机械加工质量分析与控制PPT课件

刀具磨损
测量误差
工件残余应力引起的变形
图4-5 原始误差构成
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4.1.5 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。
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。
第4章 机械加工质量分析与控制
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 影响机械加工表面质量的因素 机械加工中的振动
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机械制造技术基础
第4章 机械加工质量分析与控制
Analysis and Control of Machining Quality
➢ 误差敏感方向一般为已加工 表面过切削点的法线方向。
➢ 图4-4：
RY
Y 2 2R0
（4-1）
RX X
显然：
RX RY
（4-2）
Ｏ
a）
Y
X ΔR
Ｏ
X
b）
Y
ΔR =ΔX
图4-4 误差敏感方向
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ΔY
4.1.4 影响加工精度的因素
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。
对耐蚀性影响
初始磨损量
重载荷 轻载荷
表面粗糙度值↓→耐蚀性↑ 表面压应力：有利于提高耐蚀性
对配合质量影响
Ra（μm）
图4-3 表面粗糙度 与初始磨损量
表面粗糙度值↑ →配合质量↓ 5
4.1.3 误差敏感方向
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。
Hλ
RZ
RZ
λ
a）波度
b）表面粗糙度
图4-2 零件加工表面的粗糙度与波度
4
4.1.2 表面质量对零件使用性能的影响
对耐磨性影响
表面粗糙度值↓→耐磨性↑，但有一定限度（图4-3） 纹理形式与方向：圆弧状、凹坑状较好 适当硬化可提高耐磨性
对耐疲劳性影响
表面粗糙度值↓ → 耐疲劳性↑ 适当硬化可提高耐疲劳性
Precision
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4.2.1 加工原理误差
加工原理误差
加工原理误差是指采用了近似的成型运动或近似的刀刃轮 廓进行加工而产生的误差。 例1：在数控铣床上采用球头刀铣削复杂形面零件(图4-6)
S 8Rh
式中 R ——球头刀半径； h ——允许的残留高度。
（4-3）
例2：用阿基米德蜗杆滚刀 滚切渐开线齿轮
，其频率为主轴转速两倍
，被车外圆形状如何？
3
1
➢ 结论：主轴径向跳动影
e
响加工表面的圆度误差
图4-9 径向跳动对车外圆精度影响
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4.2.2 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； ➢加工螺纹时，产生螺距周期性误差。
★ 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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机械制造技术基础
第4章 机械加工质量分析与控制
Analysis and Control of Machining Quality
4.2 工艺系统几何精度对 加工精度的影响
Geometric Precisions of Technological System and its influence to machining
h
S
图4-6 空间曲面数控加工
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Hale Waihona Puke Baidu 4.2.2 机床误差
主轴回转误差
➢ 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（图4-7）。
a）径向圆跳动 b）端面圆跳动
c）倾角摆动
图4-7 主轴回转误差基本形式
BA
图4-10 轴径不圆引起车床 主轴径向跳动
图4-11 轴承孔不圆引起镗床 主轴径向跳动
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4.2.2 机床误差
◆ 影响主轴回转精度的主要因素
Δ
★ 推力轴承
滚道端面平面度误差及
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4.2.2 机床误差
◆ 影响主轴回转精度的主要因素 ★ 滑动轴承
➢车床（图4-10）—— 轴径不 圆引起车床主轴向跳动（注意 其频率特性）
➢镗床（图4-11）—— 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
显然，式（4-4）为一椭圆。
e
图4-8 径向跳动对镗孔精度影响
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4.2.2 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4-9）。
◎ 思考：主轴回转中心在
X方向上作简谐直线运动
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)
原理误差
定位误差 调整误差 刀具误差
工件相对于刀具静止状态下 的误差
夹具误差 机床误差
主轴回转误差 工件相对于
导轨导向误差 刀具运动状
传动误差
态下的误差
工艺系统受力变形（包括夹紧变形）
工艺系统受热变形
图4-1 加工质量包含的内容
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4.1.1 机械加工质量
◆ 加工精度：零件加工后实际几何参数与理想几何参数接近 程度。 ◆ 零件宏观几何形状误差、波度、表面粗糙度
宏观几何形状误差（平面度、圆度等）—波长/波高＞1000 波度 — 波长/波高=50～1000；且具有周期特性 表面粗糙度 —— 波长/波高＜50
4.1 概述
Introduction to Machining Quality
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4.1.1 机械加工质量
加工质量
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）
表面质量
表面几何形状精度
表面粗糙度 波度 纹理方向 伤痕（划痕、裂纹、砂眼等）
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
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4.2.2 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，其频率与主轴转速相同，幅值为2e。则刀 尖的坐标值为：
X (R e) cos Y R sin
（4-4）
式中 R —— 刀尖回转半径； φ—— 主轴转角。