加工質(zhì)量分析及控制

.13/13機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制一、內(nèi)容概述本章將機(jī)械制造質(zhì)量分成加工精度和表面質(zhì)量兩個(gè)方面來研究。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和市場競爭的加劇,對零件機(jī)械加工質(zhì)量的要求也越來越高,因此,對機(jī)械加工質(zhì)量的深入研究與解決,不僅已成為機(jī)械制造工藝師的首要任務(wù),而且是機(jī)械制造工藝學(xué)的核心內(nèi)容,機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制就成為本課程內(nèi)容中十分重要的一章。二、本章重點(diǎn)1．在加工誤差的單因素分析中,著重掌握機(jī)床誤差、工藝系統(tǒng)受力變形、熱變形及工件殘余應(yīng)力等原始誤差對加工誤差的影響；2．在加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析中,著重掌握分布圖在誤差分析中的應(yīng)用。三、課時(shí)分配本章課時(shí)：講課：16學(xué)時(shí),實(shí)驗(yàn)：4學(xué)時(shí)第一節(jié)概述〔1學(xué)時(shí)加工誤差的來源,原始誤差和加工誤差的關(guān)系。第二節(jié)影響加工精度的因素〔8學(xué)時(shí)一、原理誤差二、機(jī)床的幾何誤差三、工藝系統(tǒng)其它幾何誤差四、工藝系統(tǒng)受力變形引起的加工誤差工藝系統(tǒng)剛度、部件剛度及其特點(diǎn)、切削力作用點(diǎn)位置變化對加I：誤差的影響、誤差復(fù)映五、工藝系統(tǒng)熱變形引起的加工誤差六、工件內(nèi)應(yīng)力引起的變形第三節(jié)加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析〔3學(xué)時(shí)第四節(jié)機(jī)械加工表面質(zhì)量〔4學(xué)時(shí)第四節(jié)機(jī)械加工中的振動(dòng)〔4學(xué)時(shí)四、授課方式多媒體教學(xué)五、實(shí)驗(yàn)①三向剛度測定法②加工誤差統(tǒng)計(jì)分析六、習(xí)題與思考題4－1試分析在臥式車床上加工時(shí),產(chǎn)生下述誤差的原因：1在臥式車床上鏜孔時(shí),引起被加工孔圓度誤差和圓柱度誤差。2在臥式車床<用三爪自定心卡盤>上鏜孔時(shí),引起內(nèi)孔與外圓同軸度誤差、端面與外圓的垂直度誤差的原因。4－2在臥式車床上用兩頂尖裝夾工件車削細(xì)長軸時(shí),出現(xiàn)圖4-1a、b、c所示的誤差是什么原因,分別采用什么辦法來減少或消除?圖4－14－3設(shè)已知一工藝系統(tǒng)的誤差復(fù)映系數(shù)為0．25,工件在本工序前有圓度誤差0．45mm,若本工序形狀精度規(guī)定允差0．Olmm,試問至少要走刀幾次方能使形狀精度合格?4－4在車床上加工絲杠,工件總長為2650mm,螺紋部分的長度L=200mm,工件材料和母絲杠材料都是45鋼,加工時(shí)室溫為20℃,加工后工件溫度升至45℃,母絲杠溫升至30℃。試求工件全長上由于熱變形引起的螺距累積誤差。4-5試說明磨削外圓時(shí),采用死頂尖磨削的目的是什么?哪些因素引起外圓的圓度和錐度誤差〔4－2圖4－24－6在車床或磨床上加工相同尺寸及相同精度的內(nèi)外圓柱表面時(shí),加工內(nèi)孔表面的走刀次數(shù)往往多于外圓面,試分析其原因。4－7在臥式銑床上銑削鍵槽<圖4-3>,經(jīng)測量發(fā)現(xiàn)靠工件兩端深度大于中間,且都比調(diào)整的深度尺寸小。試分析這一現(xiàn)象的原因。4－8在車床上加工一批工件的孔,經(jīng)測量實(shí)際尺寸小于要求的尺寸而必須返修的工件數(shù)占22．4％,大于要求的尺寸而不能返修的占1．4％,若孔的直徑公差T=0．2mm,整批工件尺寸服從正態(tài)分布,試確定該工序的標(biāo)準(zhǔn)差σ并判斷車刀的調(diào)整誤差是多少?圖4－36－9在自動(dòng)機(jī)上加工一批尺寸要求為φ8±0．09mm的零件,機(jī)床調(diào)整后試切50件,測得尺寸如下<表4-1>：表4-14－10機(jī)械加工表面質(zhì)量包括哪幾方面內(nèi)容?