第四章 機(jī)械加工精度

1、 第四章第四章 機(jī)械加工精度及其控制機(jī)械加工精度及其控制n第一節(jié) 概述n第二節(jié) 工藝系統(tǒng)的幾何誤差n第三節(jié) 工藝系統(tǒng)的受力變形n第四節(jié) 工藝系統(tǒng)的受熱變形n第五節(jié) 加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析n第六節(jié) 保證和提高加工精度的措施第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述加工質(zhì)量加工質(zhì)量機(jī)械加工精度機(jī)械加工精度表面質(zhì)量表面質(zhì)量尺寸精度尺寸精度: :如長(zhǎng)度、寬度、高度和直徑。如長(zhǎng)度、寬度、高度和直徑。 形狀精度形狀精度: :如圓度、錐度、圓柱度、平面如圓度、錐度、圓柱度、平面度和直線度度和直線度 位置精度位置精度: :如平行度、垂直度和同軸度如平行度、垂直度和同軸度 加工表面的幾何形狀誤差加工表面的幾何形狀誤差表面層的物理力學(xué)

2、性能和化學(xué)性能表面層的物理力學(xué)性能和化學(xué)性能一、機(jī)械加工精度與加工誤差一、機(jī)械加工精度與加工誤差1、機(jī)械加工精度的概念、機(jī)械加工精度的概念機(jī)械加工精度是指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)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、形狀和表尺寸、形狀和表面間的相互位置面間的相互位置)與理想幾何參數(shù)的與理想幾何參數(shù)的符合程度符合程度。2、機(jī)械加工誤差的概念、機(jī)械加工誤差的概念機(jī)械加工誤差是指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)機(jī)械加工誤差是指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)(尺寸、形狀和表尺寸、形狀和表面間的相互位置面間的相互位置)與理想幾何參數(shù)的與理想幾何參數(shù)的偏離程度偏離程度。3、機(jī)械加工精度與機(jī)械加工誤差的關(guān)系、機(jī)

3、械加工精度與機(jī)械加工誤差的關(guān)系加工精度的高低是通過(guò)加工誤差的大小來(lái)表示的。所謂保證和加工精度的高低是通過(guò)加工誤差的大小來(lái)表示的。所謂保證和提高加工精度問(wèn)題，實(shí)際上就是限制和降低加工誤差問(wèn)題，即提高加工精度問(wèn)題，實(shí)際上就是限制和降低加工誤差問(wèn)題，即誤差就是精度的度量。誤差就是精度的度量。 4、工藝系統(tǒng)的概念、工藝系統(tǒng)的概念在機(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)，稱之為工藝系統(tǒng)。系統(tǒng)，稱之為工藝系統(tǒng)。 5、原始誤差原始誤差 把工藝系統(tǒng)中存在的各種誤差稱之為原始誤差。它總是以不同把工藝系統(tǒng)中存在的各種誤差稱之為原始誤差。它總是

4、以不同方式和比例反映出來(lái)，使零件加工后產(chǎn)生加工誤差。方式和比例反映出來(lái)，使零件加工后產(chǎn)生加工誤差。 6、研究加工精度的目的研究加工精度的目的 就是要弄清各種原始誤差的物理、力學(xué)本質(zhì)，以及它們對(duì)加工就是要弄清各種原始誤差的物理、力學(xué)本質(zhì)，以及它們對(duì)加工精度影響的規(guī)律，掌握控制加工誤差的方法，從而找出提高加精度影響的規(guī)律，掌握控制加工誤差的方法，從而找出提高加工精度的途徑。工精度的途徑。 二、影響機(jī)械加工精度的因素二、影響機(jī)械加工精度的因素機(jī)床機(jī)床夾具夾具刀具刀具工件工件環(huán)境環(huán)境各原始誤差的大小和方向是各不相同的，而加工誤差則必須在各原始誤差的大小和方向是各不相同的，而加工誤差則必須在工序尺寸方向

5、工序尺寸方向上度量。上度量。三、誤差的敏感方向三、誤差的敏感方向R=OA-OA=(Ro2+2+2Rocos)1/2-Rocos+2/2Ro當(dāng)當(dāng)=0時(shí)，時(shí)，Rmax=當(dāng)當(dāng)=90時(shí)，時(shí)，Rmin=2/2Ro誤差的敏感方向誤差的敏感方向:對(duì)加工精度影響最對(duì)加工精度影響最大的那個(gè)方向大的那個(gè)方向(即通過(guò)刀刃的加工表即通過(guò)刀刃的加工表面的法向面的法向)。R2- Ro2=Z2 (Ro+R)2-Ro2=Z2 R=Z2/ 2Ro誤差的不敏感方向誤差的不敏感方向:對(duì)加工精度影響對(duì)加工精度影響最小的那個(gè)方向最小的那個(gè)方向(即通過(guò)刀刃的加工即通過(guò)刀刃的加工表面的切向表面的切向)。四、研究加工精度的方法四、研究加工精

