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1、第第7章機(jī)械加工質(zhì)量分析章機(jī)械加工質(zhì)量分析123 37. 1機(jī)械加工質(zhì)量的基本概念機(jī)械加工質(zhì)量的基本概念7. 2工藝系統(tǒng)幾何誤差與控制工藝系統(tǒng)幾何誤差與控制7. 3工藝系統(tǒng)受力變形誤差及其控制工藝系統(tǒng)受力變形誤差及其控制返回3 47. 4工藝系統(tǒng)熱變形誤差與控制工藝系統(tǒng)熱變形誤差與控制3 57. 5影響表面質(zhì)量的因素及其控制影響表面質(zhì)量的因素及其控制7. 1機(jī)械加工質(zhì)量的基本概念機(jī)械加工質(zhì)量的基本概念 汽車產(chǎn)品制造質(zhì)量包括零件制造質(zhì)量和裝配質(zhì)量?jī)煞矫鎯?nèi)容,零件機(jī)汽車產(chǎn)品制造質(zhì)量包括零件制造質(zhì)量和裝配質(zhì)量?jī)煞矫鎯?nèi)容,零件機(jī)械加工質(zhì)量是保證產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)。機(jī)械加工質(zhì)量包括加工幾何精度與械加工質(zhì)量是
2、保證產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)。機(jī)械加工質(zhì)量包括加工幾何精度與表面加工質(zhì)量。加工幾何精度包括尺寸精度、形狀精度和位置精度。表表面加工質(zhì)量。加工幾何精度包括尺寸精度、形狀精度和位置精度。表面質(zhì)量包括表面幾何形狀精度和缺陷層等,如面質(zhì)量包括表面幾何形狀精度和缺陷層等,如圖圖7一一1所示所示 零件加工精度是指零件實(shí)際幾何參數(shù)與設(shè)計(jì)幾何參數(shù)的接近程度。加零件加工精度是指零件實(shí)際幾何參數(shù)與設(shè)計(jì)幾何參數(shù)的接近程度。加工誤差是指零件實(shí)際幾何參數(shù)與偏離設(shè)計(jì)幾何參數(shù)的數(shù)值大小。加工精工誤差是指零件實(shí)際幾何參數(shù)與偏離設(shè)計(jì)幾何參數(shù)的數(shù)值大小。加工精度用公差等級(jí)衡量,其等級(jí)數(shù)越低則精度越高。加工誤差用數(shù)值表示,度用公差等級(jí)衡量,
3、其等級(jí)數(shù)越低則精度越高。加工誤差用數(shù)值表示,誤差值越大則精度越低。誤差值越大則精度越低。 一般情況下,零件加工精度越高時(shí),加工成本相對(duì)越高,生產(chǎn)效率則一般情況下,零件加工精度越高時(shí),加工成本相對(duì)越高,生產(chǎn)效率則越低。越低。 加工精度包括尺寸精度、形狀精度和相互位置精度。三者關(guān)系如下加工精度包括尺寸精度、形狀精度和相互位置精度。三者關(guān)系如下:表面形狀誤差二尺寸公差伊表面形狀誤差二尺寸公差伊(30% 50%),表面位置誤差表面位置誤差“尺寸公差尺寸公差x ( 65%一一85 % )。由此可知,形狀公差應(yīng)該限制在位置公差之內(nèi)。由此可知,形狀公差應(yīng)該限制在位置公差之內(nèi);位置公位置公差應(yīng)限制在尺寸公差之
4、內(nèi)。尺寸精度越高時(shí),形狀和位置精度越高。差應(yīng)限制在尺寸公差之內(nèi)。尺寸精度越高時(shí),形狀和位置精度越高。下一頁(yè)返回7. 1機(jī)械加工質(zhì)量的基本概念機(jī)械加工質(zhì)量的基本概念 表面質(zhì)量指零件表面的幾何特征和表面層的物理、力學(xué)性能。表面的表面質(zhì)量指零件表面的幾何特征和表面層的物理、力學(xué)性能。表面的幾何特征包括表面粗糙度和波度。物理力學(xué)性能包括塑性變形、組織變幾何特征包括表面粗糙度和波度。物理力學(xué)性能包括塑性變形、組織變化和表層金屬中的殘余內(nèi)應(yīng)力?;捅韺咏饘僦械臍堄鄡?nèi)應(yīng)力。 1.加工表面幾何形狀加工表面幾何形狀 機(jī)械加工后的表面幾何形狀總是以機(jī)械加工后的表面幾何形狀總是以“峰峰”“”“谷谷”交替形式出現(xiàn)。交
5、替形式出現(xiàn)。 表面粗糙度是指加工表面的微觀幾何形狀誤差。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定表面粗糙度是指加工表面的微觀幾何形狀誤差。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:表面表面粗糙度用在一定長(zhǎng)度內(nèi)粗糙度用在一定長(zhǎng)度內(nèi)(稱為基本長(zhǎng)度稱為基本長(zhǎng)度)輪廓的算術(shù)平均偏差值輪廓的算術(shù)平均偏差值Ra或輪廓或輪廓最大高度最大高度R:作為評(píng)定指標(biāo)。作為評(píng)定指標(biāo)。 表面波度是介于宏觀幾何形狀與微觀幾何形狀誤差之間的周期性幾何表面波度是介于宏觀幾何形狀與微觀幾何形狀誤差之間的周期性幾何形狀誤差。形狀誤差。LlH =50-1 000,則稱為表面波度。表面波度通常是由加工過(guò),則稱為表面波度。表面波度通常是由加工過(guò)程中工藝系統(tǒng)的低頻振動(dòng)所引起的。程中工藝系統(tǒng)的低
6、頻振動(dòng)所引起的。上一頁(yè) 下一頁(yè)返回7. 1機(jī)械加工質(zhì)量的基本概念機(jī)械加工質(zhì)量的基本概念 2.加工表面層物理力學(xué)性能變化加工表面層物理力學(xué)性能變化 材料的表面層在加工時(shí)會(huì)產(chǎn)生物理、力學(xué)和化學(xué)性質(zhì)的變化,常常在材料的表面層在加工時(shí)會(huì)產(chǎn)生物理、力學(xué)和化學(xué)性質(zhì)的變化,常常在最外層生成氧化膜或其他化合物并吸收、滲進(jìn)氣體粒子,此稱之為吸附最外層生成氧化膜或其他化合物并吸收、滲進(jìn)氣體粒子,此稱之為吸附層。層。 在加工過(guò)程中由切削力造成的材料表面為壓縮區(qū),將形成塑性變形區(qū)在加工過(guò)程中由切削力造成的材料表面為壓縮區(qū),將形成塑性變形區(qū)域,厚度約在幾十至幾百微米之內(nèi),并隨加工方法的不同而改變。壓縮域,厚度約在幾十至
7、幾百微米之內(nèi),并隨加工方法的不同而改變。壓縮區(qū)上部為纖維層,由被加工材料與刀具間的摩擦所造成。另外,切削熱區(qū)上部為纖維層,由被加工材料與刀具間的摩擦所造成。另外,切削熱也會(huì)使材料表層產(chǎn)生如同淬火、回火一樣的相變以及晶粒大小的改變等。也會(huì)使材料表層產(chǎn)生如同淬火、回火一樣的相變以及晶粒大小的改變等。上一頁(yè) 下一頁(yè)返回7. 1機(jī)械加工質(zhì)量的基本概念機(jī)械加工質(zhì)量的基本概念表面層的物理力學(xué)性能不同于基體,其主要表現(xiàn)為以下三方面表面層的物理力學(xué)性能不同于基體,其主要表現(xiàn)為以下三方面:(1)表層發(fā)生冷作硬化表層發(fā)生冷作硬化 其表層產(chǎn)生冷作硬化的原因在于工件在機(jī)械加工過(guò)程中,表層受力產(chǎn)其表層產(chǎn)生冷作硬化的原因
8、在于工件在機(jī)械加工過(guò)程中,表層受力產(chǎn)生塑性變形,使其內(nèi)部晶體發(fā)生剪切滑移,晶格扭曲、晶粒拉長(zhǎng)或破碎生塑性變形,使其內(nèi)部晶體發(fā)生剪切滑移,晶格扭曲、晶粒拉長(zhǎng)或破碎甚至纖維化,使表層材料的強(qiáng)度和硬度提高,這種現(xiàn)象稱為表面冷作硬甚至纖維化,使表層材料的強(qiáng)度和硬度提高,這種現(xiàn)象稱為表面冷作硬化?;?(2)表層形成殘余應(yīng)力表層形成殘余應(yīng)力 在切削特別是在磨削加工中,由于切削變形和切削熱的影響,導(dǎo)致材在切削特別是在磨削加工中,由于切削變形和切削熱的影響,導(dǎo)致材料表層與內(nèi)部基體材料間因熱脹冷縮不同而處于相互牽制、平衡的彈性料表層與內(nèi)部基體材料間因熱脹冷縮不同而處于相互牽制、平衡的彈性應(yīng)力狀態(tài),從而形成殘余