表面質(zhì)量對機(jī)器使用性能有哪些影響?4－11高速精鏜45鋼工件的內(nèi)孔時(shí),采用主偏角kr=75°、副偏角k'r=15°的鋒利尖刀,當(dāng)加工表面粗糙度要求Rx=3.2～6．3mm時(shí),問：〔1在不考慮工件材料塑性變形對表面粗糙度影響的條件下,進(jìn)給量／應(yīng)選擇多大合適?〔2分析實(shí)際加工表面粗糙度與計(jì)算值是否相同,為什么?〔3進(jìn)給量f越小,表面粗糙度值是否越小?4—12為什么切削加工中一般都會產(chǎn)生冷作硬化現(xiàn)象?4—13磨削外圓表面時(shí),如果同時(shí)提高工件和砂輪的速度,為什么能夠減輕燒傷且又不會增大表面粗糙度?4—14機(jī)械加工中,為什么工件表面層金屬會產(chǎn)生殘余應(yīng)力?磨削加工工件表面層產(chǎn)生殘余應(yīng)力的原因與切削加工產(chǎn)生殘余應(yīng)力的原因是否相同?為什么?6－15一長方形薄板鋼件<假設(shè)加工前工件的上、下面是平直的>,當(dāng)磨削平面A后,工件產(chǎn)生彎曲變形<圖4—4>,試分析工件產(chǎn)生中凹變形的原因。圖4－4第四章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制產(chǎn)品質(zhì)量是指用戶對產(chǎn)品的滿意程度。它有三層含義：一是產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量；二是產(chǎn)品的制造質(zhì)量；三是服務(wù)。以往企業(yè)質(zhì)量管理中,強(qiáng)調(diào)較多的往往是制造質(zhì)量,它主要指產(chǎn)品的制造與設(shè)計(jì)的符合程度?，F(xiàn)代的質(zhì)量觀,主要站在用戶的立場上衡量。設(shè)計(jì)質(zhì)量,主要反映所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品與用戶〔顧客的期望之間的符合程度。設(shè)計(jì)質(zhì)量是質(zhì)量的重要組成部分。零件的機(jī)械制造質(zhì)量包括零件幾何精度和零件表面層的物理機(jī)械性能兩個(gè)方面。零件的幾何誤差包括尺寸誤差、幾何形狀誤差和位置誤差。幾何形狀誤差又可分為宏觀幾何形狀誤差、波度和微觀幾何形狀誤差。機(jī)械加工精度主要介紹影響加工精度的各種因素及加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析方法；通過分析原始誤差與加工誤差的關(guān)系,使學(xué)生掌握單因素原始誤差對加工誤差的影響規(guī)律；通過加工誤差統(tǒng)計(jì)分析方法的學(xué)習(xí),使學(xué)生掌握產(chǎn)生加工誤差的綜合因素進(jìn)行分析；因此在學(xué)習(xí)本章后,應(yīng)著重讓學(xué)生掌握影響零件加工質(zhì)量的因素及其分析方法,能對具體的：工藝問題進(jìn)行分析,并提出改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量工藝途徑。第一節(jié)機(jī)械加工精度概述一、加工精度與加工誤差1．加工精度的概念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。2．加工精度與加工誤差的關(guān)系在機(jī)械加工中,由于工藝系統(tǒng)中各種因素影響,使加工出的零件不可能與理想的要求完全符合。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,稱為加工誤差。其符合程度愈高,加工誤差愈小,即加工精度愈高；偏離程度愈大,加工誤差愈大。由此可見,加工精度和加工誤差是從兩個(gè)不同的角度來評定加工零件的幾何參數(shù)。應(yīng)讓學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)抓住以下要點(diǎn)：〔1必須切實(shí)弄清"理想幾何參數(shù)"的正確含義。即,對于尺寸是圖紙規(guī)定尺寸的平均值；對于形狀和位置,則是絕對正確的形狀和位置,如絕對的圓和絕對的平行等等?！?加工精度是零件圖紙或工藝文件以公差T給定的,而加工誤差則是零件加工后的實(shí)際測得的偏離值△。一般說,當(dāng)△＜T時(shí),就保證了加工精度。