第五章機(jī)械加工質(zhì)量課件

第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制本章要點(diǎn)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)分析機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制AnalysisandControlofMachiningQuality5.1

概述IntroductiontoMachiningQuality5.1.1機(jī)械加工質(zhì)量

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)量加工質(zhì)量包含的內(nèi)容5.1.1機(jī)械加工質(zhì)量

◆

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)的符合程度。宏觀幾何形狀誤差（平面度、圓度等）—波長(zhǎng)/波高＞1000波度—波長(zhǎng)/波高=50～1000；且具有周期特性表面粗糙度—波長(zhǎng)/波高＜50a）波度b）表面粗糙度零件加工表面的粗糙度與波度RZλHλRZ◆

零件宏觀幾何形狀誤差、波度、表面粗糙度◆

加工誤差：零件加工后實(shí)際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)的偏離程度。5.1.2誤差敏感方向

圖5-4：ΔRΔYRRΔR=ΔX（4-1）（4-2）顯然：

工藝系統(tǒng)原始誤差方向不同，對(duì)加工精度的影響程度也不同。對(duì)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5-4誤差敏感方向ＯYR0Xa）ＯYR0Xb）誤差敏感方向工藝系統(tǒng)的誤差稱為原始誤差。5.1.3影響加工精度的因素

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(cè)量誤差工件殘余應(yīng)力引起的變形工件相對(duì)于刀具靜止?fàn)顟B(tài)下的誤差工件相對(duì)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)鏈誤差原始誤差——原始誤差分類5.1.4研究加工質(zhì)量的方法

◆研究某一確定因素對(duì)加工精度的影響規(guī)律。將其他因素盡量縮小和控制，使之對(duì)結(jié)果影響最小而將研究對(duì)象因素放大。通過分析計(jì)算或測(cè)試、實(shí)驗(yàn)得出該因素與加工誤差的關(guān)系。主要是分析各項(xiàng)誤差單獨(dú)的變化規(guī)律?！粢陨a(chǎn)中一批工件的實(shí)測(cè)結(jié)果為基礎(chǔ)，用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從中找出誤差產(chǎn)生和分布的規(guī)律，用于控制工藝過程的正常進(jìn)行。用于大批量生產(chǎn)中，主要是研究各種誤差影響條件下的加工誤差變化規(guī)律。單因素分析法統(tǒng)計(jì)分析法5.1.4研究加工質(zhì)量的方法

◆在實(shí)際生產(chǎn)中，常把兩種方法結(jié)合起來使用：

單因素分析法可以幫助獲得誤差因素的影響規(guī)律。

統(tǒng)計(jì)分析法尋找判斷產(chǎn)生加工誤差的可能原因，然后運(yùn)用單因素分析法，找出影響加工精度的主要原因，以便采取有效的工藝措施提高加工精度。機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制AnalysisandControlofMachiningQuality5.2

工藝系統(tǒng)幾何精度對(duì)加工精度的影響GeometricPrecisionsofTechnologicalSystemanditsinfluencetomachiningPrecision

加工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。5.2.1加工原理誤差

式中R——球頭刀半徑；

h——允許的殘留高度。例2：用阿基米德蝸桿滾刀滾切漸開線齒輪例1：在數(shù)控銑床上采用球頭刀銑削復(fù)雜形面零件(圖5-6)SRh圖5-6空間曲面數(shù)控加工（5-3）加工原理誤差5.2.2機(jī)床誤差

1）徑向跳動(dòng)2）軸向竄動(dòng)3）傾角擺動(dòng)（圖5-7）b）軸向竄動(dòng)a）徑向跳動(dòng)c）傾角擺動(dòng)圖5-7主軸回轉(zhuǎn)誤差基本形式主軸回轉(zhuǎn)誤差主軸回轉(zhuǎn)誤差是指主軸實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線對(duì)其理想回轉(zhuǎn)軸線的漂移。為便于研究，可將主軸回轉(zhuǎn)誤差分解為三種基本型式5.2.2機(jī)床誤差

