機(jī)械加工質(zhì)量

第4章機(jī)械加工質(zhì)量本章要點機(jī)械加工中的振動影響加工精度的因素影響機(jī)械加工表面質(zhì)量的因素工藝系統(tǒng)幾何誤差工藝系統(tǒng)受力變形工藝系統(tǒng)熱變形加工誤差的統(tǒng)計分析1機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)第4章機(jī)械加工質(zhì)量MachiningQuality4.1

機(jī)械加工質(zhì)量概述IntroductiontoMachiningQuality24.1.1機(jī)械加工誤差與機(jī)械加工精度

加工質(zhì)量機(jī)械加工質(zhì)量的三個內(nèi)容：

機(jī)械加工精度

機(jī)械表面加工質(zhì)量

機(jī)械加工表面變質(zhì)層34.1.1機(jī)械加工誤差與機(jī)械加工精度加工質(zhì)量◆

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RZλHλRZ宏觀幾何形狀誤差（平面度、圓度等）—波長/波高＞1000表面波度—波長/波高=50～1000；且具有周期特性(因加工中的振動形成)表面粗糙度——波長/波高＜504◆

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))4.1.1機(jī)械加工誤差與機(jī)械加工精度機(jī)械加工精度54.1.2機(jī)械加工表面質(zhì)量及其對零件使用性能的影響機(jī)械加工表面質(zhì)量圖4-2加工變質(zhì)層模型表4-1加工表面變質(zhì)層的構(gòu)成情況64.1.2機(jī)械加工表面質(zhì)量及其對零件使用性能的影響

★影響耐磨性Ra（μm）初始磨損量重載荷輕載荷圖4-3表面粗糙度與初始磨損量表面粗糙度值↓→耐疲勞性↑適當(dāng)硬化可提高耐疲勞性表面粗糙度值↓→耐蝕性↑表面壓應(yīng)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）★影響疲勞強(qiáng)度★影響耐蝕性★影響配合性質(zhì)紋理形式與方向：圓弧狀、凹坑狀較好適當(dāng)硬化可提高耐磨性機(jī)械加工表面質(zhì)量對使用性能的影響★影響接合面的密封性表面粗糙度值↑→密封性↓★影響運(yùn)動平穩(wěn)性★影響噪聲7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(guān)的原始誤差(幾何誤差)與工藝過程有關(guān)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(jī)床誤差工藝系統(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(yīng)力引起的變形工件相對于刀具靜止?fàn)顟B(tài)下的誤差工件相對于刀具運(yùn)動狀態(tài)下的誤差主軸回轉(zhuǎn)誤差導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差傳動誤差原始誤差——原始誤差分類原始誤差構(gòu)成4.1.3機(jī)械加工工藝系統(tǒng)的原始誤差84.1.4誤差敏感方向

圖4-5：ΔRΔYRRΔR=ΔX（4-1）（4-2）顯然：工藝系統(tǒng)原始誤差方向不同，對加工精度的影響程度也不同。對加工精度影響最大的方向，稱為誤差敏感方向。誤差敏感方向一般為已加工表面過切削點的法線方向。圖4-5誤差敏感方向ＯYR0Xa）ＯYR0Xb）誤差敏感方向94.1.5機(jī)械加工精度的獲得方法

◆試切法

尺寸精度的獲得方法形狀精度的獲得方法◆成形運(yùn)動法軌跡法、展成法和成形刀具法

◆非成形運(yùn)動法利用人工對加工表面進(jìn)行檢測和修整，以獲得所要求的形狀精度。位置精度的獲得方法◆一次裝夾法◆多次裝夾法◆非成形運(yùn)動法利用人工對加工表面進(jìn)行檢測和修整，以獲得所要求的位置精度。◆尺寸刀具法◆調(diào)整法

◆自動控制法10機(jī)械械制制造造技技術(shù)術(shù)基基礎(chǔ)礎(chǔ)第4章機(jī)械械加加工工質(zhì)質(zhì)量量MachiningQuality4.2

