机械制造技术基础课件(第4章)

1、123 尺寸精度形状精度位置精度（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）表面粗糙度波度纹理方向伤痕（划痕、裂纹、砂眼等）加工精度表面质量表面几何形状精度表面缺陷层表层加工硬化表层金相组织变化表层残余应力加工质量包含的内容45优质、高产、低消耗是企业发展的必由之路。优质、高产、低消耗是企业发展的必由之路。 优质就是高的产品质量。优质就是高的产品质量。 高产就是生产效率高。高产就是生产效率高。 低消耗就是成本低。低消耗就是成本低。产品的质量与零件的加工质量、产品的装配质量密切产品的质量与零件的加工质量、产品的装配质量密切 相关，相关，而零件的加工质量是保证产品质量的基础。而零件的

2、加工质量是保证产品质量的基础。 它包括零件的加工精度和表面质量两方面。它包括零件的加工精度和表面质量两方面。零件的加工精度包括尺寸精度、形状精度和相互位置零件的加工精度包括尺寸精度、形状精度和相互位置 精度。精度。4-1 机械加工精度概机械加工精度概 述述6一、加工精度与加工误差一、加工精度与加工误差 加工精度是指零件加工后的实际几何参数加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状及各表面相互位置等参数）与理想（尺寸、形状及各表面相互位置等参数）与理想几何参数的符合程度。几何参数的符合程度。符合程度越高，加工精度符合程度越高，加工精度就越高。反之，越低。就越高。反之，越低。 理想几何参数理

3、想几何参数表面表面绝对平面、圆柱面绝对平面、圆柱面 等；等；位置位置绝对平行、垂直、同绝对平行、垂直、同 轴等；轴等；尺寸尺寸位于公差带中心。位于公差带中心。1.加工精度加工精度7 加工误差是指零件加工后的实际几何参数对加工误差是指零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度，所以，加工误差的大理想几何参数的偏离程度，所以，加工误差的大小反映了加工精度的高低。小反映了加工精度的高低。 实际加工时不可能也没有必要把零件做得与实际加工时不可能也没有必要把零件做得与理想零件完全一致，而总会有一定的偏差，即加理想零件完全一致，而总会有一定的偏差，即加工误差。只要这些误差在规定的范围内，即能满工误差

4、。只要这些误差在规定的范围内，即能满足机器使用性能的要求。足机器使用性能的要求。2.加工误差加工误差8二、尺寸、形状和位置精度间的关系二、尺寸、形状和位置精度间的关系 独立原则是处理形位公差和尺寸公差关系的独立原则是处理形位公差和尺寸公差关系的基本原则，即尺寸精度和形位精度按照使用要求基本原则，即尺寸精度和形位精度按照使用要求分别满足；分别满足； 在一般情况下，尺寸精度高，其形状和位置在一般情况下，尺寸精度高，其形状和位置精度也高；精度也高； 通常，零件的形状误差约占相应尺寸公差的通常，零件的形状误差约占相应尺寸公差的3050；位置误差约为尺寸公差的；位置误差约为尺寸公差的6585。9三、获得

5、加工精度的方法三、获得加工精度的方法1.1.获得尺寸精度的方法获得尺寸精度的方法 试切法试切法 定尺寸刀具法定尺寸刀具法 调整法调整法 自动控制法自动控制法102.2.获得形状精度的方法获得形状精度的方法 刀尖轨迹法刀尖轨迹法 成形刀具法成形刀具法 展成法展成法3.3.获得位置精度的方法获得位置精度的方法 直接装夹法直接装夹法 找正装夹法找正装夹法 夹具装夹法夹具装夹法11 由机床、夹具、刀具和工件组成由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺系统的误差是工件产的机械加工工艺系统的误差是工件产生加工误差的根源。我们把工艺系统生加工误差的根源。我们把工艺系统的各种误差称之为原始误差。的各种误差称

6、之为原始误差。 原始原始误差误差原始误差原始误差的种类的种类工艺系统的几何误差工艺系统的几何误差工艺系统受力变形引起的误差工艺系统受力变形引起的误差工艺系统热变形引起的误差工艺系统热变形引起的误差工件的残余应力引起的误差工件的残余应力引起的误差伺服进给系统位移误差等伺服进给系统位移误差等12工艺系统静误差工艺系统静误差主轴回转误差导轨误差传动链误差一般刀具定尺寸刀具成形刀具展成法刀具 试切法 调整法机床几何误差机床几何误差工工艺艺系系统统几几何何误误差差原理误差原理误差调整误差调整误差测量误差测量误差定位误差定位误差刀具几何误差刀具几何误差夹具几何误差夹具几何误差13外力作用点变化外力方向变化

7、外力大小变化工艺系统工艺系统动误差动误差工艺系统工艺系统力变形力变形工艺系统工艺系统热变形热变形其他动误差其他动误差机床热变形工件热变形刀具热变形14四、四、研究机械加工精度的方法研究机械加工精度的方法分析计算法统计分析法是在掌握各种原始误差对加工精度影是在掌握各种原始误差对加工精度影响规律的基础上，分析工件加工中所响规律的基础上，分析工件加工中所出现的误差可能是哪一种或哪几种主出现的误差可能是哪一种或哪几种主要原始误差所引起的，并找出原始误要原始误差所引起的，并找出原始误差与加工误差之间的影响关系，通过差与加工误差之间的影响关系，通过估算来确定工件加工误差的大小，再估算来确定工件加工误差的大

8、小，再通过试验测试来加以验证。通过试验测试来加以验证。是对具体加工条件下得到的几何参数进行实是对具体加工条件下得到的几何参数进行实际测量，然后运用数理统计学方法对这些测际测量，然后运用数理统计学方法对这些测试数据进行分析处理，找出工件加工误差的试数据进行分析处理，找出工件加工误差的规律和性质，进而控制加工质量。规律和性质，进而控制加工质量。15 加工精度加工精度尺寸精度尺寸精度形状精度形状精度位置精度位置精度 加工误差加工误差与理想零件的偏离与理想零件的偏离加工精度的另一描述加工精度的另一描述 工艺系统工艺系统机床机床刀具刀具夹具夹具工件工件 原始误差原始误差工艺系统的误差工艺系统的误差产生加

