第4章機(jī)械加工精度與表面質(zhì)量20160911

1、機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制 本章主要介紹各種原始誤差對加工精度的影響和解決方法，闡述機(jī)械加工表面質(zhì)量的基本概念，分析影響表面質(zhì)量的各種因素及其對機(jī)械零件以及整臺機(jī)器的使用性能和使用壽命的影響。簡單介紹機(jī)械加工中的振動和熱效應(yīng)問題。第4章 機(jī)械加工精度與表面質(zhì)量 教學(xué)目標(biāo)： 目的是使學(xué)生理解加工精度的基本概念，了解影響加工精度的主要因素，能運(yùn)用統(tǒng)計分析法進(jìn)行零件加工質(zhì)量和廢品率分析，提出提高加工精度的措施。理解和掌握表面質(zhì)量的一些基本概念，學(xué)會分析表面質(zhì)量的方法，能采取改善表面質(zhì)量的工藝措施，解決生產(chǎn)實際問題。第4章 機(jī)械加工精度與表面質(zhì)量 教學(xué)重點和難點： 工藝系統(tǒng)的各種原始誤差及其對加工精度的影

2、響； 工藝系統(tǒng)受力變形產(chǎn)生的誤差； 機(jī)械加工振動、熱變形和殘余應(yīng)力產(chǎn)生機(jī)理及其導(dǎo)致的誤差 保證和提高加工精度及表面質(zhì)量的途徑第4章 機(jī)械加工精度與表面質(zhì)量 案例導(dǎo)入： 分析如圖4.1所示零件，圖中有哪些尺寸、形狀位置精度以及表面質(zhì)量要求，加工過程中機(jī)床、夾具、刀具和工件怎樣影響它們，我們需要采取什么方法和措施才能較好的保證這些加工精度？ 第4章 機(jī)械加工精度與表面質(zhì)量圖4.1 階梯軸簡圖第4章 機(jī)械加工精度與表面質(zhì)量 4.1 概述4.2 工藝系統(tǒng)的幾何精度對加工精度的影響4.3 工藝系統(tǒng)的受力變形對加工精度的影響4.4 機(jī)械加工表面質(zhì)量4.5 機(jī)械加工過程中的振動4.6 機(jī)械加工過程中的熱變形

3、4.7 加工質(zhì)量的統(tǒng)計分析方法與應(yīng)用4.8 實 訓(xùn)4.9 習(xí) 題4.1 概述 4.1.1 機(jī)械加工精度 4.1.2 影響機(jī)械加工精度的因素 4.1.3 誤差的敏感方向 4.1.4 研究加工精度的方法4.1 概述現(xiàn)代制造技術(shù)在日新月異地發(fā)展，新技術(shù)新工藝也在不斷涌現(xiàn)， 但現(xiàn)代制造工藝的一些基本理論卻是基本不變的，它們也是我們進(jìn)一步學(xué)習(xí)和研究現(xiàn)代制造工藝技術(shù)的基礎(chǔ)。機(jī)械加工精度表面質(zhì)量理論振動熱效應(yīng)理論。機(jī)械加工質(zhì)量的含義機(jī)械加工質(zhì)量4.1.1 機(jī)械加工精度 機(jī)械加工精度是指零件加工后的實際幾何參數(shù)(尺寸、形狀和表面間的相互位置)與理想幾何參數(shù)的符合程度。 符合程度越高，加工精度就越高。 在機(jī)械加

4、工過程中，由于各種因素的影響，使得加工出的零件，不可能與理想的要求完全符合。機(jī)械加工質(zhì)量4.1.1 機(jī)械加工精度 零件的加工精度包含三方面的內(nèi)容：尺寸精度、形狀精度和位置精度。這三者之間是有聯(lián)系的。 通常形狀公差應(yīng)限制在位置公差之內(nèi)，而位置誤差一般也應(yīng)限制在尺寸公差之內(nèi)。 當(dāng)尺寸精度要求高時，相應(yīng)的位置精度、形狀精度也要求高。 但形狀精度要求高時，相應(yīng)的位置精度和尺寸精度有時不一定要求高。機(jī)械加工誤差的關(guān)系尺寸精度獲得方法形狀精度的獲得方法位置精度的獲得方法機(jī)械表面加工質(zhì)量p表面完整性-磨削后表面輪廓的掃描電鏡(SEM_ Scanning Electron Microscope)照片劃痕、劃痕

5、、 a）波度 b）表面粗糙度零件加工表面的粗糙度與波度RZHRZ加工紋理方向及其符號標(biāo)注機(jī)械加工表面機(jī)械加工表面層的物理機(jī)機(jī)械性能機(jī)械加工表面質(zhì)量對零件使用性能的影響表面質(zhì)量對使用性能的影響表面質(zhì)量對使用性能的影響表面質(zhì)量對使用性能的影響表面質(zhì)量對使用性能的影響表面質(zhì)量對使用性能的影響表面質(zhì)量對使用性能的影響表面質(zhì)量對使用性能的影響表面質(zhì)量對使用性能的影響機(jī)床機(jī)床夾具夾具刀具刀具工件工件工藝工藝系統(tǒng)系統(tǒng)1 1 原始誤差與加工誤差原始誤差與加工誤差工藝系統(tǒng)：工藝系統(tǒng)：機(jī)床機(jī)床、夾具夾具、刀具刀具和和工件工件等組成的系統(tǒng)等組成的系統(tǒng)。 原始誤差：原始誤差：工藝系統(tǒng)工藝系統(tǒng)的誤差，是的誤差，是直接引

6、起加工誤差的直接引起加工誤差的原因。原因。加工誤差：加工誤差： 工藝系統(tǒng)誤差導(dǎo)致的結(jié)果工藝系統(tǒng)誤差導(dǎo)致的結(jié)果 原原始始誤誤差差 加工前誤差加工前誤差加工中誤差加工中誤差加工后誤差加工后誤差調(diào)整誤差調(diào)整誤差機(jī)床誤差機(jī)床誤差刀具制造誤差刀具制造誤差夾具誤差夾具誤差工件裝夾誤差工件裝夾誤差工藝系統(tǒng)受力變形工藝系統(tǒng)受力變形刀具磨損刀具磨損殘余應(yīng)力引起變形殘余應(yīng)力引起變形測量誤差測量誤差工藝系統(tǒng)熱變形工藝系統(tǒng)熱變形工藝系統(tǒng)工藝系統(tǒng)靜誤差靜誤差 工藝系統(tǒng)工藝系統(tǒng)動誤差動誤差 原理誤差原理誤差41研究加工精度的方法研究加工精度的方法 運(yùn)用物理學(xué)和力學(xué)原理，分析研究某一個或某幾個因素對加工精度的影響。 通過分

7、析、計算、測試、實驗，得出單因素與加工誤差間的關(guān)系。 以生產(chǎn)一批工件的實例結(jié)果為基礎(chǔ)，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。用以控制工藝過程的正常進(jìn)行，當(dāng)發(fā)生質(zhì)量問題時可以從中判斷誤差性質(zhì)，找出誤差出現(xiàn)的規(guī)律。1、單因素分析法、單因素分析法2、統(tǒng)計分析法、統(tǒng)計分析法 實際生產(chǎn)中，兩種方法常常結(jié)合應(yīng)用。先用統(tǒng)計分析法尋找誤差的出現(xiàn)規(guī)律，初步判斷加工誤差的可能原因，再適用單因素法進(jìn)行分析，試驗，以便迅速有效地找出影響加工精度的主要原因。 2 2影響加工精度的因素影響加工精度的因素（）（）原理誤差原理誤差 由于采用了近似的加工運(yùn)動或近似的刀具輪廓而產(chǎn)生的由于采用了近似的加工運(yùn)動或近似的刀具輪廓而產(chǎn)生的誤差誤