工藝系統(tǒng)原有誤差對加工精度的影響及控制Originalerror

ofTechnologicalSysteminfluencetomachiningPrecisionanditsControl11加工工原原理理誤誤差差是是指指采采用用了了近近似似的的成成型型運(yùn)運(yùn)動動或或近近似似的的刀刀刃刃輪輪廓廓進(jìn)進(jìn)行行加加工工而而產(chǎn)產(chǎn)生生的的誤誤差差。。4.2.1加加工工原原理理誤誤差差對對加加工工精精度度的的影影響響及及其其控控制制式中中R———球球頭頭刀刀半半徑徑；；h———允允許許的的殘殘留留高高度度。。例2：：用阿阿基基米米德德蝸蝸桿桿滾滾刀刀滾滾切切漸漸開開線線齒齒輪輪例1：：在數(shù)數(shù)控控銑銑床床上上采采用用球球頭頭刀刀銑銑削削復(fù)復(fù)雜雜形形面面零零件件SRh空間曲面數(shù)控加工加工原理誤差124.2.2量量具具誤誤差差與與測測量量誤誤差差對對加加工工精精度度的的影影響響及及其其控控制制計量量器器具具誤誤差差是是由示示值值誤誤差差、、示示值值穩(wěn)穩(wěn)定定性性、、回回程程誤誤差差和和靈靈敏敏度度等等四四個個方方面面綜綜合合起起來來的的極極限限誤誤差差。。測量量者者的的視視力力、、判判斷斷能能力力、、測測量量經(jīng)經(jīng)驗驗；；相相對對測測量量或或間間接接測測量量中中所所用用的的對對比比標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)、、數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)運(yùn)運(yùn)算算精精確確度度；；單單次次測測量量判判斷斷的的不不準(zhǔn)準(zhǔn)確確等等。。量具誤差測量誤差134.2.3裝裝夾夾誤誤差差與與夾夾具具誤誤差差對對加加工工精精度度的的影影響響及及其其控控制制利用用夾夾具具裝裝夾夾工工件件進(jìn)進(jìn)行行加加工工時時，，造造成成工工件件加加工工表表面面之之間間尺尺寸寸和和位位置置誤誤差差的的因因素素主主要要有有：：工件件裝裝夾夾誤誤差差△△ZJ包括括定定位位誤誤差差△△DW和夾夾緊緊誤誤差差△△JJ。夾夾緊緊誤誤差差是是夾夾緊緊工工件件時時引引起起工工件件和和夾夾具具變變形形所所造造成成的的加加工工誤誤差差。。夾具具對對定定誤誤差差△△DD包括括對對刀刀誤誤差差△△DA和夾夾具具位位置置誤誤差差△△JW。30±0.05φ6F7φ10F7k6φ20H7g6YZ圖4-7鉆徑向孔的夾具在夾夾具具設(shè)設(shè)計計時時，，對對于于結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)上上與與工工件件加加工工精精度度有有關(guān)關(guān)的的技技術(shù)術(shù)要要求求都都要要嚴(yán)嚴(yán)格格。。一一般般精精加加工工用用夾夾具具的的有有關(guān)關(guān)尺尺寸寸公公差差取取工工件件相相應(yīng)應(yīng)尺尺寸寸公公差差的的1/2~1/3；；粗粗加加工工時時取取1/5~1/10。。144.2.3裝裝夾夾誤誤差差與與夾夾具具誤誤差差對對加加工工精精度度的的影影響響及及其其控控制制定位位誤誤差差是由基準(zhǔn)位位置誤差和和基準(zhǔn)不重重合誤差組組成。為減減小定位誤誤差，應(yīng)盡盡量選用工工序基準(zhǔn)作作為定位基基準(zhǔn)，并要要求夾具定定位元件和和工件定位位基準(zhǔn)面的的制造誤差差。一般應(yīng)應(yīng)將定位誤誤差控制在在≤1/3工件尺寸寸或位置公公差。夾緊誤差是夾具和工工件在夾緊緊力的作用用下發(fā)生變變形而帶來來的加工誤誤差。通常常夾具的變變形影響很很小，可忽忽略不計。。對刀誤差產(chǎn)生于對刀刀導(dǎo)引元件件的制造、、裝配和使使用過程。。將影響刀刀具相對于于定位元件件位置的準(zhǔn)準(zhǔn)確性和一一致性，造造成一批工工件的加工工誤差。154.2.4刀刀具誤差與與調(diào)整誤差差對加工精精度的影響響及其控制制刀具的制造與安裝精度刀具刃口質(zhì)質(zhì)量直接影影響微量切切削。定尺寸刀具具（鉆頭、、絞刀等））尺寸誤差差影響加工工尺寸誤差差成形刀具和和展成刀具具形狀誤差差影響加工工形狀誤差差刀具磨損影影響加工尺尺寸誤差或或形狀誤差差為提高成形形刀具的刃刃磨和安裝裝精度，可可采用光學(xué)學(xué)曲面磨床床進(jìn)行精確確刃磨，通通過對刀樣樣板或?qū)Φ兜讹@微鏡，，實現(xiàn)成形形刀具的準(zhǔn)準(zhǔn)確安裝。。在分度轉(zhuǎn)位位刀架上安安裝刀具加加工時，應(yīng)應(yīng)注意尺寸寸減少分度度誤差對加加工精度的的影響。(誤差敏感感方向?qū)蛹庸ぞ鹊牡挠绊?圖4-8立軸轉(zhuǎn)塔車床刀架轉(zhuǎn)位誤差的轉(zhuǎn)移16刀具的調(diào)整4.2.4刀刀具誤差與與調(diào)整誤差差對加工精精度的影響響及其控制制生產(chǎn)中常用用的刀具調(diào)調(diào)整方法有有：按標(biāo)準(zhǔn)樣塊塊或?qū)Φ秹K塊(導(dǎo)套)調(diào)整刀具具按試切一個個工件后的的實測尺寸寸調(diào)整刀具具。在成批及大大量生產(chǎn)的的調(diào)整法加加工中，零零件加工后后的尺寸精精度很大程程度上取決決于刀具的的調(diào)整精度度。按標(biāo)準(zhǔn)樣塊塊或?qū)Φ秹K塊(導(dǎo)套)調(diào)整刀具具，影響刀具具調(diào)整精度度的因素：：標(biāo)準(zhǔn)樣板板本身的尺尺寸精度、、對刀塊(導(dǎo)套)相相對工件定定位元件之之間的尺寸寸精度、刀刀具調(diào)整時時的目測精精度、切削削加工時刀刀具相對于于工件加工工表面的彈彈性退讓、、行程擋擋塊的受力力變形。按試切一個個工件后的的實測尺寸寸調(diào)整刀具具時，可能導(dǎo)導(dǎo)致進(jìn)給機(jī)機(jī)構(gòu)的重復(fù)復(fù)定位精度度和按試切切一個工件件尺寸調(diào)整整刀具的不不準(zhǔn)確性，，引起加工工后這批零零件尺寸分分布中心位位置的偏離離?？刹捎迷嚽星袔讉€工件件取平均值值的方法進(jìn)進(jìn)行刀具調(diào)調(diào)整，提高高對一批工工件尺寸分分布中心位位置判斷的的準(zhǔn)確性。。174.2.4刀刀具誤差與與調(diào)整誤差差對加工精精度的影響響及其控制制微量進(jìn)給精度提高微量進(jìn)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的的主要措施施：盡量傳動鏈鏈，減小傳傳動絲杠的的長徑比，，消除各傳傳動元件間間的間隙，，以提高進(jìn)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的的傳動剛度度；采用滾珠絲絲杠螺母副副、滾動導(dǎo)導(dǎo)軌副或靜靜壓導(dǎo)軌，，使用性能能優(yōu)越的導(dǎo)導(dǎo)軌材料和和潤滑油，，以減小進(jìn)進(jìn)給機(jī)構(gòu)各各傳動副間間的摩擦力力和靜、動動摩擦系數(shù)數(shù)差；合理布置傳傳動機(jī)構(gòu)的的結(jié)構(gòu)布局局，防止運(yùn)運(yùn)動部件受受扭側(cè)力矩矩而增大摩摩擦阻力。。采用新型的的微量進(jìn)給給原理，如如電致伸縮縮微量進(jìn)給給機(jī)構(gòu)、尺尺蠖(huò)機(jī)機(jī)構(gòu)、摩擦擦驅(qū)動機(jī)構(gòu)構(gòu)等。184.2.5機(jī)機(jī)床幾何誤誤差對加工工精度的影影響及其控控制機(jī)床的幾何何精度機(jī)床主軸回回轉(zhuǎn)精度的的高低，以以在規(guī)定測測量截面內(nèi)內(nèi)，主軸一一轉(zhuǎn)或數(shù)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)內(nèi)諸回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)中心相對對于其平均均位置(平平均軸線)的變動范范圍來衡量量?；剞D(zhuǎn)運(yùn)動精度主軸回轉(zhuǎn)誤誤差主軸回轉(zhuǎn)時實實際回轉(zhuǎn)軸軸線與理想想回轉(zhuǎn)軸線線的偏移量量。主軸回轉(zhuǎn)精精度的三種種形式b）主軸軸向竄動a）主軸徑向跳動c）主軸角度擺動圖4-10主軸回轉(zhuǎn)誤差形式19回轉(zhuǎn)運(yùn)動精度徑向跳動產(chǎn)產(chǎn)生徑向向跳動的原原因主要是是軸承副的的制造誤差差。根據(jù)不不同的主軸軸部件布置置情況影響響支加工精精度。主軸軸承為為滑動軸承承時，主軸軸軸頸的誤誤差將在回回轉(zhuǎn)過程中中引起軸線線產(chǎn)生瞬時時變化，造造成徑向跳跳動。4.2.5機(jī)機(jī)床幾何誤誤差對加工工精度的影影響及其控控制圖4-11采用滑動軸承時主軸徑向跳動分析20主軸軸承為為滾動軸承承時，影響響徑向跳動動的因素：：外環(huán)與箱體體孔間的配配合質(zhì)量內(nèi)環(huán)與主軸軸軸頸的配配合質(zhì)量外環(huán)滾道和和內(nèi)環(huán)滾道道的圓度外環(huán)滾道對對其外圓的的同軸度內(nèi)環(huán)滾道對對其內(nèi)孔的的同軸度軸承裝配引引起的受力力變形滾動軸承間間隙滾動體的形形狀及尺寸寸的一致性性回轉(zhuǎn)運(yùn)動精度4.2.5機(jī)機(jī)床幾何誤誤差對加工工精度的影影響及其控控制★由于存在誤誤差敏感方方向，加工工不同表面面時，主軸軸徑向跳動動所引起的的加工誤差差也不同。。車床上加加工外圓、、內(nèi)孔時，，主軸徑向向跳動將引引起工件圓圓度誤差，，對工件端端面加工無無影響。214.2.5機(jī)機(jī)床幾何誤誤差對加工工精度的影影響及其控控制回轉(zhuǎn)運(yùn)動精度軸向竄動滑動軸承主主軸的軸向向竄動，是是主軸軸頸頸的軸向承承載面或主主軸軸承的的承載面與與主軸回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸線間的的垂直度誤誤差引起的的。滾動軸承主主軸的軸向向竄動決定定于止推軸軸承兩個滾滾道的精度度和滾動體體的精度。。★根據(jù)誤差敏敏感方向分分析，車端端面時，主主軸的軸向向竄動將造造成工件端端面的平面面度誤差及及端面相對對于內(nèi)、外外圓的垂直直度誤差；；車削螺紋紋時會造成成螺距誤差差；主軸的的軸向竄動動對加工外外圓或內(nèi)孔孔影響不大大。a）b）Δ≈0Δ圖4-12止推軸承端面誤差對主軸軸向竄動的影響22角度擺動4.2.5機(jī)機(jī)床幾何誤誤差對加工工精度的影影響及其控控制回轉(zhuǎn)運(yùn)動精度★角度擺動不不僅影響加加工表面的的圓度誤差差，而且影影響工件加加工表面的的圓柱度誤誤差。車削削外圓或內(nèi)內(nèi)孔時，角角度擺動會會造成錐度度誤差；在在鏜孔時，，會使鏜出出的孔為橢橢圓形。23提高主軸回回轉(zhuǎn)精度的的措施4.2.5機(jī)機(jī)床幾何誤誤差對加工工精度的影影響及其控控制回轉(zhuǎn)運(yùn)動精度選用高精度度的軸承，，并提高主主軸及箱體體的制造精精度和主軸軸部件的裝裝配精度。。對高速速主軸軸部件件要進(jìn)進(jìn)行動動平衡衡，對對精密密滾動動軸承承要采采取預(yù)預(yù)加載載荷等等工藝藝措施施。采用液液體或或氣體體靜壓壓軸承承，由由于無無磨損損，高高剛度度（是是滾動動軸承承的5～6倍）），以以及對對主軸軸軸頸頸的形形狀誤誤差的的均化化作用用，可可以大大幅度度地提提高主主軸回回轉(zhuǎn)精精度。?！镙S類零零件采采用雙雙固定定頂尖尖定位位加工工，可可避開開主軸軸回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)精度度對加加工精精度的的直接接影響響，這這在精精密磨磨削加加工中中經(jīng)常常使用用。在在這種種情況況下，，工件件頂尖尖孔的的形狀狀誤差差成為為影響響被加加工工工件形形狀精精度的的決定定因素素，必必須對對其及及時地地進(jìn)行行修整整。244.2.5機(jī)機(jī)床幾幾何誤誤差對對加工工精度度的影影響及及其控控制直線運(yùn)動精度機(jī)床的的直線線運(yùn)動動精度度主要要指導(dǎo)導(dǎo)軌的的導(dǎo)向向精度度。準(zhǔn)確的的直線線運(yùn)動動主要要取決決于：：機(jī)床導(dǎo)導(dǎo)軌的的制造造精度度機(jī)床導(dǎo)導(dǎo)軌與與其工工作臺臺間的的接觸觸精度度機(jī)床導(dǎo)導(dǎo)軌精精度包包括：：導(dǎo)軌在在水平平面內(nèi)內(nèi)的直直線度度導(dǎo)軌在在垂直直面內(nèi)內(nèi)的直直線度度雙導(dǎo)軌軌間在在垂直直方向向的平平行度度接觸精精度以以相互互配合合的導(dǎo)導(dǎo)軌面面間單單位面面積接接觸斑斑點個個數(shù)量量。機(jī)床導(dǎo)導(dǎo)軌誤誤差對對刀具具或工工件的的直線線運(yùn)動動精度度有直直接影影響。。它將將導(dǎo)致致刀尖尖相對對于工工件加加工表表面的的位置置變化化，而而對工工件的的形狀狀精度度產(chǎn)生生影響響。25直線運(yùn)動精度4.2.5機(jī)機(jī)床幾幾何誤誤差對對加工工精度度的影影響及及其控控制△X△XΔx將直接接反映映在工工件加加工表表面法法線方方向(加工工誤差差敏感感方向向)上上，誤誤差ΔR=Δx，對加加工精精度影影響最最大。。刀尖在在水平平面內(nèi)內(nèi)的運(yùn)運(yùn)動軌軌跡造造成工工件軸軸向形形狀誤誤差。。導(dǎo)軌在在水平平面內(nèi)內(nèi)的直直線度度264.2.5機(jī)機(jī)床幾幾何誤誤差對對加工工精度度的影影響及及其控控制直線運(yùn)動精度△Y對臥式式車床床Δd≈ΔY2/d若設(shè)ΔY=0.1mm,d=40mm，，則Δd=0.00025mm，，影響響可忽忽略不不計(加工工誤差差非敏敏感方方向)。而對平平面磨磨床、、龍門門刨床床誤差差將直直接反反映在在工件件上。。導(dǎo)軌在在垂直直面內(nèi)內(nèi)的直直線度度274.2.5機(jī)機(jī)床幾幾何誤誤差對對加工工精度度的影影響及及其控控制ΔX

