第三章汽车零件的机械加工质量

1、第三章 汽车零件的机械加工质量 3-1 机械加工质量 3-2 影响机械加工精度的主要因素 3-3 加工误差的综合分析 3-4 表面质量的形成及其影响因素 3-5 表面质量对零件使用性能的影响 本章小结 尺寸精度尺寸精度 形状精度形状精度 位置精度位置精度 （通常形状误差限制在位置公差内，（通常形状误差限制在位置公差内， 位置公差限制在尺寸公差内）位置公差限制在尺寸公差内） 表面粗糙度表面粗糙度 波度波度 纹理方向纹理方向 伤痕伤痕（划痕、裂纹、砂眼等）（划痕、裂纹、砂眼等） 加工精度加工精度 表面质量表面质量 表层加工硬化表层加工硬化 表层金相组织变化表层金相组织变化 表层残余应力表层残余应力

2、 机械机械加工加工质量质量内容：内容：加工精度、表面质量加工精度、表面质量 表面几何形状精度表面几何形状精度 表面缺陷层表面缺陷层 3-1 机械加工质量 2 一、 加工精度 零件加工以后的实际几何参数与理想几何参数的接 近程度（宏观几何特征） 尺寸精度：尺寸精度：加工后，工件表面的实际尺寸与理想尺寸的加工后，工件表面的实际尺寸与理想尺寸的 接近程度（直径接近程度（直径,长度长度,距离等）距离等） 形状精度：形状精度：加工后，工件表面的实际形状与理想形状的加工后，工件表面的实际形状与理想形状的 接近程度（直线度接近程度（直线度,平面度平面度,圆柱度）圆柱度） 理想零件 尺寸：零件尺寸的公差带中心

3、 表面形状：绝对准确的圆柱面、圆锥面、平面等 表面位置：绝对的平行、垂直、同轴等 位置精度：位置精度：加工后工件表面之间的实际位置与理想位置加工后工件表面之间的实际位置与理想位置 的接近程度（平行度的接近程度（平行度,垂直度垂直度,同轴度等）同轴度等） 3 2. 加工误差加工误差 所谓加工误差是指实际零件与理想零件在几何 参数上的偏离 加工精度和加工误差这两个概念是从两个观点 来评定零件几何参数这个同一事物的，加工精度的高 低就是通过加工误差的大小来表示的，即：加工误差 大，则加工精度低；加工误差小，则加工精度高；因 此，保证和提高加工精度的问题，实际上就是限制保证和提高加工精度的问题，实际上

4、就是限制 和降低加工误差的问题和降低加工误差的问题 4 目前，还没有加工手段可以将零件的几何参数制 作成百分百的准确，从实际出发、从多快好省的观点 出发，也没有必要把个个零件都做得绝对准确，因此， 只要能保证零件在机器中的功能，把零件的加工精度 保持在一定的范围之内是完全允许的。所以国家标准 规定了各级精度和相应的公差（允许的加工误差）标 准 5 二、 表面质量 所谓表面质量是指零件加工以后的表面层状态， 它可以从以下两个方面来评定： 1. 表面微观几何特征表面微观几何特征 （1）表面粗糙度表面粗糙度 表面粗糙度是指已加表面粗糙度是指已加 工表面微观几何形状误差工表面微观几何形状误差 它是由加

5、工中的残留面积、 塑性变形、积屑瘤、鳞刺 以及工艺系统的高频振动 等原因引起的 h1 l1 l2 h2 l3 h3 l1 范围内的凸凹不平（平面度）h1 l3 范围内的凸凹不平（粗糙度）h3 l2 范围内的凸凹不平（波度）h2 50波长与波高之比波长与波高之比 6 （2）波度波度 是介于宏观与微观（波长与波高之比：是介于宏观与微观（波长与波高之比：501000） 几何形状误差之间的周期性几何形状误差几何形状误差之间的周期性几何形状误差 波度主要是由加工中工艺系统的低频振动造成的波度主要是由加工中工艺系统的低频振动造成的 （3）纹理方向纹理方向 指切削刀痕的方向，纹理方向取决于表面形成过程指切削

6、刀痕的方向，纹理方向取决于表面形成过程 中所采用的加工方法中所采用的加工方法 纹理平行纹理垂直纹理交叉 7 纹理呈近 似同心圆 纹理呈 多方向 纹理呈近 似放射状 cmr （4）表面缺陷 指加工表面上出现的缺陷 缺陷是在表面个别位置随机出现的，包括：砂眼、 夹砂、气孔、裂痕等 8 2. 表面的物理力学性能和化学性能 （1）表面层材料的塑性变形与冷作硬化 由于表面层材料的塑性变形引起金属材料的强由于表面层材料的塑性变形引起金属材料的强 度和硬度都提高的现象，被称之为冷作硬化度和硬度都提高的现象，被称之为冷作硬化 用硬化程度和硬化深度来衡量用硬化程度和硬化深度来衡量 （2）金相组织的变化 在加工过

7、程中，由于切削 热而引起金属的金相组织变化 （3）表面层材料残余应力 由于塑性变形和金相组织变 化，使表面层金属产生残余应力 9 3-2 影响影响机械加工精度的主要因素机械加工精度的主要因素 10 夹紧夹紧 工件工件 夹紧夹紧 安装安装 镗刀镗刀 镗杆镗杆 滑台滑台 在机械加工中，零件的尺寸、形状和表面间的相对位在机械加工中，零件的尺寸、形状和表面间的相对位 置的形成，归结到一点，就是取决于工件和刀具在切削置的形成，归结到一点，就是取决于工件和刀具在切削 过程中的相互位置关系，而工件和刀具又安装在夹具和过程中的相互位置关系，而工件和刀具又安装在夹具和 机床上，并受到机床和夹具的约束机床上，并受

