机械制造工艺学 课件 项目2 机械加工精度分析

项目2机械加工精度分析机械制造工艺学(任务)目录

任务2.1工艺系统制造误差对加工精度的影响1

任务2.2工艺系统受力变形对加工精度的影响2

任务2.3工艺系统热变形对加工精度的影响3任务2.5调整误差的影响因素5任务2.4工件内应力变形对加工精度的影响4任务2.6加工误差的综合分析6机械制造工艺学现对其工艺进行验证，判断工艺过程是否稳定，查明产生加工误差的影响因素，并提出改进措施。项目引入采用球面磨床磨削挺杆的球面Ｃ，技术要求是：球面Ｃ沿边缘Ｂ检查时的轴向圆跳动误差不大于０.０５ｍｍ。机械制造工艺学任务2.1工艺系统制造误差

对加工精度的影响2.1.1认识机械加工精度机械制造工艺学2.1.2加工原理误差原理误差是由于采用了近似的加工运动、近似轮廓形状的刀具或近似的加工方法而产生的原始误差。例如：在车床上车削模数蜗杆

仿形法铣削齿形采用近似的加工原理，一定会产生加工误差，但使得加工成为可能，并且简化了加工过程，使机床结构及刀具形状得以简化，刀具数量大大减少，生产成本降低，生产率有效提高。机械制造工艺学2.1.3机床误差1．主轴回转误差（1）主轴纯径向跳动误差对加工精度的影响

机械制造工艺学机械制造工艺学（2）主轴纯轴向窜动误差对加工精度的影响

机械制造工艺学（3）主轴纯角度摆动误差对加工精度的影响机械制造工艺学（4）影响主轴回转精度的因素及提高回转精度的措施机械制造工艺学

为提高主轴的回转精度，一般从主轴部件和轴承等方面采取措施。①提高主轴部件的制造②对滚动轴承进行预紧

③使主轴的回转误差不反映到工件上机械制造工艺学2．导轨误差（1）导轨在水平面内有直线度误差

机械制造工艺学（2）导轨在垂直面内有直线度误差机械制造工艺学（3）两导轨间有平行度误差机械制造工艺学3．传动链误差为减少传动链误差对加工精度的影响，可采取下列措施。（1）减少传动链中的传动元件数量，缩短传动链，以减少误差来源。（2）提高传动元件，特别是末端传动元件的制造精度和装配精度。（3）传动链齿轮间存在间隙，同样会产生传动链误差，因此需消除间隙。（4）采用误差矫正机构来提高传动精度。机械制造工艺学2.1.4刀具与夹具的制造误差1.刀具的制造误差2．刀具的磨损3．夹具的制造误差与磨损机械制造工艺学任务2.2工艺系统受力变形

对加工精度的影响2.2.1工艺系统刚度由机床、夹具、工件、刀具所组成的工艺系统，是一个弹性系统。机械制造工艺学

所谓刚度是指物体或系统抵抗使其变形的外力的能力。工艺系统的刚度是以切削力和在该方向上所引起的刀具和工件间的相对变形位移的比值来表示的，即K系统=F/y

工艺系统受力变形所产生的加工误差是指在加工过程中刀具相对工件在切削接触点法线方向的相对位移量y，其值的大小与切削力F和工艺系统刚度K系统有关，即y=F/K系统

计算工艺系统刚度就只考虑此方向上的切削分力Fy和y，即K系统=Fy/y系统机械制造工艺学

工艺系统是由机床、夹具、工件、刀具所组成的，因此，工艺系统受力变形总位移y系统是各组成部分变形位移的叠加，即y系统

=y机床

+y刀具

+y工件+y夹具而K机床=Fy/y机床K刀具=Fy/y刀具

K工件=Fy/y工件

K夹具=Fy/y夹具则

也就是说，当知道工艺系统各组成部分的刚度后，就可求出这个工艺系统的刚度。机械制造工艺学以在车床上两顶尖之间加工光轴为例。机械制造工艺学

y系统

=y工件+y机床

=y工件+y头架+（y尾架一y头架）x/L+y刀架

=y工件+（1—x/L）y头架+y尾架

x/L+y刀架y刀架=Fy/K刀架机械制造工艺学2.2.2误差复映现象误差复映的程度以误差复映系数ε表示，其大小可根据系统刚度K系统来计算。Δ工件=y1—y2=（F1—F2）/K系统令

λCpf

0.75

/K系统=ε则

Δ工件=εΔ毛坯

ε=Δ工件/Δ毛坯机械制造工艺学2.2.3惯性力和夹紧力的影响1．惯性力引起的加工误差2．夹紧力引起的加工误差3．重力所引起的加工误差机械制造工艺学任务2.3工艺系统热变形对加工精度的影响2.3.1机床热变形对加工精度的影响

