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1、第七章 机械制造质量分析及控制教学基本要求：1.能正确综合应用力学、物理学等基础科学知 识分析加工误差产生的原因，从而找出控制 加工误差的方法。2.能正确运用统计学方法对加工误差进行统计分 析，并根据加工误差的统计特征，确定出加工 误差的变化规律及可能采取的控制方法。13.能正确分析影响机械加工表面质量的因素 ,掌握这些因素对加工表面质量的影响规律 ; 4.了解机械加工中强迫振动和自激振动的特征 及其识别方法，了解自激振动产生的机理以 及消除和减弱振动的方法。教学基本要求：2尺寸精度形状精度位置精度波纹度几何精度表面层物理机械性能表层材料的冷作硬化表层材料的金相组织变化表层材料的残余应力制制
2、造造 质质 量量质量：用户对产品的满意程度设计质量、设计质量、制造质量制造质量、服务质量、服务质量质量的含义质量的含义微观几何形状精度宏观几何形状精度圆度、圆柱度、直 线度、平面度等图示第7章 机械制造质量分析及控制（表面粗糙度）3尺寸精度几何形状精度位置精度（形状误差位置公差尺寸公差）表面粗糙度波度加工精度表面质量表面物理机械性能的变化制制 造造 质质 量量制造质量研究的内容47.2.1 7.2.1 机械加工精度概述机械加工精度概述1.加工精度与加工误差 加工精度：零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状 及各表面相互位置）与理想几何参数的符合程度。 加工误差：零件加工后的实际几何参数与理想几何
3、 参数的偏离程度。符合程度越高，加工精度就越高。加工误差的大小反映了加工精度的高低。加工误差越小，加工精度越高。 7.2 7.2 机械加工精度机械加工精度52、获得加工精度的方法(1) 获得尺寸精度的方法试切法：通过试切测量调整再试切，反复进行到工件尺寸达到规定要求为止调整法：先调整好刀具和工件在机床上的相对位置，并在一批零件的加工过程中保持这个位置不变，以保证工件被加工尺寸定尺寸刀具法：通过刀具的相应尺寸保证加工表面的尺寸精度 6 自动控制法：将测量、进给装置和控制系统组成一个自动加工系统，通过自动测量和数字控制装置，在达到尺寸精度后自动停止加工主动测量法：边加工边测量加工尺寸7 刀尖轨迹法
4、：通过刀尖运动的轨迹来获得形状 精度的方法 仿形法：刀具依照仿形装置进给获得工件形状 精度的方法 成形法：利用成形刀具对工件加工获得形状精 度的方法 展成法：利用工件和刀具的展成切削运动进行 加工的方法(2) 获得形状精度的方法8 直接找正定位法：用划针或百分表直接在机床上找正工件位置 划线找正定位法：先按零件图在毛坯上划好线，再 以所的划线为基准找正它在机床的位置 夹具定位法：在机床上安装好夹具，工件放在夹具 中定位 机床控制法：利用机床的相对位置精度保证位置精 度(3) 获得位置精度的方法9机械加工时，由机床、夹具、刀具 和工件构成的一个完整的系统。由于工艺系统本身的结构和状态 以及加工过
5、程中的物理力学现象 而产生的各种误差。 工艺系统误差。工艺系统：工艺系统：原始误差：原始误差：3. 影响加工精度的因素u原始误差与加工精度的关系工艺系统原始误差方向不同，对加工精工艺系统原始误差方向不同，对加工精 度的影响程度也不同。度的影响程度也不同。示例10误差敏感方向影响加工精度最大的那个方向 （即通过刀刃的加工表面的法向）。 当原始误差方向恰为加工表面法线方向时，引起的加工误差为最大； 当原始误差的方向恰为加工表面的切线方向时，引起的加工误差为最小；当原始误差的方向与误差敏感方向一致时， 对加工精度的影响最大。 u原始误差与加工精度的关系11原 始 误 差工艺系统的制造误差（几何误差）
