教学课件PPT机械加工精度与控制.ppt

第二章 机械加工精度及其控制,2.1 概述2.2 工艺系统几何精度对加工精度的影响2.3 工艺系统受力变形对对加工精度的影响2.4 工艺系统热变形对对加工精度的影响2.5 加工误差的统计分析2.6 保证和提高加工精度的方法2.7 加工精度的综合分析实例,加工质量,机械加工精度,表面质量,尺寸精度,形状精度,位置精度,表面几何形貌,表面层的物理、力学（和化学）性能,2.1 概述,表面粗糙度,表面波度,纹理方向,伤痕,误差（按照性质）,系统误差,常值系统误差,变值系统误差,随机误差,2.1.1 机械加工精度,机械加工精度:零件加工后的实际几何参数(尺寸、形状和表面相互位置)与理想几何参数的符合程度。,加工误差:实际值与理想值之差。,变值性系统误差：在顺序加工一批工件时，按一定规律变化的加工误差，称为变值性系统误差；例如，当刀具处于正常磨损阶段车外圆时，由于车刀尺寸磨损所引起的误差。,常值性系统误差：在顺序加工一批工件时,加工误差的大小和方向皆不变，此误差称为常值性系统误差；例如原理误差，定尺寸刀具的制造误差等。,常值性系统误差与加工顺序无关,变值性系统误差与加工顺序有关。对于常值性系统误差，若能掌握其大小和方向，可以通过调整消除；对于变值性系统误差，若能掌握其大小和方向随时间变化的规律，也可通过采取自动补偿措施加以消除。,随机性误差：在顺序加工一批工件时，加工误差的大小和方向都是随机变化的，这些误差称为随机性误差。例如，由于加工余量不均匀、材料硬度不均匀等原因引起的加工误差，工件的装夹误差、测量误差和由于内应力重新分布引起的变形误差等均属随机性误差。可以通过分析随机性误差的统计规律，对工艺过程进行控制。,原始误差：工艺系统中凡是能引起加工误差的因素都称为原始误差。,2.1.2 影响机械加工精度的的原始误差及其分类,加工原理误差,调整误差,工件装夹误差,机床误差,刀具制造误差,夹具误差,加工前的误差（工艺系统的初始状态误差）,工艺系统静（几何）误差,加工中的误差（工艺系统的动误差）,加工后的误差,测量误差,内应力引起的变形,工艺系统受力变形,工艺系统热变形,刀具磨损,原始误差,内应力引起的变形,测量误差,误差敏感方向：原始误差对加工精度影响最大的那个方向。,2.1.3 误差的敏感方向,2.1.4 研究加工精度的方法,1.单因素分析法：研究某一确定因素对加工精度的影响,不考虑其他因素的同时作用。通过分析计算,或测试实验,得出该因素与加工误差之间的关系。,2.统计分析法：必须通过对现场实际加工的一批零件进行检查测量，运用数理统计的方法加以处理和分析，从中发现误差规律，指导我们找出加工精度的途径。,实践生产中，常常将以上两种方法结合起来应用。,原理误差:加工中采用了近似加工方法，近似成形运动，近似刀具刀刃轮廓所产生的加工误差。,2.2 工艺系统几何误差对加工精度的影响,2.2.1 加工原理误差,三坐标铣床上铣削复杂形面零件,“行切法”,刀具相对于工件的运动是近似的,滚刀滚切齿轮,阿基米德蜗杆或法向直廓蜗杆代替渐开线蜗杆,切削刃齿廓近似造形误差,滚刀刀齿有限,刀具相对于工件的运动是近似的,采用近似成形运动或切削刃轮廓，可简化机床运动结构或刀具形状，或可提高生产率，有时甚至可得到高的加工精度。因此只要其误差不超过规定的精度要求（一般原理误差应小于10%15%工件的公差值），在生产中仍能得到广泛的应用。,允许原理误差存在的原因：,2.2.2 调整误差,（1）试切法调整,将工件与刀具的相对位置初步调整，并试切一次，测量切削后的工件尺寸，然后根据所测尺寸与图纸尺寸之间的差值在调整工件与刀具的相对位置，进行第二次试切，这样反复几次，直到符合图纸要求为止。,引起调整误差的因素：（1）测量误差；（2）机床进给机构的位移误差，如“爬行”；（3）试切时与正式切削时切削层厚度不同的影响。,（2）调整法,加工前调整刀具和工件在机床上的相对位置，并在一批工件的加工过程中保持这个位置不变，以保证被加工尺寸的方法。,引起调整误差的因素：除对试切法 的加工精度的影响因素以外，还包括：（1）定程机构误差；（2）样件和样板误差；（3）测试有限件造成的误差。