机械加工误差及影响因素ppt课件.ppt

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1、第6章机械加工误差及影响因素,1011机械加工误差的概念 机械加工误差是指零件加工后的实际几何参数（几何尺寸、几何形状和相互位置）与理想几何参数之间偏差的程度。零件加工后实际几何参数与理想几何参数之间的符合程度即为加工精度。加工误差越小，符合程度越高，加工精度就越高。研究加工误差的目的，就是要分析影响加工误差的各种因素及其存在的规律，从而找出减小加工误差、提高加工精度的合理途径。,1012加工误差的产生 零件的机械加工是在由机床、刀具、夹具和工件组成的工艺系统内完成的。零件加工表面的几何尺寸、几何形状和加工表面之间的相互位置关系取决于工艺系统间的相对运动关系。1 加工原理误差 加工原理误差是指

2、采用了近似的刀刃轮廓或近似的传动关系进行加工而产生的误差。例如，加工渐开线齿轮用的齿轮滚刀，为使滚刀制造方便，采用了阿基米德基本蜗杆或法向直廓基本蜗杆代替渐开线基本蜗杆，使齿轮渐开线齿形产生了误差。2 工艺系统的几何误差 工艺系统中各组成环节的实际几何参数和位置，相对于理想几何参数和位置发生偏离而引起的误差，统称为工艺系统几何误差。工艺系统几何误差只与工艺系统各环节的几何要素有关。,3 工艺系统受力变形引起的误差 工艺系统在切削力、夹紧力、重力和惯性力等作用下会产生变形，从而破坏了已调整好的工艺系统各组成部分的相互位置关系，导致加工误差的产生，并影响加工过程的稳定性。4 工艺系统受热变形引起的

3、误差 在加工过程中，由于受切削热、摩擦热以及工作场地周围热源的影响，工艺系统的温度会产生复杂的变化。在各种热源的作用下，工艺系统会发生变形，导致改变系统中各组成部分的正确相对位置，导致加工误差的产生。,5 工件内应力引起的加工误差 内应力是工件自身的误差因素。工件冷热加工后会产生一定的内应力。通常情况下内应力处于平衡状态，但对具有内应力的工件进行加工时，工件原有的内应力平衡状态被破坏，从而使工件产生变形。6 测量误差 在工序调整及加工过程中测量工件时，由于测量方法、量具精度等因素对测量结果准确性的影响而产生的误差，统称为测量误差。,102 工艺系统的几何误差对加工误差的影响1021机床的几何误

4、差 机床的几何误差是通过各种成形运动反映到加工表面的，机床的成形运动主要包括两大类，即主轴的回转运动和移动件的直线运动。因而分析机床的几何误差主要包括主轴的回转运动误差、导轨导向误差和传动链误差。1.主轴的回转运动误差1)主轴的回转运动误差的概念 主轴的回转运动误差是指主轴实际回转轴线相对于理论回转轴线的偏移。由于主轴部件在制造、装配、使用中等各种因素的影响，会使主轴产生回转运动误差，其误差形式可以分解为：轴向窜动、径向跳动和角度摆动三种，实际上，主轴回转误差的三种基本形式是同时存在的。,(a)轴向窜动,(b)径向跳动,(c)角度摆动,(d)主轴回转误差,（1）轴向窜动 轴向窜动是指瞬时回转轴

5、线沿平均回转轴线方向的轴向运动，如图10-1a所示，它主要影响工件的的端面形状和轴向尺寸精度。（2）径向跳动 径向跳动是指瞬时回转轴线平行于平均回转轴线的径向运动量。如图10-1b所示。它主要影响加工工件的圆度和圆柱度。（3）角度摆动 角度摆动是指瞬时回转轴线与平均回转轴线成一倾斜角度作公转，如图10-1c所示，它对工件的形状精度影响很大，如车外圆时，会产生锥度。,2)影响主轴回转运动误差的主要因素有：（1）主轴误差 主轴误差主要包括主轴支承轴径的圆度误差、同轴度误差（使主轴轴心线发生偏斜）和主轴轴径轴向承载面与轴线的垂直度误差（影响主轴轴向窜动量）。（2）轴承误差 主轴采用滑动轴承支承时，主

