第五章 机械加工质量.ppt

机械制造技术机械制造技术课件课件第五章第五章 机械加工质量机械加工质量辽宁科技大学辽宁科技大学高等职业技术学院高等职业技术学院 机械系机械系 尺寸精度尺寸精度形状精度形状精度位置精度位置精度（通常形状误差限制在位置公差内，位（通常形状误差限制在位置公差内，位置公差限制在尺寸公差内）置公差限制在尺寸公差内）表面粗糙度表面粗糙度波度波度纹理方向纹理方向伤痕（划痕、裂纹、砂眼等）伤痕（划痕、裂纹、砂眼等）加工精度加工精度表面质量表面质量表面几何形状精度表面几何形状精度表面缺陷层表面缺陷层表层加工硬化表层加工硬化表层金相组织变化表层金相组织变化表层残余应力表层残余应力机械加工质量包括机械加工质量包括：第五章第五章 机械加工质量机械加工质量l第一节第一节 机械加工精度机械加工精度概述概述l一、加工精度与加工误差一、加工精度与加工误差l机械加工精度是指零件加工后的实际几何参数机械加工精度是指零件加工后的实际几何参数(尺寸、尺寸、形状和位置形状和位置)与理想几何参数相符合的程度。它们之间与理想几何参数相符合的程度。它们之间的差异称为加工误差。加工误差的大小反映了加工精的差异称为加工误差。加工误差的大小反映了加工精度的高低。误差越大加工精度越低度的高低。误差越大加工精度越低:误差越小加工精度误差越小加工精度越高。越高。l 加工精度包括三个方面加工精度包括三个方面:l1.尺寸精度。指加工后零件的实际尺寸与零件尺寸的尺寸精度。指加工后零件的实际尺寸与零件尺寸的公差带中心的相符合程度。公差带中心的相符合程度。l2.形状精度。指加工后零件表面的实际几何形状与理形状精度。指加工后零件表面的实际几何形状与理想的几何形状的相符合程度。想的几何形状的相符合程度。第五章第五章 机械加工质量机械加工质量l3.位置精度。指加工后零件有关表面之间的实际位置位置精度。指加工后零件有关表面之间的实际位置与理想位置相符合程度。与理想位置相符合程度。l二、获得加工精度的方法二、获得加工精度的方法l1.获得尺寸精度的方法获得尺寸精度的方法l试切法：通过试切试切法：通过试切测量测量调整调整再试切的反复过再试切的反复过程来获得尺寸精度的方法。程来获得尺寸精度的方法。l特点：效率低；对工人技术要求高；适合单件小批生特点：效率低；对工人技术要求高；适合单件小批生产。产。l影响因素：测量精度；机床微进给量机构的准确性；影响因素：测量精度；机床微进给量机构的准确性；刀具的切削性能。刀具的切削性能。第五章第五章 机械加工质量机械加工质量l调整法：按工件规定的尺寸，预先调整好刀具与工调整法：按工件规定的尺寸，预先调整好刀具与工件的相对位置，并要求一批零件加工过程中保持这个件的相对位置，并要求一批零件加工过程中保持这个相对位置不变。相对位置不变。l特点：效率较高；对调整工人技术要求高；适合具有特点：效率较高；对调整工人技术要求高；适合具有一定批量的生产。一定批量的生产。l影响因素：调整精度。调整过程与试切法一致。影响因素：调整精度。调整过程与试切法一致。l定尺寸刀具法：用具有一定形状和尺寸的刀具加工，定尺寸刀具法：用具有一定形状和尺寸的刀具加工，使加工表面得到要求的形状和尺寸。如：钻孔、拉孔、使加工表面得到要求的形状和尺寸。如：钻孔、拉孔、铣槽等。铣槽等。l影响因素：主要是刀具本身的尺寸精度、磨损情况和影响因素：主要是刀具本身的尺寸精度、磨损情况和安装误差，其次是切削条件，如：切削热、润滑冷却安装误差，其次是切削条件，如：切削热、润滑冷却液、刀瘤等。液、刀瘤等。第五章第五章 机械加工质量机械加工质量l自动控制法：是自动化了的试切法或调整法。自动控制法：是自动化了的试切法或调整法。l用测量装置、进给装置和控制系统组成一个自动加工用测量装置、进给装置和控制系统组成一个自动加工的循环过程，使加工过程中的测量、补偿、调整和切的循环过程，使加工过程中的测量、补偿、调整和切削等一系列工作自动完成。削等一系列工作自动完成。l2.获得几何形状精度方法获得几何形状精度方法l轨迹法轨迹法l成型法成型法l展成法展成法l影响因素：主要由机床精度或刀具精度保证的。影响因素：主要由机床精度或刀具精度保证的。l3.获得相互位置精度的法获得相互位置精度的法l主要由机床精度、夹具精度和工件安装精度保证的。主要由机床精度、夹具精度和工件安装精度保证的。