◆

主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度的影響★

主軸徑向跳動(dòng)對(duì)加工精度的影響（鏜孔）

考慮最簡(jiǎn)單的情況，主軸回轉(zhuǎn)中心在x方向上作簡(jiǎn)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5-8徑向跳動(dòng)對(duì)鏜孔精度影響式中R——刀尖回轉(zhuǎn)半徑；

φ——主軸轉(zhuǎn)角。（5-4）

顯然，式（5-4）為一橢圓。圖5-9徑向跳動(dòng)對(duì)車外圓精度影響123456785.2.2機(jī)床誤差

仍考慮最簡(jiǎn)單的情況，主軸回轉(zhuǎn)中心在x方向上作簡(jiǎn)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5-9）。

結(jié)論：主軸徑向跳動(dòng)影響加工表面的圓度誤差e★

主軸徑向圓跳動(dòng)對(duì)加工精度的影響（車外圓）5.2.2機(jī)床誤差

★

主軸軸向竄動(dòng)對(duì)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。銑削端面或輪廓時(shí)，影響平面度或

形狀精度?！?/p>

主軸傾角擺動(dòng)對(duì)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。AB5.2.2機(jī)床誤差

◆影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素

內(nèi)、外滾道圓度誤差；滾動(dòng)體形狀及尺寸誤差。圖5-10軸徑不圓引起車床主軸徑向跳動(dòng)★滑動(dòng)軸承鏜床（圖5-11）——軸承孔不圓引起鏜床主軸徑向跳動(dòng)圖5-11軸承孔不圓引起鏜床主軸徑向跳動(dòng)★滾動(dòng)軸承車床（圖5-10）——軸徑不圓引起車床主軸向跳動(dòng)（注意其頻率特性）靜壓軸承——對(duì)軸承孔或軸徑圓度誤差起均化作用5.2.2機(jī)床誤差

◆影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素★推力軸承

滾道端面平面度誤差及與回轉(zhuǎn)軸線的垂直度誤差（圖5-12）★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5-12止推軸承端面誤差對(duì)主軸軸向竄動(dòng)的影響5.2.2機(jī)床誤差

★傳統(tǒng)測(cè)量方法存在問題：◆主軸回轉(zhuǎn)誤差的測(cè)量圖5-13傳統(tǒng)測(cè)量方法a)b)圖5-14主軸回轉(zhuǎn)誤差測(cè)量法1—擺動(dòng)盤2，4—傳感器3—精密測(cè)球5—放大器6—示波器★準(zhǔn)確測(cè)量方法包含心軸、錐孔誤差在內(nèi)非運(yùn)動(dòng)狀態(tài)?！?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(duì)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(duì)加工精度的影響,影響顯著（圖5-15）ΔX圖5-15導(dǎo)軌扭曲引起的加工誤差HδΔRDαBXY（4-5）

5.2.2機(jī)床誤差

導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差

導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線位置誤差對(duì)加工精度的影響5.2.2機(jī)床誤差

圖5-16成形運(yùn)動(dòng)間位置誤差對(duì)外圓和端面車削的影響fαZΔzΔzαc）HyR0fXZLfdD－ΔdΔxa）b）水平面內(nèi)平行度誤差－誤差敏感方向，精度影響大。垂直面內(nèi)平行度誤差－誤差不敏感方法，精度影響可不計(jì)。垂直度誤差，引起加工面的平面度誤差?！粲绊憣?dǎo)軌導(dǎo)向精度的主要因素5.2.2機(jī)床誤差

機(jī)床制造誤差機(jī)床安裝誤差導(dǎo)軌磨損圖5-17齒輪機(jī)床傳動(dòng)鏈z7=z8=16z1=64zn=96z5=z6=23z3=z4=23bz2=16zn-1=1icefacd（5-6）

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(duì)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。5.2.2機(jī)床誤差

機(jī)床傳動(dòng)鏈誤差指內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈中首末兩端傳動(dòng)元件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的誤差

