第4章机械加工质量1

1、机械工程学院 机械制造基础1主讲: 武武 凯凯机械工程学院 机械制造基础2第第4 4章章 机械加工质量机械加工质量4.1 4.1 机械加工精度机械加工精度 4.1.1 4.1.1 概述概述 4.1.2 4.1.2 获得加工精度的方法获得加工精度的方法 4.1.3 4.1.3 工艺系统几何误差工艺系统几何误差 4.1.4 4.1.4 工艺系统受力变形工艺系统受力变形 4.1.5 4.1.5 工艺系统热变形工艺系统热变形 4.1.6 4.1.6 工件内应力引起的变形工件内应力引起的变形 4.1.7 4.1.7 加工误差的综合加工误差的综合 4.1.8 4.1.8 保证和提高加工精度的途径保证和提高

2、加工精度的途径4.2 4.2 加工表面质量加工表面质量 4.2.1 4.2.1 表面质量的基本概念表面质量的基本概念 4.2.2 4.2.2 影响加工表面粗糙度主要因素及其控制影响加工表面粗糙度主要因素及其控制 4.2.3 4.2.3 影响表面物理、力学性能的因素及其控制影响表面物理、力学性能的因素及其控制机械工程学院 机械制造基础34.1 机械加工精度机械加工精度4.1.1 概述概述 1）加工精度的概念）加工精度的概念 加工精度：加工精度：是指零件加工后，其几何参数的实际数值与是指零件加工后，其几何参数的实际数值与图纸规定的设计数值相符合的程度。加工精度包括：图纸规定的设计数值相符合的程度。

3、加工精度包括： 尺寸精度：尺寸精度：加工表面的实际尺寸与设计尺寸的尺寸误差不超过一加工表面的实际尺寸与设计尺寸的尺寸误差不超过一定的尺寸公差范围。在国标中尺寸公差分定的尺寸公差范围。在国标中尺寸公差分20级（级（IT01、IT0、IT1IT18）。）。 几何形状精度：几何形状精度：加工表面的实际几何要素对理想几何要素的变动加工表面的实际几何要素对理想几何要素的变动量不超过一定公差范围。在国标中形状公差有六项：直线度、平量不超过一定公差范围。在国标中形状公差有六项：直线度、平面度、圆度、圆柱度、线轮廓度、面轮廓度。面度、圆度、圆柱度、线轮廓度、面轮廓度。 相互位置精度：相互位置精度：加工表面的实

4、际几何要素对由基准确定方向或位加工表面的实际几何要素对由基准确定方向或位置的理想几何要素的变动量。在国标中位置公差有八项：平行度、置的理想几何要素的变动量。在国标中位置公差有八项：平行度、垂直度、倾斜度、同轴度、对称度、位置度、圆跳动、全跳动。垂直度、倾斜度、同轴度、对称度、位置度、圆跳动、全跳动。机械工程学院 机械制造基础42 2）原始误差的来源及其与加工误差）原始误差的来源及其与加工误差l l 加工误差：加工误差：是指零件加工后，其几何参数的实际数值是指零件加工后，其几何参数的实际数值与图纸规定的设计数值不符合的程度，即实际数值与设与图纸规定的设计数值不符合的程度，即实际数值与设计数值之差

5、。计数值之差。 l l 原始误差：原始误差：包括机床、夹具、刀具及工件在内的机械包括机床、夹具、刀具及工件在内的机械加工工艺系统各环节的误差，是造成零件加工误差的工加工工艺系统各环节的误差，是造成零件加工误差的工艺因素。艺因素。l l 原始误差与加工误差的关系原始误差与加工误差的关系 原始误差对加工误差的影响与其在工序尺寸方向上分量原始误差对加工误差的影响与其在工序尺寸方向上分量的大小有关。的大小有关。误差敏感方向：误差敏感方向：原始误差对加工精度影响最大的方向。原始误差对加工精度影响最大的方向。误差不敏感方向：误差不敏感方向：原始误差对加工精度影响最小的方向。原始误差对加工精度影响最小的方向

6、。机械工程学院 机械制造基础5l l 原始误差的来源原始误差的来源(1) 工件定位与夹紧误差：工件定位与夹紧误差：定位误差、夹紧变形。定位误差、夹紧变形。(2) 工艺系统静（几何）误差：工艺系统静（几何）误差：机床、夹具、刀具的制机床、夹具、刀具的制造误差。造误差。(3) 调整误差：调整误差：工艺系统位置调整产生的误差。工艺系统位置调整产生的误差。(4) 工艺系统的动（过程）误差：工艺系统的动（过程）误差：工艺系统受力及内应工艺系统受力及内应力、热等产生的变形及磨损。力、热等产生的变形及磨损。(5) 测量误差：测量误差：测量方法及测量器具的误差。测量方法及测量器具的误差。(6) 加工原理误差：

7、加工原理误差：用近似的表面成形运动代替理论的用近似的表面成形运动代替理论的表面成形运动，用近似的刀具刃形代替正确的刃形等表面成形运动，用近似的刀具刃形代替正确的刃形等产生的加工误差。产生的加工误差。机械工程学院 机械制造基础64.1.2 获得加工精度的方法获得加工精度的方法（2）调整法：）调整法：通过预调好的机床、夹具、刀具、工件，在加工中通过预调好的机床、夹具、刀具、工件，在加工中自行获得尺寸精度。自行获得尺寸精度。（3）定尺寸刀具法：）定尺寸刀具法：用一定形状和尺寸的刀具加工获得。用一定形状和尺寸的刀具加工获得。（4）自动控制法：）自动控制法：用一定装置，边加工边自动测量控制加工。用一定装