第五章第五章 机械加工质量机械加工质量第二节第二节 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素l 机械加工系统（简称工艺系统）由机床、夹具、刀具和机械加工系统（简称工艺系统）由机床、夹具、刀具和工件组成。工件组成。l影响加工精度的原因影响加工精度的原因l1.原理误差原理误差l2.工艺系统的几何误差工艺系统的几何误差l3.工件装夹误差工件装夹误差l4.工艺系统受力变形引起的加工误差工艺系统受力变形引起的加工误差l5.工艺系统受热变形引起的加工误差工艺系统受热变形引起的加工误差l6.工件内应力重新分布引起的变形工件内应力重新分布引起的变形l7.其他误差，如：测量误差、调整误差等其他误差，如：测量误差、调整误差等第五章第五章 机械加工质量机械加工质量l一、加工原理误差一、加工原理误差l1.由于采用形状相近的刀具加工所造成的误差由于采用形状相近的刀具加工所造成的误差l用滚刀切削渐开线齿轮用滚刀切削渐开线齿轮l用阿基米德螺杆代替渐开线螺杆用阿基米德螺杆代替渐开线螺杆l用模数铣刀加工渐开线齿轮用模数铣刀加工渐开线齿轮l理论上：同一模数不同齿数的齿轮应有相应的模数铣理论上：同一模数不同齿数的齿轮应有相应的模数铣刀刀l实际上：用一把模数铣刀加工同一模数一定齿数范围实际上：用一把模数铣刀加工同一模数一定齿数范围的齿轮的齿轮第五章第五章 机械加工质量机械加工质量l2.由于采用近似的加工运动方法所造成的误差由于采用近似的加工运动方法所造成的误差l用展成法切削齿轮用展成法切削齿轮l滚刀只能由有限个圆周刀刃构成，不能构成连滚刀只能由有限个圆周刀刃构成，不能构成连续的渐开线螺旋面，造成齿轮齿形误差续的渐开线螺旋面，造成齿轮齿形误差l用近似传动比切削螺纹用近似传动比切削螺纹l在普通公制丝杠的车床上加工英制螺纹，只能在普通公制丝杠的车床上加工英制螺纹，只能用近似传动比配置挂轮用近似传动比配置挂轮第五章第五章 机械加工质量机械加工质量l二、工艺系统的几何误差二、工艺系统的几何误差l1.机床的几何误差机床的几何误差l主轴回转误差主轴回转误差l主轴回转误差的概念及影响因素主轴回转误差的概念及影响因素l主轴回转误差是指主轴实际回转轴线相对其平均回转主轴回转误差是指主轴实际回转轴线相对其平均回转轴线的变动量。轴线的变动量。l主轴回转误差分解为：主轴回转误差分解为：la纯径向跳动纯径向跳动lb轴向窜动轴向窜动lc纯角度摆动纯角度摆动第五章第五章 机械加工质量机械加工质量(a)车床类机床车床类机床;(b)镗床类机床镗床类机床返回滑动轴承对主轴回转精度的影响滑动轴承对主轴回转精度的影响主轴回转误差的影响因素主轴回转误差的影响因素第五章第五章 机械加工质量机械加工质量(a)径向跳动误差径向跳动误差:(b)轴向窜动误差轴向窜动误差:(c)角度摆动误差角度摆动误差返回第五章第五章 机械加工质量机械加工质量返回车削时纯径向跳动对圆度的影响车削时纯径向跳动对圆度的影响主轴回转误差对主轴回转误差对加工精度的影响加工精度的影响12345678e第五章第五章 机械加工质量机械加工质量返回镗孔时纯径向跳动对孔圆度的影响镗孔时纯径向跳动对孔圆度的影响主轴回转误差对加主轴回转误差对加工精度的影响工精度的影响e第五章第五章 机械加工质量机械加工质量返回纯径向跳动在不同方向对加工精度的影响纯径向跳动在不同方向对加工精度的影响主轴回转误主轴回转误差对加工精度差对加工精度的影响的影响第五章第五章 机械加工质量机械加工质量主轴轴向窜动误差对加工精度的影响主轴轴向窜动误差对加工精度的影响主轴回转误差对主轴回转误差对加工精度的影响加工精度的影响加工螺纹时？加工螺纹时？加工螺纹时？加工螺纹时？产生螺距周期性产生螺距周期性产生螺距周期性产生螺距周期性误差。误差。误差。误差。第五章第五章 机械加工质量机械加工质量主轴回转误主轴回转误差对加工精差对加工精度的影响度的影响主轴纯角度摆动误差对加工精度的影响主轴纯角度摆动误差对加工精度的影响a)b)主轴回转误差测量法1 摆动盘 2，4 传感器 3 精密测球 5 放大器 6 示波器传统测量方法第五章第五章 机械加工质量机械加工质量l提高主轴回转精度的方法提高主轴回转精度的方法la提高主轴及主轴箱体的制造精度。主轴回转精度只有提高主轴及主轴箱体的制造精度。主轴回转精度只有20%决定决定于轴承精度，而于轴承精度，而80%取决于主轴及其箱体的精度和装配质量。取决于主轴及其箱体的精度和装配质量。lb设计制造高精度的主轴组件设计制造高精度的主轴组件l主要提高轴承精度主要提高轴承精度l滚动轴承采取预紧措施。