,2.2.3 机床误差,引起机床误差的原因是机床的制造误差、安装误差和磨损。其中对工件加工精度影响较大的误差有：,导轨导向误差 主轴回转误差 传动链的传动误差,导轨在水平面内的直线度,导轨在垂直面内的直线度,导轨与导轨的平行度,2.2.3.1 机床导轨导向误差,d.导轨对主轴回转轴线的平行度或垂直度,导轨导向精度：机床运动副的运动件实际运动方向与理想运动方向的符合程度,这两者之间的偏差值则称为导向误差。,直线导轨导向精度：,1 导轨导向精度及其对加工精度的影响,（1）导轨在水平面内的直线度,（2）导轨在垂直平面内的直线度,导轨在垂直面内的直线度的特殊情况为斜坡状，加工的工件轴向形状为鞍形。,（3）导轨间的平行度误差（扭曲）,一般车床:H/B=2/3,外圆磨床:H/B1,不可忽视,刨床的误差敏感方向为垂直方向,加工表面的直线度和平面度误差,镗床的误差敏感方向随主轴回转而变化,镗床镗出椭圆孔,镗刀杆进给,产生孔与其基准的相互位置误差，不产生孔的形状误差。,工件进给,导轨不直或扭曲：孔的轴线不直。,导轨与主轴回转轴线不平行：椭圆孔。,欲减少导轨导向精度：设计制造：结构、材料、润滑、防护装置 安装：校正水平、地基 使用：调整间隙、润滑维护,机床安装误差,机床导轨磨损,机床导轨的导向精度,加工过程中的力热,2 导轨导向精度的理论分析方法,2.2.3.2 机床主轴的回转误差,主轴回转误差：是指主轴每一瞬间的实际回转轴线相对于其理想回转轴线的位置的变动量(漂移)。,主轴回转误差主要影响零件加工表面的几何形状精度、位置精度和表面粗糙度,1 主轴的回转精度的基本概念,（3）纯角度摆动:主轴回转轴线相对平均（理想）回转轴线成一倾斜角度的运动。,（1）轴向跳动(端面圆跳动）:是主轴回转轴线沿平均（理想）回转轴线方向的变动量。,（2）径向圆跳动:主轴回转轴线相对于平均回转轴线在径向的变动量。,2 主轴的回转误差对加工精度的影响,主轴轴向圆跳动对端平面加工精度的影响,向前窜-右螺旋面向后窜-左螺旋面,主轴轴向圆跳动对加工螺纹螺距精度的影响,机床主轴轴向圆跳动幅值通常都有严格的要求，精密车床主轴轴向圆跳动规定为23m。,主轴径向圆跳动对加工精度的影响,车削时主轴的纯径向跳动对工件的圆度影响很小,镗削时镗出的孔成椭圆形,主轴角度摆动动对加工精度的影响,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,3 影响主轴的回转精度的因素,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,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,（1）轴承误差的影响,滚动轴承结构复杂，影响主轴精度因素也较复杂,除轴承本身精度外，与配合件精度有很大关系如主轴轴颈、支承座孔等精度,（2）轴承间隙的影响,轴承间隙大,（3）与轴配合的零件误差的影响,轴颈，箱体支承孔，轴肩，过渡套，轴承盖，螺母等,（4）主轴转速的影响,主轴质量不平衡,振动,主轴漂移量大,（5）主轴系统的径向不等刚度和热变形,主轴系统的径向刚度不等、径向热变形不等,变形不一致,主轴轴线漂移,4 提高主轴的回转精度的措施,（1）提高主轴部件的制造精度,（2）对滚动轴承预紧,（3）使主轴回转误差不反映到工件上,滚齿机传动系统,传动链误差：是指内联传动链始末两端传动元件相对运动的误差。一般用传动链末端元件的转角误差来衡量。机床传动链误差是影响表面加工精度的主要原因之一。,2.2.3.3 机床传动链的传动误差,1 定义,或,设,2 传动链精度的测量与信号处理,传动链误差的谐拨分析法的,测试系统原理图,频谱分析仪工作原理图,3 传动链误差的估算和对加工精度的影响,（1）齿轮转角误差的估算,或,（2）螺距误差的估算,4 提高传动链传动误差的措施,（1）减少传动件数,（2）减少传动比i，特别是末端传动幅的传动比,（3）提高传动件的加工和装配精度,（4）采用校正装置,机械式静态传动误差校正装置,若要同时对静、动态传动误差进行校正，应采用计算机自动控制装置,夹具误差：主要是指夹具的定位元件、导向元件及夹具体的制造与装配误差，它将直接影响工件加工表面的位置精度和尺寸精度，对被加工工件表面的位置精度影响最大。