机械制造工艺学

全面质量管理基本观点
质量第一
一切为用户服务 质量形成于生产全过程 质量好坏凭数据说话 预防为主，防检结合 以人为本 动态管理
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2.1.5 全面质量管理（TQM）
ISO9000质量标准
ISO9000 是国际标准化组织（ISO）制定的质量标准体 系，它由一系列质量标准组成，其中最主要和应用最广 泛的有6项标准，各项质量标准之间的关系如图所示。
第2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
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机械制造工艺学
第2章 机械加工精度及其控制
Analysis and Control of Machining Precision
2.1 概述
Introduction to Machining Precision
由于α、β、γ 数值很小，有：sin α= α， sin β = β ， sin γ = γ ，cos α= cos β = cos γ=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：
1 E 1 1
数学方法
◆ 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。
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2.1.5 全面质量管理（TQM）
全面质量管理概念
一个组织以质量为中心，以全员参与为基础，通过让顾 客满意和本组织成员及社会受益而达到长期成功的管理 途径。
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2.1.1 机械加工精度
加工质量
尺寸精度
加工精度
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 波度 表面几何形状精度
纹理方向
伤痕（划痕、裂纹、砂眼等）
表面质量
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
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2.1.1 机械加工精度
主轴倾角摆动对加工精度的影响
与主轴径向跳动影响类似，不仅影响圆度误差，而且影响圆柱度误 差。
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2.2.3 机床误差
影响主轴回转精度的主要因素 滑动轴承 车床—— 轴径不圆引起车床 主轴向跳动（注意其频率特性）
镗床—— 轴承孔不圆引起镗 床主轴径向跳动 静压轴承 —— 对轴承孔或 轴径圆度误差起均化作用 滚动轴承 内外滚道圆度误差、滚动体 形状及尺寸误差
a）
调整法（图 b）
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
b）
试切法与调整法
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2.2.3 机床误差
导轨导向误差
导轨导向误差概念
导轨副运动件实际运动方向与理想运动方向的偏差 包括：导轨在水平面内的直线度，导轨在垂直面内的直线度，前后 导轨平行度（扭曲），导轨与主轴回转轴线的平行度（或垂直度）等
综合考虑导向误差及进给系统线性位移误差，可得到：
xt xr xt 0 x1 x y y y y 0 y t r t 1 z x 0 x zr x z1 zt x zt x
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，而位置误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、形状精度也要求高。 但形状精度或位置精度要求高时，相应的尺寸精度不一定要求高， 这要根据零件的功能要求来决定。
Y 2 RY 2 R0
RX X
Ｏ
Ｏ
ΔR
ΔY X
a）
Y
X ΔR =ΔX
显然：
RX RY
b）
Y
误差敏感方向
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2.1.4 研究加工质量的方法
物理方法
◆ 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。
ISO9001（20项） ISO9002（18项） ISO9003（12项）
内 设 合 采 部 计 同 购 产 品
管 理 职 责
质 标 检 量 文 记 测 系 件 跟 试 统 踪 验
检 验 装 置
检 验 记 录
不 合 格 品
处 理 交 货
质 过 量 培 统 程 记 训 计 控 录 制
改 进 活 动
内 部 服 控 务 制
代入上式得到：ΔR＝γH 又： B 于是可得到： H R H B
γ
Y
B
导轨扭曲引起的加工误差
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δ
2.2.3 机床误差
影响导轨导向精度的主要因素 机床制造误差 机床安装误差 导轨磨损
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2.2.3 机床误差
主轴回转误差
主轴回转误差概念 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。
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原理误差 定位误差 调整误差 刀具误差 夹具误差
工件相对于刀具静止状态下 的误差
原始误差构成
2.1.2 影响加工精度的原始误差及分类
热变形 对刀误差 F 设计基准 夹紧误差
定位误差
菱形销
定位基准 导轨误差
活塞销孔精镗工序中的原始误差
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2.1.3 误差敏感方向
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。 图中：
ISO9000 ISO8402 名词术语 ISO9004 ISO9000族质量标准相互关系 基础性文件 ISO9001 ISO9002 ISO9003
指导性文件
认证标准
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2.1.5 全面质量管理（TQM）
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。
B A
轴径不圆引起车床主轴径向 跳动
轴承孔不圆引起镗床主轴径向 跳动
0 0 x1 x2 1 x1 y 0 cos sin y E i y 2 1 1 0 sin cos z2 z1 z1 i 也可写成：r2 E r1
不考虑平移误差，P点由角位移引起的线性误差：
x x2 x x1 x y y y r r E r 2 1 2 1 1r 1 E I r 1 z z2 z1
L D－Δd
Hy
d Z X f a） Δz
R0
Δx
f
b） Δz
α f
α
Z
c）
成形运动间位置误差对外圆和端面车削的影响
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2.2.3 机床误差
导轨导向误差理论分析方法
机床坐标系：O－i, j, k，床鞍坐标系：O1－i1, j1, k1 ， 工件坐标系： O2－i2, j2, k2 ， P 为工件上一点 若无导向误差，床鞍在 x 处， P点坐标： （ x2, y2, z2 ）＝ （ x1, y1, z1 ）＝ （ x1 +x, y1, z1 ） 若存在导向误差α（绕 i 转角）， P点坐标：
3 1
结论：主轴径向跳动影 响加工表面的圆度误差
e
径向跳动对车外圆精度影响
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2.2.3 机床误差
主轴端面圆跳动对加工精度的影响
被加工端面不平，与圆柱面不垂直（如主轴回转一周，端面跳动 一次，加工出的端面近似螺旋面） 加工螺纹时，产生螺距周期性误差。
Hale Waihona Puke Δx Sπ2π υ
主轴端面跳动引起螺距加工周期误差
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
D ΔR
γ Y
ΔX
X
导轨扭曲：对加工精度的影响 显著（图） H R H B
B
导轨扭曲引起的加工误差
δ
导轨垂直面内直线度误差：误 差非敏感方向，影响小
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2.2.3 机床误差
导轨与主轴回转轴线位置误差对加工精度的影响
式中 R —— 刀尖回转半径； υ—— 主轴转角。 显然，上式为一椭圆。
e
径向跳动对镗孔精度影响
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2.2.3 机床误差
主轴径向圆跳动对加工精度的影响（车外圆） 仍考虑最简单的情况，主轴回转中心在 X方向上作简谐 直线运动，其频率与主轴转速相同，幅值为2e。则刀尖 运动轨迹接近于正圆（图）。 思考：主轴回转中心在 X 方向上作简谐直线运动 ，其频率为主轴转速两倍 ，被车外圆形状如何？
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2.1.2 影响加工精度的原始误差及分类
原始误差—— 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。
原始误差分类
与工艺系统原始状 态有关的原始误差 (几何误差)
原始 误差
与工艺过程有关的 原始误差(动误差)
主轴回转误差 工件相对于 机床误差 导轨导向误差 刀具运动状 态下的误差 传动误差 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