〔3零件三個(gè)方面的幾何參數(shù),就是加工精度和加工誤差的三方面的內(nèi)容。即,加工精度〔誤差包括尺寸精度〔誤差、形狀精度〔誤差和相互位置精度〔誤差。從保證機(jī)器使用性能出發(fā),機(jī)械零件應(yīng)具有足夠的加工精度,但沒有必要把每個(gè)零件都做得絕對準(zhǔn)確。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)零件在機(jī)器上的功用,將加工精度規(guī)定在一定范圍內(nèi)是完全允許的。即加工精度的規(guī)定均以相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)公差數(shù)值標(biāo)注在零件圖上,加工時(shí)只要零件的加工誤差未超過其公差范圍,就能保證零件的加工精度要求和工作要求。二、原始誤差零件加工精度主要取決于工件和刀具在切削過程中相互位置的準(zhǔn)確程度。由于多種因素的影響,由機(jī)床、夾具、刀具和工件構(gòu)成的工藝系統(tǒng)中的各種誤差,在不同的條件下,以不同的方式反映為加工誤差。工藝系統(tǒng)的誤差是"因",是根源；加工誤差是"果",是表現(xiàn)。因此,把工藝系統(tǒng)的誤差稱之為原始誤差。加工中可能產(chǎn)生的原始誤差綜合如下：原始誤差原始誤差工件內(nèi)力引起的變形工件安裝誤差機(jī)床誤差?yuàn)A具誤差刀具誤差調(diào)整誤差工藝系統(tǒng)受力變形工藝系統(tǒng)受熱變形刀具磨損測量誤差原理誤差工件內(nèi)力引起的變形工件安裝誤差機(jī)床誤差?yuàn)A具誤差刀具誤差調(diào)整誤差工藝系統(tǒng)受力變形工藝系統(tǒng)受熱變形刀具磨損測量誤差原理誤差三、研究機(jī)械加工精度的方法加工誤差的研究方法,通常分為：分析計(jì)算法〔又稱因素分析法和統(tǒng)計(jì)分析法兩種。分析計(jì)算法,是分別研究各原始誤差對加工精度的影響。研究某一確定因素時(shí),一般不考慮其它因素的同時(shí)作用。通過分析、計(jì)算或?qū)嶒?yàn)、測試,得出該因素與加工誤差之間的關(guān)系,即找出它們之間的變化規(guī)律。統(tǒng)計(jì)分析法,是對某一具體加工條件下加工的一批工件,進(jìn)行實(shí)際測量,然后以數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)為基礎(chǔ)來處理、分析誤差的性質(zhì)和變化規(guī)律?？梢?前一種方法主要是分析各項(xiàng)誤差單獨(dú)的變化規(guī)律,后一種方法主要是研究各項(xiàng)誤差綜合的變化規(guī)律,且只適用于大批大量的生產(chǎn)條件。在實(shí)際生產(chǎn)中,這兩種方法往往要結(jié)合起來應(yīng)用。一般先用統(tǒng)計(jì)分析法找出誤差的出現(xiàn)規(guī)律,初步推斷產(chǎn)生加工誤差的可能原因,然后,運(yùn)用分析計(jì)算法找出影響加工誤差的關(guān)鍵因素,再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。第二節(jié)影響加工精度的因素一、原理誤差原理誤差作一般了解加工原理誤差是因采用了近似的加工運(yùn)動(dòng)或近似的刀刃輪廓而產(chǎn)生的。舉例：滾切漸開線齒輪有兩種原始誤差：①用阿基米德基本蝸桿滾刀或法向直廓基本蝸桿滾刀,代替漸開線基本蝸桿滾刀,由于滾刀刀刃形狀誤差會引起的加工誤差；②由于滾刀刀刃數(shù)有限,滾切出的齒形不是連續(xù)光滑的漸開線,而是由若干短線組成的折線。在生產(chǎn)實(shí)際中,采用近似的加工方法,可以簡化機(jī)床結(jié)構(gòu)和刀具的形狀,并能提高生產(chǎn)率,降低加工成本。因此,只要把原理誤差限制在規(guī)定的范圍內(nèi),采用近似的加工方法是完全允許的。二、機(jī)床的幾何誤差機(jī)床誤差是最基本的原始誤差之一。分析和研究機(jī)床誤差及其對加工精度的影響,無論在理論上或是實(shí)際應(yīng)用上都具有重要的意義。因此,這一節(jié)是本章的重點(diǎn),必修切實(shí)掌握。機(jī)床誤差是由機(jī)床的制造誤差、安裝誤差和磨損等引起的。它是保證工件加工精度的基礎(chǔ),機(jī)床誤差的項(xiàng)目很多,下面著重分析對工件加工精度影響較大的誤差：如導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差、主軸回轉(zhuǎn)誤差和傳動(dòng)鏈誤差等。