機(jī)械制造技術(shù) 課件 第5章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

機(jī)械加工表面質(zhì)量分析加工誤差綜合分析影響加工精度的因素機(jī)械加工精度概述提高加工精度的措施第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

機(jī)械產(chǎn)品一般由若干零件裝配而成，因而零件的加工質(zhì)量是整個(gè)產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)，它直接影響機(jī)器的工作性能和壽命。因此，分析研究工藝系統(tǒng)中影響機(jī)械加工質(zhì)量的因素，掌握其變化的基本規(guī)律，采取相應(yīng)的工藝措施，是保證零件加工質(zhì)量的重要任務(wù)。

加工精度表面質(zhì)量零件機(jī)械加工質(zhì)量

尺寸精度形狀精度位置精度表面幾何形狀精度表面缺陷層零件裝配的機(jī)械產(chǎn)品5.1機(jī)械加工精度概述2024/1/32第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

加工精度

零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)（尺寸、形狀和位置）與理想幾何參數(shù)的符合程度。符合程度越好，加工精度就越高。

2024/1/335.1.1加工精度的基本概念第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

加工誤差

實(shí)際加工中也不可能把零件做得與理想零件完全一致，總會(huì)有一定的偏差，零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)的偏差稱為加工誤差。加工誤差和加工精度是對(duì)同一個(gè)問(wèn)題的兩種不同說(shuō)法。研究機(jī)械加工精度的目的，就是研究如何把各種加工誤差控制在允許的公差范圍內(nèi)，弄清各種因素對(duì)加工精度的影響規(guī)律，從而找出減小加工誤差、提高加工精度的措施。

5.1.1加工精度的基本概念2024/1/34第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

5.1.2獲取加工精度的方法獲得尺寸精度

獲得形狀精度

獲得位置精度

獲得加工精度獲得尺寸精度

1.試切法：先對(duì)刀，然后試切出一小段，測(cè)量其尺寸，如果不合適，則重新調(diào)整刀具位置，再試切，如此反復(fù)進(jìn)行，直至達(dá)到規(guī)定尺寸后再加工出整個(gè)表面的一種加工方法稱。

試切法試切法生產(chǎn)率低，對(duì)工人的技術(shù)水平要求高，故常用于單件、小批量生產(chǎn)。2024/1/35第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

2.調(diào)整法：先按規(guī)定尺寸調(diào)整好機(jī)床、夾具、刀具和工件的相對(duì)位置及進(jìn)給行程，然后以不變的位置加工一批零件的方法。調(diào)整法可分為靜調(diào)整法和動(dòng)調(diào)整法兩類。

鏜孔時(shí)靜調(diào)整法對(duì)刀

銑削時(shí)靜調(diào)整法對(duì)刀5.1.2獲取加工精度的方法2024/1/36第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

動(dòng)調(diào)整法：又稱為尺寸調(diào)整法，是按試切法進(jìn)行調(diào)整，先試切一個(gè)或一組零件，所有試切零件合格，即調(diào)整完畢，然后進(jìn)行批量加工。這種方法多用于大批大量生產(chǎn)。動(dòng)調(diào)整法由于考慮了加工過(guò)程中的讓刀等動(dòng)態(tài)影響因素，其精度比靜調(diào)整法高。

3.定尺寸刀具法：由刀具的尺寸來(lái)保證加工表面尺寸精度。這種方法操作簡(jiǎn)便，生產(chǎn)率較高，加工精度也較穩(wěn)定。4.自動(dòng)控制法：通過(guò)自動(dòng)測(cè)量和數(shù)字控制裝置，在達(dá)到尺寸精度時(shí)自動(dòng)停止加工的一種尺寸控制方法。這種方法加工質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)率高，是當(dāng)前機(jī)械制造技術(shù)的主要發(fā)展方向。

5.1.2獲取加工精度的方法2024/1/37第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

獲得形狀精度軌跡法：所獲得的形狀精度主要取決于刀具和工件間相對(duì)成形運(yùn)動(dòng)的精度；

成形法:所獲得的形狀精度取決于成形刀具切削刃的形狀精度、成形運(yùn)動(dòng)的精度及刀具的裝夾精度；相切法和展成法:所獲得的形狀精度主要取決于機(jī)床展成運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)鏈精度與刀具的制造精度。5.1.2獲取加工精度的方法2024/1/38第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

獲得位置精度直接找正安裝

通過(guò)劃針在零件上畫出要加工表面的位置線段，再按所劃線段用劃針找正工件在機(jī)床上的位置并施以?shī)A緊來(lái)獲取零件位置精度。通過(guò)劃針、百分表等工具，找正工件位置并施以?shī)A緊來(lái)直接獲取零件位置精度.

通過(guò)將工件直接安裝在夾具的定位元件上，以獲取零件位置精度。

5.1.2獲取加工精度的方法2024/1/39第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

5.1.3經(jīng)濟(jì)加工精度

加工成本與加工誤差之間的關(guān)系加工誤差δ與加工成本C成反比關(guān)系

經(jīng)濟(jì)加工精度：指在正常加工條件下（即采用符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備、工藝裝備和標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)等級(jí)的工人，不延長(zhǎng)加工時(shí)間）所能保證的加工精度。

2024/1/310第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

5.1.4研究機(jī)械加工精度的方法通過(guò)分析計(jì)算或?qū)嶒?yàn)、測(cè)試等方法，研究某一確定因素對(duì)加工精度的影響。一般不考慮其他因素的同時(shí)作用，主要是分析各項(xiàng)誤差單獨(dú)的變化規(guī)律。

運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對(duì)生產(chǎn)中一批工件的實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，用以控制工藝過(guò)程的正常進(jìn)行，主要是研究各項(xiàng)誤差綜合的變化規(guī)律，只適用于大批、大量的生產(chǎn)條件。

2024/1/311第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

5.2.1原始誤差及其與加工誤差的關(guān)系

原始誤差凡是能直接引起加工誤差的工藝系統(tǒng)誤差稱為原始誤差。

活塞銷孔精鏜工序中的各種原始誤差

5.2影響加工精度的因素及其分析2024/1/312第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

工藝系統(tǒng)原始誤差

5.2.1原始誤差及其與加工誤差的關(guān)系

2024/1/313第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

原始誤差與加工誤差的關(guān)系

原始誤差與加工誤差的關(guān)系

如圖左所示，工件的回轉(zhuǎn)軸線為O，刀尖正確位置在A，設(shè)某一瞬時(shí)由于各種原始誤差的影響，使刀尖位移到，即為原始誤差，它與間夾角為，由此引起工件加工后的半徑由變?yōu)?，故半徑上產(chǎn)生的加工誤差為：

5.2.1原始誤差及其與加工誤差的關(guān)系

2024/1/314第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

由上式可知，當(dāng)原始誤差的方向恰好為加工表面法向方向時(shí)（0°），引起的加工誤差最大；當(dāng)原始誤差的方向恰好為加工表面切線方向時(shí)（90°），，此值完全可以忽略不計(jì)。

通常把對(duì)加工精度影響最大的那個(gè)方向（即刀具與工件接觸點(diǎn)表面的法向）稱為誤差敏感方向；而對(duì)加工精度影響最小的方向（即刀具與工件接觸點(diǎn)表面的切向）稱為非誤差敏感方向。

5.2.1原始誤差及其與加工誤差的關(guān)系

2024/1/315第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

5.2.2原理誤差原理誤差是由于采用了近似的加工運(yùn)動(dòng)或者近似的刀具輪廓而產(chǎn)生的。

車蝸桿時(shí)的傳動(dòng)關(guān)系

2024/1/316第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

工件螺距P工機(jī)床絲杠螺距P絲由于蝸桿的螺距，其中是一個(gè)無(wú)理數(shù)，這樣在選擇掛輪齒數(shù)、、、時(shí)，只能取其近似值，因此加工出蝸桿的螺距必然存在誤差。

5.2.2原理誤差2024/1/317采用近似的加工原理和刀具輪廓形狀，一定會(huì)產(chǎn)生加工誤差。但由于它可減小機(jī)床與刀具的制造困難，簡(jiǎn)化加工過(guò)程，使機(jī)床結(jié)構(gòu)及刀具形狀簡(jiǎn)化，刀具數(shù)量減少，成本降低。第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

5.2.3機(jī)床、刀具、夾具誤差1機(jī)床的幾何誤差1）主軸回轉(zhuǎn)誤差主軸回轉(zhuǎn)誤差的三種基本形式

指主軸各瞬間的實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線相對(duì)其平均回轉(zhuǎn)軸線的變動(dòng)量。

徑向跳動(dòng)

軸向竄動(dòng)角度擺動(dòng)（1）主軸回轉(zhuǎn)誤差的概念2024/1/318第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