9、應(yīng)力。應(yīng)力狀態(tài),從而形成殘余應(yīng)力。 (3)表層金相組織的可能變化表層金相組織的可能變化 在機(jī)械加工特別是磨削加工中,由于切削熱的集中,使得材料表面產(chǎn)在機(jī)械加工特別是磨削加工中,由于切削熱的集中,使得材料表面產(chǎn)生高溫,促使其發(fā)生不同程度的金相組織和性能改變。生高溫,促使其發(fā)生不同程度的金相組織和性能改變。上一頁(yè) 下一頁(yè)返回7. 1機(jī)械加工質(zhì)量的基本概念機(jī)械加工質(zhì)量的基本概念 工件、刀具、機(jī)床和夾具四要素組成了機(jī)械加工工藝系統(tǒng)。機(jī)械加工工件、刀具、機(jī)床和夾具四要素組成了機(jī)械加工工藝系統(tǒng)。機(jī)械加工工藝系統(tǒng)中產(chǎn)生的誤差稱為原始誤差。工藝系統(tǒng)誤差來(lái)源于機(jī)械制造系工藝系統(tǒng)中產(chǎn)生的誤差稱為原始誤差。工藝系統(tǒng)
10、誤差來(lái)源于機(jī)械制造系統(tǒng)。機(jī)械制造系統(tǒng)的組成包括施行方法、機(jī)械實(shí)體和切削過(guò)程三大部分。統(tǒng)。機(jī)械制造系統(tǒng)的組成包括施行方法、機(jī)械實(shí)體和切削過(guò)程三大部分。 1.按時(shí)間順序產(chǎn)生的原始誤差按時(shí)間順序產(chǎn)生的原始誤差 (1)加工前誤差加工前誤差 加工前誤差包括原理誤差、加工誤差加工前誤差包括原理誤差、加工誤差(裝夾誤差、調(diào)整誤差裝夾誤差、調(diào)整誤差)、機(jī)床誤、機(jī)床誤差、工裝誤差和毛坯誤差。差、工裝誤差和毛坯誤差。上一頁(yè) 下一頁(yè)返回7. 1機(jī)械加工質(zhì)量的基本概念機(jī)械加工質(zhì)量的基本概念 (2)加工過(guò)程誤差加工過(guò)程誤差 加工過(guò)程誤差包括工藝系統(tǒng)受力變形誤差、工藝系統(tǒng)熱變形誤差和刀加工過(guò)程誤差包括工藝系統(tǒng)受力變形誤差
11、、工藝系統(tǒng)熱變形誤差和刀具磨損誤差。具磨損誤差。 (3)加工后誤差加工后誤差 加工后誤差包括內(nèi)應(yīng)力變形和測(cè)量誤差。加工后誤差包括內(nèi)應(yīng)力變形和測(cè)量誤差。 2.按影響因素分類的工藝系統(tǒng)誤差按影響因素分類的工藝系統(tǒng)誤差 工藝系統(tǒng)幾何誤差。工藝系統(tǒng)幾何誤差。 工藝系統(tǒng)受力變形誤差。工藝系統(tǒng)受力變形誤差。 工藝系統(tǒng)熱變形誤差。工藝系統(tǒng)熱變形誤差。 下節(jié)按以上三個(gè)方面,逐一展開分析討論工藝系統(tǒng)的誤差以及應(yīng)該采下節(jié)按以上三個(gè)方面,逐一展開分析討論工藝系統(tǒng)的誤差以及應(yīng)該采取的對(duì)應(yīng)措施取的對(duì)應(yīng)措施上一頁(yè)返回7. 2工藝系統(tǒng)幾何誤差與控制工藝系統(tǒng)幾何誤差與控制加工原理誤差是指采用近似成形運(yùn)動(dòng)或近似刀刃輪廓進(jìn)行加工
12、而產(chǎn)生的加工原理誤差是指采用近似成形運(yùn)動(dòng)或近似刀刃輪廓進(jìn)行加工而產(chǎn)生的誤差。實(shí)際上絕大多數(shù)加工均采用近似成形運(yùn)動(dòng)與近似刀刃輪廓。如誤差。實(shí)際上絕大多數(shù)加工均采用近似成形運(yùn)動(dòng)與近似刀刃輪廓。如圖圖7 -2所示,滾刀滾切漸開線齒面時(shí)的齒形誤差就是加工原理誤差,這是所示,滾刀滾切漸開線齒面時(shí)的齒形誤差就是加工原理誤差,這是因?yàn)闈L刀是由有限個(gè)非光滑漸開線切削刃所包絡(luò)而形成的近似刀刃輪廓。因?yàn)闈L刀是由有限個(gè)非光滑漸開線切削刃所包絡(luò)而形成的近似刀刃輪廓。用三坐標(biāo)數(shù)控銑床加工復(fù)雜曲面時(shí),采用的也是近似刀具輪廓,其所形用三坐標(biāo)數(shù)控銑床加工復(fù)雜曲面時(shí),采用的也是近似刀具輪廓,其所形成的誤差亦屬于加工原理誤差。成
13、的誤差亦屬于加工原理誤差。 采用近似成形運(yùn)動(dòng)或近似刀刃輪廓的好處是能夠簡(jiǎn)化機(jī)床結(jié)構(gòu)或刀具采用近似成形運(yùn)動(dòng)或近似刀刃輪廓的好處是能夠簡(jiǎn)化機(jī)床結(jié)構(gòu)或刀具形狀,提高生產(chǎn)效率。當(dāng)加工誤差不超過(guò)形狀,提高生產(chǎn)效率。當(dāng)加工誤差不超過(guò)10%一一15%公差值時(shí),一般可公差值時(shí),一般可滿足生產(chǎn)要求。有時(shí)因機(jī)床結(jié)構(gòu)或刀具形狀的簡(jiǎn)化可使近似加工的精度滿足生產(chǎn)要求。有時(shí)因機(jī)床結(jié)構(gòu)或刀具形狀的簡(jiǎn)化可使近似加工的精度比使用準(zhǔn)確切削刃輪廓及準(zhǔn)確成形運(yùn)動(dòng)進(jìn)行加工所得到的精度還要高。比使用準(zhǔn)確切削刃輪廓及準(zhǔn)確成形運(yùn)動(dòng)進(jìn)行加工所得到的精度還要高。因此,在生產(chǎn)中,存在一定加工原理誤差的加工方法仍在廣泛使用。因此,在生產(chǎn)中,存在一定
14、加工原理誤差的加工方法仍在廣泛使用。下一頁(yè)返回7. 2工藝系統(tǒng)幾何誤差與控制工藝系統(tǒng)幾何誤差與控制 在零件加工的每一道工序中對(duì)機(jī)床、夾具和刀具進(jìn)行調(diào)整,在零件加工的每一道工序中對(duì)機(jī)床、夾具和刀具進(jìn)行調(diào)整, 1.試切調(diào)整法試切調(diào)整法 試切調(diào)整法的工作順序是試切調(diào)整法的工作順序是:寸一比較,按差值重復(fù)上述過(guò)程寸一比較,按差值重復(fù)上述過(guò)程切削整個(gè)表面,如切削整個(gè)表面,如圖圖7一一3所示。所示。 2.按定程機(jī)構(gòu)調(diào)整,為了獲得被加工表面的合格形狀、尺寸和位置精按定程機(jī)構(gòu)調(diào)整,為了獲得被加工表面的合格形狀、尺寸和位置精度,必須但采用任何調(diào)整方法及使用任何調(diào)整工具都難免帶來(lái)一些原始度,必須但采用任何調(diào)整方法
15、及使用任何調(diào)整工具都難免帶來(lái)一些原始誤差,這就是調(diào)整誤差。誤差,這就是調(diào)整誤差。初調(diào)刀具位置一試切一測(cè)量尺,當(dāng)達(dá)到所要求的尺寸后,再定程機(jī)構(gòu)包初調(diào)刀具位置一試切一測(cè)量尺,當(dāng)達(dá)到所要求的尺寸后,再定程機(jī)構(gòu)包括行程擋塊、靠模和凸輪等括行程擋塊、靠模和凸輪等;調(diào)整塊備有限位塊、對(duì)刀塊限位塊可保證工調(diào)整塊備有限位塊、對(duì)刀塊限位塊可保證工件定位準(zhǔn)確和刀具位移準(zhǔn)確件定位準(zhǔn)確和刀具位移準(zhǔn)確;用對(duì)刀塊對(duì)刀調(diào)整,將使刀具與工件處于相用對(duì)刀塊對(duì)刀調(diào)整,將使刀具與工件處于相對(duì)理想位置,如對(duì)理想位置,如圖圖7 -4所示。鉆套也屬于一種限位塊,鉆套可確定鉆頭所示。鉆套也屬于一種限位塊,鉆套可確定鉆頭的位置,如的位置,如
