第六章机械加工精度PPT讲稿.ppt

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1、第六章机械加工精度第六章机械加工精度第1页，共57页，编辑于2022年，星期三第一节第一节 概述概述1 1机械加工精度机械加工精度机械加工精度机械加工精度机械加工精度是指零件加工后的实际几何参数与理想几何参数的符合程度。机械加工精度是指零件加工后的实际几何参数与理想几何参数的符合程度。加加工工质质量量机械加工精度机械加工精度表面质量表面质量尺寸精度尺寸精度形状精度形状精度位置精度位置精度表面粗糙度表面粗糙度表面层的物理、力学性能表面层的物理、力学性能第2页，共57页，编辑于2022年，星期三2误差的分类：误差的分类：加加工工误误差差是是指指零零件件加加工工后后的的实实际际几几何何参参数数与与理

2、理想想几几何何参参数数的的偏偏差差程程度度。误误差差是精度的度量。是精度的度量。机床机床夹具夹具刀具刀具工件工件环境环境1.加工原理误差加工原理误差2.工艺系统的几何误差工艺系统的几何误差工件与刀具的相对位置在静止状态已存在的误差。如：刀具、夹具的制造误差与磨损，定位工件与刀具的相对位置在静止状态已存在的误差。如：刀具、夹具的制造误差与磨损，定位误差等。误差等。工件与刀具的相对位置在运动状态下存在的误差。如：机床主轴回转误差导轨导工件与刀具的相对位置在运动状态下存在的误差。如：机床主轴回转误差导轨导向误差、传动链误差等。向误差、传动链误差等。3.工艺系统的受力变形：工艺系统的受力变形：力效应误

3、差力效应误差4.工艺系统的受热变形：工艺系统的受热变形：热效应误差热效应误差5.调整误差调整误差6.测量误差测量误差第3页，共57页，编辑于2022年，星期三2误差的分类：误差的分类：误差的性质误差的性质系统误差系统误差常值系统误差常值系统误差变值系统误差变值系统误差随机误差随机误差6随机误差有大有小它们对称分布于尺寸分布随机误差有大有小它们对称分布于尺寸分布中心的左右。中心的左右。距尺寸分布中心越近的随机误差出现的可距尺寸分布中心越近的随机误差出现的可能性越大。能性越大。随机误差在一定范围内分布。随机误差在一定范围内分布。第4页，共57页，编辑于2022年，星期三第二节第二节 加工原理误差对

4、零件加工精度的影响加工原理误差对零件加工精度的影响1 1近似刀具加工所造成的误差近似刀具加工所造成的误差近似刀具加工所造成的误差近似刀具加工所造成的误差2 2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1.1.展成法切削齿轮：展成法切削齿轮：展成法切削齿轮：展成法切削齿轮：2.2.车削模数车削模数车削模数车削模数(m=2)(m=2)螺纹：螺纹：螺纹：螺纹：模数螺纹：模数螺纹：模数螺纹：模数螺纹：P=mP=m=2=2=2=2 3.1415927=6.28318543.1415927=6.2

5、8318543.1415927=6.28318543.1415927=6.2831854挂轮齿数：挂轮齿数：挂轮齿数：挂轮齿数：Z Z1 1=26=26、Z Z2 2=24=24、Z Z3 3=29=29、Z Z4 4=30=30若蜗杆长度为若蜗杆长度为若蜗杆长度为若蜗杆长度为100mm100mm，则导程的累积误差为：，则导程的累积误差为：，则导程的累积误差为：，则导程的累积误差为：第5页，共57页，编辑于2022年，星期三第三节第三节第三节第三节 工艺系统的制造精度和磨损对加工精度的影响工艺系统的制造精度和磨损对加工精度的影响工艺系统的制造精度和磨损对加工精度的影响工艺系统的制造精度和磨损对

6、加工精度的影响1 1机床的误差：机床的误差：机床的误差：机床的误差：1.1.主轴的回转精度：主轴的回转精度：主轴的回转精度：主轴的回转精度：例：镗孔时镗杆回转，镗杆中心作某一例：镗孔时镗杆回转，镗杆中心作某一例：镗孔时镗杆回转，镗杆中心作某一例：镗孔时镗杆回转，镗杆中心作某一方向的简谐振动。方向的简谐振动。方向的简谐振动。方向的简谐振动。第6页，共57页，编辑于2022年，星期三1.主轴的回转精度：主轴的回转精度：回转精度的表现形式：回转精度的表现形式：回转精度的表现形式：回转精度的表现形式：a.a.轴向窜动：轴向窜动：轴向窜动：轴向窜动：b.b.指回转轴线在轴向的位置变化。指回转轴线在轴向的

