第4章机械加工质量

1、2022-6-13机械工程学院 机械制造基础1机械制造技术基础（一）机械制造技术基础（一） 金属切削加工的基础知识金属切削加工的基础知识 金属切削机床及各种加工方法金属切削机床及各种加工方法 机械加工工艺规程的制订机械加工工艺规程的制订 典型零件加工典型零件加工金属切削原理与刀具金属切削原理与刀具、金属切削机床金属切削机床、机械制机械制造工艺学造工艺学、机床夹具设计机床夹具设计和和公差配合与技术测量公差配合与技术测量等课程进行有机整合等课程进行有机整合 2022-6-13机械工程学院 机械制造基础2机械制造技术基础（二）机械制造技术基础（二） 机械加工质量机械加工质量 机械装配工艺机械装配工艺

2、 机床夹具设计原理机床夹具设计原理 现代制造技术现代制造技术教材：教材：机械制造技术基础机械制造技术基础，袁军堂，袁军堂 编编2022-6-13机械工程学院 机械制造基础3第第6章章 机械加工质量机械加工质量 机械加工精度机械加工精度 概述概述 获得加工精度的方法获得加工精度的方法 工艺系统几何误差工艺系统几何误差 工艺系统受力变形工艺系统受力变形 工艺系统热变形工艺系统热变形 工件内应力引起的变形工件内应力引起的变形 加工误差的综合加工误差的综合 保证和提高加工精度的途径保证和提高加工精度的途径 加工表面质量加工表面质量 表面质量的基本概念表面质量的基本概念 影响加工表面粗糙度主要因素及其控

3、制影响加工表面粗糙度主要因素及其控制 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2022-6-134加工精度及其影响因素加工精度及其影响因素加工精度的概念加工精度的概念1. 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：与图纸规定的设计数值相符合的程度。加工精度包括：相互位置精度相互位置精度尺寸精度尺寸精度几何形状精度几何形状精度2022-6-135加工精度及其影响因素加工精度及其影响因素尺寸精度：尺寸精度：加工表面的实际尺寸与设计尺寸的尺寸误差加工表面的实际尺寸与设计尺

4、寸的尺寸误差不超过一定的尺寸公差范围。不超过一定的尺寸公差范围。国标中尺寸公差分国标中尺寸公差分2020级。级。相互位置精度：相互位置精度：加工表面的实际几何要素对由基准确定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。方向或位置的理想几何要素的变动量。在国标中位置公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、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。位置度、圆跳动、全跳动。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。要素的变动量不超过一定公

5、差范围。在国标中形状公在国标中形状公差有六项：直线度、平面度、圆度、圆柱度、线轮廓差有六项：直线度、平面度、圆度、圆柱度、线轮廓度、面轮廓度。度、面轮廓度。2022-6-136加工精度及其影响因素加工精度及其影响因素2. 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。设计数值之差。产生加工误差的原因？2022-6-1373. 3. 原始误差的来源及其与加工误差的关系原始误差的来源及其与加工误差的关系(1) 原始误差：原始误差：包括机床、夹具、刀

6、具及工件在内的机包括机床、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械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。的工艺因素。工艺系统机床工艺系统机床+ +夹具夹具+ +刀具刀具+ +工件工件2022-6-138(2) （工艺系统）原始误差的来源（工艺系统）原始误差的来源工艺系统的制工艺系统的制造误差及磨损造误差及磨损工艺系统的力、工艺系统的力、热效应引起的热效应引起的变形变形加工过程其他加工过程其他原始误差原始误差机床的制造误差及磨损（主轴、导轨、传动链）机床的制造误差及磨损（主轴、导轨、传动链）夹具的制造误差及磨损（定位、对刀、分度等）夹具的制造误差

7、及磨损（定位、对刀、分度等）刀具的制造误差及磨损刀具的制造误差及磨损工艺系统受力变形（切削、夹紧、惯性力等）工艺系统受力变形（切削、夹紧、惯性力等）工艺系统热变形（切削热、摩擦热、其他热等）工艺系统热变形（切削热、摩擦热、其他热等）工件残余应力引起的变形（变形、金相组织等）工件残余应力引起的变形（变形、金相组织等）加工原理误差（近似的成形运动、刀具刃形等）加工原理误差（近似的成形运动、刀具刃形等）工件定位误差（定位方案本身）工件定位误差（定位方案本身）调整误差（安装、测量工具、试切与实切参数差异）调整误差（安装、测量工具、试切与实切参数差异）测量误差（测量方法、环境条件、人为因素等）测量误差（

