机械制造质量分析与控制

1、安徽工程科技学院机械系第四章第四章 机械制造质量分析与控制机械制造质量分析与控制尺寸精度形状精度位置精度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安徽工程科技学院机械系第四章第四章 机械制造质量分析与控制机械制造质量分析与控制教学的目的和要求：教学的目的和要求：了解影响加工质量的因素，培养学生了解影响加工质量的因素，培养学生具有分析和解决实际生产中加工质量问题的能力。重点掌握具有分析和解决实际生产中加工质量问题的能力。重点掌握加工原理误差、机床几何误差、工艺系统受力变形对加工精加工原理误差、机床几何

2、误差、工艺系统受力变形对加工精度的影响，会对加工误差进行统计分析。度的影响，会对加工误差进行统计分析。重点：重点：1 1加工精度及加工表面质量的概念；加工精度及加工表面质量的概念；2 2机床几何误差、工艺系统受力变形对加工精度的影响；机床几何误差、工艺系统受力变形对加工精度的影响；3 3误差统计分析法。误差统计分析法。 安徽工程科技学院机械系4.1 机械加工精度机械加工精度1 1、加工精度与加工误差、加工精度与加工误差加工精度：加工精度：是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和相互位置）与理想几何参数的接近程度；形状和相互位置）与理想几何参数的接近程度；加

3、工误差：加工误差：零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和相互位置）对理想几何参数的偏离量称为加工误差。相互位置）对理想几何参数的偏离量称为加工误差。一、概述一、概述组成关系：几何形状精度组成关系：几何形状精度相互位置精度相互位置精度尺寸精度尺寸精度在数值上，精度愈高，误差愈小；精度愈低，误差愈大。在数值上，精度愈高，误差愈小；精度愈低，误差愈大。通过控制加工误差来保证加工精度。通过控制加工误差来保证加工精度。安徽工程科技学院机械系4.1 机械加工精度机械加工精度获得加工精度的方法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

4、：试切试切- -测量测量- -调整调整- -再试切再试切（效率低，用于单件（效率低，用于单件或小批量生产）或小批量生产）调整法调整法：预先调整好刀具与工件在机床上的相对位置，预先调整好刀具与工件在机床上的相对位置，并在一批零件的加工过程中保持不变，以保证被加工零件并在一批零件的加工过程中保持不变，以保证被加工零件尺寸的加工方法。尺寸的加工方法。定尺寸刀具法定尺寸刀具法：用刀具的相应尺寸来保证工件被加工尺：用刀具的相应尺寸来保证工件被加工尺寸的加工方法，如铰孔，攻螺纹等。（精度取决于刀具）寸的加工方法，如铰孔，攻螺纹等。（精度取决于刀具）自动控制法自动控制法：加工中，通过由尺寸测量装置、动力进给

5、加工中，通过由尺寸测量装置、动力进给装置和控制机构等组成的自动控制系统，自动完成工件尺装置和控制机构等组成的自动控制系统，自动完成工件尺寸的测量、刀具的补偿调整和切削加工等一系列动作。寸的测量、刀具的补偿调整和切削加工等一系列动作。安徽工程科技学院机械系（2 2）获得形状精度的方法）获得形状精度的方法4.1 机械加工精度机械加工精度成形刀具法：成形刀具法：加工精度主要取决于刀具刀刃的形状精度。加工精度主要取决于刀具刀刃的形状精度。轨迹法：轨迹法：加工精度与机床的精度关系密切。加工精度与机床的精度关系密切。如加工圆柱类零件，其圆度、圆柱度等形状精度，主要取如加工圆柱类零件，其圆度、圆柱度等形状精

6、度，主要取决于主轴的回转精度，导轨的导向精度以及主轴回转轴线决于主轴的回转精度，导轨的导向精度以及主轴回转轴线与导轨之间的相会位置精度。与导轨之间的相会位置精度。展成法展成法：常用于各类齿轮加工，其形状精度取决于刀具精：常用于各类齿轮加工，其形状精度取决于刀具精度和机床传动精度度和机床传动精度安徽工程科技学院机械系（3 3）获得位置精度的方法）获得位置精度的方法4.1 机械加工精度机械加工精度零件的位置精度，主要取决于机床的精度、夹具的精度和零件的位置精度，主要取决于机床的精度、夹具的精度和工件的装夹精度。工件的装夹精度。如如一次装夹一次装夹可保证阶梯轴的多段轴颈的同心度精度。可保证阶梯轴的多

7、段轴颈的同心度精度。多次装夹多次装夹，如通过夹具保证加工表面与定位基准之间的位，如通过夹具保证加工表面与定位基准之间的位置精度。置精度。安徽工程科技学院机械系2 2、加工经济精度、加工经济精度加工经济精度：加工经济精度：是指在正常生产条件下（采用符合质量是指在正常生产条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人，不延长标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人，不延长加工时间）所能保证的加工精度。（一般指的是一个精加工时间）所能保证的加工精度。（一般指的是一个精度范围）度范围）4.1 机械加工精度v 经济精度范围经济精度范围 在其上限处，再提高一点加工精在其上限处，再提高一点加工

8、精度（即减少加工误差），则成本度（即减少加工误差），则成本将大幅度上升；将大幅度上升； 在其下限处，加工精度即使大幅在其下限处，加工精度即使大幅度降低（即加工误差大幅度增度降低（即加工误差大幅度增加），成本降低却很少。加），成本降低却很少。通常，零件的加工精度越高，通常，零件的加工精度越高，加工成本越高，生产率越低。加工成本越高，生产率越低。加工成本与加工误差之间的关系加工成本与加工误差之间的关系 安徽工程科技学院机械系4.1 机械加工精度3 3、原始误差（工艺系统）、原始误差（工艺系统） 在机械加工中在机械加工中,零件的尺寸、形状和表面间相互位零件的尺寸、形状和表面间相互位置的形成，归结到一

