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1、机械制造工艺学教师：马丽心哈尔滨商业大学轻工学院一 重新认识机械制造业n 机械制造是一门有着悠久历史的学科，是国家建设和社会发展的支柱学科之一。n 机械制造已经不是传统意义上的机械制造，即所谓的机械加工。它是集机械、电子、光学、信息科学、材料科学、生物科学、激光学、管理学等最新成就为一体的一个新兴技术与新兴工业。n 1、什么是工艺？使事物按照一定的经验、规律、次序和方法进行，是一种人为所规定的事物演变过程。n 2、机械制造工艺使各种原材料、半成品成为机械产品的过程。它既是构思和想法，又是实际的方法和手段，并落实在由工件、刀具、机床、夹具所构成的工艺系统中。所以它包含和涉及的范围很广，需要多门学
2、科知识的支持，同时又和生产实际联系十分紧密。二 本课程研究的对象和任务3、机械制造工艺学的研究对象(1)研究如何科学地、最优地生产各种机械装备、机械产品的一门技术学科。(2)研究在机械制造(机械制造广义包括：铸造、锻、焊、热处理，机械加工、机械装配）中优质、高产、低耗地生产机械装备的原理和方法的科学。即从质量（精度、寿命）、劳动生产率（先进的工艺方法和装备、先进的生产组织和管理方法）、经济性（通过经济分析或经济论证加以确定）方面控制机械制造。这三方面是企业的核心和灵魂。因此企业制造常以工艺作为突破口。4、工艺与设计、制造的关系 只有掌握工艺知识，才能得到经济、合理、可行的设计方案，才能能保证方
3、便、经济、高效、高质地制造产品。5、本课程的任务1)掌握工艺的基本理论、掌握机械加工和装配工艺规程制定的原则、步骤和方法，结合具体条件制定出工艺上可行、经济上合理的工艺规程；2)了解影响加工质量的各项因素，学会分析研究加工质量的方法；3)掌握机床夹具设计的原理和方法；4)了解当前制造技术的发展，培养学生具有善于分析、总结实际生产中的先进经验，善于分析地吸收国内外新技术、新工艺和新方法，并应用于解决实际问题的能力；5)培养学生对具体工艺问题进行综合分析和试验的科学方法，并能对具体问题提出保证或改善产品质量、提高生产效率和降低产品成本的工艺路线。三、本课程的特点及学习方法1 课程的特点2 学习方法
4、(1)理论联系实际，具体问题具体分析，不能死记；结合实际分析问题；(2)钻研基本内容，理解问题的实质和概念，认真对待练习，掌握基本规律，做到举一反三；(3)掌握知识的同时，注意能力的培养。n 现场实践性n 分析对比性n 技术测量性n 结构工艺性第1章加工精度1.1.1 加工精度与加工质量1加工精度与加工误差加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状及各表面相互位置等参数）与理想几何参数的符合程度。符合程度越高，加工精度就越高。反之，越低。加工误差是指零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度，所以，加工误差的大小反映了加工精度的高低。满足使用要求前提下，加工精度愈低愈有利于制造。1
5、.1加工精度概述2质量内容设计质量:反映用户希望，使用条件、操作习惯、心理。制造质量:(1)零件质量:几何方面-尺寸、形状、位置、表面粗糙度。物理方面-材质、强度、刚度、金相组织、表层性能。(2)装配质量:各装配间隙与过盈，工作精度，噪声等。(3)外观质量:操作舒适，美观，包装。(4)环保要求:在现代社会特别强调环境保护，在产品设计、制造以至于 产品报废后零部件的拆卸和回收，都要考虑 环保的要求。服务质量:有使用、保养说明书,是否实行三包。n 1.1.2 获得加工精度的方法n 一 获得尺寸精度的方法1试切法n 边加工边测量，直到达到加工精度要求。如图5-1所示，在车床上用试切法车外圆，先在工件
6、上车出35mm长，停车测量，补充调刀，合格后自动走刀车完全程。特点 n 1）多次走刀、停车、测量，生产率低。n 2）加工精度取决于操作者水平。用于单件小批生产。n 2调整法（定程法）（图5-2）n 先用试切法或用样板、样件、对刀元件等确定刀具、夹具与工件之间的位置。对一批工件进行加工，中间只装夹工件，抽样检测。直到超差时才补充调刀。特点n 1）安装、加工都简单，生产率高，加工质量易于保证。n 2）对操作者技术水平要求不高。用于大批量生产。n 3定尺寸刀具法n 采用一定精度的定尺寸刀具进行加工。如采用钻头、扩孔钻、双刃镗刀（图5-3）、铰刀、拉刀加工孔；用丝锥、板牙加工螺纹；键槽铣刀加工键槽等等
