智控精密机械加工工艺学PPT课件(误差分析).ppt

1、123 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4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

2、一定要求高，这要根据零件的功能要求来决定。 5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 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原始误差构成6活塞销孔精镗工序中的原始误差定位误差F设计基准定位基准热变形对刀误差夹紧误差菱形销导轨误差7RYRRR =X202YYRRXRX 显然：XYRR 误差敏

3、感方向YR0Xa）YR0Xb）8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。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。910ISO9000族质量标准相互关系指导性文件认证标准基础性文件名词术语ISO9000ISO9002ISO9001ISO9003ISO9004ISO840211设计合同采购管理职责文件培训统计服务质量系统内部产品标记跟踪检测试验检验装置检验记录不合格品处理交货质量记录内部控制改进活动过程控制ISO9001（20项）ISO

4、9001、ISO9002、ISO9003之间的关系ISO9002（18项）ISO9003（12项）1213式中 R 球头刀半径； h 允许的残留高度。SRh空间曲面数控加工8SR h 14a）b）试切法与调整法（图 a）（图 b）15导轨导向误差对加工精度的影响导轨扭曲引起的加工误差HRDBXYX导轨导向误差概念BHHR16成形运动间位置误差对外圆和端面车削的影响fZzzc）HyR0fXZLfdDdxa）b）17导轨导向误差理论分析方法1111112221cossin0sincos0001zyxEzyxzyxi121rEri1iE112111rErEEErijk导轨导向误差分析jikk1, k

5、2i1, i2j1, j2OO1, O2Px18111E 数值很小，有：sin sin sin 可得到11112111222rIErrErrzyxxzyxxzyx111000zyxzyxzyxzyxzyxxxtttxrrrxtttx19【例】【解】导轨扭曲引起的加工误差HRDBXYXBHHRB0,2,111HDzyx20影响导轨导向精度的主要因素21b）端面圆跳动a）径向圆跳动c）倾角摆动主轴回转误差基本形式主轴回转误差概念22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

6、值为：e径向跳动对镗孔精度影响式中 R 刀尖回转半径； 主轴转角。() cossinXReYR显然，上式为一椭圆。23径向跳动对车外圆精度影响12345678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）。结论：结论：主轴径向跳动影响加工表面的圆度误差e主轴径向圆跳动对加工精度的影响（车外圆）24主轴端面圆跳动对加工精度的影响主轴倾角摆动对加工精度的影响2 Sx主轴端面跳动引起螺距加工周期误差25AB影响主轴回转精度的主要因素内外滚道圆度误差、滚动体形状及尺寸误差轴径不圆引起车床主轴径向跳动滑动轴承轴承孔不圆引起镗床主

7、轴径向跳动滚动轴承26推力轴承 滚道端面平面度误差及与回转轴线的垂直度误差其他因素轴承孔、轴径圆度误差；轴承孔同轴度误差；轴肩、隔套端面平面度误差及与回转轴线的垂直度误差；装配质量等a） b）0止推轴承端面误差对主轴轴向窜动的影响影响主轴回转精度的主要因素27传统测量方法存在问题主轴回转误差的测量 传统测量方法a)b)主轴回转误差测量法1 摆动盘 2，4 传感器 3 精密测球 5 放大器 6 示波器 准确测量方法28提高主轴回转精度的措施 磨床采用死顶尖支承用镗模镗孔29机床传动误差对加工精度的影响齿轮机床传动链z7 = z8 = 16z1 = 64zn = 96z5 = z6 = 23z3

8、= z4 = 23bz2 = 16zn-1 = 1icefacd111sinnnjjjnjjjjkktk 以齿轮机床传动链为例：式中 n 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； n 传动链末端元件角速度； j 第j 个传动元件转角误差的初相角。30传动链误差的频谱分析a)nA1A2Aib)（频率）A（幅值）12i提高传动精度措施31丝扛加工误差补偿装置1 工件 2 螺母 3 母丝杠 4 杠杆 5 校正尺 6 触头 7 校正曲线 附加位移螺母附加转动32L0.056F710F7k620H

