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1、第四章汽车零件的机械加工质量4-1 机械加工质量机械加工质量4-2 影响机械加工精度的主要因素影响机械加工精度的主要因素4-3 加工误差的综合分析加工误差的综合分析4-4 表面质量的形成及其影响因素表面质量的形成及其影响因素4-5 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一、加工精度1.加工精度：零件加工以后的实际几何参数与理想几何参数的接近程度。（宏观几何特征宏观几何特征）4-1 机械加工质量机械加工质量加工质量加工质量加工精度加工精度表面质量表面质量尺寸精度尺寸精度：加工后，工件表面的实际尺寸与理想尺 寸的接近程度。(直径,长度,距离等)形状精度形状精度：加工后，工件表面的
2、实际形状与理想形 状的接近程度。(直线度,平面度,圆柱度)位置精度位置精度：加工后工件表面之间的实际位置与理想位 置的接近程度。(平行度,垂直度,同轴度等)理想零件尺寸：尺寸：零件尺寸的公差带中心。表面形状：表面形状：绝对准确的圆柱面、圆锥面、平面等。表面位置：表面位置：绝对的平行、垂直、同轴等。2.加工误差加工误差 所谓所谓加工误差加工误差是指实际零件与理想零件在几何是指实际零件与理想零件在几何参数上的偏离。参数上的偏离。加工精度和加工误差这两个概念是从两个观点加工精度和加工误差这两个概念是从两个观点来评定零件几何参数这个同一事物的。加工精度的高来评定零件几何参数这个同一事物的。加工精度的高
3、低就是通过加工误差的大小来表示的，即：低就是通过加工误差的大小来表示的，即：加工误差加工误差大，则加工精度低；加工误差小，则加工精度高。大，则加工精度低；加工误差小，则加工精度高。因因此，保证和提高加工精度的问题，实际上就是限制和此，保证和提高加工精度的问题，实际上就是限制和降低加工误差的问题。降低加工误差的问题。一、加工精度 目前，还没有加工手段可以将零件的几何参数制目前，还没有加工手段可以将零件的几何参数制作成百分百的准确，从实际出发、从多快好省的观点作成百分百的准确，从实际出发、从多快好省的观点出发，也没有必要把个个零件都做得绝对准确，因此，出发，也没有必要把个个零件都做得绝对准确，因此
4、，只要能保证零件在机器中的功能，把零件的加工精度只要能保证零件在机器中的功能，把零件的加工精度保持在一定的范围之内是完全允许的。所以国家标准保持在一定的范围之内是完全允许的。所以国家标准规定了各级精度和相应的公差（规定了各级精度和相应的公差（允许的加工误差允许的加工误差）标）标准。准。只要零件加工误差不超过零件图上按零件的设计要求和公差标准规定的偏差，就算保证了零件加工精度的要求。一、加工精度二、二、表面质量表面质量 所谓所谓表面质量表面质量是指零件加工以后的表面层状态。是指零件加工以后的表面层状态。它可以从以下两个方面来评定：它可以从以下两个方面来评定：1.表面微观几何特征表面微观几何特征（
5、1）表面粗糙度表面粗糙度 表面粗糙度是指已加表面粗糙度是指已加工表面微观几何形状误差。工表面微观几何形状误差。它是由加工中的残留面积、塑性变形、积屑瘤、鳞刺以及工艺系统的高频振动等原因引起的。H1L1L2H2L3H3L1 范围内的凸凹不平（平面度）H1L3 范围内的凸凹不平（粗糙度）H3L2 范围内的凸凹不平（波度）H2波长与波高之比波长与波高之比（2）波度波度 是介于宏观与微观（波长与波高之比：是介于宏观与微观（波长与波高之比：501000）几何形状误差之间的周期性几何形状误差。几何形状误差之间的周期性几何形状误差。波度主要是由加工中工艺系统的低频振动造成的。波度主要是由加工中工艺系统的低频
6、振动造成的。（3）纹理方向纹理方向 指切削刀痕的方向。纹理方向取决于表面形成过程指切削刀痕的方向。纹理方向取决于表面形成过程中所采用的加工方法。中所采用的加工方法。纹理平行纹理垂直纹理交叉二、表面质量纹理呈近似同心圆纹理呈多方向纹理呈近似放射状CMR（4）表面缺陷 指加工表面上出现的缺陷。缺陷是在表面个别位置随机出现的，包括：砂眼、夹砂、气孔、裂痕等。二、表面质量二、表面质量2.表面的物理力学性能和化学性能表面的物理力学性能和化学性能（1）表面层材料的塑性变形与冷作硬化 由于表面层材料的塑性变形引起金属材料的强度由于表面层材料的塑性变形引起金属材料的强度和硬度都提高的现象，被称之为冷作硬化。和