6、度的方法1、單因素分析法單因素分析法 2、統(tǒng)計(jì)分析法統(tǒng)計(jì)分析法 研究某一確定因素對(duì)加工精度的影響，不考慮其它因研究某一確定因素對(duì)加工精度的影響，不考慮其它因素的同時(shí)作用。素的同時(shí)作用。以實(shí)測(cè)為基礎(chǔ)，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以控制以實(shí)測(cè)為基礎(chǔ)，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以控制工藝過(guò)程。統(tǒng)計(jì)分析法只適用批量生產(chǎn)。工藝過(guò)程。統(tǒng)計(jì)分析法只適用批量生產(chǎn)。 第二節(jié)第二節(jié) 工藝系統(tǒng)的幾何誤差工藝系統(tǒng)的幾何誤差1、近似刀具加工所造成的誤差、近似刀具加工所造成的誤差2、由于采用近似的加工運(yùn)動(dòng)方法所造成的誤差、由于采用近似的加工運(yùn)動(dòng)方法所造成的誤差一、加工原理誤差一、加工原理誤差 ：采用了近似的成形運(yùn)動(dòng)或近似的

7、：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。切削刃輪廓進(jìn)行加工而產(chǎn)生的誤差。二、調(diào)整誤差二、調(diào)整誤差1、試切法中影響調(diào)整誤差的因素：?jiǎn)渭∨a(chǎn)試切法中影響調(diào)整誤差的因素：?jiǎn)渭∨a(chǎn) 2、調(diào)整法中影響調(diào)整誤差的因素：成批大量生產(chǎn)調(diào)整法中影響調(diào)整誤差的因素：成批大量生產(chǎn) 1)1)測(cè)量誤差：指量具的精度、測(cè)量的方法或使用條件的影響產(chǎn)生。測(cè)量誤差：指量具的精度、測(cè)量的方法或使用條件的影響產(chǎn)生。2 2）機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的位移誤差：當(dāng)試切最后）機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的位移誤差：當(dāng)試切最后刀時(shí)，常會(huì)出現(xiàn)進(jìn)給機(jī)刀時(shí)，常會(huì)出現(xiàn)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的構(gòu)的“爬行爬行”現(xiàn)象?，F(xiàn)象。試切時(shí)與正式切削時(shí)切削層厚度不同的影響：

8、試切時(shí)與正式切削時(shí)切削層厚度不同的影響：1 1）精加工：刀刃半徑）精加工：刀刃半徑 切削層厚度，打滑切削層厚度，打滑2 2）粗加工：切削層厚度大，變形大）粗加工：切削層厚度大，變形大 除以試切為依據(jù)外除以試切為依據(jù)外 ：1)1)定程機(jī)構(gòu)誤差：廣泛采用行程擋塊、靠模、凸輪等定程機(jī)構(gòu)誤差：廣泛采用行程擋塊、靠模、凸輪等2)2)樣件或樣板的誤差：包括樣件或樣板的制造誤差、安裝誤差和對(duì)刀樣件或樣板的誤差：包括樣件或樣板的制造誤差、安裝誤差和對(duì)刀誤差。誤差。3)3)測(cè)量有限試件造成的誤差測(cè)量有限試件造成的誤差 1 1、機(jī)床導(dǎo)軌的幾何誤差、機(jī)床導(dǎo)軌的幾何誤差機(jī)床導(dǎo)軌副是實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)的主要部件機(jī)床導(dǎo)軌副是實(shí)

9、現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)的主要部件, ,其制造和裝配其制造和裝配精度是影響直線運(yùn)動(dòng)的主要因素精度是影響直線運(yùn)動(dòng)的主要因素, ,直接影響工件的加工直接影響工件的加工質(zhì)量質(zhì)量. .導(dǎo)軌導(dǎo)向精度是指機(jī)床導(dǎo)軌副的運(yùn)動(dòng)件實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向?qū)к墝?dǎo)向精度是指機(jī)床導(dǎo)軌副的運(yùn)動(dòng)件實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向與理想運(yùn)動(dòng)方向的符合程度。與理想運(yùn)動(dòng)方向的符合程度。導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差是指機(jī)床導(dǎo)軌副的運(yùn)動(dòng)件實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向?qū)к墝?dǎo)向誤差是指機(jī)床導(dǎo)軌副的運(yùn)動(dòng)件實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向與理想運(yùn)動(dòng)方向的偏離程度。與理想運(yùn)動(dòng)方向的偏離程度。 三、機(jī)床誤差三、機(jī)床誤差1 1、機(jī)床導(dǎo)軌的幾何誤差、機(jī)床導(dǎo)軌的幾何誤差 導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差誤差 導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度

10、導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差誤差 前后導(dǎo)軌的平行度誤差前后導(dǎo)軌的平行度誤差d.d.導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線的平導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線的平行度誤差行度誤差一般機(jī)床：一般機(jī)床：10001000：0.020.02精密機(jī)床：精密機(jī)床：10001000：0.010.01接觸精度：每平方英寸不少接觸精度：每平方英寸不少于于2020個(gè)點(diǎn)。個(gè)點(diǎn)。由于刀尖相對(duì)于工件回轉(zhuǎn)軸線由于刀尖相對(duì)于工件回轉(zhuǎn)軸線在加工表面徑向方向的變化屬在加工表面徑向方向的變化屬敏感方向，故其對(duì)零件的形狀敏感方向，故其對(duì)零件的形狀精度影響很大。精度影響很大。yR 1 1、機(jī)床導(dǎo)軌的幾何誤差、機(jī)床導(dǎo)軌的幾何誤差R2hRR0RRR2hRh)RR(RhR22