7、位置变化。指回转轴线在轴向的位置变化。指回转轴线在轴向的位置变化。b.b.径向跳动：径向跳动：径向跳动：径向跳动：指回转轴线绕平均轴线作平行的公转运动。指回转轴线绕平均轴线作平行的公转运动。指回转轴线绕平均轴线作平行的公转运动。指回转轴线绕平均轴线作平行的公转运动。c.c.角度摆动：角度摆动：角度摆动：角度摆动：d.d.指回转轴线绕平均轴线作不平行的公指回转轴线绕平均轴线作不平行的公指回转轴线绕平均轴线作不平行的公指回转轴线绕平均轴线作不平行的公转运动。转运动。转运动。转运动。第7页，共57页，编辑于2022年，星期三1.主轴的回转精度：主轴的回转精度：影响主轴回转精度的因素：影响主轴回转精度

8、的因素：影响主轴回转精度的因素：影响主轴回转精度的因素：a.a.前后支承轴承的影响：前后支承轴承的影响：前后支承轴承的影响：前后支承轴承的影响：b.b.前后支承轴颈的圆度误差的影前后支承轴颈的圆度误差的影前后支承轴颈的圆度误差的影前后支承轴颈的圆度误差的影响：响：响：响：主轴回转精度的测量：主轴回转精度的测量：主轴回转精度的测量：主轴回转精度的测量：第8页，共57页，编辑于2022年，星期三2.导轨的几何精度导轨的几何精度对机床导轨的精度要求：对机床导轨的精度要求：对机床导轨的精度要求：对机床导轨的精度要求：a.a.导轨在水平面内的直线度导轨在水平面内的直线度导轨在水平面内的直线度导轨在水平面

9、内的直线度b.b.导轨在垂直面内的直线度导轨在垂直面内的直线度导轨在垂直面内的直线度导轨在垂直面内的直线度c.c.导轨与导轨之间垂直方向的平导轨与导轨之间垂直方向的平导轨与导轨之间垂直方向的平导轨与导轨之间垂直方向的平行度行度行度行度一般机床：一般机床：1000：0.02精密机床：精密机床：1000：0.01接触精度：每平方英寸不少于接触精度：每平方英寸不少于20个点。个点。第9页，共57页，编辑于2022年，星期三2.机床导轨误差对工件精度的影响：机床导轨误差对工件精度的影响：由由于于刀刀尖尖相相对对于于工工件件回回转转轴轴线线在在加加工工表表面面切切线线方方向向的的变变化化属属非非敏敏感感

10、方方向向，故故其其对零件的形状精度影响极小。对零件的形状精度影响极小。a.a.垂直面内直线度误差的影响垂直面内直线度误差的影响垂直面内直线度误差的影响垂直面内直线度误差的影响第10页，共57页，编辑于2022年，星期三2.机床导轨误差对工件精度的影响：机床导轨误差对工件精度的影响：b.b.水平面内直线度误差的影响水平面内直线度误差的影响水平面内直线度误差的影响水平面内直线度误差的影响由由于于刀刀尖尖相相对对于于工工件件回回转转轴轴线线在在加加工工表表面面径径向向方方向向的的变变化化属属敏敏感感方方向向，故故其对零件的形状精度影响很大。其对零件的形状精度影响很大。第11页，共57页，编辑于202

11、2年，星期三2.机床导轨误差对工件精度的影响：机床导轨误差对工件精度的影响：c.c.导轨之间垂直方向的平行度误差的影响导轨之间垂直方向的平行度误差的影响导轨之间垂直方向的平行度误差的影响导轨之间垂直方向的平行度误差的影响一般：一般：车床：车床：磨床：磨床：对零件精度的影响不容忽视对零件精度的影响不容忽视第12页，共57页，编辑于2022年，星期三3.传动链精度传动链精度以车螺纹为例，说明传动链精度对工件加工精度的影响：以车螺纹为例，说明传动链精度对工件加工精度的影响：以车螺纹为例，说明传动链精度对工件加工精度的影响：以车螺纹为例，说明传动链精度对工件加工精度的影响：如图所示：如图所示：如图所示

12、：如图所示：对上式微分：对上式微分：对上式微分：对上式微分：工件导程误差可表示为：工件导程误差可表示为：工件导程误差可表示为：工件导程误差可表示为：由丝杠副传动误差引起的误差由丝杠副传动误差引起的误差由传动链总传动比误差引起的误差由传动链总传动比误差引起的误差第13页，共57页，编辑于2022年，星期三3.传动链精度传动链精度若仅考虑传动比的误差因素：若仅考虑传动比的误差因素：若仅考虑传动比的误差因素：若仅考虑传动比的误差因素：i i i i的变化量最终反映到工件上是转角误差，故的变化量最终反映到工件上是转角误差，故的变化量最终反映到工件上是转角误差，故的变化量最终反映到工件上是转角误差，故i

13、 i i i可表示为：可表示为：可表示为：可表示为：丝杠总的转角误差，即由各传动件的转角误差累积到丝杠总的转角误差，即由各传动件的转角误差累积到丝杠上的误差之和。丝杠上的误差之和。设：设：为传动链中第：为传动链中第j个环节传动件在工件转一转内的转角误差个环节传动件在工件转一转内的转角误差 ：为第：为第j个传动件到机床丝杠的传动比个传动件到机床丝杠的传动比 ：第：第j个传动件的转角误差所引起的丝杠转角误差个传动件的转角误差所引起的丝杠转角误差则：则：则：则：丝杠总的转角误差：丝杠总的转角误差：丝杠总的转角误差：丝杠总的转角误差：第14页，共57页，编辑于2022年，星期三3.传动链精度传动链精度

