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1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,第五章 機械加工質量及其控制,5.1,機械加工精度概述,1.,產(chǎn)品質量,產(chǎn)品質量：產(chǎn)品質量是指用戶對產(chǎn)品的滿意程度。,產(chǎn)品質量,三個層面,產(chǎn)品的設計質量,產(chǎn)品的制造質量,產(chǎn)品的服務質量,設計質量是指所設計的產(chǎn)品，與用戶期望之間的符合程度。,制造質量是指產(chǎn)品的制造與設計之間的符合程度。,服務質量主要包括產(chǎn)品的售前服務、售后培訓、維修和安裝等。,2.,加工精度與加工誤差,加工精度,：,所謂加工精度是指零件在加工以后的實際幾何參數(shù),(,尺,寸、形狀 和位置）與理想幾何參數(shù)之間的符合程度。,加工精度：,1,）尺寸精

2、度,公差共分,20,級：,IT01,、,IT0,、,IT1,、,-IT18,International Tolerance,2,）形狀精度,直線度；平面度；圓度；圓柱度,等。,3,）位置精度,平行度；垂直度；同軸度；對稱度；位置度；,在國家標淮,GBll8480,，,中對十一個項目規(guī)定了公差等級和相應的公差值。對于位置度公差沒有直接給出公差等級和公差值，但提供了公差值系數(shù)和計算方法。,加工誤差：,零件加工后的實際幾何參數(shù)對理想幾何參數(shù)的偏離程,度,。,“加工精度”和“加工誤差”是從兩個不同的角度來評定零件幾何參數(shù)這個同一事物。,加工精度強調的是要求；加工誤差是客觀存在。,加工精度的高低就是通過

3、加工誤差的大和小來表示的。所謂保證和提高加工精度的問題，實際上也就是限制和降低加工誤差的問題。,加工經(jīng)濟精度：,在正常加工條件下（,采用符合質量標準的設備、工藝裝備和標準技術等級的工人，不延長加工時間,）所能保證的加工精度。,3.,加工誤差與成本,加工誤差與成本大致呈雙曲線關系，,即加工誤差小，成本就高。而實際上同一種加工方法在不同的條件下所能達到的精度是不同的，因此,就存在一個給出的零件精度既能滿足使用要求，又不至于使成本太高的問題,加工經(jīng)濟精度。,4.,原始誤差,工 藝 系 統(tǒng),機床,工件,夾具,刀具,工藝系統(tǒng)：由機床、夾具、刀具和工件所構成的一個完整的系統(tǒng)。,原始誤差：,工藝系統(tǒng)誤差即為

4、原始誤差。,在機械加工中，零件的尺寸、幾何形狀和表面間相對位置的形成，取決于工件和刀具在切削過程中相互位置關系，而工件和刀具，均安裝在夾具和機床上面，并受到夾具和機床的約束。因此，加工精度問題也就涉及到整個工藝系統(tǒng)的精度問題,。,工藝系統(tǒng)的種種誤差，在不同的具體條件下，以不同的程度反映為加工誤差。,工藝系統(tǒng)誤差與加工誤差是因果關系。因此把工藝系統(tǒng)誤差稱之為原始誤差。,原 始 誤 差,度,量,誤,差,工藝系統(tǒng)動誤差,工,藝,系,統(tǒng),受,力,變,形,工,藝,系,統(tǒng),熱,變,形,刀,具,磨,損,工,件,內,應,力,引,起,的,變,形,原,理,誤,差,工,件,裝,夾,誤,差,工藝系統(tǒng)靜誤差,機,床,誤

5、,差,夾,具,誤,差,刀,具,誤,差,調,整,誤,差,由于采用了近似的加工運動或近似的刀具輪廓而產(chǎn)生的,工件裝夾誤差主要包括定位誤差和由于夾緊力過大而引起的夾緊誤差。,調整的作用是使工件和刀刃之間保持正確的相對位置。,調整誤差包括工件裝夾前后對機床部件的調整、夾具在機床上位置的調整以及刀具調整。,度量方法和量具本身的誤差在測量時自然就加入到度量的讀數(shù)之中，從而使測量值產(chǎn)生誤差，稱為度量誤差。,加工中心各個誤差源所占的比重,機床,誤差,幾何誤差,20%-30%,熱誤差,25%-35%,加工,過程,誤差,刀具誤差,10%-15%,夾具誤差,6%-10%,工件熱誤差和彈性變形誤差,3%-5%,操作誤

6、差,6%-10%,檢測,誤差,安裝誤差,2%-5%,不確定誤差,8%-10%,5.2,影響機械加工精度的因素,一、工藝系統(tǒng)的幾何誤差,（一）機床的幾何誤差,幾何精度：,是指機床,在不運轉時部件間相互位置精度和主要零件的形位精度,。,機床幾何精度是一項基礎精度，我國已有部頒標準,機床專業(yè)標準,，機床在出廠前都要通過機床精度檢驗。,幾何誤差,來源,機床本身制造,機床,磨損,機床安裝,1.,主軸回轉誤差,主軸回轉誤差：,是指主軸各瞬間的實際回轉軸線相對于其平均回,轉軸線的變動量。,主軸回轉,誤差,項,主軸徑向跳動,主軸軸向竄動,主軸角度擺動,影響徑向,跳動因素,機床本身的制造,軸承,裝配,產(chǎn)生軸向,