圖4-13導(dǎo)軌扭曲引起的加工誤差HδΔRDαBXY雙導(dǎo)軌軌間在在垂直直方向向的平平行度度直線運(yùn)動精度△n－－車床床前后后縱導(dǎo)導(dǎo)軌間間存在在的平行度度誤差差?！镆话丬囓嚧睭/B≈2/3，故故△n對工工件加加工表表面誤誤差的的影響響很大大。284.2.5機(jī)機(jī)床幾幾何誤誤差對對加工工精度度的影影響及及其控控制成形運(yùn)動間位置關(guān)系精度圖4-14成形運(yùn)動間位置誤差對外圓和端面車削的影響fαZΔzΔzαc）HyR0fXZLfdD－ΔdΔxa）b）294.2.5機(jī)機(jī)床幾幾何誤誤差對對加工工精度度的影影響及及其控控制成形運(yùn)動間位置關(guān)系精度圖4-15成形運(yùn)動間位置誤差對臥鏜內(nèi)孔的影響圖4-16端銑刀對稱銑削時的平面度誤差和移位加工30圖4-17齒輪機(jī)床傳動鏈z7=z8=16z1=64zn=96z5=z6=23z3=z4=23bz2=16zn-1=1icefacd以齒輪輪機(jī)床床傳動動鏈為為例：：式中Δφn——傳傳動動鏈末末端元元件轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角誤誤差；；kj——第第j個個傳動動元件件的誤誤差傳傳遞系系數(shù)，，表明明第j個傳傳動元元件對對末端端元件件轉(zhuǎn)角角誤差差影響響程度度，其其數(shù)值值等于于該元元件至至末端端元件件的傳傳動比比；ωn——傳傳動動鏈末末端元元件角角速度度；αj——第第j個個傳動動元件件轉(zhuǎn)角角誤差差的初初相角角。成形運(yùn)動間速度關(guān)系精度4.2.5機(jī)機(jī)床幾幾何誤誤差對對加工工精度度的影影響及及其控控制31縮短傳傳動鏈鏈長度度采用降降速傳傳動提高末末端元元件的的制造造精度度與裝裝配精精度采用頻頻譜分分析方方法，，找出出影響響傳動動精度度的誤誤差環(huán)環(huán)節(jié)采取誤誤差補(bǔ)補(bǔ)償方方法末端元元件轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角誤誤差圖4-18傳動鏈誤差的頻譜分析a)ΔφΣφnA1A2Aib)Ω(頻率)A(幅值)ω1ω2ωi◆提高傳傳動精精度措措施4.2.5機(jī)機(jī)床幾幾何誤誤差對對加工工精度度的影影響及及其控控制圖4-19絲杠加工誤差補(bǔ)償裝置1—工件2—螺母3—母絲杠4—杠桿5—校正尺6—觸頭7—校正曲線32機(jī)械制制造技技術(shù)基基礎(chǔ)第4章機(jī)械加加工質(zhì)質(zhì)量MachiningQuality4.3