7、硬度都提高的现象，被称之为冷作硬化。用硬化程度和硬化深度来衡量。用硬化程度和硬化深度来衡量。（2）金相组织的变化 在加工过程中，由于切削热在加工过程中，由于切削热而引起金属的金相组织变化而引起金属的金相组织变化。（3）表面层材料残余应力 由于塑性变形和金相组织变由于塑性变形和金相组织变化，使表面层金属产生残余应力化，使表面层金属产生残余应力。夹紧夹紧工件工件夹紧夹紧安装安装4-2 影响机械加工精度的主要因素影响机械加工精度的主要因素镗刀镗刀镗杆镗杆滑台滑台 在机械加工中，零件的尺寸、形状和表面间的相对位在机械加工中，零件的尺寸、形状和表面间的相对位置的形成，归结到一点，就是取决于工件和刀具在切
8、削置的形成，归结到一点，就是取决于工件和刀具在切削过程中的相互位置关系，而工件和刀具又安装在夹具和过程中的相互位置关系，而工件和刀具又安装在夹具和机床上，并受到机床和夹具的约束。机床上，并受到机床和夹具的约束。在机械加工中，在机械加工中，由机床、刀具、工由机床、刀具、工件、夹具构成的系件、夹具构成的系统，被称之为统，被称之为工艺工艺系统系统。因此，加工精度问题也就牵涉到整个工艺系统的因此，加工精度问题也就牵涉到整个工艺系统的精度问题。工艺系统中的种种误差，在不同的具体条精度问题。工艺系统中的种种误差，在不同的具体条件下，以不同的程度反映为加工误差。工艺系统的误件下，以不同的程度反映为加工误差。
9、工艺系统的误差是差是“因因”，是根源；加工误差是，是根源；加工误差是“果果”，是表现。，是表现。因此，把工艺系统的误差称之为因此，把工艺系统的误差称之为原始误差原始误差。4-2 影响机械加工精度的主要因素原原理理误误差差工艺系统静误差工艺系统静误差工艺系统动误差工艺系统动误差原始误差原始误差工工件件安安装装误误差差机机床床误误差差夹夹具具误误差差刀刀具具误误差差调调整整误误差差度度量量误误差差刀刀具具磨磨损损工艺工艺系统系统受力受力变形变形工艺工艺系统系统热变热变形形工件工件内应内应力引力引起的起的变形变形一、机床误差机床误差 机床误差来之三个方面：机床误差来之三个方面：机床本身的制造、安装机
10、床本身的制造、安装和磨损。和磨损。机床在出厂之前要通过精度检验。例如：导轨的机床在出厂之前要通过精度检验。例如：导轨的直线度、主轴的回转精度等。这些都是在没有切削载直线度、主轴的回转精度等。这些都是在没有切削载荷的情况下进行的荷的情况下进行的反映静误差。反映静误差。合格的机床在使用了一段时间后，将会产生磨损，合格的机床在使用了一段时间后，将会产生磨损，机床原有的精度也将会降低，并可能产生这样或那样机床原有的精度也将会降低，并可能产生这样或那样的加工精度问题。的加工精度问题。评价一台机床精度的高低，除了看它在静态下的评价一台机床精度的高低，除了看它在静态下的情况，还需看它在切削载荷下的动态情况。
11、情况，还需看它在切削载荷下的动态情况。车床结构图1.导轨误差导轨误差 导轨是机床中确定主要部件相对位置的基准导轨是机床中确定主要部件相对位置的基准，也是运动部件的基准也是运动部件的基准，它的各项误差直接影响被加，它的各项误差直接影响被加工工件的精度。例如车床的导轨：工工件的精度。例如车床的导轨：（1）导轨在水平面内有直线度误差）导轨在水平面内有直线度误差 显然，在某显然，在某一截面内由于导一截面内由于导轨的直线度误差轨的直线度误差将导致刀具在水将导致刀具在水平内沿工件径向平内沿工件径向产生相应的位移，产生相应的位移，即：即：R=1 因此，在工件全长上，将产生形状（圆柱度）误差。因此，在工件全长
12、上，将产生形状（圆柱度）误差。1.导轨误差 注意注意：工件的形状与导轨在水平面内的直线度误差：工件的形状与导轨在水平面内的直线度误差的特征直接相关。的特征直接相关。注意注意：误差敏感方向误差敏感方向加工表面切削点处的法线加工表面切削点处的法线方向。方向。若原始误差发生在误差敏感方向，则对工件的加若原始误差发生在误差敏感方向，则对工件的加工精度影响较大。工精度影响较大。（2）导轨在垂直面内有直线度误差）导轨在垂直面内有直线度误差 忽略高阶无穷小例如例如：2=0.1mm、d=40mm，则：，则：R=0.00025mm，影响可忽略不计。，影响可忽略不计。2.车床主轴旋转轴线与导轨的平行度误差车床主轴
