第4章機械加工質(zhì)量

1、123機械加工表面變質(zhì)層材料性能方面的質(zhì)量表面波度振動產(chǎn)生械加工表面粗糙度微觀幾何形狀誤差機機械加工誤差位置誤差形狀誤差尺寸誤差宏觀幾何誤差表面幾何方面的質(zhì)量機械加工質(zhì)量機械加工質(zhì)量的三個內(nèi)容：機械加工精度機械表面加工質(zhì)量機械加工表面變質(zhì)層4 零件宏觀幾何形狀誤差、表面波度、表面粗糙度 a）波度 b）表面粗糙度 圖4-1 零件加工表面的粗糙度與波度RZHRZ5 加工精度：零件加工后實際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)接近程度。加工精度尺寸精度形狀精度位置精度(通常形狀誤差限制在位置公差內(nèi)，位置公差限制在尺寸公差內(nèi))6殘余應力加工硬化加工表面變質(zhì)層表面粗糙度機械加工表面質(zhì)量圖圖4-2 加工變質(zhì)層模型加工變

2、質(zhì)層模型表表4-1 加工表面變質(zhì)層的構成情況加工表面變質(zhì)層的構成情況7Ra（m）初始磨損量重載荷輕載荷圖圖4-3 表面粗糙度與初始表面粗糙度與初始磨損量磨損量表面粗糙度值 耐疲勞性適當硬化可提高耐疲勞性表面粗糙度值耐蝕性表面壓應力：有利于提高耐蝕性表面粗糙度值配合質(zhì)量表面粗糙度值耐磨性，但有一定限度（圖4-3）紋理形式與方向：圓弧狀、凹坑狀較好適當硬化可提高耐磨性表面粗糙度值密封性8 引起加工誤差的根本原因是工藝系統(tǒng)存在著誤差，將工藝系統(tǒng)的誤差稱為原始誤差。原始誤差與工藝系統(tǒng)原始狀態(tài)有關的原始誤差(幾何誤差)與工藝過程有關的原始誤差(動誤差)原理誤差定位誤差調(diào)整誤差刀具誤差夾具誤差機床誤差工藝

3、系統(tǒng)受力變形（包括夾緊變形）工藝系統(tǒng)受熱變形刀具磨損測量誤差工件殘余應力引起的變形工件相對于刀具靜止狀態(tài)下的誤差工件相對于刀具運動狀態(tài)下的誤差主軸回轉(zhuǎn)誤差導軌導向誤差傳動誤差 原始誤差構成9RYRRR =X202YYRR（4-1）XRX （4-2）顯然：XYRR 圖圖4-5 誤差敏感方向誤差敏感方向YR0Xa）YR0Xb）10試切法尺寸刀具法調(diào)整法自動控制法成形運動法軌跡法、展成法和成形刀具法非成形運動法利用人工對加工表面進行檢測和修整，以獲得所要求的形狀精度。一次裝夾法多次裝夾法非成形運動法利用人工對加工表面進行檢測和修整，以獲得所要求的位置精度。11 12加工原理誤差是指采用了近似的成型運

4、動或近似的刀刃輪廓進行加工而產(chǎn)生的誤差。式中 R 球頭刀半徑； h 允許的殘留高度。例例2：用阿基米德蝸桿滾刀滾切漸開線齒輪例例1：在數(shù)控銑床上采用球頭刀銑削復雜形面零件SRh 空間曲面數(shù)控加工8SR h 13計量器具誤差是由示值誤差、示值穩(wěn)定性、回程誤差和靈敏度等四個方面綜合起來的極限誤差。測量者的視力、判斷能力、測量經(jīng)驗；相對測量或間接測量中所用的對比標準、數(shù)學運算精確度；單次測量判斷的不準確等。14利用夾具裝夾工件進行加工時，造成工件加工表面之間尺寸和位置誤差的因素主要有：工件裝夾誤差ZJ包括定位誤差DW和夾緊誤差JJ。夾緊誤差是夾緊工件時引起工件和夾具變形所造成的加工誤差。夾具對定誤差

5、DD包括對刀誤差DA和夾具位置誤差JW。300.056F710F7k620H 7g 6YZ圖圖4-7 鉆鉆徑向孔的夾具徑向孔的夾具在夾具設計時，對于結構上與工件加工精度有關的技術要求都要嚴格。一般精加工用夾具的有關尺寸公差取工件相應尺寸公差的1/21/3；粗加工時取1/51/10。15p定位誤差是由基準位置誤差和基準不生命誤差組成。為減小定位誤差，應盡量選用工序基準作為定位基準，并要夾具定位元件和工件定位基準面的制造誤差。一般應將定位誤差控制在1/3工件尺寸或位置公差。p夾緊誤差是夾具和工件在夾緊力的作用下發(fā)生變形而帶來的加工誤差。通常夾具的變形影響很小，可忽略不計。p對刀誤差產(chǎn)生于對刀導引元

