第6章 机械加工质量.ppt

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1、第第6 6章章 机械加工质量机械加工质量内容提纲内容提纲6.1 机械加工精度的基本概念6.2 影响加工精度的因素6.3 加工误差的统计分析6.4 提高加工精度的途径6.1 加工精度的基本概念加工精度的基本概念 1.1.加工精度与加工误差加工精度与加工误差 加工精度加工精度 指零件加工后实际几何参数指零件加工后实际几何参数(尺寸、形状和位置尺寸、形状和位置)与理想与理想 几何参数相符的程度。符合程度愈高，加工精度愈高。几何参数相符的程度。符合程度愈高，加工精度愈高。实际值与理想值之差称为加工误差。实际值与理想值之差称为加工误差。加工误差加工误差 零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度零

2、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。加工误差的大小表示加工精度的高低，称为加工误差。加工误差的大小表示加工精度的高低，加工误差是加工精度的度量。加工误差是加工精度的度量。“加加工工精精度度”和和“加加工工误误差差”是是评评定定零零件件几几何何参参数数准准确确程程度度的的两两种种不不 同概念。生产实际中用控制加工误差的方法或现代主动适应加工同概念。生产实际中用控制加工误差的方法或现代主动适应加工 方法来保证加工精度。方法来保证加工精度。2.2.零件的加工精度包括零件的加工精度包括 尺寸精度、形状精度、位置精度 通常尺寸精度要求高形位精度要求也越高3.3.获得加工精度的方

3、法获得加工精度的方法 （1）获得尺寸精度的方法）获得尺寸精度的方法 1）试切法）试切法 用于单件小批生产用于单件小批生产 2）调整法）调整法 用于成批大量生产用于成批大量生产 3）定尺寸刀具法）定尺寸刀具法 生产率高，刀具制造复杂生产率高，刀具制造复杂 4）自动控制法）自动控制法 切削测量补偿调整切削测量补偿调整 （2）获得形状精度的方法）获得形状精度的方法 1 1）轨迹法）轨迹法 利用刀尖运动轨迹形成工件表面形状利用刀尖运动轨迹形成工件表面形状 2 2）成形刀具法）成形刀具法 由刀刃的形状形成工件表面形状由刀刃的形状形成工件表面形状 3 3）展成法）展成法 由切削刃包络面形成工件表面形状由切

4、削刃包络面形成工件表面形状 （3）获得相互位置精度的方法）获得相互位置精度的方法 主要由机床精度、夹具精度和工件的装夹精度来保证主要由机床精度、夹具精度和工件的装夹精度来保证零件加工的误差是由于工件与刀具在切削过程中相互零件加工的误差是由于工件与刀具在切削过程中相互位置发生变动而造成。工件和刀具安装在夹具和机床位置发生变动而造成。工件和刀具安装在夹具和机床上，工件、刀具、夹具、机床构成了一个完整的工艺上，工件、刀具、夹具、机床构成了一个完整的工艺系统。工艺系统的种种误差，是造成零件加工误差的系统。工艺系统的种种误差，是造成零件加工误差的根源，故称之为根源，故称之为原始误差原始误差。6.2 影响

5、加工精度的因素影响加工精度的因素 原原始始误误差差加工前误差加工前误差加工中误差加工中误差加工后误差加工后误差调整误差调整误差机床误差机床误差刀具制造误差刀具制造误差夹具误差夹具误差加工原理误差加工原理误差工件装夹误差工件装夹误差工艺系统受力变形工艺系统受力变形刀具磨损刀具磨损残余应力引起变形残余应力引起变形测量误差测量误差工艺系统热变形工艺系统热变形6.2.1 加工原理误差加工原理误差 加加工工原原理理误误差差是由于采用了近似的切削运动或近似的切削刃形状所产生的加工误差。为了获得规定的加工表面，要求切削刃完全符合理论曲线的形状，刀具和工件之间必须作相对准确的切削运动。但往往为了简化机床或刀具

6、的设计与制造，降低生产成本，提高生产率和方便使用而采用了近似的加工原理，在允许的范围内存在一定的原理误差。1.主轴回转误差主轴回转误差 主轴回转误差概念主轴回转误差概念 理论上机床主轴回转时，回转轴线的空间位置是固 定不变的，即它的瞬时速度为零。而实际主轴系统 中存在着各种影响因素，使主轴回转轴线的位置发 生变化。将主轴实际回转轴线对理想回转轴线漂移 在误差敏感方向误差敏感方向上的最大变动量称为主轴回转误差主轴回转误差。6.2.1 机床的误差机床的误差 机床误差机床误差是指在无切削负荷下，来自机床本身的制造误差、安装误差和磨损。主轴回转误差分为三类主轴回转误差分为三类:纯径向跳动纯径向跳动：实

