机械加工质量培训课件.pptx

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1、机械加工质量机械加工质量第第2章章2.1机械加工精度机械加工精度2.2机械加工的表面质量机械加工的表面质量第第2章机械加工质量章机械加工质量机器零件的加工质量决定了机器的：机器零件的加工质量决定了机器的： 1. .性能性能 2. .质量质量 3. .寿命寿命机器产品加工质量的内容：机器产品加工质量的内容： 1. .加工精度加工精度宏观的零件几何参数宏观的零件几何参数 2. .加工表面质量加工表面质量零件表面层的物理机械性能零件表面层的物理机械性能 加工表面质量粗糙度方面已获得小于加工表面质量粗糙度方面已获得小于0.0005m0.0005m的粗糙度。的粗糙度。 加工质量与设备、工艺方法、工艺措施

2、有关。加工质量与设备、工艺方法、工艺措施有关。2.1机械加工精度2.1.1概述概述 1、机械加工精度机械加工精度(简称加工精度简称加工精度)：是指零件在机械加工后是指零件在机械加工后的几何参数的几何参数(尺寸、几何形状和表面间相互位置尺寸、几何形状和表面间相互位置)的实际值和理的实际值和理论值相符合的程度。论值相符合的程度。 2、加工误差：、加工误差：实际参数与理论参数的差值实际参数与理论参数的差值2.1机械加工精度2.1.2影响加工精度的因素及其分析影响加工精度的因素及其分析 在机械加工中，零件的尺寸、几何形状和表面间相互位置的在机械加工中，零件的尺寸、几何形状和表面间相互位置的形成，取决于

3、形成，取决于工件和刀具在切削运动过程中的相互位置关系工件和刀具在切削运动过程中的相互位置关系，而，而工件和刀具又安装在夹具和机床上。工件和刀具又安装在夹具和机床上。 1）工艺系统：）工艺系统：机械加工中，机床、夹具、刀具和工件构成机械加工中，机床、夹具、刀具和工件构成的完整系统的完整系统 2）工艺系统中的误差产生零件加工误差的根源，称为）工艺系统中的误差产生零件加工误差的根源，称为原始原始误差误差2.1机械加工精度1.加工原理误差加工原理误差2.1机械加工精度 原理误差：原理误差：由于采用了由于采用了近似的加工运动近似的加工运动或或 近似的刀具轮近似的刀具轮廓廓而产生的原始误差。而产生的原始误

4、差。例例: 滚刀用阿基米德蜗杆代替渐开线蜗杆滚刀用阿基米德蜗杆代替渐开线蜗杆 （近似的刀具轮廓）（近似的刀具轮廓）； 模数铣刀铣齿模数铣刀铣齿（近似的刀具轮廓）（近似的刀具轮廓）； 用公制丝杆车蜗杆或英制螺纹。用公制丝杆车蜗杆或英制螺纹。 （近似的加工运动）（近似的加工运动）2.1机械加工精度42311(ZZZZPPi机床丝杆螺距蜗杆）螺距工件例例1. 在公制车床上车模数为在公制车床上车模数为2mm蜗杆时，挂轮计算式为蜗杆时，挂轮计算式为 ： ，若若P=6mm，机床丝杆螺距）（蜗杆螺距）(14321PPzzzz,120,80,70,1104321ZZZZ求加工后蜗杆螺距求加工后蜗杆螺距误差是多

5、少误差是多少？P1=2P=6 i而而理论螺距理论螺距应该为：应该为： P=m=23.14159=6.2832mm所以螺距误差为：所以螺距误差为： p=P1P=6.28576.2832=0.0025mm解：解：42311(ZZZZPPi机床丝杆螺距蜗杆）螺距工件2857. 6620708011042311PZZZZiPP(1)机床几何误差机床几何误差2.机床、刀具、夹具的制造误差与磨损机床、刀具、夹具的制造误差与磨损2.1机械加工精度机床误差来自机床本身各部件三方面：机床误差来自机床本身各部件三方面： 制造；制造； 安装；磨损。安装；磨损。 对加工误差影响大的机床误差有三个部分：对加工误差影响大

6、的机床误差有三个部分： 1）主轴回转误差）主轴回转误差; 2）导轨误差）导轨误差; 3）传动链误差。）传动链误差。 1）主轴回转误差。）主轴回转误差。纯径向跳动误差纯径向跳动误差轴向窜动误差轴向窜动误差纯角度摆动误差纯角度摆动误差 车外圆时它使加工面产生圆度和圆柱度误差。车外圆时它使加工面产生圆度和圆柱度误差。主轴纯径向跳动误差对加精度的影响。主轴纯径向跳动误差对加精度的影响。 产生的主要原因：产生的主要原因：主轴支承轴颈的圆度误差、轴承工作表面的主轴支承轴颈的圆度误差、轴承工作表面的圆度误差等。圆度误差等。 a. 切削力切削力F的作用方向不变（见图的作用方向不变（见图2-5 车外圆的情形车外