6、件的制造、裝配和使用過程。將影響刀具相對于定位元件位置的準確性和一致性，造成一批工件的加工誤差。16刀具刃口質(zhì)量直接影響微量切削。為提高成形刀具的刃磨和安裝精度，可采用光學曲面磨床進行精確刃磨，通過對刀樣板或?qū)Φ讹@微鏡，實現(xiàn)成形刀具的準確安裝。在分度轉(zhuǎn)位刀架上安裝刀具加工時，應注意尺寸減少分度誤差對加工精度的影響。圖圖4-8 立軸轉(zhuǎn)塔車床刀架轉(zhuǎn)位誤差的轉(zhuǎn)移立軸轉(zhuǎn)塔車床刀架轉(zhuǎn)位誤差的轉(zhuǎn)移17生產(chǎn)中常用的刀具調(diào)整方法有：按標準樣塊或?qū)Φ秹K(導套)調(diào)整刀具按試切一個工件后的實測尺寸調(diào)整刀具。在成批及大量生產(chǎn)的調(diào)整法加工中，零件加工后的尺寸精度很大程度上取決于刀具的調(diào)整精度。p按標準樣塊或?qū)Φ秹K(導套

7、)調(diào)整刀具，影響刀具調(diào)整精度的因素：標準樣板本身的尺寸精度、對刀塊(導套)相對工件定位元件之間的尺寸精度、刀具調(diào)整時的目測精度、切削加工時刀具相對于工件加工表面的彈性退讓、行程擋塊的受力變形。p按試切一個工件后的實測尺寸調(diào)整刀具時，可能導致進給機構的重復定位精度和按試切一個工件尺寸調(diào)整刀具的不準確性，引起加工后這批零件尺寸分布中心位置的偏離?？刹捎迷嚽袔讉€工件取平均值的方法進行刀具調(diào)整，提高對一批工件尺寸分布中心位置判斷的準確性。18提高微量進給機構的主要措施：u盡量傳動鏈，減小傳動絲杠的長徑比，消除各傳動元件間的間隙，以提高進給機構的傳動剛度；u采用滾珠絲杠螺母副、滾動導軌副或靜壓導軌，使用

8、性能優(yōu)越的導軌材料和潤滑油，以減小進給機構各傳動副間的摩擦力和靜、動摩擦系數(shù)差；u合理布置傳動機構的結構布局，防止運動部件受扭側力矩而增大摩擦阻力。u采用新型的微量進給原理，如電致伸縮微量進給機構、尺蠖(hu )機構、摩擦驅(qū)動機構等。19傳動精度運動間位置關系精度直線運動精度回轉(zhuǎn)運動精度u機床主軸回轉(zhuǎn)精度的高低，以在規(guī)定測量截面內(nèi)，主軸一轉(zhuǎn)或數(shù)轉(zhuǎn)內(nèi)諸回轉(zhuǎn)中心相對于其平均位置(平均軸線)的變動范圍來衡量。u主軸回轉(zhuǎn)誤差主主軸回轉(zhuǎn)時實際回轉(zhuǎn)軸線與理想回轉(zhuǎn)軸線的偏移量。u主軸回轉(zhuǎn)精度的三種形式b）主軸軸向竄動a）主軸徑向跳動c）主軸角度擺動圖圖4-10主軸回轉(zhuǎn)誤差形式主軸回轉(zhuǎn)誤差形式20p徑向跳動產(chǎn)

9、生徑向跳動的原因主要是軸承副的制造誤差。根據(jù)不同的主軸部件布置情況影響支加工精度。主軸軸承為滑動軸承時，主軸軸頸的誤差將在回轉(zhuǎn)過程中引起軸線產(chǎn)生瞬時變化，造成徑向跳動。圖圖4-11 采用滑動軸承時主軸徑向跳動分析采用滑動軸承時主軸徑向跳動分析21主軸軸承為滾動軸承時，影響徑向跳動的因素：外環(huán)與箱體孔間的配合質(zhì)量內(nèi)環(huán)與主軸軸頸的配合質(zhì)量外環(huán)滾道和內(nèi)環(huán)滾道的圓度外環(huán)滾道對其外圓的同軸度內(nèi)環(huán)滾道對其內(nèi)孔的同軸度軸承裝配引起的受力變形滾動軸承間隙滾動體的形狀及尺寸的一致性由于存在誤差敏感方向，加工不同表面時，主軸徑向跳動所引起的加工誤差也不同。車床上加工外圓、內(nèi)孔時，主軸徑向跳動將引起工件圓度誤差，對

10、工件端面加工無影響。22p軸向竄動滑動軸承主軸的軸向竄動，是主軸軸頸的軸向承載面或主軸軸承的承載面與主軸回轉(zhuǎn)軸線間的垂直度誤差引起的。滾動軸承主軸的軸向竄動決定于止推軸承兩個滾道的精度和滾動體的精度。根據(jù)誤差敏感方向分析，車端面時，主軸的軸向竄動將造成工件端面的平面度誤差及端面相對于內(nèi)、外圓的垂直度誤差；車削螺紋時會造成螺距誤差；主軸的軸向竄動對加工外圓或內(nèi)孔影響不大。a） b）0圖圖4-12 止推軸承端面誤差對主軸軸向竄動止推軸承端面誤差對主軸軸向竄動的影響的影響23p角度擺動角度擺動不僅影響加工表面的圓度誤差，而且影響工件加工表面的圓柱度誤差。車削外圓或內(nèi)孔時，角度擺動會造成錐度誤差；在鏜

