第三章機械加工精度

1、1 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(yīng)力加工質(zhì)量包含的內(nèi)容231： 1、加工精度： 零件加工后實際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)接近程度。符合程度越高，加工精度越高，實際生產(chǎn)中零件不可能與理想的要求完全符合。 2、加工誤差： 指加工后的實際幾何參數(shù)（尺寸，形狀和表面間的相互位置）對理想幾何參數(shù)的偏離程度，從保證產(chǎn)品使用性能分析允許有一定的加工誤差。 3、兩者關(guān)系： 兩者從不同角度來評定加工零件的幾何參數(shù)。加工精度的高低是由加工誤

2、差的小大來表示的，保證和提高加工精度問題，實際上是限制和降低加工誤差問題。3 4、加工精度的合理制定： 一般加工精度越高則加工成本相對越高，生產(chǎn)效率則相對越低，因此設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)零件的使用要求，合理規(guī)定零件的加工精度，并盡量提高生產(chǎn)率和降低成本 5、工藝系統(tǒng)：在機械加工時，機床、刀具，夾具和工件構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)，為工藝系統(tǒng)。 6、原始誤差：工藝系統(tǒng)的各種誤差叫原始誤差。 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)，以及他們對加工精度影響的規(guī)律，掌握控制加工誤差的方法，獲得預(yù)期的加工精度，需要時找出進(jìn)一步提高加工精度的途徑。4工件相對于刀具靜止?fàn)顟B(tài)下的誤差原始誤差與工藝系統(tǒng)原始

3、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(yīng)力引起的變形工件相對于刀具運動狀態(tài)下的誤差主軸回轉(zhuǎn)誤差導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差傳動誤差原始誤差構(gòu)成 5202YYRR（4-1）XRX （4-2）顯然：XYRR RYRYR0ya）誤差敏感方向RR =yYR0yb）6 運用物理學(xué)和力學(xué)原理，分析研究某一個或某幾個因素對加工精度的影響。 通常分析、計算、測試、實驗，得出單因素與加工誤差間的關(guān)系。 以生產(chǎn)一批工件的實例結(jié)果為基礎(chǔ)，運用數(shù)理統(tǒng)計方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。用以控制工藝過程的正

4、常進(jìn)行，當(dāng)發(fā)生質(zhì)量問題是可以從中判斷誤差性質(zhì)，找出誤差出現(xiàn)的規(guī)律。 實際生產(chǎn)中，兩種方法常常結(jié)合應(yīng)用。先用統(tǒng)計分析法尋找誤差的出現(xiàn)規(guī)律，初步判斷加工誤差的可能原因，再適用單因素等分析，試驗，以便迅速有效地找出影響加工精度的主要原因。 7 是指采用了近似的成型運動或近似的刀刃輪廓進(jìn)行加工而產(chǎn)生的誤差。32式中 R 球頭刀半徑； h 允許的殘留高度。 S 行間距行間距例例1：在數(shù)控銑床上采用球頭刀銑削復(fù)雜形面零件SRh空間曲面數(shù)控加工8SR h 8例例2：用阿基米德蝸桿滾刀滾切漸開線齒輪 采用阿基米德蝸桿或法向直廓蝸桿代替漸開線基本蝸桿而產(chǎn)生的刀刃齒廓近似造型誤差。 由于滾刀刀齒有限，實際加工出的

5、尺形是一條有微小折線組成的曲線，和理論的光滑漸開線有差異。9a）b）試切法與調(diào)整法 （圖a）： 用于用于單件小批生產(chǎn)（圖b）： 用于用于大批大量生產(chǎn)10 1、導(dǎo)軌導(dǎo)向精度及其對加工精度的影響 導(dǎo)軌導(dǎo)向精度： 機床導(dǎo)軌副的運動件實際運動方向和理想運動方向的符合程度。兩者之間的偏差值稱為導(dǎo)向誤差。 導(dǎo)軌是機床中確定主要部件相對位置的基準(zhǔn)，也是運動的基準(zhǔn)，它的各項誤差直接影響被加工工件的精度。 包括： 導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度， 導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度， 前后導(dǎo)軌平行度（扭曲）， 導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線的平行度（或垂直度）等。11.121）導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度（彎曲） Y 對于車床和外圓磨床由于刀尖相對

6、于工件回轉(zhuǎn)軸線在加對于車床和外圓磨床由于刀尖相對于工件回轉(zhuǎn)軸線在加工表面徑向方向的變化屬敏感方向，故其對零件的形狀精度工表面徑向方向的變化屬敏感方向，故其對零件的形狀精度影響很大。影響很大。yR 車床導(dǎo)軌在水平面內(nèi)有彎曲后，縱向進(jìn)給中刀具相對工件軸線不能平行。因而工件表面上形成形狀誤差。當(dāng)導(dǎo)軌向后凸時，工件產(chǎn)生鞍形誤差。當(dāng)導(dǎo)軌向前凸時，工件產(chǎn)生鼓形誤差。 132）導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度（彎曲） Z 垂直面內(nèi)直線度誤差垂直面內(nèi)直線度誤差對車床的影響較小，可以忽略不對車床的影響較小，可以忽略不計。計。但對于龍門刨床、龍門銑床及導(dǎo)軌磨床來說，導(dǎo)軌在但對于龍門刨床、龍門銑床及導(dǎo)軌磨床來說，導(dǎo)軌在垂直面

7、內(nèi)的直線度誤差將直接反映到工件上。垂直面內(nèi)的直線度誤差將直接反映到工件上。 R2ZRR0RRR2ZRZ)RR(RZR2222222222 則則：項項忽忽略略143）前后導(dǎo)軌的平行度（扭曲） BHyHyBtgHyBtgsinsin,很很小小，一般車床：一般車床：磨床：磨床：3221BH 1BH 以車床為例152、導(dǎo)軌導(dǎo)向精度的影響因素 1）導(dǎo)軌的制造誤差 2）導(dǎo)軌的安裝誤差：對長度較長的龍門刨床、龍門銑床和導(dǎo)軌磨床。他們的床身導(dǎo)軌為一細(xì)長結(jié)構(gòu)、剛性較差，在本身自重作用下就容易變形，若安裝不正確或地基不良，都會造成導(dǎo)軌彎曲變形。 3)導(dǎo)軌的磨損：由于使用程度不同及受力不均，機床使用一段時間后，導(dǎo)軌

