機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制1課件

1、機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制2022/7/28機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制1 零件的加工精度包括 尺寸精度、形狀精度、位置精度 通常尺寸精度要求高,形位精度要求也越高常用加工誤差的大小來(lái)評(píng)價(jià)加工精度的高低加工誤差越小，加工精度越高 獲得加工精度的方法 （1）獲得尺寸精度的方法 1）試切法 用于單件小批生產(chǎn) 2）調(diào)整法 用于成批大量生產(chǎn) 3）定尺寸刀具法 生產(chǎn)率高，刀具制造復(fù)雜 4）自動(dòng)控制法 切削測(cè)量補(bǔ)償調(diào)整機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制1（2）獲得形狀精度的方法 1）軌跡法 利用刀尖運(yùn)動(dòng)軌跡形成工件表面形狀 2）成形刀具法 由刀刃的形狀形成工件表面形狀 3）展成法 由切削刃包絡(luò)面形成工件表面形狀（3）獲得相互位

2、置精度的方法 主要由機(jī)床精度、夾具精度和工件的裝夾精度來(lái)保證機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制1二、影響加工精度的因素1. 原始誤差 零件加工的誤差是由于工件與刀具在切削過(guò)程中相互位置發(fā)生變動(dòng)而造成。工件和刀具安裝在夾具和機(jī)床上，工件、刀具、夾具、機(jī)床構(gòu)成了一個(gè)完整的工藝系統(tǒng)。工藝系統(tǒng)的種種誤差，是造成零件加工誤差的根源，故稱之為原始誤差。機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制1 原始誤差 加工前誤差加工中誤差加工后誤差調(diào)整誤差機(jī)床誤差刀具制造誤差?yuàn)A具誤差加工原理誤差工件裝夾誤差工藝系統(tǒng)受力變形刀具磨損殘余應(yīng)力引起變形測(cè)量誤差工藝系統(tǒng)熱變形機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制1.工藝系統(tǒng)的幾何誤差 （1）加工原理誤差 近似的成形運(yùn)動(dòng)或

3、刃形所產(chǎn)生的誤差，多為形狀誤差（2）機(jī)床的誤差 1）主軸回轉(zhuǎn)誤差 主軸回轉(zhuǎn)誤差概念 主軸回轉(zhuǎn)時(shí)實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線與理想回轉(zhuǎn)軸線的偏移量 三種基本形式： a. 純徑向跳動(dòng) b.軸向竄動(dòng) c.純角度擺動(dòng)機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制1 影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素 軸承本身誤差、軸承間隙、軸承間同軸度誤差，各段軸 頸、軸孔的同軸度誤差主軸系統(tǒng)的剛度和熱變形等。 但它們對(duì)主軸回轉(zhuǎn)精度的影響大小隨加工方式而不同機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制1主軸采用滑動(dòng)軸承的車(chē)床類(lèi)，主軸受力方向一定，主軸頸圓度誤差影響較大，軸承內(nèi)徑圓度誤差沒(méi)影響鏜床主軸受力隨鏜刀旋轉(zhuǎn)方向不斷變化軸承孔誤差影響大機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制1滾動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響

4、主軸精度因素也較復(fù)雜除軸承本身精度外，與配合件精度有很大關(guān)系如主軸軸頸、支承座孔等精度機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制1產(chǎn)生軸向竄動(dòng)主要原因是主軸軸肩端面和軸承承載端面對(duì)主軸回轉(zhuǎn)軸線有垂直度誤差。主軸不同形式的回轉(zhuǎn)誤差引起的加工誤差不同 車(chē)床上加工外圓內(nèi)孔時(shí)，主軸徑向跳動(dòng)引起工件圓度和圓柱度誤差，對(duì)工件端面無(wú)影響； 軸向竄動(dòng)對(duì)圓柱表面影響不大，對(duì)端面垂直度平面度影響大，車(chē)削螺紋時(shí)會(huì)造成導(dǎo)程的周期性誤差； 純角度擺動(dòng)會(huì)造成車(chē)削外圓或內(nèi)孔的錐度誤差； 在鏜孔時(shí)，會(huì)鏜出的孔為橢圓形。機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制1純角度擺動(dòng)會(huì)造成車(chē)削外圓或內(nèi)孔的錐度誤差；在鏜孔時(shí)，若工件進(jìn)給會(huì)使鏜出的孔為橢圓形。提高主軸及支承座孔的

