机械制造质量分析与控制

同济大学现代制造技术研究所2016-12-0812:32刘雪梅1第五章机械制造质量分析与控制机械加工精度的基本概念影响加工精度的因素及其分析方法工艺过程的综合分析方法(统计分析)机械加工表面质量机械加工过程中的振动第一节第二节第三节第四节第五节同济大学现代制造技术研究所2016-12-0812:32刘雪梅2第五章机械制造质量分析与控制产品质量是企业的生命线按现代质量观它包括设计质量、制造质量和服务质量零件制造质量是保证产品质量的基础同济大学现代制造技术研究所2016-12-0812:32刘雪梅3尺寸精度形状精度位置精度表面粗糙度波度纹理方向伤痕（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层的物理力学性能表层加工硬化表层金相组织变化表层残余应力机械制造质量零件制造质量包含的内容第五章机械制造质量分析与控制零件的加工质量同济大学现代制造技术研究所2016-12-0812:32刘雪梅4机械制造技术基础第5章机械制造质量分析与控制AnalysisandControlofMechanicalMachiningQuality第一节机械加工精度MechanicalMachiningPrecision同济大学现代制造技术研究所2016-12-0812:32刘雪梅5一、加工精度与加工误差◆加工精度：零件加工后实际几何参数与理想几何参数符合程度。1、加工精度与加工误差尺寸——位于公差带中心。形状——绝对平面、圆柱面等；位置——绝对平行、垂直、同轴等；理想几何参数在国标中尺寸公差分20个等级（IT01,IT0,IT1~IT18）在国标中形状公差有六项：直线度、平面度、圆度、圆柱度、线轮廓度、面轮廓度在国标中位置公差有八项：平行度、垂直度、倾斜度、同轴度、对称度、位置度、圆跳动、全跳动同济大学现代制造技术研究所2016-12-0812:32刘雪梅6二、加工经济精度◆加工误差：零件加工后实际几何参数与理想几何参数偏离程度2、加工经济精度1、加工精度与加工误差在正常加工条件下所能保证的精度。同济大学现代制造技术研究所2016-12-0812:32刘雪梅7三、零件获得加工精度的方法尺寸精度的获得方法试切法：试切——测量——调整——再试切获取尺寸精度的方法。定尺寸刀具法：用一定形状和尺寸的刀具加工获得。调整法：通过预调好的机床、夹具、刀具、工件，在加工中自行获得尺寸精度。自动控制法：用一定的测量进给控制装置，边加工边自动测量控制加工。同济大学现代制造技术研究所2016-12-0812:32刘雪梅8三、零件获得加工精度的方法形状精度的获得方法轨迹成形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成形运动的精度。同济大学现代制造技术研究所2016-12-0812:32刘雪梅9三、零件获得加工精度的方法形状精度的获得方法成形刀具法利用成形刀具切削刃的几何形状切出工件的形状。这种加工方法所能达到的精度主要取决于切削刃的形状精度和刀具的装夹精度。同济大学现代制造技术研究所2016-12-0812:32刘雪梅11三、零件获得加工精度的方法位置精度的获得方法主要取决于机床、夹具本身的精度和装夹的精度。工件的装夹方式一次装夹依赖机床的精度保证多次装夹依靠夹具的定位精度保证加工方法同济大学现代制造技术研究所2016-12-0812:32刘雪梅12机械制造技术基础第5章机械制造质量分析与控制AnalysisandControlofMechanicalMachiningQuality第二节影响机械加工精度的因素及其分析同济大学现代制造技术研究所2016-12-0812:32刘雪梅13一、概述原始误差——工艺系统的误差零件加工的误差是由于工件与刀具在切削过程中相互位置发生变动而造成。