形轉(zhuǎn)移 副梁承載 3 3工藝系統(tǒng)的受力變形 3 慣性力引起的加工誤差工藝系統(tǒng)中如存在不平衡的高速旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件 就會(huì)產(chǎn)生離心力 傳動(dòng)力對加工精度的影響 R X Y Fp Fc Fcd Fcdx r a O O r0 X Y Fp A rcd Fcd kc O Fc Fc kc Fp kc b O 不均勻傳動(dòng)力也會(huì)引起加工誤差 3 3工藝系統(tǒng)的受力變形 3 3 3工藝系統(tǒng)剛度的測定 估算工藝系統(tǒng)剛度的重點(diǎn)是機(jī)床的剛度 它是由許多零件組成的 其受力變形情況比單個(gè)彈性體復(fù)雜得多 1 單向靜載測定法 在機(jī)床靜止?fàn)顟B(tài)下 模擬切削時(shí)的主要作用力 對機(jī)床施加靜載荷并測定其變形量 圖3 21單向靜載測定法 1 3 6 7 百分表2 短軸4 測力環(huán)5 螺旋加力器 3 3工藝系統(tǒng)的受力變形 左圖為機(jī)床三次加載 卸載循環(huán) 可以看出機(jī)床部件的剛度曲線的特點(diǎn) 變形與作用力不是線性關(guān)系 反應(yīng)刀架變形不純粹是彈性變形 加載與卸載曲線不重合 說明在循環(huán)中有能量損失 消耗在內(nèi)部零件間的摩擦和接觸變性 卸載后曲線不回到原點(diǎn) 說明有殘余變形 數(shù)次循環(huán)后 殘余變形逐步接近于零 部件的實(shí)際剛度遠(yuǎn)比按實(shí)體所估算的小 靜剛度測定法 結(jié)構(gòu)簡單易行 但與機(jī)床實(shí)際受力狀態(tài)出入較大 故一般只用來比較機(jī)床剛度的高低 次加載 次加載 次加載 3 3工藝系統(tǒng)的受力變形 2 三向靜載測定法 進(jìn)一步模擬實(shí)際車削受力Fx Fy Fz的比值 從三個(gè)方向加載 這樣測定的機(jī)床剛度比較接近實(shí)際 A向 C C A 圖3 23三向靜載測定1 前頂尖 2 接長套筒 3 測力環(huán) 4 螺桿 5 弓形加載器 6 定位桿 7 模擬車刀 3 3工藝系統(tǒng)的受力變形 3 工作狀態(tài)測定法 工作狀態(tài)測定法的依據(jù)是誤差復(fù)映規(guī)律 比較接近實(shí)際情況 圖3 24車床剛度工作狀態(tài)測量法 左 中 右臺階處的復(fù)映系數(shù)為 三處的剛度為 由于心軸剛度大 其變形可忽略 車刀的變形也可忽略 故算得的剛度就是機(jī)床剛度 列方程組 解得三處剛度 3 3工藝系統(tǒng)的受力變形 3 3 4影響工藝系統(tǒng)剛度的因素 連接表面接觸變形的影響零件表面總是存在宏觀和微觀的形狀誤差 連接表面的實(shí)際接觸面積只是名義接觸面積的一部分 在外力作用下 各接觸處將產(chǎn)生較大的接觸應(yīng)力而引起接觸變形 圖3 26接觸變形與壓強(qiáng)的關(guān)系 x O p p p x x 圖3 25表面接觸情況 3 3工藝系統(tǒng)的受力變形 2 部件中薄弱零件的影響 如果部件中有某些剛度很低的零件時(shí) 受力后這些低剛度零件會(huì)產(chǎn)生很大的變形 使整個(gè)部件的剛度降低 如圖3 27所示 由于床鞍部件中的楔鐵細(xì)長 剛性差 不易加工平直 造成接觸不良 機(jī)床工作時(shí)在外力作用下最易變形 圖3 27機(jī)床部件中剛度薄弱環(huán)節(jié) 楔鐵 燕尾型導(dǎo)軌 3 3工藝系統(tǒng)的受力變形 3 零件間的間隙和摩擦力的影響 零件配合面間的間隙的影響 主要反映在載荷經(jīng)常變化的銑鏜床 銑床上 當(dāng)載荷方向改變時(shí) 間隙引起位移 如圖3 28所示 如果載荷是單向的 那么在第一次加載消除間隙后 對加工精度影響較小 摩擦力對接觸剛度的影響 當(dāng)加載時(shí) 摩擦力阻止變形增加 而卸載時(shí) 摩擦力又阻止變形減少 因此 卸載曲線不與加裁曲線相重合 如圖3 28所示 表面間的塑性變形也是使加裁和卸載曲線不重合的原因之一 圖3 28間隙的影響 3 