機(jī)加工精度及控制課件

1、機(jī)械制造工藝學(xué)機(jī)械加工精度影響機(jī)械加工精度的原始誤差及分類誤差的敏感方向研究加工精度方法 第二章 機(jī)械加工精度及控制2.1 概 述 尺寸精度形狀精度位置精度（通常形狀誤差限制在位置公差內(nèi)，位置公差限制在尺寸公差內(nèi)）表面粗糙度波度紋理方向傷痕（劃痕、裂紋、砂眼等）加工精度表面質(zhì)量表面幾何形狀精度表面缺陷層表層加工硬化表層金相組織變化表層殘余應(yīng)力加工質(zhì)量內(nèi)容 加工質(zhì)量包含的內(nèi)容 加工精度： 零件加工后實際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)接近程度。符合程度越高，加工精度越高，實際生產(chǎn)中零件不可能與理想的要求完全符合。 加工誤差： 指加工后的實際幾何參數(shù)（尺寸，形狀和表面間的相互位置）對理想幾何參數(shù)的偏離程度，

2、從保證產(chǎn)品使用性能分析允許有一定的加工誤差。 兩者關(guān)系： 兩者從不同角度來評定加工零件的幾何參數(shù)。加工精度的高低是由加工誤差的小大來表示的，保證和提高加工精度實際上就是限制和減小加工誤差。一、機(jī)械加工精度與加工質(zhì)量加工精度的合理制定： 一般加工精度越高則加工成本相對越高，生產(chǎn)效率則相對越低。因此設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)零件的使用要求，合理規(guī)定零件的加工精度；工藝人員則根據(jù)設(shè)計要求和生產(chǎn)條件采用適當(dāng)?shù)墓に嚪椒ㄒ员ＷC加工誤差不超過允許范圍，并盡量提高生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。一、機(jī)械加工精度與加工質(zhì)量原始誤差與工藝系統(tǒng)原始狀態(tài)有關(guān)的原始誤差(幾何誤差)與工藝過程有關(guān)的原始誤差(動誤差)原理誤差定位誤差調(diào)整誤差刀

3、具誤差夾具誤差機(jī)床誤差工藝系統(tǒng)受力變形（包括夾緊變形）工藝系統(tǒng)受熱變形刀具磨損測量誤差工件殘余應(yīng)力引起的變形工件相對于刀具靜止?fàn)顟B(tài)下的誤差工件相對于刀具運動狀態(tài)下的誤差主軸回轉(zhuǎn)誤差導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差傳動誤差原始誤差分類 工藝系統(tǒng)原始誤差方向不同，對加工精度的影響程度也不同。對加工精度影響最大的方向，稱為誤差敏感方向。 誤差敏感方向一般為已加工表面過切削點的法線方向。如圖所示車刀加工三、誤差的敏感方向當(dāng)原始誤差的方向恰為加工表面的法向方向(0)時，引起的加工誤差最大；可以看出：當(dāng)原始誤差的方向恰為加工表面的切線方向(90)引起的加工誤差最小。四、 研究加工精度的方法 分析研究某一個或某幾個因素對加工精

4、度的影響。 通常分析、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2、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，再適用單因素法分析，試驗，以便迅速有效地找出影響加工精度的主要原因。 加工的原理誤差調(diào)整誤差機(jī)床誤差夾具誤差刀具誤差 2.2 工藝系統(tǒng)的幾何精度 對加工精度的影響本節(jié)內(nèi)容 加工原理誤差是指采用了近似的成型運動或近似的刀刃輪廓進(jìn)行加工而產(chǎn)生的誤差。一、加

5、工原理誤差 式中 R 球頭刀半徑； h 允許的殘留高度。例2：用阿基米德蝸桿滾刀滾切漸開線齒輪例1：在數(shù)控銑床上采用球頭刀銑削復(fù)雜形面零件SRh 空間曲面數(shù)控加工加工原理誤差二、 調(diào)整誤差 測量誤差。試切時與正式切削時切削厚度不同造成的誤差。機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的位移誤差。定程機(jī)構(gòu)誤差。樣件或樣板誤差。測量有限試件造成的誤差。和試切法有關(guān)的誤差。a）b）試切法與調(diào)整法試切法（圖 a）調(diào)整法（圖 b）三、機(jī)床誤差 機(jī)床誤差分為以下三方面：機(jī)床導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差傳動鏈的傳動誤差 機(jī)床誤差的產(chǎn)生：制造、安裝、磨損三個時期導(dǎo)軌副運動件實際運動方向與理想運動方向的偏差包括：導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度，導(dǎo)軌