制造誤差裝配誤差磨損◆產(chǎn)生誤差的原因5.2.2機(jī)床誤差

傳動(dòng)鏈中的各傳動(dòng)元件（齒輪、蝸輪、蝸桿等）有：均會(huì)破壞正確運(yùn)動(dòng)關(guān)系，使工件產(chǎn)生誤差。各元件在傳動(dòng)鏈中的位置不同，其轉(zhuǎn)角誤差對(duì)加工精度影響程度也不一樣。

縮短傳動(dòng)鏈長(zhǎng)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(duì)傳動(dòng)誤差進(jìn)行補(bǔ)償圖5-18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5.2.2機(jī)床誤差

5.2.3刀具與夾具誤差

定尺寸刀具（鉆頭、鉸刀等）尺寸誤差直接影響加工工件尺寸誤差成形刀具和展成刀具形狀誤差影響加工表面形狀誤差和尺寸誤差刀具磨損影響加工尺寸誤差或形狀誤差刀具誤差一般刀具（車刀、刨刀等）的制造誤差對(duì)精度無直接影響5.2.3刀具與夾具誤差

L±0.05φ6F7φ10F7k6φ20H7g6YZ圖5-19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(duì)刀）誤差；3）夾緊誤差；4）夾具制造誤差；5）夾具安裝誤差；6）各元件之間相對(duì)位置誤差；7）工作表面的磨損……機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制AnalysisandControlofMachiningQuality5.3

工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響StaticStiffnessofTechnologicalSystemanditsinfluencetomachiningPrecision5.3.1基本概念

加工過程中，工藝系統(tǒng)在外力作用下會(huì)產(chǎn)生變形，破壞了已調(diào)整好的刀具和工件之間的正確位置關(guān)系，使工件產(chǎn)生加工誤差。在誤差敏感方向上工藝系統(tǒng)所受外力與變形量之比5.3.1基本概念

工藝系統(tǒng)剛度（5-7）式中K——工藝系統(tǒng)剛度；

FY——吃刀抗力；

y——工藝系統(tǒng)位移（切削合力作用下的位移）。剛度反映了物體或系統(tǒng)抵抗變形的能力。

K越大，物體或系統(tǒng)抵抗變形能力越強(qiáng)，加工精度就越高。5.3.1基本概念

（5-8）式中k—工藝系統(tǒng)剛度；

kjc

—機(jī)床剛度（實(shí)驗(yàn)法測(cè)定）；

kjj—夾具剛度（實(shí)驗(yàn)法測(cè)定）；

kd—刀具剛度（車刀按懸臂梁材力公式計(jì)算）；

kg—工件剛度（懸臂梁或簡(jiǎn)支梁）。

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◆機(jī)床變形引起的加工誤差5.3.2工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響

式中FY

—吃刀抗力；

ktj—機(jī)床前頂尖處剛度；

kwz—機(jī)床后頂尖處剛度；

L—工件全長(zhǎng)；

x—刀尖至工件左端距離。圖5-21變形隨受力點(diǎn)變化規(guī)律ytjywzydjΔxFYAA′BB′CCxLFAFByx切削力作用點(diǎn)位置變化引起工件形狀誤差車削短而粗的光軸，即yg=0.◆工藝系統(tǒng)總變形5.3.2工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響

式中yjc

—機(jī)床總變形；

FY

—吃刀抗力；

ktj—機(jī)床前頂尖處剛度；

kwz—機(jī)床后頂尖處剛度；

kdj

—機(jī)床刀架剛度；

L—工件全長(zhǎng)；

x—刀尖至工件左端距離。切削力作用點(diǎn)位置變化引起工件形狀誤差（5-9）圖5-21變形隨受力點(diǎn)變化規(guī)律ytjywzydjΔxFYAA′BB′CCxLFAFByx5.3.2工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響

