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1、第四章机械制造质量分析与控制,主要内容,机械加工精度的基本概念,1,影响加工精度因素及其分析,2,加工误差的综合分析,3,机械加工表面质量,4,机械加工过程中振动的基本概念,5,第1节 机械加工精度,1、产品制造质量,零件制造质量、产品的装配质量,2、机械加工精度,加工精度与加工误差,加工精度： 实际几何参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数的符合程度。,加工误差：实际几何参数对理想几何参数的偏离程度。,加工质量指标分加工精度和加工表面质量,3、加工经济精度,正常加工条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人，不延长工作时间）所能保证的加工精度,4、零件获得加工精度的方法,尺
2、寸精度 试切法：先切很小一部分加工表面，测量试切后的尺寸，按照加工要求调整切削刃相对于工件位置，再试切再测量，当尺寸达到尺寸公差要求，在切削整个表面。 定尺寸刀具法：用定值尺寸刀具保证被加工工件尺寸精度的方法，如钻孔。 调整法：利用机床的定程装置、对刀装置或预先调整好的刀架，使刀具相对于机床或夹具满足一定位置精度要求，然后加工一批工件。 自动控制法：使用一定装置，在工件达到要求尺寸时，自动停止加工。自动测量和数字控制,4、零件获得加工精度的方法,形状精度 轨迹法：切削运动中刀具刀尖的运动轨迹形成加工表面的形状。 成形法：利用成形刀具切削刃的几何形状切出工件的形状。 展成法：利用刀具和工件作展成
3、运动，切削刃在被加工表面上的包络面形成的成形表面。,位置精度：工件的装夹方式和加工方法 夹具的正确定位保证有关表面的定位精度 一次装夹加工多个表面，各表面的位置精度依赖机床精度,引起加工误差的根本原因是工艺系统存在误差，将工艺系统的误差称为原始误差。,原始误差,原始误差分类,第二节 影响加工精度的因素及分析,实例：活塞销孔精镗工序中的原始误差,机床几何误差,机床主轴装夹工件或刀具，将运动和动力传给工件或刀具的重要零件 主轴回转误差是指主轴实际回转轴线对其理想回转轴线的变动量。 分解为径向圆跳动、轴向圆跳动和角度摆动三种基本形式（图4-2）。,b）端轴向圆跳动,a）径向圆跳动,c）倾角摆动,图4
4、-2 主轴回转误差基本形式,(1)径向圆跳动主轴回转轴线相对于理想回转轴线在径向的变动量,主要原因： 主轴支承轴颈的圆度误差；轴承工作表面的圆度误差等,采用滑动轴承结构的主轴：,例：镗床上镗孔，轴承内表面的圆度误差对主轴径向回转精度影响较大。,镗床主轴径向跳动,机床几何误差,(2)轴向圆跳动主轴回转轴线相对于理想回转轴线在轴向的变动量,主要原因：主轴轴肩端面和推力轴承承载端面对主轴回转轴线的垂直度误差,例：推力轴承承载端面对主轴回转轴线的垂直度误差,对圆柱面无影响 加工端面不平，与圆柱面轴线不垂直（近似螺旋面） 加工螺纹，产生周期性螺距误差,机床几何误差,(3)角度摆动主轴回转轴线相对于理想回
5、转轴线产生倾斜引起的主轴回转误差,主要原因：箱体主轴孔和各轴承孔的同轴度误差；主轴各段支承轴颈的同轴度误差；轴承间隙超差等,例：镗孔时使加工孔内表面产生圆柱度形状误差,机床几何误差,主轴角度摆动,总结：实际的主轴轴系中，主轴回转误差是三种基本形式的综合。提高主轴及箱体的制造精度、选用高精度的轴承、提高主轴部件的装配精度、对高速主轴部件进行平衡、对滚动轴承进行预紧等，均可提高机床主轴的回转精度。,机床主轴回转误差产生的加工误差,机床几何误差,例：磨床采用死顶尖支承提高主轴回转精度,机床几何误差,导轨副运动件实际运动方向与理想运动方向的偏差 导轨在水平面内的直线度； 导轨在垂直面内的直线度； 前后
6、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。,导轨在水平面内的直线度误差,导轨在垂直面内的直线度误差,(a) 在垂直面内的直线度误差,（垂直方向）,机床几何误差,(b) 在水平面内的直线度误差,（水平方向）,误差敏感方向：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。对加工精度影响最大的方向，称为误差敏感方向。水平方向为误差敏感方向。,(c) 导轨间的平行度误差,机床几何误差,导轨间平行度误差(扭曲误差)：刀架沿床身导轨作纵向进给运动时,刀尖的运动轨迹是一条空间曲线，使工件产生圆柱度误差。,导轨间在垂直方向有平行度误差时，将使工件与刀具的正确位置在误差敏感方向产生