8、置，边加工边自动测量控制加工。2. 形状精度的获得方法形状精度的获得方法（1）轨迹法）轨迹法 ：利用刀具与工件间的相对运动轨迹来获得形状。利用刀具与工件间的相对运动轨迹来获得形状。（2）成形法：）成形法：利用成形刀具加工获得表面形状。利用成形刀具加工获得表面形状。（3）展成法：）展成法：利用刀具与工件相对运动使刀刃的包络线构成工件利用刀具与工件相对运动使刀刃的包络线构成工件加工表面的形状。加工表面的形状。l. 尺寸精度的获得方法尺寸精度的获得方法（1）试切法：）试切法：试切试切测量测量调整调整再试切再试切机械工程学院 机械制造基础7 获得加工精度的方法获得加工精度的方法3. 位置精度的获得方法

9、位置精度的获得方法（1）一次装夹获得法）一次装夹获得法 （2）多次装夹获得法）多次装夹获得法装夹的方式：装夹的方式：直接装夹、找正装夹、夹具装夹。直接装夹、找正装夹、夹具装夹。机械工程学院 机械制造基础84.1.3 工艺系统几何误差工艺系统几何误差1.机床误差机床误差 机床精度取决于其制造精度、装配精度及磨损情况，机床精度取决于其制造精度、装配精度及磨损情况，其中对加工精度影响最大的是主轴误差、导轨误差等。其中对加工精度影响最大的是主轴误差、导轨误差等。 主轴回转误差主轴回转误差（主轴轴线漂移）：（主轴轴线漂移）： 纯径向跳动：纯径向跳动：车削外圆、镗孔时产生圆度误差。车削外圆、镗孔时产生圆度

10、误差。 纯轴向窜动：纯轴向窜动：车端面产生平面度误差；车螺纹产生螺车端面产生平面度误差；车螺纹产生螺距小周期误差。距小周期误差。 纯角度摆动：纯角度摆动：产生圆柱度或端面形状误差。产生圆柱度或端面形状误差。机械工程学院 机械制造基础9提高主轴回转精度的措施提高主轴回转精度的措施:（1）提高主轴部件的制造精度，选用高精度滚动轴承或）提高主轴部件的制造精度，选用高精度滚动轴承或采用动压、静压轴承（刚度高、回转精度高）；采用动压、静压轴承（刚度高、回转精度高）；（2）对滚动轴承进行预紧，以消除间隙或产生微量过盈，）对滚动轴承进行预紧，以消除间隙或产生微量过盈，提高轴承刚度。提高轴承刚度。（3）采用合

11、理的工艺方法来消除主轴回精度对加工精度）采用合理的工艺方法来消除主轴回精度对加工精度的影响，主轴只起传递动力和运动的作用。的影响，主轴只起传递动力和运动的作用。 例：采用固定顶尖定位加工，工件轴线不变。例：采用固定顶尖定位加工，工件轴线不变。 机械工程学院 机械制造基础10 导轨误差：导轨误差：对加工误差的影响（以车削为例）对加工误差的影响（以车削为例） 直线度误差直线度误差：yR 水平面内：水平面内：RzR22 垂垂直直面面内内：AHy 导轨扭曲：导轨扭曲：传动链误差：传动链误差：螺纹加工、齿轮加工等要求刀具与工件间螺纹加工、齿轮加工等要求刀具与工件间保持固定的传动关系，传动误差将影响螺纹导

12、程、齿轮的保持固定的传动关系，传动误差将影响螺纹导程、齿轮的分度精度等。分度精度等。机械工程学院 机械制造基础112. 2. 刀具误差刀具误差 展成法：展成法：加工表面是无数刀刃轨迹的包络面，刀刃形状加工表面是无数刀刃轨迹的包络面，刀刃形状为加工表面的共扼曲线，刀具误差会影响加工表面的形状为加工表面的共扼曲线，刀具误差会影响加工表面的形状误差。误差。 轨迹法：轨迹法：工件表面是刀尖与工件相对运动轨迹的包络面。工件表面是刀尖与工件相对运动轨迹的包络面。 定尺寸刀具：定尺寸刀具：如钻头、铰刀、拉刀等，尺寸、形状直接如钻头、铰刀、拉刀等，尺寸、形状直接影响工件尺寸和形状精度。影响工件尺寸和形状精度。

13、刀具误差包括刀刃廓形制造、磨损误差及刀具安装误差。刀具误差包括刀刃廓形制造、磨损误差及刀具安装误差。 成形法：成形法：刀具表面廓形刀具表面廓形“复印复印”到加工表面上。安装误到加工表面上。安装误差也直接影响加工表面形状精度。例如：车削螺纹，车刀差也直接影响加工表面形状精度。例如：车削螺纹，车刀安装偏高或偏低，三角形牙型轮廓会变成双曲线。安装偏高或偏低，三角形牙型轮廓会变成双曲线。机械工程学院 机械制造基础123. 3. 夹具制造误差夹具制造误差 定位元件、刀具导向装置、对刀装置、分度机构定位元件、刀具导向装置、对刀装置、分度机构以及夹具体等零件及组件的制造误差、组装位置以及夹具体等零件及组件的

14、制造误差、组装位置误差，引起加工表面尺寸及位置误差。误差，引起加工表面尺寸及位置误差。 夹具磨损引起的定位误差。夹具磨损引起的定位误差。夹具制造误差主要是：夹具制造误差主要是：机械工程学院 机械制造基础134.1.4 4.1.4 工艺系统受力变形工艺系统受力变形 机械加工过程中，在重力、切削力、惯性力、传动力等外力作机械加工过程中，在重力、切削力、惯性力、传动力等外力作用下，工艺系统都会变形，破坏刀具与工件间的正确位置，从而产用下，工艺系统都会变形，破坏刀具与工件间的正确位置，从而产生加工误差。以下主要讨论工艺系统受力情况下弹性变形对加工精生加工误差。以下主要讨论工艺系统受力情况下弹性变形对加

15、工精度的影响。度的影响。1.工艺系统的刚度工艺系统的刚度 刚度刚度：指加到系统上的作用力：指加到系统上的作用力F与由它产生的在作用力方向上的位与由它产生的在作用力方向上的位移移y的比值。即的比值。即K=F/y工艺系统的刚度工艺系统的刚度：指垂直于待加工表面的切削分力：指垂直于待加工表面的切削分力Fp与工件、刀具与工件、刀具在在Py方向相对位移之比值。方向相对位移之比值。Ks=Fp/ys机械工程学院 机械制造基础14车削细长工件 细长工件刚度低，切削时工件产生弯曲变形而让刀，细长工件刚度低，切削时工件产生弯曲变形而让刀，且不同的部位变形程度不同，加工工件为腰鼓形。且不同的部位变形程度不同，加工工