7、际回转轴线始终平行于理想回转轴线，在一个平面内作等幅的跳动。纯轴向窜动纯轴向窜动：实际回转轴线始终沿理想回转轴线作等幅的窜动纯角度摆动纯角度摆动：实际回转轴线与理想回转轴线始终成一倾角，在一个平面上作等幅摆动，且交点位置不变。图图6-1 机床主轴回转误差的类型机床主轴回转误差的类型I理想回转轴线理想回转轴线 II实际回转轴线实际回转轴线 影响主轴回转精度的主要因素影响主轴回转精度的主要因素 轴承本身误差、轴承间隙、轴承间同轴度误差，各段轴 颈、轴孔的同轴度误差主轴系统的刚度和热变形等。但它们对主轴回转精度的影响大小随加工方式而不同 主轴采用滑动轴承的车床类，主轴受力方向一定，主 轴颈圆度误差影

8、响较大，轴承内径圆度误差没影响。镗床主轴受力随镗刀旋转方向不断变化轴承孔误差 影响大图图6-2 采用滑动轴承时主轴的径向跳动采用滑动轴承时主轴的径向跳动滚动轴承结构复杂，影响主轴精度因素也较复杂除轴承本身精度外，与配合件精度有很大关系如主轴轴颈、支承座孔等精度。图图6-3 滚动轴承的几何误差滚动轴承的几何误差产生产生轴向窜动主要原因轴向窜动主要原因是主轴轴肩端面和轴承承载端面对主轴回转轴线有垂直度误差。主轴不同形式的回转误差引起的加工误差不同 车床上加工外圆内孔时，主轴径向跳动主轴径向跳动引起工件圆度和圆柱度误差，对工件端面无影响；轴向窜动轴向窜动对圆柱表面影响不大，对端面垂直度平面度影响大，

9、车削螺纹时会造成导程的周期性误差；纯角度摆动纯角度摆动会造成车削外圆或内孔的锥度误差；在镗孔时，会使镗出的孔为椭圆形。提高主轴及支承座孔的加工精度，选用高精度轴承，提高主轴部件装配精度、预紧和平衡等可以提高主轴回转精度。图图5-5 图图6-4 纯角度摆动运动误差对镗削加工精度的影响纯角度摆动运动误差对镗削加工精度的影响2.机床导轨误差机床导轨误差 导轨精度要求主要有以下三方面：在水平面内的直线度在水平面内的直线度（以卧式车床为例）1将直接反映在工件加工表面法线方向（误差敏感方向）上，误差R=1，对加工精度影响最大。刀尖在水平面内的运动轨迹造成工件轴向形状误差。图图6-5 在垂直面内的直线度在垂

10、直面内的直线度 对工件的尺寸和形状误差影响比1小得多对卧式车床R 22/D 若设2=0.1mm,D=40mm，则R=0.00025mm，影响可忽略不计。而对平面磨床、龙门刨床误差将直接反映在工件上。图图6-6导轨在垂直面内的直线度的特殊情况为斜坡状，加工的工件轴向形状为鞍形。图图6-7 前后导轨的平行度（扭曲）前后导轨的平行度（扭曲）卧式车床或外圆磨床若前后导轨存在平行度误差时，卧式车床或外圆磨床若前后导轨存在平行度误差时，刀具和工件之间相对位置发生变化，刀尖运动轨迹是一刀具和工件之间相对位置发生变化，刀尖运动轨迹是一条空间曲线，使工件产生形状误差。若扭曲误差为条空间曲线，使工件产生形状误差。

11、若扭曲误差为3,工工件误差件误差R(H/B)3，一般车床一般车床H/B2/3，外圆磨床外圆磨床H/B1，误差对加工精度影响很大误差对加工精度影响很大除除导轨制造误差外，导轨的不均匀磨损和安装质量，也导轨制造误差外，导轨的不均匀磨损和安装质量，也是造成导轨误差的重要因素。导轨磨损是机床精度下降是造成导轨误差的重要因素。导轨磨损是机床精度下降的主要原因之一。可采用耐磨合金铸铁、镶钢导轨、贴的主要原因之一。可采用耐磨合金铸铁、镶钢导轨、贴塑导轨、滚动导轨导轨表面淬火等措施。塑导轨、滚动导轨导轨表面淬火等措施。3.机床传动链误差机床传动链误差 指机床内传动链始末两端的传动元件间相对运动的误差，一般用传

12、动链末端元件的转角误差来衡量。产生的原因是传动链中各传动元件的制造误差、装配误差及磨损等。若传动齿轮 i 在某一时刻产生转角误差为i，则它所造成传动链末端元件的转角误差：wi=Ki i Ki 为该轴到末端元件的总传动比，称为误差传递系数，若Ki大于1则误差被扩大；反之，若Ki小于1误差被缩小。各传动件对工件精度影响的总和为：=wi=Ki i 减少传动链误差的措施：尽可能缩短传动链，减少传动元件数目；尽量采用降速传动，误差被缩小；提高传动元件、特别是末端元件的制造和装配精度；消除传动间隙；采用误差补偿机构或自动补偿装置。2.2.刀具的几何误差刀具的几何误差 包括刀具切削部、装夹部的制造误差及刀具