8、到机床和夹具的约束 在机械加工中， 由机床、刀具、 工件、夹具构成 的系统，被称之 为工艺系统 11 因此，加工精度问题也就牵涉到整个工艺系统的精度问题， 工艺系统中的种种误差，在不同的具体条件下，以不同的程度 反映为加工误差；工艺系统的误差是“因”，是根源；加工误 差是“果”，是表现，因此，把工艺系统的误差称之为原始误 差 原原 理理 误误 差差 工艺系统静误差工艺系统静误差工艺系统动误差工艺系统动误差 原始误差原始误差 工工 件件 安安 装装 误误 差差 机机 床床 误误 差差 夹夹 具具 误误 差差 刀刀 具具 误误 差差 调调 整整 误误 差差 度度 量量 误误 差差 刀刀 具具 磨磨

9、 损损 工艺工艺 系统系统 受力受力 变形变形 工艺工艺 系统系统 热变热变 形形 工件工件 内应内应 力引力引 起的起的 变形变形 12 一、机床误差机床误差 机床误差来之三个方面：机床误差来之三个方面：机床本身的制造、安装机床本身的制造、安装 和磨损和磨损 机床在出厂之前要通过精度检验，例如：导轨的直线 度、主轴的回转精度等，这些都是在没有切削载荷的情况 下进行的反映静误差静误差 合格的机床在使用了一段时间后，将会产生磨损，机 床原有的精度也将会降低，并可能产生各种加工精度问题 因此，评价一台机床精度的高低，除了看它在静态下 的情况，还需看它在切削载荷下的动态情况在切削载荷下的动态情况 1

10、3 车床结构图 14 1. . 导轨误差导轨误差 导轨是机床中确定主要部件相对位置的基准导轨是机床中确定主要部件相对位置的基准， 也是运动部件的基准也是运动部件的基准，它的各项误差直接影响被加，它的各项误差直接影响被加 工工件的精度，例如车床的导轨：工工件的精度，例如车床的导轨： （1）导轨在水平面内有直线度误差）导轨在水平面内有直线度误差 显然，在某显然，在某 一截面内由于导一截面内由于导 轨的直线度误差轨的直线度误差 将导致刀具在水将导致刀具在水 平内沿工件径向平内沿工件径向 产生相应的位移，产生相应的位移， 即：即： r =1 15 因此，在工件全长上，将产生形状（圆柱度）误差因此，在工

11、件全长上，将产生形状（圆柱度）误差 注意注意：工件的形状与导轨在水平面内的直线度误：工件的形状与导轨在水平面内的直线度误 差的特征直接相关差的特征直接相关 注意注意：误差敏感方向误差敏感方向加工表面切削点处的法加工表面切削点处的法 线方向线方向 若原始误差发生在误差敏感方向，则对工件的若原始误差发生在误差敏感方向，则对工件的 加工精度影响较大加工精度影响较大 16 （2）导轨在垂直面内有直线度误差）导轨在垂直面内有直线度误差 r r 2 2 2 22 )(rr rrr 2 2 222 )()(2rrrrr 忽略高阶无穷小 2 )( r dr r 2 2 2 2 2 17 例如： 2= 0.1m

12、m、d=40mm， 则：r =0.00025mm， 影响可忽略不计 非非误差敏感方向误差敏感方向 2. . 车床主轴旋转轴线与导轨的平行度误差车床主轴旋转轴线与导轨的平行度误差 讨论：不平行发生在：水平面内讨论：不平行发生在：水平面内 垂直面内垂直面内 对工件的加 工影响如何？ 导轨导轨 主轴理想主轴理想 回转轴线回转轴线 18 若在水平面内不平行，则工件被加工成锥体形 若在垂直面内不平行，则为双曲面回转体形 3. . 前后导轨的平行度误差（扭曲）前后导轨的平行度误差（扭曲） 卧式车床或外圆磨床若前后导轨存在平行度误差 时，刀具和工件之间相对位置发生变化，刀尖运动轨 迹是一条空间曲线，使工件产

13、生形状误差 h b 若扭曲误差为3，工 件误差r(h/b)3 ，一 般车床h/b2/3，外圆磨 床h/b1，误差对加工精 度影响很大（h：机床主 轴中心高，b：前后导轨 的跨度）。 19 二、刀具误差刀具误差 刀具误差包括刀具误差包括制造和磨损制造和磨损两个方面两个方面 1. . 当切削刀具决定工件的最终尺寸和形状，刀具当切削刀具决定工件的最终尺寸和形状，刀具 制造误差直接影响工件的加工精度制造误差直接影响工件的加工精度 例如：例如：定尺寸刀具定尺寸刀具钻头、绞刀、圆孔拉刀等钻头、绞刀、圆孔拉刀等 刀具的尺寸误差直接影响工件的尺寸精度；刀具的尺寸误差直接影响工件的尺寸精度； 成形刀具成形刀具成

14、形车刀、成形铣刀、成形砂轮等成形车刀、成形铣刀、成形砂轮等 刀具的形状误差直接影响工件的形状精度；刀具的形状误差直接影响工件的形状精度； 展成法刀具展成法刀具齿轮滚刀、插齿刀等齿轮滚刀、插齿刀等 切削刃的几何形状及刀具有关尺寸精度会直接影响工件切削刃的几何形状及刀具有关尺寸精度会直接影响工件 的形状精度的形状精度. . 2.一般刀具（普通一般刀具（普通车刀、单车刀、单刃镗刀、面铣刀等）刃镗刀、面铣刀等） 刀具的制造误差对加工精度无直接影响刀具的制造误差对加工精度无直接影响 20 磨损量 工作 时间 初期磨损阶段、 正常 磨损阶段、剧烈磨损阶段 3. . 刀具的磨损刀具的磨损 （1）刀具的磨损刀