13、旋转轴线与导轨的平行度误差讨论：不平行发生在：讨论：不平行发生在：水平面内水平面内垂直面内垂直面内 对工件对工件的加工影的加工影响如何？响如何？非非误差敏误差敏感方向感方向导轨导轨主轴理想主轴理想回转轴线回转轴线3.前后导轨的平行度误差（扭曲）前后导轨的平行度误差（扭曲）卧式车床或外圆磨床若前后导轨存在平行度误差卧式车床或外圆磨床若前后导轨存在平行度误差时，时，刀具和工件之间相对位置发生变化刀具和工件之间相对位置发生变化，刀尖运动轨，刀尖运动轨迹是一条空间曲线，使工件产生形状误差。迹是一条空间曲线，使工件产生形状误差。HB 若扭曲误差为若扭曲误差为3，工工件误差件误差R(H/B)3，一，一般车
14、床般车床H/B2/3，外圆磨，外圆磨床床H/B1，误差对加工精，误差对加工精度影响很大（度影响很大（H：机床主：机床主轴中心高，轴中心高，B：前后导轨：前后导轨的跨度）。的跨度）。二、刀具误差刀具误差刀具误差包括刀具误差包括制造和磨损制造和磨损两个方面。两个方面。1.当切削刀具决定工件的最终尺寸和形状，刀具制当切削刀具决定工件的最终尺寸和形状，刀具制造误差直接影响工件的加工精度。造误差直接影响工件的加工精度。例如：例如：定尺寸刀具定尺寸刀具钻头、绞刀、圆孔拉刀等。钻头、绞刀、圆孔拉刀等。刀具的尺寸误差直接影响工件的尺寸精度；刀具的尺寸误差直接影响工件的尺寸精度；成形刀具成形刀具成形车刀、成形铣
15、刀、成形砂轮等。成形车刀、成形铣刀、成形砂轮等。刀具的形状误差直接影响工件的形状精度；刀具的形状误差直接影响工件的形状精度；展成法刀具展成法刀具齿轮滚刀、插齿刀等。齿轮滚刀、插齿刀等。切削刃的几何切削刃的几何形状及刀具有关尺寸精度会直接影形状及刀具有关尺寸精度会直接影响工件的形状精度。响工件的形状精度。2.一般刀具（普通一般刀具（普通车刀、单车刀、单刃镗刀、面铣刀等）刃镗刀、面铣刀等）刀具的制造误差对加工精度无直接影响。刀具的制造误差对加工精度无直接影响。磨损量工作时间初期磨损阶段、正常磨损阶段、剧烈磨损阶段3.刀具的磨损刀具的磨损（1）刀具的磨损刀具的磨损（特别（特别是误差敏感方向上）是误差
16、敏感方向上）将将引起工件的尺寸和形状引起工件的尺寸和形状误差。误差。（2）刀具的不断磨损将会引起切削力沿加工表面的刀具的不断磨损将会引起切削力沿加工表面的法线方向法线方向的分力逐渐增大，导致工艺系统受力变形，的分力逐渐增大，导致工艺系统受力变形，工件的尺寸和形状误差增大，工件的尺寸和形状因而工件的尺寸和形状误差增大，工件的尺寸和形状因而产生额外的变化。产生额外的变化。若工艺系统的刚度不足，则受力变形引起的加工若工艺系统的刚度不足，则受力变形引起的加工误差更严重。误差更严重。三、工艺系统的受力变形工艺系统的受力变形1.工艺系统的刚度工艺系统的刚度工艺系统抵抗变形的能力。工艺系统抵抗变形的能力。y
17、v工艺系统的受力变形一般是工艺系统的受力变形一般是弹性变形弹性变形工艺系统的刚度可由下式工艺系统的刚度可由下式表示：表示：法向切削力法向切削力位移位移y：Fy、Fx、Fz共同作用的综合共同作用的综合结果。而切削分力结果。而切削分力Fy对加工精度对加工精度的影响最大的影响最大（误差敏感方向误差敏感方向）FyFyFzFz2.工艺系统的刚度对加工精度的影响工艺系统的刚度对加工精度的影响（）切削力作用点位置的变化对加工精度的影响（）切削力作用点位置的变化对加工精度的影响 a.a.假定工件短而粗假定工件短而粗，其受力变形可忽略不计，车刀，其受力变形可忽略不计，车刀悬伸也很短，受力后的弯曲变形在法向的分量
18、也可忽悬伸也很短，受力后的弯曲变形在法向的分量也可忽略不计，即工艺系统的变形完全取决于机床的变形。略不计，即工艺系统的变形完全取决于机床的变形。由系统刚度的定义：由系统刚度的定义：三、工艺系统的受力变形BAf nFyCCBAxLyxyywzytjyxBAf nCyywzytjBAxLFyC工艺系统的变形yx是一个二次抛物线方程，变形大小随刀具在方向位置的变化而变化，使车出的工件沿轴向呈鞍形，产生圆柱度误差。受力变形大的位置处工受力变形大的位置处工件被切除的金属层薄，受件被切除的金属层薄，受力变形小的位置处工件被力变形小的位置处工件被切除的金属层厚。切除的金属层厚。三、工艺系统的受力变形b.工件
19、变形引起的加工误差工件变形引起的加工误差 若考虑工件本身的刚度（假设此时不考虑机床和刀具的变形），即可由材料力学公式计算工件在切削点的变形量：E：工件的弹性模量；I：工件截面的惯性矩。显然，加工后的显然，加工后的工件呈鼓形。工件呈鼓形。如果工件是一根光轴，最大挠度发生在工件的中最大挠度发生在工件的中间位置。间位置。在挠度大的位置处，切削最薄，而两端切在挠度大的位置处，切削最薄，而两端切削最厚，削最厚，因此最后加工的零件形状成腰鼓形，产生圆柱度误差。yv c.刀具的刚度不足引起的加工误差刀具的刚度不足引起的加工误差一般的刀具，如外圆车刀、面铣刀等，在误差敏感方向上的刚度很大，可以认为刀具在工件全
