機械加工工藝學課件

機械加工工藝學課件第一頁，共88頁。機械制造工藝學第2章機械加工精度及其控制AnalysisandControlofMachiningPrecision2.1

概述IntroductiontoMachiningPrecision2第二頁，共88頁。2.1.1機械加工精度

尺寸精度形狀精度位置精度（通常形狀誤差限制在位置公差內(nèi)，位置公差限制在尺寸公差內(nèi)）表面粗糙度波度紋理方向傷痕（劃痕、裂紋、砂眼等）加工精度表面質(zhì)量表面幾何形狀精度表面缺陷層表層加工硬化表層金相組織變化表層殘余應力加工質(zhì)量加工質(zhì)量包含的內(nèi)容3第三頁，共88頁。2.1.1機械加工精度

加工精度：零件加工后實際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)（尺寸、形狀和表面間的相互位置）符合程度。

加工誤差：零件的實際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)的偏差。

加工精度內(nèi)容：

尺寸精度形狀精度位置精度

尺寸精度、形狀精度和位置精度三者之間關(guān)系：通常形狀公差限制在位置公差內(nèi)，而位置誤差一般限制在尺寸公差之內(nèi)。當尺寸精度要求高時，相應的位置精度、形狀精度也要求高。但形狀精度或位置精度要求高時，相應的尺寸精度不一定要求高，這要根據(jù)零件的功能要求來決定。4第四頁，共88頁。工件相對于刀具運動狀態(tài)下的誤差主軸回轉(zhuǎn)誤差導軌導向誤差傳動誤差引起加工誤差的根本原因是工藝系統(tǒng)存在著誤差，將工藝系統(tǒng)的誤差稱為原始誤差。2.1.2影響加工精度的原始誤差及分類

原始誤差與工藝系統(tǒng)原始狀態(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(動誤差)原理誤差定位誤差調(diào)整誤差刀具誤差夾具誤差機床誤差工藝系統(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量誤差工件殘余應力引起的變形工件相對于刀具靜止狀態(tài)下的誤差原始誤差——原始誤差分類原始誤差構(gòu)成5第五頁，共88頁。2.1.2影響加工精度的原始誤差及分類

活塞銷孔精鏜工序中的原始誤差定位誤差F設(shè)計基準定位基準熱變形對刀誤差夾緊誤差菱形銷導軌誤差6第六頁，共88頁。2.1.3誤差敏感方向

圖中：ΔRΔYRRΔR=ΔX顯然：工藝系統(tǒng)原始誤差方向不同，對加工精度的影響程度也不同。對加工精度影響最大的方向，稱為誤差敏感方向。誤差敏感方向一般為已加工表面過切削點的法線方向。誤差敏感方向ＯYR0Xa）ＯYR0Xb）7第七頁，共88頁。2.1.4研究加工質(zhì)量的方法

◆理論方法：運用物理學和力學原理，分析研究某一個或某幾個因素對加工精度或表面質(zhì)量的影響?！粼囼灧椒ǎ和ㄟ^試驗或測試，確定影響各因素與加工質(zhì)量指標之間的關(guān)系?！艚y(tǒng)計分析方法：運用數(shù)理統(tǒng)計原理和方法，根據(jù)被測質(zhì)量指標的統(tǒng)計性質(zhì)，對工藝過程進行分析和控制。物理方法數(shù)學方法實際生產(chǎn)中上述兩種方法常常結(jié)合起來應用。8第八頁，共88頁。2.1.5全面質(zhì)量管理（TQM）

一個組織以質(zhì)量為中心，以全員參與為基礎(chǔ)，通過讓顧客滿意和本組織成員及社會受益而達到長期成功的管理途徑。質(zhì)量第一一切為用戶服務質(zhì)量形成于生產(chǎn)全過程質(zhì)量好壞憑數(shù)據(jù)說話預防為主，防檢結(jié)合以人為本動態(tài)管理全面質(zhì)量管理概念全面質(zhì)量管理基本觀點9第九頁，共88頁。2.1.5全面質(zhì)量管理（TQM）

ISO9000質(zhì)量標準ISO9000族質(zhì)量標準相互關(guān)系指導性文件認證標準基礎(chǔ)性文件名詞術(shù)語ISO9000ISO9002ISO9001ISO9003ISO9004ISO8402ISO9000是國際標準化組織（ISO）制定的質(zhì)量標準體系，它由一系列質(zhì)量標準組成，其中最主要和應用最廣泛的有6項標準，各項質(zhì)量標準之間的關(guān)系如圖所示。10第十頁，共88頁。2.1.5全面質(zhì)量管理（TQM）