9、点就是置的形成，归结到一点就是取决于工件和刀具在切削过取决于工件和刀具在切削过程中的相互位置关系。程中的相互位置关系。 切削加工过程中，有多种因素会破坏工件和刀具间的切削加工过程中，有多种因素会破坏工件和刀具间的正确相对位置，会产生加工误差。正确相对位置，会产生加工误差。 工艺系统工艺系统中凡是能改变刀具和工件的正确位置的各种中凡是能改变刀具和工件的正确位置的各种因素产生的误差，称为因素产生的误差，称为原始误差原始误差。 原始误差是产生加工误差的原始误差是产生加工误差的根源根源安徽工程科技学院机械系原始误差的来源原始误差的来源安徽工程科技学院机械系dRR+ RRYoDRZ安徽工程科技学院机械系

10、安徽工程科技学院机械系安徽工程科技学院机械系4 4、研究加工精度目的和方法、研究加工精度目的和方法（1 1）分析计算法）分析计算法 分析计算法主要是在对单项原始误差进行分析计算的基础分析计算法主要是在对单项原始误差进行分析计算的基础上进行的。估算加工误差大小，通过试验测试加以验证。上进行的。估算加工误差大小，通过试验测试加以验证。（2 2）统计分析法）统计分析法 统计分析法则是对有关的原始误差进行综合分析的基础统计分析法则是对有关的原始误差进行综合分析的基础上进行的。找出加工误差的规律，从而进行控制。上进行的。找出加工误差的规律，从而进行控制。4.1 机械加工精度目的：目的：了解机械加工工艺的

11、基本理论，分析各种工艺因素对加了解机械加工工艺的基本理论，分析各种工艺因素对加工精度的影响及其规律，从而找出减少交给加工误差、提高加工精度的影响及其规律，从而找出减少交给加工误差、提高加工精度和效率的工艺途径。工精度和效率的工艺途径。安徽工程科技学院机械系二、工艺系统的几何误差二、工艺系统的几何误差2 2、机床的几何误差、机床的几何误差原因：原因：机床的制造误差、安装误差和磨损机床的制造误差、安装误差和磨损主轴回转误差、机床导轨误差和机床传动链误差。主轴回转误差、机床导轨误差和机床传动链误差。 1 1、加工原理误差、加工原理误差3 3、刀具几何误差、刀具几何误差4 4、夹具几何误差、夹具几何误

12、差5 5、调整误差、调整误差4.1 机械加工精度安徽工程科技学院机械系1 1、加工原理误差、加工原理误差 加工原理误差是指采用了近似的加工方法、近似的成加工原理误差是指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进行加工而产生的误差。形运动或近似的刀具轮廓进行加工而产生的误差。例例1 1：用阿基米德蜗杆滚刀滚切渐开线齿轮（且滚刀刀刃：用阿基米德蜗杆滚刀滚切渐开线齿轮（且滚刀刀刃数有限）数有限）例例2 2：在数控铣床上采用球头刀铣削复杂形面零件：在数控铣床上采用球头刀铣削复杂形面零件SRh空间曲面数控加工4.1 机械加工精度机械加工精度安徽工程科技学院机械系(1)主轴回转误差主轴回转误差

13、 主轴实际回转线对其理想回转轴线的漂移主轴实际回转线对其理想回转轴线的漂移。a）轴向窜动 b）径向跳动 c）角度摆动主轴回转误差的基本型式端面形状和轴向尺寸精度圆度和圆柱度误差圆柱度误差和端面的形状误差。2、机床几何误差4.1 机械加工精度机械加工精度安徽工程科技学院机械系径向跳动对车外圆精度影响1 12 23 34 45 56 67 78 8e ee径向跳动对镗孔精度影响4.1 机械加工精度机械加工精度安徽工程科技学院机械系影响主轴回转精度的主要因素：影响主轴回转精度的主要因素：轴承本身误差、轴承间隙、轴承间同轴度误差，主轴各段轴颈、轴孔的同轴度误差主轴系统的刚度和热变形等。它们对主轴回转精

14、度的影响大小随加工方式而不同（采用滑动轴承时主轴径向跳动视频）4.1 机械加工精度机械加工精度AB轴径不圆引起车床主轴径向跳动 轴承孔不圆引起镗床主轴径向跳动安徽工程科技学院机械系v减小主轴回转误差的对策减小主轴回转误差的对策 提高轴承的回转精度，如选高精度的滚动轴承；提高轴承的回转精度，如选高精度的滚动轴承； 提高箱体支承孔、主轴轴颈和与轴承相配合有关表面的提高箱体支承孔、主轴轴颈和与轴承相配合有关表面的加工精度；加工精度； 预测径向跳动，调节径向跳动方位，使误差相互补偿或预测径向跳动，调节径向跳动方位，使误差相互补偿或抵消。抵消。 适当预紧消除间隙（过盈），弹性变形相互制约，增加适当预紧消

15、除间隙（过盈），弹性变形相互制约，增加轴承刚度，误差均化。轴承刚度，误差均化。 直接保证工件在加工过程中的回转精度而不依赖主轴。直接保证工件在加工过程中的回转精度而不依赖主轴。安徽工程科技学院机械系(2)(2)机床导轨误差机床导轨误差在水平面内，车床导轨的直线度误差或导轨对主轴轴心在水平面内，车床导轨的直线度误差或导轨对主轴轴心线的平行度误差，会使被加工的工件产生鼓形或鞍形。线的平行度误差，会使被加工的工件产生鼓形或鞍形。YYoDR水平面水平面导轨水平面内直线度导轨水平面内直线度4.1 机械加工精度机械加工精度安徽工程科技学院机械系在垂直平面内车床导轨的在垂直平面内车床导轨的直线度误差，也同样