工件和刀具安装在夹具和机床上，工件、刀具、夹具、机床构成了一个完整的工艺系统。工艺系统的种种误差，是造成零件加工误差的根源，故称之为原始误差。同济大学现代制造技术研究所2016-12-0812:32刘雪梅14一、概述原始误差——工艺系统的误差分类原始误差与工艺系统原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静止状态下的误差工件相对于刀具运动状态下的误差主轴回转误差导轨导向误差传动误差加工后加工中加工前同济大学现代制造技术研究所2016-12-0812:32刘雪梅15一、概述误差敏感方向对加工精度影响最大的方向，称为误差敏感方向。一般为已加工表面过切削点的法线方向。ΔRYΔYΔRXＯYXa）ＯYXb）202YYRR∆∆=XRX∆=∆显然：XYRR∆∆同济大学现代制造技术研究所2016-12-0812:32刘雪梅16一、概述研究机械加工精度的方法分析计算法统计分析法是在掌握各种原始误差对加工精度影响规律的基础上，分析工件加工中所出现的误差可能是哪一种或哪几种主要原始误差所引起的，并找出原始误差与加工误差之间的影响关系，通过估算来确定工件加工误差的大小，再通过试验测试来加以验证。是对具体加工条件下得到的几何参数进行实际测量，然后运用数理统计学方法对这些测试数据进行分析处理，找出工件加工误差的规律和性质，进而控制加工质量。同济大学现代制造技术研究所2016-12-0812:32刘雪梅17概述部分小结•加工精度•尺寸精度•形状精度•位置精度•加工误差•与理想零件的偏离•加工精度的另一描述•工艺系统•机床•刀具•夹具•工件•原始误差•工艺系统的误差•产生加工误差的根源•包括工艺系统静/动误差•研究加工精度方法•分析计算法•统计分析法同济大学现代制造技术研究所2016-12-0812:32刘雪梅18二、工艺系统几何误差1、机床的几何误差机床几何误差的来源机床制造磨损安装机床几何误差的组成①主轴回转误差②导轨误差③传动链误差同济大学现代制造技术研究所2016-12-0812:32刘雪梅19工艺系统几何误差——1机床（1）主轴回转误差（主轴轴线漂移）概念：主轴回转误差是指主轴实际回转轴线相对其理想回转轴线的偏移量。主轴回转误差的基本形式b）轴向窜动a）径向圆跳动c）倾角摆动纯径向跳动：车削外圆、镗孔时产生圆度误差。纯轴向窜动：车端面产生平面度误差；车螺纹产生螺距小周期误差。纯角度摆动：产生圆柱度或端面形状误差。同济大学现代制造技术研究所2016-12-0812:32刘雪梅20工艺系统几何误差——1机床主轴回转误差的原因（1）主轴回转误差主轴回转误差的影响轴承本身误差、轴承间隙、轴承间同轴度误差，各段轴颈、轴孔的同轴度误差、主轴系统的刚度和热变形等。但它们对主轴回转精度的影响大小随加工方式而不同同济大学现代制造技术研究所2016-12-0812:32刘雪梅21工艺系统几何误差——1机床主轴径向圆跳动对加工精度的影响相同的误差对于不同加工方法影响各不相同。径向跳动对镗孔精度影响径向跳动对车外圆精度影响镗床镗孔时刀具随机床主轴回转，切削力和误差敏感方向也在旋转，轴线的漂移会直接反映到工件上去。车削是工件回转，切削力和误差敏感方向不变，只有水平方向误差才1:1地反映到工件上。同济大学现代制造技术研究所2016-12-0812:32刘雪梅22工艺系统几何误差——1机床主轴采用滑动轴承的车床类，主轴受力方向一定，主轴颈圆度误差影响较大，轴承内径圆度误差没影响镗床主轴受力随镗刀旋转方向不断变化，轴承孔误差影响大同济大学现代制造技术研究所2016-12-0812:32刘雪梅23工艺系统几何误差——1机床纯角度摆动会造成车削外圆或内孔的锥度误差；在镗孔时，若工件进给会使镗出的孔为椭圆形。