14、如图所示：如图所示：如图所示：如图所示：由此可见：由此可见：传动链短，则传动精度高；传动链短，则传动精度高；传动比传动比i小，则传动精度高；传动链中采用降速比的传动是保证传动精度的重要原则小，则传动精度高；传动链中采用降速比的传动是保证传动精度的重要原则；传动链中最后一个传动件的精度要高。传动链中最后一个传动件的精度要高。第15页，共57页，编辑于2022年，星期三二、刀具的制造精度和尺寸磨损二、刀具的制造精度和尺寸磨损1.1.定尺寸刀具和成形刀具的制造精度和尺寸磨损对加工精度的影响：定尺寸刀具和成形刀具的制造精度和尺寸磨损对加工精度的影响：定尺寸刀具和成形刀具的制造精度和尺寸磨损对加工精度的

15、影响：定尺寸刀具和成形刀具的制造精度和尺寸磨损对加工精度的影响：2.2.一般刀具的尺寸磨损对加工精度的影响：一般刀具的尺寸磨损对加工精度的影响：一般刀具的尺寸磨损对加工精度的影响：一般刀具的尺寸磨损对加工精度的影响：一般刀具如：车刀、立铣刀等，主要靠调整刀具位置来保证加工尺寸，其制一般刀具如：车刀、立铣刀等，主要靠调整刀具位置来保证加工尺寸，其制造精度不会影响加工尺寸精度。但刀具的磨损将对工件的加工精度产生影响。造精度不会影响加工尺寸精度。但刀具的磨损将对工件的加工精度产生影响。a.a.初期磨损阶段：初期磨损阶段：初期磨损阶段：初期磨损阶段：b.b.正常磨损阶段：正常磨损阶段：正常磨损阶段：正

16、常磨损阶段：式中：式中：式中：式中：L L：切削长度：切削长度：切削长度：切削长度 L L1 1：初期磨损的切削行程长度：初期磨损的切削行程长度：初期磨损的切削行程长度：初期磨损的切削行程长度 0 0 0 0：单位磨损量：单位磨损量：单位磨损量：单位磨损量 B B B B：刀具的初期磨损量：刀具的初期磨损量：刀具的初期磨损量：刀具的初期磨损量第16页，共57页，编辑于2022年，星期三二、刀具的制造精度和尺寸磨损二、刀具的制造精度和尺寸磨损3.3.减少刀具尺寸磨损对加工精度影响的措施：减少刀具尺寸磨损对加工精度影响的措施：减少刀具尺寸磨损对加工精度影响的措施：减少刀具尺寸磨损对加工精度影响的措

17、施：a.a.进行刀具补偿；进行刀具补偿；进行刀具补偿；进行刀具补偿；b.b.选用合理的刀具材料；选用合理的刀具材料；选用合理的刀具材料；选用合理的刀具材料；c.c.选用最佳的切削用量；选用最佳的切削用量；选用最佳的切削用量；选用最佳的切削用量；0 0高速钢刀具：高速钢刀具：高速钢刀具：高速钢刀具：V V佳佳佳佳=0.40.5 m/s=0.40.5 m/s硬质合金刀具硬质合金刀具硬质合金刀具硬质合金刀具:V V佳佳佳佳=1.73.2 m/s=1.73.2 m/s第17页，共57页，编辑于2022年，星期三三、夹具的制造精度与磨损三、夹具的制造精度与磨损第18页，共57页，编辑于2022年，星期三

18、第四节第四节 工艺系统的受力变形对加工精度的影响工艺系统的受力变形对加工精度的影响1 1基本概念：基本概念：基本概念：基本概念：1.1.刚度和柔度：刚度和柔度：刚度和柔度：刚度和柔度：第19页，共57页，编辑于2022年，星期三1基本概念：基本概念：2.2.工艺系统的刚度工艺系统的刚度工艺系统的刚度工艺系统的刚度式中：式中：Fy：切削力在：切削力在Y方向的分力；方向的分力；y：系统在切削力：系统在切削力Fx、Fy、Fz共同作用下在共同作用下在Y方向上的变形；方向上的变形；第20页，共57页，编辑于2022年，星期三二、工艺系统刚度的测定：二、工艺系统刚度的测定：加载、卸载曲线不符合虎克定律；加