,一般夹具可取工件上相应尺寸公差的1/21/10。夹具磨损是一个缓慢的过程；它对加工精度的影响不很明显。,2.2.3.4 夹具制造误差与磨损,2.2.3.5 刀具的制造误差与磨损,1、采用定尺寸刀具,用具有一定尺寸精度的刀具（如铰刀、扩孔钻、钻头等）来保证工件被加工部位（如孔）的精度。,利用成形刀具切削刃的几何形状切削出工件的形状。所能达到的精度，主要取决于切削刃的形状精度。,2、采用成形刀具,利用刀具和工件作展成切削运动时，刀刃在被加工表面上的包络面形成成形表面。精度，主要取决干机床展成运动的传动链精度与刀具的制造精度等因素。,3、一般刀具（轨迹法）,利用切削运动中刀尖的运动轨迹形成被加工表面的形状。所能达到的形状精度，主要取决于这种成形运动的精度。,4、展成刀具,2.3 工艺系统受力变形对加工精度的影响,2.3.1 基本概念,当车削工件外圆柱表面时,背向力与工艺系统在该方向上的变形y的比值，称为工艺系统刚度（N）工艺系统在某一位置受力作用产生的变形量 应为工艺系统各组成环节在此位置受该力作用产生的变形量的代数和，即,2.3.2 工艺系统刚度的计算,根据刚度定义知：，将它们代入上式得 工艺系统刚度的倒数等于系统各组成环节刚度的倒数之和。若已知各组成环节的刚度，即可求得工艺系统刚度。工艺系统刚度主要取决于薄弱环节的刚度。,1、机床变形（刀具工件刚度很大）总变形 y系=y刀架+yx,2.3.3 工艺系统刚度对加工精度的影响,2.3.3.1 切削力作用点位置变化引起的工件形状误差,y主=FA/k主=Fy(l-x)/(l k主)，y尾=FB/k尾=Fyx/(l k尾)y机床=y刀架+yx=Fy 当x=0时，当 x=l 时，当 x=k尾l/(k主+k尾)时，y机床min=Fy,2、工件变形（刀具机床刚度很大）,由材料力学简支梁计算公式：,x=0,x=L,3、工艺系统总变形,测得机床主轴箱、尾座、刀架三个部件的刚度，以及确定了工件的材料和尺寸，及可根据x估算出工艺系统的刚度。当已知刀具的切削角度、切削用量和切削条件时，即可求得Fy,利用上面的公式即可估算x处工件半径的变化。,“复映误差”:由于误差复映现象而使工件产生的加工误差。,“误差复映”:由于工艺系统受力变形的变化而使待加工表面上有什么样的误差，加工表面上必然也有同样性质的误差，这就是切削加工中的误差复映。,2.3.3.2 由于切削力大小变化引起的误差,毛=ap1 ap2工=y1 y2误差复映系数=工/毛 Fy=Cy f yapx(HB)n=C apx C ap Fy1=C(ap1 y1)C ap1 Fy2=C(ap2 y2)C ap2,工=y1 y2=(Fy1-Fy2)/k系=(C ap1 C ap2)/k系=工/毛=C(ap1 ap2)/(k系(ap1 ap2)=C/k系,误差复映系数：加工前后误差之比值，称为误差复映系数，它代表误差复映的程度。=工/毛,=工/毛=C/k系 总是小于1，有修正误差的能力 多次进给=1232.k系越大，就越小，复映到工件上的误差越小3.C减小(如减小f)，就越小，应采取减小C的措施,讨论：,*,例 1,在车床上车长外圆柱表面，已知，床头刚度K头60000 Nmm，刀架刚度K架40000 Nmm，尾座刚度K尾50000 Nmm，求加工工件的圆柱度误差。,例 2,2.3.3.3 夹紧力和重力引起的加工误差,工件刚性差（薄件、圆环）装夹不当会产生受力变形。,薄片工件的磨削,件书图2-23,大型立车,大型工件加工，工件自重引起的变形对加工精度的影响可以通过恰当的布置支持减小之,2.3.3.4 传动力和惯性力对加工精度的影响,1 传动力的影响,2 惯性力的影响,2.3.4 机床部件刚度,2.3.4.1 机床部件刚度的 测定,1 静态 测定法,静态 测定法：在机床不工作的状态下，模拟切削时的饿受力情况，对机床施加载荷，然后测出机床各部件在不同静态载荷作用下的变形，即可求出各部件的刚度特性曲线并计算出其刚度。