16、圖圖7一一5所示所示上一頁(yè) 下一頁(yè)返回7. 2工藝系統(tǒng)幾何誤差與控制工藝系統(tǒng)幾何誤差與控制 3.按樣件或樣板調(diào)整按樣件或樣板調(diào)整 在大批大量生產(chǎn)中常采用多刀加工,往往通過(guò)樣件來(lái)調(diào)整切削刃間的在大批大量生產(chǎn)中常采用多刀加工,往往通過(guò)樣件來(lái)調(diào)整切削刃間的相對(duì)位置。相對(duì)位置。 4.在線調(diào)整在線調(diào)整 在線調(diào)整實(shí)際上包括在線測(cè)量工件尺寸并及時(shí)調(diào)整刀具進(jìn)給量。這種在線調(diào)整實(shí)際上包括在線測(cè)量工件尺寸并及時(shí)調(diào)整刀具進(jìn)給量。這種方法適用于高精度零件加工。測(cè)量、調(diào)整和切削等機(jī)構(gòu)可以綜合為相互方法適用于高精度零件加工。測(cè)量、調(diào)整和切削等機(jī)構(gòu)可以綜合為相互聯(lián)系、協(xié)調(diào)的自動(dòng)化系統(tǒng),如聯(lián)系、協(xié)調(diào)的自動(dòng)化系統(tǒng),如圖圖7 -
17、6所所示。示。 必須指出,采用任何調(diào)整方法及使用任何調(diào)整工具都難免帶來(lái)一些原必須指出,采用任何調(diào)整方法及使用任何調(diào)整工具都難免帶來(lái)一些原始誤差。比如,用試切法調(diào)整會(huì)存在測(cè)量誤差、進(jìn)給機(jī)構(gòu)的位移誤差以始誤差。比如,用試切法調(diào)整會(huì)存在測(cè)量誤差、進(jìn)給機(jī)構(gòu)的位移誤差以及受到最小極限切削厚度的影響及受到最小極限切削厚度的影響;用調(diào)整法調(diào)整將必然存在定程機(jī)構(gòu)誤差,用調(diào)整法調(diào)整將必然存在定程機(jī)構(gòu)誤差,樣板或樣件調(diào)整時(shí)的樣板或樣件的誤差等。樣板或樣件調(diào)整時(shí)的樣板或樣件的誤差等。 表表7一一1集中了調(diào)整誤差來(lái)源及形成因素集中了調(diào)整誤差來(lái)源及形成因素上一頁(yè) 下一頁(yè)返回7. 2工藝系統(tǒng)幾何誤差與控制工藝系統(tǒng)幾何誤差
18、與控制7. 2. 3主軸回轉(zhuǎn)誤差主軸回轉(zhuǎn)誤差1.主軸誤差分解主軸誤差分解機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差,即主軸實(shí)際回轉(zhuǎn)線對(duì)其理想回轉(zhuǎn)軸線的漂移,機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差,即主軸實(shí)際回轉(zhuǎn)線對(duì)其理想回轉(zhuǎn)軸線的漂移,如如圖圖7 -7所示其誤差形式可以分解為徑向跳動(dòng)、軸向竄動(dòng)和角度擺動(dòng)三所示其誤差形式可以分解為徑向跳動(dòng)、軸向竄動(dòng)和角度擺動(dòng)三種,如種,如圖圖7一一8所示所示 實(shí)際上,主軸回轉(zhuǎn)誤差的三種基本形式一般將同時(shí)存在。實(shí)際上,主軸回轉(zhuǎn)誤差的三種基本形式一般將同時(shí)存在。 2.主軸誤差原因主軸誤差原因 產(chǎn)生主軸徑向誤差的原因主要來(lái)自主軸誤差和軸承誤差。主軸誤差包產(chǎn)生主軸徑向誤差的原因主要來(lái)自主軸誤差和軸承誤差。主軸
19、誤差包括主軸徑的圓度誤差和同軸度誤差。軸承誤差主要指軸承孔的圓度誤差。括主軸徑的圓度誤差和同軸度誤差。軸承誤差主要指軸承孔的圓度誤差。上一頁(yè) 下一頁(yè)返回7. 2工藝系統(tǒng)幾何誤差與控制工藝系統(tǒng)幾何誤差與控制 當(dāng)主軸采用滑動(dòng)軸承支承時(shí),主軸軸徑和軸承孔雙方的圓度誤差將對(duì)當(dāng)主軸采用滑動(dòng)軸承支承時(shí),主軸軸徑和軸承孔雙方的圓度誤差將對(duì)主軸回轉(zhuǎn)精度產(chǎn)生直接影響。對(duì)于工件回轉(zhuǎn)類機(jī)床,在切削力主軸回轉(zhuǎn)精度產(chǎn)生直接影響。對(duì)于工件回轉(zhuǎn)類機(jī)床,在切削力F作用下作用下主軸會(huì)出現(xiàn)徑向偏移,其將以不同的部位和軸承內(nèi)孔某一部位相接觸。主軸會(huì)出現(xiàn)徑向偏移,其將以不同的部位和軸承內(nèi)孔某一部位相接觸。此時(shí)主軸形狀誤差突出為影響回
20、轉(zhuǎn)精度的主要因素,而軸承內(nèi)孔的圓度此時(shí)主軸形狀誤差突出為影響回轉(zhuǎn)精度的主要因素,而軸承內(nèi)孔的圓度誤差對(duì)主軸回轉(zhuǎn)精度卻沒(méi)有任何影響。誤差對(duì)主軸回轉(zhuǎn)精度卻沒(méi)有任何影響。 圖圖圖圖7 -9 (a)所示為車床主軸不圓度影響回轉(zhuǎn)精度的情況,所示為車床主軸不圓度影響回轉(zhuǎn)精度的情況,圖圖7 -9 (a)中戈為徑向跳動(dòng)量。中戈為徑向跳動(dòng)量。 對(duì)于刀具回轉(zhuǎn)類機(jī)床,切削力的方向隨主軸回轉(zhuǎn)而變化,主軸軸徑以對(duì)于刀具回轉(zhuǎn)類機(jī)床,切削力的方向隨主軸回轉(zhuǎn)而變化,主軸軸徑以某一固定位置與軸承孔的不同位置相接觸。這時(shí),軸承孔的形狀精度突某一固定位置與軸承孔的不同位置相接觸。這時(shí),軸承孔的形狀精度突出為影響回轉(zhuǎn)精度的主要因素。
21、圖出為影響回轉(zhuǎn)精度的主要因素。圖7 -9 (b)表示鎖床軸承孔不圓度影響回表示鎖床軸承孔不圓度影響回轉(zhuǎn)精度的情況。轉(zhuǎn)精度的情況。 另外,主軸可能會(huì)出現(xiàn)軸向竄動(dòng),其主要是由主軸承載軸肩與軸線的另外,主軸可能會(huì)出現(xiàn)軸向竄動(dòng),其主要是由主軸承載軸肩與軸線的垂直度誤差所引起的。垂直度誤差所引起的。上一頁(yè) 下一頁(yè)返回7. 2工藝系統(tǒng)幾何誤差與控制工藝系統(tǒng)幾何誤差與控制 3.主軸回轉(zhuǎn)誤差的影響主軸回轉(zhuǎn)誤差的影響 在分析主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度的影響時(shí),首先要注意到主軸回轉(zhuǎn)誤在分析主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度的影響時(shí),首先要注意到主軸回轉(zhuǎn)誤差在不同方向上的影響是不同的。分析主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度的影響差在不同方向上
22、的影響是不同的。分析主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度的影響時(shí),應(yīng)著重分析誤差敏感方向的影響。時(shí),應(yīng)著重分析誤差敏感方向的影響。 各種原始誤差的大小和方向各不相同。因此,不同方向的原始誤差對(duì)各種原始誤差的大小和方向各不相同。因此,不同方向的原始誤差對(duì)加工精度的影響互不相同。當(dāng)原始誤差與加工精度兩者方向一致時(shí),原加工精度的影響互不相同。當(dāng)原始誤差與加工精度兩者方向一致時(shí),原始誤差對(duì)加工精度的影響最大,兩者一致的方向稱為敏感方向,而敏感始誤差對(duì)加工精度的影響最大,兩者一致的方向稱為敏感方向,而敏感方向險(xiǎn)哈是切削平面的法線方向。在敏感方向上,原始誤差將以方向險(xiǎn)哈是切削平面的法線方向。在敏感方向上,原始誤差將以1