轴向施加适当的预加载荷滚动轴承采取预紧措施。轴向施加适当的预加载荷(约为径向约为径向载荷的载荷的20%30%),消除轴承间隙，使滚动体产生微量弹性变形，消除轴承间隙，使滚动体产生微量弹性变形，可提高刚度、回转精度和使用寿命。可提高刚度、回转精度和使用寿命。l采用多油楔动压轴承采用多油楔动压轴承(限于高速主轴限于高速主轴)。l 采用静压轴承。静压轴承由于是纯液体摩擦，摩擦系数为采用静压轴承。静压轴承由于是纯液体摩擦，摩擦系数为0.000 5，因此，摩擦阻力较小，可以均化主轴颈与轴瓦的制造误，因此，摩擦阻力较小，可以均化主轴颈与轴瓦的制造误差，具有很高的回转精度。差，具有很高的回转精度。l高速主轴部件要进行动平衡，以消除激振力。高速主轴部件要进行动平衡，以消除激振力。lc使回转精度不依赖机床主轴使回转精度不依赖机床主轴l如：外圆磨床等如：外圆磨床等第五章第五章 机械加工质量机械加工质量l导轨误差导轨误差l以车削为例：以车削为例：l导轨在水平面内的直线度误差对加工精度的影响导轨在水平面内的直线度误差对加工精度的影响l导轨在垂直平面内的直线度误差对加工精度的影响导轨在垂直平面内的直线度误差对加工精度的影响 l导轨间的平行度误差对加工精度的影响导轨间的平行度误差对加工精度的影响l导轨与主轴回转中心线在水平面内不平行对加工精导轨与主轴回转中心线在水平面内不平行对加工精度的影响度的影响l导轨与主轴回转中心线在垂直面内不平行对加工精导轨与主轴回转中心线在垂直面内不平行对加工精度的影响度的影响l导轨磨损对加工精度的影响导轨磨损对加工精度的影响第五章第五章 机械加工质量机械加工质量返回车床导轨在水平面内直线度引起的误差车床导轨在水平面内直线度引起的误差第五章第五章 机械加工质量机械加工质量返回车床导轨在垂直面内直线度引起的误差车床导轨在垂直面内直线度引起的误差第五章第五章 机械加工质量机械加工质量返回车床导轨平行度误差车床导轨平行度误差l导轨与主轴回转中心线在水平面、垂直面内不导轨与主轴回转中心线在水平面、垂直面内不平行对加工精度的影响平行对加工精度的影响fZzzc）HyR0fXZLfdDdxa）b）第五章第五章 机械加工质量机械加工质量思考思考1：镗床上镗孔时，：镗床上镗孔时，工作台进给（工作台进给（图示图示），），即工件直线进给运动，即工件直线进给运动，镗杆旋转运动。导轨在镗杆旋转运动。导轨在水平面、垂直面内的直水平面、垂直面内的直线度误差对加工精度有线度误差对加工精度有何影响？何影响？答：孔径没有误差，有答：孔径没有误差，有圆柱度误差。轴线不直。圆柱度误差。轴线不直。因为误差敏感方向不断因为误差敏感方向不断变化。变化。第五章第五章 机械加工质量机械加工质量2.若镗杆进给，即镗杆若镗杆进给，即镗杆既旋转又移动（既旋转又移动（图示图示），），导轨误差对加工精度有导轨误差对加工精度有无影响？无影响？答：不会产生孔的形状答：不会产生孔的形状误差，但会产生孔的位误差，但会产生孔的位置误差。置误差。第六章第六章 机械加工质量机械加工质量l3.刨平面时，导轨误差对加工精度有何影响？刨平面时，导轨误差对加工精度有何影响？l答：产生加工表面的直线度误差、平面度误差。答：产生加工表面的直线度误差、平面度误差。l4.端铣时，若主轴回转轴线与工件进给方向不端铣时，若主轴回转轴线与工件进给方向不垂直，会产生何种加工误差？误差大小？垂直，会产生何种加工误差？误差大小？第五章第五章 机械加工质量机械加工质量l传动链误差传动链误差l传动链误差是指传动链始末两端传动元件相对运动的传动链误差是指传动链始末两端传动元件相对运动的误差。一般用传动链末端元件的转角误差来衡量。机误差。一般用传动链末端元件的转角误差来衡量。机床传动链误差是影响表面加工精度的主要原因之一。床传动链误差是影响表面加工精度的主要原因之一。