8、差。如用阿基米德蝸桿近似地代替漸開線蝸桿的原理誤差；用齒輪模數(shù)銑如用阿基米德蝸桿近似地代替漸開線蝸桿的原理誤差；用齒輪模數(shù)銑刀對齒輪表面成形銑削；另外車床車削模數(shù)螺紋，由于傳動鏈不能直接刀對齒輪表面成形銑削；另外車床車削模數(shù)螺紋，由于傳動鏈不能直接產(chǎn)生產(chǎn)生，只能近似，由此而產(chǎn)生螺距就是原理誤差而造成的，只能近似，由此而產(chǎn)生螺距就是原理誤差而造成的。影響加工精度的因素影響加工精度的因素（）（）機(jī)床誤差機(jī)床誤差 （一（一）主軸回轉(zhuǎn)誤差）主軸回轉(zhuǎn)誤差 （二）導(dǎo)軌誤差（二）導(dǎo)軌誤差 （三）傳動鏈誤差（三）傳動鏈誤差 機(jī)床的制造精度、安裝精度和使用過程中的磨損機(jī)床的制造精度、安裝精度和使用過程中的磨損是

9、機(jī)床誤差的根源。是機(jī)床誤差的根源。（一）機(jī)床導(dǎo)軌誤差機(jī)床導(dǎo)軌誤差 機(jī)床導(dǎo)軌副是機(jī)床中確定各主要部件位置關(guān)系機(jī)床導(dǎo)軌副是機(jī)床中確定各主要部件位置關(guān)系的基準(zhǔn)，的基準(zhǔn)，是實現(xiàn)直線運(yùn)動的主要部件是實現(xiàn)直線運(yùn)動的主要部件。機(jī)床導(dǎo)軌的精度要求主要有以下三個方面：機(jī)床導(dǎo)軌的精度要求主要有以下三個方面： 導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差 1 1 導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差 2 2 前后導(dǎo)軌前后導(dǎo)軌的平行度誤差（的平行度誤差（扭曲扭曲度）度） 3 345.導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差 1 此項誤差使刀尖在水平面內(nèi)產(chǎn)生位移此項誤差使刀尖在水平面

10、內(nèi)產(chǎn)生位移y , 造成工件在半徑方向的誤差造成工件在半徑方向的誤差Ry (這這時時Ry=y), 使工件表面產(chǎn)生圓柱度誤差使工件表面產(chǎn)生圓柱度誤差. 導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差 22020202202)(zZzRRRRRRzR Rzz2(2R0), 設(shè)設(shè)y= z=0.1mm, R0=20mm則：則：Ry= y=0.1mm, Rz=0.1/400 mm, Ry400Rz.48誤差敏感方向誤差敏感方向 202YYRRXRX 顯然：XYRR 對加工精度影響最大的方對加工精度影響最大的方向，稱為誤差敏感方向。向，稱為誤差敏感方向。誤差敏感方向一般為已加工誤差敏感方向一般為已加工

11、表面過切削點的法線方向。表面過切削點的法線方向。RYRYR0ya）誤差敏感方向RR =yYR0yb） 前后導(dǎo)軌前后導(dǎo)軌的平行度誤差（的平行度誤差（扭曲扭曲度）度） 3 由于導(dǎo)軌發(fā)生了扭曲由于導(dǎo)軌發(fā)生了扭曲, , 使使刀尖相對于工件在水平和垂直刀尖相對于工件在水平和垂直兩個方向上產(chǎn)生偏移兩個方向上產(chǎn)生偏移. . 設(shè)車床設(shè)車床中心高為中心高為H, H, 導(dǎo)軌寬度為導(dǎo)軌寬度為B, B, 則則導(dǎo)軌扭曲量導(dǎo)軌扭曲量引起工件半徑的引起工件半徑的變化量變化量RRy y為為: : BHRBHRyy: 通常通常, 車床車床H/B2/3；外圓磨床；外圓磨床H/B1, 可見此項誤差對加工精可見此項誤差對加工精度影響

12、很大度影響很大, 會導(dǎo)致工件產(chǎn)生圓柱度誤差會導(dǎo)致工件產(chǎn)生圓柱度誤差. 502 2、導(dǎo)軌導(dǎo)向精度的影響因素、導(dǎo)軌導(dǎo)向精度的影響因素 1 1）導(dǎo)軌的制造誤差）導(dǎo)軌的制造誤差 2 2）導(dǎo)軌的安裝誤差：）導(dǎo)軌的安裝誤差：對長度較長的龍門刨床、龍門銑床和導(dǎo)軌磨床。他們的床身導(dǎo)軌為一細(xì)長結(jié)構(gòu)、剛性較差，在本身自重作用下就容易變形，若安裝不正確或地基不良，都會造成導(dǎo)軌彎曲變形。 3)3)導(dǎo)軌的磨損：導(dǎo)軌的磨損：由于使用程度不同及受力不均，機(jī)床使用一段時間后，導(dǎo)軌全長上各段的磨損量不等。并且在同一橫截面上個導(dǎo)軌面的磨損量也不相等。513 3、提高導(dǎo)軌導(dǎo)向精度的措施、提高導(dǎo)軌導(dǎo)向精度的措施制造誤差制造誤差 機(jī)床

13、設(shè)計制造時設(shè)計制造時，應(yīng)從結(jié)構(gòu)、潤滑、防護(hù)裝置、采取措施提高導(dǎo)向精度。安裝誤差安裝誤差 機(jī)床安裝時安裝時，應(yīng)校正好校正好水平和保證地基質(zhì)量。磨損誤差磨損誤差 使用時，注意調(diào)整調(diào)整導(dǎo)軌配合間隙配合間隙，同時保證良好的潤滑和維護(hù)。52（二）主軸的回轉(zhuǎn)誤差（二）主軸的回轉(zhuǎn)誤差 1 1回轉(zhuǎn)精度：回轉(zhuǎn)精度： 機(jī)床主軸在回轉(zhuǎn)時實際回轉(zhuǎn)軸線對理想回轉(zhuǎn)軸線的相符合程度。 回轉(zhuǎn)誤差：回轉(zhuǎn)誤差： 機(jī)床主軸在回轉(zhuǎn)時實際回轉(zhuǎn)軸線對理想回轉(zhuǎn)軸線的漂移漂移。 機(jī)床主軸是用來裝加工件或刀具，并傳遞主要切削運(yùn)動的重要零件，其回轉(zhuǎn)精度主要影響零件加工表面的幾何形狀精幾何形狀精度，位置精度和表面粗糙度度，位置精度和表面粗糙度。2

14、 2誤差產(chǎn)生原因：誤差產(chǎn)生原因： 由于主軸部件中軸承、軸頸、軸承座孔等的制造誤差和配合質(zhì)量，潤滑條件，以及回轉(zhuǎn)時的動力因素的影響。瞬時回轉(zhuǎn)軸線的空間位置在周期性變化。3 3理想回轉(zhuǎn)軸線：理想回轉(zhuǎn)軸線：客觀存在，但無法確定，通常是以平均回轉(zhuǎn)軸線來代替。534 4分類：分類：b）端面圓跳動a）徑向圓跳動c）傾角擺動主軸回轉(zhuǎn)誤差基本形式主軸回轉(zhuǎn)誤差基本形式5.5.主軸回轉(zhuǎn)誤差對加工精度的影響主軸回轉(zhuǎn)誤差對加工精度的影響565.5.主軸回轉(zhuǎn)誤差對加工精度的影響主軸回轉(zhuǎn)誤差對加工精度的影響 主軸徑向圓跳動主軸徑向圓跳動對加工精度的影響（鏜孔鏜孔） 考慮最簡單的情況，主軸回轉(zhuǎn)中心在y方向上作簡諧直線運(yùn)動，

15、其頻率與主軸轉(zhuǎn)速相同，幅值為2e。則刀尖的坐標(biāo)值為：e徑向跳動對鏜孔精度影響式中 R 刀尖回轉(zhuǎn)半徑； 主軸轉(zhuǎn)角。() cossinXReYR顯然，鏜出的孔為一橢圓鏜出的孔為一橢圓。5758徑向跳動對車外圓精度影響12345678 仍考慮最簡單的情況，主軸回轉(zhuǎn)中心在y方向上作簡諧直線運(yùn)動，其頻率與主軸轉(zhuǎn)速相同，幅值為2e。則刀尖運(yùn)動軌跡接近于正圓。結(jié)論：結(jié)論：主軸主軸徑向跳動對徑向跳動對車外圓時，基本不影響加車外圓時，基本不影響加工表面的加工誤差工表面的加工誤差e 主軸徑向圓跳動主軸徑向圓跳動對加工精度的影響（車外圓車外圓）5960主軸端面圓跳動對加工精度的影響主軸端面圓跳動對加工精度的影響主軸