8、测量方法、环境条件、人为因素等）3. 3. 原始误差的来源及其与加工误差的关系原始误差的来源及其与加工误差的关系2022-6-139(3) 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表现为其在工序尺寸上的原始误差对加工误差的影响表现为其在工序尺寸上的分量的大小。分量的大小。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原始误差对加工精度影响最小的方向。向。3. 3. 原始误差的来源及其与加工误差的关系原始误差的来源及其与加工误差的关系2022-6-131

9、0机械加工精度的获得方法机械加工精度的获得方法（2）调整法：）调整法：通过预调好的机床、夹具、刀具、工件，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。在加工中自行获得尺寸精度。（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用一定形状和尺寸的刀具加工获得。得。（4）自动控制法：）自动控制法：用一定测量、进给控制装置，边加用一定测量、进给控制装置，边加工边自动测量控制加工。工边自动测量控制加工。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2022-6-1311机械加工精度的获得方法机械加工精度的获得方法2

10、. 形状精度的获得方法形状精度的获得方法(1) 成形运动法成形运动法 （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利用刀具与工件间的相对运动轨迹来获得形状。形状。（2）成形刀具法：）成形刀具法：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工件被刀具切利用刀具与工件相对运动使工件被刀具切削成一定形状的包络线。削成一定形状的包络线。（4）相切法。相切法。刀具边旋转边作轨迹运动。刀具边旋转边作轨迹运动。(2) 非成形运动法：非成形运动法：人工修配、样板加工、划线加工等。人工修配、样板加工、划线加工等。2022-6-131

11、23. 位置精度的获得方法位置精度的获得方法(由机床、夹具精度和工件安装精由机床、夹具精度和工件安装精度来保证度来保证）（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：直接找正装夹、划线找正装夹、夹具装夹。直接找正装夹、划线找正装夹、夹具装夹。机械加工精度的获得方法机械加工精度的获得方法2022-6-1313工艺系统的几何误差工艺系统的几何误差1. 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其中对加工精度影响最大的是主轴误差主轴误差、导轨误差导轨

12、误差等。等。 主轴几何偏心主轴几何偏心 主轴主轴回转误差回转误差（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、镗孔车削外圆、镗孔时产生圆度误差。时产生圆度误差。纯轴向窜动：纯轴向窜动：车端面产生平面车端面产生平面度误差；车螺纹产生螺距小周度误差；车螺纹产生螺距小周期误差。期误差。纯角度摆动：纯角度摆动：产生圆柱度或端产生圆柱度或端面形状误差。面形状误差。主轴误差主轴误差2022-6-1314工艺系统的几何误差工艺系统的几何误差主轴几何偏心（主轴几何偏心（主轴的回转中心的偏差主轴的回转中心的偏差）车床上，与定位基准面间产生同轴度、垂直度等位置误差；车床上，与定位基准面间产生同

13、轴度、垂直度等位置误差；镗床和钻床会造成孔径的扩大。镗床和钻床会造成孔径的扩大。2022-6-1315 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。工艺系统的几何误差工艺系统的几何误差2022-6-1316 主轴误差对加工精度的影响要具体情况具体分析主轴误差对加工精度的影响要具体情况具体分析 相同

14、的误差对于不同加相同的误差对于不同加工方法影响各不相同。工方法影响各不相同。例如：镗床镗孔时刀具随例如：镗床镗孔时刀具随机床主轴回转，切削力和机床主轴回转，切削力和误差敏感方向也在旋转，误差敏感方向也在旋转，轴线的漂移会直接反映到轴线的漂移会直接反映到工件上去。工件上去。 车削是工件回转，切车削是工件回转，切削力和误差敏感方向不削力和误差敏感方向不变，只有水平方向误差变，只有水平方向误差才才1:1地反映到工件上。地反映到工件上。2022-6-1317 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采用）提高主轴部件的制造精度，选用高精度滚动轴承