8、全長上各段的磨損量不等。并且在同一橫截面上個導(dǎo)軌面的磨損量也不相等。163、提高導(dǎo)軌導(dǎo)向精度的措施制造誤差 機床設(shè)計制造時，應(yīng)從結(jié)構(gòu)、潤滑、防護(hù)裝置、采取措施提高導(dǎo)向精度。安裝誤差 機床安裝時，應(yīng)校正好水平和保證地基質(zhì)量。磨損誤差 使用時，注意調(diào)整導(dǎo)軌配合間隙，同時保證良好的潤滑和維護(hù)。17 1回轉(zhuǎn)精度： 機床主軸在回轉(zhuǎn)時實際回轉(zhuǎn)軸線對理想回轉(zhuǎn)軸線的相符合程度。 回轉(zhuǎn)誤差： 機床主軸在回轉(zhuǎn)時實際回轉(zhuǎn)軸線對理想回轉(zhuǎn)軸線的漂移。 機床主軸是用來裝加工件或刀具，并傳遞主要切削運動的重要零件，其回轉(zhuǎn)精度主要影響零件加工表面的幾何形狀精度，位置精度和表面粗糙度。2誤差產(chǎn)生原因： 由于主軸部件中軸承、軸頸

9、、軸承座孔等的制造誤差和配合質(zhì)量，潤滑條件，以及回轉(zhuǎn)時的動力因素的影響。瞬時回轉(zhuǎn)軸線的空間位置在周期性變化。3理想回轉(zhuǎn)軸線：客觀存在，但無法確定，通常是以平均回轉(zhuǎn)軸線來代替。184分類：b）端面圓跳動a）徑向圓跳動c）傾角擺動主軸回轉(zhuǎn)誤差基本形式徑向圓跳動 端面圓跳動 傾角擺動195.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y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(biāo)值為：e徑向跳動對鏜孔精度影響式中 R 刀尖回轉(zhuǎn)半徑； 主軸轉(zhuǎn)角。() cossinXReYR顯然，鏜出的孔為一橢圓。2021徑向跳動對車外圓

10、精度影響12345678 仍考慮最簡單的情況，主軸回轉(zhuǎn)中心在y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。結(jié)論：結(jié)論：主軸徑向跳動對車外圓時，基本不影響加工表面的加工誤差e 主軸徑向圓跳動對加工精度的影響（車外圓）2223主軸端面圓跳動對加工精度的影響24主軸傾角擺動對加工精度的影響25AB影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素圖1 軸徑不圓引起車床主軸徑向跳動滑動軸承圖2 軸承孔不圓引起鏜床主軸徑向跳動1）軸承誤差的影響）軸承誤差的影響263）與軸承配合的零件誤差的影響）與軸承配合的零件誤差的影響2）軸承間隙的影響）軸承間隙的影響 軸承間隙對回轉(zhuǎn)精度也有影響，如軸承

11、間隙過大，會使主軸工作時油膜厚度增大油膜承載能力降低，當(dāng)工作條件(載荷、轉(zhuǎn)速等)變化時，油楔厚度變化較大，主軸軸線漂移量增大。 由于軸承內(nèi)、外圈或軸瓦很薄，受力后容易變形，因此與之相配合的軸頸或箱體支承孔的圓度誤差，會使軸承圈或軸瓦發(fā)生變形而產(chǎn)生圓度誤差。與軸承圈端面配合的零件如軸肩、過渡套、袖承端蓋、螺母等的有關(guān)端面，如果有平面度誤差或與主軸回轉(zhuǎn)軸線不垂直，會使軸承圈滾道傾斜，造成主軸回轉(zhuǎn)軸線的徑向、軸向漂移。箱體前后支承孔、主軸前后支承軸頸的同軸度會使軸承內(nèi)外圈滾道相對傾斜，同樣也會引起主軸回轉(zhuǎn)軸線的漂移。274）主軸轉(zhuǎn)速的影響）主軸轉(zhuǎn)速的影響 由于主軸部件質(zhì)量不平衡、機床各種隨機振動以及

12、回轉(zhuǎn)軸線的不穩(wěn)定隨主軸轉(zhuǎn)速增加而增加，使主軸在某個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的回轉(zhuǎn)精度較高，超過這個范圍時，誤差就較大。5）主軸系統(tǒng)的徑向不等剛度和熱變形）主軸系統(tǒng)的徑向不等剛度和熱變形 主軸系統(tǒng)的剛度，在不同方向上往往不等，當(dāng)主軸上所受外力方向隨主軸回轉(zhuǎn)而變化時，就會因變形不一致而使主軸軸線漂移。 機床工作時，主軸系統(tǒng)的溫度將升高，使主軸軸向膨脹和徑向位移。由于軸承徑向熱變形不相等，前后軸承的熱變形也不相同，在裝卸工件和進(jìn)行測量時主軸必須停車而使溫度發(fā)生變化，這些都會引起主軸回轉(zhuǎn)軸線的位置變化和漂移而影響主軸回轉(zhuǎn)精度。281）提高主軸部件的制造精度 首先應(yīng)提高軸承的回轉(zhuǎn)精度其次是提高箱體支承孔、主軸軸頸和與