11、22222222 則則：項(xiàng)項(xiàng)：忽忽略略由于刀尖相對(duì)于工件回轉(zhuǎn)軸線在加工表面切線方向的變化屬非敏由于刀尖相對(duì)于工件回轉(zhuǎn)軸線在加工表面切線方向的變化屬非敏感方向，故其對(duì)零件的形狀精度影響極小。感方向，故其對(duì)零件的形狀精度影響極小。1 1、機(jī)床導(dǎo)軌的幾何誤差、機(jī)床導(dǎo)軌的幾何誤差aBHyHyBasintgHysin,Batg 很很小小，車床車床:H/B:H/B2/32/3磨床磨床:H:HB B對(duì)零件精度的影響不容忽視對(duì)零件精度的影響不容忽視1 1、機(jī)床導(dǎo)軌的幾何誤差、機(jī)床導(dǎo)軌的幾何誤差機(jī)床安裝或地基不良機(jī)床安裝或地基不良導(dǎo)軌磨損導(dǎo)軌磨損加工過(guò)程中的力、熱加工過(guò)程中的力、熱1 1、機(jī)床導(dǎo)軌的幾何誤差、機(jī)

12、床導(dǎo)軌的幾何誤差設(shè)計(jì)與制造時(shí)設(shè)計(jì)與制造時(shí): :從結(jié)構(gòu)、材料、潤(rùn)滑、防護(hù)裝置采取措施從結(jié)構(gòu)、材料、潤(rùn)滑、防護(hù)裝置采取措施安裝時(shí)安裝時(shí): :校正好水平和保證地基質(zhì)量校正好水平和保證地基質(zhì)量使用時(shí)使用時(shí): :調(diào)整導(dǎo)軌配合間隙，保證良好的潤(rùn)滑和維護(hù)調(diào)整導(dǎo)軌配合間隙，保證良好的潤(rùn)滑和維護(hù)2.機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)誤差機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)誤差1 1）主軸回轉(zhuǎn)誤差：指主軸實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線對(duì)其理想回轉(zhuǎn)軸線的）主軸回轉(zhuǎn)誤差：指主軸實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線對(duì)其理想回轉(zhuǎn)軸線的漂移。漂移。理想回轉(zhuǎn)軸線：回轉(zhuǎn)軸線的空間位置應(yīng)該固定不變，即理想回轉(zhuǎn)軸線：回轉(zhuǎn)軸線的空間位置應(yīng)該固定不變，即 回轉(zhuǎn)軸線沒(méi)有任何運(yùn)動(dòng)?；剞D(zhuǎn)軸線沒(méi)有任何運(yùn)動(dòng)。平均回轉(zhuǎn)軸線：主軸

13、各瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線的平均值平均回轉(zhuǎn)軸線：主軸各瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線的平均值主軸回轉(zhuǎn)誤差就是主軸瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線對(duì)其平均回轉(zhuǎn)軸線的主軸回轉(zhuǎn)誤差就是主軸瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線對(duì)其平均回轉(zhuǎn)軸線的飄移。飄移。 主軸回轉(zhuǎn)誤差的概念主軸回轉(zhuǎn)誤差的概念2、機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)誤差、機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)誤差 回轉(zhuǎn)誤差的表現(xiàn)形式回轉(zhuǎn)誤差的表現(xiàn)形式 2、機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)誤差、機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)誤差 例：鏜孔時(shí)鏜桿回轉(zhuǎn)，鏜桿例：鏜孔時(shí)鏜桿回轉(zhuǎn)，鏜桿中心作中心作y y方向的簡(jiǎn)諧振動(dòng)方向的簡(jiǎn)諧振動(dòng): : sincos)(RzRAy1)(2222RzARycos Ah刀尖至實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線的距離為刀尖至實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線的距離為定值定值R-R-鏜桿半徑；鏜桿半徑； 2、機(jī)床

14、主軸的回轉(zhuǎn)誤差、機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)誤差 例：車削時(shí)工件回轉(zhuǎn)，主軸例：車削時(shí)工件回轉(zhuǎn)，主軸中心作中心作y y方向的簡(jiǎn)諧振動(dòng)方向的簡(jiǎn)諧振動(dòng): :() cos() sinyAR hzR h 222Rzycos Ah車刀刀尖到平均回轉(zhuǎn)軸線車刀刀尖到平均回轉(zhuǎn)軸線o的的距離距離R為定值為定值 2 2、機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)誤差、機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)誤差 影響主軸回轉(zhuǎn)精度的因素影響主軸回轉(zhuǎn)精度的因素1)1)軸承誤差的影響：軸承誤差的影響： a)a)工件回轉(zhuǎn)類機(jī)床工件回轉(zhuǎn)類機(jī)床 b)b)刀具回轉(zhuǎn)類機(jī)床刀具回轉(zhuǎn)類機(jī)床2)2)軸承間隙的影響軸承間隙的影響3)3)與軸承配合零件誤差的影響與軸承配合零件誤差的影響4)4)主軸轉(zhuǎn)速的影響