3工藝系統(tǒng)的受力變形 3 3 4提高工藝系統(tǒng)剛度的措施 減少工藝系統(tǒng)受力變形 是機(jī)械加工中保證產(chǎn)品質(zhì)量和提高生產(chǎn)率的主要途徑之一 根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況 可采取以下幾方面措施 1 合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 應(yīng)盡量減少接觸面數(shù)量 注意剛度的匹配 防止存在局部低剛度環(huán)節(jié) 理選擇零件結(jié)構(gòu)形狀 如在等截面積情況下 空心比實(shí)心截面形狀的剛度好 封閉比開口截面形狀的剛度好 適當(dāng)增加加強(qiáng)肋 3 3工藝系統(tǒng)的受力變形 2 提高連接表面的接觸剛度 一般情況下部件的接觸剛度低于實(shí)際零件的剛度 提高接觸剛度是提高工藝系統(tǒng)剛度的關(guān)鍵 改善工藝系統(tǒng)主要零件接觸面的配合質(zhì)量 刮研或研磨配合面 提高配合表面的形狀精度 減小表面粗糙度值 使實(shí)際接觸面增加 從而有效地提高接觸剛度 如機(jī)床導(dǎo)軌副 錐體與錐孔 頂尖與中心孔等的加工 在接觸面間預(yù)加載荷 可消除配合面間的間隙 增加實(shí)際接觸面積 減少受力后的變形量 如各類軸承 滾珠絲杠的調(diào)整中的預(yù)緊 提高工件定位基準(zhǔn)面的精度和減少它的表面粗糙度值 工件的定位基準(zhǔn)面一般總是承受夾緊力和切削力 如果尺寸 形狀誤差較大 表面粗糙度值較大 就會(huì)產(chǎn)生較大的接觸變形 3 3工藝系統(tǒng)的受力變形 3 采用合理的裝夾和加工方式 圖3 29銑角鐵形零件的兩種裝夾方式 采用中心架 采用跟刀架 工件剛度 好 差 細(xì)長桿件的剛度差 加工時(shí)必須注意 分析加工后軸類零件產(chǎn)生鞍形 腰鼓形 錐形誤差的原因 4 增加輔助支承 如 中心架 跟刀架 鏜桿支承等 3 3工藝系統(tǒng)的受力變形 提高機(jī)床部件的剛度 在切削加工中 有時(shí)由于機(jī)床部件剛度低而產(chǎn)生變形和振動(dòng) 影響加工精度和生產(chǎn)率的提高 在轉(zhuǎn)塔機(jī)床上采用固定導(dǎo)向支承套 采用轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)向支承套 用加強(qiáng)桿和導(dǎo)向支承套提高部件的剛度 鉆套 鏜套的有何作用 3 4工藝系統(tǒng)的熱變形 3 4 1工藝系統(tǒng)的熱源及溫度場 在機(jī)械加工過程中 工藝系統(tǒng)在各種熱源的影響下常產(chǎn)生復(fù)雜的變形 破壞工件與切削刃相對的正確位置 從而產(chǎn)生加工誤差 據(jù)統(tǒng)計(jì) 在精密加工中 由于熱變形引起的加工誤差約占總加工誤差的40 70 高效 高精度 自動(dòng)化加工技術(shù)的發(fā)展 使工藝系統(tǒng)熱變形問題變得更為突出 已成為機(jī)械加工技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的一個(gè)重要的研究課題 3 4工藝系統(tǒng)的熱變形 1 引起工藝系統(tǒng)受熱變形的熱源 系統(tǒng)內(nèi)部熱源 切削熱和摩擦熱 系統(tǒng)外部熱源 如太陽輻射熱 導(dǎo)熱傳熱對流傳熱輻射傳熱 2 熱的傳遞方式 當(dāng)單位時(shí)間內(nèi)的熱量傳入與傳出相等時(shí) 溫度不再升高 這時(shí)工藝系統(tǒng)就達(dá)到熱平衡狀態(tài) 在熱平衡狀態(tài)下 工藝系統(tǒng)各部分的溫度就保持在一相對固定的數(shù)值上 因而各部分的熱變形也就相應(yīng)地趨于穩(wěn)定 這就是我們要追求的目標(biāo) 一方面 工藝系統(tǒng)受熱源影響 溫度逐漸升高 另一方面 熱量通過各種傳導(dǎo)方式向周圍散發(fā) 3 4工藝系統(tǒng)的熱變形 是由切削過程中切削層金屬的彈性 塑性變形及刀具與工件 切屑間的摩擦所產(chǎn)生 并由工件 刀具 