第5章 机械加工质量与控制 学习指导.doc

第5章 机械加工质量与控制一、本章知识要点及要求5.1 机械加工质量概述基本知识1了解机械加工质量、加工精度与加工误差、机械加工表面质量的概念。理解加工经济精度的内涵。2了解机械加工表面质量的指标及其对耐磨性、疲劳强度、耐蚀性、配合质量等使用性能的影响。5.2 机械加工精度基本知识1了解机械加工工艺系统原始误差的概念。了解工艺系统原始误差的划分及其对加工精度的影响。2了解工艺系统的几何误差对加工精度的影响。掌握机床的主轴回转误差、导轨的导向误差、传动链误差、成形运动间位置关系精度，刀具、夹具的几何误差对加工精度的影响，并了解其控制方法。3了解工艺系统受力变形对加工精度的影响。掌握工艺系统刚度的概念，掌握加工过程工艺系统刚度的变化、切削力的变化对加工精度的影响。了解夹紧力、重力、传动力、惯性力引起的加工误差。了解提高工艺系统刚度的途径。4掌握误差敏感方向的概念及其在机械加工精度分析中的应用。5了解工艺系统受热变形对加工精度的影响。理解工艺系统热变形的原因，掌握工艺系统热变形对加工精度的影响和减小途径。6了解工件内应力重新分布引起的误差。熟悉内应力、残余应力的概念，掌握内应力、残余应力的产生原因及其对加工的影响和减小途径。例5.1 滚动轴承中滚动体的尺寸误差，对主轴回转精度有什么影响？ 答：若滚动轴承中滚动体大小不一致，将引起主轴径向跳动。当最大的滚动体通过承载区一次，会使主轴回转轴线跳动一次，其频率与保持架转速有关。通常保持架转速约为内环转速的二分之一，故这种径向跳动每当主轴转两周发生一次，常称为双转跳动。例5.2 在车床上加工工件端面时，若刀具直线运动方向与工件回转运动轴线不垂直，对零件加工精度有什么影响？ 答：加工后工件端面将产生内凹或外凸，如例题5.2解答图所示。例题5.2解答图 成形运动间位置误差对端面车削的影响例5.3 工厂常用例题5.3图所示方法测量主轴回转精度。这种方法存在什么问题。例题5.3图答：（1）不能把不同性质的误差区分开来，如测量心轴本身的误差，主轴锥孔误差，锥孔与主轴回转轴线的同轴度误差等。（2）不能反映主轴在工作转速下的回转精度。例5.4 在平面磨床上磨削薄片零件，常发生翘曲，试分析原因，并提出解决办法。 答：磨削薄片零件，假定坯件翘曲（如例题5.4图所示），当它被电磁工作台吸紧时，产生弹性变形，磨削后取下工件，由于弹性恢复，使已磨平的表面又产生翘曲。改进的办法是在工件和磁力吸盘之间垫入一层薄橡胶皮（0.5mm以下）或纸片，当工作台吸紧工件时，橡皮垫受到不均匀的压缩，使工件变形减少，翘曲的部分就将被磨去，如此正反面轮番多次磨削后，就可得到较平的平面。例题5.4图 薄壁工件磨削例5.5 已知某车床的部件刚度分别为：=30000N/mm；=30000 N/mm，=56600N/mm。今在该车床上采用前、后顶尖定位车长度为l的光轴，其径向切削分力Fp=400N，试计算该工件加工后的圆柱度误差。答：z=0时 z=l时 z=l/2时 时 工件所产生的圆柱度误差是例5.6 丝杠磨床上磨削丝杠，若丝杠长度为2m，每磨削一次丝杠温度升高3（相对于机床的母丝杠）。试计算其热伸长量。答：由式 ，得： mm。 而6级精度丝杠全长螺距累计误差不得超过0.02 mm，可见热变形对加工精度影响的严重程度。例5.7 为何试切一个工件，调整误差为p=3；而试切n个工件的调整误差为。 答：在正常情况下，零件加工尺寸误差接近正态分布，其分散范围可认为是3。试切1个零件，在最不利的情况下，总体平均值（）可能与被试切零件尺寸相差3。若试切n个零件，取平均值，则平均值的分散范围为 ，在最不利的情况下，总体平均值（）可能与被试切零件尺寸平均值相差 。例5.8 分析使用V型块夹具铣削轴端槽时（见例题5.8图），影响位置尺寸和位置关系的误差因素。例题5.8图 铣轴端槽答：（1）定位误差：对于工序尺寸，工序基准为轴的上端面，而定位基准为轴的下端面，存在基准不重合误差，即定位误差，其值等于尺寸86的公差，即0.1mm。