【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 ；；