13、安装误差包括刀具切削部、装夹部的制造误差及刀具安装误差 定尺寸刀具 刀具尺寸精度直接影响工件尺寸精度 成形刀具 刀具形状精度直接影响工件形状精度 展成刀具 刀刃形状精度会影响工件加工精度 一般刀具 制造精度对工件加工精度无直接影响4.夹具的几何误差夹具的几何误差 包括夹具制造误差、安装误差及磨损包括夹具制造误差、安装误差及磨损 对工件尺寸精度和位置精度影响很大对工件尺寸精度和位置精度影响很大5.定位误差定位误差 包括基准不重合误差、定位副制造不准确误差包括基准不重合误差、定位副制造不准确误差 直接影响工件的尺寸精度和位置精度直接影响工件的尺寸精度和位置精度6.调整误差调整误差 加工中不产生废品

14、的加工中不产生废品的条件：条件：fb+tT 在工序的调整工作中所存在在工序的调整工作中所存在的误差即调整误差的误差即调整误差 一次调整后存在的误差对一次调整后存在的误差对这一批零件的影响是不变的。但这一批零件的影响是不变的。但大批量加工中存在多次调整，不大批量加工中存在多次调整，不可能每次完全相同。对全部零件可能每次完全相同。对全部零件来说，每次调整误差为偶然性误来说，每次调整误差为偶然性误差。机床调整误差可理解为零件差。机床调整误差可理解为零件尺寸分布曲线中心的最大偏移量。尺寸分布曲线中心的最大偏移量。图图6-86.2.3 工艺系统的受力变形工艺系统的受力变形基本概念：基本概念：图图6-9

15、工艺系统受力变形引起的加工误差工艺系统受力变形引起的加工误差2.零件刚度零件刚度1.工艺系统刚度工艺系统刚度 工艺系统抵抗变形的能力，工艺系统抵抗变形的能力，可用工艺系统刚度可用工艺系统刚度 k系来描述。垂直作用于工件加工表面的径向切削分力系来描述。垂直作用于工件加工表面的径向切削分力Fy与工艺系统在该方向上的变形与工艺系统在该方向上的变形y之间的比值，称为工之间的比值，称为工艺系统刚度艺系统刚度 k系系 k系系=Fy /y y=yFx+yFy+yFz 柔度柔度 w=1/k 若零件刚度相对于机床、刀具、夹具来说比较低，若零件刚度相对于机床、刀具、夹具来说比较低，其变形对加工精度影响比较大，最大

16、变形量按材料力学其变形对加工精度影响比较大，最大变形量按材料力学公式估算。长轴两顶尖装夹按简支梁计算，三爪卡盘装公式估算。长轴两顶尖装夹按简支梁计算，三爪卡盘装夹按悬臂梁计算。夹按悬臂梁计算。3.刀具刚度刀具刚度（1）机床部件刚度机床部件刚度机床结构形状复杂，刚度计算主要通过实验方法来测机床结构形状复杂，刚度计算主要通过实验方法来测定。变形与载荷不成线性关系；定。变形与载荷不成线性关系；加载与卸载曲线不重加载与卸载曲线不重合；有残余变形存在；实际刚度比估算的小。合；有残余变形存在；实际刚度比估算的小。4.机床部件刚度机床部件刚度外圆刀具在加工表面法线方向上的刚度很大变形可忽外圆刀具在加工表面法

17、线方向上的刚度很大变形可忽略；镗小孔刀杆刚度很差，变形对加工精度影响很大，略；镗小孔刀杆刚度很差，变形对加工精度影响很大，刀杆变形按材料力学公式估算。刀杆变形按材料力学公式估算。（2）影响机床部件刚度的因素）影响机床部件刚度的因素 结合面接触变形结合面接触变形接触表面间的名义压强的增量与接触变形的增量之比称接触表面间的名义压强的增量与接触变形的增量之比称为接触刚度。零件表面越粗糙，形状误差越大，材料硬为接触刚度。零件表面越粗糙，形状误差越大，材料硬度低，接触刚度越小。度低，接触刚度越小。图图6-10 低刚度零件本身的变形低刚度零件本身的变形 连接表面间的间隙连接表面间的间隙 接触表面间的摩擦接

18、触表面间的摩擦 变形滞后现象变形滞后现象 受力方向及作用力受力方向及作用力 y 是是Fx、Fy、Fz 综合结果综合结果图图6-11（1 1）工艺系统的变形）工艺系统的变形 总变形总变形 y系系=y机机+y夹夹+y刀刀+y工工 k系系=Fy /y系系，k机机=Fy /y机机，k夹夹=Fy /y夹夹，k刀刀=Fy /y刀刀，k工工=Fy /y工工 所以，所以，k系系=1/(1/k机机+1/k夹夹+1/k刀刀+1/k工工)工艺系统刚度比刚度最小环节的刚度还要差。工艺系统刚度比刚度最小环节的刚度还要差。5.工艺系统受力变形及其对加工精度的影响工艺系统受力变形及其对加工精度的影响 （2 2）工艺系统受力

19、变形对加工精度的影响）工艺系统受力变形对加工精度的影响图图6-12 6-12 车削外圆时工艺系统受力变形车削外圆时工艺系统受力变形 对加工精度度的影响对加工精度度的影响 切削力位置的切削力位置的变化对加工精度变化对加工精度的影响的影响 设刀具工件刚设刀具工件刚度很大度很大,总变形总变形 y系系=y刀架刀架+yx y主主=FA/k主主=Fy(l-x)/(l k主主)，y尾尾=FB/k尾尾=Fyx/(l k尾尾)y系系=y刀架刀架+yx=Fy 当当x=0时，时，y系系=？;当当 x=l 时，时，y系系=？当当 x=k尾尾l/(k主主+k尾尾)时，时，y系系min=Fy ly尾尾-y主主xyx-y主