7、。特点:工件精度取决于刀具本身的精度。n 4自动获得法（主动测量法）n 1）自动测量把检测、调整、切削等机构组成一个系统，控制工件尺寸。n 2）数字控制把进刀量、工作台位移量数字脉冲化，以信号控制切削过程。用于数控机床。（图5-4）特点:可与流水线、自动线配合，加工精度与生产率高。n 二获得形状精度的方法n 1轨迹法:依靠刀具与工件之间的相对运动轨迹获得工件的形状。如车外圆、车锥体（图5-5）、刨削、端铣、靠模仿形加工等。n 2成形法:利用刀具刃口形状获得工件的形状精度。如利用成形车刀车球面(图5-6），利用成形刨刀刨工件的成形面，拉削成形面，切螺纹等。n 3展成法:利用刀具与工件之间严格的啮
8、合运动形成的包络线形成工件的形状。如滚齿（图5-7）、插齿等。n 获得位置精度的方法有两种：一次安装法和多次安装法。n 1一次安装法n 在一次安装中把位置精度要求高的表面加工出来（图5-8），主要靠机床各部件之间的位置精度来保证。n 如在一次安装中车削齿坯端面、外圆和内孔，以保证工件端面与孔轴线的垂直度、外圆与孔的同轴度。三获得位置精度的方法图5-8 一次安装法n1.1.3 研究加工精度的方法n 一 误差因素分析法n 利用因果图（鱼刺图）进行测试、分析、计算，找出导致误差主要因素。如图5-10所示，某厂生产车床，加工尾座孔时发现出现锥度超差，为了找出致差原因，列出了可能导致这一误差的所有项目，
9、然后逐个排除，找出原因。n 二 统计分析法n 利用统计分析原理对测试结果进行处理，找出误差规律。n 1 分布曲线法（图5-11）一批工件加工完后进行测量，利用测量数据作出分布曲线，对加工精度进行分析，求出合格率和废品率及中心偏移量,指导以后加工。n 2 点图法（图5-12）n 边加工、边间歇抽样检测，以抽样组平均尺寸为纵座标，以组序号为横座标作出工件尺寸的分布点，对工件精度进行分析，平行指导加工过程，可建立无废品系统。n 1找出主要致差因素后，可按下式进行合成求出系统综合误差：n 2当各个因素呈现函数关系时可对各误差因素求偏导数，以全微分表示误差的关系：误差合成计算公式n 1.1.4 加工误差
10、的来源n 1产品的制造过程加工精度是在生产过程中获得的，误差是在加工过程中形成的，所以致差原因及其对策要到制造过程中去找（图5-13）2十大原始误差n 在机械加工中，机床、夹具、刀具和工件组成了工艺系统。工艺系统产生的误差称为原始误差。归纳起来可分为十大误差：n 1加工原理误差；n 2工件安装误差；n 3机床制造误差与磨损；n 4夹具误差；n 5刀具制造误差与磨损；n 6工艺系统受力变形；n 7工艺系统受热变形；n 8工件内应力引起的变形；n 9度量误差；n 10调整误差。n 下面分别讲解这些误差对加工精度的影响。图5-13 产品的制造过程返回n 1.2 工艺系统几何误差及原理误差n 1.2.
11、1 原理误差（方法误差）n 利用近似的加工运动或近似的刀具轮廓进行加工，形成的误差称为原理误差。又称理论误差。n 理论上完全正确的加工方法，或很难实现；或机床结构复杂，刚度差，制造精度低；或加工效率低；或理论刀具难以制造，精度低。虽然有时机床和刀具符合理论，其加工精度反而比采用近似的还低。所以，只要加工误差不超过零件的公差要求，理论近似的机床和刀具是可用的例1 铣制齿轮（图5-14）n 用模数铣刀铣齿轮时，因为齿形是基圆半径的函数，同模数，齿数不同，渐开线形状也不一样。即每种模数、每种齿数都应有相对应的铣刀。这是一个排列组合问题，数量大得无法办得到。实际上每种模数用815把刀管所有的齿数。必然
12、带来误差。图5-14 铣制齿轮n 例2滚切齿轮（图5-15）n 渐开线齿形理想表面为连续的渐开线，但是，由于滚刀刀齿不连续（若连续即为普通蜗杆，无切削能力）,使每个刀齿之间总有一定距离。所以齿形实际上是一系列的折线组成的。图5-15 滚切齿轮n 例3车制蜗杆（图5-16)n 在车床上车制蜗杆时，机床挂轮比i=i1*i2*i3=P/T=m/T，式中为无理数，不可能有精确值。必然导致工件误差。n P工件蜗杆导程n m蜗轮模数，n T车床丝杆螺距图5-16 车制蜗杆机床几何误差机床传动链误差机床主轴回转误差机床导轨误差轴向窜动径向跳动角度摆动水平面内直线度垂直面内直线度前后导轨的平行度内联传动链始末
