4机械加工质量.ppt

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1、第第4 4章章 机械加工质量机械加工质量本章要点机械加工中的振动机械加工中的振动影响加工精度的因素影响加工精度的因素影响机械加工表面质量的因素影响机械加工表面质量的因素工艺系统几何误差工艺系统几何误差工艺系统受力变形工艺系统受力变形工艺系统热变形工艺系统热变形加工误差的统计分析加工误差的统计分析1机械制造技术基础机械制造技术基础 第第4章章 机械加工质量机械加工质量Machining Quality4.1 机械加工质量概述机械加工质量概述Introduction to Machining Quality24.1.1 机械加工误差与机械加工精度机械加工误差与机械加工精度 加工质量加工质量机械加工

2、质量的三个内容：机械加工精度机械表面加工质量机械加工表面变质层34.1.1 机械加工误差与机械加工精度机械加工误差与机械加工精度 加工质量加工质量 零件宏观几何形状误差、表面波度、表面粗糙度 a）波度 b）表面粗糙度 图4-1 零件加工表面的粗糙度与波度RZHRZ宏观几何形状误差宏观几何形状误差（平面度、圆度等）（平面度、圆度等）波长波长/波高波高10001000表面波度表面波度 波长波长/波高波高=50=5010001000；且具有周期特性；且具有周期特性(因加工因加工中的振动形成中的振动形成)表面粗糙度表面粗糙度 波长波长/波高波高50504 加工精度：零件加工后实际几何参数与理想几何参数

3、接近程度。加工精度尺寸精度形状精度位置精度(通常形状误差限制在位置公差内，位置公差限制在尺寸公差内)4.1.1 机械加工误差与机械加工精度机械加工误差与机械加工精度 机械加工精度机械加工精度54.1.2 机械加工表面质量及其对零件使用性能的影响机械加工表面质量及其对零件使用性能的影响 机械加工表面质量机械加工表面质量图图4-2 加工变质层模型加工变质层模型表表4-1 加工表面变质层的构成情况加工表面变质层的构成情况64.1.2 4.1.2 机械加工表面质量及其对零件使用性能的影响机械加工表面质量及其对零件使用性能的影响机械加工表面质量及其对零件使用性能的影响机械加工表面质量及其对零件使用性能的

4、影响 影响耐磨性影响耐磨性Ra（m）初始磨损量重载荷轻载荷图图4-3 表面粗糙度与初始表面粗糙度与初始磨损量磨损量表面粗糙度值 耐疲劳性适当硬化可提高耐疲劳性表面粗糙度值耐蚀性表面压应力：有利于提高耐蚀性表面粗糙度值配合质量表面粗糙度值耐磨性，但有一定限度（图4-3）影响疲劳强度影响疲劳强度影响耐蚀性影响耐蚀性影响配合性质影响配合性质纹理形式与方向：圆弧状、凹坑状较好适当硬化可提高耐磨性机械加工表面质量对使用性能的影响机械加工表面质量对使用性能的影响影响接合面的密封性影响接合面的密封性表面粗糙度值密封性影响运动平稳性影响运动平稳性影响噪声影响噪声7 引起加工误差的根本原因是工艺系统存在着误差，

5、将工艺系统的误差称为原始误差。原始误差与工艺系统原始状态有关的原始误差(几何误差)与工艺过程有关的原始误差(动误差)原理误差定位误差调整误差刀具误差夹具误差机床误差工艺系统受力变形（包括夹紧变形）工艺系统受热变形刀具磨损测量误差工件残余应力引起的变形工件相对于刀具静止状态下的误差工件相对于刀具运动状态下的误差主轴回转误差导轨导向误差传动误差原始误差原始误差原始误差分类原始误差分类 原始误差构成4.1.3 机械加工工艺系统的原始误差机械加工工艺系统的原始误差84.1.4 误差敏感方向误差敏感方向 图图4-54-5：RYRRR=X（4-1）（4-2）显然：工艺系统原始误差方向不同，工艺系统原始误差

6、方向不同，对加工精度的影响程度也不同。对加工精度的影响程度也不同。对加工精度影响最大的方向，称对加工精度影响最大的方向，称为误差敏感方向。为误差敏感方向。误差敏感方向一般为已加工表误差敏感方向一般为已加工表面过切削点的法线方向。面过切削点的法线方向。图图4-5 误差敏感方向误差敏感方向YR0Xa）YR0Xb）误差敏感方向误差敏感方向94.1.5 机械加工精度的获得方法机械加工精度的获得方法 试切法尺寸精度的获得方法尺寸精度的获得方法形状精度的获得方法形状精度的获得方法成形运动法轨迹法、展成法和成形刀具法非成形运动法利用人工对加工表面进行检测和修整，以获得所要求的形状精度。位置精度的获得方法位置