13、軸承相配合有關(guān)表而的加工精度。此外，還可在裝配時先測出滾動軸承及主軸錐孔的徑向圓跳動，然后調(diào)節(jié)徑向圓跳動的方位，使誤差相互補償或抵消，以減少軸承誤差對主軸回轉(zhuǎn)精度的影響。2）對滾動軸承進(jìn)行預(yù)緊，消除間隙 對滾動軸承適當(dāng)預(yù)緊以消除間隙，甚至產(chǎn)生微量過盈由于軸承內(nèi)外圈和滾動體彈性變形的相互制約，既增加了軸承剛度，又對軸承內(nèi)外圈滾道和滾動體的誤差起均化作用，因而可提高主軸的回轉(zhuǎn)精度。293）使主軸回轉(zhuǎn)誤差不反映到工件上（誤差轉(zhuǎn)移） 直接保證工件在加工過程中的回轉(zhuǎn)精度而不依賴于主軸，是保證工件形狀精度的最簡單而又有效的方法。 如采用兩固定頂尖支承磨削外圓柱面。 在鏜床上加工箱體類零件孔。采用前后導(dǎo)向套

14、的鏜模。301傳動鏈精度（誤差）： 傳動鏈的傳動誤差是指內(nèi)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，它是螺紋、齒輪、蝸輪及其它按展成原理加工時，影響加工精度的主要因素。例. 用滾齒機加工直齒輪時，要求滾刀和工件之間具有嚴(yán)格的運動關(guān)系。即：滾刀轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，工件轉(zhuǎn)過一個齒，這種運動關(guān)系是由刀具與工件的傳動鏈來保證的。 當(dāng)傳動鏈中各傳動元件如齒輪、蝸輪、蝸桿、絲桿、螺母等有制造誤差，裝配誤差和磨損時，就會破壞正確的運動關(guān)系，是被加工工件產(chǎn)生誤差。31齒輪機床傳動鏈齒輪機床傳動鏈z7 = z8 = 16z1 = 64zn = 96z5 = z6 = 23z3 = z4 = 23bz2 = 16zn

15、-1 = 1icefacd9614646232323231664fcdgnii分度掛輪傳動比差動輪系傳動比滾刀轉(zhuǎn)角工件轉(zhuǎn)角fcdgnii運動關(guān)系運動關(guān)系其中其中32提高傳動精度措施33L0.056F710F7k620H 7g 6YZ鉆孔的夾具誤差對加工精度的影響通常要求定位誤差和夾具制造誤差不大于工件相應(yīng)公差的1/3。1）定位誤差；2）刀具導(dǎo)向（對刀）誤差；3）夾緊誤差；4）夾具制造誤差；5）夾具安裝誤差；6）夾具的磨損34353 33 3 1彈性系統(tǒng)： 切削加工時，由機床、刀具、夾具、工件組成的工藝系統(tǒng)是彈性系統(tǒng)。2工藝系統(tǒng)總位移 1）彈性變形： 機械加工時，由于切削力、夾緊力以及重力、慣性

16、力等的作用，工藝系統(tǒng)各部分產(chǎn)生的相應(yīng)的變形。 2）系統(tǒng)中各元件因其接觸處的間隙還會產(chǎn)生位移間隙還會產(chǎn)生位移、 3）工藝系統(tǒng)總位移 彈性變形+位移=總位移 4）決定因素： 外力的大小和彈性系統(tǒng)抵抗外力及其變形的能力363剛度： 物體抵抗欲使其變形的外力的能力 4工藝系統(tǒng)剛度： 指工藝系統(tǒng)抵抗其變形的外力的能力。是指工件加工表面在切削力法向分力Fy的作用下，刀具相對工件在該方向位移y的比值。 yFyk 37 加工中影響加工精度最大的是刀刃在加工表面法線方向的位移。因此計算時必須考慮此方向上的切削力和位移。法向位移y除了Fy分力影響外，F(xiàn)y、Fz也對它有影響。在K一定時，則Fy越大，則系統(tǒng)變形量越大

17、。對加工精度影響越大。 若工藝系統(tǒng)剛度很大，盡管切削力等外力作用，也能使系統(tǒng)位移減少到最低限度。5加工誤差： 由于切削力等引起的工藝系統(tǒng)產(chǎn)生的彈性變形，使刀具和工件在靜態(tài)下調(diào)整好的相互位置，以及切削成形運動所需要的正確幾何關(guān)系發(fā)生變化，從而造成加工誤差。 386、舉例件剛性差，在加工細(xì)長軸時出現(xiàn)中間粗，兩頭尖的情況（腰鼓形）如圖所示：無進(jìn)給磨削39式中 y 工藝系統(tǒng)總變形； yjc 機床的受力變形； yjj 夾具的受力變形； yd 刀具的受力變形； yg 工件的受力變形。 切削加工時，工藝系統(tǒng)的有關(guān)部件在各種外力的作用下，會產(chǎn)生不同程度的變形，使刀具和工件的相對位置發(fā)生變化，從而產(chǎn)生相應(yīng)的加工

18、誤差。 工藝系統(tǒng)在某處的法向總變形是各個組成環(huán)節(jié)在同一處的法向變形的迭加。 y= yjc + yjj +yd +yg （1）40 代入1式得工藝系統(tǒng)剛度與工藝系統(tǒng)各組成部分剛度之間的關(guān)系：11111jcjjdgkkkkk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。 由工藝系統(tǒng)的剛度定義可知，機床剛度kjc 、夾具剛度kjj 、刀具剛度kd和工件剛度kg分別為： kjc =Fy/ yjc ， kjj = Fy/ yjj ， kd = Fy/ yd ， kg = Fy/ yg 41機床變形引起的加工誤差ydjytjywz工藝系統(tǒng)變形隨受力點變