11、孔時，會使鏜出的孔為橢圓形。24n提高主軸回轉(zhuǎn)精度的措施選用高精度的軸承，并提高主軸及箱體的制造精度和主軸部件的裝配精度。對高速主軸部件要進行動平衡，對精密滾動軸承要采取預加載荷等工藝措施。采用液體或氣體靜壓軸承，由于無磨損，高剛度（是滾動軸承的56倍），以及對主軸軸頸的形狀誤差的均化作用，可以大幅度地提高主軸回轉(zhuǎn)精度。軸類零件采用雙固定頂尖定位加工，可避開主軸回轉(zhuǎn)精度對加工精度的直接影響，這在精密磨削加工中經(jīng)常使用。在這種情況下，工件頂尖孔的形狀誤差成為影響被加工工件形狀精度的決定因素，必須對其及時地進行修整。25n機床的直線運動精度主要指導軌的導向精度。n準確的直線運動主要取決于：機床導軌

12、的制造精度機床導軌與其工作臺間的接觸精度機床導軌精度包括：導軌在水平面內(nèi)的直線度導軌在垂直面內(nèi)的直線度雙導軌間在垂直方向的平行度接觸精度以相互配合的導軌面間單位面積接觸斑點個數(shù)量。u機床導軌誤差對刀具或工件的直線運動精度有直接影響。它將導致刀尖相對于工件加工表面的位置變化，而對工件的形狀精度產(chǎn)生影響。26XXpx將直接反映在工件加工表面法線方向?qū)⒅苯臃从吃诠ぜ庸け砻娣ň€方向(加工誤差敏感方加工誤差敏感方向向)上，誤差上，誤差R =x，對加工精度影響最大。，對加工精度影響最大。p刀尖在水平面內(nèi)的運動軌跡造成工件軸向形狀誤差。刀尖在水平面內(nèi)的運動軌跡造成工件軸向形狀誤差。u導軌在水平面內(nèi)的直線度

13、27Yp對臥式車床對臥式車床d Y2/d 若設若設Y= = 0.10.1mm, ,d=40=40mm，則則d =0.00025=0.00025mm，影響可忽略不計，影響可忽略不計(加工誤差非敏感方向加工誤差非敏感方向) 。 p而對平面磨床、龍門刨床誤差將直接反映在工件上。而對平面磨床、龍門刨床誤差將直接反映在工件上。u導軌在垂直面內(nèi)的直線度28X 圖圖4-13 導軌扭曲引起的加工誤差導軌扭曲引起的加工誤差HRDBXYu雙導軌間在垂直方向的平行度nBHXRn車床前后縱導軌間存在的 平行度誤差。一般車床H/B2/3，故n對工件加工表面誤差的影響很大。29圖圖4-14 成形運動間位置誤差對外圓和端面

14、車削的影響成形運動間位置誤差對外圓和端面車削的影響fZzzc）HyR0fXZLfdDdxa）b）30圖圖4-15 成形運動間位置誤差對臥鏜內(nèi)孔的影響成形運動間位置誤差對臥鏜內(nèi)孔的影響圖圖4-16 端銑刀對稱銑削時的平面度誤差和移位加工端銑刀對稱銑削時的平面度誤差和移位加工31圖圖4-17 齒輪機床傳動鏈齒輪機床傳動鏈z7 = z8 = 16z1 = 64zn = 96z5 = z6 = 23z3 = z4 = 23bz2 = 16zn-1 = 1icefacd111sinnnjjjnjjjjkktk 以齒輪機床傳動鏈為例：式中 n 傳動鏈末端元件轉(zhuǎn)角誤差； kj 第j 個傳動元件的誤差傳遞系數(shù)

15、，表明第j個傳動元件對末端元件轉(zhuǎn)角誤差影響程度，其數(shù)值等于該元件至末端元件的傳動比； n 傳動鏈末端元件角速度； j 第j 個傳動元件轉(zhuǎn)角誤差的初相角。32圖圖4-18 傳動鏈誤差的頻譜分析傳動鏈誤差的頻譜分析a)nA1A2Aib)(頻率頻率)A(幅值幅值)12i提高傳動精度措施圖圖4-19 絲杠加工誤差補償裝置絲杠加工誤差補償裝置1 工件工件 2 螺母螺母 3 母絲杠母絲杠 4 杠桿杠桿 5 校正尺校正尺 6 觸頭觸頭 7 校正曲線校正曲線3334機械加工中，工藝系統(tǒng)在切削力、夾緊力、傳動力、慣性力和重力等外力的作用下，將產(chǎn)生相應變形, 使工件產(chǎn)生加工誤差。35在加工誤差敏感方向上工藝系統(tǒng)所

16、受外力Fn與變形量之比xFKps式中 Ks工藝系統(tǒng)剛度； Fp車削加工時的背向力； x 工藝系統(tǒng)位移（切削合力作用下的位移）。車削外圓時，nsFK36工藝系統(tǒng)受力變形等于工藝系統(tǒng)各組成部分受力變形之迭加。由此可導出工藝系統(tǒng)剛度與工藝系統(tǒng)各組成部分剛度之間的關系：工工件件夾夾具具刀刀具具機機床床系系kkkkk11111工藝系統(tǒng)剛度的倒數(shù)等于系統(tǒng)各組成環(huán)節(jié)剛度的倒數(shù)工藝系統(tǒng)剛度的倒數(shù)等于系統(tǒng)各組成環(huán)節(jié)剛度的倒數(shù)之和。工藝系統(tǒng)剛度主要取決于薄弱環(huán)節(jié)的剛度。之和。工藝系統(tǒng)剛度主要取決于薄弱環(huán)節(jié)的剛度。37圖圖4-20 車削外圓時的工藝系統(tǒng)受力變形車削外圓時的工藝系統(tǒng)受力變形XHXTXBXFpAABBC

