第五章机械制造质量分析与控制

主讲教师：郝敬宾2本章的主要内容第一节机械加工精度的基本概念第二节影响加工精度的因素及其分析第三节加工误差的综合分析第四节机械加工表面质量第五节机械加工过程中振动的基本概念3第五章机械制造质量分析与控制机械制造企业的基本要求：优质、高产、低消耗产品的质量是第一位的，没有质量，高效率、低消耗就失去了意义。4三坐标测量加工精度表面质量要求高第五章机械制造质量分析与控制机器零件的加工质量是整台机器质量的基础评价指标加工精度加工表面质量本章主题：加工精度及表面质量的分析与控制5第一节机械加工精度的基本概念一、加工精度和加工误差定义加工精度零件加工后的实际几何参数与图样规定的理想几何参数的符合程度加工精度包括尺寸精度、形状精度和位置精度加工误差零件加工后的实际几何参数对图样规定的理想几何参数的偏离程度6一、加工精度和加工误差加工精度和加工误差的理解：理想几何参数：对于形状和位置，则是绝对正确的形状和位置，如绝对的平面和绝对的平行等；对于尺寸而言，就是零件尺寸的公差带中心。加工精度是由零件图纸或工艺文件以公差T给定的，而加工误差则是零件加工后的实际测得的偏离值。一般说，当加工误差T时，就保证了加工精度。7一、加工精度和加工误差加工精度和加工误差的理解：加工精度和加工误差这两个概念是从两种观点来评定零件几何参数这个同一事物。加工精度的低和高就是通过加工误差的大和小来表示的。8第一节机械加工精度的基本概念二、加工经济精度一般所说的加工经济精度指的是，在正常加工条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人，不延长加工时间）所能保证的加工精度。某种加工方法的加工经济精度不应理解为某一个确定值，而应理解为一个范围，在这个范围内都可以说是经济的。成本增加，加工误差较小不明显误差增大，加工最低成本不变9第一节机械加工精度的基本概念三、零件获得加工精度的方法加工精度包括尺寸精度、形状精度和位置精度形状精度的获取方法：轨迹法；成形法；展成法位置精度（平行度、垂直度、同轴度等）的获取方法：装夹方式和加工方法尺寸精度的获取方法：试切法；定尺寸刀具法；调整法；自动控制法10三、零件获得加工精度的方法获得形状精度的方法1)轨迹法：利用切削运动中刀具刀尖的运动轨迹形成被加工表面的形状。这种加工方法所能达到的精度，主要取决于这种成形运动轨迹的精度。11三、零件获得加工精度的方法获得形状精度的方法2)成形法：利用成形刀具刀刃的几何形状切出工件的形状。这种方法所能达到的精度，主要取决于刀刃的形状精度和刀具的装夹精度。12三、零件获得加工精度的方法获得形状精度的方法3)展成法：利用刀具和工件作展成切削运动，刀刃在被加工面上的包络面形成的成形表面。这种加工方法所能达到的精度，主要取决于机床展成运动的传动链精度与刀具的制造精度。13三、零件获得加工精度的方法获得位置精度的方法零件位置精度的获得主要取决于工件的定位（装夹）和加工方法。多次装夹加工时，有关表面的位置精度依赖夹具的正确定位来保证；一次装夹加工多个表面，各表面的位置精度则依靠机床的精度来保证。14三、零件获得加工精度的方法获得尺寸精度的方法1)试切法：先试切部分加工表面，测量后，适当调整刀具相对工件的位置，再试切，再测量，当被加工尺寸达到要求后，再切削整个待加工面。试切测量调整车刀15三、零件获得加工精度的方法获得尺寸精度的方法2)定尺寸刀具法：用具有一定尺寸精度的刀具（如绞刀、扩孔钻、钻头等）来保证被加工工件尺寸精度的方法（如钻孔）钻头的尺寸保证了加工孔的尺寸键槽的宽度由键槽铣刀尺寸保证16三、零件获得加工精度的方法获得尺寸精度的方法3)调整法：利用机床上的定程装置、对刀装置或预先调整好的刀架，使刀具相对机床或夹具满足位置精度要求，然后加工一批工件。该法需要采用夹具实现装夹。