7、精度的获得方法一次装夹法多次装夹法非成形运动法利用人工对加工表面进行检测和修整，以获得所要求的位置精度。尺寸刀具法调整法自动控制法10机械制造技术基础机械制造技术基础 第第4章章 机械加工质量机械加工质量Machining Quality4.2 工艺系统原有误差工艺系统原有误差对对加工精度的影响及控制加工精度的影响及控制Original error of Technological System influence to machining Precision and its Control 11加工原理误差是指采用了近似的成型运动或近似的刀刃轮廓进行加工而产生的误差。4.2.1 加工原理误差

8、对加工精度的影响及其控制加工原理误差对加工精度的影响及其控制 式中 R 球头刀半径；h 允许的残留高度。例例2：用阿基米德蜗杆滚刀滚切渐开线齿轮例例1：在数控铣床上采用球头刀铣削复杂形面零件SRh 空间曲面数控加工加工原理误差加工原理误差124.2.2 量具误差与测量误差对加工精度的影响及其控制量具误差与测量误差对加工精度的影响及其控制计量器具误差是由示值误差、示值稳定性、回程误差和灵敏度等四个方面综合起来的极限误差。测量者的视力、判断能力、测量经验；相对测量或间接测量中所用的对比标准、数学运算精确度；单次测量判断的不准确等。量具误差量具误差测量误差测量误差134.2.3 装夹误差与夹具误差对

9、加工精度的影响及其控制装夹误差与夹具误差对加工精度的影响及其控制利用夹具装夹工件进行加工时，造成工件加工表面之间尺寸和位置误差的因素主要有：工件装夹误差ZJ包括定位误差DW和夹紧误差JJ。夹紧误差是夹紧工件时引起工件和夹具变形所造成的加工误差。夹具对定误差DD包括对刀误差DA和夹具位置误差JW。300.056F710F7k620H 7g 6YZ图图4-7 钻钻径向孔的夹具径向孔的夹具在夹具设计时，对于结构上与工件加工精度有关的技术要求都要严格。一般精加工用夹具的有关尺寸公差取工件相应尺寸公差的1/21/3；粗加工时取1/51/10。144.2.3 装夹误差与夹具误差对加工精度的影响及其控制装夹

10、误差与夹具误差对加工精度的影响及其控制p定位误差是由基准位置误差和基准不重合误差组成。为减小定位误差，应尽量选用工序基准作为定位基准，并要求夹具定位元件和工件定位基准面的制造误差。一般应将定位误差控制在1/3工件尺寸或位置公差。p夹紧误差是夹具和工件在夹紧力的作用下发生变形而带来的加工误差。通常夹具的变形影响很小，可忽略不计。p对刀误差产生于对刀导引元件的制造、装配和使用过程。将影响刀具相对于定位元件位置的准确性和一致性，造成一批工件的加工误差。154.2.4 刀具误差与调整误差对加工精度的影响及其控制刀具误差与调整误差对加工精度的影响及其控制刀具的制造与安装精度刀具的制造与安装精度刀具刃口质

11、量直接影响微量切削。定尺寸刀具（钻头、绞刀等）尺定尺寸刀具（钻头、绞刀等）尺寸误差影响加工尺寸误差寸误差影响加工尺寸误差成形刀具和展成刀具形状误差影成形刀具和展成刀具形状误差影响加工形状误差响加工形状误差刀具磨损影响加工尺寸误差或形刀具磨损影响加工尺寸误差或形状误差状误差为提高成形刀具的刃磨和安装精度，可采用光学曲面磨床进行精确刃磨，通过对刀样板或对刀显微镜，实现成形刀具的准确安装。在分度转位刀架上安装刀具加工时，应注意尺寸减少分度误差对加工精度的影响。(误差敏感方向对加工精度的影响)图图4-8 立轴转塔车床刀架转位误差的转移立轴转塔车床刀架转位误差的转移16刀具的调整刀具的调整4.2.4 刀

12、具误差与调整误差对加工精度的影响及其控制刀具误差与调整误差对加工精度的影响及其控制生产中常用的刀具调整方法有：按标准样块或对刀块(导套)调整刀具按试切一个工件后的实测尺寸调整刀具。在成批及大量生产的调整法加工中，零件加工后的尺寸精度很大程度上取决于刀具的调整精度。p按标准样块或对刀块(导套)调整刀具，影响刀具调整精度的因素：标准样板本身的尺寸精度、对刀块(导套)相对工件定位元件之间的尺寸精度、刀具调整时的目测精度、切削加工时刀具相对于工件加工表面的弹性退让、行程挡块的受力变形。p按试切一个工件后的实测尺寸调整刀具时，可能导致进给机构的重复定位精度和按试切一个工件尺寸调整刀具的不准确性，引起加工