机械制造工艺学2.3.2工件热变形对加工精度的影响

工件的热变形是由切削热引起的，热变形的情况与加工方法和受热是否均匀有关。

轴类零件在车削或磨削时，一般是均匀受热，温度逐渐升高，其直径也逐渐胀大，胀大部分将被刀具切除，待工件冷却后则形成圆柱度和直径尺寸的误差。为减小工件热变形对加工误差的影响，可采取下列措施：①在切削区施加充分的切削液；②提高切削速度或进给量，以减少传入工件热量；③粗、精加工分开，使粗加工的余热不带到精加工工序中；④勿等刀具和砂轮过分磨钝后再刃磨和修正，以减少切削热和磨削热；⑤使工件在夹紧状态下有伸缩的自由（如采用弹簧顶尖等）。机械制造工艺学2.3.3刀具热变形对加工精度的影响①减小刀具伸出长度；②改善散热条件；③改进刀具角度，减小切削热；④合理选用切削用量以及加工时的冷却液，使刀具得到充分冷却等。机械制造工艺学任务2.4工件内应力变形对加工精度的影响2.4.1内应力及其产生原因内应力（又称残余应力），是指当外部载荷去掉以后，仍残存在工件内部的应力。或者说是在没有外力作用时而存在于工件内部的应力。1．毛坯制造中产生的内应力机械制造工艺学2．冷校直产生的内应力3．切削加工产生的内应力机械制造工艺学2.4.2减小或消除内应力的方法①安排热处理工序来消除毛坯和零件粗加工后产生的内应力，对于特别精密的零件，还要进行多次消除内应力的热处理工序。②对于结构复杂、刚度低的零件，将工艺过程分为粗、半精、精三个加工阶段，以减小内应力引起的变形。③严格控制切削用量和刀具磨损，使零件不致产生较大的内应力。④合理设计零件结构，尽量减小各部分厚度尺寸差值，以减小毛坯制造中的内应力。⑤采用无切削力的特种工艺方法，如电化学加工、电蚀加工等。机械制造工艺学任务2.5调整误差的影响因素2.5.1试切法调整1．测量误差2．微量进给的影响3．切削厚度的影响2.5.2按定程机构调整2.5.3用样件或样板调整机械制造工艺学任务2.6

加工误差的综合分析2.6.1加工误差的性质1．系统性误差当顺序加工一批零件时，产生误差的大小和方向若基本保持不变，则称为常值系统性误差；若随加工时间按一定的规律变化，则称为变值系统性误差。以上两类误差均称为系统性误差。2．随机性误差随机性误差又称偶然性误差。在加工一批零件中，产生误差的大小和方向是无规律地变化的。机械制造工艺学2.6.2分布曲线法1．实际分布曲线

采用调整法加工出的一批工件，其尺寸总是在一定范围内变化的，这种现象称为尺寸分散。

尺寸分散范围就是这批工件最大和最小尺寸之差。

以各个组的尺寸间隔宽度（称为组距）为底，以同一尺寸间隔内的零件数量（称为频数m）或以频数与该批零件总数之比（称为频率m／n）为高作出的若干矩形，即为直方图。

以每个区间的中点（中心值）为横坐标，以每组频数或频率为纵坐标得到的一些相应的点，将这些点连成折线，即为分布折线图。

当所测零件数量足够多，尺寸间隔很小时，此折线便非常接近于一条曲线，这就是实际分布曲线。机械制造工艺学表2-1所示为一批

mm活塞销孔镗孔后孔径的测量数据统计，由据此绘制其直方图和分布折线图，如图2-30所示。机械制造工艺学2．直方图和分布折线图的绘制方法（1）收集数据

（2）分组

（3）计算组距h（4）计算组界

各组组界

各组中心值（5）统计频数mi，计算频率mi/n（6）绘制直方图和分布折线图。机械制造工艺学3．正态分布曲线（1）正态分布曲线的方程式机械制造工艺学正态分布曲线下面所包含的全部面积代表了全部工件，即100%。图2-31中阴影部分面积F为尺寸从

到X间的工件频率。机械制造工艺学（2）正态分布曲线的特点机械制造工艺学例2-2

已知σ=0.005mm，零件尺寸公差T=0.02mm，且公差对称于分散范围中心，X=0.01mm，试求此时的废品率。解：Z=

X/σ=0.01/0.005=2查表2-2得当Z=2时，2Φ（Z）=0.9544故废品率为[1－2Φ（Z）]×100%=[1－0.9544]×100%=4.6%例2-3车削一批轴的外圆，其图样规定的尺寸为mm，根据量结果，此工序的分布曲线按正态分布，其σ=0.025mm，曲线的顶峰位置与零件尺寸公差中心相差0.03mm，偏于右端，试求其合格率和废品率。机械制造工艺学4．非正态分布机械制造工艺学5．正态分布曲线的应用（1）计算合格率和废品率（2）判断加工误差的性质

（3）判断工序的工序能力能否满足加工精度的要求Cp

=T/6σ机械制造工艺学2.6.3点图法1．点图的形式（1）个值点图机械制