6、在垂直面內(nèi)的直線度，前后導(dǎo)軌平行度（扭曲），導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線的平行度（或垂直度）等。 導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差對加工精度的影響 導(dǎo)軌水平面內(nèi)的直線度誤差,誤差敏感方向,影響顯著 導(dǎo)軌垂直面內(nèi)的直線度誤差,誤差非敏感方向,影響小導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差可以忽略導(dǎo)軌扭曲對加工精度的影響,影響顯著y 導(dǎo)軌扭曲引起的加工誤差HRDBXY三、 機(jī)床誤差 導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線位置誤差 對加工精度的影響HyR0fXZLfdDdxa）b） 成形運動間位置誤差對外圓和端面車削的影響造成加工表面下凹。 減少導(dǎo)軌誤差的措施設(shè)計：結(jié)構(gòu)、材料、熱處理方式、潤滑方式、防護(hù)裝置等。制造：時效處理、表面待火年理、精度工序等。調(diào)整：調(diào)間隙、調(diào)水平等。

7、使用：地基、安裝、維護(hù)（清洗、防銹、潤滑）三、 機(jī)床誤差 三、 機(jī)床誤差 主軸回轉(zhuǎn)誤差是指主軸實際回轉(zhuǎn)線對其理想回轉(zhuǎn)軸線的漂移。 為便于研究，可將主軸回轉(zhuǎn)誤差分解為徑向圓跳動、端面圓跳動和傾角擺動三種基本型式。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)誤差三、 機(jī)床誤差 主軸回轉(zhuǎn)誤差對加工精度的影響 主軸徑向圓跳動對加工精度的影響（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動，其頻率與主軸轉(zhuǎn)速相同，幅值為2A。則刀尖的坐標(biāo)值為：A 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。顯然，上式為一橢圓。 徑向跳動對車外圓精度影響12345678三

8、、 機(jī)床誤差 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動，其頻率與主軸轉(zhuǎn)速相同，幅值為2A。則刀尖運動軌跡接近于正圓。 思考：主軸回轉(zhuǎn)中心在y方向上作簡諧直線運動，其頻率為主軸轉(zhuǎn)速兩倍，被車外圓形狀如何？ 結(jié)論：主軸徑向跳動影響加工表面的圓度誤差A(yù) 主軸徑向圓跳動對加工精度的影響（車外圓）三、 機(jī)床誤差 主軸端面圓跳動對加工精度的影響被加工端面不平，與圓柱面不垂直；加工螺紋時，產(chǎn)生螺距周期性誤差。 主軸傾角擺動對加工精度 的影響與主軸徑向跳動影響類似，不僅影響圓度誤差，而且影響圓柱度誤差。三、 機(jī)床誤差 各徑向截面內(nèi)軸心做偏心量不同的偏心運動，無論車削還是鏜削都能獲得一個正圓錐。

9、 主軸傾角擺動對加工精度的影響 主軸軸線傾角擺動軌跡為圓錐對加工精度的影響原理與徑向圓跳動的相同：車削時獲得圓柱；鏜孔時由于各徑向截面擺動幅值不同得到長軸不同的橢圓 主軸軸線在某一平面內(nèi)傾角擺動，其頻率與主軸轉(zhuǎn)速相同AB三、 機(jī)床誤差 影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素 軸徑不圓引起車床主軸徑向跳動 滑動軸承鏜床 軸承孔不圓引起鏜床主軸徑向跳動 軸承孔不圓引起鏜床主軸徑向跳動車床 軸徑不圓引起車床主軸向跳動（注意其頻率特性）靜壓軸承 對軸承孔或軸徑圓度誤差起均化作用三、 機(jī)床誤差 內(nèi)外滾道圓度誤差、外圈內(nèi)滾道對外圈和內(nèi)圈外滾道對內(nèi)圈的同軸度誤差、滾動體形狀及尺寸誤差等 滾動軸承 影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要

10、因素三、 機(jī)床誤差 影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素 推力軸承滾道端面平面度誤差及與回轉(zhuǎn)軸線的垂直度誤差 其他因素軸承孔、軸徑圓度誤差；軸承孔同軸度誤差；軸肩、隔套端面平面度誤差及與回轉(zhuǎn)軸線的垂直度誤差；裝配質(zhì)量等a） b）0 止推軸承端面誤差對主軸軸向竄動的影響三、機(jī)床誤差 傳統(tǒng)測量方法存在問題： 主軸回轉(zhuǎn)誤差的測量 傳統(tǒng)測量方法a)b)主軸回轉(zhuǎn)誤差測量法1 擺動盤 2，4 傳感器 3 精密測球 5 放大器 6 示波器 準(zhǔn)確測量方法包含心軸、錐孔誤差在內(nèi)非運動狀態(tài)。 提高主軸回轉(zhuǎn)精度的措施(1)提高主軸部件的制造精度首先應(yīng)提高軸承的回轉(zhuǎn)精度選用高精度的滾動軸承采用高精度的多油楔動壓軸承采用高精度的