1．機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差機(jī)床主軸是裝夾工件或刀具的基準(zhǔn),并將運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳給工件或刀具,主軸回轉(zhuǎn)誤差將直接影響被加工工件的精度。主軸回轉(zhuǎn)誤差不僅對加工表面的形狀和位置精度影響較大,而且對加工表面的粗糙度和波度影響亦較大。尤其是在精密加工中,它是決定工件圓度的主要因素。主軸回轉(zhuǎn)誤差討論的內(nèi)容包括：1主軸回轉(zhuǎn)誤差的概念；2主軸回轉(zhuǎn)誤差的基本形式及其產(chǎn)生的加工誤差；3主軸回轉(zhuǎn)誤差的來源；4減少主軸回轉(zhuǎn)誤差及其對加工精度影響的措施；〔1主軸回轉(zhuǎn)誤差的概念正確的理解和掌握主軸回轉(zhuǎn)誤差的概念,是討論其它問題的機(jī)床,因此必須首先切實(shí)弄清有關(guān)軸線的概念。即,主軸幾何軸線、主軸實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線、主軸理想回轉(zhuǎn)軸線和主軸平均回轉(zhuǎn)軸線等的概念及其相互關(guān)系。所謂主軸回轉(zhuǎn)誤差是指主軸實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線對其理想回轉(zhuǎn)軸線的漂移量。通常把主軸的回轉(zhuǎn)誤差分解為徑向跳動(dòng)、軸向竄動(dòng)和角度擺動(dòng)三種基本形式。如圖4－1〔2主軸回轉(zhuǎn)誤差對加工精度的影響對于不同的加工,不同形式的主軸回轉(zhuǎn)圖4－1誤差對加工精度的影響是不同的。這里應(yīng)讓學(xué)生注意掌握相同〔不同形式的主軸回轉(zhuǎn)誤差,對不同機(jī)床和加工表面將產(chǎn)生不同〔相同形式的加工誤差。1主軸的純徑向跳動(dòng)它會使工件產(chǎn)生圓度誤差,但加工方法不同〔如車削和鏜削,影響程度不盡相同。①鏜孔情況〔圖4－2設(shè)因主軸純徑向跳動(dòng)而使軸線在y坐標(biāo)方向上作簡諧直線運(yùn)動(dòng),其頻率與主軸轉(zhuǎn)速相同,振幅為A；設(shè)刀尖處于水平位置時(shí),主軸中心偏移最大〔等于A,當(dāng)鏜刀轉(zhuǎn)過某一φ角時(shí),此時(shí)刀尖軌跡的水平和垂直分量分別是：y=Acosφ+Rcosφ＝〔A+Rcosφ；z=Rcosφ將上兩式平方相加可得：。這是一個(gè)橢圓方程式,表明鏜出的孔是一個(gè)橢圓孔。圖4－2鏜孔時(shí)純徑向跳動(dòng)對圓度的影響圖4－3車削時(shí)純徑向跳動(dòng)對圓度的影響②車削外圓情況〔圖4－3工件1處的切出半徑比在2、4處小一個(gè)振幅A,而在工件3處的切出半徑則比2、4處大一個(gè)振幅A。這樣在工件的上述四點(diǎn)直徑都相等,在其它各點(diǎn)處的直徑誤差也甚小,故車削出的工件表面接近于一個(gè)真圓。2主軸的純軸向竄動(dòng)它對內(nèi)外圓加工沒有影響,但當(dāng)加工端面時(shí),會使車出的端面與圓柱面不垂直〔圖4－4,端面對軸線的垂直誤差隨切削半徑的減小而增大。加工螺紋時(shí),軸向竄動(dòng)會產(chǎn)生螺距周期性誤差。圖4－4主軸端面跳動(dòng)引起的加工誤差〔a工件端面跳動(dòng)〔b螺距周期誤差3主軸的純角度擺動(dòng)主軸回轉(zhuǎn)時(shí)的純角度擺動(dòng),在車削外圓時(shí)仍然可以得到一個(gè)圓形工件,但工件是一個(gè)圓錐體。在鏜床上鏜孔時(shí),鏜出的孔則為橢圓形〔圖4－5圖4－5純角度擺動(dòng)對鏜孔的影響O－工件孔軸心線；Om－主軸回轉(zhuǎn)軸心線〔3影響主軸回轉(zhuǎn)誤差的主要因素在眾多影響主軸回轉(zhuǎn)誤差的因素中,最主要的是：主軸支承軸頸、軸承孔、滾動(dòng)軸承滾道等的圓度誤差；主軸支承軸頸的軸肩、止推滾動(dòng)軸承的滾道與軸線的垂直誤差；以及軸承的間隙等。當(dāng)主軸采用滑動(dòng)軸承時(shí),主軸回轉(zhuǎn)精度,主要是受到主軸頸和軸承內(nèi)孔的圓度誤差和波度的影響〔圖4－6。