13、后这批零件尺寸分布中心位置的偏离。可采用试切几个工件取平均值的方法进行刀具调整，提高对一批工件尺寸分布中心位置判断的准确性。174.2.4 刀具误差与调整误差对加工精度的影响及其控制刀具误差与调整误差对加工精度的影响及其控制微量进给精度微量进给精度提高微量进给机构的主要措施：u尽量传动链，减小传动丝杠的长径比，消除各传动元件间的间隙，以提高进给机构的传动刚度；u采用滚珠丝杠螺母副、滚动导轨副或静压导轨，使用性能优越的导轨材料和润滑油，以减小进给机构各传动副间的摩擦力和静、动摩擦系数差；u合理布置传动机构的结构布局，防止运动部件受扭侧力矩而增大摩擦阻力。u采用新型的微量进给原理，如电致伸缩微量进

14、给机构、尺蠖(hu)机构、摩擦驱动机构等。184.2.5 机床几何误差对加工精度的影响及其控制机床几何误差对加工精度的影响及其控制机床的几何精度机床的几何精度u机床主轴回转精度的高低，以在规定测量截面内，主轴一转或数转内诸回转中心相对于其平均位置(平均轴线)的变动范围来衡量。回转运动精度回转运动精度u主轴回转误差主主轴回转时实际回转轴线与理想回转轴线的偏移量。u主轴回转精度的三种形式b）主轴轴向窜动a）主轴径向跳动c）主轴角度摆动图图4-10主轴回转误差形式主轴回转误差形式19回转运动精度回转运动精度p径向跳动产生径向跳动的原因主要是轴承副的制造误差。根据不同的主轴部件布置情况影响支加工精度。

15、主轴轴承为滑动轴承时，主轴轴颈的误差将在回转过程中引起轴线产生瞬时变化，造成径向跳动。4.2.5 机床几何误差对加工精度的影响及其控制机床几何误差对加工精度的影响及其控制图图4-11 采用滑动轴承时主轴径向跳动分析采用滑动轴承时主轴径向跳动分析20主轴轴承为滚动轴承时，影响径向跳动的因素：外环与箱体孔间的配合质量内环与主轴轴颈的配合质量外环滚道和内环滚道的圆度外环滚道对其外圆的同轴度内环滚道对其内孔的同轴度轴承装配引起的受力变形滚动轴承间隙滚动体的形状及尺寸的一致性回转运动精度回转运动精度4.2.5 机床几何误差对加工精度的影响及其控制机床几何误差对加工精度的影响及其控制由于存在误差敏感方向，

16、加工不同表面时，主轴径向跳动所引起的加工误差也不同。车床上加工外圆、内孔时，主轴径向跳动将引起工件圆度误差，对工件端面加工无影响。214.2.5 机床几何误差对加工精度的影响及其控制机床几何误差对加工精度的影响及其控制回转运动精度回转运动精度p轴向窜动滑动轴承主轴的轴向窜动，是主轴轴颈的轴向承载面或主轴轴承的承载面与主轴回转轴线间的垂直度误差引起的。滚动轴承主轴的轴向窜动决定于止推轴承两个滚道的精度和滚动体的精度。根据误差敏感方向分析，车端面时，主轴的轴向窜动将造成工件端面的平面度误差及端面相对于内、外圆的垂直度误差；车削螺纹时会造成螺距误差；主轴的轴向窜动对加工外圆或内孔影响不大。a）b）0

17、图图4-12 止推轴承端面误差对主轴轴向窜动止推轴承端面误差对主轴轴向窜动的影响的影响22p角度摆动4.2.5 机床几何误差对加工精度的影响及其控制机床几何误差对加工精度的影响及其控制回转运动精度回转运动精度角度摆动不仅影响加工表面的圆度误差，而且影响工件加工表面的圆柱度误差。车削外圆或内孔时，角度摆动会造成锥度误差；在镗孔时，会使镗出的孔为椭圆形。23n提高主轴回转精度的措施4.2.5 机床几何误差对加工精度的影响及其控制机床几何误差对加工精度的影响及其控制回转运动精度回转运动精度选用高精度的轴承，并提高主轴及箱体的制造精度和主轴部件的装配精度。对高速主轴部件要进行动平衡，对精密滚动轴承要采

18、取预加载荷等工艺措施。采用液体或气体静压轴承，由于无磨损，高刚度（是滚动轴承的56倍），以及对主轴轴颈的形状误差的均化作用，可以大幅度地提高主轴回转精度。轴类零件采用双固定顶尖定位加工，可避开主轴回转精度对加工精度的直接影响，这在精密磨削加工中经常使用。在这种情况下，工件顶尖孔的形状误差成为影响被加工工件形状精度的决定因素，必须对其及时地进行修整。244.2.5 机床几何误差对加工精度的影响及其控制机床几何误差对加工精度的影响及其控制直线运动精度直线运动精度n机床的直线运动精度主要指导轨的导向精度。n准确的直线运动主要取决于：机床导轨的制造精度机床导轨与其工作台间的接触精度机床导轨精度包括：导