19、载、卸载曲线不符合虎克定律；有残余变形；有残余变形；加载曲线平坦，卸载曲线较陡；加载曲线平坦，卸载曲线较陡；部件刚度远小于单件的刚度；部件刚度远小于单件的刚度；1.1.机床部件刚度的测定：机床部件刚度的测定：机床部件刚度的测定：机床部件刚度的测定：第21页，共57页，编辑于2022年，星期三二、工艺系统刚度的测定：二、工艺系统刚度的测定：2.2.影响机床部件刚度的因素：影响机床部件刚度的因素：影响机床部件刚度的因素：影响机床部件刚度的因素：连接表面的接触变形连接表面的接触变形连接表面的接触变形连接表面的接触变形薄弱零件本身的变形薄弱零件本身的变形薄弱零件本身的变形薄弱零件本身的变形接触表面之间

20、的摩擦接触表面之间的摩擦接触表面之间的摩擦接触表面之间的摩擦连接表面间的间隙影响连接表面间的间隙影响连接表面间的间隙影响连接表面间的间隙影响连接件夹紧力的影响连接件夹紧力的影响连接件夹紧力的影响连接件夹紧力的影响第22页，共57页，编辑于2022年，星期三2工艺系统刚度的测定：工艺系统刚度的测定：工艺系统是由机床、刀具、夹具、工件等组成，系统的受力变形工艺系统是由机床、刀具、夹具、工件等组成，系统的受力变形应等于各环节在误差敏感方向的变形之和。即：应等于各环节在误差敏感方向的变形之和。即：依据刚度的定义：依据刚度的定义：依据刚度的定义：依据刚度的定义：3.3.工艺系统刚度的计算：工艺系统刚度的

21、计算：工艺系统刚度的计算：工艺系统刚度的计算：第23页，共57页，编辑于2022年，星期三3工艺系统受力变形对加工精度的影响：工艺系统受力变形对加工精度的影响：1.1.切削力对加工精度的影响：切削力对加工精度的影响：切削力对加工精度的影响：切削力对加工精度的影响：以车削为例：以车削为例：以车削为例：以车削为例：切削力的位置是变化的切削力的位置是变化的切削力的位置是变化的切削力的位置是变化的a.a.只考虑床头、尾座的变形：只考虑床头、尾座的变形：只考虑床头、尾座的变形：只考虑床头、尾座的变形：第24页，共57页，编辑于2022年，星期三1.切削力对加工精度的影响：切削力对加工精度的影响：b.b.

22、考虑刀架的变形：考虑刀架的变形：考虑刀架的变形：考虑刀架的变形：c.c.考虑工件的变形：考虑工件的变形：考虑工件的变形：考虑工件的变形：第25页，共57页，编辑于2022年，星期三工艺系统的变形曲线：工艺系统的变形曲线：第26页，共57页，编辑于2022年，星期三1.切削力对加工精度的影响：切削力对加工精度的影响：切削力的大小是变化的切削力的大小是变化的切削力的大小是变化的切削力的大小是变化的误差复映原理误差复映原理误差复映原理误差复映原理切削分力切削分力切削分力切削分力F Fy y可表示为：可表示为：可表示为：可表示为：车削时车削时XFc=1，在一次走刀中，在一次走刀中f不不变，故：变，故：

23、车削前圆度误差：车削前圆度误差：车削前圆度误差：车削前圆度误差：车削后圆度误差：车削后圆度误差：车削后圆度误差：车削后圆度误差：第27页，共57页，编辑于2022年，星期三切削力的大小是变化的切削力的大小是变化的误差复映原理误差复映原理令：令：令：令：则：则：则：则：第一次走刀：第一次走刀：第一次走刀：第一次走刀：第二次走刀：第二次走刀：第二次走刀：第二次走刀：第第第第n n次走刀：次走刀：次走刀：次走刀：可见：可见：n，则：，则：Kst，则：，则：第28页，共57页，编辑于2022年，星期三F FC CF FC CRr2.其它作用力对加工精度的影响其它作用力对加工精度的影响传动力引起的变形对

24、工件的影响：传动力引起的变形对工件的影响：传动力引起的变形对工件的影响：传动力引起的变形对工件的影响：如图：如图：如图：如图：传动力在传动力在传动力在传动力在Y Y方向的分力为：方向的分力为：方向的分力为：方向的分力为：Y由传动力引起的工件夹持端在由传动力引起的工件夹持端在由传动力引起的工件夹持端在由传动力引起的工件夹持端在Y Y方向的位方向的位方向的位方向的位移为：移为：移为：移为：第29页，共57页，编辑于2022年，星期三传动力引起的变形对工件的影响：传动力引起的变形对工件的影响：在在在在x x x x处工件和刀具的相对位移：处工件和刀具的相对位移：处工件和刀具的相对位移：处工件和刀具的

25、相对位移：在在在在x x x x处工件的实际半径：处工件的实际半径：处工件的实际半径：处工件的实际半径：令：令：令：令：则：则：则：则：rr是是是是x x和和和和的函数，的函数，的函数，的函数，x x引起圆柱度误差，引起圆柱度误差，引起圆柱度误差，引起圆柱度误差，的变化造成圆度误差。的变化造成圆度误差。的变化造成圆度误差。的变化造成圆度误差。第30页，共57页，编辑于2022年，星期三惯性力引起的变形对工件的影响：惯性力引起的变形对工件的影响：不平衡质量为不平衡质量为不平衡质量为不平衡质量为MM，工件转速为，工件转速为，工件转速为，工件转速为n n。在在在在Y Y方向上由方向上由方向上由方向上

