机械制造第五章

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(2)增设消除内应力的热处理工序 铸件、锻 件、焊接件在进入机械加工之前,应进行退火、 回火等热处理,加速内应力变形的进程;对箱体、 床身、主轴等重要零件,在机械加工工艺中尚需 适当按排时效处理工序。
(3)合理安排工艺过程 粗加工和精加工宜 分阶段进行,使工件在粗加工后有一定的时间来
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七、提高加工精度的途径
数理统计学已经证明,样本极差R近似服从
(R ~N(R,σR2)
这就是说,样本极差R的分散范围为 (R±3σR)。到此,x-R点图上的上、下控制限
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4.点图的正常波动与异常波动
正常波动与异常波动的标志
正常波动
异常波动
1.没有点子超出控制线 2.大部分点子在中线上 下波动,小部分在控制线
3.点子没有明显的规律
何形状误差,结合面的实际接触面积只是名义接触 面积的一小部分 (图所示),在外力作用下,实际 接触区的接触应力很大,产生了较大的接触变形。
图5-16 两零件结合面间的接触情况 机械制造第五章
4.机床部件刚度 2)摩擦力的影响
图5-17 摩擦力对机床部件刚度的影响
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4.机床部件刚度
3)低刚度零件的影响 在机床部件中,个别薄弱零件对刚度 的影响很大。
图5-42 工艺过程稳定性分析图
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2.
点图的基本形式是由小样本均值x 的点图和 小样本极差R的点图联合组成的x 、R点图,如图 所示。
图5-43 x、R a)x点图 b)R点图
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3.x、R点图上、下控制限的Biblioteka Baidu定
x ~N(μ,σ2/n)
也就是说,样本均值x 的分散范围为
(μ±3σ√n
4)间隙的影响 机床部件在受力作用时,首先消除零 件间在受力作用方向上的间隙,这会使机 床部件产生相应的位移。
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5. (1)由于工艺系统刚度变化引起的误差
图5-18 车削外圆时工艺 系统受力变形对加工精度 的影响
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5. (2)由于切削力变化引起的误差
在加工过程中,由于工件的加工余量发生变 化、工件材质不均等因素引起的切削力变化,使 工艺系统变形发生变化,从而产生加工误差。
统计分析法是对具体加工条件下加工得到的几 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。分析计算法主要 是在对单项原始误差进行分析计算的基础上进行的, 统计分析法则是对有关的原始误差进行综合分析的 基础上进行的。
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2020/11/18
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第一节 机械加工精度
一、概 述 1.加工精度与加工误差
所谓加工精度是指零件加工后的实际几何参 数 (尺寸、形状和位置) 与理想几何参数的符合 程度。实际值愈接近理想值,加工精度就愈高。
实际加工不可能把零件做得与理想零件完全 一致,总会有大小不同的偏差,零件加工后的实 际几何参数对理想几何参数的偏离程度,称为加 工误差。
1.减小原始误差 2.转移原始误差 3.均分原始误差 4.均化原始误差 5.
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第二节 工艺过程的统计分析
一、误差统计性质的分类
在顺序加工一批工件中,其大小和方向皆不 变的误差,称为常值系统性误差。
在顺序加工一批工件中,其大小和方向遵循 某一规律变化的误差,称为变值系统性误差。
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5.
(1)减少发热和隔热 (2)改善散热条件 (3)均衡温度场 (4)改进机床结构 (5)加快温度场的平衡 (6)控制环境温度
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六、内应力重新分布引起的误差 1.
没有外力作用而存在于零件内部的应力,称 工件上一旦产生内应力之后,就会使工件金 属处于一种高能位的不稳定状态,它本能地要向 低能位的稳定状态转化,并伴随有变形发生,从
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4.机床部件刚度 (1)机床部件刚度
图5-14 车床部件静刚度的测定 1—心轴 2、3、6—千分表 4—测力环 5—螺旋加力器
图5-15 车床刀架部件的刚度曲线 1—加载曲线 2—卸载曲线
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4.机床部件刚度 (2)
1)结合面接触变形的影响 由于零件表面存在宏观几何形状误差和微观几
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2.