(螺纹、齿轮加工影响尤为严重）螺纹、齿轮加工影响尤为严重）l造成传动链误差的主要原因造成传动链误差的主要原因la各传动件的制造误差各传动件的制造误差lb装配误差装配误差lc使用中的磨损使用中的磨损第五章第五章 机械加工质量机械加工质量l传动元件误差的传递规律传动元件误差的传递规律l设设1为始端传动元件的转角误差（一轴）为始端传动元件的转角误差（一轴）l为末端传动元件转角误差（主轴）为末端传动元件转角误差（主轴）li1*i2 1l若：若：i1*i21 则：则：1被放大被放大l若：若：i1*i21 则：则：1被减小被减小l一般采用降速传动，即：一般采用降速传动，即：i1*i21 l末端传动元件直接影响传动精度，影响最大末端传动元件直接影响传动精度，影响最大第五章第五章 机械加工质量机械加工质量第五章第五章 机械加工质量机械加工质量l减少传动误差的方法减少传动误差的方法la减少传动链中元件数目，减少误差来源减少传动链中元件数目，减少误差来源lb提高传动元件特别是末端元件的制造和安装精度提高传动元件特别是末端元件的制造和安装精度lc消除传动链齿轮间的间隙消除传动链齿轮间的间隙l影响末端元件速度不均匀、速比不稳定影响末端元件速度不均匀、速比不稳定ld采用误差校正机构采用误差校正机构l人为的在传动链中加入一个与机床传动误差大小相等人为的在传动链中加入一个与机床传动误差大小相等方向相反的误差来抵消传动本身的误差方向相反的误差来抵消传动本身的误差 丝杠加工误差校正装置丝杠加工误差校正装置1.工件工件 2.螺母螺母 3.母丝杠母丝杠 4.杠杆杠杆 5.校正尺校正尺 6.触头触头 7.校正曲线校正曲线第五章第五章 机械加工质量机械加工质量l2.刀具误差刀具误差l定尺寸刀具：直接影响零件的尺寸精度。定尺寸刀具：直接影响零件的尺寸精度。l成型刀具：影响零件的几何形状精度。成型刀具：影响零件的几何形状精度。l展成法加工：（成型面是刀刃与工件做啮合运动中刀展成法加工：（成型面是刀刃与工件做啮合运动中刀刃的包络面）刀刃的几何形状、有关尺寸影响零件的刃的包络面）刀刃的几何形状、有关尺寸影响零件的加工精度。加工精度。l一般刀具：刀具精度对加工精度无直接影响，但刀具一般刀具：刀具精度对加工精度无直接影响，但刀具几何参数或形状不当影响刀具的磨损及耐用度，因此几何参数或形状不当影响刀具的磨损及耐用度，因此间接影响零件的加工精度。间接影响零件的加工精度。第五章第五章 机械加工质量机械加工质量l3.调整误差调整误差l调整法调整法l影响调整精度的因素：测量精度、微进给机构精度、影响调整精度的因素：测量精度、微进给机构精度、样件或对刀块的制作精度及磨损等。样件或对刀块的制作精度及磨损等。l一批零件一般只调整一次，但磨损需要调整或更换刀一批零件一般只调整一次，但磨损需要调整或更换刀具重新调整，不可能每次调整位置完全相同，应尽量具重新调整，不可能每次调整位置完全相同，应尽量减少调整次数。减少调整次数。静调整法（样件法）机床不工作情况下对刀静调整法（样件法）机床不工作情况下对刀动调整法（试切法）动调整法（试切法）第五章第五章 机械加工质量机械加工质量l三、工艺系统受力变形引起的误差三、工艺系统受力变形引起的误差l1.工艺系统刚度工艺系统刚度l静刚度：产生单位变形所需的静力。静刚度：产生单位变形所需的静力。l动刚度：在某段频率范围内，产生单位振幅所需的激动刚度：在某段频率范围内，产生单位振幅所需的激振力幅值。振力幅值。工艺系统受力变形等于工艺系统各组成部分受力变形之工艺系统受力变形等于工艺系统各组成部分受力变形之迭加。由此可导出工艺系统刚度与工艺系统各组成部分迭加。由此可导出工艺系统刚度与工艺系统各组成部分刚度之间的关系：刚度之间的关系：第五章第五章 机械加工质量机械加工质量l机床部件刚度及其特点机床部件刚度及其特点l用实验法测量刀具部件用实验法测量刀具部件l刚度曲线刚度曲线l(在径向（在径向（Fp)加载加载l卸载卸载)第五章第五章 机械加工质量机械加工质量车床刀架变形曲线X（m）10203040500123F（KN）第五章第五章 机械加工质量机械加工质量第五章第五章 机械加工质量机械加工质量l部件刚度曲线部件刚度曲线la力和变形不是线性关系，即每一瞬间刚度不同，说力和变形不是线性关系，即每一瞬间刚度不同，说明部件不纯粹是弹性变形。明部件不纯粹是弹性变形。lb加载曲线与卸载曲线不重合，说明有一定能量损失。加载曲线与卸载曲线不重合，说明有一定能量损失。主要是克服部件内各零件的摩擦力和接触塑性变形所主要是克服部件内各零件的摩擦力和接触塑性变形所做的功。做的功。lc卸载后变形恢复不到原点，说明产生了不能恢复的卸载后变形恢复不到原点，说明产生了不能恢复的残余变形。残余变形。ld多次加载后变形恢复，说明残余变形消失。多次加载后变形恢复，说明残余变形消失。第五章第五章 机械加工质量机械加工质量l部件刚度确部件刚度确定定l实验说明部件实验说明部件刚度小于单个刚度小于单个零件刚度。零件刚度。la实验法实验法lb三向静载测定三向静载测定法法l部件刚度用平部件刚度用平均刚度计算，均刚度计算，即连接刚度曲即连接刚度曲线前后两个端线前后两个端点直线的斜率。