13、两端传动元件间相对运动误差1.2.2机床几何误差机床主轴的回转运动误差1主轴回转运动误差的概念 理想回转中心：机床主轴做回转运动时，主轴的各个截面必然有它的回转中心，在主轴的任一截面，主轴回转时若只有一点速度始终为零，则这一点即为理想回转中心。瞬时回转中心：主轴在实际回转过程中，在一个位置或时刻的回转中心，称为瞬时回转中心，主轴各截面瞬时回转中心的连线叫瞬时回转轴线。主轴的回转运动误差：是 指 主 轴 的 瞬 时 回 转 轴 线 相 对 其 平 均 回 转轴 线(瞬 时 回 转 轴 线 的 对 称 中 心)，在 规 定 测 量 平 面 内 的 变 动 量。变 动 量 越小，主轴回转精度越高；反
14、之越低。端面跳动（轴向漂移）瞬时回转轴线沿平均回转轴线方向的轴向运动。它主要影响端面形状和轴向尺寸精度。径向跳动（径 向 漂 移）瞬 时 回 转 轴 线 始终 平 行 于 平 均 回 转 轴 线 方 向 的 径 向 运 动。它主要影响圆柱面的精度。角度摆动（角 向 漂 移）瞬 时 回 转 轴 线 与平 均 回 转 轴 线 成 一 倾 斜 角 度，但 其 交 点 位 置固 定 不 变 的 运 动。在 不 同 横 截 面 内，轴 心 运动 误 差 轨 迹 相 似，它 影 响 圆 柱 面 与 端 面 加 工精度。注意：实际中常是这几种误差的合成2主轴回转运动误差的形式 车间所有机床，我们分为：工件回
15、转类刀具回转类误差敏感方向不变镗床镗床 车床车床加工时误差敏感方向和切削力方向随主轴回转而不断变化3主轴回转误差对加工精度的影响车床加工：工件回转，刀具移动 此时，主轴的纯径向跳动对车削加工工件的圆度影响很小。a车削时纯径向跳动对加工精度的影响主轴的纯径向跳动对车削和镗削加工精度的影响A AROm11，AcosO234ORsin(A+R）cos 镗孔时纯径向跳动对加工精度的影响镗削加工：镗刀回转，工件不转，镗出的孔为椭圆形。轴向窜动对车、镗削加工精度影响a主轴轴向窜动对端面加工精度的影响b螺距误差角度摆动对车、镗削加工精度影响 主轴纯角度摆动对镗孔精度的影响主轴的误差轴承的误差轴承的间隙与轴承
16、配合零件的误差主轴系统的径向不等刚度和热变形等4 影响主轴回转运动误差的主要因素 对于不同类型的机床，其影响因素也各不相同5提高主轴回转精度的措施(1)提高主轴部件的制造精度提高轴承的回转精度选用高精度的滚动轴承采用高精度的多油楔动压轴承采用高精度的静压轴承提高轴承组件的接触刚度提高箱体支承孔的加工精度主轴轴颈的加工精度与轴承相配合表面的加工精度 常采用两个固定顶尖支承，主轴只起传动作用。工件的回转精度完全取决于顶尖和中心孔的形状误差和同轴度误差，而提高顶尖和中心孔的精度要比提高主轴部件的精度容易且经济得多。如下图(2)对滚动轴承进行预紧可消除间隙；增加轴承刚度；均化滚动体的误差(3)使主轴的
17、回转精度不反映到工件上YYoDR水平面导轨水平面内直线度图49 导轨在水平面内直线度误差 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 一 机床导轨误差的各种形式（1）导轨在水平面内直线度误差的影响机床导轨误差垂直平面导轨垂直面直线度ZDRZ图410 导轨在垂直面内直线度误差RD/2（2）导轨在垂直面内直线度误差的影响设：Z=Y=0.01mm，R=50mm，则由于法向原始误差而产生的加工误差 R=Y=0.01mm,由于切向原始误差产生的加工误差 R Z2/d=0.000001mm 此值完全可以忽略不计。由于Z2数值很小，因此该误差对工件的尺寸精度和形状精度影响甚小。对
18、平面磨床，龙门刨床及铣床等，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：图 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（3）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，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）从图可知，车床前后导轨扭曲的最终结果反映在工件上，于是产生了加工误差y。从几何关系中可得出：yH/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。车床导轨扭曲对 工件形状精度影响 以磨
19、床为例,设机床中心高为H，导轨宽度为B，则扭曲引起工件直径的变化量为y（磨床H=B）水平面不平行 垂直面内不平a)车成锥体b)车成双曲线体图5-22 导轨误差导致的误差导轨与主轴不平行 以车削为例，导轨在水平面不平行,将导致工件车成锥体。导轨在垂直面内不平行，将使工件车成双曲线回转体。（见图5-22）1 选择合理导轨形状和组合形式n 机床导轨的形状很多，如矩形、三角形、燕尾形等；导轨的组合形式也很多，如双矩形、双三角形、矩形与三角形等。其中以90的双三角形导轨的直线运动精度及精度保持性较好。这种导轨的磨损主要在垂直方向上，对一些在垂直方向不敏感的机床如车床，可以长期保持原始精度。二 提高机床导