19、化規(guī)律FpAABBCCxLFAFByxx42機床的剛度是由各個部件的剛度決定的，其計算方法為： 設(shè)工件短而粗，剛度很大，其變形可以忽略不計，安裝在兩頂尖之間，在切削力Fy的作用下，床頭位置由A到A，尾座由B到B，刀架從C到C，其位移量分別為：ytj，ywz，ydj，中心線從AB移到AB。 徑向切削力為Fy，由Fy引起的頭架和尾座處的受力為FA和FB，刀架受力為Fy。 在距離床頭X處，工件軸線移動的距離為yx。tjwztjtjxyyLxyxyy43機床總的變形量： 根據(jù)剛度定義，Ktj，Kwz，Kdj分別為頭架、尾座和刀架的剛度，則：djtjwztjdjxjcyLxyyyyyytjAtjKFy

20、wzBwzKFydjYdjKFy44其中：LxLFFYALxFFYBdjwztjYjcKLxKLxLKFy1.1122 由上式看出，隨著切削力作用點的變化，工藝系統(tǒng)的變形是變化的，這是由于工藝系統(tǒng)的剛度隨著切削力作用點變化而變化djwztjjcyjcKLxKLxLKyFK11112245當(dāng)x=0時，djtjyjcKKFy11當(dāng)x=L時，max11yKKFydjtjyjc當(dāng)x=L/2時，wzdjtjyjcKKKFy41141LKKKxwztjwz當(dāng) 時，djwztjyinjcKKKFyy11,461、機床不變形、機床不變形的情況2、考慮主軸箱、尾座變形、考慮主軸箱、尾座變形情況3、考慮刀架變形、

21、考慮刀架變形在內(nèi)機床受力變形引起的加工誤差12347工件變形引起的加工誤差工件為懸臂梁時工件為懸臂梁時：EILFyyg33max3max3LEIyFKy加工后工件形狀為加工后工件形狀為：48工件為簡支梁時：當(dāng)x=0或x=L時，yg=0，變形最小當(dāng)x=L/2時，變形最大，EIlFYyg483max49式中 yg 工件變形； E 工件材料彈性模量； I 工件截面慣性矩； Fy工件受到的切削力 x 受力點到支承點的距離 L工件的長度50 切削加工中，由于毛坯本身的誤差（形狀或位置）使切削深度不斷變化，從而引起切削力的變化，促使工藝系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)的變形，因而工件表面上保留了與毛坯表面類似的形狀和位置誤差

22、，但加工后殘留的誤差比毛坯誤差從數(shù)值上大大減少了，這一現(xiàn)象稱為“誤差復(fù)映”51切削力大小變化對加工精度的影響切削力大小變化對加工精度的影響52討論：討論：1. =工工 /毛毛= C /k系系 總是小于總是小于1，有修正誤差的能力，有修正誤差的能力 多次進(jìn)給多次進(jìn)給=1232. k系系越大，越大，就越小，復(fù)映到工件上的誤差越小就越小，復(fù)映到工件上的誤差越小3. C減小，減小， 就越小，應(yīng)采取減小就越小，應(yīng)采取減小Fy的措施的措施534、增加走刀次數(shù)，可大大減小工件的復(fù)映誤差：、增加走刀次數(shù)，可大大減小工件的復(fù)映誤差：毛坯11g毛坯21212gg毛坯321323gg 若近似假設(shè)近似假設(shè)每次走刀后的

23、誤差復(fù)映系數(shù)都相同，則車外圓時，工件的圓度誤差與走刀次數(shù)工件的圓度誤差與走刀次數(shù)x的關(guān)系為：的關(guān)系為：毛坯xg）為毛坯的圓度誤差（毛坯21ppaa其中其中54v減少誤差復(fù)映的方法減少誤差復(fù)映的方法1 1）增大工藝系統(tǒng)剛度；）增大工藝系統(tǒng)剛度；2 2）減少進(jìn)給量）減少進(jìn)給量f f，減小切削力；，減小切削力；3 3）增加走刀次數(shù)；）增加走刀次數(shù)；4 4）減小毛坯誤差值。）減小毛坯誤差值。55夾緊力影響a） b）薄壁套夾緊變形【例1】薄壁套夾緊變形 解決：加開口套56【例2】薄壁工件磨削薄壁工件磨削 解決：加橡皮墊57【例】龍門銑橫梁龍門銑橫梁變形龍門銑橫梁變形補償重力影響解決：變形補償5859 靜

24、態(tài)測定法： 在機床不工作狀態(tài)，模擬車削時的受力的受力情況對機床施加靜載荷，然后測出機床部件在不同載荷下的變形，作出各部件的剛度特性曲線并計算剛度。60 右圖是對一車床進(jìn)行3次加載和卸載循環(huán)，繪制了他的剛度曲線。車床刀架變形曲線y（m）10203040500123F（KN）61v 非線形關(guān)系，不完全是彈性變形v 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v 存在殘余變形，反復(fù)加載卸載后殘余變形0v 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分析剛度曲線的特點：工作狀態(tài)測定法621）合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計： 設(shè)計工藝裝備時，盡量減少連接面數(shù)目，注意剛度的匹配，防止局部低

25、剛度環(huán)節(jié)出現(xiàn)，設(shè)計基礎(chǔ)件、支承件時，合理設(shè)計零部件結(jié)構(gòu)和截面形狀。 2）提高連接表面接觸剛度 提高機床部件中零件接合表面的接觸質(zhì)量 給機床部件預(yù)加載荷 提高工件定位基準(zhǔn)的精度和降低表面粗糙度值。3）采用輔助支承（中心架，跟刀架，鏜桿支承等）634）采用合理裝夾和加工方式支座零件不同安裝方法64定義： 外部作用力去除后工件內(nèi)存留的應(yīng)力特點： 具有內(nèi)應(yīng)力的零件處于一種不穩(wěn)定狀態(tài)，它內(nèi)部的組織有強烈的傾向要恢復(fù)到一個穩(wěn)定的沒有應(yīng)力的狀態(tài)，即使在常溫下，零件也會不斷的緩慢地進(jìn)行這種變化，直到殘余應(yīng)力安全松弛為主，在這一過程中，零件將會翹曲變形，原有的加工精度會逐漸喪失。65原因： 在鑄、鍛、焊、熱處理