夾具 機(jī)床 切屑 切削液及周圍介質(zhì)傳出 切削熱 車削時(shí) 大量的切削熱由切屑帶走 傳給工件的為10 30 傳給刀具的為1 5 孔加工時(shí) 大量切屑滯留在孔中 使大量的切削熱 50 左右 傳入工件 磨削時(shí) 由于磨屑小 帶走的熱量很少 大部分傳入工件 故易產(chǎn)生磨削燒傷 3 工藝系統(tǒng)的熱源 3 4工藝系統(tǒng)的熱變形 摩擦熱 主要由機(jī)床和液壓系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)部分產(chǎn)生的 如電動(dòng)機(jī) 軸承 齒輪等傳動(dòng)副 導(dǎo)軌副 液壓泵等運(yùn)動(dòng)部分產(chǎn)生的摩擦熱 摩擦熱是機(jī)床熱變形的主要熱源 工藝系統(tǒng)的外部熱源 主要是環(huán)境溫度的變化和熱輻射 大型和精密工件的加工受此影響較大 外部熱源 3 4工藝系統(tǒng)的熱變形 4 不穩(wěn)態(tài)溫度場與穩(wěn)態(tài)溫度場 由于作用于工藝系統(tǒng)各組成部分的熱源 其發(fā)熱的數(shù)量 位置和作用時(shí)間各不相同 各部分的熱容量 散熱條件也不一樣 因此各部分的溫升不等 即使是同一物體 處于不同空間位置上的各點(diǎn)在不同時(shí)間的溫度也是不等的 物體中各點(diǎn)溫度的分布稱為溫度場 當(dāng)物體未達(dá)到熱平衡時(shí) 各點(diǎn)溫度不僅是坐標(biāo)位置的函數(shù) 也是時(shí)間的函數(shù) 這種溫度場稱為不穩(wěn)態(tài)溫度場 物體達(dá)到熱平衡后 各點(diǎn)溫度將不再隨時(shí)間而變化 而只是其坐標(biāo)位置的函數(shù) 這種溫度場則稱為穩(wěn)態(tài)溫度場 此時(shí)的工藝系統(tǒng)穩(wěn)定 利于保證工件的加工精度 3 4工藝系統(tǒng)的熱變形 3 4 2機(jī)床熱變形 機(jī)床受熱源的影響 各部分溫升將發(fā)生變化 由于熱源分布的不均勻和機(jī)床結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性 機(jī)床各部件將發(fā)生不同程度的熱變形 破壞了機(jī)床原有的幾何精度 從而降低了機(jī)床的加工精度 1 車床類機(jī)床 后果 主軸箱和床身的溫度上升 造成機(jī)床主軸抬高和傾斜 主要熱源 是主軸箱軸承的摩擦熱和主軸箱中油池的發(fā)熱 結(jié)果 如圖3 30所示為車床空運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) 主軸的溫升和位移的測量結(jié)果 3 4工藝系統(tǒng)的熱變形 主軸在水平方向的位移僅10 m 垂直方向的位移卻高達(dá)180 200 m 圖3 30車床主軸箱的熱變形 對于刀具水平安裝的臥式車床和刀具垂直安裝的自動(dòng)車床和轉(zhuǎn)塔車床的影響是不同的 3 4工藝系統(tǒng)的熱變形 2 外圓磨床 如圖3 31所示是外圓磨床溫度分布和熱變形的測量結(jié)果 機(jī)床工作臺與砂輪架間的熱變形 當(dāng)采用切入式定程磨削時(shí) 被磨工件直徑的變化 可達(dá)100 m 兩者基本相符 3 4工藝系統(tǒng)的熱變形 3 大型機(jī)床 如導(dǎo)軌磨床 外圓磨床 龍門銑床等的長床身部件 表面溫度比床身底面溫度高 形成溫差 床身產(chǎn)生彎曲變形 3 4工藝系統(tǒng)的熱變形 b 外圓磨床受熱變形形態(tài) c 銑床受熱變形形態(tài) d 導(dǎo)軌磨床受熱變形形態(tài) a 車床受熱變形形態(tài) 4 幾種機(jī)床的熱變形 3 4工藝系統(tǒng)的熱變形 銑床 雙端面磨床 平面磨床 3 4工藝系統(tǒng)的熱變形 3 4 3工件熱變形 切削熱 是主要的 外部熱源 對于精密件不可忽視 使工件產(chǎn)生變形的熱源 同時(shí) 不同的加工方法 不同的工件材料 結(jié)構(gòu)和尺寸件的受熱變形也不相同 而IT6級精度絲杠的螺距累積誤差 按規(guī)定在全長上不許超過0 02mm 可見受熱變形的嚴(yán)重性 