19、轨在水平面内的直线度导轨在垂直面内的直线度双导轨间在垂直方向的平行度接触精度以相互配合的导轨面间单位面积接触斑点个数量。u机床导轨误差对刀具或工件的直线运动精度有直接影响。它将导致刀尖相对于工件加工表面的位置变化，而对工件的形状精度产生影响。25直线运动精度直线运动精度4.2.5 机床几何误差对加工精度的影响及其控制机床几何误差对加工精度的影响及其控制XXpx将直接反映在工件加工表面法线方向将直接反映在工件加工表面法线方向(加工误差敏感方加工误差敏感方向向)上，误差上，误差R=x，对加工精度影响最大。，对加工精度影响最大。p刀尖在水平面内的运动轨迹造成工件轴向形状误差。刀尖在水平面内的运动轨迹

20、造成工件轴向形状误差。u导轨在水平面内的直线度264.2.5 机床几何误差对加工精度的影响及其控制机床几何误差对加工精度的影响及其控制直线运动精度直线运动精度Yp对对卧卧式式车车床床d Y2/d 若若设设Y=0.10.1mm,d=40=40mm，则则d=0.00025=0.00025mm，影响可忽略不计影响可忽略不计(加工误差非敏感方向加工误差非敏感方向)。p而对平面磨床、龙门刨床误差将直接反映在工件上。而对平面磨床、龙门刨床误差将直接反映在工件上。u导轨在垂直面内的直线度274.2.5 机床几何误差对加工精度的影响及其控制机床几何误差对加工精度的影响及其控制X 图图4-13 导轨扭曲引起的加

21、工误差导轨扭曲引起的加工误差HRDBXYu双导轨间在垂直方向的平行度直线运动精度直线运动精度n车床前后纵导轨间存在的 平行度误差。一般车床H/B2/3，故n对工件加工表面误差的影响很大。284.2.5 机床几何误差对加工精度的影响及其控制机床几何误差对加工精度的影响及其控制成形运动间位置关系精度成形运动间位置关系精度图图4-14 成形运动间位置误差对外圆和端面车削的影响成形运动间位置误差对外圆和端面车削的影响fZzzc）HyR0fXZLfdDdxa）b）294.2.5 机床几何误差对加工精度的影响及其控制机床几何误差对加工精度的影响及其控制成形运动间位置关系精度成形运动间位置关系精度图图4-1

22、5 成形运动间位置误差对卧镗内孔的影响成形运动间位置误差对卧镗内孔的影响图图4-16 端铣刀对称铣削时的平面度误差和移位加工端铣刀对称铣削时的平面度误差和移位加工30图图4-17 齿轮机床传动链齿轮机床传动链z7=z8=16z1=64zn=96z5=z6=23z3=z4=23bz2=16zn-1=1icefacd以齿轮机床传动链为例：式中 n 传动链末端元件转角误差；kj 第j 个传动元件的误差传递系数，表明第j个传动元件对末端元件转角误差影响程度，其数值等于该元件至末端元件的传动比；n 传动链末端元件角速度；j 第j 个传动元件转角误差的初相角。成形运动间速度关系精度成形运动间速度关系精度4

23、.2.5 机床几何误差对加工精度的影响及其控制机床几何误差对加工精度的影响及其控制31 缩短传动链长度缩短传动链长度采用降速传动采用降速传动提提高高末末端端元元件件的的制制造造精精度度与与装配精度装配精度采采用用频频谱谱分分析析方方法法，找找出出影影响传动精度的误差环节响传动精度的误差环节 采取误差补偿方法采取误差补偿方法末端元件转角误差末端元件转角误差图图4-18 传动链误差的频谱分析传动链误差的频谱分析a)nA1A2Aib)(频率频率)A(幅值幅值)12i 提高传动精度措施4.2.5 机床几何误差对加工精度的影响及其控制机床几何误差对加工精度的影响及其控制图图4-19 丝杠加工误差补偿装置

24、丝杠加工误差补偿装置1 工件工件 2 螺母螺母 3 母丝杠母丝杠 4 杠杆杠杆 5 校正尺校正尺 6 触头触头 7 校正曲线校正曲线32机械制造技术基础机械制造技术基础 第第4章章 机械加工质量机械加工质量Machining Quality4.3 加工过程中原始误差对加工过程中原始误差对加工精度的影响加工精度的影响Processing the original errorinfluence to machining Precision33机械加工中，工艺系统在切削力、夹紧力、传动力、惯性力和重力等外力的作用下，将产生相应变形,使工件产生加工误差。4.3.1 工艺系统受力变形对加工精度的影响及其

25、控制工艺系统受力变形对加工精度的影响及其控制 工艺系统刚度及其对加工精度的影响工艺系统刚度及其对加工精度的影响34在加工误差敏感方向上工艺系统所受外力Fn与变形量之比4.3.1 工艺系统受力变形对加工精度的影响及其控制工艺系统受力变形对加工精度的影响及其控制 工艺系统刚度及其对加工精度的影响工艺系统刚度及其对加工精度的影响n n 工艺系统刚度工艺系统刚度指工艺系统在受力作用下抵抗其变形的能力。指工艺系统在受力作用下抵抗其变形的能力。式中 Ks工艺系统刚度；Fp车削加工时的背向力；x 工艺系统位移（切削合力作用下的位移）。车削外圆时，35工艺系统受力变形等于工艺系统各组成部分受力变形之迭加。由此