对于对称度要求，忽略V形块本身的误差，定位误差为0。（2）夹紧误差：夹具、工件刚度足够，夹紧误差忽略不计。（3）对刀误差：包括对刀块相对于V形块和支承套上端面的位置误差，以及用对刀块对刀操作导致的对刀误差。（4）夹具位置误差：V形块对称平面与定向键的平行度误差，V形块对夹具体底面的垂直度误差，以及夹具安装在机床上（靠定向键定位）的安装误差等。5.3 加工误差的统计分析基本知识1了解加工误差的统计性质。掌握系统性误差与随机性误差、样本与抽样的概念，了解直方图的建立方法，了解常见的统计分布特征，熟悉正态分布的性质。2了解加工误差的统计分析方法。掌握加工误差的分布图分析方法和点图（特别是 图）的分析方法。掌握工序能力系数的概念，能够将统计分析方法应用与产品的生产与控制过程。3理解工艺过程稳定性的概念。例5.9加工一批工件的外圆，图样要求尺寸为300.05 mm ，加工后测得尺寸按正态分布，有8%不合格品，且其中一半为可修复不合格品。试分析该工序的工序能力指数C P。答：根据其中一半为可修复不合格品可知，其尺寸分布中心与公差带中心重合。根据8%不合格品可知，查表可得，即因此 例5.10 在自动车床上加工销轴，直径要求为d=120.013mm。现按时间顺序，先后抽检20个样组，每组取样5样件。在千分比较仪上测量，比较仪按11.987mm调整零点，测量数据列于例题5.10表中，单位为m。试作出-R图，并判断该工序工艺过程是否稳定。 答：（1）计算各样组的平均值和极差，列于例题5.10表中。（2）计算-R图控制线，分别为： 图 中心线 上控制线 下控制线 R图 中心线 上控制线 下控制线 例题5.10表 测量数据样组号样件测量值R样组号样件测量值Rx1x2x3x4x5x1x2x3x4x51282028141420.81411162114151616.472201520201518512161714151515.4338315181812.4151312121081210.844141515151715.231410107181513.6115131717171315.4415141518241016.2146201014151915.61016191813142417.6117101520101315.41017282520232023.288181820252020.4718181725282121.8119128121518131019202119213022.2111010511159101020182822182021.210（3） 根据以上结果作出-R图，如例题5.10解答图所示。（4）判断工艺过程稳定性由例题5.10解答图可以看出，有4个点越出控制线，表明工艺过程不稳定，应查找出原因，并加以解决。例题5.10解答图 -R5.4 机械加工表面质量基本知识1了解影响机械加工表面粗糙度的工艺因素。掌握影响切削加工和磨削加工表面粗糙度的因素及改善表面粗糙度的方法。2了解影响加工表面层物理、力学性能的因素。掌握影响加工硬化的因素及消除加工硬化的方法；掌握影响表面残余应力的因素及消除表面残余应力的方法；了解磨削表面烧伤、磨削表面裂纹的产生原因及控制措施。3了解加工过程中的振动。理解并掌握机械加工中强迫振动的成因、特点及预防措施；理解并掌握机械加工中自激振动的机理、特点及预防措施。二、习题与思考题提示5.1某车床导轨在水平面内的直线度误差为0.015/1000mm，在垂直面内的直线度误差为0.025/1000mm，欲在此车床上车削直径为60mm、长度为150mm的工件，试估算被加工工件由导轨几何误差引起的圆柱度误差。（提示：垂直方向，可忽略不计，圆柱度误差为0.00225mm。）5.2 在镗床上镗孔时（刀具作旋转主运动，工件作进给运动），试分析加工表面产生椭圆形误差的原因。（提示：圆度误差为：。）5.3 在立式铣床上采用端铣刀对称铣削平面时，若铣刀回转轴线对工作台直线进给运动不垂直，试分析对加工表面精度的影响。