例1 精密絲杠磨削時(shí) 工件的熱伸長會(huì)引起螺距的累積誤差 如 3m長的絲杠 每磨一刀溫度就要升高3 工件伸長量 L 3000 11 4 106 3mm 0 1mm 11 4 106是碳鋼的平均線脹系數(shù) 3 4工藝系統(tǒng)的熱變形 例2 細(xì)長軸在頂尖間車削時(shí) 熱變形使工件伸長 導(dǎo)致工件因彎曲變形而產(chǎn)生圓柱度誤差 單面受熱 與底面產(chǎn)生溫差 引起熱變形 影響導(dǎo)軌的直線度 例3 床身導(dǎo)軌面的磨削 此時(shí)粗 精加工間隔時(shí)間較短 粗加工時(shí)的熱變形將影響到精加工 工件冷卻后 將產(chǎn)生加工誤差 例4 在三工位的組合機(jī)床上 通過鉆 擴(kuò) 鉸加工孔 如 工件的尺寸是 外徑40mm 孔徑為20mm 長40mm 材料為鋼材 鉆孔時(shí)切削用量為n 310r min f 0 36mm 鉆孔后 溫升達(dá)107 接著擴(kuò)孔和鉸孔 當(dāng)工件冷卻后孔的收縮量已超過精度規(guī)定值 因此 在這種情況下一定要采取冷卻措施 否則將出現(xiàn)廢品 3 4工藝系統(tǒng)的熱變形 如 高速鋼刀具車削時(shí)刃部的溫度可高達(dá)700 800 刀具的熱伸長量可達(dá)0 03 0 05mm 變形不可忽視 刀具的熱變形主要是切削熱引起的 傳給刀具的熱量雖不多 但由于刀具體積小 熱容量小且熱量又集中在切削部分 因此切削部分仍產(chǎn)生很高的溫升 3 4 4刀具熱變形 圖3 34車刀熱伸長與切削時(shí)間的關(guān)系 A 連續(xù)切削時(shí)車刀的變形曲線 10 20min可達(dá)到熱平衡 B 車削停止刀具的冷卻變形曲線 C 車削一批短軸 加工時(shí)斷時(shí)續(xù) 刀具的變形過程曲線 熱平衡后 對加工精度影響不明顯 3 4工藝系統(tǒng)的熱變形 3 4 5減少工藝系統(tǒng)熱變形的措施 對于不能分離的熱源 如主軸軸承 絲杠螺母副 高速運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌副等 則可以從結(jié)構(gòu) 潤滑等方面改善其摩擦特性 減少發(fā)熱 1 減少熱源的發(fā)熱 采用有效的冷卻措施 為了減少機(jī)床的熱變形 凡是可能分離出去的熱源應(yīng)移出 如電動(dòng)機(jī) 變速箱 液壓系統(tǒng) 冷卻系統(tǒng)等 均應(yīng)移出 熱源盡可能分離出去 減少發(fā)熱 例如 采用靜壓軸承 靜壓導(dǎo)軌 改用低粘度潤滑油 鋰基潤滑脂等 也可用隔熱材料將發(fā)熱部件和機(jī)床大件 如床身 立柱等 隔離開來 如增加散熱面積或使用強(qiáng)制式的風(fēng)冷 水冷 循環(huán)潤滑等 例如 目前 大型數(shù)控機(jī)床 加工中心普遍采用冷凍機(jī) 對潤滑油 切削液進(jìn)行強(qiáng)制冷卻 以提高冷卻效果 在精密絲杠磨床的母絲杠中通以冷卻液 以減少熱變形 3 4工藝系統(tǒng)的熱變形 平面磨床采用熱空氣加熱溫升較低的立柱后壁 以減小立柱前后壁的溫度差 從而減少立柱的彎曲變形 采取這種指施后 工件的加工直線度誤差可降低為原來的1 3 1 4 2 用熱補(bǔ)償方法減少熱變形 單純的減少溫升有時(shí)不能收到滿意的效果 可采用熱補(bǔ)償?shù)姆椒ㄊ箼C(jī)床的溫度場比較均勻 從而使機(jī)床產(chǎn)生不影響加工精度的均勻熱變形 圖3 36均衡立柱前后壁的溫度場 圖3 37M7150A型磨床的熱補(bǔ)償油溝 3 4工藝系統(tǒng)的熱變形 3 采用合理的機(jī)床部件結(jié)構(gòu)減少熱變形的影響 因L2 L1 當(dāng)主軸與箱體產(chǎn)生熱變形時(shí) 在誤差敏感方向的熱變形 L2 Ll 因此 選擇圖a的定位方案比較合理 1 采用熱對稱結(jié)構(gòu)在變速箱中 將軸 軸承 傳動(dòng)齒輪盡量對稱布置 可使箱壁溫升均勻 從而減少箱體變形 2 合理選擇機(jī)床部件的裝配基準(zhǔn) 如圖3 38所示為車床主軸箱在床身上的兩種不同定位方式 圖3 38定位面位置對變形的影響 3 4工藝系統(tǒng)的熱變形 