11、靜壓軸承提高箱體支承孔的加工精度主軸軸頸的加工精度與軸承相配合表面的加工精度其次應(yīng)提高軸承組件的接觸剛度 常采用兩個固定頂尖支承，主軸只起傳動作用。工件的回轉(zhuǎn)精度完全取決于頂尖和中心孔的形狀誤差和同軸度誤差，而提高頂尖和中心孔的精度要比提高主軸部件的精度容易且經(jīng)濟(jì)得多。(2)對滾動軸承進(jìn)行預(yù)緊可消除間隙增加軸承剛度均化滾動體的誤差(3)使主軸的回轉(zhuǎn)精度不反映到工件上 對滾動軸承適當(dāng)預(yù)緊 微量過盈可使軸承內(nèi)、外圈和滾動體的彈性變形相互制約，這樣既增加軸承剛度，又對滾動體的誤差起均化作用，因而可提高主軸的回轉(zhuǎn)精度。 外圓磨床磨削外圓柱面時，采用固定頂尖支承。 在鏜床上加工箱體類零件上的孔時，采用前

12、、后導(dǎo)向套的鏜模，刀桿與主軸浮動聯(lián)接，所以刀桿的回轉(zhuǎn)精度與機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)精度也無關(guān)，僅由刀桿和導(dǎo)套的配合質(zhì)量決定。 機(jī)床傳動誤差對加工精度的影響 齒輪機(jī)床傳動鏈z7 = z8 = 16z1 = 64zn = 96z5 = z6 = 23z3 = z4 = 23bz2 = 16zn-1 = 1icefacd以齒輪機(jī)床傳動鏈為例：式中 傳動鏈末端元件轉(zhuǎn)角誤差； kj 第j 個傳動元件的誤差傳遞系數(shù)，表明第j個傳動元件對末端元件轉(zhuǎn)角誤差影響程度，其數(shù)值等于該元件至末端元件的傳動比； n 傳動鏈末端元件角速度； j 第j 個傳動元件轉(zhuǎn)角誤差的初相角。三、 機(jī)床誤差 機(jī)床傳動誤差 縮短傳動鏈長度 提高末端

13、元件的制造精度與安裝精度減少各傳動元件裝配時的幾何偏心，提高裝配精度；傳動比i應(yīng)小 在傳動鏈中按降速比遞增的原則分配備傳動副的傳動比；傳動鏈末端傳動副的降速比取得越大，則傳動鏈中其余各傳動元件誤差的影響就越小。采用校正裝置 校正裝置的實質(zhì)是在原傳動鏈中人為地加入一誤差，其大小與傳動鏈本身的誤差相等而方向相反，從而使之相互抵消。末端元件轉(zhuǎn)角誤差 提高傳動精度措施三、 機(jī)床誤差 注意：采用機(jī)械式的校正裝置只能校正機(jī)床靜態(tài)的傳動誤差。如果要校正機(jī)床靜態(tài)及動態(tài)傳動誤差，則需采用計算機(jī)控制的傳動誤差補(bǔ)償裝置。四、刀具誤差 定尺寸刀具（鉆頭、拉刀等）尺寸誤差影響加工尺寸誤差成形刀具和展成刀具形狀誤差影響加

14、工形狀誤差刀具磨損影響加工尺寸誤差或形狀誤差刀具誤差五、夾具誤差 L0.056F710F7k620H 7g 6YZ 鉆徑向孔的夾具 夾具誤差影響加工位置精度。 與夾具有關(guān)的影響位置誤差因素包括： 通常要求定位誤差和夾具制造誤差不大于工件相應(yīng)公差的1/3。夾具誤差1）定位誤差；2）刀具導(dǎo)向（對刀）誤差；3）夾緊誤差；4）夾具制造誤差；5）夾具安裝誤差；2.3 工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響工藝系統(tǒng)的剛度工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響誤差復(fù)映現(xiàn)象及誤差復(fù)映系數(shù)機(jī)床部件的剛度（2）在內(nèi)圓磨床上用橫向切入磨孔時，磨出的孔會產(chǎn)生帶有錐度的圓柱度誤差，如圖（b）所示。（1）車削細(xì)長軸時，工件在切削力作

15、用下的彎曲變形，加工后會產(chǎn)生鼓形的圓柱度誤差如圖（a）所示。（a）（b）現(xiàn)場加工中工藝系統(tǒng)受切削力變形的現(xiàn)象工藝系統(tǒng)加工中受到的力有：切削力、傳動力、慣性力、夾緊力、重力等 工藝系統(tǒng)在這些力的作用下，將產(chǎn)生相應(yīng)的變形。這種變形將破壞切削刃和工件之間已調(diào)整好的正確的位置關(guān)系，從而產(chǎn)生加工誤差。是加工中一項很重要的原始誤差不僅嚴(yán)重影響工件的加工精度而且還影響加工表面質(zhì)量限制加工生產(chǎn)率的提高工藝系統(tǒng)受力對其性能的影響在加工誤差敏感方向上工藝系統(tǒng)所受外力與變形量之比工藝系統(tǒng)剛度式中 k工藝系統(tǒng)剛度； Fp吃刀抗力； y工藝系統(tǒng)位移 （切削合力作用下的位移）。工藝系統(tǒng)在某一處的法線總變形y是各個環(huán)節(jié)在同