26、等加工過程中，由于各部分冷熱收縮不均勻，以及金相組織的體積變化，使毛坯內(nèi)部產(chǎn)生相當(dāng)大的殘余應(yīng)力。例1： 下圖表示一個內(nèi)外壁厚相差較大的鑄件，澆注后，冷卻過程如下： 壁A、C較薄，散熱容易，冷卻快。壁B冷卻慢，當(dāng)A、C從塑性狀態(tài)冷卻到彈性狀態(tài)時，B還處于塑性狀態(tài)，這時A、C收縮時B不起阻擋變形的作用，鑄件內(nèi)部不會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。66 當(dāng)B冷卻到彈性狀態(tài)時，A、C的溫度已經(jīng)降低很多，收縮速度很慢，但B收縮快，所以受到A、C的阻礙，壁B受拉應(yīng)力，A、C受壓應(yīng)力，以保持平衡。 在C上開一小口，C上壓應(yīng)力消失，在A、B內(nèi)應(yīng)力作用力，內(nèi)應(yīng)力重新分布，達(dá)到平衡，工件翹曲。67例2： 機床床身鑄件，為提高導(dǎo)軌面的

27、耐磨性，采用局部激冷的工藝使他冷卻更快一些，這樣可以獲得高的硬度，但鑄件內(nèi)應(yīng)力更大，導(dǎo)軌表面 經(jīng)粗加工刨去一層，引起內(nèi)應(yīng)力重新分布，產(chǎn)生彎曲變形，新平衡過程需較長時間，導(dǎo)軌精加工后除去大部分變形，但內(nèi)部還在變化，合格的導(dǎo)軌面喪失原有的精度。683、切削加工帶來的殘余應(yīng)力v 設(shè)計合理零件結(jié)構(gòu)，提高零件剛性，使壁厚均勻。v 合理安排工藝過程粗、精加工分開v 時效處理69 v 一上班，空轉(zhuǎn)機床v 坐標(biāo)鏜床在恒溫室內(nèi)v 磨床身導(dǎo)軌，走兩刀休息一下v 冬天加工時，尺寸合格，夏天就裝不進(jìn)去。 v熱變形： 機械加工過程中，工藝系統(tǒng)會受到各種熱的影響而產(chǎn)生溫度變形，稱為熱變形。這種變形將破壞刀具與工件的正確幾

28、何關(guān)系和運動關(guān)系，造成工件的誤差。70v切削熱： 切削時所作的功幾乎全部轉(zhuǎn)變成熱，其熱量以傳導(dǎo)的形式傳遞，對刀具和工件影響較大。v摩擦熱： 機械零件的摩擦軸承、導(dǎo)軌的摩擦而產(chǎn)生的熱，液壓傳功、電氣傳功等，都是熱源，對機床影響較大，以傳導(dǎo)形式傳遞。v其它熱： 指工藝系統(tǒng)外部的，以對系統(tǒng)傳熱為主的環(huán)境溫度和各種輻射熱。 71v各種熱對加工精度的影響 切削熱： 車削時，切屑帶走熱量可達(dá)50%80%，傳給工件約30%，傳給刀具約5%。 銑削、刨削加工，傳給工件30% 鉆削和臥鏜，切屑留在孔中，傳給工件大于50% 磨削時，切屑帶走熱量4%，傳導(dǎo)工件84%，工件表面溫度高工藝系統(tǒng)熱源內(nèi)部熱源外部熱源切削熱

29、摩擦熱環(huán)境熱源輻射熱72摩擦熱： 使工藝系統(tǒng)局部發(fā)熱，引起局部溫升和變形，破壞系統(tǒng)原有的幾何精度。外部熱源： 大型工件晝夜加工，由于溫差引起工藝系統(tǒng)的熱變形不一樣，照明光、散熱器、日光等也會引起機床的局部溫度和變形。73v 溫度場工藝系統(tǒng)各部分溫度分布v溫 度場與熱平衡研究目前以實驗研究為主v熱平衡工藝系統(tǒng)在各種熱源作用下，溫度逐漸升高，同時它們也通過各種傳熱方式向周圍散熱，當(dāng)工件、刀具和機床的溫度達(dá)到某一數(shù)值時，單位時間內(nèi)散發(fā)的熱量和熱源傳刀的熱量趨于相等，這時工藝系統(tǒng)就達(dá)到了熱平衡狀態(tài)。 在熱平衡狀態(tài)下，工藝系統(tǒng)的各部分的溫度保持在一相對固定的數(shù)值上，各部分的熱變形也相應(yīng)趨于穩(wěn)定741、熱

30、源、熱源： 切削熱2 2、工件均勻受熱、工件均勻受熱 應(yīng)用條件： 形狀簡單的軸類，套類，盤類等零件的內(nèi)外圓加工時，切削熱較均勻的傳入工件，若不考慮溫升后的散熱，其溫度給工件全長和圓周的分布比較均勻，可近似看作均勻受熱。熱變形的大小LLtDDt圓柱類工件熱變形75式中 L， D 長度和直徑熱變形量； L，D 工件原有長度和直徑； 工件材料線膨脹系數(shù)； t 溫升。應(yīng)用車削較長的軸時，會產(chǎn)生圓度誤差，加工精度較高的軸類零件時，采用彈性或液壓尾頂尖。tDRl2max76531.1 1040014.410()4.4()LLtmmm 5級絲杠累積誤差全長5m，可見熱變形的嚴(yán)重性3 3、工件不均勻受熱、工件