對于精密機(jī)床 特別是大型機(jī)床 達(dá)到熱平衡的時(shí)間較長 為了縮短這個(gè)時(shí)間 可預(yù)先高速空運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)床或設(shè)置控制熱源 人為地給機(jī)床加熱 使之較快達(dá)到熱平衡狀態(tài) 然后進(jìn)行加工 基于同樣原因 精密加工機(jī)床應(yīng)盡量避免中途停車 4 加速達(dá)到工藝系統(tǒng)的熱平衡狀態(tài) 精密機(jī)床一般安裝在恒溫車間 其恒溫精度一般控制在 l 室溫平均溫度一般為20 冬季可取17 夏季取23 5 控制環(huán)境溫度 3 5加工過程中的其他誤差 加工原理誤差是指采用了近似的成形運(yùn)動(dòng)或近似的切削刃輪廓進(jìn)行加工而產(chǎn)生的誤差 3 5 1加工原理誤差 如 1 在數(shù)控機(jī)床上采用 行切法 加工復(fù)雜形面 3 5加工過程中的其他誤差 2 車削模數(shù)蝸桿 由于蝸桿的螺距等于蝸輪的齒距 即 m 其中m是模數(shù) 而 是一個(gè)無理數(shù)3 14159 但是車床配換齒輪的齒數(shù)是有限的 因此 在選擇配換齒輪時(shí) 只能將 化為近似的分?jǐn)?shù)值計(jì)算 這樣就會(huì)引起刀具相對工件的成形運(yùn)動(dòng) 螺旋運(yùn)動(dòng) 不準(zhǔn)確 造成螺距誤差 但是 這種螺距誤差可通過配換齒輪的合理選配而減小 滾齒加工用的齒輪滾刀有兩種誤差 一是切削刃齒廓近似造形誤差 由于制造上的困難 采用阿基米德基本蝸桿或法向直廓基本蝸桿代替漸開線基本蝸桿 二是由于滾刀刀齒數(shù)有限 實(shí)際上加工出的齒形是一條折線 和理論上的光滑漸開線有差異 3 滾齒加工 3 5加工過程中的其他誤差 注意 采用近似的成形運(yùn)動(dòng)或近似的切削刃輪廓 雖然會(huì)帶來加工原理誤差 但往往可簡化機(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 只要具誤差不超過規(guī)定的精度要求 在生產(chǎn)中仍能得到廣泛的應(yīng)用 3 5加工過程中的其他誤差 3 5 2測量誤差 測量結(jié)果是用來鑒別工件是否合格 工藝系統(tǒng)調(diào)整和工藝過程調(diào)整的依據(jù) 但任何一種精密量具 量儀和測量方法都不能絕對準(zhǔn)確 測量結(jié)果只是一個(gè)近似值 測量誤差必然引起加工誤差 1 量具 量儀和測量方法本身的誤差 量具 量儀的制造誤差 刻度不準(zhǔn)確 測量方法和量具結(jié)構(gòu)不符合 阿貝原則 產(chǎn)生較大的測量誤差 阿貝原則 測量時(shí)工件的被測量線應(yīng)與量具上作為基準(zhǔn)尺的測量線在同一直線上 3 5加工過程中的其他誤差 2 環(huán)境條件的影響測量時(shí)影響測量精度的環(huán)境因素最主要的是溫度和振動(dòng) 溫度 引起工件與量具的熱變形量不同 溫度不同材料不同 3 操作人員主觀因素的影響測量力 測量力過大 將引起較大的接觸變形而出現(xiàn)測量誤差 測量力過小 不能保證量具與被測表面良好接觸 測量技術(shù) 分辨能力 視差 視角等 量具的精度要與被測工件的精度相適應(yīng) 3 5加工過程中的其他誤差 3 5 3調(diào)整誤差 在機(jī)械加工的每一工序中 總是要對工藝系統(tǒng)進(jìn)行這樣或那樣的調(diào)整工作不可能絕對地準(zhǔn)確 因而產(chǎn)生調(diào)整誤差 工藝系統(tǒng)的調(diào)整的基本方式 1 試切法調(diào)整 2 調(diào)整法調(diào)整 1 試切法 應(yīng)用 單件小批生產(chǎn)中 方法 對工件進(jìn)行試切測量調(diào)整再試切 直到達(dá)到要求的精度為止 3 5加工過程中的其他誤差 2 進(jìn)給機(jī)構(gòu)的位移誤差 在微量調(diào)整刀具的位置 低速微量進(jìn)給中 常常出現(xiàn)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的 