15、具的磨损（特别（特别 是误差敏感方向上）是误差敏感方向上）将将 引起工件的尺寸和形状引起工件的尺寸和形状 误差误差 （2）刀具的不断磨损将会引起切削力沿加工表面的刀具的不断磨损将会引起切削力沿加工表面的 法线方向法线方向的分力逐渐增大，导致工艺系统受力变形，的分力逐渐增大，导致工艺系统受力变形， 工件的尺寸和形状误差增大，工件的尺寸和形状因而工件的尺寸和形状误差增大，工件的尺寸和形状因而 产生额外的变化产生额外的变化 若工艺系统的刚度不足，则受力变形引起的加工若工艺系统的刚度不足，则受力变形引起的加工 误差更严重误差更严重 21 三、工艺系统的受力变形工艺系统的受力变形 1. .工艺系统的刚度

16、工艺系统的刚度 工艺系统抵抗变形的能力工艺系统抵抗变形的能力 y v 工艺系统的受力变形一般是工艺系统的受力变形一般是 弹性变形弹性变形 工艺系统的刚度可由下工艺系统的刚度可由下 式表示：式表示： 法向切削力 位移 y f k y s y：fy、fx、fz共同作用的综合共同作用的综合 结果。而切削分力结果。而切削分力fy对加工精度对加工精度 的影响最大的影响最大（误差敏感方向误差敏感方向） fyfy fz fz 22 2. .工艺系统的刚度对加工精度的影响工艺系统的刚度对加工精度的影响 （）切削力作用点位置的变化对加工精度的影响 a. 假定工件短而粗，其受力变形可忽略不计，车刀 悬伸也很短，受

17、力后的弯曲变形在法向的分量也可忽 略不计，即工艺系统的变形完全取决于机床的变形 l x yyyyyy tjwztjtjx )( 由系统刚度的定义： )( l xl k f k f y tj y tj a tj l x k f k f y wz y wz b wz b a f n fy c c b a x l 点支反力：afa 点支反力：bfb yx y ywz ytj 23 22 11 l x kl xl k fy wztj yx yx b a f n c y ywz ytj b a x l fy c 工艺系统的变形yx是 一个二次抛物线方程，变 形大小随刀具在方向位置 的变化而变化，使车出的

18、 工件沿轴向呈鞍形，产生产生 圆柱度误差圆柱度误差 受力变形大的位置处工 件被切除的金属层薄，受 力变形小的位置处工件被 切除的金属层厚 24 b. 工件变形引起的加工误差 若考虑工件本身的刚度（假 设此时不考虑机床和刀具的变 形），即可由材料力学公式计算 工件在切削点的变形量： l xxl ei f y y gj 22 )( 3 e：工件的弹性模量； i ：工件截面的惯性矩 如果工件是一根光轴，最大挠度发生在工件的中 间位置，在挠度大的位置处，切削最薄，而两端切 削最厚，因此最后加工的零件形状成腰鼓形，产生产生 圆柱度误差圆柱度误差 y v 25 c.刀具的刚度不足引起的加工误差 一般的刀具

19、，如外圆车刀、面铣刀等，在误差敏 感方向上的刚度很大，可以认为刀具在工件全长上， 其变形量近似不变，即由于其变形引起的加工误差 为尺寸误差（直径变大） 钻头的径向刚度较低，容易导致加工孔的尺寸、 形状、位置误差 镗孔过程中，不同的镗孔方式会造成不同的误差， 因此，钻孔时使用钻套；镗孔时使用导向支撑来提 供刀具的刚度，减少加工误差 d y 26 dgjx yyyy d.工艺系统刚度所引起的加工误差 27 28 注意： 工件的装夹方式与工件的刚度 刀具的刚度 加工误差？ 29 按悬臂梁近似计算 2 23 (3) 6 , 23 bb fx lx ei flfl eiei 加工误差？ 30 按悬臂梁近

20、似计算， 悬伸可改变 按自由支撑在两 点的梁近似计算， 悬伸可改变 （2）复映误差）复映误差 毛坯加工余量和材料硬度的不均匀，会引起切削力大小的变 化，工艺系统由于受力大小的不同，变形的大小也相应发生变化， 从而导致工件尺寸和几何形状的误差，加工出的工件形状与毛坯 形状相类似，这种规律称为误差复映规律，所产生的误差为复映 误差 实际切削轨迹 切削力产生的让刀 工件最后的成型工件最后的成型 毛坯 需要切削的轨迹 75. 0 facf pify z 31 xy kfy/ max1 xy kfy/ min2 21ppm aa 毛坯半径误差： 21 yy g 车削后工件半径加工误差： 1. 毛坯形状

21、2. 加工后工件形状 75. 0 facf pify z ）（ zy ff / xppf g kaafc yy z / )( 21 75. 0 21 mg / xf kfc z / 75. 0 误差复映系数 ： 1 32 当一次走刀不能满足 要求时，可进行二次或多 次走刀，相应的误差复映 系数为： , 321 则总的复映系数 ： n 210 定量地反映了毛坯 误差经加工后减少的程 度，也表明：工艺系统 的刚度越高，毛坯复映 到工件上的误差越小 （2）复映误差 33 复映误差的实验复映误差的实验 根据切削前后阶梯轴直径的变化，分析系统根据切削前后阶梯轴直径的变化，分析系统 的变形、刚度及复映误差