工件加工后成鞍形（圖5-22）圖5-22機(jī)床受力變形引起的加工誤差◆細(xì)長(zhǎng)工件變形引起的加工誤差式中yg

—工件變形；

E—工件材料彈性模量；

I—工件截面慣性矩；

FY，L，x—含義同前。

由于工件變形，使工件加工后成鼓形（圖5-23）圖5-23工件受力變形引起的加工誤差簡(jiǎn)支梁（5-11）◆機(jī)床變形和工件變形共同引起的加工誤差

工藝系統(tǒng)剛度（5-12）5.3.2工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響

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)。（5-13）

以橢圓截面車削為例說明（圖5-24）圖5-24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”5.3.2工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響

切削力大小變化引起的加工誤差

誤差復(fù)映

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。可通過多次走刀，消除誤差復(fù)映的影響。（5-15）5.3.2工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響

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（5-13）可得：（5-14）

誤差復(fù)映概念的推廣5.3.2工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響

1）毛坯的各種誤差（圓度、圓柱度、同軸度、平直度等）都會(huì)由于余量不均而引起切削力變化，并以一定的復(fù)映系數(shù)復(fù)映成工件的加工誤差。2）當(dāng)工藝系統(tǒng)的剛度足夠時(shí)，只有粗加工時(shí)用誤差復(fù)映規(guī)律估算才有現(xiàn)實(shí)意義。3）大批量生產(chǎn)中，采用調(diào)整法加工。此時(shí)毛坯的“尺寸分散”會(huì)造成一批工件的“尺寸分散”。4）毛坯材料硬度的不均勻也會(huì)產(chǎn)生加工誤差。

降低復(fù)映誤差的主要工藝措施5.3.2工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響

1）提高工藝系統(tǒng)剛度。2）增加走刀次數(shù)。3）提高毛坯精度（減少尺寸變動(dòng)范圍）和材質(zhì)的均勻性。夾緊力、重力、傳動(dòng)力和慣性力引起的加工誤差◆夾緊力影響a）b）圖5-25薄壁套夾緊變形圖5-26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5.3.2工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響

圖5-27龍門銑橫梁變形【例】龍門銑橫梁圖5-28龍門銑橫梁變形轉(zhuǎn)移圖5-29龍門銑橫梁變形補(bǔ)償◆重力影響5.3.2工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響

解決1：重量轉(zhuǎn)移

解決2：變形補(bǔ)償5.3.4減小受力變形對(duì)加工精度影響措施合理設(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（刮研－↓表面粗糙度或預(yù)加載荷－↓受力后變形）采用輔助支承（中心架，跟刀架，鏜桿支承等）圖5-32轉(zhuǎn)塔車床導(dǎo)向桿提高工藝系統(tǒng)剛度5.3.4減小受力變形對(duì)加工精度影響措施減小載荷及其變化圖5-28，5-29，5-56，5-58變形轉(zhuǎn)移、補(bǔ)償和校正圖5-33支座零件不同安裝方法采用合理裝夾和加工方式提高工件剛度5.3.5工件殘余應(yīng)力引起的變形殘余應(yīng)力概念

指加在工件上的外部載荷去除后，仍殘存在工件內(nèi)部的應(yīng)力。產(chǎn)生的本質(zhì)

金屬內(nèi)部不均勻的體積變化。殘余應(yīng)力的危害

存在殘余應(yīng)力的零件的金屬組織，即使在常溫下，其殘余應(yīng)力也會(huì)緩慢而不斷地變化，直到殘余應(yīng)力消失為止。在變化過程中，零件的形狀將逐漸改變，使原有的加工精度逐漸消失。5.3.5工件殘余應(yīng)力引起的變形圖5-34鑄件殘余應(yīng)力引起變形圖5-35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)力來源

毛坯制造和熱處理產(chǎn)生的殘余應(yīng)力（圖5-34）

冷校直帶來的殘余應(yīng)力（圖5-35）切削加工帶來的殘余應(yīng)力彈變區(qū)塑變區(qū)5.3.5工件殘余應(yīng)力引起的變形

避免冷校直減小殘余應(yīng)力措施

設(shè)計(jì)合理零件結(jié)構(gòu)

粗、精加工分開

時(shí)效處理機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制AnalysisandControlofMachiningQuality5.4

工藝系統(tǒng)熱變形及其對(duì)加工精度的影響HeatDeformationofTechnologicalSystemandit’sEffecttomachiningPrecision5.4.1概述