16、一處的變形的疊加式中 yjc 機(jī)床受力變形； yjj 夾具受力變形； yd 刀具受力變形； yg 工件受力變形。一、 基本概念 工藝系統(tǒng)剛度計算工藝系統(tǒng)受力變形等于工藝系統(tǒng)各組成部分受力變形之迭加。由此可導(dǎo)出工藝系統(tǒng)剛度與工藝系統(tǒng)各組成部分剛度之間的關(guān)系：式中 k 工藝系統(tǒng)剛度； kjc 機(jī)床剛度； kjj 夾具剛度； kd 刀具剛度； kg 工件剛度。 機(jī)床變形引起的加工誤差二、 工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響 變形隨受力點變化規(guī)律ytjywzydjXFpAABBCCXLFAFByz切削力作用點位置變化引起工件形狀誤差 在車床頂尖間車削粗而短的光軸，由于車刀和工件變形極小，此時，工藝系統(tǒng)的總變

17、形完全取決于主軸箱、尾座(包括頂尖)和刀架的變形。式中 yjc 機(jī)床總變形； Fp 吃刀抗力； ktj 機(jī)床前頂尖處剛度； kwz 機(jī)床后頂尖處剛度； kdj 機(jī)床刀架剛度； L 工件全長； X 刀尖至工件左端距離。工件加工后成鞍形 機(jī)床受力變形引起的加工誤差二、工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響 工件變形引起的加工誤差式中 Yg 工件變形； E 工件材料彈性模量； J 工件截面慣性矩； Fp，L，X 含義同前。 工件受力變形引起的加工誤差 在兩頂尖間車削細(xì)長軸，由于工件細(xì)長、剛度小，在切削力作用下其變形大大超過機(jī)床、夾具和刀具所產(chǎn)生的變形。因此，機(jī)床、夾具和刀具的受力變形可略去不計，工藝系統(tǒng)的變形

18、完全取決于工件的變形。 機(jī)床變形和工件變形共同引起的加工誤差 工藝系統(tǒng)剛度二、工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響 工藝系統(tǒng)的剛度隨受力位置的變化而變化工藝系統(tǒng)的剛度可以估算式中 g 工件圓度誤差； m 毛坯圓度誤差； k 工藝系統(tǒng)剛度； 誤差復(fù)映系數(shù)。 以橢圓截面車削為例說明 誤差復(fù)映現(xiàn)象ap1y1ap2y2毛坯外形工件外形由于工藝系統(tǒng)受力變形，使毛坯誤差部分反映到工件上，此種現(xiàn)象稱為“誤差復(fù)映”切削力大小變化引起的加工誤差 誤差復(fù)映橢圓毛坯：橢圓工件： 誤差復(fù)映系數(shù)誤差復(fù)映程度可用誤差復(fù)映系數(shù)來表示，誤差復(fù)映系數(shù)與系統(tǒng)剛度成反比。由式可得：機(jī)械加工中，誤差復(fù)映系數(shù)通常小于1。討論： 1）是小于的正

19、數(shù)，越小，加工誤差越小。 k；C 2）毛坯的各種形狀誤差，一次走刀加工后，都按一定的產(chǎn)生加工誤差。（例階梯形狀誤差、橢圓形狀誤差等）。每次起產(chǎn)生1、2 3)多次走刀加工后總=123 g=m總 ，多次走刀加工后，工件誤差逐漸變小。夾緊力、重力、傳動力和慣性力引起的加工誤差 夾緊力影響a） b） c) 薄壁套夾緊變形 薄壁工件磨削【例1】薄壁套夾緊變形 解決：加開口套 專用卡爪【例2】薄壁工件磨削 解決：加橡皮墊二、工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響 龍門銑橫梁變形【例】龍門銑橫梁 龍門銑橫梁變形補(bǔ)償 重力影響二、工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響 解決1：變形補(bǔ)償 傳動力與慣 性力影響 理論上不會產(chǎn)生圓度誤