6、轴轴径和轴承孔的圆度误差对主轴回转精度有直接影响。对于工件回转类机床，切削力的方向大致不变，在切削力的作用下，主轴轴径以不同部位与轴承孔的某一固定部位接触，这时主轴轴径的形状误差是影响回转精度的主要因素，如图10-2a所示。对于刀具回转类机床，切削力的方向随主轴回转而变化，主轴轴径以某一固定位置与轴承孔的不同位置相接触，这时轴承孔的形状精度是影响回转精度的主要因素，如图10-2b所示。对于动压滑动轴承，轴承间隙增大会使油膜厚度变化大，轴心轨迹变动量加大。,图10-2 主轴采用滑动轴承的回转误差（a）工件回转类机床(b)刀具回转类机床,主轴采用滚动轴承支承时，如图10-3所示，内外环滚道的形状误

7、差（图a、b）、内环滚道与内孔的同轴度误差（图c）、滚动体的尺寸误差和形状误差（图d），都对主轴回转精度有影响。主轴轴承间隙增大会使轴向窜动与径向圆跳动量增大。采用推力轴承时，其滚道的端面误差会造成主轴的端面圆跳动。角接触球轴承和圆锥滚子轴承的滚道误差既会造成主轴端面圆跳动，也会引起径向跳动和摆动。,图 10-3 滚动轴承的形状误差(a)内环滚道形状误差(b)外环滚道形状误差(c)内环滚道与孔的同轴度误差(d)滚动体尺寸与形状误差,3)主轴回转误差对加工精度的影响例如在车削圆柱表面时，回转误差沿刀具与工件接触点的法线方向分量Y对精度影响最大，如图10-4b所示，反映到工件半径方向上的误差为R=

8、Y，而切向分量z的影响最小，如图10-4a所示，由图4-4可看出，存在误差z时，反映到工件半径方向上的误差为R，其关系式为：（R+R）2=z2+R2整理中略去高阶微量R2项可得：R=z2/2R设z=0.01mm，R=50mm，则R=0.000001mm。此值完全可以忽略不计。因此，一般称法线方向为误差的敏感方向，切线方向为非敏感方向。分析主轴回转误差对加工精度的影响时，应着重分析误差敏感方向的影响。,图 10-4 回转误差对加工精度的影响(a)切线方向(b)法线方向,图10-5主轴轴向窜动对端面加工的影响,4)提高主轴回转精度的措施（1）采用高精度的主轴部件 获得高精度的主轴部件的关键是提高轴

9、承精度。因此，主轴轴承，特别是前轴承，多选用D、C级轴承；当采用滑动轴承时，则采用静压滑动轴承。以提高轴系刚度，减少径向圆跳动。其次是提高主轴箱体支承孔、主轴轴颈和与轴承相配合零件的有关表面的加工精度，对滚动轴承进行预紧。（2）使主轴回转的误差不反映到工件上 如采用死顶尖磨削外圆，只要保证定位中心孔的形状、位置精度，即可加工出高精度的外圆柱面。主轴仅仅提供旋转运动和转矩，而与主轴的回转精度无关。,2.机床导轨误差 机床导轨副是实现直线运动的主要部件，其制造和装配精度是影响直线运动精度的主要因素，导轨误差对零件的加工精度产生直接的影响。1)机床导轨在水平面内直线度误差的影响如图10-6所示，磨床

10、导轨在x方向存在误差（图a），引起工件在半径方向上的误差R（图b），当磨削长外圆柱表面时，将造成工件的圆柱度误差。2)导轨在垂直面内直线度误差的影响如图10-7所示，磨床导轨在y方向存在误差（图a），磨削外圆时，工件沿砂轮切线方向产生位移，此时，工件半径方向上产生误差R z2/2R，对零件的形状精度影响甚小（误差的非敏感方向）。但导轨在垂直方向上的误差对平面磨床、龙门刨床、铣床等将引起法向位移，其误差直接反映到工件的加工表面（误差敏感方向），造成水平面上的形状误差。,图10-6 磨床导轨在水平面内的直线度误差(a)导轨在水平面内直线度误差(b)磨削外圆表面时的误差,3)机床导轨面间平行度误差的