加工過程中原始誤差對加工精度的影響ProcessingtheoriginalerrorinfluencetomachiningPrecision33機(jī)械加加工中中，工工藝系系統(tǒng)在在切削削力、、夾緊緊力、、傳動動力、、慣性性力和和重力力等外外力的的作用用下，，將產(chǎn)產(chǎn)生相相應(yīng)變變形,使使工件件產(chǎn)生生加工工誤差差。4.3.1工工藝藝系統(tǒng)統(tǒng)受力力變形形對加加工精精度的的影響響及其其控制制工藝系統(tǒng)剛度及其對加工精度的影響34在加工工誤差差敏感感方向向上工工藝系系統(tǒng)所所受外外力Fn與變形形量△△之比比4.3.1工工藝藝系統(tǒng)統(tǒng)受力力變形形對加加工精精度的的影響響及其其控制制工藝系統(tǒng)剛度及其對加工精度的影響工藝系系統(tǒng)剛剛度指工藝藝系統(tǒng)統(tǒng)在受受力作作用下下抵抗抗其變變形的的能力力。式中Ks——工工藝系系統(tǒng)剛剛度；；Fp——車車削加加工時時的背背向力力；Δx——工工藝系系統(tǒng)位位移（（切削削合力力作用用下的的位移移）。。車削外外圓時時，35工藝系系統(tǒng)受受力變變形等等于工工藝系系統(tǒng)各各組成成部分分受力力變形形之迭迭加。。由此此可導(dǎo)導(dǎo)出工工藝系系統(tǒng)剛剛度與與工藝藝系統(tǒng)統(tǒng)各組組成部部分剛剛度之之間的的關(guān)系系：工藝系統(tǒng)剛度計算★工藝系系統(tǒng)剛剛度的的倒數(shù)數(shù)等于于系統(tǒng)統(tǒng)各組組成環(huán)環(huán)節(jié)剛剛度的的倒數(shù)數(shù)之和和。工工藝系系統(tǒng)剛剛度主主要取取決于于薄弱弱環(huán)節(jié)節(jié)的剛剛度。。4.3.1工工藝藝系統(tǒng)統(tǒng)受力力變形形對加加工精精度的的影響響及其其控制制36圖4-20車削外圓時的工藝系統(tǒng)受力變形XHXTXBΔXFpAA′BB′CC′ZLFAFBXz工藝系統(tǒng)剛度計算(4-18)式中，，KH、KT、KB－機(jī)床床床頭、、尾座座及刀刀架部部件的的實測測平均均剛度度；E－工件件材料料彈性性模量量；J－工件件截面面慣性性矩。。機(jī)床部部件的的剛度度主要受受相關(guān)關(guān)零件件接合合面間間的間間隙、、接觸觸變形形和摩摩擦力力等因因素的的影響響?，F(xiàn)現(xiàn)主要要依靠靠實驗驗測定定的方方法獲獲得。。4.3.1工工藝藝系統(tǒng)統(tǒng)受力力變形形對加加工精精度的的影響響及其其控制制★工藝系系統(tǒng)剛剛度隨隨刀具具位置置的變變化而而變化化，使使加工工出來來的工工件產(chǎn)產(chǎn)生圓圓柱度度誤差差。37圖4-21誤差復(fù)映現(xiàn)象ap1x1ap2x2毛坯外形工件外形由于工藝系統(tǒng)統(tǒng)受力變形，，使毛坯誤差差部分反映到到工件上，此此種現(xiàn)象稱為為“誤差復(fù)映”加工過程中切削力變化產(chǎn)生的加工誤差誤差復(fù)映4.3.1工工藝系統(tǒng)統(tǒng)受力變形對對加工精度的的影響及其控控制在工件加工過過程中，由于于工件毛坯加加工余量不勻勻或工件材料料硬度不均，，將會引起切切削力的變化化，使工藝系系統(tǒng)的變形發(fā)發(fā)生變化，從從而造成加工工誤差。38★機(jī)械加工中，，誤差復(fù)映系系數(shù)通常小于于1。可通過過多次走刀，，消除誤差復(fù)復(fù)映的影響。。（4-24））4.3.1工工藝系統(tǒng)統(tǒng)受力變形對對加工精度的的影響及其控控制誤差復(fù)映系數(shù)數(shù)誤差復(fù)映程度度可用誤差復(fù)復(fù)映系數(shù)來表表示，誤差復(fù)復(fù)映系數(shù)與系系統(tǒng)剛度成反反比。加工過程中切削力變化產(chǎn)生的加工誤差式中，△w－工件加工前前的誤差；△B－工件加工后后的誤差；CFp－徑向切削力力系數(shù)；f－進(jìn)給量；yFp－進(jìn)給量對切切削力的影響響指數(shù)。39◆提高工件在加加工時的剛度度a）b）圖4-22薄薄壁套夾緊緊變形【例1】薄壁套夾緊變變形解決：加開口套提高工藝系統(tǒng)剛度的措施4.3.1工工藝系統(tǒng)統(tǒng)受力變形對對加工精度的的影響及其控控制◆提高刀具在加加工時的剛度度◆提高機(jī)床和夾夾具的剛度◆盡量減少連接接面數(shù)目，盡盡可能提高零零件配合面的的形狀精度，，減小表面粗粗糙度，增大大連接時的實實際接觸面積積，以減少總總的接觸變形形。裝配時，，采取預(yù)緊措措施，可消除除接合面間的的間隙和提高高接觸剛度。。40龍門銑橫梁變變形【例】龍門銑橫梁龍門銑橫梁變變形轉(zhuǎn)移龍門銑橫梁變變形補(bǔ)償◆減小部件自重重引起的機(jī)床床結(jié)構(gòu)變形對對加工精度的的影響解決1：重量轉(zhuǎn)移解決2：變形補(bǔ)償4.3.1工工藝系統(tǒng)統(tǒng)受力變形對對加工精度的的影響及其控控制414.3.2工工藝系統(tǒng)統(tǒng)受熱變形對對加工精度的的影響及其控控制工藝系統(tǒng)的熱源在精密加工和和大件加工中中，工藝系統(tǒng)統(tǒng)熱變形引起起的加工誤差差占總誤差的的約40～70%。工藝系統(tǒng)熱變形424.4.2機(jī)機(jī)床熱變變形對加工精精度影響體積大，熱容容量大，溫升升不高，達(dá)到到熱平衡時間間長結(jié)構(gòu)復(fù)雜，變變形不均勻，，對加工精度度影響顯著運(yùn)轉(zhuǎn)時間/h0123450150100200位移/μm20406080溫升/℃ΔYΔX前軸承溫升車床受熱變形形a）車床受受熱變形形態(tài)態(tài)b）溫升與與變形曲線使機(jī)床產(chǎn)生熱熱變形的熱源源主要是摩擦擦熱、傳動熱熱和外界熱源源傳入熱量。。工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響機(jī)床熱變形對對加工精度的的影響43立銑（圖a））立式銑床、外外圓磨床、導(dǎo)導(dǎo)軌磨床受熱熱變形a）銑床受熱熱變形形態(tài)b）外圓磨床床受熱變形形形態(tài)c）導(dǎo)軌磨床床受熱變形形形態(tài)外圓磨（圖b）導(dǎo)軌磨（圖c）其他機(jī)床熱變形