20、轨精度的措施n 机床传动链误差n 一 机床的传动链误差的影响n 在需要保持工件与刀具严格的运动关系的内联系传动中，必须严格控制传动链首末端件的相对运动误差，特别是末端件的精度。如车螺纹、铣螺旋槽、滚齿、插齿等等，都要求保持工件与刀具严格的运动关系。n 2提高机床导轨的制造精度和配合件接触精度。对于高精度的机床导轨，还要安排刮研。n 3采用均化误差、防止导轨磨损的静压导轨或贴塑导轨（聚四氟乙烯，消除爬行现象）二 提高机床导轨精度的措施n 例如：在车床上加工丝杆，若第一齿轮有转角误差1，试分析对工件螺距误差的影响。（见图5-26）解：i=Z1/Z2=1/2=n2/n1n 5=i4i3i2i1 1n
21、 T/2=P/5 P=T/2(i4i3i2i1 1)n 二 减少传动链误差的措施实际上，各个齿轮和机床丝杆都有误差。为减少传动误差可采取以下措施：1、传动比i1，即采用降速设计，最大降速比应放在最后，以便减少误差。2、传动链愈短愈好。数控机床之所以精度高，传动链比普通机床短，是其重要原因之一。3、提高传动元件的精度，特别是末端件的精度。4、采用误差补偿机构。人为加入一大小相等、方向相反的误差去抵消它，如校正尺。式中：T机床丝杆螺距；P工件螺距误差；i传动比。刀具误差一般刀具定尺寸刀具成形刀具展成法刀具 如普通车刀、单刃镗刀和面铣刀等的制造误差对加工精度没有直接影响，但磨损后对工件尺寸或形状精度
22、有一定影响 定尺寸刀具（如钻头、铰刀、圆孔拉刀等）的尺寸误差直接影响被加工工件的尺寸精度。刀具的安装和使用不当，也会影响加工精度。成形刀具（如成形车刀、成形铣刀、盘形齿轮铣刀等）的误差主要影响被加工面的形状精度 展成法刀具（如齿轮滚刀、插齿刀等）加工齿轮时，刀刃的几何形状及有关尺寸精度会直接影响齿轮加工精度1.2.3工艺系统其它几何误差n 一 刀具制造误差对加工精度的影响n 可调刀具因磨损后可调整进刀量进行补偿,所以无直接影响（如车刀、刨刀、单刃镗刀等）。n 不可调刀具定尺寸刀具：如钻头、铰刀、拉刀等；成形刀具：如圆球车刀、模数铣刀等；展成法刀具：如齿轮滚刀、插齿刀等这三类刀具的制造误差对加工
23、精度都有直接影响。n 二 刀具磨损误差对加工精度的影响n 刀具在调定后，加工过程中产生磨损，无论是可调刀具还是不可调刀具，对加工精度都有影响。n 特别是可调性单刃刀具，耐用度都比较低，自动化机床在刀具调好后，往往加工成批零件，若不注意，将造成大批废品。刀具误差夹 具 误 差（制造误差与磨损）夹具的误差主要有：1）定位元件、刀具导向元件、分度机构、夹具体等零件的制造误差。2）夹具装配后，以上各种元件工作面间的相对尺寸误差。3）夹具在使用过程中工作表面的磨损例中以钻模套作刀具导引件，引导钻头加工孔，保证两孔的位置精度与孔距精度。若定位销和挡块磨损较大，连杆的位置将发生偏斜。引起钻孔后孔的轴线也偏斜
24、。若钻套磨损较大，孔距误差将增大，轴线也可能偏斜，钻出的孔不平行。结论：在大批量生产中，应严格控制夹具的制造误差与磨损，尤其是定位元件与刀具导引件。夹具的相关公差应取工件公差的1/31/5。测量误差（1）量具、量仪和测量方法本身的误差（2）环境条件的影响（温度、振动等）（3）测量人员主观因素的影响（视力、测量 力大小、对比标准及运算等）（4）正确选择和使用量具，以保证测量精度（5）单次测量的误差n合理选择测量工具与测量方法，合理使用测量工具，尽可能满足阿贝原则测量误差调整误差试切法调整定程机构调整样板、样件调整安装调整 大批量生产时常采用行程挡块、靠模、凸轮作为定程机构，其制造精度和调整精度产
25、生调整误差样件、样板的制造精度和安装精度、对刀精度产生调整误差测量误差进给机构位移误差（爬行现象）加工余量的影响（余量很小时，刀刃打滑）调整误差：加工时机床、夹具、刀具、工件的相对位置未调准确而产生的误差，主要产生于调整法加工。1机床上安装夹具、工件、刀具，确定它们与机床的位置；2调整刀具与工件定位基准的距离；3试切工件检查尺寸，反复调整合格。调整误差工艺系统：机床、夹具、工件、刀具外力：切削力、传动力、惯性力、夹紧力、重力产生加工误差破坏了刀具、工件间相对位置1.3工艺系统受力变形引起的加工误差工艺系统受力变形现象 受力变形对工件精度的影响 a)车长轴 b）磨内孔1.3.1工艺系统的刚度1.