15、主軸轉(zhuǎn)速的影響5)5)主軸系統(tǒng)的徑向不等剛度和主軸系統(tǒng)的徑向不等剛度和熱變形熱變形 2、機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)誤差、機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)誤差提高主軸回轉(zhuǎn)精度的措施提高主軸回轉(zhuǎn)精度的措施1)1)提高主軸部件的制造精度提高主軸部件的制造精度 a)a)提高軸承的回轉(zhuǎn)精度提高軸承的回轉(zhuǎn)精度 b)b)提高箱體支承孔、主軸軸頸和與軸承相提高箱體支承孔、主軸軸頸和與軸承相配合有關(guān)表面配合有關(guān)表面 的加工精度的加工精度 c)c)補(bǔ)償或抵消誤差補(bǔ)償或抵消誤差2)2)對(duì)滾動(dòng)軸承進(jìn)行預(yù)緊：對(duì)滾動(dòng)軸承進(jìn)行預(yù)緊： 增加軸承剛度，對(duì)誤差起均化作用增加軸承剛度，對(duì)誤差起均化作用3)3)使主軸的回轉(zhuǎn)誤差不反映到工件上使主軸的回轉(zhuǎn)誤差不反映

16、到工件上 a)a)外圓磨床：固定雙頂尖；外圓磨床：固定雙頂尖； b)b)前后支承的鏜模前后支承的鏜模3 3、機(jī)床傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)誤差、機(jī)床傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)誤差指內(nèi)聯(lián)系的傳動(dòng)鏈中首末兩端傳動(dòng)元件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的指內(nèi)聯(lián)系的傳動(dòng)鏈中首末兩端傳動(dòng)元件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的誤差誤差, ,是螺紋、齒輪以及其它按展成原理加工時(shí)，影響加是螺紋、齒輪以及其它按展成原理加工時(shí)，影響加工精度的主要因素。工精度的主要因素。傳動(dòng)鏈中各傳動(dòng)元件如齒輪、蝸輪、蝸桿、絲杠、螺母?jìng)鲃?dòng)鏈中各傳動(dòng)元件如齒輪、蝸輪、蝸桿、絲杠、螺母等有制造誤差、裝配誤差和磨損。等有制造誤差、裝配誤差和磨損。3 3、機(jī)床傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)誤差、機(jī)床傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)誤差傳動(dòng)鏈傳動(dòng)

17、誤差用傳動(dòng)鏈末端傳動(dòng)鏈傳動(dòng)誤差用傳動(dòng)鏈末端元件的轉(zhuǎn)角誤差來(lái)衡量：元件的轉(zhuǎn)角誤差來(lái)衡量：1n1n=1 1(64/16)(64/16)(23/2(23/23)3)(23/23)(23/23)(46/46)(46/46)i ic ci if f(1/96)=k(1/96)=k1 11 12n2n=2 2(23/23)(23/23)(23/2(23/23)3)(46/46)(46/46)i ic ci if f(1/96)(1/96)=k=k2 211（n-1n-1）n n=n-1n-11/961/96nnnn=n n1 1njjjnjjnk11njjjk122 傳動(dòng)件數(shù)越少，傳動(dòng)鏈越短，則傳動(dòng)精度高

18、；傳動(dòng)件數(shù)越少，傳動(dòng)鏈越短，則傳動(dòng)精度高； 傳動(dòng)比傳動(dòng)比i小，特別是傳動(dòng)鏈末端傳動(dòng)副的傳動(dòng)比小，則傳動(dòng)小，特別是傳動(dòng)鏈末端傳動(dòng)副的傳動(dòng)比小，則傳動(dòng)鏈中其余各傳動(dòng)元件誤差對(duì)傳動(dòng)精度的影響就越小，因此鏈中其余各傳動(dòng)元件誤差對(duì)傳動(dòng)精度的影響就越小，因此傳動(dòng)鏈中采用降速比的傳動(dòng)是保證傳動(dòng)精度的重要原則；傳動(dòng)鏈中采用降速比的傳動(dòng)是保證傳動(dòng)精度的重要原則； 傳動(dòng)鏈中各傳動(dòng)件的加工、裝配誤差對(duì)傳動(dòng)精度均有影響，傳動(dòng)鏈中各傳動(dòng)件的加工、裝配誤差對(duì)傳動(dòng)精度均有影響，其中傳動(dòng)鏈中最后一個(gè)傳動(dòng)件的影響最大。其中傳動(dòng)鏈中最后一個(gè)傳動(dòng)件的影響最大。 采用校正裝置采用校正裝置3 3、機(jī)床傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)誤差、機(jī)床傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)

