第4章機械加工質量

1、2022-6-13機械工程學院 機械制造基礎1機械制造技術基礎（一）機械制造技術基礎（一） 金屬切削加工的基礎知識金屬切削加工的基礎知識 金屬切削機床及各種加工方法金屬切削機床及各種加工方法 機械加工工藝規(guī)程的制訂機械加工工藝規(guī)程的制訂 典型零件加工典型零件加工金屬切削原理與刀具金屬切削原理與刀具、金屬切削機床金屬切削機床、機械制機械制造工藝學造工藝學、機床夾具設計機床夾具設計和和公差配合與技術測量公差配合與技術測量等課程進行有機整合等課程進行有機整合 2022-6-13機械工程學院 機械制造基礎2機械制造技術基礎（二）機械制造技術基礎（二） 機械加工質量機械加工質量 機械裝配工藝機械裝配工藝

2、 機床夾具設計原理機床夾具設計原理 現代制造技術現代制造技術教材：教材：機械制造技術基礎機械制造技術基礎，袁軍堂，袁軍堂 編編2022-6-13機械工程學院 機械制造基礎3第第6章章 機械加工質量機械加工質量 機械加工精度機械加工精度 概述概述 獲得加工精度的方法獲得加工精度的方法 工藝系統(tǒng)幾何誤差工藝系統(tǒng)幾何誤差 工藝系統(tǒng)受力變形工藝系統(tǒng)受力變形 工藝系統(tǒng)熱變形工藝系統(tǒng)熱變形 工件內應力引起的變形工件內應力引起的變形 加工誤差的綜合加工誤差的綜合 保證和提高加工精度的途徑保證和提高加工精度的途徑 加工表面質量加工表面質量 表面質量的基本概念表面質量的基本概念 影響加工表面粗糙度主要因素及其控

3、制影響加工表面粗糙度主要因素及其控制 影響表面物理、力學性能的因素及其控制影響表面物理、力學性能的因素及其控制2022-6-134加工精度及其影響因素加工精度及其影響因素加工精度的概念加工精度的概念1. 加工精度：加工精度：是指零件加工后，其幾何參數的實際數值是指零件加工后，其幾何參數的實際數值與圖紙規(guī)定的設計數值相符合的程度。加工精度包括：與圖紙規(guī)定的設計數值相符合的程度。加工精度包括：相互位置精度相互位置精度尺寸精度尺寸精度幾何形狀精度幾何形狀精度2022-6-135加工精度及其影響因素加工精度及其影響因素尺寸精度：尺寸精度：加工表面的實際尺寸與設計尺寸的尺寸誤差加工表面的實際尺寸與設計尺

4、寸的尺寸誤差不超過一定的尺寸公差范圍。不超過一定的尺寸公差范圍。國標中尺寸公差分國標中尺寸公差分2020級。級。相互位置精度：相互位置精度：加工表面的實際幾何要素對由基準確定加工表面的實際幾何要素對由基準確定方向或位置的理想幾何要素的變動量。方向或位置的理想幾何要素的變動量。在國標中位置公在國標中位置公差有八項：平行度、垂直度、傾斜度、同軸度、對稱度、差有八項：平行度、垂直度、傾斜度、同軸度、對稱度、位置度、圓跳動、全跳動。位置度、圓跳動、全跳動。幾何形狀精度：幾何形狀精度：加工表面的實際幾何要素對理想幾何加工表面的實際幾何要素對理想幾何要素的變動量不超過一定公差范圍。要素的變動量不超過一定公

5、差范圍。在國標中形狀公在國標中形狀公差有六項：直線度、平面度、圓度、圓柱度、線輪廓差有六項：直線度、平面度、圓度、圓柱度、線輪廓度、面輪廓度。度、面輪廓度。2022-6-136加工精度及其影響因素加工精度及其影響因素2. 加工誤差：加工誤差：是指零件加工后，其幾何參數的實際數值是指零件加工后，其幾何參數的實際數值與圖紙規(guī)定的設計數值不符合的程度，即實際數值與與圖紙規(guī)定的設計數值不符合的程度，即實際數值與設計數值之差。設計數值之差。產生加工誤差的原因？2022-6-1373. 3. 原始誤差的來源及其與加工誤差的關系原始誤差的來源及其與加工誤差的關系(1) 原始誤差：原始誤差：包括機床、夾具、刀

6、具及工件在內的機包括機床、夾具、刀具及工件在內的機械加工工藝系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的誤差，是造成零件加工誤差械加工工藝系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的誤差，是造成零件加工誤差的工藝因素。的工藝因素。工藝系統(tǒng)機床工藝系統(tǒng)機床+ +夾具夾具+ +刀具刀具+ +工件工件2022-6-138(2) （工藝系統(tǒng)）原始誤差的來源（工藝系統(tǒng)）原始誤差的來源工藝系統(tǒng)的制工藝系統(tǒng)的制造誤差及磨損造誤差及磨損工藝系統(tǒng)的力、工藝系統(tǒng)的力、熱效應引起的熱效應引起的變形變形加工過程其他加工過程其他原始誤差原始誤差機床的制造誤差及磨損（主軸、導軌、傳動鏈）機床的制造誤差及磨損（主軸、導軌、傳動鏈）夾具的制造誤差及磨損（定位、對刀、分度等）夾具的制造誤差

7、及磨損（定位、對刀、分度等）刀具的制造誤差及磨損刀具的制造誤差及磨損工藝系統(tǒng)受力變形（切削、夾緊、慣性力等）工藝系統(tǒng)受力變形（切削、夾緊、慣性力等）工藝系統(tǒng)熱變形（切削熱、摩擦熱、其他熱等）工藝系統(tǒng)熱變形（切削熱、摩擦熱、其他熱等）工件殘余應力引起的變形（變形、金相組織等）工件殘余應力引起的變形（變形、金相組織等）加工原理誤差（近似的成形運動、刀具刃形等）加工原理誤差（近似的成形運動、刀具刃形等）工件定位誤差（定位方案本身）工件定位誤差（定位方案本身）調整誤差（安裝、測量工具、試切與實切參數差異）調整誤差（安裝、測量工具、試切與實切參數差異）測量誤差（測量方法、環(huán)境條件、人為因素等）測量誤差（