23、: 1的的比例轉(zhuǎn)變成加工誤差。比例轉(zhuǎn)變成加工誤差。上一頁(yè) 下一頁(yè)返回7. 2工藝系統(tǒng)幾何誤差與控制工藝系統(tǒng)幾何誤差與控制 在除敏感方向以外的其他方向上,原始誤差的影響都將不同程度地減在除敏感方向以外的其他方向上,原始誤差的影響都將不同程度地減小。以臥式車床上車外圓為例,如小。以臥式車床上車外圓為例,如圖圖7一一10所示,當(dāng)存在某種原始誤差所示,當(dāng)存在某種原始誤差而使車刀在水平方向偏離正確位置而使車刀在水平方向偏離正確位置R時(shí),在工件直徑方向所產(chǎn)生的加時(shí),在工件直徑方向所產(chǎn)生的加工誤差應(yīng)為工誤差應(yīng)為:當(dāng)車刀在垂直方向偏離正確位置當(dāng)車刀在垂直方向偏離正確位置y,時(shí),由時(shí),由圖圖7一一11中三角形可
24、知中三角形可知: 展開后略去二階微量展開后略去二階微量(OR)2,則在工件直徑方向產(chǎn)生的,則在工件直徑方向產(chǎn)生的加工誤差為加工誤差為: 上一頁(yè) 下一頁(yè)返回7. 2工藝系統(tǒng)幾何誤差與控制工藝系統(tǒng)幾何誤差與控制 敏感方向隨機(jī)床類型而異,因此,敏感方向可分為固定和變化兩種類敏感方向隨機(jī)床類型而異,因此,敏感方向可分為固定和變化兩種類型。如在車床上加工,因刀具固定,使得切削平面固定不變,此為敏感型。如在車床上加工,因刀具固定,使得切削平面固定不變,此為敏感方向固定情況。而在鎖床上加工,因鎖刀回轉(zhuǎn),切削平面旋轉(zhuǎn),故敏感方向固定情況。而在鎖床上加工,因鎖刀回轉(zhuǎn),切削平面旋轉(zhuǎn),故敏感方向?yàn)樽兓?,從而?duì)這類
25、機(jī)床的主軸回轉(zhuǎn)精度要求更高。方向?yàn)樽兓?,從而?duì)這類機(jī)床的主軸回轉(zhuǎn)精度要求更高。表表7 -2列出列出了常用機(jī)床的敏感方向。實(shí)際上,各類機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度影了常用機(jī)床的敏感方向。實(shí)際上,各類機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度影響的結(jié)果是響的結(jié)果是:機(jī)床主軸徑向跳動(dòng)會(huì)使工件機(jī)床主軸徑向跳動(dòng)會(huì)使工件產(chǎn)生圓度誤差若鎖孔時(shí)鎖桿做水平簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),則鎖刀軌跡就是橢圓,如產(chǎn)生圓度誤差若鎖孔時(shí)鎖桿做水平簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),則鎖刀軌跡就是橢圓,如圖圖7 -12所示所示 主軸軸向竄動(dòng)會(huì)形成下列誤差主軸軸向竄動(dòng)會(huì)形成下列誤差:加工端平面時(shí),會(huì)造成被加工端平面時(shí),會(huì)造成被加工平面與圓柱面不垂直加工平面與圓柱面不垂直;加工螺紋時(shí),會(huì)
26、產(chǎn)生小周期螺距誤差。加工螺紋時(shí),會(huì)產(chǎn)生小周期螺距誤差。在鎖床上鎖孔時(shí),鎖桿角度擺動(dòng)會(huì)鎖削出橢圓柱面來(lái)在鎖床上鎖孔時(shí),鎖桿角度擺動(dòng)會(huì)鎖削出橢圓柱面來(lái)上一頁(yè) 下一頁(yè)返回7. 2工藝系統(tǒng)幾何誤差與控制工藝系統(tǒng)幾何誤差與控制 4.提高主軸精度措施提高主軸精度措施 根據(jù)前面分析,首先要求主軸前軸承選用精度、剛度較高的軸承,并根據(jù)前面分析,首先要求主軸前軸承選用精度、剛度較高的軸承,并對(duì)滾動(dòng)軸承進(jìn)行預(yù)緊。當(dāng)采用滑動(dòng)軸承時(shí),則應(yīng)采用靜壓軸承。其次是對(duì)滾動(dòng)軸承進(jìn)行預(yù)緊。當(dāng)采用滑動(dòng)軸承時(shí),則應(yīng)采用靜壓軸承。其次是提高主軸箱體支承孔、主軸軸頸等與軸承配合相關(guān)表面的加工精度。再提高主軸箱體支承孔、主軸軸頸等與軸承配
27、合相關(guān)表面的加工精度。再者,為了使主軸回轉(zhuǎn)誤差不影響工件,還可采取一些相應(yīng)措施,如采用者,為了使主軸回轉(zhuǎn)誤差不影響工件,還可采取一些相應(yīng)措施,如采用死頂尖磨削外圓,只要保證定位中心孔的形狀與位置精度,即可加工出死頂尖磨削外圓,只要保證定位中心孔的形狀與位置精度,即可加工出高精度的外圓柱面高精度的外圓柱面上一頁(yè) 下一頁(yè)返回7. 2工藝系統(tǒng)幾何誤差與控制工藝系統(tǒng)幾何誤差與控制7. 2. 4機(jī)床導(dǎo)軌誤差機(jī)床導(dǎo)軌誤差機(jī)床導(dǎo)軌副是實(shí)現(xiàn)導(dǎo)軌直線運(yùn)動(dòng)的主要部件,其制造和裝配精度是影響機(jī)床導(dǎo)軌副是實(shí)現(xiàn)導(dǎo)軌直線運(yùn)動(dòng)的主要部件,其制造和裝配精度是影響軌跡直線運(yùn)動(dòng)精度的主要因素。導(dǎo)軌誤差會(huì)對(duì)零件的加工精度產(chǎn)生直接軌
28、跡直線運(yùn)動(dòng)精度的主要因素。導(dǎo)軌誤差會(huì)對(duì)零件的加工精度產(chǎn)生直接影響。如影響。如圖圖7一一13所示,車床導(dǎo)軌所示,車床導(dǎo)軌見圖見圖7一一13 (a)水平誤差水平誤差y,將使工將使工件件見圖見圖7一一13 (b) 出現(xiàn)半徑誤差出現(xiàn)半徑誤差R。當(dāng)磨削長(zhǎng)外圓柱表面時(shí),磨床導(dǎo)。當(dāng)磨削長(zhǎng)外圓柱表面時(shí),磨床導(dǎo)軌將引起工件的圓柱度誤差。軌將引起工件的圓柱度誤差。 導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)直線度誤差對(duì)加工精度的影響。導(dǎo)軌在垂直方向上的導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)直線度誤差對(duì)加工精度的影響。導(dǎo)軌在垂直方向上的誤差將使平面磨床、龍門刨床、銑床等產(chǎn)生法向位移,其誤差直接反映誤差將使平面磨床、龍門刨床、銑床等產(chǎn)生法向位移,其誤差直接反映到工件的
29、加工表面到工件的加工表面(誤差敏感方向誤差敏感方向)上體現(xiàn)為水平面上上體現(xiàn)為水平面上的形狀誤差。導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)直線度誤差對(duì)車床影響較小。的形狀誤差。導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)直線度誤差對(duì)車床影響較小。 從從圖圖7一一14可看出,當(dāng)導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)直線度存在誤差可看出,當(dāng)導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)直線度存在誤差:時(shí),反映到時(shí),反映到工件半徑方向上的誤差為工件半徑方向上的誤差為R,而反映出的加工誤差則可以忽略不計(jì)。,而反映出的加工誤差則可以忽略不計(jì)。根據(jù)關(guān)系式根據(jù)關(guān)系式: 上一頁(yè) 下一頁(yè)返回7. 2工藝系統(tǒng)幾何誤差與控制工藝系統(tǒng)幾何誤差與控制所以此值完全可以忽略不計(jì)。所以此值完全可以忽略不計(jì)。 機(jī)床導(dǎo)軌面間平行度誤差的影響
30、。如機(jī)床導(dǎo)軌面間平行度誤差的影響。如圖圖7一一15所示,車床兩導(dǎo)軌的平所示,車床兩導(dǎo)軌的平行度產(chǎn)生誤差行度產(chǎn)生誤差(扭曲扭曲),使鞍座出現(xiàn)橫向傾斜,刀具相應(yīng)發(fā)生位移,因而,使鞍座出現(xiàn)橫向傾斜,刀具相應(yīng)發(fā)生位移,因而引起工件形狀誤差。由圖引起工件形狀誤差。由圖7一一15可知可知: 機(jī)床導(dǎo)軌對(duì)主軸軸心線平行度誤差的影響。當(dāng)在車床類或磨床類機(jī)床上機(jī)床導(dǎo)軌對(duì)主軸軸心線平行度誤差的影響。當(dāng)在車床類或磨床類機(jī)床上加工工件時(shí),如果導(dǎo)軌與主軸軸心線不平行,則會(huì)引起工件的幾何形狀加工工件時(shí),如果導(dǎo)軌與主軸軸心線不平行,則會(huì)引起工件的幾何形狀誤差。例如車床導(dǎo)軌與主軸軸心線在水平面內(nèi)不平行,會(huì)使工件的外圓誤差。例如
