機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)-4機(jī)械加工質(zhì)量-2014-05-14

1第4章機(jī)械加工質(zhì)量本章要點(diǎn)機(jī)械加工中的振動(dòng)影響加工誤差的因素影響機(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(jì)分析2機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)第4章機(jī)械加工質(zhì)量AnalysisandControlofMachiningQuality4.1

機(jī)械加工質(zhì)量概述IntroductiontoMachiningQuality4.1機(jī)械加工質(zhì)量概述3

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)）表面粗糙度波度紋理方向傷痕（劃痕、裂紋、砂眼等）加工精度表面質(zhì)量表面幾何形狀精度表面缺陷層表層加工硬化表層金相組織變化表層殘余應(yīng)力加工質(zhì)量圖4-1加工質(zhì)量包含的內(nèi)容4.1機(jī)械加工質(zhì)量概述

4◆

加工精度：零件加工后實(shí)際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)接近程度。◆

零件宏觀幾何形狀誤差、波度、表面粗糙度宏觀幾何形狀誤差（平面度、圓度等）—波長/波高＞1000波度—波長/波高=50～1000；且具有周期特性表面粗糙度——波長/波高＜50a）波度b）表面粗糙度圖4-1零件加工表面的粗糙度與波度RZλHλRZ4.1.1機(jī)械加工誤差與機(jī)械加工精度加工精度及加工誤差零件加工后實(shí)際幾何參數(shù)（尺寸、形狀和各表面間相互位置）與理想幾何參數(shù)（形狀、位置無誤差，尺寸位于零件圖紙規(guī)定的公差帶中心）的

符合程度加工精度不符合程度加工誤差符合程度高，加工精度高；加工精度高，加工誤差小。形狀誤差應(yīng)限制在形狀公差之內(nèi)；位置誤差應(yīng)限制在位置公差范圍之內(nèi)。54.1.2機(jī)械加工表面質(zhì)量對零件使用性能的影響

機(jī)械加工質(zhì)量的內(nèi)涵機(jī)械加工后，零件一定深度表面層的物理力學(xué)性質(zhì)等方面的質(zhì)量與基體相比發(fā)生的變化，稱加工變質(zhì)層64.1.2機(jī)械加工表面質(zhì)量對零件使用性能的影響

加工變質(zhì)層的構(gòu)成情況變質(zhì)層構(gòu)成厚度成因吸附層污染層、化合物層、物理化學(xué)吸附層、異物嵌入層（積屑瘤碎片、磨粒嵌入）8m外界因素結(jié)晶組織變化層（壓縮層）非晶體層、微細(xì)結(jié)晶層、位錯(cuò)密度升高層、孿晶層、便面合金化層、纖維化層、相變層、再結(jié)晶層幾十至幾百微米切削力引起塑性變形應(yīng)力變質(zhì)層殘余應(yīng)力層74.1.2機(jī)械加工表面質(zhì)量對零件使用性能的影響

8對耐磨性影響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）對耐疲勞性影響對耐蝕性影響對配合質(zhì)量影響適當(dāng)硬化可提高耐磨性4.1.3機(jī)械加工工藝系統(tǒng)的原始誤差9

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(dòng)誤差)原理誤差定位誤差調(diào)整誤差刀具誤差?yuàn)A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(dòng)狀態(tài)下的誤差主軸回轉(zhuǎn)誤差導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差傳動(dòng)誤差原始誤差——原始誤差分類4.1.4誤差敏感方向

10

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(diǎn)的法線方向。圖4-5誤差敏感方向ＯYR0Xa）ＯYR0Xb）誤差敏感方向4.1.5研究加工精度的獲得方法

尺寸精度的獲得方法（1）試切法試切+測量+調(diào)整效率低，對操作者水平要求高單件、小批生產(chǎn)或高精度零件加工（2）調(diào)整法試切好工件/標(biāo)準(zhǔn)樣件+對刀裝置（成批、大量生產(chǎn)）（3）尺寸刀具法

零件加工表面尺寸由刀具確定，孔（鉆、擴(kuò)、鉸）；鍵槽（鍵槽銑刀）；成形刀具（成型表面）（4）自動(dòng)控制法

數(shù)控加工（尺寸測量裝置+進(jìn)給機(jī)構(gòu)+控制裝置加工過程中的尺寸測量+刀具補(bǔ)償調(diào)整）(試切法的自動(dòng)化)114.1.5研究加工精度的獲得方法

形狀精度的獲得方法（1）成形運(yùn)動(dòng)法：刀具相對于工件有規(guī)律的切削成形運(yùn)動(dòng)例：軌跡法、展成法、相切法和成形刀具法（2）非成形運(yùn)動(dòng)法：通過表面形狀檢驗(yàn)，人工修整加工

