机械加工质量及其控制概述26899.pptx

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1、机械制造技术基础机械制造技术基础机械制造及自动化系机械制造及自动化系主讲人：陈明君主讲人：陈明君第第4章章机械加工质量及其控制机械加工质量及其控制FUNDAMENTALSOFMACHINERYMANUFACTURINGTECHNOLOGYMachiningQualityanditsControl4.1概概述述信信息息时时代代知知识识经经济济知知识识社社会会知知识识产产业业机机械械工工程程（制（制造造业）业）生生产产资资料料生生产产设设备备生生产产技技术术生生产产管管理理国国防防装装备备社社会会财财富富生生活活资资料料1885年年汽车汽车德国奔驰德国奔驰1903年年飞机飞机美国莱特兄弟美国莱特兄

2、弟1903年年火箭火箭俄国齐奥尔科夫斯基俄国齐奥尔科夫斯基1927年年黑白电视黑白电视美国贝尔电话美国贝尔电话1937年年喷气发动机喷气发动机英国惠特尔英国惠特尔1946年年计算机计算机美国莫切利与埃克特美国莫切利与埃克特1951年年数控机床数控机床MIT1957年年人造卫星人造卫星苏联苏联1971年年微处理器芯片微处理器芯片Intel公司公司1977年年载人航天飞机载人航天飞机美国海斯美国海斯富勒顿富勒顿1986年年扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜日本工业技术院日本工业技术院1992年年掌上电脑掌上电脑Apple公司公司推动世界进步的重要机电产品推动世界进步的重要机电产品国外制造业的争夺国外制造

3、业的争夺马马克克思思说说：“各各个个经经济济时时代代的的区区别别，不不在在于于产产品品什什么么，而而在在于于怎怎样样生生产产，用用什什么么劳劳动动资资料料生生产产”。制制造造业业我我们们生生存存的的基基础础，应应该该重重新新认认识识它它的的重重要要性性及及其价值。其价值。怎么办？美国政府总结经验：怎么办？美国政府总结经验：“制造技术制造技术”国家的重大关键技术国家的重大关键技术措施：措施：1994年年25亿美元亿美元先进制造技术先进制造技术希望：希望：19972000年建立年建立100个以上的全国性先进制造技术中心个以上的全国性先进制造技术中心目标：重新夺回市场。目标：重新夺回市场。工业发达国

4、家约工业发达国家约6060的社会财富和约的社会财富和约4545的国民经济收入是由制造业创造的。的国民经济收入是由制造业创造的。美国美国6868的财富来源于制造业。的财富来源于制造业。70年代左右：美国发展的重点年代左右：美国发展的重点尖端技术和军用技术尖端技术和军用技术日、德两国：先一步以务实的方式大力促进制造业的发展日、德两国：先一步以务实的方式大力促进制造业的发展结结果果：近近20年年来来美美国国制制造造技技术术领领先先地地位位被被动动摇摇，机机床床制制造造业业失失去去53的的国国内内市场。（美国的发明技术，日本的产品，日本人赚钱）市场。（美国的发明技术，日本的产品，日本人赚钱）中国经济发

5、展中国经济发展50年走过了西方年走过了西方200年的路年的路高速发展令世人瞩目高速发展令世人瞩目我们有理由为建国以来的成就而自豪，但无资我们有理由为建国以来的成就而自豪，但无资格自满格自满我们更应肩负起富民强国的责任我们更应肩负起富民强国的责任制造业的中心在亚洲制造业的中心在亚洲亚洲制造业的中心在中国亚洲制造业的中心在中国中国制造业中国制造业我们的机械工程学科我们的机械工程学科我国最早建立的一级学科之一我国最早建立的一级学科之一国家国家“211工程工程”重点建设学科重点建设学科首批首批“长江学者长江学者”设岗单位设岗单位首批一级学科博士学位授权点首批一级学科博士学位授权点2001年获选两个全国

6、重点学科年获选两个全国重点学科2002年全国一级学科整体水平评估第二年全国一级学科整体水平评估第二表面（微观）形貌表面（微观）形貌 加工变质层加工变质层 4.1.1基本概念基本概念（书中（书中4.1.1与与4.1.3）零件质量零件质量装配质量装配质量机械产品质量机械产品质量 材料，金相组织材料，金相组织 (材质材质)加工精度，波纹度加工精度，波纹度 ，表面粗糙度，表面粗糙度(几何几何)加工精度加工精度表面质量表面质量尺寸精度尺寸精度形状精度形状精度位置精度位置精度零件加工质量零件加工质量零件加工的实现零件加工的实现机械加工工艺过程机械加工工艺过程第四章第四章第五章第五章第六章第六章加工精度、表

