《机械加工质量分析与控制解析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械加工质量分析与控制解析（94页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第第4 4章章 机械加工质量分析与控制机械加工质量分析与控制 本章要点本章要点 机械加工中的振动机械加工中的振动 影响加工误差的因素影响加工误差的因素 影响机械加工表面质量的因素影响机械加工表面质量的因素 工艺系统几何误差工艺系统几何误差 工艺系统受力变形工艺系统受力变形 工艺系统热变形工艺系统热变形 加工误差的统计分析加工误差的统计分析 1 机械制造技术基础机械制造技术基础 第第4 4章章 机械加工质量分析与控制机械加工质量分析与控制 Analysis and Control of Analysis and Control of Machining QualityMachining Qual
2、ity 4.14.1 概述概述 Introduction to Machining Introduction to Machining QualityQuality 2 4.1.1 4.1.1 机械加工质量机械加工质量 尺寸精度 形状精度 位置精度 （通常形状误差限制在位置公差内，位 置公差限制在尺寸公差内） 表面粗糙度 波度 纹理方向 伤痕（划痕、裂纹、砂眼等） 加工精度 表面质量 表面几何形状精度 表面缺陷层 表层加工硬化 表层金相组织变化 表层残余应力 加工质量加工质量 图4-1 加工质量包含的内容 3 4.1.1 4.1.1 机械加工质量机械加工质量 加工精度：零件加工后实际几何参数与
3、理想几何参数接近 程度。 零件宏观几何形状误差、波度、表面粗糙度 宏观几何形状误差（平面度、圆度等）宏观几何形状误差（平面度、圆度等）波长波长/ /波高波高10001000 波度波度 波长波长/ /波高波高=50=5010001000；且具有周期特性；且具有周期特性 表面粗糙度表面粗糙度 波长波长/ /波高波高5050 a）波度 b）表面粗糙度 图4-2 零件加工表面的粗糙度与波度 RZ H RZ 4 4.1.2 4.1.2 表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件使用性能的影响 对耐磨性影响对耐磨性影响 Ra（m） 初始磨损量 重载荷 轻载荷 图4-3 表面粗糙度 与初始磨损量 表面粗糙度
4、值 耐疲劳性 适当硬化可提高耐疲劳性 表面粗糙度值耐蚀性 表面压应力：有利于提高耐蚀性 表面粗糙度值 配合质量 表面粗糙度值耐磨性，但有一定限度（图4-3） 对耐疲劳性影响对耐疲劳性影响 对耐蚀性影响对耐蚀性影响 对配合质量影响对配合质量影响 纹理形式与方向：圆弧状、凹坑状较好 适当硬化可提高耐磨性 5 4.1.3 4.1.3 误差敏感方向误差敏感方向 图图4-44-4： R Y R R R =X （4-1） （4-2） 显然： 工艺系统原始误差方向不同工艺系统原始误差方向不同 ，对加工精度的影响程度也不，对加工精度的影响程度也不 同。对加工精度影响最大的方同。对加工精度影响最大的方 向，称为
5、误差敏感方向。向，称为误差敏感方向。 误差敏感方向一般为已加工误差敏感方向一般为已加工 表面过切削点的法线方向。表面过切削点的法线方向。 图4-4 误差敏感方向 Y R0 X a） Y R0 X b） 误差敏感方向误差敏感方向 6 引起加工误差的根本原因是工艺系统存在 着误差，将工艺系统的误差称为原始误差。 4.1.4 4.1.4 影响加工精度的因素影响加工精度的因素 原始 误差 与工艺系统原始状 态有关的原始误差 (几何误差) 与工艺过程有关的 原始误差(动误差) 原理误差 定位误差 调整误差 刀具误差 夹具误差 机床误差 工艺系统受力变形（包括夹紧变形） 工艺系统受热变形 刀具磨损 测量误
6、差 工件残余应力引起的变形 工件相对于刀具静止状态下 的误差 工件相对于 刀具运动状 态下的误差 主轴回转误差 导轨导向误差 传动误差 原始误差原始误差 原始误差分类原始误差分类 图4-5 原始误差构成7 4.1.5 4.1.5 研究加工质量的方法研究加工质量的方法 理论方法：运用物理学和力学原理，分析研究某一个 或某几个因素对加工精度或表面质量的影响。 试验方法：通过试验或测试，确定影响各因素与加工 质量指标之间的关系。 统计分析方法：运用数理统计原理和方法，根据被 测质量指标的统计性质，对工艺过程进行分析和控制。 物理方法物理方法 数学方法数学方法 8 机械制造技术基础机械制造技术基础 第
7、第4 4章章 机械加工质量分析与控制机械加工质量分析与控制 Analysis and Control of Analysis and Control of Machining QualityMachining Quality 4.24.2 工艺系统几何精度对工艺系统几何精度对 加工精度的影响加工精度的影响 Geometric Precisions of Technological Geometric Precisions of Technological System and its influence to machining System and its influence to mach