124.1.5研究加工精度的獲得方法

位置精度的獲得方法（1）一次裝夾獲得法零件表面的位置精度在一次裝夾中由刀具相對于工件的成形運(yùn)動(dòng)位置關(guān)系保證；（2）多次裝夾獲得法通過刀具相對工件的成形運(yùn)動(dòng)與工件定位基準(zhǔn)面之間的位置關(guān)系來保證零件表面的位置精度（3）非成形運(yùn)動(dòng)法人工修整，反復(fù)檢測、加工1314機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)第4章機(jī)械加工質(zhì)量AnalysisandControlofMachiningQuality4.2

工藝系統(tǒng)原始誤差對加工精度的影響及其控制GeometricPrecisionsofTechnologicalSystemanditsinfluencetomachiningPrecision4.2.1原理誤差

15原理誤差是指采用了近似的成型運(yùn)動(dòng)或近似的刀刃輪廓進(jìn)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1：在數(shù)控銑床上采用球頭刀銑削復(fù)雜形面零件(圖4-6)SRh圖4-6空間曲面數(shù)控加工（4-3）原理誤差164.2.2量具誤差與測量誤差

計(jì)量器具誤差：示值誤差示值穩(wěn)定性回程誤差靈敏度測量誤差測量者的視力判斷能力測量經(jīng)驗(yàn)4.2.3裝夾誤差與夾具誤差17L±0.05φ6F7φ10F7k6φ20H7g6YZ圖4-7鉆徑向孔的夾具

夾具誤差影響加工位置精度。與夾具有關(guān)的影響位置誤差因素包括：

通常要求定位誤差和夾具制造誤差不大于工件相應(yīng)公差的1/3。夾具誤差1）定位誤差；2）刀具導(dǎo)向（對刀）誤差；3）夾緊誤差；4）夾具制造誤差；5）夾具安裝誤差；……184.2.4刀具誤差與調(diào)整誤差定程機(jī)構(gòu)誤差。樣件或樣板誤差。測量有限試件造成的誤差。和試切法有關(guān)的誤差。b）圖4-8刀具的調(diào)整刀具的調(diào)整與微量進(jìn)給精度（圖4-8）4.2.5機(jī)床幾何誤差

19

主軸回轉(zhuǎn)誤差是指主軸實(shí)際回轉(zhuǎn)線對其理想回轉(zhuǎn)軸線的漂移。為便于研究，可將主軸回轉(zhuǎn)誤差分解為徑向跳動(dòng)、軸向串動(dòng)和角度擺動(dòng)三種基本型式（圖4-10）。b）軸向串動(dòng)a）徑向跳動(dòng)c）角度擺動(dòng)圖4-10主軸回轉(zhuǎn)誤差基本形式回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)精度20◆

主軸回轉(zhuǎn)誤差對加工精度的影響★

主軸徑向跳動(dòng)對加工精度的影響（鏜孔）考慮最簡單的情況，主軸回轉(zhuǎn)中心在X方向上作簡諧直線運(yùn)動(dòng)，其頻率與主軸轉(zhuǎn)速相同，幅值為2e。則刀尖的坐標(biāo)值為：e圖4-8徑向跳動(dòng)對鏜孔精度影響式中R——刀尖回轉(zhuǎn)半徑；

φ——主軸轉(zhuǎn)角。（4-4）

顯然，式（4-4）為一橢圓。4.2.5機(jī)床幾何誤差

21圖4-9徑向跳動(dòng)對車外圓精度影響12345678仍考慮最簡單的情況，主軸回轉(zhuǎn)中心在X方向上作簡諧直線運(yùn)動(dòng)，其頻率與主軸轉(zhuǎn)速相同，幅值為2e。則刀尖運(yùn)動(dòng)軌跡接近于正圓（圖4-9）。

結(jié)論：主軸徑向跳動(dòng)影響加工表面的圓度誤差e★

主軸徑向跳動(dòng)對加工精度的影響（車外圓）4.2.5機(jī)床幾何誤差

22★

主軸軸向串動(dòng)對加工精度的影響被加工端面不平，與圓柱面不垂直；加工螺紋時(shí)，產(chǎn)生螺距周期性誤差。★

主軸角度擺動(dòng)對加工精度的影響與主軸徑向跳動(dòng)影響類似，不僅影響圓度誤差，而且影響圓柱度誤差。4.2.5機(jī)床幾何誤差

23AB◆影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素圖4-10軸徑不圓引起車床主軸徑向跳動(dòng)鏜床（圖4-11）——軸承孔不圓引起鏜床主軸徑向跳動(dòng)圖4-11軸承孔不圓引起鏜床主軸徑向跳動(dòng)車床（圖4-10）——軸徑不圓引起車床主軸向跳動(dòng)（注意其頻率特性）4.2.5機(jī)床幾何誤差