26、工艺系统刚度的概念工艺系统整体抵抗其变形的能力。其大小为：作用在物体上的外力Fp与由此引起的该方向上的位移yxt的比值，即kxt=Fp/yxt负 刚 度 现 象刀架系统在Fp力作用下引起同向变形y，图a）若出现变形方向与Fp方向不一致的情况，如Fp与yxt方向相反，工艺系统就处于负刚度状态。在Fc力作用下引起的变形y与Fp方向相反，图b）负刚度现象对保证加工质量是不利的，此时车刀的刀尖将扎入工件（扎刀）的外圆表面，引起刀具的破损和振动，应尽量避免。注意：这里变形yxt是总切削力的三个分力Fc、Fp、Ff综合作用的结果。2、系统刚度与环节刚度 工艺系统的刚度是由组成工艺系统各部件的刚度决定的。工
27、艺系统的总（位移）变形量为：yxt=yjc+ydj+yjj+ygjkxt=Fp/yxt，kjc=Fp/yjc，kdj=Fp/ydj,kjj=Fp/yjj，kgj=Fp/ygj 工艺系统刚度的一般式为：kxt=1/(1/kjc+1/kdj+1/kj+1/kgj)（1）机床部件刚度的特点1）外力Fp与刀架变形ydj不是线性关系。2）加载曲线与卸载曲线不重合。3）加载曲线与卸载曲线不封闭（卸载后 由于存在残余变形，曲线回不到原点）。4）部件的实际刚度远比按实体结构的估计值小。车床刀架部件的刚度曲线一次加载 二次加载 三次加载图中是以Fp为纵坐标，刀架变形ydj为横坐标的某车床刀架部件的刚度实测曲线。
28、实验中进行了三次加载卸载循环，由图可以看出，机床部件的刚度曲线有以下特点：（2）影响机床部件刚度的因素 连接表面间的接触变形薄弱零件本身的影响接合面间的间隙接合面间摩擦力的影响机床部件刚度的薄弱环节 a)溜板中的楔铁 b)轴承套两零件结合面间的接触情况1.3.2工艺系统受力变形对加工精度的影响 1、切削力作用位置变化引起的加工误差1）车短轴 在车床顶尖间车削粗而短的光轴，由于车刀和工件变形极小，此时，工艺系统的总变形完全取决于主轴箱、尾座(包括顶尖)和刀架的变形。2）车细长轴 在两顶尖间车削细长轴，由于工件细长、刚度小，在切削力作用下其变形大大超过机床、夹具和刀具所产生的变形。因此，机床、夹具
29、和刀具的受力变形可略去不计，工艺系统的变形完全取决于工件的变形。2、切削力 大小变化引起的加工误差（误差复映）n 加工中发现，毛坯横截面若有椭圆形误差，想车成圆形，走一次刀后测量，工件还是椭圆形。毛坯的轴向若为阶梯形，想车成光轴，走一次刀后发现，工件还是阶梯形。毛坯误差依然存在，只不过误差的大小不同。毛坯误差按递减规律传给工件叫毛坯误差复映规律。3、切削过程中受力方向变化引起的加工误差1）由于传动力引起的误差 图 单爪拨盘传动下工件的受力分析2）由于惯性力引起的误差 在车床或磨床类机床上加工轴类零件时，常用单爪拨盘带动工件旋转。在单爪拨盘传动下车削出来的工件是一个正园柱，不产生加工误差。4、工
30、艺系统其它外力作用引起的加工误差1）由于机床部件或工件本身重量以及它们在移动中位置变化而引起的加工误差 机床部件自重引起地横梁变形 套筒夹紧引起变形误差 工件 开口过渡环2）由于夹紧力引起的加工误差 薄片工件的磨削a毛坯翘曲 b电磁工件台吸紧 c磨后松开，工件翘曲d磨削凸面 e磨削凹面 f磨后松开，工件平直铣削连杆端面时，F直接加在杆身上，由于杆身刚度差，夹紧后两头上翘，用铣刀加工平以后，松开工件，弹性恢复，引起两孔端面不平行夹紧力的作用点选择通过提高导轨等结合面的刮研质量、形状精度并降低表面粗糙度，都能增加接触面积，有效地提高接触刚度。预加载荷，也可增大接触刚度加工细长轴时，采用中心架或跟刀
31、架来提高工件的刚度。采用导套、导杆等辅助支承来加强刀架的刚度。对刚性较差的工件选择合适的夹紧方法，能减小夹紧变形，提高加工精度 采用塑料滑动导轨，其摩擦特性好，有效防止低速爬行，运行平稳，定位精度高，具有良好的耐磨性、减振性和工艺性。此外，还有滚动导轨和静压导轨。（1）提高接触刚度（2）提高零部件刚度减小受力变形（3）合理安装工件减小夹紧变形4减少摩擦防止微量进给时的“爬行”5、减小工艺系统受力变形的措施（5）合理使用机床（6）合理安排工艺，粗精分开（7）转移或补偿弹性变形（8）减少工艺系统受力变形1.4工艺系统热变形引起的加工误差1.4.1 概 述 1.工艺系统的热源电机、轴承、齿轮、油泵等
