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1、第4章机械加工质量第1页，本讲稿共41页机械工程学院机械制造基础24.1机械加工精度机械加工精度4.1.1概述概述1）加工精度的概念）加工精度的概念加工精度：加工精度：是指零件加工后，其几何参数的实际数值与图纸规是指零件加工后，其几何参数的实际数值与图纸规定的设计数值相符合的程度。加工精度包括：定的设计数值相符合的程度。加工精度包括：尺寸精度：尺寸精度：加工表面的实际尺寸与设计尺寸的尺寸误差不超过一定的尺寸公加工表面的实际尺寸与设计尺寸的尺寸误差不超过一定的尺寸公差范围。在国标中尺寸公差分差范围。在国标中尺寸公差分20级（级（IT01、IT0、IT1IT18）。）。几何形状精度：几何形状精度：
2、加工表面的实际几何要素对理想几何要素的变动量不超过一加工表面的实际几何要素对理想几何要素的变动量不超过一定公差范围。在国标中形状公差有六项：直线度、平面度、圆度、圆柱度、定公差范围。在国标中形状公差有六项：直线度、平面度、圆度、圆柱度、线轮廓度、面轮廓度。线轮廓度、面轮廓度。相互位置精度：相互位置精度：加工表面的实际几何要素对由基准确定方向或位置的理想几加工表面的实际几何要素对由基准确定方向或位置的理想几何要素的变动量。在国标中位置公差有八项：平行度、垂直度、倾斜度、同何要素的变动量。在国标中位置公差有八项：平行度、垂直度、倾斜度、同轴度、对称度、位置度、圆跳动、全跳动。轴度、对称度、位置度、
3、圆跳动、全跳动。第2页，本讲稿共41页机械工程学院机械制造基础32）原始误差的来源及其与加工误差）原始误差的来源及其与加工误差l l加工误差：加工误差：是指零件加工后，其几何参数的实际数值与是指零件加工后，其几何参数的实际数值与图纸规定的设计数值不符合的程度，即实际数值与设计数图纸规定的设计数值不符合的程度，即实际数值与设计数值之差。值之差。l l原原始始误误差差：包包括括机机床床、夹夹具具、刀刀具具及及工工件件在在内内的的机机械械加加工工工工艺系统各环节的误差，是造成零件加工误差的工艺因素。艺系统各环节的误差，是造成零件加工误差的工艺因素。l l 原始误差与加工误差的关系原始误差与加工误差的
4、关系原始误差对加工误差的影响表现为其在工序尺寸上的分量原始误差对加工误差的影响表现为其在工序尺寸上的分量的大小。的大小。误差敏感方向：误差敏感方向：原始误差对加工精度影响最大的方向。原始误差对加工精度影响最大的方向。误差不敏感方向：误差不敏感方向：原始误差对加工精度影响最小的方向。原始误差对加工精度影响最小的方向。第3页，本讲稿共41页机械工程学院机械制造基础4l l原始误差的来源原始误差的来源(1)工件定位与夹紧误差：工件定位与夹紧误差：定位误差、夹紧变形。定位误差、夹紧变形。(2)工艺系统静（几何）误差：工艺系统静（几何）误差：机床、夹具、刀具的制造误机床、夹具、刀具的制造误差。差。(3)
5、调整误差：调整误差：工艺系统位置调整产生的误差。工艺系统位置调整产生的误差。(4)工艺系统的动（过程）误差：工艺系统的动（过程）误差：工艺系统受力及内应力、工艺系统受力及内应力、热等产生的变形及磨损。热等产生的变形及磨损。(5)测量误差：测量误差：测量方法及测量器具的误差。测量方法及测量器具的误差。(6)加工原理误差：加工原理误差：用近似的表面成形运动代替理论的表面成用近似的表面成形运动代替理论的表面成形运动，用近似的刀具刃形代替正确的刃形等产生的加工误差。形运动，用近似的刀具刃形代替正确的刃形等产生的加工误差。（例齿轮加工、车模数蜗杆（例齿轮加工、车模数蜗杆p=m等）等）第4页，本讲稿共41
6、页机械工程学院机械制造基础54.1.2获得加工精度的方法获得加工精度的方法（2）调调整整法法：通通过过预预调调好好的的机机床床、夹夹具具、刀刀具具、工工件件，在在加加工工中中自自行行获获得得尺寸精度。尺寸精度。（3）尺寸刀具法：）尺寸刀具法：用一定形状和尺寸的刀具加工获得。用一定形状和尺寸的刀具加工获得。（4）自动控制法：）自动控制法：用一定装置，边加工边自动测量控制加工。用一定装置，边加工边自动测量控制加工。2.形状精度的获得方法形状精度的获得方法成形运动法成形运动法（1）轨迹法）轨迹法：利用刀具与工件间的相对运动轨迹来获得形状。利用刀具与工件间的相对运动轨迹来获得形状。（2）成形法：）成形
