机械制造工艺学(加工精度).ppt

第1章机械加工精度、1 .机械加工精度的基本概念2影响机械加工精度的因素3 .加工误差的综合分析4 .提高加工精度的措施，2、加工误差、2、影响加工精度的因素及其分析，2、影响加工精度的因素，1 .原始误差零件加工的误差是因为工件和工具在切削中位置相互变动。 工件和工具安装在夹具和机床上，工件、工具、夹具、机床构成了完整的工艺系统。 过程系统中的各种误差被称为原始误差，因为它导致零件的加工误差。原始误差、加工前误差、加工中误差、加工后误差、调整误差、机床误差、刀具制造误差、夹具误差、加工原理误差、工件安装误差、工艺系统受力变形、刀具磨损、残馀应力变形、测量误差、工艺系统热变形、2、工艺系统的几何误差、(1) 加工原理误差近似的成形运动和刃形引起的误差，大多是形状误差(2)机床的误差1 )主轴旋转误差主轴旋转误差概念主轴旋转时的实际旋转轴线和理想旋转轴线的偏移量的基本形式： a .纯径向偏差b .纯角度偏差c .轴向间隙，影响主轴旋转精度的主要因素轴承自身的误差、轴承间隙、轴承间同轴度但是，对主轴旋转精度的影响的大小因加工方式而异，主轴采用滑动轴承的车床类，主轴的力方向一定，主轴头的圆度误差的影响大，轴承内径的圆度误差没有影响，钻床主轴根据钻床的旋转方向力不断变化的轴承孔误差的滚动轴承的结构复杂，影响主轴精度的因素也复杂，除了轴承自身的精度外，与对方的精度有很大的关系，产生轴向松动的主要原因是主轴轴肩端面和轴承端面在主轴旋转轴线上存在垂直度的误差。 在使用主轴不同形式的旋转误差引起的加工误差不同的车床加工外圆内孔的情况下，主轴的径向振动引起工件的正圆度和圆柱度的误差，不影响工件的端面的轴向间隙对圆柱表面的影响不大，对端面的直角度平面度的影响大， 在车削螺纹时导致导程周期性误差的单纯角度摆动会引起车削外圆或内孔的锥形误差的镗削中，把镗削后的孔做成椭圆形。 单纯的角度摆动会引起车削外圆或内孔的锥形误差的镗削时，工件的进给会使镗削的孔成为椭圆形。 提高主轴和支撑座孔的加工精度，选择高精度的轴承，提高主轴部件的组装精度、施力和平衡等，提高主轴的旋转精度。 2 )机床导轨误差导轨的精度要求主要是水平面内的直线度(以卧式车床为例)，1直接反映在工件加工面的法线方向(误差敏感方向)，误差R=1对加工精度影响最大。 产生由椭圆刀尖在水平面内的运动轨迹引起的工件轴方向的形状误差。 垂直面内的直线度2对工件的尺寸和形状误差的影响比1小得多，相对于卧式车床r22/d，2=0.1mm，D=40mm时，R=0.00025mm，影响可以忽略。 平面磨床、门式磨床的误差直接反映在工件上。 导轨的垂直面内的直线度特殊情况下为斜面状，加工的工件的轴向形状为鞍状。 前后导轨的平行度(扭转)卧式车床和外圆磨床前后的导轨存在平行度误差时，刀具和工件的相对位置发生变化，刀尖运动轨迹为空间曲线，使工件产生形状误差。 如果扭转误差为3，则工件误差r(h/b)3、一般车床H/B2/3、外圆磨床H/B1、误差对加工精度有很大影响，除了导轨的制造误差外，导轨的偏磨损和安装质量也是引起导轨误差的重要因素。 导轨的磨损是机床精度下降的主要原因之一。 可以采用耐磨合金铸铁、钢制轨道、塑料轨道、滚动轨道的轨道表面淬火等措施。3 )机床的传动链误差是指机床内整个传动链两端的传动部件间的相对运动的误差，一般用传动链末端部件的旋转角度误差来测量。 原因有传动链中各传动部件的制造误差、组装误差、磨损等。 若传动齿轮I在某时刻产生旋转角误差为i，则由此引起的传动链端元件的旋转角误差：wi=KiiKi是从该轴到端元件的总传递比，称为误差传递系数，Ki大于1时误差扩大各执行元件对工件精度的影响的总和为=wi=kii，减少传动链的误差的措施：尽量缩短传动链，减少传动部件的数量尽量采用降速，误差被缩小的传动部件，特别是末端部件的制造和组装(3)工具几何误差包括工具切削部、卡盘部的制造误差、工具安装误差，尺寸固定工具的工具尺寸精度直接影响工件尺寸精度，成形工具的工具形状精度直接影响工件形状精度，如果展开成工具刀尖形状精度，则影响工件加工精度， 一般工具的制造精度不直接影响工件加工精度；(4)夹具的几何误差对夹具的制造误差、安装误差和磨损对工件的尺寸精度和位置精度有很大影响；(5)定位误差对基准不匹配误差、定位副制造不正确误差直接影响工件的尺寸精度和位置精度；(6)调整误差对工序调整作业中存在的误差，即调整误差一次进行调整但是，大量加工有多次调整，不能每次都完全一样。 