机械制造技术基础第6章 机械加工质量

1、第第6章章 机械加工质量机械加工质量 Machining Quality6.1 概述概述 Summary6.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素 The Factors Influencing Machining Accuracy6.3 加工精度的统计分析加工精度的统计分析 Statistical Analysis for the Machining Accuracy6.4 提高加工精度的工艺措施提高加工精度的工艺措施 The Main Methods of Raising the Machining Precision6.5 影响表面质量的因素影响表面质量的因素 The Fact

2、ors Influencing on Surface Qualities6.6 提高表面质量的途径提高表面质量的途径 Approach for Improving Machined Surface Quality6.1 概述概述 Summary6.1.1 加工精度加工精度 Machining Accuracy 机械加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、机械加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数相符合程度。形状和位置）与理想几何参数相符合程度。 零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度，零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度，称为加工误差。

3、称为加工误差。 加工精度包括三个方面：加工精度包括三个方面： 尺寸精度：指加工后零件的实际尺寸与零件尺寸的公差尺寸精度：指加工后零件的实际尺寸与零件尺寸的公差带中心的相符合程度。带中心的相符合程度。 形状精度：指加工后的零件表面的实际几何形状与理想形状精度：指加工后的零件表面的实际几何形状与理想的几何形状的相符合程度。的几何形状的相符合程度。 位置精度：指加工后零件有关表面之间的实际位置与理位置精度：指加工后零件有关表面之间的实际位置与理想位置相符合程度。想位置相符合程度。 6.1 概述概述 Summary6.1.2 获得加工精度的方法获得加工精度的方法 Ways for Obtaining

4、the Machining Accuracy1、获得尺寸精度的方法、获得尺寸精度的方法 (1) 试切法试切法 (2) 调整法调整法 (3) 定尺寸法定尺寸法 (4) 自动控制法自动控制法 2、 获得形状精度的方法获得形状精度的方法 (1) 轨迹法轨迹法 (2) 成形法成形法 (3) 展成法展成法 3、获得位置精度的方法、获得位置精度的方法 (1)找正的方法找正的方法 (2)用夹具安装工件用夹具安装工件6.1 概述概述 Summary6.1.3 机械加工表面质量机械加工表面质量 Qualities of Machined Surface1、表面层的几何形状特征、表面层的几何形状特征 （1）表面粗

5、糙度）表面粗糙度 （2）表面波度）表面波度 （3）表面加工纹理）表面加工纹理 （4）伤痕）伤痕6.1 概述概述 Summary2、 表面层的物理力学性能和化学性能表面层的物理力学性能和化学性能 （1）表面层的加工冷作硬化）表面层的加工冷作硬化 （2）表面层金相组织的变化）表面层金相组织的变化 （3）表面层金相的残余应力）表面层金相的残余应力6.1 概述概述 Summary6.1.4 表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件使用性能的影响 Influence of Surface Quality on Service Performance of Part1、表面质量对零件耐磨性的影响、表面质

6、量对零件耐磨性的影响 2、表面质量对零件疲劳强度的影响、表面质量对零件疲劳强度的影响3、表面质量对零件耐腐蚀性能的影响、表面质量对零件耐腐蚀性能的影响4、表面质量对零件间配合性质的影响、表面质量对零件间配合性质的影响5、表面质量对零件其他性能的影响、表面质量对零件其他性能的影响6.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素 The Factors Influencing Machining Accuracy6.2.1 加工误差的产生加工误差的产生 The Causes of Machining Errors1、工艺系统的静误差、工艺系统的静误差2、工艺系动误差、工艺系动误差3、加工原理误

7、差、加工原理误差6.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素 The Factors Influencing Machining Accuracy6.2.2 工艺系统的静误差工艺系统的静误差 Static Errors of Process System1、机床的几何误差、机床的几何误差 (1) 主轴回转误差主轴回转误差 包括轴向窜动、径向跳动、角度摆动三种基本形式。包括轴向窜动、径向跳动、角度摆动三种基本形式。 6.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素 The Factors Influencing Machining Accuracy (2) 导轨误差导轨误差 主要包括

8、：主要包括： 1）导轨在水平面内直线度和垂直面内的直线度）导轨在水平面内直线度和垂直面内的直线度 6.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素 The Factors Influencing Machining Accuracy 2）前后两导轨的平行度；）前后两导轨的平行度； 6.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素 The Factors Influencing Machining Accuracy 3）导轨对主轴回转轴线在水平面内和垂直面内的平行度）导轨对主轴回转轴线在水平面内和垂直面内的平行度误差或垂直度误差误差或垂直度误差 若导轨与机床主轴回转轴线不平行或不垂直，若

9、导轨与机床主轴回转轴线不平行或不垂直， 则会引起则会引起工件的几何形状误差，如车床导轨与主轴回转轴线在水平面工件的几何形状误差，如车床导轨与主轴回转轴线在水平面内不平行，内不平行， 会使工件的外圆柱表面产生锥度；会使工件的外圆柱表面产生锥度； 在垂直面内不在垂直面内不平行，平行， 会使工件的外圆柱表面产生马鞍形误差。会使工件的外圆柱表面产生马鞍形误差。 6.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素 The Factors Influencing Machining Accuracy （3）机床传动链误差）机床传动链误差 传动链的传动误差，是指内联系的传动链中首末两端传动传动链的传动误差