17、CZLFAFBXz22322)1 ()(31)(1)1 (11LzLzEJLKLzKLzKxFKBTHsps(4-18)式中，KH、KT、KB機床床頭、尾座及刀架部件的實測平均剛度； E工件材料彈性模量； J工件截面慣性矩。機床部件的剛度主要受相關零件接合面間的間隙、接觸變形和摩擦力等因素的影響?，F(xiàn)主要依靠實驗測定的方法獲得。工藝系統(tǒng)剛度隨刀具位置的變化而變化，使加工出來的工件產(chǎn)生圓柱度誤差。38圖圖4-21 誤差復映現(xiàn)象誤差復映現(xiàn)象ap1x1ap2x2毛坯外形工件外形由于工藝系統(tǒng)受力變形，使毛坯誤差部分反映到工件上，此種現(xiàn)象稱為“誤差復映”v在工件加工過程中，由于工件毛坯加工余量不勻或工件材

18、料硬度不均，將會引起切削力的變化，使工藝系統(tǒng)的變形發(fā)生變化，從而造成加工誤差。39機械加工中，誤差復映系數(shù)通常小于1。可通過多次走刀，消除誤差復映的影響。123n （4-24）誤差復映程度可用誤差復映系數(shù)來表示，誤差復映系數(shù)與系統(tǒng)剛度成反比。syFBwKfCpFp式中，w工件加工前的誤差；B工件加工后的誤差；CFp徑向切削力系數(shù)； f進給量； yFp進給量對切削力的影響指數(shù)。40提高工件在加工時的剛度a） b）圖圖4-22 薄壁套夾緊變形薄壁套夾緊變形【例1】薄壁套夾緊變形 解決：加開口套提高刀具在加工時的剛度提高機床和夾具的剛度盡量減少連接面數(shù)目，盡可能提高零件配合面的形狀精度，減小表面粗糙

19、度，增大連接時的實際接觸面積，以減少總的接觸變形。裝配時，采取預緊措施，可消除接合面間的間隙和提高接觸剛度。41 龍門銑橫梁變形龍門銑橫梁變形【例】龍門銑橫梁 龍門銑橫梁變形轉(zhuǎn)移龍門銑橫梁變形轉(zhuǎn)移 龍門銑橫梁變形補償龍門銑橫梁變形補償減小部件自重引起的機床結構變形對加工精度的影響 解決1：重量轉(zhuǎn)移 解決2：變形補償42人體溫度輻射熱照明日光環(huán)境溫度外部轉(zhuǎn)換熱摩擦熱磨削熱切削熱內(nèi)部工藝系統(tǒng)熱源在精密加工和大件加工中，工藝系統(tǒng)熱變形引起的加工誤差占總誤差的約4070%。43v 體積大，熱容量大，溫升不高，達到熱平衡時間長v 結構復雜，變形不均勻，對加工精度影響顯著運轉(zhuǎn)時間運轉(zhuǎn)時間 / h0 1 2

20、 3 450150100200位移位移 /m20406080溫升溫升 / YX前軸承溫升車床受熱變形車床受熱變形a） 車床受熱變形形態(tài)車床受熱變形形態(tài)b） 溫升與變形曲線溫升與變形曲線p使機床產(chǎn)生熱變形的熱源主要是摩擦熱、傳動熱和外界熱源傳入熱量。u機床熱變形對加工精度的影響44v 立銑（圖a） 立式銑床、外圓磨床、導軌磨床受熱變形立式銑床、外圓磨床、導軌磨床受熱變形a）銑床受熱變形形態(tài)）銑床受熱變形形態(tài)b）外圓磨床受熱變形形態(tài)）外圓磨床受熱變形形態(tài)c）導軌磨床受熱變形形態(tài)）導軌磨床受熱變形形態(tài)v 外圓磨（圖b）v 導軌磨（圖c） 45u工件熱變形對加工精度的影響機械加工過程中，使工件產(chǎn)生熱變

21、形的熱源主要是切削熱或磨削熱。對于精密零件，環(huán)境溫度變化和日光、取暖設備等外部熱源對工藝系統(tǒng)的局部輻射等也不容忽視。車削或磨削軸類工件外圓時，可近似看成是均勻受熱的情況。工件均勻受熱影響工件的尺寸精度，其變形量(mm)可按下式估算：LL式中：工件材料的熱膨脹系數(shù)1/)； L工件在熱變形方向上的尺寸（mm) ； t工件平均溫升（)。 46圖圖4-23 平板磨削加工時的翹曲變形平板磨削加工時的翹曲變形及其計算及其計算當工件受熱不均時，如磨削零件單一表面，由于工件單面受熱而產(chǎn)生向上翹曲變形y，加工冷卻后將形成中凹的形狀誤差y：HLy82工件長度L越大，厚度H越小，則中凹形狀誤差y就越大。為減小工件的

22、熱變形帶來的加工誤差，應控制工件上下表面的溫差。在精密絲杠磨削加工中，工件的熱伸長將引起螺距的累積誤差。 y/ 4LH47u刀具熱變形對加工精度的影響(min)圖圖4-24 車刀熱變形曲線車刀熱變形曲線連續(xù)切削升溫曲線連續(xù)切削升溫曲線冷卻曲線冷卻曲線間斷切削升溫曲線間斷切削升溫曲線（m）maxb0c0.63max使刀具產(chǎn)生熱變形的熱源主要是切削熱。切削熱傳入刀具的比例雖然不大（車削時約為5左右），但由于刀具體積小，熱容量小，所以刀具切削部分的溫升仍較高。48v 減少切削熱和磨削熱，粗、精加工分開。v潤滑，減少運動部件間的摩擦。v隔離熱源。u減少熱量的產(chǎn)生和傳入u加強散熱能力v 充分冷卻和強制冷

