仪器制造技术(加工精度).ppt

第2章加工精度分析与制造质量监控技术,仪器制造技术,加工质量的内容,仪器制造技术,零件的加工质量直接影响整台机器的工作性能和寿命。随着科学技术的发展，对机器性能的要求不断提高，因而要求机器零件具有更高的加工精度。深入了解和研究影响加工精度的因素及其规律，采用何种工艺措施确保零件的加上精度，是工艺人员的首要任务，也是机械制造学要研究的重要课题。在机械加工过程中，由于各种因素的影响，使刀具与工件间正确的相对位置产生偏移，因而加工出的零件，不可能与理想的要求完全符合，这就产生了加工精度和加工误差的概念。,仪器制造技术,2.1基本概念2.1.1精度的基本含义,所谓加工精度是指零件经加工后的实际几何参数与理想零件几何参数的相符合程度；反之、零件加工后实际几何参数与理想零件几何参数的不符合程度，则称为加工误差。加工误差大，则加工精度低；反之，加工误差小，则加工精度高。实际生产中，加工精度的高低就是用加工误差的大小来评定的。,仪器制造技术,零件的几何参数包括几何形状、尺寸和相互位置三个方面，故加工精度包括以下三方面。,1几何形状精度指加工表面本身的实际形状与理想表面形状之间相符合的程度，它们之间的差值称为形状误差。所谓理想表面形状是指绝对准确的表面形状，如平面、圆柱面、球面、等。几何形状精度要求，就是控制加工表面宏观几何形状，如圆度、圆柱度、平面度、直线度等的误差不超过一定范围。,仪器制造技术,2.尺寸精度指加工表面与其基准间的实际尺寸与理想尺寸相符合的程度，它们之间的差值称为尺寸误差。所谓理想尺寸是指平均尺寸，也就是公差带中心所对应的尺寸。如某零件轴径为则其理想尺寸为。若加工后实际尺寸为，则其尺寸误差为,仪器制造技术,3相互位置精度,指加工表面之间的实际位置与表面之间的理想位置相符合的程度，它们之间的差值称为位置误差。所谓理想位置是指绝对准确的表面间位置，如两平面平行、两平面垂直、两圆柱面同轴等。,仪器制造技术,对任何一个零件来说。其实际加工后的尺寸、形状和位置误差，若在零件图所规定的公差范围内、则认为加工精度这个质量指标能满足要求是合格品；若其个任何一项超出公差范围则是不合格品。一般情况下，零件的加工精度越高，则加工成本也越高，生产率越低。因此，在保证满足零件使用要求的条件下应容许零件有一定程度的误差，而不应该提出过高的精度要求。规定公差的目的是为了限制加工误差，控制加工难度。研究加工精度的目的就是研究如何把各种误差控制在公差范围内，弄清楚各种因素对加工精度的影响规律，从而找出减少加工误差、提高加工精度、降低加工成本的途径。,仪器制造技术,2.1.2获得规定加工精度的方法,1.获得尺寸精度的方法（1）试切法先试切出很小一部分加工表面，测量试切所得尺寸，根据测量结果决定重新调整刀具位置。再试切，再测量，如此反复，直至测得的尺寸合格为止，再以此最后切出整个待加工表面。此法生产率较低，加工质量与操作工人的技术水平关系很大，一般适用于单件、小批生产。,仪器制造技术,（2）定尺寸刀具法,工件上有些尺寸精度是直接由刀具保证的，如钻头、铰刀的直径直接决定了钻后、铰后的孔径，铣槽刀、割槽刀的刀宽直接决定了工件槽宽。此法称定尺寸刀具法。,仪器制造技术,（3）调整法,车床上可用行程挡块决定车削长度，铣床上可用对刀块决定铣削面的高度位置，这种利用机床上的定程装置或对刀装量获得尺寸精度的方法称调整法。此法需增加机床调整工作量，但此后加工中的操作却极为方便。此法广泛用于各种半自动机、自动机和自动线上；适用于批量生产以上的生产类型。调整法分为静调整法和动调整法,仪器制造技术,仪器制造技术,仪器制造技术,仪器制造技术,（4）数控加工,采用数字控制法加工零件时，只要将刀具用对刀装置安装在一定位置上，依靠软件输入的信息，通过计算机和数字控制装置，就能使数控机床保证刀具和工件间按预定的相对运动轨迹运动，获得所要求的加工尺寸。