9、工误差的根源产生加工误差的根源包括工艺系统静误差、动误差包括工艺系统静误差、动误差分析计算法分析计算法统计分析法统计分析法16174-2 原理误差与工艺系统几何误差原理误差与工艺系统几何误差对加工精度的影响对加工精度的影响一、原理误差一、原理误差 原理误差是指由于采用了近似的加工方法、近似的成原理误差是指由于采用了近似的加工方法、近似的成形运动或近似的刀具轮廓而产生的误差。形运动或近似的刀具轮廓而产生的误差。 例如滚齿用的齿轮滚刀，就有两种误差，一是为了制造方便，采例如滚齿用的齿轮滚刀，就有两种误差，一是为了制造方便，采用阿基米德蜗杆代替渐开线基本蜗杆而产生的刀刃齿廓近似造形误差；用阿基米德蜗

10、杆代替渐开线基本蜗杆而产生的刀刃齿廓近似造形误差；二是由于滚刀切削刃数有限，切削是不连续的，因而滚切出的齿轮齿二是由于滚刀切削刃数有限，切削是不连续的，因而滚切出的齿轮齿形不是光滑的渐开线，而是折线。形不是光滑的渐开线，而是折线。 成形车刀、成形铣刀也采用了近似的刀具轮廓。成形车刀、成形铣刀也采用了近似的刀具轮廓。 采用近似的成形运动和刀具刃形，不但可以简化机床或刀具的结采用近似的成形运动和刀具刃形，不但可以简化机床或刀具的结构，而且能提高生产效率和加工的经济效益。构，而且能提高生产效率和加工的经济效益。18二、机床几何误差二、机床几何误差机床几何误差的来源机床几何误差的来源机床制造机床制造磨

11、损磨损安装安装机床几何误差的组成机床几何误差的组成主轴回转误差主轴回转误差导轨误差导轨误差传动链误差传动链误差19机床的几何误差组成机床的几何误差组成机床机床几何误差几何误差机床传动链误差机床传动链误差机床主轴回转误差机床主轴回转误差机床导轨误差机床导轨误差轴向窜动径向跳动角度摆动水平面内直线度垂直面内直线度前后导轨的平行度内联传动链始末 两端传动元件间 相对运动误差201、机床导轨误差、机床导轨误差 机床导轨是机床中确定某些主要部件相对位置的机床导轨是机床中确定某些主要部件相对位置的基准，也是某些主要部件的运动基准。基准，也是某些主要部件的运动基准。 机床导轨误差的基本形式机床导轨误差的基本

12、形式水平面内的直线度水平面内的直线度垂直面内的直线度垂直面内的直线度前后导轨的平行度前后导轨的平行度（扭曲）（扭曲） 现以卧式车床为例，说明导轨误差是怎样影响工件现以卧式车床为例，说明导轨误差是怎样影响工件的加工精度的。的加工精度的。21（1）导轨在水平面内直线度误差的影响导轨在水平面内直线度误差的影响 当导轨在水平面内的直线度误差为当导轨在水平面内的直线度误差为y时时,引引起工件在半径方向的误差为（起工件在半径方向的误差为（图图49）：）： R=y 由此可见：床身导轨在水平面内如果有直线度误差，使由此可见：床身导轨在水平面内如果有直线度误差，使工件在纵向截面和横向截面内分别产生形状误差和尺寸

13、工件在纵向截面和横向截面内分别产生形状误差和尺寸误差。误差。 当导轨向后凸出时，工件上产生鞍形加工误差；当导轨向后凸出时，工件上产生鞍形加工误差；当导轨向前凸出时，工件上产生鼓形加工误差。当导轨向前凸出时，工件上产生鼓形加工误差。22 床身导轨在垂直面内有直线度误差（床身导轨在垂直面内有直线度误差（图图4-10），会引起），会引起刀尖产生切向位移刀尖产生切向位移Z，造成工件在半径方向产生的误差为：，造成工件在半径方向产生的误差为： RZ2/d（2）导轨在垂直面内直线度误差的影响导轨在垂直面内直线度误差的影响设：设：Z=Y=0.01mm ，R=50mm ， 则由于法向原始误差而产生的加工误差则由

14、于法向原始误差而产生的加工误差 R= Y =0.01mm, 由于切向原始误差产生的加工误差由于切向原始误差产生的加工误差 R Z2/d =0.000001mm 此值完全可以忽略不计。由于此值完全可以忽略不计。由于Z2数值很小，因此该误差对数值很小，因此该误差对工件的尺寸精度和形状精度影响甚小。工件的尺寸精度和形状精度影响甚小。 23 对平面磨床，龙门刨床对平面磨床，龙门刨床及铣床等，导轨在垂直面内及铣床等，导轨在垂直面内的直线度误差会引起工件相的直线度误差会引起工件相对于砂轮（刀具）产生法向对于砂轮（刀具）产生法向位移，其误差将直接反映到位移，其误差将直接反映到被加工工件上，造成形状误被加工工

15、件上，造成形状误差（图）。差（图）。 原始误差引起工件相对于刀具产生相对位移，若原始误差引起工件相对于刀具产生相对位移，若产生在加工表面法向方向（误差敏感方向），对加工产生在加工表面法向方向（误差敏感方向），对加工精度有直接影响；产生在加工表面切向方向（误差非精度有直接影响；产生在加工表面切向方向（误差非敏感方向）敏感方向） ，可忽略不计。，可忽略不计。结论：结论： 图图 龙门刨床导轨垂直面龙门刨床导轨垂直面 内直线度误差内直线度误差 1刨刀刨刀 2工件工件 3工作台工作台 4床身导轨床身导轨24（3）前后）前后导轨平行度误差的影响导轨平行度误差的影响 床身前后导轨有平行度误差（扭曲）床身前后