8、ining PrecisionPrecision 9 加工原理误差是指采用了近似的成型运动或近似的刀刃轮 廓进行加工而产生的误差。 4.2.1 4.2.1 加工原理误差加工原理误差 式中 R 球头刀半径； h 允许的残留高度。 例2：用阿基米德蜗杆滚刀 滚切渐开线齿轮 例1：在数控铣床上采用球头刀铣削复杂形面零件(图4-6) S R h 图4-6 空间曲面数控加工 （4-3） 加工原理误差加工原理误差 10 4.2.2 4.2.2 机床误差机床误差 主轴回转误差是指主轴实主轴回转误差是指主轴实 际回转线对其理想回转轴线际回转线对其理想回转轴线 的漂移。的漂移。 为便于研究，可将主轴回为便于研究
9、，可将主轴回 转误差分解为径向圆跳动、转误差分解为径向圆跳动、 端面圆跳动和倾角摆动三种端面圆跳动和倾角摆动三种 基本型式（图基本型式（图4-74-7）。）。 b）端面圆跳动 a）径向圆跳动 c）倾角摆动 图4-7 主轴回转误差基本形式 主轴回转误差主轴回转误差 11 4.2.2 4.2.2 机床误差机床误差 主轴回转误差对加工精度的影响 主轴径向圆跳动对加工精度的影响（镗孔） 考虑最简单的情况，主轴回转中心在X方向上作简谐 直线运动，其频率与主轴转速相同，幅值为2e。则刀 尖的坐标值为： e 图4-8 径向跳动对镗孔精度影响 式中 R 刀尖回转半径； 主轴转角。 （4-4） 显然，式（4-4
10、）为一椭圆。 12 图4-9 径向跳动对车外圆精度影响 1 2 3 4 5 6 7 8 4.2.2 4.2.2 机床误差机床误差 仍考虑最简单的情况，主轴回转中心在X方向上作简谐 直线运动，其频率与主轴转速相同，幅值为2e。则刀尖 运动轨迹接近于正圆（图4-9）。 思考：主轴回转中心在 X方向上作简谐直线运动 ，其频率为主轴转速两倍 ，被车外圆形状如何？ 结论：主轴径向跳动影 响加工表面的圆度误差 e 主轴径向圆跳动对加工精度的影响（车外圆） 13 4.2.2 4.2.2 机床误差机床误差 主轴端面圆跳动对加工精度的影响 被加工端面不平，与圆柱面不垂直；被加工端面不平，与圆柱面不垂直； 加工螺
11、纹时，产生螺距周期性误差。加工螺纹时，产生螺距周期性误差。 主轴倾角摆动对加工精度的影响 与主轴与主轴径向跳动影响类似径向跳动影响类似 ，不仅影响圆度误差，而，不仅影响圆度误差，而 且影响圆柱度误差。且影响圆柱度误差。 14 AB 4.2.2 4.2.2 机床误差机床误差 影响主轴回转精度的主要因素 内外滚道圆度误差、滚动体 形状及尺寸误差 图4-10 轴径不圆引起车床 主轴径向跳动 滑动轴承 镗床镗床（图（图4-114-11） 轴承孔不轴承孔不 圆引起镗床主轴径向跳动圆引起镗床主轴径向跳动 图4-11 轴承孔不圆引起镗床 主轴径向跳动 滚动轴承 车床车床（图（图4-104-10） 轴径不圆轴
12、径不圆 引起车床主轴向跳动（注意其引起车床主轴向跳动（注意其 频率特性）频率特性） 静压轴承静压轴承 对对轴承孔或轴承孔或 轴径圆度误差起轴径圆度误差起均化均化作用作用 15 4.2.2 4.2.2 机床误差机床误差 影响主轴回转精度的主要因素 推力轴承 滚道端面平面度误差及 与回转轴线的垂直度误 差（图4-12） 其他因素 轴承孔、轴径圆度误差 ；轴承孔同轴度误差； 轴肩、隔套端面平面度 误差及与回转轴线的垂 直度误差；装配质量等 a） b） 0 图4-12 止推轴承端面误差对主轴 轴向窜动的影响 16 4.2.2 4.2.2 机床误差机床误差 传统测量方法存在问题： 主轴回转误差的测量 图
13、4-13 传统测量方法 a)b) 图4-14 主轴回转误差测量法 1 摆动盘 2，4 传感器 3 精密测球 5 放大器 6 示波器 准确测量方法 包含心轴、锥孔误差在内包含心轴、锥孔误差在内 非运动状态。非运动状态。 17 导轨副运动件实际运动方向与理想运动方向的偏差 包括：导轨在水平面内的直线度，导轨在垂直面内的 直线度，前后导轨平行度（扭曲），导轨与主轴回转轴 线的平行度（或垂直度）等。 导轨导向误差对加工精度的影响 导轨水平面内的直线度误导轨水平面内的直线度误 差差, ,误差敏感方向误差敏感方向, ,影响显著影响显著 导轨垂直面内的直线度误导轨垂直面内的直线度误 差差, ,误差非敏感方向
14、误差非敏感方向, ,影响小影响小 导轨扭曲对加工精度的影导轨扭曲对加工精度的影 响响, ,影响显著（图影响显著（图4-154-15） X 图4-15 导轨扭曲引起的加工误差 H R D B X Y （4-5） 4.2.2 4.2.2 机床误差机床误差 导轨导向误差导轨导向误差 18 导轨与主轴回转轴线位置误差对加工精度的影响导轨与主轴回转轴线位置误差对加工精度的影响 4.2.2 4.2.2 机床误差机床误差 图4-16 成形运动间位置误差对外圆和端面车削的影响 f Z zz c） Hy R0 f X Z L f d Ddx a）b） 19 影响导轨导向精度的主要因素 4.2.2 4.2.2 机床误差机床误差 机床制造误差机床制造误差 机床安装误差机床安装误差 导轨磨损导轨磨损 20 机床传动误差对加工精度的影响 图4-17 齿轮机床传动链 z7 = z8 = 16 z1 = 64 zn = 96 z5 = z6 = 23 z3 = z4 = 23 b z2 = 16 zn-1 = 1 ic e f a c d （4-6） 以齿轮机床传动链为例： 式中 n 传动链末端元件 转角误差