8、測量方法、環(huán)境條件、人為因素等）3. 3. 原始誤差的來源及其與加工誤差的關系原始誤差的來源及其與加工誤差的關系2022-6-139(3) 原始誤差與加工誤差的關系原始誤差與加工誤差的關系原始誤差對加工誤差的影響表現為其在工序尺寸上的原始誤差對加工誤差的影響表現為其在工序尺寸上的分量的大小。分量的大小。誤差敏感方向：誤差敏感方向：原始誤差對加工精度影響最大的方向。原始誤差對加工精度影響最大的方向。誤差不敏感方向：誤差不敏感方向：原始誤差對加工精度影響最小的方原始誤差對加工精度影響最小的方向。向。3. 3. 原始誤差的來源及其與加工誤差的關系原始誤差的來源及其與加工誤差的關系2022-6-131

9、0機械加工精度的獲得方法機械加工精度的獲得方法（2）調整法：）調整法：通過預調好的機床、夾具、刀具、工件，通過預調好的機床、夾具、刀具、工件，在加工中自行獲得尺寸精度。在加工中自行獲得尺寸精度。（3）定尺寸刀具法：）定尺寸刀具法：用一定形狀和尺寸的刀具加工獲用一定形狀和尺寸的刀具加工獲得。得。（4）自動控制法：）自動控制法：用一定測量、進給控制裝置，邊加用一定測量、進給控制裝置，邊加工邊自動測量控制加工。工邊自動測量控制加工。l. 尺寸精度的獲得方法尺寸精度的獲得方法（1）試切法：）試切法：試切試切測量測量調整調整再試切再試切2022-6-1311機械加工精度的獲得方法機械加工精度的獲得方法2

10、. 形狀精度的獲得方法形狀精度的獲得方法(1) 成形運動法成形運動法 （1）軌跡法）軌跡法 ：利用刀具與工件間的相對運動軌跡來獲得利用刀具與工件間的相對運動軌跡來獲得形狀。形狀。（2）成形刀具法：）成形刀具法：利用成形刀具加工獲得表面形狀。利用成形刀具加工獲得表面形狀。（3）展成法：）展成法：利用刀具與工件相對運動使工件被刀具切利用刀具與工件相對運動使工件被刀具切削成一定形狀的包絡線。削成一定形狀的包絡線。（4）相切法。相切法。刀具邊旋轉邊作軌跡運動。刀具邊旋轉邊作軌跡運動。(2) 非成形運動法：非成形運動法：人工修配、樣板加工、劃線加工等。人工修配、樣板加工、劃線加工等。2022-6-131

11、23. 位置精度的獲得方法位置精度的獲得方法(由機床、夾具精度和工件安裝精由機床、夾具精度和工件安裝精度來保證度來保證）（1）一次裝夾獲得法）一次裝夾獲得法 （2）多次裝夾獲得法）多次裝夾獲得法裝夾的方式：裝夾的方式：直接找正裝夾、劃線找正裝夾、夾具裝夾。直接找正裝夾、劃線找正裝夾、夾具裝夾。機械加工精度的獲得方法機械加工精度的獲得方法2022-6-1313工藝系統(tǒng)的幾何誤差工藝系統(tǒng)的幾何誤差1. 1. 機床誤差機床誤差 機床精度取決于其制造精度、裝配精度及磨損情況，機床精度取決于其制造精度、裝配精度及磨損情況，其中對加工精度影響最大的是其中對加工精度影響最大的是主軸誤差主軸誤差、導軌誤差導軌

12、誤差等。等。 主軸幾何偏心主軸幾何偏心 主軸主軸回轉誤差回轉誤差（主軸軸線漂移）（主軸軸線漂移）純徑向跳動：純徑向跳動：車削外圓、鏜孔車削外圓、鏜孔時產生圓度誤差。時產生圓度誤差。純軸向竄動：純軸向竄動：車端面產生平面車端面產生平面度誤差；車螺紋產生螺距小周度誤差；車螺紋產生螺距小周期誤差。期誤差。純角度擺動：純角度擺動：產生圓柱度或端產生圓柱度或端面形狀誤差。面形狀誤差。主軸誤差主軸誤差2022-6-1314工藝系統(tǒng)的幾何誤差工藝系統(tǒng)的幾何誤差主軸幾何偏心（主軸幾何偏心（主軸的回轉中心的偏差主軸的回轉中心的偏差）車床上，與定位基準面間產生同軸度、垂直度等位置誤差；車床上，與定位基準面間產生同

13、軸度、垂直度等位置誤差；鏜床和鉆床會造成孔徑的擴大。鏜床和鉆床會造成孔徑的擴大。2022-6-1315 主軸回轉誤差主軸回轉誤差（主軸軸線漂移）：（主軸軸線漂移）： 純徑向跳動：純徑向跳動：車削外圓、鏜孔時產生圓度誤差。車削外圓、鏜孔時產生圓度誤差。 純軸向竄動：純軸向竄動：車端面產生平面度誤差；車螺紋產生螺車端面產生平面度誤差；車螺紋產生螺距小周期誤差。距小周期誤差。 純角度擺動：純角度擺動：產生圓柱度或端面形狀誤差。產生圓柱度或端面形狀誤差。工藝系統(tǒng)的幾何誤差工藝系統(tǒng)的幾何誤差2022-6-1316 主軸誤差對加工精度的影響要具體情況具體分析主軸誤差對加工精度的影響要具體情況具體分析 相同