爬行 現(xiàn)象 其結(jié)果使刀具的實(shí)際位移與刻度盤上的數(shù)值不一致 造成加工誤差 3 試切時(shí)與正式切削時(shí)切削層厚度不同的影響 試切加工少量金屬時(shí) 切削刃只起擠壓作用而不起切削作用 但正式切削時(shí)的深度較大工件 引起試切調(diào)整誤差的因素有 1 測量誤差 由量具本身精度 測量方法及使用條件引起 3 5加工過程中的其他誤差 1 上述影響試切法調(diào)整精度的因素 因?yàn)椴捎谜{(diào)整法對工藝系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整時(shí) 也要以試切為依據(jù) 2 調(diào)整法 2 用定程機(jī)構(gòu)調(diào)整時(shí) 調(diào)整精度取決于行程擋塊 靠模及凸輪等機(jī)構(gòu)的制造精度和剛度 3 用樣件或樣板調(diào)整時(shí) 調(diào)整精度取決于樣件或樣板的制造 安裝和對刀精度 4 工藝系統(tǒng)初調(diào)好以后 一般要試切幾個(gè)工件 并以其平均尺寸作為判斷調(diào)整是否準(zhǔn)確的依據(jù) 由于試切加工的工件數(shù) 稱為抽樣件數(shù) 不可能太多 不能完全反映整批工件切削過程中的各種隨機(jī)誤差 故試切加工幾個(gè)工件的平均尺寸與總體尺寸不能完全符合 也造成加工誤差 3 5加工過程中的其他誤差 3 5 4工件殘余應(yīng)力引起的誤差 殘余應(yīng)力是指外部裁荷去除后 仍殘存在工件內(nèi)部的應(yīng)力 零件中的殘余應(yīng)力往往處于一種很不穩(wěn)定的相對平衡狀態(tài) 在常溫下特別是在外界某種因素的影響下很容易失去原有狀態(tài) 使殘余應(yīng)力重新分布 零件產(chǎn)生相應(yīng)的變形 從而破壞了原有的精度 因此 必須采取措施消除殘余應(yīng)力對零件加工精度的影響 1 產(chǎn)生殘余應(yīng)力的原因 殘余應(yīng)力是由金屬內(nèi)部的相鄰組織發(fā)生了不均勻的體積變化而產(chǎn)生的 3 5加工過程中的其他誤差 在鑄 鍛 焊及熱處理等熱加工過程中 由于工件各部分熱脹冷縮不均勻以及金相組織轉(zhuǎn)變時(shí)的體積變化 使毛坯內(nèi)部產(chǎn)生了相當(dāng)大的殘余應(yīng)力 毛坯的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜 壁厚越不均勻 散熱的條件差別越大 毛坯的殘余應(yīng)力也越大 毛坯中的殘余應(yīng)力一般情況下處于相對平衡狀態(tài) 變形緩慢 但是當(dāng)在毛坯上切削去一層金屬后 就打破了這種平衡 殘余應(yīng)力重新分布 工件就出現(xiàn)明顯變形 1 毛坯制造中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力 3 5加工過程中的其他誤差 彎曲的工件 原來無殘余應(yīng)力 要校直 常采用冷校直 2 冷校直帶來的殘余應(yīng)力 冷校直雖能減小彎曲 但工件處于不穩(wěn)定狀態(tài) 如再次加工 應(yīng)力將重新分布 又將產(chǎn)生新的變形 高精度絲杠的加工 不允許冷校直 而是用多次人工時(shí)效來消除殘余應(yīng)力 3 切削加工產(chǎn)生的殘余應(yīng)力切削過程中的力和熱會(huì)使工件被加工表面層變形而產(chǎn)生殘余應(yīng)力 詳見下一章 3 5加工過程中的其他誤差 2 減少或消除殘余應(yīng)力的措施 1 合理設(shè)計(jì)零件結(jié)構(gòu) 2 對工件進(jìn)行熱處理和時(shí)效處理 3 合理安排工藝過程 例如 對鑄 鍛 焊接件進(jìn)行退火或回火 零件淬火后進(jìn)行回火 對精度要求高的零件 如床身 絲桿 箱體 精密主軸等 在粗加工后進(jìn)行時(shí)效處理 例如 粗 精加工分開在不同工序中進(jìn)行 留有一定時(shí)間讓殘余應(yīng)力重新分布 在加工大型工件時(shí) 粗 精加工往往在一個(gè)工序中來完成 這時(shí)應(yīng)在粗加工后松開工件 