20、主=yx=y尾尾x ll-x l+y主主1 k刀架刀架+1 k主主1 k尾尾x l2l-x l2+若若工件刚性较差应考虑其变形，按简支梁计算工件刚性较差应考虑其变形，按简支梁计算 y工工=y系系=y刀架刀架+yx+y工工Fy 3EI(l-x)2x2l1 k刀架刀架+1 k主主+k尾尾讨论：讨论：1.在在 x 处工件半径处工件半径 Rx=R+y刀架刀架+yx+y工工 半径误差半径误差R=Rx-R=y刀架刀架+yx+y工工=y系系2.一次走刀中若一次走刀中若 y系系为为常量，不会造成工件形状常量，不会造成工件形状 误差和尺寸不一误差和尺寸不一3.若工件刚性大若工件刚性大l/D5，可不考虑可不考虑

21、y工工，y系系是是 x 的二次函数的二次函数 圆柱度误差圆柱度误差 =ymax-ymin4.若工件为细长轴刚性很差，系统变形主要是工若工件为细长轴刚性很差，系统变形主要是工 件变形，当件变形，当 x=l/2时，时，y工工max=Fyl3/(48EI)切削力大小变化对加工精度的影响切削力大小变化对加工精度的影响毛毛=ap1 ap2工工=y1 y2误差复映系数误差复映系数=工工/毛毛 Fy=Cy f yapxHBSn =C apx C ap Fy1=C(ap1 y1)C ap1 Fy2=C(ap2 y2)C ap2 工工=y1 y2=(Fy1-Fy2)/k系系=(C ap1 C ap2)/k系系=

22、工工/毛毛=C(ap1 ap2)/(k系系(ap1 ap2)=C/k系系图图6-131.=工工/毛毛=C/k系系 2.总是小于总是小于1，有修正误差的能力，有修正误差的能力3.多次进给多次进给=1234.2.k系系越大，越大，就越小，复映到工件上的误差越就越小，复映到工件上的误差越小小5.3.C减小，减小，就越小，应采取减小就越小，应采取减小Fy的措施的措施讨论：讨论：夹紧变形对加工精度的影响夹紧变形对加工精度的影响工件刚性差（薄件、圆环）装夹不当会产生受力变形工件刚性差（薄件、圆环）装夹不当会产生受力变形图图6-14机床部件、工件重量对加工精度的影响机床部件、工件重量对加工精度的影响其它作用

23、力其它作用力对加工精度的影响对加工精度的影响 传动力（拨杆）、离心力改变方向会使工艺系传动力（拨杆）、离心力改变方向会使工艺系 统产生相应变形统产生相应变形（3 3）减少工艺系统受力变形的途径）减少工艺系统受力变形的途径 减小切削力及其变化；减小切削力及其变化；提高系统中零件的配合质量；提高系统中零件的配合质量；缩短切削力作用点和支撑点的距离，设置辅缩短切削力作用点和支撑点的距离，设置辅 助支承提高部件刚度助支承提高部件刚度6.2.4 工艺系统的热变形工艺系统的热变形工艺系统在各种热源的影响下会产生很复杂的变形，工艺系统在各种热源的影响下会产生很复杂的变形，导致工件产生加工误差。导致工件产生加

24、工误差。1.工艺系统的热源工艺系统的热源 （1）内部热源）内部热源 包括切削热、摩擦热源包括切削热、摩擦热源 （2）外部热源）外部热源 包括环境温度、辐射热包括环境温度、辐射热 （1）工件均匀受热）工件均匀受热 车镗轴套类零件圆柱面，长度及径向受热变形。车镗轴套类零件圆柱面，长度及径向受热变形。若在受热时测量达到规定尺寸，冷却后尺寸变小，若在受热时测量达到规定尺寸，冷却后尺寸变小，可能出现尺寸超差。可能出现尺寸超差。（2）工件不均匀受热）工件不均匀受热 铣、刨、磨平面等，工件单面受热产生弯曲变形铣、刨、磨平面等，工件单面受热产生弯曲变形 磨削细长轴时工件温生逐渐增加磨削细长轴时工件温生逐渐增加

25、2.工件热变形对加工精度的影响工件热变形对加工精度的影响图图6-15 长轴热变形引起的形状误差长轴热变形引起的形状误差3.刀具热变形对加工精度的影响刀具热变形对加工精度的影响图图6-16 车刀的热变形曲线车刀的热变形曲线主要是主轴部件、床身导轨及两者相对位置的热变形主要是主轴部件、床身导轨及两者相对位置的热变形4.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图图6-17图图6-185.热变形的控制热变形的控制（1 1）减少发热和采取隔热；）减少发热和采取隔热；（2 2）强制冷却，均衡温度场；）强制冷却，均衡温度场；（3 3）从结构上采取措施减少热变形；）从结构上采取措施减少热变形；（4