7、法：利用成形刀具加工获得表面形状。利用成形刀具加工获得表面形状。（3）展成法：）展成法：利用刀具与工件相对运动使工件被刀具切削成一定利用刀具与工件相对运动使工件被刀具切削成一定形状的包络线。形状的包络线。l.尺寸精度的获得方法尺寸精度的获得方法（1）试切法：）试切法：试切试切测量测量调整调整再试切再试切非成形运动法：非成形运动法：人工修配、样板加工、划线加工等。人工修配、样板加工、划线加工等。第5页，本讲稿共41页机械工程学院机械制造基础6获得加工精度的方法获得加工精度的方法3.位置精度的获得方法位置精度的获得方法（1）一次装夹获得法）一次装夹获得法（2）多次装夹获得法）多次装夹获得法装夹的方
8、式：装夹的方式：直接找正装夹、划线找正装夹、夹具装夹。直接找正装夹、划线找正装夹、夹具装夹。第6页，本讲稿共41页机械工程学院机械制造基础74.1.3工艺系统几何误差工艺系统几何误差1.机床误差机床误差机机床床精精度度取取决决于于其其制制造造精精度度、装装配配精精度度及及磨磨损损情情况况，其其中中对对加工精度影响最大的是主轴误差、导轨误差等。加工精度影响最大的是主轴误差、导轨误差等。主主轴轴几几何何偏偏心心：车车床床上上，与与定定位位基基准准面面间间产产生生同同轴轴度度、垂垂直直度等位置误差；镗床和钻床会造成孔径的扩大。度等位置误差；镗床和钻床会造成孔径的扩大。主轴回转误差主轴回转误差（主轴轴
9、线漂移）：（主轴轴线漂移）：纯径向跳动：纯径向跳动：车削外圆、镗孔时产生圆度误差。车削外圆、镗孔时产生圆度误差。纯轴向窜动：纯轴向窜动：车端面产生平面度误差；车螺纹产生螺距小周车端面产生平面度误差；车螺纹产生螺距小周期误差。期误差。纯角度摆动：纯角度摆动：产生圆柱度或端面形状误差。产生圆柱度或端面形状误差。第7页，本讲稿共41页机械工程学院机械制造基础8主轴误差对加工精度的影响：主轴误差对加工精度的影响：相同的误差对于不同加工相同的误差对于不同加工方法影响各不相同。方法影响各不相同。例如：镗床镗孔时刀具随机例如：镗床镗孔时刀具随机床主轴回转，切削力和误差床主轴回转，切削力和误差敏感方向也在旋转
10、，轴线的敏感方向也在旋转，轴线的漂移会直接反映到工件上去。漂移会直接反映到工件上去。车削是工件回转，切削车削是工件回转，切削力和误差敏感方向不变，力和误差敏感方向不变，只有水平方向误差才只有水平方向误差才1:1地地反映到工件上。反映到工件上。第8页，本讲稿共41页机械工程学院机械制造基础9提高主轴回转精度的措施提高主轴回转精度的措施:（1）提高主轴部件的制造精度，选用高精度滚动轴承或采用动压、静压轴承）提高主轴部件的制造精度，选用高精度滚动轴承或采用动压、静压轴承（刚度高、回转精度高）；（刚度高、回转精度高）；（2）对滚动轴承进行预紧，以消除间隙或产生微量过盈，提高轴承刚度。）对滚动轴承进行预
11、紧，以消除间隙或产生微量过盈，提高轴承刚度。（3）采用合理的工艺方法来消除主轴回精度对加工精度的影响，主轴）采用合理的工艺方法来消除主轴回精度对加工精度的影响，主轴只起传递动力和运动的作用。只起传递动力和运动的作用。例：采用固定顶尖定位加工，工件轴线不变。例：采用固定顶尖定位加工，工件轴线不变。采用电磁无心磨削加工，工件与主轴之间有偏心量产生传递扭矩，切削采用电磁无心磨削加工，工件与主轴之间有偏心量产生传递扭矩，切削力与电磁力合力使工件紧贴在可调支承，主轴转动与工件定位无关。力与电磁力合力使工件紧贴在可调支承，主轴转动与工件定位无关。第9页，本讲稿共41页机械工程学院机械制造基础10导轨误差：