讓工件有自由變形的可能 然后再用較小的夾緊力夾緊工件后進(jìn)行精加工 盡量簡化結(jié)構(gòu) 增大零件的剛度 壁厚均勻或良好過渡 3 6加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析 3 6 1概述 加工誤差 系統(tǒng)性誤差 隨機(jī)性誤差 常值系統(tǒng)誤差 變值系統(tǒng)誤差 1 加工誤差的性質(zhì) 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 即有章可循 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)在的受力變形 調(diào)整誤差 機(jī)床 夾具 量具的磨損很慢 在一定時(shí)間內(nèi)也可看作常值系統(tǒng)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 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 3 6加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析 在順序加工一批工件中 其大小和方向不同且不規(guī)律變化的加工誤差 如毛坯余量或硬度不均勻 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)學(xué)規(guī)律 隨機(jī)誤差 在不同場合下 誤差的表現(xiàn)性質(zhì)也不同 機(jī)床一次調(diào)整 常值機(jī)床多次調(diào)整 隨機(jī) 2 加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析法 分布曲線法點(diǎn)圖分析法 3 6加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析 3 6 2分布曲線法 1 實(shí)際分布曲線 直方圖 每一工序加工出來的一批工件 由于存在各種誤差 會(huì)引起工序加工尺寸的變化 稱為尺寸分散 同一尺寸 實(shí)為很小一段尺寸間隔 的工件數(shù)目稱為頻數(shù) 頻數(shù)與這批工件總數(shù)之比稱為頻率 如果以工件的尺寸 很小一段尺寸間隔 為橫坐標(biāo) 以頻數(shù)或頻率為縱坐標(biāo) 就可以做出該工序工件加工尺寸的實(shí)際分布圖 直方圖 一般采用頻率密度為縱坐標(biāo) 所有各組頻率之和等于100 直方圖上全部矩形面積之和應(yīng)等于1 每個(gè)矩形的面積 頻率密度 組距 頻率 3 6加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析 統(tǒng)計(jì)數(shù)字特征 平均值X標(biāo)準(zhǔn)偏差 樣本的平均值X表示該樣本的尺寸分散中心 它取決于調(diào)整尺寸的大小和常值系統(tǒng)誤差 樣本的標(biāo)準(zhǔn)偏差 反映了該批工件的尺寸分散程度 它是由變值系統(tǒng)誤差決定的 誤差大 也大 誤差小 也小 式中 樣本含量 各工件的尺寸 直方圖做法見教材P118 3 6加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析 2 理論分布曲線 1 正態(tài)分布曲線 高斯曲線 大量的實(shí)驗(yàn) 統(tǒng)計(jì)和理論分析表明 當(dāng)一批工件總數(shù)極多 加工中的誤差是由許多相互獨(dú)立的隨機(jī)因素引起的 而這些誤差因素中又都沒有任何優(yōu)勢傾向 則分布是服從正態(tài)分布的 概率密度函數(shù) 式中 分布的概率密度 隨機(jī)變量 正態(tài)分布隨機(jī)變量總體算術(shù)平均值 分散中心 正態(tài)分布隨機(jī)變量的標(biāo)準(zhǔn)偏差 3 6加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析 當(dāng) 時(shí) 這是曲線的最大值 也是曲線的分布中心 在它左右的曲線是對稱的 