10、，是指内联系的传动链中首末两端传动元件之间相对运动的误差。它是内联系传动加工工件（如螺纹、元件之间相对运动的误差。它是内联系传动加工工件（如螺纹、 齿轮、齿轮、 蜗轮及其他零件）时，影响加工精度的主要因素。例如蜗轮及其他零件）时，影响加工精度的主要因素。例如在滚齿机上用单头滚刀加工直齿轮时要求：在滚齿机上用单头滚刀加工直齿轮时要求： 滚刀转一圈，滚刀转一圈， 工件工件转过一个齿。这种运动关系是由刀具与工件间的传动链来保证转过一个齿。这种运动关系是由刀具与工件间的传动链来保证的。的。 减少机床传动链误差的措施减少机床传动链误差的措施: 1）减少传动链中的元件数，即缩短传动链）减少传动链中的元件数

11、，即缩短传动链 2）提高传动元件，特别是终端传动元件的制造和装配精度。）提高传动元件，特别是终端传动元件的制造和装配精度。 3）尽量减小传动链中齿轮副或螺旋副中存在的传动间隙。）尽量减小传动链中齿轮副或螺旋副中存在的传动间隙。 4）采用误差补偿办法。）采用误差补偿办法。 6.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素 The Factors Influencing Machining Accuracy （4）夹具误差与装夹误差）夹具误差与装夹误差 夹具误差主要是指夹具的定位元件、导向元件及夹具体夹具误差主要是指夹具的定位元件、导向元件及夹具体的制造与装配误差，它将直接影响工件加工表面的位

12、置精度的制造与装配误差，它将直接影响工件加工表面的位置精度和尺寸精度，对被加工工件表面的位置精度影响最大。在夹和尺寸精度，对被加工工件表面的位置精度影响最大。在夹具设计时，凡是影响工件加工精度的尺寸应严格控制其制造具设计时，凡是影响工件加工精度的尺寸应严格控制其制造误差，一般夹具可取工件上相应尺寸公差的误差，一般夹具可取工件上相应尺寸公差的1/21/10，粗加工，粗加工（工件公差较大）时夹具可取工件上相应尺寸公差的（工件公差较大）时夹具可取工件上相应尺寸公差的1/51/10，精加工（工件公差较小）时可取工件公差的精加工（工件公差较小）时可取工件公差的1/21/3，夹具磨，夹具磨损是一个缓慢的过

13、程，它对加工精度的影响不很明显，对它损是一个缓慢的过程，它对加工精度的影响不很明显，对它们进行定期的检修和维修。们进行定期的检修和维修。6.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素 The Factors Influencing Machining Accuracy （5）刀具误差）刀具误差 刀具误差主要是刀具的制造和磨损误差，其影响程度与刀具误差主要是刀具的制造和磨损误差，其影响程度与刀具的种类有关。一般刀具，如车刀、铣刀、单刃镗刀和砂刀具的种类有关。一般刀具，如车刀、铣刀、单刃镗刀和砂轮等，它们的制造误差对工件的加工精度没有直接影响，而轮等，它们的制造误差对工件的加工精度没有直接影

14、响，而加工过程中刀刃的磨损和钝化则会影响工件的加工精度。对加工过程中刀刃的磨损和钝化则会影响工件的加工精度。对定尺寸刀具，其尺寸误差直接关系到被加工表面的尺寸精度。定尺寸刀具，其尺寸误差直接关系到被加工表面的尺寸精度。 为了减少刀具的制造误差和磨损，应合理选择刀具材料为了减少刀具的制造误差和磨损，应合理选择刀具材料和规定刀具的加工公差，合理选用切削用量和切削液，正确和规定刀具的加工公差，合理选用切削用量和切削液，正确装夹刀具并及时进行刃磨。装夹刀具并及时进行刃磨。6.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素 The Factors Influencing Machining Accur

15、acy （6）调整误差）调整误差 调整是指在各机械加工工序开始时为使刀刃和工件保持调整是指在各机械加工工序开始时为使刀刃和工件保持正确位置所进行的调整。再调整正确位置所进行的调整。再调整(或称小调整或称小调整)是指在加工过程是指在加工过程中由于刀具磨损等原因对已调整好的机床所进行的再调整或中由于刀具磨损等原因对已调整好的机床所进行的再调整或校正。通过调整，使刀具与工件保持正确的相对位置，从而校正。通过调整，使刀具与工件保持正确的相对位置，从而保证各工序的加工精度及其稳定性。调整结果不可能绝对准保证各工序的加工精度及其稳定性。调整结果不可能绝对准确，因而产生调整误差。调整方式不同，其误差来源也不

