机械制造工艺学(13)-4

MMT1第4章机械加工精度及其控制本章要点影响加工误差的因素工艺系统几何误差工艺系统受力变形工艺系统热变形加工误差的统计分析提高加工精度途径MMT2第4章机械加工精度及其控制机械加工精度是机械制造工艺学研究的重要内容。本章在介绍机械加工精度概念的基础上，重点讨论影响机械加工精度的误差因素及其控制方法，并对加工误差的统计方法进行说明。学习本章内容，应学习和掌握综合运用力学、物理学、工程材料等基础科学知识分析加工误差产生的物理原因，从而找出控制加工误差的方法。同时还应学习和掌握运用统计学方法对加工误差进行统计分析，以从加工误差的统计特征，确定出加工误差的变化规律及可能采取的控制方法。在影响机械加工精度的诸多误差因素中，机床的几何误差、工艺系统的受力变形和受热变形占有突出的位置，学习者应理解这些误差因素是如何影响加工误差的。学习本章内容，应特别注意理论联系实际，特别注意综合运用所学过的知识分析和解决实际问题。除引入大量实际案例进行分析外，有必要安排作业和练习，习题讲解和讨论。有条件还应安排教学实验（如工艺系统静刚度实验，热变形实验，加工误差统计分析实验等）。本章建议学时为14学时。学习指南MMT3机械制造工艺学第4章机械加工精度及其控制AnalysisandControlofMachiningPrecision4.1概述IntroductiontoMachiningPrecisionMMT44.1.1机械加工精度尺寸精度形状精度位置精度（通常形状误差限制在位置公差内，位置公差限制在尺寸公差内）表面粗糙度波纹度纹理方向伤痕（划痕、裂纹、砂眼等）加工精度表面质量表面几何形状精度表面缺陷层表层加工硬化表层金相组织变化表层残余应力加工质量包含的内容加工质量MMT54.1.1机械加工精度加工精度：零件加工后实际几何参数与理想几何参数（尺寸、形状和表面间的相互位置）符合程度。加工误差：零件的实际几何参数与理想几何参数的偏差。加工精度内容：尺寸精度形状精度位置精度尺寸精度、形状精度和位置精度三者之间关系：通常形状公差限制在位置公差内，而位置公差一般限制在尺寸公差之内。当尺寸精度要求高时，相应的位置精度和形状精度也要求高。但形状精度要求高时，相应的位置精度和尺寸精度不一定要求高，这要根据零件的功能要求来决定。MMT6引起加工误差的根本原因是工艺系统存在着误差，将工艺系统的误差称为原始误差。原始误差归纳原始误差——原始误差分类工件相对于刀具在运动状态下的误差主轴回转误差导轨导向误差传动误差原始误差与工艺系统初始状态有关的原始误差(几何误差)与工艺过程有关的原始误差(动误差)原理误差定位误差调整误差刀具误差夹具误差机床误差工艺系统受力变形(包括夹紧变形)工艺系统受热变形刀具磨损测量误差工件残余应力引起的变形工件相对于刀具在静止状态下的误差4.1.2影响机械加工精度的原始误差及分类MMT7活塞销孔精镗工序中的原始误差定位误差F设计基准定位基准热变形对刀误差夹紧误差菱形销导轨误差4.1.2影响机械加工精度的原始误差及分类MMT84.1.3误差的敏感方向图中ΔRΔYΔR=ΔX202YYRRXRX显然XYRR工艺系统原始误差方向不同，对加工精度的影响程度也不同。对加工精度影响最大的方向，称为误差敏感方向。误差敏感方向一般为已加工表面过切削点的法线方向。误差的敏感方向a）ＯYXＯYXb）（4-1）（4-2）MMT94.1.4研究加工精度的方法理论方法：运用物理学和力学原理，分析研究某一个或某几个因素对加工精度或表面质量的影响。试验方法：通过试验或测试，确定影响各因素与加工质量指标之间的关系。统计分析方法：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。