11、影响如图10-8所示，车床两导轨的平行度产生误差（扭曲），使鞍座产生横向倾斜，刀具产生位移，因而引起工件形状误差。由图10-8关系可知，其误差值y=H/B。,图10-7磨床导轨在垂直面内的直线度误差,图10-8车床导轨面间的平行度误差,10.2.2 工艺系统的其他几何误差1.刀具误差 刀具误差主要指刀具的制造、磨损和安装误差等，刀具对加工精度的影响因刀具种类不同而定。机械加工中常用的刀具有：一般刀具、定尺寸刀具和成形刀具。一般刀具（如普通车刀、单刃镗刀、平面铣刀等）的制造误差，对加工精度没有直接的影响。但当刀具与工件的相对位置调整好以后，在加工过程中，刀具的磨损将会影响加工误差。定尺寸刀具（如

12、钻头、铰刀、拉刀、槽铣刀等）的制造误差及磨损误差，均直接影响工件的加工尺寸精度。成形刀具(如成形车刀、成形铣刀、齿轮刀具等)的制造和磨损误差，主要影响被加工工件的形状精度。2.夹具误差 夹具误差主要是指定位误差、夹紧误差、夹具安装误差和对刀误差以及夹具的磨损等。3.调整误差零件加工的每一道工序中，为了获得被加工表面的形状、尺寸和位置精度，必须对机床、夹具和刀具进行调整。而采用任何调整方法及使用任何调整工具都难免带来些原始误差，这就是调整误差。如用试切法调整时的测量误差、进给机构的位移误差及最小极限切削厚度的影响；如用调整法调整时的定程机构的误差、样板或样件调整时的样板或样件的误差等。,10.3

13、 工艺系统受力变形对加工误差的影响1.基本概念 由机床、夹具、刀具、工件组成的工艺系统，在切削力、传动力、惯性力、夹紧力以及重力等的作用下，会产生相应的变形(弹性变形及塑性变形)。这种变形将破坏工艺系统间已调整好的正确位置关系，从而产生加工误差。例如车削细长轴时，工件在切削力作用下的弯曲变形，加工后会形成腰鼓形的圆柱度误差，如图10-10a所示。又如在内圆磨床上用横向切入磨孔时，由于磨头主轴弯曲变形，使磨出的孔会带有锥度的圆柱度误差，如图10-10b所示。,图10-10工艺系统受力变形引起的加工误差,2.工艺系统受力变形引起的加工误差1)由于切削力着力点位置变化引起的工件形状误差 在车床两顶尖

14、间车削短而粗的光轴。如图10-11a所示为在车床上加工短而粗的光轴，由于工件刚度较大，在切削力作用下相对于机床、夹具的变形要小的得多，而车刀在敏感方向的变形也很小，故可忽略不计。此时，工艺系统的变形完全取决于头架、尾座（包括顶尖）和刀架的变形。,图10-11 工艺系统变形随着力点位置的变化而变化(a)车床上加工短而粗的光轴(b)车床上加工细长轴,3.由于切削力变化而引起的加工误差 在切削加工中，往往由于被加工表面的几何形状误差引起切削力的变化，从而造成工件的加工误差。如图10-13所示，由于工件毛坯的圆度误差，使车削时刀具的切削深度在p1与p2之间变化，因此，切削分力Fy 也随切削深度p的变化

15、由Fymax 变到Fymin。根据前面的分析，工艺系统将产生相应的变形，即由y1 变到y2（刀尖相对于工件产生y1 到y2 的位移），这样就形成了被加工表面的圆度误差。这种现象称为“误差复映”。,图10-13 零件形状误差的复映,4.其它力引起的加工误差由惯性力引起的加工误差由传动力引起的加工误差夹紧力引起的加工误差4)由重力引起的加工误差,(a)(b)图10-14 惯性力所引起的加工误差,图10-15传动力引起的加工误差,a)b)c)d)e)f)图10-16夹紧力引起的加工误差,5)由重力引起的加工误差在工艺系统中，由于零部件的自重也会引起变形，如龙门铣床、龙门刨床刀架横梁的变形，镗床镗杆下