16、件为腰鼓形。车削短而粗的刚性轴 短轴刚度高，切削时工艺系统（主要是机床）的各部分短轴刚度高，切削时工艺系统（主要是机床）的各部分刚度不等，不同的部位变形程度不同而让刀，加工工件刚度不等，不同的部位变形程度不同而让刀，加工工件为马鞍形，且最小直径出现在中间靠近刚度高的一侧。为马鞍形，且最小直径出现在中间靠近刚度高的一侧。（1）切削力对加工精度的影响）切削力对加工精度的影响2. 工艺系统受力对加工精度的影响工艺系统受力对加工精度的影响机械工程学院 机械制造基础15（2）误差复映）误差复映有形状误差（或相互位置误差）的工件毛坯，在加工后，因加工余有形状误差（或相互位置误差）的工件毛坯，在加工后，因加

17、工余量不均，切削力变化，使工艺系统产生了相应的变形，其形状误差量不均，切削力变化，使工艺系统产生了相应的变形，其形状误差（或位置误差）仍以与毛坯相似的形式、程度不同地反映在新的加（或位置误差）仍以与毛坯相似的形式、程度不同地反映在新的加工表面上。工件误差工表面上。工件误差g对毛坯误差对毛坯误差 m的复映程度称为误差复映系的复映程度称为误差复映系数数。即即 = g / m例：车削加工短圆柱毛坯，该毛坯有圆度误差（椭圆），这时系统例：车削加工短圆柱毛坯，该毛坯有圆度误差（椭圆），这时系统刚度可即近似看成常数。因此切削过程中背吃刀量在不断变化，从刚度可即近似看成常数。因此切削过程中背吃刀量在不断变化

18、，从而导致系统的变形量也随之而变，最终加工后的表面仍为椭圆。而导致系统的变形量也随之而变，最终加工后的表面仍为椭圆。 为小于为小于1的正数，每次切削的复印系数为的正数，每次切削的复印系数为 1 ， 2 ， 3最终误差复映系数为最终误差复映系数为= 1 2 3 1，故切削次数越多误差越小。，故切削次数越多误差越小。机械工程学院 机械制造基础16（3）惯性力引起加工误差）惯性力引起加工误差 单爪拨盘产生离心力而产生定位端面位置误差；传递力矩与切削单爪拨盘产生离心力而产生定位端面位置误差；传递力矩与切削力矩平衡，半径方向变形是切削力与传动力产生位移量代数和，力矩平衡，半径方向变形是切削力与传动力产生

19、位移量代数和，相加后结果为：心脏线轮廓。相加后结果为：心脏线轮廓。（4）夹紧变形）夹紧变形（5）重力变形）重力变形机械工程学院 机械制造基础17其它措施：其它措施：补偿系统受力变形、转移误差敏感方向、转补偿系统受力变形、转移误差敏感方向、转移误差等。移误差等。3. 减小工艺系统受力变形的措施减小工艺系统受力变形的措施 提高工艺系统的刚度：提高工艺系统的刚度：包括机床部件刚度、刀具与夹具包括机床部件刚度、刀具与夹具刚度、接触刚度等。刚度、接触刚度等。 控制受力大小和方向：控制受力大小和方向：通过合理选择切削参数、刀具角通过合理选择切削参数、刀具角度控制切削力或分力的大小，也可利用对称性抵消作用度

20、控制切削力或分力的大小，也可利用对称性抵消作用力；改变切削力的方向，避开误差敏感方向。力；改变切削力的方向，避开误差敏感方向。 采用合理的装夹和加工方式采用合理的装夹和加工方式。机械工程学院 机械制造基础184.1.5 工艺系统热变形工艺系统热变形 工艺系统热源：工艺系统热源： 切削热、传动系统摩擦能耗发热、派生热源（切屑、冷却液落切削热、传动系统摩擦能耗发热、派生热源（切屑、冷却液落在床身上）、外部热源。在床身上）、外部热源。 工艺系统热变形对加工精度的影响：工艺系统热变形对加工精度的影响： （1）机床由于各部分受热不均匀，发生弯曲和扭曲变形，降低了、）机床由于各部分受热不均匀，发生弯曲和扭

21、曲变形，降低了、机床几何精度，影响加工精度；机床几何精度，影响加工精度； （2）加工短小工件，加工可以忽略，但测量时要考虑热胀冷缩；）加工短小工件，加工可以忽略，但测量时要考虑热胀冷缩； （3）车长轴时，温度逐渐升高，刀具和工件变形渐大，切除量逐）车长轴时，温度逐渐升高，刀具和工件变形渐大，切除量逐渐增大，加工工件产生圆柱度误差；均匀热变形量计算：渐增大，加工工件产生圆柱度误差；均匀热变形量计算：（4）工件单面受力（如铣、刨、磨等），一面受热，工件上拱，）工件单面受力（如铣、刨、磨等），一面受热，工件上拱，加工后加工表面出现中凹。加工后加工表面出现中凹。tLL机械工程学院 机械制造基础19 减

22、少热变形影响的措施减少热变形影响的措施1) 减少发热源：分离电机、液压系统等；减少发热源：分离电机、液压系统等；2) 热补偿：均化温度场；热补偿：均化温度场；3) 保持系统热平衡：加工前先预热，平衡保持系统热平衡：加工前先预热，平衡后在加工；后在加工；4) 环境恒温。环境恒温。机械工程学院 机械制造基础20例：例：1. 工件刚度极大，床头刚度大于床尾，分析加工后加工表面工件刚度极大，床头刚度大于床尾，分析加工后加工表面形状误差。形状误差。 (a) 左小右大锥形；左小右大锥形；(b) 形成内凹端面；形成内凹端面；(c) 马鞍形，小径靠床头。马鞍形，小径靠床头。 2. 车削工件，产生图示误差，分析

