機械制造工藝學 課件 項目2 機械加工精度分析

項目2機械加工精度分析機械制造工藝學(任務)目錄

任務2.1工藝系統(tǒng)制造誤差對加工精度的影響1

任務2.2工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響2

任務2.3工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響3任務2.5調(diào)整誤差的影響因素5任務2.4工件內(nèi)應力變形對加工精度的影響4任務2.6加工誤差的綜合分析6機械制造工藝學現(xiàn)對其工藝進行驗證，判斷工藝過程是否穩(wěn)定，查明產(chǎn)生加工誤差的影響因素，并提出改進措施。項目引入采用球面磨床磨削挺桿的球面Ｃ，技術要求是：球面Ｃ沿邊緣Ｂ檢查時的軸向圓跳動誤差不大于０.０５ｍｍ。機械制造工藝學任務2.1工藝系統(tǒng)制造誤差

對加工精度的影響2.1.1認識機械加工精度機械制造工藝學2.1.2加工原理誤差原理誤差是由于采用了近似的加工運動、近似輪廓形狀的刀具或近似的加工方法而產(chǎn)生的原始誤差。例如：在車床上車削模數(shù)蝸桿

仿形法銑削齒形采用近似的加工原理，一定會產(chǎn)生加工誤差，但使得加工成為可能，并且簡化了加工過程，使機床結(jié)構(gòu)及刀具形狀得以簡化，刀具數(shù)量大大減少，生產(chǎn)成本降低，生產(chǎn)率有效提高。機械制造工藝學2.1.3機床誤差1．主軸回轉(zhuǎn)誤差（1）主軸純徑向跳動誤差對加工精度的影響

機械制造工藝學機械制造工藝學（2）主軸純軸向竄動誤差對加工精度的影響

機械制造工藝學（3）主軸純角度擺動誤差對加工精度的影響機械制造工藝學（4）影響主軸回轉(zhuǎn)精度的因素及提高回轉(zhuǎn)精度的措施機械制造工藝學

為提高主軸的回轉(zhuǎn)精度，一般從主軸部件和軸承等方面采取措施。①提高主軸部件的制造②對滾動軸承進行預緊

③使主軸的回轉(zhuǎn)誤差不反映到工件上機械制造工藝學2．導軌誤差（1）導軌在水平面內(nèi)有直線度誤差

機械制造工藝學（2）導軌在垂直面內(nèi)有直線度誤差機械制造工藝學（3）兩導軌間有平行度誤差機械制造工藝學3．傳動鏈誤差為減少傳動鏈誤差對加工精度的影響，可采取下列措施。（1）減少傳動鏈中的傳動元件數(shù)量，縮短傳動鏈，以減少誤差來源。（2）提高傳動元件，特別是末端傳動元件的制造精度和裝配精度。（3）傳動鏈齒輪間存在間隙，同樣會產(chǎn)生傳動鏈誤差，因此需消除間隙。（4）采用誤差矯正機構(gòu)來提高傳動精度。機械制造工藝學2.1.4刀具與夾具的制造誤差1.刀具的制造誤差2．刀具的磨損3．夾具的制造誤差與磨損機械制造工藝學任務2.2工藝系統(tǒng)受力變形

對加工精度的影響2.2.1工藝系統(tǒng)剛度由機床、夾具、工件、刀具所組成的工藝系統(tǒng)，是一個彈性系統(tǒng)。機械制造工藝學

所謂剛度是指物體或系統(tǒng)抵抗使其變形的外力的能力。工藝系統(tǒng)的剛度是以切削力和在該方向上所引起的刀具和工件間的相對變形位移的比值來表示的，即K系統(tǒng)=F/y

工藝系統(tǒng)受力變形所產(chǎn)生的加工誤差是指在加工過程中刀具相對工件在切削接觸點法線方向的相對位移量y，其值的大小與切削力F和工藝系統(tǒng)剛度K系統(tǒng)有關，即y=F/K系統(tǒng)