24◆影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素★推力軸承（軸向串動(dòng)）滾道端面平面度誤差及與回轉(zhuǎn)軸線的垂直度誤差（圖4-12）★其他因素軸承孔、軸徑圓度誤差；軸承孔同軸度誤差；軸肩、隔套端面平面度誤差及與回轉(zhuǎn)軸線的垂直度誤差；裝配質(zhì)量等a）b）Δ≈0Δ圖4-12止推軸承端面誤差對主軸軸向竄動(dòng)的影響4.2.5機(jī)床幾何誤差

25◎?qū)к壐边\(yùn)動(dòng)件實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向與理想運(yùn)動(dòng)方向的偏差◎包括：導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度，導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度，前后導(dǎo)軌平行度（扭曲），導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線的平行度（或垂直度）等?！魧?dǎo)軌導(dǎo)向誤差對加工精度的影響

導(dǎo)軌水平面內(nèi)的直線度誤差,誤差敏感方向,影響顯著導(dǎo)軌垂直面內(nèi)的直線度誤差,誤差非敏感方向,影響小導(dǎo)軌扭曲對加工精度的影響,影響顯著（圖4-13）ΔX圖4-13導(dǎo)軌扭曲引起的加工誤差HδΔRDαBXY（4-5）

直線運(yùn)動(dòng)精度4.2.5機(jī)床幾何誤差

26

導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線位置誤差對加工精度的影響圖4-14成形運(yùn)動(dòng)間位置誤差對外圓和端面車削的影響fαZΔzΔzαc）HyR0fXZLfdD－ΔdΔxa）b）4.2.5機(jī)床幾何誤差

27◆影響導(dǎo)軌導(dǎo)向精度的主要因素機(jī)床制造誤差機(jī)床安裝誤差導(dǎo)軌磨損4.2.5機(jī)床幾何誤差

28◆機(jī)床傳動(dòng)誤差對加工精度的影響圖4-17齒輪機(jī)床傳動(dòng)鏈z7=z8=16z1=64zn=96z5=z6=23z3=z4=23bz2=16zn-1=1icefacd（4-6）

以齒輪機(jī)床傳動(dòng)鏈為例：式中Δφn

——傳動(dòng)鏈末端元件轉(zhuǎn)角誤差；

kj——第j個(gè)傳動(dòng)元件的誤差傳遞系數(shù)，表明第j個(gè)傳動(dòng)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(dòng)比；

ωn

——傳動(dòng)鏈末端元件角速度；

αj——第j個(gè)傳動(dòng)元件轉(zhuǎn)角誤差的初相角。機(jī)床傳動(dòng)誤差4.2.5機(jī)床幾何誤差

29

縮短傳動(dòng)鏈長度提高末端元件的制造精度與安裝精度采用降速傳動(dòng)采用頻譜分析方法，找出影響傳動(dòng)精度的誤差環(huán)節(jié)對傳動(dòng)誤差進(jìn)行補(bǔ)償圖4-18傳動(dòng)鏈誤差的頻譜分析a)ΔφΣφnA1A2Aib)ω（頻率）A（幅值）ω1ω2ωi◆提高傳動(dòng)精度措施4.2.5機(jī)床幾何誤差

30機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)第4章機(jī)械加工質(zhì)量AnalysisandControlofMachiningQuality4.3

工藝過程中原始誤差對加工精度的影響StaticStiffnessofTechnologicalSystemanditsinfluencetomachiningPrecision4.3.1工藝系統(tǒng)受力變形31在加工誤差敏感方向上工藝系統(tǒng)所受外力與變形量之比工藝系統(tǒng)剛度（4-7）式中k——工藝系統(tǒng)剛度；

Fp——吃刀抗力；

ΔX——工藝系統(tǒng)位移（切削合力作用下的位移）32（4-8）式中k——工藝系統(tǒng)剛度；

kjc

——機(jī)床剛度；

kjj——夾具剛度；

kd——刀具剛度；

kg——工件剛度。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(dǎo)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(guān)系：工藝系統(tǒng)剛度計(jì)算4.3.1工藝系統(tǒng)受力變形4.3.2工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響

33◆機(jī)床變形引起的加工誤差切削力作用點(diǎn)位置變化引起工件形狀誤差圖4-22機(jī)床受力變形引起的加工誤差

工件加工后成鞍形（圖4-22）◆工件變形引起的加工誤差

由于工件變形，使工件加工后成鼓形（圖4-23）圖4-23工件受力變形引起的加工誤差4.3.2工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響

34式中Δg

——工件圓度誤差；

Δm

——毛坯圓度誤差；

k——工藝系統(tǒng)剛度；

ε——誤差復(fù)映系數(shù)。（4-13）

以橢圓截面車削為例說明（圖4-24）圖4-24誤差復(fù)映現(xiàn)象ap1Δ1ap2Δ2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(fù)映”切削力大小變化引起的加工誤差