当需要加工不同的工件时，只需要更换不同的软件程序，输入与加工要求相应的信息就能实现。数控机床上具有控制刀架或工作台精确移动的一整套数字控制装置(步进电机、滚珠丝杠、数控系统等)，尺寸的获得(刀架或工作台的移动)由预先编制好的程序通过计算机数字控制装置自动控制。,仪器制造技术,2.获得形状精度的方法,零件的几何形状精度，主要由机床精度和刀具精度来保证。在机械加工中，获得形状精度的方法主要有下述三种：成形运动法、仿形法和非成形运动法,仪器制造技术,（1）成形运动法,成形运动法：即以刀具的刀尖做为一个点相对工件做有规律的切削成形运动，从而使加工表面获得所要求形状的加工方法。此时，刀具相对工件运动的切削成形面即是工件的加工表面。机器上的零件虽然种类很多，但它们的表面不外乎由几种简单的几何形面所组成。例如，常见的零件表面有圆柱面、圆锥面、平面、球面、螺旋面和渐开线面等等，这些几何形面均可通过成形运动法加工出来。在生产中，为了提高效率往往不是使用刀具刀口上的一个点，而是采用刀具的整个切削刀口（即线工具）加工工件。如采用拉刀、成形车刀及宽砂轮等对工件进行加工，这时由于制造刀具刃口的成形运动已在刀具的制造和刃磨过程中完成，故可明显简化零件加工过程中的成形运动。采用宽砂轮横进给磨削、成形车刀切削及螺纹表面的车削加工等都是这方面的实例。,仪器制造技术,（2）仿形法,仿形法：使用特定形状的刀具切削工件，工件的表面形状和精度完全取决于刀具的制造精度。例如，用指状铣刀铣削齿轮齿面，用成形拉刀拉削花键孔等,仪器制造技术,（3）非成形运动法,非成形运动法即零件表面形状精度的获得不是靠刀具相对工件的准确成形运动，而是靠在加工过程中对加工表面形状的不断检验和工人对其进行精细修整加工的方法。这种非成形运动法，虽然是获得零件表面形状精度最原始的加工方法，但直到目前为止某些复杂的形状表面和形状精度要求很高的表面仍然采用。如具有较复杂空间型面锻模的精加工，高精度测量平台和平尺的精密刮研加工及精密丝杠的手工研磨加工等。,仪器制造技术,3.获得位置精度的方法,零件加工表面间的位置精度，主要由机床、夹具和刀具的精度来保证。在机械加工中，获得位置精度的方法主要有下述两种：一次装夹获得法和多次装夹获得法,仪器制造技术,（1）一次装夹获得法,一次装夹获得法：即零件有关表面间的位置精度是直接在工件的同一次装夹中，由各有关刀具相对工件的成形运动之间的位置关系保证的。如轴类零件外圆与端面、端台的垂直度，箱体孔系加工中各孔之间的同轴度、平行度和垂直度等，均可采用一次装夹法获得。,仪器制造技术,（2）多次装夹获得法,多次装夹获得法即零件有关表面间的位置精度是由刀具相对工件的成形运动与工件定位基准面(亦是工件在前几次装夹时的加工面)之间的位置关系保证的。如轴类零件上键槽对外圆表面的对称度、箱体平面与平面之间的平行度、垂直度，箱体孔与平面之间的平行度和垂直度等，均可采用多次装夹获得法获得。在多次装夹获得法中，又可根据工件的不同装夹方式划分为：直接装夹法、找正装夹法和夹具装夹法。,仪器制造技术,2.2影响机械加工精度的工艺因素,零件的机械加工是在由机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统中进行的。工艺系统中凡是直接引起加工误差的因素都称为原始误差。,仪器制造技术,原始误差的分类归纳如下：,仪器制造技术,图示为活塞销孔精镗工序中的各种原始误差：,仪器制造技术,研究加工精度的方法,研究加工精度的方法的一般有两种：一因素分析法:通过分析计算或实验、测试等方法，研究某一确定因素对加工精度的影响。一般不考虑其它因素的同时作用，主要是分析各项误差单独变化规律。