对于所有的零件，每次的调整误差都是偶然的误差。 机床调整误差可以理解为零件尺寸分布曲线中心的最大偏移。 加工中不产生废品的条件：fbtt，3 .工艺系统的受力变形，(1)基本概念，(2)零件刚性对机床、工具、夹具低时，其变形对加工精度有很大影响，最大变形量用材料力学式估计。 长轴双顶夹头用简支梁计算，三爪夹头用悬臂梁计算，(1)工艺系统的刚性过程系统抵抗变形的能力可以用工艺系统的刚性k系统来描述。 垂直作用于工件加工面的径向切削分力Fy与加工面的法线方向的变形y之比被称为加工系刚性k系k系k系=fy/yy=yfyfyfy柔软度w=1/k，(3)工具刚性外周工具的加工面法线方向的刚性大的变形可以忽略，镗削小孔车刀的刚性差，变形(4)机床零件刚度1 )机床零件刚度机床结构形状复杂，刚度计算主要通过实验方法测定。 变形和载荷不是线性关系的加载和卸载曲线不一致的剩馀变形存在的实际刚性比估计的小，2 )影响机床零件刚性的因素结合面接触变形，接触面间名义压力的增加和接触变形的增加之比称为接触刚性。 零件表面越粗糙，形状误差越大，材料硬度越低，接触刚性越小。低刚性零件自身的变形，表面间的间隙，接触表面间的摩擦变形滞后，受到力的方向和作用扭矩y是Fx、Fy、Fz的综合结果，(5)工艺系统受到力的变形及其加工精度的影响1 )工艺系统的变形总变形y系=y机y卡盘y工k系=f 因为k卡盘=Fy/y卡盘，k刃=Fy/y刃k工=Fy/y工，所以k系=1/(1/k机1/k卡盘1/k刃1/k工)工艺系统的刚性比刚性最小连杆的刚性差，2 ) 工艺系统中力变形对加工精度的影响切削力位置的变化对加工精度的影响为：刀具工件刚性大的总变形y系=y刀架yx，刀具工件刚性大的总变形y系=y刀架yxy主=FA/k主=Fy(l-x)/(lk主)，y尾=FB/k尾=fyx/(x=k尾l/(k主k尾)时，y系min=Fy，如果工件刚性差，则考虑变形，用简单支撑梁计算y系=y系=y刀架yx y工，研究：1.x中工件半径Rx=R y刀架yx y工半径误差R=Rx-R=y刀架yx y工=y系工件的形状误差和尺寸没有偏差3 .如果工件的刚性大l/D5，不考虑y工，y系的x二次函数圆柱度误差=ymax-ymin，4 .如果工件细长，轴刚性差，系统变形主要是工件变形，x=l/2时切削力的大小的变化对加工精度的影响毛=ap1-ap2工=y1-y2误差图系数=工/毛fy=cyfyapxhbsn=capxCAPF y1=c (ap1-y1 )cap1fy2=c (AP2-y2 )cap 2工=y1 k系=工/毛=C(ap1-ap2)/(k系(ap1-ap2)=C/k系、=工/毛=C/k系总是小于1，具有校正误差能力的多次进给=1232.k系越大，越小，被转印到工件上研究：夹紧变形对加工精度的影响，工件刚性差(薄材、圆环)卡盘不当受力的变形，机床零件、工件重量对加工精度的影响，其他力对加工精度的影响动力(拉杆)，离心力改变方向，工艺系统会产生相应的变形，3 工艺系统减小受力变形的途径；减小切削力及其变化；提高系统中零件的配合质量；缩短切削力的作用点与支承点的距离；设置辅助支承来提高零件的刚性；4 .工艺系统的热变形；工艺系统在各种热源的影响下发生复杂的变形工件会产生加工误差，(1)工艺系统的热源1 )内部热源包含切削热、摩擦热和派生热源，(2)外部热源包含环境温度、辐射热，(2)工件的热变形对加工精度的影响1 )工件受到均匀热的盒类的部件圆筒面、长度和径向的热变形。 如果受热时测量的尺寸达到规定的尺寸，冷却后的尺寸会变小，可能会发生尺寸的过冲。 