12、导轨误差：对加工误差的影响（以车削为例）对加工误差的影响（以车削为例）直线度误差直线度误差：导轨扭曲：导轨扭曲：导轨与主轴位置误差：导轨与主轴位置误差：传动误差：螺纹加工、齿轮加工等要求刀具与工件间保持固定传动误差：螺纹加工、齿轮加工等要求刀具与工件间保持固定的传动关系，传动误差将影响螺纹导程、齿轮的分度精度等。的传动关系，传动误差将影响螺纹导程、齿轮的分度精度等。第10页，本讲稿共41页机械工程学院机械制造基础112.2.刀具误差刀具误差 展成法：展成法：加工表面是无数刀刃轨迹的包络面，刀刃形状为加加工表面是无数刀刃轨迹的包络面，刀刃形状为加工表面的共扼曲线，刀具误差会影响加工表面的形状误差
13、。工表面的共扼曲线，刀具误差会影响加工表面的形状误差。轨迹法：轨迹法：工件表面是刀尖与工件相对运动轨迹的包络面。工件表面是刀尖与工件相对运动轨迹的包络面。定尺寸刀具：定尺寸刀具：如钻头、铰刀、拉刀等，尺寸、形状直接影响工件如钻头、铰刀、拉刀等，尺寸、形状直接影响工件尺寸和形状精度。尺寸和形状精度。刀具磨损：刀具磨损：直接影响刀具的尺寸、形状等。直接影响刀具的尺寸、形状等。刀具误差包括刀刃廓形制造、刃磨误差及刀具安装误差。刀具误差包括刀刃廓形制造、刃磨误差及刀具安装误差。成形法：成形法：刀具表面廓形刀具表面廓形“复印复印”到加工表面上。安装误差也直到加工表面上。安装误差也直接影响加工表面形状精度
14、。例如：车削螺纹，车刀安装偏高或偏接影响加工表面形状精度。例如：车削螺纹，车刀安装偏高或偏低，三角形牙型轮廓会变成双曲线。低，三角形牙型轮廓会变成双曲线。第11页，本讲稿共41页机械工程学院机械制造基础123.3.夹具制造误差夹具制造误差定位元件、刀具导向装置、对刀装置、分度机构以及定位元件、刀具导向装置、对刀装置、分度机构以及夹具体等零件及组件的制造误差、组装位置误差，引夹具体等零件及组件的制造误差、组装位置误差，引起加工表面尺寸及位置误差。起加工表面尺寸及位置误差。夹具磨损引起的定位误差。夹具磨损引起的定位误差。夹具制造误差主要是：夹具制造误差主要是：第12页，本讲稿共41页机械工程学院机
15、械制造基础134.1.4 4.1.4 工艺系统受力变形工艺系统受力变形1.工艺系统受力变形分析工艺系统受力变形分析机械加工过程中，在重力、切削力、惯性力、传动力等外力作用下，机械加工过程中，在重力、切削力、惯性力、传动力等外力作用下，工艺系统都会变形，破坏刀具与工件间的正确位置，从而产生加工误工艺系统都会变形，破坏刀具与工件间的正确位置，从而产生加工误差。差。刚度刚度：指加到系统上的作用力：指加到系统上的作用力P与由它产生的在作用力方向上的位移与由它产生的在作用力方向上的位移y的比值。即的比值。即K=P/y工艺系统的刚度工艺系统的刚度：指垂直于待加工表面的切削分力：指垂直于待加工表面的切削分力
16、Py与工件在与工件在Py方向的位移方向的位移之比值。之比值。Ks=Py/y根据材料力学计算，两顶尖加工工件简化为简支梁：根据材料力学计算，两顶尖加工工件简化为简支梁：第13页，本讲稿共41页机械工程学院机械制造基础142.工艺系统受力对加工精度的影响工艺系统受力对加工精度的影响（1）切削力对加工精度的影响）切削力对加工精度的影响误差复映：误差复映：有形状误差（或相互位置误差）的工件毛坯，在加工后，有形状误差（或相互位置误差）的工件毛坯，在加工后，因加工余量不均，切削力变化，使工艺系统产生了相应的变形，其因加工余量不均，切削力变化，使工艺系统产生了相应的变形，其形状误差（或位置误差）仍以与毛坯相
17、似的形式、程度不同地反映形状误差（或位置误差）仍以与毛坯相似的形式、程度不同地反映在新的加工表面上。工件误差在新的加工表面上。工件误差g对毛坯误差对毛坯误差m的复映程度称为误差的复映程度称为误差复映系数复映系数。即即=g/m例：车削加工短圆柱毛坯，该毛坯有圆度误差（椭圆），这时系统例：车削加工短圆柱毛坯，该毛坯有圆度误差（椭圆），这时系统刚度可即近似看成常数。因此切削过程中背吃刀量在不断变化，从刚度可即近似看成常数。因此切削过程中背吃刀量在不断变化，从而导致系统的变形量也随之而变，最终加工后的表面仍为椭圆。而导致系统的变形量也随之而变，最终加工后的表面仍为椭圆。为小于为小于1的正数，每次切削的