26、 4）控制环境温度。）控制环境温度。5.2.5 工件内应力引起的变形工件内应力引起的变形 内应力产生的原因及消除措施内应力产生的原因及消除措施1.铸锻焊、热处理等因工件壁厚不均热胀冷缩不均及金相组织变化铸锻焊、热处理等因工件壁厚不均热胀冷缩不均及金相组织变化等导致体积变化，毛坯产生内应力，处于暂时平衡状态，切削时平衡等导致体积变化，毛坯产生内应力，处于暂时平衡状态，切削时平衡状态被打破。状态被打破。2.冷校直产生的内应力冷校直产生的内应力 可在热处理后进行时效可在热处理后进行时效 处理来消除残余应力。处理来消除残余应力。常用人工时效、振动时常用人工时效、振动时 效和天然时效等方法。效和天然时效

27、等方法。工件若产生内应力处于不稳定状态会逐渐变形工件若产生内应力处于不稳定状态会逐渐变形图图6-19 床身内应力引起的变形床身内应力引起的变形6.3 6.3 加工误差的统计分析加工误差的统计分析6.3.11.加工误差的分类加工误差的分类（1）系统误差）系统误差 常值系统误差：常值系统误差：原理机床刀夹量具制造调整误差原理机床刀夹量具制造调整误差 变值系统误差：变值系统误差：机床刀具热变形、刀具磨损机床刀具热变形、刀具磨损（2）随机误差）随机误差:误差复映定位夹紧操作误差内应力变形误差复映定位夹紧操作误差内应力变形对对系统误差可循其规律加以调整或补偿来消除系统误差可循其规律加以调整或补偿来消除对

28、随机误差只能缩小其变动范围无法完全消除对随机误差只能缩小其变动范围无法完全消除2.正态分布正态分布（1）正态分布的数学模型、特征参数和特殊点）正态分布的数学模型、特征参数和特殊点 正态分布曲线方程：正态分布曲线方程：两个特征参数：两个特征参数：算术平均值算术平均值 x 和标准偏差和标准偏差图图6-20正态分布的特殊点正态分布的特殊点 处概率密度处概率密度 函数有最大值函数有最大值 x=x处处 为拐点为拐点 =0，=1实际生产中为非标实际生产中为非标准正态分布需转换准正态分布需转换 令令 z=(x-)/xxx 标准正态分布标准正态分布图图6-21 正态分布曲线的特殊点正态分布曲线的特殊点即图中阴

29、影面积即图中阴影面积可利用概率密度可利用概率密度积分表计算积分表计算3.工件尺寸在某区间内的概率工件尺寸在某区间内的概率工件尺寸落在工件尺寸落在 3范围内的概范围内的概率为率为 99.73%若尺寸分布中心与若尺寸分布中心与公差中心重合，不公差中心重合，不产生废品的条件是：产生废品的条件是：T 6 Q废废=0.5(x)若中心不重合存在常值系统误差若中心不重合存在常值系统误差系系，T 6系系x图图6-22 工件尺寸概率分布工件尺寸概率分布例：例：轴轴20-0.1，=0.025，xT=-(0.03)求常值系统误差、随机误差，合格率、不合格率求常值系统误差、随机误差，合格率、不合格率x0解：解：公差带

30、中心公差带中心 xT=19.95 尺寸分布中心尺寸分布中心 =xT+=19.95+0.03=19.98 常值系统误差常值系统误差系系=-xT=0.03 随机误差随机误差 6=6 0.025=0.15 或或3=0.075xx 计算合格率、不合格率计算合格率、不合格率 6=0.15 T=0.1，Cp=T/6=0.1/0.15=0.67工件极限尺寸工件极限尺寸 xmin=xA=19.9，xmax=xB=20 zA=(-xA)/=(19.98-19.9)/0.025=3.2 (zA)=0.49931 zB=(xB-)/=(20-19.98)/0.025=0.8 (zB)=0.2881合格率合格率=(z

31、A)+(zB)=0.49931+0.2881=0.78741=78.741%废品率废品率 0.5-0.49931=0.069%0.5-0.2881=21.19%可可修复修复xx 6.3.2 工艺过程的分布图分析工艺过程的分布图分析1.工艺过程的稳定性工艺过程的稳定性 指均值和标准差稳定不变的性能，取决于变值系统误差指均值和标准差稳定不变的性能，取决于变值系统误差2.工艺过程分布图分析工艺过程分布图分析 制作分布图了解质量指标分布、加工能力、是否有废品制作分布图了解质量指标分布、加工能力、是否有废品 1）样本容量的确定）样本容量的确定 通常取通常取 n=50200 2）样本数据整理与计算样本数据