16、相确，因而产生调整误差。调整方式不同，其误差来源也不相同。同。6.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素 The Factors Influencing Machining Accuracy6.2.3 工艺系统的动误差工艺系统的动误差 Dynamic Errors of Process System1. 工艺系统的受力变形对加工精度的影响工艺系统的受力变形对加工精度的影响 工艺系统的受力变形是机械加工精度中的一项很重要的工艺系统的受力变形是机械加工精度中的一项很重要的原始误差。原始误差。6.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素 The Factors Influencin

17、g Machining Accuracy2. 工艺系统的刚度工艺系统的刚度 （1）工艺系统刚度定义）工艺系统刚度定义工艺系统刚度是指工艺系统在外力作用下抵抗变形的能力。工艺系统刚度是指工艺系统在外力作用下抵抗变形的能力。为充分反映工艺系统刚度对零件加工精度的影响，将工艺系统为充分反映工艺系统刚度对零件加工精度的影响，将工艺系统刚度刚度Ks的定义确定为加工误差敏感方向上工艺系统所受外力的定义确定为加工误差敏感方向上工艺系统所受外力Fp与变形量（或位移量）与变形量（或位移量）X之比，即：之比，即： FPKsX6.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素 The Factors Influe

18、ncing Machining Accuracy （2）工艺系统刚度的计算）工艺系统刚度的计算工艺系统中各组成环节在切削加工过程中，由于受到各种工艺系统中各组成环节在切削加工过程中，由于受到各种外力作用，会产生不同程度的变形，使刀具和工件的相对位置外力作用，会产生不同程度的变形，使刀具和工件的相对位置发生变化，从而产生相应的加工误差。发生变化，从而产生相应的加工误差。 工艺系统刚度的倒数等于工艺系统各组成环节刚度的倒数工艺系统刚度的倒数等于工艺系统各组成环节刚度的倒数之和。之和。 jcjjdjg11111kkkkk6.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素 The Factors I

19、nfluencing Machining Accuracy （3）影响机床部件刚度的因素）影响机床部件刚度的因素 1）连接表面间的接触变形）连接表面间的接触变形 2）薄弱零件本身的变形）薄弱零件本身的变形 3）零件表面间摩擦力的影响）零件表面间摩擦力的影响 4）接合面的间隙）接合面的间隙6.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素 The Factors Influencing Machining Accuracy3. 切削力作用点位置变化引起的工件形状误差切削力作用点位置变化引起的工件形状误差 （1）机床变形引起的加工误差）机床变形引起的加工误差 2111jcPjctjwzdjLZZ

20、xFxzkLkLk6.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素 The Factors Influencing Machining Accuracy（2）工件变形引起的加工误差）工件变形引起的加工误差 由材料力学公式可以计算出工件在切削点的变形量：由材料力学公式可以计算出工件在切削点的变形量： （3）同时考虑机床和工件变形引起的加工误差）同时考虑机床和工件变形引起的加工误差 同时考虑机床和工件的变形时，在切削点处刀具相对于工同时考虑机床和工件的变形时，在切削点处刀具相对于工件的位移量为二者的叠加件的位移量为二者的叠加 223PgLZZFxEIL22221113jcgPtjwzdjLZZ

21、LZZxxxFkLkLkEIL6.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素 The Factors Influencing Machining Accuracy 4. 切削力大小变化引起的加工误差切削力大小变化引起的加工误差以车削椭圆形横截面毛坯为例分以车削椭圆形横截面毛坯为例分析。图中加工时根据设定尺寸（虚线析。图中加工时根据设定尺寸（虚线圆的位置）调整刀具的切深。在工件圆的位置）调整刀具的切深。在工件每转一转中，切深发生变化，最大切每转一转中，切深发生变化，最大切深为深为ap1，最小切深为，最小切深为ap2。假设毛。假设毛坯材料的硬度是均匀的，那么坯材料的硬度是均匀的，那么ap1处

22、处的切削力的切削力Fp1最大，相应的变形最大，相应的变形1也最大；也最大；ap2处的切削力处的切削力Fp2最小，相应的变形最小，相应的变形2也最小。由也最小。由此可见，当车削具有圆度误差（半径上）此可见，当车削具有圆度误差（半径上）m= ap1- ap2的毛坯的毛坯时，由于工艺系统受力变形，而使工件产生相应的圆度误差时，由于工艺系统受力变形，而使工件产生相应的圆度误差（半径上）（半径上）g=1-2。这种毛坯误差部分地反映在工件上的现。这种毛坯误差部分地反映在工件上的现象叫做象叫做“误差复映误差复映”。 6.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素 The Factors Influen

23、cing Machining Accuracy5. 夹紧力对加工精度影响夹紧力对加工精度影响工件在装夹时，由于工件刚度较低或夹紧力着力点不当，工件在装夹时，由于工件刚度较低或夹紧力着力点不当，会使工件产生相应的变形，造成加工误差。会使工件产生相应的变形，造成加工误差。 6.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素 The Factors Influencing Machining Accuracy6.减小工艺系统受力变形对加工精度影响的措施减小工艺系统受力变形对加工精度影响的措施（1）合理设计零部件结构）合理设计零部件结构 （2）提高连接表面的接触刚度）提高连接表面的接触刚度 （3）采