实际生产中上述两种方法常常结合起来应用。物理方法（单因素分析法）数学方法（统计分析方法）MMT104.1.5全面质量管理（TQM）一个组织以质量为中心，以全员参与为基础，通过让顾客满意和本组织所有成员及社会受益而达到长期成功的管理途径。质量第一一切为用户服务质量形成于生产全过程质量好坏要凭数据说话预防为主，防检结合以人为本动态管理全面质量管理概念全面质量管理基本观点MMT11ISO9000质量标准类别代号名称核心标准ISO9000质量管理体系基础和术语ISO9001质量管理体系要求ISO9004质量管理体系业绩改进指南ISO19011质量和环境体系审核指南其他标准ISO10012测量管理体系测量过程和测量设备的要求技术报告ISO/TR10006质量管理项目管理质量指南ISO/TR10007质量管理技术状态管理指南ISO/TR10013质量管理体系文件指南ISO/TR10014质量经济性管理指南ISO/TR10015质量管理培训指南ISO/TR10017统计技术应用指南小册子质量管理原则选择和使用指南中小型组织实施指南技术规范ISO/TS16949汽车供方的质量管理体系要求ISO9000系列文件结构4.1.5全面质量管理（TQM）MMT12ISO9000：2000《质量管理体系基础和术语》ISO9001：2000《质量管理体系要求》●明确8项质量管理原则●提供质量管理体系基础的12个方面●阐明80个术语及使用方法、术语间关系ISO19011：2001《质量和环境管理体系审核指南》●规定对质量管理体系要求●以8项质量管理原则为基础，采用以过程为基础的模式结构ISO9004：2000《质量管理体系业绩改进指南》●提供超出ISO9001标准要求的指南和建议●给出自我评价和持续改进过程示例●规定质量管理体系和环境管理体系审核的基本原则4.1.5全面质量管理（TQM）MMTISO9002（18项）ISO9003（12项）13ISO9000质量体系认证可以对ISO9001、ISO9002和ISO9003中任意一个进行认证。这3个认证标准在内容上是逐次包容的，如图6-2所示。ISO9001、ISO9002、ISO9003之间的关系设计合同采购管理职责文件培训统计服务质量系统内部产品标记跟踪检测试验检验装置检验记录不合格品处理交货质量记录内部控制改进活动过程控制ISO9001（20项）4.1.5全面质量管理（TQM）MMT14质量管理体系建立与实施制定质量方针和质量目标总体设计，系统分析对现有质量管理体系调查评价确定体系结构，选择体系要素学习标准，统一思想组织领导层决策建立工作机制，骨干培训制定工作计划和程序建立组织结构确定质量责任和权限配备所需基本资源编制质量管理体系文件体系文件审定、批准、发布学习标准，统一思想组织领导层决策建立工作机制，骨干培训制定工作计划和程序组织策划总体设计体系建立编制文件实施运行质量管理体系建立与实施工作过程4.1.5全面质量管理（TQM）MMT15机械制造工艺学4.2工艺系统的几何误差对加工精度的影响GeometricPrecisionsofTechnologicalSystemanditsinfluencetomachiningPrecision第4章机械加工精度及其控制AnalysisandControlofMachiningPrecisionMMT16加工原理误差是指采用了近似的成形运动或近似的切削刃轮廓进行加工而产生的误差。4.2.1加工原理误差式中R——球头刀半径；h——允许的表面不平度。又如用阿基米德蜗杆滚刀滚切渐开线齿轮。例如在三坐标数控铣床上采用球头刀铣削复杂形面零件。8SRh采用近似的成形运动或近似的刀刃轮廓，常常可以简化机床结构或刀具形状，或可提高生产效率，有时甚至能得到较高加工精度。