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機械加工精度普通高等教育機電類“十三五”規(guī)劃教材機械制造工藝與裝備第六章01概 述機械產品質量與零件的加工質量、產品的裝配質量密切相關,保證機械產品質量是機械制造人員的首要任務。零件的加工質量將直接影響產品的性能、效率、壽命及可靠性等質量指標,它是保證產品制造質量的基礎。零件的加工質量包括機械加工精度和加工表面質量兩個方面。概述指機械加工后零件表面的實際形狀與理想形狀的符合程度。形狀精度指機械加工后零件各表面間實際位置與理想位置的符合程度。位置精度概述指機械加工后零件的直徑、長度和表面間距離等尺寸的實際值與理想值的符合程度。尺寸精度原始誤差中一部分與工藝系統(tǒng)的初始狀態(tài)有關,一部分與加工過程有關。影響加工精度的原始誤差主要有:(1)與工藝系統(tǒng)的初始狀態(tài)有關的原始誤差(幾何誤差),包括加工原理誤差、調整誤差、測量誤差和機床、刀具、夾具的制造誤差,它們在切削加工前已經存在。(2)與工藝系統(tǒng)加工過程有關的原始誤差(動誤差),包括切削力及其他力引起的受力變形、切削熱引起的受熱變形,以及刀具磨損、測量誤差和殘余應力引起的變形。概述概述以外圓車削為例(見圖6-1)分析原始誤差與加工誤差的關系。單因素分析法為簡單起見,一般不考慮其他因素的同時作用,而研究某一確定因素對加工精度的影響。通過分析、計算、測試得到該因素與加工誤差間的關系。統(tǒng)計分析法針對批量生產的工件的實測數(shù)據(jù),運用數(shù)理統(tǒng)計方法進行數(shù)據(jù)處理,找出誤差出現(xiàn)的規(guī)律,判斷誤差的性質,用于控制加工質量。概述02工藝系統(tǒng)的幾何誤差在機械加工的每一個工序中,總要對工藝系統(tǒng)進行調整。調整誤差測量誤差是工件的測量尺寸與實際尺寸的差值。測量誤差工藝系統(tǒng)的幾何誤差加工原理誤差是指由于采用了近似的成形運動或近似的切削刃輪廓進行加工而產生的誤差。加工原理誤差主軸回轉誤差1)主軸回轉誤差及其對加工精度的影響2)影響主軸回轉精度的因素3)提高主軸回轉精度的措施工藝系統(tǒng)的幾何誤差導軌導向誤差1)導軌導向誤差對加工精度的影響2)引起導軌誤差的原因傳動鏈的傳動誤差傳動鏈的傳動誤差是指內聯(lián)系的傳動鏈中首、末兩端傳動元件之間相對運動的誤差,一般用傳動鏈末端元件的轉角誤差來衡量。有些加工方法(如車螺紋、滾齒、插齒),要求刀具與工件之間必須具有嚴格的傳動比關系(例如單頭滾刀加工直齒時,要求滾刀轉一轉,工件轉過一個齒),機床傳動鏈的傳動誤差是影響這類表面加工精度的主要原因之一。工藝系統(tǒng)的幾何誤差不同種類刀具的誤差對加工精度的影響不同。(1)定尺寸刀具(如鉆頭、鉸刀、鍵槽銑刀、鏜刀塊、圓拉刀等)的尺寸誤差將直接影響工件的尺寸精度。(2)成形刀具(如成形車刀、成形銑刀、齒輪模數(shù)銑刀、成形砂輪等)的形狀誤差將直接影響工件的形狀精度。(3)展成刀具(如滾齒刀、花鍵滾刀、插齒刀等)的切削刃形狀是加工表面的共軛曲線,因此,切削刃的形狀誤差會影響加工表面的形狀精度。(4)一般刀具(如車刀、鏜刀、銑刀等)的制造誤差對工件加工精度無直接影響,但這類刀具容易磨損。工藝系統(tǒng)的幾何誤差定位元件、刀具導向元件、分度機構、夾具體等的制造誤差。夾具元件裝配后工作面間的相對尺寸誤差。