15、或采用动压、静压轴承（刚度高、回转精度高）；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，提）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。高轴承刚度。（3）采用合理的工艺方法来消除主轴回转精度对加工精度的）采用合理的工艺方法来消除主轴回转精度对加工精度的影响，主轴只起传递动力和运动的作用。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。 采用电磁无心磨削加工，工件与主轴之间有偏心量产采用电磁无心磨削加工，工件与主轴之间有偏心量产生传递扭矩，切削力与电磁力合力使工件紧

16、贴在可调支承，生传递扭矩，切削力与电磁力合力使工件紧贴在可调支承，主轴转动与工件定位无关。主轴转动与工件定位无关。2022-6-1318(2) 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：BHy 导轨扭曲：导轨扭曲：工艺系统的几何误差工艺系统的几何误差2022-6-1319(3) 机床传动链误差机床传动链误差工艺系统的几何误差工艺系统的几何误差 传动链中各传动元件如齿轮、涡轮、涡杆、丝杠、传动链中各传动元件如齿轮、涡轮、涡杆、丝杠、螺母等的制造误差、装配误差和磨损等螺母等的制造误差

17、、装配误差和磨损等 传动链误差将影响螺纹的导程、齿轮的分度精度等。传动链误差将影响螺纹的导程、齿轮的分度精度等。2022-6-13202. 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，刀刃形状为加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误差。工表面的共扼曲线，刀具误差会影响加工表面的形状误差。 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。刀具误差包括刀刃廓形制造、刃磨误差及刀具安装误差。刀具误差包括刀刃廓形制造、刃磨误差及刀具安装误差。 成形法：成形法：刀具表面廓形刀

18、具表面廓形“复印复印”到加工表面上。安装误差也到加工表面上。安装误差也直接影响加工表面形状精度。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。偏低，三角形牙型轮廓会变成双曲线。 定尺寸刀具：定尺寸刀具：如钻头、铰刀、拉刀等，尺寸、形状直接影响如钻头、铰刀、拉刀等，尺寸、形状直接影响工件尺寸和形状精度。工件尺寸和形状精度。 刀具磨损：刀具磨损：直接影响刀具的尺寸、形状等。直接影响刀具的尺寸、形状等。工艺系统的几何误差工艺系统的几何误差2022-6-13213. 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

19、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。夹具制造误差主要是：夹具制造误差主要是：夹具磨损引起的定位误差。夹具磨损引起的定位误差。工艺系统的几何误差工艺系统的几何误差2022-6-13224. 工件的装夹误差工件的装夹误差装夹不正确、装夹变形等装夹不正确、装夹变形等测量是对加工的引导，测量方法、原理的误差均会测量是对加工的引导，测量方法、原理的误差均会造成误导。造成误导。5. 测量误差测量误差工艺系统的几何误差工艺系统的几何误差2022-6

20、-1323内容回顾内容回顾控制控制加工精度加工精度加工误差加工误差实现实现原始误差原始误差工艺系统的几何误差工艺系统的几何误差工艺系统的受力变形工艺系统的受力变形工艺系统的热变形工艺系统的热变形工件的内应力工件的内应力2022-6-1324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 1. 工艺系统受力变形分析工艺系统受力变形分析 机械加工过程中，在重力、切削力、惯性力、传动力机械加工过程中，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，从而产生加工误差。正确位置，从而产生加工误差

21、。 刚度刚度：指加到系统上的作用力：指加到系统上的作用力P与由它产生的在作用与由它产生的在作用力方向上的位移力方向上的位移y的比值。即的比值。即K=P/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Py与工件在与工件在Py方向的位移之比值。方向的位移之比值。Ks=Py/y2022-6-1325lxxlEJFyy22)(3 根据材料力学计算，根据材料力学计算，两顶尖加工工件简化两顶尖加工工件简化为简支梁：为简支梁：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2022-6-1326 实际上，除了工件的变形之外，还有机床的变实际上，除

22、了工件的变形之外，还有机床的变形、夹具的变形、刀具的变形等。即：形、夹具的变形、刀具的变形等。即：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 工艺系统刚度的一般形式：工艺系统刚度的一般形式：2022-6-13272. 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（1）切削力对加工精度的影响）切削力对加工精度的影响误差复印：误差复印：有形状误差（或相互位置误差）的工件毛坯，有形状误差（或相互位置误差）的工件毛坯，在加工后，因加工余量不均，切削力变化，使工艺系统产在加工后，因加工余量不均，切削力变化，使工艺系统产生了相应的变形，其形状误差（或位置误差）仍以与毛坯生