18、复印系数为的正数，每次切削的复印系数为 1，2，3最终误差复映系数为最终误差复映系数为=1 2 31，故切削次数越多误差越，故切削次数越多误差越小。小。第14页，本讲稿共41页机械工程学院机械制造基础15车削细长工件车削细长工件细长工件刚度低，切削时工件产生弯曲变形而让刀，且不同的细长工件刚度低，切削时工件产生弯曲变形而让刀，且不同的部位变形程度不同，加工工件为腰鼓形。部位变形程度不同，加工工件为腰鼓形。车削短而粗的刚性轴车削短而粗的刚性轴短轴刚度高，切削时工艺系统（主要是机床）的各部分刚短轴刚度高，切削时工艺系统（主要是机床）的各部分刚度不等，不同的部位变形程度不同而让刀，加工工件为马度不等
19、，不同的部位变形程度不同而让刀，加工工件为马鞍形，且最小直径出现在中间靠近刚度高的一侧。鞍形，且最小直径出现在中间靠近刚度高的一侧。第15页，本讲稿共41页机械工程学院机械制造基础16惯性力引起加工误差惯性力引起加工误差单爪拨盘产生离心力而产生定位端面位置误差；传递力矩与切削力矩平衡，单爪拨盘产生离心力而产生定位端面位置误差；传递力矩与切削力矩平衡，半径方向变形是切削力与传动力产生位移量代数和，相加后结果为：心脏半径方向变形是切削力与传动力产生位移量代数和，相加后结果为：心脏线轮廓。线轮廓。夹紧变形夹紧变形重力变形重力变形第16页，本讲稿共41页机械工程学院机械制造基础17缩短切削力作用点和支
20、承点的距离，也可使用辅助支承提高缩短切削力作用点和支承点的距离，也可使用辅助支承提高零件刚度。零件刚度。合理使用机床：合理使用机床：悬伸长度短、运动间隙小、不运动部件要锁紧。悬伸长度短、运动间隙小、不运动部件要锁紧。其它措施：其它措施：补偿系统受力变形、转移误差敏感方向、转移误差补偿系统受力变形、转移误差敏感方向、转移误差等。等。3.减小工艺系统受力变形的措施减小工艺系统受力变形的措施提高工艺系统的刚度：提高工艺系统的刚度：包括结构刚度、连接刚度、接触刚度等。包括结构刚度、连接刚度、接触刚度等。控制受力大小和方向：控制受力大小和方向：通过合理选择切削参数、刀具角度通过合理选择切削参数、刀具角度
21、控制切削力或分力的大小，也可利用对称性抵消作用力；控制切削力或分力的大小，也可利用对称性抵消作用力；改变切削力的方向，避开误差敏感方向。改变切削力的方向，避开误差敏感方向。采用合理的装夹和加工方式采用合理的装夹和加工方式。第17页，本讲稿共41页机械工程学院机械制造基础184.1.5工艺系统热变形工艺系统热变形工艺系统热源：工艺系统热源：切削热、传动系统摩擦能耗发热、派生热源（切屑、冷却液落在床身上）、切削热、传动系统摩擦能耗发热、派生热源（切屑、冷却液落在床身上）、外部热源。外部热源。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：（1）机床由于各部分受热不均匀，发生弯曲和扭
22、曲变形，降低了、）机床由于各部分受热不均匀，发生弯曲和扭曲变形，降低了、机床几何精度，影响加工精度；机床几何精度，影响加工精度；（2）加工短小工件，加工可以忽略，但测量时要考虑热胀冷缩；）加工短小工件，加工可以忽略，但测量时要考虑热胀冷缩；（3）车长轴时，温度逐渐升高，刀具和工件变形渐大，切除量逐）车长轴时，温度逐渐升高，刀具和工件变形渐大，切除量逐渐增大，加工工件产生圆柱度误差；均匀热变形量计算：渐增大，加工工件产生圆柱度误差；均匀热变形量计算：（4）工件单面受力（如铣、刨、磨等），一面受热，工件上拱，）工件单面受力（如铣、刨、磨等），一面受热，工件上拱，加工后加工表面出现中凹。加工后加工表
23、面出现中凹。第18页，本讲稿共41页机械工程学院机械制造基础19减少热变形影响的措施减少热变形影响的措施1)减少发热源：分离电机、液压系统等；减少发热源：分离电机、液压系统等；2)热补偿：均化温度场，实际村各部分温度均匀；热补偿：均化温度场，实际村各部分温度均匀；3)保持系统热平衡：加工前先预热，平衡后在加工；保持系统热平衡：加工前先预热，平衡后在加工；4)环境恒温。环境恒温。第19页，本讲稿共41页机械工程学院机械制造基础20例：例：1.工件刚度极大，床头刚度大于床尾，分析加工后加工表面形状工件刚度极大，床头刚度大于床尾，分析加工后加工表面形状误差。误差。(a)左小右大锥形；左小右大锥形；(