31、車床導(dǎo)軌與主軸軸心線在水平面內(nèi)不平行,會(huì)使工件的外圓柱表面產(chǎn)生錐度柱表面產(chǎn)生錐度;在垂直面內(nèi)不平行時(shí),會(huì)使工件加工成馬鞍形。在垂直面內(nèi)不平行時(shí),會(huì)使工件加工成馬鞍形。上一頁(yè) 下一頁(yè)返回7. 2工藝系統(tǒng)幾何誤差與控制工藝系統(tǒng)幾何誤差與控制7. 2. 5機(jī)床傳動(dòng)誤差機(jī)床傳動(dòng)誤差 對(duì)于某些加工方法,為保證工件的精度,要求工件和刀具間必須保持對(duì)于某些加工方法,為保證工件的精度,要求工件和刀具間必須保持準(zhǔn)確的傳動(dòng)關(guān)系。如車削螺紋時(shí),要求工件旋轉(zhuǎn)一周,刀具直線移動(dòng)一準(zhǔn)確的傳動(dòng)關(guān)系。如車削螺紋時(shí),要求工件旋轉(zhuǎn)一周,刀具直線移動(dòng)一個(gè)導(dǎo)程。機(jī)床傳動(dòng)時(shí)必須保持個(gè)導(dǎo)程。機(jī)床傳動(dòng)時(shí)必須保持持S = iT為恒值。其中,
32、為恒值。其中,S為工件導(dǎo)程,為工件導(dǎo)程,T為絲杠導(dǎo)程,為絲杠導(dǎo)程,i為齒輪傳動(dòng)比。所以車床絲杠導(dǎo)程和各齒輪的制造誤差都為齒輪傳動(dòng)比。所以車床絲杠導(dǎo)程和各齒輪的制造誤差都必將引起工件螺紋導(dǎo)程的誤差。為了減少機(jī)床傳動(dòng)誤差對(duì)加工精度的影必將引起工件螺紋導(dǎo)程的誤差。為了減少機(jī)床傳動(dòng)誤差對(duì)加工精度的影響,可以采用如下措施。響,可以采用如下措施。 1.減少傳動(dòng)鏈中的環(huán)節(jié),縮短傳動(dòng)鏈減少傳動(dòng)鏈中的環(huán)節(jié),縮短傳動(dòng)鏈 因?yàn)閭鲃?dòng)鏈的傳動(dòng)誤差等于組成傳動(dòng)鏈各傳動(dòng)件傳遞誤差之和。例如因?yàn)閭鲃?dòng)鏈的傳動(dòng)誤差等于組成傳動(dòng)鏈各傳動(dòng)件傳遞誤差之和。例如在車床上加工較高精度螺紋時(shí),不經(jīng)過(guò)進(jìn)給箱,而用交換齒輪直接傳動(dòng)在車床上加工較
33、高精度螺紋時(shí),不經(jīng)過(guò)進(jìn)給箱,而用交換齒輪直接傳動(dòng)給絲杠,以縮短傳動(dòng)鏈長(zhǎng)度,減少傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)誤差。給絲杠,以縮短傳動(dòng)鏈長(zhǎng)度,減少傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)誤差。上一頁(yè) 下一頁(yè)返回7. 2工藝系統(tǒng)幾何誤差與控制工藝系統(tǒng)幾何誤差與控制 2.采用降速傳動(dòng)鏈采用降速傳動(dòng)鏈 由前面分析可知,傳動(dòng)比小,傳動(dòng)元件誤差對(duì)傳動(dòng)精度的影響就小,由前面分析可知,傳動(dòng)比小,傳動(dòng)元件誤差對(duì)傳動(dòng)精度的影響就小,而傳動(dòng)鏈末端傳動(dòng)元件的誤差對(duì)傳動(dòng)精度影響最大。因此,采用降速傳而傳動(dòng)鏈末端傳動(dòng)元件的誤差對(duì)傳動(dòng)精度影響最大。因此,采用降速傳動(dòng)是保證傳動(dòng)精度的重要原則。對(duì)于螺紋或絲杠加工機(jī)床,為保證降速動(dòng)是保證傳動(dòng)精度的重要原則。對(duì)于螺紋或絲杠加
34、工機(jī)床,為保證降速傳動(dòng),機(jī)床傳動(dòng)絲杠的導(dǎo)程應(yīng)大于工件螺紋導(dǎo)程。對(duì)于齒輪加工機(jī)床,傳動(dòng),機(jī)床傳動(dòng)絲杠的導(dǎo)程應(yīng)大于工件螺紋導(dǎo)程。對(duì)于齒輪加工機(jī)床,分度蝸輪的齒數(shù)一般很大,其目的是得到大的降速傳動(dòng)比。分度蝸輪的齒數(shù)一般很大,其目的是得到大的降速傳動(dòng)比。3.提高傳動(dòng)副特別是末端傳動(dòng)副的制造和裝配精度,消除傳動(dòng)間隙傳動(dòng)提高傳動(dòng)副特別是末端傳動(dòng)副的制造和裝配精度,消除傳動(dòng)間隙傳動(dòng)鏈中各傳動(dòng)件的加工、裝配誤差對(duì)傳動(dòng)精度均有影響,其中最后的傳動(dòng)鏈中各傳動(dòng)件的加工、裝配誤差對(duì)傳動(dòng)精度均有影響,其中最后的傳動(dòng)件的誤差影響最大。如滾齒機(jī)上切出的齒輪的齒距誤差及件的誤差影響最大。如滾齒機(jī)上切出的齒輪的齒距誤差及齒距累
35、積誤差大部分是由分度蝸輪副引起的。所以滾齒機(jī)上分度蝸輪副齒距累積誤差大部分是由分度蝸輪副引起的。所以滾齒機(jī)上分度蝸輪副的精度等級(jí)應(yīng)比被加工的齒輪精度高的精度等級(jí)應(yīng)比被加工的齒輪精度高1一一2級(jí)。級(jí)。 4.采用誤差補(bǔ)償采用誤差補(bǔ)償 在采用誤差補(bǔ)償時(shí),先用測(cè)量?jī)x器測(cè)出傳動(dòng)誤差,然后根據(jù)該測(cè)量值在采用誤差補(bǔ)償時(shí),先用測(cè)量?jī)x器測(cè)出傳動(dòng)誤差,然后根據(jù)該測(cè)量值在原傳動(dòng)鏈中人為地加入一個(gè)誤差,其大小與傳動(dòng)鏈本身的誤差相等而在原傳動(dòng)鏈中人為地加入一個(gè)誤差,其大小與傳動(dòng)鏈本身的誤差相等而方向相反,使之相互抵消。該方法稱為誤差補(bǔ)償。方向相反,使之相互抵消。該方法稱為誤差補(bǔ)償。圖圖7一一16所示為精密所示為精密絲杠
36、螺距誤差補(bǔ)償裝置絲杠螺距誤差補(bǔ)償裝置上一頁(yè) 下一頁(yè)返回7. 2工藝系統(tǒng)幾何誤差與控制工藝系統(tǒng)幾何誤差與控制7. 2. 6刀具幾何誤差刀具幾何誤差 刀具誤差包括刀具的制造、磨損和安裝誤差等。機(jī)械加工中常用的刀刀具誤差包括刀具的制造、磨損和安裝誤差等。機(jī)械加工中常用的刀具有一般刀具、定尺寸刀具和成形刀具。一般刀具如普通車刀、單刃鎖具有一般刀具、定尺寸刀具和成形刀具。一般刀具如普通車刀、單刃鎖刀、平面銑刀等的制造誤差,對(duì)加工精度沒(méi)有直接影響。但當(dāng)?shù)毒吲c工刀、平面銑刀等的制造誤差,對(duì)加工精度沒(méi)有直接影響。但當(dāng)?shù)毒吲c工件的相對(duì)位置調(diào)整好以后,在加工過(guò)程中,刀具的磨損將會(huì)增加加工誤件的相對(duì)位置調(diào)整好以后,
37、在加工過(guò)程中,刀具的磨損將會(huì)增加加工誤差。定尺寸刀具如鉆頭、鉸刀、拉刀、槽銑刀等的制造誤差及磨損誤差,差。定尺寸刀具如鉆頭、鉸刀、拉刀、槽銑刀等的制造誤差及磨損誤差,均直接影響工件的加工尺寸精度。成形刀具,如成形車刀、成形銑刀、均直接影響工件的加工尺寸精度。成形刀具,如成形車刀、成形銑刀、齒輪刀具等的制造和磨損誤差,主要影響被加工工件的形狀精度。齒輪刀具等的制造和磨損誤差,主要影響被加工工件的形狀精度。7. 2. 7夾具幾何誤差?yuàn)A具幾何誤差 夾具誤差主要是指定位誤差、夾緊誤差、夾具安裝誤差、對(duì)刀誤差以?shī)A具誤差主要是指定位誤差、夾緊誤差、夾具安裝誤差、對(duì)刀誤差以及夾具的磨損等。及夾具的磨損等。上