19、誤差njjjnjjnk11 定位元件、刀具導(dǎo)向元件、分度機(jī)構(gòu)、夾具體的制造誤差。定位元件、刀具導(dǎo)向元件、分度機(jī)構(gòu)、夾具體的制造誤差。 夾具裝配后，以上各元件工作面間的相對(duì)尺寸誤差。夾具裝配后，以上各元件工作面間的相對(duì)尺寸誤差。 夾具在使用過(guò)程中工作表面的磨損。夾具在使用過(guò)程中工作表面的磨損。五、刀具的制造精度和尺寸磨損五、刀具的制造精度和尺寸磨損定尺寸刀具：刀具的尺寸精度直接影響工件的尺寸精度。定尺寸刀具：刀具的尺寸精度直接影響工件的尺寸精度。一般刀具：車刀、立銑刀等，主要靠調(diào)整刀具位置來(lái)保證加工尺寸，其制一般刀具：車刀、立銑刀等，主要靠調(diào)整刀具位置來(lái)保證加工尺寸，其制造精度不影響加工尺寸精度

20、。但刀具磨損將對(duì)工件的加工精度產(chǎn)生影響。造精度不影響加工尺寸精度。但刀具磨損將對(duì)工件的加工精度產(chǎn)生影響。初期磨損階段初期磨損階段正常磨損階段正常磨損階段急劇磨損階段急劇磨損階段成形刀具：刀具的形狀誤差將直接成形刀具：刀具的形狀誤差將直接影響工件的形狀精度。影響工件的形狀精度。展成刀具：刀刃形狀必須是加工表展成刀具：刀刃形狀必須是加工表面的共軛曲線，因此刀刃的形狀誤面的共軛曲線，因此刀刃的形狀誤差將影響加工表面的形狀精度。差將影響加工表面的形狀精度。五、刀具的制造精度和尺寸磨損五、刀具的制造精度和尺寸磨損 選用合理的刀具材料；選用合理的刀具材料； 進(jìn)行刀具補(bǔ)償；進(jìn)行刀具補(bǔ)償； 選用最佳的切削用量

21、；選用最佳的切削用量；高速鋼刀具：高速鋼刀具： V佳佳=0.4-0.5 m/s硬質(zhì)合金刀具硬質(zhì)合金刀具: V佳佳=1.73.2 m/s減少刀具尺寸磨損對(duì)加工精度影響的措施減少刀具尺寸磨損對(duì)加工精度影響的措施第三節(jié)第三節(jié) 工藝系統(tǒng)的受力變形工藝系統(tǒng)的受力變形 剛度和柔度剛度和柔度基本概念基本概念 工藝系統(tǒng)的剛度工藝系統(tǒng)的剛度式中：式中：Fy：切削力在：切削力在Y方向的分力；方向的分力；y：系統(tǒng)在切削力：系統(tǒng)在切削力Fx、Fy、Fz共同作用下在共同作用下在Y方向上的變形；方向上的變形；)/(mmNyFKy工藝系統(tǒng)是由機(jī)床、刀具、夾具、工件等組成，系統(tǒng)的受力變工藝系統(tǒng)是由機(jī)床、刀具、夾具、工件等組成

22、，系統(tǒng)的受力變形應(yīng)等于各環(huán)節(jié)在誤差敏感方向的變形之和。即：形應(yīng)等于各環(huán)節(jié)在誤差敏感方向的變形之和。即：夾夾具具工工件件刀刀具具機(jī)機(jī)床床系系統(tǒng)統(tǒng)yyyyy 夾夾具具工工件件刀刀具具機(jī)機(jī)床床系系統(tǒng)統(tǒng)系系統(tǒng)統(tǒng)KFKFKFKFFyFKyyyyyy 夾夾具具工工件件刀刀具具機(jī)機(jī)床床系系統(tǒng)統(tǒng)K1K1K1K1K1 基本概念基本概念工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響 切削力作用點(diǎn)位置變化引起切削力作用點(diǎn)位置變化引起的工件形狀誤差的工件形狀誤差Lx)yy(yyctwzctx LxKF)LxL(KF)Lx(KF)LxL(Lx)KFKF(KFyctywzyctyctctwzwzctct

23、x 2wzy2ctyx)Lx(KF)LxL(KFy 工件短而粗，車刀懸伸很短，工件工件短而粗，車刀懸伸很短，工件和刀具的變形可以忽略不汁。工件和刀具的變形可以忽略不汁。工件余量均勻，切削力保持不變。余量均勻，切削力保持不變。Lx)(LFFyctLxFFywzjcydjywzyctyjcdjxjcKFKFLxKFLxLKFyyyy22)()( 切削力作用點(diǎn)位置變化引起的工件形狀誤差切削力作用點(diǎn)位置變化引起的工件形狀誤差K1)K1K1(41Fy ,時(shí)L/2x當(dāng))K1K1F(y ,時(shí)Lx當(dāng))K1K1(Fy 時(shí)，0 x當(dāng)djwzctyjcdjwzjcdjctyjcLxxLEIFyyg22)(3styg