7、面质量及其发展加工精度、表面质量及其发展车、铣车、铣磨磨CNC机床机床研磨，工具磨研磨，工具磨光学磨，金刚石车、磨光学磨，金刚石车、磨金刚石超精车、磨，电解加工金刚石超精车、磨，电解加工衍射光栅刻线机衍射光栅刻线机电子束，离子束，电子束，离子束，X射线射线分子束生长，离子注分子束生长，离子注扫描隧道技术扫描隧道技术激激光光反反射射镜镜平平面面度度提提高高到到30nm，表表面面粗粗糙糙度度 降降低低到到10nm，反反射射率率将将提提高高到到 99.8%以以上上。否否则则，寿寿命命将大大缩短将大大缩短磁磁头头与与磁磁盘盘间间的的飞飞行行高高度度在在50nm以以下下，若若进进一一步步降降低低将将使使

8、存存储储容容量量呈呈指指数数倍倍增长增长1kg精精密密陀陀螺螺转转子子的的偏偏心心增增加加0.50.5nm，将将引引起起100m的的射射程程误误差差和和50m的的轨轨道道误误差差 现代超精密机械对精密的要求现代超精密机械对精密的要求细微与纳米加工技术可达水平细微与纳米加工技术可达水平机械制造新技术：机械制造新技术：数控数控（NumericalControlNC）技术技术加工中心加工中心（MC）工业机器人工业机器人（IndustrialRobot）技术技术 自适应控制机床自适应控制机床（AdaptiveControlMachineTools）计算机辅助制造计算机辅助制造（ComputerAide

9、dManufacturingCAM）计算机数控机床计算机数控机床（ComputerizedNumericalControlCNC）机械制造新技术：机械制造新技术：可变制造系统可变制造系统 柔性制造单元柔性制造单元 数字化制造（初期，国内：熊有伦院士）数字化制造（初期，国内：熊有伦院士）无人化机械制造厂无人化机械制造厂现阶段：现阶段：互联网技术的迅猛发展（互联网技术的迅猛发展（e-制造、网络控制、分子开关）制造、网络控制、分子开关）工业生产追求更大的投入产出经济效益工业生产追求更大的投入产出经济效益例如：例如：智能制造（智能制造（IMTIMT）、并行工程（）、并行工程（CECE）、精节生产（）、

10、精节生产（LPLP）敏捷制造敏捷制造（AMAM）、）、绿色制造、柔性制造（绿色制造、柔性制造（FMSFMS）、虚拟制造、超精加工（）、虚拟制造、超精加工（KDPKDP晶体）、晶体）、纳米技术、纳米技术、分子自组装技术（化学、生物）分子自组装技术（化学、生物）机械加工精度的各项指标既有区别，又有联系。机械加工精度的各项指标既有区别，又有联系。一般情况下一般情况下，形状精度形状精度要求高于要求高于尺寸精度尺寸精度，位置精度位置精度要要求也高于求也高于尺寸精度尺寸精度。精密和超精密加工技术精密和超精密加工技术 机械加工的技术重点机械加工的技术重点 大型工件的加工技术大型工件的加工技术 特殊材料的加工

11、技术特殊材料的加工技术尺寸公差尺寸公差位置公差位置公差形状公差形状公差表面粗糙度。表面粗糙度。基本概念基本概念表面（微观）形貌表面（微观）形貌加工变质层加工变质层机械加工表面质量机械加工表面质量表面粗糙度表面粗糙度表面波纹度表面波纹度轮廓算术平均偏差轮廓算术平均偏差Ra微观不平度微观不平度10点高度点高度Rz直线波纹度平均波幅直线波纹度平均波幅Wz圆周波纹度平均波幅圆周波纹度平均波幅Wz塑性变形引起的冷作硬化塑性变形引起的冷作硬化切（磨）削热引起的金相组织变化切（磨）削热引起的金相组织变化力（热）产生的残余应力力（热）产生的残余应力最为常用的是：最为常用的是：Ra及及rms研究热点之一研究热点