4.3.2工工藝系統(tǒng)統(tǒng)受熱變形對對加工精度的的影響及其控控制444.3.2工工藝系統(tǒng)統(tǒng)受熱變形對對加工精度的的影響及其控控制工件熱變形對對加工精度的的影響工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響機(jī)械加工過程程中，使工件件產(chǎn)生熱變形形的熱源主要要是切削熱或或磨削熱。對于精密零件件，環(huán)境溫度度變化和日光光、取暖設(shè)備備等外部熱源源對工藝系統(tǒng)統(tǒng)的局部輻射射等也不容忽忽視。車削或磨削軸軸類工件外圓圓時，可近似似看成是均勻勻受熱的情況況。工件均勻勻受熱影響工工件的尺寸精精度，其變形形量(mm)可按下式估估算：式中：α—工工件材料的熱熱膨脹系數(shù)1/℃)；L—工件在熱熱變形方向上上的尺寸（mm)；△t—工件平平均溫升（℃℃)。454.3.2工工藝系統(tǒng)統(tǒng)受熱變形對對加工精度的的影響及其控控制工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響圖4-23平平板磨削加加工時的翹曲曲變形及其計計算當(dāng)工件受熱不不均時，如磨磨削零件單一一表面，由于于工件單面受受熱而產(chǎn)生向向上翹曲變形形y，加工冷冷卻后將形成成中凹的形狀狀誤差y’：：★工件長度L越越大，厚度H越小，則中中凹形狀誤差差y’就越大大。為減小工工件的熱變形形帶來的加工工誤差，應(yīng)控控制工件上下下表面的溫差差△θ。在精密絲杠磨磨削加工中，，工件的熱伸伸長將引起螺螺距的累積誤誤差。yφ/4φLH464.3.2工工藝系統(tǒng)統(tǒng)受熱變形對對加工精度的的影響及其控控制刀具熱變形對對加工精度的的影響工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響體積小，熱容容量小，達(dá)到到熱平衡時間間較短溫升高，變形形不容忽視(達(dá)0.03～0.05mm)τ(min)圖4-24車刀熱變形曲線連續(xù)切削升溫曲線冷卻曲線間斷切削升溫曲線ξ（μm）ξmaxτb0τc0.63ξmax使刀具產(chǎn)生熱熱變形的熱源源主要是切削削熱。切削熱熱傳入刀具的的比例雖然不不大（車削時時約為5％左左右），但由由于刀具體積積小，熱容量量小，所以刀刀具切削部分分的溫升仍較較高。474.3.2工工藝系統(tǒng)統(tǒng)受熱變形對對加工精度的的影響及其控控制控制工藝系統(tǒng)熱變形的主要措施減少切削熱和和磨削熱，粗粗、精加工分分開。潤滑，減少運(yùn)運(yùn)動部件間的的摩擦。隔離熱源。減少熱量的產(chǎn)產(chǎn)生和傳入加強(qiáng)散熱能力力充分冷卻和強(qiáng)強(qiáng)制冷卻。均衡溫度場熱對稱結(jié)構(gòu)熱補(bǔ)償結(jié)構(gòu)熱變形方向為為非誤差敏感感方向控制環(huán)境溫度度恒溫人體隔離484.3.3工工藝系系統(tǒng)磨損對加加工精度影響響工藝系統(tǒng)磨損對加工精度的影響機(jī)床磨損對加加工精度的影影響影響機(jī)床上工工件和工具的的運(yùn)動精度及及其相互間的的位置關(guān)系、、速比關(guān)系、、破壞機(jī)床成成形運(yùn)動的原原有精度，造造成被加工零零件的形狀和和位置誤差。。刀具磨損對加加工精度的影影響夾具磨損對加加工精度的影影響量具磨損對加加工精度的影影響影響被加工表表面與定位基基準(zhǔn)面間的尺尺寸精度和位位置精度。造成工件的尺尺寸和形狀誤誤差。影響零件的試試切精度，造造成加工誤差差。49減少工藝系統(tǒng)磨損的措施4.3.3工工藝系系統(tǒng)磨損對加加工精度影響響提高導(dǎo)軌耐磨磨性采用耐磨合金金鑄鐵、鑲鋼鋼導(dǎo)軌、貼塑塑導(dǎo)軌、滾動動導(dǎo)軌、導(dǎo)軌軌表面淬火、、合理潤滑等等。正確選用刀具具材料，減少少刀具磨損合理選擇刀具具參數(shù)、切削削用量，正確確地刃磨刀具具，合理地使使用冷卻潤滑滑液等。減少夾具磨損損提高夾具中易易磨損件的耐耐磨性，并及及時磨損更換換超限的夾具具元件。504.3.4工工件殘殘余應(yīng)對加工工精度的影響響及其控制未施加任何外外力作用情況況下，材料內(nèi)內(nèi)部保持平衡衡而存在的應(yīng)應(yīng)力。殘余應(yīng)力概念殘余應(yīng)力種類◆殘余壓應(yīng)力◆殘余拉應(yīng)力◆熱塑變形效應(yīng)應(yīng)：表層張應(yīng)力，，里層壓應(yīng)力力◆里層金屬彈性性恢復(fù)：若里層金屬產(chǎn)產(chǎn)生壓縮變形形，則彈性恢恢復(fù)后表層得得到壓應(yīng)力，，里層為張應(yīng)應(yīng)力◆表層金屬相變變：影響復(fù)雜，若若切削區(qū)溫度度超過相變溫溫度，則珠光光體受熱轉(zhuǎn)變變成奧氏體，，冷卻后又轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變成馬氏體體，體積膨脹脹，表層產(chǎn)生生壓應(yīng)力◆實際應(yīng)力狀態(tài)態(tài)是上述各因因素影響的綜綜合結(jié)果殘余應(yīng)力產(chǎn)生生原因514.3.4工工件殘殘余應(yīng)對加工工精度的影響響及其控制圖4-25鑄鑄件殘余應(yīng)應(yīng)力引起變形形圖4-26冷冷校直直引起的殘余余應(yīng)力設(shè)計合理零件件結(jié)構(gòu)必要的熱處理理粗、精加工分分開避免冷校直殘余應(yīng)力對加工精度的影響毛坯制造和熱熱處理產(chǎn)生的的殘余應(yīng)力（（圖4-25）減小殘余應(yīng)力措施冷校直帶來的的殘余應(yīng)力(圖4-26)切削加工帶來來的殘余應(yīng)力力52機(jī)械制造技術(shù)術(shù)基礎(chǔ)第4章機(jī)械加工質(zhì)量量MachiningQuality4.4