24、用辅助支撑）采用辅助支撑 （4）采用合理的装夹和加工方式）采用合理的装夹和加工方式 （5）减小载荷及其变化）减小载荷及其变化 6.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素 The Factors Influencing Machining Accuracy 6.2.4工艺系统的热变形对加工精度的影响工艺系统的热变形对加工精度的影响 （1）工艺系统的热源）工艺系统的热源 1）引起工艺系统热变形的热源可分为内部热源和外部热）引起工艺系统热变形的热源可分为内部热源和外部热源两大类。源两大类。 内部热源主要包括：切削热、摩擦热内部热源主要包括：切削热、摩擦热 外部热源主要包括：环境热源、热辐射

25、外部热源主要包括：环境热源、热辐射6.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素 The Factors Influencing Machining Accuracy 2）切削热）切削热切削热是切削加工过程中最主要的热源。在切削（磨削）切削热是切削加工过程中最主要的热源。在切削（磨削）过程中，消耗于切削的弹、塑性变形能及刀具、工件和切屑过程中，消耗于切削的弹、塑性变形能及刀具、工件和切屑之间摩擦的机械能，绝大部分都转变成了切削热。一般来讲，之间摩擦的机械能，绝大部分都转变成了切削热。一般来讲，在车削加工中，切屑所带走的热量最多，可达在车削加工中，切屑所带走的热量最多，可达50%80%（切

26、削速度越高，切屑带走的热量占总切削热的百分比就越（切削速度越高，切屑带走的热量占总切削热的百分比就越大），传给工件的热量次之（约为大），传给工件的热量次之（约为30%），而传给刀具的热），而传给刀具的热量则很少，一般不超过量则很少，一般不超过5%；对于铣削、刨削加工，传给工件；对于铣削、刨削加工，传给工件的热量一般占总切削热的的热量一般占总切削热的30%以下；对于钻削和卧式镗孔，以下；对于钻削和卧式镗孔，因为有大量的切屑滞留在孔中，传给工件的热量就比车削时因为有大量的切屑滞留在孔中，传给工件的热量就比车削时要高，如在钻孔加工中传给工件的热量超过要高，如在钻孔加工中传给工件的热量超过50%；磨削

27、时磨；磨削时磨屑很小，带走的热量很少，加之砂轮为热的不良导体，致使屑很小，带走的热量很少，加之砂轮为热的不良导体，致使大部分热量传入工件，磨削表面的温度可高达大部分热量传入工件，磨削表面的温度可高达8001000。 6.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素 The Factors Influencing Machining Accuracy 3）摩擦热）摩擦热工艺系统中的摩擦热，主要是机床和液压系统中运动部工艺系统中的摩擦热，主要是机床和液压系统中运动部件产生的，如电动机、轴承、齿轮、丝杠副、导轨副、离合件产生的，如电动机、轴承、齿轮、丝杠副、导轨副、离合器、液压泵、阀等各运动部分

28、产生的摩擦热。尽管摩擦热比器、液压泵、阀等各运动部分产生的摩擦热。尽管摩擦热比切削热少，但摩擦热在工艺系统中是局部发热，会引起局部切削热少，但摩擦热在工艺系统中是局部发热，会引起局部温升和变形，破坏了系统原有的几何精度，对加工精度也会温升和变形，破坏了系统原有的几何精度，对加工精度也会带来严重影响。带来严重影响。 4）外部热源）外部热源外部热源的热辐射（如照明灯光、加热器等对机床的热外部热源的热辐射（如照明灯光、加热器等对机床的热辐射）及周围环境温度（如昼夜温度不同）对机床热变形的辐射）及周围环境温度（如昼夜温度不同）对机床热变形的影响，也不容忽视，对于大型、精密加工尤其重要。影响，也不容忽视

29、，对于大型、精密加工尤其重要。 6.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素 The Factors Influencing Machining Accuracy （2）机床热变形对加工精度的影响）机床热变形对加工精度的影响 6.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素 The Factors Influencing Machining Accuracy （3）刀具热变形对加工精度的影响）刀具热变形对加工精度的影响 尽管在切削加工中传入刀具的热量很少，但由于刀具的尽管在切削加工中传入刀具的热量很少，但由于刀具的尺寸和热容量小，故仍有相当程度的温升，从而引起刀具的尺寸和热容量小，

30、故仍有相当程度的温升，从而引起刀具的热伸长并造成加工误差。热伸长并造成加工误差。 一般，加工中小零件，刀具热变形只影响其尺寸精度，一般，加工中小零件，刀具热变形只影响其尺寸精度，而加工大型零件（如加工长轴和外圆等），往往还会影响其而加工大型零件（如加工长轴和外圆等），往往还会影响其几何形状误差。几何形状误差。 6.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素 The Factors Influencing Machining Accuracy （4）工件热变形对加工精度的影响）工件热变形对加工精度的影响 切削加工中，工件热变形主要是切削热引起的。切削加工中，工件热变形主要是切削热引起的。