（2）主軸回轉(zhuǎn)誤差的影響因素采用滑動(dòng)軸承時(shí)主軸的徑向圓跳動(dòng)主要原因有：主軸幾段軸頸的圓柱度、同軸度誤差，軸承本身的各種誤差，與軸承配合零件的誤差，主軸撓度和熱變形等。但它們對(duì)主軸徑向回轉(zhuǎn)精度的影響大小隨加工方式的不同而不同。

2024/1/319第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

（3）主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度的影響

車削時(shí)純徑向跳動(dòng)對(duì)圓度的影響

鏜孔時(shí)純徑向跳動(dòng)對(duì)圓度的影響主軸軸向竄動(dòng)對(duì)端面加工的影響2024/1/320第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

純角度擺動(dòng)對(duì)鏜孔的影響O—工件孔軸心線；Om—主軸回轉(zhuǎn)軸心線機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差產(chǎn)生的加工誤差

主軸回轉(zhuǎn)誤差的基本形式車床上車削鏜床上鏜削內(nèi)、外圓端面螺紋孔端面徑向跳動(dòng)影響極小(轉(zhuǎn)頻)無(wú)影響牙型中徑誤差橢圓孔無(wú)影響軸向竄動(dòng)無(wú)影響端面垂直度誤差(凸輪)螺距誤差無(wú)影響平面度誤差垂直度誤差角度擺動(dòng)圓柱度誤差影響極小螺距誤差圓柱度誤差平面度誤差2024/1/321第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

2）導(dǎo)軌誤差：

水平面內(nèi)的直線度；垂直面內(nèi)的直線度；前后導(dǎo)軌的平行度（扭曲）。臥式車床導(dǎo)軌直線度誤差臥式車床導(dǎo)軌垂直面內(nèi)直線誤差度對(duì)工件加工精度的影響

臥式車床導(dǎo)軌扭曲對(duì)工件加工精度的影響2024/1/322第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

車床導(dǎo)軌與主軸軸線平行度誤差引起的加工誤差機(jī)床裝配過(guò)程中，導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線之間的平行度裝配誤差也對(duì)加工精度有影響

3）傳動(dòng)鏈誤差：傳動(dòng)鏈誤差是指?jìng)鲃?dòng)鏈?zhǔn)寄﹥啥藗鲃?dòng)元件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的誤差。一般用傳動(dòng)鏈末端元件的轉(zhuǎn)角誤差來(lái)衡量。

盡量縮短傳動(dòng)鏈，減少誤差源數(shù)；盡可能采用降速傳動(dòng)，因?yàn)閭鲃?dòng)比，誤差將被放大，反之誤差將被縮小；提高傳動(dòng)件的制造精度，特別是末端傳動(dòng)件精度，因?yàn)槟┒藗鲃?dòng)件誤差傳遞系數(shù)為1；消除間隙。傳動(dòng)副之間存在間隙會(huì)使速比不穩(wěn)定，造成末端傳動(dòng)件瞬時(shí)速度不均勻，從而產(chǎn)生傳動(dòng)誤差。

這樣可以減小傳動(dòng)鏈誤差2024/1/323第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

2刀具制造誤差和磨損對(duì)加工精度的影響1）刀具的制造誤差

刀具制造誤差對(duì)加工精度的影響

（1）定尺寸刀具如鉆頭、鉸刀、拉刀等刀具的制造誤差會(huì)直接造成工件的加工誤差。（2）成形刀具刀刃的形狀誤差以及刃磨、安裝、調(diào)整誤差，都會(huì)直接影響加工表面的形狀精度。

（3）一般刀具如車刀、銑刀、鏜刀等，刀具的制造精度對(duì)加工精度無(wú)直接影響。2024/1/324第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

2）刀具的磨損

刀具的尺寸磨損與切削路程的關(guān)系

初期磨損階段（）刀具磨損較快，這段時(shí)間的刀具磨損量稱為初期磨損量。正常磨損階段（）

磨損量與切削路程成正比，其斜率稱為單位磨損率，表示每切削1km路程時(shí)，刀具的尺寸磨損量，單位為μm/km。刀具的尺寸磨損量可用下式近似計(jì)算：

2024/1/325第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

精車時(shí)刀具的初始磨損μ0和單位磨損量Kμ

2024/1/326工件材料刀具材料切削用量初始磨損μ0/(μm)單位磨損

Kμ/(μm/km)背吃刀量ap/mm進(jìn)給量f/(mm/r)切削速度v/(m/s)45鋼YT60，YT300.30.17.75~8.083~42.5~2.8YT15<2<0.3<1.67~3.334~128灰鑄鐵(187HBS)YG40.50.21.538.5YG6513519YG80.11.6741325182.33635合金鋼σb=920MPaYT60，YT300.50.212.2522.0~3.5YT1548.5YG359.5YG4630第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

3夾具的制造誤差與磨損

工件在夾具中定位裝夾示意圖

鉆套中心線f至夾具定位平面c間的距離誤差，影響工件孔a至底面B的尺寸L的精度；鉆套中心線f至夾具定位平面c間的平行度誤差，影響工件孔軸心線a至底面B的平行度；夾具定位平面c與夾具體底面d的垂直度誤差，影響工件孔軸心線a與底面B間的尺寸精度和平行度；鉆套直徑誤差將影響工件孔a至底面B的尺寸精度和平行度。

夾具中定位元件、導(dǎo)向元件、接觸元件等易損元件需選用高性能耐磨材料制造。夾具上直接影響加工精度的有關(guān)尺寸制造誤差一般取工件相應(yīng)公差的1/3～1/5。

2024/1/327第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

不同調(diào)整方式引起的誤差

試切法調(diào)整

測(cè)量誤差：由測(cè)量器具誤差、測(cè)量溫度變化、測(cè)量力及視覺(jué)偏差等引起的誤差

微量進(jìn)給影響：試切中，低速微量進(jìn)給時(shí)，常會(huì)出現(xiàn)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的“爬行”現(xiàn)象，結(jié)果使刀具的實(shí)際進(jìn)給量比手輪轉(zhuǎn)動(dòng)刻度值要偏大或偏小些，以致難于控制尺寸精度，造成加工誤差。

切削厚度影響

（見下頁(yè)圖）按定程機(jī)構(gòu)調(diào)整：機(jī)構(gòu)的制造精度和磨損，以及與其配合使用的離合器、行程開關(guān)、控制閥等的靈敏度和運(yùn)動(dòng)精度，就成了影響調(diào)整誤差的主要因素用樣件或樣板調(diào)整：樣件或樣板本身的制造誤差、安裝誤差、對(duì)刀誤差就成了影響調(diào)整誤差的主要因素。

5.2.4調(diào)整誤差2024/1/328第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

試切法調(diào)整中切削厚度的影響銳利：5微米，鈍：20-50微米切削厚度變化引起不同力變形2024/1/329第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

5.2.5工藝系統(tǒng)受力變形基本概念機(jī)械加工工藝系統(tǒng)作為一個(gè)彈性系統(tǒng)，在切削力、夾緊力、慣性力、重力、傳動(dòng)力等的作用下，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變形，從而破壞了刀具和工件之間正確的相對(duì)位置，使工件的加工精度下降。

受力變形對(duì)加工精度的影響2024/1/330第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

工程上通常用剛度的概念來(lái)表示工藝系統(tǒng)反抗變形的能力。我們將垂直作用于工件加工表面（加工誤差敏感方向）的切削分力Fy與工藝系統(tǒng)在該方向上的總變形Y系統(tǒng)之間的比值，稱為工藝系統(tǒng)剛度K系統(tǒng)。

K系統(tǒng)

=Fy/Y系統(tǒng)

車削加工中與刀架系統(tǒng)在力作用下產(chǎn)生同向變形，而在力作用下產(chǎn)生的變形則與方向相反。如果，就會(huì)出現(xiàn)Y系數(shù)即負(fù)剛度的情況，此時(shí)車刀刀尖將扎入工件外圓表面。

2024/1/331第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

工藝系統(tǒng)剛度分析1.工件剛度（以細(xì)長(zhǎng)回轉(zhuǎn)體為例）

細(xì)長(zhǎng)回轉(zhuǎn)體零件用兩個(gè)頂尖裝夾進(jìn)行加工時(shí)，工件的變形Y工可按簡(jiǎn)支梁計(jì)算：L為工件長(zhǎng)度（mm）；x為刀尖距右頂尖的距離（mm）；E為工件材料的彈性模量（N/mm2）；I為工件截面的慣性矩（mm4）。

當(dāng)切削至工件的中點(diǎn)時(shí)，工件變形最大，且最大變形為:此時(shí)，工件的最小剛度為:2024/1/332第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

如果同樣的零件用三爪卡盤裝夾，則按懸臂梁計(jì)算，最大變形為:L為工件懸臂長(zhǎng)度（mm）

此時(shí)工件最小剛度為:

2.刀具剛度外圓車刀在加工表面法線（y）方向上的剛度很大，其變形可以忽略不計(jì)。對(duì)鏜削（磨削）直徑較小的內(nèi)孔的鏜刀（磨頭）而言，刀桿剛度很差，刀桿受力變形對(duì)孔加工精度有很大影響。

2024/1/333第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

3.機(jī)床部件剛度

車床部件靜剛度的測(cè)定1-心軸2、3、6-千分表4-測(cè)力環(huán) 5-螺旋加力器主軸箱、尾座和刀架的變形Y主軸、Y尾座、Y刀架可分別由千分表2、3、6讀出，由此測(cè)得主軸箱剛度K主軸、尾座剛度、刀架剛度分別為：2024/1/334第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

車床刀架部件的剛度曲線①變形與載荷不成線性關(guān)系；②加載曲線和卸載曲線不重合，卸載曲線滯后于加載曲線。兩條曲線線間所包容的面積是在加載和卸載循環(huán)中所損耗的能量，它消耗于摩擦力所做的功和接觸變形功；③第一次卸載后，變形恢復(fù)不到第一次加載的起點(diǎn)，這說(shuō)明有殘余變形存在，經(jīng)多次加載卸載后，加載曲線起點(diǎn)才和卸載曲線終點(diǎn)重合，殘余變形才逐漸減小到零；④機(jī)床部件的實(shí)際剛度遠(yuǎn)比按實(shí)體估算的要小。2024/1/335第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

結(jié)合面接觸變形的影響

摩擦力的影響

低剛度零件的影響

影響機(jī)床部件剛度的因素

間隙的影響

表面接觸對(duì)剛度的影響摩擦力對(duì)剛度影響2024/1/336第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

4.工藝系統(tǒng)剛度

工藝系統(tǒng)剛度的倒數(shù)等于其各組成部分剛度的倒數(shù)和，工藝系統(tǒng)剛度主要取決于薄弱環(huán)節(jié)的剛度，整個(gè)系統(tǒng)的剛度比其中剛度最小環(huán)節(jié)的剛度還小。

2024/1/337工藝系統(tǒng)的受力總變形是其各組成部分變形的疊加，即第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響

1.工藝系統(tǒng)剛度變化引起的誤差車削外圓時(shí)工藝系統(tǒng)受力變形

Y系統(tǒng)

當(dāng)?shù)毒咔邢鞯焦ぜ我馕恢肅時(shí)，工藝系統(tǒng)的總變形Y系統(tǒng)為：

Y系統(tǒng)

Y主軸+(Y尾座-Y主軸)2024/1/338，，，第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

若要知道最小變形Y系統(tǒng)min發(fā)生在何處，將上式中Y系統(tǒng)對(duì)求導(dǎo)并令其為零，即可求得。為計(jì)算方便，令K主軸/K尾座，代入求導(dǎo)公式整理得，將其代入上式可求得工藝系統(tǒng)的最小變形Y系統(tǒng)min。2024/1/339經(jīng)測(cè)得某臺(tái)車床各部件剛度，，

，現(xiàn)加工長(zhǎng)度為的剛性軸，徑向切削分力，試計(jì)算該軸加工后的圓柱度誤差。第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

2024/1/340，，工件加工后圓柱度誤差為：第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

在一般情況下，機(jī)床、刀架、工件的變形經(jīng)常同時(shí)存在，此時(shí)工藝系統(tǒng)的總變形為：因此，工藝系統(tǒng)的總剛度為

由此可見，工藝系統(tǒng)的剛度在沿工件軸向的各個(gè)位置是不同的，所以加工出的工件在各個(gè)截面上的直徑尺寸也不相同，從而造成加工后工件的形狀誤差。2024/1/341第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

2.切削力變化引起的誤差

毛坯形狀誤差的復(fù)映

在加工過(guò)程中，由于工件毛坯存在誤差，造成加工余量發(fā)生變化，從而引起的切削力變化，使工藝系統(tǒng)變形發(fā)生變化，從而產(chǎn)生加工誤差。

在工件每轉(zhuǎn)一周的過(guò)程中，背吃刀量將不斷發(fā)生變化，當(dāng)車刀切至毛坯橢圓長(zhǎng)軸方向時(shí)，背吃刀量ap1最大，切至毛坯橢圓短軸方向時(shí)，背吃刀量ap2最小。由于背吃刀量不同，造成切削力不斷發(fā)生變化，工藝系統(tǒng)產(chǎn)生的讓刀變形也不同，對(duì)應(yīng)于ap1產(chǎn)生的讓刀為y1，對(duì)應(yīng)于ap2產(chǎn)生的讓刀為y2，故加工出來(lái)的工件B仍然存在橢圓形狀誤差。由于毛坯存在圓度誤差

毛

=ap1-ap2，引起了工件的圓度誤差

工

=y1-y2，且

毛越大，

工越大，這種現(xiàn)象稱為加工過(guò)程中的誤差復(fù)映現(xiàn)象。2024/1/342第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

工與

毛之比值ε稱為誤差復(fù)映系數(shù)，它是誤差復(fù)映程度的度量由工藝系統(tǒng)剛度的定義可知

根據(jù)切削原理，在一定切削條件下，切削力與切削深度成正比，即

2024/1/343若每次進(jìn)給的復(fù)映系數(shù)為，則總的復(fù)映系數(shù)為第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

具有偏心量e=1.5mm的短階梯軸裝夾在車床三爪卡盤中（如圖所示），分兩次走刀粗車小頭外圓，設(shè)兩次走刀的復(fù)映系數(shù)均為ε=0.1，試估算加工后階梯軸的偏心量是多大?

解：第一次走刀后工件的偏心量e1為：第二次走刀后工件的偏心量e2為：

具有偏心誤差階梯軸的車削

2024/1/344第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

小結(jié)（1）工件加工前的尺寸誤差和形位誤差都會(huì)以一定比例復(fù)映到加工后的工件表面上，其根本原因是余量不均勻。（2）在采用調(diào)整法加工一批零件時(shí)，由于零件的毛坯尺寸和它們的硬度各不相同，所以加工過(guò)程中切削力也不相同，從而造成一批零件的尺寸不一致，產(chǎn)生尺寸誤差。（3）工件的加工過(guò)程應(yīng)是一個(gè)漸進(jìn)過(guò)程，它需要經(jīng)過(guò)粗加工、半精加工、精加工和光整加工等加工階段，才能將毛坯的各種誤差逐漸修證，工件的精度逐漸提高。（4）在車削加工時(shí)，由于工藝系統(tǒng)剛度較大，復(fù)映系數(shù)遠(yuǎn)小于1，復(fù)映規(guī)律表現(xiàn)不明顯，復(fù)映誤差只對(duì)粗加工有意義，常用復(fù)映規(guī)律估算粗加工工序的加工誤差；對(duì)于鏜、磨小直徑的內(nèi)孔工序，因工藝系統(tǒng)剛度較小，因而ε較大，故復(fù)映誤差較大。

2024/1/345第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

3.夾緊變形引起的誤差

工件在裝夾過(guò)程中，如果工件剛度較低或夾緊力的方向和施力點(diǎn)選擇不當(dāng)，將引起工件變形，造成相應(yīng)的加工誤差。

除上述因素外，重力、慣性力、傳動(dòng)力等也會(huì)使工藝系統(tǒng)的變形發(fā)生變化，引起加工誤差。2024/1/346第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

減小工藝系統(tǒng)受力變形的途徑

提高工藝系統(tǒng)剛度

提高工件和刀具的剛度提高機(jī)床剛度采用合理的裝夾方式和加工方式

減小切削力及其變化將工件進(jìn)行分組改變加工和裝夾方式提高工藝系統(tǒng)剛度

2024/1/347第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

5.2.6工藝系統(tǒng)受熱變形工藝系統(tǒng)的熱源（內(nèi)部熱源和外部熱源）內(nèi)部熱源：切削熱、摩擦熱和能量損耗、派生熱源車削切削熱的分配示意圖外部熱源：環(huán)境溫度、輻射熱2024/1/348第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

工件熱變形對(duì)加工精度的影響

1.工件均勻受熱在車削或磨削像軸類等一些形狀簡(jiǎn)單的工件時(shí)，工件處在相對(duì)比較穩(wěn)定的溫度場(chǎng)中，可近似看成均勻受熱的情況，工件熱變形量可由下式估算：

為工件熱變形方向的尺寸（mm）；為工件的熱膨脹系數(shù)（l/℃）；為工件的平均溫升（℃）。

例如，磨削絲杠時(shí)，設(shè)絲杠長(zhǎng)度L=400mm，被磨絲杠的溫度比機(jī)床母絲杠高，則被磨絲杠的伸長(zhǎng)量為5級(jí)絲杠在400mm長(zhǎng)度上的累計(jì)誤差不允許超過(guò)0.005mm。可見，對(duì)于精密加工，熱變形是一個(gè)不容忽視的重要問(wèn)題，熱變形對(duì)精密加工件有很大影響。