16、端面圓跳動對加工精度的影響主軸端面圓跳動對加工精度的影響 主軸角度擺動對加工誤差的影響與主軸徑向跳動對加工誤差的影響相似，主要區(qū)別在于主軸的角度擺動不僅影響工件加工表面的圓度誤差，而且影響工件加工表面的圓柱度誤差。圓柱只有圓柱度誤差，沒有圓度誤差圓柱既有圓柱度誤差，又有圓度誤差圓主軸角度擺動主軸角度擺動63AB影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素圖1 軸徑不圓引起車床主軸徑向跳動滑動軸承鏜床類鏜床類切削力隨主軸回轉(zhuǎn)而回轉(zhuǎn)，主軸徑總是以固定部位與軸承孔內(nèi)表面的不同部位接觸，因此軸承孔的圓度對主軸回轉(zhuǎn)精度影響最大，軸頸圓度影響不大。圖2 軸承孔不圓引起鏜床主軸徑向跳動車床類車床類切

17、削力的方向大體不變，主軸軸頸以不同的部位與軸承內(nèi)孔的某一固定部位相接觸。因此影響主軸回轉(zhuǎn)精度的，主要是軸承處主軸軸頸的圓度，軸承孔的圓度影響不大。1）軸承誤差的影響）軸承誤差的影響643）與軸承配合的零件誤差的影響）與軸承配合的零件誤差的影響2）軸承間隙的影響）軸承間隙的影響 軸承間隙對回轉(zhuǎn)精度也有影響，如軸承間隙過大，會使主軸工作時油膜厚度增大油膜承載能力降低，當(dāng)工作條件(載荷、轉(zhuǎn)速等)變化時，油楔厚度變化較大，主軸軸線漂移量增大。 由于軸承內(nèi)、外圈或軸瓦很薄，受力后容易變形，因此與之相配合的軸頸或箱體支承孔的圓度誤差，會使軸承圈或軸瓦發(fā)生變形而產(chǎn)生圓度誤差。與軸承圈端面配合的零件如軸肩、過

18、渡套、袖承端蓋、螺母等的有關(guān)端面，如果有平面度誤差或與主軸回轉(zhuǎn)軸線不垂直，會使軸承圈滾道傾斜，造成主軸回轉(zhuǎn)軸線的徑向、軸向漂移。箱體前后支承孔、主軸前后支承軸頸的同軸度會使軸承內(nèi)外圈滾道相對傾斜，同樣也會引起主軸回轉(zhuǎn)軸線的漂移。654）主軸轉(zhuǎn)速的影響）主軸轉(zhuǎn)速的影響 由于主軸部件質(zhì)量不平衡、機(jī)床各種隨機(jī)振動以及回轉(zhuǎn)軸線的不穩(wěn)定隨主軸轉(zhuǎn)速增加而增加，使主軸在某個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的回轉(zhuǎn)精度較高，超過這個范圍時，誤差就較大。5）主軸系統(tǒng)的徑向不等剛度和熱變形）主軸系統(tǒng)的徑向不等剛度和熱變形 主軸系統(tǒng)的剛度，在不同方向上往往不等，當(dāng)主軸上所受外力方向隨主軸回轉(zhuǎn)而變化時，就會因變形不一致而使主軸軸線漂移。 機(jī)

19、床工作時，主軸系統(tǒng)的溫度將升高，使主軸軸向膨脹和徑向位移。由于軸承徑向熱變形不相等，前后軸承的熱變形也不相同，在裝卸工件和進(jìn)行測量時主軸必須停車而使溫度發(fā)生變化，這些都會引起主軸回轉(zhuǎn)軸線的位置變化和漂移而影響主軸回轉(zhuǎn)精度。667 7、提高主軸回轉(zhuǎn)精度的措施、提高主軸回轉(zhuǎn)精度的措施1 1）提高主軸部件的制造精度）提高主軸部件的制造精度 首先應(yīng)提高軸承的回轉(zhuǎn)精度其次是提高箱體支承孔、主軸軸頸和與軸承相配合有關(guān)表面的加工精度。此外，還可在裝配時先測出滾動軸承及主軸錐孔的徑向圓跳動，然后調(diào)節(jié)徑向圓跳動的方位，使誤差相互補(bǔ)償或抵消，以減少軸承誤差對主軸回轉(zhuǎn)精度的影響。2 2）對滾動軸承進(jìn)行預(yù)緊，消除間隙

20、）對滾動軸承進(jìn)行預(yù)緊，消除間隙 對滾動軸承適當(dāng)預(yù)緊以消除間隙，甚至產(chǎn)生微量過盈由于軸承內(nèi)外圈和滾動體彈性變形的相互制約，既增加了軸承剛度，又對軸承內(nèi)外圈滾道和滾動體的誤差起均化作用，因而可提高主軸的回轉(zhuǎn)精度。673 3）使主軸回轉(zhuǎn)誤差不反映到工件上（誤差轉(zhuǎn)移）使主軸回轉(zhuǎn)誤差不反映到工件上（誤差轉(zhuǎn)移） 直接保證工件在加工過程中的回轉(zhuǎn)精度而不依賴于主軸，是保證工件形狀精度的最簡單而又有效的方法。 如采用兩固定頂尖支承磨削外圓柱面。 在鏜床上加工箱體類零件孔。采用前后導(dǎo)向套的鏜模。681 1傳動鏈精度（誤差傳動鏈精度（誤差） 傳動鏈的傳動誤差是指內(nèi)聯(lián)系的傳動鏈中首末兩端傳動元件之間相對運(yùn)動的誤差，它

21、是螺紋、齒輪、蝸輪及其它按展成原理加工時，影響加工精度的主要因素。例. 用滾齒機(jī)加工直齒輪時，要求滾刀和工件之間具有嚴(yán)格的運(yùn)動關(guān)系。即：滾刀轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，工件轉(zhuǎn)過一個齒，這種運(yùn)動關(guān)系是由刀具與工件的傳動鏈來保證的。 當(dāng)傳動鏈中各傳動元件如齒輪、蝸輪、蝸桿、絲桿、螺母等有制造誤差，裝配誤差和磨損時，就會破壞正確的運(yùn)動關(guān)系，是被加工工件產(chǎn)生誤差。例如例如Y3150EY3150E范成鏈第一對齒輪有轉(zhuǎn)角誤差時，傳到工件的誤差為：范成鏈第一對齒輪有轉(zhuǎn)角誤差時，傳到工件的誤差為： 2. 減小傳動鏈誤差的措施：減小傳動鏈誤差的措施： 采用降速傳動，前端誤差被縮小。采用降速傳動，前端誤差被縮小。減少傳動鏈中的元件數(shù)

22、目，即縮短傳動鏈，可以減少誤差來源。減少傳動鏈中的元件數(shù)目，即縮短傳動鏈，可以減少誤差來源。提高傳動元件特別是末端元件的制造和裝配精度，可減少傳動鏈誤差提高傳動元件特別是末端元件的制造和裝配精度，可減少傳動鏈誤差減小末端傳動副的傳動比，有利于提高傳動精度。減小末端傳動副的傳動比，有利于提高傳動精度。消除間隙可以可減小反向死區(qū)對運(yùn)動精度的影響。消除間隙可以可減小反向死區(qū)對運(yùn)動精度的影響。ln12828284212828285672uu x合（）調(diào)整誤差調(diào)整誤差調(diào)整調(diào)整使刀具切削刃與工件定位基準(zhǔn)間在從切削開始到切削終了都保持使刀具切削刃與工件定位基準(zhǔn)間在從切削開始到切削終了都保持正確的相對位置正確