加工誤差的統(tǒng)計分析StatisticAnalysisofMachiningErrors534.4.1加加工誤誤差的性質(zhì)系統(tǒng)誤差在順序加工一一批工件中，，其大小和方方向均不改變變，或按一定定規(guī)律變化的的加工誤差。?！舫Ｖ迪到y(tǒng)誤差差——其大小和和方向均不改改變。如機(jī)床床、夾具、刀刀具的制造誤誤差，工藝系系統(tǒng)在均勻切切削力作用下下的受力變形形，調(diào)整誤差差，機(jī)床、夾夾具、量具的的磨損等因素素引起的加工工誤差?！糇冎迪到y(tǒng)誤差差——誤差大小小和方向按一一定規(guī)律變化化。如機(jī)床、、夾具、刀具具在熱平衡前前的熱變形，，刀具磨損等等因素引起的的加工誤差。。加工誤差系統(tǒng)誤差隨機(jī)誤差常值系統(tǒng)誤差變值系統(tǒng)誤差加工誤差統(tǒng)計特性544.4.1加加工誤誤差的性質(zhì)◆在順序加工一一批工件中，，其大小和方方向隨機(jī)變化化的加工誤差差?！綦S機(jī)誤差是工工藝系統(tǒng)中大大量隨機(jī)因素素共同作用而而引起的?！綦S機(jī)誤差服從從統(tǒng)計學(xué)規(guī)律律?！羧缑饔嗔炕蚧蛴捕炔痪?，，引起切削力力的隨機(jī)變化化而造成的加加工誤差；定定位誤差；夾夾緊誤差；殘殘余應(yīng)力引起起的變形等。。隨機(jī)誤差554.4.2機(jī)機(jī)械加加工誤差的分分布規(guī)律圖4-27機(jī)械加工誤差的分布規(guī)律564.4.2機(jī)機(jī)械加加工誤差的分分布規(guī)律分布曲線◆正態(tài)分布式中，y－分布的概率密密度；x－隨機(jī)變量；μ－正態(tài)分布隨機(jī)機(jī)變量總體平平均值；σ－正態(tài)分布隨機(jī)機(jī)變量的標(biāo)準(zhǔn)差。概率密度函數(shù)數(shù)（4-27）yF（z）圖4-28正態(tài)分布曲線μ(z=0)x(z)0z-σ+σ574.4.2機(jī)機(jī)械加加工誤差的分分布規(guī)律正態(tài)分布曲線線的特性◆正態(tài)分布正態(tài)分布曲線線是關(guān)于x=μ的對稱曲線。。當(dāng)x=μ時，曲線取得得最大值：在x=μ±σ處，曲線有拐拐點；當(dāng)x→±∞，曲線接接近x軸，即x軸為分布曲線線的漸近線。。若改變μ值，分布曲線線將沿橫坐標(biāo)標(biāo)移動而不改改變其形狀，，說明μ表征分布曲線線位置的參數(shù)數(shù)。分布曲線的最最大值ymax與σ成反比。σ是表征分布曲曲線形狀的參參數(shù)，反映了了隨機(jī)變量x取值的分散程程度。584.4.2機(jī)機(jī)械加加工誤差的分分布規(guī)律◆正態(tài)分布圖4-29μ對正態(tài)分布曲線的影響圖4-30σ對正態(tài)分布曲線的影響594.4.2機(jī)機(jī)械加加工誤差的分分布規(guī)律平均值μ=0，標(biāo)準(zhǔn)差差σ=1的正態(tài)分分布稱為標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)正態(tài)分布，，記為：x(z)~N(μ,σ2)◆正態(tài)分布由分布函數(shù)的的定義，正態(tài)態(tài)分布函數(shù)是是正態(tài)分布概概率密度函數(shù)數(shù)的積分（4-29）令：將z代入上式，則則：稱z為標(biāo)準(zhǔn)化變量量604.4.2機(jī)機(jī)械加加工誤差的分分布規(guī)律◆正態(tài)分布當(dāng)z=±3時，即x-μ=±3σ時，隨機(jī)變量量x落在±3σ范圍內(nèi)的概率率為99.7%，落在此此范圍以外的的概率僅不0.27%。。故可以認(rèn)為為正態(tài)分布的隨隨機(jī)變量的分分散范圍是±±3σ，即±3σ原則。6σ的大大小小代代表表了了某某種種加加工工方方法法在在一一定定條條件件下下所所能能達(dá)達(dá)到到的的加加工工精精度度。。一一般般情情況況下下，，應(yīng)應(yīng)使使所所選選擇擇加加工工方方法法的的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)差差σ與公公差差帶帶T間間具具有有下下列列關(guān)關(guān)系系：：6σ≤T61◆非正正態(tài)態(tài)分分布布xy0a）雙峰分布雙峰峰分分布布：：兩次次調(diào)調(diào)整整下下加加工工的的工工件件或或兩兩臺臺機(jī)機(jī)床床加加工工的的工工件件混混在在一一起起（（圖圖示示a））xy0b）平頂分布xy0c）偏向分布平頂頂分分布布：：工件件瞬瞬時時尺尺寸寸分分布布呈呈正正態(tài)態(tài)，，其其算算術(shù)術(shù)平平均均值值近近似似成成線線性性變變化化（（如如刀刀具具和和砂砂輪輪均均勻勻磨磨損損））（（圖圖示示b））偏向向分分布布：：如工工藝藝系系統(tǒng)統(tǒng)存存在在顯顯著著的的熱熱變變形形，，或或試試切切法法加加工工孔孔時時寧寧小小勿勿大大，，加加工工外外圓圓時時寧寧大大勿勿小?。ǎ▓D圖示示c））幾種種非非正正態(tài)態(tài)分分布布4.4.2機(jī)機(jī)械械加加工工誤誤差差的的分分布布規(guī)規(guī)律律624.4.3加加工工誤誤差差的的統(tǒng)統(tǒng)計計方方法法統(tǒng)計計分分析析法法是以以現(xiàn)現(xiàn)場場觀觀察察與與實實際際測測量量所所得得的的數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)為為基基礎(chǔ)礎(chǔ)，，應(yīng)應(yīng)用用概概率率論論和和統(tǒng)統(tǒng)計計學(xué)學(xué)原原理理，，確確定定在在一一定定加加工工條條件件下下，，一一批批零零件件加加工工誤誤差差的的大大小小及及其其分分布布情情況況。。此法法既既可可以以識識別別系系統(tǒng)統(tǒng)的的大大小小與與方方向向，，也也可可識識別別各各種種隨隨機(jī)機(jī)誤誤差差因因素素對對加加工工精精度度的的綜綜合合影影響響。。適用用于于調(diào)調(diào)整整法法加加工工的的成成批批、、大大量量生生產(chǎn)產(chǎn)。。加工誤差的統(tǒng)計分析分布圖法通過過測測量量一一批批零零件件加加工工后后的的實實際際尺尺寸寸，，做做出出尺尺寸寸分分布布曲曲線線，，然然后后按按此此曲曲線線的的位位置置(相相對對于于理理想想尺尺寸寸)和和形形狀狀(分分散散范范圍圍)判判斷斷這這種種加加工工方方法法產(chǎn)產(chǎn)生生誤誤差差的的性性質(zhì)質(zhì)和和大大小小。。63(1)計計算算平平均均尺尺寸寸式中中，，xi－各各實實測測尺尺寸寸；；n－實實測測零零件件的的總總數(shù)數(shù)。。(2)計計算算常常值值系系統(tǒng)統(tǒng)誤誤差差式中中，，xM－工工件件的的理理想想尺尺寸寸，，即即公公差差帶帶中中心心值值；；－所所測測尺尺寸寸的的算算術(shù)術(shù)平平均均值值。。分布圖法4.4.3加加工工誤誤差差的的統(tǒng)統(tǒng)計計方方法法常值值系系統(tǒng)統(tǒng)誤誤差差一一般般可可以以通通過過對對工工藝藝系系統(tǒng)統(tǒng)進(jìn)進(jìn)行行適適當(dāng)當(dāng)?shù)牡恼{(diào)調(diào)整整來來消消除除或或減減小小。。圖4-31一批零件加工尺寸分布圖64(3)計計算算隨隨機(jī)機(jī)誤誤差差(4)確確定定工工序序能能力力系系數(shù)數(shù)一般般情情況況下下，，工工序序能能力力不不應(yīng)應(yīng)低低于于二二級級，，即即CP＞1。。只有有當(dāng)當(dāng)時時，，才才不不會會出出現(xiàn)現(xiàn)不不合合格格品品。。實際際工工藝藝能能力力系系數(shù)數(shù)CPK：分布圖法4.4.3加加工工誤誤差差的的統(tǒng)統(tǒng)計計方方法法65工序序能能力力等等級級工序能力系數(shù)工序等級說明CP＞1.67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(qiáng)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工序能力等級分布圖法4.4.3加加工工誤誤差差的的統(tǒng)統(tǒng)計計方方法法工藝藝能能力力系系數(shù)數(shù)CP表示示工工藝藝過過程程本本身身的的能能力力，，而而實際際工工藝藝能能力力系系數(shù)數(shù)CPK則表表示示工工藝藝過過程程滿滿足足加加工工質(zhì)質(zhì)量量要要求求的的能能力力，，是是對對““工工藝藝過過程程能能力力””和和““質(zhì)質(zhì)量量控控制制能能力力””的的綜綜合合。。66(5)計算不不合格品率通常情況下，，計算不合格格品率需要同同時考慮常值值系統(tǒng)誤差和和隨機(jī)誤差。。尺寸過大不合合格品率：尺寸過小不合合格品率：(6)分析減減少不合格品品的措施消除常值系統(tǒng)統(tǒng)誤差提高工序能力力增大不合格品品的可修復(fù)性性4.4.3加加工誤誤差的統(tǒng)計方方法分布圖法圖4-32尺寸調(diào)整前后的不合格品率67點圖法4.4.3加加工誤誤差的統(tǒng)計方方法逐點點圖在一批零件加加工過程中，，依次測量每每個零件的加加工尺寸，并并記入以順次次加工的零件件號不橫坐標(biāo)標(biāo)、零件加工工尺寸為縱坐坐標(biāo)的圖表中中，便構(gòu)成了了逐點點圖。。采用點圖法分分析可明顯發(fā)發(fā)現(xiàn)變值系統(tǒng)統(tǒng)誤差。其隨隨機(jī)誤差的分分布寬度為6σ’，遠(yuǎn)比6σ小。由于刀具磨損損產(chǎn)生變值系系統(tǒng)誤差為Δvs=ntanαα，則每個零件件的系統(tǒng)誤差差為Δs=C+ntanα。式中，n－零件加工順順序號；tanα－直徑變化斜斜率；C－常值系統(tǒng)誤誤差。圖4-33在車床上用調(diào)整法加工軸頸的點圖68在點圖上，，是小樣本本均值的均值值線，UCL、LCL是小樣本均值值的上、下下控制線。在在R圖上，是小小樣本極差R的均值線，，UR是小樣本極差差的上控制線線。圖是由小樣本(樣組)均值的點圖和小樣本極差R的點圖組成，橫坐標(biāo)是按時間先后采集的小樣本組序號，縱坐標(biāo)分別是小樣本均值和極差R。4.4.3加加工誤誤差的統(tǒng)計方方法點圖法圖圖4-34圖R圖UCL