7、圆的情形) RRR1R33241理论位置理论位置实际位置实际位置Roo b.切削力切削力F的作用方向变化（见图的作用方向变化（见图2-4镗床镗孔镗床镗孔) 在切削力在切削力F的作用下，的作用下，主轴总是以其支承轴颈某主轴总是以其支承轴颈某一固定部位与轴承内表面一固定部位与轴承内表面的不同部位接触，因此，的不同部位接触，因此，轴承内表面的圆度误差将轴承内表面的圆度误差将直接反映为主轴径向圆跳直接反映为主轴径向圆跳动动d，而主轴支承轴颈的，而主轴支承轴颈的圆度误差则影响不大。圆度误差则影响不大。 主轴轴向窜动误差对加工精度的影响主轴轴向窜动误差对加工精度的影响 主轴的纯轴向窜动对主轴的纯轴向窜动对

8、内、外圆加工没有影响内、外圆加工没有影响，但所加工的，但所加工的端面却与内外圆轴线不垂直。主轴每转一周，就要沿轴向窜动端面却与内外圆轴线不垂直。主轴每转一周，就要沿轴向窜动一次，向前窜动的半周中形成右螺旋面，向后窜动的半周中形一次，向前窜动的半周中形成右螺旋面，向后窜动的半周中形成左螺旋面，最后切出如同端面凸轮一样的形状，并在端面中成左螺旋面，最后切出如同端面凸轮一样的形状，并在端面中心附近出现一个凸台。心附近出现一个凸台。当加工螺纹时，则会产生单个螺距内的当加工螺纹时，则会产生单个螺距内的周期误差。周期误差。 纯角度摆动误差对加工精度的影响。纯角度摆动误差对加工精度的影响。 主轴的纯角度摆动

9、也因加工方法而异。车外圆时，会产生主轴的纯角度摆动也因加工方法而异。车外圆时，会产生圆柱度误差圆柱度误差(锥体锥体)；镗孔时，孔将成椭圆形如图；镗孔时，孔将成椭圆形如图2-6所示。所示。影响主轴回转精度的因素及提高回转精度的措施。影响主轴回转精度的因素及提高回转精度的措施。 主轴回转轴线的运动误差不仅和主轴部件的制造精度有关，主轴回转轴线的运动误差不仅和主轴部件的制造精度有关，而且还和切削过程中主轴受力、受热后的变形有关。但主轴部件而且还和切削过程中主轴受力、受热后的变形有关。但主轴部件的制造精度是主要的，是主轴回转精度的基础，它包含的制造精度是主要的，是主轴回转精度的基础，它包含轴承误差轴承

10、误差、轴承间隙、与轴承相配合零件的误差、轴承间隙、与轴承相配合零件的误差等。等。图图2-7轴颈与轴套孔圆度误差引起的径向跳动轴颈与轴套孔圆度误差引起的径向跳动 2）导轨误差）导轨误差 使刀尖在水平面使刀尖在水平面内产生位移内产生位移Y，造，造成工件在半径方向成工件在半径方向上的误差上的误差R。导轨在水平面内有直线度误差。导轨在水平面内有直线度误差。 此项误差此项误差对于普通车床和外圆磨床，将直接反映在被加对于普通车床和外圆磨床，将直接反映在被加工工件表面的法向方向，所以对加工精度影响极大，使工件工工件表面的法向方向，所以对加工精度影响极大，使工件产生圆柱度误差产生圆柱度误差(鞍形或鼓形鞍形或鼓

11、形)。导轨在垂直平面内有直线度误差。导轨在垂直平面内有直线度误差。如图如图2-9所示，使刀尖产所示，使刀尖产生生Z的位移，造成工件在半径方向上产生误差的位移，造成工件在半径方向上产生误差R=(Z）2/2R，除加工圆锥形表面外，它对加工精度的影响不大，可以忽略除加工圆锥形表面外，它对加工精度的影响不大，可以忽略不计。不计。图图2-10龙门刨床导轨在垂直平面内直线度引起的误差龙门刨床导轨在垂直平面内直线度引起的误差但对于但对于龙门刨床、龙门铣床及导轨磨床龙门刨床、龙门铣床及导轨磨床来说，导轨在垂直面来说，导轨在垂直面内的直线度误差将直接反映到工件上。如图内的直线度误差将直接反映到工件上。如图2-1

12、0所示龙门刨所示龙门刨床，工作台为薄长件，刚性很差，如果床身导轨为中凹形，床，工作台为薄长件，刚性很差，如果床身导轨为中凹形，刨出的工件也是中凹形。刨出的工件也是中凹形。 (3)导轨间的平行度误差对加工精度的影响导轨间的平行度误差对加工精度的影响 当前后导轨在垂直平面内当前后导轨在垂直平面内 有平行度误差（扭曲误差）时，有平行度误差（扭曲误差）时， 刀尖的运动轨迹是一条空间曲刀尖的运动轨迹是一条空间曲 线，线，使工件产生圆柱度误差。使工件产生圆柱度误差。 导轨间在垂直方向有平行导轨间在垂直方向有平行 度误差度误差l3时，如图时，如图2-11所示，所示， 将使工件与刀具的正确位置在将使工件与刀具