23、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工表面上。工件误相似的形式、程度不同地反映在新的加工表面上。工件误差差w对毛坯误差对毛坯误差 m的复印程度称为误差复印系数的复印程度称为误差复印系数。即即 = w / m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 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最终误差复印系数为最终误差复印系数为= 1 2 3 1，故切削次数越多误差越，故切削次数越多误差越小。小。2022-6-1328例：车削加工短圆柱毛坯，该毛坯例：车削加工短圆柱毛坯，该毛坯有圆

24、度误差（椭圆），这时系统刚有圆度误差（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，从而导程中背吃刀量在不断变化，从而导致系统的变形量也随之而变，最终致系统的变形量也随之而变，最终加工后的表面仍为椭圆。加工后的表面仍为椭圆。 （1）切削力对加工精度的影响）切削力对加工精度的影响2022-6-13292. 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（2）切削力过程中受力点位置变化引起的工件形状误差）切削力过程中受力点位置变化引起的工件形状误差车削细长工件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，

25、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，加工工件为腰鼓形。lxxlEJFyy22)(32022-6-1330 车削短而粗的刚性轴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。（2）切削力过程中受力点位置变化引起的工件形状误差）切削力过程中受力点位置变化引起的工件形状误差2022

26、-6-1331 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，相加后结果为：心脏线轮廓。生位移量代数和，相加后结果为：心脏线轮廓。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（3）其他力引起的加工误差）其他力引起的加工误差 夹紧变形夹紧变形 重力变形重力变形2022-6-1332 缩短切削力作用点和支承点的距离，也可使用辅助支缩短切削力作用点和支承点的距离，也可使用辅助支承提高零件

27、刚度。承提高零件刚度。 合理使用机床：合理使用机床：悬伸长度短、运动间隙小、不运动部件悬伸长度短、运动间隙小、不运动部件要锁紧。要锁紧。 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：包括结构刚度、连接刚度、接触包括结构刚度、连接刚度、接触刚度等。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控制切削力或分力的大小，也可利

28、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。2022-6-1333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2022-6-1334例：例：1. 工件刚度极大，床头刚度大于床尾，分析加工后工件刚度极大，床头刚度大于床尾，分析加工后加工表面形状误差。加工表面形状误差。 (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 分析分析2022-6-1335例：例：2. 车削工件，产生图示误差，分析主要原因。车削工件，产生图示误差

29、，分析主要原因。锥形：锥形：导轨与主轴不平行、刀具磨损导轨与主轴不平行、刀具磨损(b) 腰鼓形：腰鼓形：工件刚性差，产生让刀工件刚性差，产生让刀(c) 马鞍形：马鞍形：工件刚性好，机床两端刚性差。工件刚性好，机床两端刚性差。分析分析2022-6-1336工艺系统热变形工艺系统热变形1. 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、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。冷却液落在床身上）、外部热源。切削热切削热摩擦热摩擦热环境温度环境温度热辐射（阳光、灯光等）热辐射（阳光、灯光等）内部热源内部热源外部热源外部热源工件和刀具变形

30、工件和刀具变形机床机床(运动副等）变运动副等）变形形2022-6-1337工件的热变形工件的热变形工艺系统热变形工艺系统热变形线膨胀系数2022-6-1338工艺系统热变形工艺系统热变形2. 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）机床由于各部分受热不均匀，发生弯曲和扭曲变形，降低了机床几何精度，影响加工精度；形，降低了机床几何精度，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）加工短小工件，加工可以忽略，但测量时要考虑热胀冷缩；热胀冷缩； （3）车长轴时，温度逐渐升高，刀具和工件变形渐大，）车长轴

31、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：量计算：（4）工件单面受力（如铣、刨、磨等），一面受热，）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。工件上拱，加工后加工表面出现中凹。tLL2022-6-13393. 减少热变形影响的措施减少热变形影响的措施减少发热源：分离热源；减少发热；减少发热源：分离热源；减少发热； 例如：例如：精密机床将主轴箱和变速箱分离，主轴箱中精密机床将主轴箱和变速箱分离，主轴箱中只有主轴，无变速机构。风冷、水冷。静压轴承只有主轴，无变速