在機(jī)械加工過程中，工藝系統(tǒng)會(huì)受到各種熱源的影響而產(chǎn)生熱變形，從而破壞刀具與工件的正確幾何關(guān)系和運(yùn)動(dòng)關(guān)系，造成工件的加工誤差。工藝系統(tǒng)熱變形

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%。工藝系統(tǒng)熱源熱傳遞方式對(duì)流傳熱傳導(dǎo)傳熱輻射傳熱5.4.1概述

工藝系統(tǒng)熱源內(nèi)部熱源外部熱源切削熱摩擦熱環(huán)境溫度輻射熱工藝系統(tǒng)熱源傳導(dǎo)傳熱對(duì)流傳熱切削熱是工件和刀具變形的主要熱源摩擦熱是機(jī)床變形的主要熱源5.4.2機(jī)床熱變形對(duì)加工精度影響

機(jī)床熱變形概述

各種機(jī)床的結(jié)構(gòu)不同，熱量分布不均勻，從而各部件產(chǎn)生的熱變形不同，所以各種機(jī)床對(duì)于工件加工精度的影響方式和影響結(jié)果也各不相同。

對(duì)于車、銑、鉆、鏜類機(jī)床，主軸箱中的齒輪、軸承的摩擦發(fā)熱、主軸箱中油池的發(fā)熱－主要熱源。使主軸箱及與其相結(jié)合的床身或立柱的溫度升高而產(chǎn)生較大的熱變形。

對(duì)于車、銑、鉆、鏜類機(jī)床，主軸箱中的齒輪、軸承的摩擦發(fā)熱、主軸箱中油池的發(fā)熱－主要熱源。使主軸箱及與其相結(jié)合的床身或立柱的溫度升高而產(chǎn)生較大的熱變形。

對(duì)于龍門刨床、導(dǎo)軌磨床等大型機(jī)床，由于床身較長(zhǎng)，如導(dǎo)軌面與底面間稍有溫差，就會(huì)產(chǎn)生較大的彎曲變形，故床身的熱變形是影響加工精度的主要因素，摩擦熱和環(huán)境溫度－主要熱源。5.4.2機(jī)床熱變形對(duì)加工精度影響

體積大，熱容量大，溫升不高，達(dá)到熱平衡時(shí)間長(zhǎng)。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，溫度場(chǎng)和變形不均勻，對(duì)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5-36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5-36）5.4.2機(jī)床熱變形對(duì)加工精度影響

立銑（圖a）圖5-37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5-37）5.4.3刀具和工件熱變形對(duì)加工精度影響

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）（5-16）式中ξ——熱伸長(zhǎng)量；

ξmax——達(dá)到熱平衡熱伸長(zhǎng)量；

τ——切削時(shí)間；

τc

——時(shí)間常數(shù)（熱伸長(zhǎng)量為熱平衡熱伸長(zhǎng)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刀具熱變形熱平衡◆工件均勻受熱－圓柱類工件熱變形（影響尺寸精度）

5級(jí)絲杠螺距累積誤差全長(zhǎng)≤5μm，可見熱變形的嚴(yán)重性式中ΔL，ΔD——長(zhǎng)度和直徑熱變形量；

L，D——工件原有長(zhǎng)度和直徑；

α——工件材料線膨脹系數(shù)；

Δt——溫升。

長(zhǎng)度：（5-17）（5-18）

直徑：

例：長(zhǎng)400mm絲杠，加工過程溫升1℃，熱伸長(zhǎng)量為：5.4.3刀具和工件熱變形對(duì)加工精度影響

工件熱變形式中ΔX——變形撓度；

L，S——工件原有長(zhǎng)度和厚度；

α——工件材料線膨脹系數(shù)；

Δt——溫升。（5-19）◆工件不均勻受熱－板類工件單面加工時(shí)的熱變形（影響尺寸和形狀精度）圖5-39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(zhǎng)2000mm的床身，若上表面溫升為3℃，則變形量為：5.4.3刀具和工件熱變形對(duì)加工精度影響