22、的变形、刚度及复映误差 34 （3）机床零部件制造与装配质量对加工精度的影响 接触刚度 机床薄弱零件的刚度 联结件的刚度 零件的间隙 实际接触面积小于理论接触面积 机床上个别薄弱零件常会大大降低 整个部件的刚度 螺栓联结的预紧、轴承的预紧，当外力超过其预紧力产 生的摩擦力时，刚度明显降低 35 由于机床部件或工件本身重量以及它们在移动中 位置变化而引起的加工误差 机床部件自重引起地横梁变形 36 四、工艺系统热变形引起的加工误差 工艺系统在各种热源作用下，会产生相应的热变形工艺系统在各种热源作用下，会产生相应的热变形 在热作用下，工件、刀具及机床的许多部分因温度的升高在热作用下，工件、刀具及机

23、床的许多部分因温度的升高 而产生复杂的变形，从而改变它们之间的相互位置关系，破坏而产生复杂的变形，从而改变它们之间的相互位置关系，破坏 工件和刀具之间相对运动的正确性，改变已调整好的加工尺寸，工件和刀具之间相对运动的正确性，改变已调整好的加工尺寸， 引起切削深度和切削力的改变，造成加工误差引起切削深度和切削力的改变，造成加工误差 据统计，由于热变形引起的加工误差约占总加工据统计，由于热变形引起的加工误差约占总加工 误差的误差的40%70%40%70%。工艺系统的热变形不仅严重地影响。工艺系统的热变形不仅严重地影响 加工精度，而且还影响加工效率的提高加工精度，而且还影响加工效率的提高 工艺系统热

24、变形的问题已成为机械加工技术发展工艺系统热变形的问题已成为机械加工技术发展 的一个重大研究课题的一个重大研究课题 37 1. 工艺系统的热源 热源 内部热源 外部热源 切削热 摩擦热和传动热 环境温度 热辐射 被加工材料切削层的弹 性、塑性变形，前、后 刀面与切屑、已加工表 面的摩擦产生的热量。 日光、照明、暖 气、体温等。 气温、室温变化、 热、冷风等。 运动件的摩擦（齿轮、 轴承、导轨等）产生的 热量；液压传动及电机 的温升等产生的热量。 38 2. 工艺系统的热平衡 工艺系统受各种热源的影响，其温度会逐渐升高。 同时，它们也通过各种传热方式向周围散发热量。 热平衡：热平衡：当单位时间内传

25、入和散发的热量相等时，工 艺系统达到了热平衡状态，工艺系统的热变形也就达 到某种程度的稳定 3. 机床热变形对加工精度的影响 机床热变形会影响加工精度，其中主轴部件、床机床热变形会影响加工精度，其中主轴部件、床 身、导轨、立柱、工作台等部件的热变形，对加工精身、导轨、立柱、工作台等部件的热变形，对加工精 度影响最大度影响最大 各类机床其结构、工作条件及热源形式均不相同，各类机床其结构、工作条件及热源形式均不相同， 因此机床各部件的热变形情况是不一样的因此机床各部件的热变形情况是不一样的 39 1) 磨床受热变形 外圆磨床：由于热变 形会造成砂轮轴线与 工件轴线的距离发生 变化，且可能产生平 行

26、度误差 平面磨床：立柱弯曲 变形，造成砂轮主轴 与工作台间的垂直度 误差 40 2) 车床热变形 由于热变形会造成主轴箱在垂直面内和水平面内 发生偏转和倾斜，且床身导轨向上凸起 一般在垂直面内的热变形对加工精度的影响较小； 而在水平面内的热变形对加工精度的影响较大 41 4. 工件热变形 1） 均匀受热 热膨胀 冷却后 f 2 ） 非均匀受热 热膨胀 冷却后 f 42 3）单边受热（非均匀受热） 毛坯形状 加工上表面 加工完成、冷却后 5. 刀具热变形 刀具热变形主要是由切削热引起的。切削加工时 虽然大部分切削热被切屑带走，传入刀具的热量并不 多，但由于刀具体积小，热容量小，导致刀具切削部 分

27、的温升急剧升高，刀具热变形对加工精度的影响比 较显著43 车削时车刀的热变形与切削时间的关系曲线 车外圆时，车刀热变形会使工件产生圆柱度误差（倒喇叭口） 车刀连续 工作时的热 伸长曲线； 切削停止 后，车刀温度 下降曲线； 传动作间 断切削的热 变形切削。 44 五、 工件残余应力引起的加工误差 什么是残余应力? 产生原因： 残余应力是由金属内部 的相邻宏观或微观组织发生 了不均匀的体积变化而产生 的，促使这种变化的因素主 要来自热加工或冷加工 残余应力是指在没有外部 载荷的情况下，存在于工件 内部的应力，又称内应力 45 1. 毛坯制造中产生的残余应力 （1）在铸造、锻造、焊接及热处理过 程

28、中，由于工件各部分冷却收缩不均匀 以及金相组织转变时的体积变化，在毛 坯内部就会产生残余应力（图a） （2）毛坯的结构越复杂，各部分壁厚 越不均匀以及散热条件相差越大，毛 坯内部产生的残余应力就越大 （3）具有残余应力的毛坯，其内部应力暂时处于相对平衡状态， 虽在短期内看不出有什么变化，但当加工时切去某些表面部分 后，这种平衡就被打破，内应力重新分布，并建立一种新的平 衡状态，工件明显地出现变形 46 原因：在外力f的作用下，工件内 部的应力重新分布 影响：当外力f去除后，弹性变形 本可完全恢复，但因塑性变形部 分的阻止而恢复不了，使残余应 力重新分布而达到平衡 现象：冷校直工艺方法是在一些长