16、导轨有平行度误差（扭曲）时，会使车床溜板在沿床身移动时发生时，会使车床溜板在沿床身移动时发生偏斜，从而使刀尖相对工件产生偏移，偏斜，从而使刀尖相对工件产生偏移，使工件产生形状误差（鼓形、鞍形、锥使工件产生形状误差（鼓形、鞍形、锥度）。度）。 从从图图4-114-11可知，车床前后导轨扭曲的最终结果可知，车床前后导轨扭曲的最终结果反映在工件上，于是产生了加工误差反映在工件上，于是产生了加工误差y y。从几何。从几何关系中可得出：关系中可得出： yHyH/B/B 一般车床一般车床H2B/3H2B/3，外圆磨床，外圆磨床HBHB，因此该项，因此该项原始误差原始误差对加工精度的影响很大。对加工精度的影

17、响很大。252、机床主轴回转误差、机床主轴回转误差（1）机床主轴回转误差的概念）机床主轴回转误差的概念 主轴的实际回转轴线对其理想回转轴线（一般用平均主轴的实际回转轴线对其理想回转轴线（一般用平均回转轴线来代替）产生的偏移量。回转轴线来代替）产生的偏移量。主轴回转误差的基本形式主轴回转误差的基本形式 轴向窜动轴向窜动 纯径向跳动纯径向跳动 纯角度摆动纯角度摆动 实际上主轴回转误差是上述三种形式误差的合成。由实际上主轴回转误差是上述三种形式误差的合成。由于主轴实际回转轴线在空间的位置是在不断变化的，由上于主轴实际回转轴线在空间的位置是在不断变化的，由上述三种运动所产生的位移（即误差）是一个瞬时值

18、。述三种运动所产生的位移（即误差）是一个瞬时值。26车间车间所有机床，我们分为：所有机床，我们分为： 工件回转类工件回转类刀具回转类刀具回转类误差敏感误差敏感方向不变方向不变加工时误差敏感加工时误差敏感方向和切削力方方向和切削力方向随主轴回转而向随主轴回转而不断变化不断变化（2）主轴回转误差对加工精度的影响）主轴回转误差对加工精度的影响下面以在镗床上镗孔、车床上车外圆为例来说下面以在镗床上镗孔、车床上车外圆为例来说明主轴回转误差对加工精度的影响。明主轴回转误差对加工精度的影响。27主轴的纯径向跳动对车削和镗削加工精度的影响主轴的纯径向跳动对车削和镗削加工精度的影响镗削加工：镗刀回转，工件不转镗

19、削加工：镗刀回转，工件不转 假设由于主轴的纯径向跳动而使轴线在假设由于主轴的纯径向跳动而使轴线在y y坐标方向作简谐坐标方向作简谐运动（运动（图图4-44-4），其频率与主轴转速相同，简谐幅值为），其频率与主轴转速相同，简谐幅值为A A； 则则: : Y Y = Acos= Acos （ tt） 且主轴中心偏移最大（等于且主轴中心偏移最大（等于A A）时，镗刀尖正好通过水平）时，镗刀尖正好通过水平位置位置1 1处。处。 当镗刀转过一个当镗刀转过一个角时（位置角时（位置11），刀尖轨迹的水平分），刀尖轨迹的水平分量和垂直分量分别计算得：量和垂直分量分别计算得： y=Acos+Rcos=(A+R)

20、cosy=Acos+Rcos=(A+R)cos Z=Rsin Z=Rsin将上两式平方相加得将上两式平方相加得: : y y2 2/(A+R)/(A+R)2 2+Z+Z2 2/R/R2 2=1=1 表明此时镗出的孔为椭圆形。表明此时镗出的孔为椭圆形。28车床加工：工件回转，刀具移动车床加工：工件回转，刀具移动 假设主轴轴线沿假设主轴轴线沿y轴作简谐运动（轴作简谐运动（图图4-5），在工件的），在工件的1处（主轴中心偏移最大之处）切出的半径比在工件的处（主轴中心偏移最大之处）切出的半径比在工件的2、4处切出的半径小一个幅值处切出的半径小一个幅值A；在工件的；在工件的3处切出的半径比处切出的半径比

21、在工件的在工件的2、4处切出的半径大一个幅值处切出的半径大一个幅值A。 这样，上述四点工件的直径都相等，其它各点直径这样，上述四点工件的直径都相等，其它各点直径误差也很小，所以车削出的工件表面接近于一个真圆。误差也很小，所以车削出的工件表面接近于一个真圆。 Y2+Z2=R2+A2Sin2 由此可见，主轴的纯径向跳动对车削加工工件的圆由此可见，主轴的纯径向跳动对车削加工工件的圆度影响很小。度影响很小。29轴向窜动对车、镗削加工精度的影响轴向窜动对车、镗削加工精度的影响 主轴的轴向窜动对内、外圆的加工精度没有主轴的轴向窜动对内、外圆的加工精度没有影响，但加工端面时，会使加工的端面与内外圆影响，但加

22、工端面时，会使加工的端面与内外圆轴线产生垂直度误差。轴线产生垂直度误差。 主轴每转一周，要沿轴向窜动一次，使得切主轴每转一周，要沿轴向窜动一次，使得切出的端面产生平面度误差（出的端面产生平面度误差（图图4-6）。当加工螺纹）。当加工螺纹时，会产生螺距误差。时，会产生螺距误差。 30 车削加工时工件每一横截面内的圆度误差很小，但轴车削加工时工件每一横截面内的圆度误差很小，但轴平面有圆柱度误差（锥度）。平面有圆柱度误差（锥度）。 车外圆：得到圆形工件，但产生圆柱度误差（锥体）车外圆：得到圆形工件，但产生圆柱度误差（锥体） 车端面：产生平面度误差车端面：产生平面度误差 镗孔时，由于主轴的纯角度摆动镗