,图,机床部件刚度特性曲线特点,1)变形与作用力不成线性关系。这反映了部件的变形不纯粹是弹性变形。2）加载曲线和卸载曲线不重合，卸载曲线滞后于加载曲线；两曲线所包容的面积代表加载和卸载循环中消耗的能量，它消耗于克服部件内零件间摩擦力和接触塑性变形所做的功。,3）第一次卸载后，刀架恢复不到第一次加载的起点，这说明有残余变形存在，经多次加载和卸载后，加载曲线起点才和卸载曲线终点重合，残余变形才逐渐减小到零。,4)部件实测刚度远比按实体结构估算值小。上例的平均刚度值为 kM240/0.524600N/mm 相当于一根（mm）铸铁悬臂梁的刚度。,注意：由于机床部件刚度曲线不是线性的，其瞬台刚度不是常数，通常所说的机床部件刚度是其平均刚度曲线两端连线的斜率。,一个外形尺寸很大的刀架，它的实测平均刚度值只相当于一个截面积较小的铸铁悬臂梁的刚度，其原因在于刀架外形尺寸看起来很大，但它是由许许多多零件组装而成，零件间有间隙，结合面间有接触变形，由于这些因素的影响，总的变形就大了。,2 工作状态测定法,工作状态测定法的依据：误差复映规律,刚度极大的心轴,联接表面间的接触变形零件间摩擦力的影响结合面间间隙的影响薄弱零件本身的变形,2.3.4.2 影响机床部件刚度的因素,1 联接表面间的接触变形,接触刚度：名义强度dp与接触变形dy之比称为接触刚度kj。,接触刚度的影响因素：法向载荷、接触表面材料、硬度、表面粗糙度、表面纹理方向及表面几乎性质误差等。,2 摩擦的影响,在加载时，零件与零件的接触面间的摩擦力阻止变形的增加。在卸载时摩擦力又阻止变形的减少。造成加载和卸载曲线不重合。,3 间隙的影响,5 薄弱零件本身的变形,轴承衬套因形状误差而与壳体接触不良,镶条与导轨接触不良,减少工艺系统变形的途径为：提高工艺系统刚度；减小切削力及其变化。1提高工艺系统刚度 提高工艺系统刚度应从提高其各组成部分薄弱环节的刚度入手，这样才能取得事半功倍的效果。提高工艺系统刚度的主要途径是：,2.3.5 减小工艺系统受力变形对加工精度影响的措施,（1）设计机械制造装备时应切实保证关键零部件的刚度 在机床和夹具中应保证支承件（如床身、立柱、横梁、夹具体等）。主轴部件和传动件有足够的刚度。（2）提高接触刚度 提高接触刚度是提高工艺系统刚度的关键。减少组成件数，提高接触面的表面质量，均可减少接触变形，提高接触刚度。对于相配合零件，可以通过适当预紧消除间隙，增大实际接触面积。,书图6-26,（3）采用合理的装夹方式和加工方法 提高工件的装夹刚度，应从定位和夹紧两个方面采取措施。,图6-16,图6-17 提高部件刚度,2减小切削力及其变化 改善毛坯制造工艺，减小加工余量，适当增大前角和后角，改善工件材料的切削性能等均可减小切削力。为控制和减小切削力的变化幅度，应尽量使一批工件的材料性能和加工余量保持均匀。,内应力产生的原因及消除措施1、铸锻焊、热处理等因工件壁厚不均热胀冷缩不均及金相组织变化等导致体积变化，毛坯产生内应力，处于暂时平衡状态，切削时平衡状态被打破。,工件若产生内应力处于不稳定状态会逐渐变形,2.3.6 工件内应力引起的变形,2、冷校直产生的内应力可在热处理后进行时效处理来消除残余应力。常用人工时效、振动时 效和天然时效等方法。,3、切削加工代来的残余应力,4、减小残余应力的措施：（1）增加消除残余应力的热处理工序，如适当的采用退火、回火和时效处理等。（2）合理安排工艺过程；（3）改善零件的结构。,工艺系统在热作用下产生的局部变形，会破坏刀具与工件的正确位置关系，使工件产生加工误差。热变形对加工精度影响较大，特别是在精密加工和大件加工中，热变形所引起的加工误差通常会占到工件加工总误差的4070。随着高精度、高效率及自动化加工技术的发展，工艺系统热变形问题日益突出。