14、的誤差對于不同加相同的誤差對于不同加工方法影響各不相同。工方法影響各不相同。例如：鏜床鏜孔時刀具隨例如：鏜床鏜孔時刀具隨機床主軸回轉，切削力和機床主軸回轉，切削力和誤差敏感方向也在旋轉，誤差敏感方向也在旋轉，軸線的漂移會直接反映到軸線的漂移會直接反映到工件上去。工件上去。 車削是工件回轉，切車削是工件回轉，切削力和誤差敏感方向不削力和誤差敏感方向不變，只有水平方向誤差變，只有水平方向誤差才才1:1地反映到工件上。地反映到工件上。2022-6-1317 提高主軸回轉精度的措施提高主軸回轉精度的措施:（1）提高主軸部件的制造精度，選用高精度滾動軸承或采用）提高主軸部件的制造精度，選用高精度滾動軸承

15、或采用動壓、靜壓軸承（剛度高、回轉精度高）；動壓、靜壓軸承（剛度高、回轉精度高）；（2）對滾動軸承進行預緊，以消除間隙或產生微量過盈，提）對滾動軸承進行預緊，以消除間隙或產生微量過盈，提高軸承剛度。高軸承剛度。（3）采用合理的工藝方法來消除主軸回轉精度對加工精度的）采用合理的工藝方法來消除主軸回轉精度對加工精度的影響，主軸只起傳遞動力和運動的作用。影響，主軸只起傳遞動力和運動的作用。 例：采用固定頂尖定位加工，工件軸線不變。例：采用固定頂尖定位加工，工件軸線不變。 采用電磁無心磨削加工，工件與主軸之間有偏心量產采用電磁無心磨削加工，工件與主軸之間有偏心量產生傳遞扭矩，切削力與電磁力合力使工件緊

16、貼在可調支承，生傳遞扭矩，切削力與電磁力合力使工件緊貼在可調支承，主軸轉動與工件定位無關。主軸轉動與工件定位無關。2022-6-1318(2) 導軌誤差：導軌誤差：對加工誤差的影響（以車削為例）對加工誤差的影響（以車削為例）直線度誤差直線度誤差：yR 水平面內：水平面內：RzR22 垂垂直直面面內內：BHy 導軌扭曲：導軌扭曲：工藝系統(tǒng)的幾何誤差工藝系統(tǒng)的幾何誤差2022-6-1319(3) 機床傳動鏈誤差機床傳動鏈誤差工藝系統(tǒng)的幾何誤差工藝系統(tǒng)的幾何誤差 傳動鏈中各傳動元件如齒輪、渦輪、渦桿、絲杠、傳動鏈中各傳動元件如齒輪、渦輪、渦桿、絲杠、螺母等的制造誤差、裝配誤差和磨損等螺母等的制造誤差

17、、裝配誤差和磨損等 傳動鏈誤差將影響螺紋的導程、齒輪的分度精度等。傳動鏈誤差將影響螺紋的導程、齒輪的分度精度等。2022-6-13202. 刀具誤差刀具誤差 展成法：展成法：加工表面是無數刀刃軌跡的包絡面，刀刃形狀為加加工表面是無數刀刃軌跡的包絡面，刀刃形狀為加工表面的共扼曲線，刀具誤差會影響加工表面的形狀誤差。工表面的共扼曲線，刀具誤差會影響加工表面的形狀誤差。 軌跡法：軌跡法：工件表面是刀尖與工件相對運動軌跡的包絡面。工件表面是刀尖與工件相對運動軌跡的包絡面。刀具誤差包括刀刃廓形制造、刃磨誤差及刀具安裝誤差。刀具誤差包括刀刃廓形制造、刃磨誤差及刀具安裝誤差。 成形法：成形法：刀具表面廓形刀

18、具表面廓形“復印復印”到加工表面上。安裝誤差也到加工表面上。安裝誤差也直接影響加工表面形狀精度。直接影響加工表面形狀精度。例如：車削螺紋，車刀安裝偏高或例如：車削螺紋，車刀安裝偏高或偏低，三角形牙型輪廓會變成雙曲線。偏低，三角形牙型輪廓會變成雙曲線。 定尺寸刀具：定尺寸刀具：如鉆頭、鉸刀、拉刀等，尺寸、形狀直接影響如鉆頭、鉸刀、拉刀等，尺寸、形狀直接影響工件尺寸和形狀精度。工件尺寸和形狀精度。 刀具磨損：刀具磨損：直接影響刀具的尺寸、形狀等。直接影響刀具的尺寸、形狀等。工藝系統(tǒng)的幾何誤差工藝系統(tǒng)的幾何誤差2022-6-13213. 夾具制造誤差夾具制造誤差定位元件、刀具導向裝置、對刀裝置、分度

19、機構定位元件、刀具導向裝置、對刀裝置、分度機構以及夾具體等零件及組件的制造誤差、組裝位置以及夾具體等零件及組件的制造誤差、組裝位置誤差，引起加工表面尺寸及位置誤差。誤差，引起加工表面尺寸及位置誤差。夾具制造誤差主要是：夾具制造誤差主要是：夾具磨損引起的定位誤差。夾具磨損引起的定位誤差。工藝系統(tǒng)的幾何誤差工藝系統(tǒng)的幾何誤差2022-6-13224. 工件的裝夾誤差工件的裝夾誤差裝夾不正確、裝夾變形等裝夾不正確、裝夾變形等測量是對加工的引導，測量方法、原理的誤差均會測量是對加工的引導，測量方法、原理的誤差均會造成誤導。造成誤導。5. 測量誤差測量誤差工藝系統(tǒng)的幾何誤差工藝系統(tǒng)的幾何誤差2022-6

20、-1323內容回顧內容回顧控制控制加工精度加工精度加工誤差加工誤差實現實現原始誤差原始誤差工藝系統(tǒng)的幾何誤差工藝系統(tǒng)的幾何誤差工藝系統(tǒng)的受力變形工藝系統(tǒng)的受力變形工藝系統(tǒng)的熱變形工藝系統(tǒng)的熱變形工件的內應力工件的內應力2022-6-1324工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響 1. 工藝系統(tǒng)受力變形分析工藝系統(tǒng)受力變形分析 機械加工過程中，在重力、切削力、慣性力、傳動力機械加工過程中，在重力、切削力、慣性力、傳動力等外力作用下，工藝系統(tǒng)都會變形，破壞刀具與工件間的等外力作用下，工藝系統(tǒng)都會變形，破壞刀具與工件間的正確位置，從而產生加工誤差。正確位置，從而產生加工誤差