31、不均勻受熱應(yīng)用條件： 銑、刨、磨平面時，工件單面受熱作用，上下表面間的溫差，將導(dǎo)致工件向上拱起，加工時，中間凸起被切去，冷卻后工件下凹。熱變形的大小77式中 X 變形撓度； L，S 工件原有長度和厚度； 工件材料線膨脹系數(shù)； t 溫升。28LtXS平面加工熱變形x/ 4LS結(jié)果結(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。78例例：高600mm，長2000mm的床身，若上表面溫升為3，則變形量為：221.120003886000.022 ()LtXSmm此值已大于精密導(dǎo)軌平直度要求解決措施 切削液充分冷卻 高速切削、使傳入工件熱量減少 在精加工前充分冷卻 刀具不要

32、過分磨鈍 在夾緊狀態(tài)下，有伸縮的自由79 內(nèi)外熱源有影響（其中摩擦熱影響很大），且由于各部件的熱源不同，分布不均勻，以及機床結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，因此不僅各部件的溫升不同，而且同一部件不同位置的溫升也不相同。使機床各部件之間的相互位置發(fā)生變化，破壞了機床原有的幾何精度而造成加工誤差。 機床運轉(zhuǎn)一段時間后，各部件傳入的熱量和散失的熱量基本相等，即達(dá)到熱平衡狀態(tài)，變形趨于穩(wěn)定。在機床達(dá)到熱平衡之前，機床幾何精度變化不定，對加工精度的影響也變化不定。80 機床各部件由于體積較大，熱量大，因此其溫升一般不大。 車床主軸箱60 磨床1525 車床床身與主軸箱結(jié)合處20 磨床床身10 其他精密機床部件溫升較低 車

33、床、磨床 46h 中小型精密機床12h 大型精密12h81車、銑 、鉆、鏜類機床： 主軸箱中的齒輪，軸承磨擦發(fā)熱，潤滑油發(fā)熱是主要熱源，使主軸箱及與之相連部分如床身或立柱的溫度升高而產(chǎn)生較的變形。82車床受熱變形a） 車床受熱變形形態(tài)運轉(zhuǎn)時間 / h0 1 2 3 450150100200位移 /m20406080溫升 / Yy前軸承溫升b） 溫升與變形曲線 車床主軸發(fā)熱使主軸箱在垂直面向內(nèi)和水平向內(nèi)發(fā)生偏移和傾斜。在垂直向內(nèi)，主軸箱的溫升使主軸升高，又因主軸前軸承的發(fā)熱量大于后軸承的發(fā)熱量，主軸前端比后端高，由于主軸箱熱量傳給床身，床身導(dǎo)軌向上臺起，故而加劇了主軸的傾斜。83龍門刨床、導(dǎo)軌磨

34、床等機床 床身熱變形是影響加工精度的主要因素：因其床身較長、導(dǎo)軌稍有溫差，就會產(chǎn)生較大的彎曲變形。 床身上下表面產(chǎn)生溫差的原因，不僅是由于工作臺運動時導(dǎo)軌摩擦發(fā)熱所知，環(huán)境溫度的影響也很大。導(dǎo)軌磨床受熱變形84雙端面磨床： 切削熱噴向床身中部的頂面，使其局部受熱而產(chǎn)生中凸變形。使兩砂輪的端面產(chǎn)生傾斜。 85立銑床受熱變形形態(tài)立式平面磨床： 主軸承和主電機的發(fā)熱傳到立柱，使立柱內(nèi)側(cè)溫度高于外側(cè)，因而引起立柱的彎曲變形。 86v 減少切削熱和磨削熱，粗、精加工分開。v 充分冷卻和強制冷卻。v 分離熱源。對不能分離的摩擦熱源，盡量采取措施，改善其摩擦特性，減少發(fā)熱。v采用隔熱材料將發(fā)熱部件和機床大件

35、隔離開來87例例1：磨床油箱置于床身內(nèi)，其發(fā)熱使導(dǎo)軌中凹解決解決：導(dǎo)軌下加回油槽平面磨床補償油溝88例例2：立式平面磨床立柱前壁溫度高，產(chǎn)生后傾。解決解決：采用熱空氣加熱立柱后壁（圖4-41）。均衡立柱前后壁溫度場89v高速空運轉(zhuǎn)v人為加熱v 恒溫90 前面分析了影響加工精度的原始誤差，從原始誤差 中找出影響加工誤差的規(guī)律，實際上加工誤差是一綜合因素，如：刀具磨損誤差，反映為磨損Fyy熱量熱變形。 同一加工誤差產(chǎn)生的原因可以是多種多樣的，實際上分析問題總是從加工誤差著手，根據(jù)原始誤差作用規(guī)律尋找原始誤差，現(xiàn)在一般采用統(tǒng)計分析的方法分析加工誤差，找出規(guī)律，在在這些規(guī)律中尋找原始誤差的影響，從而消

36、除原始誤差。91 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。常值系統(tǒng)誤差其大小和方向均不改變。如機床、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。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。92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(xué)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(yīng)力引起的變形等。93

37、94 生產(chǎn)中常以復(fù)雜因素出現(xiàn)加工誤差問題，這些誤差不能采用單因素分析法來衡量其因果關(guān)系，更不能從單個工件的檢查得出結(jié)論。 單個工件不能暴露出誤差的性質(zhì)和變化規(guī)律，單個工件不能代表整批工件的誤差大小。 一批工件加工中，即存在變值性誤差，也存在隨機誤差，這時單個工件的誤差是不斷變化的，憑單個工件推斷整批工件誤差是不可靠的，所以采用統(tǒng)計分析法。95定義：以生產(chǎn)現(xiàn)場內(nèi)對許多工件進(jìn)行檢查的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運用數(shù)理統(tǒng)計的方法，從中找出規(guī)律性的東西，進(jìn)而獲得解決問題的途徑。過程：母體試樣數(shù)據(jù)作圖結(jié)論措施抽樣測定處理分析研究處理96基本概念： 樣本樣本：用于抽取測量的一批工件 樣本容量樣本容量n n ：抽取樣本的