7、竄動原因,主軸軸肩端面和軸承承載,端面對主軸軸線不垂直,產(chǎn)生角度,擺動原因,主軸前后支承不同軸,且徑跳方向相反,特別說明：,據(jù)統(tǒng)計，,在影響主軸回轉誤差的因素中，軸承約占,20%,，制造和裝配占,80%,。,2.,導軌誤差,導軌,誤差,項,水平面內的直線度,垂直面內,的直線度,扭曲,對于導軌而言，磨損是導致其精度下降的主要原因之一。所以應在設計時，采取措施來提高導軌的耐磨性：,鑲鋼導軌，帖塑導軌，滾動導軌，及對導軌面進行淬火處理等,。,3.,傳動鏈誤差,傳動精度,：,傳動精度是指機床傳動鏈始末端執(zhí)行件之間運動的均,勻性和協(xié)調性。,在以上三個因素中，,以水平方向（加工誤差敏感方向）對加工精度影響

8、為最；垂直方向一般較小，可忽略不計；導軌的扭曲視具體情況，一般也較大，應予以考慮。,傳動誤差的傳遞規(guī)律,在傳動鏈中，各傳動件的誤差不僅在一對傳動副中相互傳遞，而且在整個傳動鏈中按傳動比依次傳遞，最后反映到末端件上，使工件或刀具產(chǎn)生傳動誤差。,i-n,=,i,u,i-n,由于傳動鏈是由若干傳動件所組成的，所以每一傳動件的誤差都將傳遞到末端件上，而引起末端件的轉角誤差。假定誤差分布為正態(tài)分布，應根據(jù)概率原理進行數(shù)據(jù)處理。,提高傳動精度的途徑,縮短傳動鏈,合理選擇傳動元件,合理分配傳動副的傳動比及其精度,提高傳動元件的制造和裝配精度,采用校正裝置,(,二）刀具誤差,刀具誤差對加工,精度的影響,定尺寸

9、刀具：尺寸誤差直接影響工件尺寸精度。,成形刀具：其形狀誤差直接影響工件形狀精度。,展成刀具：切削刃形狀對工件的形狀、尺寸,有影響。,一般刀具：如車刀、鏜刀等，對加工精度無,直接影響。,除了刀具制造時的幾何誤差外，刀具的磨損及磨損的不均勻對加工誤差也有直接影響。,所以在加工過程中，應控制刀具的磨損在正常磨損階段內。,刀具的尺寸磨損量,NB,是在被加工表面的法線方向上測量的。刀具的尺寸磨損量與切削路程,L,的關系如圖示。,（三）夾具誤差,夾具誤差是,夾具在制造時的制造誤差,（如尺寸、形位等）和,夾具在使用時的磨損,。,夾具元件磨損將使夾具的誤差增大。,為保證工件加工精度，夾具中的定位元件、導向元件

10、、對刀元件等關鍵易損元件均需選用高性能耐磨材料制造。,夾具誤差對加工精度將產(chǎn)生影響。因此，在夾具設計時應按照夾具的設計要求，嚴格控制夾具的形位公差，,一般取工件相應尺寸公差的,1/31/5,。,二、安裝誤差,安裝誤差為定位誤差與夾緊誤差之和。,定位誤差：因定位不準確而引起的誤差。,包括定位基準與設計基準不重合引起的誤差,和,定位副制造不準確引起的誤差,。,為了保證工件的定位位置在加工過程中保持不變就需要對工件進行夾緊。,夾緊力作用在工件上將會使工件產(chǎn)生或大或小的變形，從而影響工件的加工精度。,如果工件或夾具的剛度較差，夾緊力的方向和著力點選擇得又不恰當，夾緊誤差就會很大。,三、,工藝系統(tǒng)的受力

11、變形,結論：,工藝系統(tǒng)的受力變形是機械加工精度中一項很重要的原始誤差。它不僅嚴重地影響著加工后工件的加工精度，而且還影響著表面質量，限制著切削用量和生產(chǎn)率的提高。,1.,工藝系統(tǒng)剛度,：,一般,把垂直作用于工件加工表面（加工誤差敏感方向）的徑向分力與工藝系統(tǒng)在該方向的變形之間的比值，,稱為工藝系統(tǒng)剛度。,K,系,=,F,p,/y,式中的變形,y,不只是由徑向分力,Fp,所引起，而是三個切削分力在,y,方向變形的代數(shù)和，即：,y=,yFp+yFc+yFf,（一）工藝系統(tǒng)剛度,由于切削過程中切削力是變化的，工藝系統(tǒng)在動態(tài)下產(chǎn)生的變形不同于靜態(tài)下的變形，這樣就有,動剛度和靜剛度,的區(qū)別。,工藝系統(tǒng)的