24、ydjywzyctyxtgjcxtKFKFKF)Lx(KF)LxL(KFyyyy 22 切削力作用點(diǎn)位置變化引起的工件形狀誤差切削力作用點(diǎn)位置變化引起的工件形狀誤差 切削力大小變化引起的加工誤差切削力大小變化引起的加工誤差ccFcFcFYXpFcyKfaCFF 車削時(shí)車削時(shí)XFc=1，在一次走刀中，在一次走刀中f不變，故：不變，故：pyaAFstpstystpstyKaAKFyKaAKFy222111,車削前圓度誤差：車削前圓度誤差：210ppaa021211)(stppstKAaaKAyy01 1x tKA011x11, tKA021122x22, tKA0211x,nnnntnnKA 12

25、1nz 可見(jiàn)：可見(jiàn)：n，則：，則： Kxt，則：，則： 切削力大小變化引起的加工誤差切削力大小變化引起的加工誤差1）夾緊力引起的變形對(duì)工件的影響：）夾緊力引起的變形對(duì)工件的影響：3.3.夾緊力和重力引起的加工誤差?yuàn)A緊力和重力引起的加工誤差三、機(jī)床剛度的測(cè)定三、機(jī)床剛度的測(cè)定變形與作用力不是線性關(guān)系，非純粹彈性變形；變形與作用力不是線性關(guān)系，非純粹彈性變形；加載與卸載曲線不重合，克服摩擦和接觸變形。加載與卸載曲線不重合，克服摩擦和接觸變形。卸載后不回到原點(diǎn)，說(shuō)明有殘余變形。卸載后不回到原點(diǎn)，說(shuō)明有殘余變形。部件剛度遠(yuǎn)小于按實(shí)體估算的剛度；部件剛度遠(yuǎn)小于按實(shí)體估算的剛度；四、減少工藝系統(tǒng)受力變形的

26、措施四、減少工藝系統(tǒng)受力變形的措施五、內(nèi)應(yīng)力五、內(nèi)應(yīng)力(殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力)對(duì)加工精度的影響對(duì)加工精度的影響工件的內(nèi)應(yīng)力工件的內(nèi)應(yīng)力毛坯熱應(yīng)力毛坯熱應(yīng)力切削加工內(nèi)應(yīng)力切削加工內(nèi)應(yīng)力冷校直內(nèi)應(yīng)力冷校直內(nèi)應(yīng)力對(duì)于鑄、鍛、焊毛坯，由于對(duì)于鑄、鍛、焊毛坯，由于各部分厚度不均，冷卻速度各部分厚度不均，冷卻速度不等而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。不等而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。對(duì)于鑄件：對(duì)于鑄件：“厚拉薄壓厚拉薄壓”“心部受拉、表層受壓心部受拉、表層受壓”力的作用使工件表層產(chǎn)生力的作用使工件表層產(chǎn)生壓應(yīng)力，熱作用使工件表壓應(yīng)力，熱作用使工件表層產(chǎn)生拉應(yīng)力。在大多數(shù)層產(chǎn)生拉應(yīng)力。在大多數(shù)的情況下熱的作用大于力的情況下熱的作用大于力的作用

27、，故工件表層應(yīng)力的作用，故工件表層應(yīng)力通常呈通常呈“表層受拉，里層表層受拉，里層受壓受壓”狀態(tài)。狀態(tài)。減少內(nèi)應(yīng)力的措施：減少內(nèi)應(yīng)力的措施： 時(shí)效處理；時(shí)效處理； 結(jié)構(gòu)上保證壁厚均勻；結(jié)構(gòu)上保證壁厚均勻； 減小切削力，減小切削力，“小切深，多走刀小切深，多走刀”；盡量不用冷校直工序；盡量不用冷校直工序；第四節(jié)第四節(jié) 工藝系統(tǒng)受熱變形工藝系統(tǒng)受熱變形）：主切削力（：切削熱傳遞的百分比）切削速度（式中：NFKsmvsJKvFQcccc/:)/(銑、刨時(shí)：銑、刨時(shí)：Q工件工件50%磨削時(shí)：磨削時(shí)： Q屑屑4%， Q砂輪砂輪12%， Q工件工件84%特點(diǎn)：特點(diǎn)：工件熱變形主要是受切削熱的影響；工件熱變形

28、主要是受切削熱的影響；工件受切削熱的量不同，變形的影響也不同，各部分的溫升不同且隨時(shí)工件受切削熱的量不同，變形的影響也不同，各部分的溫升不同且隨時(shí)間而變化；間而變化； 不同的加工方法、工件的形狀不同，產(chǎn)生的熱變形也不同；不同的加工方法、工件的形狀不同，產(chǎn)生的熱變形也不同；)()(mmtDDmmtLL 直直徑徑方方向向上上：長(zhǎng)長(zhǎng)度度方方向向上上：式中：式中：工件材料的線膨脹系數(shù)；：工件材料的線膨脹系數(shù)；L L、D D：工件原有的長(zhǎng)度和直徑；：工件原有的長(zhǎng)度和直徑；t t：工件切削后的溫升；：工件切削后的溫升；二、工藝系統(tǒng)熱變形對(duì)加工精度的影響二、工藝系統(tǒng)熱變形對(duì)加工精度的影響hLt82 84si