正態(tài)分布總體的 和 通常是不知道的 用樣本的X和 來代替 在成批加工后抽檢工件的加工尺寸 即可判斷整批的加工精度 總體平均值 0時(shí) 總體標(biāo)準(zhǔn)偏差 1的正態(tài)分布曲線稱為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布曲線 任何不同的 和 的正態(tài)分布曲線 可以通過Z變換而變成正態(tài)分布曲線 概率密度值查表3 6 正態(tài)分布曲線 曲線以 直線為左右對稱 靠近 的工件尺寸出現(xiàn)概率較大 遠(yuǎn)離較小 對 的正 負(fù)偏差概率相等 分布曲線與橫坐標(biāo)所圍成的面積包括了全部零件數(shù) 即100 其中范圍內(nèi)的面積占了99 73 即99 73 的工件尺寸落在 3 范圍內(nèi) 外部僅為0 27 可以忽略不計(jì) 3 6加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析 從正態(tài)分布圖上我們可以看出下列特征 3 或6 的概念 在研究加工誤差時(shí)應(yīng)用很廣 是一個(gè)重要概念 6 的大小代表某加工方法在一定條件 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 6 T 公差帶寬度 3 6加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析 是表征分布曲線位置的參數(shù) X的變化是由常值系統(tǒng)誤差引起的 如圖3 46 是表征分布曲線形狀的參數(shù) 表示隨機(jī)變量的的分散程度 如圖3 47 圖3 46 相同時(shí)X對曲線位置的影響 圖3 47X相同時(shí) 值對分布曲線的影響 3 6加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析 2 非正態(tài)分布曲線 雙峰分布 兩次調(diào)整下加工的工件或兩臺機(jī)床加工的工件混在一起 圖3 48 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4 49 偏態(tài)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4 50 3 6加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析 形位誤差的分布 差數(shù)模分布 正態(tài)分布大于零的部分與小于零的部分對零軸線映射后的迭加 如對稱度 直線與平面的平行度等 瑞利分布 二維正態(tài)分布 在只考慮平面向量模情況下轉(zhuǎn)換成為一維分布 如同軸度 平面平行度 端面圓跳動(dòng)誤差等 不考慮系統(tǒng)誤差 3 6加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析 3 分布曲線法的應(yīng)用 1 判斷加工誤差的性質(zhì) 實(shí)際分布與正態(tài)分布基本相符 加工過程中沒有變值系統(tǒng)誤差 或影響很小 X與公差帶中心重合 加工過程沒有常值系統(tǒng)誤差 否則就說明存在常值系統(tǒng)誤差 2 確定各種加工方法所能達(dá)到的精度由于各種加工方法隨機(jī)性因素影響下所得的加工尺寸的分布符合正態(tài)分布 因而可以在多次統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上 為每一種加工方法求得標(biāo)準(zhǔn)偏差 值 然后按分布范圍等于6 的規(guī)律 可確定各種加工方法所能達(dá)到的精度 3 6加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析 3 確定工序能力及其等級工序能力即工序處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí) 加工誤差正常波動(dòng)的幅度 由于加工時(shí)誤差超出分散范圍的概率極小 可以用該工序的尺寸分散范圍來表示工序能力 當(dāng)加工尺寸分布接近正態(tài)分布是