第四章 机械加工精度.ppt

机械制造工艺学,第四章机械加工精度,一、机械加工精度,加工精度:,机械加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和表面间的相互位置）与理想几何参数的符合程度。,4.1概述,加工误差:,零件的加工精度包含三方面的内容：尺寸精度、位置精度和形状精度。,在机械加工时，机床、夹具、刀具和工件就构成了一个完整的系统，称之为工艺系统。,把工艺系统的误差称之为原始误差。,机械加工误差是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和表面间的相互位置）与理想几何参数的不符合程度。,三者的关系:形状位置尺寸,与加工成本的关系,二、影响机械加工精度的因素,（P164图表）,1）装夹,2）调整,3）加工,三、误差的敏感方向,把对加工精度影响最大的那个方向称为误差的敏感方向（-法线方向）,当=0时R=最大,当=90时R=2/2R0最小,四、研究加工精度的方法,研究加工精度的方法有两种：,1）单因素分析法,2）统计分析法,4.2工艺系统的几何精度对加工精度的影响,一、加工原理误差,指采用近似的成形运动或近似的刀刃轮廓进行加工而产生的误差。,如：1.数控机床加工曲面.,2.滚齿机加工齿轮.,二、调整误差,工艺系统的调整有两种基本方式。不同的调整方式有不同的误差来源。,由于调整工艺系统而产生的误差.,试切法调整,调整法调整,（一）试切法调整,1.测量误差,2.机床进给机构的位移误差(爬行),3.试切时与正式切削时切削层厚度不同的影响,（二）调整法,影响试切法调整精度的因素，同样也对调整法有影响。此外，影响调整精度的因素有：,1.定程机构误差,2.样件或样板的误差,3.测量有限试件造成的误差,三、机床误差,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导向误差。,（一）机床导轨导向误差,1.导轨导向精度及其对加工精度的影响,主要包括两方面:机床导轨和机床主轴,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：,1）导轨在水平面内的直线度y（弯曲）；,2）导轨在垂直面内的直线度z（弯曲）；,3）前后导轨的平行度（扭曲）；,4）导轨对主轴回转轴线的平行度（或垂直度）,导轨的直线度,D,Ry,D,Ry=Y,Rz=(Z)2/D,导向误差对车削圆柱面精度的影响,R=Y=HH/B,导轨扭曲引起的加工误差,刨床,镗孔,在分析导轨导向误差对加工精度影响时，主要应考虑导轨误差引起刀具与工件在误差敏感方向的相对位移。,导轨磨损是造成导轨误差的另一重要原因。,影响导轨导向精度的因素还有加工过程中力、热等方面的原因。,2.导轨导向误差的理论分析方法,略,主轴回转误差是指主轴实际回转轴线对其理想轴线的漂移。,（二）机床主轴的回转误差,1.主轴回转误差的基本概念,主轴回转轴线的运动误差有三种基本型式:,径向圆跳动,端面圆跳动,倾角摆动,2.主轴回转误差对加工精度的影响,3.影响精度的主要因素,（1）轴承误差的影响,分两种情况:刀具回转类机床(镗床,钻床)工件回转类机床(车床,磨床),每类又分两种情况:1.轴承孔不圆2.轴颈不圆,A)工件回转类机床(车床,磨床),B)刀具回转类机床(镗床,钻床),（2）轴承间隙的影响,（3）与轴承配合零件误差的影响,（4）主轴转速的影响,（5）主轴系统的径向不等刚度和热变形,结论:对于工件回转类机床(车床,磨床)影响较大的是轴颈对于刀具回转类机床(镗床,钻床)影响较大的是轴承孔,4.提高主轴回转精度的措施,（1）提高主轴部件的制造精度,（2）对滚动轴承进行预紧,（3）使主轴的回转误差不反映到工件上,例如:,用顶尖支承磨外圆,用镗模架镗孔,（二）机床传动链的传动误差,1.传动链精度分析,传动链的传动误差是指内联系的传动链中首末两端传动元件之间相对运动的误差。,滚齿机传动链图,滚刀,工作台,2.传动精度的测量与信号处理,谐波分析法,3.传动误差的估算和对加工精度的影响,略,4.减少传动链传动误差的措施,（1）传动件数越少，传动链越短，转角累积误差就越小，因而传动精度就越高。,四点:1.2.3.4.,（2）传动比i小，特别是传动链末端传动副的传动比小，则传动链中期于各传动元件误差对传动精度的影响就越小。因此，采用降速传动（i1），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，最后的传动件（末端件）的误差影响最大。,（4）采用校正装置,四、夹具的制造误差与磨损,夹具的误差主要是指:,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。,1）定位元件、刀具导向元件、分度机构、夹具体等的制造误差。,五、刀具的制造误差与磨损,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轭曲线。此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。,另外，刀具的磨损也影响加工精度,一、基本概念,工艺系统的受力变形是加工中一项很重要的原始误差。