机械制造质量分析与控制

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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。
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工艺系统几何误差——2刀具
2、刀具的几何误差
一般刀具
刀具误差
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。
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。
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概述部分小结
•尺寸精度 •形状精度 •位置精度
•机床 •刀具 •夹具 •工件
•分析计算法 •统计分析法
例：采用固定顶尖定位加工，工件轴线不变。
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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
Analysis and Control of Mechanical Machining Quality
第二节 影响机械加工 精度的因素及其分析
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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。
(2) 导轨误差 导轨在垂直面内直线度误差的影响——影响小
ΔZ
导轨垂直面直线度 垂直平面
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ΔR d d/2
R
ΔZ
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工艺系统几何误差——1机床
(2) 导轨误差 导轨扭曲对加工精度的影响——影响显著
ΔX D
X ΔR
δ
Y α
∆R = α ⋅ H = δ ⋅ H
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
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工艺系统几何误差——2刀具
2、刀具的几何误差 刀具误差包括刀刃廓形制造、刃磨误差及刀具安 装误差。
第五章 机械制造质量分析与控制
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方法 第三节 工艺过程的综合分析方法(统计分析) 第四节 机械加工表面质量 第五节 机械加工过程中的振动
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第五章 机械制造质量分析与控制
B
B
导轨扭曲引起的加工误差
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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。
a）
∆RY
=∆Y 2 2R0
∆RX =∆X
显然：
∆RX >> ∆RY
b）
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Ｏ
X
ΔRY Y
Ｏ
X
ΔRX Y
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ΔY
一、概述
研究机械加工精度的方法
分析计算法 统计分析法
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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。
轴等；
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
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• 加工精度
• 加工误差 • 工艺系统
•与理想零件的偏离 •加工精度的另一描述
• 原始误差
• 研究加工精度方法
•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
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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 机床几何误差的组成
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
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机械制造技术基础
第5章 机械制造质量分析与控制
第一节 机械加工精度
Mechanical Machining Precision
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一、加工精度与加工误差
1、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。
理想几何参数
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
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机床制造 磨损 安装
①主轴回转误差 ②导轨误差 ③传动链误差
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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
a）径向圆跳动 b）轴向窜动 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。
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工艺系统几何误差——1机床
（1）主轴回转误差 主轴回转误差的原因
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
主轴回转误差的影响
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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
径向跳动对镗孔精度影响
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。
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一、概述
原始误差——工艺系统的误差
分类
与工艺系统原始状 态有关的原始误差
原 (几何误差) 始 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
工件相对于刀具静止状态下 的误差
主轴回转误差 工件相对于
二、加工经济精度
1、加工精度与加工误差
◆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
在正常加工条件下所能 保证的精度。
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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。
（扭曲）
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工艺系统几何误差——1机床
(2) 导轨误差 导轨在水平面内直线度误差的影响——影响显著
导轨水平面内直线度
水平面
ΔY
ΔR
D
o
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ΔY 2016-12-08 12:32 刘雪梅26
工艺系统几何误差——1机床
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。
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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。
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工艺系统几何误差——1机床
(3) 传动链误差
以齿轮机床传动链为例：
z1 = 64
n
∑ ∆= φΣ
k j ⋅ ∆= φ j
j =1
z3 = z4 = 23
z2 = 16
zn-1 = 1
zn = 96
式中 Δφn —— 传动链末 端元件转角误差；
导轨导向误差 刀具运动状
传动误差
态下的误差
加工前
工艺系统受力变形（包括夹紧变形）
工艺系统受热变形
加工中
刀具磨损
测量误差
加工后
工件残余应力引起的变形
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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。
波度 纹理方向 伤痕（划痕、裂纹、砂眼等）
表面层的物 表层加工硬化
表层金相组织变化 理力学性能
表层残余应力
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零件制造质量包含的内容
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机械制造技术基础
第5章 机械制造质量分析与控制
Analysis and Control of Mechanical Machining Quality
径向跳动对车外圆精度影响
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。
相同的误差对于不同加工方法影响各不相同。
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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
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；
z5 = z6 = 23 z7 = z8 = 16
d
b
c
f
ic
a
e
图 齿轮机床传动链
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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。
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工艺系统几何误差——1机床
提高主轴回转精度的措施
（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。
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
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第五章 机械制造质量分析与控制
机械制造质量
尺寸精度
加工精度 形状精度
零
件
位置精度
的
表面粗糙度
加
工
表面几何形状精度
质 量 表面质量
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
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2016-12-08 12:32 刘雪梅22
工艺系统几何误差——1机床
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。