13、的正确位置在 误差敏感方向产生误差敏感方向产生y（H/B) 的偏移量，使工件半径产的偏移量，使工件半径产 生生R y的误差，对加工精的误差，对加工精 度影响较大。度影响较大。 除了除了导轨本身的制造误差导轨本身的制造误差之外，之外，导轨磨损导轨磨损是造是造成机床精度下降的主要原因。选用合理的导轨形状成机床精度下降的主要原因。选用合理的导轨形状和导轨组合形式，采用耐磨合金铸铁导轨、镶钢导和导轨组合形式，采用耐磨合金铸铁导轨、镶钢导轨、贴塑导轨、滚动导轨以及对导轨进行表面淬火轨、贴塑导轨、滚动导轨以及对导轨进行表面淬火处理等措施均可提高导轨的耐磨性。处理等措施均可提高导轨的耐磨性。3 3传动链误差

14、：传动链误差：指由于传动链中的传动元件存在制造指由于传动链中的传动元件存在制造误差、装配误差及使用过程中的磨损引起的误差。即误差、装配误差及使用过程中的磨损引起的误差。即始末两端传动元件间相对运动的误差。通过始末两端传动元件间相对运动的误差。通过谐波分析谐波分析判断误差来自哪个元件。判断误差来自哪个元件。措施：措施：减少传动链中的元件数目，缩短传动链，以减少误差来源。减少传动链中的元件数目，缩短传动链，以减少误差来源。提高传动元件，特别是末端传动元件的制造精度和装配精度。提高传动元件，特别是末端传动元件的制造精度和装配精度。传动链齿轮间存在间隙，同样会产生传动链误差，因此要传动链齿轮间存在间隙

15、，同样会产生传动链误差，因此要消除间隙。消除间隙。采用误差校正机构来提高传动精度。采用误差校正机构来提高传动精度。 影响：影响：有些加工方法（如车螺纹，滚齿，插齿等），有些加工方法（如车螺纹，滚齿，插齿等），要求刀具与工件之间必须具有严格的传动比关系。机床传要求刀具与工件之间必须具有严格的传动比关系。机床传动链误差是影响这类表面加工精度的主要原因之一。动链误差是影响这类表面加工精度的主要原因之一。 滚齿机传动系统图：滚齿机传动系统图： （2）刀具误差）刀具误差 1)刀具的制造误差刀具的制造误差 a.a.采用采用定尺寸刀具定尺寸刀具（例如钻头、铰刀、键槽铣刀、圆拉刀（例如钻头、铰刀、键槽铣刀、圆

16、拉刀等）加工时，等）加工时，刀具的尺寸误差和磨损将直接影响工件尺寸精度刀具的尺寸误差和磨损将直接影响工件尺寸精度。 b.b.采用采用成形刀具成形刀具（例如成形车刀、成形铣刀、齿模数铣刀、（例如成形车刀、成形铣刀、齿模数铣刀、成形砂轮等）加工时，成形砂轮等）加工时，刀具的形状误差和磨损将直接影响工件刀具的形状误差和磨损将直接影响工件的形状精度的形状精度。 c.c.对于对于一般刀具一般刀具（例如车刀、镗刀、铣刀等），其（例如车刀、镗刀、铣刀等），其制造误制造误差对工件加工精度无直接影响差对工件加工精度无直接影响 刀具的尺寸磨损量刀具的尺寸磨损量NB： NB是在被加工表面的法线方向上测量的。是在被加

17、工表面的法线方向上测量的。 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NBo为初期磨为初期磨损量；损量；KNB为正常磨为正常磨损阶段曲线的损阶段曲线的斜率，称为相斜率，称为相对磨损。对磨损。图图2-12 刀具的尺寸磨损刀具的尺寸磨损 图图2-13刀具磨损量与切削路程的关系刀具磨损量与切削路程的关系 （3）夹具的制造误差与磨损）夹具的制造误差与磨损 夹具误差包括夹具误差包括工件工件的的定位误差定位误差和和夹紧变形误差夹紧变形误差、夹夹具具的的安装误差安装误差和和分度误差分度误差以及以及夹具的磨损夹具的磨损等。等。图图2-14夹具误差的影响夹具误差的影响1夹具体夹具体2钻模板钻模板3

18、钻模套钻模套4衬套衬套5定位轴定位轴 在设计夹具时，对夹具上直接影响工件加工精度的在设计夹具时，对夹具上直接影响工件加工精度的有关尺寸的制造公差一般取为工件上相应尺寸公差的有关尺寸的制造公差一般取为工件上相应尺寸公差的1/21/5。 夹具元件磨损将使夹具的误差增大。为保证工件加夹具元件磨损将使夹具的误差增大。为保证工件加工精度，夹具中的定位元件、导向元件、对刀元件等关工精度，夹具中的定位元件、导向元件、对刀元件等关键易损元件均需选用高性能耐磨材料制造。键易损元件均需选用高性能耐磨材料制造。 3、工艺系统受力变形及其对加工精度的影响、工艺系统受力变形及其对加工精度的影响 图图2-15车床各部位弹