12、之一基本概念基本概念加工变质层的雷德（加工变质层的雷德（H.RetherH.Rether）模型）模型 p.116压缩区压缩区塑性变形区。是由切削力造成的结晶组织变化层。塑性变形区。是由切削力造成的结晶组织变化层。此区最外层为纤维化层，是此区最外层为纤维化层，是由刀具与切削层间的摩擦挤压由刀具与切削层间的摩擦挤压 造成的，还有切削热造成的表面层的强化或弱化等等，存在着造成的，还有切削热造成的表面层的强化或弱化等等，存在着 由由塑性变形、切削热及金相组织变化引起的残余应力塑性变形、切削热及金相组织变化引起的残余应力。该层也。该层也 称应力变质层。称应力变质层。吸附层吸附层在最外层。生有在最外层。生

13、有氧化膜氧化膜或或化合物化合物并吸收渗进某些并吸收渗进某些气体、液体或气体、液体或 固体粒子固体粒子。亚表层亚表层机械加工表面质量对机器使用性能和寿命的影响机械加工表面质量对机器使用性能和寿命的影响 p.117-（1 1）影响耐磨性）影响耐磨性 粗糙度值大粗糙度值大，实际接触面积小，接触应力大，易磨损，实际接触面积小，接触应力大，易磨损，耐磨性差耐磨性差。粗糙度值越小粗糙度值越小，实际接触面积越大，实际接触面积越大，耐磨性较好耐磨性较好。若粗糙度值过小若粗糙度值过小，可能增加制造成本，且可能破坏润滑油膜，造成，可能增加制造成本，且可能破坏润滑油膜，造成干摩擦干摩擦。加工表面硬化加工表面硬化到一

14、定程度能使耐磨性到一定程度能使耐磨性有所提高有所提高，但硬化过度反会使结晶，但硬化过度反会使结晶组织出现过度变形，甚至产生裂纹或剥落，使磨损加剧，使耐磨性降低。组织出现过度变形，甚至产生裂纹或剥落，使磨损加剧，使耐磨性降低。Why?（2 2）影响疲劳强度）影响疲劳强度 交交变变载载荷荷作作用用时时，表表面面粗粗糙糙度度、划划痕痕及及微微裂裂纹纹等等均均会会引引起起应应力力集集中中，从而降低疲劳强度。从而降低疲劳强度。加工表面粗糙度的加工表面粗糙度的纹路方向纹路方向与受力方向垂直时，疲劳强度明显降低。与受力方向垂直时，疲劳强度明显降低。一般一般加工硬化加工硬化可提高疲劳强度，但硬化过度则会适得其

15、反。可提高疲劳强度，但硬化过度则会适得其反。残残余余应应力力为为压压应应力力时时，可可部部分分抵抵消消交交变变载载荷荷施施加加的的拉拉压压力力，阻阻碍碍和和延延缓缓裂裂纹纹的的产产生生或或扩扩大大，从从而而提提高高疲疲劳劳强强度度；但但为为拉拉应应力力时时，则则会会大大大大降降低低疲劳强度。疲劳强度。有些加工方法，如有些加工方法，如滚压加工滚压加工，可减小粗糙度值、强化表面层，使表层呈，可减小粗糙度值、强化表面层，使表层呈压应力状态，从而防止产生微裂纹，提高疲劳强度。压应力状态，从而防止产生微裂纹，提高疲劳强度。机械加工表面质量对机器使用性能和寿命的影响机械加工表面质量对机器使用性能和寿命的影

16、响 p.117-（3 3）影响耐蚀性）影响耐蚀性 p.117 表表面面粗粗糙糙度度值值大大的的表表面面，腐腐蚀蚀性性物物质质（气气体体、液液体体）容容易易渗渗透透到到表表面面的的凹凸不平凹凸不平处，从而产生处，从而产生化学或电化学作用化学或电化学作用而被腐蚀。而被腐蚀。表表面面微微裂裂纹纹处处容容易易受受腐腐蚀蚀性性气气体体或或液液体体的的侵侵蚀蚀，如如零零件件表表面面有有残残余余压压应力，应力，则可阻碍微裂纹的扩展，从而在一定程度上提高零件的耐蚀性。则可阻碍微裂纹的扩展，从而在一定程度上提高零件的耐蚀性。（4 4）影响配合性质）影响配合性质 p.118 影影响响配配合合性性质质最最主主要要因