當(dāng)主軸采用滾動(dòng)軸承時(shí),主軸回轉(zhuǎn)精度不僅取決于滾動(dòng)軸承本身的精度〔包括內(nèi)、外圈滾道的圓度誤差,滾動(dòng)體的形狀、尺寸誤差,而且還與軸承配合件〔主軸頸、軸承座孔的精度密切相關(guān)〔圖4－7。圖4－6圖4－7圖4－7〔4提高主軸回轉(zhuǎn)精度的措施1提高主軸部件的制造精度首先應(yīng)提高軸承的回轉(zhuǎn)精度,如選用高精度的滾動(dòng)軸承,或采用高精度動(dòng)壓滑動(dòng)軸承〔多油楔和靜壓軸承等。其次是提高配合表面〔如箱體支承孔、主軸軸頸的加工精度。實(shí)際生產(chǎn)中,常采用定向裝配和分組選配,使誤差相互補(bǔ)償或抵消,以減小軸承誤差對主軸回轉(zhuǎn)精度的影響。2對滾動(dòng)軸承進(jìn)行預(yù)緊適當(dāng)預(yù)緊可以消除間隙,并產(chǎn)生微量過盈,提高軸承的接觸剛度,并對軸承內(nèi)外圈滾道和滾動(dòng)體的誤差起均化作用,從而提高主軸的回轉(zhuǎn)精度。3使主軸的回轉(zhuǎn)誤差不反映到工件上直接使工件在加工過程中的回轉(zhuǎn)精度不依賴于主軸,是保證工件形狀精度的最簡單而又有效的方法。如在外圓磨床上磨削外圓柱面時(shí),為避免工件頭架主軸回轉(zhuǎn)誤差的影響,工件由頭架和尾架的兩個(gè)固定頂尖支承,頭架主軸只起傳動(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精度、同軸度。在鏜床上加工箱體類零件上的孔時(shí),可采用鏜模加工,刀桿與主軸為浮動(dòng)聯(lián)接,則刀桿的回轉(zhuǎn)精度與機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)精度無關(guān),工件的加工精度僅由刀桿和導(dǎo)套的配合質(zhì)量決定。2．機(jī)床導(dǎo)軌誤差機(jī)床導(dǎo)軌是機(jī)床各主要部件相對位置和運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn),它的精度直接影響機(jī)床成形運(yùn)動(dòng)之間的相互位置關(guān)系。因此,它是產(chǎn)生工件形狀誤差和位置誤差的主要因素之一。機(jī)床導(dǎo)軌誤差的項(xiàng)目包括：①導(dǎo)軌在水平面內(nèi)和垂直面內(nèi)的直線度誤差；②前后導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的平行度〔扭曲度誤差?！?車床導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差它使刀具在水平面內(nèi)產(chǎn)生位移Δy〔圖4－8,造成工件在半徑方向上的誤差ΔR=Δy。當(dāng)車削長工件時(shí),還會使工件表面產(chǎn)生圓柱度誤差。圖4－8車床導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差對加工精度的影響〔2車床導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差此項(xiàng)誤差使刀具在垂直平面內(nèi)產(chǎn)生位移ΔZ〔圖4－9,會引起工件在半徑方向的誤差ΔR=ΔZ2／〔2R。由于ΔZ很小,ΔZ2更小,一般可忽略不計(jì)。但對平面磨床龍門刨床及銑床等,導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差會引起工件相對于砂輪〔刀具產(chǎn)生法向位移,其誤差將直接反映到被加工：工件上,造成形狀誤差〔圖4－10圖4－9車床導(dǎo)軌垂直面內(nèi)的直線度誤差對加工精度的影響圖4－10龍門刨床導(dǎo)軌垂直面內(nèi)的直線度誤差對加工精度的影響由此可見：原始誤差所引起的刀刃與工件間的相對位移,若產(chǎn)生在加工表面的法線方向,則對加工精度有直接影響；若產(chǎn)生在切線方向,就可以忽略不計(jì)。這個(gè)概念在分析加工精度問題時(shí)經(jīng)常要用到它。例如：若原始誤差所引起的刀刃與工件之間在加工表面的法線方向產(chǎn)生Δy的相對位移,則工件在半徑方向上的誤差為ΔR=Δy〔圖4－11a；。而在切線方向產(chǎn)生ΔZ的相對位移時(shí)〔圖4－11b,產(chǎn)生的加工誤差為R=ΔZ2／<2R>。設(shè)：ΔZ=Δy＝0.01mm,R=50mm,則由于法向原始誤差而產(chǎn)生的加工誤差ΔR=0.01mm,由于切向原始誤差而產(chǎn)生的加工誤差ΔR=0.000001mm,此值完全可以忽略不計(jì)。