24、b)形成内凹端面；形成内凹端面；(c)马鞍形，小径靠床头。马鞍形，小径靠床头。2.车削工件，产生图示误差，分析主要原因。车削工件，产生图示误差，分析主要原因。(a)锥形：导轨与主轴不平行、刀具磨损；锥形：导轨与主轴不平行、刀具磨损；(b)腰鼓形：工件刚性差，产生让刀；腰鼓形：工件刚性差，产生让刀；(c)马鞍形：工件刚性好，机床两端刚性差。马鞍形：工件刚性好，机床两端刚性差。第20页，本讲稿共41页机械工程学院机械制造基础214.1.6工件内应力引起的变形工件内应力引起的变形工件的内应力工件的内应力是指当外载荷去掉后仍然存在与工件内部的应力。是指当外载荷去掉后仍然存在与工件内部的应力。存在内应力
25、是工件处于不稳定的平衡状态，应力变化将产生变形。存在内应力是工件处于不稳定的平衡状态，应力变化将产生变形。内应力产生的原因：内应力产生的原因：1）毛坯制造中产生内应力：）毛坯制造中产生内应力：在铸造、锻造、焊接及热处理中工件受在铸造、锻造、焊接及热处理中工件受热不均及金相组织变化时体积的变化而产生内应力。热不均及金相组织变化时体积的变化而产生内应力。通常表面（薄的部位）先冷却凝固，芯部（厚的部位）后冷却，因此先通常表面（薄的部位）先冷却凝固，芯部（厚的部位）后冷却，因此先冷却部分受压应力，后冷却部分受拉应力。冷却部分受压应力，后冷却部分受拉应力。马氏体的密度小（马氏体的密度小（马马=7.75）
26、，奥氏体的密度大（），奥氏体的密度大（奥奥=7.96），局部相变体），局部相变体积变大时受拉应力，局部相变体积缩小时受压应力。积变大时受拉应力，局部相变体积缩小时受压应力。2）冷校直引起内应力：）冷校直引起内应力：刚性较差的、易变形的细长工件，采用冷刚性较差的、易变形的细长工件，采用冷校直的方法纠正弯曲变形时产生内应力。校直的方法纠正弯曲变形时产生内应力。3）切削加工过程中产生内应力：）切削加工过程中产生内应力：切削过程中切削塑性变形、相变切削过程中切削塑性变形、相变等使工件表面产生残余应力。等使工件表面产生残余应力。第21页，本讲稿共41页机械工程学院机械制造基础22消除内应力的措施消除内应
27、力的措施合理设计零件结构：铸件、锻件壁厚均匀，焊接件焊合理设计零件结构：铸件、锻件壁厚均匀，焊接件焊缝分布均匀等；缝分布均匀等；尽量不采用冷校直工艺：精密件严禁冷校直，可热校直或加尽量不采用冷校直工艺：精密件严禁冷校直，可热校直或加大余量多切削；大余量多切削；合理安排时效处理消除内应力；合理安排时效处理消除内应力；合理安排工艺过程：粗加工后过一定时间后再精加工，合理安排工艺过程：粗加工后过一定时间后再精加工，粗加工后松开工件重新以较小的力装夹等。粗加工后松开工件重新以较小的力装夹等。第22页，本讲稿共41页机械工程学院机械制造基础234.1.7加工误差的综合加工误差的综合1）误差的性质）误差的
28、性质（1）系统误差：）系统误差：连续加工一批工件时，加工误差的大小和方向保持一定或连续加工一批工件时，加工误差的大小和方向保持一定或按某一确定规律变化。前者称为常值系统误差，后者称为变值系统误差。按某一确定规律变化。前者称为常值系统误差，后者称为变值系统误差。（2）随机误差：）随机误差：连续加工一批工件时，加工误差的大小和方向都是无规连续加工一批工件时，加工误差的大小和方向都是无规律地变化。随机误差服从统计规律。律地变化。随机误差服从统计规律。2）加工误差的综合）加工误差的综合加工误差的综合是根据加工情况分析加工精度的影响因素，分项计算主要加工误差的综合是根据加工情况分析加工精度的影响因素，分
29、项计算主要误差，判断其性质，综合求得加工误差。误差，判断其性质，综合求得加工误差。系统误差按代数和合成：系统误差按代数和合成：第23页，本讲稿共41页机械工程学院机械制造基础24随机误差的合成随机误差的合成概率法综合：概率法综合：其中其中1.2是随机误差的相对分布系数（简化近似取值）是随机误差的相对分布系数（简化近似取值）总的标准偏差：总的标准偏差：第24页，本讲稿共41页机械工程学院机械制造基础253）加工误差的统计分析）加工误差的统计分析分布曲线法分布曲线法概率直方图与分布曲线概率直方图与分布曲线在正常加工条件下，用调整法加工一批工件所得的尺寸分在正常加工条件下，用调整法加工一批工件所得的