提示：在立式铣床上采用端铣刀对称铣削平面时（如题5.3图），若铣刀回转轴线对工作台直线进给运动不垂直，即 0，加工后将造成加工表面下凹的形状误差。由图中关系可得出：式中 B被铣削工件宽度；dc刀尖回转直径。题5.3图5.4 在三台车床上分别加工三批工件的外圆表面，加工后经测量，三批工件分别产生了如题5.4图所示的形状误差，试分析产生上述形状误差的主要原因。（提示：a） 工件刚度，导轨水平方向直线度，毛坯形状误差。b）导轨水平方向与主轴轴线空间相交，前后顶尖刚度不足，导轨扭曲，毛坯形状误差。c）导轨水平方向直线度或与主轴轴线不平行，尾座刚度，毛坯形状误差，刀具热伸长。）题5.4图5.5 在外圆磨床上磨削如题5.5图所示轴类工件的外圆，若机床几何精度良好，试分析磨外圆后A-A截面的形状误差，要求画出A-A截面的形状，并提出减小上述误差的措施。（提示：磨削键槽附近时切削力发生变化引起圆度误差。）题5.5图5.6 已知某车床的部件刚度分别为：=15000N/mm；=8000 N/mm，=12000N/mm。今在该车床上采用前、后顶尖定位车一直径为的光轴，其径向力Fp=4500N，假设刀具和工件的刚度都很大，试求：1）车刀位于尾架处工艺系统的变形量；2）车刀处在工件中点处工艺系统的变形量；3）车刀处在主轴箱端处工艺系统的变形量。完成计算后，画出加工后工件的纵向截面形状。（提示：1）936m；2）720m；3）863m；鞍形。）5.7按题5.7图的装夹方式在外圆磨床上磨削薄壁套筒A，卸下工件后发现工件成鞍形，如题5.7图b所示，试分析产生该形状误差的原因。（提示：工件夹紧变形。）题5.7图5.8 什么是误差复映？什么是误差复映系数？误差复映系数的大小与哪些因素有关？（提示：见教材。）5.9 在车床上车一外径为100mm、内径为90mm、宽为20mm的圆环，用三爪卡盘直接夹住工件外圆，夹紧力为1960N，问因夹紧而产生的工件内孔的圆度误差是多少？ （提示：，；F为夹紧力（N），R为圆环的平均半径(mm)，E为材料的平均弹性模量(N/mm),I为惯性矩()， ，b为圆环宽度（mm），h为圆环壁厚（mm）， K=圆环外径/圆环内径；。）5.10 在车床上精车一批直径为200mm、长为2000mm的长轴外圆。已知：工件材料为45钢；切削用量为：m/min, =3mm, f =0.3mm/r; 刀具材料为YT15。试计算由刀具尺寸磨损引起的加工误差值。（提示：工件两端半径差0.042mm，直径差0.084mm。）5.11在卧式铣床上按题5.18图所示装夹方式用铣刀A铣键槽，经测量发现，工件右端处的槽深大于中间的槽深，且都比未铣键槽前调整的深度浅。试分析产生这一现象的原因。（提示：工艺系统刚度。）题5.11图5.12 如果卧式车床床身铸件顶部和底部残留有压应力，床身中间残留有拉应力，试用简图画出粗刨床身底面后床身底面的纵向截面形状，并分析其原因。（提示：导轨内凹。）5.13 用调整法车削一批小轴的外圆，如果车刀的热变形影响显著，试画出这批工件尺寸误差分布曲线的形状，并简述其理由。（提示：偏正态分布。）5.14 车一批外圆尺寸要求为的轴。已知：外圆尺寸按正态分布，均方根偏差，分布曲线中心比公差带中心大0.01mm。试计算加工这批轴的合格品率及不合格品率。（提示：合格品率97.585%，偏大不合格品率2.28%，偏小不合格品率0.135%，总不合格品率2.415%。）5.15 在自动车床上加工一批轴件，要求外径尺寸为mm，已知均方根偏差，试求此机床的工序能力系数？（答案：0.67。）5.16在两台自动车床上加工同一批小轴零件的外圆，要求保证外圆直径120.02 mm 。在第一台车床加工的工件尺寸接近正态分布，平均值为12.005，均方差为0.004mm 。在第二台车床加工的工件尺寸也接近正态分布，且平均值为12.015，均方差为0.0025。试分析哪台机床本身的精度比较高？计算并比较两台机床加工的不合格品情况，分析减