32、整理与计算 剔除异常数据，确定尺寸分散范围剔除异常数据，确定尺寸分散范围R、尺寸间隔数尺寸间隔数 j、区间宽度区间宽度x 3）绘制实际分布图绘制实际分布图 纵坐标为频数：同间隔尺寸工件数目纵坐标为频数：同间隔尺寸工件数目 4）绘制理论分布图）绘制理论分布图 纵坐标将概率密度转换成频数，分散范围纵坐标将概率密度转换成频数，分散范围3 理论最大频数理论最大频数 fmax=ymaxn x 对应对应 x=处处 拐点处频数拐点处频数 f=yn x 对应对应 x=处处xx5）工艺过程分布图分析）工艺过程分布图分析 判断加工误差性质判断加工误差性质 系统误差、随机误差系统误差、随机误差 确定工序能力及等级确

33、定工序能力及等级 工序能力系数工序能力系数Cp指满足加工精度的程度：指满足加工精度的程度：Cp=T/6 确定不合格率确定不合格率 2.分布图分析法特点分布图分析法特点 1）采用大样本，较接近实际地反映工艺过程总体；）采用大样本，较接近实际地反映工艺过程总体；2）能将常值系统误差从误差中区分开；）能将常值系统误差从误差中区分开；3）在全部样本加工后绘出曲线，不能反映先后顺）在全部样本加工后绘出曲线，不能反映先后顺 序，不能将变值系统误差从误差中区分开；序，不能将变值系统误差从误差中区分开；4）不能及时提供工艺过程精度的信息，事后分析；）不能及时提供工艺过程精度的信息，事后分析；5）计算复杂，只适

34、合工艺过程稳定的场合。）计算复杂，只适合工艺过程稳定的场合。点图点图分析法分析法 计算简单，能及时提供主动控制信息，计算简单，能及时提供主动控制信息，可用于稳定过程、也可用于不稳定过程。可用于稳定过程、也可用于不稳定过程。5.3.3 工艺过程的点图分析工艺过程的点图分析2.均值均值-极差点图极差点图 采用顺序小样本（采用顺序小样本（46），由小样本均值点图和极差点，由小样本均值点图和极差点 图组成，横坐标为小样本组序号。具体作法如下：图组成，横坐标为小样本组序号。具体作法如下：定期测小样本尺寸；定期测小样本尺寸；计算均值计算均值 和极差和极差R：R=xmax-xmin 确定中心线确定中心线 和

35、和 R 小样本组小样本组20 30 确定上下控制线确定上下控制线 ES、EI、UCL、LCL，定期描点定期描点xx1.逐点点图逐点点图 依次测量每件尺寸记入横坐标为零件号纵为尺寸的图表依次测量每件尺寸记入横坐标为零件号纵为尺寸的图表 中。中。均值点图上下控制线的确定：均值点图上下控制线的确定：极差点图上下控制线的确定：极差点图上下控制线的确定：均值点图反映了质量指标分布中心均值点图反映了质量指标分布中心(系统误差系统误差)的变化的变化 极差点图反映了质量指标分布范围极差点图反映了质量指标分布范围(随机误差随机误差)的变的变化化3.均值均值-极差点图分析极差点图分析 生产过程稳定的标志：生产过程

36、稳定的标志：没有点子超出控制线；没有点子超出控制线；大部分点在中线附近波动，小部分点在控制线附近；大部分点在中线附近波动，小部分点在控制线附近；点子无明显规律性点子无明显规律性 生产过程不稳定的标志：生产过程不稳定的标志：点子超出控制线或密集在控制线附近；点子超出控制线或密集在控制线附近；连续点以上出现在中线一侧；连续点以上出现在中线一侧；明显规律性，如上升或下降倾向；明显规律性，如上升或下降倾向；点子有周期性波动点子有周期性波动根据点子分布情况及时查找原因采取措施根据点子分布情况及时查找原因采取措施1.若极差若极差R未超控制线，说明加工中瞬时尺寸分未超控制线，说明加工中瞬时尺寸分 布较稳定。

37、布较稳定。2.若均值有点超出控制线，甚至超出公差界限，若均值有点超出控制线，甚至超出公差界限，说明存在某种占优势的系统误差，过程不稳定。说明存在某种占优势的系统误差，过程不稳定。若点图缓慢上升，可能是系统热变形；若点图若点图缓慢上升，可能是系统热变形；若点图 缓慢下降，可能是刀具磨损。缓慢下降，可能是刀具磨损。3.采取措施消除系统误差后，随机误差成主要因采取措施消除系统误差后，随机误差成主要因 素，分析其原因，控制尺寸分散范围。素，分析其原因，控制尺寸分散范围。6.4 提高加工精度的途径提高加工精度的途径1.消除或减小原始误差消除或减小原始误差 如加工细长轴时易产生弯曲和振动，增大主偏角减小如

38、加工细长轴时易产生弯曲和振动，增大主偏角减小背向力，使用跟刀架或中心架增加工件刚度。但在进给背向力，使用跟刀架或中心架增加工件刚度。但在进给力作用下，会因力作用下，会因“压杆失稳压杆失稳”而被压弯；在切削热的作而被压弯；在切削热的作用用下，工件会变长，也将产生变形。下，工件会变长，也将产生变形。采取措施：采取措施：采用反向进给的切削方法，使用弹性采用反向进给的切削方法，使用弹性的的尾座顶尖。尾座顶尖。Fig.5-32 raise the stiffness by auxiliary support to decrease the machining error2.转移原始误差转移原始误差 镗孔