2024/1/349第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

2.工件不均勻受熱在銑、刨、磨平面時(shí)，工件單面受切削熱作用，上下表面之間形成溫度差，導(dǎo)致工件向上凸起，凸起部分被工具切去，在加工完畢冷卻后，加工表面就產(chǎn)生了中凹，造成了幾何形狀誤差。

平面加工時(shí)熱變形的估算工件凸起量隨工件長(zhǎng)度的增加而急劇增加，且工件厚度愈小，工件凸起量就愈大。對(duì)于某一具體工件而言，L、H、α均為定值，若欲減小熱變形誤差，就必須設(shè)法控制上下表面的溫差。

2024/1/350第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

刀具熱變形對(duì)加工精度的影響曲線A是車刀連續(xù)工作時(shí)的熱伸長(zhǎng)曲線。曲線B是車刀停止切削后隨溫度降低伸長(zhǎng)量縮小的曲線。C是車刀進(jìn)行間斷切削的熱變形曲線。車刀的熱變形曲線

2024/1/351第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

機(jī)床熱變形對(duì)加工精度的影響2024/1/352圖5-40牛頭刨床滑枕熱變形及結(jié)構(gòu)改進(jìn)示意圖第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

減小工藝系統(tǒng)熱變形的途徑

減小工藝系統(tǒng)熱變形的途徑主要有：減小發(fā)熱和隔熱、改善散熱條件、均衡溫度場(chǎng)、改進(jìn)機(jī)床結(jié)構(gòu)、加快溫度場(chǎng)的平衡、控制環(huán)境溫度。

隔熱均衡溫度場(chǎng)改進(jìn)機(jī)床結(jié)構(gòu)2024/1/353第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

5.2.7殘余應(yīng)力引起的變形當(dāng)外部載荷去除后仍然殘存在零件內(nèi)部的應(yīng)力，稱為殘余應(yīng)力。工件上一旦產(chǎn)生殘余應(yīng)力之后，就會(huì)使工件金屬處于一種高能位的不穩(wěn)定狀態(tài)，它自然地要向低能位的穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)化，并伴隨有變形發(fā)生，從而使工件喪失原有的加工精度?？梢?，殘余應(yīng)力的后果是伴隨零件的變形。殘余應(yīng)力的產(chǎn)生1.熱加工中殘余應(yīng)力的產(chǎn)生

為了克服這種內(nèi)應(yīng)力重新分布而引起的變形，特別是對(duì)大型和精度要求高的零件，一般在鑄件粗加工后先安排進(jìn)行時(shí)效處理，然后再進(jìn)行精加工。

2024/1/354第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

2.冷校直產(chǎn)生的殘余應(yīng)力

校直引起的殘余應(yīng)力

冷校直后的工件雖然減小了彎曲，但是依然處于不穩(wěn)定狀態(tài)，還會(huì)產(chǎn)生新的彎曲變形。

3.切削（磨削）產(chǎn)生的殘余應(yīng)力

切削（磨削）過(guò)程中產(chǎn)生的切削力和切削熱，使被加工工件表面層產(chǎn)生殘余應(yīng)力，加工方法不同殘余應(yīng)力狀態(tài)也不同，2024/1/355第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

減小殘余應(yīng)力變形誤差的途徑

改進(jìn)零件結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)零件時(shí)，盡量做到壁厚均勻，結(jié)構(gòu)對(duì)稱，以減小殘余應(yīng)力的產(chǎn)生。增設(shè)消除殘余應(yīng)力的熱處理工序鑄件、鍛件、焊接件在進(jìn)入機(jī)械加工之前，應(yīng)進(jìn)行退火、回火等熱處理，加速殘余應(yīng)力變形的進(jìn)程；對(duì)箱體、床身、主軸等重要零件，在機(jī)械加工工藝中需要適當(dāng)安排時(shí)效處理工序。合理安排工藝過(guò)程粗加工和精加工宜分階段進(jìn)行，使工件在粗加工后有一定的時(shí)間來(lái)松弛釋放殘余應(yīng)力。2024/1/356第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

5.3.1加工誤差的性質(zhì)與分析方法基本概念

加工過(guò)程中，根據(jù)誤差性質(zhì)的不同，加工誤差可分為系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差兩大類。

系統(tǒng)誤差又可分為常值系統(tǒng)誤差和變值系統(tǒng)誤差兩種。

在順序加工一批工件時(shí)，加工誤差的大小和方向基本保持不變的誤差，稱為常值系統(tǒng)誤差。加工誤差的大小和方向隨零件的加工順序按一定規(guī)律變化的誤差，稱為變值系統(tǒng)誤差。

在順序加工一批工件時(shí)，有些誤差的大小和方向是不規(guī)則地變化著的，一般符合統(tǒng)計(jì)規(guī)律，這些誤差稱為隨機(jī)誤差。常用的統(tǒng)計(jì)分析法有兩種：分布圖分析法和點(diǎn)圖分析法。

5.3加工誤差綜合分析2024/1/3571.機(jī)械加工中常見的誤差分布規(guī)律：正態(tài)分布；見圖（a）平頂分布；見圖（b）雙峰分布；見圖（c）偏態(tài)分布。見圖（d）第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

5.3.2分布圖分析法2024/1/358第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

2.正態(tài)分布（1）正態(tài)分布的數(shù)學(xué)模型及特征參數(shù)：正態(tài)分布曲線的特殊點(diǎn)

一個(gè)是算術(shù)平均值，另一個(gè)是均方根偏差（標(biāo)準(zhǔn)差）

2024/1/359第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

理論上的正態(tài)分布曲線是向兩邊無(wú)限延伸的，而在實(shí)際生產(chǎn)中產(chǎn)品的尺寸值卻是有限的。因此，用有限的樣本平均值和樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差作為理論均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差的估計(jì)值。其計(jì)算公式如下：

為每個(gè)樣本的實(shí)際尺寸；為樣本均值，即工件平均尺寸；為樣本均方根偏差（標(biāo)準(zhǔn)差）；N為樣本容量。2024/1/360第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

正態(tài)分布曲線的特點(diǎn)

（1）曲線呈鐘形，中間高，兩邊低，表明尺寸靠近分布中心的工件占大部分，而尺寸遠(yuǎn)離分布中心的工件數(shù)越來(lái)越少；（2）曲線積分為1，說(shuō)明曲線下所包含的全部面積代表了全部工件，即100％；（3）曲線關(guān)于均值對(duì)稱，說(shuō)明工件尺寸大于均值和小于均值的頻率是相等的；（4）均值只影響曲線的位置，而不影響曲線的形狀，且在其左右對(duì)稱；（5）標(biāo)準(zhǔn)偏差只影響曲線的形狀，而不影響曲線的位置；（6）曲線的拐點(diǎn)即曲線在處得拐點(diǎn)的縱坐標(biāo)值為：

2024/1/361第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

均值分別為、、時(shí)的三條正態(tài)分布曲線，概率密度y取得的最大值，即：

值越大，越小，曲線將趨于平坦，尺寸分散性增大，說(shuō)明加工精度越低。值越小，曲線陡峭，尺寸分散性越小，說(shuō)明加工精度越高。

2024/1/362第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

（2）標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布

算術(shù)平均值為0、均方根偏差為1的正態(tài)分布為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布：

實(shí)際生產(chǎn)中，零件的分布通常不是標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布。為了計(jì)算方便，通過(guò)變量代換可轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布。令，則：2024/1/363第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

（3）工件尺寸在某區(qū)間內(nèi)的概率

工件尺寸概率分布C點(diǎn)代表一批零件規(guī)定的最小尺寸x1，D點(diǎn)代表規(guī)定的最大尺寸x2，曲線下C、D之間陰影部分的面積代表加工零件的合格品率，曲線下其余部分的面積則為不合格品率。在加工外圓時(shí)，圖上左邊無(wú)陰影線部分表示實(shí)際零件加工尺寸比規(guī)定的最小尺寸還小，相當(dāng)于不可修復(fù)的廢品，右邊無(wú)陰影線部分則為可修復(fù)的不合格品。加工內(nèi)孔時(shí)，則恰好相反。

正態(tài)分布的區(qū)間概率為：令，則

2024/1/364第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

由上頁(yè)算式可以看出，非標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布概率密度函數(shù)的積分，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化變換后，可用標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布概率密度函數(shù)的積分表示。

當(dāng)時(shí)，％；

當(dāng)時(shí)，％；

當(dāng)時(shí)，％。

結(jié)果表明，工件尺寸落在（）范圍內(nèi)的概率為99.73％，而在該范圍以外的零件出現(xiàn)的概率只占0.27％，屬于小概率事件，可忽略不計(jì)。因此，通常近似認(rèn)為正態(tài)分布的事件分散范圍為（），這就是工程上經(jīng)常用到的“原則”，或稱為“6σ原則”。2024/1/365第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