7、y(HB)的偏移量，使工件半径产生 Ry误差，对加工精度影响较大。,导轨扭曲引起的加工误差, 机床传动误差对加工精度的影响,以齿轮机床传动链为例：,n 传动链末端元件转角误差； kj 第j个传动元件的误差传递系数，表明第j个传动元件对末端元件转角误差影响程度，其数值等于该元件至末端元件的传动比； n 传动链末端元件角速度； j 第j个传动元件转角误差的初相角。,机床几何误差,定尺寸刀具（钻头、铰刀等）尺寸误差和磨损直接影响加工尺寸精度 成形刀具（成形车刀、成形砂轮等）和展成刀具（插齿刀、滚齿刀）形状误差和磨损影响加工形状精度 一般刀具（车刀、镗刀、铣刀等）的制造误差及磨损对加工精度无直接影响,
8、刀具几何误差,定尺寸刀具：麻花钻,展成刀具：插齿刀,成形刀具：成形砂轮,一般刀具：端铣刀,车刀后刀面磨损对加工尺寸影响,刀具磨损过程,刀具误差,刀具尺寸磨损量NB是在被加工表面法线方向上测量的 刀具磨损过程：刀具尺寸磨损量NB与切削路程L的关系 磨损量,刀具几何误差,20,H 7,g 6,Z,图4-10 夹具几何误差分析,夹具误差影响加工位置精度。与夹具有关的影响位置误差因素包括：,通常要求定位误差和夹具制造误差不大于工件相应公差的1/3。,1）定位误差； 2）刀具导向（对刀）误差； 3）夹紧误差； 4）夹具制造误差； 5）夹具安装误差； ,夹具几何误差,图2-44 专用夹具,夹具误差实例,1
9、）定位误差； 2）刀具导向（对刀）误差； 3）夹紧误差； 4）夹具制造误差； 5）夹具安装误差,装夹误差,定位误差产生的原因-定位不准确 基准不重合误差-定位基准和工序基准不重合,定位误差指一批工件在夹具中定位时，工件的设计基准（或工序基准）在加工尺寸方向上的最大变动量。,定位误差产生的原因 基准位移误差-定位副制造不准确,间隙配合引起的,装夹误差,夹紧力影响,a） b） 薄壁套夹紧变形,薄壁工件磨削,例：薄壁套夹紧变形 解决：加开口套,又例：薄壁工件磨削 解决：加橡皮垫,装夹误差,在加工误差敏感方向上工艺系统所受外力与变形量之比,工艺系统刚度定义,式中 k工艺系统刚度；Fp径向切削分力；y
10、工艺系统位移（切削合力作用下的位移）。,工艺系统受力变形,工艺系统受力变形引起加工误差,受力变形引起加工误差,受力变形引起的加工误差,工件受力变形,机床受力变形,式中 k 工艺系统刚度；kjc 机床刚度；kjj 夹具刚度；kd 刀具刚度；kg 工件刚度。,工艺系统受力变形等于工艺系统各组成部分受力变形之迭加。由此可导出工艺系统刚度与工艺系统各组成部分刚度之间的关系：,工艺系统刚度计算公式,工艺系统刚度计算说明,工件、刀具形状简单时，其刚度可用材料力学公式计算对机床部件、夹具等，其刚度多采用实验方法确定计算时可适当简化（忽略变形小的部分）,中间位置：,机床的刚度取决于部件的刚度。,机床刚度,机床
11、变形引起的加工误差,式中 yjc 机床总变形；Fp 吃刀抗力；ktj 机床前顶尖处刚度；kwz 机床后顶尖处刚度；kdj 机床刀架刚度；L 工件全长；x 刀尖至工件左端距离。,机床变形引起的加工误差,机床误差使工件加工后成鞍形（ 很好）,机床受力变形引起的加工误差,式中 yg 工件变形；E 工件材料弹性模量；I 工件截面惯性矩；Fp，L，x 含义同前。,由于工件变形，使工件加工后成鼓形 (工件刚性差),工件受力变形引起的加工误差,工件变形引起的加工误差,机床变形和工件变形共同引起的加工误差,工艺系统刚度,根据上式，测得了车床前顶尖、尾顶尖、刀架三个部件的刚度，以及确定了工件的材料和尺寸，就可按
12、 x 值，估算车削圆轴时工艺系统的刚度及不同处工件半径的变化。立式车床、龙门刨床、龙门铣床等的横梁及刀架，大型镗铣床滑枕内的主轴等，其刚度均随刀架位置或滑枕伸出长度不同而异，可参照上例方法分析进行。,式中 C 切削条件系数g 工件圆度误差；m 毛坯圆度误差；k 工艺系统刚度； 误差复映系数。,误差复映,由于工艺系统受力变形，使毛坯误差部分反映到工件上，此种现象称为“误差复映”,误差复映系数,误差复映程度可用误差复映系数来表示，误差复映系数与 系统刚度成反比。由前面公式可得：,机械加工中，误差复映系数通常小于1。可通过多次走刀，消除误差复映的影响。,龙门铣横梁变形,例：龙门铣横梁,龙门铣横梁变形转移,龙门铣横梁变形补偿,重力影响,解决1：重量转移,解决2：变形补偿,传动力影响,理论上不会产生圆度误差（但会产生圆柱度误差）易会引起强迫振动解决：双销传动,惯性力影响,与传动力类似解决：静动平衡,1）提高工艺系统刚度,a）提高工件和刀具的刚度,钻孔和镗孔、车削细长轴；,铣削杆叉类工件时在工件刚度薄弱处宜设置辅助支承等。,b）提高机床刚度,减小工艺系统受力变形的途径,c）采用合理的装夹方式和加工方式,2）减小切削力及其变化,合理地选择刀具材料、增大前角和主偏角、对工件材料进行合理的热处理以改善材料的加工性能等，都可使切削力减小。,