20、差（但會產(chǎn)生圓柱度誤差）會引起強(qiáng)迫振動二、工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響 傳動力對加工精度的影響zlRXYFpFcFcdFcdxra）OOr0XYFpAFcdrcd=Fcd / kcOFcFc / kcFp / kcb）O三、減小受力變形對加工精度影響措施合理設(shè)計零部件結(jié)構(gòu)和截面形狀提高連接表面接觸剛度（表面粗糙度，改進(jìn)接觸質(zhì)量，予加載荷） 采用輔助支承（中心架，跟刀架，鏜桿支承等） 支座零件不同安裝方法 轉(zhuǎn)塔車床導(dǎo)向桿提高工藝系統(tǒng)剛度減小載荷及其變化采用合理裝夾和加工方式變形轉(zhuǎn)移、補(bǔ)償和校正四、工件殘余應(yīng)力引起的變形 鑄件殘余應(yīng)力引起變形 冷校直引起的殘余應(yīng)力壓拉加載壓壓拉拉卸載 設(shè)計合理零件

21、結(jié)構(gòu) 合理安排工藝過程 粗、精加工分開， 避免冷校直 增加消除內(nèi)應(yīng)力的熱 處理工序殘余應(yīng)力來源 毛坯制造和熱處理產(chǎn)生的殘余應(yīng)力減小殘余應(yīng)力措施 冷校直帶來的殘余應(yīng)力切削加工帶來的殘余應(yīng)力2.4 工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響工藝系統(tǒng)熱的產(chǎn)生工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響減少工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度影響的措施一、概述 在精密加工和大件加工中，工藝系統(tǒng)熱變形引起的加工誤差占總誤差的約4070%。 溫度場工藝系統(tǒng)各部分溫度分布 熱平衡單位時間內(nèi)，系統(tǒng)傳入的熱量與傳出的熱量相等，系統(tǒng)各部分溫度保持在一相對穩(wěn)定的數(shù)值上工藝系統(tǒng)熱源內(nèi)部熱源外部熱源切削熱摩擦熱環(huán)境熱源輻射熱工藝系統(tǒng)熱變形工藝系統(tǒng)熱源溫度場

22、與工藝系統(tǒng)熱平衡 圓柱類工件熱變形 5級絲杠累積誤差全長5m，可見熱變形的嚴(yán)重性式中 L， D 長度和直徑熱變形量； L，D 工件原有長度和直徑； 工件材料線膨脹系數(shù)； t 溫升。 長度： 直徑： 例：長400mm絲杠，加工過程溫升1，熱伸長量為：二、工件熱變形對加工精度影響 工件熱變形式中 X 變形撓度； L，S 工件原有長度和厚度； 工件材料線膨脹系數(shù)； t 溫升。 板類工件單面加工時的熱變形 平面加工熱變形X/ 4LS此值已大于精密導(dǎo)軌平直度要求結(jié)果：加工時上表面升溫，工件向上拱起，磨削時將中凸部分磨平，冷卻后工件下凹。例：高600mm，長2000mm的床身，若上表面溫升為3，則變形量為

23、：二、工件熱變形對加工精度影響 減少工件熱變形引起的加工誤差措施在切削區(qū)域施加充分的冷卻液提高切削速度或進(jìn)給量，使傳入工件的熱量減少工件在精加工前有充分的時間間隔，使它得到足夠的冷卻刀具和砂輪勿讓過分磨鈍就進(jìn)行刃磨和修正，以減少切削熱和磨削熱使工件在夾緊狀態(tài)下有伸縮的自由，如采用彈簧后頂尖、氣動后頂尖。三、刀具熱變形對加工精度影響 體積小，熱容量小，達(dá)到熱平衡時間較短 溫升高，變形不容忽視（達(dá)0.03 ） 特點 變形曲線式中 熱伸長量； max 達(dá)到熱平衡熱伸長量； 切削時間； c 時間常數(shù)（熱伸長量為熱平衡熱伸長量約63%的時間，常取34分鐘）。(min) 車刀熱變形曲線連續(xù)切削升溫曲線冷卻

24、曲線間斷切削升溫曲線（m）maxb0c0.63max刀具熱變形四、機(jī)床熱變形對加工精度影響 體積大，熱容量大，溫升不高，達(dá)到熱平衡時間長 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，溫度場和變形不均勻，對加工精度影響顯著運轉(zhuǎn)時間 / h0 1 2 3 450150100200位移 /m20406080溫升 / ZY前軸承溫升 車床受熱變形a） 車床受熱變形形態(tài)b） 溫升與變形曲線機(jī)床熱變形特點車床熱變形五、減小工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度 影響的措施 例1：磨床油箱置于床身內(nèi)，其發(fā)熱使導(dǎo)軌中凹解決：導(dǎo)軌下加回油槽 平面磨床補(bǔ)償油溝例2：立式平面磨床立柱前壁溫度高，產(chǎn)生后傾。解決：采用熱空氣加熱立柱后壁。 均衡立柱前后壁溫度場 減少