23、主要原因。车削工件，产生图示误差，分析主要原因。(a) 锥形：导轨与主轴不平行、刀具磨损；锥形：导轨与主轴不平行、刀具磨损；(b) 腰鼓形：工件刚性差，产生让刀；腰鼓形：工件刚性差，产生让刀；(c) 马鞍形：工件刚性好，机床两端刚性差。马鞍形：工件刚性好，机床两端刚性差。机械工程学院 机械制造基础214.1.6 工件内应力引起的变形工件内应力引起的变形 工件的内应力工件的内应力是指当外载荷去掉后仍然存在与工件内部是指当外载荷去掉后仍然存在与工件内部的应力。存在内应力是工件处于不稳定的平衡状态，应力的应力。存在内应力是工件处于不稳定的平衡状态，应力变化将产生变形。变化将产生变形。 内应力产生的原

24、因：内应力产生的原因：1）毛坯制造中产生内应力：）毛坯制造中产生内应力：在铸造、锻造、焊接及热处理中工在铸造、锻造、焊接及热处理中工件受热不均及金相组织变化时体积的变化而产生内应力。件受热不均及金相组织变化时体积的变化而产生内应力。通常表面（薄的部位）先冷却凝固，芯部（厚的部位）后冷却，通常表面（薄的部位）先冷却凝固，芯部（厚的部位）后冷却，因此先冷却部分受压应力，后冷却部分受拉应力。因此先冷却部分受压应力，后冷却部分受拉应力。2）冷校直引起内应力：）冷校直引起内应力：刚性较差的、易变形的细长工件，采用冷刚性较差的、易变形的细长工件，采用冷校直的方法纠正弯曲变形时产生内应力。校直的方法纠正弯曲

25、变形时产生内应力。3）切削加工过程中产生内应力：）切削加工过程中产生内应力：切削过程中切削塑性变形、相变切削过程中切削塑性变形、相变等使工件表面产生残余应力。等使工件表面产生残余应力。机械工程学院 机械制造基础22 消除内应力的措施消除内应力的措施 合理设计零件结构：铸件、锻件壁厚均匀，焊接件合理设计零件结构：铸件、锻件壁厚均匀，焊接件焊缝分布均匀等；焊缝分布均匀等； 尽量不采用冷校直工艺：精密件严禁冷校直，可热尽量不采用冷校直工艺：精密件严禁冷校直，可热校直或加大余量多切削；校直或加大余量多切削； 合理安排时效处理消除内应力；合理安排时效处理消除内应力； 合理安排工艺过程：粗加工后过一定时间

26、后再精加合理安排工艺过程：粗加工后过一定时间后再精加工，粗加工后松开工件重新以较小的力装夹等。工，粗加工后松开工件重新以较小的力装夹等。机械工程学院 机械制造基础234.1.7 加工误差的综合加工误差的综合1）误差的性质）误差的性质（1）系统误差：）系统误差：连续加工一批工件时，加工误差的大小和方向连续加工一批工件时，加工误差的大小和方向保持一定或按某一确定规律变化。前者称为常值系统误差，后者称保持一定或按某一确定规律变化。前者称为常值系统误差，后者称为变值系统误差。为变值系统误差。（2）随机误差：）随机误差：连续加工一批工件时，加工误差的大小和方向连续加工一批工件时，加工误差的大小和方向都是

27、无规律地变化。随机误差服从统计规律。都是无规律地变化。随机误差服从统计规律。2）加工误差的综合）加工误差的综合加工误差的综合是根据加工情况分析加工精度的影响因素，分项加工误差的综合是根据加工情况分析加工精度的影响因素，分项计算主要误差，判断其性质，综合求得加工误差。计算主要误差，判断其性质，综合求得加工误差。 系统误差按代数和合成：系统误差按代数和合成：nisyisy1机械工程学院 机械制造基础24 随机误差的合成随机误差的合成概率法综合：概率法综合：mjchjch122.1其中其中1.2是随机误差的相对分布系数（简化近似取值）是随机误差的相对分布系数（简化近似取值）机械工程学院 机械制造基础

28、253）加工误差的统计分析）加工误差的统计分析 分布曲线法分布曲线法概率直方图与分布曲线概率直方图与分布曲线平频 率 直 方 图正 态 分 布y在正常加工条件下，用调整法加工一批工件所得的尺寸在正常加工条件下，用调整法加工一批工件所得的尺寸分布曲线符合正态分布曲线。分布曲线符合正态分布曲线。机械工程学院 机械制造基础26正态分布曲线正态分布曲线 正态分布正态分布密度密度函数函数:222)(exp21xxyniixnx11 算术平均值算术平均值:（工件尺寸分布中心）（工件尺寸分布中心） 标准偏差（均方根偏差）标准偏差（均方根偏差）：nxxi/2616263123 分布概率（分布面积）分布概率（分

29、布面积）：dzzzx022exp21)(xz 其中：其中：机械工程学院 机械制造基础27实例：实例：一批活塞精镗后销孔检验尺寸如表，图样尺寸一批活塞精镗后销孔检验尺寸如表，图样尺寸28-0.015mm分布中心：分布中心：9979.271mxnx标准差：标准差：=0.0022公差带中点公差带中点=28-0.015/2 =27.9925机械工程学院 机械制造基础28不合格品率计算：不合格品率计算：1. 计算：计算：xxz2. 查表：查表：(z)3. 计算：计算：合格品率合格品率= (z1) +(z2) yxx1xx-3x+3尺寸公差范围公差带中点x2BA不合格品率：不合格品率：FA=0.5-(z1