32、机构。风冷、水冷。静压轴承2）热补偿：均化温度场，实际使各部分温度均匀；）热补偿：均化温度场，实际使各部分温度均匀； 例如：例如：精密机床在床身中部和尾部设置升温装置，精密机床在床身中部和尾部设置升温装置，减少温差引起的热变形。减少温差引起的热变形。3）保持系统热平衡：加工前先预热，平衡后再加工；）保持系统热平衡：加工前先预热，平衡后再加工；4）环境恒温。例如：）环境恒温。例如：精密机床的恒温车间。精密机床的恒温车间。工艺系统热变形工艺系统热变形2022-6-1340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 指当外载荷去掉后仍然存在与工件内部的应力。存在指当外载荷去掉后

33、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，应力变化将产生变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。形。2022-6-1341工件内应力引起的变形工件内应力引起的变形1. 内应力产生的原因：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、焊接及热处理中工件受热不均及金相在铸造、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。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）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

34、力。后冷却，因此先冷却部分受压应力，后冷却部分受拉应力。2022-6-1342工件内应力引起的变形工件内应力引起的变形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，采用冷校直的方法刚性较差的、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。纠正弯曲变形时产生内应力。1. 内应力产生的原因内应力产生的原因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、相变等使工件表面产生残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。余应力。2022-6-13432. 减少或消除内应力的措施减少或消除内应力的措施合理设计零件结构

35、：铸件、锻件壁厚均匀，焊接件焊合理设计零件结构：铸件、锻件壁厚均匀，焊接件焊缝分布均匀等；缝分布均匀等；尽量不采用冷校直工艺：精密件严禁冷校直，可热校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；直或加大余量多切削；合理安排合理安排时效处理时效处理消除内应力；消除内应力；合理安排工艺过程：粗加工后过一定时间后再精加工，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。粗加工后松开工件重新以较小的力装夹等。工件内应力引起的变形工件内应力引起的变形2022-6-1344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

36、统误差：连续加工一批工件时，加工误差的大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。前者称为小和方向保持一定或按某一确定规律变化。前者称为常值常值系统误差系统误差，后者称为，后者称为变值系统误差变值系统误差。如：刀具、夹具的制。如：刀具、夹具的制造误差；车刀的磨损造误差；车刀的磨损（2）随机误差：）随机误差：连续加工一批工件时，加工误差的大连续加工一批工件时，加工误差的大小和方向都是无规律地变化。随机误差服从统计规律。小和方向都是无规律地变化。随机误差服从统计规律。如：工件的残余应力引起的变形造成的误差、多次调整如：工件的残余应力引起的变形造成的误差、多次调整的误差等

37、。的误差等。2022-6-1345加工误差的综合加工误差的综合2. 加工误差的综合加工误差的综合根据加工情况分析加工精度的影响因素，分项计算主要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。误差，判断其性质，综合求得加工误差。u系统误差按代数和合成：系统误差按代数和合成：nisyisy1u 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）2022-6-13463. 3. 加工误差的统计分析加工误差的统计分析（1）分布图法）分布图法概率直

38、方图与理论分布曲线概率直方图与理论分布曲线在正常加工条件下，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。2022-6-1347正态分布曲线正态分布曲线正态分布密度函数正态分布密度函数: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（分布面积）：dzzzx022exp21)(xz 其中：其中：2022-6-1348实例：实例：一批活塞精镗后销

39、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 =27.992502022-6-1349应用应用从分布曲线的形状、位置可以从分布曲线的形状、位置可以分析各种误差的影响分析各种误差的影响 常值系统误差常值系统误差不会影响分布曲线的形状，只会影不会影响分布曲线的形状，只会影响它的位置响它的位置 其误差值大小等于曲线中心与公差带中心的偏离量。其误差值大小等于曲线中心与公差带中心的偏离量。 变值系统误差或随机误差变值系统误差或随机误差会影响分布曲线

40、的形会影响分布曲线的形状，可能造成分布曲线的状，可能造成分布曲线的6分散范围大于公差带，因分散范围大于公差带，因而出现废品，也可能出现非正态分布曲线。而出现废品，也可能出现非正态分布曲线。误差分析误差分析不合格品率计算不合格品率计算工艺能力系数工艺能力系数2022-6-1350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。应用应用工艺能力系数工艺能力系数2022-6-1351应用应用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) +(