16、垂变形等，都会造成加工误差。如图6-17所示为摇臂钻床的摇臂在主轴箱自重的影响下所产生的变形，造成主轴轴线与工作台不垂直，从而使被加工的孔与定位面也产生垂直度误差。,图6-17由重力引起的加工误差,5.减少工艺系统受力变形的主要措施 减少工艺系统的受力变形，是机械加工中保证产品质量和提高生产效率的主要途径之一。根据生产的实际情况，可采取以下几方面的措施。1)提高接触刚度零件表面总是存在着宏观和微观的几何误差，连接表面之间的实际接触面积只是名义接触面积的一部分，表面间的接触情况如图6-18所示。在外力作用下，这些接触处将产生较大的接触应力，引起接触变形。所以，提高接触刚度是提高工艺系统刚度的关键

17、。常用的方法是改善工艺系统主要零件接触表面的配合质量，如机床导轨副的刮研，配研顶尖锥体与主轴和尾座套筒锥孔的配合面，研磨加工精密零件用的顶尖孔等，都是在实际生产中行之有效的工艺措施。,图6-18 表面接触情况,2)提高工件刚度，减少受力变形切削力引起的加工误差，往往是由于工件本身刚度不足或工件各个部位结构不均匀而产生的。特别是加工叉类、细长轴等结构的零件，非常容易变形，在这种情况下，提高工件的刚度就是提高加工精度的关键。其主要措施是缩小切削力作用点到工件支承面之间的距离，以增大工件加工时的刚度。图6-19所示为车削细长轴时采用中心架或跟刀架以增加工件的刚度（图a为采用中心架，图b为采用跟刀架）

18、。,图6-19增加支承提高工件刚度,3)提高机床部件刚度，减少受力变形 在切削加工中，有时由于机床部件刚度低而产生变形和振动，影响加工精度和生产率的提高，所以加工时常采用一些辅助装置以提高机床部件的刚度。图6-20a所示为在转塔车床上采用固定导向支承套，图b为采用转动导向支承套，并用加强杆与导向套配合以提高机床部件刚度的示例。,图6-20提高部件刚度的装置,4)合理装夹工件，减少夹紧变形 对于薄壁零件的加工，夹紧时必须特别注意选择适当的夹紧方法，否则将会引起很大的形状误差。如加工薄壁套筒时图6-16所示。夹紧前薄壁套筒内外圆都是正圆，用三爪自定心卡盘夹紧后，套筒由于弹性变形而成为三棱形（图6-

19、16a）。镗孔后，内孔成正圆形（图b）。松开三爪自定心卡盘后，工件由于弹性恢复，使已镗过的孔成为三棱形（图c）。为了减少加工误差，应使夹紧力沿圆周均匀分布，可采用开口过度环（图d）或采用专用卡爪（图e）。,6.工件内应力引起的加工误差 零件在没有外加载荷的情况下，仍然残存在工件内部的应力称内应力或残余应力。工件在铸造、锻造及切削加工后，内部会存在的各种内应力。零件内应力的重新分布不仅影响零件的加工精度，而且对装配精度也有很大的影响。内应力存在于工件的内部，而且其存在和分布情况相当复杂，下面只作一些定性的分析。,1）毛坯的内应力 铸、锻、焊等毛坯在生产过程中，由于工件各部分的厚薄不均，冷却速度不

20、均匀而产生内应力。,2）冷校直引起的内应力 细长的轴类零件，如光杠、丝杠、曲轴、凸轮轴等在加工和运输中很容易产生弯曲变形，因此，大多数在加工中安排冷校直工序，这种方法简单方便，但会带来内应力，引起工件变形而影响加工精度。,冷校直时引起内应力的情况。,3）工件切削时的内应力 工件在进行切削加工时，在切削力和摩擦力的作用下，使表层金属产生塑性变形，体积膨胀，受到里层组织的阻碍，故表层产生压应力，里层产生拉应力；由于切削温度的影响，表层金属产生热塑性变形，表层温度下降快，冷却收缩也比里层大，当温度降至弹性变形范围内，表层收缩受到里层的阻碍，因而产生拉应力，里层将产生平衡的压应力。在大多数情况下，热的