23、的相對位置。包括機(jī)床，夾具，刀具的調(diào)整 誤差。不同的方式，產(chǎn)生誤差原因不同。1)1)試切法加工的調(diào)整誤差試切法加工的調(diào)整誤差 試切法用于單件小批生產(chǎn)。產(chǎn)生誤差的原因有：度量誤差，加工余量的影響（吃刀量小打滑現(xiàn)象）和微進(jìn)給誤差（爬行刀具實際的移動比手輪上轉(zhuǎn)動的刻度數(shù)偏大或偏?。?) 2) 調(diào)整法加工的調(diào)整誤差調(diào)整法加工的調(diào)整誤差大批大量生產(chǎn)中，采用行程擋塊，靠模，凸輪行程擋塊，靠模，凸輪等機(jī)構(gòu)控制刀具的軌控制刀具的軌跡和行程跡和行程。也使用對刀裝置對刀裝置來調(diào)整刀具與工件的相對位置。這些裝置和機(jī)構(gòu)的制造精度和調(diào)整精度制造精度和調(diào)整精度，以及與它們配合使用的離合器、電器開關(guān)離合器、電器開關(guān)和控制

24、閥等的靈敏度和控制閥等的靈敏度就成了影響調(diào)整誤差的主要因素。 （4 4）工藝系統(tǒng)受力變形）工藝系統(tǒng)受力變形 工藝系統(tǒng)在加工過程中，受到工藝系統(tǒng)在加工過程中，受到切削力、慣性力、重力、夾緊力切削力、慣性力、重力、夾緊力等等外力的作用。外力的作用。力力 系統(tǒng)變系統(tǒng)變形形 加工誤差加工誤差。工藝系統(tǒng)的受力變形是機(jī)械加工精度中一項重要的原始誤差。工藝系統(tǒng)的受力變形是機(jī)械加工精度中一項重要的原始誤差。例例如：如： 在磨削中，為了消除工藝系統(tǒng)力變形對加工精度的影響，常采用在磨削中，為了消除工藝系統(tǒng)力變形對加工精度的影響，常采用“無無進(jìn)給磨削進(jìn)給磨削”或稱或稱“光磨光磨”的辦法，即的辦法，即磨削的最后幾次行

25、程中，砂磨削的最后幾次行程中，砂輪不再向工件進(jìn)刀輪不再向工件進(jìn)刀。雖然不進(jìn)刀，但依然磨出火花。隨著行程次數(shù)的。雖然不進(jìn)刀，但依然磨出火花。隨著行程次數(shù)的增加，火花逐漸減少，以至消失，火花消失表明工藝系統(tǒng)受力產(chǎn)生的彈性增加，火花逐漸減少，以至消失，火花消失表明工藝系統(tǒng)受力產(chǎn)生的彈性變形得到了恢復(fù)。光磨不但可以保證加工精度，而且有利于降低表面粗糙變形得到了恢復(fù)。光磨不但可以保證加工精度，而且有利于降低表面粗糙度度。（4 4）工藝系統(tǒng)受力變形）工藝系統(tǒng)受力變形1）工藝系統(tǒng)剛度：）工藝系統(tǒng)剛度：加工表面法向切削力與工藝系統(tǒng)的法向加工表面法向切削力與工藝系統(tǒng)的法向變形變形 的比值的比值 pFk工藝系統(tǒng)的

26、總變形量工藝系統(tǒng)的總變形量：系機(jī)刀夾工工藝系統(tǒng)的工藝系統(tǒng)的剛度計算：剛度計算：11111kkkkk刀工系夾機(jī)工件、刀具的剛度可簡化后按材料力學(xué)公式進(jìn)行計算；工件、刀具的剛度可簡化后按材料力學(xué)公式進(jìn)行計算；機(jī)床部件靜剛度主要通過測定獲得機(jī)床部件靜剛度主要通過測定獲得pFk主主主軸箱剛度：主軸箱剛度：尾座剛度：尾座剛度：pFk尾尾刀架剛度：刀架剛度：pFk刀架刀架靜態(tài)測定法：靜態(tài)測定法： 在機(jī)床不工作狀態(tài)，模擬車削時的受力的受力情況對機(jī)床施加靜載荷，然后測出機(jī)床部件在不同載荷下的變形，作出各部件的剛度特性曲線并計算剛度。74對一車床進(jìn)行3次加載和卸載循環(huán)，繪制剛度曲線。車床刀架變形曲線y（m）10

27、203040500123F（KN）v 非線形關(guān)系，不完全是彈性變形v 加載和卸載曲線不重合，所圍面積表示克服摩擦和接觸塑性變形所作功v 存在殘余變形，反復(fù)加載卸載后殘余變形0v 機(jī)床部件剛度比按實體估算值小許多，表明其變形受多種因素影響2）工藝系統(tǒng)變形對加工精度的影響：）工藝系統(tǒng)變形對加工精度的影響：由于工藝系統(tǒng)剛度變化引起的誤差（隨位由于工藝系統(tǒng)剛度變化引起的誤差（隨位置變化）置變化）22p111l xxFklklk 機(jī)床尾頭刀架考慮工件剛度情況：考慮工件剛度情況：2222111()()( )3plxxlxxFklklkEIL工機(jī)尾頭刀架工藝系統(tǒng)變形對加工精度的影響例子工藝系統(tǒng)變形對加工精度

28、的影響例子機(jī)床受力變形引起機(jī)床導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線在垂直面內(nèi)的平行度誤差機(jī)床受力變形引起機(jī)床導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線在垂直面內(nèi)的平行度誤差產(chǎn)生的加工誤差產(chǎn)生的加工誤差77工件變形引起的加工誤差工件為懸臂梁時工件為懸臂梁時：EILFyyg33max3max3LEIyFKy加工后工件形狀為加工后工件形狀為：78工件為簡支梁時：當(dāng)x=0或x=L時，yg=0，變形最小當(dāng)x=L/2時，變形最大，EIlFYyg483max式中 yg 工件變形； E 工件材料彈性模量； I 工件截面慣性矩； Fy工件受到的切削力 x 受力點到支承點的距離 L工件的長度79夾緊力影響【例1】薄壁套夾緊變形 解決：加開口套專用專用卡爪

29、卡爪開口過開口過渡環(huán)渡環(huán)提高刀具在加工中的剛度提高刀具在加工中的剛度孔加工刀具（鉆頭、鉸刀、鏜刀孔加工刀具（鉆頭、鉸刀、鏜刀）在在使用中，通過增設(shè)附加使用中，通過增設(shè)附加支承（支承（鉆鉆套套、鏜套）來提高刀具鏜套）來提高刀具剛度剛度. .鏜桿nf鏜刀工件鏜套工件鉆頭鉆模板鉆套nf 圖圖424 薄片工件的磨削薄片工件的磨削a)毛坯翹曲毛坯翹曲 b) 電磁工件臺吸緊電磁工件臺吸緊 c) 磨后松開，工件翹曲磨后松開，工件翹曲d) 磨削凸面磨削凸面 e) 磨削凹面磨削凹面 f) 磨后松開，工件平直磨后松開，工件平直【例2】薄壁工件磨削82【例】龍門銑橫梁龍門銑橫梁變形龍門銑橫梁變形補(bǔ)償重力影響解決：變

30、形補(bǔ)償83 切削加工中，由于毛坯本身的誤差（形狀或位置）使切削深度不斷變化，從而引起切削力的變化，促使工藝系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)的變形，因而工件表面上保留了與毛坯表面類似的形狀和位置誤差，但加工后殘留的誤差比毛坯誤差從數(shù)值上大大減少了，這一現(xiàn)象稱為“誤差復(fù)映”84v減少誤差復(fù)映的方法減少誤差復(fù)映的方法1 1）增大工藝系統(tǒng)剛度；）增大工藝系統(tǒng)剛度；2 2）減少進(jìn)給量）減少進(jìn)給量f f，減小切削力；，減小切削力；3 3）增加走刀次數(shù)；）增加走刀次數(shù)；4 4）減小毛坯誤差值。）減小毛坯誤差值。85五、減小受力變形對加工精度影響措施五、減小受力變形對加工精度影響措施1）合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計：）合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計： 設(shè)計工