計算工藝系統(tǒng)剛度就只考慮此方向上的切削分力Fy和y，即K系統(tǒng)=Fy/y系統(tǒng)機械制造工藝學

工藝系統(tǒng)是由機床、夾具、工件、刀具所組成的，因此，工藝系統(tǒng)受力變形總位移y系統(tǒng)是各組成部分變形位移的疊加，即y系統(tǒng)

=y機床

+y刀具

+y工件+y夾具而K機床=Fy/y機床K刀具=Fy/y刀具

K工件=Fy/y工件

K夾具=Fy/y夾具則

也就是說，當知道工藝系統(tǒng)各組成部分的剛度后，就可求出這個工藝系統(tǒng)的剛度。機械制造工藝學以在車床上兩頂尖之間加工光軸為例。機械制造工藝學

y系統(tǒng)

=y工件+y機床

=y工件+y頭架+（y尾架一y頭架）x/L+y刀架

=y工件+（1—x/L）y頭架+y尾架

x/L+y刀架y刀架=Fy/K刀架機械制造工藝學2.2.2誤差復映現(xiàn)象誤差復映的程度以誤差復映系數(shù)ε表示，其大小可根據(jù)系統(tǒng)剛度K系統(tǒng)來計算。Δ工件=y1—y2=（F1—F2）/K系統(tǒng)令

λCpf

0.75

/K系統(tǒng)=ε則

Δ工件=εΔ毛坯

ε=Δ工件/Δ毛坯機械制造工藝學2.2.3慣性力和夾緊力的影響1．慣性力引起的加工誤差2．夾緊力引起的加工誤差3．重力所引起的加工誤差機械制造工藝學任務2.3工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響2.3.1機床熱變形對加工精度的影響

機械制造工藝學2.3.2工件熱變形對加工精度的影響

工件的熱變形是由切削熱引起的，熱變形的情況與加工方法和受熱是否均勻有關。

軸類零件在車削或磨削時，一般是均勻受熱，溫度逐漸升高，其直徑也逐漸脹大，脹大部分將被刀具切除，待工件冷卻后則形成圓柱度和直徑尺寸的誤差。為減小工件熱變形對加工誤差的影響，可采取下列措施：①在切削區(qū)施加充分的切削液；②提高切削速度或進給量，以減少傳入工件熱量；③粗、精加工分開，使粗加工的余熱不帶到精加工工序中；④勿等刀具和砂輪過分磨鈍后再刃磨和修正，以減少切削熱和磨削熱；⑤使工件在夾緊狀態(tài)下有伸縮的自由（如采用彈簧頂尖等）。機械制造工藝學2.3.3刀具熱變形對加工精度的影響①減小刀具伸出長度；②改善散熱條件；③改進刀具角度，減小切削熱；④合理選用切削用量以及加工時的冷卻液，使刀具得到充分冷卻等。機械制造工藝學任務2.4工件內(nèi)應力變形對加工精度的影響2.4.1內(nèi)應力及其產(chǎn)生原因內(nèi)應力（又稱殘余應力），是指當外部載荷去掉以后，仍殘存在工件內(nèi)部的應力?；蛘哒f是在沒有外力作用時而存在于工件內(nèi)部的應力。1．毛坯制造中產(chǎn)生的內(nèi)應力機械制造工藝學2．冷校直產(chǎn)生的內(nèi)應力3．切削加工產(chǎn)生的內(nèi)應力機械制造工藝學2.4.2減小或消除內(nèi)應力的方法①安排熱處理工序來消除毛坯和零件粗加工后產(chǎn)生的內(nèi)應力，對于特別精密的零件，還要進行多次消除內(nèi)應力的熱處理工序。②對于結(jié)構(gòu)復雜、剛度低的零件，將工藝過程分為粗、半精、精三個加工階段，以減小內(nèi)應力引起的變形。③嚴格控制切削用量和刀具磨損，使零件不致產(chǎn)生較大的內(nèi)應力。④合理設計零件結(jié)構(gòu)，盡量減小各部分厚度尺寸差值，以減小毛坯制造中的內(nèi)應力。⑤采用無切削力的特種工藝方法，如電化學加工、電蝕加工等。機械制造工藝學任務2.5調(diào)整誤差的影響因素2.5.1試切法調(diào)整1．測量誤差2．微量進給的影響3．切削厚度的影響2.5.2按定程機構(gòu)調(diào)整2.5.3用樣件或樣板調(diào)整機械制造工藝學任務2.6