20、长上，其变形量近似不变，即由于其变形引起的加工误差为尺寸误差（直径变大）。钻头的径向刚度较低，容易导致加工孔的尺寸、形状、位置误差。镗孔过程中，不同的镗孔方式会造成不同的误差。因此，钻孔时使用钻套；镗孔时使用导向支撑来提供刀具的刚度，减少加工误差。d.工艺系统刚度所引起的工艺系统刚度所引起的加工误差加工误差注意：注意：工件的装夹方式与工件的刚度 刀具的刚度加工误差？加工误差？（2）复映误差）复映误差毛坯加工余量和材料硬度的不均匀，会引起切削力大小的变化。工艺系统由于受力大小的不同，变形的大小也相应发生变化，从而导致工件尺寸和几何形状的误差，加工出的工件形状与毛坯形状相类似，这种规律称为误差复映
21、规律，所产生的误差为复映误差。实际切削轨迹切削力产生的让刀工件最后的成型工件最后的成型毛坯需要切削的轨迹毛坯半径误差：车削后工件半径加工误差：1.毛坯形状毛坯形状2.加工后工件形状加工后工件形状误差复映系数 ：当一次走刀不能满足当一次走刀不能满足要求时，可进行二次或多要求时，可进行二次或多次走刀，相应的误差复映次走刀，相应的误差复映系数为：系数为：则总的复映系数则总的复映系数：复映现象产生的加复映现象产生的加工误差，可通过增加走工误差，可通过增加走刀次数加以纠正。刀次数加以纠正。定量地反映了毛坯定量地反映了毛坯误差经加工后减少的程误差经加工后减少的程度，也表明：工艺系统度，也表明：工艺系统的刚
22、度越高，毛坯复映的刚度越高，毛坯复映到工件上的误差越小。到工件上的误差越小。（2）复映误差复映误差的实验复映误差的实验 根据切削前后阶梯轴直径的变化，分析系统根据切削前后阶梯轴直径的变化，分析系统的变形、刚度及复映误差。的变形、刚度及复映误差。（3）机床零部件制造与装配质量对加工精度的影响）机床零部件制造与装配质量对加工精度的影响 接触刚度 机床薄弱零件的刚度 联结件的刚度零件的间隙实际接触面积小于理论接触面积。机床上个别薄弱零件常会大大降低整个部件的刚度 螺栓联结的预紧、轴承的预紧，当外力超过其预紧力产生的摩擦力时，刚度明显降低。由于机床部件或工件本身重量以及它们在移动中位置变化而引起的加工
23、误差机床部件自重引起地横梁变形四、工艺系统热变形引起的加工误差四、工艺系统热变形引起的加工误差工艺系统在各种热源作用下，会产生相应的热变形。工艺系统在各种热源作用下，会产生相应的热变形。在热作用下，工件、刀具及机床的许多部分因温度的升高在热作用下，工件、刀具及机床的许多部分因温度的升高而产生复杂的变形，从而改变它们之间的相互位置关系，破坏而产生复杂的变形，从而改变它们之间的相互位置关系，破坏工件和刀具之间相对运动的正确性，改变已调整好的加工尺寸，工件和刀具之间相对运动的正确性，改变已调整好的加工尺寸，引起切削深度和切削力的改变，造成加工误差。引起切削深度和切削力的改变，造成加工误差。据统计，由
24、于热变形引起的加工误差约占总加工据统计，由于热变形引起的加工误差约占总加工误差的误差的40%40%70%70%。工艺系统的热变形不仅严重地影响。工艺系统的热变形不仅严重地影响加工精度，而且还影响加工效率的提高。加工精度，而且还影响加工效率的提高。工艺系统热变形的问题已成为机械加工技术发展工艺系统热变形的问题已成为机械加工技术发展的一个重大研究课题。的一个重大研究课题。1.1.工艺系统的热源工艺系统的热源热源热源内部热源外部热源切削热摩擦热和传动热环境温度热辐射被加工材料切削层的弹被加工材料切削层的弹性、塑性变形，前、后性、塑性变形，前、后刀面与切屑、已加工表刀面与切屑、已加工表面的摩擦产生的热
25、量。面的摩擦产生的热量。日光、照明、暖日光、照明、暖气、体温等。气、体温等。气温、室温变化、气温、室温变化、热、冷风等。热、冷风等。运动件的摩擦（齿轮、运动件的摩擦（齿轮、轴承、导轨等）产生的轴承、导轨等）产生的热量；液压传动及电机热量；液压传动及电机的温升等产生的热量。的温升等产生的热量。2.2.工艺系统的热平衡工艺系统的热平衡 工艺系统受各种热源的影响，其温度会逐渐升高。同时，它们也通过各种传热方式向周围散发热量。热平衡：热平衡：当单位时间内传入和散发的热量相等时，工艺系统达到了热平衡状态。工艺系统的热变形也就达到某种程度的稳定。3.3.机床热变形对加工精度的影响机床热变形对加工精度的影响
