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1、第二章 加工质量分析与控制,教学内容,加工精度概念 1学时机械加工精度的单因素分析 3 学时机械加工精度的综合分析 3+2学时提高加工精度途径 1学时机械加工表面质量 2学时,第二章 加工质量分析与控制,本章要点,影响加工精度的因素及其控制加工误差统计分析 影响表面质量的因素及其控制,教学方式,课堂教学(多媒体课件与板书相结合）实验（误差统计分析）,第一节 机械加工质量的基本概念,产品质量是企业的生命线 按现代质量观它包括设计质量、制造质量和服务质量 零件制造质量是保证产品质量的基础加工质量指标分加工精度和加工表面质量,一、机械加工精度 零件加工后实际几何参数(尺寸、形状和位置)与理想几何参数
2、相符的程度。 符合程度愈高，加工精度愈高。 实际值与理想值之差称为加工误差。,常用加工误差的大小来评价加工精度的高低加工误差越小，加工精度越高,零件的加工精度包括 尺寸精度、形状精度、位置精度 通常尺寸精度要求高形位精度要求也越高,二、机械加工表面质量 （1）表面几何学特征： 表面粗糙度、波度 （2）表面层材质变化： 冷作硬化、残余应力、金相组织变化,三、获得加工精度的方法（1）试切法 特点：生产率低，工件尺寸误差取决于工人的技术水平。 适用小批生产。,（2）调整法 生产率较高，加工尺寸的稳定性好，适用于大批生产。,（3）定尺寸刀具法 利用刀具的相应尺寸来保证被加工部位的尺寸。如钻头、铰刀等刀
3、具。（4）主动测量法（自动控制法） 在精密机床上利用检测装置测量和控制加工表面尺寸的一种方法。,（2）获得形状精度的方法 1）轨迹法 利用刀尖运动轨迹形成工件表面形状（车、刨、铣，靠模（配钥匙） 2）成形刀具法 由刀刃的形状形成工件表面形状 3）展成法 由切削刃包络面形成工件表面形状（范成法、滚切法）。,（3）获得相互位置精度的方法 主要由机床精度、夹具精度和工件的装夹精度来保证（1）找正装夹法（2）专用夹具法（3）机床装夹法,基本概念 零件加工的误差是由于工件与刀具在切削过程中相互位置发生变动而造成。 （1）工艺系统：工件和刀具安装在夹具和机床上，工件、刀具、夹具、机床构成了一个完整的工艺系
4、统。 （2）原始误差：工艺系统的种种误差，是造成零件加工误差的根源，故称之为原始误差。,第二节 影响加工精度的因素,原始误差,加工前误差,加工中误差,加工后误差,调整误差,机床误差,刀具制造误差,夹具误差,加工原理误差,工件装夹误差,工艺系统受力变形,刀具磨损,残余应力引起变形,测量误差,工艺系统热变形,一、加工原理误差 近似的成形运动或刃形所产生的误差，多为形状误差,举例 滚齿、铣齿、车螺纹等,注意：原理误差应小于工件公差的1015%,二、机床制造误差及磨损 1、什么叫误差的敏感方向？ 对加工精度影响最大的方向,即通过刀刃的加工表面的法线方向。,R=OA-OA =AAcos+AA2/2R0
5、=cos+2/2R0 当=0时，R= 即误差敏感方向 当=90o时，R=2/2R0 即误差非敏感方向,下一页,上一页,（一）机床导轨直线度误差 导轨精度要求主要有以下三方面： 在水平面内的直线度（以卧式车床为例）,1将直接反映在工件加工表面法线方向（误差敏感方向）上，误差R =1 ，对加工精度影响最大。刀尖在水平面内的运动轨迹造成工件轴向形状误差。由此产生的圆柱度误差很大。, 在垂直面内的直线度 对工件的尺寸和形状误差影响比1小得多,对卧式车床R 22/D 若设2= 0.1mm,D=40mm，则R =0.00025mm，影响可忽略不计。 而对平面磨床、龙门刨床误差将直接反映在工件上。由此产生的
6、圆柱度误差很小。,（二）机床导轨与主轴轴线平行度误差,（1）机床导轨与主轴轴线在水平面内不平行，工件被加工成锥形体。,（2）机床导轨与主轴轴线在垂直面内不平行，工件被加工成双曲面回转体。,导轨在垂直面内的直线度的特殊情况为斜坡状,加工的工件轴向形状为鞍形。,（三） 前后导轨有平行度误差（扭曲）使工件产生圆柱度误差。 若扭曲误差为,工件误差R(H/B) ，一般车床H/B2/3，外圆磨床H/B1，误差对加工精度影响很大,卧式车床或外圆磨床若前后导轨存在平行度误差时，刀具和工件之间相对位置发生变化，刀尖运动轨迹是一条空间曲线，使工件产生圆柱度误差。,前后导轨不平行（扭曲）时，加工半径误差为： R =
7、 yr= H = H/B 式中 H车床中心高度 B导轨宽度 导轨倾斜角 前后导轨的 扭曲量 由此引起工件的圆 柱度误差。,下一页,上一页,（四）机床主轴旋转时轴线位置的变化 1、主轴回转误差 主轴回转误差概念 主轴回转时实际回转轴线与理想回转轴线的偏移量,三种基本形式： a. 纯径向跳动 b.纯角度摆动 c.轴向窜动,2、主轴不同形式的回转误差引起的加工误差不同 车床上加工外圆内孔时，主轴径向跳动引起工件圆度和圆柱度误差，对工件端面无影响； 轴向窜动对圆柱表面影响不大，对端面垂直度平面度影响大，车削螺纹时会造成导程的周期性误差； 产生轴向窜动主要原因是主轴轴肩端面和轴承承载端面对主轴回转轴线有