38、件數(shù)；樣本容量通常取 n = 50200 隨機變量隨機變量x x：任意抽取的零件的加工尺寸。 極差極差R R：抽取的樣本尺寸的最大值和最小值之差。 R=Xmax-Xmin 組距組距d d：將樣本尺寸按大小順序排列，并分為k組，組距為d 1KRd97頻數(shù)頻數(shù)m mi i：同一尺寸或同一誤差組的零件數(shù)量mi稱為頻數(shù)。頻率頻率f fi i：頻數(shù)與樣本容量的比值。nmfii平均值平均值 ：表示樣本的尺寸分散中心。標(biāo)準(zhǔn)差標(biāo)準(zhǔn)差S S：反映了一批工件的尺寸分散程度11niixxn2111niisxxnx98繪制步驟1）采集數(shù)據(jù)）采集數(shù)據(jù) 樣本容量通常取 n = 502002）確定分組數(shù)、組距、組界、組中值

39、）確定分組數(shù)、組距、組界、組中值 按教材72頁表2-2初選分組數(shù) k； 確定組距 d： 取整，dd 確定分組數(shù) k：maxmin11xxRdkk 確定各組組界、組中值（第一組以Xmin為組中值） 統(tǒng)計各組頻數(shù)1Rkdkjddjx32121min， 99-14.5-8.55-3.5y 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(biāo)準(zhǔn)差）計算樣本平均值和標(biāo)準(zhǔn)差:4）畫直方圖）畫直方圖：以工件尺寸（誤差）為橫坐標(biāo)，以頻數(shù)或頻率為縱坐標(biāo)。100舉例 磨削批抽徑 的工件，繪制工件加工尺寸的直方圖。軸徑尺寸實測圖（單位：軸徑尺寸實測圖（單

40、位：um）44204632204052334025433840413036495138342246383042382749454538324548283652324238404238523836374328453650463330404434424722283430363235224035364246425040362016533246202846285418323526454736383049183838 注：表中數(shù)據(jù)為實測尺寸和基本尺寸之差101 1)收集數(shù)據(jù) 本例取nl00件，實測數(shù)據(jù)列于上表中找出最大值Xmax=54um，最小值Xmin16um。 2)確定分組數(shù)k、組距d、各組組界和組

41、中值 組數(shù)d可查表得，本例取k9。 組距：mkxxkRd75. 48165411minmax取整 d=5um確定分組數(shù) k：各組組界為：kjddjx32121min， 1Rkd=9151654102第一組下界為：.5 .1325162minmmdx第一組上界為：ummdx5 .1825162min各組組中值為：djx) 1(min3）記錄各組數(shù)據(jù)，整理成頻數(shù)分布表4）根據(jù)頻數(shù)分布表列直方圖5）數(shù)據(jù)分析 平均值： 標(biāo)準(zhǔn)差：mmA06.60maxmmA01.60minmx00.37ms06. 9103104T頻數(shù)+T2-T2工件尺寸TMx0實驗分布曲線0 xmaxxmin理想分布位置實際分布位置1

42、05從本實驗分布曲線可以看出： 工件尺寸的工件尺寸的分散范圍分散范圍是是 ； 有少量的過小廢品；有少量的過小廢品； 存在常值系統(tǒng)誤差：存在常值系統(tǒng)誤差： 本樣本零件的尺寸基本符合正態(tài)分布規(guī)律。本樣本零件的尺寸基本符合正態(tài)分布規(guī)律。)(minmaxXX106正態(tài)分布 式中和分別為 正態(tài)分布隨機變量總體平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。 平均值=0，標(biāo)準(zhǔn)差=1的正態(tài)分布稱為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，2121,02xyex yF（z）正態(tài)分布曲線( z = 0 )x(z)0z-+1072121( )2xxF xedxyF（z）正態(tài)分布曲線( z = 0 )x(z)0z-+其中x：為工件尺寸：為工件平均中心：均方根偏差 ；工件尺寸

43、為x時出現(xiàn)的概率 n：工件總數(shù) xFnxnii1nxnii12108v決定分布曲線的坐標(biāo)位置，取決于常值誤差，改變常值誤差，曲線在橫坐標(biāo)上移動，但曲線形狀不變。XY123對正態(tài)分布曲線的影響109v均方根偏差，是決定曲線形狀的唯一參數(shù)， 是決定分散范圍的唯一參數(shù) 其大小決定了隨機誤差的影響程度。=1/2=1=2 對正態(tài)分布曲線的影響110v正態(tài)分布曲線下包含的面積代表了全部工件：( ) 圖中紅色剖面線面積F表示工件尺寸在到x間出現(xiàn)的概率。2122Aexpdxxx() 20222210022222xxxxe()d()% X1112121( )2xxF xedxxz令：將 z 代入上式，有：稱 z

44、 為標(biāo)準(zhǔn)化變量yF（z）z(x)0 xF（z）為圖中剖面部分的面積對于不同Z值的F（z），可以查表得到（參見教材P76）。 dZezFzz02221vF(z)的意義yF（z）正態(tài)分布曲線( z = 0 )x(z)0z-+112例：當(dāng)2xF=0.47723xF=0.49865F=0.19155 . 0 x1xF=0.3413113114v3的含義: 當(dāng)z土3,即x一土3 ,查表得2F(3)0.4986529973。這說明隨機變量落在土3 范圍以內(nèi)的概率為9973，落在此范圍以外的概率僅0.27，此值很小。因此可以認(rèn)為正態(tài)分布的隨機變量的實用分散范圍是6 。這就是所謂的3原則。右圖中：X115.