若工件公差為，并且在加工時(shí)調(diào)整分布中心與公差帶中心重合，則不產(chǎn)生不合格品的條件是：反之，便有不合格品產(chǎn)生。尺寸過(guò)大或過(guò)小的不合格品率可由下式計(jì)算：若分布中心與公差帶中心不重合，則不重合部分即為常值系統(tǒng)性誤差，以

系統(tǒng)表示，如左圖所示，這時(shí)即使允許加工公差，仍有產(chǎn)生不合格品的可能性，而這時(shí)不產(chǎn)生不合格品的條件為：2024/1/366第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

在車床上車一批軸，圖紙要求為。已知軸徑尺寸誤差呈正態(tài)分布，mm，mm，問(wèn)這批加工件的合格品率是多少？不合格品率是多少？不合格品能否修復(fù)？

解：根據(jù)題意，工件尺寸分布圖如圖所示，將分布圖進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化變換。令，則：

合格品率為：不合格品率為：偏大不合格品率為：偏小不合格品率為：2024/1/367第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

3工藝過(guò)程分布圖分析

（1）工件過(guò)程的穩(wěn)定性工藝過(guò)程的穩(wěn)定性是指工藝過(guò)程在時(shí)間歷程上保持工件均值和標(biāo)準(zhǔn)差值穩(wěn)定不變的性能。

工藝過(guò)程穩(wěn)定性分析圖

當(dāng)時(shí)間T由變化到T1時(shí)，若瞬時(shí)分布中心由O變化至O’，質(zhì)量指標(biāo)的均值基本不變，即變值系統(tǒng)性誤差對(duì)工藝過(guò)程幾乎沒(méi)有影響，而且質(zhì)量指標(biāo)分布的標(biāo)準(zhǔn)差由T時(shí)刻的到T1時(shí)刻的也基本無(wú)變化，則認(rèn)為工藝過(guò)程是穩(wěn)定的。如果工藝過(guò)程中質(zhì)量指標(biāo)的均值或標(biāo)準(zhǔn)差其中有一個(gè)變化顯著，如圖中的瞬時(shí)分布中心由O變化至O’或標(biāo)準(zhǔn)差由σ變化為σ1’

，則認(rèn)為工藝過(guò)程是不穩(wěn)定的。

2024/1/368第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

（2）工藝過(guò)程的分布圖分析實(shí)例

1）樣本容量的確定

若樣本容量太小，樣本不能準(zhǔn)確地反映總體的實(shí)際分布，失去了取樣的本來(lái)目的；若樣本容量太大，雖能代表總體，但又增加了分析計(jì)算的工作量。一般生產(chǎn)條件下，樣本容量取為n=50～200，就有足夠的估計(jì)精度。本例取n=100。下面以在無(wú)心磨床上加工一批外徑為mm的銷子為例，具體介紹工藝過(guò)程分布圖分析的內(nèi)容及步驟。

2024/1/369第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

2）樣本數(shù)據(jù)的測(cè)量

3）異常數(shù)據(jù)的剔除

測(cè)量?jī)x器的精度應(yīng)將被測(cè)尺寸的公差乘以（0.1～0.15）的測(cè)量精度系數(shù)，作為選用量具或量?jī)x的依據(jù)。測(cè)量尺寸時(shí)，應(yīng)按加工順序逐個(gè)測(cè)量，并記錄于測(cè)量數(shù)據(jù)表5-5中。

在所實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)中，有時(shí)會(huì)混入異常測(cè)量數(shù)據(jù)和異常加工數(shù)據(jù)，從而歪曲了數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)，使分析結(jié)果不可信，因此，異常數(shù)據(jù)應(yīng)予剔除。

根據(jù)6σ原則，出現(xiàn)落在（）范圍以外的事件的概率很小，可視為小概率事件，因此一旦發(fā)生，則可認(rèn)為是異常數(shù)據(jù)而予以剔除。

2024/1/370分段時(shí)應(yīng)注意使樣本中和皆落在尺寸間隔內(nèi)。因此，本例的實(shí)際尺寸間隔數(shù)第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

4）實(shí)際分布圖的繪制①確定尺寸間隔數(shù)j

尺寸間隔數(shù)j與樣本容量n的關(guān)系n25～4040～6060～100100100～160160～250250～400400～630630～100j678101112131415②確定尺寸間隔大小

2024/1/371第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

③畫實(shí)際分布圖

列出測(cè)量數(shù)據(jù)的計(jì)算表格，如表5-7所示，根據(jù)表中數(shù)據(jù)即可畫出實(shí)際分布折線，如圖5-54所示。

2024/1/372組號(hào)尺寸間隔△x/mm尺寸間隔中值xj/mm實(shí)際頻數(shù)fi12345678910119.615~<9.6189.618~<9.6219.621~<9.6249.624~<9.6279.627~<9.6309.630~<9.6339.633~<9.6369.636~<9.6399.639~<9.6429.642~<9.6459.645~<9.6489.61659.61959.62259.62559.62859.63159.63459.63759.64059.64359.64662461312161514753表5-7計(jì)算表格第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

5）理論分布圖的繪制

因此，理論頻數(shù)為本例中，正態(tài)分布曲線的理論頻數(shù)最大值和拐點(diǎn)處值分別為以頻數(shù)為縱坐標(biāo)的理論分布曲線，如圖5-54所示。

2024/1/373第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

2024/1/374如果工件尺寸誤差的實(shí)際分布中心與公差帶中心ε有偏移，如圖5-54所示，這表明工藝過(guò)程中有常值系統(tǒng)性誤差存在。本例中的ε=0.002

mm是由機(jī)床調(diào)整不準(zhǔn)確而引起的。第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

6）工藝過(guò)程分布圖分析①判斷加工誤差性質(zhì)②確定工序能力及其等級(jí)

所謂工序能力，就是工序處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，加工誤差正常波動(dòng)的幅度。通常用來(lái)表示工序能力。所謂工序能力系數(shù)，就是工序能力滿足加工精度要求的程度。當(dāng)工序處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，工序能力系數(shù)按下式計(jì)算：2024/1/375第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

若工件公差T為定值，σ則越小，Cp就越大，就有可能允許工件尺寸誤差的分散范圍在公差帶內(nèi)進(jìn)行適當(dāng)?shù)母Z動(dòng)或波動(dòng)。根據(jù)工序能力系數(shù)的大小，可將工序能力分為五級(jí)，見表5-8。一般情況下，工序能力等級(jí)不應(yīng)低于二級(jí)，即Cp值應(yīng)大于1。

本例的工序能力系數(shù)為

該工藝過(guò)程的工序能力為三級(jí)，加工過(guò)程要出現(xiàn)少量的不合格品。2024/1/376第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

本例中，根據(jù)圖5-54，不合格品率可計(jì)算如下：故合格品率為不合格品率為這些不合格品都是尺寸過(guò)大的不合格品，屬于可修復(fù)的不合格品。

③確定不合格品率2024/1/377第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

工藝過(guò)程的分布圖分析法具有以下特點(diǎn)：

分布圖分析法采用的是大樣本，因而能比較接近實(shí)際地反映工藝過(guò)程的總體情況；

能把工藝過(guò)程中存在的常值系統(tǒng)性誤差從誤差中區(qū)分開來(lái)，但不能把變值系統(tǒng)性誤差從誤差中區(qū)分開來(lái)；

只有等到一批工件加工完畢后才能繪制分布圖，因此不能在工藝過(guò)程進(jìn)行中及時(shí)提供控制工藝過(guò)程精度的信息；

計(jì)算較復(fù)雜；

只適用于工藝過(guò)程穩(wěn)定的批量生產(chǎn)場(chǎng)合。2024/1/378第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

5.3.3工藝過(guò)程點(diǎn)圖分析

分布圖分析工藝過(guò)程加工精度與點(diǎn)圖分析法的區(qū)別：

分布圖分析工藝過(guò)程加工精度的前提是工藝過(guò)程必須是穩(wěn)定的，如果工藝過(guò)程不穩(wěn)定，用分布圖分析討論工藝過(guò)程的精度就會(huì)失去意義。點(diǎn)圖分析法能夠反映質(zhì)量指標(biāo)隨時(shí)間變化的情況，因此，它是進(jìn)行統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制的有效方法。這種方法既可以用于穩(wěn)定的工藝過(guò)程，也可以用于不穩(wěn)定的工藝過(guò)程。點(diǎn)圖分析法的特點(diǎn)是：①所采用的樣本為順序小樣本；②能在工藝過(guò)程進(jìn)行中及時(shí)提供主動(dòng)控制的資料；③計(jì)算簡(jiǎn)單。