19、性连接车床各部位弹性连接(1)工艺系统受力变形的现象工艺系统受力变形的现象 由机床、夹具、工件、由机床、夹具、工件、刀具所组成的工艺系统是刀具所组成的工艺系统是一个弹性系统，在加工过一个弹性系统，在加工过程中由于切削力、夹紧力、程中由于切削力、夹紧力、重力、传动力、惯性力等重力、传动力、惯性力等外力的作用，将引起工艺外力的作用，将引起工艺系统各环节产生弹性变形，系统各环节产生弹性变形，此变形造成位移。此变形造成位移。图图2-16细长轴车削时的受力变形细长轴车削时的受力变形图图2-17切入式磨孔时磨头轴的受力变形切入式磨孔时磨头轴的受力变形(2)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

20、加工精度的影响工件的加工精度除受切工件的加工精度除受切削力大小的影响外，还受切削力作用点位置变化的影响。削力大小的影响外，还受切削力作用点位置变化的影响。(3)误差复映规律误差复映规律在加工过程中，由于工件毛坯加工余量或材料在加工过程中，由于工件毛坯加工余量或材料硬度的变化，引起切削力和工艺系统受力变形的变化，因而产生硬度的变化，引起切削力和工艺系统受力变形的变化，因而产生工件的尺寸误差和形状误差。工件的尺寸误差和形状误差。毛坯（余量、硬度）不均匀毛坯（余量、硬度）不均匀切削力变化切削力变化变形变化变形变化尺寸和形状误差尺寸和形状误差 工艺系统刚度越高，工艺系统刚度越高，“误差复映系数误差复映

21、系数”越小，即越小，即复映到工件上的误差越小。复映到工件上的误差越小。 误差复映系数误差复映系数：加工前后误差之比值。它代表误差复映的加工前后误差之比值。它代表误差复映的程度。程度。 4.4.工艺系统热变形及其对加工精度的影响工艺系统热变形及其对加工精度的影响(1)(1)工艺系统热源工艺系统热源加工过程中，工艺系统的热源主要有两大加工过程中，工艺系统的热源主要有两大类：类： 切削热和摩擦热。切削热和摩擦热。(2)(2)机床热变形机床热变形不同类型的机床因其结构与工作条件的差异不同类型的机床因其结构与工作条件的差异而使热源和变形形式各不相同。而使热源和变形形式各不相同。图图2-19(3)(3)工

22、件热变形工件热变形由切削热引起，热伸长量：由切削热引起，热伸长量：L=Lt当工件能够自由伸长时，工件热变形主要影响尺寸精度，当工件能够自由伸长时，工件热变形主要影响尺寸精度，否则，还会产生圆柱度误差。否则，还会产生圆柱度误差。式中式中 L工件变形方向的长度（或直径）工件变形方向的长度（或直径）(mm); 工件的热膨胀系数（工件的热膨胀系数（1/),钢的热膨胀系数为钢的热膨胀系数为1.2 105/，铸铁，铸铁为为1 105 / ，黄铜为，黄铜为1.7 105 / ； t工件的平均温升（工件的平均温升（）。）。例：例：6级丝杠的螺距累积误差在全长上不许超过级丝杠的螺距累积误差在全长上不许超过0.0

23、2mm，现磨一根长，现磨一根长3m的的丝杠，每磨一次温升丝杠，每磨一次温升3 ，能否达到要求？，能否达到要求？L=Lt=1210-630003=0.1mm火车导轨有缝吗？火车导轨有缝吗？减少工件热变形对加工精度影响的措施减少工件热变形对加工精度影响的措施1)1)在切削区施加充足的切削液。在切削区施加充足的切削液。2)2)提高切削速度或进给量，以减少传入工件热量。提高切削速度或进给量，以减少传入工件热量。3)3)粗、精加工分开，使粗加工的余热不带到精加工工序中。粗、精加工分开，使粗加工的余热不带到精加工工序中。4)4)刀具和砂轮勿让过分的磨钝才进行刃磨和修正，以减少切削刀具和砂轮勿让过分的磨钝才

24、进行刃磨和修正，以减少切削热和磨削热。热和磨削热。5)5)使工件在夹紧状态下有伸缩的自由使工件在夹紧状态下有伸缩的自由( (如采用弹簧后顶尖等如采用弹簧后顶尖等) )。 （4）刀具热变形）刀具热变形刀具热变形的热源主要是切削热刀具热变形的热源主要是切削热由于刀体小由于刀体小, ,热容量小热容量小, ,刀具温升非常高。例如刀具温升非常高。例如, ,用高速钢用高速钢车刀切削时：车刀切削时： 刀刃部分温升可达刀刃部分温升可达700-800度；度；刀具伸长量可达刀具伸长量可达0.030.05 mm 补充：减小工艺系统热变形的途径补充：减小工艺系统热变形的途径 1减少发热量减少发热量 2改善散热条件改善

25、散热条件 3均衡温度场均衡温度场 4改进机床结构改进机床结构5.工件内应力引起的变形工件内应力引起的变形内应力：亦称残余应力，是指在没有外力作用下或去除外力作内应力：亦称残余应力，是指在没有外力作用下或去除外力作用后残留在工件内部的应力。用后残留在工件内部的应力。 工件一旦有内应力产生，就会使工件材料处于一种高能工件一旦有内应力产生，就会使工件材料处于一种高能位的不稳定状态，它本能地要向低能位转化，转化速度或快位的不稳定状态，它本能地要向低能位转化，转化速度或快或慢，但迟早总是要转化的，转化的速度取决于外界条件。或慢，但迟早总是要转化的，转化的速度取决于外界条件。当带有内应力的工件受到力或热的