39、时镗杆与主轴采用浮动连接，使用镗模将机床镗孔时镗杆与主轴采用浮动连接，使用镗模将机床 误差转移到新装置上加以控制；误差转移到新装置上加以控制；转塔刀架的转位误差转移到误差不敏感方向转塔刀架的转位误差转移到误差不敏感方向图图6-233.误差分组法误差分组法4.误差补偿法误差补偿法如精密孔轴配合将公差扩大加工再测量分组装配；如精密孔轴配合将公差扩大加工再测量分组装配；上道工序误差太大，将工件分组再分别调整加工上道工序误差太大，将工件分组再分别调整加工利用原有误差或制造误差来抵消原始误差。如龙门铣利用原有误差或制造误差来抵消原始误差。如龙门铣床因铣削头自重产生下凹变形，刮研横梁导轨使上凸；床因铣削头

40、自重产生下凹变形，刮研横梁导轨使上凸；加工曲轴时前后刀架同时切削，径向力方向相反；加工曲轴时前后刀架同时切削，径向力方向相反；精磨磨床床身导轨预加载荷，用配重代替工作时的部件精磨磨床床身导轨预加载荷，用配重代替工作时的部件5.就地加工（自干自）就地加工（自干自）6.自动测量补偿、恒温控制等自动测量补偿、恒温控制等机床零件装到工作位置上再精加工，消除误差影响。机床零件装到工作位置上再精加工，消除误差影响。如牛头刨、龙门刨工作台面装配在自身机床上进行如牛头刨、龙门刨工作台面装配在自身机床上进行“自刨自自刨自”精加工，以保证对滑枕、横梁的平行度；精加工，以保证对滑枕、横梁的平行度；平面磨床工作台面在

41、装配后作平面磨床工作台面在装配后作“自磨自自磨自”精加工；精加工；在机床上修正卡盘平面的平直度，卡爪的同轴度在机床上修正卡盘平面的平直度，卡爪的同轴度6.5 已加工表面质量已加工表面质量u内容提要内容提要6.5.1 已加工表面质量的概念已加工表面质量的概念6.5.2 已加工表面质量的形成过程已加工表面质量的形成过程6.5.3 已加工表面粗糙度已加工表面粗糙度6.5.4 加工硬化加工硬化6.5.5 残余应力残余应力u概述：概述：已加工表面质量对机器零件的使用性能以及机器的可靠已加工表面质量对机器零件的使用性能以及机器的可靠性能有着重要的影响，要保证工件的表面质量，必须研究已性能有着重要的影响，要

42、保证工件的表面质量，必须研究已加工表面的形成过程，以及影响表面质量的各种因素。加工表面的形成过程，以及影响表面质量的各种因素。6.5.1 已加工表面质量的概念已加工表面质量的概念一、已加工表面质量的内涵一、已加工表面质量的内涵 已加工表面质量（已加工表面质量（Surface quality），也成为表面完整性），也成为表面完整性（Surface integrity）,包含两方面内容：包含两方面内容：1.表面的几何形状特征表面的几何形状特征（1）表面粗糙度：微观误差波距）表面粗糙度：微观误差波距1mm。（2）表面波度：微观与宏观之间波距）表面波度：微观与宏观之间波距110mm。图图6-24 表面

43、几何形状表面几何形状2、表面层材质的变化、表面层材质的变化 零件加工后在一定深度表面层内出现变质层，其特性零件加工后在一定深度表面层内出现变质层，其特性可以用塑性变形、微观裂纹、加工硬化、残余应力、晶粒可以用塑性变形、微观裂纹、加工硬化、残余应力、晶粒变化等来描述变化等来描述。二、已加工表面质量对零件使用性能的影响二、已加工表面质量对零件使用性能的影响1.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零件磨损三个阶段：零件磨损三个阶段：初期磨损阶段正常磨损阶段剧烈磨损阶段表面金相组织表面金相组织的变化会导致表层硬度发生变化，影响零件的耐磨性。图图6-252.2.表面质量对疲劳强度的影响表

44、面质量对疲劳强度的影响表面粗糙度值越大，抗疲劳破坏能力越差；表面粗糙度值越大，抗疲劳破坏能力越差；表面残余拉应力促使裂纹扩展，压应力阻止裂纹扩展；表面残余拉应力促使裂纹扩展，压应力阻止裂纹扩展；表层加工硬化适度会提高疲劳强度，过大易产生裂纹。表层加工硬化适度会提高疲劳强度，过大易产生裂纹。3.3.表面质量对耐腐蚀性的影响表面质量对耐腐蚀性的影响表面粗糙度值越大，抗腐蚀性越差表面粗糙度值越大，抗腐蚀性越差；表层加工硬化及金相组织变化易产生内应力，导致应力腐蚀开裂，表层加工硬化及金相组织变化易产生内应力，导致应力腐蚀开裂，降低零件腐蚀性，而压应力有利微裂纹闭合。降低零件腐蚀性，而压应力有利微裂纹闭