17三、零件获得加工精度的方法获得尺寸精度的方法4)自动控制法：工件达到要求的尺寸时，自动停止加工。又分自动测量和数字控制两种，前者机床上具有自动测量工件尺寸的装置，在达到要求时，停止进刀。后者是根据预先编制好的机床数控程序实现进刀的。数控机床自动控制原理框图18第二节影响加工精度的因素及其分析机械加工工艺系统的构成：机床、夹具、刀具和工件。工艺系统的误差称为原始误差。工艺系统的误差会复映到工件上。原始误差与加工误差：加工工艺系统误差是根源，加工误差是表现；分析原始误差和加工误差之间的定性与定量关系，是保证和提高零件加工精度的必要的理论基础。1920第二节影响加工精度的因素及其分析原始误差的来源21第二节影响加工精度的因素及其分析一、原理误差产生原因原理误差是由于采用了近似的加工运动或者近似的刀具轮廓而产生的加工原理为了得到规定的零件表面，在工件和刀具的运动之间建立的某种联系车削工件滚切齿轮22第二节影响加工精度的因素及其分析二、机床误差机床误差的三个方面：机床本身的制造、磨损和安装静误差：在没有切削载荷的情况下测得的各项误差车床的各项静误差：床身导轨在垂直面和水平面内的直线度和平行度；主轴轴线对床身导轨的平行度；主轴的回转精度；传动链精度；刀架各溜板移动时，对主轴轴线的平行度和垂直度。23第二节影响加工精度的因素及其分析二、机床误差静误差：导轨误差主轴误差传动链误差241.导轨误差导轨是机床上确定各机床部件相对位置关系的基准，也是机床运动的基准251.导轨误差误差敏感方向不同方向的误差对加工误差的影响是不同的，即存在误差的敏感方向原始误差所引起的刀刃与工件间的相对位移，如果产生在加工表面的法线方向，则对加工误差有直接的影响；如果产生在加工表面的切线方向，就可以忽略不计。把加工表面的法向称之为误差的敏感方向。261.导轨误差车床和磨床的床身导轨误差的三个方面在垂直面内的直线度（弯曲）271.导轨误差车床和磨床的床身导轨误差的三个方面在垂直面内的直线度（弯曲）在水平面内的直线度（弯曲）281.导轨误差车床和磨床的床身导轨误差的三个方面在垂直面内的直线度（弯曲）在水平面内的直线度（弯曲）前后导轨的平行度（扭曲）机床导轨的几何精度，不但决定于它的制造精度和使用的磨损情况，而且还和机床的安装情况有很大关系291.导轨误差导轨三项误差的常规检查方法垂直平面内的直线度误差：采用与导轨相配合的桥板、水平仪，在导轨纵向上分段检测，记下水平仪的读数，画出曲线图，再计算其误差大小和判断凹凸程度。前后导轨的平行度误差：采用桥板和水平仪，在导轨的几个横向上检测，取其最大代数差。水平面内的直线度误差：采用桥板和准直仪301.导轨误差车床导轨误差的简便检查方法对于车床而言，导轨垂直方向的原始误差既然对加工误差的影响可以忽略不计，因此可采用更简单的方法。312.主轴误差主轴回转精度对于主轴的要求，就是在运转的情况下，能保持轴心线的位置稳定不变，也就是回转精度实际上主轴在每一瞬时回转轴线的空间位置都是变动的，即存在着回转误差。运动形式可分解为：纯轴向窜动纯径向移动纯角度摆动32332.主轴误差不同的加工方法，主轴回转误差所引起的加工误差也不同34352.主轴误差主轴回转精度的测量方法363.传动链误差njjjK1373.传动链误差提高传动链的传动精度的措施尽可能缩短传动链，减少误差源数n。尽可能采用降速传动；尽可能使末端传动副采用大的降速比；末端传动元件应尽可能地制造得精确些。提高传动元件的制造精度和装夹精度，尽可能地提高传动链中升速传动元件的精度。38第二节影响加工精度的因素及其分析三、调整误差产生原因在机械加工的每一个工序中，总是要进行这样或那样的调整工作。