二统计分析法:运用数理统计方法对生产中一批工件的实测结果进行数据处理，用以控制工艺过程的正常进行。主要是研究各项误差综合的变化规律，只适用于大批、大量的生产条件。在实际生产中，这两种方法常常结合起来应用。一般先用统计分析法寻找误差的出现规律初步判断产生加工误差的可能原因，然后运用单因素分析法进行分析、试验、以便迅速合效地找出影响加工精度的主要原因。,仪器制造技术,误差敏感方向,机械加工中由于各种误差因素的作用，会破坏刀具与工件问的正确位置关系，从而产生加工误差。因某种误差因素使刀具离开正确位置的偏移量称原始误差，因偏移量具有一定的方向性，所以一般说来，由于刀具偏离正确位置而产生的加工误差不等于原始误差，它们间的关系可用车削外圆为例加以说明。,仪器制造技术,仪器制造技术,仪器制造技术,2.2.1方法误差,方法误差亦称加工原理误差：是由于采用了近似的切削运动或近似的切削刃形状所产生的加工误差。例如:齿轮滚刀：一阿基米德或法向直廓基本蜗杆代替渐开线基本蜗杆；二近似折线代替渐开线。采用近似的成形运动或近似的刀刃轮廓，虽然会带来加工原理误差，但往往可简化机床结构或刀具形状，或可提高生产效率，有时甚至能得到高的加工精度。因此，只要其误差不超过规定的精度要求加工原理误差应小于10一15工件的公差值)，在生产中仍能得到广泛的应用。,仪器制造技术,2.2.2机床误差,机床误差是指在无切削负荷下，来自机床本身的制造误差、安装误差和磨损。其常见形式：主轴回转误差、导轨误差和传动链误差,仪器制造技术,1.主轴回转误差,(1)主轴回转误差的基本概念机床主轴是用来装夹工件或刀具并传递主要切削运动的重要零件。它的回转精度是机床精度的一项很重要指标，主要影响零件加工表面的几何形状精度、位置精度和表面粗糙度。主轴回转时，其回转轴线的空间位置应该固定不变，即回转轴线没有任何运动。实际上，由于主轴部件中轴承、轴颈、轴承座孔等的制造误差和配合质量、润滑条件，以及回转时的动力因素的影响，往往瞬时回转轴线的空间位置都在周期性地变化。所谓主轴回转误差是指主轴实际回转轴线对其理想回转轴线的漂移。理想回转轴线虽然客观存在，仍却无法确定其位置，因此通常是以平均回转轴线(即主轴各瞬时回转轴线的平均位置)来代替。,仪器制造技术,(2)主轴回转误差的基本形式,主轴回转误差的基本型式有:纯径向跳动、纯轴向跳动、纯角度摆动三种。主轴回转误差总是上述三者的合成。造成主轴回转误差的主要因素与主轴部件的制造精度有关。,仪器制造技术,纯径向跳动,纯径向跳动：实际回转轴线始终平行于理想回转轴线，在一个平面内作等幅的跳动。,仪器制造技术,纯轴向跳动,纯轴向跳动:实际回转轴线始终沿理想回转轴线作等幅的窜动。,仪器制造技术,纯角度摆动,纯角度摆动：实际回转轴线与理想回转轴线始终成一倾角，在一个平面上作幅摆动，且交点位置不变。,仪器制造技术,(3)主轴回转误差对加工精度的影响,对于不同的加工方法，不同型式的主轴回转误差所造成的加工误差通常是不相同的。下图为车削和镗孔时纯径向跳动对加工精度的影响,仪器制造技术,主轴的端面圆跳动对圆柱面的加工精度没有影响，但在加工端面时，会使车出的端面与圆柱面不垂直.,仪器制造技术,纯角度摆动对镗孔的影响,仪器制造技术,(3)影响主轴回转精度的主要因素,影响主轴回转精度的主要因素引起主轴回转轴线漂移的原因主要是：轴承的误差、轴承间隙、与轴承配合零件的误差及主轴系统的径向不等刚度和热变形。主轴转速对主轴回轴误差也有影响。,仪器制造技术,(4)提高主轴回转精度的措施,提高主轴部件的制造精度；对滚动轴承进行预紧；使主轴的回转误差不反映到工件上。,仪器制造技术,(5)车床主轴回转误差的测量,仪器制造技术,(6)镗床主轴回转误差的测量,仪器制造技术,仪器制造技术,2.