8、垂直度误差。 纯角度摆动会造成车削外圆或内孔的锥度误差；在镗孔时，会使镗出的孔为椭圆形。,纯角度摆动会造成车削外圆或内孔的锥度误差；在镗孔时，若工件进给会使镗出的孔为椭圆形。,提高主轴及支承座孔的加工精度，选用高精度轴承，提高主轴部件装配精度、预紧和平衡等，提高主轴回转精度。,3、影响主轴回转精度的主要因素 轴承本身误差、轴承间隙、轴承间同轴度误差，各段轴 颈、轴孔的同轴度误差主轴系统的刚度和热变形等。 但它们对主轴回转精度的影响大小随加工方式而不同,主轴采用滑动轴承的车床类，主轴受力方向一定，主轴颈圆度误差影响较大，轴承内径圆度误差没影响,镗床主轴受力随镗刀旋转方向不断变化轴承孔误差影响大,
9、滚动轴承结构复杂，影响主轴精度因素也较复杂,除轴承本身精度外，与配合件精度有很大关系如主轴轴颈、支承座孔等精度,（五）机床传动链误差 1、定义： 指机床内传动链始末两端的传动元件间相对运动的误差， 一般用传动链末端元件的转角误差来衡量。产生的原因 是传动链中各传动元件的制造误差、装配误差及磨损等。,若传动齿轮 i 在某一时刻产生转角误差为i，则它所造成传动链末端元件的转角误差：wi =Ki i Ki 为该轴到末端元件的总传动比，称为误差传递系数，若Ki大于1则误差被扩大；反之，若Ki小于1误差被缩小。各传动件对工件精度影响的总和为： = wi= Ki i,2、减少传动链误差的措施：, 尽可能缩
10、短传动链，减少传动元件数目； 尽量采用降速传动，误差被缩小； 提高传动元件、特别是末端元件的制造和 装配精度； 消除传动间隙；采用误差补偿机构或自动补偿装置。,（六）机床导轨的磨损,除导轨制造误差外，导轨的不均匀磨损和安装质量，也是造成导轨误差的重要因素。 导轨磨损是机床精度下降的主要原因之一。 磨损后，可参照前述内容分析。,（七）控制机床误差措施（1）减小导轨误差：制造、变形、安装等。（2）减小主轴旋转误差：惊讶轴承、高精度滚动轴承、轴颈、支撑孔、动平衡等（3）减小磨损误差 采用耐磨合金铸铁、镶钢导轨、贴塑导轨、滚动导轨导轨表面淬火等措施。,三、刀具的几何误差 包括刀具切削部、装夹部的制造误
11、差及刀具安装误差,1、分类 定尺寸刀具 刀具尺寸精度直接影响工件尺寸精度 成形刀具 刀具形状精度直接影响工件形状精度 展成刀具 刀刃形状精度会影响工件加工精度 普通刀具 制造精度对工件加工精度无直接影响,2、刀具磨损与预防（1）刀具磨损规律（2）刀具磨损预防,四.工艺系统的受力变形引起的误差,1、基本概念,（1）什么叫工艺系统？ 工件和刀具安装在夹具和机床上，工件、刀具、夹具、机床构成了一个完整的工艺系统。,工艺系统刚度Js ：垂直作用于工件加工表面的径向切削分力Fp与工艺系统在该方向上的变形y之间的比值。 Js= Fp / y y = yf+ yp+ yc 柔度 w= 1/ Js,（2）工艺
12、系统刚度 在外力作用下，工艺系统抵抗变形的能力可用工艺系统刚度 Js来描述。,2、工艺系统受力变形及其对加工精度的影响 （ 1）工艺系统的变形 总变形 y = y机+ y夹+ y刀+ y工 Js= Fp / y，J机= Fy / y机 ， J夹= Fy / y夹 ， J刀= Fy / y刀 ， J工= Fy / y工 所以，J系= 1/(1/ J机+ 1/ J夹+ 1/ J刀+ 1/ J工) 工艺系统刚度比刚度最小环节的刚度还要差,（2）工艺系统受力变形对加工精度的影响 机床刚度对加工精度的影响 设刀具和工件刚度很大,设刀具工件刚度很大 总变形 y系= y机床+y刀架 y头=FA/J头=Fp(
13、l-x) /(l J头)，y尾=FB /J尾=FPx /(l J尾) y系= y刀架+ yx=Fy 当x = 0时， y系= ？;当 x = l 时， y系= ？ 当 x = k尾l /(k主+ k尾)时，y系min= Fy,y工= y系= y刀架+yx+y工,讨论：,(1) 在 x 处工件半径 Rx=R+ y刀架+yx+y工 半径误差R= Rx-R= y刀架+yx+y工= y系,(2) 一次走刀中若 y系为常量，不会造成工件形状 误差和尺寸不一,下一页,上一页,短粗轴车削加工后的形状,(3)若工件刚性大l/D5，可不考虑 y工， y系是 x 的二次函数 圆柱度误差 = ymax- ymin,（ 2）影响机床部件刚度的因素 结合面接触变形,接触表面间的名义压强的增量与接触变形的增量之比称为接触刚度。零件表面越粗糙，形状误差越大，材料硬度低，接触刚度越小。, 低刚度零件本身的变形, 连接表面间的间隙, 接触表面间的摩擦 变形滞后现象, 受力方向及作用力矩 y 是Fx、Fy、Fz 综合结果,3. 工件刚度对加工精度的影响(1)两顶尖装卡工件 在车床上车削细长轴时，相当于两端铰接支撑，变形公式,