21、作用大于力的作用。特别是高速切削、强力切削、磨削等，热的作用占主要地位。磨削加工中，表层拉力严重时会产生裂纹。,4）减少或消除内应力的措施(1)合理设计零件结构 在零件结构设计中，应尽量缩小零件各部分厚度尺寸的差异，以减少铸、锻毛坯在制造中产生的内应力。(2)采取时效处理 自然时效 在毛坯制造之后，或粗、精加工之间，让工件停留一段时间，利用温度的自然变化，经过多次热胀冷缩，使工件的内应力逐渐消除。这种方法效果好，但需要时间长(一般要半年至五年)。人工时效 将工件放在炉内加热到一定温度，再随炉冷却以达到消除应力的目的。这种方法对大型零件需要一套很大的设备，其投资和能源消耗较大。振动时效 以激振的

22、形式将振动的机械能加到含大量内应力的工件内，引起工件内部晶格变化以消除内应力，一般在几十分钟便可消除内应力，适用于大小不同的铸、锻、焊接件毛坯及有色金属毛坯。这种方法不需要庞大的设备，所以比较经济、简便，且效率高。,6.4 工艺系统热变形对加工精度的影响 6.4.1.概述 在机械加工过程中，工艺系统在各种热源的影响下，常产生复杂的变形，破坏了工艺系统间的相对位置精度，造成了加工误差。据统计，在某些精密加工中，由于热变形引起的加工误差约占总加工误差的4070。热变形不仅降低了系统的加工精度，而且还影响了加工效率的提高。1.工艺系统的热源 引起工艺系统热变形的热源大致可分为两类：内部热源和外部热源

23、。内部热源包括切削热和摩擦热；外部热源包括环境温度和辐射热。切削热和摩擦热是工艺系统的主要热源。2.工艺系统的热平衡 工艺系统受各种热源的影响，其温度会逐渐升高。与此同时，它们也通过各种传热方式向周围散发热量。当单位时间内传入和散发的热量相等时，则认为工艺系统达到了热平衡。图6-23所示为一般机床工作时的温度和时间曲线，由图可知，机床开动后温度缓慢升高，经过一段时间温度升至T衡便趋于稳定。由开始升温至T衡的这一段时间，称为预热阶段。当机床温度达到稳定值后，则被认为处于热平衡阶段，此时温度场处于稳定，其热变形也就趋了稳定。处于稳定温度场时引起的加工误差是有规律的，因此，精密及大型工件应在工艺系统

24、达到热平衡后进行加工。,图6-23 温度和时间曲线,3.机床热变形引起的加工误差 机床受热源的影响，各部分温度将发生变化，由于热源分布的不均匀和机床结构的复杂性，机床各部件将发生不同程度的热变形，破坏了机床原有的几何精度，从而引起了加工误差。车床类机床的主要热源是主轴箱中的轴承、齿轮、离合器等传动副的摩擦使主轴箱和床身的温度上升，从而造成了机床主轴抬高和倾斜。,图6-26 几种机床的热变形趋势（a）车床（b）铣床（c）立式平面磨床（d）双端面磨床,4.工件热变形引起的加工误差 轴类零件在车削或磨削时，一般是均匀受热，温度逐渐升高，其直径也逐渐胀大，胀大部分将被刀具切去，待工件冷却后则形成圆柱度

25、和直径尺寸的误差。细长轴在顶尖间车削时，热变形将使工件伸长，导致工件的弯曲变形，加工后将产生圆柱度误差。精密丝杠磨削时，工件的受热伸长会引起螺距的积累误差。例如磨削长度为3000mm的丝杠，每一次走刀温度将升高3，工件热伸长量为300012lO-6 3O.1mm(12lO-6为钢材的热膨胀系数)。而6级丝杠螺距积累误差，按规定在全长上不许超过0.02mm，可见受热变形对加工精度影响的严重性。床身导轨面的磨削，由于单面受热，与底面产生温差而引起热变形，使磨出的导轨产生直线度误差。薄圆环磨削，如图6-27所示，虽近似均匀受热，但磨削时磨削热量大，工件质量小，温升高，在夹压处散热条件较好，该处温度较