29、 棒料或细长零件弯曲的反方向施加 外力f以达到校直目的 2. 冷校直引起的残余应力 措施：对精度要求较高的细长轴， 不允许采用冷校直来减小弯曲变形， 而采用加大毛坯余量，经过多次切 削和时效处理来消除内应力，或采 用热校直 47 残余应力对零件的影响 n存在残余应力的零件，始终处于一种不稳定状态， 其内部组织有要恢复到一种新的稳定的没有内应力 状态的倾向 n在内应力变化的过程中，零件产生相应的变形， 原有的加工精度受到破坏 n用这些零件装配成机器，在机器使用中也会逐渐 产生变形，从而影响整台机器的质量 3. 切削加工引起的残余应力 48 采用了近似的加工方法或近似形状的刀具而产 生的加工误差，

30、如用展成法加工渐开线齿轮，滚刀的 刀齿的轴剖面形状为直线，滚切成近似的渐开线齿面， 即渐开线齿形为无数直线包络而成 工件齿轮 滚刀 包络线 六、原理误差 这种渐开线齿面的形这种渐开线齿面的形 成方法本身就使工件产生成方法本身就使工件产生 加工误差，这种误差就是加工误差，这种误差就是 原理性误差，它是由工件原理性误差，它是由工件 与刀具作切削运动时产生与刀具作切削运动时产生 的几何轨迹误差的几何轨迹误差 49 七、调整误差 在切削加工时，为获得规定的尺寸，就必须对机 床、刀具和夹具进行必要的调整，由于调整不可能绝 对的准确，也就带来了一项原始误差调整误差 1.试切法调整（单件、小批量） （1）度

31、量误差 （2）加工余量的影响 （3）微量进给误差 2. 静调整法（大批量） （1）定程机构误差 （2）样件或样板的误差 （3）测量有限试件造成的误差 50 测量误差是指工件实际尺寸与测量仪器表示出的 尺寸之间的差值 八、度（测）量误差 原因： 1. 测量仪器本身的误差 2. 测量环境的影响 3. 人为误差的影响 51 33 加工加工误差的综合分析误差的综合分析 一、基本概念 二、误差的统计分析方法 1）分布图分析法 2）点图法 52 一、基本概念一、基本概念 在实际生产中，影响加工精度的工艺因素往往是 多方面的，因此，对加工误差的影响，有时就不能仅 用单因素的估算方法，而要用概率统计方法进行较

32、全 面的考察（加工一批零件，为了找出这批零件出现废 品的原因，就要用统计的方法来研究这批零件的加工 误差，从而找出减少废品的技术措施） 按一批工件加工误差出现的规律来看，加工误差 可分为两大类：系统性误差和随机性误差 53 1. . 系统性误差系统性误差 连续加工一批零件时，如果加工误差的大小和方 向保持不变或是按一定的规律变化，这类误差称为系 统性误差；如果加工误差的大小和方向保持不变，则 称为常值系统性误差；如果加工误差的大小和方向按 一定的规律变化，则称为变值系统性误差 原理误差，机床、刀具、夹具的制造误差，调整 误差等，它们和加工的顺序（或加工时间）没有关系， 故都是常值系统性误差 机

33、床、刀具的热变形，刀具的磨损等，都是随着 加工的顺序（或加工时间）而有规律的变化，因此属 于变值系统性误差 54 2. . 随机性误差随机性误差 连续加工一批零件时，如果加工误差的大小和方 向都是无规律地变化，这类误差称为随机性误差 毛坯误差（余量大小不一、硬度不匀等）的复映， 定位误差（基准面尺寸不一、间隙等），夹紧误差 （夹紧力大小不一），多次调整的误差，内应力引起 的变形误差等，都是随机性误差 这类误差产生的原因是随机的，从表面上来看没 有规律，无从分析，但是应用数理统计的方法可以找 出一批工件加工误差的总体规律，然后在工艺上采取 措施加以控制 55 二、误差的统计分析方法二、误差的统计

34、分析方法 1.分布图分析法（分布曲线法） 一批零件如果是在正常的加工状态下，即：没有变值系统性 误差（或有而不显著），随机性误差是相互独立的，且在各随机 性误差中没有一个是起主导作用，则这批零件的尺寸分布曲线将 接近正态分布曲线 正态分布曲线的数学方程为： 2 2 1 exp 2 1 xx y 式中, x：零件的尺寸； 算术平均值 ：一批零件尺寸的x n i i x n x 1 1 ：一批零件尺寸的 均方根差 n i i nxx 1 2 / )( 56 曲线与x轴之间所包含的面积为1，即包含了全 部工件数 6 ：表示这批零件加工尺 寸的分布范围 o y x x 33 2 1 max y 3 x

35、x范围内的面积约为99.73% 3 6t 的大小代表了某种加工方法在一定生产条 因此，零件加工的公差应取： y：零件尺寸为零件尺寸为x的概率密度；的概率密度； 其中， 下能达到的加工精度 2 1 57 例：在无心磨床上加工一批外径为 的圆柱 销，加工完毕后，检查100个圆柱销销的直径，把测 量的数据按大小分组，每组的尺寸间隔为0.003mm， 并计算、记录于表，试分析其工艺过程 0 04. 0 65. 9 分布曲线法的应用 58 x 组号尺寸间隔 (mm)尺寸间隔中值 (mm) 组内工件数 m 实际频数 fj 19.6159.6189.615522% 29.6189.6219.619544%

36、39.6219.6249.622577% 49.6249.6279.62551212% 59.6279.6309.62851414% 69.6309.6339.63151616% 79.6339.6369.63451515% 89.6369.6399.63751414% 99.6399.6429.640588% 109.6429.6459.643555% 119.6459.6489.646533% =9.632100100% 59 0 04. 0 65. 9 解：根据表，计算平均值 007. 0/ )( 1 2 n i i nxx 632. 9 1 n x x n i i 计算均方根差 绘制分