23、孔时，由于主轴的纯角度摆动 使得主轴回转轴线与使得主轴回转轴线与工作台导轨不平行，工作台导轨不平行，使镗出的孔呈椭圆形，使镗出的孔呈椭圆形，如如图图4-7所示。所示。 角度摆动对车、镗削加工精度的影响角度摆动对车、镗削加工精度的影响 主轴纯角度摆动对加工精度的影响，取决于主轴纯角度摆动对加工精度的影响，取决于不同的加工内容。不同的加工内容。31（3）提高主轴回转精度的措施）提高主轴回转精度的措施1）提高主轴的轴承精度。）提高主轴的轴承精度。 2）减少机床主轴回转误差对加工精度的影响。）减少机床主轴回转误差对加工精度的影响。3）对滚动轴承进行预紧，以消除间隙。）对滚动轴承进行预紧，以消除间隙。4

24、）提高主轴箱体支承孔、主轴轴颈和与轴承相配）提高主轴箱体支承孔、主轴轴颈和与轴承相配合的零件有关表面的加工精度。合的零件有关表面的加工精度。32讨论 镗床上镗孔时，工作台进给（图示），即工件直线进给运动，镗杆旋转运动。导轨在水平面、垂直面内的直线度误差对加工精度有何影响？答：孔径没有误差，有圆柱度误差。轴线不直。因为误差敏感方向不断变化。33 若镗杆进给，即镗杆既旋转又移动（图示），导轨误差对加工精度有无影响？讨论答：不会产生孔的形状误差，但会产生孔的位置误差。34讨论 刨平面时，导轨误差对加工精度有何影响？ 若刨削刚性很差的薄板时，会产生何种加工误差？答：产生加工表面的直线度误差、平面度误差

25、。答：无形状误差，但有尺寸误差。35思考题 端铣时，若主轴回转轴线与工件进给方向不垂直，会产生何种加工误差？误差大小？36 在车螺纹、插齿、滚齿等加工时，刀具与工件之在车螺纹、插齿、滚齿等加工时，刀具与工件之间有严格的传动比要求。要满足这一要求，间有严格的传动比要求。要满足这一要求，机床内联机床内联系传动链系传动链的误差必须控制在允许的范围内。的误差必须控制在允许的范围内。（1）机床传动链误差定义）机床传动链误差定义指传动链始末两端执指传动链始末两端执行元件间相对运动的行元件间相对运动的误差。误差。（2）机床传动链误差描述）机床传动链误差描述3、机床传动链误差、机床传动链误差37 在车螺纹、插

26、齿、滚齿等加工时，刀具与工件之在车螺纹、插齿、滚齿等加工时，刀具与工件之间有严格的传动比要求。要满足这一要求，间有严格的传动比要求。要满足这一要求，机床内联机床内联系传动链系传动链的误差必须控制在允许的范围内。的误差必须控制在允许的范围内。传动链末端元件产生的转传动链末端元件产生的转角误差。角误差。它的大小对车、它的大小对车、磨、铣螺纹，滚、插、磨磨、铣螺纹，滚、插、磨（展成法磨齿）齿轮等加（展成法磨齿）齿轮等加工会影响分度精度，造成工会影响分度精度，造成加工表面的形状误差，如加工表面的形状误差，如螺距精度、齿距精度等。螺距精度、齿距精度等。3、机床传动链误差、机床传动链误差（1）机床传动链误

27、差定义）机床传动链误差定义（2）机床传动链误差描述）机床传动链误差描述38例如，车螺纹时，要求主轴与传动丝杠的转速比恒定例如，车螺纹时，要求主轴与传动丝杠的转速比恒定（图示图示），即），即iTTiii iTzzzzzzzzS432186427531Z1Z2（3）驱动丝杠误差的产生）驱动丝杠误差的产生2112zzi1122i1239若齿轮若齿轮Z1有转角误差有转角误差1，造成，造成Z2的转角误差为：的转角误差为：12i121Z1 1 1n=i1n1Z2 2 2n=i2n2Zn n nn=innn在任一时刻，各齿轮的转角误差反映到丝杠的总误差为：在任一时刻，各齿轮的转角误差反映到丝杠的总误差为：n

28、jjnjnnnni121传到丝杠上的转角误差为传到丝杠上的转角误差为1n，即：，即：40（3）减少传动链误差的措施）减少传动链误差的措施1）尽量缩短传动链。）尽量缩短传动链。 2）提高传动件的制造和安装精度，尤其是末端）提高传动件的制造和安装精度，尤其是末端零件的精度。零件的精度。 3）尽可能采用降速运动，且传动比最小的一级）尽可能采用降速运动，且传动比最小的一级传动件应在最后。传动件应在最后。 4）消除传动链中齿轮副的间隙。）消除传动链中齿轮副的间隙。 5）采用误差校正机构）采用误差校正机构(图图)41图图 丝杠加工误差校正装置丝杠加工误差校正装置1工件工件 2螺母螺母 3母丝杠母丝杠 4杠

29、杆杠杆 5校正尺校正尺 6触头触头 7校正曲线校正曲线421、刀具、刀具 误差误差一般刀具一般刀具定尺寸刀具定尺寸刀具成形刀具成形刀具展成法刀具展成法刀具如普通车刀、如普通车刀、单刃镗刀和面单刃镗刀和面铣刀等）的制铣刀等）的制造误差对加工造误差对加工精度没有直接精度没有直接影响，影响，但磨损后对工但磨损后对工件尺寸或形状件尺寸或形状精度有一定影精度有一定影响响 三、刀具误差三、刀具误差43 定尺寸刀定尺寸刀具（如钻头、具（如钻头、铰刀、圆孔拉铰刀、圆孔拉刀等）的尺寸刀等）的尺寸误差直接影响误差直接影响被加工工件的被加工工件的尺寸精度。尺寸精度。刀具的安装和刀具的安装和使用不当，也使用不当，也会