,2.4 工艺系统受热变形对加工精度的影响,2.4.1 概述,工艺系统在各种热源的影响下会产生很复杂的变形，导致工件产生加工误差,（1）内部热源 包括切削热、摩擦热和派生热源,（2）外部热源 包括环境温度、辐射热,1 工艺系统的热源,2 工艺系统的热平衡和温度场,温度场：物体中各点温度的分布称温度场,温度场,稳态温度场,不稳态温度场,温度场的测试：热电偶、热敏电阻、半导体温度计、红外热像仪。,热变形的测试：激光全息照相。,1）工件均匀受热 车镗轴套类零件圆柱面，长度及径向受热变形。若在受热时测量达到规定尺寸，冷却后尺寸变小，可能出现尺寸超差。2）工件不均匀受热 铣、刨、磨平面等，工件单面受热产生弯曲变形 磨削细长轴时工件温生逐渐增加,2.4.2 工件热变形对加工精度的影响,2.4.3 刀具热变形对加工精度的影响,主要是主轴部件、床身导轨及两者相对位置的热变形,2.4.4 机床热变形对加工精度的影响,（1）减少发热和采取隔热；（2）强制冷却，均衡温度场；（3）从结构上采取措施减少热变形；（4）加速达到热平衡状态（5）控制环境温度。,2.4.5 热变形的控制机床,2.5.1 加工误差的性质,影响加工精度的因素错综复杂，有时很难用单因素分析法来分析，计算某一工序的加工误差，这时必须通过对现场实际加工的一批零件进行检查测量，运用数理统计的方法加以处理和分析，从中发现误差规律，指导我们找出加工精度的途径。,2.5 加工误差的统计分析,样本,样本容量,尺寸分散,频数,频率,频率密度,直方图,实际分布曲线,2.5.2.1 实验分布图-直方图,2.5.2 分布图分析法,成批加工某种零件，取其中一定数量进行测量,抽取的这批零件称为样本，其件数n称为样本容量。由于存在某种误差的影响，加工尺寸及偏差总在一定尺寸内变动（称为尺寸分散），也即随机变量，用x表示。样板尺寸或偏差的最大值与最小值 之差，称为极差。即,将样本尺寸按尺寸大小分成若干（k)组，组距为d。每一组零件处在一定的尺寸范围内。同一尺寸范围内的零件的数量称为频数（），频数与样本容量的比值叫做频率（）。,以频率或频数为纵坐标，以零件尺寸为横坐标，就可作出该批零件的实验分布曲线，亦即直方图。,组数k与组距d的选取表,为了分析该工序的加工精度，可在直方图上标出该工序的加工公差带位置，并计算出该样本的统计数据特征：样本的平均值 和均方根差。,样本的平均值 表示该样本的尺寸分散中心。它主要取决于调整尺寸的大小和常值系统误差。,均方根差 反映了该批工件的尺寸分散程度。它是由变值系统误差和随机系统误差决定的。,当样本容量比较大时，可直接用n代替上式的。,为使分布图能代表该工序的加工精度，不受组距和样本容量的影响，纵坐标应改成频率密度。,例2-3 磨削一批轴径 的工件，试绘制工件加工尺寸的直方图。,解,1）收集数据 通常n=50200,本例取n=100,2）确定分组数 本例取n=100取k=9(按照表2-2应为10）,3）记录各组数据,4）根据表画出直方图,5）在直方图上作出最大极限尺寸及最小极限尺寸，并计算 和,6S=54.36m，略大于公差（T=50 m),说明本工序的加工精度稍微不足；分散中心 与公差带中心基本重合，说明机床调整误差（常值系统误差）很小。,6,1 正态分布曲线,2.5.2.2 理论分布曲线,工程上经常用到的3原则，或称6原则,按照加工误差的性质：常值系统误差决定尺寸分散中心的位置；变值系统误差决定尺寸分散中心位置按照时间的变化规律；随机系统误差引起尺寸分散，决定尺寸分布曲线形状。,两个特征参数：算术平均值 和标准偏差,刀具磨损,刀具热变形,两次调整加工工件混在一起,尺寸分散范围,相对分布系数,不考虑正负号的误差,2 非正态分布,制造公差,R分散范围,不合格率,不对称系数,误差比系数,若加工中存在若干随机变量的影响，那么尺寸分布就服从正态分布,这是判断加工误差性质的基本方法。若分布图的尺寸分散中心（）偏离公差带分布中心，则存在常值系统误差，其大小等于分布中心与公差带中心的偏移量。而6大小即表明了随机误差的大小。,1 判断加工误差的性质,按照加工误差的性质：常值系统误差决定尺寸分散中心的位置；变值系统误差决定尺寸分散中心位置按照时间的变化规律（不是正态分布）；随机系统误差引起尺寸分散，决定尺寸分布曲线形状（还是正态分布）。