30、)FB=0.5-(z2)机械工程学院 机械制造基础29工艺能力系数工艺能力系数工艺能力系数工艺能力系数Cp=T/(6)工艺能力系数工艺方案的工艺能力，通常分为五级。工艺能力系数工艺方案的工艺能力，通常分为五级。机械工程学院 机械制造基础30例题：例题：车削一批小轴，直径车削一批小轴，直径20-0.1mm，测量结果服从正态分布，测量结果服从正态分布，公差带中心与分布中心差公差带中心与分布中心差0.03mm，标准差，标准差=0.025mm，求合格品，求合格品率和废品率，工艺能力系数率和废品率，工艺能力系数Cp。解：解：zA=xA/=(T/2+0.03)/ =(0.1/2+0.03)/0.025 =

31、3.2 FA=(zA)=0.499 zB=xB/=(T/2-0.03)/ =(0.1/2-0.03)/0.025 =0.8 FB=(zB)=0.288合格品率合格品率=FA+FB=0.787废品率废品率=1-0.787=0.213工艺能力系数：工艺能力系数：Cp=T/(6)=0.1/(6*0.025)=0.6667机械工程学院 机械制造基础31例题：例题：在外圆磨床上加工一批光轴，设计要求尺寸为在外圆磨床上加工一批光轴，设计要求尺寸为400.03mm，平均值，平均值=40.01mm加工后测得工件的尺寸呈正态分加工后测得工件的尺寸呈正态分布，且已知布，且已知=0.01mm，求：，求：（1）划出工

32、件尺寸分布曲线图和尺寸公差范围；）划出工件尺寸分布曲线图和尺寸公差范围；（2）计算工艺能力系数；）计算工艺能力系数；（3）废品率是多少？能否修复？）废品率是多少？能否修复？1 解解:（1）分布曲线如图。）分布曲线如图。 （2）工艺能力系数：）工艺能力系数： Cp= T/(6)=0.06/(6*0.01) =1 （3）不合格品都是尺寸过大，为可）不合格品都是尺寸过大，为可修复不合格品，不合格品率为：修复不合格品，不合格品率为： F=0.5- (z)=0.5-0.4772=2.28%3机械工程学院 机械制造基础32 控制图法：控制图法：控制图又称点图，生产中常用单值控制图和均值控制图又称点图，生产

33、中常用单值控制图和均值-极差控制图极差控制图（ -R图）。图）。1）单值控制图：）单值控制图：一般用于单件加工时间长和希望尽早发现异常，一般用于单件加工时间长和希望尽早发现异常，需要逐件画点，个别件的偶然因素影响判断。需要逐件画点，个别件的偶然因素影响判断。x2）均值）均值-极差控制图：极差控制图：机械工程学院 机械制造基础33机械工程学院 机械制造基础344.1.8 保证和提高加工精度的途径保证和提高加工精度的途径 减少或消除原始误差；减少或消除原始误差； 补偿或抵消原始误差；补偿或抵消原始误差； 误差分组；误差分组； 转移原始误差；转移原始误差； 就地加工法；就地加工法； 误差平均法；误差

34、平均法； 加工过程控制法。加工过程控制法。 提高加工精度的工艺措施提高加工精度的工艺措施查明产生加工误差的主要因素后，设法对其直接进行查明产生加工误差的主要因素后，设法对其直接进行消除或减弱，如细长轴加工用跟刀架消除径向力的影消除或减弱，如细长轴加工用跟刀架消除径向力的影响，用反拉法切削工件受拉不受压不会因偏心压缩而响，用反拉法切削工件受拉不受压不会因偏心压缩而产生弯曲变形产生弯曲变形一、减少误差法一、减少误差法二、误差补偿法二、误差补偿法误差补偿法是人为地造出一种新的原始误差，去抵消误差补偿法是人为地造出一种新的原始误差，去抵消原来工艺系统中存在的原始误差，尽量使两者大小相原来工艺系统中存在

35、的原始误差，尽量使两者大小相等、方向相反而达到使误差抵消得尽可能彻底的目的。等、方向相反而达到使误差抵消得尽可能彻底的目的。如如图图7-39、图图7-40三、误差分组法三、误差分组法误差分组法是把毛坯或上工序加工的工件尺寸经测量误差分组法是把毛坯或上工序加工的工件尺寸经测量按大小分为按大小分为n组，每组尺寸误差就缩减为原来的组，每组尺寸误差就缩减为原来的1/n。然后按各组的误差范围分别调整刀具与工件的相对位然后按各组的误差范围分别调整刀具与工件的相对位置或选择合适定位元件，使整批工件的尺寸分散范围置或选择合适定位元件，使整批工件的尺寸分散范围大大缩小。大大缩小。图图738 反拉法切削细长轴反拉

36、法切削细长轴 a) 正向进给正向进给 b) 反向进给反向进给图图739 通过导轨凸起补偿横梁变形通过导轨凸起补偿横梁变形 图图740 螺纹加工校正机构螺纹加工校正机构1工件工件2丝杠螺母丝杠螺母 3车床丝杠车床丝杠 4杠杆杠杆 5校正尺校正尺 6滚柱滚柱 7工作尺面工作尺面四、误差转移法四、误差转移法误差转移法就是把原始误差从误差敏感方向转移到误差误差转移法就是把原始误差从误差敏感方向转移到误差的非敏感方向。例如的非敏感方向。例如图图7-41 ，转塔车床的转位刀架采用，转塔车床的转位刀架采用“立刀立刀”安装法安装法; 利用镗模进行镗孔，主轴与镗杆浮动联利用镗模进行镗孔，主轴与镗杆浮动联接。接。

37、五、就地加工法五、就地加工法全部零件按经济精度制造，然后装配成部件或产品，且全部零件按经济精度制造，然后装配成部件或产品，且各零部件之间具有工作时要求的相对位置，最后以一个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，实现最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。法，也称自身加工修配法。（一个部件装上刀具加工另外一个部件）（一个部件装上刀具加工另外一个部件）六、误差均分法六、误差均分法误差均分法就是利用有密切联系的表面之间的相互比较误差均分法就是利用有密切联系的表面之

