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正文內(nèi)容

機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制課件管理(編輯修改稿)

2025-02-25 06:46 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 件結(jié)構(gòu)v粗、精加工分開(kāi)v避免冷校直v時(shí)效處理殘余應(yīng)力來(lái)源殘余應(yīng)力來(lái)源v 毛坯制造和熱處理產(chǎn)生的殘余應(yīng)力(圖 434)減小殘余應(yīng)力措施減小殘余應(yīng)力措施v 冷校直帶來(lái)的殘余應(yīng)力(圖 435)v切削加工帶來(lái)的殘余應(yīng)力40機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ) 第第 4章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)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(duì)加工藝系統(tǒng)熱變形及其對(duì)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(chǎng) —— 工藝系統(tǒng)各部分溫度分布v熱平衡 —— 單位時(shí)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(duì)穩(wěn)定的數(shù)值上v溫 度場(chǎng)與熱平衡研究 —— 目前以實(shí)驗(yàn)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(chǎng)與工藝系統(tǒng)熱平衡溫度場(chǎng)與工藝系統(tǒng)熱平衡42 機(jī)床熱變形對(duì)加工精度影響機(jī)床熱變形對(duì)加工精度影響 v體積大,熱容量大,溫升不高,達(dá)到熱平衡時(shí)間長(zhǎng)v結(jié)構(gòu)復(fù)雜,溫度場(chǎng)和變形不均勻,對(duì)加工精度影響顯著運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間 / h0 1 2 3 450150100200位移/μm20406080溫升/ ℃ΔYΔX前軸承溫升圖 436車(chē)床受熱變形a) 車(chē)床受熱變形形態(tài) b) 溫升與變形曲線機(jī)床熱變形特點(diǎn)機(jī)床熱變形特點(diǎn)車(chē)床熱變形車(chē)床熱變形 ( 圖 436)43 機(jī)床熱變形對(duì)加工精度影響機(jī)床熱變形對(duì)加工精度影響 v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)v外圓磨(圖 b)v導(dǎo)軌磨(圖 c)其他機(jī)床熱變形其他機(jī)床熱變形 ( 圖 437)44 刀具和工件熱變形對(duì)加工精度影響刀具和工件熱變形對(duì)加工精度影響 216。 體積小,熱容量小,體積小,熱容量小,達(dá)到熱平衡時(shí)間較短達(dá)到熱平衡時(shí)間較短216。 溫升高,變形不容忽溫升高,變形不容忽視(達(dá)視(達(dá) ~~ ))◆◆ 特點(diǎn)◆◆ 變形曲線(圖 438)( 416)式中 ξ—— 熱伸長(zhǎng)量;ξmax—— 達(dá)到熱平衡熱伸長(zhǎng)量;τ—— 切削時(shí)間;τc—— 時(shí)間常數(shù)(熱伸長(zhǎng)量為熱平衡熱伸長(zhǎng)量約 63%的時(shí)間,常取 3~ 4分鐘)。τ(min)圖 438車(chē)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(lèi)工件熱變形5級(jí)絲杠累積誤差全長(zhǎng) ≤5μm,可見(jiàn)熱變形的嚴(yán)重性式中 ΔL, ΔD—— 長(zhǎng)度和直徑熱變形量;L, D—— 工件原有長(zhǎng)度和直徑;α—— 工件材料線膨脹系數(shù);Δt—— 溫升。216。長(zhǎng)度:長(zhǎng)度: ( 417)( 418)216。直徑:直徑:216。例:長(zhǎng)例:長(zhǎng) 400mm絲杠,加工過(guò)程溫升絲杠,加工過(guò)程溫升 1℃℃ ,熱伸長(zhǎng)量為:,熱伸長(zhǎng)量為: 刀具和工件熱變形對(duì)加工精度影響刀具和工件熱變形對(duì)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(zhǎng)度和厚度;α—— 工件材料線膨脹系數(shù);Δt—— 溫升。( 519)◆◆ 板類(lèi)工件單面加工時(shí)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(dǎo)軌平直度要求結(jié)果 : 加工時(shí)上表面升溫,工件向上拱起,磨削時(shí)將中凸部分磨平,冷卻后工件下凹。例 : 高 600mm,長(zhǎng) 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(duì)加工精度影響刀具和工件熱變形對(duì)加工精度影響 47 減小熱變形對(duì)加工精度影響的措施減小熱變形對(duì)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(bǔ)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(chǎng)v減少切削熱和磨削熱,粗、精加工分開(kāi)。v充分冷卻和強(qiáng)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(chǎng)均衡溫度場(chǎng)48圖 443支承距影響熱變形L1 L2v熱對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)v熱補(bǔ)償結(jié)構(gòu)(圖 442,主軸熱補(bǔ)償)圖 442雙端面磨床主軸熱補(bǔ)償1— 主軸 2— 殼體 3— 過(guò)渡套筒熱伸長(zhǎng)方向v 合理選擇裝配基準(zhǔn)(圖 443)v高速空運(yùn)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(duì)加工精度影響的措施減小熱變形對(duì)加工精度影響的措施 加速達(dá)到熱平衡加速達(dá)到熱平衡控制環(huán)境溫度控制環(huán)境溫度49機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ) 第第 4章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制Analysis and Control of Machining Quality 加工誤差統(tǒng)計(jì)分析加工誤差統(tǒng)計(jì)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)誤差常值系統(tǒng)誤差變值系統(tǒng)誤差加工誤差統(tǒng)計(jì)特性加工誤差統(tǒng)計(jì)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(jī)變化的加工誤差?!簟?隨機(jī)誤差是工藝系統(tǒng)中大量隨機(jī)因素共同作用而引起的?!簟?隨機(jī)誤差服從統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律?!簟?如毛坯余量或硬度不均,引起切削力的隨機(jī)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(jī)誤差隨機(jī)誤差加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析◆◆ 運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理和方法,根據(jù)被測(cè)質(zhì)量指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)性質(zhì),對(duì)工藝過(guò)程進(jìn)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(yè)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(jì)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(jì)算樣本平均值和標(biāo)準(zhǔn)差 :4)畫(huà)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(jī)變量總體平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。平均值 μ=0,標(biāo)準(zhǔn)差σ=1的正態(tài)分布稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布進(jìn)行計(jì)算(圖 445)。稱(chēng) z為標(biāo)準(zhǔn)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(tái)機(jī)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(shí)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(shí)寧小勿大,加工外圓時(shí)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(duì)零軸線映射后的迭加(圖 447),如對(duì)稱(chēng)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(dòng)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。◆◆ 確定工序能力 分布圖分析法分布圖分析法 分布圖應(yīng)用分布圖應(yīng)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 ;;
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