,2.5.2.3 分布图分析法的应用,在多次统计的 基础上，按照每一种加工方法求得其标准差，按分散范围等于6的规律，即可确定各种加工方法所能达到的加工精度。,6,大，则曲线平坦,尺寸分布范围大,加工方法的加工精度低,2 确定各种加工方法所能达到的加工精度,工序能力等级：指工序能满足加工精度要求的程度，以工艺能力系数（CP）表示。,CP1.67 特级，过高，可以允许有异常波动，但不一定经济。1.67CP 1.33 一级，足够，可以允许一定的异常波动1.33CP1.0 二级，勉强，必须密切注意1.0CP0.67 三级，不足，会出现少量的不合格品CP0.67 四级，很差，必须加以改进,工序能力：指工序处于稳定、正常状态时，该工序加工误差正常波动的幅值。当加工尺寸符合正态分布时，其尺寸分散范围等于6，所以工序能力即为6。,3 确定工序能力及其等级,不可修复废品,可修复废品,Xmax=X2=D+esXmin=X1=D-ei,4 估计合格品率或不合格品率,计算举例：,例2-1：加工一批外圆，尺寸公差T=0.3mm，加工完的分布曲线中已知=0.05，=+0.05。求可修复的废品率和不可修复的废品率。,解：已知：=+0.05 0,可修复的废品率=0.5-0.4772=0.0228=2.28%,不可修复的废品率=0.5-0.499968=0.000032=0.0032%,+,x1,x2,合格品率？,常值系统误差？,随机误差误差？,改进措施？,例2-2：在无心磨床上磨削销轴外圆，要求外径，抽样一批零件，经实测后计算得到，=0.005mm，其尺寸分布符号正态分布，试分析该工序的加工质量。,1）作分布图,2）计算工艺能力系数Cp,Cp1,该工序能力不足，必产生不合格品,3）计算不合格品率Q,4）常值系统误差,5）随机误差 6=6 0.005=0.03 或3=0.015,6）改进措施,进行完上述重新调整后，不合格品率减小为：,例2-3,右图,例2-4,未考虑零件的加工先后顺序，不能反映出误差的变化的趋势，难以区别变值系统误差和随机误差的影响；只有一批零件加工完后才能画出，不能在加工进行过程中提供工艺过程是否稳定的必要信息；发现问题后，对本批零件已无法补救。采用此分析方法工艺过程应是稳定的。,2.5.2.4分布图分析法存在的问题（缺点）,2.5.3 点图分析法,工艺系统的稳定与不稳定,如果一批工件的加工误差主要是随机误差，而系统误差影响很小，那么加工尺寸有所波动属于正常波动，这一工艺过程就是稳定的；如果加工中存在影响较大的变值系统系统误差，或随机误差的大小有明显变化，那么这种波动属于异常波动，这一工艺过程也就是不稳定的；,从数学的角度讲，如果一项质量数据的总体分布参数（如、）保持不变，则这一工艺过程就是稳定的；如果有所变动，哪怕是往好的方向变动（如突然减小），都算不稳定；,点图分析法计算简单，能及时提供主动控制信息，可用于稳定过程、也可用于不稳定过程。,分析工艺过程的稳定性通常用点图法。点图有多种形式，如单值点图和 图。用点图评价工艺过程的稳定性采用的是顺序样本，这样的样本可以得到在时间上与工艺过程运行同步的有关信息，反映出加工误差随时间变化的趋势。,2.5.3.1 单值点图,在一批零件的加工过程中，逐个测量每个零件的加工尺寸，并记入以顺次加工的零件号为横坐标，零件加工尺寸为纵坐标的图中，这样对一批零件的加工便可画成点图。,为缩短点图的长度，可将顺次加工的几个零件编为一组，以零件组序为横坐标，同一组内的各零件可根据尺寸分别点在同一组号的垂直线上，就可得到如下点图。,O点纵坐标：常值系统误差的影响,曲线OO：每一瞬时的分散中心，其纵坐标的变化情况反映变值系统误差的变化规律,曲线AA和BB 间纵坐标的变化：每一瞬时尺寸的分散范围，也就反映了随机误差的影响,假如将点图的上下限点包络成两条平滑的曲线，并作出两条平滑线的平均值曲线，就能清楚地揭示出加工过程中误差的性质及其变化趋势。,2.5.3.2 图,在 图上各有3条线，即中心线和上下控制线。,是平均值 控制图和 控制图联合使用的统称。前者控制工艺过程质量指标的分布中心，后者控制工艺过程质量指标的分散程度。