31、对于一些简单的均匀受热工件，如车、磨轴类件的外圆，对于一些简单的均匀受热工件，如车、磨轴类件的外圆，待加工后冷却到室温时其长度和直径将有所收缩，由此而产待加工后冷却到室温时其长度和直径将有所收缩，由此而产生尺寸误差生尺寸误差L。这种加工误差可用简单的热伸长公式进行估。这种加工误差可用简单的热伸长公式进行估算：算： aLL6.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素 The Factors Influencing Machining Accuracy （5）控制工艺系统热变形的主要措施）控制工艺系统热变形的主要措施 1）减少热量产生和传入）减少热量产生和传入 2）加强散热能力）加强散热能

32、力 3）均衡温度场）均衡温度场 4）采用合理的机床零部件结构）采用合理的机床零部件结构 5）合理选择机床零部件的装配基准）合理选择机床零部件的装配基准 6）控制环境温度）控制环境温度 6.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素 The Factors Influencing Machining Accuracy3. 工件内应力引起的加工误差工件内应力引起的加工误差 （1）冷校直引起的内应力）冷校直引起的内应力 细长的轴类零件，如光杠、丝杠、曲轴、凸轮轴等在加细长的轴类零件，如光杠、丝杠、曲轴、凸轮轴等在加工和运输中很容易产生弯曲变形，大多数在加工中安排冷校工和运输中很容易产生弯曲变形

33、，大多数在加工中安排冷校直工序，但会带来内应力，引起工件变形而影响加工精度。直工序，但会带来内应力，引起工件变形而影响加工精度。对于精密零件的加工是不允许安排冷校直工序的。对于精密零件的加工是不允许安排冷校直工序的。6.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素 The Factors Influencing Machining Accuracy （2）工件切削时的内应力）工件切削时的内应力 工件在进行切削加工时，在切削力和摩擦力的作用下，工件在进行切削加工时，在切削力和摩擦力的作用下，使表层金属产生塑性变形，体积膨胀，受到里层组织的阻碍，使表层金属产生塑性变形，体积膨胀，受到里层组织的

34、阻碍，故表层产生压应力，里层产生拉应力；由于切削温度的影响，故表层产生压应力，里层产生拉应力；由于切削温度的影响，表层金属产生热塑性变形，表层温度下降快，冷却收缩也比表层金属产生热塑性变形，表层温度下降快，冷却收缩也比里层大，当温度降至弹性变形范围内，表层收缩受到里层的里层大，当温度降至弹性变形范围内，表层收缩受到里层的阻碍，因而产生拉应力，里层将产生平衡的压应力。阻碍，因而产生拉应力，里层将产生平衡的压应力。 （3）减少或消除内应力的措施）减少或消除内应力的措施 1）合理设计零件结构）合理设计零件结构 2）采取时效处理）采取时效处理 6.3 加工精度的统计分析加工精度的统计分析 Statis

35、tical Analysis for the Machining Accuracy6.3.1 加工误差的性质加工误差的性质 Machining Error Properties1. 常值系统误差常值系统误差 在顺序加工一批工件中，在顺序加工一批工件中， 其大小和方向保持不变的误差，其大小和方向保持不变的误差， 称为常值系统误差。称为常值系统误差。 2. 变值系统误差变值系统误差 在顺序加工一批工件中，其大小和方向按一定规律变化在顺序加工一批工件中，其大小和方向按一定规律变化的误差，称为变值系统误差。的误差，称为变值系统误差。 3. 随机性误差随机性误差 在顺序加工一批工件中，其大小和方向无规律

36、变化的误在顺序加工一批工件中，其大小和方向无规律变化的误差，称为随机性误差。差，称为随机性误差。6.3 加工精度的统计分析加工精度的统计分析 Statistical Analysis for the Machining Accuracy6.3.2 加工误差的统计分析法加工误差的统计分析法 Statistical Analysis for the Machining Error1. 分布图分析法分布图分析法 （1）实际分布图）实际分布图-直方图直方图 采用调整法大批量加工的一批零件中，随机抽取足够数采用调整法大批量加工的一批零件中，随机抽取足够数量的工件（称为样本），进行加工尺寸的测量，由于加工

37、误量的工件（称为样本），进行加工尺寸的测量，由于加工误差的存在，零件加工尺寸的实际数值是各不相同的，称为尺差的存在，零件加工尺寸的实际数值是各不相同的，称为尺寸分散。按尺寸大小把零件分成若干组，同一尺寸间隔内的寸分散。按尺寸大小把零件分成若干组，同一尺寸间隔内的零件数量称为频数；频数与样本总数之比称为频率。频率与零件数量称为频数；频数与样本总数之比称为频率。频率与组距（尺寸间隔）之比称为频率密度。以零件尺寸为横坐标，组距（尺寸间隔）之比称为频率密度。以零件尺寸为横坐标，以频率或频率密度为纵坐标，可绘出直方图。连接各直方块以频率或频率密度为纵坐标，可绘出直方图。连接各直方块的顶部中点得到一条折线