ISO9000質(zhì)量體系認證可以對ISO9001、ISO9002和ISO9003中任意一個進行認證。這3個認證標準在內(nèi)容上是逐次包容的。設(shè)計合同采購管理職責文件培訓統(tǒng)計服務質(zhì)量系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)品標記跟蹤檢測試驗檢驗裝置檢驗記錄不合格品處理交貨質(zhì)量記錄內(nèi)部控制改進活動過程控制ISO9001（20項）ISO9001、ISO9002、ISO9003之間的關(guān)系ISO9002（18項）ISO9003（12項）11第十一頁，共88頁。機械制造工藝學2.2

工藝系統(tǒng)幾何精度對加工精度的影響GeometricPrecisionsofTechnologicalSystemanditsinfluencetomachiningPrecision第2章機械加工精度及其控制AnalysisandControlofMachiningPrecision12第十二頁，共88頁。加工原理誤差是指采用了近似的成型運動或近似的刀刃輪廓進行加工而產(chǎn)生的誤差。2.2.1加工原理誤差

式中R——球頭刀半徑；

h——允許的殘留高度。又如用阿基米德蝸桿滾刀滾切漸開線齒輪例如在數(shù)控銑床上采用球頭刀銑削復雜形面零件（見圖）SRh空間曲面數(shù)控加工加工原理誤差采了近的成型運動或近的刀刃輪廓，常常可以簡化機床結(jié)構(gòu)或刀具形狀，或可提高生產(chǎn)率，有時還可得到較高加工精度。故在生產(chǎn)中廣泛采用，其前提是原理誤差不超過規(guī)定精度要求（通常原理誤差不超過10～15％工件公差）。13第十三頁，共88頁。2.2.2調(diào)整誤差

測量誤差試切時與正式切削時切削厚度不同造成的誤差機床進給機構(gòu)的位移誤差定程機構(gòu)誤差樣件或樣板誤差測量有限試件造成的誤差和試切法有關(guān)的誤差a）b）試切法與調(diào)整法試切法（圖a）調(diào)整法（圖b）14第十四頁，共88頁。導軌副運動件實際運動方向與理想運動方向的偏差包括：導軌在水平面內(nèi)的直線度，導軌在垂直面內(nèi)的直線度，前后導軌平行度（扭曲），導軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線的平行度（或垂直度）等

導軌導向誤差對加工精度的影響導軌水平面內(nèi)直線度誤差：誤差敏感方向，影響顯著導軌垂直面內(nèi)直線度誤差：誤差非敏感方向，影響小導軌扭曲：對加工精度的影響顯著（圖）導軌扭曲引起的加工誤差HδΔRDγBXYΔX2.2.3機床誤差

導軌導向誤差

導軌導向誤差概念15第十五頁，共88頁。

導軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線位置誤差對加工精度的影響2.2.3機床誤差

成形運動間位置誤差對外圓和端面車削的影響fαZΔzΔzαc）HyR0fXZLfdD－ΔdΔxa）b）16第十六頁，共88頁。機床坐標系：O－i,j,k，床鞍坐標系：O1－i1,j1,k1，

工件坐標系：O2－i2,j2,k2，

P為工件上一點若無導向誤差，床鞍在x處，P點坐標：（x2,y2,z2）＝（x1,y1,z1）＝（x1+x,y1,z1）若存在導向誤差α（繞i轉(zhuǎn)角），P點坐標：2.2.3機床誤差

導軌導向誤差理論分析方法也可寫成：式中為變換矩陣，同理可得到繞i轉(zhuǎn)β角、繞k轉(zhuǎn)γ角的變換矩陣，最后有：導軌導向誤差分析jikk1,k2i1,i2j1,j2OO1,O2Px17第十七頁，共88頁。2.2.3機床誤差

由于α、β、γ

數(shù)值很小，有：sinα=α，

sinβ

=β，

sinγ

=γ，cosα=cosβ

=cosγ=1，αβ=βγ=γα=0，3個旋轉(zhuǎn)坐標矩陣相乘與順序無關(guān)，于是可得到：不考慮平移誤差，P點由角位移引起的線性誤差：綜合考慮導向誤差及進給系統(tǒng)線性位移誤差，可得到：18第十八頁，共88頁。2.2.3機床誤差