,的横坐标是按照时间先后采集的小样本的组序号，纵坐标为各小样本的平均值 和极差。,绘制 是以小样本顺序随机抽样为基础的。每隔一定的时间抽取容量n=210件的一个小样本，求出小样本的 和。经过若干时间后就可取得若干个（通常为1030）小样本，由此可绘制 图。,1 样组点图的基本形式及绘制,R图上控制线：,R图下控制线：,R图中心线：,2 上下控制线的确定,系数A2、D1、D2,按时间顺序取K个样本（K=1030），每个样本容量n=210,实测样本,计算样本的均值、极差,计算样本均值的平均值和极差,计算上下控制线,3 制定 图的步骤,根据 判断工艺过程是否稳定的判别标志：,4 均值-极差点图分析,1.若极差R未超控制线，说明加工中瞬时尺寸分 布较稳定。2.若均值有点超出控制线，甚至超出公差界限，说明存在某种占优势的系统误差，过程不稳定。若点图缓慢上升，可能是系统热变形；若点图 缓慢下降，可能是刀具磨损。3.采取措施消除系统误差后，随机误差成主要因 素，分析其原因，控制尺寸分散范围。,5 根据点子分布情况及时查找原因采取措施,用球面磨床磨削挺杆球面C，要求磨削后，C面边沿对B面的跳动不大于0.05mm。用 图分析该工序工艺过程的稳定性,例2-5,解：1）抽样、测量,严格按加工顺序依次抽签抽取样组。本例取100件，25个子样组，即小样本容量为n=4，小样本数为k=25,2）绘制 图,3）计算工序能力系数，确定工序能力等级,（也可以用 估算，但精度较低）,4）结果分析,=,如果试切的一个零件的尺寸LA是公差带的中心，可保证今后加工的尺寸不超过12,1 对于稳定工艺过程,最理想的是使实践加工尺寸的分散中心 与公差带中心基本重合，但在机床未加工前，只能通过试切样件组（小样本）的 来估算。,2.5.4 机床调整尺寸,若：,该加工条件的最小误差极限：6,该调整方法只能确保公差为：12以上的精度。,不能充分发挥该加工条件的工艺潜能,如果试切的样组的各零件尺寸的平均值是公差带的中心，可保证今后加工的尺寸不超过。,m个组，每组n个零件。整批零件总数 N=nm,n,n,如果一试切的样组的各零件尺寸的平均值（即调整尺寸）落在 的范围内，实际分布中心就必然落在AA和BB之间，因而可保证今后加工的尺寸不超过公差T 的范围。,2 对于不稳定工艺过程的调整,不仅要保证整批工件的尺寸分散不超过公差带范围，还要保证两次调整间能加工的工件近可能多，因此不仅要考虑随机误差引起的尺寸分散，还要考虑工艺系统热变形和刀具磨损等变值系统误差的影响。,各瞬间的尺寸分散范围,如：车削一批工件的外圆，由于刀具受热变形和尺寸磨损，存在变值系统误差，使总体瞬时分布中心随时间变化，同时瞬时分布范围也随时间变化。如左图。,不稳定工艺过程,稳定工艺过程,P96-T2-17、2-18、2-21,2.6 保证和提高加工精度的措施,措施,误差预防,误差补偿,1、合理采用先进工艺设备,2、直接减小原始误差,3、转移原始误差,6、就地加工,4、均分原始误差,5、均化原始误差,1、在线检测,2、偶件自动配磨,6、积极控制起作用的误差因素,2.6.1 误差预防,2.6.1.1 合理采用先进工艺设备,随着产品质量要求的不断提高，产品数量的增大和不合格率的 降低，经过成本核算将会证明合理采用先进工艺设备其经济效益是十分显著的。,2.6.1.2 直接减小原始误差,直接减小原始误差：在查明影响加工精度的主要原始因素后，设法对其进行消除和减小。,车削细长轴时采用跟刀架,dD/2,车削细长轴时采用缩颈法加工,采用大走刀反向进给切削和尾坐采用弹性顶尖,再如：薄片磨削中采用树脂胶合的方法来加强工件的刚度，使工件在自由状态下得以固定，从而解决薄片磨削中零件两端面的不平行度不易保证的难题。,2.6.1.3 转移原始误差,转移原始误差法：将影响加工精度的原始误差转移到不影响或少影响加工精度的方向或其他零部件上去。,在横梁上再安装一根附加梁，以它来承受铣头和配重的重量，把原来向下凹的变形转移到转移到不影响加工精度的附加梁上去了。