机床导轨误差,机床导轨导向精度是指机床导轨副的运动件实际运动方向与理想运动方向的符合程度，这两者之间的偏差值则称为机床导轨误差。导轨是机床中确定主要部件相对位置的基准，也是运动的基准，它的各项误差直接影响被加工工件的精度。在机床的精度标准中，直线导轨的导向精度一般包括下列主要内容：,仪器制造技术,1)导轨在水平面内的直线度(弯曲)；,仪器制造技术,2)导轨在垂直而内的直线度(弯曲)；,仪器制造技术,3)前后导轨的平行度(扭曲)；,仪器制造技术,4)导轨对主轴回转轴线的平行度(或垂直度)。,仪器制造技术,3.机床传动链误差,传动链误差是指机床内联系传动链始末两端传动元件之间相对运动的误差。它是螺纹、齿轮、蜗轮以及其它按展成原理加工时，影响加工误差的主要因素。,仪器制造技术,机床传动链误差的测量,传动链的传动误差可以用误差频谱图来表示。误差频谱图的横坐标表示误差的各次谐波的频率，纵坐标表示误差的各次谐波的幅值。测量传动链传动精度的常用方法是用磁分度仪或光栅式分度仪(见图)。,仪器制造技术,减少传动链传动误差的措施,(1)传动件数越少，传动链越短，误差就越小，因而传动精度就高。(2)传动比小，特别是传动链末端传动副的传动比小，则传动链中其余各传动元件误差对传动精度的影响就越小。因此，采用降速传功，是保证传动精度的重要原则。(3)传动链中各传动件的加工、装配误差对传动精度均有影响，但影响的大小不同，最后的传动件(末端件)的误差影响最大，故末端件应做得更精确些。(4)采用校正装置校正装置的实质是在原传动链中人为地加入一误差其大小与传动链本身的误差相等而方向相反，从而使之相互抵消。采用机械式的校正装置只能校正机床静态的传动误差。如果要校正机床静态及动态传动误差则需采用计算机控制的传动误差补偿装置。,仪器制造技术,仪器制造技术,2.2.3夹具误差和磨损,夹具的误差主要是指1)定位元件、刀具导向元件、分度机构、夹具体等的制造误差；2)夹具装配后，以上各种元件工作面间的相对尺寸误差；3)夹具在使用过程中工作表面的磨损；4)夹具在机床上安装的误差。夹具的制造公差应小于被加工工件的公差粗加工时取工件相应尺寸公差的1/31/5；精加工时取工件相应尺寸公差的1/21/3；,仪器制造技术,2.2.4刀具误差和磨损,刀具误差对加工精度的影响，根据刀具的种类不同而异。1)采用定尺寸刀具(如钻头、铰刀、键槽铣刀、镗刀块及圆拉刀等)加工时，刀具的尺寸精度直接影响工件的尺寸精度。2)采用成形刀具(如成形车刀、成形铣刀、成形砂轮等)加工时，刀具的形状精度将直接影响工件的形状精度。3)展成刀具(如齿轮滚刀、花键滚刀、插齿刀等)的刀刃形状必须是加工表面的共辐曲线。刀刃的形状误差会影响加工表面的形状精度。4)对于一般刀具(如车刀、镗刀、铣刀)，其制造精度对加工精度无直接影响，但这类刀具的耐用度较低，刀具容易磨损。,仪器制造技术,刀具磨损,仪器制造技术,磨损过程如图所示初期磨损阶段(段)：磨损较快。是由于刀具表面粗糙不平或表层组织不耐磨引起的。正常磨损阶段(段)：该磨损度近似为常数。AB呈直线。急剧磨损阶段(段)：磨损急剧加速继而刀具损坏。由于磨损严重，切削温度剧增，刀具强度、硬度降低所致。,仪器制造技术,2.2.5工艺系统的受力变形,1.基本概念切削加工时，由机床、刀具、夹具和工件组成的工艺系统，在切削力、夹紧力以及重力等的作用下将产生相应的变形，使刀具和工件在静态下调整好的相互位置，以及切削成形运动所需要的正确几何关系发生变化，而造成加工误差。,仪器制造技术,仪器制造技术,刚度的概念,仪器制造技术,仪器制造技术,2.