2024/1/379第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

點(diǎn)圖的基本形式

點(diǎn)圖分析法所采用的樣本是順序小樣本，即每隔一定時(shí)間抽取樣本容量的一個(gè)小樣本，逐個(gè)地測(cè)量每個(gè)工件的尺寸，以量得的尺寸（或加工誤差）為縱坐標(biāo)，以工件的加工序號(hào)為橫坐標(biāo)，將檢驗(yàn)結(jié)果標(biāo)注在一定格式的圖表上，繪制成工件加工誤差隨時(shí)間變化的圖形。點(diǎn)圖可分為單值點(diǎn)圖和點(diǎn)圖。

對(duì)一個(gè)不穩(wěn)定的工藝過(guò)程：一旦工藝過(guò)程中出現(xiàn)被加工工件的質(zhì)量指標(biāo)有超出所規(guī)定的不合格品率的趨向時(shí)，能夠及時(shí)地調(diào)整工藝系統(tǒng)或采取其他工藝措施，使工藝過(guò)程得以繼續(xù)進(jìn)行。

對(duì)于一個(gè)穩(wěn)定的工藝過(guò)程：當(dāng)穩(wěn)定的工藝過(guò)程出現(xiàn)不穩(wěn)定趨勢(shì)時(shí)，能夠及時(shí)地發(fā)現(xiàn)并采取相應(yīng)措施，使工藝過(guò)程繼續(xù)穩(wěn)定地進(jìn)行下去。

2024/1/380第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

(1)單值點(diǎn)圖

將順序加工出的n個(gè)工件編為一組，以工件分組的序號(hào)為橫坐標(biāo)，以工件尺寸或誤差為縱坐標(biāo)，將每一組內(nèi)n個(gè)工件的尺寸大小分別標(biāo)點(diǎn)在同一組號(hào)的垂直線上，則該點(diǎn)圖稱為“按組序的單值點(diǎn)圖”。

以單值點(diǎn)圖的上下極限作為包絡(luò)線AA’,BB’、及中線OO’，如左圖所示。兩條包絡(luò)線的寬度表示每一瞬時(shí)加工誤差的分散范圍，它反映了各時(shí)刻的隨機(jī)性誤差的大小，圖中

隨表示其最大值，中線OO’表示每瞬時(shí)的分散中心，其變化情況反映變值系統(tǒng)誤差隨時(shí)間變化的規(guī)律，其最大值用

變表示；其起始點(diǎn)O的位置則反映常值系統(tǒng)誤差的影響，用

常表示；兩段樣本曲線起始點(diǎn)中心位置的差異表示兩次調(diào)整的誤差，用

調(diào)整表示。

2024/1/381第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

(2)點(diǎn)圖

點(diǎn)圖的基本形式是由小樣本均值的點(diǎn)圖和小樣本極差R的點(diǎn)圖聯(lián)合組成的圖。其中：

點(diǎn)圖的橫坐標(biāo)是按時(shí)間先后采集小樣本的組序號(hào)，縱坐標(biāo)分別為小樣本的均值和極差R。在點(diǎn)圖上有五根控制線，是樣本平均值的均值線，ES、EI分別是加工工件公差帶的上限與下限，UCL、LCL分別是樣本均值的上控制限與下控制限；在R點(diǎn)圖上有三根控制線，是樣本極差R的均值線，UCL、LCL分別是樣本極差的上控制限與下控制限。

2024/1/382第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

點(diǎn)圖是控制工藝過(guò)程質(zhì)量指標(biāo)分布中心的變化的，R點(diǎn)圖是控制工藝過(guò)程質(zhì)量指標(biāo)分散范圍的變化的，因此，這兩個(gè)點(diǎn)圖必須聯(lián)合使用，才能控制整個(gè)工藝過(guò)程。

點(diǎn)圖的目的:

力圖使一個(gè)滿足工件加工質(zhì)量指標(biāo)要求的穩(wěn)定工藝過(guò)程不要向不穩(wěn)定工藝過(guò)程方面轉(zhuǎn)化，一旦發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定工藝過(guò)程有向不穩(wěn)定方面轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)，就應(yīng)及時(shí)采取措施，以防患于未然。

2024/1/383

點(diǎn)圖上下控制限的確定與繪制不管機(jī)械加工過(guò)程總體是否是正態(tài)分布，只要從總體中抽取數(shù)量比較多的小樣本，則有:樣本極差R也近似服從正態(tài)分布,即：也就是說(shuō)，樣本均值的分散范圍為：

樣本極差R的分散范圍為：這樣點(diǎn)圖上的上下控制限的位置就可以確定了。

第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

2024/1/384第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

點(diǎn)圖的上下控制限分別為：R點(diǎn)圖的上下控制限分別為：常數(shù)A2，D1，D2、d、an可由表5-9查得：

2024/1/385ndanA2D1D24560.8800.8640.8480.4860.4300.3950.730.580.482.282.112.00000表5-9點(diǎn)圖控制線參數(shù)A2，D1，D2、d、an第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

某小軸要求的加工尺寸為mm，加工時(shí)每隔一定時(shí)間取n=5的一個(gè)小樣本，共抽取k=20個(gè)樣本，每個(gè)樣本的、R值見表5-10，試?yán)L制小軸加工的點(diǎn)圖。2024/1/386序號(hào)R序號(hào)R序號(hào)R序號(hào)R1234522.3422.3422.3422.3322.340.050.070.070.040.0767891022.3422.3822.3422.3422.350.070.050.030.030.06111213141522.3422.3622.3522.3622.360.020.050.050.050.05161718192022.3622.3522.3522.3422.360.050.040.040.030.02表5-10樣本的和R值數(shù)據(jù)表第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

解：樣本均值為：樣本極差的均值為：圖中的上下控制限分別為：R圖中的上下控制限分別為：

將表5-10中的、R值逐點(diǎn)標(biāo)在點(diǎn)圖上，即可獲得如圖5-56所示的點(diǎn)圖。

2024/1/387第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

2024/1/388第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

點(diǎn)圖正常波動(dòng)與異常波動(dòng)

任何一批產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)數(shù)據(jù)都是參差不齊的，也就是說(shuō)，點(diǎn)圖上的點(diǎn)總是有波動(dòng)的。一種情況是只有隨機(jī)波動(dòng)，屬于正常波動(dòng)，這表明工藝過(guò)程是穩(wěn)定的；另一種情況為異常波動(dòng)，這表明工藝過(guò)程是不穩(wěn)定的。一旦出現(xiàn)異常波動(dòng)，就要及時(shí)查找原因，使這種不穩(wěn)定的趨勢(shì)得到消除。正常波動(dòng)的標(biāo)志異常波動(dòng)的標(biāo)志1．沒(méi)有數(shù)據(jù)點(diǎn)超出控制線2．大部分?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn)在中線上下波動(dòng)，小部分在控制線附近出現(xiàn)3．?dāng)?shù)據(jù)點(diǎn)沒(méi)有明顯的規(guī)律性1．有數(shù)據(jù)點(diǎn)超出控制線2．?dāng)?shù)據(jù)點(diǎn)密集地聚在中線上下附近3．?dāng)?shù)據(jù)點(diǎn)密集地聚在控制線附近4、連續(xù)7個(gè)點(diǎn)以上出現(xiàn)在中線一側(cè)

5．連續(xù)11個(gè)點(diǎn)中有10個(gè)點(diǎn)出現(xiàn)在中線一側(cè)6．連續(xù)14個(gè)點(diǎn)中有12個(gè)點(diǎn)以上出現(xiàn)在中線一側(cè)7．連續(xù)17個(gè)點(diǎn)中有14個(gè)點(diǎn)以上出現(xiàn)在中線一側(cè)8．連續(xù)20個(gè)點(diǎn)中有16個(gè)點(diǎn)以上出現(xiàn)在中線一側(cè)9．?dāng)?shù)據(jù)點(diǎn)有上升或下降傾向10．?dāng)?shù)據(jù)點(diǎn)有周期性波動(dòng)。2024/1/389第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

減小原始誤差是生產(chǎn)中應(yīng)用較廣的提高加工精度的一種重要方法，它是在查明產(chǎn)生加工誤差的主要因素之后，設(shè)法對(duì)其直接進(jìn)行消除或減弱。如圖5-575.4.1減小原始誤差法圖5-57利用輔助支承提高工件剛度5.4提高加工精度的措施

2024/1/390第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

誤差補(bǔ)償法是人為造出一種新的誤差，去抵消工藝系統(tǒng)中原有的原始誤差，或用一種原始誤差去抵消另一種原始誤差。盡量使兩者大小相等，方向相反，從而達(dá)到減小加工誤差、提高加工精度的目的。5.4.2誤差抵消或補(bǔ)償方法圖5-58龍門刨床橫梁導(dǎo)軌變形

又如，采用正反車刀加工細(xì)長(zhǎng)軸，可通過(guò)設(shè)置兩把車刀同時(shí)切削，以抵消徑向力引起的加工誤差；用校正機(jī)構(gòu)補(bǔ)償絲杠車床的傳動(dòng)精度等，均可不同程度地提高加工精度。2024/1/391第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