一般把原始誤差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線方向稱為誤差敏感方向。分析各種原始誤差對加工精度的影響時(shí),應(yīng)著重分析在誤差敏感方向的影響。圖4－11刀具相對工件在不同方向的位移對加工精度的影響〔3車床前后導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的平行度〔扭曲度誤差平行度〔扭曲度誤差,會使則導(dǎo)軌產(chǎn)生扭曲〔圖4－12,使刀尖相對于工件在水平和垂直兩個(gè)方向上產(chǎn)生偏移。設(shè)車床中心高為H,導(dǎo)軌寬度為B,則導(dǎo)軌扭曲量Δ引起工件半徑的變化量ΔR為：ΔR／H≈Δ／B；ΔR≈ΔH／B。一般車床H≈<2／3>B,外圓磨床H=B,可見此項(xiàng)誤差對加工精度影響很大。圖4－12導(dǎo)軌扭曲對加工精度的影響分析導(dǎo)軌誤差及其對加工精度的影響時(shí),總結(jié)以下幾點(diǎn)：〔1車床導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差,是1：1的直接反映到工件的半徑上去,即△R=△y；而在垂直面內(nèi)的直線度誤差產(chǎn)生的加工誤差,則為二次小誤差,即△R=△Z2/〔2R可忽略不計(jì)。在此應(yīng)注意,不是各種機(jī)床導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差所引起的加工誤差,都可以忽略不計(jì)。例如,臥軸矩臺平面磨床床身導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差,就不能忽略不計(jì)。由此引出的"誤差敏感方向"的概念十分有意義。所謂"誤差敏感方向"是指通過刀刃的加工表面的法線方向。即,產(chǎn)生加工誤差最大的那個(gè)方向。要會應(yīng)用這一概念來解釋為什么對某些機(jī)床,分析導(dǎo)軌誤差對加工精度的影響時(shí),就不分水平和垂直兩個(gè)方向？還應(yīng)會運(yùn)用它來改變裝刀方位減小加工誤差?！?判斷導(dǎo)軌誤差產(chǎn)生的工件形狀誤差,對于初學(xué)者來說,往往是比較困難的。分析判斷時(shí),首先要弄清楚導(dǎo)軌誤差項(xiàng)目、所在平面及彎曲方向或不平行與不垂直的方向,以及導(dǎo)軌全長各點(diǎn)處的誤差值；然后,再查明工件被加工表面所對應(yīng)的導(dǎo)軌部位和長度段。這樣才能最終斷定加工后的工件,是鼓形、鞍形或雙曲面體形?！?機(jī)床導(dǎo)軌誤差,對不同的機(jī)床、不同的加工方式和加工對象,其產(chǎn)生的加工誤差的形式是不同的。3．機(jī)床傳動(dòng)鏈誤差傳動(dòng)鏈誤差討論的內(nèi)容包括：1傳動(dòng)鏈誤差的概念；2傳動(dòng)鏈誤差的傳遞；3傳動(dòng)鏈誤差的估算及傳動(dòng)鏈誤差對加工精度的影響；4減少傳動(dòng)鏈誤差的措施。1傳動(dòng)鏈誤差的概念傳動(dòng)鏈誤差是指內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈中首、末兩端傳動(dòng)件之間相對運(yùn)動(dòng)的誤差。當(dāng)加工工件表面如螺紋〔車削、齒輪〔滾齒、插齒、磨齒時(shí),通過機(jī)床上的復(fù)合運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn),即主軸〔工件或滾刀和刀架〔車刀或工作臺〔被加工齒輪間為內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈,該傳動(dòng)鏈的誤差是影響加工精度的主要因素。2傳動(dòng)鏈誤差的傳遞傳動(dòng)鏈末端元件產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角誤差。它的大小對車、磨、銑螺紋,滾、插、磨〔展成法磨齒齒輪等加工會影響分度精度,造成加工表面的形狀誤差,如螺距精度、齒距精度等。