工艺系统刚度及其对加工精度的影响,仪器制造技术,2.1工艺系统的刚度,在机械加工中，从研究加工精度的角度考虑工艺系统的刚度K系统的定义为：垂直作用于工件加工表面（加工精度敏感方向）的径向切削分力FY与工艺系统在该方向上的变形Y之间的比值，即y是Fx、Fy、Fz同时作用下的综合结果，所以就有可能出现y0，y=0，y0三种情况。当y0时，工艺系统就处于负刚度状态，此时会产生扎刀现象（刀刃啃入工件），将引起振动等不良后果，应尽量避免。,仪器制造技术,工艺系统的变形是由机床、夹具、刀具、工件的变形所组成，所以工艺系统的刚度也就包括有机床刚度、夹具刚度、刀具刚度和工件刚度，它的总刚度为它们的合成。工艺系统的总变形及合成刚度为Y系统=Y机床+Y夹具+Y刀具+Y工件因此，求出各个环节的刚度值后，就可以求出工艺系统的刚度。,仪器制造技术,2.2切削力作用位置对加工精度的影响,2.2.1.机床变形的影响设工件为绝对刚体，即忽略工件的变形，只考虑机床的变形。在切削力的作用下机床的前后顶尖产生变形，刀架也产生变形，它们的方向是相反的但却都使工件尺寸加大，所以系统的总变形应把它们加起来，反之对于使工件尺寸减小的变形则应做为负值加到总变形中去。,仪器制造技术,仪器制造技术,所以，由于机床的总变形使刀尖与工件相对位置的变化为：机床的刚度为：,仪器制造技术,2.2.2工件变形的影响,如图所示，假定前后顶尖刚度为无限大，在切削力作用下只是工件本身弯曲变形。刀具在作用点x处工件的变形位移为：,仪器制造技术,2.2.3工艺系统的总变形和刚度,因为前后顶尖和工件都不会是绝对的刚体，所以机床和工件产生的变形都不能忽视，故和同时存在，如图。所以，产生的总变形位移和系统刚度为：,仪器制造技术,2.2.4工艺系统刚度变化的分析工艺系统受力位置变化时的变形内圆磨床,仪器制造技术,工艺系统受力位置变化时的变形卧式镗床加工,仪器制造技术,2.3切削力大小对加工精度的影响,在加工过程中，由于工件加工余量发生变化，或由于其它原因，使得切削力发生变化从而引起工艺系统变形的变化致使产生加工误差。当工件毛坯有形状误差或相互位置误差时，加工后工件仍会有同类的加工误差，这种现象称为加工过程中的误差复映。,仪器制造技术,仪器制造技术,仪器制造技术,仪器制造技术,仪器制造技术,仪器制造技术,仪器制造技术,仪器制造技术,仪器制造技术,走刀n次后工件误差大小按照下列公式计算：式中：为工件半径误差；为毛坯半径误差；为与工件材料及刀具几何角度有关的切削力系数，具体可查切削用量手册；为切削分力与的比值；t为切深；s为每转进给量。毛坯的误差将复映到从毛坯到成品的每一个机械加工工序中，但每次走刀后工件的误差将逐渐减少，因此增加走刀次数就可以大大减少工件的复映误差，减少的程度与工艺系统的刚度成正比；因此可以从已知加工条件预先估算出工件在加工后的误差，或者根据工件的公差确定加工条件。,仪器制造技术,2.4夹紧力和重力引起的加工误差,仪器制造技术,仪器制造技术,仪器制造技术,2.5传动力和惯性力引起的加工误差,仪器制造技术,仪器制造技术,仪器制造技术,2.6影响机床刚度的因素,仪器制造技术,仪器制造技术,仪器制造技术,机床部件的受力变形主要影响是间隙、油膜层和薄弱零件变形。其刚度远比单个零件小，一般用实验方法测定。,仪器制造技术,2.7机床部件静刚度测试,仪器制造技术,3.减少工艺系统受力变形的途径,仪器制造技术,2.2.6工艺系统的受热变形,在机械加上过程中，工艺系统会受到各种热的影响而产生温度变形，一般也称为热变形，这种变形将破坏刀具与工件的正确几何关系和运动关系，造成工件的加工误差。热变形对加工精度影响比较大，特别是在精密加工和大件加工中，热变形所引起的加工误差通常会达到工件加工总误差的4070。,仪器制造技术,1.热源种类,热总是由高温处向低温处传递的。热的传递方式有三种，导热传热；对流传热；辐射传热。引起工艺系统变形的热源可分为内部热源和外部热源两大类。