21、。 剛度剛度：指加到系統(tǒng)上的作用力：指加到系統(tǒng)上的作用力P與由它產生的在作用與由它產生的在作用力方向上的位移力方向上的位移y的比值。即的比值。即K=P/y 工藝系統(tǒng)的剛度工藝系統(tǒng)的剛度：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Py與工件在與工件在Py方向的位移之比值。方向的位移之比值。Ks=Py/y2022-6-1325lxxlEJFyy22)(3 根據材料力學計算，根據材料力學計算，兩頂尖加工工件簡化兩頂尖加工工件簡化為簡支梁：為簡支梁：工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響2022-6-1326 實際上，除了工件的變形之外，還有機床的變實際上，除

22、了工件的變形之外，還有機床的變形、夾具的變形、刀具的變形等。即：形、夾具的變形、刀具的變形等。即：工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響 工藝系統(tǒng)剛度的一般形式：工藝系統(tǒng)剛度的一般形式：2022-6-13272. 工藝系統(tǒng)受力對加工精度的影響工藝系統(tǒng)受力對加工精度的影響（1）切削力對加工精度的影響）切削力對加工精度的影響誤差復?。赫`差復?。河行螤钫`差（或相互位置誤差）的工件毛坯，有形狀誤差（或相互位置誤差）的工件毛坯，在加工后，因加工余量不均，切削力變化，使工藝系統(tǒng)產在加工后，因加工余量不均，切削力變化，使工藝系統(tǒng)產生了相應的變形，其形狀誤差（或位置誤差）仍以與毛坯生

23、了相應的變形，其形狀誤差（或位置誤差）仍以與毛坯相似的形式、程度不同地反映在新的加工表面上。工件誤相似的形式、程度不同地反映在新的加工表面上。工件誤差差w對毛坯誤差對毛坯誤差 m的復印程度稱為誤差復印系數的復印程度稱為誤差復印系數。即即 = w / m工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響 為小于為小于1的正數，每次切削的復印系數為的正數，每次切削的復印系數為 1 ， 2 ， 3最終誤差復印系數為最終誤差復印系數為= 1 2 3 1，故切削次數越多誤差越，故切削次數越多誤差越小。小。2022-6-1328例：車削加工短圓柱毛坯，該毛坯例：車削加工短圓柱毛坯，該毛坯有圓

24、度誤差（橢圓），這時系統(tǒng)剛有圓度誤差（橢圓），這時系統(tǒng)剛度可即近似看成常數。因此切削過度可即近似看成常數。因此切削過程中背吃刀量在不斷變化，從而導程中背吃刀量在不斷變化，從而導致系統(tǒng)的變形量也隨之而變，最終致系統(tǒng)的變形量也隨之而變，最終加工后的表面仍為橢圓。加工后的表面仍為橢圓。 （1）切削力對加工精度的影響）切削力對加工精度的影響2022-6-13292. 工藝系統(tǒng)受力對加工精度的影響工藝系統(tǒng)受力對加工精度的影響（2）切削力過程中受力點位置變化引起的工件形狀誤差）切削力過程中受力點位置變化引起的工件形狀誤差車削細長工件車削細長工件細長工件剛度低，切削時工件產生彎曲變形而讓刀，細長工件剛度低，

25、切削時工件產生彎曲變形而讓刀，且不同的部位變形程度不同，加工工件為腰鼓形。且不同的部位變形程度不同，加工工件為腰鼓形。lxxlEJFyy22)(32022-6-1330 車削短而粗的剛性軸車削短而粗的剛性軸 短軸剛度高，切削時工藝系統(tǒng)（主要是機床）的各部分短軸剛度高，切削時工藝系統(tǒng)（主要是機床）的各部分剛度不等，不同的部位變形程度不同而讓刀，加工工件剛度不等，不同的部位變形程度不同而讓刀，加工工件為馬鞍形，且最小直徑出現在中間靠近剛度高的一側。為馬鞍形，且最小直徑出現在中間靠近剛度高的一側。（2）切削力過程中受力點位置變化引起的工件形狀誤差）切削力過程中受力點位置變化引起的工件形狀誤差2022

26、-6-1331 慣性力引起加工誤差慣性力引起加工誤差單爪撥盤產生離心力而產生定位端面位置誤差；傳遞力單爪撥盤產生離心力而產生定位端面位置誤差；傳遞力矩與切削力矩平衡，半徑方向變形是切削力與傳動力產矩與切削力矩平衡，半徑方向變形是切削力與傳動力產生位移量代數和，相加后結果為：心臟線輪廓。生位移量代數和，相加后結果為：心臟線輪廓。2. 工藝系統(tǒng)受力對加工精度的影響工藝系統(tǒng)受力對加工精度的影響（3）其他力引起的加工誤差）其他力引起的加工誤差 夾緊變形夾緊變形 重力變形重力變形2022-6-1332 縮短切削力作用點和支承點的距離，也可使用輔助支縮短切削力作用點和支承點的距離，也可使用輔助支承提高零件

27、剛度。承提高零件剛度。 合理使用機床：合理使用機床：懸伸長度短、運動間隙小、不運動部件懸伸長度短、運動間隙小、不運動部件要鎖緊。要鎖緊。 其它措施：其它措施：補償系統(tǒng)受力變形、轉移誤差敏感方向、轉補償系統(tǒng)受力變形、轉移誤差敏感方向、轉移誤差等。移誤差等。3. 減小工藝系統(tǒng)受力變形的措施減小工藝系統(tǒng)受力變形的措施提高工藝系統(tǒng)的剛度：提高工藝系統(tǒng)的剛度：包括結構剛度、連接剛度、接觸包括結構剛度、連接剛度、接觸剛度等。剛度等?？刂剖芰Υ笮『头较颍嚎刂剖芰Υ笮『头较颍和ㄟ^合理選擇切削參數、刀具角通過合理選擇切削參數、刀具角度控制切削力或分力的大小，也可利用對稱性抵消作用度控制切削力或分力的大小，也可利