38、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，以达到很高的加工精度。（如精密标准平板的相互对研、配刮）加工精度。（如精密标准平板的相互对研、配刮）图图741 立轴转塔车床刀架转位误差的转移立轴转塔车床刀架转位误差的转移机械工程学院 机械制造基础414. 2 加工表面质量加工表面质量4.2.1 表面质量的基本概念表面质量的基本概念1）表面质量的含义：）表面质量的含义：指零件加工后的表面微观几何形状指零件加工后的表面微观几何形状和表面的物理机械性能状态。表面质量包括：和表面的物理机械性能状态。表面质量包括： 表面微观几何形状：表面微观几何形状： 表

39、面粗糙度（表面粗糙度（ L / H 50） 表面波度（表面波度（50 L / H 1000) 表面层物理机械性能：表面层物理机械性能：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 表面层相变表面层相变表面层相变表面层相变表面层残余应力表面层残余应力表面层冷作硬化表面层冷作硬化表面层物理机械性能表面层物理机械性能表面波度表面波度表面粗糙度表面粗糙度表面微观几何形状表面微观几何形状表面质量表面质量形状精度形状精度位置精度位置精度尺寸精度尺寸精度加工精度加工精度加工质量加工质量机械工程学院 机械制造基础42 （1）表面粗糙度对零件耐磨性的影响）表面粗糙度对零件耐磨性的影响 粗糙度仪粗糙

40、度仪v 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。v表面粗糙度太大，接触表面的实际压强增大，粗糙不平表面粗糙度太大，接触表面的实际压强增大，粗糙不平的凸峰相互咬合、挤裂、切断，故磨损加剧；的凸峰相互咬合、挤裂、切断，故磨损加剧；v表面粗糙度太小，也会导致磨损加剧。因为表面太光滑，表面粗糙度太小，也会导致磨损加剧。因为表面太光滑，存不住润滑油，接触面间不易形成油膜，容易发生分子粘存不住润滑油，接触面间不易形成油膜，容易发生分子粘结而加剧磨损。结而加剧磨损。v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，载荷载荷加大时，磨损曲线向上、向右

41、移动，最佳表面粗糙度值也加大时，磨损曲线向上、向右移动，最佳表面粗糙度值也随之右移。随之右移。 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表面质量对零件耐磨性的影响表面质量对零件耐磨性的影响机械工程学院 机械制造基础43图图438 表面粗糙度与初期磨损量的关系表面粗糙度与初期磨损量的关系机械工程学院 机械制造基础44（2）表面层的冷作硬化对零件耐磨性的影响）表面层的冷作硬化对零件耐磨性的影响加工表面的冷作硬化，一般能提高零件的耐磨加工表面的冷作硬化，一般能提高零件的耐磨性。因为它使磨擦副表面层金属的显微硬度提高，性。因为它使磨擦副表面层金属的显微硬度提高，塑性降低，减少

42、了摩擦副接触部分的弹性变形和塑性降低，减少了摩擦副接触部分的弹性变形和塑性变形。塑性变形。并非冷作硬化程度越高，耐磨性就越高。这是并非冷作硬化程度越高，耐磨性就越高。这是因为过分的冷作硬化，将引起金属组织过度因为过分的冷作硬化，将引起金属组织过度“疏疏松松”，在相对运动中可能会产生金属剥落，在接，在相对运动中可能会产生金属剥落，在接触面间形成小颗粒，使零件加速磨损。触面间形成小颗粒，使零件加速磨损。（3）表面相变表面相变影响耐磨性。影响耐磨性。机械工程学院 机械制造基础452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（1）表面粗糙度对零件疲劳强度的影响）表面粗糙度对零件疲劳强度的

43、影响 表面粗糙度越大，抗疲劳破坏的能力越差。表面粗糙度越大，抗疲劳破坏的能力越差。 对承受交变载荷零件的疲劳强度影响很大。在交对承受交变载荷零件的疲劳强度影响很大。在交变载荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起应力变载荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起应力集中，产生疲劳裂纹。集中，产生疲劳裂纹。 表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲劳表面粗糙度值越小，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，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，其抗疲劳破坏的能力越差。纹底半径越小，其抗疲劳破坏的能力越差。机械工程学院 机械制造基础46（2）表面层冷作

44、硬化与残余应力对零件疲）表面层冷作硬化与残余应力对零件疲劳强度的影响劳强度的影响 适度的表面层冷作硬化能提高零件的疲劳强度。适度的表面层冷作硬化能提高零件的疲劳强度。残余应力有拉应力和压应力之分，残余拉应力容易使已残余应力有拉应力和压应力之分，残余拉应力容易使已加工表面产生裂纹并使其扩展而降低疲劳强度加工表面产生裂纹并使其扩展而降低疲劳强度残余压应力则能够部分地抵消工作载荷施加的拉应力，残余压应力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，从而提高零件的疲劳强度。延缓疲劳裂纹的扩展，从而提高零件的疲劳强度。机械工程学院 机械制造基础473.表面质量对零件工作精度的影响表面质量对零

45、件工作精度的影响（1）表面粗糙度对零件配合精度与接触刚）表面粗糙度对零件配合精度与接触刚度的影响度的影响 表面粗糙度较大，则降低了配合精度；表面越粗表面粗糙度较大，则降低了配合精度；表面越粗糙，接触刚度越低，联接牢固性、接触位置准确性糙，接触刚度越低，联接牢固性、接触位置准确性越差。越差。（2）表面残余应力对零件工作精度的影响）表面残余应力对零件工作精度的影响 表面层有较大的残余应力，就会影响它们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。的稳定性。机械工程学院 机械制造基础484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（1）表面粗糙度对零件耐腐蚀性能的影响表面粗

46、糙度对零件耐腐蚀性能的影响 零件表面越粗糙，越容易积聚腐蚀性物质，凹谷越深，零件表面越粗糙，越容易积聚腐蚀性物质，凹谷越深，渗透与腐蚀作用越强烈。渗透与腐蚀作用越强烈。 因此因此减小零件表面粗糙度，可以提高零件的耐腐蚀性减小零件表面粗糙度，可以提高零件的耐腐蚀性能。能。（2）表面残余应力对零件耐腐蚀性能的影响）表面残余应力对零件耐腐蚀性能的影响 零件表面残余压应力使零件表面紧密，腐蚀性物质不零件表面残余压应力使零件表面紧密，腐蚀性物质不易进入，可增强零件的耐腐蚀性，而表面残余拉应力则降易进入，可增强零件的耐腐蚀性，而表面残余拉应力则降低零件耐腐蚀性。低零件耐腐蚀性。 表面质量对零件使用性能还有