30、尺寸分布曲线符合正态分布曲线。布曲线符合正态分布曲线。第25页，本讲稿共41页机械工程学院机械制造基础26正态分布曲线正态分布曲线正态分布正态分布密度密度函数函数:算术平均值算术平均值:（工件尺寸分布中心）（工件尺寸分布中心）标准偏差（均方根偏差）标准偏差（均方根偏差）：分布概率（分布面积）分布概率（分布面积）：其中：其中：第26页，本讲稿共41页机械工程学院机械制造基础27实例：实例：一批活塞精镗后销孔检验尺寸如表，图样尺寸一批活塞精镗后销孔检验尺寸如表，图样尺寸28-0.015mm分布中心：分布中心：标准差：标准差：=0.0022公差带中点公差带中点=28-0.015/2=27.9925第
31、27页，本讲稿共41页机械工程学院机械制造基础28不合格品率计算：不合格品率计算：1.计算：计算：2.查表：查表：(z)3.计算：计算：合格品率合格品率=(z1)+(z2)不合格品率：不合格品率：FA=0.5-(z1)FB=0.5-(z2)第28页，本讲稿共41页机械工程学院机械制造基础29工艺能力系数工艺能力系数工艺能力系数工艺能力系数Cp=T/(6)工艺能力系数工艺方案的工艺能力，通常分为五级。工艺能力系数工艺方案的工艺能力，通常分为五级。第29页，本讲稿共41页机械工程学院机械制造基础30例题：例题：车削一批小轴，直径车削一批小轴，直径20-0.1mm，测量结果服从正态分布，公差带中心，
32、测量结果服从正态分布，公差带中心与分布中心差与分布中心差0.03mm，标准差，标准差=0.025mm，求合格品率和废品率，工艺能力系，求合格品率和废品率，工艺能力系数数Cp。解：解：zA=xA/=(T/2+0.03)/=(0.1/2+0.03)/0.025=3.2FA=(zA)=0.499zB=xB/=(T/2-0.03)/=(0.1/2-0.03)/0.025=0.8FB=(zB)=0.288合格品率合格品率=FA+FB=0.787废品率废品率=1-0.787=0.213工艺能力系数：工艺能力系数：Cp=T/(6)=0.1/(6*0.025)=0.6667第30页，本讲稿共41页机械工程学院
33、机械制造基础31例题：例题：在外圆磨床上加工一批光轴，设计要求尺寸为在外圆磨床上加工一批光轴，设计要求尺寸为400.03mm，平均值，平均值=40.01mm加工后测得工件的尺寸呈正态分布，且已知加工后测得工件的尺寸呈正态分布，且已知=0.01mm，求：，求：（1）划出工件尺寸分布曲线图和尺寸公差范围；）划出工件尺寸分布曲线图和尺寸公差范围；（2）计算工艺能力系数；）计算工艺能力系数；（3）废品率是多少？能否修复？）废品率是多少？能否修复？1解解:（1）分布曲线如图。）分布曲线如图。（2）工艺能力系数：）工艺能力系数：Cp=T/(6)=0.06/(6*0.01)=1（3）不不合合格格品品都都是是
34、尺尺寸寸过过大大，为为可可修复不合格品，不合格品率为：修复不合格品，不合格品率为：F=0.5-(z)=0.5-0.4772=2.28%第31页，本讲稿共41页机械工程学院机械制造基础32控制图法：控制图法：控制图又称点图，生产中常用单值控制图和均值控制图又称点图，生产中常用单值控制图和均值-极差控制图（极差控制图（-R图）。图）。1）单值控制图：）单值控制图：一般用于单件加工时间长和希望尽早发现异常，需要一般用于单件加工时间长和希望尽早发现异常，需要逐件画点，个别件的偶然因素影响判断。逐件画点，个别件的偶然因素影响判断。2）均值）均值-极差控制图：极差控制图：第32页，本讲稿共41页机械工程学