26、作用而失去原有的平衡时，当带有内应力的工件受到力或热的作用而失去原有的平衡时，内应力就将重新分布以达到新的平衡，并伴随有变形发生，内应力就将重新分布以达到新的平衡，并伴随有变形发生，使工件产生加工误差。使工件产生加工误差。 （ 1）内应力产生的原因）内应力产生的原因 1）热加工（毛坯制造）中产生）热加工（毛坯制造）中产生的内应力的内应力 以铸造为例，由于壁厚以铸造为例，由于壁厚不均，冷却速度不一致，内不均，冷却速度不一致，内应力的状态为应力的状态为厚壁或心部受厚壁或心部受拉应力拉应力，薄壁或外表层受压薄壁或外表层受压应力应力。 2）冷校直产生的内应力）冷校直产生的内应力塑性变形塑性变形是物质-

27、包括流体及固体在一定的条件下，在外力的作用下产生形变，当施加的外力撤除或消失后该物体不能恢复原状的一种物理现象。弹性变形弹性变形材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，材料变形即可消失并能完全恢复原来形状的性质称为弹性。这种可恢复的变形称为弹性变形。 3）切削加工产生的内应力）切削加工产生的内应力 （2）减小或消除内应力变形误差的途径）减小或消除内应力变形误差的途径1)采用适当的热处理工序。采用适当的热处理工序。2)给工件足够的变形时间。给工件足够的变形时间。精密零件粗、精加工应分开；精密零件粗、精加工应分开；大型零件，粗、精加工安排在一个工序内，粗加大型零件，粗、精加工安排在一个工序内，粗加

28、工后应先将工件松开，使其自由变形。工后应先将工件松开，使其自由变形。3)零件结构要合理。零件结构要合理。6.调整误差：调整误差：机械加工中，由于工艺系统机械加工中，由于工艺系统“机床机床-夹具夹具-工件工件-夹具夹具”没有调整到正确的位置而产生的加工误差。没有调整到正确的位置而产生的加工误差。(1)试切法调整试切法调整试切法调整就是对被加工零件进行试切试切法调整就是对被加工零件进行试切-测量测量-调整调整-再试切，直到符合规定的尺寸要求时，再正式切出整个再试切，直到符合规定的尺寸要求时，再正式切出整个加工表面。加工表面。1)测量误差。测量误差。 测量时由测量器具误差、测量温度变化、测量力及视觉

29、测量时由测量器具误差、测量温度变化、测量力及视觉偏差等引起的误差，使加工误差扩大。偏差等引起的误差，使加工误差扩大。2)微量进给的影响。微量进给的影响。“爬行爬行”3)切削厚度影响。切削厚度影响。锐利的切削刃最小切削厚度锐利的切削刃最小切削厚度5um，钝刀，钝刀2050um。图图2-23试切调整试切调整(2)按定程机构调整按定程机构调整在半自动机床、自动机床和自动线上，在半自动机床、自动机床和自动线上，广泛应用行程挡块、靠模及凸轮等机构来保证加工精度。广泛应用行程挡块、靠模及凸轮等机构来保证加工精度。(3)用样件或样板调整用样件或样板调整在各种仿形机床、多刀机床和专用机床在各种仿形机床、多刀机

30、床和专用机床的加工中，常采用专门的样件或样板来调整刀具、机床与工件之的加工中，常采用专门的样件或样板来调整刀具、机床与工件之间的相对位置，这样样件或样板本身的制造误差、安装误差、对间的相对位置，这样样件或样板本身的制造误差、安装误差、对刀误差就成了影响调整误差的主要因素。刀误差就成了影响调整误差的主要因素。1. 加工误差的性质加工误差的性质 按照加工误差的性质，加工误差可分为系统性误差和随机性误按照加工误差的性质，加工误差可分为系统性误差和随机性误差。差。 （1）系统性误差）系统性误差 系统性误差可分为常值性系统误差和变值性系统误差两种。系统性误差可分为常值性系统误差和变值性系统误差两种。 常

31、值性系统误差：常值性系统误差：在顺序加工一批工件时，加工误差的大小和在顺序加工一批工件时，加工误差的大小和方向皆不变，此误差称为常值性系统误差；例如原理误差，定尺寸方向皆不变，此误差称为常值性系统误差；例如原理误差，定尺寸刀具的制造误差等。刀具的制造误差等。 变值性系统误差：变值性系统误差：在顺序加工一批工件时，按一定规律变化的在顺序加工一批工件时，按一定规律变化的加工误差，称为变值性系统误差；例如，当刀具处于正常磨损阶段加工误差，称为变值性系统误差；例如，当刀具处于正常磨损阶段车外圆时，由于车刀尺寸磨损所引起的误差。车外圆时，由于车刀尺寸磨损所引起的误差。2.1.3 加工误差的综合分析加工误