32、工件、刀具、切屑、切削液气温、室温变化、热、冷风等热源切削热摩擦热外部热源内部热源环境温度热辐射日光、照明、暖气、体温等 2.工艺系统的热平衡热 平 衡当单位时间内传入和散发的热量相等时，工艺系统达到了热平衡状态。1.4.2 机床热变形对加工精度的影响1.车、铣、钻、镗类机床主轴箱中的齿轮、轴承摩擦发热、润滑油发热。2.龙门刨床、牛头刨床、立式车床类机床导轨副的摩擦热3.各 种 磨 床（P195）主要热源是砂轮架、头架和液压系统及冷却液。牛头刨床滑枕热变形升降台铣床外圆磨床砂轮架的热变形使主轴向工件靠近，热变形使工件轴线与砂轮轴线不平行（图5-50)。导致工件产生圆柱度误差。圆台平面磨床易使立
33、柱弯曲，（图5-51)导致砂轮主轴与工作台产生垂直度误差；矩台平面磨床易使导轨面上凸。都会导致工件产生平面度误差。n 大型机床如龙门刨、龙门铣、立式车床、导轨磨床等，不仅其内部热源影响大，环境热的影响也大。因为这类机床的尺寸都很大，稍有温差就会带来较大的变形。n4 大型机床热变形对加工的影响 1.4.3 工件热变形对加工精度的影响1.工件均匀受热 L=L t式中 工件材料的热膨胀系数，单位为1/；L工件在热变形方向的尺寸，单位为mm；t工件温升，单位为。例如：在磨削400mm长的丝杠螺纹时，每磨一次温度升高1，则被磨丝杠将伸长L=1.1710-54001mm=0.0047mm而5级丝杠的螺距累
34、积误差在400mm长度上不允许超过5m左右。因此，热变形对工件加工精度影响很大。2.工件不均匀受热热变形温度试验机1.4.4 刀具热变形对加工精度的影响图示P197为车削时车刀的热变形与切削时间的关系曲线。A 车刀连续工作时的热伸长曲线；B 切削停止后，车刀温度下降曲线C 间断切削的热变形。1.4.5 减少工艺系统热变形的主要途径1减少发热和隔离热源 分离热源、采用隔热措施，改善摩擦条件，减少热量产生，如图所示。有时可采用强制冷却法，吸收热源热量，控制机床温升和热变形。合理安排工艺、粗精分开。1)采用热对称结构2)合理选择机床零部件的安装基准(图7-35)寻求各部件热变形的规律建立热变形位移数
35、字模型并存入计算机中进行实时补偿加工前使机床高速空转，达到热平衡时再切削加工1）减小温差；2）均衡关键件的温升，避免弯曲变形恒温车间、使用门帘、取暖装置均匀布置；恒温精度一般控制在1以内，精密级较高的机床为0.5。恒温室平均温度一般为20，在夏季取23，在冬季可取172均衡温度场3改进机床布局和结构设计4保持工艺系统的热平衡5控制环境温度6.热位移补偿采用隔热罩减少热变形 用热空气均衡立柱前后壁的温度场工件与刀具的热变形属于系统误差，可经过计算进行补偿和修正，而机床的热变形是较为复杂的。车床上主轴箱两种结构的热位移1.5 工件残余应力引起的加工误差什么是残 余 应 力n残余应力是指在没有外部载
36、荷的情况下，存在于工件内部的应力，又称内应力。产生原 因残余应力是由金属内部的相邻宏观或微观组织发生了不均匀的体积变化而产生的，主要来自热加工或冷加工。切削加工磨削加工产生内应力原因毛坯制造热处理冷校直减少内应力引起变形的措施1合理设计零件结构应尽量简化结构，减小零件各部分尺寸差异，以减少铸锻件毛坯在制造中产生的残余应力。2增加消除残余应力的专门工序对铸、锻、焊接件进行退火或回火；工件淬火后进行回火；对精度要求高的零件在粗加工或半精加工后进行时效处理（自然、人工、振动时效处理）“车工怕细长、磨工怕薄片”。如细长轴加工采用跟刀架防止工件弯曲变形，采用反拉法切削不限制工件热伸长，改进刀具角度和切削