6、刀具制造误差夹具制造误差机床制造误差工艺系统受力变形（包括夹紧变形） 工艺系统受热变形 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 传动误差原始误差的来源原始误差的来源与工艺过程有关的 原始误差(动误差)加工原理误差其他原始误差定位误差 调整误差 测量误差 刀具磨损121.机床的几何误差机床几何误差的来源机床制造机床制造 磨损磨损 安装安装机床制造误差主轴回转误差导轨误差传动链误差7.2.2 7.2.2 工艺系统的几何误差工艺系统的几何误差 13(1). 主轴回转误差主轴的实际回转轴线对其理想回转轴线的变动量 。2）将动力
7、或运动传递给工件或刀具。主轴各瞬时实际回转轴线的平均位置 主轴回转误差的分解：主轴回转误差的分解： 径向圆跳动、端面圆跳动和角度摆动三种基本型式 主轴的功用：主轴的功用： 1） 装夹工件、刀具或夹具的基准；定义定义：理想回转轴线：理想回转轴线：14端面圆跳动端面圆跳动 主轴轴肩端面的平面度及其与回转轴线有垂 直度误差； 轴承承载端面与回转轴线有垂直度误差。车端面可以引起所加工端面的垂直度、平 面度误差和轴向尺寸精度误差； 加工螺纹产生螺距误差。l l 端面圆跳动对加工精度的影响：端面圆跳动对加工精度的影响： 图示l l 端面圆跳动的产生原因端面圆跳动的产生原因主轴实际回转轴线沿平均回转轴线的方
8、向作纯轴向蹿动15l 径向圆跳动产生的原因加 工 方 式 不 同主轴各段轴颈的同轴度误差； 轴承误差（圆度）；轴承之间的同轴度误差、 主轴轴颈误差（圆度）；主轴挠度影 响 也 不 同主轴实际回转轴线相对于平均回转轴线在径向的变动量径向圆跳动径向圆跳动16uu滑动轴承滑动轴承工件回转型(车削）：切削力作用方向是不变的 主轴轴颈的圆度误差将在回转过程中引起轴 线位置产生瞬时变化，对主轴径向回转精度 影响较大； 轴承内孔径的圆度误差对主轴径向回转精度影 响较小。17 轴承的内孔圆度误差将使主轴在回转的过程中产生径向跳动，引起镗孔的圆度误差； 主轴轴颈的圆度误差对主轴径向回转精度影响较小。刀具回转型
9、：切削力作用方向是变化的18 车削加工：车削加工：工件回转，刀具移动12345678A假设主轴轴线沿X轴作简谐运动：x=AcosX2+Y2=R2+A2Sin2车削出的工件表面接近于一个真圆。 车削加工时，径向跳动对工件的圆度影响很小；但与定位基准有同轴度误差,并产生圆柱度误差。l径向圆跳动对加工精度的影响： 19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A。 镗削加工镗削加工：镗刀回转，工件不转镗刀回转，工件不转X= X= AcosAcos （ tt）当镗刀转过一个角时（位置1），刀尖轨迹的水平分量和垂直分量分别计算得：X=(A+R)cosY=Rsi
10、n。图示将上两式平方相加得:X2/(A+R)2+Y2/R2=1镗出的孔为椭圆形20主轴径向回转误差可以引起工件的圆度误差和圆柱度误差；l径向圆跳动对加工精度的影响： 21l l 产生角度摆动的原因产生角度摆动的原因角度摆动角度摆动主轴实际回转轴线相对于平均回转轴线成倾斜一个角 度作摆动角度摆动可视为径向圆跳动与轴向窜动轴向窜动的综合。凡引起径向圆跳动与轴向窜动轴向窜动的因素均会影 响主轴的角度摆动。 22l 角度摆动对加工精度的影响： 车削加工时工件每一横截面内的圆度误差很小，但轴 平面有圆柱度误差（锥度）。车外圆：得到圆形工件，但产生圆柱度误差（锥体）车端面：产生平面度误差镗孔时，由于主轴的
11、纯角度摆动 使得主轴回转轴线 与工作台导轨不平行，使镗出的孔呈椭圆形23提高主轴回转精度的措施提高主轴回转精度的措施（5） 对滚动轴承进行预紧，以消除间隙。（1） 提高主轴及箱体的制造精度；（2） 选用高精度轴承；（3） 提高主轴部件装配精度；（4） 对高速主轴部件要进行动平衡;24（2）机床导轨误差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的平行度（扭曲） 机床导轨精度要求：l确定各主要部件位置关系的基准; l是实现直线运动的主要部件。 导轨导轨的功用：的功用： 导轨的导轨的制造和装配精度制造和装配精度： 影响直线运动的主要因素 直接影响工件的加工精度。 25导轨在水平面内的直线度