28、用對稱性抵消作用力；改變切削力的方向，避開誤差敏感方向。力；改變切削力的方向，避開誤差敏感方向。采用合理的裝夾和加工方式采用合理的裝夾和加工方式。2022-6-1333立軸轉塔車床刀架轉位誤差的轉移立軸轉塔車床刀架轉位誤差的轉移2022-6-1334例：例：1. 工件剛度極大，床頭剛度大于床尾，分析加工后工件剛度極大，床頭剛度大于床尾，分析加工后加工表面形狀誤差。加工表面形狀誤差。 (a) 左小右大錐形左小右大錐形(b) 形成內凹端面形成內凹端面(c) 馬鞍形，小徑靠床頭馬鞍形，小徑靠床頭 分析分析2022-6-1335例：例：2. 車削工件，產生圖示誤差，分析主要原因。車削工件，產生圖示誤差

29、，分析主要原因。錐形：錐形：導軌與主軸不平行、刀具磨損導軌與主軸不平行、刀具磨損(b) 腰鼓形：腰鼓形：工件剛性差，產生讓刀工件剛性差，產生讓刀(c) 馬鞍形：馬鞍形：工件剛性好，機床兩端剛性差。工件剛性好，機床兩端剛性差。分析分析2022-6-1336工藝系統(tǒng)熱變形工藝系統(tǒng)熱變形1. 工藝系統(tǒng)熱源：工藝系統(tǒng)熱源： 切削熱、傳動系統(tǒng)摩擦能耗發(fā)熱、派生熱源（切屑、切削熱、傳動系統(tǒng)摩擦能耗發(fā)熱、派生熱源（切屑、冷卻液落在床身上）、外部熱源。冷卻液落在床身上）、外部熱源。切削熱切削熱摩擦熱摩擦熱環(huán)境溫度環(huán)境溫度熱輻射（陽光、燈光等）熱輻射（陽光、燈光等）內部熱源內部熱源外部熱源外部熱源工件和刀具變形

30、工件和刀具變形機床機床(運動副等）變運動副等）變形形2022-6-1337工件的熱變形工件的熱變形工藝系統(tǒng)熱變形工藝系統(tǒng)熱變形線膨脹系數2022-6-1338工藝系統(tǒng)熱變形工藝系統(tǒng)熱變形2. 工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響：工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響： （1）機床由于各部分受熱不均勻，發(fā)生彎曲和扭曲變）機床由于各部分受熱不均勻，發(fā)生彎曲和扭曲變形，降低了機床幾何精度，影響加工精度；形，降低了機床幾何精度，影響加工精度； （2）加工短小工件，加工可以忽略，但測量時要考慮）加工短小工件，加工可以忽略，但測量時要考慮熱脹冷縮；熱脹冷縮； （3）車長軸時，溫度逐漸升高，刀具和工件變形漸大，）車長軸

31、時，溫度逐漸升高，刀具和工件變形漸大，切除量逐漸增大，加工工件產生圓柱度誤差；均勻熱變形切除量逐漸增大，加工工件產生圓柱度誤差；均勻熱變形量計算：量計算：（4）工件單面受力（如銑、刨、磨等），一面受熱，）工件單面受力（如銑、刨、磨等），一面受熱，工件上拱，加工后加工表面出現中凹。工件上拱，加工后加工表面出現中凹。tLL2022-6-13393. 減少熱變形影響的措施減少熱變形影響的措施減少發(fā)熱源：分離熱源；減少發(fā)熱；減少發(fā)熱源：分離熱源；減少發(fā)熱； 例如：例如：精密機床將主軸箱和變速箱分離，主軸箱中精密機床將主軸箱和變速箱分離，主軸箱中只有主軸，無變速機構。風冷、水冷。靜壓軸承只有主軸，無變速

32、機構。風冷、水冷。靜壓軸承2）熱補償：均化溫度場，實際使各部分溫度均勻；）熱補償：均化溫度場，實際使各部分溫度均勻； 例如：例如：精密機床在床身中部和尾部設置升溫裝置，精密機床在床身中部和尾部設置升溫裝置，減少溫差引起的熱變形。減少溫差引起的熱變形。3）保持系統(tǒng)熱平衡：加工前先預熱，平衡后再加工；）保持系統(tǒng)熱平衡：加工前先預熱，平衡后再加工；4）環(huán)境恒溫。例如：）環(huán)境恒溫。例如：精密機床的恒溫車間。精密機床的恒溫車間。工藝系統(tǒng)熱變形工藝系統(tǒng)熱變形2022-6-1340工件內應力引起的變形工件內應力引起的變形工件的內應力工件的內應力 指當外載荷去掉后仍然存在與工件內部的應力。存在指當外載荷去掉后

33、仍然存在與工件內部的應力。存在內應力是工件處于不穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，應力變化將產生變內應力是工件處于不穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，應力變化將產生變形。形。2022-6-1341工件內應力引起的變形工件內應力引起的變形1. 內應力產生的原因：內應力產生的原因：1）毛坯制造中產生內應力：）毛坯制造中產生內應力： 在鑄造、鍛造、焊接及熱處理中工件受熱不均及金相在鑄造、鍛造、焊接及熱處理中工件受熱不均及金相組織變化時體積的變化而產生內應力。組織變化時體積的變化而產生內應力。 通常表面（薄的部位）先冷卻凝固，芯部（厚的部位）通常表面（薄的部位）先冷卻凝固，芯部（厚的部位）后冷卻，因此先冷卻部分受壓應力，后冷卻部分受拉應