故在生产中广泛采用，前提是原理误差不超过规定精度要求（一般原理误差不超过10％~15％工件的公差值）。加工原理误差Sh空间曲面数控加工MMT174.2.2调整误差测量误差试切时与正式切削时切削厚度不同造成的误差机床进给机构位移误差（爬行）定程机构误差样件或样板误差测量有限试件造成的误差和试切法有关的误差a）b）试切法与调整法试切法（图a）调整法（图b）FlashFlashMMT导轨扭曲引起的加工误差γ18导轨副运动件实际运动方向与理想运动方向的偏差。包括：导轨水平面和垂直面内的直线度，前后导轨平行度（扭曲），导轨与主轴回转轴线平行度（或垂直度）等。导轨导向误差对加工精度的影响导轨水平面内直线度误差：误差敏感方向，影响显著。导轨垂直面内直线度误差：误差非敏感方向，影响小。导轨扭曲：对加工精度的影响显著（右图）（4-3）4.2.3机床误差导轨导向误差概念ΔHRHB机床导轨导向误差MMT19导轨与主轴回转轴线位置误差对加工精度的影响（车削）4.2.3机床误差成形运动间位置误差对外圆和端面车削的影响c）横向导轨与主轴回转轴线不垂直a）导轨与主轴回转轴线水平面内不平行b）导轨与主轴回转轴线垂直面内不平行MMT204.2.3机床误差圆度误差：c2c2cos1dd）（导轨与主轴回转轴线位置误差对加工精度的影响（镗孔）镗孔出现椭圆孔MMT21机床坐标系：σ〔O;i,j,k〕，床鞍坐标系：σ1〔O1;i1,j1,k1〕，工件坐标系：σ2〔O2;i2,j2,k2〕，P为工件上一点。若无导向误差，床鞍在z处，P点坐标（x2,y2,z2）＝（x1,y1,z1）＝（x1,y1,z1+z）若存在导向误差α（绕i转角），P点坐标4.2.3机床误差导轨导向误差理论分析方法1111112221cossin0sincos0001zyxEzyxzyxi也可写成121rEri式中为变换矩阵，同理可得到绕j转β角、绕k转γ角的变换矩阵，最后有1iE112111rErEEErijk导轨导向误差分析jikk1,k2i1,i2j1,j2OO1,O2PzMMT224.2.3机床误差111E由于α、β、γ数值很小，有：sinα≈α，sinβ≈β，sinγ≈γ，cosα=cosβ=cosγ≈1，αβ=βγ=γα≈0，3个旋转坐标矩阵相乘与顺序无关，于是可得到：不考虑平移误差，P点由角位移引起的线性误差11112111222rIErrErrzyxxzyxxzyx综合考虑导向误差及进给系统线性位移误差，可得到111000zyxzyxzyxzyxzyxxxtttxrrrxtttx（4-4）MMT234.2.3机床误差【例4-1】用上述公式求解车床导轨扭曲对加工误差的影响车床车削外圆表面，Δz不产生加工误差，Δy产生的加工误差可忽略不计（误差非敏感方向）。仅考虑导轨扭曲，则Δxt=0。于是得到加工误差ΔR=Δxr=-γy1＋βz1取刀尖为P点，有ΔHRHBB又：于是可得到代入式（4-4）得到ΔR＝γH0,,2,,111HDzyx【解】导轨扭曲引起的加工误差γMMT24影响导轨导向精度的主要因素4.2.3机床误差机床制造误差机床安装误差导轨磨损MMT254.2.3机床误差主轴回转误差是指主轴实际回转线对其理想回转轴线的漂移。为便于研究，可将主轴回转误差分解为径向圆跳动、端面圆跳动和倾角摆动三种基本型式。主轴回转误差概念主轴回转误差（b）端面圆跳动（a）径向圆跳动（c）倾角摆动主轴回转误差基本形式主轴回转轴线主轴平均回转轴线MMT264.2.3机床误差主轴回转误差对加工精度的影响主轴径向圆跳动对加工精度的影响（镗孔）考虑最简单的情况，主轴回转中心在X方向上作简谐直线运动，其频率与主轴转速