41、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)FB=0.5-(z2)2022-6-1352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，测量结果服从正态分布，公差带中心与分布中心差布，公差带中心与分布中心差0.03mm，标准差，标准差=0.025mm，求合格品率和废品率，工艺能力系数求合格品率和废品率，工艺能力系数Cp。解：解：zA=xA/=(T/2+0.03)/ =(0.1/2+0.03)/0.025 =3.2 FA=(zA)=0.499 zB=xB/=(T/2-0.03)/ =

42、(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)=0.666702022-6-1353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，加工后测得工件的尺寸呈正态分布，平均值，加工后测得工件的尺寸呈正态分布，平均值=40.01mm，且已知，且已知=0.01mm，求：，求：（1）划出工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

43、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% 301. 001.4003.40z2022-6-1354 一般用于单件加工时间长和希望尽早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。发现异常，需要逐件画点

44、，个别件的偶然因素影响判断。（2 2）点图法（控制图法）点图法（控制图法）又称点图，生产中常用又称点图，生产中常用单值点（控制）图单值点（控制）图和和均值均值- -极差极差控制图控制图（ -R-R图）。图）。x2 2）均值）均值- -极差控制图：极差控制图：3. 3. 加工误差的统计分析加工误差的统计分析1 1）单值点图：）单值点图：工件序号工件序号尺寸尺寸1 23 45xCLx+3x-3UCLLCLx+ T/2x- T/2UTLT废品区废品区警戒区警戒区安全区安全区警戒区警戒区废品区废品区公差中点公差中点2022-6-13552 2）均值）均值- -极差控制图极差控制图（概念见书（概念见书P

45、285P285）3. 3. 加工误差的统计分析加工误差的统计分析2022-6-1356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减少或消除补偿或抵消补偿或抵消转移转移误差分组；误差分组；误差平均法；误差平均法；（如配偶件互为研具互相研磨）（如配偶件互为研具互相研磨）就地加工法；就地加工法；加工过程控制法。（加工过程控制法。（用一定测量、进给控制装用一定测量、进给控制装置，边加工边自动测量控制加工）置，边加工边自动测量控制加工）原始误差原始误差2022-6-1357内容回顾内容回顾控制控制加工精度加工精度加工误差加工误差实现实现原始误差原始误差工艺系统的几何误差工艺系统的几何误差

46、工艺系统的受力变形工艺系统的受力变形工艺系统的热变形工艺系统的热变形工件的内应力工件的内应力系系统统误误差差随随机机误误差差定值定值变值变值代数和法代数和法概率法概率法2022-6-1358机械加工表面质量机械加工表面质量表面质量的基本概念表面质量的基本概念表面质量表面质量：指零件加工后的表面微观几何形状和表面的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：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： 表面粗糙度（表面粗糙度（L/H50） 表面波度（表面波度（50L/H1000)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（加工硬化）表

47、面层冷作硬化（加工硬化） 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表面面层层相相变变表表面面层层残残余余应应力力表表面面层层冷冷作作硬硬化化表表面面层层物物理理机机械械性性能能表表面面波波度度表表面面粗粗糙糙度度表表面面微微观观几几何何形形状状表表面面质质量量形形状状精精度度位位置置精精度度尺尺寸寸精精度度加加工工精精度度加加工工质质量量2022-6-13591. 表面粗糙度产生的原因表面粗糙度产生的原因(2) 切削过程中塑性变形及其它物理因素引起的粗糙度切削过程中塑性变形及其它物理因素引起的粗糙度1）积屑瘤（中速切削时最容易产生）积屑瘤（中速切削时最容易产生）2）鳞刺：较低速切削

48、塑性金属材料时，切屑在前刀面上）鳞刺：较低速切削塑性金属材料时，切屑在前刀面上由于粘结而周期性停留代替前刀面推挤切削层，造成由于粘结而周期性停留代替前刀面推挤切削层，造成塑性变形向切线以下延伸，造成已加工表面拉应力太塑性变形向切线以下延伸，造成已加工表面拉应力太大而导裂，形成鳞片状毛刺，这就是鳞刺。大而导裂，形成鳞片状毛刺，这就是鳞刺。 3）刃口挤压塑性变形）刃口挤压塑性变形4）材料脆性）材料脆性 (1) 残留面积残留面积机械加工表面质量及其影响因素机械加工表面质量及其影响因素2022-6-1360 (3) 工艺系统的振动工艺系统的振动自由振动：靠系统弹性恢复力维持的振动。自由振动：靠系统弹性