5.4.4減小熱變形對(duì)加工精度影響的措施

減少切削熱和磨削熱，粗、精加工分開。減少熱源發(fā)熱和隔離熱源充分冷卻和強(qiáng)制冷卻。

隔離熱源。正確選擇刀具和砂輪、切削用量及時(shí)刃磨刀具和修正砂輪減少運(yùn)動(dòng)部件的發(fā)熱量－潤(rùn)滑加工中心－冷凍機(jī)－水冷或油冷分離；隔熱5.4.4減小熱變形對(duì)加工精度影響的措施

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5-40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5-41）。圖5-41均衡立柱前后壁溫度場(chǎng)溫度補(bǔ)償例3：數(shù)控機(jī)床的滾珠絲杠受熱伸長(zhǎng)。解決：采用預(yù)拉伸。

熱對(duì)稱結(jié)構(gòu)圖5-42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(zhǎng)方向采用合理結(jié)構(gòu)5.4.4減小熱變形對(duì)加工精度影響的措施

熱補(bǔ)償結(jié)構(gòu)（圖5-42，主軸熱補(bǔ)償）龍門結(jié)構(gòu)

合理選擇裝配基準(zhǔn)（圖4-76、5-43）采用合理結(jié)構(gòu)5.4.4減小熱變形對(duì)加工精度影響的措施

圖5-43支承距影響熱變形L1L2選擇線膨脹系數(shù)小的材料－銦鋼，花崗石人為加熱

人體隔離5.4.4減小熱變形對(duì)加工精度影響的措施

加速達(dá)到熱平衡控制環(huán)境溫度高速空運(yùn)轉(zhuǎn)圖5-59以熱變形補(bǔ)償熱變形

恒溫機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制AnalysisandControlofMachiningQuality5.5

加工誤差統(tǒng)計(jì)分析StatisticAnalysisofMachiningErrors5.5.1加工誤差的性質(zhì)

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?！?/p>

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。◆

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5.5.1加工誤差的性質(zhì)

◆

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)誤差加工誤差的解決途徑◆

對(duì)于常值系統(tǒng)誤差，在查明其大小和方向后，通過相應(yīng)的調(diào)整或檢修工藝裝備的辦法來解決。5.5.1加工誤差的性質(zhì)

◆

變值系統(tǒng)誤差，在摸清其變化規(guī)律后，通過自動(dòng)連續(xù)補(bǔ)償、自動(dòng)周期補(bǔ)償?shù)绒k法來解決?！?/p>

隨機(jī)誤差沒有明顯的變化規(guī)律，很難完全消除，只能對(duì)其產(chǎn)生的根源采取適當(dāng)?shù)拇胧┮钥s小其影響。加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析◆

以生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)對(duì)許多工件進(jìn)行檢查的結(jié)果為基礎(chǔ)，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理和方法去處理這些結(jié)果，從中找出規(guī)律性的東西，用以找出解決問題的途徑。常用的統(tǒng)計(jì)分析方法有兩種：分布圖分析法；點(diǎn)圖分析法機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制AnalysisandControlofMachiningQuality5.6

提高加工精度的途徑MethodsofImprovingMachiningPrecision5.6.1誤差預(yù)防

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5.6.1誤差預(yù)防

◆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5-53）a）b）圖5-53轉(zhuǎn)塔車床刀架轉(zhuǎn)位誤差的轉(zhuǎn)移5.6.1誤差預(yù)防

◆誤差預(yù)防指減小原始誤差本身或減小原始誤差的影響

誤差分組

就地加工圖5-55高壓油泵偶件自動(dòng)配磨裝置示意圖5.6.2誤差補(bǔ)償

在線測(cè)量與在線補(bǔ)償（圖5-55）◆指人為引入附加誤差因素，以抵消或減小原始誤差的影響柱塞套柱塞圖5-57以彈性變形補(bǔ)償熱變形

以彈性變形補(bǔ)償熱變形（圖5-57）

其他補(bǔ)償方法圖5-59以熱變形補(bǔ)償熱變形圖5-58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5-59）