内部热源主要指切削热和摩擦热，它们产生于工艺系统内部，其热量主要是以热传导的形式传递的。外部热源主要是指环境温度(它与气温变化、通风、空气对流和周围环境等有关)和各种辐射热(包括由阳光、照明、暖气设备等发出的辐射热)，它们产生于工艺系统外部的，以对流传热为主要形式的,仪器制造技术,切削热,切削热是切削加工过程中最主要的热源，它对工件加工精度的影响最为直接。在切削(磨削)过程中，消耗于切削层的弹、塑性变形能及刀具、工件和切屑之间摩擦的机械能，绝大部分都转变成了切削热。切削热Q(J)的大小于被加工材料的性质、切削用量及刀具的几何参数等有关。通常可按下式计算式中Pz主切削力(N)；V切削速度(m/min)；t切削时间(min)。影响切削热传导的主要因素是工件、刀具、夹具、机床等材料的导热性能以及周围介质的情况。若工件材料热导率大，则由切屑和工件传导的切削热较多；同样，若刀具材料热导率大，则从刀具传出的切削热也会较多。,仪器制造技术,各种切削加工传热的情况,车削加工：切屑所带走的热量最多，达5080(切削速度越高。切屑带走的热量占总切削热的百分比就越大)，传给工件的热量约为30，传给刀具的热量一般不超过5；铣削和刨削加工：传给工件的热量一般在总切削热的30以下；钻削和镗削加工：传给工件的热量就比车削时要高，传给工件的热量往往超过80；磨削加工：磨屑很小，带走的的热量约为4，84左右传入工件，致使磨削表面的温度高达8001000左右，因此磨削热既影响工件的加工精度，又影响工件的表面质量。,仪器制造技术,2.刀具的热变形,刀具热变形主要是由切削热引起的。通常传入刀具的热量并不太多，但由于热量集中在切削部分，以及刀体小，热容量小，故仍会有很高的温升。据有关资料表明，在工艺系统中，刀具的热变形带来的误差占56.8%，机床进给轴线与主轴回转轴线不平行带来的误差占37%，由于受力变形带来的误差占5.5%，工件热变形的误差占2.7%，刀具磨损带来的误差占2%，可见刀具的热变形是占主导地位的。,仪器制造技术,车刀受热时的伸长量与切削时间的关系,仪器制造技术,2.1连续加工时,仪器制造技术,2.2冷却阶段时,仪器制造技术,2.3断续加工时,仪器制造技术,2.4刀具热变形的测量,1刀架；2传感器,仪器制造技术,3.工件热变形对加工精度的影响,工件的热变形一般分为两种情况是均匀受热或可以看作均匀受热，例如室温变化、车磨外圆、车磨螺纹、镗孔等；是不均匀受热，例如磨平面、铣削平面、刨削平面等。,仪器制造技术,3.1工件均匀受热的热变形,形状较简单的轴类、套类、盘类零件的内、外圆加工时，切削热比较均匀地传入工件，如不考虑工件温升后的散热，其温度在沿工件全长和沿圆周上都是比较一致的，热变形也比较均匀。对于一般工件，因轴向尺寸精度要求大多低于径向尺寸精度要求，故影响不大；但在加工丝杠时轴向尺寸热伸长却成为影响螺距误差的主要因素。在磨削丝杠过程中，由于丝杠受热，便产生了相对于机床工作母丝杠的温差，其相对于母丝杠的伸长量。,仪器制造技术,3.2工件不均匀热变形,铣、刨、磨平面时，除在沿进给方向有温度差外，由于工件只在单面受到切削热作用，上下表面间的温度差会导致工件拱起，中间被多切去，加工完毕冷却后，加工表面就产生中凹的误差。,仪器制造技术,4.机床热变形对加工精度的影响,仪器制造技术,5.减少工艺系统热变形的措施,仪器制造技术,2.2.7工件安装、调整和测量的误差,1.工件安装误差2.调整误差3.测量误差,仪器制造技术,2.2.8工件内应力引起的变形,仪器制造技术,仪器制造技术,2.3加工误差分析和加工质量监控2.3.1加工误差的性质,加工误差按其性质的不同可归纳为：（1）系统误差（2）随机误差(也称偶然误差),仪器制造技术,（1）系统误差,仪器制造技术,仪器制造技术,常值系统误差：在连续加工一批零件时，加工误差的大小和方向基本上保持不变，称为常值系统误差。