26、可导出工艺系统刚度与工艺系统各组成部分刚度之间的关系：工艺系统刚度计算工艺系统刚度计算工艺系统刚度的倒数等于系统各组成环节刚度的倒数工艺系统刚度的倒数等于系统各组成环节刚度的倒数之和。工艺系统刚度主要取决于薄弱环节的刚度。之和。工艺系统刚度主要取决于薄弱环节的刚度。4.3.1 工艺系统受力变形对加工精度的影响及其控制工艺系统受力变形对加工精度的影响及其控制 36图图4-20 车削外圆时的工艺系统受力变形车削外圆时的工艺系统受力变形XHXTXBXFpAABBCCZLFAFBXz工艺系统刚度计算工艺系统刚度计算(4-18)式中，KH、KT、KB机床床头、尾座及刀架部件的实测平均刚度；E工件材料弹性

27、模量；J工件截面惯性矩。机床部件的刚度主要受相关零件接合面间的间隙、接触变形和摩擦力等因素的影响。现主要依靠实验测定的方法获得。4.3.1 工艺系统受力变形对加工精度的影响及其控制工艺系统受力变形对加工精度的影响及其控制 工艺系统刚度随刀具位置的变化而变化，使加工出来的工件产生圆柱度误差。37图图4-21 误差复映现象误差复映现象ap1x1ap2x2毛坯外形工件外形由于工艺系统受力变形，使毛坯误差部分反映到工件上，此种现象称为“误差复映”加工过程中切削力变化产生的加工误差加工过程中切削力变化产生的加工误差 误差复映误差复映4.3.1 工艺系统受力变形对加工精度的影响及其控制工艺系统受力变形对加

28、工精度的影响及其控制 v在工件加工过程中，由于工件毛坯加工余量不匀或工件材料硬度不均，将会引起切削力的变化，使工艺系统的变形发生变化，从而造成加工误差。38机械加工中，误差复映系数通常小于1。可通过多次走刀，消除误差复映的影响。（4-24）4.3.1 工艺系统受力变形对加工精度的影响及其控制工艺系统受力变形对加工精度的影响及其控制 误差复映系数误差复映系数误差复映程度可用误差复映系数来表示，误差复映系数与系统刚度成反比。加工过程中切削力变化产生的加工误差加工过程中切削力变化产生的加工误差式中，w工件加工前的误差；B工件加工后的误差；CFp径向切削力系数；f进给量；yFp进给量对切削力的影响指数

29、。39 提高工件在加工时的刚度a）b）图图4-22 薄壁套夹紧变形薄壁套夹紧变形【例1】薄壁套夹紧变形 解决：加开口套提高工艺系统刚度的措施提高工艺系统刚度的措施4.3.1 工艺系统受力变形对加工精度的影响及其控制工艺系统受力变形对加工精度的影响及其控制 提高刀具在加工时的刚度 提高机床和夹具的刚度 尽量减少连接面数目，尽可能提高零件配合面的形状精度，减小表面粗糙度，增大连接时的实际接触面积，以减少总的接触变形。装配时，采取预紧措施，可消除接合面间的间隙和提高接触刚度。40 龙门铣横梁变形龙门铣横梁变形【例】龙门铣横梁 龙门铣横梁变形转移龙门铣横梁变形转移 龙门铣横梁变形补偿龙门铣横梁变形补偿

30、 减小部件自重引起的机床结构变形对加工精度的影响 解决1：重量转移 解决2：变形补偿4.3.1 工艺系统受力变形对加工精度的影响及其控制工艺系统受力变形对加工精度的影响及其控制 414.3.2 工艺系统受热变形对加工精度的影响及其控制工艺系统受热变形对加工精度的影响及其控制 工艺系统的热源工艺系统的热源在精密加工和大件加工中，工艺系统热变形引起的加工误差占总误差的约4070%。工艺系统热变形工艺系统热变形424.4.2 机床热变形对加工精度影响机床热变形对加工精度影响 v 体积大，热容量大，温升不高，达到热平衡时间长v 结构复杂，变形不均匀，对加工精度影响显著运转时间运转时间/h0 1 2 3

31、 450150100200位移位移/m20406080温升温升/YX前轴承温升车床受热变形车床受热变形a）车床受热变形形态车床受热变形形态b）温升与变形曲线温升与变形曲线p使机床产生热变形的热源主要是摩擦热、传动热和外界热源传入热量。工艺系统热变形对加工精度的影响工艺系统热变形对加工精度的影响u机床热变形对加工精度的影响43v 立铣（图a）立式铣床、外圆磨床、导轨磨床受热变形立式铣床、外圆磨床、导轨磨床受热变形a）铣床受热变形形态）铣床受热变形形态b）外圆磨床受热变形形态外圆磨床受热变形形态c）导轨磨床受热变形形态导轨磨床受热变形形态v 外圆磨（图b）v 导轨磨（图c）其他机床热变形其他机床热