32、差的综合分析不讲 特点：常值性系统误差与加工顺序无关，变值性系统误特点：常值性系统误差与加工顺序无关，变值性系统误差与加工顺序有关。差与加工顺序有关。 对于常值性系统误差，若能掌握其大小和方向，可以通对于常值性系统误差，若能掌握其大小和方向，可以通过调整消除；过调整消除； 对于变值性系统误差，若能掌握其大小和方向随时间变对于变值性系统误差，若能掌握其大小和方向随时间变化的规律，也可通过采取自动补偿措施加以消除。化的规律，也可通过采取自动补偿措施加以消除。 （ 2）随机性误差）随机性误差 概念：概念：在顺序加工一批工件时，加工误差的大小和方向都是随在顺序加工一批工件时，加工误差的大小和方向都是随

33、机变化的，这些误差称为随机性误差。机变化的，这些误差称为随机性误差。 例如，由于加工余量不均匀、材料硬度不均匀等原因引起的加例如，由于加工余量不均匀、材料硬度不均匀等原因引起的加工误差，工件的装夹误差、测量误差和由于内应力重新分布引起的工误差，工件的装夹误差、测量误差和由于内应力重新分布引起的变形误差等均属随机性误差。变形误差等均属随机性误差。 特点：特点：可以通过分析随机性误差的统计规律，对工艺过程进行可以通过分析随机性误差的统计规律，对工艺过程进行控制。控制。 2.加工误差的数理统计方法加工误差的数理统计方法(1)实际分布曲线实际分布曲线用调整法加工出来的一批工件，尺寸总是在一用调整法加工

34、出来的一批工件，尺寸总是在一定范围内变化的，这种现象称为定范围内变化的，这种现象称为尺寸分散尺寸分散。表2-1活塞销孔直径频数统计表1)尺寸分散范围尺寸分散范围(28.004mm-27.992mm=0.012mm)小于公差小于公差带宽度带宽度(T=0.015mm)，表示本工序能满足加工精度要求。，表示本工序能满足加工精度要求。图图2-24活塞销孔直径尺寸分布图活塞销孔直径尺寸分布图1理论分布位置理论分布位置2公差范围中心公差范围中心(27.9925)3分散范围中心分散范围中心(27.9979)4实际实际分布位置分布位置5废品区废品区(2)直方图和分布折线图的作法1)收集数据。（样本容量）2）分

35、组。（每组至少45个数据）3)计算组距：h=(Xmax-Xmin)/(k-1)4)计算组界：各组组界：Xmin (j-1)hh/2 5)统计频数mi。6)绘制直方图 和分布折线图。(3)正态分布曲线 实践表明，在正常生产条件下，无占优势的影响因素存在，而加工的零件数量又足够多时数量又足够多时，其尺寸分布总是按正态分布的。1)正态分布曲线图2-25正态分布曲线曲线呈钟形，中间高、两边低；这表示尺寸靠近分散中心的工件占大部分，而尺寸远离分散中心的工件是极少数。曲线以 为轴对称分布，表示工件尺寸大于和小于的频率相等。工序标准差是决定曲线形状的重要参数。如图2-26所示，越大，曲线越平坦，尺寸越分散，

36、也就是加工精度越低；越小，曲线越陡峭，尺寸越集中，也就是加工精度越高。2)正态分布曲线的特点：图2-26正态分布曲线的性质X XXX 曲线分布中心改变时，整个曲线将沿X轴平移，但曲线的形状保持不变，如图2-27所示。这是常值系统性误差影响的结果。均方差不变时平均尺寸使分布曲线移动.TIF 3）非正态分布）非正态分布 平顶分布平顶分布 在影响机械加工的诸多误差因素中，如果刀具在影响机械加工的诸多误差因素中，如果刀具尺寸磨尺寸磨损损的影响显著，变值性系统误差占主导地位时，工件的尺的影响显著，变值性系统误差占主导地位时，工件的尺寸误差将呈现平顶分布。平顶分布曲线可以看成是随着时寸误差将呈现平顶分布。

37、平顶分布曲线可以看成是随着时间而平移的众多正态分布曲线组合的结果。间而平移的众多正态分布曲线组合的结果。双峰分布双峰分布 若将若将两台机床所加工的同一种工件两台机床所加工的同一种工件混在一起，由于两混在一起，由于两台机床的调整尺寸不尽相同，两台机床的精度状态也有差台机床的调整尺寸不尽相同，两台机床的精度状态也有差异，工件的尺寸误差呈双峰分布。异，工件的尺寸误差呈双峰分布。偏态分布偏态分布 1）采用试切法车削工件外圆或镗内孔时，为避免产生不可修）采用试切法车削工件外圆或镗内孔时，为避免产生不可修复的废品，操作者主观上有使复的废品，操作者主观上有使轴径轴径加工得加工得宁大勿小宁大勿小(偏右）偏右）