38、一頁(yè) 下一頁(yè)返回7. 2工藝系統(tǒng)幾何誤差與控制工藝系統(tǒng)幾何誤差與控制7. 2. 8測(cè)量誤差測(cè)量誤差測(cè)量結(jié)果與被測(cè)真值之差,稱為測(cè)量誤差。測(cè)量誤差來(lái)源于測(cè)量方法和測(cè)量結(jié)果與被測(cè)真值之差,稱為測(cè)量誤差。測(cè)量誤差來(lái)源于測(cè)量方法和測(cè)量裝置誤差也會(huì)因溫度、濕度、氣壓、振動(dòng)、照明、塵埃與電磁場(chǎng)等測(cè)量裝置誤差也會(huì)因溫度、濕度、氣壓、振動(dòng)、照明、塵埃與電磁場(chǎng)等環(huán)境變化而引起。工件在加工中進(jìn)行的測(cè)量和加工后的測(cè)量,總會(huì)產(chǎn)生環(huán)境變化而引起。工件在加工中進(jìn)行的測(cè)量和加工后的測(cè)量,總會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。測(cè)量誤差。 為了減少測(cè)量誤差,提高檢驗(yàn)效率,降低工人的技術(shù)要求,為了減少測(cè)量誤差,提高檢驗(yàn)效率,降低工人的技術(shù)要求,在汽
39、車生產(chǎn)中大量采用專用量具、檢具來(lái)測(cè)量零件。如圖在汽車生產(chǎn)中大量采用專用量具、檢具來(lái)測(cè)量零件。如圖7一一17所示的所示的光滑極限量規(guī)即為一種專用量具。專用量具和檢具是針對(duì)具體零件尺寸光滑極限量規(guī)即為一種專用量具。專用量具和檢具是針對(duì)具體零件尺寸而制造的,大多數(shù)只用來(lái)判斷零件是否合格而實(shí)際不反映真值。只有某而制造的,大多數(shù)只用來(lái)判斷零件是否合格而實(shí)際不反映真值。只有某些特殊需要的專用量具和檢具,需要通過(guò)專業(yè)設(shè)計(jì)和制造來(lái)反映真值。些特殊需要的專用量具和檢具,需要通過(guò)專業(yè)設(shè)計(jì)和制造來(lái)反映真值。專用量具、檢具包括光滑極限量規(guī)、高度和深度量規(guī)、圓錐規(guī)、花鍵規(guī)、專用量具、檢具包括光滑極限量規(guī)、高度和深度量規(guī)
40、、圓錐規(guī)、花鍵規(guī)、樣板及綜合檢驗(yàn)夾具等。樣板及綜合檢驗(yàn)夾具等。上一頁(yè)返回7. 3工藝系統(tǒng)受力變形誤差及其控制工藝系統(tǒng)受力變形誤差及其控制 7. 3. 1概述概述 由機(jī)床、夾具、刀具、工件組成的工藝系統(tǒng),受切削力、傳動(dòng)力、慣由機(jī)床、夾具、刀具、工件組成的工藝系統(tǒng),受切削力、傳動(dòng)力、慣性力、夾緊力以及重力等的作用,會(huì)相應(yīng)因各種力的作用而產(chǎn)生變形。性力、夾緊力以及重力等的作用,會(huì)相應(yīng)因各種力的作用而產(chǎn)生變形。這種變形將破壞工藝系統(tǒng)各組元間已調(diào)整好的正確位置關(guān)系,從而形成這種變形將破壞工藝系統(tǒng)各組元間已調(diào)整好的正確位置關(guān)系,從而形成加工誤差之加工誤差之 例如,車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí),工件在切削力作用下會(huì)發(fā)例如,
41、車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí),工件在切削力作用下會(huì)發(fā) 生彎曲變形,使之加工后產(chǎn)生腰鼓形的圓柱度誤差,如生彎曲變形,使之加工后產(chǎn)生腰鼓形的圓柱度誤差,如圖圖7一一18 (a)所所示示;又如,在內(nèi)圓磨床上用橫向切人磨孔時(shí),由于磨頭主軸彎曲變形,使又如,在內(nèi)圓磨床上用橫向切人磨孔時(shí),由于磨頭主軸彎曲變形,使得所磨出的孔會(huì)出現(xiàn)帶有錐度的圓柱度誤差,如圖得所磨出的孔會(huì)出現(xiàn)帶有錐度的圓柱度誤差,如圖7一一18 (b) 所示。所示。 從材料力學(xué)中得知,任何一個(gè)物體在受力后總要產(chǎn)生一定的變形,人從材料力學(xué)中得知,任何一個(gè)物體在受力后總要產(chǎn)生一定的變形,人們常把作用力們常把作用力F與其引起在作用力方向上的變形量與其引起在作用力
42、方向上的變形量Y的比值,稱為物體的的比值,稱為物體的剛度剛度k下面我們就來(lái)討論工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)誤差的影響與控制。下面我們就來(lái)討論工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)誤差的影響與控制。下一頁(yè)返回7. 3工藝系統(tǒng)受力變形誤差及其控制工藝系統(tǒng)受力變形誤差及其控制7. 3. 2對(duì)工藝系統(tǒng)剛度的認(rèn)識(shí)對(duì)工藝系統(tǒng)剛度的認(rèn)識(shí) 機(jī)械加工工藝系統(tǒng)是一個(gè)彈性系統(tǒng)。彈性系統(tǒng)在外力作用下產(chǎn)生的變機(jī)械加工工藝系統(tǒng)是一個(gè)彈性系統(tǒng)。彈性系統(tǒng)在外力作用下產(chǎn)生的變形位移的大小取決于外力大小和系統(tǒng)抵抗外力的能力。工藝系統(tǒng)抵抗外形位移的大小取決于外力大小和系統(tǒng)抵抗外力的能力。工藝系統(tǒng)抵抗外力使其變形的能力稱為工藝系統(tǒng)的剛度。工藝系統(tǒng)的剛度用切削力和
43、在力使其變形的能力稱為工藝系統(tǒng)的剛度。工藝系統(tǒng)的剛度用切削力和在該力方向上所引起的刀具與工件間相對(duì)變形位移的比值來(lái)表示。由于切該力方向上所引起的刀具與工件間相對(duì)變形位移的比值來(lái)表示。由于切削力有三個(gè)分力,在切削加工中對(duì)加工精度影響最大的是刀刃沿加工表削力有三個(gè)分力,在切削加工中對(duì)加工精度影響最大的是刀刃沿加工表面的法線方向面的法線方向(Y方向上方向上)的分力,因此,計(jì)算工藝系統(tǒng)剛度時(shí),通常只考的分力,因此,計(jì)算工藝系統(tǒng)剛度時(shí),通常只考慮此方向上的切削分力慮此方向上的切削分力Fv和變形位移量和變形位移量yk=FYy,即即(7一一4)上一頁(yè) 下一頁(yè)返回7. 3工藝系統(tǒng)受力變形誤差及其控制工藝系統(tǒng)受
44、力變形誤差及其控制 1.車床刀架剛度變形曲線車床刀架剛度變形曲線 眾所周知,機(jī)床部件由許多零件組成。機(jī)床部件的剛度,即其抵抗外眾所周知,機(jī)床部件由許多零件組成。機(jī)床部件的剛度,即其抵抗外力使其變形的能力,迄今尚無(wú)合適的簡(jiǎn)易計(jì)算方法,主要用實(shí)驗(yàn)方法來(lái)力使其變形的能力,迄今尚無(wú)合適的簡(jiǎn)易計(jì)算方法,主要用實(shí)驗(yàn)方法來(lái)測(cè)定。測(cè)定。圖圖7一一19所示為車床刀架剛度變形曲線。分析圖所示為車床刀架剛度變形曲線。分析圖7一一19中實(shí)驗(yàn)曲線,中實(shí)驗(yàn)曲線,可以總結(jié)出機(jī)床刀架剛度具有以下特點(diǎn)可以總結(jié)出機(jī)床刀架剛度具有以下特點(diǎn): 變形與載荷不成線性關(guān)系。變形與載荷不成線性關(guān)系。 加載曲線和卸載曲線不重合,卸載曲線滯后于