38、，即实际分布曲线。的顶部中点得到一条折线，即实际分布曲线。6.3 加工精度的统计分析加工精度的统计分析 Statistical Analysis for the Machining Accuracy （2）正态分布曲线方程及特性）正态分布曲线方程及特性 大量的统计和理论分析表明，大量的统计和理论分析表明， 当一批工件数量极多，当一批工件数量极多， 加加工误差因素中又都没有特殊倾向时，工误差因素中又都没有特殊倾向时， 其分布是服从正态分布其分布是服从正态分布的。曲线表明被加工零件的尺寸靠近分散中心平均值的工件占的。曲线表明被加工零件的尺寸靠近分散中心平均值的工件占大部分，而远离尺寸分散中心大部分

39、，而远离尺寸分散中心的工件是极少数。平均值决定的工件是极少数。平均值决定了曲线的位置，了曲线的位置， 即表示了尺寸即表示了尺寸分散中心的位置。分散中心的位置。 标准差决定标准差决定了曲线的形状，它表示了尺寸了曲线的形状，它表示了尺寸分散范围的大小。分散范围的大小。 6.3 加工精度的统计分析加工精度的统计分析 Statistical Analysis for the Machining Accuracy （3）非正态分布）非正态分布 (4) 分布图的应用分布图的应用 1)判别加工误差的性质判别加工误差的性质 2)确定各种加工误差所能达到的精度确定各种加工误差所能达到的精度 3)确定工艺能力确定

40、工艺能力(Process capability)及其等级及其等级 4)估算废品率估算废品率 6.3 加工精度的统计分析加工精度的统计分析 Statistical Analysis for the Machining Accuracy2.点图法点图法 （1） 图图 图是平均值控制图和极差控制图联合使用时的图是平均值控制图和极差控制图联合使用时的统称。前者控制工艺过程质量指标的分布中心，后者控制工统称。前者控制工艺过程质量指标的分布中心，后者控制工艺过程质量指标的分散程度。艺过程质量指标的分散程度。 RxRx6.3 加工精度的统计分析加工精度的统计分析 Statistical Analysis f

41、or the Machining Accuracy （2） 控制图分析控制图分析 控制图上的点子的变化反映了工艺过程是否稳定。控制图上的点子的变化反映了工艺过程是否稳定。 Rx6.4 提高加工精度的工艺措施提高加工精度的工艺措施 Main Methods of Raising the Machining Precision6.4.1 减少误差法减少误差法 Reduce Machining Error Methods 6.4 提高加工精度的工艺措施提高加工精度的工艺措施 Main Methods of Raising the Machining Precision6.4.2 误差补偿法误差补偿法

42、 Error Compensation Method 6.4 提高加工精度的工艺措施提高加工精度的工艺措施 Main Methods of Raising the Machining Precision6.4.3 误差分组法误差分组法 Errors Grouping Method 例如，某厂加工齿轮磨床上的交换齿轮时，为了达到齿例如，某厂加工齿轮磨床上的交换齿轮时，为了达到齿圈径向跳动的精度要求，将交换齿轮的内孔尺寸分成三组，圈径向跳动的精度要求，将交换齿轮的内孔尺寸分成三组，并用与之尺寸相应的三组定位心轴进行加工。并用与之尺寸相应的三组定位心轴进行加工。 6.4 提高加工精度的工艺措施提高加

43、工精度的工艺措施 Main Methods of Raising the Machining Precision6.4.4 误差转移法误差转移法 Error Transformation Method 在箱体的孔系加工中，在镗床上用镗模镗削孔系时，孔在箱体的孔系加工中，在镗床上用镗模镗削孔系时，孔系的位置精度和孔距间的尺寸精度都依靠镗模和镗杆的精度系的位置精度和孔距间的尺寸精度都依靠镗模和镗杆的精度来保证，镗杆与主轴之间为浮动连接，故机床的精度与加工来保证，镗杆与主轴之间为浮动连接，故机床的精度与加工无关，这样就可以利用普通精度和生产率较高的组合机床来无关，这样就可以利用普通精度和生产率较高的

44、组合机床来精镗孔系。由此可见，往往在机床精度达不到零件的加工要精镗孔系。由此可见，往往在机床精度达不到零件的加工要求时，通过误差转移的方法，能够用一般精度的机床加工高求时，通过误差转移的方法，能够用一般精度的机床加工高精度的零件。精度的零件。 6.4 提高加工精度的工艺措施提高加工精度的工艺措施 Main Methods of Raising the Machining Precision6.4.5. 就地加工法就地加工法 In-situ Machining Method 就地加工法是全部零件按经济精度制造，然后装配成部就地加工法是全部零件按经济精度制造，然后装配成部件或产品，且各零部件之间具