38、、使、使孔孔径径加工得加工得宁小勿大（偏左）宁小勿大（偏左）的意向，按照这种加工方式加工得到的的意向，按照这种加工方式加工得到的一批零件的加工误差呈偏态分布。一批零件的加工误差呈偏态分布。 2）工艺系统显著的热变形）工艺系统显著的热变形刀具热变形严重：刀具热变形严重：加工轴时偏左（尺寸偏小）加工轴时偏左（尺寸偏小）加工孔时偏右（尺寸偏大）加工孔时偏右（尺寸偏大）4)正态分布曲线的应用：正态分布曲线的应用：计算合格率和废品率。计算合格率和废品率。判断加工误差的性质。判断加工误差的性质。如果加工过程中如果加工过程中没有变值没有变值系统性误差，那么它的系统性误差，那么它的尺寸分布应服从尺寸分布应服从

39、正态分布；正态分布；如果实际尺寸分布与正态分布有较大出入，说明存在如果实际尺寸分布与正态分布有较大出入，说明存在变值系统性误差。变值系统性误差。如果尺寸分散中心与公差带如果尺寸分散中心与公差带中心重合中心重合，则说明，则说明不存在常值系统性不存在常值系统性误差误差，若不重合则两中心之间的距离即常值系统性误差；，若不重合则两中心之间的距离即常值系统性误差；判断工序的工艺能力能否满足加工精度的要求判断工序的工艺能力能否满足加工精度的要求。 所谓工艺能力是指处于控制状态的加工工艺所能加工出产品质量所谓工艺能力是指处于控制状态的加工工艺所能加工出产品质量的实际能力，可以用工序的的实际能力，可以用工序的

40、尺寸分散范围尺寸分散范围来表示其工艺能力，大多来表示其工艺能力，大多数加工工艺的分布都接近正态分布，而正态分布的尺寸分散范围是数加工工艺的分布都接近正态分布，而正态分布的尺寸分散范围是6，故一般工艺能力都取，故一般工艺能力都取6。用用工艺能力系数工艺能力系数判断判断式中式中 T工件公差。工件公差。T值一定时，值一定时，愈小，愈小，Cp就愈大。就愈大。 工序能力共分五级，其工序能力系数工序能力共分五级，其工序能力系数Cp值详见值详见 表表2-4。 生产中工序能力等级不得低于二级。生产中工序能力等级不得低于二级。5）分布曲线的缺点：）分布曲线的缺点：随机性误差和系统性误差同时存在时随机性误差和系统

41、性误差同时存在时“难难”例2-1已知=0.005mm零件公差带T=0.02mm，且公差对称于分散范围中心，X=0.01mm。试求此时的废品率。 （73页） 例例2-3 在卧式镗床上镗削一在卧式镗床上镗削一批箱体零件的内孔，孔径尺寸要批箱体零件的内孔，孔径尺寸要求为求为70 mm，已知孔径尺，已知孔径尺寸按正态分布，寸按正态分布， = 70.08mm, =0.04mm，试计算这批加工件，试计算这批加工件的合格品率和不合格品率。的合格品率和不合格品率。 解：作右图，作标准化变换，令解：作右图，作标准化变换，令 z 右右(x- )/(70.2-70.08)/0.04=3 z 左左(x- )/(70.

42、08-70.00)/0.042查表查表4-2得：得：(2)=0.4772；(3) = 0.49865。2 . 00 偏大不合格品率偏大不合格品率P大大=0.5(3) = 0.5 0.49865=0. 00135 = 0. 135 %，这些不合格品不可修复。，这些不合格品不可修复。 偏小不合格品率偏小不合格品率P小小=0.5(2 )0.50.47720.02282.28%，这些不合格品可修复。，这些不合格品可修复。 合格品率为合格品率为P=10.1352.28% =97.585% 。 前面分析和讨论了各种原始误差因素对加工精度的影响，前面分析和讨论了各种原始误差因素对加工精度的影响，并提出了一些

43、解决单个问题的措施。并提出了一些解决单个问题的措施。1.直接消除和减少原始误差直接消除和减少原始误差2.1.4提高加工精度的工艺措施提高加工精度的工艺措施 1 1）以车细长轴为例：）以车细长轴为例： 采用跟刀架或中心架；采用跟刀架或中心架； 采用反向进给；采用反向进给； 大主偏角大进给；大主偏角大进给； 伸缩性的弹性活顶尖。伸缩性的弹性活顶尖。 进给方向进给方向a)Fy进给方向进给方向Fy 跟刀架跟刀架活顶尖活顶尖b) 2)在卡盘一端的工件上车出一个缩颈，以增加工件柔在卡盘一端的工件上车出一个缩颈，以增加工件柔性，减少了因性，减少了因坯料弯曲坯料弯曲而在卡盘强制夹持下产生轴线歪斜而在卡盘强制夹

44、持下产生轴线歪斜的影响。的影响。图2-31夹持端车出缩颈 加工刚性不足的圆环零件或磨削精度薄片零件时，采取加工刚性不足的圆环零件或磨削精度薄片零件时，采取如下措施：如下措施：1)采用弹性夹紧机构，使工件在自由状态下定位和夹紧。采用弹性夹紧机构，使工件在自由状态下定位和夹紧。2)采用临时性加强工件刚性的方法。采用临时性加强工件刚性的方法。图2-32两种夹紧方式工件变形状态的比较2.补偿或抵消原始误差：补偿或抵消原始误差： 人为地造出一种新的误差去抵消工艺系统中出现的人为地造出一种新的误差去抵消工艺系统中出现的关键性的原始误差。关键性的原始误差。图2-33龙门铣床横梁变形与刮研3.转移变形或转移误