5、加工精度，選用高精度軸承，提高主軸部件裝配精度、預(yù)緊和平衡等，提高主軸回轉(zhuǎn)精度。機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制12）機(jī)床導(dǎo)軌誤差 導(dǎo)軌精度要求主要有以下三方面： 在水平面內(nèi)的直線度（以臥式車(chē)床為例）1將直接反映在工件加工表面法線方向（誤差敏感方向）上，誤差R =1 ，對(duì)加工精度影響最大。刀尖在水平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡造成工件軸向形狀誤差。機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制1 在垂直面內(nèi)的直線度 對(duì)工件的尺寸和形狀誤差影響比1小得多對(duì)臥式車(chē)床R 22/D 若設(shè)2= 0.1mm,D=40mm，則R =0.00025mm，影響可忽略不計(jì)。 而對(duì)平面磨床、龍門(mén)刨床誤差將直接反映在工件上。機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制1導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的

6、直線度的特殊情況為斜坡?tīng)?，加工的工件軸向形狀為鞍形。機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制1 前后導(dǎo)軌的平行度（扭曲） 臥式車(chē)床或外圓磨床若前后導(dǎo)軌存在平行度誤差時(shí)，刀具和工件之間相對(duì)位置發(fā)生變化，刀尖運(yùn)動(dòng)軌跡是一條空間曲線，使工件產(chǎn)生形狀誤差。 若扭曲誤差為3,工件誤差R(H/B)3 ，一般車(chē)床H/B2/3，外圓磨床H/B1，誤差對(duì)加工精度影響很大除導(dǎo)軌制造誤差外，導(dǎo)軌的不均勻磨損和安裝質(zhì)量，也是造成導(dǎo)軌誤差的重要因素。導(dǎo)軌磨損是機(jī)床精度下降的主要原因之一?？刹捎媚湍ズ辖痂T鐵、鑲鋼導(dǎo)軌、貼塑導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌導(dǎo)軌表面淬火等措施。機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制1）機(jī)床傳動(dòng)鏈誤差 指機(jī)床內(nèi)傳動(dòng)鏈?zhǔn)寄﹥啥说膫鲃?dòng)元件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)

7、的誤差， 一般用傳動(dòng)鏈末端元件的轉(zhuǎn)角誤差來(lái)衡量。產(chǎn)生的原因 是傳動(dòng)鏈中各傳動(dòng)元件的制造誤差、裝配誤差及磨損等。若傳動(dòng)齒輪 i 在某一時(shí)刻產(chǎn)生轉(zhuǎn)角誤差為i，則它所造成傳動(dòng)鏈末端元件的轉(zhuǎn)角誤差：wi =Ki i Ki 為該軸到末端元件的總傳動(dòng)比，稱為誤差傳遞系數(shù)，若Ki大于1則誤差被擴(kuò)大；反之，若Ki小于1誤差被縮小。各傳動(dòng)件對(duì)工件精度影響的總和為： = wi= Ki i 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制1減少傳動(dòng)鏈誤差的措施： 盡可能縮短傳動(dòng)鏈，減少傳動(dòng)元件數(shù)目； 盡量采用降速傳動(dòng)，誤差被縮??； 提高傳動(dòng)元件、特別是末端元件的制造和 裝配精度； 消除傳動(dòng)間隙；采用誤差補(bǔ)償機(jī)構(gòu)或自動(dòng)補(bǔ)償裝置。機(jī)械加工質(zhì)量分

8、析與控制1（3）刀具的幾何誤差 包括刀具切削部、裝夾部的制造誤差及刀具安裝誤差 定尺寸刀具 刀具尺寸精度直接影響工件尺寸精度 成形刀具 刀具形狀精度直接影響工件形狀精度 展成刀具 刀刃形狀精度會(huì)影響工件加工精度 一般刀具 制造精度對(duì)工件加工精度無(wú)直接影響機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制1（4）夾具的幾何誤差 包括夾具制造誤差、安裝誤差及磨損 對(duì)工件尺寸精度和位置精度影響很大（5）定位誤差 包括基準(zhǔn)不重合誤差、定位副制造不準(zhǔn)確誤差 直接影響工件的尺寸精度和位置精度機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制1（6）調(diào)整誤差 在工序的調(diào)整工作中所存在的誤差即調(diào)整誤差 一次調(diào)整后存在的誤差對(duì)這一批零件的影響是不變的。 但大批量加工