加工原理误差，机床、刀具、夹具的制造误差，工艺系统的受力变形等引起的加工误差均与加工时问无关，其大小和方向在次调整中也基本不变，因此都属于常值系统误差。机床、夹具、量具等磨损引起的加工误差，在次调整的加工中也均无明显的差异，故也属于常值系统误差。,仪器制造技术,变值系统误差：如果加工误差是按零件的加工次序作有规律变化的，则称为变值系统误差。机床、刀具和夹具等在热平衡前的热变形误差，刀具的磨损等，都是随加工时间而有规律地变化的因此属于变值系统误差。,仪器制造技术,（2）随机误差：在顺序加工的批工件中，其加工误差的大小和方向的变化是属于随机性的，称为随机误差。如毛坯误差(余量大小不一、硬度不均匀等)的复映，定位误差(基准面精度不一、间隙影响)，夹紧误差，多次调整的误差，残余应力引起的变形误差等都属于随机误差。注意：在不同的场合下，误差的表现性质也有不同。例如，机床在一次调整中加工一批工件时，机床的调整误差是常值系统误差。但是，当多次调整机床时，每次调整时发生的调整误差就不可能是常值，变化也无一定规律，因此对于经多次调整所加工出来的大批工件，调整误差所引起的加工误差又成为随机误差。,仪器制造技术,仪器制造技术,误差的综合,m个常值系统误差：i个变值系统误差：n个随机误差：综合误差：,仪器制造技术,2.3.2加工误差的统计分析,仪器制造技术,仪器制造技术,仪器制造技术,仪器制造技术,正态分布的特征,条件：无变值系统误差（或有而不显著）；各随机因素是相互独立的；各随机因素中没有一个是起主导作用的。特征参数：算术平均值是表征分布曲线中心位置的参数。的大小反映机床的调整位置，反映了加工中的调刀尺寸；根据是否与公差中心重合来判断是否存在常值系统误差；如果改变值分布曲线将沿横坐标移动而不改变其形状。,仪器制造技术,均方根偏差影响正态分布曲线的形状的参数。越大，尺寸愈分散，加工精度愈差；越小，尺寸愈集中，精度愈高；因此的大小反映了加工精度的高低，反映了机床的加工精度水平。,仪器制造技术,仪器制造技术,仪器制造技术,仪器制造技术,工艺能力系数,仪器制造技术,一般将工艺分为五级：Cp.为特级，说明工艺能力过高，不一定经济；.Cp.为一级，说明工艺能力足够，可以允许一定的波动；.Cp.为二级，说明工艺能力勉强，必须密切注意；.Cp.为三级，说明工艺能力不足，可能出少量不合格；.Cp为四级，说明工艺能力不行，必须改进。一般情况下，工艺等级不应低于二级,仪器制造技术,仪器制造技术,仪器制造技术,仪器制造技术,仪器制造技术,仪器制造技术,非正态分布,仪器制造技术,仪器制造技术,2.点图法与控制图,分布曲线法不能反映出零件加工的先后顺序，因此不能把变值系统误差和随机误差区分出来；而且分布曲线只有在一批零件加工完后才能绘出来，因此不能在加工进行过程中为控制工艺过程提供资料，以便随机调整机床保证加工精度。采用点图法可以弥补上述缺点。点图法的要点：以零件加工的先后顺序作出尺寸的变化图，揭示整个加工过程误差变化的全貌。以加工零件顺序号为横坐标，零件加工后测量所得的尺寸为纵坐标，画成点图(如下图所示)。点图可以在加工过程中用来估计工件尺寸的变化趋势，并决定机床重新调整的时间(下图例中50号工件时),仪器制造技术,仪器制造技术,仪器制造技术,3.保证和提高加工精度的途径,3.1减少误差法减少误差法是生产中应用较广的提高加工精度的一种基本方法，是在查明产生加工误差的主要因素之后，设法对其直接进行削除或减弱(例如细长轴的车削，如图7.32(a)利用中心架，图7.32(b)采用跟刀架，图7.32c在卡盘加工中用了后顶尖支承等都可提高工件的刚度。又如采用图7.33(b)装夹法