32、变形 4.3.2 工艺系统受热变形对加工精度的影响及其控制工艺系统受热变形对加工精度的影响及其控制 444.3.2 工艺系统受热变形对加工精度的影响及其控制工艺系统受热变形对加工精度的影响及其控制 u工件热变形对加工精度的影响工艺系统热变形对加工精度的影响工艺系统热变形对加工精度的影响机械加工过程中，使工件产生热变形的热源主要是切削热或磨削热。对于精密零件，环境温度变化和日光、取暖设备等外部热源对工艺系统的局部辐射等也不容忽视。车削或磨削轴类工件外圆时，可近似看成是均匀受热的情况。工件均匀受热影响工件的尺寸精度，其变形量(mm)可按下式估算：式中：工件材料的热膨胀系数1/)；L工件在热变形方向

33、上的尺寸（mm)；t工件平均温升（)。454.3.2 工艺系统受热变形对加工精度的影响及其控制工艺系统受热变形对加工精度的影响及其控制 工艺系统热变形对加工精度的影响工艺系统热变形对加工精度的影响图图4-23 平板磨削加工时的翘曲变形平板磨削加工时的翘曲变形及其计算及其计算当工件受热不均时，如磨削零件单一表面，由于工件单面受热而产生向上翘曲变形y，加工冷却后将形成中凹的形状误差y：工件长度L越大，厚度H越小，则中凹形状误差y就越大。为减小工件的热变形带来的加工误差，应控制工件上下表面的温差。在精密丝杠磨削加工中，工件的热伸长将引起螺距的累积误差。y/4LH464.3.2 工艺系统受热变形对加工

34、精度的影响及其控制工艺系统受热变形对加工精度的影响及其控制 u刀具热变形对加工精度的影响工艺系统热变形对加工精度的影响工艺系统热变形对加工精度的影响 体体积积小小，热热容容量量小小，达达到到热平衡时间较短热平衡时间较短 温温升升高高，变变形形不不容容忽忽视视(达达0.03 0.03 0.05mm)0.05mm)(min)图图4-24 车刀热变形曲线车刀热变形曲线连续切削升温曲线连续切削升温曲线冷却曲线冷却曲线间断切削升温曲线间断切削升温曲线（m）maxb0c0.63max使刀具产生热变形的热源主要是切削热。切削热传入刀具的比例虽然不大（车削时约为5左右），但由于刀具体积小，热容量小，所以刀具切

35、削部分的温升仍较高。474.3.2 工艺系统受热变形对加工精度的影响及其控制工艺系统受热变形对加工精度的影响及其控制 控制工艺系统热变形的主要措施控制工艺系统热变形的主要措施v 减少切削热和磨削热，粗、精加工分开。v润滑，减少运动部件间的摩擦。v隔离热源。u减少热量的产生和传入u加强散热能力v 充分冷却和强制冷却。u均衡温度场v 热对称结构v 热补偿结构v热变形方向为非误差敏感方向u控制环境温度v 恒温v 人体隔离484.3.3 工艺系统磨损对加工精度影响工艺系统磨损对加工精度影响 工艺系统磨损对加工精度的影响工艺系统磨损对加工精度的影响p机床磨损对加工精度的影响影响机床上工件和工具的运动精度

36、及其相互间的位置关系、速比关系、破坏机床成形运动的原有精度，造成被加工零件的形状和位置误差。p刀具磨损对加工精度的影响p夹具磨损对加工精度的影响p量具磨损对加工精度的影响影响被加工表面与定位基准面间的尺寸精度和位置精度。造成工件的尺寸和形状误差。影响零件的试切精度，造成加工误差。49减少工艺系统磨损的措施减少工艺系统磨损的措施4.3.3 工艺系统磨损对加工精度影响工艺系统磨损对加工精度影响 提高导轨耐磨性采用耐磨合金铸铁、镶钢导轨、贴塑导轨、滚动导轨、导轨表面淬火、合理润滑等。正确选用刀具材料，减少刀具磨损合理选择刀具参数、切削用量，正确地刃磨刀具，合理地使用冷却润滑液等。减少夹具磨损提高夹具

37、中易磨损件的耐磨性，并及时磨损更换超限的夹具元件。504.3.4 工件残余应对加工精度的影响及其控制工件残余应对加工精度的影响及其控制未施加任何外力作用情况下，材料内部保持平衡而存在的应力。残余应力概念残余应力概念残余应力种类残余应力种类 残余压应力 残余拉应力 热塑变形效应：表层张应力，里层压应力 里层金属弹性恢复：若里层金属产生压缩变形，则弹性恢复后表层得到压应力，里层为张应力 表层金属相变：影响复杂，若切削区温度超过相变温度，则珠光体受热转变成奥氏体，冷却后又转变成马氏体，体积膨胀，表层产生压应力 实际应力状态是上述各因素影响的综合结果残余应力产生原因残余应力产生原因514.3.4 工件