23、卻。u均衡溫度場v 熱對稱結構v 熱補償結構v熱變形方向為非誤差敏感方向u控制環(huán)境溫度v 恒溫v 人體隔離49p機床磨損對加工精度的影響影響機床上工件和工具的運動精度及其相互間的位置關系、速比關系、破壞機床成形運動的原有精度，造成被加工零件的形狀和位置誤差。p刀具磨損對加工精度的影響p夾具磨損對加工精度的影響p量具磨損對加工精度的影響影響被加工表面與定位基準面間的尺寸精度和位置精度。造成工件的尺寸和形狀誤差。影響零件的試切精度，造成加工誤差。50提高導軌耐磨性采用耐磨合金鑄鐵、鑲鋼導軌、貼塑導軌、滾動導軌、導軌表面淬火、合理潤滑等。正確選用刀具材料，減少刀具磨損合理選擇刀具參數(shù)、切削用量，正確

24、地刃磨刀具，合理地使用冷卻潤滑液等。減少夾具磨損提高夾具中易磨損件的耐磨性，并及時磨損更換超限的夾具元件。51未施加任何外力作用情況下，材料內(nèi)部保持平衡而存在的應力。 殘余壓應力殘余拉應力熱塑變形效應：表層張應力，里層壓應力里層金屬彈性恢復：若里層金屬產(chǎn)生壓縮變形，則彈性恢復后表層得到壓應力，里層為張應力表層金屬相變：影響復雜，若切削區(qū)溫度超過相變溫度，則珠光體受熱轉(zhuǎn)變成奧氏體，冷卻后又轉(zhuǎn)變成馬氏體，體積膨脹，表層產(chǎn)生壓應力實際應力狀態(tài)是上述各因素影響的綜合結果52圖圖4-25 鑄件殘余應力引起變形鑄件殘余應力引起變形圖圖4-26 冷校直引起的殘余應力冷校直引起的殘余應力v 設計合理零件結構v

25、必要的熱處理v粗、精加工分開v避免冷校直v 毛坯制造和熱處理產(chǎn)生的殘余應力（圖4-25）v 冷校直帶來的殘余應力(圖4-26)v切削加工帶來的殘余應力5354在順序加工一批工件中，其大小和方向均不改變，或按一定規(guī)律變化的加工誤差。常值系統(tǒng)誤差其大小和方向均不改變。如機床、夾具、刀具的制造誤差，工藝系統(tǒng)在均勻切削力作用下的受力變形，調(diào)整誤差，機床、夾具、量具的磨損等因素引起的加工誤差。變值系統(tǒng)誤差誤差大小和方向按一定規(guī)律變化。如機床、夾具、刀具在熱平衡前的熱變形，刀具磨損等因素引起的加工誤差。加工誤差系統(tǒng)誤差隨機誤差常值系統(tǒng)誤差變值系統(tǒng)誤差55在順序加工一批工件中，其大小和方向隨機變化的加工誤差

26、。 隨機誤差是工藝系統(tǒng)中大量隨機因素共同作用而引起的。 隨機誤差服從統(tǒng)計學規(guī)律。 如毛坯余量或硬度不均，引起切削力的隨機變化而造成的加工誤差；定位誤差；夾緊誤差；殘余應力引起的變形等。56圖圖4-2757正態(tài)分布 式中，y分布的概率密度； x隨機變量； 正態(tài)分布隨機變量總體平均值； 正態(tài)分布隨機變量的標準差。（4-27）2121,02xyex yF（z）圖圖4-28 正態(tài)分布曲線正態(tài)分布曲線( z = 0 )x(z)0z-+58正態(tài)分布 p正態(tài)分布曲線是關于x=的對稱曲線。p當x=時，曲線取得最大值：p在x=處，曲線有拐點；當x，曲線接近x軸，即x軸為分布曲線的漸近線。p若改變值，分布曲線將沿

27、橫坐標移動而不改變其形狀，說明表征分布曲線位置的參數(shù)。p分布曲線的最大值ymax與成反比。 是表征分布曲線形狀的參數(shù)，反映了隨機變量x取值的分散程度。21maxy59正態(tài)分布 圖圖4-29 對正態(tài)分布曲線的影響對正態(tài)分布曲線的影響圖圖4-30 對正態(tài)分布曲線的影響對正態(tài)分布曲線的影響60平均值=0，標準差=1的正態(tài)分布稱為標準正態(tài)分布，記為： x (z) N (, 2 )正態(tài)分布 2121( )2xxF xedx由分布函數(shù)的定義，正態(tài)分布函數(shù)是正態(tài)分布概率密度函數(shù)的積分（4-29）221( )02zzF zed zxz令：將 z 代入上式，則：稱 z 為標準化變量61正態(tài)分布 當z=3時，即x