誤差復(fù)映4.3.2工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響

35

誤差復(fù)映系數(shù)機(jī)械加工中，誤差復(fù)映系數(shù)通常小于1?？赏ㄟ^多次走刀，消除誤差復(fù)映的影響。（4-15）誤差復(fù)映程度可用誤差復(fù)映系數(shù)來表示，誤差復(fù)映系數(shù)與系統(tǒng)剛度成反比。由式（4-13）可得：（4-14）4.3.2工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響

36夾緊力、重力引起的加工誤差◆夾緊力影響a）b）圖4-25薄壁套夾緊變形圖4-26薄壁工件磨削【例1】薄壁套夾緊變形

解決：加開口套【例2】薄壁工件磨削

解決：加橡皮墊4.3.2工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響

37圖4-27龍門銑橫梁變形【例】龍門銑橫梁圖4-28龍門銑橫梁變形轉(zhuǎn)移圖4-29龍門銑橫梁變形補(bǔ)償◆重力影響

解決1：重量轉(zhuǎn)移

解決2：變形補(bǔ)償4.3.3減小受力變形對加工精度影響措施38合理設(shè)計(jì)零部件結(jié)構(gòu)和截面形狀提高連接表面接觸剛度（↓表面粗糙度，改進(jìn)接觸質(zhì)量，予加載荷）采用輔助支承（中心架，跟刀架，鏜桿支承等）圖4-33支座零件不同安裝方法圖4-32轉(zhuǎn)塔車床導(dǎo)向桿提高工藝系統(tǒng)剛度減小載荷及其變化采用合理裝夾和加工方式變形轉(zhuǎn)移、補(bǔ)償和校正4.3.4工件殘余應(yīng)力引起的變形39圖4-34鑄件殘余應(yīng)力引起變形圖4-35冷校直引起的殘余應(yīng)力壓拉加載壓壓拉拉卸載

設(shè)計(jì)合理零件結(jié)構(gòu)粗、精加工分開避免冷校直時(shí)效處理殘余應(yīng)力來源

毛坯制造和熱處理產(chǎn)生的殘余應(yīng)力（圖4-34）減小殘余應(yīng)力措施

冷校直帶來的殘余應(yīng)力（圖4-35）切削加工帶來的殘余應(yīng)力40機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)第4章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制AnalysisandControlofMachiningQuality4.4

工藝系統(tǒng)熱變形及其對加工精度的影響HeatDeformationofTechnologicalSystemandit’sEffecttomachiningPrecision4.4.1概述

41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40～70%。

溫度場——工藝系統(tǒng)各部分溫度分布熱平衡——單位時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)傳入的熱量與傳出的熱量相等，系統(tǒng)各部分溫度保持在一相對穩(wěn)定的數(shù)值上溫度場與熱平衡研究——目前以實(shí)驗(yàn)研究為主工藝系統(tǒng)熱源內(nèi)部熱源外部熱源切削熱摩擦熱環(huán)境熱源輻射熱工藝系統(tǒng)熱變形工藝系統(tǒng)熱源溫度場與工藝系統(tǒng)熱平衡4.4.2機(jī)床熱變形對加工精度影響

42

體積大，熱容量大，溫升不高，達(dá)到熱平衡時(shí)間長結(jié)構(gòu)復(fù)雜，溫度場和變形不均勻，對加工精度影響顯著運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間/h0123450150100200位移/μm20406080溫升/℃ΔYΔX前軸承溫升圖4-36車床受熱變形a）車床受熱變形形態(tài)b）溫升與變形曲線機(jī)床熱變形特點(diǎn)車床熱變形（圖4-36）4.4.2機(jī)床熱變形對加工精度影響

43

立銑（圖a）圖4-37立式銑床、外圓磨床、導(dǎo)軌磨床受熱變形a）銑床受熱變形形態(tài)b）外圓磨床受熱變形形態(tài)c）導(dǎo)軌磨床受熱變形形態(tài)

外圓磨（圖b）

導(dǎo)軌磨（圖c）其他機(jī)床熱變形（圖4-37）4.4.3刀具和工件熱變形對加工精度影響

44

體積小，熱容量小，達(dá)到熱平衡時(shí)間較短溫升高，變形不容忽視（達(dá)0.03～0.05mm）◆特點(diǎn)◆變形曲線（圖4-38）（4-16）式中ξ——熱伸長量；

ξmax——達(dá)到熱平衡熱伸長量；

τ——切削時(shí)間；

τc

——時(shí)間常數(shù)（熱伸長量為熱平衡熱伸長量約63%的時(shí)間，常取3～4分鐘）。τ(min)圖4-38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刀具熱變形4.4.3刀具和工件熱變形對加工精度影響