5.4.3誤差分組法在加工中，由于上一個(gè)工序毛坯誤差的存在，造成了本工序的加工誤差。

一是誤差復(fù)映，引起本工序誤差的擴(kuò)大

二是定位誤差變化，引起本工序位置誤差擴(kuò)大

毛坯誤差對(duì)工序的影響主要有兩種情況：

2024/1/392把毛坯按誤差的大小分為n組，每組毛坯的誤差范圍縮小為原來(lái)的1/n。然后，按各組分別調(diào)整加工，使各組工件的分散中心基本上一致，整批工件尺寸的分散范圍就小很多。

第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

圖5-59轉(zhuǎn)塔車床刀架轉(zhuǎn)位誤差的轉(zhuǎn)移5.4.4誤差轉(zhuǎn)移方法誤差轉(zhuǎn)移法實(shí)質(zhì)上是轉(zhuǎn)移工藝系統(tǒng)的幾何誤差、受力變形和受熱變形等。誤差轉(zhuǎn)移法現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的實(shí)例很多。

2024/1/393第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

5.4.5“就地加工”方法在加工和裝配中，有些精度問(wèn)題牽涉到零部件間的相互關(guān)系，相當(dāng)復(fù)雜。如果一味地提高零部件本身的精度，有時(shí)不僅困難，甚至不可能。若采用“就地加工”的方法，就可能很快解決看起來(lái)非常困難的精度問(wèn)題。

如圖示，六角車床制造中，轉(zhuǎn)塔上六個(gè)安裝刀架的孔，其軸心線必須保證和主軸回轉(zhuǎn)中心線重合，而六個(gè)面又必須和主軸中心線垂直。

圖5-60六角車床轉(zhuǎn)塔上六個(gè)大孔和平面的加工與檢測(cè)2024/1/394第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

對(duì)于配合精度要求很高的軸和孔，常采用研磨方法來(lái)達(dá)到。研具本身并不要求具有高精度，但它卻能在和工件做相對(duì)運(yùn)動(dòng)中對(duì)工件進(jìn)行微量切削，最終達(dá)到很高的精度。這種表面間相對(duì)研擦和磨損的過(guò)程，也就是誤差相互比較和相互消除的過(guò)程，即稱為“誤差平均法”。5.4.6誤差平均方法原始誤差中的常值系統(tǒng)誤差比較容易處理，只要測(cè)量出來(lái)，就可以用前面的誤差補(bǔ)償?shù)姆椒▉?lái)消除或減小。對(duì)于變值性系統(tǒng)誤差就不是用一種固定的補(bǔ)償尺寸所能解決的，于是就有了自動(dòng)控制誤差法。自動(dòng)控制誤差法的特點(diǎn)是在加工循環(huán)中，利用測(cè)量裝置連續(xù)地測(cè)出工件的實(shí)際尺寸，隨時(shí)給刀具以附加的補(bǔ)償，控制刀具和工件間的相對(duì)位置，直至實(shí)際值與調(diào)定值的差不超過(guò)預(yù)定的公差為止。

5.4.7自動(dòng)控制誤差方法2024/1/395第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

5.5機(jī)械加工表面質(zhì)量分析

研究零件表面質(zhì)量的目的是為了分析表面狀態(tài)的形成機(jī)理，掌握機(jī)械加工中各種工藝因素對(duì)表面質(zhì)量的影響規(guī)律，對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中發(fā)生的表面質(zhì)量問(wèn)題，如表面粗糙度、磨削燒傷、裂紋和振紋等問(wèn)題從理論上進(jìn)行解釋，提出提高表面質(zhì)量的方法，最終達(dá)到改善表面質(zhì)量，提高產(chǎn)品使用性能的目的。5.5.1機(jī)械加工表面質(zhì)量的內(nèi)容加工表面幾何形態(tài)加工表面幾何性態(tài)2024/1/396第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

1加工表面幾何形態(tài)特征

加工表面的微觀幾何形態(tài)特征，主要由表面粗糙度和表面波度兩部分組成，如圖5-61所示。表面粗糙度

表面波度圖5-61加工表面幾何形貌2024/1/397第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

2表面性態(tài)特征（表面層的物理機(jī)械性能）

加工表面的冷作硬化

加工表面層的金相組織變化加工表面層的殘余應(yīng)力

5.5.2機(jī)械加工表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響1表面質(zhì)量對(duì)零件耐磨性的影響在摩擦副的材料、熱處理情況和潤(rùn)滑條件已經(jīng)確定的情況下，零件的表面質(zhì)量對(duì)耐磨性能起決定性的作用。如圖：

圖5-62初期磨損量與表面粗糙度的關(guān)系

2024/1/398第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

2表面質(zhì)量對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響a:在交變載荷作用下，零件表面的微觀不平與表面缺陷都會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，而且表面粗糙度值越大，應(yīng)力集中越嚴(yán)重，越容易形成和擴(kuò)展疲勞裂紋，造成零件的疲勞損壞。b:零件表面的冷硬層能夠阻礙裂紋的擴(kuò)大和新裂紋的出現(xiàn)，因此，冷硬可以提高零件的疲勞強(qiáng)度，但過(guò)度冷硬反而會(huì)降低疲勞強(qiáng)度，所以冷硬程度要適當(dāng)。c:加工表面層殘余應(yīng)力對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響很大。表面層殘余壓應(yīng)力能夠部分抵消交變載荷施加的拉應(yīng)力，阻礙和延緩疲勞裂紋的產(chǎn)生或擴(kuò)大，從而可以提高零件的疲勞強(qiáng)度。2024/1/399第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

3表面質(zhì)量對(duì)零件抗腐蝕性的影響a:化學(xué)腐蝕是由于在加工表面粗糙度的凹谷處易積聚腐蝕性介質(zhì)而產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)。腐蝕性介質(zhì)一般容易在凹處堆積而產(chǎn)生化學(xué)或電化學(xué)腐蝕，腐蝕的過(guò)程往往是通過(guò)凹處的微小裂紋向金屬層的內(nèi)部進(jìn)行的，因此，表面粗糙度值越大，就越容易被腐蝕。b:表面冷硬和金相組織變化都會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，零件在應(yīng)力狀態(tài)下工作，會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。4其他方面的影響

表面質(zhì)量對(duì)零件的配合質(zhì)量、密封性及摩擦系數(shù)都有很大的影響

表面織構(gòu)技術(shù)2024/1/3100第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

直線刃車刀（圖5-63a）圓弧刃車刀（圖5-63b）影響因素：刀具幾何形狀的復(fù)映5.5.3機(jī)械加工表面粗糙度的影響因素RmaxⅠⅡfavffRmaxvfⅠⅡreb2024/1/3101圖5-63外圓車削時(shí)工件表面殘留面積第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

切削加工后表面的實(shí)際粗糙度與理論粗糙度之所以有較大的差異，其原因主要是由于切削過(guò)程中塑性變形的影響加工塑性材料時(shí)，由刀具對(duì)工件的擠壓產(chǎn)生了塑性變形，加之刀具迫使切屑與工件分離的撕裂作用，使表面粗糙度值加大。工件材料的韌性越好，金屬的塑性變形越大，加工表面就越粗糙。中低碳鋼工件在加工前常安排調(diào)質(zhì)或正火處理，就是為了改善切削性能，減少表面粗糙度。此外，適當(dāng)增大刀具的前角以減少切削時(shí)的塑性變形程度，合理選擇冷卻潤(rùn)滑液和提高刀具刃磨質(zhì)量以減少切削時(shí)的塑性變形和抑制刀瘤、鱗刺的生成，也是減少表面粗糙度的有效和實(shí)用的措施。工件材料的性質(zhì)2024/1/3102第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

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5-69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切削用量2024/1/3103第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

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

↑磨削用量對(duì)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↓2024/1/3104第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

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(rùn)滑液等2024/1/3105第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

5.5.4機(jī)械加工表面層物理機(jī)械性能的影響因素1機(jī)械加工表面層的冷作硬化1）冷作硬化產(chǎn)生的原因:

機(jī)械加工中，由于切削力的作用，表面層金屬產(chǎn)生塑性變形，使得晶體產(chǎn)生剪切、滑移，晶格發(fā)生拉長(zhǎng)、扭曲和纖維化，這些都會(huì)使表面層的金屬的強(qiáng)度和硬度提高，這種現(xiàn)象稱為冷作硬化。表面層的硬化程度取決于產(chǎn)生塑性變形的力、變形速度及變形時(shí)的溫度。力越大，塑性變形越大，產(chǎn)生的硬化程度也越大。變形速度越大，塑性變形越不充分，產(chǎn)生的硬化程度也就相應(yīng)減小。變形時(shí)的溫度也影響塑性變形程度，溫度高硬化程度相應(yīng)減小。各種機(jī)械加工方法加工鋼件后表面層的冷作硬化情況如表5-13所示。2024/1/3106第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