0510樣組序號1520LCL0510樣組序號1520x圖LCLUCL

Ri69◆工藝過程穩(wěn)定定性點子正常波動動→工藝過程程穩(wěn)定；點子子異常波動→→工藝過程不不穩(wěn)定◆穩(wěn)定性判別——沒有點子子超出控制限限——大部分點點子在中心線線上下波動，，小部分點子子靠近控制限限——點子變化化沒有明顯規(guī)規(guī)律性（如上上升、下降傾傾向，或周期期性波動）同時滿足為穩(wěn)穩(wěn)定圖4.4.3加加工誤誤差的統(tǒng)計方方法點圖反映工藝藝過程質(zhì)量指指標(biāo)分布中心心(系統(tǒng)誤差差)的變化，，R圖反映工工藝過程質(zhì)量量指標(biāo)分散范范圍(隨機(jī)誤誤差)的變化化，兩圖必須須聯(lián)合使用。。70機(jī)械制造技術(shù)術(shù)基礎(chǔ)第4章機(jī)械加工質(zhì)量量MachiningQuality4.5

機(jī)械加工表面質(zhì)量的影響因素及改善措施Surfacemachiningqualityfactorsandimprovementmeasures714.5.1切切削加加工表面的形形成過程γohDΔhDΔhOBDC圖4-35已加工表面形成過程αoVBrn刀具鈍圓半徑rnrn值主要由刀具具材料的晶位位結(jié)構(gòu)及刃磨磨質(zhì)量決定。。一般情況下下，高速鋼rn約為10~18μμm，最小可達(dá)5μm;硬質(zhì)合金rn約為18~32μμm，最小可達(dá)3~6μm。刀具前角γo和后角αo越大，刃磨質(zhì)質(zhì)量越好，rn值會增大。切削過程中，，后刀面與加加工表面間的的摩擦擠壓，，加劇了加工工表面的塑性性變形，甚至至引起表層的的非晶質(zhì)化、、纖維化及加加工硬化等。。圖中O點為切削層金金屬的分流點點。72圖4-36表面粗糙度4.5.2機(jī)機(jī)械加加工表面粗糙糙度概述經(jīng)過切(磨)削加工后的的表面總會有有微觀幾何形形狀的不平度度，其高度稱稱為粗糙度。。粗糙度理論(理想)粗糙度把刀具看成純純幾何線時，，切削刃相對對于工件運(yùn)動動所形成表面面的微觀不平平度，其值取取決于殘留面面積的大小。。RmaxⅠⅡfvf實際粗糙度遠(yuǎn)大于理論粗粗糙度734.5.2機(jī)機(jī)械加加工表面粗糙糙度切削加工表面粗糙度產(chǎn)生的原因及其控制切削加工表面面粗糙度的成成因切削加工表面面的實際粗糙糙度是由理論論粗糙度、積積屑瘤與鱗刺刺、切削機(jī)理理的變化、切切削刃與工件件的相對位置置變化(顫振振)、切削刃刃損壞及刀具具的邊界磨損損等原因造成成的。74圖4-37車車削時殘殘留面積的高高度直線刃車刀(圖4-37a)圓弧刃車刀(圖4-37b)影響因素：fκrRmaxvfⅠⅡrεb）RmaxⅠⅡfa）vf理論粗糙度4.5.2機(jī)機(jī)械加加工表面粗糙糙度75切削速度影響響最大：v=10～～50m/min范圍，，易產(chǎn)生積屑屑瘤和鱗刺，，表面粗糙度度最差。其他影響因素素：刀具幾何何角度、刃磨磨質(zhì)量，切削削液等切削45鋼時切削速度與粗糙度關(guān)系100120v（m/min）020406080140表面粗糙度Rz（μm）481216202428收縮系數(shù)Ks1.52.02.53.0積屑瘤高度h（μm）0200400600hKsRz切削表面塑性變形和積屑瘤4.5.2機(jī)機(jī)械加加工表面粗糙糙度76積屑瘤的影響響及其抑制積屑瘤的形成成條件工件方面一一般切塑性材材料且呈帶狀狀切屑時才有有可能形成積積屑瘤。刀具方面刀刀具前角γo=0或較小或或γo<0，刀具刃刃磨質(zhì)量不佳佳，刃口附近近的前后刀面面粗糙度值較較大、切削刃刃不平整，易易形成積屑瘤瘤。切削條件方面面切削速度度vc中等，進(jìn)給量量f(或切削厚度度hD)較大，不用切切削液或切削削液不起潤滑滑減摩作用時時，易形成積積屑瘤。4.5.2機(jī)機(jī)械加加工表面粗糙糙度圖4-38積屑瘤與過切量ΔhD