17、因素素是是表表面面粗粗糙糙度度。对对于于间间隙隙配配合合，经经初初期期磨磨损损后后，间间隙隙会会有有所所增增大大，严严重重时时会会影影响响密密封封性性能能或或导导向向精精度度；对对于于过过盈盈配配合合，使使计计算算所所得得过过盈盈量量与与实实际际过过盈盈量量有有所所不不同同，成成为为过过渡渡配配合合甚甚至至间间隙隙配配合合，从从而而可可能影响过盈配合的连接强度。能影响过盈配合的连接强度。此外，加工表面质量对此外，加工表面质量对运动平稳性运动平稳性和和噪音噪音等也有影响。等也有影响。4.1.2机械加工精度的获得方法机械加工精度的获得方法p.115一、尺寸精度的获得方法一、尺寸精度的获得方法手工逐

18、步调刀获得所需尺寸手工逐步调刀获得所需尺寸加工前先调整好刀具位置再进行一批加工加工前先调整好刀具位置再进行一批加工尺寸精度由刀具保证尺寸精度由刀具保证 （钻头、拉刀）（钻头、拉刀）自动化的试切法自动化的试切法试切法试切法调整法调整法尺寸刀具法尺寸刀具法自动控制法自动控制法二、形状精度的获得方法二、形状精度的获得方法成形运动法成形运动法非成形运动法非成形运动法成形刀具法成形刀具法 形状精度决定于成形运动和刃形形状精度决定于成形运动和刃形展成法展成法 成形表面通过包络形成成形表面通过包络形成轨迹法轨迹法 车、刨、磨车、刨、磨形状精度超过机床成形运动精度时使用形状精度超过机床成形运动精度时使用如：如

19、：0 0级平板的加工级平板的加工三、位置精度的获得方法三、位置精度的获得方法 p.115直接装夹直接装夹 效率高，精度低效率高，精度低找正装夹找正装夹 高精度，小批高精度，小批夹具装夹夹具装夹 效率高，精度可满足要求效率高，精度可满足要求一次装夹法一次装夹法多次装夹法多次装夹法非成形运动法非成形运动法与机床几何精度有关与机床几何精度有关位置精度要求极高时采用位置精度要求极高时采用（机床不能满足要求）（机床不能满足要求）加工误差加工误差与与原始误差原始误差 p.118 加工误差加工误差加工后每个零件在尺寸、形状、位置方面与加工后每个零件在尺寸、形状、位置方面与 理想零件的差值。理想零件的差值。（

20、几何参数的偏差）（几何参数的偏差）4.2机械加工精度的影响因素及其控制机械加工精度的影响因素及其控制 原始误差原始误差由于机床、刀具、量具、夹具和工件组成的由于机床、刀具、量具、夹具和工件组成的 工艺系统工艺系统造成加工误差的因素。造成加工误差的因素。误差分类误差分类原始误差：原始误差：统计误差：统计误差：从影响零件加工精度的本质上分从影响零件加工精度的本质上分（单因素）（单因素）从性质上分从性质上分（多因素）（多因素）原原始始误误差差原原有有误误差差 机床机床 夹具夹具(制造误差制造误差)刀具刀具(制造、安装制造、安装)工件工件(毛坯毛坯)工艺系统静误差工艺系统静误差加工过程中产生的误差加工

21、过程中产生的误差受力变形受力变形 热变形热变形 工艺系统磨损工艺系统磨损 残余应力变形残余应力变形工件装夹误差工件装夹误差（定位、夹紧）除此外：对定、过程（定位、夹紧）除此外：对定、过程调整误差调整误差 （更换工件、刀具、夹具、量具时进行调整）（更换工件、刀具、夹具、量具时进行调整）测量误差测量误差 （测量方法和量具误差）（测量方法和量具误差）原理误差原理误差（渐开线齿轮、数控插补、英制螺纹）（渐开线齿轮、数控插补、英制螺纹）4.4受力、热、磨受力、热、磨损、残余应力损、残余应力4.3机床几何误差机床几何误差原始误差概念原始误差概念分析分析原有误差原有误差对零件加工精度的影响及控制：对零件加工

22、精度的影响及控制：误差敏感方向误差敏感方向：加工表面法向加工表面法向原始误差所引起的加工误差最大原始误差所引起的加工误差最大误差敏感误差敏感方向方向误差非敏感误差非敏感方向方向p.118 误差的性质误差的性质 4.5加工误差的加工误差的统计分析统计分析常值常值变值变值随机性误差随机性误差系统性误差系统性误差统计误差概念统计误差概念ZX12f yXY x RxRx RyRy工艺系统原有误差对加工精度的影响与控制工艺系统原有误差对加工精度的影响与控制一、影响一、影响尺寸精度尺寸精度的的主要因素主要因素与与控制控制p.120-122改善测量方法；提高测量精度改善测量方法；提高测量精度（激光测距、（激