29、n2 LLtLRhR)(例如：精刨鑄鐵導(dǎo)軌，例如：精刨鑄鐵導(dǎo)軌，L=2000mm，h=600mm，如果床面與床腳溫差為，如果床面與床腳溫差為2.4,=1.1=1.11010-5-5/，則：，則：)(022. 0600820004 . 2101 . 125mm 2.刀具的熱變形刀具的熱變形 刀具連續(xù)工作時(shí)的熱變形：刀具連續(xù)工作時(shí)的熱變形：)1(1maxce 刀具斷續(xù)工作時(shí)的熱變形：刀具斷續(xù)工作時(shí)的熱變形：c1：時(shí)間常數(shù)，與刀具質(zhì)量、比熱、截：時(shí)間常數(shù)，與刀具質(zhì)量、比熱、截面積等有關(guān)。一般?。好娣e等有關(guān)。一般?。?c1=4min。2maxce 刀具的熱變形主要影響工件的形狀誤差，如車削長(zhǎng)軸時(shí)，工件

30、刀具的熱變形主要影響工件的形狀誤差，如車削長(zhǎng)軸時(shí)，工件可能由于刀具的伸長(zhǎng)而產(chǎn)生錐度?？赡苡捎诘毒叩纳扉L(zhǎng)而產(chǎn)生錐度。如圖所示，主軸轉(zhuǎn)速如圖所示，主軸轉(zhuǎn)速1200rpm，工作，工作8小時(shí)后，主軸抬高量達(dá)小時(shí)后，主軸抬高量達(dá)140m，在，在垂直面上的傾斜為垂直面上的傾斜為60 m/300mm。機(jī)床的熱變形主要體現(xiàn)在：機(jī)床的熱變形主要體現(xiàn)在：主軸部件主軸部件 導(dǎo)軌導(dǎo)軌 床身床身 立柱立柱 工作臺(tái)等部工作臺(tái)等部件上。件上。車、鏜類機(jī)床其主要熱源為主軸箱的車、鏜類機(jī)床其主要熱源為主軸箱的發(fā)熱。造成主軸的位移和傾斜。發(fā)熱。造成主軸的位移和傾斜。銑床主要表現(xiàn)在主軸在垂直面上的傾斜。銑削后將影響工件的平面與定位

31、基銑床主要表現(xiàn)在主軸在垂直面上的傾斜。銑削后將影響工件的平面與定位基面之間的平行度或垂直度。面之間的平行度或垂直度。外圓磨床主要表現(xiàn)在砂輪架、工件頭架的位移和導(dǎo)軌的凸起。外圓磨床主要表現(xiàn)在砂輪架、工件頭架的位移和導(dǎo)軌的凸起。龍門刨、龍門銑床的熱變形主要表現(xiàn)在導(dǎo)軌的凸起。龍門刨、龍門銑床的熱變形主要表現(xiàn)在導(dǎo)軌的凸起。如：如：10m長(zhǎng)的龍門刨床床身高為長(zhǎng)的龍門刨床床身高為0.8m，當(dāng)床身上導(dǎo)軌面與底面溫差，當(dāng)床身上導(dǎo)軌面與底面溫差為為 1時(shí)，床身導(dǎo)軌的中凸量可達(dá)時(shí)，床身導(dǎo)軌的中凸量可達(dá)0.19mm。這個(gè)數(shù)值可表示為：。這個(gè)數(shù)值可表示為：0.02/1000mm。三、減少工藝系統(tǒng)熱變形的措施三、減少工

32、藝系統(tǒng)熱變形的措施對(duì)加工件進(jìn)行大流量或噴霧等方法冷卻對(duì)加工件進(jìn)行大流量或噴霧等方法冷卻機(jī)床發(fā)熱部件采取冷油強(qiáng)制冷卻機(jī)床發(fā)熱部件采取冷油強(qiáng)制冷卻熱源部分采用通風(fēng)散熱措施熱源部分采用通風(fēng)散熱措施 均衡溫度場(chǎng)均衡溫度場(chǎng)三、減少工藝系統(tǒng)熱變形的措施三、減少工藝系統(tǒng)熱變形的措施第五節(jié)第五節(jié) 加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析u加工誤差的性質(zhì)加工誤差的性質(zhì)u分布圖分析法分布圖分析法u點(diǎn)圖分析法點(diǎn)圖分析法u機(jī)床調(diào)整尺寸機(jī)床調(diào)整尺寸順序加工一批工件時(shí)，其大小和方向均不改變，或按一定規(guī)律變化的加工誤差為系統(tǒng)誤差系統(tǒng)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)在靜力作用下的受力

33、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、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)誤差順序加工一批工件時(shí)，其大小和方向隨機(jī)變化的加工誤差為隨機(jī)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)學(xué)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。運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理和方法，根據(jù)被測(cè)質(zhì)量指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)，對(duì)工藝過(guò)程進(jìn)行分析和控制。1）采集數(shù)據(jù) 樣本容量通常取 n = 502002）確定分組