45◆圓柱類工件熱變形5級絲杠累積誤差全長≤5μm，可見熱變形的嚴(yán)重性式中ΔL，ΔD——長度和直徑熱變形量；

L，D——工件原有長度和直徑；

α——工件材料線膨脹系數(shù)；

Δt——溫升。

長度：（4-17）（4-18）

直徑：

例：長400mm絲杠，加工過程溫升1℃，熱伸長量為：工件熱變形4.4.3刀具和工件熱變形對加工精度影響

46式中ΔX——變形撓度；

L，S——工件原有長度和厚度；

α——工件材料線膨脹系數(shù)；

Δt——溫升。（5-19）◆板類工件單面加工時(shí)的熱變形（圖4-39）圖4-39平面加工熱變形ΔXφ/4φLS此值已大于精密導(dǎo)軌平直度要求結(jié)果：加工時(shí)上表面升溫，工件向上拱起，磨削時(shí)將中凸部分磨平，冷卻后工件下凹。例：高600mm，長2000mm的床身，若上表面溫升為3℃，則變形量為：4.4.4減小熱變形對加工精度影響的措施

47例1：磨床油箱置于床身內(nèi)，其發(fā)熱使導(dǎo)軌中凹解決：導(dǎo)軌下加回油槽圖4-40平面磨床補(bǔ)償油溝例2：立式平面磨床立柱前壁溫度高，產(chǎn)生后傾。解決：采用熱空氣加熱立柱后壁（圖4-41）。圖4-41均衡立柱前后壁溫度場

減少切削熱和磨削熱，粗、精加工分開。

充分冷卻和強(qiáng)制冷卻。

隔離熱源。減少熱源發(fā)熱和隔離熱源均衡溫度場4.4.4減小熱變形對加工精度影響的措施

48圖4-43支承距影響熱變形L1L2

熱對稱結(jié)構(gòu)熱補(bǔ)償結(jié)構(gòu)（圖4-42，主軸熱補(bǔ)償）圖4-42雙端面磨床主軸熱補(bǔ)償1—主軸2—?dú)んw3—過渡套筒熱伸長方向

合理選擇裝配基準(zhǔn)（圖4-43）高速空運(yùn)轉(zhuǎn)人為加熱

恒溫人體隔離采用合理結(jié)構(gòu)加速達(dá)到熱平衡控制環(huán)境溫度49機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)第4章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制AnalysisandControlofMachiningQuality4.5

加工誤差統(tǒng)計(jì)分析StatisticAnalysisofMachiningErrors4.5.1加工誤差的性質(zhì)

50系統(tǒng)誤差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(jī)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(jī)床、夾具、量具的磨損等因素引起的加工誤差?！?/p>

變值系統(tǒng)誤差——誤差大小和方向按一定規(guī)律變化。如機(jī)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(jī)誤差常值系統(tǒng)誤差變值系統(tǒng)誤差加工誤差統(tǒng)計(jì)特性4.5.1加工誤差的性質(zhì)

51◆

在順序加工一批工件中，其大小和方向隨機(jī)變化的加工誤差?！?/p>

隨機(jī)誤差是工藝系統(tǒng)中大量隨機(jī)因素共同作用而引起的?！?/p>

隨機(jī)誤差服從統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律?！?/p>

如毛坯余量或硬度不均，引起切削力的隨機(jī)變化而造成的加工誤差；定位誤差；夾緊誤差；殘余應(yīng)力引起的變形等。隨機(jī)誤差加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析◆

運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理和方法，根據(jù)被測質(zhì)量指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)，對工藝過程進(jìn)行分析和控制。4.5.2分布圖分析法

521）采集數(shù)據(jù)樣本容量通常取n=50～2002）確定分組數(shù)、組距、組界、組中值①按教材134頁表5-2初選分組數(shù)k′；②確定組距d：

取整，d′→d③確定分組數(shù)k：④確定各組組界、組中值⑤統(tǒng)計(jì)各組頻數(shù)直方圖4.5.2分布圖分析法

53圖4-44直方圖-14.5-8.55-3.5x

y

（頻數(shù)）（偏差值）（平均偏差）-15-10-5（公差帶中心）（公差帶下限）（公差帶上限）3）計(jì)算樣本平均值和標(biāo)準(zhǔn)差:4）畫直方圖（圖4-44）（4-20）（4-21）4.5.2分布圖分析法

54◆正態(tài)分布

式中μ和σ分別為正態(tài)分布隨機(jī)變量總體平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。平均值μ=0，標(biāo)準(zhǔn)差σ=1的正態(tài)分布稱為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，記為：

x~N(0,1)

概率密度函數(shù)（4-22）yF（z）圖4-45正態(tài)分布曲線μ(z=0)x(z)0z-σ+σ分布曲線4.5.2分布圖分析法

55

分布函數(shù)（5-23）令：將z代入上式，有：則利用上式，可將非標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布進(jìn)行計(jì)算（圖4-45）。稱z