26、 机床热变形会影响加工精度，其中主轴部件、床机床热变形会影响加工精度，其中主轴部件、床身、导轨、立柱、工作台等部件的热变形，对加工精身、导轨、立柱、工作台等部件的热变形，对加工精度影响最大。度影响最大。各类机床其结构、工作条件及热源形式均不相同，各类机床其结构、工作条件及热源形式均不相同，因此机床各部件的热变形情况是不一样的。因此机床各部件的热变形情况是不一样的。1)磨床受热变形磨床受热变形 外圆磨床外圆磨床：由于热变由于热变形会造成砂轮轴线与形会造成砂轮轴线与工件轴线的距离发生工件轴线的距离发生变化，且可能产生平变化，且可能产生平行度误差。行度误差。平面磨床平面磨床：立柱弯曲立柱弯曲变形，造
27、成砂轮主轴变形，造成砂轮主轴与工作台间的垂直度与工作台间的垂直度误差。误差。2)车床热变形车床热变形 由于热变形会造成主轴箱在垂直面内和水平面内由于热变形会造成主轴箱在垂直面内和水平面内发生偏转和倾斜，且床身导轨向上凸起。发生偏转和倾斜，且床身导轨向上凸起。一般在垂直面内的热变形对加工精度的影响较小；一般在垂直面内的热变形对加工精度的影响较小；而在水平面内的热变形对加工精度的影响较大。而在水平面内的热变形对加工精度的影响较大。4.工件热变形工件热变形1）均匀受热热膨胀冷却后f2）非均匀受热热膨胀冷却后f3）单边受热（非均匀受热）毛坯形状加工上表面加工完成、冷却后5.刀具热变形刀具热变形 刀具热
28、变形主要是由切削热引起的。切削加工时刀具热变形主要是由切削热引起的。切削加工时虽然大部分切削热被切屑带走，传入刀具的热量并不虽然大部分切削热被切屑带走，传入刀具的热量并不多，但由于刀具体积小，热容量小，导致刀具切削部多，但由于刀具体积小，热容量小，导致刀具切削部分的温升急剧升高，刀具热变形对加工精度的影响比分的温升急剧升高，刀具热变形对加工精度的影响比较显著。较显著。车削时车刀的热变形与切削时间的关系曲线车削时车刀的热变形与切削时间的关系曲线 车外圆时，车刀热变形会使工件产生圆柱度误差（倒喇叭口）。车外圆时，车刀热变形会使工件产生圆柱度误差（倒喇叭口）。车刀连续车刀连续工作时的热工作时的热伸长
29、曲线；伸长曲线；切削停止后，切削停止后，车刀温度下降车刀温度下降曲线；曲线；传动作间传动作间断切削的热断切削的热变形切削变形切削。五、工件残余应力引起的加工误差什么是残余应力?产生原因：残余应力是由金属内部的相邻宏观或微观组织发生了不均匀的体积变化而产生的，促使这种变化的因素主要来自热加工或冷加工。残余应力是指在没有外部载荷的情况下，存在于工件内部的应力，又称内应力。1.毛坯制造中产生的残余应力毛坯制造中产生的残余应力（1）在铸造、锻造、焊接及热处理过程中，由于工件各部分冷却收缩不均匀以及金相组织转变时的体积变化，在毛坯内部就会产生残余应力（图a）。（2）毛坯的结构越复杂，各部分壁厚越不均匀以
30、及散热条件相差越大，毛坯内部产生的残余应力就越大。（3）具有残余应力的毛坯，其内部应力暂时处于相对平衡状态，虽在短期内看不出有什么变化，但当加工时切去某些表面部分后，这种平衡就被打破，内应力重新分布，并建立一种新的平衡状态，工件明显地出现变形。原因原因：在外力F的作用下，工件内部的应力重新分布。影响影响：当外力F去除后，弹性变形本可完全恢复，但因塑性变形部分的阻止而恢复不了，使残余应力重新分布而达到平衡。现象现象：冷校直工艺方法是在一些长棒料或细长零件弯曲的反方向施加外力F以达到校直目的。2.冷校直引起的残余应力冷校直引起的残余应力措施措施：对精度要求较高的细长轴，不允许采用冷校直来减小弯曲变
31、形，而采用加大毛坯余量，经过多次切削和时效处理来消除内应力，或采用热校直。残余应力对零件的影响n存在残余应力的零件，始终处于一种不稳定状态，存在残余应力的零件，始终处于一种不稳定状态，其内部组织有要恢复到一种新的稳定的没有内应力其内部组织有要恢复到一种新的稳定的没有内应力状态的倾向。状态的倾向。n在内应力变化的过程中，零件产生相应的变形，在内应力变化的过程中，零件产生相应的变形，原有的加工精度受到破坏。原有的加工精度受到破坏。n用这些零件装配成机器，在机器使用中也会逐渐用这些零件装配成机器，在机器使用中也会逐渐产生变形，从而影响整台机器的质量。产生变形，从而影响整台机器的质量。3.切削加工引起