47、其它方面的影响：如减表面质量对零件使用性能还有其它方面的影响：如减小表面粗糙度可提高零件的接触刚度、密封性和测量精度；小表面粗糙度可提高零件的接触刚度、密封性和测量精度；对滑动零件，可降低其摩擦系数，从而减少发热和功率损对滑动零件，可降低其摩擦系数，从而减少发热和功率损失。失。机械工程学院 机械制造基础49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零件表面质量零件表面质量粗糙度太大、太小都不耐磨粗糙度太大、太小都不耐磨适度冷硬能提高耐磨性适度冷硬能提高耐磨性对疲劳强度的对疲劳强度的影响影响对耐磨性影响对耐磨性影响对耐腐蚀性能对耐腐蚀性能的影响的影响对工作精度的对工作精度的影响影响

48、粗糙度越大，疲劳强度越差粗糙度越大，疲劳强度越差适度冷硬、残余压应力能提高疲适度冷硬、残余压应力能提高疲劳强度劳强度粗糙度越大、工作精度降低粗糙度越大、工作精度降低残余应力越大，工作精度降低残余应力越大，工作精度降低粗糙度越大，耐腐蚀性越差粗糙度越大，耐腐蚀性越差压应力提高耐腐蚀性，拉应力反压应力提高耐腐蚀性，拉应力反之则降低耐腐蚀性之则降低耐腐蚀性机械工程学院 机械制造基础50三、三、 影响加工表面粗糙度的主要因素及其控制影响加工表面粗糙度的主要因素及其控制 机械加工中，表面粗糙度形成的原因大致可归纳为几机械加工中，表面粗糙度形成的原因大致可归纳为几何因素和物理力学因素两个方面。何因素和物理

49、力学因素两个方面。（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、几何因素刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径r主偏角主偏角kr、副偏角、副偏角kr进给量进给量f（图（图440）H=f/(cotr+cotr) (8-1)H=f 2/(8r) (8-2)机械工程学院 机械制造基础51图图440 车削、刨削时残留面积高度车削、刨削时残留面积高度机械工程学院 机械制造基础522、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：工件材料韧性愈好，金属塑性变形愈大，易韧性材料：工件材料韧性愈好，金属塑性变形愈大，易生成积屑瘤、鳞刺，加工表面愈粗糙。生成积屑瘤、鳞刺，加工表面愈

50、粗糙。故对中碳钢和低碳钢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，常在粗加材料的工件，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。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，其切削呈碎粒状，由于切脆性材料：加工脆性材料时，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，使表面粗糙。屑的崩碎而在加工表面留下许多麻点，使表面粗糙。机械工程学院 机械制造基础53（2）切削速度的影响）切削速度的影响 切削塑性材料时，切削切削塑性材料时，切削速度越高，塑性变形越不充速度越高，塑性变形越不充分，表面粗糙度值越小分，表面粗糙度值越小

51、（4）其它因素的影响）其它因素的影响 此外，合理使用冷却润滑液，此外，合理使用冷却润滑液，适当增大刀具的前角，提高刀具适当增大刀具的前角，提高刀具的刃磨质量等，均能有效地减小的刃磨质量等，均能有效地减小表面粗糙度值。表面粗糙度值。（3）进给量的影响）进给量的影响 减小进给量减小进给量f固然可以减小表面固然可以减小表面粗糙度值，但进给量过小，表面粗糙粗糙度值，但进给量过小，表面粗糙度会有增大的趋势。度会有增大的趋势。切削用量机械工程学院 机械制造基础54图图441 加工塑性材料时切削速度对表面粗糙度的影响加工塑性材料时切削速度对表面粗糙度的影响机械工程学院 机械制造基础55影响切削加工表面影响切

52、削加工表面粗糙度的因素粗糙度的因素刀具几何形状刀具几何形状刀具材料、刃磨质量刀具材料、刃磨质量切削用量切削用量工件材料工件材料残留面积 Ra前角 Ra后角摩擦Ra v Raf Raap对Ra影响不大，太小会打滑，划伤已加工表面材料塑性 Ra刀具材料强度 Ra刃磨质量 Ra冷却、润滑 Ra工艺系统的振动工艺系统的振动机械工程学院 机械制造基础56降低表面粗糙度的措施：降低表面粗糙度的措施： l 选择合适的切削条件选择合适的切削条件（1）切削速度）切削速度（2）减小进给量）减小进给量（3）切削深度（背吃刀量）切削深度（背吃刀量）（4）切削液）切削液 l 合理选用刀具几何参数和刀具材料合理选用刀具几

53、何参数和刀具材料（1）采用合理的刀具几何参数）采用合理的刀具几何参数（2）采用与工件材料分子亲和力小的刀具材料）采用与工件材料分子亲和力小的刀具材料 l 改善工件材料的性能和金相组织改善工件材料的性能和金相组织 l 使用特殊的加工方法使用特殊的加工方法机械工程学院 机械制造基础57（二）磨削加工表面粗糙度（二）磨削加工表面粗糙度1、 磨削中影响粗糙度的几何因素磨削中影响粗糙度的几何因素 工件的磨削表面是由砂轮上大量磨粒刻划出无数极细工件的磨削表面是由砂轮上大量磨粒刻划出无数极细的刻痕形成的，工件单位面积上通过的砂粒数越多，则刻的刻痕形成的，工件单位面积上通过的砂粒数越多，则刻痕越多，刻痕的等高