34、力。后冷卻，因此先冷卻部分受壓應力，后冷卻部分受拉應力。2022-6-1342工件內應力引起的變形工件內應力引起的變形2）冷校直引起內應力：）冷校直引起內應力： 剛性較差的、易變形的細長工件，采用冷校直的方法剛性較差的、易變形的細長工件，采用冷校直的方法糾正彎曲變形時產生內應力。糾正彎曲變形時產生內應力。1. 內應力產生的原因內應力產生的原因3）切削加工過程中產生內應力：）切削加工過程中產生內應力： 切削過程中切削塑性變形、相變等使工件表面產生殘切削過程中切削塑性變形、相變等使工件表面產生殘余應力。余應力。2022-6-13432. 減少或消除內應力的措施減少或消除內應力的措施合理設計零件結構

35、：鑄件、鍛件壁厚均勻，焊接件焊合理設計零件結構：鑄件、鍛件壁厚均勻，焊接件焊縫分布均勻等；縫分布均勻等；盡量不采用冷校直工藝：精密件嚴禁冷校直，可熱校盡量不采用冷校直工藝：精密件嚴禁冷校直，可熱校直或加大余量多切削；直或加大余量多切削；合理安排合理安排時效處理時效處理消除內應力；消除內應力；合理安排工藝過程：粗加工后過一定時間后再精加工，合理安排工藝過程：粗加工后過一定時間后再精加工，粗加工后松開工件重新以較小的力裝夾等。粗加工后松開工件重新以較小的力裝夾等。工件內應力引起的變形工件內應力引起的變形2022-6-1344加工誤差的綜合加工誤差的綜合1. 誤差的性質誤差的性質（1）系統(tǒng)誤差：）系

36、統(tǒng)誤差：連續(xù)加工一批工件時，加工誤差的大連續(xù)加工一批工件時，加工誤差的大小和方向保持一定或按某一確定規(guī)律變化。前者稱為小和方向保持一定或按某一確定規(guī)律變化。前者稱為常值常值系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差，后者稱為，后者稱為變值系統(tǒng)誤差變值系統(tǒng)誤差。如：刀具、夾具的制。如：刀具、夾具的制造誤差；車刀的磨損造誤差；車刀的磨損（2）隨機誤差：）隨機誤差：連續(xù)加工一批工件時，加工誤差的大連續(xù)加工一批工件時，加工誤差的大小和方向都是無規(guī)律地變化。隨機誤差服從統(tǒng)計規(guī)律。小和方向都是無規(guī)律地變化。隨機誤差服從統(tǒng)計規(guī)律。如：工件的殘余應力引起的變形造成的誤差、多次調整如：工件的殘余應力引起的變形造成的誤差、多次調整的誤差等

37、。的誤差等。2022-6-1345加工誤差的綜合加工誤差的綜合2. 加工誤差的綜合加工誤差的綜合根據加工情況分析加工精度的影響因素，分項計算主要根據加工情況分析加工精度的影響因素，分項計算主要誤差，判斷其性質，綜合求得加工誤差。誤差，判斷其性質，綜合求得加工誤差。u系統(tǒng)誤差按代數和合成：系統(tǒng)誤差按代數和合成：nisyisy1u 隨機誤差的合成隨機誤差的合成概率法綜合：概率法綜合：mjchjch122.1其中其中1.2是隨機誤差的相對分布系數（簡化近似取值）是隨機誤差的相對分布系數（簡化近似取值）2022-6-13463. 3. 加工誤差的統(tǒng)計分析加工誤差的統(tǒng)計分析（1）分布圖法）分布圖法概率直

38、方圖與理論分布曲線概率直方圖與理論分布曲線在正常加工條件下，用調整法加工一批工件所得的尺寸在正常加工條件下，用調整法加工一批工件所得的尺寸分布曲線符合正態(tài)分布曲線。分布曲線符合正態(tài)分布曲線。2022-6-1347正態(tài)分布曲線正態(tài)分布曲線正態(tài)分布密度函數正態(tài)分布密度函數:222)(exp21xxyniixnx11 算術平均值算術平均值:（工件尺寸分布中心）（工件尺寸分布中心） 標準偏差（均方根偏差）：標準偏差（均方根偏差）：nxxi/2616263123 分布概率（分布面積）：分布概率（分布面積）：dzzzx022exp21)(xz 其中：其中：2022-6-1348實例：實例：一批活塞精鏜后銷

39、孔檢驗尺寸如表，圖樣尺寸一批活塞精鏜后銷孔檢驗尺寸如表，圖樣尺寸 28-0.015mm分布中心：分布中心：9979.271mxnx標準差：標準差：=0.0022公差帶中點公差帶中點=28-0.015/2 =27.992502022-6-1349應用應用從分布曲線的形狀、位置可以從分布曲線的形狀、位置可以分析各種誤差的影響分析各種誤差的影響 常值系統(tǒng)誤差常值系統(tǒng)誤差不會影響分布曲線的形狀，只會影不會影響分布曲線的形狀，只會影響它的位置響它的位置 其誤差值大小等于曲線中心與公差帶中心的偏離量。其誤差值大小等于曲線中心與公差帶中心的偏離量。 變值系統(tǒng)誤差或隨機誤差變值系統(tǒng)誤差或隨機誤差會影響分布曲線

40、的形會影響分布曲線的形狀，可能造成分布曲線的狀，可能造成分布曲線的6分散范圍大于公差帶，因分散范圍大于公差帶，因而出現廢品，也可能出現非正態(tài)分布曲線。而出現廢品，也可能出現非正態(tài)分布曲線。誤差分析誤差分析不合格品率計算不合格品率計算工藝能力系數工藝能力系數2022-6-1350工藝能力系數工藝能力系數Cp=T/(6)工藝能力系數工藝方案的工藝能力，通常分為五級。工藝能力系數工藝方案的工藝能力，通常分為五級。應用應用工藝能力系數工藝能力系數2022-6-1351應用應用不合格品率計算不合格品率計算1. 計算：計算：xxz2. 查表：查表：(z)3. 計算：計算：合格品率合格品率= (z1) +(