以幾何誤差補(bǔ)償受力變形（圖5-58）5.6.2誤差補(bǔ)償

機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制AnalysisandControlofMachiningQuality影響機(jī)械加工表面質(zhì)量的因素表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響

對(duì)耐磨性影響Ra（μm）初始磨損量重載荷輕載荷圖5-3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5-3）對(duì)耐疲勞性影響對(duì)耐蝕性影響對(duì)配合質(zhì)量影響紋理形式與方向適當(dāng)硬化可提高耐磨性機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)5.7

影響加工表面粗糙度的工藝因素TechnologicalFactorsInfluencingRoughness5.7.1切削加工表面粗糙度影響因素

表面粗糙度影響因素

加工過程中切削刃在已加工表面上留下的殘留面積切削過程中產(chǎn)生的塑性變形工藝系統(tǒng)的振動(dòng)5.7.1切削加工表面粗糙度影響因素

圖5-60車削時(shí)殘留面積的高度直線刃車刀（圖5-60a）（5-31）圓弧刃車刀（圖5-60b）（5-32）影響因素：fκrRmaxvfⅠⅡrεb）RmaxⅠⅡfa）vf切削殘留面積5.7.1切削加工表面粗糙度影響因素

切削表面塑性變形和積屑瘤

加工塑性材料時(shí)，由于刀具對(duì)加工表面的擠壓和摩擦，使之產(chǎn)生了較大的塑性變形，加之刀具迫使切屑與工件分離的撕裂作用，使表面粗糙度加大。金屬的韌性愈好，塑性變形愈大，加工表面就愈粗糙。

加工脆性材料時(shí)，塑性變形很小，形成崩碎切屑，由于切屑的崩碎而在加工表面留下許多麻點(diǎn)，使表面粗糙。

積屑瘤

脫落而殘留在加工表面

切削層變化－粗糙度值增大

切削速度（影響最大)：塑材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）。圖5-61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）0200400600hKsRz5.7.1切削加工表面粗糙度影響因素

切削用量的影響脆材影響較小

背吃刀量影響不明顯，一般可忽略。過小使表面惡化。

其他影響因素：刀具幾何角度、刃磨質(zhì)量，切削液等5.7.1切削加工表面粗糙度影響因素

切削用量的影響

進(jìn)給量減小，粗糙度減小。過小粗糙度增大。

砂輪速度v↑，Ra↓

工件速度vw↑，Ra↑

砂輪縱向進(jìn)給量↑，Ra

↑

磨削深度ap↑，Ra

↑圖5-62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）5.7.2磨削加工表面粗糙度影響因素

磨削用量影響

圖5-63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↓

砂輪粒度↑，Ra↓；但要適當(dāng)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↓5.7.2磨削加工表面粗糙度影響因素

砂輪影響5.7.2磨削加工表面粗糙度影響因素

其他影響因素

工件材料

冷卻潤(rùn)滑液磨粒易鈍，塑變和摩擦加劇，粗糙度增大；易燒傷甚至產(chǎn)生裂紋。太硬太軟－磨屑易堵塞砂輪，粗糙度增大。韌性大－砂粒早期崩落，使砂輪表面不平，粗糙度增大。機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)第5章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制AnalysisandControlofMachiningQuality5.8

影響表層金屬力學(xué)物理性能的工藝因素TechnologicalFactorsInfluencingPhysicsPropertiesofSurfaceLayer5.8.1影響表面冷作硬化的因素

切削加工

f↑，冷硬程度↑(圖5-64)◆切削用量影響

切削速度影響復(fù)雜（力與熱綜合作用結(jié)果）

asp影響不大圖5-64f和v對(duì)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：45表面層金屬的硬度和強(qiáng)度增加的現(xiàn)象－冷作硬化硬化－塑性變形（力因素）弱化－切削溫度（熱因素）5.8.1影響表面冷作硬化的因素

◆刀具影響

rε↑，冷硬程度↑其他幾何參數(shù)影響不明顯