31、藝裝備時，盡量減少連接面數(shù)目，注意剛度的匹配，防止局部低剛度環(huán)節(jié)出現(xiàn)，設(shè)計基礎(chǔ)件、支承件時，合理設(shè)計零部件結(jié)構(gòu)和截面形狀。 2）提高連接表面接觸剛度）提高連接表面接觸剛度 提高機(jī)床部件中零件接合表面的接觸質(zhì)量 給機(jī)床部件預(yù)加載荷 提高工件定位基準(zhǔn)的精度和降低表面粗糙度值。3）采用輔助支承）采用輔助支承（中心架，跟刀架，鏜桿支承等）1、提高工藝系統(tǒng)剛度、提高工藝系統(tǒng)剛度864）采用合理裝夾和加工方式）采用合理裝夾和加工方式支座零件不同安裝方法2、減小載荷及其變化、減小載荷及其變化（5 5） 工件內(nèi)應(yīng)力對加工精度影響工件內(nèi)應(yīng)力對加工精度影響 工件內(nèi)應(yīng)力工件內(nèi)應(yīng)力 外部載荷去除后仍殘存在工件內(nèi)部的應(yīng)

32、力為內(nèi)應(yīng)力。 內(nèi)應(yīng)力是由于材料內(nèi)部宏觀或微觀的組織發(fā)生不均勻的體積變化而造成。 內(nèi)應(yīng)力往往處于一種不穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。在外部因素作用下，內(nèi)應(yīng)力重新分配，工件變形，破壞原有的加工精度。 舉例：鑄件殘余應(yīng)力形成過程BAC鑄件：B部分比A、C部分厚A、C部分冷卻快，先凝固；B部分冷卻慢，后凝固。先凝固的A、C部分阻止B部分凝固收縮。B受拉應(yīng)力，A、C受壓應(yīng)力使用時，A部開口：A內(nèi)壓應(yīng)力消失，B、C內(nèi)應(yīng)力重新分配，鑄件變形89例： 機(jī)床床身鑄件，為提高導(dǎo)軌面的耐磨性，采用局部激冷采用局部激冷的工藝的工藝使他冷卻更快一些，這樣可以獲得高的硬度，但鑄件內(nèi)應(yīng)力更大，導(dǎo)軌表面 經(jīng)粗經(jīng)粗加工刨去一層，引起內(nèi)應(yīng)力重

33、加工刨去一層，引起內(nèi)應(yīng)力重新分布，產(chǎn)生彎曲變形，新分布，產(chǎn)生彎曲變形，新平衡過程需較長時間，導(dǎo)軌精加工后除去大部分變形，但內(nèi)部還在變化，合格的導(dǎo)軌面喪失原有的精度。 合理設(shè)計工件結(jié)構(gòu)：各部壁厚均勻，結(jié)構(gòu)對稱合理設(shè)計工件結(jié)構(gòu)：各部壁厚均勻，結(jié)構(gòu)對稱 采取熱處理措施采取熱處理措施 鑄、鍛、焊接零件毛坯在加工前安排時效、退火和回火； 重要零件加工過程中安排時效：粗、精加工之間安排時效 采取噴丸、振動等措施采取噴丸、振動等措施 合理安排工藝過程粗、精加工分開合理安排工藝過程粗、精加工分開 時效處理時效處理減小工件內(nèi)應(yīng)力的措施減小工件內(nèi)應(yīng)力的措施4.5 機(jī)械加工過程中的振動 4.5.1 基本概念 4.5

34、.2 機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動 4.5.3 機(jī)械加工中的自激振動 4.5.4 機(jī)械加工振動的控制機(jī)械加工中振動的種類及其主要特點機(jī)械加工中振動的種類及其主要特點機(jī)械加工振動機(jī)械加工振動自激振動自激振動自由振動自由振動強(qiáng)迫振動強(qiáng)迫振動當(dāng)系統(tǒng)受到初始干擾力激勵破壞了其平衡狀態(tài)后，系統(tǒng)僅靠彈性恢復(fù)力來維持的振動稱為自由振動。由于總存在阻尼，自由振動將逐漸衰減。(占5%)系統(tǒng)在周期性激振力(干擾力)持續(xù)作用下產(chǎn)生的振動，稱為強(qiáng)迫振動。強(qiáng)迫振動的穩(wěn)態(tài)過程是諧振動，只要有激振力存在，振動系統(tǒng)就不會被阻尼衰減掉。(占35%)在沒有周期性干擾力作用的情況下，由振動系統(tǒng)本身產(chǎn)生的交變力所激發(fā)和維持的振動，稱為自激振

35、動。切削過程中產(chǎn)生的自激振動也稱為顫振。(占65%)a）有阻尼的自由振動b）強(qiáng)迫振動c）有阻尼的自由振動和強(qiáng)迫振動的合成一）強(qiáng)迫振動的振源一）強(qiáng)迫振動的振源系統(tǒng)外部的周期性干擾力系統(tǒng)外部的周期性干擾力旋轉(zhuǎn)零件的質(zhì)量偏心旋轉(zhuǎn)零件的質(zhì)量偏心傳動機(jī)構(gòu)的缺陷傳動機(jī)構(gòu)的缺陷切削過程的間隙特性切削過程的間隙特性 二、機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動與控制二、機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動與控制 圖1 內(nèi)圓磨削振動系統(tǒng) a) 模型示意圖 b）動力學(xué)模型 c）受力圖1）強(qiáng)迫振動是由周期性激振力引起的，不會被阻尼衰減掉）強(qiáng)迫振動是由周期性激振力引起的，不會被阻尼衰減掉，振動本身也不能使激振力變化。，振動本身也不能使激振力變化。2）強(qiáng)

36、迫振動的振動頻率與外界激振力的頻率相同，而與系）強(qiáng)迫振動的振動頻率與外界激振力的頻率相同，而與系統(tǒng)的固有頻率無關(guān)。統(tǒng)的固有頻率無關(guān)。3）強(qiáng)迫振動的幅值既與激振力的幅值有關(guān)，又與工藝系統(tǒng)強(qiáng)迫振動的幅值既與激振力的幅值有關(guān)，又與工藝系統(tǒng)的特性有關(guān)。的特性有關(guān)。 激振力的影響。激振力的影響。A0=F/k2、強(qiáng)迫振動的特征強(qiáng)迫振動的特征）當(dāng)當(dāng)0時，時， 1， 0.60.7，準(zhǔn)靜態(tài)區(qū)，在該區(qū)增加系統(tǒng)靜剛度，可準(zhǔn)靜態(tài)區(qū)，在該區(qū)增加系統(tǒng)靜剛度，可減小振動。減小振動。）當(dāng)當(dāng) 1時，時， 會急劇增大，此現(xiàn)象稱為共振，會急劇增大，此現(xiàn)象稱為共振，0.7 1.4的區(qū)域稱為共的區(qū)域稱為共振區(qū)，在該區(qū)增大阻尼振區(qū)，在該

37、區(qū)增大阻尼共振共振）當(dāng)當(dāng) 1時，時， 0， 1.4區(qū)域稱為慣性區(qū)，在該區(qū)增加振動體的質(zhì)量區(qū)域稱為慣性區(qū)，在該區(qū)增加振動體的質(zhì)量，可減小振動振幅。，可減小振動振幅。2220)2()1 (1AA 頻率比頻率比的影的影響響三、三、 減小強(qiáng)迫振動的措施減小強(qiáng)迫振動的措施減小激振力 調(diào)整振源頻率 提高工藝系統(tǒng)的剛度和阻尼采取隔振措施 采用減振裝置。3、振動系統(tǒng)的動剛度振動系統(tǒng)的動剛度 當(dāng)系統(tǒng)在周期性動載荷當(dāng)系統(tǒng)在周期性動載荷作用下，交變力的幅值與振作用下，交變力的幅值與振幅（動態(tài)位移）之比稱為系幅（動態(tài)位移）之比稱為系統(tǒng)的動剛度。即：統(tǒng)的動剛度。即：222)2()1 (kAFkd 靜剛度靜剛度k=F/A