12、误差导轨在水平面内的直线度误差 导轨误差对加工精度的影响当导轨在水平面内的直线度误差为y时,引起工件 在半径方向的误差为：R=y l车、磨削外圆时，为误差敏感方向，对加工 精度影响最大；导轨向外凸 导轨向内凹 工件产生腰鼓形误差；工件产生鞍形误差；l铣削、刨削平面时，为误差非敏感方向，对 加工精度影响最小。（以卧式车床为例）（图75）26导轨在垂直面内的直线度误差床身导轨在垂直面内有直线度误差，会引起刀 尖产生切向位移Z，造成工件在半径方向产生的 误差为：RZ2/ D设：Z=Y=0. 1mm ，D=40mm ，则由于水平面内原始误差而产生的加工误差：R= Y =0.1mm,由于垂直面内原始误差
13、产生的加工误差： R Z2/D =0.00025mm图7-727对平面磨床，龙门刨床 及铣床等，误差敏感方向为 加工表面的法线方向， 导轨在垂直面内的直线度误 差会引起工件相对于砂轮（ 刀具）产生法向位移，其误 差将直接反映到被加工工件 上，造成形状误差。结论：结论：龙门刨床导轨垂直面内直线度误差1刨刀 2工件 3工作台 4床身导轨原始误差引起工件相对于刀具产生相对位移，若产生 在加工表面法向方向（误差敏感方向），对加工精度 有直接影响；产生在加工表面切向方向（误差非敏感 方向） ，可忽略不计。28前后导轨平行度误差的影响床身前后导轨有平行度误差（扭曲）时，会使车床溜板在沿床身移动时发生偏斜，
14、从而使刀尖相对工件产生偏移，使工件产生形状误差（鼓形、鞍形、锥度）。29从几何关系中可得出：y (H/B) 一般车床H2B/3，外圆磨床HB，因此该项原始误差对加工精度的影响很大。车床前后导轨扭曲的最终结果反映在工件上，将产生加工误差y。30 机床制造精度； 导轨磨损：使用过程中的磨损及磨损不均匀 （2班制工作9个月0.03mm）； 机床安装质量（重型机床因自重导轨下沉23mm） 导轨误差产生原因导轨误差产生原因31讨论n刨平面时，导轨误差对加工精度有何影响？答：产生加工表面的直线度误差、平面度误差。32 提高导轨精度的措施提高机床导轨、溜板的制造精度及安装精度采用耐磨合金铸铁导轨、镶钢导轨、
15、贴塑导轨、滚动导轨等采用静压导轨，利用压力油或压力空气的均化作用，可有效提高工作台的直线运动精度和精度保持性。33在车螺纹、插齿、滚齿等加工时，刀具与工件之间有严格的传动比要求。要满足这一要求，机床内联系传动链的误差必须控制在允许的范围内。（3 3）机床传动链误差）机床传动链误差定义：定义：传动链误差是指传动链始末两端传动元件间 相对运动的误差。传动链末端元件产生的转角误差。表示：表示：影响：影响：滚、插、磨（展成法磨齿）齿轮等加工齿距精度车、磨、铣螺纹螺距精度34举例：以滚齿机为例加以说明 若滚刀上的齿轮Z1有转角误差 ， 造成工作台的转角误差 为：若传动链中第i个元件有转角误差该元件造成工
16、作台的转角误差 为：图示35kj该元件至工作台之间的传动比误差 传递系数kj1（升速传动），误差被放大kj1（降速传动），误差被缩小总误差：总误差：36 减少传动环节，缩短传动链，以减少误差来源。 提高传动元件，特别是提高末末端传动元件端传动元件（如车床 丝杠螺母副、滚齿机分度蜗轮）的制造精度和装配精 度。 传动链中按降速比递增的原则分配各传动副的传动 比。传动链末端传动副的降速传动比越大，则传动链 中其余各传动元件误差对传动精度的影响就越小。 采用误差校正机构。其实质是测出传动误差，在原 传动链中人为地加入一个误差，其大小与传动链本身 的误差相等且方向相反，从而使之相互抵消。l l提高传动链精度的措施提高传动链精度