為標(biāo)準(zhǔn)化變量yF（z）圖4-45正態(tài)分布曲線μ(z=0)x(z)0z-σ+σ4.5.2分布圖分析法

56◆非正態(tài)分布

xy0a）雙峰分布

雙峰分布：兩次調(diào)整下加工的工件或兩臺機(jī)床加工的工件混在一起（圖4-46a）xy0b）平頂分布xy0c）偏向分布

平頂分布：工件瞬時(shí)尺寸分布呈正態(tài)，其算術(shù)平均值近似成線性變化（如刀具和砂輪均勻磨損）（圖4-46b）

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(shí)寧小勿大，加工外圓時(shí)寧大勿?。▓D4-46c）圖4-46幾種非正態(tài)分布4.5.2分布圖分析法

57◆形位誤差的分布

差數(shù)模分布：正態(tài)分布大于零的部分與小于零的部分對零軸線映射后的迭加（圖4-47），如對稱度、直線與平面的平行度、相鄰周節(jié)誤差等

瑞利分布：二維正態(tài)分布，在只考慮平面向量模情況下轉(zhuǎn)換成為一維分布（圖4-48）,如同軸度、直線與直線平行度、端面圓跳動(dòng)誤差等（不考慮系統(tǒng)誤差）xy0圖4-47差數(shù)模分布

瑞利綜合分布：上述誤差在考慮系統(tǒng)誤差的情況下，其誤差分布接近瑞利綜合分布圖4-48瑞利分布xzy04.5.2分布圖分析法

58◆判斷加工性質(zhì)

判斷是否存在明顯變值系統(tǒng)誤差；判斷是否存在常值系統(tǒng)誤差，及常值系統(tǒng)誤差的大小?！舸_定工序能力分布圖應(yīng)用（5-24）（5-25）（5-26）工序能力工序能力系數(shù)式中TU,TL——公差帶上、下限；

Δ——公差帶中心與誤差分布中心偏移距離；

σ——誤差分布的標(biāo)準(zhǔn)差。4.5.2分布圖分析法

59y圖4-49工藝能力系數(shù)符號含義μx03σ3σ公差帶TΔTUTL4.5.2分布圖分析法

60

工序能力等級

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4-2工序能力等級

CP表示工藝過程本身的能力，而工藝能力系數(shù)CPK則表示過程滿足技術(shù)要求的能力，實(shí)際上是“過程能力”與“管理能力”的綜合

4.5.3點(diǎn)圖分析法

6101234567樣組序號b）工件尺寸公差帶T控制限圖4-50單值點(diǎn)圖工件序號c）AA′B′O′OB工件尺寸工件尺寸工件序號a差帶T控制限單值點(diǎn)圖（圖4-49）4.5.3點(diǎn)圖分析法

62

圖是控制圖和R控制圖聯(lián)合使用的統(tǒng)稱（4-26）R圖：（4-27）A2、D1、D2

數(shù)值見教材164頁表4-6。圖

表示樣組平均值，R表示樣組極差

圖控制限圖：4.5.3點(diǎn)圖分析法

63◆工藝過程穩(wěn)定性點(diǎn)子正常波動(dòng)→工藝過程穩(wěn)定；點(diǎn)子異常波動(dòng)→工藝過程不穩(wěn)定圖4-51圖R

圖UCL=19.67CL=8.900510樣組序號1520LCL=00510樣組序號1520x圖LCL=11.57UCL=21.89CL=16.73◆穩(wěn)定性判別——沒有點(diǎn)子超出控制限——大部分點(diǎn)子在中心線上下波動(dòng)，小部分點(diǎn)子靠近控制限——點(diǎn)子變化沒有明顯規(guī)律性（如上升、下降傾向，或周期性波動(dòng)）同時(shí)滿足為穩(wěn)定

圖分析4.5.4調(diào)整尺寸

64式中Lt——調(diào)整尺寸；

LM——平均尺寸；

Tt——調(diào)整公差。（4-28）由圖4-52所示關(guān)系可得：圖4-52調(diào)整尺寸關(guān)系yTtxT3σLmaxLminLM

（

Lt）樣本均值分布總體分布總體分布平均值極端位置（4-29）樣本平均值分布：調(diào)整尺寸調(diào)整公差4.5.4調(diào)整尺寸

65

上式要求過于苛刻，產(chǎn)生不合格品得概率只有0.00036%。用2σ代替3σ，得到：此時(shí)產(chǎn)生不合格品得概率為0.104%，完全可以接受。（4-30）圖4-52調(diào)整尺寸關(guān)系yTtxT3σLmaxLminLM

（

Lt）樣本均值分布總體分布總體分布平均值極端位置66機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)第4章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制AnalysisandControlofMachiningQuality4.6