32、的残余应力（切削加工引起的残余应力（后续章节学习后续章节学习）4-2 影响机械加工精度的主要因素原原理理误误差差工艺系统静误差工艺系统静误差工艺系统动误差工艺系统动误差原始误差原始误差工工件件安安装装误误差差机机床床误误差差夹夹具具误误差差刀刀具具误误差差调调整整误误差差度度量量误误差差刀刀具具磨磨损损工艺工艺系统系统受力受力变形变形工艺工艺系统系统热变热变形形工件工件内应内应力引力引起的起的变形变形 采用了近似的加工方法或近似形状的刀具而产生的加工误差。如用展成法加工渐开线齿轮，滚刀的刀齿的轴剖面形状为直线，滚切成近似的渐开线齿面，即渐开线齿形为无数直线包络而成。工件齿轮滚刀包络线六、原理误
33、差 这种渐开线齿面的形这种渐开线齿面的形成方法本身就使工件产生成方法本身就使工件产生加工误差，这种误差就是加工误差，这种误差就是原理性误差。它是由工件原理性误差。它是由工件与刀具作切削运动时产生与刀具作切削运动时产生的几何轨迹误差。的几何轨迹误差。七、调整误差 在切削加工时，为获得规定的尺寸，就必须对机床、刀具和夹具进行必要的调整，由于调整不可能绝对的准确，也就带来了一项原始误差调整误差。1.试切法调整（单件、小批量）（1）度量误差 （2）加工余量的影响 （3）微量进给误差 2.静调整法（大批量）（1）定程机构误差 （2）样件或样板的误差 （3）测量有限试件造成的误差 测量误差是指工件实际尺寸
34、与测量仪器表示出的尺寸之间的差值。八、度（测）量误差 原因：1.测量仪器本身的误差。2.测量环境的影响。3.人为误差的影响。43 加工误差的综合分析加工误差的综合分析一、基本概念一、基本概念 在实际生产中，影响加工精度的工艺因素往往是多方面的。因此，对加工误差的影响，有时就不能仅用单因素的估算方法，而要用概率统计方法进行较全面的考察（加工一批零件，为了找出这批零件出现废加工一批零件，为了找出这批零件出现废品的原因，就要用统计的方法来研究这批零件的加工品的原因，就要用统计的方法来研究这批零件的加工误差，从而找出减少废品的技术措施误差，从而找出减少废品的技术措施）。按一批工件加工误差出现的规律来看
35、，加工误差可分为两大类：系统性误差系统性误差和随机性误差随机性误差。1.系统性误差系统性误差 连续加工一批零件时，如果加工误差的大小和方连续加工一批零件时，如果加工误差的大小和方向保持不变或是按一定的规律变化，这类误差称为系向保持不变或是按一定的规律变化，这类误差称为系统性误差。统性误差。如果加工误差的大小和方向保持不变，则如果加工误差的大小和方向保持不变，则称为常值系统性误差；如果加工误差的大小和方向按称为常值系统性误差；如果加工误差的大小和方向按一定的规律变化，则称为变值系统性误差。一定的规律变化，则称为变值系统性误差。原理误差，机床、刀具、夹具的制造误差，调整误差等，它们和加工的顺序（或
36、加工时间）没有关系，故都是常值系统性误差。机床、刀具的热变形，刀具的磨损等，都是随着加工的顺序（或加工时间）而有规律的变化，因此属于变值系统性误差。2.随机性误差随机性误差 连续加工一批零件时，如果加工误差的大小和方连续加工一批零件时，如果加工误差的大小和方向都是无规律地变化，这类误差称为随机性误差。向都是无规律地变化，这类误差称为随机性误差。毛坯误差（余量大小不一、硬度不匀等）的复映，定位误差（基准面尺寸不一、间隙等），夹紧误差（夹紧力大小不一），多次调整的误差，内应力引起的变形误差等，都是随机性误差。这类误差产生的原因是随机的，从表面上来看没有规律，无从分析，但是应用数理统计的方法可以找出
37、一批工件加工误差的总体规律，然后在工艺上采取措施加以控制。二、二、误差的统计分析方法误差的统计分析方法1.分布图分析法（分布曲线法）一批零件如果是在正常的加工状态下，即：没有变值系统性一批零件如果是在正常的加工状态下，即：没有变值系统性误差（或有而不显著），随机性误差是相互独立的，且在各随机误差（或有而不显著），随机性误差是相互独立的，且在各随机性误差中没有一个是起主导作用，则这批零件的尺寸分布曲线将性误差中没有一个是起主导作用，则这批零件的尺寸分布曲线将接近正态分布曲线。接近正态分布曲线。正态分布曲线的数学方程为：正态分布曲线的数学方程为：式中,x：零件的尺寸；曲线与x轴之间所包含的面积为1