45、3的概念，對研究加工誤差時應(yīng)用很廣： 66的大小代表某個工序在一定條件下的大小代表某個工序在一定條件下(如毛坯余量、切削用量、正常的機床、夾具、刀具等) 所能達(dá)到的加工精度所能達(dá)到的加工精度（即工序精度工序精度）。 66的大小也代表整批零件的隨機誤差的大小也代表整批零件的隨機誤差的大??！的大??！ （即（即隨機誤差隨機誤差）1161、 判別加工工誤差性質(zhì)判別加工工誤差性質(zhì) 如前所述，假如加工過程中沒有變值系統(tǒng)誤差那么尺寸分布應(yīng)服從正態(tài)分布，這是判別加工誤差性質(zhì)的基本方法。 如果實際分布與正態(tài)分布基本相符，就可進(jìn)根據(jù)樣本平均值 是否與公差帶中心重合來判斷是否存在常值系統(tǒng)誤差：( 與公差帶中心 不重

46、合就說明存在常值系統(tǒng)誤差0)。xxMTMTX 0117確定工序能力及其等級v 所謂工序能力是指工序處于穩(wěn)定狀態(tài)時，加工誤差正常波動的幅度。當(dāng)加工尺寸服從正態(tài)分布時，其尺寸分散范圍是6，所以工序能力就是工序能力就是66 。v 工序能力等級是以工序能力系數(shù)工序能力系數(shù)來表示的，它代表該工序能滿足加工精度要求的程度。當(dāng)工序處于穩(wěn)定狀態(tài)時，工序能力系數(shù) Cp按下式計算: CpCpT T 66118y工藝能力系數(shù)符號含義x033公差帶T119 工序能力系數(shù) 工序等級 說 明 CP1.67 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

47、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120.當(dāng)當(dāng) 時，過大廢品、過小廢品相等（如下左圖所示）時，過大廢品、過小廢品相等（如下左圖所示）00MTX計算一批零件的合格率和廢品率的方法計算一批零件的合格率和廢品率的方法 合格率：合格率： 式中：式中： 查表（查表（2-5）可得）可得F(Z)則廢品率：則廢品率： 且且 )2ZFQ（合格dzeZZ0222120022TTxxZ 合格廢品QQ1過小過大QQ過小的廢品軸和過大的廢品孔工件，都不可修復(fù)。過小的廢品軸和過大的廢品孔工件，都不可修復(fù)。121.F(Z)X0TM=XY00時X0YTMX00時0TTF(Z)6

48、Z6ZZ=0Z=0Z（Z）（Z）圖： 計算合格率、廢品率 122. 當(dāng)當(dāng) 時，合格率和廢品率的計算時，合格率和廢品率的計算（如上右圖所示）（如上右圖所示）（過大廢品與過小廢品應(yīng)分別計算）（過大廢品與過小廢品應(yīng)分別計算）過小廢品率：過小廢品率：式中式中: 02TxxZ 根據(jù)根據(jù)Z的大小，查教材的大小，查教材P76 表表25可得合格可得合格率率 ，代入上式即可算得，代入上式即可算得00MXT dzeZZ022215 . 0)(5 . 01ZFQ過小)(1ZF過小Q123. 同理：過大廢品率：同理：過大廢品率： 式中：式中： = 則總合格率則總合格率 或：總合格率或：總合格率 +XXZ5 . 0)(

49、5 . 02ZFQ過大dzeZZ02221根據(jù)根據(jù)Z的大小，查教材的大小，查教材P76 表表25可得合格可得合格率率 ，代入上式即可算得，代入上式即可算得 。過小過大合格QQQ1合格Q)(1ZF)(2ZF02T)(2ZF過大Q124 在一般情況下，應(yīng)使公差帶的寬度在一般情況下，應(yīng)使公差帶的寬度 。但。但考慮到常值系統(tǒng)性誤差考慮到常值系統(tǒng)性誤差 （如刀具磨損、對刀誤差）（如刀具磨損、對刀誤差）以及其它因素的影響，至少應(yīng)使以及其它因素的影響，至少應(yīng)使 。 從上圖分析可知：從上圖分析可知：6T06T 保證加工系統(tǒng)不出廢品的充分、必要條件是：保證加工系統(tǒng)不出廢品的充分、必要條件是：0026)3(2T6

50、、保證加工系統(tǒng)不出廢品的充分和必要條件、保證加工系統(tǒng)不出廢品的充分和必要條件125. 計算例題一：計算例題一： 加工一批零件的外圓，圖紙要求的加工一批零件的外圓，圖紙要求的尺寸為尺寸為200.07 mm，若加工后的尺寸，若加工后的尺寸服從正態(tài)分布，并發(fā)現(xiàn)有服從正態(tài)分布，并發(fā)現(xiàn)有4.58的廢品，的廢品，且其中一半廢品的尺寸小于零件的下偏差。且其中一半廢品的尺寸小于零件的下偏差。試確定該工序所能達(dá)到的加工精度。試確定該工序所能達(dá)到的加工精度。 7、計算例題、計算例題126.解：解： 根據(jù)題意畫尺寸分布計算圖根據(jù)題意畫尺寸分布計算圖 127. 求均方根誤差求均方根誤差 已知已知 則則 故故 F(Z)

51、= = 0.4771 查表可知，式中：查表可知，式中： = = = 2 該工序的加工精度為該工序的加工精度為Q2F(z)=10 .45895 .42%合合 格格dzeZZ02221XXZ02T02T0 140 03544T. 66 0035021.mm %58. 4廢品Q128. 鏜削一批零件的內(nèi)孔鏜削一批零件的內(nèi)孔(計計1000件件)，其最大尺，其最大尺寸寸 mm； mm ;若整批零件呈若整批零件呈正態(tài)分布，圖紙要求該孔的直徑為正態(tài)分布，圖紙要求該孔的直徑為 。求。求這批零件的常值系統(tǒng)誤差和隨機誤差的大小，廢品有這批零件的常值系統(tǒng)誤差和隨機誤差的大小，廢品有多少件？能否修復(fù)？并分析產(chǎn)生廢品的原因，提出減多少件？能否修復(fù)？并分析產(chǎn)生廢品的原因，提出減少廢品的措施。少廢品的措施。25 030maxD. 計算例題二計算例題二25 000minD