【例】用上述公式求解車床導軌扭曲對加工誤差的影響【解】車床車削外圓表面，Δz不產(chǎn)生加工誤差，Δy產(chǎn)生的加工誤差可忽略不計（誤差非敏感方向）。僅考慮導軌扭曲，則Δxt=0。于是得到加工誤差：ΔR＝Δxr＝-γy1＋βz1取刀尖為P點，有：導軌扭曲引起的加工誤差HδΔRDγBXYΔX又：于是可得到：代入上式得到：ΔR＝γH19第十九頁，共88頁。

影響導軌導向精度的主要因素2.2.3機床誤差

機床制造誤差

機床安裝誤差

導軌磨損20第二十頁，共88頁。2.2.3機床誤差

主軸回轉(zhuǎn)誤差是指主軸實際回轉(zhuǎn)線對其理想回轉(zhuǎn)軸線的漂移。為便于研究，可將主軸回轉(zhuǎn)誤差分解為徑向圓跳動、端面圓跳動和傾角擺動三種基本型式。主軸回轉(zhuǎn)誤差b）端面圓跳動a）徑向圓跳動c）傾角擺動主軸回轉(zhuǎn)誤差基本形式

主軸回轉(zhuǎn)誤差概念21第二十一頁，共88頁。2.2.3機床誤差

主軸回轉(zhuǎn)誤差對加工精度的影響

主軸徑向圓跳動對加工精度的影響（鏜孔）考慮最簡單的情況，主軸回轉(zhuǎn)中心在X方向上作簡諧直線運動，其頻率與主軸轉(zhuǎn)速相同，幅值為2e。則刀尖的坐標值為：e徑向跳動對鏜孔精度影響式中R——刀尖回轉(zhuǎn)半徑；

φ——主軸轉(zhuǎn)角。顯然，上式為一橢圓。22第二十二頁，共88頁。徑向跳動對車外圓精度影響123456782.2.3機床誤差

仍考慮最簡單的情況，主軸回轉(zhuǎn)中心在X方向上作簡諧直線運動，其頻率與主軸轉(zhuǎn)速相同，幅值為2e。則刀尖運動軌跡接近于正圓（圖）。思考：主軸回轉(zhuǎn)中心在X方向上作簡諧直線運動，其頻率為主軸轉(zhuǎn)速兩倍，被車外圓形狀如何？

結(jié)論：主軸徑向跳動影響加工表面的圓度誤差e

主軸徑向圓跳動對加工精度的影響（車外圓）23第二十三頁，共88頁。2.2.3機床誤差

主軸端面圓跳動對加工精度的影響被加工端面不平，與圓柱面不垂直（如主軸回轉(zhuǎn)一周，端面跳動一次，加工出的端面近似螺旋面）加工螺紋時，產(chǎn)生螺距周期性誤差。

主軸傾角擺動對加工精度的影響與主軸徑向跳動影響類似，不僅影響圓度誤差，而且影響圓柱度誤差。2πφπSΔx主軸端面跳動引起螺距加工周期誤差24第二十四頁，共88頁。AB2.2.3機床誤差

影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素內(nèi)外滾道圓度誤差、滾動體形狀及尺寸誤差軸徑不圓引起車床主軸徑向跳動

滑動軸承鏜床——軸承孔不圓引起鏜床主軸徑向跳動軸承孔不圓引起鏜床主軸徑向跳動

滾動軸承車床——軸徑不圓引起車床主軸向跳動（注意其頻率特性）靜壓軸承——對軸承孔或軸徑圓度誤差起均化作用25第二十五頁，共88頁。2.2.3機床誤差

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）Δ≈0Δ止推軸承端面誤差對主軸軸向竄動的影響

影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素26第二十六頁，共88頁。2.2.3機床誤差

傳統(tǒng)測量方法存在問題

主軸回轉(zhuǎn)誤差的測量傳統(tǒng)測量方法a)b)主軸回轉(zhuǎn)誤差測量法1—擺動盤2，4—傳感器3—精密測球5—放大器6—示波器

準確測量方法包含心軸、錐孔誤差在內(nèi)非運動狀態(tài)。27第二十七頁，共88頁。2.2.3機床誤差

提高主軸部件制造精度對滾動軸承進行預緊使主軸回轉(zhuǎn)精度不反映到工件上

提高主軸回轉(zhuǎn)精度的措施

磨床采用死頂尖支承用鏜模鏜孔28第二十八頁，共88頁。

機床傳動誤差對加工精度的影響齒輪機床傳動鏈z7=z8=16z1=64zn=96z5=z6=23z3=z4=23bz2=16zn-1=1icefacd以齒輪機床傳動鏈為例：式中Δφn