38、0是工藝系統(tǒng)本身的屬性，在線性范圍內(nèi)，可以認(rèn)為它與外載荷是工藝系統(tǒng)本身的屬性，在線性范圍內(nèi)，可以認(rèn)為它與外載荷無關(guān)，動剛度無關(guān)，動剛度kd除與除與k成正比外，還與系統(tǒng)阻尼、頻率比成正比外，還與系統(tǒng)阻尼、頻率比有關(guān)。靜剛度影響工有關(guān)。靜剛度影響工件的幾何形狀及尺寸精度，動剛度影響工件的表面粗糙度。件的幾何形狀及尺寸精度，動剛度影響工件的表面粗糙度。三、機(jī)械加工中的自激振動與控制三、機(jī)械加工中的自激振動與控制1自激振動的產(chǎn)生及特征自激振動的產(chǎn)生及特征 在實際加工過程中，由于偶然的外界干擾（如工件材料硬度不均、加工余量有變化等），會使切削力發(fā)生變化，從而使工藝系統(tǒng)產(chǎn)生自由振動。系統(tǒng)的振動必然會引起工

39、件、刀具間的相對位置發(fā)生周期性變化，這一變化若又引起切削力的波動，則使工藝系統(tǒng)產(chǎn)生振動。因此通常將自激振動看成是由振動系統(tǒng)（工藝系統(tǒng)）和調(diào)節(jié)系統(tǒng)（切削過程）兩個環(huán)節(jié)組成的一個閉環(huán)系統(tǒng)。 激勵工藝系統(tǒng)產(chǎn)生振動運(yùn)動的交變力是由切削過程本身切削過程本身產(chǎn)生的，而切削過程同時又受工藝系統(tǒng)的振動的控制，工藝系統(tǒng)的振動一旦停止，動態(tài)切削力也就隨之消失。圖圖 自激振動系統(tǒng)的組成自激振動系統(tǒng)的組成（2）自激振動的特征）自激振動的特征 自激振動自激振動特點特點不衰減的振動不衰減的振動它由振動過程本身引起切削力周期性變化，從不具備交變特性的能源中周期獲得能量，使振動得以維持。自激振動由振動系統(tǒng)本身參數(shù)決定，與強(qiáng)迫

40、振動顯著不同。自由振動受阻尼作用將迅速衰減，而自激振動不會因阻尼存在而衰減。自激振動的頻率接近于系統(tǒng)的固有頻率，即顫振頻率取決于振動系統(tǒng)的固有特性。這與自由振動相似，而與強(qiáng)迫振動根本不同E A1 A0 A2 AE-E+f自自=f固固取決于一周期獲得的能量取決于一周期獲得的能量取決于切削過程本身取決于切削過程本身三種情況：三種情況： W振出振出=W振入振入+ W摩阻（振入）摩阻（振入）時，系統(tǒng)有穩(wěn)幅的自激振動；時，系統(tǒng)有穩(wěn)幅的自激振動； W振出振出W振入振入+ W摩阻（振入）摩阻（振入）時，系統(tǒng)為振幅遞增的自激時，系統(tǒng)為振幅遞增的自激 振動，至一定程度，系統(tǒng)有穩(wěn)幅的自激振動；振動，至一定程度，系

41、統(tǒng)有穩(wěn)幅的自激振動； W振出振出 W振入振入+ W摩阻（振入）摩阻（振入）時，系統(tǒng)為振幅遞減的自激時，系統(tǒng)為振幅遞減的自激 振動，至一定程度，系統(tǒng)有穩(wěn)幅的自激振動；振動，至一定程度，系統(tǒng)有穩(wěn)幅的自激振動；故振動系統(tǒng)產(chǎn)生自激振動的基本條件是：故振動系統(tǒng)產(chǎn)生自激振動的基本條件是：W振出振出W振入振入或或 FP振出振出FP振入振入4 4控制自激振動的途徑控制自激振動的途徑抑制自激振動途徑抑制自激振動途徑V=3070m/min自振f自振；保證Ra時f提高機(jī)床抗振性提高刀具抗振性（采用消振刀具）提高工件安裝剛性根據(jù)振型耦合原理，工藝系統(tǒng)的振動還受到各振型的剛度比及其組合的影響。合理調(diào)整它們之間的關(guān)系，就

42、可以有效地提高系統(tǒng)的抗振性，抑制自激振動。提高工藝系統(tǒng)抗振性提高工藝系統(tǒng)抗振性合理選擇切削用量合理選擇切削用量合理選擇刀具參數(shù)合理選擇刀具參數(shù)采用變速切削采用變速切削采用減振裝置采用減振裝置合理調(diào)整主振模態(tài)合理調(diào)整主振模態(tài)剛度比及其組合剛度比及其組合前角、主偏角自振后角自振；但太小時自振抑制再生顫振方法用于工藝系統(tǒng)剛性較好的場合。減振裝置減振裝置1） 阻尼器的原理及應(yīng)用阻尼器的原理及應(yīng)用 利用固體或液體的阻尼來消耗利用固體或液體的阻尼來消耗振動的能量，實現(xiàn)減振振動的能量，實現(xiàn)減振。2） 吸振器的原理及應(yīng)用吸振器的原理及應(yīng)用動力吸振動力吸振器器沖擊吸振沖擊吸振器器圖7 阻尼器減振裝置圖圖8 用于

43、鏜刀桿的用于鏜刀桿的 動力吸振器動力吸振器圖圖9 沖擊式吸振器沖擊式吸振器 1自由質(zhì)量自由質(zhì)量 2彈簧彈簧 3螺釘螺釘4.5.4 機(jī)械加工振動的控制圖4.17 在零件上灌注阻尼材料和壓入阻尼環(huán)4.5.4 機(jī)械加工振動的控制采用各種消振減振裝置如果不能從根本上消除產(chǎn)生切削振動的條件，又無法有效地提高工藝系統(tǒng)的動態(tài)特性，為保證必要的加工質(zhì)量和生產(chǎn)率，可以采用消振減振裝置。常用的減振器有以下三種類型。1）動力減振器。它是用彈性元件將一個附加質(zhì)量連接到主振系統(tǒng)上，利用附加質(zhì)量的動力作用，使其加到主振系統(tǒng)上的作用力(或力矩)與激振力(或力矩)大小相等、方向相反，從而達(dá)到抑制主振系統(tǒng)振動的目的。2）摩擦減

44、振器。它是利用摩擦阻尼來消散振動能量。3）沖擊式減振器。利用兩物體相互碰撞要損失動能的原理，在振動體上裝有一個起沖擊作用的自由質(zhì)量(沖擊塊)。系統(tǒng)振動時，自由質(zhì)量將反復(fù)沖擊振動體，以消散振動能量，達(dá)到減振的目的。4.6 機(jī)械加工過程中的熱變形 4.6.1 基本概念 4.6.2 工件熱變形對加工精度的影響 4.6.3 刀具熱變形對加工精度的影響 4.6.4 機(jī)床熱變形對加工精度的影響 4.6.5 減少工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度影響的措施4.6.1 基本概念在機(jī)械加工過程中，工藝系統(tǒng)會受到各種熱的影響而產(chǎn)生溫度變形，一般也稱為熱變形，這種變形將破壞刀具與工件的正確幾何關(guān)系和運(yùn)動關(guān)系，造成工件的加工誤

45、差。熱變形對加工精度影響比較大，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占到工件加工總誤差的40一70。引起工藝系統(tǒng)變形的熱源可分為內(nèi)部熱源和外部熱源兩大類。內(nèi)部熱源主要指切削熱和摩擦熱，它們產(chǎn)生于工藝系統(tǒng)內(nèi)部，其熱量主要是以熱傳導(dǎo)的形式傳遞的。外部熱源主要是指工藝系統(tǒng)外部的、以對流傳熱為主要形式的環(huán)境溫度(它與氣溫變化、通風(fēng)、空氣對流和周圍環(huán)境等有關(guān))和各種輻射熱(包括由陽光、照明、暖氣設(shè)備等發(fā)出的輻射熱)。4.6.1 基本概念切削熱是切削加工中最主要的熱源，它對工件加工精度的影響最為直接。在切削(磨削)過程中，消耗于切削層的彈、塑性變形能量及刀具、工件和切屑之間摩擦產(chǎn)生的