25、切削熱和磨削熱，粗、精加工分開。 充分冷卻和強(qiáng)制冷卻。 隔離熱源。減少熱源發(fā)熱和隔離熱源均衡溫度場 支承距影響熱變形L1L2 熱對稱結(jié)構(gòu) 熱補(bǔ)償結(jié)構(gòu)（主軸熱補(bǔ)償） 雙端面磨床主軸熱補(bǔ)償1主軸 2殼體 3過渡套筒熱伸長方向 合理選擇裝配基準(zhǔn)高速空運轉(zhuǎn)人為加熱 恒溫 人體隔離采用合理結(jié)構(gòu)五、 減小工藝系統(tǒng)熱變形對加工精 度影響的措施 加速達(dá)到熱平衡控制環(huán)境溫度2.5 加工誤差的統(tǒng)計分析加工誤差的性質(zhì)分布圖分析法機(jī)床調(diào)整尺寸點圖分析法一、加工誤差的性質(zhì) 系統(tǒng)誤差順序加工一批工件時，其大小和方向均不改變，或按一定規(guī)律變化的加工誤差為系統(tǒng)誤差。 常值系統(tǒng)誤差其大小和方向均不改變。如機(jī)床、夾具、刀具的制造

26、誤差，工藝系統(tǒng)在靜力作用下的受力變形，調(diào)整誤差，機(jī)床、夾具、量具的磨損等因素引起的加工誤差。 變值系統(tǒng)誤差誤差大小和方向按一定規(guī)律變化。如機(jī)床、夾具、刀具在熱平衡前的熱變形，刀具磨損等因素引起的加工誤差。加工誤差系統(tǒng)誤差隨機(jī)誤差常值系統(tǒng)誤差變值系統(tǒng)誤差加工誤差統(tǒng)計特性一、加工誤差的性質(zhì) 順序加工一批工件時，其大小和方向隨機(jī)變化的加工誤差為隨機(jī)誤差。 隨機(jī)誤差是工藝系統(tǒng)中大量隨機(jī)因素共同作用而引起的。 隨機(jī)誤差服從統(tǒng)計學(xué)規(guī)律。 如毛坯余量或硬度不均，引起切削力的隨機(jī)變化而造成的加工誤差；定位誤差；夾緊誤差；殘余應(yīng)力引起的變形等。隨機(jī)誤差 對于變值系統(tǒng)性誤差，在查明其大小和方向隨時間變化的規(guī)律后，

27、可采用自動連續(xù)補(bǔ)償或自動周期補(bǔ)償?shù)姆椒ㄏ?不同性質(zhì)誤差的 解決途徑 對隨機(jī)性誤差，從表面上看似乎沒有規(guī)律，但是應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計的方法可以找出一批工件加工誤差的總體規(guī)律，查出產(chǎn)生誤差的根源，在工藝上采取措施來加以控制。 對于常值系統(tǒng)性誤差，在查明其大小和方向后，采取相應(yīng)的調(diào)整或檢修工藝裝備，以及用一種常值系統(tǒng)性誤差去補(bǔ)償原來的常值系統(tǒng)性誤差，即可消除或控制誤差在公差范圍之內(nèi)。加工誤差的統(tǒng)計分析 加工誤差的統(tǒng)計分析法就是以生產(chǎn)現(xiàn)場對工件進(jìn)行實際測量所得的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計的方法，根據(jù)被測質(zhì)量指標(biāo)的統(tǒng)計性質(zhì),對工藝過程進(jìn)行分析，從而找出產(chǎn)生誤差的原因以及誤差性質(zhì)，以便提出解決問題的方法。 在機(jī)

28、械加工中，經(jīng)常采用的統(tǒng)計分析法主要有分布圖分析法和點圖分析法。二、分布圖分析法 加工一批工件，由于隨機(jī)性誤差的存在，加工尺寸的實際數(shù)值是各不相同的，這種現(xiàn)象稱為尺寸分散。 在一批零件的加工過程中，測量各零件的加工尺寸，把測得的數(shù)據(jù)記錄下來，按尺寸大小將整批工件進(jìn)行分組，每一組中的零件尺寸處在一定的間隔范圍內(nèi)。同一尺寸間隔內(nèi)的零件數(shù)量稱為頻數(shù)，頻數(shù)與該批零件總數(shù)之比稱為頻率。 以工件尺寸為橫坐標(biāo)，以頻數(shù)或頻率為縱坐標(biāo)，即可作出該工序工件加工尺寸的實際分布圖直方圖。實際分布圖直方圖 1）采集數(shù)據(jù) 樣本容量通常取 n = 502002）確定分組數(shù)、組距、組界、組中值 按教材72頁表2-2初選分組數(shù)