夾具在使用過程中工作表面的磨損。工藝系統(tǒng)的幾何誤差03工藝系統(tǒng)的受力變形工藝系統(tǒng)的受力變形車削細長軸時,工件在切削力作用下的彎曲變形使加工后的軸產生鼓形的圓柱度誤差,如圖6-15(a)所示。在內圓磨床上用橫向切入法磨孔時,磨出的孔會產生帶有錐度的圓柱度誤差,如圖6-15(b)所示。在車床上加工短軸時,工藝系統(tǒng)剛度變化不大,可近似看作常數(shù)。切削力大小變化——誤差復映現(xiàn)象夾緊力引起的加工誤差、重力引起的加工誤差、慣性力引起的加工誤差。其他力引起的加工誤差工藝系統(tǒng)的受力變形切削過程中,工藝系統(tǒng)的剛度會隨切削力作用點位置的變化而變化,因此工藝系統(tǒng)受力變形也隨之變化,引起工件形狀誤差。切削力作用點位置變化引起的形狀誤差提高連接表面的接觸剛度由于部件的接觸剛度大大低于實體本身的剛度,所以提高接觸剛度是提高工藝系統(tǒng)剛度的關鍵,特別是對機床設備,提高其連接表面的接觸剛度,是提高機床剛度最簡便、最有效的方法。工藝系統(tǒng)的受力變形常用的方法是提高工藝系統(tǒng)主要零件接合表面的配合質量,比如,機床導軌副、頂尖錐體與主軸和尾座套筒錐孔、頂尖與中心孔等配合面采用刮研與研磨,以提高配合表面的形狀精度,減小表面粗糙度值,使實際接觸面增加,從而有效地提高接觸剛度。工藝系統(tǒng)的受力變形圖6-24(a)表示車削較長工件時,采用中心架增加支承;圖6-24(b)表示車細長軸時,采用跟刀架增加支承,都用來提高工件切削時的剛度。工藝系統(tǒng)的受力變形圖6-25(a)所示是在轉塔車床上采用固定導向支承套,圖6-25(b)所示是采用轉動導向支承套,用加強桿和導向支承套來提高部件的剛度。減小載荷及其變化采取適當?shù)墓に嚧胧?,比如增大前角、讓主偏角接?0°,適當減小進給量和背吃刀量,以減小切削力,尤其是法向切削力。合理裝夾工件(尤其是薄壁工件),采取措施以減小夾緊變形。將毛坯分組,使一次調整中加工的毛坯余量比較均勻,就能減小切削力的變化和誤差復映。工藝系統(tǒng)的受力變形內應力是由金屬內部相鄰組織不均勻的體積變化造成的。促成這種不均勻體積變化的因素主要來自冷、熱加工。工藝系統(tǒng)的受力變形04工藝系統(tǒng)的受熱變形工藝系統(tǒng)的熱源熱總是由高溫處向低溫處傳遞。熱的傳遞有三種方式:傳導、對流和輻射。工藝系統(tǒng)的熱源可分為內部熱源和外部熱源兩大類。內部熱源主要是切削熱和摩擦熱,其熱量主要以熱傳導的形式傳遞。外部熱源是來自工藝系統(tǒng)外部的以對流傳熱為主要形式的環(huán)境熱(與氣溫變化、通風、空氣對流和周圍環(huán)境等有關)和以輻射傳熱為主要形式的輻射熱(由陽光、照明、暖氣設備等發(fā)出的輻射熱)。工藝系統(tǒng)的受熱變形熱平衡與溫度場工藝系統(tǒng)在工作狀態(tài)下,一方面經受各種熱源的作用,溫度會逐漸升高;另一方面,也通過各種傳熱方式向周圍介質散發(fā)熱量。當工件、刀具和機床的溫度升到某一數(shù)值時,單位時間內傳出和傳入的熱量接近相等,這時工藝系統(tǒng)就達到了熱平衡狀態(tài)。在熱平衡狀態(tài)下,工藝系統(tǒng)各部分的溫度保持在某一相對固定的數(shù)值上,因而各部分的熱變形也相應地趨于穩(wěn)定。工藝系統(tǒng)的受熱變形工件熱變形使工件產生熱變形的熱源主要是切削熱。