机械制造质量分析与控.ppt
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1、第五章 机械制造质量分析与控制 第一节 机械加工精度 第二节 工艺过程的统计分析 第三节 机械加工表面质量,第五章 机械制造质量分析与控制,产品质量是指用户对产品的满意程度。 含意:设计质量、制造质量、服务。 设计质量,主要反映所设计的产品,与用户(顾客)的期望之间的符合程度。 制造质量主要指产品的制造与设计的符合程度。 服务主要包括售前的服务,售后的培训、维修、安装等。,表面粗糙度是加工表面的微观几何形状误差,其波距(L3)与波高(H3)之比一般小于50。 波距(L2)与波高(H2)之比在501000范围内的几何形状误差,称为波度。 波距(L1)与波高(H1)之比大于1000的几何形状误差,
2、称为宏观几何形状误差。,第五章 机械制造质量分析与控制 第一节 机械加工精度 第二节 工艺过程的统计分析 第三节 机械加工表面质量,第一节 机械加工精度,一、概述 (一)加工精度与加工误差 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。 理想零件: 对尺寸而言,为零件公差带中间的尺寸。 对形状而言,是绝对的圆、平面、锥面等。 对位置而言,是绝对平行、垂直、同轴和一定的角度,零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度,称为加工误差。 公差:设计人员根据零件在机器中的作用,规定的零件的误差范围。 制造者的任务就是要使加工误差小于规定的公差。,(二)加工经济精度 加工经济精度:
3、在正常加工条件下(标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人,不延长加工时间)所能保证的加工精度。,经济精度是确定工艺路线时选择经济上合理的工艺方案的主要依据,用以选择最合适的加工方法和加工设备。 (三)原始误差 工艺系统的误差称为原始误差,(四)原始误差与加工误差的关系: 工艺系统的原始误差可能原样、缩小、放大地反映给工件。,过刀刃的加工表面法线方向的原始误差对加工误差影响最大误差敏感方向。 过刀刃的加工表面切线方向的原始误差对加工误差影响最小误差不敏感方向。一般可以忽略不计。,第五章 机械制造质量分析与控制 第一节 机械加工精度 一、概述 (一)加工精度与加工误差 (二)加工经济精度 (三)
4、原始误差 (四)原始误差与加工误差的关系: (五)研究机械加工精度的方法,(五)研究机械加工精度的方法 1. 分析计算法: 研究某一确定性因素对加工误差的影响。 研究的方法:通过分析计算法和实验测试推导出加工误差与某影响因素之间的关系式。 特点: 1) 理论分析与实验研究为基础。 2) 孤立研究研究、计算复杂,且不准确。 3) 对随机性误差无法研究。,2. 统计分析法: 统计法是以现场观察所得资料为基础,运用数理统计的方法进行数据处理,找出加工误差的规律和性质。 根据加工误差的表现形式来分析其产生原因。 对一批零件的误差进行统计,才能得出正确的结论。,第五章 机械制造质量分析与控制 第一节 机
5、械加工精度 一、概述 二、工艺系统几何误差 第二节 工艺过程的统计分析 第三节 机械加工表面质量,二、工艺系统几何误差 (一)机床的几何误差 l. 主轴回转误差 主轴各瞬间的实际回转轴线相对其平均回转轴线的变动量。 可分解为: 径向圆跳动: 主轴瞬时回转轴线始终作平行于平均回转轴线的公转运动。 轴向窜动: 主轴瞬时回转轴线沿平均回转轴线的方向的位置变化,角度摆动: 主轴瞬时回转轴线与平均回转轴线成一倾斜角,其交点位置固定不变的公转运动。 在车床上,主轴径向回转误差: 引起工件的圆度和圆柱度误差(径向), 对加工工件端面(轴向)则无直接影响。 主轴轴向回转误差 对加工外圆或内孔的影响不大(径向)