38、，即包含了全部工件数。：表示这批零件加工尺：表示这批零件加工尺寸的分布范围。寸的分布范围。oyx范围内的面积约为99.73%。的大小代表了某种加工方法在一定生产条因此，零件加工的公差应取：y：零件尺寸为零件尺寸为x的概率密度；的概率密度；其中，下能达到的加工精度。例：例：在无心磨床上加工一批外径为 的圆柱销，加工完毕后，检查100个圆柱销销的直径，把测量的数据按大小分组，每组的尺寸间隔为0.003mm，并计算、记录于表，试分析其工艺过程。分布曲线法的应用组号尺寸间隔 (mm)尺寸间隔中值(mm)组内工件数 m实际频数 fj19.6159.6189.615522%29.6189.6219.619
39、544%39.6219.6249.622577%49.6249.6279.62551212%59.6279.6309.62851414%69.6309.6339.63151616%79.6339.6369.63451515%89.6369.6399.63751414%99.6399.6429.640588%109.6429.6459.643555%119.6459.6489.646533%=9.632100100%分布曲线法的应用解：根据表，计算平均值计算均方根差绘制分布图 根据表中数据，把频数值点在尺寸区间（间隔）中值上，并把每点顺次用直线连起来，绘成折线图。6495161412108642
40、6465643564056165619562256255628563156345x6375yAT=9.630 实际分布曲线与理论分布线曲9.6539.6119.6109.650T（其尺寸误差服从正态分布）（其尺寸误差服从正态分布）分布图分析 在用正态性评定方法在用正态性评定方法确认样本是服从正态分确认样本是服从正态分布的前提下，就可以认布的前提下，就可以认为工艺过程中变值系统为工艺过程中变值系统性误差很小（或不显著性误差很小（或不显著分散中心与公差带中心不重合，其偏移量：此误差为常值系统性误差，是由于机床调整不准确引起。6495161412108642646564356405616561956
41、2256255628563156345x6375yAT=9.6309.6539.6119.6109.650T），被加工工件尺寸分散的原因主要是随机性误差引起，工艺），被加工工件尺寸分散的原因主要是随机性误差引起，工艺过程处在控制状态之中。过程处在控制状态之中。工序能力分析属于三级工序能力，工艺能力不足。工艺能力等级：工艺能力很差，必须加以改进四级 0.67工艺能力勉强，必须密切注意二级 1.33 1.00工艺能力足够，可以有一定的异常波动一级 1.67 1.33工艺能力过高，可以允许有异常波动特级 1.67说明工艺能力等级工艺能力系数 从图中可以看出，本批工件的最小尺寸：比工序要求的最小尺寸9
42、.610要大，故分布曲线的左半部分没有废品；在右半部分，工序要求的最大尺寸为9.650，而实际最大尺寸为9.653，故有废品产生。确定合格品率和不合格品率64951614121086426465643564056165619562256255628563156345x6375yAT=9.6309.6539.6119.6109.650T0.46780.47130.47440.47720.48210.48610.48930.49180.49390.49530.49650.49740.49810.498650.499310.499660.499840.499920.499970.4999970.49
43、999971.851.901.952.002.102.202.302.402.502.602.702.802.903.003.203.403.603.804.004.505.000.31060.31590.32120.32640.33150.33650.34130.35310.36430.37490.38490.39440.40320.41150.41920.42650.43320.43940.44520.45050.45540.45990.46410.880.900.920.940.960.981.001.051.101.151.201.251.301.351.401.451.501.551
44、.601.651.701.751.800.17720.18080.18440.18790.19150.19850.20540.21230.21900.22570.23240.23890.24540.25170.25800.26420.27030.27640.28230.28810.29390.29950.30510.460.470.480.490.500.520.540.560.580.600.620.640.660.680.700.720.740.760.780.800.820.840.860.09100.09480.09870.10260.10640.11030.11410.11790.1
