机械制造工艺学(精度)

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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。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。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。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(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。现场实践性分析对比性技术测量性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。§1.1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。1.1.2获得加工精度的方法一获得尺寸精度的方法1试切法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，先在工件上车出3～5mm长，停车测量，补充调刀，合格后自动走刀车完全程。特点1）多次走刀、停车、测量，生产率低。2）加工精度取决于操作者水平。用于单件小批生产。2调整法（定程法）（图5-2）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1）安装、加工都简单，生产率高，加工质量易于保证。2）对操作者技术水平要求不高。用于大批量生产。3定尺寸刀具法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。特点:工件精度取决于刀具本身的精度。4自动获得法（主动测量法）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。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。二获得形状精度的方法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。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。3展成法:利用刀具与工件之间严格的啮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。获得位置精度的方法有两种：一次安装法和多次安装法。1一次安装法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。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1.1.3研究加工精度的方法一误差因素分析法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，然后逐个排除，找出原因。二统计分析法利用统计分析原理对测试结果进行处理，找出误差规律。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。2点图法（图5-12）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。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：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1.1.4加工误差的来源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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：1加工原理误差；2工件安装误差；3机床制造误差与磨损；4夹具误差；5刀具制造误差与磨损；6工艺系统受力变形；7工艺系统受热变形；8工件内应力引起的变形；9度量误差；10调整误差。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§1.2工艺系统几何误差及原理误差1.2.1原理误差（方法误差）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。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）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8～15把刀管所有的齿数。必然带来误差。图5-14铣制齿轮例2滚切齿轮（图5-15）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例3车制蜗杆（图5-16)在车床上车制蜗杆时，机床挂轮比i=i1*i2*i3=P/T=πm/T，式中π为无理数，不可能有精确值。必然导致工件误差。P—工件蜗杆导程m—蜗轮模数，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：工件回转类刀具回转类误差敏感方向不变镗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①主轴的纯径向跳动对车削和镗削加工精度的影响AARφOm11，AcosφO234ORsinφ(A+R）cosφ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。②轴向窜动对车、镗削加工精度影响主轴的轴向窜动对内、外圆的加工精度没有影响，但加工端面时，会使加工的端面与内外圆轴线产生垂直度误差。另外主轴每转一周，要沿轴向窜动一次，使得切出的端面产生平面度误差（见上图a）。当加工螺纹时，会产生螺距误差（见上图b）。a主轴轴向窜动对端面加工精度的影响b螺距误差③角度摆动对车、镗削加工精度影响车削加工时工件每一横截面内的圆度误差很小，但轴平面有圆柱度误差（锥度）。车外圆：得到圆形工件，但产生圆柱度误差（锥体),车端面：产生平面度误差,镗孔时:由于主轴的纯角度摆动使得主轴回转轴线与工作台导轨不平行，使镗出的孔呈椭圆形，如下图所示。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)使主轴的回转精度不反映到工件上ΔYΔYoDΔR水平面导轨水平面内直线度图4－9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ΔZDΔRΔZ图4－10导轨在垂直面内直