2024/1/3107第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

2）影響冷作硬化的主要因素

切削加工

f↑，冷硬程度↑◆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)后刀面磨損對(duì)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2024/1/3108第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

2

機(jī)械加工表面層金相組織的變化

1）金相組織變化產(chǎn)生的原因

機(jī)械加工過(guò)程中，在加工區(qū)由于加工時(shí)所消耗的能量絕大部分轉(zhuǎn)化為熱能，從而使加工表面出現(xiàn)溫度的升高，引起加工表面層金相組織的變化，特別是磨削淬火鋼最為典型。

磨削淬火鋼時(shí)，由于磨削燒傷，工件表面呈現(xiàn)出黃、褐、紫、青等不同顏色，不同的燒傷色表示不同的燒傷程度。在磨削淬火鋼時(shí)，不同條件下可能出現(xiàn)以下三種燒傷?；鼗馃齻嘶馃齻慊馃齻?/p>

2024/1/3109第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

2）改善加工表面金相組織的途徑正確選用砂輪

合理選擇磨削用量

改善冷卻條件

內(nèi)冷卻砂輪的結(jié)構(gòu)原理如圖5-65所示。經(jīng)過(guò)嚴(yán)格過(guò)濾的冷卻水通過(guò)中空主軸法蘭套引入砂輪中心空腔3內(nèi)，由于離心力的作用，冷卻液通過(guò)砂輪內(nèi)部的孔隙甩出，直接進(jìn)入磨削區(qū)進(jìn)行冷卻。目前，內(nèi)冷卻尚未得到廣泛應(yīng)用，主要有三個(gè)原因：一是使用內(nèi)冷卻裝置時(shí)，磨床附近有大量水霧，操作工人勞動(dòng)條件差；二是進(jìn)行精磨加工時(shí)無(wú)法通過(guò)觀察火花進(jìn)行試切對(duì)刀；三是冷卻液必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格過(guò)濾，以防臟物堵塞.2024/1/3110第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

圖5-65內(nèi)冷卻砂輪的結(jié)構(gòu)原理圖1—錐形蓋；2—通道孔；3—砂輪中心空腔；4—薄壁套2024/1/3111第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

3機(jī)械加工后表面層的殘余應(yīng)力鑄件殘余應(yīng)力引起變形冷校直引起的殘余應(yīng)力壓拉加載壓壓拉拉卸載殘余應(yīng)力來(lái)源

毛坯制造和熱處理產(chǎn)生的殘余應(yīng)力

冷校直帶來(lái)的殘余應(yīng)力2024/1/3112第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

切削加工帶來(lái)的殘余應(yīng)力1）冷塑性變形的影響

2）熱塑性變形的影響冷塑性變形產(chǎn)生的殘余應(yīng)力

熱塑性變形產(chǎn)生的殘余應(yīng)力

2024/1/3113第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

3）金相組織變化的影響

磨削裂紋的產(chǎn)生不同的金相組織有不同的比重，馬氏體的比重珠光體的比重，奧氏體的比重當(dāng)金相組織發(fā)生變化時(shí)，由于比重的不同，體積就要發(fā)生變化。如果體積膨脹，則受到里層的限制，而產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力；反之，如果體積縮小，則產(chǎn)生拉壓力。磨削加工中熱塑性變形和金相組織變化的影響較大，故大多數(shù)磨削零件的表面層往往有殘余拉應(yīng)力。當(dāng)殘余拉應(yīng)力超過(guò)材料的強(qiáng)度極限時(shí)，零件表面就會(huì)出現(xiàn)裂紋。2024/1/3114第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

2024/1/3115第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

2024/1/3116第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

5.5.5控制表面質(zhì)量的工藝途徑

1控制磨削參數(shù)

磨削是一種很重要的工藝方法。它既可用于低粗糙度磨削以代替光整加工，又可用于高效磨削，使粗精加工同時(shí)完成。但它也是一種影響因素眾多、對(duì)產(chǎn)品表面質(zhì)量有很大影響的工藝方法，因此對(duì)于直接影響產(chǎn)品性能、壽命、安全的重要零件，在采用磨削工序時(shí)必須很好地控制磨削用量。國(guó)內(nèi)外對(duì)磨削用量最佳化進(jìn)行了不少理論研究工作，對(duì)如何實(shí)現(xiàn)①高表面質(zhì)量，包括無(wú)燒傷、無(wú)裂紋、達(dá)到要求的表面粗糙度和表面殘余應(yīng)力，②動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，③低成本，④高切除率等進(jìn)行了探索，分析了磨削用量、磨削力、磨削熱與表面質(zhì)量之間的相互關(guān)系，并用圖表的形式表示各項(xiàng)參數(shù)的最佳組合。2024/1/3117第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

2．采用超精加工、珩磨、研磨等光整加工方法作為終加工工序

光整加工是用粒度很細(xì)的磨料對(duì)工件表面進(jìn)行微量切削、擠壓和擦光的過(guò)程。光整加工是按照隨機(jī)加工成形原理，加工中磨具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)盡可能復(fù)雜，盡可能使磨料不走重復(fù)的軌跡，讓工件加工表面各點(diǎn)都受到具有很大隨機(jī)性的磨粒接觸條件，進(jìn)行相互修整，使誤差逐步均化而得到消除，從而獲得極高的表面質(zhì)量和高于磨具原始精度的加工精度。光整加工工藝的共同特點(diǎn)是：沒(méi)有與磨削深度相對(duì)應(yīng)的磨削用量參數(shù)，一般只規(guī)定加工時(shí)很低的單位切削壓力，因此加工過(guò)程中的切削力和切削熱都很小，從而能獲得很低的表面粗糙度，表面層不會(huì)產(chǎn)生熱損傷，并具有一定的殘余壓應(yīng)力。

2024/1/3118第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

(1)超精加工

超精加工是用細(xì)粒度的砂條以一定的壓力壓在做低速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的工件表面上，并在軸向做往復(fù)振動(dòng)，工件或砂條還做軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)以進(jìn)行微量切削的加工方法，如圖5-68(a)所示。超精加工后的表面粗糙度低，留有網(wǎng)狀的加工痕跡，如圖5-68(b)所示，形成了良好的儲(chǔ)油條件，故表面耐磨性好。圖5-68超精加工原理及運(yùn)動(dòng)軌跡2024/1/3119第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

超精加工一般劃分為以下四個(gè)加工階段正常切削階段

自動(dòng)停止切削階段

強(qiáng)烈切削階段

微弱切削階段

(2)珩磨

與超精加工類似，只是使用的工具及運(yùn)動(dòng)方式不同。珩磨頭帶有若干塊細(xì)粒度的磨條，靠機(jī)械或液壓的作用張緊和施加一定的壓力在工件表面上，并相對(duì)工件做旋轉(zhuǎn)與往復(fù)運(yùn)動(dòng)，如圖5-69(a)所示，結(jié)果在工件表面上形成由螺旋線交叉而成的網(wǎng)狀紋路，如圖5-69(b)所示。此種方法主要用于內(nèi)孔的光整加工，孔徑范圍

8～1200mm，長(zhǎng)徑比L/D可達(dá)10或10以上。2024/1/3120第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

2024/1/3121第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

(3)研磨

研磨是將磨劑涂敷（干式）或澆注（濕式）在研具與工件間，工件與研具在一定的壓力下做不斷變更方向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在磨粒的作用下逐步刮擦并微量切除工件表面上很薄的金屬層，如圖5-70所示。圖5-70研磨加工原理示意圖2024/1/3122第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

3．采用噴丸、滾壓等表面強(qiáng)化工藝

對(duì)于承受高應(yīng)力、交變載荷的零件可以采用噴丸、滾壓、輾光等表面強(qiáng)化工藝，使表面層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力和冷作硬化并降低表面粗糙度，同時(shí)消除了磨削等工序的殘余拉應(yīng)力，因此可以大大提高零件的疲勞強(qiáng)度及抗應(yīng)力腐蝕性。(1)噴丸

(2)滾壓輾光

噴丸是利用壓縮空氣或離心力將大量直徑細(xì)?。?/p>

0.4～2mm）的丸粒（鑄鐵丸、玻璃丸）高速噴向零件表面。噴丸可使表面層產(chǎn)生塑性變形，造成表面層的冷作硬化及殘余壓應(yīng)力，硬化深度可達(dá)0.7mm，并可將表面粗糙度由2.5～5μm減小到0.32～0.63μm。噴丸后，零件的壽命可提高數(shù)倍至數(shù)十倍。當(dāng)粗糙度要求更小時(shí)，也可在噴丸后再進(jìn)行小余量磨削。滾壓、輾光是用工具鋼制成的鋼滾輪或鋼珠在零件表面進(jìn)行滾壓、輾光，使表面層產(chǎn)生塑性