54、性越好，表面粗糙度值越小。痕越多，刻痕的等高性越好，表面粗糙度值越小。 磨粒在砂轮上的分布越磨粒在砂轮上的分布越均匀、磨粒越细，刃口的等均匀、磨粒越细，刃口的等高性越好。则砂轮单位面积高性越好。则砂轮单位面积上参加磨削的磨粒越多，磨上参加磨削的磨粒越多，磨削表面上的刻痕就越细密均削表面上的刻痕就越细密均匀，表面粗糙度值就越小。匀，表面粗糙度值就越小。（1）砂轮的磨粒）砂轮的磨粒机械工程学院 机械制造基础58v砂轮转速越高，单位时间内通过被磨表面的磨粒数越砂轮转速越高，单位时间内通过被磨表面的磨粒数越多，表面粗糙度值就越小。多，表面粗糙度值就越小。v工件转速对表面粗糙度值的影响刚好与砂轮转速的影

55、工件转速对表面粗糙度值的影响刚好与砂轮转速的影响相反。响相反。工件的转速增大，通过加工表面的磨粒数减少，工件的转速增大，通过加工表面的磨粒数减少，因此表面粗糙度值增大因此表面粗糙度值增大。v砂轮的纵向进给量小于砂轮的宽度时，工件表面将被砂轮的纵向进给量小于砂轮的宽度时，工件表面将被重叠切削，而被磨次数越多，工件表面粗糙度值就越小。重叠切削，而被磨次数越多，工件表面粗糙度值就越小。（3）磨削用量）磨削用量（2）砂轮修整）砂轮修整 砂轮修整除了使砂轮具砂轮修整除了使砂轮具有正确的几何形状外，更重有正确的几何形状外，更重要的是使砂轮工作表面形成要的是使砂轮工作表面形成排列整齐而又锐利的微刃排列整齐而

56、又锐利的微刃（图图447）。因此，砂轮修）。因此，砂轮修整的质量对磨削表面的粗糙整的质量对磨削表面的粗糙度影响很大。度影响很大。机械工程学院 机械制造基础59图图447 砂轮上的磨粒砂轮上的磨粒机械工程学院 机械制造基础602、 磨削中影响粗糙度的物理因素磨削中影响粗糙度的物理因素（1）磨削用量）磨削用量 砂轮的转速砂轮的转速 材料塑性变形材料塑性变形 表面粗表面粗糙度值糙度值 ；磨削深度磨削深度、工件速度工件速度 塑性变形塑性变形 表表面粗糙度值面粗糙度值 ； 为提高磨削效率，通常在开始磨削时采为提高磨削效率，通常在开始磨削时采用较大的径向进给量，而在磨削后期采用较用较大的径向进给量，而在磨

57、削后期采用较小的径向进给量或无进给量磨削，以减小表小的径向进给量或无进给量磨削，以减小表面粗糙度值。面粗糙度值。机械工程学院 机械制造基础61（2）工件材料）工件材料太硬易使磨粒磨钝 Ra ；太软容易堵塞砂轮Ra ；韧性太大，热导率差会使磨粒早期崩落Ra 。（2）砂轮粒度与硬度）砂轮粒度与硬度磨粒太细，砂轮易被磨屑磨粒太细，砂轮易被磨屑堵塞，使表面粗糙度值增大，堵塞，使表面粗糙度值增大，若导热情况不好，还会烧伤若导热情况不好，还会烧伤工件表面。工件表面。砂轮太硬，使表面粗糙度增砂轮太硬，使表面粗糙度增大；大；砂轮选得太软，使表面粗糙砂轮选得太软，使表面粗糙度值增大。度值增大。机械工程学院 机械

58、制造基础62影响磨削加工表面影响磨削加工表面粗糙度的因素粗糙度的因素粒度粒度Ra 金刚石笔锋利，修正导程、径向进给量 Ra磨粒等高性Ra硬度钝化磨粒脱落 Ra硬度磨粒脱落Ra硬度合适、自励性好Ra太硬、太软、韧性、导热性差太硬、太软、韧性、导热性差 Ra 砂轮粒度砂轮粒度工件材料性质工件材料性质砂轮修正砂轮修正磨削用量磨削用量砂轮硬度砂轮硬度砂轮砂轮V Raap、工件、工件V 塑变塑变 Ra粗磨粗磨ap生产率生产率精磨精磨ap Ra(ap=0光磨光磨) 机械工程学院 机械制造基础63四、四、 影响表面层物理力学性能的影响表面层物理力学性能的主要因素及其控制主要因素及其控制影响表面层物理力学性能

59、的主要因素影响表面层物理力学性能的主要因素表面物理力学表面物理力学性能性能影响金相组织变化影响金相组织变化因素因素影响显微硬度因素影响显微硬度因素影响残余应力因素影响残余应力因素塑变引起的冷硬金相组织变化引起的硬度变化冷塑性变形热塑性变形金相组织变化切削热机械工程学院 机械制造基础641. 表面层的冷作硬化表面层的冷作硬化（1 1） 表面层加工硬化的产生表面层加工硬化的产生定义：定义：机械加工时，工件表面层金属受到机械加工时，工件表面层金属受到切削力的作用产生强烈的塑性变形，使晶切削力的作用产生强烈的塑性变形，使晶格扭曲，晶粒间产生剪切滑移，晶粒被拉格扭曲，晶粒间产生剪切滑移，晶粒被拉长、纤维

60、化甚至碎化，从而使表面层的强长、纤维化甚至碎化，从而使表面层的强度和硬度增加，这种现象称为加工硬化，度和硬度增加，这种现象称为加工硬化，又称冷作硬化和强化。又称冷作硬化和强化。机械工程学院 机械制造基础65（2 2） 衡量表面层加工硬化的指标衡量表面层加工硬化的指标衡量表面层加工硬化程度的指标有下列三项：衡量表面层加工硬化程度的指标有下列三项： 1）表面层的显微硬度）表面层的显微硬度HV；显微硬度计显微硬度计2）硬化层深度）硬化层深度h；3）硬化程度）硬化程度NN=(HV-HV0)/HV0100 （8-3） 式中式中 HV0工件原表面层的显微硬度。工件原表面层的显微硬度。机械工程学院 机械制造