28、-=3時，隨機變量x落在3范圍內(nèi)的概率為99.7%，落在此范圍以外的概率僅不0.27%。故可以認為正態(tài)分布的隨機變量的分散范圍是3 ，即3原則。6的大小代表了某種加工方法在一定條件下所能達到的加工精度。一般情況下，應使所選擇加工方法的標準差與公差帶T間具有下列關系： 6T62非正態(tài)分布 xy0a）雙峰分布）雙峰分布雙峰分布：兩次調(diào)整下加工的工件或兩臺機床加工的工件混在一起（圖示a） xy0b）平頂分布）平頂分布xy0c）偏向分布）偏向分布平頂分布：工件瞬時尺寸分布呈正態(tài)，其算術平均值近似成線性變化（如刀具和砂輪均勻磨損）（圖示b）偏向分布：如工藝系統(tǒng)存在顯著的熱變形，或試切法加工孔時寧小勿大，

29、加工外圓時寧大勿?。▓D示c） 幾種非正態(tài)分布幾種非正態(tài)分布 63統(tǒng)計分析法是以現(xiàn)場觀察與實際測量所得的數(shù)據(jù)為基礎，應用概率論和統(tǒng)計學原理，確定在一定加工條件下，一批零件加工誤差的大小及其分布情況。此法既可以識別系統(tǒng)的大小與方向，也可識別各種隨機誤差因素對加工精度的綜合影響。適用于調(diào)整法加工的成批、大量生產(chǎn)。通過測量一批零件加工后的實際尺寸，做出尺寸分布曲線，然后按此曲線的位置(相對于理想尺寸)和形狀(分散范圍)判斷這種加工方法產(chǎn)生誤差的性質(zhì)和大小。64(1)計算平均尺寸式中，xi各實測尺寸； n實測零件的總數(shù)。(2)計算常值系統(tǒng)誤差 式中，xM工件的理想尺寸，即公差帶中心值；所測尺寸的算術平均

30、值。xnxxnii1Msxxx常值系統(tǒng)誤差一般可以通過對工藝系統(tǒng)進行適當?shù)恼{(diào)整來消除或減小。圖圖4-31 一批零件加工尺寸分布圖一批零件加工尺寸分布圖65(3)計算隨機誤差(4)確定工序能力系數(shù)一般情況下，工序能力不應低于二級，即CP1。只有當時，才不會出現(xiàn)不合格品。實際工藝能力系數(shù)CPK：niiRnxx12/)(666TCP62sPKTCsT2666 工序能力系數(shù) 工序等級 說 明 CP1.67 特級 工序能力過高1.67 CP 1.33 一級 工序能力足夠1.33 CP 1.00 二級 工序能力勉強1.00 CP 0.67 三級 工序能力不足 0.67 CP 四級 工序能力很差表4-3 工

31、序能力等級工藝能力系數(shù)CP表示工藝過程本身的能力，而實際工藝能力系數(shù)CPK則表示工藝過程滿足加工質(zhì)量要求的能力，是對“工藝過程能力”和“質(zhì)量控制能力”的綜合。67(5)計算不合格品率通常情況下，計算不合格品率需要同時考慮常值系統(tǒng)誤差和隨機誤差。尺寸過大不合格品率：尺寸過小不合格品率：(6)分析減少不合格品的措施p消除常值系統(tǒng)誤差p提高工序能力p增大不合格品的可修復性xxUxxL圖圖4-32 尺寸調(diào)整前后的不合格品率尺寸調(diào)整前后的不合格品率68u逐點點圖在一批零件加工過程中，依次測量每個零件的加工尺寸，并記入以順次加工的零件號不橫坐標、零件加工尺寸為縱坐標的圖表中，便構成了逐點點圖。采用點圖法分

32、析可明顯發(fā)現(xiàn)變值系統(tǒng)誤差。其隨機誤差的分布寬度為6，遠比6小。由于刀具磨損產(chǎn)生變值系統(tǒng)誤差為vs=ntan，則每個零件的系統(tǒng)誤差為s=C+ntan。式中，n零件加工順序號； tan直徑變化斜率； C常值系統(tǒng)誤差。nnRRR2222166圖圖4-33 在車床上用調(diào)整法加工軸頸的點圖在車床上用調(diào)整法加工軸頸的點圖69在點圖上，是小樣本均值的均值線，UCL、LCL是小樣本均值的上、下控制線。在R圖上，是小樣本極差R的均值線，UR是小樣本極差的上控制線。xRxxu 圖xRxxR圖圖4-34 圖圖xRR 圖圖UCL0510樣組序號樣組序號1520LCL0510樣組序號樣組序號1520 x 圖圖LCLUC

33、LixRix70工藝過程穩(wěn)定性 點子正常波動工藝過程穩(wěn)定；點子異常波動工藝過程不穩(wěn)定穩(wěn)定性判別沒有點子超出控制限大部分點子在中心線上下波動，小部分點子靠近控制限點子變化沒有明顯規(guī)律性（如上升、下降傾向，或周期性波動）v 同時滿足為穩(wěn)定u 圖xR點圖反映工藝過程質(zhì)量指標分布中心(系統(tǒng)誤差)的變化，R圖反映工藝過程質(zhì)量指標分散范圍(隨機誤差)的變化，兩圖必須聯(lián)合使用。x7172ohDhDhOBDC圖圖4-35 已加工表面形成過程已加工表面形成過程oVBrn值主要由刀具材料的晶位結構及刃磨質(zhì)量決定。一般情況下，高速鋼切削過程中，后刀面與加工表面間的摩擦擠壓，加劇了加工表面的塑性變形，甚至引起表層的非