9、7g 6YZ 钻孔夹具误差分析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）夹具制造误差；5）夹具安装误差；33车刀后刀面磨损对加工尺寸影响刀具磨损过程3435在加工误差敏感方向上工艺系统所受外力与变形量之比工艺系统刚度定义式中 k工艺系统刚度； Fp吃刀抗力； x 工艺系统位移（切削合力作用下的位移）。xFkp工艺系统受力变形工艺系统受力变形引起加工误差3611111jcjjdgkkkkk式中 k 工艺系统刚度； kjc 机床刚度； kjj 夹具刚度； kd 刀具刚度； kg 工件刚度。工艺系统刚度计算公式工艺系统刚度计算

10、说明37机床变形引起的加工误差式中 xjc 机床总变形； Fp 吃刀抗力； ktj 机床前顶尖处刚度； kwz 机床后顶尖处刚度； kdj 机床刀架刚度； L 工件全长； z 刀尖至工件左端距离。变形随受力点变化规律xtjxwzxdjxFpAABBCCzLFAFBxzdjwztjPjckLzkLzLkFx1112238机床受力变形引起的加工误差工件变形引起的加工误差式中 xg 工件变形； E 工件材料弹性模量； I 工件截面惯性矩； Fp，L，z 含义同前。工件受力变形引起的加工误差LzzLEIFxPg22)(339机床变形和工件变形共同引起的加工误差工艺系统刚度EILzzLkLzkLzLkF

11、xxxdjwztjPgjc3)(1)(1)(12222EILzzLkLzkLzLkxxFkdjwztjgjcP31111222240式中 g 工件圆度误差； m 毛坯圆度误差； k 工艺系统刚度； 误差复映系数。 误差复映现象ap11ap22毛坯外形工件外形由于工艺系统受力变形，使毛坯误差部分反映到工件上，此种现象称为“误差复映”mppppgaakCFFk212111141123n kCmg42夹紧力影响a） b）薄壁套夹紧变形薄壁工件磨削例：薄壁套夹紧变形解决：加开口套又例：薄壁工件磨削解决：加橡皮垫43龙门铣横梁变形例：龙门铣横梁龙门铣横梁变形转移龙门铣横梁变形补偿重力影响解决1：重量转移

12、 解决2：变形补偿44传动力影响传动力对加工精度的影响zlRXYFpFcFcdFcdxra）OOr0XYFpAFcdrcd=Fcd / kcOFcFc / kcFp / kcb）惯性力影响45车床刀架变形曲线X（m）10203040500123F（KN）刀架部件变形曲线特点刀架部件平均刚度46式中 c, m与接触面材料、表面 状况有关的系数和指数； p 表面压强。接触变形曲线xOpppxxmpcx mcpdxdpkmj147封闭整体箱形结构48支座零件不同安装方法转塔车床导向杆49铸件残余应力引起变形冷校直引起的残余应力压拉加载压压拉拉卸载5051在精密加工和大件加工中，工艺系统热变形引起的加

13、工误差占总误差的约4070%工艺系统热源内部热源外部热源切削热摩擦热环境热源辐射热52圆柱类工件热变形531.1 1040014.410()4.4()LLtmmm式中 L， D 长度和直径热变形量； L，D 工件原有长度和直径； 工件材料线膨胀系数； t 温升。LLtDDt53式中 X 变形挠度； L，S 工件原有长度和厚度； 工件材料线膨胀系数； t 温升。28LtXS板类工件单面加工时的热变形平面加工热变形X/ 4LS221.120003886000.022 ()LtXSmm此值已大于精密导轨平直度要求结果：加工时上表面升温，工件向上拱起，磨削时将中凸部分磨平，冷却后工件下凹。例：高600

14、mm，长2000mm的床身，若上表面温升为3，则变形量为：54特点变形曲线max1ce式中 热伸长量； max 达到热平衡热伸长量； 切削时间； c 时间常数（热伸长量为热平衡热伸长量约63%的时间，常取34分钟）。(min)车刀热变形曲线连续切削升温曲线冷却曲线间断切削升温曲线（m）maxb0c0.63max55运转时间 / h0 1 2 3 450150100200位移 /m20406080温升 / YX前轴承温升车床受热变形a） 车床受热变形形态b） 温升与变形曲线56立式铣床、外圆磨床、导轨磨床受热变形a）铣床受热变形形态b）外圆磨床受热变形形态c）导轨磨床受热变形形态57例例：磨床油