16、能使工直线度误差，也同样能使工件产生直径方向的误差，但件产生直径方向的误差，但是这个误差不大（处在误差是这个误差不大（处在误差非敏感方向）。非敏感方向）。垂直平面垂直平面导轨垂直面直线度导轨垂直面直线度ZdRZRd/24.1 机械加工精度机械加工精度安徽工程科技学院机械系 导轨在垂直平面内的直线度误差对加工导轨在垂直平面内的直线度误差对加工精度影响很小，一般可忽略不计。精度影响很小，一般可忽略不计。 y 误差敏感方向误差敏感方向z 非误差敏感方向非误差敏感方向 导轨在水平面内的直线度误差将直接反导轨在水平面内的直线度误差将直接反映在被加工工件表面的法线方向（映在被加工工件表面的法线方向（误差敏

17、感误差敏感方向方向）上，对加工精度的影响最大。）上，对加工精度的影响最大。 v结论：结论：r 导轨误差导轨误差安徽工程科技学院机械系车床导轨的平行度误差（扭曲度），也会使刀尖相对工车床导轨的平行度误差（扭曲度），也会使刀尖相对工件产生偏移（在水平方向和垂直方向的位移）。件产生偏移（在水平方向和垂直方向的位移）。4.1 机械加工精度机械加工精度y（H /B） 车床车床H/B2/3，外圆磨床外圆磨床H/B1安徽工程科技学院机械系安徽工程科技学院机械系例：导轨与主轴平行度误差：例：导轨与主轴平行度误差：Hx 工件直径差：工件直径差：D=2L*Hx主轴主轴n导轨导轨fL工件产生圆柱度误差工件产生圆柱度

18、误差俯视图上导轨俯视图上导轨与主轴不平行与主轴不平行圆锥形车床纵向导轨与主轴在水平面内有平行度误差车床纵向导轨与主轴在水平面内有平行度误差安徽工程科技学院机械系正视图上导轨与主轴正视图上导轨与主轴不平行不平行n主轴主轴导轨导轨OBAfABO鞍形（轴剖面内为双曲线）例：导轨与主轴平行度误差：例：导轨与主轴平行度误差：Hy 工件直径差：工件直径差：D=Hy2/Ro车床纵向导轨与主轴在垂直面内有平行度误差车床纵向导轨与主轴在垂直面内有平行度误差安徽工程科技学院机械系nf工件端面产生内凹或外凸工件端面产生内凹或外凸的平面度误差的平面度误差例：例： 横向导轨与主轴夹角：横向导轨与主轴夹角： 平面度误差：

19、平面度误差：=(d/2)*tan()车床横向导轨与主轴轴线有垂直度误差车床横向导轨与主轴轴线有垂直度误差安徽工程科技学院机械系(3)(3)机床传动链误差机床传动链误差v 定义定义 用来保证工件与刀具之间有严格的运动关系的用来保证工件与刀具之间有严格的运动关系的内联传动链内联传动链始末始末两端传动元件间相对运动的误差，一般可用末端元件一转中的两端传动元件间相对运动的误差，一般可用末端元件一转中的最大转角误差来衡量。最大转角误差来衡量。v 产生原因产生原因 主要由于内联传动链中各传动元件如齿轮、蜗轮蜗杆、丝杠螺主要由于内联传动链中各传动元件如齿轮、蜗轮蜗杆、丝杠螺母等的制造误差、装配误差、磨损等引

20、起。母等的制造误差、装配误差、磨损等引起。 若传动齿轮若传动齿轮 i i 在某一时刻产生转角误差为在某一时刻产生转角误差为ii，则它所造成传，则它所造成传动链末端元件的转角误差：动链末端元件的转角误差：wi =Ki iwi =Ki i Ki Ki 为该轴到末端元件的总传动比，称为误差传递系数，为该轴到末端元件的总传动比，称为误差传递系数， 若若KiKi大于大于1 1则误差被扩大；反之，若则误差被扩大；反之，若KiKi小于小于1 1误差被缩小。误差被缩小。 各传动件对工件精度影响的总和为：各传动件对工件精度影响的总和为：jnjjnjjnK11安徽工程科技学院机械系1111721564228282

21、82828282080Kdcbafein差v 安徽工程科技学院机械系1) 1) 提高传动元件，特别是末端件的制造精度和装配精度。提高传动元件，特别是末端件的制造精度和装配精度。2) 2) 减少传动件数目，缩短传动链，使误差来源减少。减少传动件数目，缩短传动链，使误差来源减少。3) 3) 消除传动链中齿轮的间隙。消除传动链中齿轮的间隙。4) 4) 采用误差校正机构采用误差校正机构5 5）尽可能采用降速传动。）尽可能采用降速传动。减小传动误差，可采取以下措施：减小传动误差，可采取以下措施：4.1 机械加工精度机械加工精度安徽工程科技学院机械系3 3、刀具几何误差、刀具几何误差定尺寸刀具定尺寸刀具（

22、钻头、绞刀等）尺寸误差影响加工尺（钻头、绞刀等）尺寸误差影响加工尺寸误差寸误差成形刀具和展成刀具成形刀具和展成刀具形状误差影响加工形状误差形状误差影响加工形状误差刀具磨损刀具磨损影响加工尺寸误差或形状误差影响加工尺寸误差或形状误差4.1 机械加工精度机械加工精度安徽工程科技学院机械系NB NB 在被加工表面的法线方向上测量在被加工表面的法线方向上测量 NB0 初期磨损量初期磨损量KNB斜率，相对磨损表示每切削斜率，相对磨损表示每切削10001000米路程刀具的尺寸米路程刀具的尺寸 磨损量，单位为磨损量，单位为m /km 刀具的尺寸磨损量可用下式计算刀具的尺寸磨损量可用下式计算100010000