,2.6.1.4 均分原始误差,均分原始误差法：采用分组调整均分原始误差的方法是把毛坯按照误差大小分为n组，每组毛坯的误差就缩小为原来的1/n；然后按各组分别调整刀具与工件的相对位置或选用合适 的定位元件，就可大大缩小整批工件的尺寸分散范围。该方法比提高毛坯精度或上道工序的 精度往往简便易行。,剃削Y7520W形磨床的交换齿轮：,心：第一组：25.002mm轴 第二组：25.006mm 第三组：25.006mm,件：25.000 25.004mm孔 25.004 25.008mm 25.008 25.013mm,配：0.002mm合 0.002mm间+0.002-0.003mm隙,2.6.1.5 均化原始误差,对配合精度要求很高的轴和孔，常采用研磨工艺。研具本身并不要求具有高精度，但它能在和工件作相对运动过程中对工件进行微量切削，高点逐渐被磨掉（当然，模具也被工件磨去一部分）最终使工件达到很高的精度。这种表面间的摩擦和磨损的过程，就是误差不断减少的过程。这就是误差均化法。在生产中，许多精密基准件（如平板、直尺、角度规、端齿分度盘等）都是利用误差均化法加工出来的。,均化原始误差的实质:利用有密切联系的表面相互比较，相互检查从对比中找出差异，然后进行相互修正或互为基准加工，使工件被加工表面的误差不断缩小和均化。,易位法加工精密分度蜗轮,易位法:在工件切削一次后,将工件相对与机床母蜗轮转动一个角度再切削一次,使加工中产生的累积误差重新分布一次,使转动一个角度后的切削将前一次由于机床母蜗轮的累积误差造成的误差余量去除一部分,因而误差得到了均化。,易位法的关键:转动工件工件时必须保证转角内含有整数的齿,因为下一次切削中只允许去由于误差本身造成的很小余量，不允许由于易位不当而带来新的切削余量。,2.6.1.6 就地加工（“自干自”）,就地加工的要点：要保证部件间什么样的位置关系，就在这样的位置关系上利用一个部件装上刀具去加工另外一个部件。,就地加工法：在机械加工中，对某些重要表面在装配之前不进行精加工，待装配之后，再在自身机床上对这些表面作精加工。,例如：平面磨床的工作台面在装配后作“自磨自”的最终加工；又如车床上修整卡盘台肩平面和外圆使卡爪夹持圆柱体工件的轴线与车床主轴轴线同轴等，也是在自身机床上“自磨自”或“自车自”。,2.6.2 误差补偿,误差补偿：人为地造成一种新的误差，去抵消加工、装配或使用过程中的误差。是一种有效而经济的方法，特别是借助计算机辅助技术，可达到很好的效果。,如：补偿龙门铣床横量因机床部件自中引起的弹性变形代来的加工误差采用的方法。,精加工磨床床身导轨采用采用欲加载荷的方法,加工精密丝杠采用误差补偿,2.6.2.1 在线检测,随时测量出工件的实际尺寸（形状、位置精度），随时给刀具以附加的补偿以控制刀具和工件之间的相对位置。使加工工件的实际尺寸（形状、位置精度）满足要求。,在线检测和在线补偿,深孔镗削滚光机是加工油缸管内径的先进装备，与此前按照绗磨方式生产相比，可以开创性地提高产品的生产量及品质。与 绗磨相比，效率增加了10倍左右，节约成本及品质提高，并且表面平度为Ra=0.050.2，性能非常优秀，气缸活塞的磨损小，所以油缸的寿命长。尤其,油缸内径公差可以精密加工至1T8等级以上，用镗削滚光，具有表面硬度增加50%左右的优点。,2.6.2.2 偶件自动配磨,偶件自动配磨：将互配件中的一个零件作为基准，去控制另外一个零件的加工精度。在加工过程中自动测量工件实际尺寸，并和基准件的尺寸进行比较，直至达到规定的差值时机床就自动停止加工，从而保证精密配件间要求很高的配合间隙。,柴油机高压油泵柱塞的自动配磨（也称“基孔配轴”法）,柱塞和柱塞套本身的几何精度在0.0005mm以内，轴与孔的配合间隙为0.0015mm 0.005mm,2.6.2.3 积极控制起作用的误差因素,如精密螺纹磨床:,1)母丝杠采用空心结构,通人恒温油使其恒温。,2)工件丝杠一方面采用淋浴的方法使其恒温，另一方面在砂轮的磨削区域用低于室温的油作为局部冷却，带走磨削产生的热量。,3)用泵将已经冷冻机降温的油从油水池内抽出，并经油温自动控制系统使油温达到给定值后再送入母丝杠和工件淋浴管道内。,