37、布图 根据表中数据，把频数值点在尺寸区间（间隔） 中值上，并把每点顺次用直线连起来，绘成折线图 2 2 1 exp 2 1 xx y 60 6495 16 14 12 10 8 6 4 2 6465 6435 64056165 6195 6225 6255 6285 6315 6345 x 6375 y at=9.630 实际分布曲线与理论分布线曲 632. 9x 9.653 9.611 021. 03 021. 03 9.610 9.650 t （其尺寸误差服从正态分布） 61 分布图分析 在用正态性评定方法 确认样本是服从正态分 布的前提下，就可以认 为工艺过程中变值系统 性误差很小（或不

38、显著 )(002. 0mmax t x t a 分散中心与公差带中心不重合，其偏移量： 此误差为常值系统性误差，是由于机床调整不 准确引起 6495 16 14 12 10 8 6 4 2 6465 6435 64056165 6195 6225 6255 6285 6315 6345 x 6375 y at=9.630 632.9x 9.653 9.611 021. 03021. 03 9.610 9.650 t ），被加工工件尺寸分散的原因主要是随机性误差引起，工艺 过程处在控制状态之中 62 工序能力分析 95. 0 007. 06 04. 0 6 t c p 属于三级工序能力，工艺能力

39、不足 工艺能力等级： 6 t c p 工艺能力很差，必须加以改进四级 0.67 工艺能力勉强，必须密切注意二级 1.33 1.00 工艺能力足够，可以有一定的异常波动一级 1.67 1.33 工艺能力过高，可以允许有异常波动特级 1.67 说明 工艺能力等级 工艺能力系数 p c p c p c p c p c 63 611. 9 min x 57. 2 007. 0 632. 9650. 9 xx z i 从图中可以看 出，本批工件的 最小尺寸： 比工序要求的最小尺寸9.610要大，故分布曲线的左 半部分没有废品；在右半部分，工序要求的最大尺寸 为9.650，而实际最大尺寸为9.653，故有

40、废品产生。 确定合格品率和 不合格品率 6495 16 14 12 10 8 6 4 2 6465 6435 64056165 6195 6225 6255 6285 6315 6345 x 6375 y at=9.630 632.9x 9.653 9.611 021. 03021. 03 9.610 9.650 t 64 xx 0.4678 0.4713 0.4744 0.4772 0.4821 0.4861 0.4893 0.4918 0.4939 0.4953 0.4965 0.4974 0.4981 0.49865 0.49931 0.49966 0.49984 0.49992 0.4

41、9997 0.499997 0.4999997 1.85 1.90 1.95 2.00 2.10 2.20 2.30 2.40 2.50 2.60 2.70 2.80 2.90 3.00 3.20 3.40 3.60 3.80 4.00 4.50 5.00 0.3106 0.3159 0.3212 0.3264 0.3315 0.3365 0.3413 0.3531 0.3643 0.3749 0.3849 0.3944 0.4032 0.4115 0.4192 0.4265 0.4332 0.4394 0.4452 0.4505 0.4554 0.4599 0.4641 0.88 0.90

42、0.92 0.94 0.96 0.98 1.00 1.05 1.10 1.15 1.20 1.25 1.30 1.35 1.40 1.45 1.50 1.55 1.60 1.65 1.70 1.75 1.80 0.1772 0.1808 0.1844 0.1879 0.1915 0.1985 0.2054 0.2123 0.2190 0.2257 0.2324 0.2389 0.2454 0.2517 0.2580 0.2642 0.2703 0.2764 0.2823 0.2881 0.2939 0.2995 0.3051 0.46 0.47 0.48 0.49 0.50 0.52 0.54

43、 0.56 0.58 0.60 0.62 0.64 0.66 0.68 0.70 0.72 0.74 0.76 0.78 0.80 0.82 0.84 0.86 0.0910 0.0948 0.0987 0.1026 0.1064 0.1103 0.1141 0.1179 0.1217 0.1255 0.1293 0.1331 0.1368 0.1406 0.1443 0.1480 0.1517 0.1554 0.1591 0.1628 0.1664 0.1700 0.1736 0.23 0.24 0.25 0.26 0.27 0.28 0.29 0.30 0.31 0.32 0.33 0.3

44、4 0.35 0.36 0.37 0.38 0.39 0.40 0.41 0.42 0.43 0.44 0.45 0.0000 0.0040 0.0080 0.0120 0.0160 0.0199 0.0239 0.0279 0.0319 0.0359 0.0398 0.0438 0.0478 0.0517 0.0557 0.0596 0.0636 0.0675 0.0714 0.0753 0.0793 0.0832 0.0871 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 0.

45、16 0.17 0.18 0.19 0.20 0.21 0.22 fffff xx xx xx xx 65 查表（正态分布计算表） f(2.5)=0.4939 f(2.6)=0.4953 用插值法计算：f(2.57)=0.4948 所以：合格品率=0.5+0.4948=0.9949=99.48% 废品率=1-0.9948=0.0052=0.52% 确定合格品率和不合格品率 由于这些不合格品都是尺寸过大的不合格品， 所以是可修复的废品 66 分布图分析法的应用 （1）判断加工误差的性质 如果实际分布曲线与正态分布曲线基本相符，说明加工中没 有变值系统性误差，再根据算术平均值是否与公差带重合，就可