30、影响加工精会影响加工精度。度。1、刀具、刀具 误差误差一般刀具一般刀具定尺寸刀具定尺寸刀具成形刀具成形刀具展成法刀具展成法刀具三、刀具误差三、刀具误差44 成形刀具成形刀具（如成形车刀、（如成形车刀、成形铣刀、盘成形铣刀、盘形齿轮铣刀等）形齿轮铣刀等）的误差主要影的误差主要影响被加工面的响被加工面的形状精度形状精度1、刀具、刀具 误差误差一般刀具一般刀具定尺寸刀具定尺寸刀具成形刀具成形刀具展成法刀具展成法刀具三、刀具误差三、刀具误差45 展成法刀具展成法刀具（如齿轮滚刀、（如齿轮滚刀、插齿刀等）加插齿刀等）加工齿轮时，刀工齿轮时，刀刃的几何形状刃的几何形状及有关尺寸精及有关尺寸精度会直接影响度

31、会直接影响齿轮加工精度齿轮加工精度1、刀具、刀具 误差误差一般刀具一般刀具定尺寸刀具定尺寸刀具成形刀具成形刀具展成法刀具展成法刀具三、刀具误差三、刀具误差46图例图例 车刀的尺寸磨损车刀的尺寸磨损图例图例 车刀磨损过程车刀磨损过程474-3工艺系统受力变形对加工精度的影响工艺系统受力变形对加工精度的影响工艺系统：工艺系统：机床、夹具、机床、夹具、工件、刀具工件、刀具外力：外力：切削力、传切削力、传动力、惯性力、夹动力、惯性力、夹紧力、重力紧力、重力产生加工误差产生加工误差（举例（举例4-17）破坏了刀具、工破坏了刀具、工件间相对位置件间相对位置工艺系统受力变形现象工艺系统受力变形现象49图图4

32、-17 受力变形对工件精度的影响受力变形对工件精度的影响 a) 车长轴车长轴 b） 磨内孔磨内孔 由此看来，为了保证和提高工件的加工精由此看来，为了保证和提高工件的加工精度，就必须深入研究并控制以至消除工艺系统度，就必须深入研究并控制以至消除工艺系统及其有关组成部分的变形。及其有关组成部分的变形。50（一）工艺系统的刚度（一）工艺系统的刚度 工艺系统整体抵抗其变形的能力。其大小为：工艺系统整体抵抗其变形的能力。其大小为： 背向力背向力Fp （旧标准中为径向切削分力（旧标准中为径向切削分力Fy）与工艺系）与工艺系统在该方向上的变形统在该方向上的变形y的比值，即的比值，即k=Fp/y 注意：注意：

33、这里变形这里变形y是总切削力的三个分力是总切削力的三个分力Fc、Fp、Ff（旧标准中为（旧标准中为Fz、Fy、Fx）综合作用的结果。）综合作用的结果。 工艺系统刚度工艺系统刚度51系统刚度与各环节刚度系统刚度与各环节刚度 工艺系统的刚度是由组成工艺系统各部件的刚度决定工艺系统的刚度是由组成工艺系统各部件的刚度决定的。工艺系统的总变形量为：的。工艺系统的总变形量为： y= yjc+ydj+yjj+ygjk=Fp/y, kjc= Fp/yjc ， kdj= Fp/ydj , kjj= Fp/yjj， kgj= Fp/ygj 工艺系统刚度的一般式为：工艺系统刚度的一般式为： k= 1/(1/kjc+

34、1/ kdj+1/ kjj+1/ kgj) （4 - 7） 若已知工艺系统各组成部分的刚度（即环节刚度），若已知工艺系统各组成部分的刚度（即环节刚度），就可以求出工艺系统的刚度。就可以求出工艺系统的刚度。52机床部件刚度特点机床部件刚度特点 图图 单向静载测定车床刚度单向静载测定车床刚度 1心轴心轴 2、3、6千分表千分表 4测力环测力环 5螺旋加力器螺旋加力器 53图图427 车床刀架部件的刚度曲线车床刀架部件的刚度曲线 一次加载一次加载 二次加载二次加载 三次加载三次加载 （图图4-27）是以）是以Fp为纵坐标，刀架变形为纵坐标，刀架变形ydj为横坐标的某为横坐标的某车床刀架部件的刚度实测

35、曲线。实验中进行了三次加载车床刀架部件的刚度实测曲线。实验中进行了三次加载卸载循环，由图可以看出，机床部件的刚度曲线有以下特卸载循环，由图可以看出，机床部件的刚度曲线有以下特点：点：54（1）机床部件刚度的特点）机床部件刚度的特点1） 背向力背向力Fp与刀架变形与刀架变形ydj不是线性关系。不是线性关系。2） 加载曲线与卸载曲线不重合。加载曲线与卸载曲线不重合。3） 加载曲线与卸载曲线不封闭（卸载后加载曲线与卸载曲线不封闭（卸载后 由于存在残余变形，曲线回不到原点）。由于存在残余变形，曲线回不到原点）。4）部件的实际刚度远比按实体结构的估计）部件的实际刚度远比按实体结构的估计 值小。值小。55

36、（2）影响机床部件刚度的因素）影响机床部件刚度的因素 连接表面间的接触变形连接表面间的接触变形 薄弱零件本身的影响薄弱零件本身的影响（图图429） 接合面间的间隙接合面间的间隙 接合面间摩擦力的影响接合面间摩擦力的影响561、切削力、切削力 大小变化引起的加工误差（误差复映）大小变化引起的加工误差（误差复映） 在加工过程中，由于工件加工余量或材料硬度不在加工过程中，由于工件加工余量或材料硬度不均匀，都会引起背向力的变化，从而使工艺系统受力均匀，都会引起背向力的变化，从而使工艺系统受力变形不一致而产生加工误差。变形不一致而产生加工误差。 以车削短圆柱工件外圆为例，如以车削短圆柱工件外圆为例，如图