产生轴向窜动主要原因是主轴轴肩端面和轴承承载端面对主轴回转轴线有垂直度误差。轴向窜动对圆柱表面影响不大，对端面垂直度、平面度影响大，车削螺纹时会造成导程的周期性误差。同济大学现代制造技术研究所2016-12-0812:32刘雪梅24工艺系统几何误差——1机床（1）提高主轴及支承座孔的加工精度，选用高精度轴承，提高主轴部件装配精度。（2）对滚动轴承进行预紧消除间隙或产生微量过盈，对高速主轴部件进行平衡等。（3）采用合理的工艺方法消除主轴回转误差对加工精度的影响，主轴只起传递动力和运动的作用。例：采用固定顶尖定位加工，工件轴线不变。提高主轴回转精度的措施同济大学现代制造技术研究所2016-12-0812:32刘雪梅25工艺系统几何误差——1机床(2)导轨误差概念：机床导轨是机床中确定某些主要部件相对位置的基准，也是某些主要部件的运动基准。机床导轨误差的基本形式•水平面内的直线度•垂直面内的直线度•前后导轨的平行度（扭曲）同济大学现代制造技术研究所2016-12-0812:32刘雪梅26工艺系统几何误差——1机床导轨在水平面内直线度误差的影响——影响显著ΔYΔYoDΔR水平面导轨水平面内直线度(2)导轨误差同济大学现代制造技术研究所2016-12-0812:32刘雪梅27工艺系统几何误差——1机床导轨在垂直面内直线度误差的影响——影响小(2)导轨误差垂直平面导轨垂直面直线度ΔZdΔRΔZRd/2同济大学现代制造技术研究所2016-12-0812:32刘雪梅28工艺系统几何误差——1机床(2)导轨误差ΔX导轨扭曲引起的加工误差δΔRDαBXYHRHBδα⋅∆=⋅=导轨扭曲对加工精度的影响——影响显著同济大学现代制造技术研究所2016-12-0812:32刘雪梅29工艺系统几何误差——1机床(3)传动链误差概念：指传动链始末两端执行元件间相对运动的误差。描述：传动链末端元件产生的转角误差。它的大小对车、磨、铣螺纹，滚、插、磨（展成法磨齿）齿轮等加工会影响分度精度，造成加工表面的形状误差，如螺距精度、齿距精度等。同济大学现代制造技术研究所2016-12-0812:32刘雪梅30工艺系统几何误差——1机床(3)传动链误差图齿轮机床传动链z7=z8=16z1=64zn=96z5=z6=23z3=z4=23bz2=16zn-1=1icefacd1njjjkφφΣ=∆=⋅∆=∑以齿轮机床传动链为例：式中Δφn——传动链末端元件转角误差；kj——第j个传动元件的误差传递系数，表明第j个传动元件对末端元件转角误差影响程度，其数值等于该元件至末端元件的传动比；同济大学现代制造技术研究所2016-12-0812:32刘雪梅31工艺系统几何误差——1机床减少传动链误差的措施尽量缩短传动链。提高传动件的制造和安装精度，尤其是末端零件的精度。尽可能采用降速运动，且传动比最小的一级传动件应在最后。消除传动链中齿轮副的间隙。采用误差校正机构同济大学现代制造技术研究所2016-12-0812:32刘雪梅32工艺系统几何误差——2刀具刀具误差包括刀刃廓形制造、刃磨误差及刀具安装误差。2、刀具的几何误差同济大学现代制造技术研究所2016-12-0812:32刘雪梅33工艺系统几何误差——2刀具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2、刀具的几何误差同济大学现代制造技术研究所2016-12-0812:32刘雪梅34工艺系统几何误差——3夹具L±0.05φ6F7φ10F7k6H7g6YZ图4-19钻径向孔的夹具夹具误差影响加工位置精度。与夹具有关的影响位置误差因素包括：通常要求定位误差和夹具制造误差不大于工件相应公差的1/3。1）定位误差；2）刀具导向（对刀）误差；3）夹紧误差；4）