23、00lKNBllKNBNBNBNB安徽工程科技学院机械系选用新型耐磨刀具材料；选用新型耐磨刀具材料；合理选用刀具几何参数和切削用量；合理选用刀具几何参数和切削用量；正确刃磨刀具；正确刃磨刀具；正确采用冷却润滑液等；正确采用冷却润滑液等；采用补偿装置对刀具尺寸磨损进行自动补偿。采用补偿装置对刀具尺寸磨损进行自动补偿。 减少刀具的尺寸磨损的途径减少刀具的尺寸磨损的途径安徽工程科技学院机械系4 4、夹具几何误差、夹具几何误差 夹具误差影响加工位置精度和尺寸精度。夹具误差影响加工位置精度和尺寸精度。 与夹具有关的影响位置误差因素包括：与夹具有关的影响位置误差因素包括：1 1）定位误差；）定位误差；2

24、2）刀具导向（对刀）误差；）刀具导向（对刀）误差；3 3）夹紧误差；）夹紧误差；4 4）夹具制造误差；）夹具制造误差；5 5）夹具安装误差；）夹具安装误差； 夹具上直接影响工件加夹具上直接影响工件加工精度的有关尺寸的制造工精度的有关尺寸的制造公差一般取为工件上相应公差一般取为工件上相应尺寸公差的尺寸公差的1/21/21/51/5。 安徽工程科技学院机械系5 5、调整误差、调整误差a）b）试切法与调整法4.1 机械加工精度机械加工精度安徽工程科技学院机械系三、工艺系统受力变形引起的误差三、工艺系统受力变形引起的误差 b) 切入法磨孔时磨杆的变形a) 车削细长轴时的变形4.1 机械加工精度机械加工

25、精度 机械加工中，工艺系统在切削力、夹紧力、传动力、重机械加工中，工艺系统在切削力、夹紧力、传动力、重力、惯性力等外力作用下，会产生变形，破坏了刀刃与工件力、惯性力等外力作用下，会产生变形，破坏了刀刃与工件间已调整好的相互位置的正确性，从而产生加工误差。间已调整好的相互位置的正确性，从而产生加工误差。安徽工程科技学院机械系弹件系统的静刚度弹件系统的静刚度k 变形方向的外力与变形的比值，即变形方向的外力与变形的比值，即 k = F / y式中：式中：k 静刚度静刚度(N/mm)；y 静变形量（静变形量（mm）；）；F 沿变形方向的静载荷大小沿变形方向的静载荷大小(N）。）。工艺系统的静刚度工艺系

26、统的静刚度kxt 系统静刚度系统静刚度(N/mm)； 误差敏感方向误差敏感方向的位移量（的位移量（mm）；）； 沿变形方向的载荷大小沿变形方向的载荷大小(N）。）。负刚度现象及其危害负刚度现象及其危害/xtPxtkF yPFxtkxty工艺系统的刚度工艺系统的刚度安徽工程科技学院机械系在加工误差敏感方向上工艺系统所受外力与变形量之比在加工误差敏感方向上工艺系统所受外力与变形量之比xtpxtyFkgjdjjjjcxtyyyyy机床的受力变形机床的受力变形夹具的受力变形夹具的受力变形刀具的受力变形刀具的受力变形工件的受力变形工件的受力变形工艺系统的总变形：工艺系统的总变形：其中：工艺系统在某一位置

27、受力作用产生的变形量等于工其中：工艺系统在某一位置受力作用产生的变形量等于工艺系统各组成环节在此位置受该力作用产生的变形量的代艺系统各组成环节在此位置受该力作用产生的变形量的代数和，即数和，即 安徽工程科技学院机械系 工艺系统受力变形等于工艺系统各组成部分受力变工艺系统受力变形等于工艺系统各组成部分受力变形之迭加。由此可导出工艺系统刚度与工艺系统各组成形之迭加。由此可导出工艺系统刚度与工艺系统各组成部分刚度之间的关系：部分刚度之间的关系：4.1 机械加工精度机械加工精度gjdjjjjcxtkkkkk11111工艺系统刚度主要取决于薄弱环节的刚度。工艺系统刚度主要取决于薄弱环节的刚度。安徽工程科

28、技学院机械系v 机床部件刚度机床部件刚度 （参阅教材（参阅教材P241） 1 1）变形与载荷，不成线性关系；）变形与载荷，不成线性关系；2 2）加载曲线和卸载曲线不重合，卸载曲线滞后于加载）加载曲线和卸载曲线不重合，卸载曲线滞后于加载曲线；曲线；3 3）卸载后，曲线不回到原点，有残余变形，反复加载）卸载后，曲线不回到原点，有残余变形，反复加载卸载后，残余变形卸载后，残余变形00；4 4）部件实测刚度远比按实体结构估算值小。）部件实测刚度远比按实体结构估算值小。车床刀架的静刚度特性曲线车床刀架的静刚度特性曲线 安徽工程科技学院机械系机床变形机床变形引起的加工误差引起的加工误差( (工件短粗）工件

29、短粗）变形随受力点变化规律YtjYwzYdjYFpAABBCCxLFAFBYx1 1、切削力作用点位置变化引起工件形状误差、切削力作用点位置变化引起工件形状误差机床受力变形引起的加工误差4.1 机械加工精度机械加工精度 由于机床变形，使工件加由于机床变形，使工件加工后成鞍形工后成鞍形)(11122xykLxkLxLkFyjcdjwztjpjc安徽工程科技学院机械系安徽工程科技学院机械系工件变形引起的加工误差工件变形引起的加工误差（工件细长）（工件细长） 由于工件变形，使工件加由于工件变形，使工件加工后成鼓形工后成鼓形工件受力变形引起的加工件受力变形引起的加工误差工误差LxxLEIFypw22)