37、图4-20所示。所示。由于毛坯存在的圆度误差由于毛坯存在的圆度误差m=ap1-ap2引起了工件产生圆度误差引起了工件产生圆度误差w=y1 -y2 且且m越大，越大，w越大，这种由于工艺系统受力变形的变越大，这种由于工艺系统受力变形的变化而使毛坯椭圆形状误差复映到加工后工件表面的现象称化而使毛坯椭圆形状误差复映到加工后工件表面的现象称为为“误差复映误差复映”。（二）工艺系统受力变形对加工精度的影响（二）工艺系统受力变形对加工精度的影响571称为误差复映系数，mw推导系统KfCPF/75. 0 由上式可知由上式可知,工艺系统的刚度工艺系统的刚度K系统系统越大越大,复映系数复映系数越小越小,毛坯误差

38、复映到工件上去的部分就越少。毛坯误差复映到工件上去的部分就越少。 一般一般1 1 保证调整的正确性。保证调整的正确性。qC CP P1 1 此时不论如何调整，必将此时不论如何调整，必将产生部分废品。产生部分废品。q当当C CP P=1 =1 在各种常值系统误差的在各种常值系统误差的影响下，该工序也将产生部分废品。影响下，该工序也将产生部分废品。122 由分布函数的定义可知，正态分布函数是正态分由分布函数的定义可知，正态分布函数是正态分布概率密度函数的积分：布概率密度函数的积分：dxexxxx2)(2121)(（x） 正态分布曲线上下积分限间包含的面积，正态分布曲线上下积分限间包含的面积，它表征

39、了它表征了 随机变量随机变量x落在区间（落在区间（，x）上的概率。）上的概率。令令,xxz则有：则有：dzezFzz02221)( F(z)为右图中阴影线部分为右图中阴影线部分的面积。对于不同的面积。对于不同 z值的值的(z)，可由可由表表查出查出4.估算工序加工的合格率及废品率估算工序加工的合格率及废品率123124 分布曲线与分布曲线与x轴所包围的面积代表了一轴所包围的面积代表了一批零件的总数。如果尺寸分散范围超出零件批零件的总数。如果尺寸分散范围超出零件的公差带，则肯定有废品产生，如的公差带，则肯定有废品产生，如图图4-35所所示的阴影部分。示的阴影部分。 若尺寸落在若尺寸落在Lmin、

40、Lmax范围内，工件的范围内，工件的概率即空白部分的面积就是加工工件的合格概率即空白部分的面积就是加工工件的合格率。率。125图图435 废品率计算废品率计算126例题一例题一磨床加工销轴，外径磨床加工销轴，外径 ，抽样后测，抽样后测 x =11.974mm, 0.005mm,其尺寸分布符合正态分其尺寸分布符合正态分布，试分析该工序的加工质量。布，试分析该工序的加工质量。127128解答解答1)判断加工能力判断加工能力 结论：工艺能力不足，产生废品不可避免结论：工艺能力不足，产生废品不可避免 2)计算废品率计算废品率 工件平均尺寸：工件平均尺寸： 工件最小尺寸：工件最小尺寸： 工件最小极限尺寸

41、：工件最小极限尺寸： dminAmin,无不可修复废品无不可修复废品129解答解答工件最大尺寸：工件最大尺寸： 工件最大极限尺寸：工件最大极限尺寸： dmax Amax，产生可修复废品。，产生可修复废品。 查表：查表：F(2)=0.4772 Q废品率废品率0.5-F(2)0.0228=2.28% 130解答解答3)工艺分析：工艺分析： 查表：查表：A=0.4965 Q废品率废品率0.5-0.49650.35% Q总总2 Q废品率废品率0.7% 调整，使调整，使 ，则两边废品率相等。，则两边废品率相等。 131 在车床上车削一批销轴，经测量，其实际尺寸在车床上车削一批销轴，经测量，其实际尺寸大于

42、所要求的尺寸从而必须返修的销轴为大于所要求的尺寸从而必须返修的销轴为24%，小于要求尺寸从而报废的销轴为小于要求尺寸从而报废的销轴为2%，若销轴的直，若销轴的直径公差径公差T=0.16mm,服从正态分布，试确定该工序的服从正态分布，试确定该工序的均方差均方差 并判断车刀的调整误差为多少？并判断车刀的调整误差为多少？例题二例题二132133解答解答 Q1=0.5-A1=0.02 A1=0.48 查表：Z1=2.05 Q2=0.5-A2=0.24 A2=0.26 查表：Z2=0.71 解得： =0.058 =0.038 1341355. 分布图分析法的缺点分布图分析法的缺点 v分布图分析法不能反映

43、误差的变化趋势。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下，很难把随机性误差和变值系统性误差区分开来。开来。v由于在一批工件加工结束后，才能得出尺寸由于在一批工件加工结束后，才能得出尺寸分布情况，因而不能在加工过程中起到及时控分布情况，因而不能在加工过程中起到及时控制质量的作用。制质量的作用。136( (二二) )点图法点图法（1）点图的形式）点图的形式1） 个值点图个值点图 v按加工顺序逐个地测量一

44、批工件按加工顺序逐个地测量一批工件的尺寸，以工件序号为横坐标，以的尺寸，以工件序号为横坐标，以工件的加工尺寸为纵坐标，就可作工件的加工尺寸为纵坐标，就可作出个值点图出个值点图（图图7-47）。v个值点图反映了工件逐个的尺寸变化与加工时间的关系。个值点图反映了工件逐个的尺寸变化与加工时间的关系。若点图上的上、若点图上的上、下极限点包络成二根平滑的曲线，并作这两根曲线的平均值曲线，就能较下极限点包络成二根平滑的曲线，并作这两根曲线的平均值曲线，就能较清楚地揭示出加工过程中误差的性质及其变化趋势，如清楚地揭示出加工过程中误差的性质及其变化趋势，如图图7-48所示所示。v平均值曲线平均值曲线OO表示每