41、z2) yxx1xx-3x+3尺 寸 公 差 范 圍公 差 帶 中 點x2BA不合格品率：不合格品率：FA=0.5-(z1)FB=0.5-(z2)2022-6-1352例題例題車削一批小軸，直徑車削一批小軸，直徑20-0.1mm，測量結果服從正態(tài)分，測量結果服從正態(tài)分布，公差帶中心與分布中心差布，公差帶中心與分布中心差0.03mm，標準差，標準差=0.025mm，求合格品率和廢品率，工藝能力系數求合格品率和廢品率，工藝能力系數Cp。解：解：zA=xA/=(T/2+0.03)/ =(0.1/2+0.03)/0.025 =3.2 FA=(zA)=0.499 zB=xB/=(T/2-0.03)/ =

42、(0.1/2-0.03)/0.025 =0.8 FB= (zB)=0.288合格品率合格品率=FA+FB=0.787廢品率廢品率=1-0.787=0.213工藝能力系數：工藝能力系數：Cp=T/(6)=0.1/(6*0.025)=0.666702022-6-1353例題例題在外圓磨床上加工一批光軸，設計要求尺寸為在外圓磨床上加工一批光軸，設計要求尺寸為400.03mm，加工后測得工件的尺寸呈正態(tài)分布，平均值，加工后測得工件的尺寸呈正態(tài)分布，平均值=40.01mm，且已知，且已知=0.01mm，求：，求：（1）劃出工件尺寸分布曲線圖和尺寸公差范圍；）劃出工件尺寸分布曲線圖和尺寸公差范圍；（2）計

43、算工藝能力系數；）計算工藝能力系數；（3）廢品率是多少？能否修復？）廢品率是多少？能否修復？1 解解:（1）分布曲線如圖。）分布曲線如圖。 （2）工藝能力系數：）工藝能力系數： Cp= T/(6)=0.06/(6*0.01) =1 （3）不合格品都是尺寸過大，為可）不合格品都是尺寸過大，為可修復不合格品，不合格品率為：修復不合格品，不合格品率為： F=0.5- (z)=0.5-0.4772=2.28% 301. 001.4003.40z2022-6-1354 一般用于單件加工時間長和希望盡早一般用于單件加工時間長和希望盡早發(fā)現異常，需要逐件畫點，個別件的偶然因素影響判斷。發(fā)現異常，需要逐件畫點

44、，個別件的偶然因素影響判斷。（2 2）點圖法（控制圖法）點圖法（控制圖法）又稱點圖，生產中常用又稱點圖，生產中常用單值點（控制）圖單值點（控制）圖和和均值均值- -極差極差控制圖控制圖（ -R-R圖）。圖）。x2 2）均值）均值- -極差控制圖：極差控制圖：3. 3. 加工誤差的統(tǒng)計分析加工誤差的統(tǒng)計分析1 1）單值點圖：）單值點圖：工件序號工件序號尺寸尺寸1 23 45xCLx+3x-3UCLLCLx+ T/2x- T/2UTLT廢品區(qū)廢品區(qū)警戒區(qū)警戒區(qū)安全區(qū)安全區(qū)警戒區(qū)警戒區(qū)廢品區(qū)廢品區(qū)公差中點公差中點2022-6-13552 2）均值）均值- -極差控制圖極差控制圖（概念見書（概念見書P

45、285P285）3. 3. 加工誤差的統(tǒng)計分析加工誤差的統(tǒng)計分析2022-6-1356保證和提高加工精度的途徑保證和提高加工精度的途徑減少或消除減少或消除補償或抵消補償或抵消轉移轉移誤差分組；誤差分組；誤差平均法；誤差平均法；（如配偶件互為研具互相研磨）（如配偶件互為研具互相研磨）就地加工法；就地加工法；加工過程控制法。（加工過程控制法。（用一定測量、進給控制裝用一定測量、進給控制裝置，邊加工邊自動測量控制加工）置，邊加工邊自動測量控制加工）原始誤差原始誤差2022-6-1357內容回顧內容回顧控制控制加工精度加工精度加工誤差加工誤差實現實現原始誤差原始誤差工藝系統(tǒng)的幾何誤差工藝系統(tǒng)的幾何誤差

46、工藝系統(tǒng)的受力變形工藝系統(tǒng)的受力變形工藝系統(tǒng)的熱變形工藝系統(tǒng)的熱變形工件的內應力工件的內應力系系統(tǒng)統(tǒng)誤誤差差隨隨機機誤誤差差定值定值變值變值代數和法代數和法概率法概率法2022-6-1358機械加工表面質量機械加工表面質量表面質量的基本概念表面質量的基本概念表面質量表面質量：指零件加工后的表面微觀幾何形狀和表面的指零件加工后的表面微觀幾何形狀和表面的物理機械性能狀態(tài)。表面質量包括：物理機械性能狀態(tài)。表面質量包括： 表面微觀幾何形狀表面微觀幾何形狀： 表面粗糙度（表面粗糙度（L/H50） 表面波度（表面波度（50L/H1000)表面層物理機械性能：表面層物理機械性能：表面層冷作硬化（加工硬化）表

47、面層冷作硬化（加工硬化） 表面層殘余應力表面層殘余應力 表面層相變表面層相變表表面面層層相相變變表表面面層層殘殘余余應應力力表表面面層層冷冷作作硬硬化化表表面面層層物物理理機機械械性性能能表表面面波波度度表表面面粗粗糙糙度度表表面面微微觀觀幾幾何何形形狀狀表表面面質質量量形形狀狀精精度度位位置置精精度度尺尺寸寸精精度度加加工工精精度度加加工工質質量量2022-6-13591. 表面粗糙度產生的原因表面粗糙度產生的原因(2) 切削過程中塑性變形及其它物理因素引起的粗糙度切削過程中塑性變形及其它物理因素引起的粗糙度1）積屑瘤（中速切削時最容易產生）積屑瘤（中速切削時最容易產生）2）鱗刺：較低速切削