46、機(jī)械能，絕大部分都轉(zhuǎn)變成了切削熱。切削熱Q(J)的大小與被加工材料的性質(zhì)、切削用量及刀具的幾何參數(shù)等有關(guān)。通常可按下式計算影響切削熱傳導(dǎo)的主要因素是工件、刀具、夾具、機(jī)床等材料的導(dǎo)熱性能，以及周圍介質(zhì)的情況。 工藝系統(tǒng)中的摩擦熱，主要是機(jī)床和液壓系統(tǒng)中運(yùn)動部件產(chǎn)生的，如電動機(jī)、軸承、齒輪、絲杠副、導(dǎo)軌副、離合器、液壓泵、閥等各運(yùn)動部分產(chǎn)生的摩擦熱。 4.6.1 基本概念113v各種熱對加工精度的影響 切削熱： 車削時，切屑帶走熱量可達(dá)50%80%，傳給工件約30%，傳給刀具約5%。 銑削、刨削加工，傳給工件30% 鉆削和臥鏜，切屑留在孔中，傳給工件大于50% 磨削時，切屑帶走熱量4%，傳導(dǎo)工件

47、84%，工件表面溫度高工藝系統(tǒng)熱源內(nèi)部熱源外部熱源切削熱摩擦熱環(huán)境熱源輻射熱114摩擦熱： 使工藝系統(tǒng)局部發(fā)熱，引起局部溫升和變形，破壞系統(tǒng)原有的幾何精度。外部熱源： 大型工件晝夜加工，由于溫差引起工藝系統(tǒng)的熱變形不一樣，照明光、散熱器、日光等也會引起機(jī)床的局部溫度和變形。4.6.1 基本概念 目前，對于溫度場和熱變形的研究，仍然著重于模型試驗與實測。 熱電偶、熱敏電阻、半導(dǎo)體溫度計是常用的測溫手段。 由于測量技術(shù)落后，效率低，精度差，已不能滿足現(xiàn)代機(jī)床熱變形研究工作的要求。 近年來紅外測溫、激光全息照像、光導(dǎo)纖維等技術(shù)在機(jī)床熱變形研究中已開始得到應(yīng)用，成為深入研究工藝系統(tǒng)熱變形的先進(jìn)手段。

48、4.6.2 工件熱變形對加工精度的影響 在工藝系統(tǒng)熱變形中，機(jī)床熱變形最為復(fù)雜，工件、刀具的熱變形相對來說要簡單一些。這主要是因為在加工過程中，影響機(jī)床熱變形的熱源較多，也較復(fù)雜，而對工件和刀具來說，熱源比較簡單。因此，工件和刀具的熱變形常可用解析法進(jìn)行估算和分析。 使工件產(chǎn)生熱變形的熱源，主要是切削熱。對于精密零件，周圍環(huán)境溫度和局部受到日光等外部熱源的輻射熱也不容忽視。工件的熱變形可以歸納為兩種情況來分析：4.6.2 工件熱變形對加工精度的影響工件比較均勻地受熱一些形狀較簡單的軸類、套類、盤類零件的內(nèi)、外圓加工時，切削熱比較均勻地傳入工件，如不考慮工件溫升后的散熱，其溫度沿工件全長和圓周的

49、分布都是比較均勻的，可近似地看成均勻受熱，因此，其熱變形可以按物理學(xué)計算熱膨脹的公式求出。工件不均勻受熱銑、刨、磨平面時，除在沿進(jìn)給方向有溫度差外，更嚴(yán)重的是工件只是在單面受到切削熱的作用，上下表面間的溫度差將導(dǎo)致工件向上拱起，加工時中間凸起部分被切去，冷卻后工件變成下凹，造成平面度誤差。4.6.3 刀具熱變形對加工精度的影響 刀具熱變形主要是由切削熱引起的。通常傳入刀具的熱量并不太多，但由于熱量集中在切削部分，以及刀體小，熱容量小，故仍會有很高的溫升，例如車削時，高速鋼車刀的工作表面溫度可達(dá)700800，而硬質(zhì)合金刀刃可達(dá)1000以上。 連續(xù)切削時，刀具的熱變形在切削初始階段增加很快，隨后變

50、得緩慢，經(jīng)過不長的時間后（約1020min）便趨于熱平衡狀態(tài)。此后，熱變形變化量就非常?。ㄒ妶D4.19）。刀具總的熱變形量可達(dá)0.030.05mm。4.6.3 刀具熱變形對加工精度的影響圖4.19 車刀熱變形4.6.4 機(jī)床熱變形對加工精度的影響 機(jī)床在工作過程中，受到內(nèi)外熱源的影響，各部分的溫度將逐漸升高。由于各部件的熱源不同，分布不均勻，以及機(jī)床結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，因此不僅各部件的溫升不同，而且同一部件不同位置的溫升也不相同，形成不均勻的溫度場，使機(jī)床各部件之間的相互位置發(fā)生變化，破壞了機(jī)床原有的幾何精度而造成加工誤差。4.6.4 機(jī)床熱變形對加工精度的影響 機(jī)床空運(yùn)轉(zhuǎn)時，各運(yùn)動部件產(chǎn)生的摩擦熱

51、基本不變。運(yùn)轉(zhuǎn)一段時間之后，各部件傳入的熱量和散失的熱量基本相等，即達(dá)到熱平衡狀態(tài)熱平衡狀態(tài)，變形趨于穩(wěn)定。 機(jī)床達(dá)到熱平衡狀態(tài)時的幾何精度稱為熱態(tài)幾何精度熱態(tài)幾何精度。 在機(jī)床達(dá)到熱平衡狀態(tài)之前，機(jī)床幾何精度變化不定，對加工精度的影響也變化不定。 因此，精密加工應(yīng)在機(jī)床處于熱平衡之后進(jìn)行。4.6.4 機(jī)床熱變形對加工精度的影響機(jī)床類型不同，其內(nèi)部主要熱源也各不相同，熱變形對加工精度的影響也不相同。 車、銑、鉆、鏜類機(jī)床，主軸箱中的齒輪、軸承摩擦發(fā)熱，潤滑油發(fā)熱是其主要熱源，使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。 對臥式車床熱變形試驗結(jié)果表明，影響主軸傾斜的主要因素是床身

52、變形，它約占總傾斜量的75，主軸前后軸承溫度差所引起的傾斜量只占25。對于不僅在水平方向上裝有刀具，在垂直方向和其它方向上也都可能裝有刀具的自動車床、轉(zhuǎn)塔車床，其主軸熱位移，無論在垂直方向還是在水平方向，都會造成較大的加工誤差。123車床受熱變形a） 車床受熱變形形態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)時間 / h0 1 2 3 4501 501 002 00位移 /m20406080溫升 / Yy前軸承溫升b） 溫升與變形曲線 車床主軸發(fā)熱使主軸箱在垂直面向內(nèi)和水平向內(nèi)發(fā)生偏移和傾斜。在垂直向內(nèi)，主軸箱的溫升使主軸升高，又因主軸前軸承的發(fā)熱量大于后軸承的發(fā)熱量，主軸前端比后端高，由于主軸箱熱量傳給床身，床身導(dǎo)軌向上臺起，故

