【文章內(nèi)容簡介】 件結(jié)構(gòu)v粗、精加工分開v避免冷校直v時效處理殘余應力來源殘余應力來源v 毛坯制造和熱處理產(chǎn)生的殘余應力（圖 434）減小殘余應力措施減小殘余應力措施v 冷校直帶來的殘余應力（圖 435）v切削加工帶來的殘余應力40機械制造技術(shù)基礎(chǔ)機械制造技術(shù)基礎(chǔ) 第第 4章章 機械加工質(zhì)量分析與控制機械加工質(zhì)量分析與控制Analysis and Control of Machining Quality 工藝系統(tǒng)熱變形及其對加工藝系統(tǒng)熱變形及其對加工精度的影響工精度的影響Heat Deformation of Technological System and it’s Effect to machining Precision41 概述概述 在精密加工和大件加工中，工藝系統(tǒng)熱變形引起的加工誤差占總誤差的約 40～ 70%。v溫度場 —— 工藝系統(tǒng)各部分溫度分布v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v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)熱變形工藝系統(tǒng)熱源工藝系統(tǒng)熱源溫度場與工藝系統(tǒng)熱平衡溫度場與工藝系統(tǒng)熱平衡42 機床熱變形對加工精度影響機床熱變形對加工精度影響 v體積大，熱容量大，溫升不高，達到熱平衡時間長v結(jié)構(gòu)復雜，溫度場和變形不均勻，對加工精度影響顯著運轉(zhuǎn)時間 / h0 1 2 3 450150100200位移/μm20406080溫升/ ℃ΔYΔX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機床熱變形特點車床熱變形車床熱變形 （ 圖 436）43 機床熱變形對加工精度影響機床熱變形對加工精度影響 v立銑（圖 a）圖 437立式銑床、外圓磨床、導軌磨床受熱變形a）銑床受熱變形形態(tài)b）外圓磨床受熱變形形態(tài)c）導軌磨床受熱變形形態(tài)v外圓磨（圖 b）v導軌磨（圖 c）其他機床熱變形其他機床熱變形 （ 圖 437）44 刀具和工件熱變形對加工精度影響刀具和工件熱變形對加工精度影響 216。 體積小，熱容量小，體積小，熱容量小，達到熱平衡時間較短達到熱平衡時間較短216。 溫升高，變形不容忽溫升高，變形不容忽視（達視（達 ～～ ））◆◆ 特點◆◆ 變形曲線（圖 438）（ 416）式中 ξ—— 熱伸長量；ξmax—— 達到熱平衡熱伸長量；τ—— 切削時間；τc—— 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）。τ(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）ξmaxτb0 τc刀具熱變形刀具熱變形45◆◆ 圓柱類工件熱變形5級絲杠累積誤差全長 ≤5μm，可見熱變形的嚴重性式中 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。216。長度：長度： （ 417）（ 418）216。直徑：直徑：216。例：長例：長 400mm絲杠，加工過程溫升絲杠，加工過程溫升 1℃℃ ，熱伸長量為：，熱伸長量為： 刀具和工件熱變形對加工精度影響刀具和工件熱變形對加工精度影響 工件熱變形工件熱變形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。（ 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ΔXφ/ 4φLS此值已大于精密導軌平直度要求結(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)熱使導軌中凹解決 ： 導軌下加回油槽圖 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v減少切削熱和磨削熱，粗、精加工分開。v充分冷卻和強制冷卻。v隔離熱源。減少熱源發(fā)熱和隔離熱源減少熱源發(fā)熱和隔離熱源均衡溫度場均衡溫度場48圖 443支承距影響熱變形L1 L2v熱對稱結(jié)構(gòu)v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v 合理選擇裝配基準（圖 443）v高速空運轉(zhuǎn)v人為加熱v恒溫v人體隔離采用合理結(jié)構(gòu)采用合理結(jié)構(gòu) 減小熱變形對加工精度影響的措施減小熱變形對加工精度影響的措施 加速達到熱平衡加速達到熱平衡控制環(huán)境溫度控制環(huán)境溫度49機械制造技術(shù)基礎(chǔ)機械制造技術(shù)基礎(chǔ) 第第 4章章 機械加工質(zhì)量分析與控制機械加工質(zhì)量分析與控制Analysis and Control of Machining Quality 加工誤差統(tǒng)計分析加工誤差統(tǒng)計分析Statistic Analysis of Machining Errors50 加工誤差的性質(zhì)加工誤差的性質(zhì) 系統(tǒng)誤差系統(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)計特性加工誤差統(tǒng)計特性51 加工誤差的性質(zhì)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；殘余應力引起的變形等。隨機誤差隨機誤差加工誤差的統(tǒng)計分析加工誤差的統(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 分布圖分析法分布圖分析法 1）采集數(shù)據(jù)樣本容量通常取 n=50～ 2002）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′→ d③ 確定分組數(shù) k：④ 確定各組組界、組中值⑤ 統(tǒng)計各組頻數(shù)直方圖直方圖53 分布圖分析法分布圖分析法 圖 444直方圖 xy（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準差 :4）畫直方圖（圖 444）（ 420）（ 421）54◆◆ 正態(tài)分布 式中 μ和 σ分別為 正態(tài)分布隨機變量總體平均值和標準差。平均值 μ=0，標準差σ=1的正態(tài)分布稱為標準正態(tài)分布，記為 ： x~N(0,1)216。概率密度函數(shù)概率密度函數(shù)（ 422）yF（ z）圖 445正態(tài)分布曲線μ(z =0) x(z)0 zσ +σ 分布圖分析法分布圖分析法 分布曲線分布曲線55216。分布函數(shù)分布函數(shù)（ 523）令：將 z 代入上式，有：則利用上式，可將非標準正態(tài)分布轉(zhuǎn)換成標準正態(tài)分布進行計算（圖 445）。稱 z為標準化變量 分布圖分析法分布圖分析法 yF（ z）圖 445正態(tài)分布曲線μ(z =0) x(z)0 zσ +σ56◆◆ 非正態(tài)分布 xy0 a）雙峰分布216。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） xy0 b）平頂分布xy0 c）偏向分布216。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）216。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?。▓D 446c）圖 446幾種非正態(tài)分布 分布圖分析法分布圖分析法 57◆◆ 形位誤差的分布 216。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216。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）xy0圖 447差數(shù)模分布216。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xzy0 分布圖分析法分布圖分析法 58◆◆ 判斷加工性質(zhì)216。判斷是否存在明顯變值系統(tǒng)誤差；判斷是否存在明顯變值系統(tǒng)誤差；216。判斷是否存在常值系統(tǒng)誤差，及常值系統(tǒng)誤差的大小。判斷是否存在常值系統(tǒng)誤差，及常值系統(tǒng)誤差的大小?！簟?確定工序能力 分布圖分析法分布圖分析法 分布圖應用分布圖應用（ 524）（ 525）（ 526）216。工序能力 216。工序能力系數(shù) 式中式中 TU,TL———— 公差帶上、下限公差帶上、下限 ；；