26、其他部分低，加工完毕工件冷却后，会出现棱圆形的圆度误差。,图6-27薄圆环磨削时热变形的影响,5.刀具热变形引起的加工误差 切削热虽然大部分被切屑带走或传入工件，传到刀具上的热量不多，但因刀具切削部分质量小(体积小)，热容量小，所以刀具切削部的温升大。例如用高速钢刀具车削时，刃部的温度高达700800，刀具热伸长量可达O.03O.05mm。因此对加工精度的影响不容忽略。图6-28所示为车削时车刀的热变形与切削时间的关系曲线。当车刀连续车削时，车刀变形情况如曲线l，经过约l020min即f达到热平衡，此时车刀变形的影很小；当车刀停止切削后，车刀冷却变形过程如曲线3；当车削一批短小轴类零件时，加工

27、由于需要装卸工件而时断时续，车刀进行间断切削，热变形在A范围内变动，其变形过程如曲线2。,tg 切削时间 tj停止切削时间 图6-28 车刀热变形曲线,6.减少工艺系统热变形的主要途径1)减少发热和隔热 切削中内部热源是机床产生热变形的主要根源。为了减少机床的发热，在新的机床产品中凡是能从主机上分离出去的热源，一般都有分离出去的趋势。如电动机、齿轮箱、液压装置和油箱等已有不少分离出去的实例。对于不能分离出去的热源，如主轴轴承、丝杠副、高速运动的导轨副、摩擦离合器等，可从结构和润滑等方面改善其摩擦特性，减少发热，例如采用静压轴承、静压导轨、低粘度润滑油、锂基润滑脂等。也可以用隔热材料将发热部件和

28、机床大件分隔开来，如图6-29所示为在磨床砂轮架3和滑座6之间加入隔热垫5，使砂轮架上的热传不到滑座中；在快进油缸7的活塞杆与进给丝杠副9之间使用隔热联轴器8，以防进给油缸中油温的变化影响丝杠。,图6-29采用隔热板减小热变形1工件中心 2轴承油池 3砂轮架 4螺钉5隔热垫 6滑座 7油缸8连轴器 9丝杠副,2)加强散热能力 为了消除机床内部热源的影响，可以采用强制冷却的办法，吸收热源发出的热量，从而控制机床的温升和热变形，这是近年来使用较多的一种方法。目前，大型数控床机、加工中心机床都普遍使用冷冻机对润滑油和切削液进行强制冷却，以提高冷却的效果。3)用热补偿法减少热变形的影响 单纯的减少温升

29、有时不能收到满意的效果，可采用热补偿法使机床的温度场比较均匀，从而使机床产生均勾的热变形以减少对加工精度的影响。4)控制温度的变化 环境温度的变化和室内各部分的温差，将使工艺系统产生热变形，从而影响工件的加工精度和测量精度。因此，在加工或测量精密零件时，应控制室温的变化。精密机床(如精密磨床、坐标镗床、齿轮磨床等)一般安装在恒温车间，以保持其温度的恒定。恒温精度一般控制在l，精密级为0.5，超精密级为 0.0l。采用机床预热也是一种控制温度变化的方法。由热变形规律可知，热变形影响较大的是在工艺系统升温阶段，当达到热平衡后，热变形趋于稳定，加工精度就容易控制。因此，对精密机床特别是大型精密机床，

30、可在加工前预先开动，高速空转，或人为地在机床的适当部位附设加热源预热，使它达到热平衡后再进行加工。基于同样原因，精密加工机床应尽量避免较长时间的中途停车。,6.5 加工误差综合分析及减少误差的措施 生产实际中，影响加工误差的因素往往是错综复杂的，有时很难用单因素来分析其因果关系，而要用数理统计方法进行综合分析来找出解决问题的途径。6.5.1 加工误差的性质 各种单因素的加工误差，按其统计规律的不同，可分为系统性误差和随机性误差两大类。系统性误差又分为常值系统误差和变值系统误差两种。1.系统性误差l)常值系统误差 顺次加工一批工件后，其大小和方向保持不变的误差，称为常值系统误差。例如加工原理误差