49、恢复力维持的振动。（切削力、（切削力、冲击力突变等引起，影响小）冲击力突变等引起，影响小）强迫振动：靠外界周期干扰力持续作用系统被迫产生强迫振动：靠外界周期干扰力持续作用系统被迫产生振动。振动。（如电动机、传动系统的振动等）（如电动机、传动系统的振动等）1)自激振动：系统本身引起的交变力作用而产生的振动。自激振动：系统本身引起的交变力作用而产生的振动。1. 表面粗糙度产生的原因表面粗糙度产生的原因负摩擦理论负摩擦理论（切屑与刀具摩擦力随相对速度增加而下降，做功产生能量）（切屑与刀具摩擦力随相对速度增加而下降，做功产生能量）再生效应再生效应（前后两次切削部分重叠，由于振纹产生振动）前后两次切削部

50、分重叠，由于振纹产生振动）振型耦合原理振型耦合原理（振动系统刚度主轴，使振动过程中切削层厚度变化而引起切（振动系统刚度主轴，使振动过程中切削层厚度变化而引起切削力的变化，支持振动。）削力的变化，支持振动。）2022-6-1361机械加工表面质量及其影响因素机械加工表面质量及其影响因素2. 表面粗糙度对零件使用性能的影响表面粗糙度对零件使用性能的影响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：初期磨损快，跑合后进入初期磨损快，跑合后进入正常磨损。正常磨损。表面粗糙时，高点干摩擦，磨损快；表面太光表面粗糙时，高点干摩擦，磨损快；表面太光洁时润滑油无法进入，造成材料粘结磨损。硬度高，耐磨

51、洁时润滑油无法进入，造成材料粘结磨损。硬度高，耐磨性好，但硬化程度过高，易出现疲劳裂纹、剥落现象。性好，但硬化程度过高，易出现疲劳裂纹、剥落现象。表面质量对疲劳强度的影响：表面越粗糙，抗疲劳性越差。表面质量对疲劳强度的影响：表面越粗糙，抗疲劳性越差。表面质量对零件耐腐蚀性的影响：表面越粗糙，抗腐蚀能表面质量对零件耐腐蚀性的影响：表面越粗糙，抗腐蚀能力越差。凹陷处易于杂质形成原电池，造成电化学腐蚀。力越差。凹陷处易于杂质形成原电池，造成电化学腐蚀。表面质量对接触刚度的影响：表面越粗糙，接触刚度越低，表面质量对接触刚度的影响：表面越粗糙，接触刚度越低，联接牢固性、接触位置准确性越差。联接牢固性、接

52、触位置准确性越差。1)对配合性质的影响。越粗糙就会增大间隙值或减小过盈量对配合性质的影响。越粗糙就会增大间隙值或减小过盈量2022-6-13623. 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

53、组织 l使用特殊的加工方法使用特殊的加工方法2022-6-1363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1. 表面层的加工硬化表面层的加工硬化（1）加工硬化的产生）加工硬化的产生机械加工时，工件表层金属产生严重的塑性变形，金属晶机械加工时，工件表层金属产生严重的塑性变形，金属晶体产生剪切滑移，晶格扭曲，使金属表层的强度、硬体产生剪切滑移，晶格扭曲，使金属表层的强度、硬度提高、塑性下降。度提高、塑性下降。（2）加工硬化的衡量指标）加工硬化的衡量指标 表层显微硬度表层显微硬度HV 硬化层深度硬化层深度h 硬化程度硬化程度N（书（书P291）（3）影响加工硬化的因素

54、）影响加工硬化的因素2022-6-1364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2. 加工表面金相组织变化和磨削烧伤加工表面金相组织变化和磨削烧伤（1）金相组织变化的产生）金相组织变化的产生金相组织变化主要发生在磨削加工过程中，当磨削温度超金相组织变化主要发生在磨削加工过程中，当磨削温度超过材料相变温度，金相组织将发生变化，表层显微硬过材料相变温度，金相组织将发生变化，表层显微硬度变化、产生表面残余应力、显微裂纹，表面出现彩度变化、产生表面残余应力、显微裂纹，表面出现彩色氧化膜，又称为磨削烧伤。色氧化膜，又称为磨削烧伤。2022-6-1365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磨削烧伤的主要形式（磨削淬硬钢）：磨