30、(34.1 机械加工精度机械加工精度安徽工程科技学院机械系由于工艺系统受力变形，使毛由于工艺系统受力变形，使毛坯误差部分反映到工件上，此坯误差部分反映到工件上，此种现象称为种现象称为“误差复映误差复映”。原因：原因：工件加工过程中，加工工件加工过程中，加工余量不均或工件材料硬度不均余量不均或工件材料硬度不均等，都将引起切削力的改变，等，都将引起切削力的改变，使工艺系统的变形发生变化，使工艺系统的变形发生变化，造成加工误差造成加工误差2 2、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4.1 机械加工精度机械加工精度mxtppxtxtpxtpwkCaakCkFkFyy)(21212

31、1安徽工程科技学院机械系安徽工程科技学院机械系 误差复映系数误差复映系数机械加工中，误差复映系数通常小于机械加工中，误差复映系数通常小于1 1。可通过多次走。可通过多次走刀，消除误差复映的影响。刀，消除误差复映的影响。 误差复映程度可用误差复映系数来表示，误差复误差复映程度可用误差复映系数来表示，误差复映系数与系统刚度成反比。映系数与系统刚度成反比。4.1 机械加工精度机械加工精度xtkCnz21安徽工程科技学院机械系 毛坯的任何形状、位置误差都会复映给零件，毛坯的任何形状、位置误差都会复映给零件，使加工后的使加工后的零件存在相似的加工误差零件存在相似的加工误差。=工工 /毛毛= C /k系系

32、 总是小于总是小于1，有修正误差的能力，有修正误差的能力 多次进给多次进给=123 k系系越大越大，就越小，复映到工件上的就越小，复映到工件上的误差越小误差越小讨论：讨论：安徽工程科技学院机械系3 3、夹紧力、重力引起的加工误差、夹紧力、重力引起的加工误差夹紧力影响夹紧力影响a） b）薄壁套夹紧变形薄壁工件磨削【例【例1 1】薄壁套夹紧变形薄壁套夹紧变形 解决：解决：加开口套加开口套【例【例2 2】薄壁工件磨削薄壁工件磨削 解决：解决：加橡皮垫加橡皮垫4.1 机械加工精度机械加工精度安徽工程科技学院机械系龙门铣横梁变形【例【例】龙门铣横梁龙门铣横梁龙门铣横梁变形补偿重力影响重力影响 解决解决1

33、 1：重量转移重量转移 解决解决2 2：变形补偿变形补偿4.1 机械加工精度机械加工精度安徽工程科技学院机械系减少工艺系统受力变形的途减少工艺系统受力变形的途径径4.1 机械加工精度机械加工精度1、提高工艺系统的刚度、提高工艺系统的刚度1）设计机床、夹具、刀具有足够的刚度）设计机床、夹具、刀具有足够的刚度2）提高工件在加工中的刚度）提高工件在加工中的刚度 （如细长轴零件的跟刀架和中心架如细长轴零件的跟刀架和中心架）3）提高连接表面的接触刚度：提高机床部件中零件接合表）提高连接表面的接触刚度：提高机床部件中零件接合表面质量，预加载荷，提高定位基准面精度和粗糙度等。面质量，预加载荷，提高定位基准面

34、精度和粗糙度等。4）采用合理的装夹和加工方式及增加辅助支承。）采用合理的装夹和加工方式及增加辅助支承。2、减少载荷及其变化、减少载荷及其变化 合理选择刀具几何参数和切削用量，以减少切削力（合理选择刀具几何参数和切削用量，以减少切削力（Fp）；）； 通过对毛坯分组加工，使得一次调整后加工的毛坯余量比较通过对毛坯分组加工，使得一次调整后加工的毛坯余量比较均匀，减少切削力的变化，减少误差复映。均匀，减少切削力的变化，减少误差复映。安徽工程科技学院机械系 孔加工刀具（钻头、铰刀、镗刀）在使用孔加工刀具（钻头、铰刀、镗刀）在使用中，通过增设附加支承（钻套、镗套）来中，通过增设附加支承（钻套、镗套）来提高

35、刀具刚度提高刀具刚度镗杆nf镗刀工件镗套工件钻头钻模板钻套nf提高刀具在加工中的刚度提高刀具在加工中的刚度安徽工程科技学院机械系四、工艺系统受热变形引起的误差四、工艺系统受热变形引起的误差 工艺系统在各种热源作用下，会产生相应的工艺系统在各种热源作用下，会产生相应的热变形热变形，从而从而破坏工件与刀具间正确的相对位置破坏工件与刀具间正确的相对位置，造成加工误差。，造成加工误差。电机、轴承、齿电机、轴承、齿轮、油泵等轮、油泵等工件、刀具、切工件、刀具、切屑、切削液屑、切削液气温、室温变化、气温、室温变化、热、冷风等热、冷风等热源热源切削热切削热 摩擦热摩擦热 外部热源外部热源 内部热源内部热源

36、环境温度环境温度 热辐射热辐射 日光、照明、暖气日光、照明、暖气、体温等、体温等安徽工程科技学院机械系r工艺系统的热平衡工艺系统的热平衡 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。时，它们也通过各种传热方式向周围散发热量。 热热 平平 衡衡 当单位时间内传入和散发的热当单位时间内传入和散发的热量相等时，工艺系统达到了热平量相等时，工艺系统达到了热平衡状态。衡状态。 而工艺系统的热变形也就达到而工艺系统的热变形也就达到某种程度的稳定。某种程度的稳定。 安徽工程科技学院机械系1 1机床热变形引起的误差机床热