——傳動鏈末端元件轉(zhuǎn)角誤差；

kj——第j個傳動元件的誤差傳遞系數(shù)，表明第j個傳動元件對末端元件轉(zhuǎn)角誤差影響程度，其數(shù)值等于該元件至末端元件的傳動比；

ωn

——傳動鏈末端元件角速度；

αj——第j個傳動元件轉(zhuǎn)角誤差的初相角。2.2.3機床誤差

機床傳動誤差29第二十九頁，共88頁?？s短傳動鏈長度提高末端元件的制造精度與安裝精度采用降速傳動采用頻譜分析方法，找出影響傳動精度的誤差環(huán)節(jié)對傳動誤差進行補償末端元件轉(zhuǎn)角誤差傳動鏈誤差的頻譜分析a)ΔφΣφnA1A2Aib)ω（頻率）A（幅值）ω1ω2ωi

提高傳動精度措施2.2.3機床誤差

30第三十頁，共88頁。末端元件轉(zhuǎn)角誤差2.2.3機床誤差

絲扛加工誤差補償裝置1—工件2—螺母3—母絲杠4—杠桿5—校正尺6—觸頭7—校正曲線

附加位移螺母附加轉(zhuǎn)動31第三十一頁，共88頁。2.2.4夾具制造誤差與磨損

L±0.05φ6F7φ10F7k6φ20H7g6YZ鉆孔夾具誤差分析夾具誤差影響加工位置精度。與夾具有關(guān)的影響位置誤差因素包括：

通常要求定位誤差和夾具制造誤差不大于工件相應公差的1/3。1）定位誤差；2）刀具導向（對刀）誤差；3）夾緊誤差；4）夾具制造誤差；5）夾具安裝誤差；……32第三十二頁，共88頁。2.2.5刀具制造誤差與磨損

定尺寸刀具（鉆頭、絞刀、鍵槽銑刀、浮動鏜刀塊、拉刀等）尺寸誤差影響加工尺寸誤差成形刀具和展成刀具形狀誤差影響加工形狀誤差刀具磨損影響加工尺寸誤差或形狀誤差車刀后刀面磨損對加工尺寸影響刀具磨損過程33第三十三頁，共88頁。機械制造工藝學2.3

工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響StaticStiffnessofTechnologicalSystemanditsinfluencetomachiningPrecision第2章機械加工精度及其控制AnalysisandControlofMachiningPrecision34第三十四頁，共88頁。在加工誤差敏感方向上工藝系統(tǒng)所受外力與變形量之比2.3.1基本概念

工藝系統(tǒng)剛度定義式中k——工藝系統(tǒng)剛度；

Fp——吃刀抗力；

Δx——工藝系統(tǒng)位移（切削合力作用下的位移）。

工藝系統(tǒng)受力變形工藝系統(tǒng)受力變形引起加工誤差35第三十五頁，共88頁。2.3.2工藝系統(tǒng)剛度計算

式中k——工藝系統(tǒng)剛度；

kjc

——機床剛度；

kjj——夾具剛度；

kd——刀具剛度；

kg——工件剛度。工藝系統(tǒng)受力變形等于工藝系統(tǒng)各組成部分受力變形之迭加。由此可導出工藝系統(tǒng)剛度與工藝系統(tǒng)各組成部分剛度之間的關(guān)系：

工藝系統(tǒng)剛度計算公式

工藝系統(tǒng)剛度計算說明工件、刀具形狀簡單時，其剛度可用材料力學公式計算對機床部件、夾具等，其剛度多采用實驗方法確定計算時可適當簡化（忽略變形小的部分）36第三十六頁，共88頁。

機床變形引起的加工誤差2.3.3工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響

式中xjc

——機床總變形；

Fp

——吃刀抗力；

ktj——機床前頂尖處剛度；

kwz——機床后頂尖處剛度；

kdj

——機床刀架剛度；

L——工件全長；

z——刀尖至工件左端距離。變形隨受力點變化規(guī)律xtjxwzxdjΔxFpAA′BB′CC′zLFAFBxz切削力作用點位置變化引起工件形狀誤差37第三十七頁，共88頁。2.3.3工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響