45、合。4.表面质量对配合质量的影响表面质量对配合质量的影响表面粗糙度值越大，零件配合精度越低。表面粗糙度值越大，零件配合精度越低。三、已加工表面面质量的评定指标三、已加工表面面质量的评定指标1.表面粗糙度。表面粗糙度。2.表面层的加工硬化程度和硬化层深度。表面层的加工硬化程度和硬化层深度。3.表面层以及一定深度层的残余应力大小及分布。表面层以及一定深度层的残余应力大小及分布。4.表面层金相组织的变化情况。表面层金相组织的变化情况。由于第由于第4项的变化结果均反映在表层的加工硬化和残余应项的变化结果均反映在表层的加工硬化和残余应力上，故已加工表面质量的评定指标就是力上，故已加工表面质量的评定指标就

46、是1、2、3项。项。6.5.2 已加工表面质量的形成过程已加工表面质量的形成过程一、已加工表面质量形成的条件一、已加工表面质量形成的条件二、已加工表面的形成过程二、已加工表面的形成过程1.1.当切削层金属以速度当切削层金属以速度v v逐渐接近刀刃时，便发生压缩与逐渐接近刀刃时，便发生压缩与剪切变形，最终沿剪切变形，最终沿 剪切面方向剪切滑移而形成切屑；剪切面方向剪切滑移而形成切屑；2.2.由于刀刃钝圆半径的由于刀刃钝圆半径的关系，切削层金属发生关系，切削层金属发生了分离，上部分沿前刀了分离，上部分沿前刀面流出，下部分受到刀面流出，下部分受到刀刃的挤压留在加工表面刃的挤压留在加工表面上；上；3.

47、3.留在加工表面受到挤留在加工表面受到挤压的金属层再一次受到压的金属层再一次受到后刀面被磨损的棱面的后刀面被磨损的棱面的挤压、摩擦，弹性变形挤压、摩擦，弹性变形并恢复，继续与后刀面并恢复，继续与后刀面挤压摩擦，最终形成已挤压摩擦，最终形成已加工表面。加工表面。6.5.3 已加工表面粗糙度已加工表面粗糙度一、表面粗糙度产生的原因一、表面粗糙度产生的原因 （1 1）几何因素产生的粗糙度。主要取决于残留面积）几何因素产生的粗糙度。主要取决于残留面积的高度；的高度；（2 2）由于切削过程的不稳定性产生的粗糙度。其中）由于切削过程的不稳定性产生的粗糙度。其中包括积屑瘤、鳞刺、切削变形、刀具的边界磨损等。

48、包括积屑瘤、鳞刺、切削变形、刀具的边界磨损等。1.1.残留面积残留面积 切削时，由于刀具与工件的相对运动及刀具几何形切削时，由于刀具与工件的相对运动及刀具几何形状的关系，有一小部分金属未被切削下来而留在已加工状的关系，有一小部分金属未被切削下来而留在已加工表面上，表面上，直接影响到已加工表面的横向粗糙度。直接影响到已加工表面的横向粗糙度。（a）（b）图图6-262.2.积屑瘤的成长与分裂对表面粗糙度的影响积屑瘤的成长与分裂对表面粗糙度的影响3.3.鳞刺鳞刺鳞刺现象：鳞刺现象：在已加工表面出现的鳞片状的毛刺。在已加工表面出现的鳞片状的毛刺。产生条件：产生条件：中低切削速度，切削塑性金属。中低切削

49、速度，切削塑性金属。鳞刺形貌：鳞刺形貌：其晶粒和基体材料的晶粒相互交错，鳞刺与基体材料其晶粒和基体材料的晶粒相互交错，鳞刺与基体材料之间没有分界线，其表面微观特征是鳞片状。之间没有分界线，其表面微观特征是鳞片状。积屑瘤与鳞刺的关系：积屑瘤与鳞刺的关系：积屑瘤的顶部不稳定的成长与分裂，形成了鳞刺；积屑瘤的顶部不稳定的成长与分裂，形成了鳞刺；鳞刺是由积屑瘤经过鳞刺是由积屑瘤经过抹拭、导裂、层积、切顶抹拭、导裂、层积、切顶四个阶段形成的。四个阶段形成的。在切削塑性金属材料时，无论有无积屑瘤，都有可能产生鳞刺在切削塑性金属材料时，无论有无积屑瘤，都有可能产生鳞刺。4.4.切削过程中的变形切削过程中的变

50、形 挤列或单元切屑的形成中，由于切屑单元带有周期性的挤列或单元切屑的形成中，由于切屑单元带有周期性的断裂，当这种断裂延伸到切削表面下时，在加工表面留下挤断裂，当这种断裂延伸到切削表面下时，在加工表面留下挤裂的痕迹而成为波浪形。裂的痕迹而成为波浪形。在崩碎切屑的形成中，从主切削刃处开始的裂纹在接近在崩碎切屑的形成中，从主切削刃处开始的裂纹在接近主应力方向斜向下延伸形成过切，造成加工表面凸凹不平。主应力方向斜向下延伸形成过切，造成加工表面凸凹不平。5.5.刀具的边界磨损刀具的边界磨损 在副后刀面上产生的沟槽形边界磨损，在已加工表面上形在副后刀面上产生的沟槽形边界磨损，在已加工表面上形成锯齿状的凸出