34、晶質(zhì)化、纖維化及加工硬化等。圖中O點為切削層金屬的分流點。73圖圖4-36 表面粗糙度表面粗糙度經(jīng)過切(磨)削加工后的表面總會有幾何形狀的不平度，其高度稱為粗糙度。方向的粗糙度速度切削通常所說的粗糙度進給方向的粗糙度粗糙度)(u粗糙度理論(理想)粗糙度把刀具看成純幾何線時，切削刃相對于工件運動所形成表面的微觀不平度，其值取決于殘留面積的大小。實際粗糙度遠大于理論粗糙度74u切削加工表面粗糙度的成因切削加工表面的實際粗糙度是由理論粗糙度、積屑瘤與鱗刺、切削機理的變化、切削刃與工件的相對位置變化(顫振)、切削刃損壞及刀具的邊界磨損等原因造成的。75cotcotmaxrrfR圖圖4-37 車削時殘留

35、面積的高度車削時殘留面積的高度,rrrkkf刀尖圓弧半徑主偏角副偏角進給量frRmaxvfrb）Rmaxfa）vfrr理論粗糙度rfR82max76積屑瘤的影響及其抑制p積屑瘤的形成條件工件方面一般切塑性材料且呈帶狀切屑時才有可能形成積屑瘤。刀具方面刀具前角o=0或較小或o0，刀具刃磨質(zhì)量不佳，刃口附近的前后刀面粗糙度值較大、切削刃不平整，易形成積屑瘤。切削條件方面切削速度vc中等，進給量 f (或切削厚度hD)較大，不用切削液或切削液不起潤滑減摩作用時，易形成積屑瘤。圖圖4-38積屑瘤與過切量積屑瘤與過切量hD 77 形成過切，造成犁溝，影響加工精度,增大了表面粗糙度。 積屑瘤頂部周期性地生

36、成與脫落，部分碎片鑲嵌在已加工表面上，影響了表面質(zhì)量。p積屑瘤對表面質(zhì)量的影響積屑瘤的影響及其抑制鱗刺的影響在切削過程中，由于切屑在前刀面上的摩擦和冷焊作用，使切屑在前刀面上產(chǎn)生周期停留，從而擠拉剛加工過的表面，嚴重時使表面出現(xiàn)撕裂現(xiàn)象，在已加工表面上形成鱗片狀毛刺，使表面粗糙不平。是塑性金屬材料精加工的一在障礙78切削機理的變化圖圖4-39 非連續(xù)性切屑及加工表面非連續(xù)性切屑及加工表面圖圖4-40 切削刃兩側工件材料的隆起現(xiàn)象切削刃兩側工件材料的隆起現(xiàn)象79切削刃工件相對位置變化(顫振)切削刃損壞及刀具邊界磨損運動機構的跳動和切削過程的波動，均會使刀具與工件間的位置發(fā)生變化，從而使切削厚度、

37、寬度發(fā)生變化。這些變化的不穩(wěn)定因素會引起工藝系統(tǒng)的自激振動，使相對位置變化的振幅加大，引起背刀量變化,即表面粗糙度值加大。圖圖4-43 刀具邊界磨損及凸起刀具邊界磨損及凸起80u切削加工表面粗糙度的控制刀具方面u適當?shù)販p小r， r，或增大r，以減小殘留面積高度Rmax，即減小表面粗糙度。u增大o，使塑性變形減小，也可抑制積屑瘤和鱗刺的生成。u采用稍大于f 的修光刀(r=0)能減小Rmax。u提高刀面和切削刃和刃磨質(zhì)量，減小刀面和切削刃的表面粗糙度，減小與加工表面間的摩擦及表面粗糙度的復映，有利于抑制積屑瘤和鱗刺的生成。u采用能減小與鋼摩擦的TiN、TiC涂層刀具，以減小粘結以及積屑瘤和鱗刺的生

38、成。u嚴格控制刀具磨損值輥后刀面磨損和邊界磨損，要換刀。81u切削加工表面粗糙度的控制工件方面加工塑性較大的低碳鋼時，可預先將工件進行調(diào)質(zhì)處理，提高其硬度、降低塑性，可以抑制積屑瘤和鱗刺的生成，減小表面粗糙度。切削條件方面u切削中碳鋼時可降低切削速度(vc30m/min)，以避開積屑瘤生長區(qū)。u減小進給量f，不僅減小了殘留面積高度Rmax，也減小了刀-屑接觸區(qū)的法向力，避免刀-屑間的粘結，從而可抑制積屑瘤和鱗刺的生成。u采用加工切削或低溫切削，以避免積屑瘤和鱗刺的生成。u使用性能好的切削液，減小摩擦抑制積屑瘤和鱗刺的生成，以減小Ra。u防止機床加工系統(tǒng)的高頻振動，也可減小表面粗糙度。82磨削表

39、面粗糙度有沿磨削速度方向和垂直于磨削速度方向。通常所說的磨削表面粗糙度是指垂直于磨削速度方向的。磨削表面粗糙度)2()2(32maxswswacwRRRRfBmvvR式中，vc、vw分別表示砂輪和工件的速度；Rs、Rw分別表示砂輪和工件的半徑；m砂輪圓周單位長度的磨粒數(shù)，與粒度有關：粒度號越大，m值越大； B/fn砂輪寬度與軸向進給量之比。83減小磨削表面粗糙度可采取的措施u采用粒度號大的砂輪，磨粒細，m值增大，Ra減小，但磨粒不宜太細，否則會造成砂輪，使Ra增大。u提高砂輪速度vc或降低工件速度vw，即vc/vw比值增大，可使Ra減小。u使用直徑較大砂輪可使Ra減小。u加工砂輪寬度B，使得參