37、用量，采用大前角和大主偏角，小切深、大进给量 98一、减少误差法二、误差补偿法误差补偿法是人为地造出一种新的原始误差，去抵消原来工艺系统中存在的原始误差，尽量使两者大小相等、方向相反而达到使误差抵消得尽可能彻底的目的。如图7-39、图7-40三、误差分组法误差分组法是把毛坯或上工序加工的工件尺寸经测量按大小分为n组，每组尺寸误差就缩减为原来的1/n。然后按各组的误差范围分别调整刀具位置，使整批工件的尺寸分散范围大大缩小。图738 反拉法切削细长轴p212 a)正向进给 b)反向进给图739 通过导轨凸起补偿横梁变形 图740 螺纹加工校正机构1工件2丝杠螺母 3车床丝杠 4杠杆 5校正尺 6滚
38、柱 7工作尺面四、误差转移法误差转移法就是把原始误差从误差敏感方向转移到误差的非敏感方向。转塔车床的转位刀架采用“立刀”安装法;p214，102五、就地加工法机床中有些关键部件其组成零件数较多，装配完后往往精度难以达到要求。若在半精加工时留有一定的加工余量，留待装配后利用机床自己装上刀具加工一下，这就是“就地加工”法，也称自身加工修配法。龙门刨、龙门铣的工作台六、误差均分法误差均分法就是利用有密切联系的表面之间的相互比较和相互修正或者利用互为基准进行加工，以达到很高的加工精度。103n 如在横梁上加一附加梁承担铣头重量，变形主要在附加梁上，减少主梁的变形。（左图）n 又如，利用双镗模支承镗孔，
39、使机床主轴的误差不影响工件的加工精度。（右图）1011.3.1加工误差的性质及分类常值误差变值误差加工一批工件时，误差的大小和方向保持不变者。如原理误差和机床、刀具、夹具的制造误差，一次调整误差以及工艺系统因受力点位置变化引起的误差.加工一批工件时，误差的大小和方向呈有规律变化者。如由于刀具磨损引起的加工误差，机床、刀具、工件受热变形引起的加工误差等。加工误差随机误差系统误差加工一批工件时，误差的大小和方向呈无规律变化。如加工余量不均匀或材料硬度不均匀引起的毛坯误差复映，定位误差及夹紧力大小不一引起的夹紧误差，多次调整误差，残余应力引起的变形误差等.1.3加工误差的综合分析 加工误差的统计分析
40、法就是以生产现场对工件进行实际测量所得的数据为基础，应用数理统计的方法，分析一批工件的情况，从而找出产生误差的原因以及误差性质，以便提出解决问题的方法。一 分布曲线法1.实际分布图直方图 1.3.2 加工误差的统计分析方法在机械加工中，采用的统计分析法主要有分布图分析法和点图分析法。4）统计频数分布5）绘制直方图 按表列数据以频率密度为纵坐标，组距为横坐标画出直方图3）确定组距组界及分组2）分组将抽取的样本数据分成若干组1）收集数据 在一定的加工条件下，按一定的抽样方式抽取一个样本（即抽取一批零件），样本容量（抽取零件的个数）一般取100件左右，测量各零件的尺寸，并找出其中的最大值xmin和最
41、小值xmin。（1）直方图的作法与步骤例1在磨床上加工一批销轴，抽检100件以0.002mm为组距分成10组作出分布表，组界为横坐标，频率密度为纵坐标，便可绘出直方图。组界频数频率频率密度-22-2030.030.015-20-18120.120.06-18-16370.370.185-16-14350.350.175-14-12110.110.055-12-1020.020.010精镗活塞销孔，图纸要求：抽取工件100个，经测量：max=28-0.005mm，min=28-0.017mm，最大尺寸与最小尺寸之差即为分散范围，27.955-27.983=0.012mm=12m，按实测尺寸的大小
42、顺序分成六组，统计每组的工件数，将所得的结果列表。当零件数量增加，分组数增多，直方图变为实际分布曲线。（2）直方图的观察与分析1）尺寸分散范围小于允许公差T，且分布中心与公差带中心重合，则两边都有余地，不会出废品。2）若工件尺寸分散范围虽然也小于其尺寸公差带T，但两中心不重合（分布中心与公差带中心），此时有超差的可能性，应设法调整分布中心，使直方图两侧均有余地，防止废品产生。3）若工件尺寸分散范围恰好等于其公差带T，这种情况下稍有不慎就会产生废品，故应采取适当措施减小分散范围。4）若工件尺寸分散范围大于其公差带T，则必有废品产生，此时应设法减小加工误差或选择其它加工方法。当采用该曲线代表加工尺