77◆形成過切，造造成犁溝，影影響加工精度度,增大了表表面粗糙度。。◆積屑瘤頂部周周期性地生成成與脫落，部部分碎片鑲嵌嵌在已加工表表面上，影響響了表面質(zhì)量量。◆積屑瘤脫落時時，會造成刀刀具的粘結(jié)磨磨損，增大了了加工表面粗粗糙度。積屑瘤對表面面質(zhì)量的影響響4.5.2機(jī)機(jī)械加加工表面粗糙糙度積屑瘤的影響響及其抑制鱗刺的影響在切削過程中中，由于切屑屑在前刀面上上的摩擦和冷冷焊作用，使使切屑在前刀刀面上產(chǎn)生周周期性停留，，從而擠拉剛剛加工過的表表面，嚴(yán)重時時使表面出現(xiàn)現(xiàn)撕裂現(xiàn)象，，在已加工表表面上形成鱗鱗片狀毛刺，，使表面粗糙糙不平。是塑性金屬材材料精加工的的一大障礙784.5.2機(jī)機(jī)械加加工表面粗糙糙度切削機(jī)理的變變化圖4-39非連續(xù)性切屑及加工表面圖4-40切削刃兩側(cè)工件材料的隆起現(xiàn)象794.5.2機(jī)機(jī)械加加工表面粗糙糙度切削刃工件相相對位置變化化(顫振)切削刃損壞及及刀具邊界磨磨損運(yùn)動機(jī)構(gòu)的跳跳動和切削過過程的波動，，均會使刀具具與工件間的的位置發(fā)生變變化，從而使使切削厚度、、寬度發(fā)生變變化。這些變變化的不穩(wěn)定定因素會引起起工藝系統(tǒng)的的自激振動，，使相對位置置變化的振幅幅加大，引起起背刀量變化化,即表面粗粗糙度值加大大。圖4-43刀具邊界磨損及凸起804.5.2機(jī)機(jī)械加加工表面粗糙糙度切削加工表面面粗糙度的控控制刀具方面適當(dāng)?shù)販p小κr，κr’，或增大rε，以減小殘留留面積高度Rmax，即減小表面面粗糙度。增大γo，使塑性變形形減小，也可可抑制積屑瘤瘤和鱗刺的生生成。采用稍大于f的修光刀(κr’=0°)能能減小Rmax。提高刀面和切切削刃的刃磨磨質(zhì)量，減小小刀面和切削削刃的表面粗粗糙度，減小小與加工表面面間的摩擦及及表面粗糙度度的復(fù)映，有有利于抑制積積屑瘤和鱗刺刺的生成。采用能減小與與鋼摩擦的TiN、TiC涂層刀具，以以減小粘結(jié)以以及積屑瘤和和鱗刺的生成成。嚴(yán)格控制刀具具磨損值，后后刀面磨損和和邊界磨損，，要換刀。814.5.2機(jī)機(jī)械加加工表面粗糙糙度切削加工表面面粗糙度的控控制工件方面加工塑性較大大的低碳鋼時時，可預(yù)先將將工件進(jìn)行調(diào)調(diào)質(zhì)處理，提提高其硬度、、降低塑性，，可以抑制積積屑瘤和鱗刺刺的生成，減減小表面粗糙糙度。切削條件方面面切削中碳鋼時時可降低切削削速度(vc<5m/min)或提高高切削速度(vc>30m/min)，以以避開積屑瘤瘤生長區(qū)。減小進(jìn)給量f，不僅減小小了殘留面積積高度Rmax，也減小了刀刀-屑接觸區(qū)區(qū)的法向力，，避免刀-屑屑間的粘結(jié)，，從而可抑制制積屑瘤和鱗鱗刺的生成。。采用加熱切削削或低溫切削削，以避免積積屑瘤和鱗刺刺的生成。使用性能好的的切削液，減減小摩擦抑制制積屑瘤和鱗鱗刺的生成，，以減小Ra。防止機(jī)床加工工系統(tǒng)的高頻頻振動，也可可減小表面粗粗糙度。824.5.2機(jī)機(jī)械加加工表面粗糙糙度磨削加工表面粗糙度及其控制磨削表面粗糙糙度有沿磨削削速度方向和和垂直于磨削削速度方向。。通常所說的的磨削表面粗粗糙度是指垂垂直于磨削速速度方向的。。磨削表面粗糙糙度式中，vc、vw－分別表示砂砂輪和工件的的速度；Rs、Rw－分別表示砂砂輪和工件的的半徑；m－砂輪圓周周單位長度的的磨粒數(shù)，與與粒度有關(guān)：：粒度號越大大，m值越大大；B/fn－砂輪寬度與與軸向進(jìn)給量量之比。83砂輪速度v↑，Ra↓工件速度vw↑，Ra↑砂輪縱向進(jìn)給給f↑，Ra↑磨削深度ap↑，Ra↑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(μm)0304050600.51.0a）ap(mm)00.010.40.8Ra(μm)00.20.60.020.030.04b）磨削用量影響圖4-46光磨次數(shù)-Ra關(guān)系Ra(μm)01020300.020.040.06光磨次數(shù)粗粒度砂輪(WA60KV)細(xì)粒度砂輪(WA/GCW14KB)光磨次數(shù)↑，，Ra↓4.5.2機(jī)機(jī)械械加加工工表表面面粗粗糙糙度度84砂輪輪粒粒度度↑↑，，Ra↓；；但但要要適適量量砂輪輪硬硬度度適適中中，，Ra↓；；常常取取中中軟軟砂輪輪組組織織適適中中，，Ra↓；常常取取中中等等組組織織采用用超超硬硬砂砂輪輪材材料料，，Ra↓砂輪輪精精細(xì)細(xì)修修整整，，Ra↓砂輪影響其他影響因素工件材料冷卻潤滑液等4.5.2機(jī)機(jī)械械加加工工表表面面粗粗糙糙度度85減小小磨磨削削表表面面粗粗糙糙度度可可采采取取的的措措施施4.5.2機(jī)機(jī)械械加加工工表表面面粗粗糙糙度度磨削加工表面粗糙度及其控制采用用粒粒度度號號大大的的砂砂輪輪，，磨磨粒粒細(xì)細(xì)，，m值增增大大，，Ra減小小，，但但磨磨粒粒不不宜宜太太細(xì)細(xì)，，否否則則會會造造成成砂砂輪輪，，使使Ra增大大。。提高高砂砂輪輪速速度度vc或降降低低工工件件速速度度vw，即即vc/vw比值值增增大大，，可可使使Ra減小小。。使用用直直徑徑較較大大砂砂輪輪可可使使Ra減小小。。加工工砂砂輪輪寬寬度度B，使使得得參參加加工工件件的的磨磨粒粒增增多多，，每每顆顆磨磨粒粒的的磨磨削削量量將將減減少少。。增大大徑徑向向進(jìn)進(jìn)給給量量fr(或或磨磨削削深深度度ap)，，會會使使表表面面粗粗糙糙度度值值增增大大。。提高高砂砂輪輪修修整整質(zhì)質(zhì)量量，，可可使使Ra減小小。。86已加加工工表表面面表表層層金金屬屬硬硬度度高高于于里里層層金金屬屬硬硬度度的的現(xiàn)現(xiàn)象象加工工表表面面嚴(yán)嚴(yán)重重變變形形層層內(nèi)內(nèi)金金屬屬晶晶格格拉拉長長、、擠擠緊緊、、扭扭曲曲、、碎碎裂裂，，使使表表層層組組織織硬硬化化◆硬化化程程度度（4-45）式中中H———硬硬化化層層顯顯微微硬硬度度（（HV））；；H0———基基體體層層顯顯微微硬硬度度（（HV））。?！粲不瘜訉由钌疃榷戎赣灿不瘜訉由钌钊肴牖w體的的距距離離ΔΔhd（μm））加工硬化概念加工硬化產(chǎn)生原因加工硬化度量4.5.3加加工工表表面面變變質(zhì)質(zhì)層層HV距表面深度H0hiH0圖4-47加工硬化與表面深度的關(guān)系87影響加工硬化的因素4.5.3加加工工表表面面變變質(zhì)質(zhì)層層刀具具方方面面刀具具幾幾何何參參數(shù)數(shù)γo、αo和rn(圖圖4-48、、圖圖4-49)γo↑ΔΔhd↓；；rn↑，，硬硬