46、 以判断是否有常值系统性误差，如果实际分布曲线不符合正态分 布，可根据实际分布图形判断是什么类型的变值系统性误差 （2）判断工序能力能否满足加工精度要求 所谓工序能力，就是工序处于稳定状态时，加工误差正常 波动的幅度 6 t c p （3）估计工件的合格率与废品率 分布曲线与横坐标所包含的面积，代表一批工件的总数， 如果尺寸分散范围大于工件的公差范围，将有废品产生，其中 在公差带内的面积，代表合格品率；以外的面积，代表废品率， 它包括可修复的废品率和不可修复的废品率67 讨论： 实际分布曲线为：实际分布曲线为： t t a x y 33 x x y 33 x t t t a x y 33 x

47、2. 当 ， 不管公差带中 心与分布中心重合不重合， 理论上都将会出现废品 6t 3. 当 ， 且公差带中 心与分布中心不重合，是否 会出现废品，则需依据具体 情况来定 6t 6t 1. 1.当公差带中心与分布中心当公差带中心与分布中心 重合，且重合，且 ，则理论上，则理论上 不会出现废品不会出现废品 68 y o x (b) x (a) y 非正态分布曲线 当刀具磨损的影 响显著时，变值系统 性误差占突出地位， 使分布曲线出现平顶， 如图(a)所示） 在实际生产中，工件尺寸的分布有时并不接近于正 态分布，例：将两次调整下加工的工件混在一起，由于 每次调整的调整误差（一次调整的调整误差属于常值

48、系 统性误差）不同，就会得到双峰曲线，如图(a)所示； 69 x y (c) 偏向左 x (d) 偏向右 y 非正态分布曲线 当工艺系统热变形显著时，分布曲线就会不对称 例如，刀具热变形严重时，若加工轴，则分布曲线偏 向左，如图(c)所示）；加工孔时偏向右，如图(d)所 示 此外，还可能出现等概率分布、辛普森（simpson ） 分布等非正态分布形式 70 分布图分析法的缺点 v分布图分析法不能反映误差的变化趋势 v 加工中，由于随机性误差和系统性误差同时存在， 在没有考虑到工件加工先后顺序的情况下，很难把随 机性误差和变值系统性误差区分开来 v由于在一批工件加工结束后，才能得出尺寸分布情 况

49、，因而不能在加工过程中起到及时控制质量的作用 v如果工艺过程不稳定，分布图分析法失去意义 71 28 2.2.点图法点图法 工件尺寸 序号 工件 2624222018161412108642 工件误差逐件按件号点出 如果按工件的加工顺序逐个测量一批工件的尺寸， 并以横坐标代表工件加工序号，纵坐标代表工件尺寸， 所作的点图称为个值点图 72 组序号 30 25 20 15 10 5 工件误差逐件按组序号点出 工件尺寸 为了缩短点图的长度，可将顺序加工的m个工件编 为一组，此时以组序号为横坐标，纵坐标代表工件尺寸， 同一组工件的尺寸分散在同一组号的垂直线上，这样作 的点图如图所示 73 图绘制rx

50、 组序号 15202530 30 20 10 105 x)( m点图 x 105 20 10 组序号 30252015 r )( m 点图 r 如果仍以顺序加工 的m个工件为一组的组序 号为横坐标，以每组内m 个工件的平均值 为纵 坐标，或以每组内m个工 件的最大值与最小值的 差r（称极差）为纵坐标， 就可以得到目前应用较 多的平均值极差点图 （ 点图），在 实际应用中两者联合使 用 rx x 74 组序号 15 20 25 30 30 20 10 10 5 x)(m (a) 点图 x 10 5 20 10 组序号 30 25 20 15 r )(m (b) 点图 r 可按下式计算：、rx m

51、 i jij x m x 1 1 minmaxjj xxr 式中，m：每组的工件数； 组内工件的最大尺寸；第jx j : max 点图的绘制rx 组内工件的最小尺寸；第jx j : min 75 单独的 点图或者r点图，都不能全面地反映加工 误差的情况，故 点图和r点图都是结合起来应用 r点图上的点代表了瞬时分散范围，所以r点图能 反映出随机性误差的变化趋势 x 点图上的点代表了瞬时分散中心，主要反映系 统性误差的变化趋势 分析 x x 76 由于种种误差因素的影响，点图上的点子总是 要波动的，也就是说一批工件的质量参数总是参差不 齐的；根据点波动情况，可以把它分成两种： 其一是随机性波动，波

52、动幅值不太大，无明显 规律，这主要是由一些随机性误差因素（其中无明显 优势者）引起的，这种波动称为正常波动； 其二是引起波动的误差因素中有明显占优的误 差因素，以致点图的波动有规律性，如明显上升或下 降趋势，或出现幅值很大或很小的波动等，这种波动 称为异常波动，点图正常波动的工艺是稳定的，而异 常波动的工艺是不稳定的 77 组序号 15 20 25 30 30 20 10 10 5 x)(m (a) 点图 x 10 5 20 10 组序号 30 25 20 15 r )(m (b) 点图 r 组序号 15 20 25 30 30 20 10 10 5 x)(m (a) 点图 x 10 5 20

53、 10 组序号 30 25 20 15 r )(m (b) 点图 r 有上升趋势 正常波动 异常波动 有点子超出控制线 78 正 常 波 动异 常 波 动 1没有点子超出控 制线 2大部分点子在中 心线上下波动，小 部分在控制线附近 3点子没有明显的 规律性 1有点子超出控制线 2点子密集在中心线附近 3点子密集在控制线附近 4连续7个以上的点子 5连续11个点子中有10个以上出现在控制线的上方 或下方 6连续14个点子中有12个以上出现在控制线的上方 或下方 7连续17个点子中有14个以上出现在控制线的上方 或下方 8连续20个点子中有16个以上出现在控制线的上方 或下方 9点子有上升或下降