6、, 端面不平 端面与轴线不垂直 加工螺纹时,产生螺距误差,提高机床主轴的回转精度的措施: 适当提高主轴及箱体的制造精度; 选用高精度的轴承,对滚动轴承进行预紧; 提高主轴部件的装配精度, 对高速主轴部件进行平衡。,2导轨误差 在水平面内的直线度: 使刀尖在水平面内发生位移 对车削加工精度影响最大。 在垂直面内的直线度: 引起刀尖产生垂直方向的误差。 对车削零件形状误差的影响较小,对于龙门刨床、龙门铣及导轨磨床来讲,将直接反映在工件上。,前后导轨的平行度(扭曲) 刀架运动时会产生摆动,刀尖的运动轨迹是一条空间曲线,使工件产生形状误差。,3. 传动链误差 内联传动链两末端件间相对运动的误差。 一般
7、用传动链末端元件的转角误差来衡量。,(二)刀具的几何误差 包括刀具的制造、安装误差及磨损。 采用定尺寸刀具加工时,刀具的尺寸误差将直接影响工件尺寸精度。 采用成形刀具加工时,刀具的形状误差将直接影响工件的形状精度。 采用展成刀具加工时,刀具切削刃的几何形状及有关尺寸误差也会影响工件的加工精度。 对于一般刀具,制造误差对工件加工精度无直接影响。,(三)夹具的几何误差 包括:制造、安装、磨损、定位和夹紧误差,夹具设计时,凡影响工件精度的有关技术要求必须给出严格的公差。,第五章 机械制造质量分析与控制 第一节 机械加工精度 一、概述 二、工艺系统几何误差 三、工艺系统受力变形引起的误差 第二节 工艺
8、过程的统计分析 第三节 机械加工表面质量,三、工艺系统受力变形引起的误差 (一)基本概念,垂直作用于工件加工表面(加工误差敏感方向)的径向切削分力Fy与工艺系统在该方向上的变形y之间的比值,称为工艺系统刚度k系,变形y不只是由径向切削分力Fy所引起,垂直切削分力Fz与走刀方向切削分力Fx也会使工艺系统在y方向产生变形 y=yFx+yFy+yFz yFx和yFz有可能与yFy同向,也可能与yFy反向,所以就有可能出现y0、y0或y0三种情况。,y0的情况,出现负刚度,此时车刀刀尖将扎入工件外圆表面。,工艺系统的受力变形量y系是其各组成部分变形的叠加 y系y机+y夹+y刀+y工,实际计算工艺系统刚
9、度时,并不一定每一组成部分的刚性都要考虑,应具体情况具体分析。,(二)机床部件刚度 1机床部件刚度 用实验方法来测定机床部件刚度,机床部件刚度的特点: (1)变形与载荷不成线性关系; (2)加载曲线和卸载曲线不重合。两曲线线间所包容的面积就是在加载和卸载循环中所损耗的能量,它消耗于摩擦力所作的功和接触变形功;,(3) 有残余变形存在,经多次加载卸载后,残余变形才逐渐减小到零; (4)机床部件的实际刚度远比我们按实体估算的要小 平均刚度:连接刚度曲线前后两个端点的直线的斜率。,第五章 机械制造质量分析与控制 第一节 机械加工精度 一、概述 二、工艺系统几何误差 三、工艺系统受力变形引起的误差 第
10、二节 工艺过程的统计分析 第三节 机械加工表面质量,2影响机床部件刚度的因素 (1)结合面接触变形的影响,(2)摩擦力的影响 (3)低刚度零件的影响 (4)间隙的影响,工艺系统刚度对加工精度的影响: 1. 由于工艺系统刚度变化引起的误差 2. 由于切削力变化引起的误差 在同一横截面内K系=const,Fy=CFyapf0.75KFy=Cap 误差复映规律:毛坯的误差将复映到从毛坯到成品的每一个机械加工工序中,但每次走刀后工件的误差将逐渐减小。,4其它作用力的影响,3由于夹紧变形引起的误差,第五章 机械制造质量分析与控制 第一节 机械加工精度 一、概述 二、工艺系统几何误差 三、工艺系统受力变形