38、残余应对加工精度的影响及其控制工件残余应对加工精度的影响及其控制图图4-25 铸件残余应力引起变形铸件残余应力引起变形图图4-26 冷校直引起的残余应力冷校直引起的残余应力v 设计合理零件结构v必要的热处理v粗、精加工分开v避免冷校直残余应力对加工精度的影响残余应力对加工精度的影响v 毛坯制造和热处理产生的残余应力（图4-25）减小残余应力措施减小残余应力措施v 冷校直带来的残余应力(图4-26)v切削加工带来的残余应力52机械制造技术基础机械制造技术基础 第第4章章 机械加工质量机械加工质量Machining Quality4.4 加工误差的统计分析加工误差的统计分析Statistic An

39、alysis of Machining Errors534.4.1 加工误差的性质加工误差的性质 系统误差系统误差在顺序加工一批工件中，其大小和方向均不改变，或按一定规律变化的加工误差。常值系统误差其大小和方向均不改变。如机床、夹具、刀具的制造误差，工艺系统在均匀切削力作用下的受力变形，调整误差，机床、夹具、量具的磨损等因素引起的加工误差。变值系统误差误差大小和方向按一定规律变化。如机床、夹具、刀具在热平衡前的热变形，刀具磨损等因素引起的加工误差。加工误差系统误差随机误差常值系统误差变值系统误差加工误差统计特性加工误差统计特性544.4.1 加工误差的性质加工误差的性质 在顺序加工一批工件中，

40、其大小和方向随机变化的加工误差。随机误差是工艺系统中大量随机因素共同作用而引起的。随机误差服从统计学规律。如毛坯余量或硬度不均，引起切削力的随机变化而造成的加工误差；定位误差；夹紧误差；残余应力引起的变形等。随机误差随机误差554.4.2 机械加工误差的分布规律机械加工误差的分布规律 图图4-27机械加工误差的分布规律机械加工误差的分布规律564.4.2 机械加工误差的分布规律机械加工误差的分布规律 分布曲线分布曲线 正态分布 式中，y分布的概率密度；x随机变量；正态分布随机变量总体平均值；正态分布随机变量的标准差。概率密度函数概率密度函数（4-27）yF（z）图图4-28 正态分布曲线正态分

41、布曲线(z=0)x(z)0z-+574.4.2 机械加工误差的分布规律机械加工误差的分布规律 正态分布曲线的特性正态分布曲线的特性 正态分布 p正态分布曲线是关于x=的对称曲线。p当x=时，曲线取得最大值：p在x=处，曲线有拐点；当x，曲线接近x轴，即x轴为分布曲线的渐近线。p若改变值，分布曲线将沿横坐标移动而不改变其形状，说明表征分布曲线位置的参数。p分布曲线的最大值ymax与成反比。是表征分布曲线形状的参数，反映了随机变量x取值的分散程度。584.4.2 机械加工误差的分布规律机械加工误差的分布规律 正态分布 图图4-29 对正态分布曲线的影响对正态分布曲线的影响图图4-30 对正态分布曲

42、线的影响对正态分布曲线的影响594.4.2 机械加工误差的分布规律机械加工误差的分布规律 平均值=0，标准差=1的正态分布称为标准正态分布，记为：x(z)N(,2)正态分布 由分布函数的定义，正态分布函数是正态分布概率密度函数的积分（4-29）令：将 z 代入上式，则：称 z 为标准化变量604.4.2 机械加工误差的分布规律机械加工误差的分布规律 正态分布 当z=3时，即x-=3时，随机变量x落在3范围内的概率为99.7%，落在此范围以外的概率仅不0.27%。故可以认为正态分布的随机变量的分散范围是3，即3原则。6的大小代表了某种加工方法在一定条件下所能达到的加工精度。一般情况下，应使所选择

43、加工方法的标准差与公差带T间具有下列关系：6T61 非正态分布 xy0a）双峰分布双峰分布 双峰分布：两次调整下加工的工件或两台机床加工的工件混在一起（图示a）xy0b）平顶分布平顶分布xy0c）偏向分布偏向分布 平顶分布：工件瞬时尺寸分布呈正态，其算术平均值近似成线性变化（如刀具和砂轮均匀磨损）（图示b）偏向分布：如工艺系统存在显著的热变形，或试切法加工孔时宁小勿大，加工外圆时宁大勿小（图示c）几种非正态分布几种非正态分布 4.4.2 机械加工误差的分布规律机械加工误差的分布规律 624.4.3 加工误差的统计方法加工误差的统计方法 统计分析法是以现场观察与实际测量所得的数据为基础，应用概率