機床誤差使工件加工后成鞍形機床受力變形引起的加工誤差

工件變形引起的加工誤差式中xg

——工件變形；

E——工件材料彈性模量；

I——工件截面慣性矩；

Fp，L，z——含義同前。由于工件變形，使工件加工后成鼓形工件受力變形引起的加工誤差38第三十八頁，共88頁。

機床變形和工件變形共同引起的加工誤差

工藝系統(tǒng)剛度2.3.3工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響

根據(jù)上式，測得了車床前頂尖、尾頂尖、刀架三個部件的剛度，以及確定了工件的材料和尺寸，就可按z值，估算車削圓軸時工藝系統(tǒng)的剛度及不同處工件半徑的變化。立式車床、龍門刨床、龍門銑床等的橫梁及刀架，大型鏜銑床滑枕內(nèi)的主軸等，其剛度均隨刀架位置或滑枕伸出長度不同而異，可參照上例方法分析進行。39第三十九頁，共88頁。式中Δg

——工件圓度誤差；

Δm

——毛坯圓度誤差；

k——工藝系統(tǒng)剛度；

ε——誤差復映系數(shù)。以橢圓截面車削為例說明誤差復映現(xiàn)象ap1Δ1ap2Δ2毛坯外形工件外形由于工藝系統(tǒng)受力變形，使毛坯誤差部分反映到工件上，此種現(xiàn)象稱為“誤差復映”2.3.3工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響

切削力大小變化引起的加工誤差誤差復映40第四十頁，共88頁。誤差復映系數(shù)機械加工中，誤差復映系數(shù)通常小于1?？赏ㄟ^多次走刀，消除誤差復映的影響。2.3.3工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響

誤差復映程度可用誤差復映系數(shù)來表示，誤差復映系數(shù)與系統(tǒng)剛度成反比。由前面公式可得：以上分析可知，工件毛坯有形狀誤差或相互位置誤差時，加工后會有同類加工誤差出現(xiàn)。在成批生產(chǎn)中用調(diào)整法加工一批工件時，如毛坯直徑大小不一或硬度不均勻，同樣會有類似情況發(fā)生。以上分析僅考慮靜剛度，實際上加工過程受多種因素影響，例如毛坯的橢圓形及相應切深變化，使均值切削力迭加有頻率為2倍于工件轉(zhuǎn)速的簡諧激振力，并使系統(tǒng)產(chǎn)生強迫振動。因而實際結(jié)果會與上述分析有所不同。41第四十一頁，共88頁。

夾緊力影響a）b）薄壁套夾緊變形薄壁工件磨削例：薄壁套夾緊變形解決：加開口套又例：薄壁工件磨削解決：加橡皮墊2.3.3工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響

夾緊力、重力引起的加工誤差42第四十二頁，共88頁。龍門銑橫梁變形例：龍門銑橫梁龍門銑橫梁變形轉(zhuǎn)移龍門銑橫梁變形補償

重力影響2.3.3工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響

解決1：重量轉(zhuǎn)移

解決2：變形補償43第四十三頁，共88頁。

傳動力影響理論上不會產(chǎn)生圓度誤差（但會產(chǎn)生圓柱度誤差）易會引起強迫振動解決：雙銷傳動2.3.3工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響

傳動力對加工精度的影響zlRXYFpFcFcdFcdxφra）O′O″r0XYFpAFcdrcd=Fcd/kcOFcFc/kcFp/kcb）傳動力和慣性力引起的加工誤差

慣性力影響與傳動力類似解決：靜動平衡44第四十四頁，共88頁。車床刀架變形曲線ΔX（μm）10203040500123F（KN）2.3.4機床部件剛度非線形關(guān)系，不完全是彈性變形加載和卸載曲線不重合，所圍面積表示克服摩擦和接觸塑性變形所作功存在殘余變形，反復加載卸載后殘余變形→0機床部件剛度比按實體估算值小許多，表明其變形受多種因素影響機床部件變形曲線

刀架部件變形曲線特點

刀架部件平均剛度由于剛度曲線非線形，取剛度曲線兩端點連線的斜率表示——平均剛度45第四十五頁，共88頁。2.3.4機床部件剛度式中c,m——與接觸面材料、表面狀況有關(guān)的系數(shù)和指數(shù)；