29、k； 確定組距 d： 取整，dd 確定分組數(shù) k： 確定各組組界、組中值 統(tǒng)計各組頻數(shù)（1）直方圖的作法與步驟二、分布圖分析法 直方圖x y （頻數(shù)）3）計算樣本平均值和標(biāo)準(zhǔn)差:4）畫直方圖下面通過實例來說明直方圖的作法： 抽取工件100個，經(jīng)測量：max=28.004mm，min=27.992mm，取0.02mm作為尺寸間隔進(jìn)行分組，統(tǒng)計每組的工件數(shù)，將所得的結(jié)果列表3-1。精鏜活塞銷孔，圖紙要求：表 3-1 工件頻數(shù)分布表圖 活塞銷孔直徑尺寸分布圖（2）直方圖的觀察與分析 直方圖作出后，通過觀察圖形可以判斷生產(chǎn)過程是否穩(wěn)定，估計生產(chǎn)過程的加工質(zhì)量及產(chǎn)生廢品的可能性。1）尺寸分散范圍小于允許

30、公差T，且分布中心與公差帶中心重合，則兩邊都有余地，不會出廢品。2）若工件尺寸分散范圍雖然也小于其尺寸公差帶T，但兩中心不重合（分布中心與公差帶中心），此時有超差的可能性，應(yīng)設(shè)法調(diào)整分布中心，使直方圖兩側(cè)均有余地，防止廢品產(chǎn)生。3）若工件尺寸分散范圍恰好等于其公差帶T，這種情況下稍有不慎就會產(chǎn)生廢品，故應(yīng)采取適當(dāng)措施減小分散范圍。4）若工件尺寸分散范圍大于其公差帶T，則必有廢品產(chǎn)生，此時應(yīng)設(shè)法減小加工誤差或選擇其它加工方法。二、分布圖分析法 分布曲線 大量實踐經(jīng)驗表明，在用調(diào)整法加工時，當(dāng)所取工件數(shù)量足夠多，且無任何優(yōu)勢誤差因素的影響，則所得一批工件尺寸的實際分布曲線便非常接近正態(tài)分布曲線。在

31、分析工件的加工誤差時，通常用正態(tài)分布曲線代替實際分布曲線，可使問題的研究大大簡化。 正態(tài)分布 正態(tài)分布 式中和分別為 正態(tài)分布隨機(jī)變量總體平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。平均值=0，標(biāo)準(zhǔn)差=1的正態(tài)分布稱為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，記為： x N ( 0, 1 )yF（z） 正態(tài)分布曲線( z = 0 )x(z)0z-+二、分布圖分析法 分布曲線 當(dāng)采用該曲線代表加工尺寸的實際分布曲線時，上式各參數(shù)的意義為： y 分布曲線的縱坐標(biāo)，表示工件的分布密度（頻率密度）； x分布曲線的橫坐標(biāo)，表示工件的尺寸或誤差； n一批工件的數(shù)目（樣本數(shù)）。工件的平均尺寸（分散中心）， 一批零件的均方根差，工序標(biāo)準(zhǔn)偏差決定了分布曲線的形狀和分

32、散范圍。當(dāng)算術(shù)平均值保持不變時， 值越小則曲線形狀越 陡，尺寸分散范圍越小，加工精度越高； 值越大則曲線形狀越平坦，尺寸分散范圍越大，加工精度越低，如圖所示。 的大小實際反映了隨機(jī)性誤差的影響程度，隨機(jī)性誤差越大則越大。 算術(shù)平均值（2）正態(tài)分布曲線的特征參數(shù)正態(tài)分布曲線的特征參數(shù)有兩個，即和是確定曲線位置的參數(shù)。它決定一批工件尺寸分散中心的坐標(biāo)位置。若改變時，整個曲線沿軸平移，但曲線形狀不變，如圖2-25a所示。使產(chǎn)生變化的主要原因是常值系統(tǒng)誤差的影響。圖 正態(tài)分布曲線及其特征 分布函數(shù)令：將 z 代入上式，有：則利用上式，可將非標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布進(jìn)行計算。稱 z 為標(biāo)準(zhǔn)化變量二

33、、分布圖分析法 yF（z）圖4-45 正態(tài)分布曲線( z = 0 )x(z)0z-+（3）正態(tài)分布曲線的特點曲線對稱于直線曲線與x軸圍成的面積代表了一批工件的全部，即100%，其相對面積為1。在3范圍內(nèi)，曲線圍成的面積為0.9973。 實際生產(chǎn)中常常認(rèn)為加工一批工件尺寸全部在3 范圍內(nèi)，即： 正態(tài)分布曲線的分散范圍為3 ，工藝上稱該原則為6準(zhǔn)則。3（或6）的概念在研究加工誤差時應(yīng)用很廣。 6的大小代表了某種加工方法在一定的條件（如毛坯余量、機(jī)床、夾具、刀具等）下所能達(dá)到的加工精度。 所以在一般情況下，應(yīng)使所選擇的加工方法的標(biāo)準(zhǔn)偏差與公差帶寬度T之間具有下列關(guān)系： 6T 但考慮到系統(tǒng)誤差及其它因