9、中存在多次調(diào) 整，不可能每次完全相同。 對(duì)全部零件來(lái)說(shuō)，每次調(diào)整 誤差為偶然性誤差。機(jī)床調(diào) 整誤差可理解為零件尺寸分 布曲線中心的最大偏移量。加工中不產(chǎn)生廢品的條件：fb+tT機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制13.工藝系統(tǒng)的受力變形（1）基本概念機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制1（2）零件剛度 若零件剛度相對(duì)于機(jī)床、刀具、夾具來(lái)說(shuō)比較低，其變形 對(duì)加工精度影響比較大，最大變形量按材料力學(xué)公式估算。長(zhǎng)軸兩頂尖裝夾按簡(jiǎn)支梁計(jì)算，三爪卡盤(pán)裝夾按懸臂梁計(jì)算（1）工藝系統(tǒng)剛度工藝系統(tǒng)抵抗變形的能力可用工藝系統(tǒng)剛度 k系來(lái)描述。垂直作用于工件加工表面的徑向切削分力Fy與工藝系統(tǒng)在該方向上的變形y之間的比值，稱為工藝系統(tǒng)剛度

10、k系 k系= Fy / y 柔度 w= 1/ k機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制1（3）刀具剛度 外圓刀具在加工表面法線方向上的剛度很大變形可忽略； 鏜小孔刀桿剛度很差，變形對(duì)加工精度影響很大，刀桿變 形按材料力學(xué)公式估算。（4）機(jī)床部件剛度機(jī)床部件剛度 機(jī)床結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，剛度計(jì)算主要通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法來(lái)測(cè)定。 變形與載荷不成線性關(guān)系； 加載與卸載曲線不重合； 有殘余變形存在；實(shí)際剛度比估算的小機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制1（5）工藝系統(tǒng)受力變形及其對(duì)加工精度的影響 1）工藝系統(tǒng)的變形 總變形 y系 = y機(jī)+ y夾+ y刀+ y工 k系= Fy / y系，k機(jī)= Fy / y機(jī) ， k夾= Fy / y夾 ， k

11、刀= Fy / y刀 ， k工= Fy / y工 所以， k系= 1/(1/ k機(jī)+ 1/ k夾+ 1/ k刀+ 1/ k工) 工藝系統(tǒng)剛度比剛度最小環(huán)節(jié)的剛度還要差機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制1 2）工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響 切削力位置的變化對(duì)加工精度的影響 設(shè)刀具工件剛度很大 總變形 y系= y刀架+ yx機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制1設(shè)刀具工件剛度很大 總變形 y系= y刀架+ yx y主=FA/k主=Fy(l-x) /(l k主)，y尾=FB /k尾=Fyx /(l k尾) y系= y刀架+ yx=Fy 當(dāng)x = 0時(shí)， y系= ？;當(dāng) x = l 時(shí)， y系= ？ 當(dāng) x = k尾l /

12、(k主+ k尾)時(shí)，y系min= Fy ly尾- y主xyx- y主=yx =y尾x ll-x l+y主1 k刀架+1 k主1 k尾x l2l-x l2+若工件剛性較差應(yīng)考慮其變形，按簡(jiǎn)支梁計(jì)算 y工= y系= y刀架+yx+y工Fy 3EI(l-x)2x2l1 k刀架+1 k主+ k尾機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制1討論：1. 在 x 處工件半徑 Rx=R+ y刀架+yx+y工 半徑誤差R= Rx-R= y刀架+yx+y工= y系2. 一次走刀中若 y系為常量，不會(huì)造成工件形狀 誤差和尺寸不一3.若工件剛性大l/D5，可不考慮 y工， y系是 x 的二次函數(shù) 圓柱度誤差 = ymax- ymin4.

13、 若工件為細(xì)長(zhǎng)軸剛性很差，系統(tǒng)變形主要是工 件變形，當(dāng) x=l/2時(shí)， y工max=Fyl3/(48EI) 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制1 切削力大小變化對(duì)加工精度的影響毛 = ap1 ap2工 = y1 y2誤差復(fù)映系數(shù)=工 /毛 Fy=Cy f yapxHBSn =C apx C ap Fy1= C (ap1 y1 ) C ap1 Fy2= C (ap2 y2 ) C ap2 工 = y1 y2=(Fy1- Fy2)/k系 = (C ap1 C ap2) /k系=工 /毛= C(ap1 ap2) /(k系(ap1 ap2)= C /k系機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制1=工 /毛= C /k系 總是小于1

