机械制造工程之机械加工精度2.ppt

学海无涯 勤为径,图11-7 龙门铣横梁变形,【例】龙门铣横梁,图11-8 龙门铣横梁变形转移,图11-9 龙门铣横梁变形补偿, 重力影响,4.3.2 工艺系统刚度对加工精度的影响,解决1：重量转移,解决2：变形补偿,学海无涯 勤为径, 传动力与惯性力影响,理论上不会产生圆度误差（但会产生圆柱度误差） 易会引起强迫振动,4.3.2 工艺系统刚度对加工精度的影响,学海无涯 勤为径,非线形关系，不完全是弹性变形 加载和卸载曲线不重合，所围面积表示克服摩擦和接触塑性变形所作功 存在残余变形，反复加载卸载后残余变形0 机床部件刚度比按实体估算值小许多，表明其变形受多种因素影响,4.3.3 机床部件刚度及其影响因素,学海无涯 勤为径,合理设计零部件结构和截面形状 提高连接表面接触刚度（表面粗糙度，改进接触质量，予加载荷） 采用辅助支承（中心架，跟刀架，镗杆支承等）,图11-13 支座零件不同安装方法,图11-12 转塔车床导向杆,采用合理装夹和加工方式,学海无涯 勤为径,第11章 机械加工质量分析与控制,学海无涯 勤为径,4.4.1 概述,在精密加工和大件加工中，工艺系统热变形引起的加工误差占总误差的约4070%。,温度场工艺系统各部分温度分布 热平衡单位时间内，系统传入的热量与传出的热量相等，系统各部分温度保持在一相对稳定的数值上 温 度场与热平衡研究目前以实验研究为主,学海无涯 勤为径,体积大，热容量大，温升不高，达到热平衡时间长 结构复杂，温度场和变形不均匀，对加工精度影响显著,图11-16 车床受热变形,a） 车床受热变形形态,b） 温升与变形曲线,学海无涯 勤为径,立铣（图a）,图11-17 立式铣床、外圆磨床、导轨磨床受热变形,a）铣床受热变形形态,b）外圆磨床受热变形形态,c）导轨磨床受热变形形态,外圆磨（图b）,导轨磨（图c）,学海无涯 勤为径,体积小，热容量小，达到热平衡时间较短 温升高，变形不容忽视（达0.03 0.05mm）, 特点, 变形曲线（图4-38）,式中 热伸长量； max 达到热平衡热伸长量； 切削时间； c 时间常数（热伸长量为热平衡热伸长量约63%的时间，常取34分钟）。,学海无涯 勤为径, 圆柱类工件热变形,5级丝杠累积误差全长5m，可见热变形的严重性,式中 L， D 长度和直径热变形量； L，D 工件原有长度和直径； 工件材料线膨胀系数； t 温升。,长度：,直径：,例：长400mm丝杠，加工过程温升1，热伸长量为：,学海无涯 勤为径,式中 X 变形挠度； L，S 工件原有长度和厚度； 工件材料线膨胀系数； t 温升。, 板类工件单面加工时的热变形,此值已大于精密导轨平直度要求,结果：加工时上表面升温，工件向上拱起，磨削时将中凸部分磨平，冷却后工件下凹。 例：高600mm，长2000mm的床身，若上表面温升为3，则变形量为：,学海无涯 勤为径,11.4.4 减小热变形对加工精度影响的措施,例1：磨床油箱置于床身内，其发热使导轨中凹 解决：导轨下加回油槽,例2：立式平面磨床立柱前壁温度高，产生后倾。 解决：采用热空气加热立柱后壁（图4-41）。,图11-21 均衡立柱前后壁温度场,减少切削热和磨削热，粗、精加工分开。 充分冷却和强制冷却。 隔离热源。,学海无涯 勤为径,热对称结构 热补偿结构（图4-42，主轴热补偿）,图11-22 双端面磨床主轴热补偿 1主轴 2壳体 3过渡套筒,合理选择装配基准,高速空运转 人为加热,恒温 人体隔离,11.4.4 减小热变形对加工精度影响的措施,学海无涯 勤为径,第11章 机械加工质量分析与控制,学海无涯 勤为径,11.5.1 加工误差的性质,在顺序加工一批工件中，其大小和方向均不改变，或按一定规律变化的加工误差。