31、和机床、夹具、刀具的制造误差等，都是常值系统误差。此外，机床、夹具和量具的磨损速度较慢，在一定时间内也可看作是常值系统误差。2)变值系统误差 顺次加工一批工件中，其大小和方向按一定的规律变化的误差，称为变值系统误差。例如机床、夹具和刀具等在热平衡前的热变形误差和刀具的磨损等，都是变值系统误差。2.随机性误差 顺次加工一批工件，出现大小和方向不同且无规律变化的加工误差，称为随机性误差。例如毛坯误差(余量大小不一、硬度不均匀等)的复映、定位误差(基准面精度不一、间隙影响)、夹紧误差(夹紧力大小不一)、多次调整的误差、残余应力引起的变形误差等，都是随机性误差。,6.5.2 加工误差的统计分析法(分布

32、图分析法)统计分析是以生产现场观察和对工件进行实际检验的数据资料为基础，用数理统计的方法分析处理这些数据资料，从而揭示各种因素对加工误差的综合影响，获得解决问题的途径的一种分析方法，主要有分布图分析法和点图分析法等。本节主要介绍分布图法。其他方法请参考有关资料。1 实际分布图直方图 在加工过程中，对某工序的加工尺寸采用抽取有限样本数据进行分析处理，用直方图的形式表示出来，以便于分析加工质量及其稳定程度的方法，称为直方图分析法。在抽取的有限样本数据中，加工尺寸的变化称为尺寸分散；出现在同一尺寸间隔的零件数目称为频数；频数与该批样本总数之比称为频率；频率与组距(尺寸间隔)之比称为频率密度。以工件的

33、尺寸(很小的一段尺寸间隔)为横坐标，以频数或频率为纵坐标表示该工序加工尺寸的实际分布图称直方图。,注：表中数据为实测尺寸与基本尺寸之差。,表6-1 轴径尺寸实测值,作直方图的步骤如下：1）收集数据。一般取100件左右，找出最大值La54m，最小值Sm16m(见表6-1)。2）把100个样本数据分成若干组，分组数可用表6-2确定。,本例取组数k8。经验证明，组数太少会掩盖组内数据的变动情况，组数太多会使各组的高度参差不齐，从而看不出变化规律。通常确定的组数要使每组平均至少摊到45个数据。3）计算组距h，即组与组间的间隔,h=,=,=4.77m 5m,4）计算第一组的上、下界限值,Sm,第一组的上

34、界限值为Sm,=（17+,）m=19.5m；,=（17,）m=14.5m。,下界限值为Sm,5）计算其余各组的上、下界限值。第一组的上界限值就是第二组的下界限值。第二组的下界限值加上组距就是第二组的上界限值，其余类推。6）计算各组的中心值Xi。中心值是每组中间的数值。,Xi=（某组上限值+某组下限值）/2 第一组中心值Xi=,=17m,7）记录各组的数据，整理成频数分布表，如表6-3所示。8）统计各组的尺寸频数、频率和频率密度，并填入表中。9）按表列数据以频率密度为纵坐标；组距（尺寸间隔）为横坐标就可以画出直方图，如图6-32所示,表6-3 频数分布表,由图6-30可知，该批工件的尺寸分散范围

35、大部分居中，偏大、偏小者较少。尺寸分散范围=最大直径 最小直径=60.054 60.016=0.038mm尺寸分散范围中心:,mm,图6-30 直方图,直径的公差带中心=60+,标准差为:,=,=,mm,=60.025 mm,从图中可看出,这批工件的分散范围为0.038，比公差带还小，但尺寸分散范围中心与公差带中心不重合，若设法将分散范围中心调整到与公差带重合，即只要把机床的径向进给量增大0.012 mm，就能消除常值系统误差。,2 分布图分析法的应用1）判别加工误差的性质 如前所述,假如加工过程中没有变值系统误差,那么其尺寸分布就服从正态分布,即实际分布与正态分布基本相符，这时就可进一步根据