37、变形引起的误差v 体积大，热容量大，温升不高，达到热平衡时间长体积大，热容量大，温升不高，达到热平衡时间长v 结构复杂，温度场和变形不均匀，对加工精度影响显著结构复杂，温度场和变形不均匀，对加工精度影响显著4.1 机械加工精度机械加工精度 主要是主轴部件、床身导轨及两者相对位置的热变形主要是主轴部件、床身导轨及两者相对位置的热变形安徽工程科技学院机械系v 立铣（图立铣（图a a）a）铣床受热变形形态b）外圆磨床受热变形形态c）导轨磨床受热变形形态v 外圆磨（图外圆磨（图b b）v 导轨磨（图导轨磨（图c c）4.1 机械加工精度机械加工精度安徽工程科技学院机械系特点特点变形曲线变形曲线(min

38、)(min)车刀热变形曲线车刀热变形曲线连续切削升温曲线连续切削升温曲线冷却曲线冷却曲线间断切削升温曲线间断切削升温曲线（mm）maxmaxb b0 0c c0.630.63maxmax4.1 机械加工精度机械加工精度安徽工程科技学院机械系工件均匀受热工件均匀受热 5 5级丝杠累积误差全长应级丝杠累积误差全长应5m5m，可见热变形的严重性，可见热变形的严重性531.171040014.710()4.7()LLtmmm式中式中 LL 长度热变形量；长度热变形量； L L 工件原有在热变形方向上的尺寸；工件原有在热变形方向上的尺寸； 工件材料线膨胀系数；工件材料线膨胀系数； tt 温升。温升。LL

39、t4.1 机械加工精度机械加工精度安徽工程科技学院机械系工件不均匀受热工件不均匀受热此值已大于精密导轨平面度要求此值已大于精密导轨平面度要求例例：高高600mm600mm，长，长2000mm2000mm的床身，的床身，若上表面温升为若上表面温升为33，则变形量为：，则变形量为：4.1 机械加工精度机械加工精度结果结果：加工时上表面升温，工件向上拱起，：加工时上表面升温，工件向上拱起，磨削时将中凸部分磨平，冷却后工件下凹。磨削时将中凸部分磨平，冷却后工件下凹。HtLfl82mmHtLfl0275. 0600832000101 . 18252安徽工程科技学院机械系 分离热源、采用隔热措分离热源、采

40、用隔热措施，改善摩擦条件，减少热施，改善摩擦条件，减少热量产生。量产生。减小温差减小温差1)减少发热和隔离热源减少发热和隔离热源 2)均衡温度场均衡温度场3)改进机床布局和结构设计改进机床布局和结构设计4)保持工艺系统的热平衡保持工艺系统的热平衡5)控制环境温度控制环境温度6)热位移补偿热位移补偿加工前使机床高速空转，加工前使机床高速空转， 达到热平衡时再切削加工达到热平衡时再切削加工采用热对称结构合理选择采用热对称结构合理选择机床零部件的安装基准机床零部件的安装基准寻求各部件热变形的规寻求各部件热变形的规 律建立律建立热变形位移数字热变形位移数字 模型并存入模型并存入计算机中进计算机中进 行

41、实时补偿行实时补偿。恒温车间、使用门帘、恒温车间、使用门帘、取暖装置均匀布置；取暖装置均匀布置； 安徽工程科技学院机械系什么是内应什么是内应 力力内应力是指在没有外部载荷的情况内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，又称下，存在于工件内部的应力，又称残余应力。残余应力。 产生原因产生原因内应力是由金属内部的相邻宏观或内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而产生的，促使这种变化的因素主要来自热加工或冷加工。要来自热加工或冷加工。内应力对零件的影响内应力对零件的影响工件内应力引起的误差工件内应力引起的

42、误差内应力重新分布，零件产生变内应力重新分布，零件产生变形，从而破坏原有的精度。形，从而破坏原有的精度。 安徽工程科技学院机械系 铸件内应力引起的变形铸件内应力引起的变形v毛坯制造中产生的内应力毛坯制造中产生的内应力安徽工程科技学院机械系安徽工程科技学院机械系v冷校直引起的内应力冷校直引起的内应力安徽工程科技学院机械系切削加工切削加工 磨削加工磨削加工 毛坯制造毛坯制造 热处理热处理 冷校直冷校直 减少内应力引起变形的措施减少内应力引起变形的措施 1 1合理设计零件结构合理设计零件结构 应尽量简化结构，减小应尽量简化结构，减小 零件各部分尺寸差异，零件各部分尺寸差异， 以减少铸锻件毛坯在制以减

43、少铸锻件毛坯在制 造中产生的残余应力。造中产生的残余应力。2增加消除残余应力的专门工序增加消除残余应力的专门工序 对铸、锻、焊接件进行退火或回火；对铸、锻、焊接件进行退火或回火； 工件淬火后进行回火；对精度要求工件淬火后进行回火；对精度要求 高的零件在粗加工或半精加工后进高的零件在粗加工或半精加工后进 行时效处理（自然、人工、振动时行时效处理（自然、人工、振动时 效处理）效处理） 3合理安排工艺过程合理安排工艺过程 在安排零件加工工在安排零件加工工 艺过程中，尽可能将粗、艺过程中，尽可能将粗、精加工分在不同工序中精加工分在不同工序中进行。进行。 产生内应力的原因产生内应力的原因 安徽工程科技学

44、院机械系加工误差加工误差系统性误差系统性误差随机性误差随机性误差常值系统性误差常值系统性误差:在顺序加工一批工件在顺序加工一批工件时，误差的大小和方向保持不变。时，误差的大小和方向保持不变。变值系统性误差：变值系统性误差：在顺序加工一批工件在顺序加工一批工件时，误差的大小和方向呈有规律变化。时，误差的大小和方向呈有规律变化。4.2 加工误差的统计分析加工误差的统计分析一、加工误差的分类一、加工误差的分类毛坯误差的复映，定位误差、夹紧误差、毛坯误差的复映，定位误差、夹紧误差、内应力引起的误差、多次调整误差内应力引起的误差、多次调整误差加工原理误差，机床、刀具、夹具量具的制加工原理误差，机床、刀具