15、箱置于床身内，其发热使导轨中凹解决解决：导轨下加回油槽平面磨床补偿油沟又例又例：立式平面磨床立柱前壁温度高，产生后倾。解决解决：采用热空气加热立柱后壁均衡立柱前后壁温度场58双端面磨床主轴热补偿1主轴 2壳体 3过渡套筒热伸长方向加工中心热对称结构立柱59支承距影响热变形L1L2车床主轴箱定位面位置选择x-yxyy6061在顺序加工一批工件中，其大小和方向均不改变，或按一定规律变化的加工误差。常值系统误差其大小和方向在一次加工中均不改变。如加工原理误差，机床、夹具、刀具的制造误差，工艺系统在均匀切削力作用下的受力变形，调整误差，机床、夹具、量具的磨损等因素引起的加工误差。变值系统误差误差大小和

16、方向按一定规律变化。如机床、夹具、刀具在热平衡前的热变形，刀具磨损等因素引起的加工误差。加工误差系统误差随机误差常值系统误差变值系统误差62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。631）采集数据样本容量通常取 n = 502002）确定分组数、组距、组界、组中值 按下表初选分组数 k 取整，dd 确定分组数 k：maxmin11xxRdkk 确定各组组界、组中值 统计各组频数1Rkd 确定组距 d：n 2540 4060 60100 100 100160 160250k 6 7 8 10 11 12分组数 k的选定64直方图-14.5-8.55-3.5x

17、 y （频数）（偏差值）（平均偏差）-15-10-5（公差带中心）（公差带下限）（公差带上限）3）计算样本平均值和标准差:4）画直方图11niixxn2111niisxxn65正态分布 2121,02xyex yF（z）正态分布曲线( z = 0 )x(z)0z-+662121( )2xxF xedx221( )02zzF zed zxz令：利用上式，可将非标准正态分布转换成标准正态分布进行计算，称 z 为标准化变量，将 z 代入上式，有：xy0231xy0a）=0.5=1=2b）、 对正态分布曲线的影响 67非正态分布 xy0a）双峰分布双峰分布：两次调整下加工的工件或两台机床加工的工件混在

18、一起xy0b）平顶分布xy0c）偏向分布平顶分布：工件瞬时尺寸分布呈正态，其算术平均值近似成线性变化（如刀具和砂轮均匀磨损偏向分布：如工艺系统存在显著的热变形，或试切法加工孔时宁小勿大，加工外圆时宁大勿小几种非正态分布 68形位误差的分布 差数模分布：正态分布大于零的部分与小于零的部分对零轴线映射后的迭加如对称度、直线与平面的平行度、相邻周节误差等瑞利分布：二维正态分布，在只考虑平面向量模情况下转换成为一维分布,如同轴度、直线与直线平行度、端面圆跳动误差等（不考虑系统误差）xy0差数模分布瑞利综合分布：上述误差在考虑系统误差的情况下，其误差分布接近瑞利综合分布瑞利分布xzy069e000-0.

19、280.26-0.26k11.221.731.141.171.1733eT/2eT/2eT/2分布特征正态分布三角分布均匀分布瑞利分布偏态分布外尺寸内尺寸 分布曲线 几种常见误差分布曲线 e、k 值 q 非正态分布的分散范围分布系数 k ：6Wk kW6或式中 W 表示分散范围（按概率99.73计）不对称系数 e：Te22Te或式中 e 表示分布中心与分散范围中心偏差70判断加工性质确定工序能力 3626PPKCPTUTLCTUTLC 工序能力工序能力系数71y工艺能力系数符号含义x033公差带TTUTL3626PPKCPTUTLCTUTLC 72 工序能力系数 工序等级 说 明 CP1.67