54、的倾向 10点子有周期性波动 79 点图的应用 点图可以观察出加工过程是否存在变值系统性误差和随机性 误差的变化情况，可以用来判断工艺过程的稳定情况，并能在加工 过程中提供控制加工精度的资料 （1）工艺验证 工艺验证的目的是判断现行工艺或准备实施的新工艺能否稳定地满 足产品的加工质量要求。其主要内容是通过抽样检查作出分布曲线图（或 直方图），确定工序能力及工序能力系数，判断工艺过程的稳定情况 工艺过程是否稳定，可由 图的波动情况来判断，如果 图 的波动正常，工艺是稳定的，若是异常波动，则工艺过程是不稳定的。要 判断 图的正、异常波动，得在 图上标加中线和控制线。中线 和控制线的确定如下： rx

55、 rx rx rx x 点图 中线 x k i i x k x 1 1 上控线 ul x raxxul 2 下控线 dlx raxxdl 2 组序号 x ul x dl x 80 ma2d1d2 4 5 6 0.73 0.58 0.48 2.28 2.11 2.00 0 0 0 r点图 中线 r k i i r k r 1 1 ul r rdrul 1 dl r rdrdl 2 上控线 下控线 表 常数a2、d1、d2值 r ul r 组序号 81 工艺过程出现异常波动，表明总体分布的数字特征发生了变化，这种 变化不一定就是坏事 例如发现点子密集在中心线上下附近，说明分散范围变小了，这是好 事

56、，但应查明原因，使之巩固，以进一步提高工序能力（即减小6值） 再如刀具磨损会使工件平均尺寸的误差逐渐增加，使工艺过程不稳定， 虽然刀具磨损是机械加工中的正常现象，如果不适时加以调整，就有可能 出现废品 值得注意的是，工艺过程是否稳定与工件是否会出废品不是一回事。工 艺过程是否稳定是由其本身误差情况来决定的，而工件是否合格则是由工 件规定的公差决定的。如果根据工艺验证，某一工序的工艺过程是稳定的， 工序能力系数cp足够大，且分布中心与公差带中心重合，可以讲它是不会 产生不合格品的。但工序能力不足，即使是工艺过程稳定，它也会出废品。 加工过程中不出现异常波动，说明该工序的工艺过程处于控制之中，可以

57、 继续进行加工，否则就应停机检查，找出原因，采取措施消除使加工误差 增大的因素，使质量管理从事后检验变为事前预防。82 34 表面质量表面质量的形成及其影响因素的形成及其影响因素 一、切削加工的表面粗糙度 二、磨削加工的表面粗糙度 三、机械加工后工件表面层物理机械 性能的变化 83 一、切削加工的表面粗糙度一、切削加工的表面粗糙度 在切削加工中刀具 的几何形状、切削用量、 切削液、振动等工艺因 素，都会影响表面粗糙 度；以车削外圆为例来 说明切削加工表面粗糙 度的形成 由国家标准规定的表面粗糙度定义，轮廓的算由国家标准规定的表面粗糙度定义，轮廓的算 术平均偏差：术平均偏差： 测量长度 阴影部分

58、面积 l dxxf r l a 0 )( y=f(x) l x 0 y 84 ctgctg f h h f k k 1几何因素 外圆车削时，其切削轨迹为一螺旋线，切削后在 工件表面留下的残留面积（其形状是刀具几何形状的 复映），形成了表面理论粗糙度 h 尖刃车刀 k k x 2 x 1 f fxx 21 k 1 hctgx k hctgx 2 85 r f h 8 2 r h f 圆弧刃刃车刀 86 （1）在切削过程中，刀具的刃口圆角及后刀面的挤 压与摩擦使金属材料发生塑性变形而使理论残留面积 挤歪或沟纹加深，因而增大了表面粗糙度 实际轮廓 理论轮廓 2物理因素 切削加工后表面粗糙度的实际轮廓

59、之所以与纯几 何因素所形成的理论轮廓有很大的差异，主要是由于 切削过程中塑性变形的影响 87 （2）在切削过程中出现刀瘤 （积屑瘤积屑瘤） 积屑瘤 h 定不变的，而是不断地形成、长大，然后粘附在切屑上 被带走或留在工件上。由于积屑瘤有时会伸出切削刃之 外，其轮廓也很不规则，因而使加工表面上出现深浅和 宽窄都不断变化的刀痕，大大恶化了表面粗糙度 积屑瘤是切削过程中切 屑底层与前刀面冷焊的结果。 积屑瘤形成后并不是稳 88 （3）在切削过程出现鳞刺 鳞刺是已加工表面上出现的鳞片状毛刺般的缺陷。 切削过程中出现鳞刺是由于切屑在前刀面上的摩擦和 冷焊作用造成周期性地停留，代替刀具推挤切削层， 造成切削

60、层和工件之间出现撕裂现象。 撕裂 i.抹拭 ii.沉积 iii.导裂 iv.刮成 鳞刺的形成过程 89 鳞刺的形成经过4个阶段： i. 抹拭（切屑与前刀面切屑与前刀面刮刮擦干净擦干净） ii. 沉积（切屑与前刀面冷焊切屑与前刀面冷焊） iii. 导裂（切屑与已加工表面间撕裂切屑与已加工表面间撕裂） iv. 刮成（切屑沿前刀面流出切屑沿前刀面流出） 如此往复，就在已加工表面上出现一系列的 鳞刺，构成已加工表面的粗糙度。 90 （4）工艺系统振动的影响 工艺系统振动：是指刀具相对于工件产生周期性的 位移。由于振动，在加工表面上形成波纹状的振痕。 振动频率高表面粗糙度值增大； 振动频率低产生波度。