35、院机械制造基础334.1.8保证和提高加工精度的途径保证和提高加工精度的途径减少或消除原始误差；减少或消除原始误差；补偿或抵消原始误差；补偿或抵消原始误差；转移原始误差；转移原始误差；误差分组；误差分组；误差平均法；误差平均法；就地加工法；就地加工法；加工过程控制法。加工过程控制法。第33页，本讲稿共41页机械工程学院机械制造基础344.2加工表面质量加工表面质量4.2.1表面质量的基本概念表面质量的基本概念1）表面质量的含义：）表面质量的含义：指零件加工后的表面微观几何形状和表指零件加工后的表面微观几何形状和表面的物理机械性能状态。表面质量包括：面的物理机械性能状态。表面质量包括：表面微观几
36、何形状：表面微观几何形状：表面粗糙度（表面粗糙度（S/H40）表面波度（表面波度（50S/H1000)表面层物理机械性能：表面层物理机械性能：表面层冷作硬化表面层冷作硬化表面层残余应力表面层残余应力表面层相变表面层相变第34页，本讲稿共41页机械工程学院机械制造基础352）表面质量对零件使用性能的影响）表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件耐磨性的影响：表面质量对零件耐磨性的影响：初期磨损快，跑合后进入正常磨损。初期磨损快，跑合后进入正常磨损。表面粗糙时，高点干摩擦，磨损快；表面太光洁时润滑油无法进表面粗糙时，高点干摩擦，磨损快；表面太光洁时润滑油无法进入，造成材料粘结磨损，最佳入，造成材
37、料粘结磨损，最佳Ra0.321.25m。表面硬化表面硬化，耐磨性，耐磨性提高。提高。表面相变表面相变影响耐磨性。影响耐磨性。表表面面质质量量对对疲疲劳劳强强度度的的影影响响：表表面面越越粗粗糙糙，抗抗疲疲劳劳性性越越差差。表表面面硬硬化化抗抗疲疲劳劳性性提提高高，但但硬硬化化程程度度过过高高，易易出出现现疲疲劳劳裂裂纹纹、剥剥落落现现象象。表表层层压压应应力力，提高抗疲劳性，提高抗疲劳性，表层拉应力表层拉应力，降低抗疲劳性。，降低抗疲劳性。表表面面质质量量对对零零件件耐耐腐腐蚀蚀性性的的影影响响：表表面面越越粗粗糙糙，抗抗腐腐蚀蚀能能力力越越差差。凹凹陷陷处处易于杂质形成原电池，造成电化学腐蚀
38、。易于杂质形成原电池，造成电化学腐蚀。表面质量对配合性质的影响表面质量对配合性质的影响表表面面质质量量对对接接触触刚刚度度的的影影响响：表表面面越越粗粗糙糙，接接触触刚刚度度越越低低，联联接接牢牢固性、接触位置准确性越差。固性、接触位置准确性越差。第35页，本讲稿共41页机械工程学院机械制造基础364.2.2影响加工表面粗糙度主要因素及其控制影响加工表面粗糙度主要因素及其控制l切削过程中塑性变形及其它物理因素引起的粗糙度切削过程中塑性变形及其它物理因素引起的粗糙度（1）积屑瘤）积屑瘤（2）鳞鳞刺刺：较较低低速速切切削削塑塑性性较较差差的的材材料料产产生生节节状状或或粒粒状状切切屑屑，切切屑屑在
39、在前前刀刀面面上上周周期期性性停停留留代代替替前前刀刀面面推推挤挤切切削削层层，造造成成塑塑性性变变形形向向切切线线以以下下延延伸伸，造造成成已已加加工工表表面面拉拉应应力力太太大大而而导导裂裂，形形成成鳞片状毛刺，这就是鳞刺。鳞片状毛刺，这就是鳞刺。（3）刃口挤压塑性变形）刃口挤压塑性变形（4）材料脆性）材料脆性表面粗糙度产生的原因：表面粗糙度产生的原因：l残留面积残留面积第36页，本讲稿共41页机械工程学院机械制造基础37表面粗糙度产生的原因：表面粗糙度产生的原因：l工艺系统的振动工艺系统的振动1)自由振动：自由振动：靠系统弹性恢复力维持的振动。靠系统弹性恢复力维持的振动。2)强迫振动：强
40、迫振动：靠外界周期干扰力持续作用系统被迫产生振动。靠外界周期干扰力持续作用系统被迫产生振动。3)自激振动：自激振动：系统本身引起的交变力作用而产生的振动。系统本身引起的交变力作用而产生的振动。切切出出时时切切削削力力做做正正功功，获获得得能能量量；切切入入时时做做负负功功，消消耗耗能能量。当做正功大于负功时，系统产生振动。量。当做正功大于负功时，系统产生振动。负负摩摩擦擦理理论论（切切屑屑与与刀刀具具摩摩擦擦力力随随相相对对速速度度增增加加而而下下降降，做做功功产产生生能量能量）再生效应再生效应（前后两次切削部分重叠相位滞后时，易产生振动前后两次切削部分重叠相位滞后时，易产生振动）振振型型耦耦