36、是否与公差带中心重合来判断是否存在常值系统误差（与公差带中心不符说明存在常值系统误差）。如实际分布与正态分布有较大出入，可根据直方图初步判断变值系统误差是什么类型,2）确定各种加工误差所能达到的精度 由于各种加工方法在随机性因素影响下所得的加工尺寸的分散规律符合正态分布，因而可以在多次统计的基础上，为每一种加工方法求得它的标偏差值。然后，按分布范围等于6的规律，即可确定各种加工方法所能达到的精度。3）确定工艺能力及其等级 工艺能力即工序处于稳定状态时，加工误差正常波动的幅度。由于加工时误差超出分散范围的概率极小，可以认为不会发生分散范围以外的加工误差，因此可以用该工序的尺寸分散范围来表示工艺能

37、力。当加工尺寸分布接近正态分布时，工艺能力为6。工艺能力等级是以工艺能力系数来表示的，即工艺能满足加工精度要求的程度。当工艺处于稳定状态时工艺能力系数Cp按下式计算：Cp6式中 工件尺寸公差。,根据工艺能力系数Cp的大小，共分为五级，如表6-4所示。一般情况下，工艺能力不应低于二级表6-4 工艺能力等级。,6.5.2减少加工误差的措施1.直接减少原始误差法 即在查明影响加工精度的主要原始误差因素之后，设法对其直接进行消除或减少。例如，车削细长轴时，采用跟刀架、中心架可消除或减少工件变形所引起的加工误差。采用大进给量反向切削法，基本上消除了轴向切削力引起的弯曲变形。若辅以弹簧顶尖，可进一步消除热

38、变形所引起的加工误差。又如在加工薄壁套筒内孔时，采用过度圆环以使夹紧力均匀分布，避免夹紧变形所引起的加工误差。2.误差补偿法 误差补偿法时人为地制造一种误差，去抵消工艺系统固有的原始误差，或者利用一种原始误差去抵消另一种原始误差，从而达到提高加工精度的目的。,3.误差转移法 误差转移法的实质是转移工艺系统的集合误差、受力变形和热变形等。例如，磨削主轴锥孔时，锥孔和轴径的同轴度不是靠机床主轴回转精度来保证的，而是靠夹具保证，当机床主轴与工件采用浮动连接以后，机床主轴的原始误差就不再影响加工精度，而转移到夹具来保证加工精度。4.误差分组法 在加工中，由于工序毛坯误差的存在，造成了本工序的加工误差。

39、毛坯误差的变化，对本工序的影响主要有两种情况：复映误差和定位误差。如果上述误差太大，不能保证加工精度，而且要提高毛坯精度或上一道工序加工精度是不经济的。这时可采用误差分组法，即把毛坯或上工序尺寸按误差大小分为n组，每组毛坯的误差就缩小为原来的1/n，然后按各组分别调整刀具与工件的相对位置或调整定位元件，就可大大地缩小整批工件的尺寸分散范围。,5.就地加工法 在加工和装配中，有些精度问题牵涉到很多零部件间的相互关系，相当复杂。如果单纯地提高零件精度来满足设计要求，有时不仅困难，甚至不可能达到。此时，若采用就地加工法，就可解决这种难题。6.误差平均法 误差平均法是利用有密切联系的表面之间的相互比较

40、和相互修正，或者利用互为基准进行加工，以达到很高的加工精度。如配合精度要求很高的轴和孔，常用对研的方法来达到。所谓对研，就是配偶件的轴和孔互为研具相对研磨。在研磨前有一定的研磨量，其本身的尺寸精度要求不高，在研磨过程中，配合表面相对研擦和磨损的过程，就是两者的误差相互比较和相互修正的过程。,例如:三块一组的标准平板，是利用相互对研、配刮的方法加工出来的。因为三个表面能够分别两两密合，只有在都是精确的平面的条件下才有可能。另外还有直尺、角度规、多棱体、标准丝杠等高精度量具和工具，都是利用误差平均法制造出来的。通过以上几个例子可知，采用误差平均法可以最大限度地排除机床误差的影响。,研究加工误差的目的，就是要分析影响加工误差的各种因素及其存在的规律，从而找出减小加工误差、提高加工精度的合理途径。工艺系统的几何误差、工艺系统受力变形引起的误差、工艺系统受热变形引起的误差、工件内应力引起的误差是加工过程中最明显的影响因素，熟悉掌握这些内容对提高零件的加工质量有着至关重要的作用。,小 结,