14、，有修正誤差的能力 多次進(jìn)給=1232. k系越大，就越小，復(fù)映到工件上的誤差越小3. C減小， 就越小，應(yīng)采取減小Fy的措施討論：機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制1 夾緊變形對(duì)加工精度的影響工件剛性差（薄件、圓環(huán)）裝夾不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生受力變形機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制1機(jī)床部件、工件重量對(duì)加工精度的影響其它作用力對(duì)加工精度的影響 傳動(dòng)力（撥桿）、離心力改變方向會(huì)使工藝系 統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)變形3）減少工藝系統(tǒng)受力變形的途徑 減小切削力及其變化； 提高系統(tǒng)中零件的配合質(zhì)量；縮短切削力作用點(diǎn)和支撐點(diǎn)的距離，設(shè)置輔 助支承提高部件剛度機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制14.工藝系統(tǒng)的熱變形工藝系統(tǒng)在各種熱源的影響下會(huì)產(chǎn)生很復(fù)雜的變形，導(dǎo)

15、致工件產(chǎn)生加工誤差（1）工藝系統(tǒng)的熱源 1）內(nèi)部熱源 包括切削熱、摩擦熱和派生熱源2）外部熱源 包括環(huán)境溫度、輻射熱機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制1（2）工件熱變形對(duì)加工精度的影響 1）工件均勻受熱 車(chē)鏜軸套類(lèi)零件圓柱面，長(zhǎng)度及徑向受熱變形。 若在受熱時(shí)測(cè)量達(dá)到規(guī)定尺寸，冷卻后尺寸變小， 可能出現(xiàn)尺寸超差。 2）工件不均勻受熱 銑、刨、磨平面等，工件單面受熱產(chǎn)生彎曲變形 磨削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)工件溫生逐漸增加機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制1（3）刀具熱變形對(duì)加工精度的影響機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制1主要是主軸部件、床身導(dǎo)軌及兩者相對(duì)位置的熱變形（4）機(jī)床熱變形對(duì)加工精度的影響機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制1機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制1

16、（5）熱變形的控制（1）減少發(fā)熱和采取隔熱； （2）強(qiáng)制冷卻，均衡溫度場(chǎng)； （3）從結(jié)構(gòu)上采取措施減少熱變形； （4）控制環(huán)境溫度。機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制15.工件內(nèi)應(yīng)力引起的變形內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的原因及消除措施1、鑄鍛焊、熱處理等因工件壁厚不均熱脹冷縮不均及 金相組織變化等導(dǎo)致體積變化，毛坯產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力， 處于暫時(shí)平衡狀態(tài)，切削時(shí)平衡狀態(tài)被打破。2、冷校直產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力 可在熱處理后進(jìn)行時(shí)效 處理來(lái)消除殘余應(yīng)力。 常用人工時(shí)效、振動(dòng)時(shí) 效和天然時(shí)效等方法。 工件若產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力處于不穩(wěn)定狀態(tài)會(huì)逐漸變形機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制1三、加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析1.（1）加工誤差的分類(lèi)1）系統(tǒng)誤差 常值系統(tǒng)誤差：原理機(jī)床

17、刀夾量具制造調(diào)整誤差 變值系統(tǒng)誤差：機(jī)床刀具熱變形、刀具磨損2）隨機(jī)誤差: 誤差復(fù)映定位夾緊操作誤差內(nèi)應(yīng)力變形對(duì)系統(tǒng)誤差可循其規(guī)律加以調(diào)整或補(bǔ)償來(lái)消除對(duì)隨機(jī)誤差只能縮小其變動(dòng)范圍無(wú)法完全消除機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制1（2）正態(tài)分布 1）正態(tài)分布的數(shù)學(xué)模型、特征參數(shù)和特殊點(diǎn) 正態(tài)分布曲線方程 兩個(gè)特征參數(shù)： 算術(shù)平均值 x 和標(biāo)準(zhǔn)偏差機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制1正態(tài)分布的特殊點(diǎn) 處概率密度 函數(shù)有最大值 x= x處 為拐點(diǎn)2） 標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布 = 0，= 1 實(shí)際生產(chǎn)中為非標(biāo)準(zhǔn) 正態(tài)分布需轉(zhuǎn)換 令 z =(x- )/xxx機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制1即圖中陰影面積可利用概率密度積分表計(jì)算3） 工件尺寸在某區(qū)

