【文章內(nèi)容簡介】 引起的加工誤差占總誤差的約 40～ 70%。 ? 溫度場 —— 工藝系統(tǒng)各部分溫度分布 ? 熱平衡 —— 單位時間內(nèi) ， 系統(tǒng)傳入的熱量與傳出的熱量相等 ， 系統(tǒng)各部分溫度保持在一相對穩(wěn)定的數(shù)值上 ?溫 度場與熱平衡研究 —— 目前以實驗研究為主 工藝系統(tǒng)熱源 內(nèi)部熱源 外部熱源 切削熱 摩擦熱 環(huán)境熱源 輻射熱 工藝系統(tǒng)熱變形 工藝系統(tǒng)熱源 溫度場與工藝系統(tǒng)熱平衡 42 機床熱變形對加工精度影響 ? 體積大 ， 熱容量大 ， 溫升不高 ， 達到熱平衡時間長 ? 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ， 溫度場和變形不均勻 ， 對加工精度影響顯著 運轉(zhuǎn)時間 / h 0 1 2 3 4 50 150 100 200 位移 /μm 20 40 60 80 溫升 / ℃ ΔY ΔX 前軸承溫升 圖 436 車床受熱變形 a） 車床受熱變形形態(tài) b） 溫升與變形曲線 機床熱變形特點 車床熱變形 （ 圖 436） 43 機床熱變形對加工精度影響 ? 立銑 （ 圖 a） 圖 437 立式銑床、外圓磨床、導(dǎo)軌磨床受熱變形 a）銑床受熱變形形態(tài) b）外圓磨床受熱變形形態(tài) c）導(dǎo)軌磨床受熱變形形態(tài) ? 外圓磨 （ 圖 b） ? 導(dǎo)軌磨 （ 圖 c） 其他機床熱變形 （ 圖 437） 44 刀具和工件熱變形對加工精度影響 ? 體積小 ， 熱容量小 ，達到熱平衡時間較短 ? 溫升高 ， 變形不容忽視 （ 達 ～ ） ◆ 特點 ◆ 變形曲線（圖 438） m a x 1ce???? ?????????（ 416） 式中 ξ—— 熱伸長量； ξmax —— 達到熱平衡熱伸長量； η—— 切削時間； ηc —— 時間常數(shù) （ 熱伸長量為熱平衡熱伸長量約 63%的時間， 常取 3～ 4分鐘 ） 。 η(min) 圖 438 車刀熱變形曲線 連續(xù)切削升溫曲線 冷卻曲線 間斷切削升溫曲線 ξ（ μm） ξmax ηb 0 ηc 刀具熱變形 45 ◆ 圓柱類工件熱變形 5級絲杠累積誤差全長 ≤5μm，可見熱變形的嚴(yán)重性 10 400 1 10 ( )( )L L tmmm????? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??式中 ΔL， ΔD —— 長度和直徑熱變形量； L， D —— 工件原有長度和直徑； α—— 工件材料線膨脹系數(shù)； Δt —— 溫升 。 ? 長度： L L t?? ? ? ??（ 417） D D t?? ? ??（ 418） ? 直徑： ? 例：長 400mm絲杠 ， 加工過程溫升 1℃ ， 熱伸長量為： 刀具和工件熱變形對加工精度影響 工件熱變形 46 式中 ΔX —— 變形撓度； L， S —— 工件原有長度和厚度； α—— 工件材料線膨脹系數(shù)； Δt —— 溫升 。 28LtXS? ? ?????（ 519） ◆ 板類工件單面加工時的熱變形（圖 439） 圖 439 平面加工熱變形 θ/ 4 θ L S 2023 38 8 600 ( )LtXSmm? ? ? ? ? ?? ? ????此值已大于精密導(dǎo)軌平直度要求 結(jié)果 ： 加工時上表面升溫 ， 工件向上拱起 ， 磨削時將中凸部分磨平 ，冷卻后工件下凹 。 例 ： 高 600mm， 長 2023mm的床身， 若上表面溫升為 3℃ ， 則變形量為： 刀具和工件熱變形對加工精度影響 47 減小熱變形對加工精度影響的措施 例 1： 磨床油箱置于床身內(nèi) ，其發(fā)熱使導(dǎo)軌中凹 解決 ： 導(dǎo)軌下加回油槽 圖 440 平面磨床補償油溝 例 2： 立式平面磨床立柱前壁溫度高 ， 產(chǎn)生后傾 。 解決 ： 采用熱空氣加熱立柱后壁 （ 圖 441） 。 圖 441 均衡立柱前后壁溫度場 ? 減少切削熱和磨削熱 ， 粗 、精加工分開 。 ? 充分冷卻和強制冷卻 。 ? 隔離熱源 。 減少熱源發(fā)熱和隔離熱源 均衡溫度場 48 圖 443 支承距影響熱變形 L1 L2 ? 熱對稱結(jié)構(gòu) ? 熱補償結(jié)構(gòu) （ 圖 442， 主軸熱補償 ） 圖 442 雙端面磨床主軸熱補償 1— 主軸 2— 殼體 3— 過渡套筒 熱伸長方向 ? 合理選擇裝配基準(zhǔn) （ 圖 443） ?高速空運轉(zhuǎn) ?人為加熱 ? 恒溫 ? 人體隔離 采用合理結(jié)構(gòu) 減小熱變形對加工精度影響的措施 加速達到熱平衡 控制環(huán)境溫度 49 機械制造技術(shù)基礎(chǔ) 第 4章 機械加工質(zhì)量分析與控制 Analysis and Control of Machining Quality 加工誤差統(tǒng)計分析 Statistic Analysis of Machining Errors 50 加工誤差的性質(zhì) 系統(tǒng)誤差 在順序加工一批工件中 ， 其大小和方向均不改變 ， 或按一定規(guī)律變化的加工誤差 。 ◆ 常值系統(tǒng)誤差 —— 其大小和方向均不改變 。 如機床 、夾具 、 刀具的制造誤差 ， 工藝系統(tǒng)在均勻切削力作用下的受力變形 ， 調(diào)整誤差 ， 機床 、 夾具 、 量具的磨損等因素引起的加工誤差 。 ◆ 變值系統(tǒng)誤差 —— 誤差大小和方向按一定規(guī)律變化 。如機床 、 夾具 、 刀具在熱平衡前的熱變形 ， 刀具磨損等因素引起的加工誤差 。 加工誤差 系統(tǒng)誤差 隨機誤差 常值系統(tǒng)誤差 變值系統(tǒng)誤差 加工誤差統(tǒng)計特性 51 加工誤差的性質(zhì) ◆ 在順序加工一批工件中 ， 其大小和方向隨機變化的加工誤差 。 ◆ 隨機誤差是工藝系統(tǒng)中大量隨機因素共同作用而引起的 。 ◆ 隨機誤差服從統(tǒng)計學(xué)規(guī)律 。 ◆ 如毛坯余量或硬度不均 ， 引起切削力的隨機變化而造成的加工誤差；定位誤差；夾緊誤差；殘余應(yīng)力引起的變形等 。 隨機誤差 加工誤差的統(tǒng)計分析 ◆ 運用數(shù)理統(tǒng)計原理和方法，根據(jù)被測質(zhì)量指標(biāo)的統(tǒng)計性質(zhì)，對工藝過程進行分析和控制。 52 分布圖分析法 1） 采集數(shù)據(jù) 樣本容量通常取 n = 50～ 200 2） 確定分組數(shù) 、 組距 、 組界 、 組中值 ① 按教材 134頁表 52初選分組數(shù) k′； ② 確定組距 d： 取整 ， d′→d ③ 確定分組數(shù) k： m a x m in11xx Rd kk?? ?????? ④ 確定各組組界 、 組中值 ⑤ 統(tǒng)計各組頻數(shù) 1Rk d??直方圖 53 分布圖分析法 圖 444 直方圖 x y （ 頻數(shù) ） （ 偏差值 ） （ 平均偏差 ） 15 10 5 （ 公差帶中心 ） （ 公差帶下限 ） （ 公差帶上限 ） 3） 計算樣本平均值和標(biāo)準(zhǔn)差 : 4） 畫直方圖 （ 圖 444） 11 niixxn?? ?（ 420） ? ?2111niis x xn???? ?（ 421） 54 ◆ 正態(tài)分布 式中 μ和 ζ分別為 正態(tài)分布隨機變量總體平均值和標(biāo)準(zhǔn)差 。 平均值 μ= 0， 標(biāo)準(zhǔn)差ζ=1的正態(tài)分布稱為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布 ， 記為 ： x ~ N ( 0, 1 ) ? 概率密度函數(shù) （ 422） ? ?2121 ,02xy e x?? ??????? ????? ?? ? ? ?? ?y F（ z） 圖 445 正態(tài)分布曲線 μ ( z = 0 ) x(z) 0 z σ +σ 分布圖分析法 分布曲線 55 ? 分布函數(shù) 2121()2xxF x e dx???????? ??????? ?（ 523） 221() 02zzF z e d z? ?? ?xz ????令： 將 z 代入上式 ， 有： 則利用上式 ， 可將非標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布進行計算 （ 圖 445） 。 稱 z 為標(biāo)準(zhǔn)化變量 分布圖分析法 y F（ z） 圖 445 正態(tài)分布曲線 μ ( z = 0 ) x(z) 0 z σ +σ 56 ◆ 非正態(tài)分布 x y 0 a） 雙峰分布 ? 雙峰分布： 兩次調(diào)整下加工的工件或兩臺機床加工的工件混在一起 （ 圖 446a） x y 0 b） 平頂分布 x y 0 c） 偏向分布 ? 平頂分布： 工件瞬時尺寸分布呈正態(tài) ， 其算術(shù)平均值近似成線性變化 （ 如刀具和砂輪均勻磨損 ） （ 圖 446b） ? 偏向分布： 如工藝系統(tǒng)存在顯著的熱變形 ， 或試切法加工孔時寧小勿大 ， 加工外圓時寧大勿小 （ 圖 446c） 圖 446 幾種非正態(tài)分布 分布圖分析法 57 ◆ 形位誤差的分布 ? 差數(shù)模分布： 正態(tài)分布大于零的部分與小于零的部分對零軸線映射后的迭加 （ 圖 447） ， 如對稱度 、 直線與平面的平行度 、 相鄰周節(jié)誤差等 ? 瑞利分布： 二維正態(tài)分布 ， 在只考慮平面向量模情況下轉(zhuǎn)換成為一維分布 （ 圖 448） ,如同軸度、 直線與直線平行度 、 端面圓跳動誤差等 （ 不考慮系統(tǒng)誤差 ） x y 0 圖 447 差數(shù)模分布 ? 瑞利綜合分布： 上述誤差在考慮系統(tǒng)誤差的情況下 ， 其誤差分布接近瑞利綜合分布 圖 448 瑞利分布 x z y 0 分布圖分析法 58 ◆ 判斷加工性質(zhì) ? 判斷是否存在明顯變值系統(tǒng)誤差； ? 判斷是否存在常值系統(tǒng)誤差 ， 及常值系統(tǒng)誤差的大小 。 ◆ 確定工序能力 分布圖分析法 分布圖應(yīng)用 ? ?3626