提高加工精度的途徑MethodsofImprovingMachiningPrecision4.6.1誤差預(yù)防

67

合理采用先進(jìn)工藝和設(shè)備◆誤差預(yù)防指減小原始誤差本身或減小原始誤差的影響

減小原始誤差

轉(zhuǎn)移原始誤差（圖4-53）a）b）圖4-53轉(zhuǎn)塔車床刀架轉(zhuǎn)位誤差的轉(zhuǎn)移

誤差分組

就地加工

均化原始誤差，如研磨加工、易位加工（圖4-54）圖4-54易位法加工時(shí)誤差均化過程φ360°工件轉(zhuǎn)角累積誤差Δ1l1l2Δ24.6.2誤差補(bǔ)償

68

在線測量與在線補(bǔ)償（圖4-55）◆指人為引入附加誤差因素，以抵消或減小原始誤差的影響圖4-55高壓油泵偶件自動(dòng)配磨裝置示意圖柱塞銷柱塞4.6.2誤差補(bǔ)償

69圖4-56絲扛加工誤差補(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

附加位移螺母附加轉(zhuǎn)動(dòng)

采用校正裝置（圖4-56）4.6.2誤差補(bǔ)償

70圖4-57以彈性變形補(bǔ)償熱變形

以彈性變形補(bǔ)償熱變形（圖4-57）

其他補(bǔ)償方法圖4-59以熱變形補(bǔ)償熱變形圖4-58龍門銑橫梁變形補(bǔ)償附加夾緊力

以熱變形補(bǔ)償熱變形（圖4-59）

以幾何誤差補(bǔ)償受力變形（圖4-58）71機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)第4章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制AnalysisandControlofMachiningQuality4.7

影響加工表面粗糙度的工藝因素TechnologicalFactorsInfluencingRoughness4.7.1切削加工表面粗糙度影響因素

72圖4-60車削時(shí)殘留面積的高度直線刃車刀（圖4-60a）（4-31）圓弧刃車刀（圖4-60b）（4-32）影響因素：fκrRmaxvfⅠⅡrεb）RmaxⅠⅡfa）vf切削殘留面積4.7.1切削加工表面粗糙度影響因素

73

切削速度影響最大：v=10～50m/min范圍，易產(chǎn)生積屑瘤和鱗刺，表面粗糙度最差（圖5-53）。

其他影響因素：刀具幾何角度、刃磨質(zhì)量，切削液等圖4-61切削45鋼時(shí)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4.7.2磨削加工表面粗糙度影響因素

74

砂輪速度v↑，Ra↓

工件速度vw↑，Ra↑

砂輪縱向進(jìn)給f↑，Ra

↑

磨削深度ap↑，Ra

↑圖4-62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4-63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↓4.7.2磨削加工表面粗糙度影響因素

75

砂輪粒度↑，Ra↓；但要適量砂輪硬度適中，Ra↓；常取中軟砂輪組織適中，Ra↓

；常取中等組織采用超硬砂輪材料，Ra

↓

砂輪精細(xì)修整，Ra↓砂輪影響其他影響因素

工件材料冷卻潤滑液等76機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)第4章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制AnalysisandControlofMachiningQuality4.8

影響表層金屬力學(xué)物理性能的工藝因素TechnologicalFactorsInfluencingPhysicsPropertiesofSurfaceLayer4.8.1影響表面冷作硬化的因素

77切削加工

f↑，冷硬程度↑(圖4-64)◆切削用量影響◆刀具影響rε↑，冷硬程度↑其他幾何參數(shù)影響不明顯后刀面磨損影響顯著（圖4-65）00.20.40.60.81.0磨損寬度VB(mm)100180260340硬度(HV)50鋼，v

=40(m/min)f=0.12～0.2(mm/z)圖4-65后刀面磨損對冷硬影響◆工件材料

材料塑性↑，冷硬傾向↑

切削速度影響復(fù)雜（力與熱綜合作用結(jié)果）切削深度影響不大圖4-64f和v對冷硬的影響硬度(HV)0f(mm/r)0.20.40.60.8v=170(m/min)135(m/min)100(m/min)50(m/min)100200300400工件材料：454.8.1影響表面冷作硬化的因素

78磨削速度↑→冷硬程度↓（弱化作用加強(qiáng)）工件轉(zhuǎn)速↑→冷硬程度↑縱向進(jìn)給量影響復(fù)雜磨削深度↑→冷硬程度↑（圖4-66）◆磨削用量◆砂輪

砂輪粒度↑→冷硬程度↓砂輪硬度、組織影響不顯著◆工件材料

材料塑性↑→冷硬傾向↑材料導(dǎo)熱性↑→冷硬傾向↓圖4-66磨削深度對冷硬的影響ap(mm)硬度(HV)00.253003504505004000.500.75普通磨削高速磨削磨削加工4.8.2影響層金屬殘余應(yīng)力的因素