工件在机械加工中所产生的热变形,主要是 由切削热引起的。
(1)工件均匀受热 在加工像轴类等一些形状 简单的工件时,如果工件处在相对比较稳定的温 度场中,此时就认为工件是均匀受热。
(2)工件不均匀受热 在铣、刨、磨平面时, 工件单面受切削热作用,上下表面之间形成温差 △θ,导致工件向上凸起,凸起部分被工具切去, 加工完毕冷却后,加工表面就产生了中凹,造成 了几何形状误差。
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3.刀具热变形对加工精度的影响 刀具热变形的热源主要是切削热。
图5-25 车刀的热变形曲线
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4.
由于机床热源分布的不均匀、机床结构的复 杂性以及机床工作条件的变化很大等原因,机床 各个部件的温升是不相同的,甚至同一个零件的 各个部分的温升也有差异,这就破坏了机床原有
图5-26 车床的热变形
二、工艺过程的分布图分析
1.正态分布的基本概念
(1)正态分布的数学模型、特征参数和特殊点
其概率密度方程为:
图5-36 正态分布曲线的特殊点
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该方程有两个特征参数,一为算术平均值x,另 一为均方根偏差 (标准差)σ
式中 xi—— n——工件总数。
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(2) 标准正态分布
x=0、σ=1的正态分布称为标准正态分布,
3)派生热源 工艺系统内部的部分热量通过 切屑、切削液、润滑液等带到机床其它部位,使 系统产生热变形。
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(2)外部热源 外部热源来自工艺系统外 部。
1)环境温度 以对流传热为主要传递形式的环 境温度的变化 (如气温的变化,人造冷、热风,地 基温度的变化等)影响工艺系统的受热均匀性,从
2)辐射热 以辐射传热为传递形式的辐射热 (如阳光、灯光照明、取暖设备、人体温度等)因其 对工艺系统辐射的单面性或局部性而使工艺系统的
二、工艺系统几何误差 1.机床的几何误差
加工中刀具相对于工件的成形运动一般 都是通过机床完成的,因此,工件的加工精 度在很大程度上取决于机床的精度。机床制 造误差对工件加工精度影响较大的有:主轴 回转误差、导轨误差和传动链误差。机床的 磨损将使机床工作精度下降。
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2.
(1)定尺寸刀具 (如钻头、铰刀、镗刀块、孔 拉刀、丝锥、板牙、键槽铣刀等)的尺寸和形状误 差
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(3)工件尺寸在某区间内的概率
生产上感兴趣的问题往往不是工件为某一尺寸 的概率是多大,而是加工工件尺寸落在某一个区间 (x1≤x≤x2) 内的概率是多大。
图5-38 工件尺寸概率分布
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2.机械制造中常见的误差分布规律
图5-40 a)正态分布 b)平顶分布 c)双峰分布 d)
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2.机械制造中常见的误差分布规律
(1)实际分布曲线符合正态分布,6σ≤T且分 散中心与公差带中心重合
(2)实际分布曲线符合正态分布,6σ≤T,但 分散中心与公差带中心不重合
(3)实际分布曲线符合正态分布,6σ>T,且 分散中心与公差带中心不重合
(4)实际分布曲线不符合正态分布,而呈平顶 分布
图5-19 毛坯形状误差的复映
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5. (3)由于夹紧变形引起的误差
图5-21 a)夹紧后 b)镗孔后 c)放松后 d)加过渡环后夹紧
(4)其他作用力的影响 除上述因素外,重力、惯性力、传动力等也 会使工艺系统的变形发生变化,引起加工误差。
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6.
(1) 1)提高工件和刀具的刚度 2)提高机床刚度 3)采用合理的装夹方式和加工方式 (2)减小切削力及其变化 合理地选择刀具材料、增大前角和主偏角、对 工件材料进行合理的热处理以改善材料的加工性能 等,都可使切削力减小。
图5-12
a)车长轴 b)磨内孔
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2.工件刚度
工艺系统中如果工件刚度相对于机床、刀 具、夹具来说比较低,在切削力的作用下,工 件由于刚性不足而引起的变形对加工精度的影 响就比较大,其最大变形量可按材料力学有关
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3.刀具刚度
外圆车刀在加工表面法线(y)方向上的 刚度很大,其变形可以忽略不计。镗直径较小 的内孔,刀杆刚度很差,刀杆受力变形对孔加 工精度就有很大影响。
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4.误差敏感方向的概念
图5-3 由δz引起的加工误差
原始误差所引起的
切削刃与工件间的相对 位移,如果产生在加工 表面的法线方向,则对 加工误差有直接的影响; 如果产生在加工表面的 切线方向上,就可以忽 略不计。我们把加工表 面的法向称之为误差的 敏感方向。
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5.