p——表面壓強。組成件的實體剛度——受力產(chǎn)生拉伸、壓縮、彎曲變形；特別是薄弱件（楔條、軸套等）影響較大連接表面接觸變形——其大小與接觸面壓強有關(guān)結(jié)合面間隙零件表面摩擦力的影響影響機床部件剛度因素接觸變形曲線xOppΔpxΔx接觸剛度：46第四十六頁，共88頁。2.3.5減小受力變形對加工精度影響措施合理設(shè)計零部件結(jié)構(gòu)和截面形狀提高工藝系統(tǒng)剛度封閉整體箱形結(jié)構(gòu)47第四十七頁，共88頁。2.3.5減小受力變形對加工精度影響措施提高連接表面接觸剛度（↓表面粗糙度，改進接觸質(zhì)量，予加載荷）支座零件不同安裝方法轉(zhuǎn)塔車床導向桿提高工藝系統(tǒng)剛度減小載荷及其變化變形轉(zhuǎn)移、補償和校正采用輔助支承（中心架，跟刀架，鏜桿支承等）采用合理裝夾和加工方式48第四十八頁，共88頁。2.3.6工件殘余應力引起的變形鑄件殘余應力引起變形冷校直引起的殘余應力壓拉加載壓壓拉拉卸載設(shè)計合理零件結(jié)構(gòu)粗、精加工分開避免冷校直時效處理殘余應力來源毛坯制造和熱處理產(chǎn)生的殘余應力減小殘余應力措施冷校直帶來的殘余應力切削加工帶來的殘余應力49第四十九頁，共88頁。機械制造工藝學2.4

工藝系統(tǒng)熱變形及其對加工精度的影響HeatDeformationofTechnologicalSystemandit’sEffecttomachiningPrecision第2章機械加工精度及其控制AnalysisandControlofMachiningPrecision50第五十頁，共88頁。2.4.1概述

在精密加工和大件加工中，工藝系統(tǒng)熱變形引起的加工誤差占總誤差的約40～70%溫度場——工藝系統(tǒng)各部分溫度分布熱平衡——單位時間內(nèi)，系統(tǒng)傳入的熱量與傳出的熱量相等，系統(tǒng)各部分溫度保持在一相對穩(wěn)定的數(shù)值上溫度場與熱平衡研究——目前以實驗研究為主工藝系統(tǒng)熱源內(nèi)部熱源外部熱源切削熱摩擦熱環(huán)境熱源輻射熱工藝系統(tǒng)熱變形工藝系統(tǒng)熱源溫度場與工藝系統(tǒng)熱平衡51第五十一頁，共88頁。

圓柱類工件熱變形5級絲杠累積誤差全長≤5μm，可見熱變形的嚴重性式中ΔL，ΔD——長度和直徑熱變形量；

L，D——工件原有長度和直徑；

α——工件材料線膨脹系數(shù)；

Δt——溫升。長度：直徑：例：長400mm絲杠，加工過程溫升1℃，熱伸長量為：2.4.2工件熱變形對加工精度影響

工件均勻受熱52第五十二頁，共88頁。式中ΔX——變形撓度；

L，S——工件原有長度和厚度；

α——工件材料線膨脹系數(shù)；

Δt——溫升。

板類工件單面加工時的熱變形平面加工熱變形ΔXφ/4φLS此值已大于精密導軌平直度要求結(jié)果：加工時上表面升溫，工件向上拱起，磨削時將中凸部分磨平，冷卻后工件下凹。例：高600mm，長2000mm的床身，若上表面溫升為3℃，則變形量為：2.4.2工件熱變形對加工精度影響

工件不均勻受熱53第五十三頁，共88頁。2.4.3刀具熱變形對加工精度影響

體積小，熱容量小，達到熱平衡時間較短溫升高，變形不容忽視（達0.03～0.05mm）

特點

變形曲線式中ξ——熱伸長量；

ξmax——達到熱平衡熱伸長量；

τ——切削時間；

τc

——時間常數(shù)（熱伸長量為熱平衡熱伸長量約63%的時間，常取3～4分鐘）。τ(min)車刀熱變形曲線連續(xù)切削升溫曲線冷卻曲線間斷切削升溫曲線ξ（μm）ξmaxτb0τc0.63ξmax刀具熱變形54第五十四頁，共88頁。2.4.4機床熱變形對加工精度影響

體積大，熱容量大，溫升不高，達到熱平衡時間長結(jié)構(gòu)復雜，溫度場和變形不均勻，對加工精度影響顯著運轉(zhuǎn)時間/h0123450150100200位移/μm20406080溫升/℃ΔYΔX前軸承溫升車床受熱變形a）車床受熱變形形態(tài)b）溫升與變形曲線機床熱變形特點車床熱變形55第五十五頁，共88頁。2.4.4機床熱變形對加工精度影響

立銑立式銑床、外圓磨床、導軌磨床受熱變形a）銑床受熱變形形態(tài)b）外圓磨床受熱變形形態(tài)c）導軌磨床受熱變形形態(tài)外圓磨導軌磨其他機床熱變形56第五十六頁，共88頁。2.4.5減小熱變形對加工精度影響的措施