45、2170.12550.12930.13310.13680.14060.14430.14800.15170.15540.15910.16280.16640.17000.17360.230.240.250.260.270.280.290.300.310.320.330.340.350.360.370.380.390.400.410.420.430.440.450.00000.00400.00800.01200.01600.01990.02390.02790.03190.03590.03980.04380.04780.05170.05570.05960.06360.06750.07140.07530
46、.07930.08320.08710.000.010.020.030.040.050.060.070.080.090.100.110.120.130.140.150.160.170.180.190.200.210.22FFFFF查表（正态分布计算表）F(2.5)=0.4939 F(2.6)=0.4953用插值法计算：F(2.57)=0.4948所以：合格品率=0.5+0.4948=0.9949=99.48%废品率=1-0.9948=0.0052=0.52%确定合格品率和不合格品率 由于这些不合格品都是尺寸过大的不合格品，所以是可修复的废品。分布图分析法的应用分布图分析法的应用（1 1）判断加工
47、误差的性质）判断加工误差的性质 如果实际分布曲线与正态分布曲线基本相符，说明加工中没如果实际分布曲线与正态分布曲线基本相符，说明加工中没有变值系统性误差，再根据算术平均值是否与公差带重合，就可有变值系统性误差，再根据算术平均值是否与公差带重合，就可以判断是否有常值系统性误差。如果实际分布曲线不符合正态分以判断是否有常值系统性误差。如果实际分布曲线不符合正态分布，可根据实际分布图形判断是什么类型的变值系统性误差。布，可根据实际分布图形判断是什么类型的变值系统性误差。（2 2）判断工序能力能否满足加工精度要求）判断工序能力能否满足加工精度要求所谓工序能力，就是工序处于稳定状态时，加工误差正常波所谓
48、工序能力，就是工序处于稳定状态时，加工误差正常波动的幅度。动的幅度。（3 3）估计工件的合格率与废品率）估计工件的合格率与废品率 分布曲线与横坐标所包含的面积，代表一批工件的总数。分布曲线与横坐标所包含的面积，代表一批工件的总数。如果尺寸分散范围大于工件的公差范围，将有废品产生。其中如果尺寸分散范围大于工件的公差范围，将有废品产生。其中在公差带内的面积，代表合格品率；以外的面积，代表废品率，在公差带内的面积，代表合格品率；以外的面积，代表废品率，它包括可修复的废品率和不可修复的废品率。它包括可修复的废品率和不可修复的废品率。讨论：讨论：实际分布曲线为：实际分布曲线为：TxyxyTTxy2.2.
49、当当 ，不管公差带中不管公差带中心与分布中心重合不重合，心与分布中心重合不重合，理论上都将会出现废品。理论上都将会出现废品。3.3.当当 ，且公差带中且公差带中心与分布中心不重合，是否心与分布中心不重合，是否会出现废品，则需依据具体会出现废品，则需依据具体情况来定。情况来定。1.1.当公差带中心与分布中心当公差带中心与分布中心重合，且重合，且 ，则理论上，则理论上不会出现废品。不会出现废品。yox(b)x(a)y非正态分布曲线 当刀具磨损的影响显著时，变值系统性误差占突出地位，使分布曲线出现平顶，如图(a)所示）。在实际生产中，工件尺寸的分布有时并不接近于正态分布。例：将两次调整下加工的工件混
50、在一起，由于每次调整的调整误差（一次调整的调整误差属于常值系统性误差）不同，就会得到双峰曲线，如图(a)所示；xy(c)偏向左x(d)偏向右y非正态分布曲线 当工艺系统热变形显著时，分布曲线就会不对称。例如，刀具热变形严重时，若加工轴，则分布曲线偏向左，如图(c)所示）；加工孔时偏向右，如图(d)所示。此外，还可能出现等概率分布、辛浦生分布等非此外，还可能出现等概率分布、辛浦生分布等非正态分布形式。正态分布形式。分布图分析法的缺点分布图分析法的缺点 v分布图分析法不能反映误差的变化趋势。分布图分析法不能反映误差的变化趋势。v 加工中，由于随机性误差和系统性误差同时存在，加工中，由于随机性误差和