45、有工作时要求的相对位置，最件或产品，且各零部件之间具有工作时要求的相对位置，最后以一个表面为基准加工另一个有位置精度要求的表面，实后以一个表面为基准加工另一个有位置精度要求的表面，实现最终精加工，这就是现最终精加工，这就是“就地加工就地加工”法，也称自身加工修配法，也称自身加工修配法。法。 6.4 提高加工精度的工艺措施提高加工精度的工艺措施 Main Methods of Raising the Machining Precision 6.4.6 误差平均法误差平均法 Averaging Error Method 误差平均法是利用有密切联系的表面之间的相互比较和误差平均法是利用有密切联系的表

46、面之间的相互比较和相互修正，或者利用互为基准进行加工，以达到很高的加工相互修正，或者利用互为基准进行加工，以达到很高的加工精度。如精度。如“三板互易三板互易”、“易位法易位法”等。等。 如配合精度要求很高的轴和孔，常用对研的方法来达到。如配合精度要求很高的轴和孔，常用对研的方法来达到。所谓对研，就是配偶件的轴和孔互为研具相对研磨。在研磨所谓对研，就是配偶件的轴和孔互为研具相对研磨。在研磨前有一定的研磨量，其本身的尺寸精度要求不高，在研磨过前有一定的研磨量，其本身的尺寸精度要求不高，在研磨过程中，配合表面相对研擦和磨损的过程，就是两者的误差相程中，配合表面相对研擦和磨损的过程，就是两者的误差相互

47、比较和相互修正的过程。互比较和相互修正的过程。6.4 提高加工精度的工艺措施提高加工精度的工艺措施 Main Methods of Raising the Machining Precision6.4.7 控制误差法控制误差法 Controlling Error Method 控制误差法是在利用测量装置加工循环中连续地测量出控制误差法是在利用测量装置加工循环中连续地测量出工件的实际尺寸，随时给刀具以附加的补偿，控制刀具和工工件的实际尺寸，随时给刀具以附加的补偿，控制刀具和工件间的相对位置，直至实际值与调定值的差不超过预定的公件间的相对位置，直至实际值与调定值的差不超过预定的公差为止。现代机械加

48、工中的自动测量和自动补偿就属于这种差为止。现代机械加工中的自动测量和自动补偿就属于这种方法。方法。 6.5 影响表面质量的因素影响表面质量的因素 The Factors Influencing on Surface Qualities6.5.1 影响已加工表面粗糙度的因素影响已加工表面粗糙度的因素 The Factors Influencing on Surface Roughness1.几何因素几何因素 切削加工表面粗糙度主要取决于切削残留面积的高度。切削加工表面粗糙度主要取决于切削残留面积的高度。 直线刀刃其切削残留面积高度为：直线刀刃其切削残留面积高度为： 圆弧刀刃其切削残余面积高度为：

49、圆弧刀刃其切削残余面积高度为： (cotcot)rrfH28fHr6.5 影响表面质量的因素影响表面质量的因素 The Factors Influencing on Surface Qualities2. 物理因素物理因素 切削过程中由于刀具的刃口圆角及后刀面的挤压与摩擦，切削过程中由于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，从而使理论残留面积挤歪或沟纹使金属材料发生塑性变形，从而使理论残留面积挤歪或沟纹加深，促使表面粗糙度恶化。加深，促使表面粗糙度恶化。 在加工塑性材料而形成带切屑在加工塑性材料而形成带切屑时，在前刀面上容易形成硬度很高的积屑瘤，它可以代替前时，在前刀面上

50、容易形成硬度很高的积屑瘤，它可以代替前刀面和切削刃进行切削，使刀具的几何角度、背吃刀量发生刀面和切削刃进行切削，使刀具的几何角度、背吃刀量发生变化，其轮廓很不规则，因而是工件表面上出现深浅和宽窄变化，其轮廓很不规则，因而是工件表面上出现深浅和宽窄不断变化的刀痕，有些积屑瘤嵌入工件表面，增加了表面粗不断变化的刀痕，有些积屑瘤嵌入工件表面，增加了表面粗糙度。糙度。 6.5 影响表面质量的因素影响表面质量的因素 The Factors Influencing on Surface Qualities6.5.2 影响已加工表面理化和机械性能的因素影响已加工表面理化和机械性能的因素 The Factor

51、s Influencing on Physical, Mechanical and Chemical Properties of Machined Surface1. 影响表面层冷作硬化程度的因素影响表面层冷作硬化程度的因素 主要取决于产生塑性变形的力、变形速度及变形时的温度。 2. 影响表面层的金相组织变化的因素影响表面层的金相组织变化的因素 （1）磨削用量 （2）冷却方法 3. 影响表面层的残余应力的因素影响表面层的残余应力的因素 （1）冷塑性变形的影响 （2）热塑性变形引起的影响（3）金相组织的影响6.5 影响表面质量的因素影响表面质量的因素 The Factors Influencin