例：磨床油箱置于床身內(nèi)，其發(fā)熱使導軌中凹解決：導軌下加回油槽平面磨床補償油溝又例：立式平面磨床立柱前壁溫度高，產(chǎn)生后傾。解決：采用熱空氣加熱立柱后壁均衡立柱前后壁溫度場

減少切削熱和磨削熱，粗、精加工分開。

充分冷卻和強制冷卻。

隔離熱源。減少熱源發(fā)熱和隔離熱源均衡溫度場57第五十七頁，共88頁。熱對稱結(jié)構(gòu)雙端面磨床主軸熱補償1—主軸2—殼體3—過渡套筒熱伸長方向采用合理結(jié)構(gòu)4.4.4減小熱變形對加工精度影響的措施

熱補償結(jié)構(gòu)（例主軸熱補償）加工中心熱對稱結(jié)構(gòu)立柱58第五十八頁，共88頁。支承距影響熱變形L1L2合理選擇裝配基準高速空運轉(zhuǎn)人為加熱恒溫人體隔離采用合理結(jié)構(gòu)4.4.4減小熱變形對加工精度影響的措施

加速達到熱平衡控制環(huán)境溫度車床主軸箱定位面位置選擇x-yΔxΔyΔy59第五十九頁，共88頁。機械制造工藝學2.5

加工誤差統(tǒng)計分析StatisticAnalysisofMachiningErrors第2章機械加工精度及其控制AnalysisandControlofMachiningPrecision60第六十頁，共88頁。2.5.1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?！?/p>

常值系統(tǒng)誤差——其大小和方向在一次加工中均不改變。如加工原理誤差，機床、夾具、刀具的制造誤差，工藝系統(tǒng)在均勻切削力作用下的受力變形，調(diào)整誤差，機床、夾具、量具的磨損等因素引起的加工誤差?！?/p>

變值系統(tǒng)誤差——誤差大小和方向按一定規(guī)律變化。如機床、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)誤差隨機誤差常值系統(tǒng)誤差變值系統(tǒng)誤差加工誤差統(tǒng)計特性61第六十一頁，共88頁。2.5.1加工誤差的性質(zhì)

在順序加工一批工件中，其大小和方向隨機變化的加工誤差隨機誤差是工藝系統(tǒng)中大量隨機因素共同作用而引起的隨機誤差服從統(tǒng)計學規(guī)律如毛坯余量或硬度不均，引起切削力的隨機變化而造成的加工誤差；定位誤差；夾緊誤差；殘余應力引起的變形等隨機誤差加工誤差的統(tǒng)計分析運用數(shù)理統(tǒng)計原理和方法，根據(jù)被測質(zhì)量指標的統(tǒng)計性質(zhì)，對工藝過程進行分析和控制。62第六十二頁，共88頁。2.5.2分布圖分析法

1）采集數(shù)據(jù)——樣本容量通常取n=50～2002）確定分組數(shù)、組距、組界、組中值①按下表初選分組數(shù)k′取整，d′→d③確定分組數(shù)k：④確定各組組界、組中值⑤統(tǒng)計各組頻數(shù)直方圖②確定組距d：n25～4040～6060～100100100～160160～250k678101112分組數(shù)k的選定63第六十三頁，共88頁。2.5.2分布圖分析法

直方圖-14.5-8.55-3.5x

y（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）計算樣本平均值和標準差:4）畫直方圖64第六十四頁，共88頁?！粽龖B(tài)分布

式中μ和σ分別為正態(tài)分布隨機變量總體平均值和標準差。平均值μ=0，標準差σ=1的正態(tài)分布稱為標準正態(tài)分布，記為：

x~N(0,1)概率論已經(jīng)證明，相互獨立的大量微小隨機變量，其總和的分布符合正態(tài)分布。大量實驗表明，在機械加工中，用調(diào)整法加工一批零件，當不存在明顯的變值系統(tǒng)誤差因素時，則加工后零件的尺寸近似于正態(tài)分布。

概率密度函數(shù)yF（z）正態(tài)分布曲線μ(z=0)x(z)0z-σ+σ2.5.2分布圖分析法

分布曲線65第六十五頁，共88頁。分布函數(shù)：令：利用上式，可將非標準正態(tài)分布轉(zhuǎn)換成標準正態(tài)分布進行計算，稱z為標準化變量，將z代入上式，有：2.5.2分布圖分析法