26、由F F引起的变形：引起的变形：引起的变形：引起的变形：第31页，共57页，编辑于2022年，星期三2.其它作用力对加工精度的影响其它作用力对加工精度的影响：夹紧力引起的变形对工件的影响：夹紧力引起的变形对工件的影响：夹紧力引起的变形对工件的影响：夹紧力引起的变形对工件的影响：重力引起的变形对工件的影响：重力引起的变形对工件的影响：重力引起的变形对工件的影响：重力引起的变形对工件的影响：第32页，共57页，编辑于2022年，星期三4内应力的重新分布对加工精度的影响内应力的重新分布对加工精度的影响工件的内应力工件的内应力毛坯热应力毛坯热应力切削加工内应力切削加工内应力冷校直内应力冷校直内应力对对

27、于于铸铸、锻锻、焊焊毛毛坯坯，由由于于各各部部分分厚厚度度不不均均，冷冷却却速速度度不等而产生的内应力。不等而产生的内应力。对于铸件：对于铸件：“厚拉薄压厚拉薄压”“心部受拉、表层受压心部受拉、表层受压”力力的的作作用用使使工工件件表表层层产产生生压压应应力力，热热作作用用使使工工件件表表层层产产生生拉拉应应力力。在在大大多多数数的的情情况况下下热热的的作作用用大大于于力力的的作作用用，故故工工件件表表层层应应力力通通常常呈呈“表表层层受受拉拉，里里层层受压受压”状态。状态。减少内应力的措施：减少内应力的措施：时效处理；时效处理；结构上保证壁厚均匀；结构上保证壁厚均匀；刚度适当；刚度适当；减少

28、切削力，减少切削力，“小切深，多走刀小切深，多走刀”；尽量不用冷校直工序；尽量不用冷校直工序；第33页，共57页，编辑于2022年，星期三5减少工艺系统受力变形的措施减少工艺系统受力变形的措施1.提高机床构件自身刚度；提高机床构件自身刚度；提高机床构件自身刚度；提高机床构件自身刚度；2.提高零部件间的接触刚度；提高零部件间的接触刚度；提高零部件间的接触刚度；提高零部件间的接触刚度；3.设置辅助支承，提高系统刚度；设置辅助支承，提高系统刚度；4.4.加预紧力；加预紧力；加预紧力；加预紧力；5.采用合理的安装、加工方法；采用合理的安装、加工方法；采用合理的安装、加工方法；采用合理的安装、加工方法；

29、6.6.选用合理的切削用量、合理的刀具角选用合理的切削用量、合理的刀具角选用合理的切削用量、合理的刀具角选用合理的切削用量、合理的刀具角度，减小切削力；度，减小切削力；度，减小切削力；度，减小切削力；第34页，共57页，编辑于2022年，星期三第五节第五节 工艺系统受热变形对加工精度的影响工艺系统受热变形对加工精度的影响1 1热源：热源：热源：热源：1.1.切削热：（内部热源）切削热：（内部热源）切削热：（内部热源）切削热：（内部热源）一般传入工件或刀具的切削热用一般传入工件或刀具的切削热用一般传入工件或刀具的切削热用一般传入工件或刀具的切削热用下式估算：下式估算：下式估算：下式估算：铣、刨时

30、：铣、刨时：Q工件工件50%磨削时：磨削时：Q屑屑4%，Q砂轮砂轮12%，Q工件工件84%2.2.摩擦热（内部热源）摩擦热（内部热源）摩擦热（内部热源）摩擦热（内部热源）3.3.环境温度（外部热源）环境温度（外部热源）环境温度（外部热源）环境温度（外部热源）第35页，共57页，编辑于2022年，星期三二、工艺系统热变形对加工精度的影响二、工艺系统热变形对加工精度的影响1.1.机床的热变形：机床的热变形：机床的热变形：机床的热变形：如如图图所所示示，主主轴轴转转速速1200rpm，工工作作8小小时时后后，主主轴轴抬抬高高量量达达140m，在在垂垂直直面面上上的的倾倾斜为斜为60 m/300mm。

31、机机床床的的热热变变形形主主要要体体现现在在：主主轴轴部部件件 导轨导轨 床身床身 立柱立柱 工作台等部件上。工作台等部件上。车车、镗镗类类机机床床其其主主要要热热源源为为主主轴轴箱箱的的发发热热。造成主轴的位移和倾斜。造成主轴的位移和倾斜。铣铣床床主主要要表表现现在在主主轴轴在在垂垂直直面面上上的的倾倾斜斜。铣铣削削后后将将影影响响工工件件的的平平面面与与定定位位基基面面之之间间的的平平行行度度或或垂直度。垂直度。外圆磨床主要表现在砂轮架、工件头架的位移和导轨的凸起。外圆磨床主要表现在砂轮架、工件头架的位移和导轨的凸起。龙门刨、龙门铣床的热变形主要表现在导轨的凸起。龙门刨、龙门铣床的热变形主