34、素的影響，應(yīng)當(dāng)使6小于公差帶寬度T，才能可靠地保證加工精度。 非正態(tài)分布 xy0a）雙峰分布 雙峰分布：兩次調(diào)整下加工的工件或兩臺機(jī)床加工的工件混在一起 xy0b）平頂分布xy0c）偏向分布 平頂分布：工件瞬時尺寸分布呈正態(tài)，其算術(shù)平均值近似成線性變化（如刀具和砂輪均勻磨損） 偏向分布：如工藝系統(tǒng)存在顯著的熱變形，或試切法加工孔時寧小勿大，加工外圓時寧大勿小幾種非正態(tài)分布 二、分布圖分析法 形位誤差的分布 差數(shù)模分布：正態(tài)分布大于零的部分與小于零的部分對零軸線映射后的迭加，如對稱度、直線與平面的平行度、相鄰周節(jié)誤差等 瑞利分布：二維正態(tài)分布，在只考慮平面向量模情況下轉(zhuǎn)換成為一維分布,如同軸度、

35、直線與直線平行度、端面圓跳動誤差等（不考慮系統(tǒng)誤差）xy0 差數(shù)模分布 瑞利綜合分布：上述誤差在考慮系統(tǒng)誤差的情況下，其誤差分布接近瑞利綜合分布 瑞利分布xzy0二、分布圖分析法 判斷加工性質(zhì)二、分布圖分析法 分布圖應(yīng)用如果實際分布曲線基本符合正態(tài)分布，則說明加工過程中無變值系統(tǒng)誤差（或影響很?。?；若公差帶中心與尺寸分布中心重合，則加工過程中常值系統(tǒng)誤差為零；否則存在常值系統(tǒng)誤差，其大小為LM - u。若實際分布曲線不服從正態(tài)分布，可根據(jù)直方圖分析判斷變值系統(tǒng)誤差的類型，分析產(chǎn)生誤差的原因并采取有效措施加以抑制和消除。 確定工序能力 工序能力 工序能力系數(shù) 式中 T公差值 ； 誤差分布的標(biāo)準(zhǔn)差

36、。工序能力是指某工序能否穩(wěn)定地加工出合格產(chǎn)品的能力。把工件尺寸公差T與分散范圍6的比值稱為該工序的工序能力系數(shù)CP，用以判斷生產(chǎn)能力。 工序能力等級 工序能力系數(shù) 工序等級 說 明 CP1.67 特級 工序能力過高1.67 CP 1.33 一級 工序能力足夠1.33 CP 1.00 二級 工序能力勉強(qiáng)1.00 CP 0.67 三級 工序能力不足 0.67 CP 四級 工序能力很差 工序能力等級二、分布圖分析法 二、分布圖分析法 工件合格率估算 面積計算 工件合格率估計xy033公差帶TTUTL 分布曲線與x軸所包圍的面積代表了一批零件的總數(shù)。如果尺寸分散范圍超出零件的公差帶，則肯定有廢品產(chǎn)生，

37、如圖所示的紅色部分。 若尺寸落在Lmin、Lmax范圍內(nèi)，工件的概率即空白部分的面積就是加工工件的合格率。分布圖分析法不能反映誤差的變化趨勢。 加工中，由于隨機(jī)性誤差和系統(tǒng)性誤差同時存在，在沒有考慮到工件加工先后順序的情況下，很難把隨機(jī)性誤差和變值系統(tǒng)性誤差區(qū)分開來。由于在一批工件加工結(jié)束后，才能得出尺寸分布情況，因而不能在加工過程中起到及時控制質(zhì)量的作用。分布圖分析法的缺點應(yīng)用01234567樣組序號b）工件尺寸公差帶T控制限三、點圖分析法 單值點圖工件尺寸工件序號a差帶T控制限單值點圖個值點圖反映了工件逐個的尺寸變化與加工時間的關(guān)系。工件序號c）AABOOB工件尺

38、寸若點圖上的上、下極限點包絡(luò)成二根平滑的曲線，并作這兩根曲線的平均值曲線，就能較清楚地揭示出加工過程中誤差的性質(zhì)及其變化趨勢，如圖所示。平均值曲線OO表示每一瞬時的分散中心，反映了變值系統(tǒng)性誤差隨時間變化的規(guī)律.其起始點O位置的高低表明常值系統(tǒng)性誤差的大小。整個幾何圖形將隨常值系統(tǒng)性誤差的大小不同，而在垂直方向處于不同位置。上下限AA 和BB間的寬度表示在隨機(jī)性誤差作用下加工過程的尺寸分散范圍，反映了隨機(jī)性誤差的變化規(guī)律。 為了能直接反映出加工中系統(tǒng)性誤差和隨機(jī)性誤差隨加工時間的變化趨勢，實際生產(chǎn)中常用樣組點圖來代替?zhèn)€值點圖。前者控制工藝過程質(zhì)量指標(biāo)的分布中心，反映了系統(tǒng)性誤差及其變化趨勢；后者控制