例如,車螺紋時(shí),要求主軸與傳動(dòng)絲杠的轉(zhuǎn)速比恒定〔圖示,即Z2Z1Z2Z1若齒輪Z1有轉(zhuǎn)角誤差δ1,造成Z2的轉(zhuǎn)角誤差為：δ12＝i12δ1傳到絲杠上的轉(zhuǎn)角誤差為δ1n,即：Z1δ1δ1n=i1nδ1Z2δ2δ2n=i2nδ2………………Znδnδnn=innδn在任一時(shí)刻,各齒輪的轉(zhuǎn)角誤差反映到絲杠的總誤差為：傳動(dòng)鏈誤差是由傳動(dòng)鏈中各傳動(dòng)件的制造誤差、裝配誤差、加工過程中由于力和熱而產(chǎn)生變形以及磨損引起的。各傳動(dòng)件在傳動(dòng)鏈中的位置不同,影響程度不同,其中末端元件的誤差對傳動(dòng)鏈的誤差影響最大。各傳動(dòng)件的轉(zhuǎn)角誤差將通過傳動(dòng)比反映到工件上。當(dāng)傳動(dòng)鏈為升速傳動(dòng)時(shí),則傳動(dòng)件的轉(zhuǎn)角誤差將擴(kuò)大,反之為降速傳動(dòng)時(shí),其轉(zhuǎn)角誤差將縮小。3減少傳動(dòng)鏈誤差的措施為減小傳動(dòng)鏈誤差對加工精度的影響,可以采取下列措施：1盡量縮短傳動(dòng)鏈,即減少傳動(dòng)元件的數(shù)量,以減少誤差來源。2采用降速傳動(dòng)〔u<1,u為機(jī)床中的傳動(dòng)比,如滾齒機(jī)的展成鏈末端傳動(dòng)副,即傳動(dòng)工作臺的蝸桿蝸輪副采用大降速比〔u=1/72。能有效地減小傳動(dòng)誤差。3提高傳動(dòng)元件,尤其是末端傳動(dòng)元件的加工精度和裝配精度。4采用校正裝置〔圖4－13以及微機(jī)控制的傳動(dòng)誤差自動(dòng)補(bǔ)償裝置等。圖4－13三、工藝系統(tǒng)其它幾何誤差1．刀具誤差該部分內(nèi)容只作一般介紹,主要讓學(xué)生了解刀具誤差對加工精度的影響,隨刀具種類的不同而不同?！?一般刀具如普通車刀、單刃鏜刀和面銑刀等的制造誤差對加工精度沒有直接影響,但磨損后對工件尺寸或形狀精度有一定影響〔圖4－14?！?定尺寸刀具定尺寸刀具〔如鉆頭、鉸刀、圓孔拉刀等的尺寸誤差直接影響被加工工件的尺寸精度。刀具的安裝和使用不當(dāng),也會影響加工精度?！?成形刀具成形刀具〔如成形車刀、成形銑刀、盤形齒輪銑刀等的誤差主要影響被加工面的形狀精度。〔4展成法刀具展成法刀具〔如齒輪滾刀、插齒刀等加工齒輪時(shí),刀刃的幾何形狀及有關(guān)尺寸精度會直接影響齒輪加工精度。圖4－14車刀的尺寸磨損及車刀磨損過程2．夾具誤差和工件安裝誤差?yuàn)A具的誤差主要是指：1定位元件、刀具導(dǎo)向元件、分度機(jī)構(gòu)、夾具體等零件的制造誤差。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?！矆D例工件的安裝誤差包括定位誤差和夾緊誤差。具體內(nèi)容在《機(jī)械制造裝備》課程中講述。夾具誤差和工件安裝誤差可通過圖4－15的夾具實(shí)例說明對加工精度的影響。圖4－163．測量誤差〔1量具、量儀和測量方法本身的誤差〔2環(huán)境條件的影響〔溫度、振動(dòng)等〔3測量人員主觀因素的影響〔視力、測量力大小等〔4正確選擇和使用量具,以保證測量精度4．調(diào)整誤差〔1試切法調(diào)整?測量誤差?進(jìn)給機(jī)構(gòu)位移誤差〔爬行現(xiàn)象?加工余量的影響〔余量很小時(shí),刀刃打滑〔2定程機(jī)構(gòu)調(diào)整大批量生產(chǎn)時(shí)常采用行程擋塊、靠模、凸輪作為定程機(jī)構(gòu),其制造精度和調(diào)整精度產(chǎn)生調(diào)整誤差〔3樣板、樣件調(diào)整樣件、樣板的制造精度和安裝精度、對刀精度產(chǎn)生調(diào)整誤差〔4夾具安裝調(diào)整影響工件在機(jī)床上占有正確的加工位置四、工藝系統(tǒng)受力變形引起的加工誤差工藝系統(tǒng)受力變形現(xiàn)象通過兩個(gè)實(shí)例來說明工藝系統(tǒng)受力變形對零件加工精度的影響。圖4－17受力變形對工件精度的影響a>車長軸b>磨內(nèi)孔由此看來,為了保證和提高工件的加工精度,就必須深入研究并控制以至消除工藝系統(tǒng)及其有關(guān)組成部分的變形?！惨还に囅到y(tǒng)的剛度1．工藝系統(tǒng)剛度的概念工藝系統(tǒng)整體抵抗其變形的能力。其大小為：背向力Fp〔舊標(biāo)準(zhǔn)中為徑向切削分力Fy與工藝系統(tǒng)在該方向上的變形yxt的比值,即:kxt=Fp/yxt注意：這里變形yxt是總切削力的三個(gè)分力Fc、Fp、Ff〔舊標(biāo)準(zhǔn)中為Fz、Fy、Fx綜合作用的結(jié)果。要向?qū)W生交代清楚引起yxt變化外力的含義。