32、要表现在导轨的凸起。如如：10m长长的的龙龙门门刨刨床床床床身身高高为为0.8m，当当床床身身上上导导轨轨面面与与底底面面温温差差为为 1时时，床床身身导导轨轨的的中中凸凸量量可可达达0.19mm。这这个个数数值值可表示为：可表示为：0.02/1000mm。第36页，共57页，编辑于2022年，星期三二、工艺系统热变形对加工精度的影响二、工艺系统热变形对加工精度的影响2.2.工件的热变形：工件的热变形：工件的热变形：工件的热变形：特点：特点：工件热变形主要是受切削热的影响；工件热变形主要是受切削热的影响；工件受切削热的量不同，变形的影响也不同，各部分的温升不同且随时间而变化；工件受切削热的量不

33、同，变形的影响也不同，各部分的温升不同且随时间而变化；不同的加工方法、工件的形状不同，产生的热变形也不同；不同的加工方法、工件的形状不同，产生的热变形也不同；棒料：棒料：棒料：棒料：车车车车削削削削或或或或磨磨磨磨削削削削外外外外圆圆圆圆时时时时，切切切切削削削削热热热热是是是是从从从从四四四四周周周周均均均均匀匀匀匀传传传传入入入入工工工工件件件件。主主主主要要要要是是是是使使使使工工工工件件件件的的的的长长长长度度度度和和和和直直直直径径径径增增增增大，其尺寸误差可以按物理学计算热膨胀的公式求出。即：大，其尺寸误差可以按物理学计算热膨胀的公式求出。即：大，其尺寸误差可以按物理学计算热膨胀的

34、公式求出。即：大，其尺寸误差可以按物理学计算热膨胀的公式求出。即：式中：式中：式中：式中：工件材料的线膨胀系数；：工件材料的线膨胀系数；：工件材料的线膨胀系数；：工件材料的线膨胀系数；L L、D D：工件原有的长度和直径；：工件原有的长度和直径；：工件原有的长度和直径；：工件原有的长度和直径；t t t t：工件切削后的温升；：工件切削后的温升；：工件切削后的温升；：工件切削后的温升；第37页，共57页，编辑于2022年，星期三2.工件的热变形：工件的热变形：板材：板材：板材：板材：例例 如如：精精 刨刨 铸铸 铁铁 导导 轨轨，L=2000mm，h=600mm，如如 果果 床床 面面 与与

35、床床 脚脚 温温 差差 为为2.4,=1.110=1.110-5-5/，则：，则：第38页，共57页，编辑于2022年，星期三2.工件的热变形：工件的热变形：减少工件热变形的措施：减少工件热变形的措施：减少工件热变形的措施：减少工件热变形的措施：粗、精分开；粗、精分开；粗、精分开；粗、精分开；合理选择切削用量；合理选择切削用量；合理选择切削用量；合理选择切削用量；合理选择刀具的几何形状；合理选择刀具的几何形状；合理选择刀具的几何形状；合理选择刀具的几何形状；充分利用冷却液；充分利用冷却液；充分利用冷却液；充分利用冷却液；第39页，共57页，编辑于2022年，星期三3.刀具的热变形：刀具的热变形

36、：刀具连续工作时的热变形：刀具连续工作时的热变形：刀具连续工作时的热变形：刀具连续工作时的热变形：刀具断续工作时的热变形：刀具断续工作时的热变形：刀具断续工作时的热变形：刀具断续工作时的热变形：c c1 1：时间常数，与刀具质量、比热、截面：时间常数，与刀具质量、比热、截面：时间常数，与刀具质量、比热、截面：时间常数，与刀具质量、比热、截面积等有关。一般取：积等有关。一般取：积等有关。一般取：积等有关。一般取：c c1 1=4min=4min。刀刀具具的的热热变变形形主主要要影影响响工工件件的的形形状状误误差差，如如车车削削长长轴轴时时，工工件件可可能能由于刀具的伸长而产生锥度。由于刀具的伸长

37、而产生锥度。第40页，共57页，编辑于2022年，星期三三、减少工艺系统热变形的措施：三、减少工艺系统热变形的措施：1.1.减少热源产生的热量：减少热源产生的热量：减少热源产生的热量：减少热源产生的热量：减少切削热和磨削热减少切削热和磨削热减少切削热和磨削热减少切削热和磨削热减少机床各运动副的摩擦热减少机床各运动副的摩擦热减少机床各运动副的摩擦热减少机床各运动副的摩擦热2.2.分离热源、隔离热源分离热源、隔离热源分离热源、隔离热源分离热源、隔离热源3.3.冷却、通风与散热冷却、通风与散热冷却、通风与散热冷却、通风与散热对加工件进行大流量或喷雾等方法冷却对加工件进行大流量或喷雾等方法冷却对加工件