45、、夹具量具的制造误差，一次性调整误差，工艺系统受力变造误差，一次性调整误差，工艺系统受力变形引起的误差；形引起的误差；工艺系统受热变形、刀具的磨损；工艺系统受热变形、刀具的磨损；在顺序加工一批工件时，误差的大小和在顺序加工一批工件时，误差的大小和方向呈无规律变化。方向呈无规律变化。安徽工程科技学院机械系 在生产中，误差性质的判别应根据工件的实在生产中，误差性质的判别应根据工件的实际加工情况决定。在际加工情况决定。在不同的生产场合，误差的表不同的生产场合，误差的表现性质会有所不同，现性质会有所不同，原属于常值系统性的误差有原属于常值系统性的误差有时会变成随机性误差。时会变成随机性误差。 例如：对

46、一次调整中加工出来的工件来说，例如：对一次调整中加工出来的工件来说，调整误差是常值误差，但在大量生产中一批工件调整误差是常值误差，但在大量生产中一批工件需要经多次调整，则每次调整时的误差就是随机需要经多次调整，则每次调整时的误差就是随机误差了。误差了。安徽工程科技学院机械系 不同性质误差的不同性质误差的 解决途径解决途径 对随机性误差，从表面上看似乎没有规律，对随机性误差，从表面上看似乎没有规律，但是应用数理统计的方法可以找出一批工件加但是应用数理统计的方法可以找出一批工件加工误差的工误差的总体规律，总体规律，查出产生误差的根源，在查出产生误差的根源，在工艺上采取措施来加以控制。工艺上采取措施

47、来加以控制。 对于变值系统性误差，在查明其大小和方对于变值系统性误差，在查明其大小和方向随时间变化的规律后，可采用向随时间变化的规律后，可采用自动连续补偿自动连续补偿或自动周期补偿或自动周期补偿的方法消除。的方法消除。 对于常值系统性误差，在查明其大小和方对于常值系统性误差，在查明其大小和方向后，采取相应的向后，采取相应的调整或检修调整或检修工艺装备，以及工艺装备，以及用一种常值系统性误差去用一种常值系统性误差去补偿补偿原来的常值系统原来的常值系统性误差，即可消除或控制误差在公差范围内。性误差，即可消除或控制误差在公差范围内。 安徽工程科技学院机械系二、加工误差的统计分析二、加工误差的统计分析

48、 以生产现场对工件进行实际测量所得到以生产现场对工件进行实际测量所得到的数据为基础，应用数理统计的方法，分析的数据为基础，应用数理统计的方法，分析一批工件的情况，从而找到产生误差的原因一批工件的情况，从而找到产生误差的原因和性质，以便提出解决问题的方法。和性质，以便提出解决问题的方法。经常采用的统计分析方法有经常采用的统计分析方法有分布图分析法分布图分析法和和点图点图分析法分析法4.2 加工误差的统计分析加工误差的统计分析安徽工程科技学院机械系4.2 加工误差的统计分析加工误差的统计分析1 1实际分布图（直方图）实际分布图（直方图） 以以工件尺寸工件尺寸为横坐为横坐标，以标，以频数频数或或频率

49、频率为纵为纵坐标，即可作出该工序坐标，即可作出该工序工件加工尺寸的实际分工件加工尺寸的实际分布图布图直方图。直方图。组距样本容量数组距频频率频率密度直方图-14.5-8.55-3.5x y （频数）（偏差值）（平均偏差）-15-10-5（公差带中心）（公差带下限）（公差带上限）安徽工程科技学院机械系niixnX11niiXxn12)(1样本平均值：样本平均值：标准偏差：标准偏差： 4.2 加工误差的统计分析加工误差的统计分析样本的数字特征：样本的数字特征： 样本与组数样本与组数k k的选择：的选择：数据的数量数据的数量5050100100100100250250250250以上以上分组数分组数

50、k k6 610107 7121210102020尺寸的分散尺寸的分散中心中心尺寸的分散尺寸的分散程度程度安徽工程科技学院机械系4.2 加工误差的统计分析加工误差的统计分析直方图的绘制实例：直方图的绘制实例：磨削一批轴径磨削一批轴径 mmmm的工件。的工件。06.001.0601 1）收集数据）收集数据 样本容量样本容量n n取取100100，44 20 46 32 20 40 52 33 40 25 43 38 40 41 30 36 49 51383422 46 38 30 42 38 27 49 45 45 38 32 45 48 28 36 52 32423840 42 38 52 3

51、8 36 37 43 28 45 36 50 46 33 30 40 44 34424722 28 34 30 36 32 35 22 40 35 36 42 46 42 50 40 36 2016 5332 46 20 28 46 2854 18 32 33 26 45 47 36 38 30 49 183838轴径尺寸偏差实测值轴径尺寸偏差实测值m） 找出最大值找出最大值XmaxXmax60.054m60.054m和最小值和最小值XminXmin =60.016m =60.016m。 安徽工程科技学院机械系2 2）分组）分组 k=9k=9。3 3）计算组距）计算组距h h 取取h=5mh=

52、5m。4 4）计算各组的上、下界值）计算各组的上、下界值 如第如第2 2组的下界值为：组的下界值为： 第第2 2组的上界值为：组的上界值为： 5 5）计算各组的中心值）计算各组的中心值 如第如第2 2组的中心值为：组的中心值为：mmkxxh75. 41916541minmax2/) 1(minhhjx（j=1,2,3,k） m5 .18m)2/55) 12(16(m5 .23m)2/55) 12(16(hjx) 1(2min某组下限值某组上限值m215) 12(164.2 加工误差的统计分析加工误差的统计分析安徽工程科技学院机械系6 6）记录各组数据）记录各组数据，整理成下列频数分布表。，整理