41、合合原原理理（振振动动系系统统刚刚度度主主轴轴，使使振振动动过过程程中中切切削削截截面面积积变变化化而而引引起切削力的变化，支持振动。起切削力的变化，支持振动。）第37页，本讲稿共41页机械工程学院机械制造基础38降低表面粗糙度的措施：降低表面粗糙度的措施：l选择合适的切削条件选择合适的切削条件（1）切削速度）切削速度（2）减小进给量）减小进给量（3）切削深度（背吃刀量）切削深度（背吃刀量）（4）切削液）切削液 l合理选用刀具几何参数和刀具材料合理选用刀具几何参数和刀具材料（1）采用合理的刀具几何参数）采用合理的刀具几何参数（2）采用与工件材料分子亲和力小的刀具材料）采用与工件材料分子亲和力小
42、的刀具材料 l改善工件材料的性能和金相组织改善工件材料的性能和金相组织 l使用特殊的加工方法使用特殊的加工方法第38页，本讲稿共41页机械工程学院机械制造基础394.2.3影响表面物理、力学性能的因素及其控制影响表面物理、力学性能的因素及其控制1）表面层加工硬化）表面层加工硬化加工过程中工件表层金属产生塑性变形，金属晶体产生剪切滑加工过程中工件表层金属产生塑性变形，金属晶体产生剪切滑移，晶格扭曲使表层金属强度、硬度提高，塑性下降。表面层加移，晶格扭曲使表层金属强度、硬度提高，塑性下降。表面层加工硬化的衡量指标：工硬化的衡量指标：表层显微硬度表层显微硬度HV、硬化层深度、硬化层深度h和硬化程度和
43、硬化程度N2）加工表面金相组织变化和磨削烧伤）加工表面金相组织变化和磨削烧伤金相组织变化主要发生在磨削加工过程中，当磨削温度超过材金相组织变化主要发生在磨削加工过程中，当磨削温度超过材料相变温度，金相组织将发生变化，表层显微硬度变化、产生表料相变温度，金相组织将发生变化，表层显微硬度变化、产生表面残余应力、显微裂纹，表面出现彩色氧化膜，又称为磨削烧伤。面残余应力、显微裂纹，表面出现彩色氧化膜，又称为磨削烧伤。第39页，本讲稿共41页机械工程学院机械制造基础40磨削烧伤的主要形式（磨削淬硬钢）：磨削烧伤的主要形式（磨削淬硬钢）：回火烧伤：回火烧伤：磨削温度超过马氏体转变温度（磨削温度超过马氏体转
44、变温度（300），表层淬火），表层淬火马氏体回火转变为回火索氏体或托氏体组织。马氏体回火转变为回火索氏体或托氏体组织。退火烧伤：退火烧伤：干磨削时，磨削温度超过相变温度，缓慢冷却，干磨削时，磨削温度超过相变温度，缓慢冷却，马氏体转变为奥氏体，表面硬度急剧下降。马氏体转变为奥氏体，表面硬度急剧下降。淬火烧伤：淬火烧伤：磨削温度超过相变温度，切削液充分冷却，表面出现磨削温度超过相变温度，切削液充分冷却，表面出现比原回火马氏体硬度更高的二次淬火马氏体，而里层由于冷却速比原回火马氏体硬度更高的二次淬火马氏体，而里层由于冷却速度缓慢形成比原硬度低得多的回火索氏体。度缓慢形成比原硬度低得多的回火索氏体。影
45、响因素：影响因素：1）磨削用量）磨削用量2）砂轮的选择）砂轮的选择3）工件材料）工件材料4）冷却条件）冷却条件第40页，本讲稿共41页机械工程学院机械制造基础413）表层残余应力）表层残余应力冷态塑性变形引起残余应力：冷态塑性变形引起残余应力：挤压摩擦晶格拉长后部分弹性恢复受挤压摩擦晶格拉长后部分弹性恢复受阻时产生，一般为阻时产生，一般为表层残余压应力表层残余压应力。热态塑性变形引起残余应力：热态塑性变形引起残余应力：切削表层热膨胀产生塑性变形，冷切削表层热膨胀产生塑性变形，冷却时受阻却时受阻表层残余拉应力表层残余拉应力。金相组织变化引起残余应力：金相组织变化引起残余应力：金相组织不同，密度不同而造成金相组织不同，密度不同而造成表层体积变化产生残余应力。表层体积变化产生残余应力。回火烧伤回火烧伤表层拉应力表层拉应力马氏体马氏体=7.75索氏体索氏体=7.78退火烧伤退火烧伤表层拉应力表层拉应力马氏体马氏体=7.75奥氏体奥氏体=7.96淬火烧伤淬火烧伤表层压应力表层压应力表层回火马氏体表层回火马氏体淬火马氏体淬火马氏体=7.75、内、内部回火马氏体部回火马氏体索氏体索氏体=7.78第41页，本讲稿共41页