38、进行大流量或喷雾等方法冷却对加工件进行大流量或喷雾等方法冷却机床发热部件采取冷油强制冷却机床发热部件采取冷油强制冷却机床发热部件采取冷油强制冷却机床发热部件采取冷油强制冷却热源部分采用通风散热措施热源部分采用通风散热措施热源部分采用通风散热措施热源部分采用通风散热措施4.4.均衡温度场，控制温度变化均衡温度场，控制温度变化均衡温度场，控制温度变化均衡温度场，控制温度变化恒温加工恒温加工恒温加工恒温加工机床热平衡后再进行加工机床热平衡后再进行加工机床热平衡后再进行加工机床热平衡后再进行加工均衡温度场均衡温度场均衡温度场均衡温度场第41页，共57页，编辑于2022年，星期三三、减少工艺系统热变形的

39、措施：三、减少工艺系统热变形的措施：5.5.热变形补偿：热变形补偿：热变形补偿：热变形补偿：6.6.改进机床结构，减少热变形对加工精度的影响：改进机床结构，减少热变形对加工精度的影响：改进机床结构，减少热变形对加工精度的影响：改进机床结构，减少热变形对加工精度的影响：采用热对称结构采用热对称结构采用热对称结构采用热对称结构合理选择装配基准合理选择装配基准合理选择装配基准合理选择装配基准合理设计零部件的相对位置合理设计零部件的相对位置合理设计零部件的相对位置合理设计零部件的相对位置第42页，共57页，编辑于2022年，星期三第六节第六节 加工误差的统计分析法加工误差的统计分析法1 1分布曲线法：

40、分布曲线法：分布曲线法：分布曲线法：系统系统第43页，共57页，编辑于2022年，星期三1分布曲线法：分布曲线法：1.1.正态分布曲线：正态分布曲线：正态分布曲线：正态分布曲线：6 6第44页，共57页，编辑于2022年，星期三1分布曲线法：分布曲线法：2.2.利用分布曲线进行工艺验证：利用分布曲线进行工艺验证：利用分布曲线进行工艺验证：利用分布曲线进行工艺验证：大，则曲线平坦大，则曲线平坦尺寸分布范围大尺寸分布范围大加工方法的加工精度低加工方法的加工精度低令：令：令：令：C CP P P P：工艺能力系数：工艺能力系数：工艺能力系数：工艺能力系数T T6 6，则表示全部零件合格则表示全部零件

41、合格T T6 6，则加工方法精度过高造成则加工方法精度过高造成浪费浪费T=6T=6，则加工方法勉强，易出则加工方法勉强，易出废品废品T T1.67 特级，但过高特级，但过高1.67CCP P 1.33 一级，足够一级，足够1.33CCP P1.0 二级，勉强二级，勉强1.0CCP P0.67 三级，不足三级，不足C CP P0.67 四级，不行四级，不行第45页，共57页，编辑于2022年，星期三XminXmax1分布曲线法：分布曲线法：3.3.利用分布曲线计算一批零件的合格率和废品率：利用分布曲线计算一批零件的合格率和废品率：利用分布曲线计算一批零件的合格率和废品率：利用分布曲线计算一批零件

42、的合格率和废品率：被加工零件尺寸：被加工零件尺寸：被加工零件尺寸：被加工零件尺寸：Xmax=X2=D+esXmin=X1=D-ei中心偏差中心偏差为为“+”表示表示分布中心比公差带中分布中心比公差带中心大。心大。+不可修复不可修复不可修复不可修复废品废品废品废品可修复可修复可修复可修复废品废品废品废品x2x1第46页，共57页，编辑于2022年，星期三1分布曲线法：分布曲线法：3.3.利用分布曲线计算一批零件的合格率和废品率：利用分布曲线计算一批零件的合格率和废品率：利用分布曲线计算一批零件的合格率和废品率：利用分布曲线计算一批零件的合格率和废品率：令：令：令：令：+XminXmax第47页，

43、共57页，编辑于2022年，星期三+XminXmax1分布曲线法：分布曲线法：3.3.利用分布曲线计算一批零件的合格率和废品率：利用分布曲线计算一批零件的合格率和废品率：利用分布曲线计算一批零件的合格率和废品率：利用分布曲线计算一批零件的合格率和废品率：第48页，共57页，编辑于2022年，星期三第49页，共57页，编辑于2022年，星期三计算举例：计算举例：例：加工一批外圆，尺寸公差例：加工一批外圆，尺寸公差T=0.3mm，加工完的分布曲线中已知，加工完的分布曲线中已知=0.05=0.05，=+0.05=+0.05。求可修复的废品率和不可修复的废品率。求可修复的废品率和不可修复的废品率。解：