79

v↑→殘余應(yīng)力↑（熱應(yīng)力起主導(dǎo)作用，圖4-67）◆切削用量◆刀具前角+→－，殘余拉應(yīng)力↓刀具磨損↑→殘余應(yīng)力↑◆工件材料材料塑性↑→殘余應(yīng)力↑鑄鐵等脆性材料易產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力圖4-68f對殘余應(yīng)力的影響工件：45，切削條件：vc=86m/min，ap=2mm，不加切削液殘余應(yīng)力(Gpa)0.2000.200100200300400距離表面深度(μm)f

=0.40mm/rf

=0.25mm/rf

=0.12mm/r僅討論切削加工

f↑→殘余應(yīng)力↑（圖4-68）切削深度影響不顯著圖4-67vc對殘余應(yīng)力的影響γ0=5°,α0==5°,κr=75°,rε=0.8mm,工件：45切削條件：ap=0.3mm,f=0.05mm/r,不加切削液050100150200距離表面深度(μm)殘余應(yīng)力(Gpa)-0.2000.20vc

=213m/minvc

=86m/minvc

=7.7m/min4.8.3磨削燒傷與磨削裂紋

80

合理選擇砂輪合理選擇磨削用量改善冷卻條件工件表層溫度達(dá)到或超過金屬材料相變溫度時(shí)，表層金相組織、顯微硬度發(fā)生變化，并伴隨殘余應(yīng)力產(chǎn)生，同時(shí)出現(xiàn)彩色氧化膜磨削燒傷磨削表面殘余拉應(yīng)力達(dá)到材料強(qiáng)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(shí)出現(xiàn)圖4-69帶空氣擋板冷卻噴嘴磨削燒傷與磨削裂紋的控制磨削裂紋4.8.4表面強(qiáng)化工藝

81

利用淬硬和精細(xì)研磨過的滾輪或滾珠，在常溫狀態(tài)擠壓金屬表面，將凸起部分下壓下，凹下部分上凸，修正工件表面的微觀幾何形狀,形成壓縮殘余應(yīng)力，提高耐疲勞強(qiáng)度（圖4-71）

利用大量快速運(yùn)動(dòng)珠丸打擊工件表面,使工件表面產(chǎn)生冷硬層和壓應(yīng)力,↑疲勞強(qiáng)度（圖4-70）噴丸強(qiáng)化圖4-71滾壓加工原理圖

用于強(qiáng)化形狀復(fù)雜或不宜用其它方法強(qiáng)化的工件，例如板彈簧、螺旋彈簧、齒輪、焊縫等滾壓加工圖4-70珠丸擠壓引起殘余應(yīng)力

壓縮拉伸塑性變形區(qū)域82機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)第4章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制AnalysisandControlofMachiningQuality4.9

機(jī)械加工過程中的振動(dòng)VibrationsinmachiningProcess4.9.1概述

83機(jī)械加工過程中振動(dòng)的危害

影響加工表面粗糙度，振動(dòng)頻率較低時(shí)會(huì)產(chǎn)生波度影響生產(chǎn)效率加速刀具磨損，易引起崩刃影響機(jī)床、夾具的使用壽命產(chǎn)生噪聲污染，危害操作者健康

工藝系統(tǒng)受到初始干擾力而破壞了其平衡狀態(tài)后，系統(tǒng)僅靠彈性恢復(fù)力來維持的振動(dòng)稱為自由振動(dòng)。

由于系統(tǒng)中總存在由阻尼，自由振動(dòng)將逐漸衰弱，對加工影響不大。機(jī)械加工過程中振動(dòng)的類型自由振動(dòng)自由振動(dòng)強(qiáng)迫振動(dòng)自激振動(dòng)4.9.2機(jī)械加工過程中強(qiáng)迫振動(dòng)84強(qiáng)迫振動(dòng)產(chǎn)生原因

由外界周期性的干擾力（激振力）作用引起強(qiáng)迫振動(dòng)振源：機(jī)外＋機(jī)內(nèi)。機(jī)外振源均通過地基把振動(dòng)傳給機(jī)床。機(jī)內(nèi)：

1）回轉(zhuǎn)零部件質(zhì)量的不平衡

2）機(jī)床傳動(dòng)件的制造誤差和缺陷

3）切削過程中的沖擊

頻率特征：與干擾力的頻率相同，或是干擾力頻率整倍數(shù)

幅值特征：與干擾力幅值、工藝系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性有關(guān)。當(dāng)干擾力頻率接近或等于工藝系統(tǒng)某一固有頻率時(shí)，產(chǎn)生共振

相角特征：強(qiáng)迫振動(dòng)位移的變化在相位上滯后干擾力一個(gè)φ角，其值與系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性及干擾力頻率有關(guān)。強(qiáng)迫振動(dòng)的特征4.9.3機(jī)械加工過程中自激振動(dòng)85自激振動(dòng)的概念

在沒有周期性外力作用下，由系統(tǒng)內(nèi)部激