11、引起的误差 四、工艺系统受热变形引起的误差 第二节 工艺过程的统计分析 第三节 机械加工表面质量,四、工艺系统受热变形引起的误差 加工过程中,工艺系统在热的作用下,常产生复杂的变形热变形。破坏工件与刀具的相对运动的准确性,而引起加工误差。 场合:精密和大件加工:热变形的误差(40%70%) 自动化加工:影响效率 当单位时间传入的热量与其散出的热量相等时,工艺系统就达到了热平衡状态,(一)工艺系统的热源,(二)工件热变形对加工精度的影响 1. 工件均匀受热 车、镗、磨工件回转表面 LL,薄壁而余量大的工件,热变形大 大件的热变形对加工精度影响大 2. 工件不均匀受热 在铣、刨、磨平面时,(三)刀
12、具热变形对加工精度的影响 1. 连续工作:加工大件时 车刀十几分钟可达热平衡。 在加工大型零件时,由于刀具在长时间的切削过程中逐渐膨胀,往往造成表面的形状误差。 2. 间断工作:加热与冷却交替进行,max0+0 对一批工件尺寸误差 对一个工件形状误差,对小工件影响不大。,(四)机床热变形对加工精度的影响 1) 温度场是否稳定 在机床达到热平衡状态前,机床几何精度变化不定,它对加工精度的影响也变化不定。 当整个机床达到热平衡后,机床各部件的位置便相对稳定。此时的几何精度就称热态几何精度。 2) 热位移与误差敏感方向的角度,第五章 机械制造质量分析与控制 第一节 机械加工精度 一、概述 二、工艺系
13、统几何误差 三、工艺系统受力变形引起的误差 四、工艺系统受热变形引起的误差 五、提高加工精度的途径 第二节 工艺过程的统计分析 第三节 机械加工表面质量,五、提高加工精度的途径 (一)减小原始误差 (二)转移原始误差,(三)均分原始误差 (四)均化原始误差 原始误差均匀地作用于工件,可获得精度高于工具原来精度的加工表面。,(五)误差补偿,“自干自”加工方法,第五章 机械制造质量分析与控制 第一节 机械加工精度 一、概述 二、工艺系统几何误差 三、工艺系统受力变形引起的误差 四、工艺系统受热变形引起的误差 五、提高加工精度的途径 第二节 工艺过程的统计分析 第三节 机械加工表面质量,第二节 工艺
14、过程的统计分析,一、概述 (一) 加工误差的性质 1.系统性误差: 常值系统性误差:在顺序加工一批工件中,其大小和方向皆不变的误差 可以通过调整消除 变值系统性误差:在顺序加工一批工件中,其大小和方向循某一规律变化的误差 根据它的变化规律,可通过自动补偿消除,2. 随机误差:在顺序加工一批工件中,大小和方向是无规则地变化的误差 只能缩小它们的变动范围,而不可能完全消除。,(二)机械制造中常见的误差分布规律 1. 正态分布 条件: (1)无变值系统性误差(或有而不显著); (2)各随机性误差是相互独立的; (3)在各随机性误差中没有一个是起主导作用的; 2. 平顶分布 存在一个非正态分布的决定性
15、因素,3. 双峰分布 在混批的情况下,将两次调整下(两台机床)加工的工件混在一起(参入常值误差),常值误差之差2.2 4.偏态分布 非线性变值系统误差引起,(三)正态分布 1.正态分布的数学模型、特征参数和特殊点,特征参数: 算术平均值,均方根偏差(标准差),分散特性,只影响曲线的形状,随机性误差影响。反映了机床加工精度的高低。,中心特性,只影响曲线的位置,受常值误差的影响;反映了机床调整位置的不同。,2.工件尺寸在某区间内的概率,工件尺寸落在( 3)范围内的概率为99.73%,而落在该范围以外的概率只占0.27%,可忽略“ 3原则”,或称“6原则”,第五章 机械制造质量分析与控制 第一节 机
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