負(fù)剛度現(xiàn)象〔簡要介紹,只向?qū)W生說明負(fù)剛度現(xiàn)象產(chǎn)生的原因及對加工的影響若出現(xiàn)變形方向與Fp方向不一致的情況,如Fp與yxt方向相反,工藝系統(tǒng)就處于負(fù)剛度狀態(tài)。?刀架系統(tǒng)在Fp力作用下引起同向變形y〔圖a；?在Fc力作用下引起的變形y與Fp方向相反〔圖b。負(fù)剛度現(xiàn)象對保證加工質(zhì)量是不利的,此時(shí)車刀的刀尖將扎入工件〔扎刀的外圓表面,引起刀具的破損和振動(dòng),應(yīng)盡量避免。2．系統(tǒng)剛度與環(huán)節(jié)剛度工藝系統(tǒng)的剛度是由組成工藝系統(tǒng)各部件的剛度決定的。工藝系統(tǒng)的總變形量為：yxt=yjc+ydj+yjj+ygjkxt=Fp/yxt,kjc=Fp/yjc,kdj=Fp/ydj,kjj=Fp/yjj,kgj=Fp/ygj工藝系統(tǒng)剛度的一般式為：kxt=1/<1/kjc+1/kdj+1/kj+1/kgj>〔7－1若已知工藝系統(tǒng)各組成部分的剛度〔即環(huán)節(jié)剛度,就可以求出工藝系統(tǒng)的剛度。3．機(jī)床部件的剛度及其特點(diǎn)機(jī)床結(jié)構(gòu)復(fù)雜,組成的零部件多,各零部件之間有不同的聯(lián)接和運(yùn)動(dòng)方式,因而機(jī)床部件的剛度問題就比較復(fù)雜。它的計(jì)算至今還沒有合適的方法,需要通過實(shí)驗(yàn)來測定。圖4-18是單向加載時(shí)車床剛度測定示意圖。主軸部件、尾座及刀架的變形可分別從千分表2、3和6讀出。這種方法測得的y方向位移是背向力Fp作用下引起的變形。圖4－18圖4－19車床刀架部件剛度的實(shí)測曲線圖4－19為用實(shí)驗(yàn)方法測得車床刀架部件剛度曲線,其特點(diǎn)為：1變形與作用力不是線性關(guān)系,表明部件的變形不純粹是彈性變形。2加載與卸載曲線不重合,表明在加載—卸載值環(huán)中有能量損失。3卸載后曲線不能回到原點(diǎn)。說明有殘留變形。4部件的實(shí)際剛度遠(yuǎn)比按實(shí)體可能估算的小。造成部件剛度具有上述特點(diǎn)的原因主要有以下幾個(gè)方面：①連接表面間的接觸變形圖4－20連接表面間的接觸變形②薄弱零件本身的變形圖4－21機(jī)床部件剛度的薄弱環(huán)節(jié)③間隙的影響④摩擦的影響〔二工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響1．切削力大小變化對加工精度的影響加工過程中,由于工件的加工余量發(fā)生變化工件材質(zhì)不均等因素引起的切削力變化,使工藝系統(tǒng)變形發(fā)生變化,從而產(chǎn)生加工誤差。若毛坯A有橢圓形狀誤差〔如右圖。讓刀具調(diào)整到圖上雙點(diǎn)劃線位置,由圖可知,在毛坯橢圓長軸方向上的背吃刀量為ap1,短軸方向的背吃刀量為ap2。由于背吃刀量不同,切削力不同,工藝系統(tǒng)產(chǎn)生的讓刀變形也不同,對應(yīng)于ap1產(chǎn)生的讓刀為y1,對應(yīng)于ap2產(chǎn)生的讓刀為y2,故加工出來的工件B仍然存在橢圓形狀誤差。由于毛坯存在圓度誤差△毛＝ap1-ap2,因而引起了工件的圓圖4－22毛坯形狀誤差的復(fù)映度誤差△工＝y(tǒng)1-y2,且△毛愈大,△工愈大,這種現(xiàn)象稱為加工過程中的毛坯誤差復(fù)映現(xiàn)象?！鞴づc△毛之比值ε稱為誤差復(fù)映系數(shù),它是誤差復(fù)映程度的度量。尺寸誤差〔包括尺寸分散和形狀誤差都存在復(fù)映現(xiàn)象。如果我們知道了某加工工序的復(fù)映系數(shù),就可以通過測量毛坯的誤差值來估算加工后工件的誤差值。討論：增加走刀次數(shù),可減小誤差復(fù)映,提高加工精度,但生產(chǎn)率降低了。提高工藝系統(tǒng)剛度,對減小誤差復(fù)映系數(shù)具有重要意義。毛坯的各種形狀誤差〔圓度、圓柱度、同軸度、平面度等都會以一定的復(fù)映系數(shù),復(fù)映成工件的加工誤差。毛坯材料的不均勻,HB有變化,同樣會引起背向力的變化,產(chǎn)生加工誤差,分析方法同誤差復(fù)映規(guī)律。2．切削力作用位置變化對加工精度的影響1工件的剛度及其變形根據(jù)材料力學(xué)的撓度計(jì)算公式,其切削點(diǎn)工件的變形量為：yw=Fp<L-x>2x2/3EIL<4-1