点直线的斜率。1-半圆弓形体半圆弓形体:2-加力螺杆加力螺杆:3-测力环测力环:4-百分表底座百分表底座:5-水平对水平对刀块刀块:6-高度对刀块高度对刀块:7-固定销固定销:8-活动销活动销:9-固定套固定套:10-固定螺固定螺钉钉:11-座套筒座套筒:12-后顶尖后顶尖:13-夹紧螺钉夹紧螺钉:14-可转刀头可转刀头:15-刀杆刀杆第五章第五章 机械加工质量机械加工质量l影响部件刚度的因素影响部件刚度的因素la连接表面的接触变形连接表面的接触变形lb部件中薄弱零件本身的变形部件中薄弱零件本身的变形lc摩擦的影响摩擦的影响ld间隙的影响间隙的影响第五章第五章 机械加工质量机械加工质量l2.2.工艺系统刚度对加工精度的影响工艺系统刚度对加工精度的影响工艺系统刚度对加工精度的影响工艺系统刚度对加工精度的影响 l细长轴车削时受力变形细长轴车削时受力变形工件变形引起的加工误差工件变形引起的加工误差第五章第五章 机械加工质量机械加工质量切削力作用点位置变化引起工件形状误差切削力作用点位置变化引起工件形状误差切削力作用点位置变化引起工件形状误差切削力作用点位置变化引起工件形状误差变形随受力点变化规律XtjXwzXdjXFpAABBCCZLFAFBXz车床变形引起的加工误差车床变形引起的加工误差第五章第五章 机械加工质量机械加工质量l误差误差复映规律复映规律复映规律复映规律l l由于毛坯的形状误由于毛坯的形状误由于毛坯的形状误由于毛坯的形状误差或材料硬度不均差或材料硬度不均差或材料硬度不均差或材料硬度不均匀，使切削力发生匀，使切削力发生匀，使切削力发生匀，使切削力发生变化，变化的切削变化，变化的切削变化，变化的切削变化，变化的切削力使工艺系统产生力使工艺系统产生力使工艺系统产生力使工艺系统产生相应的变形，使工相应的变形，使工相应的变形，使工相应的变形，使工件表面保留了与毛件表面保留了与毛件表面保留了与毛件表面保留了与毛坯相类似的形状和坯相类似的形状和坯相类似的形状和坯相类似的形状和位置误差。位置误差。位置误差。位置误差。误差复映规律ap11ap22毛坯外形工件外形第五章第五章 机械加工质量机械加工质量误差复映程度可用误差误差复映程度可用误差复映系数复映系数来表示，误差复来表示，误差复映系数与系统刚度成反比。映系数与系统刚度成反比。复映系数；复映系数；g工件误差；工件误差；m毛坯误差；毛坯误差；Fy/Fz 0.4;Cp与材料刀具有关系数；与材料刀具有关系数；S走刀量；走刀量；K工艺系统刚度工艺系统刚度机械加工中，误差复映系数通常小于机械加工中，误差复映系数通常小于1。可通过多次走刀，。可通过多次走刀，消除误差复映的影响。消除误差复映的影响。CpSCpS0.750.75/K/K第五章第五章 机械加工质量机械加工质量l例：车削一钢轴，例：车削一钢轴，50503，Cp191，lS1mm/r,v100m/min,0.4,lK 2000公斤力公斤力/mm。l一次切削，求加工后的最大误差？若分两次切一次切削，求加工后的最大误差？若分两次切削，设削，设S2 0.251mm/r，求加工后的最大误，求加工后的最大误差？差？第五章第五章 机械加工质量机械加工质量l夹紧力、重力、传动力和惯性力引起的加工夹紧力、重力、传动力和惯性力引起的加工夹紧力、重力、传动力和惯性力引起的加工夹紧力、重力、传动力和惯性力引起的加工误差误差误差误差薄壁套夹紧变形解决：加开口套薄壁套夹紧变形解决：加开口套第五章第五章 机械加工质量机械加工质量薄壁工件磨削解决：加橡皮垫薄壁工件磨削解决：加橡皮垫龙门铣横梁变形龙门铣横梁龙门铣横梁龙门铣横梁变形补偿 解决解决1：重量转移：重量转移 解决解决2：变形补偿：变形补偿龙门铣横梁变形转移龙门铣横梁变形转移第五章第五章 机械加工质量机械加工质量l3.减小工艺系统受力变形的途径减小工艺系统受力变形的途径l提高工艺系统刚度提高工艺系统刚度l设计机械制造装备时应切实保证关键零部件的刚度设计机械制造装备时应切实保证关键零部件的刚度 l提高接触刚度提高接触刚度 l采用合理的装夹方式和加工方法采用合理的装夹方式和加工方法l减小切削力及其变化减小切削力及其变化l改善毛坯制造工艺，减小加工余量，适当增大前角和改善毛坯制造工艺，减小加工余量，适当增大前角和后角，改善工件材料的切削性能等均可减小切削力。后角，改善工件材料的切削性能等均可减小切削力。