, 常值系统误差其大小和方向均不改变。如机床、夹具、刀具的制造误差，工艺系统在均匀切削力作用下的受力变形，调整误差，机床、夹具、量具的磨损等因素引起的加工误差。 变值系统误差误差大小和方向按一定规律变化。如机床、夹具、刀具在热平衡前的热变形，刀具磨损等因素引起的加工误差。,学海无涯 勤为径,11.5.1 加工误差的性质, 在顺序加工一批工件中，其大小和方向随机变化的加工误差。 随机误差是工艺系统中大量随机因素共同作用而引起的。 随机误差服从统计学规律。 如毛坯余量或硬度不均，引起切削力的随机变化而造成的加工误差；定位误差；夹紧误差；残余应力引起的变形等。, 运用数理统计原理和方法，根据被测质量指标的统计性质，对工艺过程进行分析和控制。,学海无涯 勤为径,11.5.2 分布图分析法,1）采集数据 样本容量通常取 n = 50200 2）确定分组数、组距、组界、组中值 按教材表初选分组数 k；,组数过多，分布图会被频数的随即波动所歪曲；组数太少，分布特征将被掩盖。,学海无涯 勤为径, 确定组距 d：,取整，dd 确定分组数 k：, 确定各组组界、组中值 统计各组频数,学海无涯 勤为径,加工一批工件，由于随机性误差的存在，加工尺寸的实际数值是各不相同的，这种现象称为尺寸分散。 在一批零件的加工过程中，测量各零件的加工尺寸，把测得的数据记录下来，按尺寸大小将整批工件进行分组，每一组中的零件尺寸处在一定的间隔范围内。同一尺寸间隔内的零件数量称为频数，频数与该批零件总数之比称为频率。 以工件尺寸为横坐标，以频数或频率为纵坐标，即可作出该工序工件加工尺寸的实际分布图直方图。,学海无涯 勤为径,4.5.2 分布图分析法,3）计算样本平均值和标准差:,4）画直方图,抽取工件100个，经测量：max=28.004mm，min=27.992mm，取0.02mm作为尺寸间隔进行分组，统计每组的工件数，将所得的结果列表11-1。,精镗活塞销孔，图纸要求：,下面通过实例来说明直方图的作法：,表 工件频数分布表,图443 活塞销孔直径尺寸分布图,（2）直方图的观察与分析,直方图作出后，通过观察图形可以判断生产过程是否稳定，估计生产过程的加工质量及产生废品的可能性。,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。,学海无涯 勤为径, 正态分布,式中和分别为 正态分布随机变量总体平均值和标准差。 平均值=0，标准差=1的正态分布称为标准正态分布，记为： x N ( 0, 1 ),概率密度函数,（11-22）,11.5.2 分布图分析法,学海无涯 勤为径,分布函数,令：,将 z 代入上式，有：,则利用上式，可将非标准正态分布转换成标准正态分布进行计算。,称 z 为标准化变量,11.5.2 分布图分析法,学海无涯 勤为径,图113 正态分布曲线及其特征,学海无涯 勤为径,（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。,学海无涯 勤为径,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。 所以在一般情况下，应使所选择的加工方法的标准偏差与公差带宽度T之间具有下列关系： 6T 但考虑到系统误差及其它因素的影响，应当使6小于公差带宽度T，才能可靠地保证加工精度。