34、數(shù)、組距、組界、組中值 按教材200頁(yè)表4-3確定分組數(shù) k； 確定組距 d： 取整，dd 確定各組組界、組中值 統(tǒng)計(jì)各組頻數(shù)、頻率、頻率密度11minmax/kRkxxd 直方圖-14.5-8.55-3.5x y 頻率密度 頻率 頻數(shù)（偏差值）（平均偏差）-15-10-5（公差帶中心）（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(huà)直方圖11niixxn2111niisxxn二、分布圖分析法二、分布圖分析法理論分布曲線理論分布曲線222)(21 XXey6 6XniiXnX11niiXXn12)(1 1)(21)(dxxyxF 非正態(tài)分布曲線非正態(tài)分布曲線 等概率分布曲線，存在

35、線性變值誤差，如刀具的磨損；等概率分布曲線，存在線性變值誤差，如刀具的磨損； 不對(duì)稱分布曲線，存在隨機(jī)誤差；不對(duì)稱分布曲線，存在隨機(jī)誤差； 多峰值分布曲線，存在階躍變值系統(tǒng)誤差；多峰值分布曲線，存在階躍變值系統(tǒng)誤差；大，則曲線平坦大，則曲線平坦尺寸分布范圍大尺寸分布范圍大加工方法的加工精度低加工方法的加工精度低 6TCp T T6 6，則表示全部零件合格則表示全部零件合格 T T6 6，則加工方法精度過(guò)高則加工方法精度過(guò)高造成浪費(fèi)造成浪費(fèi) T=T=6 6，則加工方法勉強(qiáng)，易出則加工方法勉強(qiáng)，易出廢品廢品 T T1.67 特級(jí)，但過(guò)高特級(jí)，但過(guò)高 1.67CCP P 1.33 一級(jí)，足夠一級(jí)，足

36、夠 1.33CCP P1.0 二級(jí)，勉強(qiáng)二級(jí)，勉強(qiáng) 1.0CCP P0.67 三級(jí)，不足三級(jí)，不足 C CP P0.67 四級(jí)，不行四級(jí)，不行如果尺寸分布中心與公差帶中心不重合，一定存在常值系統(tǒng)誤差。如果尺寸分布中心與公差帶中心不重合，一定存在常值系統(tǒng)誤差。分布圖的應(yīng)用分布圖的應(yīng)用XminXmaxX利用分布曲線計(jì)算一批零件的合格率和廢品率利用分布曲線計(jì)算一批零件的合格率和廢品率eseiD Xmax=X2=D+esXmin=X1=D-ei中心偏差中心偏差為為“+”表示表示分布中心比公差帶中分布中心比公差帶中心大。心大。+不可修復(fù)不可修復(fù)廢品廢品可修復(fù)可修復(fù)廢品廢品x2x1利用分布曲線計(jì)算一批零件

37、的合格率和廢品率利用分布曲線計(jì)算一批零件的合格率和廢品率dxeyxxxx21222)(21 令：令： xxz aaxxxz2 bbxxxz1dzezFzz02221)( +XminXmaxX+XminXmaxX利用分布曲線計(jì)算一批零件的合格率和廢品率利用分布曲線計(jì)算一批零件的合格率和廢品率dzezFazza02221)( dzezFbzzb02221)( )()(bazFzF合格率合格率)(5 . 0azF可可修修復(fù)復(fù)廢廢率率)(5 . 0bzF不不可可修修復(fù)復(fù)廢廢率率計(jì)算舉例計(jì)算舉例例：加工一批外圓，尺寸公差例：加工一批外圓，尺寸公差T=0.3mm，加工完的分布曲線中已知，加工完的分布曲線中

38、已知=0.05=0.05，=+0.05=+0.05。求可修復(fù)的廢品率和不可修復(fù)的廢品率。求可修復(fù)的廢品率和不可修復(fù)的廢品率。解：已知：解：已知： =+0.05 010.005.023.02Txa20.005.023.02Txb205.010.0 aaxz405.020.0 bbxz499968. 0)(4772. 0)(bazFzF查表：可修復(fù)的廢品率可修復(fù)的廢品率=0.5-0.4772=0.0228=2.28%不可修復(fù)的廢品率不可修復(fù)的廢品率=0.5-0.499968=0.000032=0.0032%+x1x2存在的問(wèn)題存在的問(wèn)題n分布曲線法未考慮零件的加工先后順序，不能分布曲線法未考慮零件的加工先后順序，不能反映出系統(tǒng)誤差的變化規(guī)律及發(fā)展趨勢(shì)；反映出系統(tǒng)誤差的變化規(guī)律及發(fā)展趨勢(shì)；n只有一批零件加工完后才能畫(huà)出，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后，只有一批零件加工完后才能畫(huà)出，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后，對(duì)本批零件已無(wú)法補(bǔ)救；對(duì)本批零件已無(wú)法補(bǔ)救；01234567樣組序號(hào)b）工件尺寸公差帶T控制限 單值點(diǎn)圖工件序號(hào)c）AABOOB工件尺寸工件尺寸工件序號(hào)a差帶T控制限mjjimXX1minmaxiiixxRxRX圖下控制線：圖下