20、 特级 工序能力过高1.67 CP 1.33 一级 工序能力足够1.33 CP 1.00 二级 工序能力勉强1.00 CP 0.67 三级 工序能力不足 0.67 CP 四级 工序能力很差工序能力等级CP 表示工艺过程本身的能力，而工艺能力系数 CPK 则表示过程满足技术要求的能力，实际上是“过程能力”与“管理能力”的综合73【例】无心磨销轴外圆，要求直径 ，抽样检查尺寸接近正态分布， ，试分析其加工质量。12-0.016-0.03005. 0,974.11sx【解】1）作分布图Q销轴直径尺寸分布图11.959 11.974 11.98911.957 11.9705 11.98419 . 00

21、05. 06)043. 0(06. 06sTCp 提高工序能量（如改换高精度机床） 重新调整机床，使公差带中心与分布中心尽可能接近2005. 0974.11984.11sxxz 查表2-5，有：F(z)=0.4772 得：Q=0.5-0.4772=2.28%4）改进措施：3）计算不合格品率：2）计算工艺能力系数：7401234567样组序号b）工件尺寸公差带T控制限单值点图工件序号c）AABOOB工件尺寸工件尺寸工件序号a）14024681012公差带T控制限75xR1221kiiSXxxkxxA RxxA R中线上控制限下控制限R 图：1121kiiSXRRkRD RRD R中线上控制限下控

22、制限A2、D1、D2 数值见教材79页表2-8。xRxxR图： x76工艺过程稳定性 点子正常波动工艺过程稳定；点子异常波动工艺过程不稳定 图xRR 图UCL=19.67CL=8.900510样组序号1520LCL=00510样组序号1520 x 图LCL=11.57UCL=21.89CL=16.73稳定性判别xR稳定性判别统计学实质77【例】05. 102. 926. 55026. 5sTCp【解】1）作分布图：接近瑞利分布02. 9, 2 .20sx注：瑞利分布只有一个特征值，平均值与标准差存在确定关系：1.923）计算工艺能力系数：0 10 20 30 40 50 xf302010注：瑞

23、利分布的分散范围按概率99.73计为5.26（分布系数 k1.14）3）绘制 x-R图：因非正态分布，上下控制限计算不同2）计算平均值与标准差：磨削挺杆球面，要求跳动不大于0.05，分析其工艺过程稳定性。78式中 Lt 调整尺寸； LM平均尺寸； Tt 调整公差。2ttMTLL由图示关系可得：调整尺寸关系3nyTtxT3LmaxLminLM （ Lt ）样本均值分布总体分布总体分布平均值极端位置161tTTn样本平均值分布：nNx,79v 上式要求过于苛刻，产生不合格品得概率只有0.00036%。用2代替3，得到：此时产生不合格品得概率为0.104%，完全可以接受。141tTTn调整尺寸关系3

24、nyTtxT3LmaxLminLM （ Lt ）样本均值分布总体分布总体分布平均值极端位置8081误差预防指减小原始误差本身或减小原始误差的影响a）b）转塔车床刀架转位误差的转移易位法加工时误差均化过程360工件转角累积误差1l1l2282指人为引入附加误差因素，以抵消或减小原始误差的影响高压油泵偶件自动配磨装置示意图柱塞销柱塞83丝扛加工误差补偿装置1 工件 2 螺母 3 母丝杠 4 杠杆 5 校正尺 6 触头 7 校正曲线 附加位移螺母附加转动84以弹性变形补偿热变形v 以弹性变形补偿热变形以热变形补偿热变形龙门铣横梁变形补偿附加夹紧力v 以热变形补偿热变形v 以几何误差补偿受力变形8586【例】【解】精镗工序示意图精镗车床尾座孔，出现圆柱度误差（头大尾小）。尾座体零件镗模支架镗杆对工艺系统几何误差、刀具与工件热变形、刀具磨损、毛坯误差等因素进行初步分析，做出因果分析图。1）调查：取样，测量，作直方图和x-R图2）分析：无异常波动，但存在较大常值系统误差。87直方图和x-R图883）论证： 刀具热伸长影响较小； 误差复映非主要因素； 导套无明显跳动； 镗杆前端弯曲达0.1mm检查两刀刃高低差：中间位置0m尾端5m头端30m镗杆弯曲测量4）验证