40、加工件的磨粒增多，每顆磨粒的磨削量將減少。u增大徑向進給量fr(或磨削深度ap)，會使表面粗糙度值增大。u提高砂輪修整質(zhì)量，可使Ra減小。84圖圖4-45 磨削用量對表面粗糙度的影響磨削用量對表面粗糙度的影響vw = 40(m/min)f = 2.36(m /min)ap = 0.01(mm)v = 50(m/s)f = 2.36(m /min)ap = 0.01(mm)v(m/s), vw(m/min)Ra(m)0304050600.51.0ap(mm)00.010.40.8Ra(m)00.20.60.020.030.04圖圖4-43 vc，vwRa關系關系減小磨削表面粗糙度可采取的措施85

41、已加工表面表層金屬硬度高于里層金屬硬度的現(xiàn)象加工表面嚴重變形層內(nèi)金屬晶格拉長、擠緊、扭曲、碎裂，使表層組織硬化硬化程度00100%HHNH（4-45）式中 H 硬化層顯微硬度（HV）； H0 基體層顯微硬度（HV）。硬化層深度指硬化層深入基體的距離hd（m）86距表面深度距表面深度HVH0hiH0圖圖4-47 加工硬化與表面深度的關系加工硬化與表面深度的關系刀具方面u刀具幾何參數(shù)o、o和rnu刀具磨損VB， hd u刀具刃磨質(zhì)量。工件方面u工件材料硬度越低、塑性增大，加工硬化N和加工硬化層hd 。切削條件方面u切削用量vc、f、 apu切削液加工硬化控制加工硬化措施選擇較大的o、o和rn合理確

42、定VB提高刃磨質(zhì)量合理選擇切削用量，盡可能選擇較高的vc和較小的f使用性能好的切削液。87未施加任何外力作用情況下，材料內(nèi)部保持平衡而存在的應力。刀具方面u刀具幾何參數(shù)o對殘余應力有很大影響。u刀具磨損VB，熱應力引起加工表面為殘余拉應力工件方面u工件材料塑性越大，殘余拉應力。切脆性材料時，加工表面易產(chǎn)生壓應力切削條件方面u切削速度vc和進給量 f 對殘余應力的影響較大。88工件表層溫度達到或超過金屬材料相變溫度時，表層金相組織、顯微硬度發(fā)生變化，并伴隨殘余應力產(chǎn)生，同時出現(xiàn)彩色氧化膜的現(xiàn)象。磨削燒傷的種類u回火燒傷回火燒傷當當磨削區(qū)溫度超過馬氏體轉(zhuǎn)變溫度而未達到相變磨削區(qū)溫度超過馬氏體轉(zhuǎn)變溫

43、度而未達到相變溫度時，此時表層金相組織將由原來的馬氏體組織轉(zhuǎn)變?yōu)橛捕葴囟葧r，此時表層金相組織將由原來的馬氏體組織轉(zhuǎn)變?yōu)橛捕容^低的回火組織較低的回火組織(索氏體或屈氏體索氏體或屈氏體)，這種現(xiàn)象稱為回火燒傷。，這種現(xiàn)象稱為回火燒傷。u淬火燒傷淬火燒傷當當磨削區(qū)溫度超過相變溫度時，由于磨削液的冷磨削區(qū)溫度超過相變溫度時，由于磨削液的冷卻作用，工件最外層金屬會出現(xiàn)二次淬火卻作用，工件最外層金屬會出現(xiàn)二次淬火,形成二次淬火馬氏體形成二次淬火馬氏體組織。其硬度比原馬氏體高組織。其硬度比原馬氏體高,但很薄但很薄,其下因冷卻過慢則形成了比其下因冷卻過慢則形成了比原回火馬氏體硬度低得多的過回火組織。此現(xiàn)象為淬

44、火燒傷。原回火馬氏體硬度低得多的過回火組織。此現(xiàn)象為淬火燒傷。u退火燒傷退火燒傷當磨削不用磨削液量，工件表面的磨削溫度會超當磨削不用磨削液量，工件表面的磨削溫度會超過相變溫度，由于工件冷卻十分緩慢過相變溫度，由于工件冷卻十分緩慢,磨后表面硬度大大降低。磨后表面硬度大大降低。這種現(xiàn)象稱為退火燒傷。這種現(xiàn)象稱為退火燒傷。89磨削表面殘余拉應力達到材料強度極限，在表層或表面層下產(chǎn)生微裂紋。裂紋方向常與磨削方向垂直或呈網(wǎng)狀，常與燒傷同時出現(xiàn) 圖圖4-60 帶空氣擋板冷卻噴嘴帶空氣擋板冷卻噴嘴9091v 影響加工表面粗糙度，振動頻率較低時會產(chǎn)生波度v 影響生產(chǎn)效率 v 加速刀具磨損，易引起崩刃v 影響機床、夾具的使用壽命v 產(chǎn)生噪聲污染，危害操作者健康強迫振動自激振動92v 由外界周期性的干擾力（激振力）作用引起v 強迫振動振源：機外機內(nèi)。機外振源均通過地基把振動傳給機床。機內(nèi)： 1）回轉(zhuǎn)零部件質(zhì)量的不平衡 2）機床傳動件的制造誤差和缺陷 3）切削過程中的沖擊v 強迫振動本身不能引起干擾力的變化。v頻率特征：與干擾力的頻率相同，或是干擾力頻率整倍數(shù)。v 幅值特征：與干擾力幅值、工藝系