45、加載曲線。兩曲線間加載曲線和卸載曲線不重合,卸載曲線滯后于加載曲線。兩曲線間所包容的面積就是加載和卸載循環(huán)中所損耗的能量。該能量消耗于摩擦所包容的面積就是加載和卸載循環(huán)中所損耗的能量。該能量消耗于摩擦力所做的功和接觸變形功。力所做的功和接觸變形功。 第一次卸載后,變形恢復(fù)不到第一次加載的起點(diǎn),這說(shuō)明存在有殘第一次卸載后,變形恢復(fù)不到第一次加載的起點(diǎn),這說(shuō)明存在有殘余變形。經(jīng)多次加載、卸載后,加載曲線起點(diǎn)才和卸載曲線終點(diǎn)重合,余變形。經(jīng)多次加載、卸載后,加載曲線起點(diǎn)才和卸載曲線終點(diǎn)重合,殘余變形才逐漸減小到零。殘余變形才逐漸減小到零。 機(jī)床部件的實(shí)際剛度遠(yuǎn)比我們按實(shí)體估算的要小。機(jī)床部件的實(shí)際剛
46、度遠(yuǎn)比我們按實(shí)體估算的要小。上一頁(yè) 下一頁(yè)返回7. 3工藝系統(tǒng)受力變形誤差及其控制工藝系統(tǒng)受力變形誤差及其控制 2.工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響 (1)刀架剛度的影響刀架剛度的影響 在加工過(guò)程中,由于工件加工余量發(fā)生改變將引起切削力變化,所以在加工過(guò)程中,由于工件加工余量發(fā)生改變將引起切削力變化,所以刀架后移會(huì)產(chǎn)生加工誤差。刀架后移會(huì)產(chǎn)生加工誤差。 若毛坯存在有橢圓形狀誤差。如若毛坯存在有橢圓形狀誤差。如圖圖7一一20所示,令毛坯橢圓長(zhǎng)軸方向上吃刀量為所示,令毛坯橢圓長(zhǎng)軸方向上吃刀量為ap1,短軸方向吃刀量為,短軸方向吃刀量為ap2 。由于橢圓長(zhǎng)軸、短軸兩方向吃刀量
47、和切削力不同,故刀架后移也不同。由于橢圓長(zhǎng)軸、短軸兩方向吃刀量和切削力不同,故刀架后移也不同。設(shè)對(duì)應(yīng)于設(shè)對(duì)應(yīng)于ap1,產(chǎn)生的讓,產(chǎn)生的讓y2對(duì)應(yīng)于對(duì)應(yīng)于ap2產(chǎn)生的讓刀為產(chǎn)生的讓刀為y2 ,則加工出來(lái)的工,則加工出來(lái)的工件必然存在一定的橢圓形狀誤差。由于毛坯存在圓度誤差件必然存在一定的橢圓形狀誤差。由于毛坯存在圓度誤差 ,故,故將引起工件的圓度誤差為將引起工件的圓度誤差為 ,且,且毛毛越大,越大, 工工越大。這種現(xiàn)越大。這種現(xiàn)象稱為加工過(guò)程中的毛坯誤差復(fù)映現(xiàn)象。象稱為加工過(guò)程中的毛坯誤差復(fù)映現(xiàn)象。 上一頁(yè) 下一頁(yè)返回7. 3工藝系統(tǒng)受力變形誤差及其控制工藝系統(tǒng)受力變形誤差及其控制(2)工件剛度
48、的影響工件剛度的影響圖圖7 -21所示為車床上車削細(xì)長(zhǎng)桿,此時(shí)工件發(fā)生彎曲,影響加工精度由所示為車床上車削細(xì)長(zhǎng)桿,此時(shí)工件發(fā)生彎曲,影響加工精度由此,加工中一般采取加裝跟刀架、活頂尖和改變走刀方向的措施來(lái)提高此,加工中一般采取加裝跟刀架、活頂尖和改變走刀方向的措施來(lái)提高加工精度。加工精度。 3.提高工藝系統(tǒng)剛度措施提高工藝系統(tǒng)剛度措施 合理設(shè)計(jì)零部件結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)零部件結(jié)構(gòu)時(shí),應(yīng)盡量減少連接面數(shù)口,合理設(shè)計(jì)零部件結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)零部件結(jié)構(gòu)時(shí),應(yīng)盡量減少連接面數(shù)口,并防止有局部低剛度環(huán)節(jié)出現(xiàn)。對(duì)于基礎(chǔ)件、支撐件,應(yīng)合理選擇零件并防止有局部低剛度環(huán)節(jié)出現(xiàn)。對(duì)于基礎(chǔ)件、支撐件,應(yīng)合理選擇零件結(jié)構(gòu)和截面形狀
49、,以提高機(jī)床部件中零件間的接合剛度。必要時(shí),應(yīng)給結(jié)構(gòu)和截面形狀,以提高機(jī)床部件中零件間的接合剛度。必要時(shí),應(yīng)給機(jī)床部件預(yù)加反向載荷等。采用輔助支撐。例如,在加工細(xì)長(zhǎng)軸時(shí),工機(jī)床部件預(yù)加反向載荷等。采用輔助支撐。例如,在加工細(xì)長(zhǎng)軸時(shí),工件的剛性差,采用中心架或跟刀架,或采用中間驅(qū)動(dòng)方式,有助于提高件的剛性差,采用中心架或跟刀架,或采用中間驅(qū)動(dòng)方式,有助于提高工件的剛度。工件的剛度。上一頁(yè) 下一頁(yè)返回7. 3工藝系統(tǒng)受力變形誤差及其控制工藝系統(tǒng)受力變形誤差及其控制 如如圖圖7 -22 (a)所示曲軸車床采用中間驅(qū)動(dòng)而不是端頭驅(qū)動(dòng),明顯縮短所示曲軸車床采用中間驅(qū)動(dòng)而不是端頭驅(qū)動(dòng),明顯縮短了驅(qū)動(dòng)部位與
50、被加工軸頸距離,降低了對(duì)剛度的要求。圖了驅(qū)動(dòng)部位與被加工軸頸距離,降低了對(duì)剛度的要求。圖7一一22 (b)所示所示為六角車床采用導(dǎo)套和導(dǎo)桿輔助支撐副提高刀架剛度措施。為六角車床采用導(dǎo)套和導(dǎo)桿輔助支撐副提高刀架剛度措施。 采用合理采用合理的裝夾和加工方式。例如,在臥式銑床上銑削角鐵形零件,如按圖的裝夾和加工方式。例如,在臥式銑床上銑削角鐵形零件,如按圖7一一22 (c)左所示裝夾和加工方式,則工件剛度較低左所示裝夾和加工方式,則工件剛度較低;如改用圖如改用圖7一一22 ( c)右右所示裝夾和加工方式,則工件剛度明顯提高。加工箱體零件時(shí),粗加工所示裝夾和加工方式,則工件剛度明顯提高。加工箱體零件時(shí)
51、,粗加工采用短定位銷,精加工采用長(zhǎng)定位銷,以消除定位孔磨損的影響,如圖采用短定位銷,精加工采用長(zhǎng)定位銷,以消除定位孔磨損的影響,如圖7一一22 ( d )所示。加工汽車凸輪軸則采用托輪增加剛性,如所示。加工汽車凸輪軸則采用托輪增加剛性,如722所示。所示。上一頁(yè) 下一頁(yè)返回7. 3工藝系統(tǒng)受力變形誤差及其控制工藝系統(tǒng)受力變形誤差及其控制 減小載荷及其變化。為了提高工藝系統(tǒng)剛度,建議采取適當(dāng)?shù)墓に嚧霚p小載荷及其變化。為了提高工藝系統(tǒng)剛度,建議采取適當(dāng)?shù)墓に嚧胧﹣?lái)減小工藝系統(tǒng)中的載荷和變化。首先應(yīng)該合理選擇刀具幾何參數(shù),施來(lái)減小工藝系統(tǒng)中的載荷和變化。首先應(yīng)該合理選擇刀具幾何參數(shù),例如增大前角、讓
52、主偏角接近例如增大前角、讓主偏角接近900等等;其次是控制切削用量,如適當(dāng)減少其次是控制切削用量,如適當(dāng)減少進(jìn)給量和背吃刀量,以減小切削力,相應(yīng)減小受力變形進(jìn)給量和背吃刀量,以減小切削力,相應(yīng)減小受力變形;再者,將毛坯分再者,將毛坯分組,使加工中的各組毛坯余量相對(duì)均勻,這樣能減少切削力的變化,從組,使加工中的各組毛坯余量相對(duì)均勻,這樣能減少切削力的變化,從而能夠減小復(fù)映誤差而能夠減小復(fù)映誤差上一頁(yè)返回7. 4工藝系統(tǒng)熱變形誤差與控制工藝系統(tǒng)熱變形誤差與控制7. 4. 1工藝系統(tǒng)熱源工藝系統(tǒng)熱源 工件、刀具等的熱變形對(duì)加工精度影響較大,特別是在精密加工和大工件、刀具等的熱變形對(duì)加工精度影響較大,