44、已知：解：已知：=+0.05 0可修复的废品率可修复的废品率=0.5-0.4772=0.0228=2.28%不可修复的废品率不可修复的废品率=0.5-0.499968=0.000032=0.0032%+x1x2第50页，共57页，编辑于2022年，星期三4.误差分析：误差分析：如果尺寸分布中心与公差带中心不重合，则一定存在常值系统如果尺寸分布中心与公差带中心不重合，则一定存在常值系统如果尺寸分布中心与公差带中心不重合，则一定存在常值系统如果尺寸分布中心与公差带中心不重合，则一定存在常值系统误差；误差；误差；误差；等概率分布曲线，存在线性变值误差，如刀具的磨损；等概率分布曲线，存在线性变值误差，

45、如刀具的磨损；等概率分布曲线，存在线性变值误差，如刀具的磨损；等概率分布曲线，存在线性变值误差，如刀具的磨损；不对称分布曲线，存在随机误差；不对称分布曲线，存在随机误差；不对称分布曲线，存在随机误差；不对称分布曲线，存在随机误差；多峰值分布曲线，存在阶跃变值系统误差；多峰值分布曲线，存在阶跃变值系统误差；多峰值分布曲线，存在阶跃变值系统误差；多峰值分布曲线，存在阶跃变值系统误差；第51页，共57页，编辑于2022年，星期三5.存在的问题：存在的问题：分布曲线法未考虑零件的加工先后顺序，不能反映分布曲线法未考虑零件的加工先后顺序，不能反映分布曲线法未考虑零件的加工先后顺序，不能反映分布曲线法未考

46、虑零件的加工先后顺序，不能反映出系统误差的变化规律及发展趋势；出系统误差的变化规律及发展趋势；出系统误差的变化规律及发展趋势；出系统误差的变化规律及发展趋势；只有一批零件加工完后才能画出，不能在加工进行只有一批零件加工完后才能画出，不能在加工进行过程中提供工艺过程是否稳定的必要信息；过程中提供工艺过程是否稳定的必要信息；发现问题后，对本批零件已无法补救；发现问题后，对本批零件已无法补救；第52页，共57页，编辑于2022年，星期三2点图法：点图法：在大批量生产中，采用小子在大批量生产中，采用小子在大批量生产中，采用小子在大批量生产中，采用小子样抽检方法。顺序地每隔一样抽检方法。顺序地每隔一样抽

47、检方法。顺序地每隔一样抽检方法。顺序地每隔一定的时间间隔抽检一组零件定的时间间隔抽检一组零件定的时间间隔抽检一组零件定的时间间隔抽检一组零件（m=210m=210），根据小子样的），根据小子样的），根据小子样的），根据小子样的统计特征量来估算判断整体统计特征量来估算判断整体统计特征量来估算判断整体统计特征量来估算判断整体的变化。的变化。的变化。的变化。子样均值：子样均值：子样均值：子样均值：子样极差：子样极差：子样极差：子样极差：子样均方差：子样均方差：子样均方差：子样均方差：第53页，共57页，编辑于2022年，星期三2点图法：点图法：1.1.质量控制图：质量控制图：质量控制图：质量控制图：

48、X X图上控制线：图上控制线：图上控制线：图上控制线：X X图下控制线：图下控制线：图下控制线：图下控制线：X X图中心线：图中心线：图中心线：图中心线：R R图上控制线：图上控制线：图上控制线：图上控制线：R R图下控制线：图下控制线：图下控制线：图下控制线：R R图中心线：图中心线：图中心线：图中心线：第54页，共57页，编辑于2022年，星期三系数系数A、D1、D2mAD1D2mAD1D221.880 3.268070.419 1.924 0.07631.023 2.574080.373 1.864 0.13640.729 2.282090.337 1.816 0.18450.577 2

49、.1140100.308 1.777 0.22360.483 2.0040第55页，共57页，编辑于2022年，星期三2.制定制定XR图的步骤：图的步骤：按时间顺序取按时间顺序取按时间顺序取按时间顺序取K K个样本（个样本（个样本（个样本（K=1030K=1030），每个样本容量），每个样本容量），每个样本容量），每个样本容量m=210m=210实测样本实测样本实测样本实测样本计算样本的均值、极差计算样本的均值、极差计算样本的均值、极差计算样本的均值、极差计算样本均值和极差的平均值计算样本均值和极差的平均值计算样本均值和极差的平均值计算样本均值和极差的平均值计算上下控制线计算上下控制线计算上下控制线计算上下控制线第56页，共57页，编辑于2022年，星期三3.用用XR图进行生产稳定性判断图进行生产稳定性判断正常波动：由工艺系统中固有因素造成，排除不了。正常波动：由工艺系统中固有因素造成，排除不了。正常波动：由工艺系统中固有因素造成，排除不了。正常波动：由工艺系统中固有因素造成，排除不了。异常波动：由外来原因所造成的质量波动，不经常出现，可以排异常波动：由外来原因所造成的质量波动，不经常出现，可以排异常波动：由外来原因所造成的质量波动，不经常出现，可以排异常波动：由外来原因所造成的质量波动，不经常出现，可以排除。除。除。除。第57页，共57页，编辑于2022年，星期三