由于调整不可能绝对地准确，也就带来了一项原始误差，即调整误差活塞加工中工艺系统的调整机床的调整夹具的调整刀具的调整39三、调整误差不同的调整方式，有不同的误差来源试切法（三种误差来源）度量误差量具本身的误差和使用条件下的误差(如温度影响，使用者的细致程度)掺入到测量所得的读数之中，在无形中扩大了加工误差；加工余量的影响在切削加工中，刀刃所能切掉的最小切屑厚度是有一定限度的，锐利的刀刃可达5μm，已钝化的刀刃只能达到20-50μm，切屑厚度再小时刀刃就“咬”不住金属而打滑，光起挤压作用。40三、调整误差不同的调整方式，有不同的误差来源试切法（三种误差来源）微进给误差在试切的最后一刀时，总是要微量调整一下车刀（或砂轮）的径向进给量。这时常会出现进给机构的“爬行”现象，结果刀具的实际径向移动比手轮上转动的刻度数要偏大或偏小些，以致难于控制尺寸的精度，造成了加工误差。避免爬行的措施在微量进给以前先退出刀具，然后再快速引进刀具到新的手轮刻度值，中间不加停顿，使进给机构滑动面间不产生静摩擦；轻轻敲击手轮，用振动消除静摩擦41三、调整误差不同的调整方式，有不同的误差来源按定程机构调整在大批量生产中广泛采用行程挡块、靠模、凸轮等机构保证加工精度。这时候，这些机构的制造精度和调整，以及与它们配合使用离合器、电气开关、控制阀等的灵敏度就成了影响误差的主要因素；按样件或样板调整在大批量生产中用多刀加工时，常用专门样件来调整刀刃间的相对位置，如活塞槽半精车和精车时就是如此。42第二节影响加工精度的因素及其分析四、工艺系统受力变形对加工精度的影响1.现场加工中工艺系统受力变形的现象：在车床上加工一根细长轴时，可以看到在纵向走刀过程中切屑的厚度起了变化，越到中间，切屑层越薄，加工出来的工件出现了两头细中间粗的腰鼓形误差；旧车床上加工刚性很好的工件时，经过粗车一刀后，再要精车的话，有时候不但不把刀架横向进给一点，反而要把它反向退回一点，才能保证精车时切去极薄的一层以满足加工精度和表面粗糙度的要求无进给磨削43四、工艺系统受力变形对加工精度的影响2.机床部件刚度及其特点在切削力的作用下，刀具(由于工艺系统的受力变形)和工件相对退让；设让刀距离为y，则工艺系统在Y方向的刚度是：棒料装在卡盘中，材料力学悬臂梁公式yFky33yFlyEI33yFEIkyl44四、工艺系统受力变形对加工精度的影响2.机床部件刚度及其特点由材料力学可知，当载荷施加在梁的中间时，产生的弹性位移为最大：348yFlyEI43348480000EIdkll45四、工艺系统受力变形对加工精度的影响2.机床部件刚度及其特点遇到由若干零件组成的部件时，刚度问题就比较复杂。采用实验方法测刚度46四、工艺系统受力变形对加工精度的影响2.机床部件刚度及其特点实验方法测刚度1）力和变形的关系不是直线关系，不符合虎克定律，这反映了部件的变形不纯粹是弹性变形；3）当载荷去除后，变形恢复不到起点，这说明部件的变形不仅有弹性变形，而且还产生了不能恢复的塑性变形；2）加载曲线与卸载曲线不重合，它们间包容的面积代表了在加载卸载的循环中所损失的能量，也就是消耗在克服部件内零件之间的摩擦力和接触面塑性变形所作的功；4）部件的实际刚度远比我们想象的要小。472.机床部件刚度及其特点影响部件刚度的因素（1）接触变形（零件与零件间接触点的变形）482.机床部件刚度及其特点影响部件刚度的因素（1）接触变形（零件与零件间接触点的变形）一般情况下，表面愈粗糙，接触刚度愈小，表面宏观几何形状误差愈大，实际接触面积愈小，接触刚度愈小；材料硬度高，屈服极限也高，塑性变形就小，接触刚度就大；表面纹理方向相同时，接触变形较小，接触刚度就大。492.机床部件刚度及其特点影响部件刚度的因素（2）薄弱零件本身的变形502.机床部件刚度及其特点影响部件刚度的因素（3）间隙的影响在刚度试验中如果在正反两个方向加载荷，便可发现间隙对变形的影响512.机床部件刚度及其特点影响部件刚度的因素（4）摩擦的影响在加载时，零件与零件的接触面间的摩擦力阻止变形的增加