分析计算法是在掌握各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 能是哪一个或哪几个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,进而通过 估算来确定工件的加工误差的大小,再通过试验测 试来加以验证。
(2)成形刀具 (如成形车刀、成形铣刀、模数 铣刀等)的形状误差
(3)展成刀具 (如齿轮滚动、插齿刀、花键滚 刀等)切削刃的形状及有关尺寸,以及其安装、调 整不正确
(4)一般刀具 (如普通车刀、单刃镗刀、面铣 刀、刨刀等)的制造误差
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3.
夹具的作用是使工件相 对于刀具和机床具有正确的 位置,因此夹具的制造误差 对工件的加工精度 (特别是 位置精度) 有很大影响。
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五、工艺系统受热变形引起的误差
1.
(1)内部热源 内部热源来自工艺系统内部, 其热量主要是以热传导的形式传递的。
1)切削热 切削热对工件加工精度的影响最 为直接。
2)摩擦热和能量损耗 工艺系统因运动副 (如齿轮副、轴承副、导轨副、螺母丝杠副、离合 器等) 相对运动所生摩擦热和因动力源 (如电动 机、液压系统等) 工作时的能量损耗而发热。
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3.按样件或样板调整
在大批大量生产中用多刀加工时,常用专门 样件来调整切削刃间的相对位置。如活塞环槽半
当工件形状复杂,尺寸和重量都比较大的时 候,利用样件进行调整就太笨重,且不经济,这 时可以采用样板对刀。
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四、工艺系统受力变形引起的误差
1.基本概念
机械加工工艺系统在切削力、夹紧力、惯性 力、重力、传动力等的作用下,会产生相应的变 形,从而破坏了刀具和工件之间的正确的相对位 置,使工件的加工精度下降。
(5)实际分布曲线不符合正态分布,而呈偏态 分布
(6)双峰或多峰分布
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3.
(1) (2)样本数据的测量 (3)异常数据的剔除 (4)实际分布图的绘制 (5)理论分布图的绘制 (6)工艺过程的分析
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三、工艺过程的点图分析 1.工艺过程的稳定性
工艺过程的稳定性是指工艺过程在时间历程上 保持工件均值x 和标准差σ值稳定不变的性能。
图5-10 工件在夹具中装夹示意
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三、调整误差 1.试切法调整
试切法调整广泛用在单件、小批生产中。这 种调整方式产生调整误差的来源有3
(1)度量误差 (2)加工余量的影响 (3)微进给误差
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2.按定程机构调整
在大批大量生产中广泛应用行程挡 块、靠模、凸轮等机构保证加工精度。 这时候,这些机构的制造精度和调整, 以及与它们配合使用的离合器、电气开 关、控制阀等的灵敏度就成了影响误差
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2. (1)热加工中内应力的产生
在铸、锻、焊、 热处理等工序中由于 工件壁厚不均、冷却 不均、金相组织的转 变等原因,使工件产 生内应力。
图5-32 铸件因内应力而引起的变形
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2. (2)冷校直产生的内应力
图5-33 校直引起的内应力
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3.
(1)改进零件结构 在设计零件时,尽量做到 壁厚均匀,结构对称,以减少内应力的产生。
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2.加工经济精度
图5-2 加工成本与加工误差之间的关系
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3.原始误差
由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺 系统 (简称工艺系统) 会有各种各样的误差产生,这 些误差在各种不同的具体工作条件下都会以各种不同 的方式 (或扩大、或缩小) 反映为工件的加工误差。 工艺系统的误差是“因”,是根源;工件的加工误差 是 “果”,是表现;因此,我们把工艺系统的误差 称为原始误差。
1. 2. 3. 4.连续7 5.连续11点中有10 6.连续14点中有12点以上出现在中线一侧 7.连续17点中有14 8.连续20点中有16 9. 10.点子有周期性波动
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