43、寸的实际分布曲线时，各参数的意义：y 分布曲线的纵坐标，表示工件的分布密度（频率密度）；x分布曲线的横坐标，表示工件的尺寸或误差；n一批工件的数目（样本数）。工件的平均尺寸（分散中心），一批零件的均方根差，（1）正态分布曲线方程2.理论分布图正态分布曲线 曲线技术特征：1）单峰中凸，反映绝对值愈小的误差出现的概率愈大，即工件处于公差带中间的件数多，处于上下限附近的极少；2）对称,说明了等值异号的误差出现的概率相等；3）定宽,反映实际尺寸不超过某一范围，可以近似认为在3内。算术平均值（2）正态分布曲线的特征参数正态分布曲线的特征参数有两个，即和是确定曲线位置的参数。它决定一批工件尺寸分散中心的坐
44、改变时，整个曲线沿轴平移，但曲线形状不变。使 产生变化的主要原因是常值系统误差的影响。标位置。若 正态分布曲线及其特征（3）正态分布曲线的特点曲线对称于直线曲线与x轴围成的面积代表了一批工件的全部，即100%，其相对面积为1。在3范围内，曲线围成的面积为0.9973。实际生产中常常认为加工一批工件尺寸全部在3 范围内，即：正态分布曲线的分散范围为3，工艺上称该原则为6准则。3（或6）的概念在研究加工误差时应用很广。6的大小代表了某种加工方法在一定的条件（如毛坯余量、机床、夹具、刀具等）下所能达到的加工精度。所以应保证：6T使6小于公差带宽度T，才能可靠地保证加工精度。3.非正态分布曲线 1）锯
45、齿形 图例a。测量方法不当或读数不准，或数据分组不当。2）对称性 图例b。属正常图形。3）偏向形 图例c。工艺系统产生显著的热变形，如刀具受热伸长会使加工的孔偏大，图形右偏；使加工的轴偏小，图形左偏，或因为操作者加工习惯所致。有时端跳、径跳等形位误差也服从这种分布。4）孤岛形 图例d。加工条件有变动，或有毛刺。5）双峰形 图例e。产生这种图形的主要原因可能是经过两次不同的调整加工的工件混在一起。6）平顶形 图例f。生产过程中某种缓慢变动倾向的影响，如加工中刀具的显著磨损。4.分布曲线法的应用 在某台车床上加工一批直径为30mm的轴，上偏差为0，下偏差为-0.14，已知机床的标准差=0.03mm
46、。机床调整时，按设计平均尺寸29.93mm调整刀具位置，不计调整误差。由于工件尺寸分散范围6=0.18mm大于公差范围0.14mm，必有一些工件的实际尺寸超过极限尺寸成为废品。绘出正态分布曲线及公差范围，由于不考虑调整误差，分散范围中心与公差范围中心重合，相对基本尺寸均为-0.07mm。由于右边涂黑部分的废品，其实际尺寸大于最大极限尺寸，为30.02mm，故可再进行加工，使其成为合格品，为可修复的废品，左边涂黑部分的废品，其实际尺寸小于最小极限尺寸（30-0.14=29.86mm），即30-0.16=29.84mm，无法修复，故为不可修复的废品。加工孔时，情况相反，实际尺寸小于最小极限尺寸的为
47、可修复的废品，大于最大极限尺寸的为不可修复的废品。5.分布图分析法的优缺点 v分布图分析法不能反映误差的变化趋势。v 加工中，在没有考虑到工件加工先后顺序的情况下，很难把随机性误差和变值系统性误差区分开。v在一批工件加工结束后，才能得出尺寸分布情况，不能在加工过程中起到及时控制质量的作用。v产品是否合格，废品率是多少，废品中是否有可修复废品。v平均值曲线OO表示每一瞬时的分散中心，反映了变值系统性误差随时间变化的规律.v其起始点O位置的高低表明常值系统性误差的大小。整个几何图形将随常值系统性误差的大小不同，而在垂直方向处于不同位置。v上下限AA 和BB间的宽度表示在随机性误差作用下加工过程的尺寸分散范围，反映了随机性误差的变化规律。v个值点图反映了工件逐个的尺寸变化与加工时间的关系。若点图上的上、下极限点包络成二根平滑的曲线，并作这两根曲线的平均值曲线，就能较清楚地揭示出加工过程中误差的性质及其变化趋势。二点图分析法谢谢观看/欢迎下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH