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    制造工艺机械加工精度.ppt

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    制造工艺机械加工精度.ppt

    第六章 机械加工精度,第一节 概述 第二节 加工原理误差对零件加工精度的影响 第三节 工艺系统的几何误差对加工精度的影响 第四节 工艺系统的受力变形对加工精度的影响 第五节 工艺系统受热变形对加工精度的影响 第六节 加工误差的统计分析法,第一节 概述,机械加工精度,机械加工精度是指零件加工后的实际几何参数与理想几何参数的符合程度。,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,表面粗糙度,表面层的物理、力学性能,误差的分类:,加工误差是指零件加工后的实际几何参数与理想几何参数的偏差程度。误差是精度的度量。,加工原理误差 工艺系统的几何误差 工件与刀具的相对位置在静止状态已存在的误差。如:刀具、夹具的制造误差与磨损,定位误差等。 工件与刀具的相对位置在运动状态下存在的误差。如:机床主轴回转误差导轨导向误差、传动链误差等。 工艺系统的受力变形:力效应误差 工艺系统的受热变形:热效应误差 调整误差 测量误差,误差的分类:,误差的性质,系统误差,常值系统误差,变值系统误差,随机误差,6,随机误差有大有小它们对称分布于尺寸分布中心的左右。 距尺寸分布中心越近的随机误差出现的可能性越大。 随机误差在一定范围内分布。,第二节 加工原理误差对零件加工精度的影响,近似刀具加工所造成的误差,由于采用近似的加工运动方法所造成的误差,展成法切削齿轮:,车削模数(m=2)螺纹:,模数螺纹:P=m=2×3.1415927=6.2831854,挂轮齿数:Z1=26、Z2=24、Z3=29、Z4=30,若蜗杆长度为100mm,则导程的累积误差为:,第三节 工艺系统的制造精度和磨损对加工精度的影响,机床的误差:,主轴的回转精度:,例:镗孔时镗杆回转,镗杆中心作某一方向的简谐振动。,主轴的回转精度:,回转精度的表现形式:,轴向窜动: 指回转轴线在轴向的位置变化。 径向跳动: 指回转轴线绕平均轴线作平行的公转运动。 角度摆动: 指回转轴线绕平均轴线作不平行的公转运动。,主轴的回转精度:,影响主轴回转精度的因素:,前后支承轴承的影响: 前后支承轴颈的圆度误差的影响:,主轴回转精度的测量:,导轨的几何精度,对机床导轨的精度要求:,导轨在水平面内的直线度,导轨在垂直面内的直线度,导轨与导轨之间垂直方向的平行度,一般机床:1000:0.02 精密机床:1000:0.01 接触精度:每平方英寸不少于20个点。,机床导轨误差对工件精度的影响:,由于刀尖相对于工件回转轴线在加工表面切线方向的变化属非敏感方向,故其对零件的形状精度影响极小。,垂直面内直线度误差的影响,机床导轨误差对工件精度的影响:,水平面内直线度误差的影响,由于刀尖相对于工件回转轴线在加工表面径向方向的变化属敏感方向,故其对零件的形状精度影响很大。,机床导轨误差对工件精度的影响:,导轨之间垂直方向的平行度误差的影响,一般: 车床: 磨床:,对零件精度的影响不容忽视,传动链精度,以车螺纹为例,说明传动链精度对工件加工精度的影响:,如图所示:,对上式微分:,工件导程误差可表示为:,传动链精度,若仅考虑传动比的误差因素:,i的变化量最终反映到工件上是转角误差,故i可表示为:,: 丝杠总的转角误差,即由各传动件的转角误差累积到丝杠上的误差之和。,设: :为传动链中第j个环节传动件在工件转一转内的转角误差 :为第j个传动件到机床丝杠的传动比 :第j个传动件的转角误差所引起的丝杠转角误差,则:,丝杠总的转角误差:,传动链精度,如图所示:,由此可见: 传动链短,则传动精度高; 传动比i小,则传动精度高;传动链中采用降速比的传动是保证传动精度的重要原则; 传动链中最后一个传动件的精度要高。,二、刀具的制造精度和尺寸磨损,定尺寸刀具和成形刀具的制造精度和尺寸磨损对加工精度的影响:,一般刀具的尺寸磨损对加工精度的影响:,一般刀具如:车刀、立铣刀等,主要靠调整刀具位置来保证加工尺寸,其制造精度不会影响加工尺寸精度。但刀具的磨损将对工件的加工精度产生影响。,初期磨损阶段:,正常磨损阶段:,式中:L:切削长度 L1:初期磨损的切削行程长度 0:单位磨损量 B:刀具的初期磨损量,二、刀具的制造精度和尺寸磨损,减少刀具尺寸磨损对加工精度影响的措施:,进行刀具补偿; 选用合理的刀具材料; 选用最佳的切削用量;,0,高速钢刀具: V佳=0.40.5 m/s 硬质合金刀具: V佳=1.73.2 m/s,三、夹具的制造精度与磨损,第四节 工艺系统的受力变形对加工精度的影响,基本概念:,刚度和柔度:,基本概念:,工艺系统的刚度,式中: Fy:切削力在Y方向的分力; y:系统在切削力Fx、Fy、Fz共同作用下在Y方向上的变形;,二、工艺系统刚度的测定:,加载、卸载曲线不符合虎克定律; 有残余变形; 加载曲线平坦,卸载曲线较陡; 部件刚度远小于单件的刚度;,机床部件刚度的测定:,二、工艺系统刚度的测定:,影响机床部件刚度的因素:,连接表面的接触变形,薄弱零件本身的变形,接触表面之间的摩擦,连接表面间的间隙影响,连接件夹紧力的影响,工艺系统刚度的测定:,工艺系统是由机床、刀具、夹具、工件等组成,系统的受力变形应等于各环节在误差敏感方向的变形之和。即:,依据刚度的定义:,工艺系统刚度的计算:,工艺系统受力变形对加工精度的影响:,切削力对加工精度的影响:,以车削为例:,切削力的位置是变化的,只考虑床头、尾座的变形:,切削力对加工精度的影响:,考虑刀架的变形:,考虑工件的变形:,工艺系统的变形曲线:,切削力对加工精度的影响:,切削力的大小是变化的误差复映原理,切削分力Fy可表示为:,车削时XFc=1,在一次走刀中f不变,故:,车削前圆度误差:,车削后圆度误差:,切削力的大小是变化的误差复映原理,令:,则:,第一次走刀:,第二次走刀:,第n次走刀:,可见:n,则: Kst,则:,其它作用力对加工精度的影响,传动力引起的变形对工件的影响:,如图:,传动力在Y方向的分力为:,由传动力引起的工件夹持端在Y方向的位移为:,传动力引起的变形对工件的影响:,在x处工件和刀具的相对位移:,在x处工件的实际半径:,令:,则:,r是x和的函数, x引起圆柱度误差,的变化造成圆度误差。,惯性力引起的变形对工件的影响:,不平衡质量为M,工件转速为n。,在Y方向上由F引起的变形:,其它作用力对加工精度的影响:,夹紧力引起的变形对工件的影响:,重力引起的变形对工件的影响:,内应力的重新分布对加工精度的影响,工件的内应力,毛坯热应力,切削加工内应力,冷校直内应力,对于铸、锻、焊毛坯,由于各部分厚度不均,冷却速度不等而产生的内应力。 对于铸件: “厚拉薄压” “心部受拉、表层受压”,力的作用使工件表层产生压应力,热作用使工件表层产生拉应力。在大多数的情况下热的作用大于力的作用,故工件表层应力通常呈“表层受拉,里层受压”状态。,减少内应力的措施: 时效处理; 结构上保证壁厚均匀; 刚度适当; 减少切削力,“小切深,多走刀”; 尽量不用冷校直工序;,减少工艺系统受力变形的措施,提高机床构件自身刚度; 提高零部件间的接触刚度; 设置辅助支承,提高系统刚度; 加预紧力; 采用合理的安装、加工方法; 选用合理的切削用量、合理的刀具角度,减小切削力;,第五节 工艺系统受热变形对加工精度的影响,热源:,切削热:(内部热源),一般传入工件或刀具的切削热用下式估算:,铣、刨时:Q工件50% 磨削时: Q屑4%, Q砂轮12%, Q工件84%,摩擦热(内部热源) 环境温度(外部热源),二、工艺系统热变形对加工精度的影响,机床的热变形:,如图所示,主轴转速1200rpm,工作8小时后,主轴抬高量达140m,在垂直面上的倾斜为60 m/300mm。,机床的热变形主要体现在:主轴部件 导轨 床身 立柱 工作台等部件上。,车、镗类机床其主要热源为主轴箱的发热。造成主轴的位移和倾斜。,铣床主要表现在主轴在垂直面上的倾斜。铣削后将影响工件的平面与定位基面之间的平行度或垂直度。,外圆磨床主要表现在砂轮架、工件头架的位移和导轨的凸起。,龙门刨、龙门铣床的热变形主要表现在导轨的凸起。,如:10m长的龙门刨床床身高为0.8m,当床身上导轨面与底面温差为 1°时,床身导轨的中凸量可达0.19mm。这个数值可表示为:0.02/1000mm。,二、工艺系统热变形对加工精度的影响,工件的热变形:,特点: 工件热变形主要是受切削热的影响; 工件受切削热的量不同,变形的影响也不同,各部分的温升不同且随时间而变化; 不同的加工方法、工件的形状不同,产生的热变形也不同;,棒料: 车削或磨削外圆时,切削热是从四周均匀传入工件。主要是使工件的长度和直径增大,其尺寸误差可以按物理学计算热膨胀的公式求出。即:,式中: :工件材料的线膨胀系数; L、D:工件原有的长度和直径; t:工件切削后的温升;,工件的热变形:,板材:,例如:精刨铸铁导轨,L=2000mm,h=600mm,如果床面与床脚温差为2.4,=1.1×10-5/,则:,工件的热变形:,减少工件热变形的措施:,粗、精分开; 合理选择切削用量; 合理选择刀具的几何形状; 充分利用冷却液;,刀具的热变形:,刀具连续工作时的热变形:,刀具断续工作时的热变形:,c1:时间常数,与刀具质量、比热、截面积等有关。一般取: c1=4min。,刀具的热变形主要影响工件的形状误差,如车削长轴时,工件可能由于刀具的伸长而产生锥度。,三、减少工艺系统热变形的措施:,减少热源产生的热量:,减少切削热和磨削热 减少机床各运动副的摩擦热,分离热源、隔离热源,冷却、通风与散热,对加工件进行大流量或喷雾等方法冷却 机床发热部件采取冷油强制冷却 热源部分采用通风散热措施,均衡温度场,控制温度变化,恒温加工 机床热平衡后再进行加工 均衡温度场,三、减少工艺系统热变形的措施:,热变形补偿:,改进机床结构,减少热变形对加工精度的影响:,采用热对称结构,合理选择装配基准,合理设计零部件的相对位置,第六节 加工误差的统计分析法,分布曲线法:,系统,分布曲线法:,正态分布曲线:,6,分布曲线法:,利用分布曲线进行工艺验证:,大,则曲线平坦,尺寸分布范围大,加工方法的加工精度低,令:,CP:工艺能力系数,T6,则表示全部零件合格 T6,则加工方法精度过高造成浪费 T=6,则加工方法勉强,易出废品 T6,则工艺能力不足,需改进,CP1.67 特级,但过高 1.67CP 1.33 一级,足够 1.33CP1.0 二级,勉强 1.0CP0.67 三级,不足 CP0.67 四级,不行,分布曲线法:,利用分布曲线计算一批零件的合格率和废品率:,被加工零件尺寸:,Xmax=X2=D+es Xmin=X1=D-ei,中心偏差为“+”表示分布中心比公差带中心大。,+,不可修复废品,可修复 废品,x2,x1,分布曲线法:,利用分布曲线计算一批零件的合格率和废品率:,令:,分布曲线法:,利用分布曲线计算一批零件的合格率和废品率:,计算举例:,例: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,误差分析:,如果尺寸分布中心与公差带中心不重合,则一定存在常值系统误差; 等概率分布曲线,存在线性变值误差,如刀具的磨损; 不对称分布曲线,存在随机误差; 多峰值分布曲线,存在阶跃变值系统误差;,存在的问题:,分布曲线法未考虑零件的加工先后顺序,不能反映出系统误差的变化规律及发展趋势; 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;,点图法:,在大批量生产中,采用小子样抽检方法。顺序地每隔一定的时间间隔抽检一组零件(m=210),根据小子样的统计特征量来估算判断整体的变化。,子样均值:,子样极差:,子样均方差:,点图法:,质量控制图:,R图上控制线:,R图下控制线:,R图中心线:,系数A、D1、D2,制定XR图的步骤:,按时间顺序取K个样本(K=1030),每个样本容量m=210,实测样本,计算样本的均值、极差,计算样本均值和极差的平均值,计算上下控制线,用XR图进行生产稳定性判断,正常波动:由工艺系统中固有因素造成,排除不了。,异常波动:由外来原因所造成的质量波动,不经常出现,可以排除。,

    注意事项

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