第五章第五章 机械加工质量机械加工质量l四、残余应力引起的变形四、残余应力引起的变形l1.毛坯制造和热处理产生的残余应力毛坯制造和热处理产生的残余应力铸件残余应力引起变形第五章第五章 机械加工质量机械加工质量l2.切削加工带来的残余应力切削加工带来的残余应力l冷塑性变形冷塑性变形l热塑性变形热塑性变形第五章第五章 机械加工质量机械加工质量l3.冷校直带来的残余应力冷校直带来的残余应力第五章第五章 机械加工质量机械加工质量l3.冷校直带来的残余应力冷校直带来的残余应力冷校直引起的残余应力压拉加载压压拉拉卸载第五章第五章 机械加工质量机械加工质量l4.金相组织变化带来的内应力金相组织变化带来的内应力l5.减小残余应力措施减小残余应力措施减小残余应力措施减小残余应力措施l设计合理零件结构设计合理零件结构l粗、精加工分开粗、精加工分开l避免冷校直避免冷校直l时效处理时效处理l练习练习2.2.在卧式镗床上加工箱在卧式镗床上加工箱体孔，若只考虑镗杆刚度的影体孔，若只考虑镗杆刚度的影响，试分析图中四种镗孔方式响，试分析图中四种镗孔方式加工后孔的几何形状。加工后孔的几何形状。工作工作台送进；台送进；镗杆送进，没有后镗杆送进，没有后支承；支承；镗杆送进，有后支承；镗杆送进，有后支承；在镗模上加工。在镗模上加工。l练习练习1.1.在三台车床上车轴，试在三台车床上车轴，试分析出现分析出现a)a)、b)b)、c)c)三种误差三种误差的主要原因？的主要原因？第五章第五章 机械加工质量机械加工质量l练习练习3.分析分析磨削外圆时，磨削外圆时，如图示，若磨如图示，若磨床前后顶尖不床前后顶尖不等高，工件将等高，工件将产生何种形状产生何种形状误差？误差？第五章第五章 机械加工质量机械加工质量l练习练习4.设已知一工艺系统的误差复映系数为设已知一工艺系统的误差复映系数为025，工件在本工序前有椭圆度，工件在本工序前有椭圆度045mm，若本工序形状精度规定允差若本工序形状精度规定允差001mm，问至，问至少走刀几次方能使形状精度合格？少走刀几次方能使形状精度合格？l五、五、工艺系统热变形及其对加工精度的影响工艺系统热变形及其对加工精度的影响工艺系统热变形及其对加工精度的影响工艺系统热变形及其对加工精度的影响1.1.概述概述概述概述工艺系统热变形工艺系统热变形工艺系统热变形工艺系统热变形在精密加工和大件加工中，工艺系统热变形引在精密加工和大件加工中，工艺系统热变形引起的加工误差占总误差的约起的加工误差占总误差的约4070%。工艺系统热源工艺系统热源工艺系统热源工艺系统热源工艺系统热源工艺系统热源内部热源内部热源外部热源外部热源切削热切削热摩擦热摩擦热环境热源环境热源辐射热辐射热第五章第五章 机械加工质量机械加工质量第五章第五章 机械加工质量机械加工质量l温度场与工艺系统热平衡温度场与工艺系统热平衡温度场与工艺系统热平衡温度场与工艺系统热平衡l温度场温度场工艺系统各部分温度分布工艺系统各部分温度分布l热平衡热平衡单位时间内，系统传入的热量与传单位时间内，系统传入的热量与传出的热量相等，系统各部分温度保持在一相对出的热量相等，系统各部分温度保持在一相对稳定的数值上稳定的数值上 温度场与热平衡研究温度场与热平衡研究目前以实验研究为主目前以实验研究为主第五章第五章 机械加工质量机械加工质量l2.2.机床热变形对加工精度影响机床热变形对加工精度影响机床热变形对加工精度影响机床热变形对加工精度影响l l机床热变形特点机床热变形特点机床热变形特点机床热变形特点l l体积大，热容量大，温升不高，达到热平衡时间长体积大，热容量大，温升不高，达到热平衡时间长l结构复杂，温度场和变形不均匀，对加工精度影响显著结构复杂，温度场和变形不均匀，对加工精度影响显著l车床热变形车床热变形车床热变形车床热变形a）车床受热变形形态运转时间/h0 1 2 3 450150100200位移/m20406080温升/YX前轴承温升b）温升与变形曲线第五章第五章 机械加工质量机械加工质量l l其他机床热变形其他机床热变形其他机床热变形其他机床热变形a）铣床受热变形形态b）外圆磨床受热变形形态c）导轨磨床受热变形形态第五章第五章 机械加工质量机械加工质量l3.3.