52、g on Surface Qualities6.5.3 机械加工中的振动机械加工中的振动 Vibration and Chatter in Machining Operation1. 机械振动现象及其危害机械振动现象及其危害 其危害主要表现在：其危害主要表现在： （1）振动使工艺系统的各种成形运动受到干扰和破坏，）振动使工艺系统的各种成形运动受到干扰和破坏，使加工表面出现振纹，增大表面粗糙度值，恶化加工表面质使加工表面出现振纹，增大表面粗糙度值，恶化加工表面质量；量； （2）振动还可能引起刀刃崩裂，引起机床、夹具连接部）振动还可能引起刀刃崩裂，引起机床、夹具连接部分松动，缩短刀具及机床、夹具的

53、使用寿命；分松动，缩短刀具及机床、夹具的使用寿命； （3）振动限制了切削用量的进一步提高，降低切削加工）振动限制了切削用量的进一步提高，降低切削加工的生产效率，严重时甚至还会使切削加工无法继续进行；的生产效率，严重时甚至还会使切削加工无法继续进行； （4）振动所发出的噪声会污染环境，有害工人的身心健）振动所发出的噪声会污染环境，有害工人的身心健康。康。6.5 影响表面质量的因素影响表面质量的因素 The Factors Influencing on Surface Qualities2. 机械振动的基本类型机械振动的基本类型 机械加工过程的振动有三种基本类型：机械加工过程的振动有三种基本类型：

54、 （1）强迫振动）强迫振动 （2）自激振动）自激振动 （3）自由振动）自由振动6.5 影响表面质量的因素影响表面质量的因素 The Factors Influencing on Surface Qualities3. 机械加工中的强迫振动及其控制机械加工中的强迫振动及其控制 （1）机械加工过程中产生强迫振动的原因）机械加工过程中产生强迫振动的原因 1）机床方面）机床方面 机床中某些传动零件的制造精度不高，会使机床产生不机床中某些传动零件的制造精度不高，会使机床产生不均匀运动而引起振动。均匀运动而引起振动。 2）刀具方面）刀具方面 多刃、多齿刀具如铣刀、拉刀和滚刀等，切削时由于刃多刃、多齿刀具如

55、铣刀、拉刀和滚刀等，切削时由于刃口高度的误差或因断续切削引起的冲击，容易产生振动。口高度的误差或因断续切削引起的冲击，容易产生振动。 3) 工件方面工件方面 被切削的工件表面上有断续表面或表面余量不均、硬度被切削的工件表面上有断续表面或表面余量不均、硬度不一致，都会在加工中产生振动。不一致，都会在加工中产生振动。6.5 影响表面质量的因素影响表面质量的因素 The Factors Influencing on Surface Qualities （2）强迫振动的特点）强迫振动的特点 1) 强迫振动的稳态过程是谐振，只要干扰力存在，振动强迫振动的稳态过程是谐振，只要干扰力存在，振动就不会被阻尼衰

56、减掉，去除干扰力，振动就停止。就不会被阻尼衰减掉，去除干扰力，振动就停止。 2) 强迫振动的频率等于干扰力的频率。强迫振动的频率等于干扰力的频率。 3) 阻尼愈小，振幅愈大，谐波响应轨迹的范围愈大；增阻尼愈小，振幅愈大，谐波响应轨迹的范围愈大；增加阻尼，能有效地减小振幅。加阻尼，能有效地减小振幅。 4) 在共振区，较小的频率变化会引起较大的振幅和相位在共振区，较小的频率变化会引起较大的振幅和相位角的变化。角的变化。6.5 影响表面质量的因素影响表面质量的因素 The Factors Influencing on Surface Qualities （3）消除强迫振动的途径）消除强迫振动的途径

57、消除和抑制强迫振动的措施主要有：消除和抑制强迫振动的措施主要有： 1) 改进机床传动结构，进行消振与隔振改进机床传动结构，进行消振与隔振 2) 消除回转零件的不平衡消除回转零件的不平衡 3) 提高传动件的制造精度提高传动件的制造精度 4) 提高系统刚度，增加阻尼提高系统刚度，增加阻尼 5) 合理安排固有频率，避开共振区合理安排固有频率，避开共振区6.5 影响表面质量的因素影响表面质量的因素 The Factors Influencing on Surface Qualities4. 机械加工中的自激振动及其控制机械加工中的自激振动及其控制 （1）自激振动产生的机理）自激振动产生的机理 机械加工

58、过程中，还常常出现一种与强迫振动完全不同机械加工过程中，还常常出现一种与强迫振动完全不同形式的强烈振动，这种振动是当系统受到外界或本身某些偶形式的强烈振动，这种振动是当系统受到外界或本身某些偶然的瞬时干扰力作用而触发自由振动后，由振动过程本身的然的瞬时干扰力作用而触发自由振动后，由振动过程本身的某种原因使得切削力产生周期性变化，又由这个周期性变化某种原因使得切削力产生周期性变化，又由这个周期性变化的动态力反过来加强和维持振动，使振动系统补充了由阻尼的动态力反过来加强和维持振动，使振动系统补充了由阻尼作用消耗的能量，这种类型的振动被称为自激振动。切削过作用消耗的能量，这种类型的振动被称为自激振动。切削过程中产生的自激振动是频率较高的强烈振动，通常又称为颤程中产生的自激振动是频率较高的强烈振