45、一瞬时的分散中心，反映了变值系统性误差随表示每一瞬时的分散中心，反映了变值系统性误差随时间变化的规律时间变化的规律.v其起始点其起始点O位置的高低表明常值系统性误差的大小。位置的高低表明常值系统性误差的大小。整个几何图形将随整个几何图形将随常值系统性误差的大小不同，而在垂直方向处于不同位置。常值系统性误差的大小不同，而在垂直方向处于不同位置。v上下限上下限AA 和和BB间的宽度表示在随机性误差作用下加工过程的尺寸分间的宽度表示在随机性误差作用下加工过程的尺寸分散范围，反映了随机性误差的变化规律。散范围，反映了随机性误差的变化规律。137图图747 个值点图个值点图图图748 个值点图上反映误差

46、变化趋势个值点图上反映误差变化趋势138R点图点图 v为了能直接反映出加工中系统为了能直接反映出加工中系统性误差和随机性误差随加工时间性误差和随机性误差随加工时间的变化趋势，实际生产中常用样的变化趋势，实际生产中常用样组点图。组点图。前者控制工艺过程质量指标的分布中心，前者控制工艺过程质量指标的分布中心，反映了系反映了系统误差及其变化趋势；统误差及其变化趋势；后者控制工艺过程质量指标的分散程度，后者控制工艺过程质量指标的分散程度，反映了随反映了随机误差及其变化趋势。机误差及其变化趋势。X样组点图的种类很多，最常用的是样组点图的种类很多，最常用的是 X R点图（平均点图（平均值值极差点图）。极差

47、点图）。它由它由X点图和点图和R点图结合而成。点图结合而成。单独的单独的点图或点图或R点图不能全面反映加工误差的情况，点图不能全面反映加工误差的情况，必须结合起来应用。必须结合起来应用。X139 设现抽取顺次加工的设现抽取顺次加工的m个工件为第个工件为第i组，则第组，则第i样组样组的平均值的平均值Xi和极差和极差Ri值为值为 式中式中 ximax和和ximim分别为第分别为第i样组中工件的最大尺寸和样组中工件的最大尺寸和最小尺寸。最小尺寸。 以样组序号为横坐标，分别以以样组序号为横坐标，分别以Xi和和Ri为纵坐标，就可为纵坐标，就可以分别作出以分别作出X点图和点图和R点图，如点图，如图图4-3

48、6所示。所示。 X-R点图的绘制：点图的绘制：v是以小样本顺序随机抽样为基础。在加工过程中，每隔一定的时间，是以小样本顺序随机抽样为基础。在加工过程中，每隔一定的时间，随机抽取几件为一组作为一个小样本。随机抽取几件为一组作为一个小样本。v每组工件数（即小样本容量）每组工件数（即小样本容量）m=210件，一般取件，一般取m=45件，共抽件，共抽取取k=2025组，共组，共80100个工件的数据。个工件的数据。v在取得这些数据的基础上，再计算每组的平均值在取得这些数据的基础上，再计算每组的平均值Xi和极差和极差Ri。minmax11iiimiiixxRxmx140图图4-36 XR点图点图141（

49、2）点图分析法的应用）点图分析法的应用v点图分析法是全面质量管理中用以控制产品加工点图分析法是全面质量管理中用以控制产品加工质量的主要方法之一，它是用于分析和判断工序是质量的主要方法之一，它是用于分析和判断工序是否处于稳定状态所使用的带有控制界限的图，又称否处于稳定状态所使用的带有控制界限的图，又称管理图。管理图。vX-R点图主要用于工艺验证、分析加工误差以及点图主要用于工艺验证、分析加工误差以及对加工过程的质量控制。对加工过程的质量控制。v工艺验证就是判定现行工艺或准备投产的新工艺工艺验证就是判定现行工艺或准备投产的新工艺能否稳定地保证产品的加工质量要求。能否稳定地保证产品的加工质量要求。v

50、工艺验证的主要内容是工艺验证的主要内容是通过抽样检查，确定其工通过抽样检查，确定其工序能力和工序能力系数，并判别工艺过程是否稳定。序能力和工序能力系数，并判别工艺过程是否稳定。142工艺过程出现异常波动，表明总体分布的数字工艺过程出现异常波动，表明总体分布的数字特征特征、发生了变化，这种变化不一定就是坏发生了变化，这种变化不一定就是坏事事。 例如发现点子密集在中心线上下附近，说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。但应查明原因，明分散范围变小了，这是好事。但应查明原因，使之巩固，以进一步提高工序能力（即减小使之巩固，以进一步提高工序能力（即减小6值）。值）。 再如刀具

51、磨损会使工件平均尺寸的误差逐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，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。就有可能出现废品。143 工艺过程是否稳定，取决于该工序所采用的工艺过工艺过程是否稳定，取决于该工序所采用的工艺过程中本身的误差情况，与产品是否出现废品不是一回程中本身的误差情况，与产品是否出现废品不是一回事事。 若某工序的工艺过程是稳定的，其工序能力系数若某工序的工艺过程是稳定的，其工序能力系数Cp值也足够大，且样本平均值与公差带中心基本重合值也足够

52、大，且样本平均值与公差带中心基本重合，那么只要在加工过程中不出现异常波动，就可以判，那么只要在加工过程中不出现异常波动，就可以判定它不会产生废品。定它不会产生废品。 加工过程中不出现异常波动，说明该工序的工艺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，可以继续进行加工，否则就应停过程处于控制之中，可以继续进行加工，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。因素，使质量管理从事后检验变为事前预防。1444-7 机械加工表面质量机械加工表面质量零件的机械加工质量不仅指加工精度，而且零

53、件的机械加工质量不仅指加工精度，而且包括加工表面质量。包括加工表面质量。 机械加工后的零件表面实际上不是理想的光滑表面，机械加工后的零件表面实际上不是理想的光滑表面，它存在着不同程度的表面粗糙度、冷硬、裂纹等表面缺陷。它存在着不同程度的表面粗糙度、冷硬、裂纹等表面缺陷。虽然只有极薄的一层（几微米虽然只有极薄的一层（几微米几十微米），但都错综复几十微米），但都错综复杂地影响着机械零件的精度、耐磨性、配合精度、抗腐蚀杂地影响着机械零件的精度、耐磨性、配合精度、抗腐蚀性和疲劳强度等，从而影响产品的使用性能和寿命，因此性和疲劳强度等，从而影响产品的使用性能和寿命，因此必须加以足够的重视。必须加以足够的