12、動剛度主要造成工藝系統(tǒng)的振動，而工藝系統(tǒng)的振動則主要影響加工表面質量。,系統(tǒng)剛度及特點,當工件的剛度對加工誤差有影響時，其最大變形量可按材料力學的有關公式進行計算。,如懸臂梁：,刀具在加工敏感方向上的剛度很大,(,如車刀,),，其變形可以忽略不計；當?shù)毒邉偠葘庸ぞ扔杏绊憰r，其變形也可以按材料力學的有關公式進行計算。,夾具固定在機床上使用，被認為是機床的一部分，所以其變形一般情況下不單獨予以考慮。,機床部件是由若干的零件組成的，剛度問題比較復雜。到目前為止還沒有合適的計算方法，而需要用,實驗的方法,加以測定。,2.,機床剛度,3.,機床部件剛度,車床部件剛,度測試曲線,力和變形的關系不是直線

13、關系，即不符何虎克定律，這反映了部件的變形不純粹是彈性變形。,加載曲線與卸載曲線不重合，它們間包容的面積代表了在加載和卸載的循環(huán)中所損失的能量，即在克服部件內零件之間的摩擦力和接觸面塑性變形所作的功。,當載荷去除后，變形恢復不到起點，說明部件的變形不單有彈性變形，而且還有塑性變形。,部件的實際剛度比理論估算的要小,組合件。,4.,影響機床部件剛度的因素,1,）連接表面間的接觸變形,2,）摩擦力的影響,機床部件在經(jīng)過多次加載和卸載后，卸載曲線才回到起點，殘留變形不在產(chǎn)生。但加載和卸載曲線仍不重合，其原因就是機床部件受力變形過程中有摩擦力的作用。加載時阻止變形的增加，卸載時阻止變形的減小。,3,）

14、薄弱零件本身的變形,4,）間隙的影響,反向間隙,（二）工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響,環(huán)節(jié)變形的綜合性和疊加性,部件是由若干零件裝配而成的，因此,部件的變形是零件本身的變形和零件間每一對接觸副的接觸變形綜合的結果,?；蛘哒f，,凡是在外力作用下傳遞到力的“環(huán)節(jié)”，都有不同程度的變形參與到部件的總變形中來,。所以，工藝系統(tǒng)的受力變形量是其各組成部分變形的疊加，即：,y,系,=y,機,+y,夾,+y,刀,+y,工,由于工藝系統(tǒng)剛度、機床剛度、夾具剛度、工件剛度可分別寫為：,k,系,=,F,y,/y,系,k,機,=,F,y,/y,機,k,夾,=,F,y,/y,夾,k,刀,=,F,y,/y,刀,k,工,=

15、,F,y,/y,工,1/k,系,=1/k,機,+1/k,夾,+1/k,刀,+1/k,工,代入上式有：,即工藝系統(tǒng)剛度的倒數(shù)等于其組成部分剛度的倒數(shù)之和。,工藝系統(tǒng)剛度常以下列幾種形式對加工精度產(chǎn)生影響。,受力點位置的變化而引起的工件形狀誤差,結論：工藝系統(tǒng)的剛度在沿工件軸向的各個位置是不同的，所以加工后工件各個截面上的直徑尺寸也不相同，造成了加工后工件的形狀誤差（如錐度、鼓形、鞍形等）。,誤差復映,誤差復映現(xiàn)象,：,由于毛坯加工余量和工件材質不均等，引起了切,削力變化，而使工藝系統(tǒng)受力變形產(chǎn)生變化，因而使加工后工件的尺寸誤差和形狀誤差產(chǎn)生了與毛坯誤差相似的現(xiàn)象。,毛,=a,p1,a,p2,工,

16、=y,1,y,2,工 與,毛的比值,稱為誤差復映系數(shù)，該值反映了誤差復映程度。即：,=,工,/,毛,通過分析推導，可得誤差復映系數(shù)為：,=,工,/,毛,=C/k,系,結論：由上式可知，,k,系,愈大，誤差復映系數(shù)就愈小，毛坯誤差復映到工件上的部分就愈??；,當加工過程分為幾個工步進行時，因為每個工步的復映系數(shù)分別為,1,、,2,、,3,，則總的復映系數(shù),總,為各個工步誤差復映系數(shù)之積。,誤差復映概念的推廣,毛坯的形狀誤差會因為切削余量不均勻，以一定的復映系數(shù)復映成工件的加工誤差,。,當采用定尺寸調整法加工時造成了一批工件的“尺寸分散”的原因，也是由毛坯的誤差使加工余量不均勻引起的。查明誤差復映的大小和原因，是涉及加工精度問題時要做的一項工作,當誤差復映現(xiàn)象比較明顯時，需要從實際反映的復映系數(shù)著手分析提高加工精度的途徑。如加工細長軸、較細磨桿磨削內孔等。,其它力的影響,其它力,影響,夾緊力的方向和作用點選擇不當，將引起工件變形，造成相應的加工誤差。,機床部件和工件本身重量及它們在移動中位置變化而產(chǎn)生的影響,傳動力的影響,慣性力的影響,（三）減少工藝系統(tǒng)受力變形的途徑,提高工藝系統(tǒng)剛度,減小