53、特別是在精密加工和大件加工中,熱變形所引起的加工誤差通常會(huì)占到工件總誤差的件加工中,熱變形所引起的加工誤差通常會(huì)占到工件總誤差的40%一一70% 引起工藝系統(tǒng)熱變形的熱源可分為內(nèi)部熱源和外部熱源兩大類。引起工藝系統(tǒng)熱變形的熱源可分為內(nèi)部熱源和外部熱源兩大類。 1.內(nèi)部熱源內(nèi)部熱源 內(nèi)部熱源包括切削熱和摩擦熱。內(nèi)部熱源包括切削熱和摩擦熱。 在切削過(guò)程中,消耗于切削的彈、塑性變形能及刀具、工件和切屑之在切削過(guò)程中,消耗于切削的彈、塑性變形能及刀具、工件和切屑之間摩擦的機(jī)械能,絕大部分都轉(zhuǎn)變成了切削熱。在車削加工中,切屑所間摩擦的機(jī)械能,絕大部分都轉(zhuǎn)變成了切削熱。在車削加工中,切屑所帶走的熱量可達(dá)帶
54、走的熱量可達(dá)50%一一80 %,傳給工件的熱量約為,傳給工件的熱量約為30%,傳給刀具的熱,傳給刀具的熱量不超過(guò)量不超過(guò)5%。下一頁(yè)返回7. 4工藝系統(tǒng)熱變形誤差與控制工藝系統(tǒng)熱變形誤差與控制 工藝系統(tǒng)中的摩擦熱主要是由機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件產(chǎn)生的,如電動(dòng)機(jī)、軸承、工藝系統(tǒng)中的摩擦熱主要是由機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件產(chǎn)生的,如電動(dòng)機(jī)、軸承、齒輪、絲杠副、導(dǎo)軌副、離合器、液壓泵和閥等。盡管摩擦熱比切削熱齒輪、絲杠副、導(dǎo)軌副、離合器、液壓泵和閥等。盡管摩擦熱比切削熱少,但其在工藝系統(tǒng)中是局部發(fā)熱,會(huì)引起局部溫升和變形,破壞了系少,但其在工藝系統(tǒng)中是局部發(fā)熱,會(huì)引起局部溫升和變形,破壞了系統(tǒng)原有的幾何精度,對(duì)加工精度也會(huì)帶
55、來(lái)嚴(yán)重影響。統(tǒng)原有的幾何精度,對(duì)加工精度也會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重影響。 2.外部熱源外部熱源 外部熱源的熱輻射包括照明燈光、加熱器等對(duì)機(jī)床的熱輻射,同時(shí)也外部熱源的熱輻射包括照明燈光、加熱器等對(duì)機(jī)床的熱輻射,同時(shí)也不容忽視周圍環(huán)境溫度,如不同晝夜溫度對(duì)機(jī)床熱變形的影響??刂仆獠蝗莺鲆曋車h(huán)境溫度,如不同晝夜溫度對(duì)機(jī)床熱變形的影響??刂仆獠繜嵩吹臒彷椛溆绊憣?duì)于大型和精密加工尤為重要。部熱源的熱輻射影響對(duì)于大型和精密加工尤為重要。上一頁(yè) 下一頁(yè)返回7. 4工藝系統(tǒng)熱變形誤差與控制工藝系統(tǒng)熱變形誤差與控制7. 4. 2工藝系統(tǒng)熱變形引起的誤差工藝系統(tǒng)熱變形引起的誤差 1.機(jī)床熱變形對(duì)加工精度的影響機(jī)床熱變形對(duì)加
56、工精度的影響 一般機(jī)床的體積較大,熱容量大,雖溫升不高,但其變形量卻不容忽一般機(jī)床的體積較大,熱容量大,雖溫升不高,但其變形量卻不容忽視。機(jī)床結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,其達(dá)到熱平衡所需的時(shí)間較長(zhǎng),各部分的受熱變視。機(jī)床結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,其達(dá)到熱平衡所需的時(shí)間較長(zhǎng),各部分的受熱變形不均,會(huì)破壞原有的相互位置精度,造成工件的加工誤差。形不均,會(huì)破壞原有的相互位置精度,造成工件的加工誤差。 機(jī)床結(jié)構(gòu)和工作條件不同,機(jī)床熱變形的熱源和變形形式也不盡相同。機(jī)床結(jié)構(gòu)和工作條件不同,機(jī)床熱變形的熱源和變形形式也不盡相同。對(duì)于車、銑、鉆、鎖類機(jī)床,其主軸箱中的齒輪、軸承摩擦發(fā)熱和潤(rùn)滑對(duì)于車、銑、鉆、鎖類機(jī)床,其主軸箱中的齒輪、軸
57、承摩擦發(fā)熱和潤(rùn)滑油發(fā)熱是其主要熱源,因而使得主軸箱及與之相連部分,如床身或立柱油發(fā)熱是其主要熱源,因而使得主軸箱及與之相連部分,如床身或立柱的溫度升高而產(chǎn)生較大變形。車床主軸發(fā)熱使主軸箱在垂直面與水平面的溫度升高而產(chǎn)生較大變形。車床主軸發(fā)熱使主軸箱在垂直面與水平面內(nèi)發(fā)生偏移和傾斜,如內(nèi)發(fā)生偏移和傾斜,如圖圖7一一23 ( a)所示。圖所示。圖7一一23 ( b )所示為車床主所示為車床主軸溫升、位移隨運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間變化而變化的情況。由圖軸溫升、位移隨運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間變化而變化的情況。由圖7 - 23可見,可見,Y方向的方向的位移量遠(yuǎn)大于位移量遠(yuǎn)大于X方向的位移量,由于方向的位移量,由于Y方向是誤差非敏感方向
58、,故對(duì)加工方向是誤差非敏感方向,故對(duì)加工精度影響較小。精度影響較小。上一頁(yè) 下一頁(yè)返回7. 4工藝系統(tǒng)熱變形誤差與控制工藝系統(tǒng)熱變形誤差與控制 2.刀具熱變形所引起的誤差刀具熱變形所引起的誤差 盡管在切削加工中傳入刀具的熱量很少,但由于刀具的尺寸和熱容量盡管在切削加工中傳入刀具的熱量很少,但由于刀具的尺寸和熱容量小,故仍有相當(dāng)程度的溫升,從而引起刀具的熱伸長(zhǎng)并造成加工誤差。小,故仍有相當(dāng)程度的溫升,從而引起刀具的熱伸長(zhǎng)并造成加工誤差。例如車削時(shí)高速鋼車刀的工作表面溫度可達(dá)例如車削時(shí)高速鋼車刀的工作表面溫度可達(dá)700一一800 ,硬質(zhì)合金,硬質(zhì)合金車刀可達(dá)車刀可達(dá)1 000 ,刀具伸長(zhǎng)量可達(dá),刀
59、具伸長(zhǎng)量可達(dá)0. 03一一0. 0Smm 圖圖7 - 24所示為車刀熱伸長(zhǎng)量與切削時(shí)間的關(guān)系。在車刀連續(xù)切削的所示為車刀熱伸長(zhǎng)量與切削時(shí)間的關(guān)系。在車刀連續(xù)切削的情況下,切削開始時(shí),刀具的溫升和熱伸長(zhǎng)較快,隨后趨于緩和,經(jīng)情況下,切削開始時(shí),刀具的溫升和熱伸長(zhǎng)較快,隨后趨于緩和,經(jīng)30min逐步達(dá)到熱平衡。當(dāng)切削停止時(shí),刀具溫度開始下降較快,以后逐步達(dá)到熱平衡。當(dāng)切削停止時(shí),刀具溫度開始下降較快,以后逐漸減緩。逐漸減緩。 刀具斷續(xù)加工時(shí),變形趨于零。如加工一批短小軸件,在加工過(guò)程中刀具斷續(xù)加工時(shí),變形趨于零。如加工一批短小軸件,在加工過(guò)程中機(jī)床、工件、刀具趨于熱平衡。機(jī)床、工件、刀具趨于熱平衡
60、。上一頁(yè) 下一頁(yè)返回7. 4工藝系統(tǒng)熱變形誤差與控制工藝系統(tǒng)熱變形誤差與控制在連續(xù)冷卻條件下經(jīng)在連續(xù)冷卻條件下經(jīng)20min后溫度趨于室溫,變形趨于零后溫度趨于室溫,變形趨于零3.工件熱變形引起的誤差工件熱變形引起的誤差(1)工件均勻受熱圖一些簡(jiǎn)單的均勻受熱工件,如車、磨軸類件的外圓,工件均勻受熱圖一些簡(jiǎn)單的均勻受熱工件,如車、磨軸類件的外圓,待加工后冷卻到室溫時(shí)其長(zhǎng)度和直徑將有所收縮,由此而產(chǎn)生尺寸誤差待加工后冷卻到室溫時(shí)其長(zhǎng)度和直徑將有所收縮,由此而產(chǎn)生尺寸誤差差 L, L可用簡(jiǎn)單的熱伸長(zhǎng)公式進(jìn)行估算,即可用簡(jiǎn)單的熱伸長(zhǎng)公式進(jìn)行估算,即: (2)工件非均勻受熱工件非均勻受熱 工件受熱不均會(huì)引
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