特征值：μ、σμxy0μ2μ3μ1xy0a）σ=0.5σ=1σ=2b）μ、σ對正態(tài)分布曲線的影響66第六十六頁，共88頁。◆非正態(tài)分布

xy0a）雙峰分布

雙峰分布：兩次調(diào)整下加工的工件或兩臺機床加工的工件混在一起xy0b）平頂分布xy0c）偏向分布

平頂分布：工件瞬時尺寸分布呈正態(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

偏向分布：如工藝系統(tǒng)存在顯著的熱變形，或試切法加工孔時寧小勿大，加工外圓時寧大勿小幾種非正態(tài)分布2.5.2分布圖分析法

67第六十七頁，共88頁?！粜挝徽`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、相鄰周節(jié)誤差等

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、直線與直線平行度、端面圓跳動誤差等（不考慮系統(tǒng)誤差）xy0差數(shù)模分布

瑞利綜合分布：上述誤差在考慮系統(tǒng)誤差的情況下，其誤差分布接近瑞利綜合分布瑞利分布xzy02.5.2分布圖分析法

68第六十八頁，共88頁。e000-0.280.26-0.26k11.221.731.141.171.173σ3σeT/2eT/2eT/2分布特征正態(tài)分布三角分布均勻分布瑞利分布偏態(tài)分布外尺寸內(nèi)尺寸

分布曲線

幾種常見誤差分布曲線e、k值2.5.2分布圖分析法

非正態(tài)分布的分散范圍

分布系數(shù)k：或式中W表示分散范圍（按概率99.73％計）

不對稱系數(shù)e：或式中e表示分布中心與分散范圍中心偏差69第六十九頁，共88頁?！襞袛嗉庸ば再|(zhì)判斷是否存在明顯變值系統(tǒng)誤差；判斷是否存在常值系統(tǒng)誤差，及常值系統(tǒng)誤差的大小?！舸_定工序能力

2.5.2分布圖分析法

分布圖應用

工序能力

工序能力系數(shù)

式中TU,TL——公差帶上、下限；

Δ——公差帶中心與誤差分布中心偏移距離；

σ——誤差分布的標準差。70第七十頁，共88頁。2.5.2分布圖分析法

y工藝能力系數(shù)符號含義μx03σ3σ公差帶TΔTUTL71第七十一頁，共88頁。工序能力等級工序能力系數(shù)工序等級說明

CP＞1.67特級工序能力過高1.67≥CP

＞1.33一級工序能力足夠1.33≥CP

＞1.00二級工序能力勉強1.00≥CP

＞0.67三級工序能力不足0.67≥CP

四級工序能力很差工序能力等級2.5.2分布圖分析法

CP表示工藝過程本身的能力，而工藝能力系數(shù)CPK則表示過程滿足技術(shù)要求的能力，實際上是“過程能力”與“管理能力”的綜合

72第七十二頁，共88頁。【例】2.5.2分布圖分析法

無心磨銷軸外圓，要求直徑，抽樣檢查尺寸接近正態(tài)分布，，試分析其加工質(zhì)量。φ12-0.016-0.03【解】1）作分布圖Q銷軸直徑尺寸分布圖11.95911.97411.989Δ11.95711.970511.984①提高工序能量（如改換高精度機床）②重新調(diào)整機床，使公差帶中心與分布中心盡可能接近查表2-5，有：F(z)=0.4772得：Q=0.5-0.4772=2.28%4）改進措施：3）計算不合格品率：2）計算工藝能力系數(shù)：73第七十三頁，共88頁。01234567樣組序號b）工件尺寸公差帶T控制限2.5.3點圖分析法

單值點圖工件序號c）AA′B′O′OB工件尺寸工件尺寸工件序號a差帶T控制限單值點圖74第七十四頁，共88頁。2.5.3點圖分析法

圖是控制圖和R控制圖聯(lián)合使用的統(tǒng)稱R圖：A2、D1、D2數(shù)值見教材79頁表2-8。圖表示樣組平均值，R表示樣組極差圖控制限圖：75第七十五頁，共88頁。2.5.3點圖分析法

◆工藝過程穩(wěn)定性

點子正常波動→工藝過程穩(wěn)定；點子異常波動→工藝過程不穩(wěn)定圖R圖UCL=19.67CL=8.900510樣組序號1520LCL=00510樣組序號1520x圖LCL=11.57UCL=21.89CL=16.73◆穩(wěn)定性判別圖分析沒有點子超出控制限大部分點子在中心線上下波動，小部分點子靠近控制限點子變化沒有明顯規(guī)律性（如上升、下降傾向，或周期性波動）同時滿足上述3條為穩(wěn)定

穩(wěn)定性判別統(tǒng)計學實質(zhì)——檢驗瞬時分布（短時間小樣本）特