48、塑性金屬材料時，切屑在前刀面上）鱗刺：較低速切削塑性金屬材料時，切屑在前刀面上由于粘結而周期性停留代替前刀面推擠切削層，造成由于粘結而周期性停留代替前刀面推擠切削層，造成塑性變形向切線以下延伸，造成已加工表面拉應力太塑性變形向切線以下延伸，造成已加工表面拉應力太大而導裂，形成鱗片狀毛刺，這就是鱗刺。大而導裂，形成鱗片狀毛刺，這就是鱗刺。 3）刃口擠壓塑性變形）刃口擠壓塑性變形4）材料脆性）材料脆性 (1) 殘留面積殘留面積機械加工表面質量及其影響因素機械加工表面質量及其影響因素2022-6-1360 (3) 工藝系統(tǒng)的振動工藝系統(tǒng)的振動自由振動：靠系統(tǒng)彈性恢復力維持的振動。自由振動：靠系統(tǒng)彈性

49、恢復力維持的振動。（切削力、（切削力、沖擊力突變等引起，影響?。_擊力突變等引起，影響?。娖日駝樱嚎客饨缰芷诟蓴_力持續(xù)作用系統(tǒng)被迫產生強迫振動：靠外界周期干擾力持續(xù)作用系統(tǒng)被迫產生振動。振動。（如電動機、傳動系統(tǒng)的振動等）（如電動機、傳動系統(tǒng)的振動等）1)自激振動：系統(tǒng)本身引起的交變力作用而產生的振動。自激振動：系統(tǒng)本身引起的交變力作用而產生的振動。1. 表面粗糙度產生的原因表面粗糙度產生的原因負摩擦理論負摩擦理論（切屑與刀具摩擦力隨相對速度增加而下降，做功產生能量）（切屑與刀具摩擦力隨相對速度增加而下降，做功產生能量）再生效應再生效應（前后兩次切削部分重疊，由于振紋產生振動）前后兩次切削部

50、分重疊，由于振紋產生振動）振型耦合原理振型耦合原理（振動系統(tǒng)剛度主軸，使振動過程中切削層厚度變化而引起切（振動系統(tǒng)剛度主軸，使振動過程中切削層厚度變化而引起切削力的變化，支持振動。）削力的變化，支持振動。）2022-6-1361機械加工表面質量及其影響因素機械加工表面質量及其影響因素2. 表面粗糙度對零件使用性能的影響表面粗糙度對零件使用性能的影響表面質量對零件耐磨性的影響：表面質量對零件耐磨性的影響：初期磨損快，跑合后進入初期磨損快，跑合后進入正常磨損。正常磨損。表面粗糙時，高點干摩擦，磨損快；表面太光表面粗糙時，高點干摩擦，磨損快；表面太光潔時潤滑油無法進入，造成材料粘結磨損。硬度高，耐磨

51、潔時潤滑油無法進入，造成材料粘結磨損。硬度高，耐磨性好，但硬化程度過高，易出現疲勞裂紋、剝落現象。性好，但硬化程度過高，易出現疲勞裂紋、剝落現象。表面質量對疲勞強度的影響：表面越粗糙，抗疲勞性越差。表面質量對疲勞強度的影響：表面越粗糙，抗疲勞性越差。表面質量對零件耐腐蝕性的影響：表面越粗糙，抗腐蝕能表面質量對零件耐腐蝕性的影響：表面越粗糙，抗腐蝕能力越差。凹陷處易于雜質形成原電池，造成電化學腐蝕。力越差。凹陷處易于雜質形成原電池，造成電化學腐蝕。表面質量對接觸剛度的影響：表面越粗糙，接觸剛度越低，表面質量對接觸剛度的影響：表面越粗糙，接觸剛度越低，聯(lián)接牢固性、接觸位置準確性越差。聯(lián)接牢固性、接

52、觸位置準確性越差。1)對配合性質的影響。越粗糙就會增大間隙值或減小過盈量對配合性質的影響。越粗糙就會增大間隙值或減小過盈量2022-6-13623. 降低表面粗糙度的措施降低表面粗糙度的措施 l選擇合適的切削條件選擇合適的切削條件（1）切削速度）切削速度（2）減小進給量）減小進給量（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合理選用刀具幾何參數和刀具材料合理選用刀具幾何參數和刀具材料（1）采用合理的刀具幾何參數）采用合理的刀具幾何參數（2）采用與工件材料分子親和力小的刀具材料）采用與工件材料分子親和力小的刀具材料 l改善工件材料的性能和金相組織改善工件材料的性能和金相

53、組織 l使用特殊的加工方法使用特殊的加工方法2022-6-1363影響表面物理、力學性能的因素及其控制影響表面物理、力學性能的因素及其控制1. 表面層的加工硬化表面層的加工硬化（1）加工硬化的產生）加工硬化的產生機械加工時，工件表層金屬產生嚴重的塑性變形，金屬晶機械加工時，工件表層金屬產生嚴重的塑性變形，金屬晶體產生剪切滑移，晶格扭曲，使金屬表層的強度、硬體產生剪切滑移，晶格扭曲，使金屬表層的強度、硬度提高、塑性下降。度提高、塑性下降。（2）加工硬化的衡量指標）加工硬化的衡量指標 表層顯微硬度表層顯微硬度HV 硬化層深度硬化層深度h 硬化程度硬化程度N（書（書P291）（3）影響加工硬化的因素

54、）影響加工硬化的因素2022-6-1364影響表面物理、力學性能的因素及其控制影響表面物理、力學性能的因素及其控制2. 加工表面金相組織變化和磨削燒傷加工表面金相組織變化和磨削燒傷（1）金相組織變化的產生）金相組織變化的產生金相組織變化主要發(fā)生在磨削加工過程中，當磨削溫度超金相組織變化主要發(fā)生在磨削加工過程中，當磨削溫度超過材料相變溫度，金相組織將發(fā)生變化，表層顯微硬過材料相變溫度，金相組織將發(fā)生變化，表層顯微硬度變化、產生表面殘余應力、顯微裂紋，表面出現彩度變化、產生表面殘余應力、顯微裂紋，表面出現彩色氧化膜，又稱為磨削燒傷。色氧化膜，又稱為磨削燒傷。2022-6-1365影響表面物理、力學性能的因素及其控制影響表面物理、力學性能的因素及其控制磨削燒傷的主要形式（磨削淬硬鋼）：磨