刀具热变形刀具热变形刀具热变形刀具热变形l l特点特点l l体积小，热容量小，达到热平衡时间较短体积小，热容量小，达到热平衡时间较短体积小，热容量小，达到热平衡时间较短体积小，热容量小，达到热平衡时间较短l l温升高，变形不容忽视（达温升高，变形不容忽视（达温升高，变形不容忽视（达温升高，变形不容忽视（达0.03 0.03 0.03 0.03 0.05mm0.05mm0.05mm0.05mm）l变形曲线变形曲线(min)车刀热变形曲线车刀热变形曲线连续切削升温曲线连续切削升温曲线冷却曲线冷却曲线间断切削升温曲线间断切削升温曲线（m）maxb0c0.63max式中式中 热伸长量；热伸长量；max 达到热平衡热伸量；达到热平衡热伸量；切削时间；切削时间；c 时间常数（热伸长量为热平衡时间常数（热伸长量为热平衡热伸长量约热伸长量约63%的时间，取的时间，取34分钟）。分钟）。第五章第五章 机械加工质量机械加工质量l4.工件热变形工件热变形工件热变形工件热变形圆柱类工件热变形圆柱类工件热变形长度：长度：长度：长度：式中式中 LL，DD 长度和直径热变形量；长度和直径热变形量；l L L，D D 工件原有长度和直径；工件原有长度和直径；l 工件材料线膨胀系数；工件材料线膨胀系数；l tt 温升。温升。例：长例：长例：长例：长400mm400mm400mm400mm丝杠，加工过程温升丝杠，加工过程温升丝杠，加工过程温升丝杠，加工过程温升1111，热伸长量为：，热伸长量为：，热伸长量为：，热伸长量为：直径：直径：直径：直径：5级丝杠累积误差全长级丝杠累积误差全长5m，可见热变形的严重性。，可见热变形的严重性。第五章第五章 机械加工质量机械加工质量l板类工件单面加工时的热变形板类工件单面加工时的热变形式中式中 X 变形挠度；变形挠度；L，S 工件原有长度和厚度；工件原有长度和厚度；工件材料线膨胀系数；工件材料线膨胀系数；t 温升。温升。结果结果：加工时上表面升温，工件向上拱起，磨削加工时上表面升温，工件向上拱起，磨削时将中凸部分磨平，冷却后工件下凹。时将中凸部分磨平，冷却后工件下凹。第五章第五章 机械加工质量机械加工质量例例：高高 600mm，长长2000mm的的床床身身，若若上上表表面面温温升升为为3，则则变变形形量为：量为：平面加工热变形X/4LS此值已大于精密导轨平直度要求。此值已大于精密导轨平直度要求。思考：铰长孔时易产生什么样的形思考：铰长孔时易产生什么样的形状误差？状误差？第五章第五章 机械加工质量机械加工质量 5.5.减小热变形对加工精度影响的措施减小热变形对加工精度影响的措施 减少热源发热和隔离热源减少热源发热和隔离热源l减少切削热和磨削热，粗、精加工分开。减少切削热和磨削热，粗、精加工分开。l充分冷却和强制冷却。充分冷却和强制冷却。l隔离热源。隔离热源。均衡温度场均衡温度场平面磨床补偿油沟平面磨床补偿油沟均衡立柱前后壁温度场均衡立柱前后壁温度场例例1 1：磨床油箱置于床身内，其发热使：磨床油箱置于床身内，其发热使导轨中凹导轨中凹解决：导轨下加回油槽解决：导轨下加回油槽例例2 2：立式平面磨床立柱前壁温度高，：立式平面磨床立柱前壁温度高，产生后倾。产生后倾。解决：采用热空气加热立柱后壁。解决：采用热空气加热立柱后壁。采用合理结构采用合理结构采用合理结构采用合理结构l热对称结构热对称结构l热补偿结构热补偿结构l合理选择装配基合理选择装配基准准 加速达到热平衡加速达到热平衡加速达到热平衡加速达到热平衡l高速空运转高速空运转l人为加热人为加热 控制环境温度控制环境温度控制环境温度控制环境温度l恒温恒温l人体隔离人体隔离双端面磨床主轴热补偿双端面磨床主轴热补偿1 1主轴主轴 2 2壳体壳体 3 3过渡套筒过渡套筒支承距影响热变形支承距影响热变形L1L2第五章第五章 机械加工质量机械加工质量第五章第五章 机械加工质量机械加工质量l第三节第三节 保证和提高加工精度的途径保证和提高加工精度的途径l一、直接消除或减少误差一、直接消除或减少误差二、补偿或抵消误差二、补偿或抵消误差龙门铣横梁变形补偿以热变形补偿热变形以弹性变形补偿热变形附加夹紧力丝扛加工误差补偿第五章第五章 机械加工质量机械加工质量l三、误差转移三、误差转移龙门铣横梁变形转移龙门铣横梁变形转移a）b）转塔车床刀架转位误差的转移第五章第五章 机械加工质量机械加工质量l四、误差分组四、误差分组l把原始误差按其大小均分为把原始误差按其大小均分为n n组，每组毛坯误差范围就组，每组毛坯误差范围就缩小为原来的缩小为原来的1/n1/n，然后按各组分别调整加工。，然后按各组分别调整加工。