18、間內(nèi)的概率工件尺寸落在 3范圍內(nèi)的概率為 99.73%若尺寸分布中心與公差中心重合，不產(chǎn)生廢品的條件是：T 6 Q廢= 0.5 (x)若中心不重合存在常值系統(tǒng)誤差系，T 6系x機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制1例：軸20-0.1，= 0.025，xT = -(0.03) 求常值系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差，合格率、不合格率x0解： 公差帶中心 xT = 19.95 尺寸分布中心 = xT += 19.95 +0.03 = 19.98 常值系統(tǒng)誤差系 = - xT = 0.03 隨機(jī)誤差 6= 6 0.025 = 0. 15 或3=0.075xx 計(jì)算合格率、不合格率 6= 0. 15 T = 0.1， Cp=T

19、/6= 0.1/0. 15 =0.67工件極限尺寸 xmin= xA= 19.9 ， xmax= xB= 20 zA =( - xA)/= (19.98 -19.9)/0.025=3.2 (zA)= 0.49931 zB =( xB - )/= (20 -19.98)/0.025 =0.8 (zB)= 0.2881合格率=(zA)+(zB)= 0.49931+0.2881=0.78741=78.741%廢品率 0.5-0.49931=0.069% 0.5-0.2881=21.19% 可修復(fù)xx機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制1 2. 工藝過(guò)程的分布圖分析（1）工藝過(guò)程的穩(wěn)定性 指均值和標(biāo)準(zhǔn)差穩(wěn)定不變的性

20、能，取決于變值系統(tǒng)誤差（2）工藝過(guò)程分布圖分析 制作分布圖了解質(zhì)量指標(biāo)分布、加工能力、是否有廢品 1）樣本容量的確定 通常取 n =50200 2）樣本數(shù)據(jù)整理與計(jì)算 剔除異常數(shù)據(jù)，確定尺寸分散范圍R、尺寸間隔數(shù) j、 區(qū)間寬度x 3）繪制實(shí)際分布圖 縱坐標(biāo)為頻數(shù)：同間隔尺寸工件數(shù)目機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制1 4）繪制理論分布圖 縱坐標(biāo)將概率密度轉(zhuǎn)換成頻數(shù)，分散范圍3 理論最大頻數(shù) fmax=ymaxn x 對(duì)應(yīng) x = 處 拐點(diǎn)處頻數(shù) f= yn x 對(duì)應(yīng) x = 處xx5）工藝過(guò)程分布圖分析 判斷加工誤差性質(zhì) 系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差 確定工序能力及等級(jí) 工序能力系數(shù)Cp指滿足加工精度的程度 Cp

21、=T /6 確定不合格率 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制1 （2）分布圖分析法特點(diǎn) 1）采用大樣本，較接近實(shí)際地反映工藝過(guò)程總體； 2）能將常值系統(tǒng)誤差從誤差中區(qū)分開(kāi)； 3）在全部樣本加工后繪出曲線，不能反映先后順 序，不能將變值系統(tǒng)誤差從誤差中區(qū)分開(kāi)； 4）不能及時(shí)提供工藝過(guò)程精度的信息，事后分析； 5）計(jì)算復(fù)雜，只適合工藝過(guò)程穩(wěn)定的場(chǎng)合。點(diǎn)圖分析法 計(jì)算簡(jiǎn)單，能及時(shí)提供主動(dòng)控制信息，可用于穩(wěn)定過(guò)程、也可用于不穩(wěn)定過(guò)程。機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制1 3. 工藝過(guò)程的點(diǎn)圖分析（1）逐點(diǎn)點(diǎn)圖 依次測(cè)量每件尺寸記入橫坐標(biāo)為零件號(hào)縱為尺寸的圖表中（2）均值-極差點(diǎn)圖 采用順序小樣本（46） ，由小樣本均值點(diǎn)圖和極差點(diǎn) 圖組成，橫坐標(biāo)為小樣本組序號(hào)。具體作法如下： 定期測(cè)小樣本尺寸； 計(jì)算均值 和極差R： R =xmax- xmin 確定中心線 和 R 小樣本組20 30 確定上下控制線 ES 、EI 、UCL、LCL，定期描點(diǎn)xx機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制1均值點(diǎn)圖上下控制線的確定：極差點(diǎn)圖上下控制線的確定：機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制1均值點(diǎn)圖反映了質(zhì)量指標(biāo)分布中心(系統(tǒng)誤差)的變化 極差點(diǎn)圖反映了質(zhì)量指標(biāo)分布范圍(隨機(jī)誤差)的變化機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制1（3）均值-極差點(diǎn)圖分析 生產(chǎn)過(guò)程穩(wěn)定的標(biāo)志： 沒(méi)有點(diǎn)子超出控制線； 大部分點(diǎn)在中