54、重视。一、一、 概概 述述146零件表面质量零件表面质量表面粗糙度表面粗糙度表面波度表面波度表面物理力学表面物理力学性能的变化性能的变化表面微观几何表面微观几何形状特征形状特征表面层冷作硬化表面层冷作硬化表面层残余应力表面层残余应力表面层金相组织的变化表面层金相组织的变化 表面质量的含义（内容）表面质量的含义（内容）147 表面粗糙度太大和太小都不耐磨。表面粗糙度太大和太小都不耐磨。如如图图4-38所示。所示。表面粗糙度的最佳值与机器零件的工作情况有关。表面粗糙度的最佳值与机器零件的工作情况有关。二、表面质量对零件使用性能的影响二、表面质量对零件使用性能的影响1对零件耐磨性的影响对零件耐磨性的

55、影响加工表面的冷作硬化，一般能提高零件的耐磨性。加工表面的冷作硬化，一般能提高零件的耐磨性。并非冷作硬化程度越高，耐磨性就越高。并非冷作硬化程度越高，耐磨性就越高。金相组织变化对零件耐磨性的影响金相组织变化对零件耐磨性的影响148表面粗糙度较大，则降低了配合精度。表面粗糙度较大，则降低了配合精度。表面层有较大的残余应力，就会影响它们精度的稳定性。表面层有较大的残余应力，就会影响它们精度的稳定性。2.对零件工作精度的影响对零件工作精度的影响3.对零件配合质量的影响对零件配合质量的影响减小表面粗糙度减小表面粗糙度可提高零件的接触刚度、密封性和测量精可提高零件的接触刚度、密封性和测量精度；对滑动零件

56、，可降低其摩擦系数，从而减少发热和功度；对滑动零件，可降低其摩擦系数，从而减少发热和功率损失。率损失。残余应力残余应力会使工件在使用中继续变形，失去原有精度，甚会使工件在使用中继续变形，失去原有精度，甚至导致表面出现细微裂纹。至导致表面出现细微裂纹。1494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表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲劳性越好；表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲劳性越好； 反之，加工表面越粗糙，表面的纹痕越深，纹底半径越小，反之，加工表面越粗糙，表面的纹痕越深，纹底半径越小，其抗疲劳破坏的能力越差。其抗疲劳破坏的能力越差。适度的表面层冷作硬化能提高零件的

57、疲劳强度适度的表面层冷作硬化能提高零件的疲劳强度。残余拉应力残余拉应力容易使已加工表面产生裂纹并使其扩展而容易使已加工表面产生裂纹并使其扩展而降低降低疲劳强度疲劳强度; 残余压应力残余压应力则能够部分地抵消工作载荷施加的拉则能够部分地抵消工作载荷施加的拉应力，延缓疲劳裂纹的扩展，从而应力，延缓疲劳裂纹的扩展，从而提高零件的疲劳强度提高零件的疲劳强度。150减小零件表面粗糙度，可以提高零件的耐腐蚀性能。减小零件表面粗糙度，可以提高零件的耐腐蚀性能。零件表面零件表面残余压应力残余压应力使零件表面紧密，腐蚀性物质不易使零件表面紧密，腐蚀性物质不易进入，可进入，可增强零件的耐腐蚀性增强零件的耐腐蚀性，

58、而表面，而表面残余拉应力残余拉应力则则降低降低零件耐腐蚀性。零件耐腐蚀性。 5对零件耐腐蚀性能的影响对零件耐腐蚀性能的影响151（一）切削加工表面粗糙度（一）切削加工表面粗糙度1、几何因素、几何因素（图（图440）主偏角主偏角kr、副偏角、副偏角kr、进给量、进给量f越小，刀尖圆弧越小，刀尖圆弧半径半径r越大。加工表面的粗糙度越小。越大。加工表面的粗糙度越小。刀具前角增大，刀具后角增大以及减小刀具前刀具前角增大，刀具后角增大以及减小刀具前面和后面的表面粗糙度，都有利于减小加工表面面和后面的表面粗糙度，都有利于减小加工表面粗糙度。粗糙度。三、三、 机械加工的表面粗糙度机械加工的表面粗糙度1522

59、、物理力学因素、物理力学因素（1）工件材料的影响）工件材料的影响v韧性材料：韧性材料：工件材料韧性愈好工件材料韧性愈好，金属塑性变形，金属塑性变形愈大，愈大，加工表面愈粗糙。加工表面愈粗糙。故对中碳钢和低碳钢材故对中碳钢和低碳钢材料的工件，为改善切削性能，减小表面粗糙度，料的工件，为改善切削性能，减小表面粗糙度，常在粗加工或精加工前安排正火或调质处理。常在粗加工或精加工前安排正火或调质处理。v 脆性材料：加工脆性材料时，脆性材料：加工脆性材料时，其切削呈碎粒状，其切削呈碎粒状，由于切屑的崩碎而在加工表面留下许多麻点，由于切屑的崩碎而在加工表面留下许多麻点，其其表面粗糙度要大些。表面粗糙度要大些

60、。153（2）切削速度的影响）切削速度的影响 加工塑性材料时，切削速度加工塑性材料时，切削速度对表面粗糙度的影响（对积屑瘤对表面粗糙度的影响（对积屑瘤和鳞刺的影响）见如和鳞刺的影响）见如图图4-41所示。所示。 此外，切削速度越高，塑性变此外，切削速度越高，塑性变形越不充分，表面粗糙度值越小形越不充分，表面粗糙度值越小 选择低速宽刀精切和高速精切，选择低速宽刀精切和高速精切，可以得到较小的表面粗糙度可以得到较小的表面粗糙度 （3）其它因素的影响）其它因素的影响 合理使用冷却润滑液，能有合理使用冷却润滑液，能有效地减小表面粗糙度值。效地减小表面粗糙度值。 工艺系统的振动工艺系统的振动154155