53、成下列频数分布表。组号组界（m）中心值频数统计频率（%）频率密度（m）（%）113.518.516330.6218.523.521771.4323.528.526881.6428.533.53113132.6533.538.53626265.2638.543.54116163.2743.548.54616163.2848.553.55110102.0953.558.556110.27 7）计算）计算 和和 XmxnXnii29.3711mXxnnii93. 8)(1124.2 加工误差的统计分析加工误差的统计分析安徽工程科技学院机械系4.2 加工误差的统计分析加工误差的统计分析8 8）按上表所

54、列数据以频率密度为纵坐标，组距（尺寸）按上表所列数据以频率密度为纵坐标，组距（尺寸间隔）为横坐标，画出直方图间隔）为横坐标，画出直方图；再由直方图的各矩形顶；再由直方图的各矩形顶端的中心点连成折线。端的中心点连成折线。安徽工程科技学院机械系（1 1） 正态分布曲线正态分布曲线 概率密度函数概率密度函数yF（z）图4-45 正态分布曲线( z = 0 )x(z)0z- +2、理论分布曲线、理论分布曲线4.2 加工误差的统计分析加工误差的统计分析）0,(21222)(xeyxx n一批工件的数目（样本数）。一批工件的数目（样本数）。 x工件的平均尺寸（分散中心），工件的平均尺寸（分散中心），nii

55、xnx1;1 一批零件的均方根差，一批零件的均方根差，;)(112niixxn安徽工程科技学院机械系r工序标准偏差工序标准偏差决定了分布曲线的形状和分散范围。决定了分布曲线的形状和分散范围。 当算术平均值保持不变时，当算术平均值保持不变时， 值越小则曲线形状越值越小则曲线形状越 陡，尺寸分散范围越小，加工精度越高；陡，尺寸分散范围越小，加工精度越高； 值越大则曲线形状越平坦，尺寸分散范围越大，加值越大则曲线形状越平坦，尺寸分散范围越大，加 工精度越低，如下页图工精度越低，如下页图b所示。所示。 的大小实际反映了的大小实际反映了变值系统误差和随机性误差变值系统误差和随机性误差的影的影 响程度，变

56、值系统误差和随机性误差越大则响程度，变值系统误差和随机性误差越大则越大。越大。 xr算术平均值算术平均值v正态分布曲线的特征参数正态分布曲线的特征参数r正态分布曲线的特征参数有两个，即正态分布曲线的特征参数有两个，即 x和和是确定曲线位置的参数。是确定曲线位置的参数。 若若x改变时，整个曲线沿改变时，整个曲线沿轴平移，但曲线形状不变，轴平移，但曲线形状不变，如下页图如下页图a所示。所示。 使使x产生变化的主要原因是产生变化的主要原因是常值系统误差常值系统误差的影响。的影响。安徽工程科技学院机械系 正态分布曲线及其特征正态分布曲线及其特征安徽工程科技学院机械系正态分布图特征：正态分布图特征：曲线

57、对称于直线曲线对称于直线x曲线与曲线与x x轴围成的面积代表了一批工件的全部，即轴围成的面积代表了一批工件的全部，即100%100%，其相对面积为，其相对面积为1 1。 实际生产中常常认为加实际生产中常常认为加工一批工件尺寸全部在工一批工件尺寸全部在3 3 范围内，即：范围内，即：正态分布曲线的分散范围为正态分布曲线的分散范围为3 3 ，工艺上称该原则为，工艺上称该原则为66准则。准则。4.2 加工误差的统计分析加工误差的统计分析在在33范围内，曲线范围内，曲线围成的面积为围成的面积为0.99730.9973。安徽工程科技学院机械系F 3（或（或6）的概念在研究加工误差时应用的概念在研究加工误

58、差时应用 很广。很广。 6的大小代表了某种加工方法在一定的条件的大小代表了某种加工方法在一定的条件 （如毛坯余量、机床、夹具、刀具等）下所能达（如毛坯余量、机床、夹具、刀具等）下所能达 到的加工精度。到的加工精度。 所以在一般情况下，应使所选择的加工方法的所以在一般情况下，应使所选择的加工方法的 标准偏差标准偏差与公差带宽度与公差带宽度T之间具有下列关系：之间具有下列关系： 6T 但考虑到系统误差及其它因素的影响，应当使但考虑到系统误差及其它因素的影响，应当使 6小于公差带宽度小于公差带宽度T，才能可靠地保证加工，才能可靠地保证加工 精度。精度。安徽工程科技学院机械系非正态分布曲线非正态分布曲

59、线 xy0a）双峰分布双峰分布：双峰分布：两次调整下加工两次调整下加工的工件或两台机床加工的工件的工件或两台机床加工的工件混在一起混在一起xy0b）平顶分布xy0c）偏向分布平顶分布：平顶分布：工件瞬时尺寸分工件瞬时尺寸分布呈正态，其算术平均值近似布呈正态，其算术平均值近似成线性变化（如刀具和砂轮均成线性变化（如刀具和砂轮均匀磨损）匀磨损）偏向分布：偏向分布：如工艺系统存在如工艺系统存在显著的热变形，或试切法加工显著的热变形，或试切法加工孔时宁小勿大，加工外圆时宁孔时宁小勿大，加工外圆时宁大勿小大勿小4.2 加工误差的统计分析加工误差的统计分析安徽工程科技学院机械系确定各种加工方法所能达到的精度确定各种加工方法所能达