,学海无涯 勤为径, 非正态分布,双峰分布：两次调整下加工的工件或两台机床加工的工件混在一起（图a）,平顶分布：工件瞬时尺寸分布呈正态，其算术平均值近似成线性变化（如刀具和砂轮均匀磨损）（图b）,偏向分布：如工艺系统存在显著的热变形，或试切法加工孔时宁小勿大，加工外圆时宁大勿小（图）,图11-26 几种非正态分布,11.5.2 分布图分析法,学海无涯 勤为径, 形位误差的分布,差数模分布：正态分布大于零的部分与小于零的部分对零轴线映射后的迭加，如对称度、直线与平面的平行度、相邻周节误差等,瑞利分布：二维正态分布，在只考虑平面向量模情况下转换成为一维分布）,如同轴度、直线与直线平行度、端面圆跳动误差等（不考虑系统误差）,瑞利综合分布：上述误差在考虑系统误差的情况下，其误差分布接近瑞利综合分布,11.5.2 分布图分析法,学海无涯 勤为径, 判断加工性质,判断是否存在明显变值系统误差； 判断是否存在常值系统误差，及常值系统误差的大小。, 确定工序能力,11.5.2 分布图分析法,式中 TU, TL公差带上、下限 ； 公差带中心与误差分布中心偏移距离； 误差分布的标准差。,学海无涯 勤为径,4.5.2 分布图分析法,y,图11-29 工艺能力系数符号含义,x,0,3,3,公差带,T,TU,TL,学海无涯 勤为径,工序能力等级,11.5.2 分布图分析法,CP 表示工艺过程本身的能力，而工艺能力系数 CPK 则表示过程满足技术要求的能力，实际上是“过程能力”与“管理能力”的综合,分布曲线与x轴所包围的面积代表了一批零件的总数。如果尺寸分散范围超出零件的公差带，则肯定有废品产生，如图所示的阴影部分。 若尺寸落在Lmin、Lmax范围内，工件的概率即空白部分的面积就是加工工件的合格率。,学海无涯 勤为径,图1145 废品率计算,学海无涯 勤为径,分布图分析法不能反映误差的变化趋势。 加工中，由于随机性误差和系统性误差同时存在，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来。 由于在一批工件加工结束后，才能得出尺寸分布情况，因而不能在加工过程中起到及时控制质量的作用。,学海无涯 勤为径,11.5.3 点图分析法,图11-30 单值点图,学海无涯 勤为径,11.5.3 点图分析法,图是控制图和R控制图联合使用的统称,R 图：,表示样组平均值，R表示样组极差,图控制限,图：,学海无涯 勤为径,11.5.3 点图分析法, 工艺过程稳定性 点子正常波动工艺过程稳定；点子异常波动工艺过程不稳定, 稳定性判别 没有点子超出控制限 大部分点子在中心线上下波动，小部分点子靠近控制限 点子变化没有明显规律性（如上升、下降倾向，或周期性波动） 同时满足为稳定,学海无涯 勤为径,（2）点图分析法的应用,点图分析法是全面质量管理中用以控制产品加工质量的主要方法之一，它是用于分析和判断工序是否处于稳定状态所使用的带有控制界限的图，又称管理图。 X-R点图主要用于工艺验证、分析加工误差以及对加工过程的质量控制。 工艺验证就是判定现行工艺或准备投产的新工艺能否稳定地保证产品的加工质量要求。 工艺验证的主要内容是通过抽样检查，确定其工序能力和工序能力系数，并判别工艺过程是否稳定。,学海无涯 勤为径,工艺过程是否稳定，取决于该工序所采用的工艺过程中本身的误差情况，与产品是否出现废品不是一回事。 若某工序的工艺过程是稳定的，其工序能力系数Cp值也足够大，且样本平均值与公差带中心基本重合，那么只要在加工过程中不出现异常波动，就可以判定它不会产生废品。 加工过程中不出现异常波动，说明该工序的工艺过程处于控制之中，可以继续进行加工，否则就应停机检查，找出原因，采取措施消除使加工误差增大的因素，使质量管理从事后检验变为事前预防。,学海无涯 勤为径,11.5.4 调整尺寸,式中 Lt 调整尺寸； LM平均尺寸； Tt 调整公差。,（4-