l五、五、“就地加工就地加工”l六、误差平均六、误差平均l利用有密切联系的表面相互比较，相互检查从对比中利用有密切联系的表面相互比较，相互检查从对比中找出差异，然后进行相互修正或互为基准加工，使工找出差异，然后进行相互修正或互为基准加工，使工件被加工表面的误差不断缩小和均化。件被加工表面的误差不断缩小和均化。l 在生产中，许多精密基准件在生产中，许多精密基准件(如平板、直尺、角度如平板、直尺、角度规、端齿分度盘等规、端齿分度盘等)都是利用误差平均法加工出来的。都是利用误差平均法加工出来的。l七、加工中的积极控制七、加工中的积极控制第五章第五章 机械加工质量机械加工质量l第四节第四节 加工误差的统计分析加工误差的统计分析l一、概述一、概述l1.1.系统性误差与随机性误差系统性误差与随机性误差l系统误差系统误差:在在顺次顺次加工一批工件中，其大小和方向均不改变，加工一批工件中，其大小和方向均不改变，或按一定规律变化的加工误差。或按一定规律变化的加工误差。l常值系统误差常值系统误差:其大小和方向均不改变。如机床、夹具、刀具其大小和方向均不改变。如机床、夹具、刀具的制造误差，工艺系统在均匀切削力作用下的受力变形，调整误的制造误差，工艺系统在均匀切削力作用下的受力变形，调整误差，机床、夹具、量具的磨损等因素引起的加工误差。差，机床、夹具、量具的磨损等因素引起的加工误差。l变值系统误差：误差大小和方向按一定规律变化。如机床、夹变值系统误差：误差大小和方向按一定规律变化。如机床、夹具、刀具在热平衡前的热变形，刀具磨损等因素引起的加工误差。具、刀具在热平衡前的热变形，刀具磨损等因素引起的加工误差。l随机误差：在随机误差：在顺次顺次加工一批工件时，加工误差的大小和方向都加工一批工件时，加工误差的大小和方向都是随机变化的误差。是随机变化的误差。l随机误差服从统计学规律。随机误差服从统计学规律。l 如毛坯余量或硬度不均，引起切削力的随机变化而造成的加工如毛坯余量或硬度不均，引起切削力的随机变化而造成的加工误差；定位误差；夹紧误差；残余应力引起的变形等。误差；定位误差；夹紧误差；残余应力引起的变形等。第五章第五章 机械加工质量机械加工质量2.2.机械制造中常见的误差分布规律机械制造中常见的误差分布规律l正态分布：正态分布：l平顶分布：工件瞬时尺寸分布呈正态，其算术平顶分布：工件瞬时尺寸分布呈正态，其算术平均值近似成线性变化（如刀具和砂轮均匀磨损）平均值近似成线性变化（如刀具和砂轮均匀磨损）l双峰分布：两次调整下加工的工件或两台机床双峰分布：两次调整下加工的工件或两台机床加工的工件混在一起加工的工件混在一起l偏态分布：如工艺系统存在显著的热变形，或偏态分布：如工艺系统存在显著的热变形，或试切法加工孔时宁小勿大，加工外圆时宁大勿小试切法加工孔时宁小勿大，加工外圆时宁大勿小xy0b b）平顶分布）平顶分布xy0d d）偏向分布）偏向分布xy0c c）双峰分布）双峰分布yF（z）a)正态正态分布分布x(z)0z-+第五章第五章 机械加工质量机械加工质量第五章第五章 机械加工质量机械加工质量l3.3.加工误差的综合加工误差的综合l系统误差按代数法相加，随机误差用平方和的平方根系统误差按代数法相加，随机误差用平方和的平方根相加。相加。l二、二、加工误差的统计分析加工误差的统计分析加工误差的统计分析加工误差的统计分析l1.1.分布曲线法分布曲线法l样本和样本含量：按调整法成批加工某种零件，随机样本和样本含量：按调整法成批加工某种零件，随机抽取一定数量进行测量，抽取的这批零件称为样本，抽取一定数量进行测量，抽取的这批零件称为样本，样本的总件数称样本含量。样本的总件数称样本含量。N N表示。表示。l频数：逐个测量样本的实际尺寸，并按一定的尺寸间频数：逐个测量样本的实际尺寸，并按一定的尺寸间隔分组，每组的零件数称频数。隔分组，每组的零件数称频数。l频率频数频率频数N Nl分布密度频率尺寸间隔分布密度频率尺寸间隔第五章第五章 机械加工质量机械加工质量l直方图作法直方图作法直方图作法直方图作法第五章第五章 机械加工质量机械加工质量实验分布曲线实验分布曲线第五章第五章 机械加工质量机械加工质量返回理论分布曲线理论分布曲线0 xy-总体平均值，即总体平均值，即-均方根偏差，即均方根偏差，即第五章第五章 机械加工质量机械加工质量曲线以分布中心曲线以分布中心 为对称轴对为对称轴对称分布。称分布。只影响分布曲线的位置，只影响分布曲线的位置，反反映映常值系统误差的影响常值系统误差的影响 ；影响分布曲线的形状，影响分布曲线的形状，反映反映随机性误差对加工过程的影响。随