對于精密零件,環(huán)境溫度和局部日光等外部熱源的輻射熱也不容忽視。刀具熱變形使刀具產生熱變形的熱源主要是切削熱。切削熱傳入刀具的比例雖然不大(車削時為5%左右),但由于熱量集中在切削部分,且刀具體積小,熱容量小,所以刀具切削部分的溫升仍較高。工藝系統(tǒng)的受熱變形機床熱變形使機床產生熱變形的熱源主要是摩擦熱和外界傳入的熱量。機床各部件由于體積都比較大,熱容量大,因此其溫升一般不大?!啊惫に囅到y(tǒng)的受熱變形對發(fā)熱量大且既不能從機床內部移出,又不便隔熱的熱源,可采用強制式的風冷、水冷等散熱措施。改善散熱條件在外移熱源時,還應注意考慮均衡溫度場的問題。均衡溫度場工藝系統(tǒng)的受熱變形為了減小切削熱,應選用合適的切削用量和刀具幾何參數(shù)。減少熱源的發(fā)熱和隔離熱源工藝系統(tǒng)的受熱變形圖6-33所示為雙端面磨床改進后的主軸結構,主軸1因軸承發(fā)熱而向左伸長時,套筒3則向右伸長,帶動整個主軸向右移動,兩個方向的熱變形可以相互抵消。05加工誤差的統(tǒng)計分析系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差可分為常值系統(tǒng)誤差和變值系統(tǒng)誤差。隨機誤差在順序加工一批工件時,加工誤差的大小和方向都是隨機變化的,稱為隨機誤差。加工誤差的系統(tǒng)分析加工誤差的系統(tǒng)分析①無變值性系統(tǒng)誤差(或有但不顯著):②各隨機誤差之間是相互獨立的;③在隨機誤差中沒有一個是起主導作用的誤差因素。正態(tài)分布加工誤差的系統(tǒng)分析在影響加工誤差的諸多因素中,如果砂輪或刀具的磨損比較顯著,變值系統(tǒng)誤差將占主導地位,則所得一批工件的尺寸將呈現(xiàn)平頂分布,如圖6-38(b)所示。加工誤差的系統(tǒng)分析加工軸時寧大勿小,故曲線凸峰偏向右;加工孔時寧小勿大,故曲線凸峰偏向左,如圖6-38(d)所示。分布圖分析法的應用1)判斷加工誤差性質2)確定工序能力及其等級3)確定合格品率及不合格品率加工誤差的系統(tǒng)分析點圖的基本形式點圖分析法所采用的樣本是順序小樣本,即每隔一定時間抽取樣本容量n=5~10的小樣本。點圖上、下控制限確定x-R圖上、下控制限,首先需要知道樣本均值x和樣本極差R的分布規(guī)律。加工誤差的系統(tǒng)分析加工誤差的系統(tǒng)分析表6-5所示是根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計學原理確定的正常波動與異常波動的標志。06提高加工精度的途徑直接減小原始誤差直接減小原始誤差是提高零件加工精度的基本方法。在查明影響加工精度的主要原始誤差因素之后,設法對其直接進行消除或減小。轉移原始誤差誤差轉移法是把影響工件加工精度的原始誤差轉移到誤差非敏感方向或轉移到其他零部件上。提高加工精度的途徑均分原始誤差生產中會出現(xiàn)這樣的情況:由于毛坯或上一道工序的加工誤差較大,引起了很大的誤差復映或定位誤差,造成本工序的加工誤差超差。均化原始誤差有些誤差如導軌的直線度、傳動鏈的傳動誤差、刀具的誤差,是根據(jù)局部的最大誤差值來判定的。提高加工精度的途徑誤差補償技術誤差補償就是人為增加一個誤差源,使其與原

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