53、而加劇了主軸的傾斜。124龍門刨床、導(dǎo)軌磨床等機(jī)床 床身熱變形是影響加工精度的主要因素：因其床身較長、導(dǎo)軌稍有溫差，就會產(chǎn)生較大的彎曲變形。 床身上下表面產(chǎn)生溫差的原因，不僅是由于工作臺運(yùn)動時導(dǎo)軌摩擦發(fā)熱所知，環(huán)境溫度的影響也很大。導(dǎo)軌磨床受熱變形125雙端面磨床： 切削熱噴向床身中部的頂面，使其局部受熱而產(chǎn)生中凸變形。使兩砂輪的端面產(chǎn)生傾斜。 126立銑床受熱變形形態(tài)立式平面磨床： 主軸承和主電機(jī)的發(fā)熱傳到立柱，使立柱內(nèi)側(cè)溫度高于外側(cè)，因而引起立柱的彎曲變形。 v 減少切削熱和磨削熱，粗、精加工分開。v 充分冷卻和強(qiáng)制冷卻。v 分離熱源。對不能分離的摩擦熱源，盡量采取措施，改善其摩擦特性，減

54、少發(fā)熱。v采用隔熱材料將發(fā)熱部件和機(jī)床大件隔離開來128例例1：磨床油箱置于床身內(nèi)，其發(fā)熱使導(dǎo)軌中凹解決解決：導(dǎo)軌下加回油槽平面磨床補(bǔ)償油溝129例例2：立式平面磨床立柱前壁溫度高，產(chǎn)生后傾。解決解決：采用熱空氣加熱立柱后壁（圖4-41）。均衡立柱前后壁溫度場4.6.5 減少工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度影響的措施減少熱源的發(fā)熱和隔離熱源工藝系統(tǒng)的熱變形對粗加工加工精度的影響一般可不考慮，而精加工主要是為了保證零件加工精度，工藝系統(tǒng)熱變形的影響不能忽視。為了減小切削熱，宜采用較小的切削用量。如果粗精加工在一個工序內(nèi)完成，粗加工的熱變形將影響精加工的精度。一般可以在粗加工后停機(jī)一段時間使工藝系統(tǒng)冷卻，

55、同時還應(yīng)將工件松開，待精加工時再夾緊。這樣就可減少粗加工熱變形對精加工精度的影響。當(dāng)零件精度要求較高時，則以粗精加工分開為宜。4.6.5 減少工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度影響的措施均衡溫度場如M7150A型磨床，該機(jī)床床身較長，加工時工作臺縱向運(yùn)動速度較高，所以床身上部溫升高于下部。為均衡溫度場所采取的措施是：將油池搬出主機(jī)做成一單獨油箱；在床身下部配置熱補(bǔ)償油溝，使一部分帶有余熱的回油經(jīng)熱補(bǔ)償油溝后送回油池。采取這些措施后，床身上、下部溫差降至12，導(dǎo)軌的中凸量由原來的0.0265mm降為0.0052mm。采用合理的機(jī)床部件結(jié)構(gòu)及裝配基準(zhǔn)1）采用熱對稱結(jié)構(gòu) 在變速箱中，將軸、軸承、傳動齒輪等對稱

56、布置，可使箱壁溫升均勻，箱體變形減小。2）合理選擇機(jī)床零部件的裝配基準(zhǔn)4.6.5 減少工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度影響的措施 加速達(dá)到熱平衡狀態(tài) 對于精密機(jī)床特別是大型機(jī)床，達(dá)到熱平衡的時間較長。為了縮短這個時間，可以在加工前，使機(jī)床作高速空運(yùn)轉(zhuǎn)，或在機(jī)床的適當(dāng)部位設(shè)置控制熱源，人為地給機(jī)床加熱，使機(jī)床較快地達(dá)到熱平衡狀態(tài)，然后進(jìn)行加工。 控制環(huán)境溫度 精密機(jī)床應(yīng)安裝在恒溫車間，其恒溫精度一般控制在土1以內(nèi)，精密級為土05。恒溫室平均溫度一般為20，冬季可取17，夏季取23。4.7 加工質(zhì)量的統(tǒng)計分析方法與應(yīng)用 4.7.1 加工誤差的性質(zhì) 4.7.2 分布圖分析法 4.7.3 點圖分析法 4.7.

57、4 保證和提高加工精度的途徑4.7 加工質(zhì)量的統(tǒng)計分析方法與應(yīng)用 前面已對影響加工精度的各種主要因素進(jìn)行了分析，并提出了一些保證加工精度的措施，從分析方法上來講，屬于單因素分析法。生產(chǎn)實際中，影響加工精度的因素往往是錯綜復(fù)雜的，有時很難用單因素分析法來分析計算某一工序的加工誤差，這時就必須通過對生產(chǎn)現(xiàn)場中實際加工出的一批工件進(jìn)行檢查測量，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計的方法加以處理和分析，從中便可發(fā)現(xiàn)誤差的規(guī)律，指導(dǎo)我們找出解決加工精度的途徑。這就是加工質(zhì)量的統(tǒng)計分析法。4.7.1 加工誤差的性質(zhì)根據(jù)加工一批工件時誤差出現(xiàn)的規(guī)律，加工誤差可分為：1系統(tǒng)誤差在順序加工一批工件中，其加工誤差的大小和方向都保持不變，

58、或者按一定規(guī)律變化，統(tǒng)稱為系統(tǒng)誤差。前者稱常值系統(tǒng)誤差，后者稱變值系統(tǒng)誤差。加工原理誤差，機(jī)床、刀具、夾具的制造誤差，工藝系統(tǒng)的受力變形等引起的加工誤差均與加工時間無關(guān)，其大小和方向在一次調(diào)整中也基本不變，因此都屬于常值系統(tǒng)誤差。機(jī)床、夾具、量具等磨損引起的加工誤差，在次調(diào)整的力旺中也均無明顯的差異，故也屬于常值系統(tǒng)誤差。機(jī)床、刀具和夾具等在熱平衡前的熱變形誤差，刀具的磨損等、都是隨加工時間而有規(guī)律地變化的，因此屬于變值系統(tǒng)誤差。4.7.1 加工誤差的性質(zhì)2隨機(jī)誤差在順序加工的一批工件中，其加工誤差的大小和方向的變化是屬于隨機(jī)性的，稱為隨機(jī)誤差。如毛坯誤差(余量大小不一、硬度不均勻等)的復(fù)映，

59、定位誤差(基準(zhǔn)面精度不一、間隙影響)，夾緊誤差，多次調(diào)整的誤差，殘余應(yīng)力引起的變形誤差等都屬于隨機(jī)誤差。應(yīng)該指出，在不同的場合下，誤差的表現(xiàn)性質(zhì)也有不同。例如，機(jī)床在一次調(diào)整中加工一批工件時，機(jī)床的調(diào)整誤差是常值系統(tǒng)性誤差。但是，當(dāng)一批工件的加工中需要多次調(diào)整機(jī)床時，每次調(diào)整的誤差就是隨機(jī)誤差。4.7.2 分布圖分析法 實驗分布圖 采用調(diào)整法加工的一批零件中，隨機(jī)抽取足夠數(shù)量的工件（稱為樣本）測量，由于存在加工誤差，實際的零件尺寸數(shù)值并不一致，稱為尺寸分散。按尺寸大小把零件分成若干組（按表4.1選定），同一尺寸間隔內(nèi)的零件數(shù)量稱為頻數(shù)；頻數(shù)與樣本總數(shù)之比稱為頻率；頻率與組距（尺寸間隔）之比稱為

60、頻率密度。以零件尺寸為橫坐標(biāo)，以頻率或頻率密度為縱坐標(biāo)，可繪出直方圖。連接各直方塊的頂部中點得到一條折線，即實際分布曲線。138定義：以生產(chǎn)現(xiàn)場內(nèi)對許多工件進(jìn)行檢查的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計的方法，從中找出規(guī)律性的東西，進(jìn)而獲得解決問題的途徑。過程：母體試樣數(shù)據(jù)作圖結(jié)論措施抽樣測定處理分析研究處理139基本概念： 樣本樣本：用于抽取測量的一批工件 樣本容量樣本容量n n ：抽取樣本的件數(shù)；樣本容量通常取 n = 50200 隨機(jī)變量隨機(jī)變量x x：任意抽取的零件的加工尺寸。 極差極差R R：抽取的樣本尺寸的最大值和最小值之差。 R=Xmax-Xmin 組距組距d d：將樣本尺寸按大小順序排列，