44、论和统计学原理，确定在一定加工条件下，一批零件加工误差的大小及其分布情况。此法既可以识别系统的大小与方向，也可识别各种随机误差因素对加工精度的综合影响。适用于调整法加工的成批、大量生产。加工误差的统计分析加工误差的统计分析分布图法分布图法通过测量一批零件加工后的实际尺寸，做出尺寸分布曲线，然后按此曲线的位置(相对于理想尺寸)和形状(分散范围)判断这种加工方法产生误差的性质和大小。63(1)计算平均尺寸式中，xi各实测尺寸；n实测零件的总数。(2)计算常值系统误差 式中，xM工件的理想尺寸，即公差带中心值；所测尺寸的算术平均值。分布图法分布图法4.4.3 加工误差的统计方法加工误差的统计方法 常

45、值系统误差一般可以通过对工艺系统进行适当的调整来消除或减小。图图4-31 一批零件加工尺寸分布图一批零件加工尺寸分布图64(3)计算随机误差(4)确定工序能力系数一般情况下，工序能力不应低于二级，即CP1。只有当时，才不会出现不合格品。实际工艺能力系数CPK：分布图法分布图法4.4.3 加工误差的统计方法加工误差的统计方法 65 工序能力等级工序能力等级 工序能力系数 工序等级 说 明 CP1.67 特级 工序能力过高1.67 CP 1.33 一级 工序能力足够1.33 CP 1.00 二级 工序能力勉强1.00 CP 0.67 三级 工序能力不足 0.67 CP 四级 工序能力很差表4-3

46、工序能力等级分布图法分布图法4.4.3 加工误差的统计方法加工误差的统计方法 工艺能力系数CP表示工艺过程本身的能力，而实际工艺能力系数CPK则表示工艺过程满足加工质量要求的能力，是对“工艺过程能力”和“质量控制能力”的综合。66(5)计算不合格品率通常情况下，计算不合格品率需要同时考虑常值系统误差和随机误差。尺寸过大不合格品率：尺寸过小不合格品率：(6)分析减少不合格品的措施p消除常值系统误差p提高工序能力p增大不合格品的可修复性4.4.3 加工误差的统计方法加工误差的统计方法 分布图法分布图法图图4-32 尺寸调整前后的不合格品率尺寸调整前后的不合格品率67点图法点图法4.4.3 加工误差

47、的统计方法加工误差的统计方法 u逐点点图在一批零件加工过程中，依次测量每个零件的加工尺寸，并记入以顺次加工的零件号不横坐标、零件加工尺寸为纵坐标的图表中，便构成了逐点点图。采用点图法分析可明显发现变值系统误差。其随机误差的分布宽度为6，远比6小。由于刀具磨损产生变值系统误差为vs=ntan，则每个零件的系统误差为s=C+ntan。式中，n零件加工顺序号；tan直径变化斜率；C常值系统误差。图图4-33 在车床上用调整法加工轴颈的点图在车床上用调整法加工轴颈的点图68在点图上，是小样本均值的均值线，UCL、LCL是小样本均值的上、下控制线。在R图上，是小样本极差R的均值线，UR是小样本极差的上控

48、制线。图是由小样本图是由小样本(样组样组)均值的点图和小样本极差均值的点图和小样本极差R R的的点图组成，横坐标是按时间先后采集的小样本组序号，纵坐点图组成，横坐标是按时间先后采集的小样本组序号，纵坐标分别是小样本均值和极差标分别是小样本均值和极差R R。4.4.3 加工误差的统计方法加工误差的统计方法 点图法点图法u 图图图4-34 图图R 图图UCL0510样组序号样组序号1520LCL0510样组序号样组序号1520 x 图图LCLUCLRi69 工艺过程稳定性 点子正常波动工艺过程稳定；点子异常波动工艺过程不稳定 稳定性判别没有点子超出控制限大部分点子在中心线上下波动，小部分点子靠近控

49、制限点子变化没有明显规律性（如上升、下降倾向，或周期性波动）v 同时满足为稳定u 图4.4.3 加工误差的统计方法加工误差的统计方法 点图反映工艺过程质量指标分布中心(系统误差)的变化，R图反映工艺过程质量指标分散范围(随机误差)的变化，两图必须联合使用。70机械制造技术基础机械制造技术基础 第第4章章 机械加工质量机械加工质量Machining Quality4.5 机械加工表面质量的影响因素机械加工表面质量的影响因素及改善措施及改善措施Surface machining quality factors and improvement measures 714.5.1 切削加工表面的形成过程

50、切削加工表面的形成过程 ohDhDhOBDC图图4-35 已加工表面形成过程已加工表面形成过程oVBrn刀具钝圆半径刀具钝圆半径 r rn nr rn n值主要由刀具材料的晶位结构及刃磨质量决定。一般情况下，高速钢r rn n约为约为1018m1018m，最小可达，最小可达5m5m;硬质合金硬质合金r rn n约为约为1832m1832m，最小可达，最小可达36m36m。刀具前角。刀具前角 o o和后角和后角 o o越大，刃磨质量越好，越大，刃磨质量越好，r rn n值会增大。值会增大。切削过程中，后刀面与加工表面间的摩擦挤压，加剧了加工表面的塑性变形，甚至引起表层的非晶质化、纤维化及加工硬化