(主要是弹性变形),工艺系统刚度:k=Fy/y(N/mm),4.3工艺系统的受力变形对加工精度的影响,二、工艺系统刚度的计算,工艺系统的总变形:y=yjc+yjj+yd+ygyjc-机床的受力变形yjj-夹具的受力变形yd-刀具的受力变形yg-工件的受力变形,1/k=1/kjc+1/kjj+1/kd+1/kg,y=F/K,当工件,刀具的形状比较简单时,可用材料力学的有关公式计算:,L,三、工艺系统刚度对加工精度的影响,（一）切削力作用点位置变化引起的工件形状误差,1.机床的变形,假定：工件的刚度很大，只考虑机床上的床头，尾架，刀架的变形。,yx=ytj+x,x=(ywz-ytj)x/L,FA=Fy(L-X)/L,FB=FyX/L,机床总变形yjc=yx+ydj,床头变形:,尾架变形:,刀架变形:,机床总变形:,3-考虑床头,尾架,刀架变形的工件形状,2.工件的变形,假定：机床的刚度很大，只考虑工件上的变形。,当X=0或X=L时,yg=0,当X=L/2时,加工后，工件呈鼓形,3.工艺系统的总变形,当同时考虑机床和工件的变形时，工艺系统的总变形：y=yjc+yg,工艺系统的刚度：,总变形:y=yjc+yg,圆柱度误差:=ymax-ymin,（二）切削力大小变化引起的加工误差,毛坯误差:m=ap1-ap2,加工后工件误差:g=y1-y2,误差复映,由于毛坯的误差变化而使被加工的工件产生相应的误差-,工艺系统的刚度为k,则工件的圆度误差:,=y1-y2=(Fy1-Fy2)/k,xFy1,Fy=CapFy1=Cap1,Fy2=Cap2,g=C(ap1-ap2)/k=Cm/k,g1=1m,g2=2g1=12m,1，只说明该工序的工序能力足够，加工是否会出废品，还要看调整的是否正确。,工序能力系数Cp:,3.估算合格品率或不合格品率,不合格品率包括:废品率和可返修的不合格品率。,现举例说明如下：,它可通过分布曲线进行估算。,合格品率+不合格品率=1(或100%),解:,计算工序能力系数CpCp=T/6=0.9,计算不合格品率:,Q=0.5-F(Z),查表Z=2F(2)=0.4772,Q=0.5-0.4772=2.28%,Z,车削一批轴的外圆，其尺寸要求为20-0.1mm，若此工序尺寸按正态分布，均方差=0.025mm，公差带中心小于分布曲线中心，其偏移值0=0.03mm（如图），试指出该批工件的常值系统误差及随机误差，并计算合格率及废品率？,例2:,已知:0=0.036=60.025,=(0.05-0.03)/0.025=0.8,查表F(Z)=F(0.8)=0.2881,合格率=0.5+0.2881=78.81%,废品率=1-78.81%=21.19%,解:,在车床上车削一批小轴，经测量实际尺寸大于要求的尺寸从而必须返修的小轴数为24%，小于要求的尺寸从而不能返修的小轴数为2%，若小轴的直径公差T=0.16mm，整批工件的实际尺寸按正态分布，试确定该工序的均方差，并判断车刀的调整误差为多少？,例3:,解:,T=0.16合格率Q1=0.5-0.24=0.26Q2=0.5-0.02=0.48,查表:Z1=0.71,Z2=2.05,Z1=X1/=(0.08-0)/=0.71,Z2=X2/=(0.08+0)/=2.05,解方程,得:=0.06,0=0.04,Z1,Z2,在生产现场测量一批小轴的外圆（计1000件），其最大尺寸Dmax=25.030mm，最小尺寸Dmin=25.000mm，若整批工件尺寸为正态分布，图纸要求该轴的外径为25+0.025mm，求这批零件的废品有多少件？能否修复？-0.005,例4:,解:,分散范围:6=Dmax-Dmin,均方差:=(Dmax-Dmin)/6=0.005,中心偏移量:0=25.015-25.010=0.005,Z=(T/2-0)/=2查表F(2)=0.4772,废品率=0.5-0.4772=0.0228=2.28%废品件数=10000.0228=22.823(件),例5:,解:（1）,第一台机床的工序精度:,第二台机床的工序精度:,61=60.004=0.024,62=60.0025=0.015,6261,（2）,机床2精度高,机床1加工的零件都落在公差带以内,故无不合格品,机床2:,查表:F(2)=0.4772,不合格品:0.5-0.4772=2.28%,主要原因:刀具调整不当,1=0.004,2=0.0025,采用下面介绍的点图法，可以弥补上述不足。,分布图分析法的缺点：,没有考虑一批工件加工的先后顺序，故不能反映误差变化的趋势，难以区别变值系统误差与随机误差的影响.,必须等到一批工件加工完后才能绘制分布图，因此不能在加工过程中及时提供控制精度的信息。,三、点图分析法,（一）单值点图,这种分析法的前提是:工艺过程应该是稳定的。,参见下图,稳定:误差主要是随机误差,系统误差影响很小,单值点图,R在一定程度上代表了瞬时的尺寸分散范围，故R点图可反映出随机误差及其变化趋势。,1.样组点图的基本形式及绘制,即:,估计值,上控制线：,下控制线：,R点图：中线,上控制线：,下控制线：,在点图上,可根据分布情况来判断工艺过程是否稳定。,点子正常波动：1、没有点子超出控制线。2、大部分点子在中线上下波动，小部分在控制线附近。3、点子没有明显的规律性。,点子异常波动：,1、2、3、4、5、6、7、8、9、10P82,四、机床调整尺寸,4.6保证和提高加工精度的途径,1）误差