加工誤差的綜合分析2.6.1加工誤差的性質(zhì)1．系統(tǒng)性誤差當順序加工一批零件時，產(chǎn)生誤差的大小和方向若基本保持不變，則稱為常值系統(tǒng)性誤差；若隨加工時間按一定的規(guī)律變化，則稱為變值系統(tǒng)性誤差。以上兩類誤差均稱為系統(tǒng)性誤差。2．隨機性誤差隨機性誤差又稱偶然性誤差。在加工一批零件中，產(chǎn)生誤差的大小和方向是無規(guī)律地變化的。機械制造工藝學2.6.2分布曲線法1．實際分布曲線

采用調(diào)整法加工出的一批工件，其尺寸總是在一定范圍內(nèi)變化的，這種現(xiàn)象稱為尺寸分散。

尺寸分散范圍就是這批工件最大和最小尺寸之差。

以各個組的尺寸間隔寬度（稱為組距）為底，以同一尺寸間隔內(nèi)的零件數(shù)量（稱為頻數(shù)m）或以頻數(shù)與該批零件總數(shù)之比（稱為頻率m／n）為高作出的若干矩形，即為直方圖。

以每個區(qū)間的中點（中心值）為橫坐標，以每組頻數(shù)或頻率為縱坐標得到的一些相應的點，將這些點連成折線，即為分布折線圖。

當所測零件數(shù)量足夠多，尺寸間隔很小時，此折線便非常接近于一條曲線，這就是實際分布曲線。機械制造工藝學表2-1所示為一批

mm活塞銷孔鏜孔后孔徑的測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計，由據(jù)此繪制其直方圖和分布折線圖，如圖2-30所示。機械制造工藝學2．直方圖和分布折線圖的繪制方法（1）收集數(shù)據(jù)

（2）分組

（3）計算組距h（4）計算組界

各組組界

各組中心值（5）統(tǒng)計頻數(shù)mi，計算頻率mi/n（6）繪制直方圖和分布折線圖。機械制造工藝學3．正態(tài)分布曲線（1）正態(tài)分布曲線的方程式機械制造工藝學正態(tài)分布曲線下面所包含的全部面積代表了全部工件，即100%。圖2-31中陰影部分面積F為尺寸從

到X間的工件頻率。機械制造工藝學（2）正態(tài)分布曲線的特點機械制造工藝學例2-2

已知σ=0.005mm，零件尺寸公差T=0.02mm，且公差對稱于分散范圍中心，X=0.01mm，試求此時的廢品率。解：Z=

X/σ=0.01/0.005=2查表2-2得當Z=2時，2Φ（Z）=0.9544故廢品率為[1－2Φ（Z）]×100%=[1－0.9544]×100%=4.6%例2-3車削一批軸的外圓，其圖樣規(guī)定的尺寸為mm，根據(jù)量結(jié)果，此工序的分布曲線按正態(tài)分布，其σ=0.025mm，曲線的頂峰位置與零件尺寸公差中心相差0.03mm，偏于右端，試求其合格率和廢品率。機械制造工藝學4．非正態(tài)分布機械制造工藝學5．正態(tài)分布曲線的應用（1）計算合格率和廢品率（2）判斷加工誤差的性質(zhì)

（3）判斷工序的工序能力能否滿足加工精度的要求Cp

=T/6σ機械制造工藝學2.6.3點圖法1．點圖的形式（1）個值點圖機械制