45、差转移变形或转移误差图2-34用附加梁转移横梁的变形 误差转移法是把影响加工精度的原始误差转移到误误差转移法是把影响加工精度的原始误差转移到误差不敏感的方向或者不影响加工精度的方向上。差不敏感的方向或者不影响加工精度的方向上。4.均分原始误差均分原始误差 均分原始误差均分原始误差就是当坯件精度太低，引起的定位误就是当坯件精度太低，引起的定位误差或复映误差太大时，将坯件误差均分成差或复映误差太大时，将坯件误差均分成 n组，每组坯件组，每组坯件的误差缩小为原来误差的的误差缩小为原来误差的1/1/n。 a)a)头架顶尖头架顶尖“自磨自自磨自” 5.5.就地加工达到最终精度就地加工达到最终精度 方法：

46、把各相关零件，部件先行装配，使它们处于方法：把各相关零件，部件先行装配，使它们处于工作要求的相互位置，然后就地进行最终加工。工作要求的相互位置，然后就地进行最终加工。 目的：消除机器和部件装配后累积误差。目的：消除机器和部件装配后累积误差。返回本章目录返回本章目录b)b)三点不同轴引起丝杆弯曲和接触不良三点不同轴引起丝杆弯曲和接触不良c)c)导套内孔导套内孔 自镗自自镗自 返回本章目录返回本章目录图2-35六角车床转塔上六个孔和平面加工与检验 1、加工表面质量的概念、加工表面质量的概念 （1）表面粗糙度与波度）表面粗糙度与波度 L/H 1000称为称为宏观宏观 几何形状误差几何形状误差，例如圆

47、度，例如圆度 误差、圆柱度误差等，它误差、圆柱度误差等，它 们属于加工精度范畴；们属于加工精度范畴； L/H501000，称为，称为波纹度波纹度，它是由机械加工振动，它是由机械加工振动引起的；引起的； L/H 50，称为微观几何形状误差，亦称，称为微观几何形状误差，亦称表面粗糙度表面粗糙度。2.2机械加工的表面质量（ 2）表面层材料的物理力学性能）表面层材料的物理力学性能 1)表面层的冷作硬化表面层的冷作硬化 机械加工过程中表面层金属产生强烈的塑性变形，使机械加工过程中表面层金属产生强烈的塑性变形，使晶格扭曲、畸变，晶粒间产生剪切滑移，晶粒被拉长，这晶格扭曲、畸变，晶粒间产生剪切滑移，晶粒被拉

48、长，这些都会使表面层金属的硬度增加，塑性减小，统称为冷作些都会使表面层金属的硬度增加，塑性减小，统称为冷作硬化。硬化。 2)表面层残余应力表面层残余应力 机械加工过程中由于切削变形和切削热等因素的作用机械加工过程中由于切削变形和切削热等因素的作用在工件表面层材料中产生的内应力在工件表面层材料中产生的内应力, 称为称为表面层残余应力表面层残余应力。它是在加工表面材料中平衡的应力，它的重新分布不会引它是在加工表面材料中平衡的应力，它的重新分布不会引起工件变形，但它对机器零件表面质量有重要影响。起工件变形，但它对机器零件表面质量有重要影响。 3)表面层金相组织变化表面层金相组织变化 机械加工过程中，

49、在工件的加工区域，温度会急剧升机械加工过程中，在工件的加工区域，温度会急剧升高高, 当温度升高到超过工件材料金相组织变化的临界点时，当温度升高到超过工件材料金相组织变化的临界点时，就会发生金相组织变化。就会发生金相组织变化。(1)表面质量对零件表面质量对零件耐磨性耐磨性的影响零件的耐磨性是一项很的影响零件的耐磨性是一项很重要的性能指标，当零件的材料、润滑条件和加工精度决重要的性能指标，当零件的材料、润滑条件和加工精度决定之后，表面质量对耐磨性起着关键的作用。定之后，表面质量对耐磨性起着关键的作用。(2)零件表面质量对零件零件表面质量对零件疲劳强度疲劳强度的影响零件在交变载荷的影响零件在交变载荷

50、的作用下，其表面微观不平的凹谷处和表面层的缺陷处容的作用下，其表面微观不平的凹谷处和表面层的缺陷处容易引起应力集中而产生疲劳裂纹，造成零件的疲劳破坏。易引起应力集中而产生疲劳裂纹，造成零件的疲劳破坏。(3)零件表面质量对零件零件表面质量对零件耐蚀性能耐蚀性能的影响零件的耐蚀性在的影响零件的耐蚀性在很大程度上取决于零件的表面粗糙度。很大程度上取决于零件的表面粗糙度。(4)零件表面质量对配合性质及其他性能的影响由于零件零件表面质量对配合性质及其他性能的影响由于零件表面粗糙度的存在，将影响表面粗糙度的存在，将影响配合精度和配合性质配合精度和配合性质。2.表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件使用