2 )工件的不均匀的热磨机、磨削、磨削平面等，由于工件一面的热引起的弯曲变形而磨削细长的轴时，工件的温度逐渐增加，(3)工具的热变形对加工精度的影响主要是主轴部件、床导向件两者的相对位置的热变形，(4)机床的热变形对加工精度控制热变形；(1)减少发热和隔热；(2)强制冷却；(3)均衡温度场；(3)在结构上采取措施减少热变形；(4)控制周围温度。 5、工件内应力引起的变形、内应力的产生原因和消除措施1、铸造焊接、热处理等，由于工件壁厚不均匀的热膨胀收缩不均匀和金相组织的变化等，体积发生变化，空白处产生内应力，暂时处于平衡状态，切削时平衡状态被破坏。 2、冷校正产生的内部应力，在热处理后可以进行时效处理去除残馀应力。 常用的方法有人工时效、振动时效、天然时效等。工件在内应力不稳定的情况下逐渐变形，三、加工误差的统计分析，1 .(1)加工误差的分类，1 )系统误差常值系统误差：原理机床刀具卡盘测量仪制造调整误差系统误差：机床刀具热变形，刀具磨损2 ) 随机误差：误差反映定位钳位作业误差内部应力变形，按照其规律调整或补偿系统误差，去除随机误差仅通过减小其变动范围是无法完全消除的，(2)正态分布，1 )正态分布的数学模型， 特征参数和特殊点正态分布曲线方程式两个特征参数：算术平均值x和标准偏差，正态分布的特殊点，1 )概率密度函数有最大值x=x处拐点，2 )标准正态分布=0 =1实际生产中变换为非标准正态分布命令z=(x-)/， 即图中的阴影面积可以利用概率密度积分表来计算，3 )有工件尺寸的区间内的概率，工件尺寸在3范围内的概率为99.73%，尺寸分布中心和公差中心重叠时，不发生废品的条件是T6Q废品=0.5-(x )中心不重叠T6 系2 .过程的分布图分析(1)过程的稳定性、平均值和标准偏差稳定的性能取决于变量系统的误差，(2)过程的分布图分析，知道质量指标的分布、加工能力、有无废品)样品容量的确定通常为n=502002 ) 取样品数据整理异常数据，计算尺寸分散范围r、尺寸间隔数j、区间宽度x3 )制作实际分布图的纵轴为度数：同间隔尺寸工件数，5 )过程分布图分析判断加工误差性质的系统误差， 随机误差确定工序能力和等级工序能力系数Cp，可以确定满足加工精度的程度Cp=T/6不良率，(2)分布图分析法的特征1 )采用较大的样品，接近实际反映整个过程的2 )从误差中区分常值系的误差3 ) 只适用于在加工完所有样品后绘制曲线，不能反映前后的顺序，不能从误差中区分变量值系统的误差4 )不能及时提供过程的精度信息，事后分析5 )计算复杂，过程稳定的情况。 点图分析法计算简单，能马上提供主动的控制信息，适用于稳定的过程和不稳定的过程。 3、过程的点图分析(1)按每个点图依次测量各尺寸并填写在以横轴零品种纵为尺寸的图表中，(2)平均-极点图采用顺序小的样品(46)，由小的样品平均点图和极点图构成，横轴为小的样品群编号。 具体的做法是定期测量小样品尺寸计算平均值和极差R:R=xmax-xmin中心线和r样品本组2030上下控制线ES、EI、UCL、LCL，定期绘图，平均点图上下控制线的确定：平均点图上下的控制平均点图反映质量指标分布中心(系统误差)的变化，极差图反映质量指标分布范围(随机误差)的变化，(3)平均值-极差图分析生产过程稳定：想法不超过控制线； 大部分点在中线附近变动，小部分点在控制线附近构思没有明确的规则性，生产过程不稳定的标记：构思超过控制线，或密集在控制线附近7点以上连续出现在中线侧上升和下降倾向等，明显的规则性构思有周期性的变动根据想法的分布状况立即寻找原因采取对策1 .说明如果极差r没有超过控制线，加工中的瞬间尺寸分布很稳定。 2 .说明平均值稍超过控制线，超过公差界限时，存在某种优势系统误差，过程不稳定。 点图缓慢上升时，系统可能热变形的点图缓慢下降时，工具可能磨损。 3 .采取措施消除系统误差后，随机误差成为主要因素，分析其原因，控制尺寸的分散范围。四、提高加工精度的途径，一.消除或减少原来的误差。 例如，加工细长轴时容易发生弯曲和振动，增大主偏角来减少背力，使用刀架和中央框架来提高工件的刚性。 但是，进给力可能会导致“杆压曲”而压曲。切削热会使工件变长、变形。 对策：采用反向进给切削方法，使用弹性尾座顶部。 2 .镗削时镗削棒和主轴浮动连接，用镗削模将机床误差移动到新装置上控制转塔刀架的旋转误