23、光测距、非接触式测量、激光干涉仪、光删尺）非接触式测量、激光干涉仪、光删尺）式中，式中，L为跃进距离；为跃进距离；G为工作台重量；为工作台重量；0，分别为静、动摩擦系数；分别为静、动摩擦系数；K为机构传动刚度。为机构传动刚度。改进工艺方法改进工艺方法（精车、精磨、研磨）（精车、精磨、研磨）减小刀具或磨粒的刃口钝圆半径减小刀具或磨粒的刃口钝圆半径re。(1/3-1/10)e试切测量精度：试切测量精度：微量进给精度：微量进给精度：控制刀具或工件控制刀具或工件微量进给（会出微量进给（会出现：爬行现象）现：爬行现象）微薄切削层的极限厚度：微薄切削层的极限厚度：定位调整精度定位调整精度:(a)减少定位误

24、差；减少定位误差；(b)提高进给重复定位精度提高进给重复定位精度;(c)提提高对尺寸分布中心判断的准确性高对尺寸分布中心判断的准确性刀具调整精度刀具调整精度.ppt 温诗铸温诗铸井川直哉井川直哉二、二、影响影响形状精度形状精度的主要因素与控制的主要因素与控制 基本成形运动基本成形运动 （回转、直线）（回转、直线）成形运动法成形运动法 相互位置关系相互位置关系 （几何关系）（几何关系）均准确均准确保证形状精度保证形状精度 (针对于机床针对于机床)速度关系速度关系 （运动关系）（运动关系）的条件的条件（怎样保证）（怎样保证）非成形运动法非成形运动法 足够的检测精度足够的检测精度 (机床无法满足机床

25、无法满足)4.3节节三、三、影响影响位置精度位置精度的主要因素与控制的主要因素与控制刀具切削成形面刀具切削成形面刀具切削成形面刀具切削成形面相互重（接）合的表面之间相互重（接）合的表面之间有精度关系的表面之间有精度关系的表面之间工件加工面工件加工面工件加工面工件加工面位置精度要求位置精度要求机床几何精度机床几何精度采用成形运动法时，位置精度的获得与装夹方式有关采用成形运动法时，位置精度的获得与装夹方式有关结论：影响位置精度的是结论：影响位置精度的是机床几何精度机床几何精度一次装夹：一次装夹：如在龙门铣床、加工中心上加工箱体零件如在龙门铣床、加工中心上加工箱体零件如用外圆定位在车床上加工齿轮内孔

26、后，再在插床上加工键槽如用外圆定位在车床上加工齿轮内孔后，再在插床上加工键槽工件基准面工件基准面机床安装面机床安装面工件加工面工件加工面刀具切削成形面刀具切削成形面位置精度要求位置精度要求刀具切削成形面刀具切削成形面工件加工面工件加工面位置精度要求位置精度要求机床几何精度机床几何精度机床几何精度机床几何精度结论：影响位置精度的是结论：影响位置精度的是机床几何精度机床几何精度直接装夹直接装夹如在车床上加工与外圆同轴度要求很高的内孔如在车床上加工与外圆同轴度要求很高的内孔工件基准面工件基准面机床安装面机床安装面刀具切削成形面刀具切削成形面工件加工面工件加工面位置精度要求位置精度要求机床几何精度机床

27、几何精度可调支承可调支承找正精度找正精度刀具切削成形面刀具切削成形面工件加工面工件加工面位置精度要求位置精度要求机床几何精度机床几何精度找正精度找正精度结论：影响位置精度的是结论：影响位置精度的是找正精度找正精度找正装夹找正装夹夹具装夹夹具装夹非成形运动法：非成形运动法：检测精度检测精度工件基准面工件基准面机床安装面机床安装面刀具切削成形面刀具切削成形面工件加工面工件加工面位置精度要求位置精度要求机床几何精度机床几何精度夹具安装面夹具安装面对刀导引精度对刀导引精度（找正精度）（找正精度）夹具定位面夹具定位面夹具安装精度夹具安装精度夹具制造精度夹具制造精度装夹精度装夹精度刀具切削成形面刀具切削成

28、形面工件加工面工件加工面位置精度要求位置精度要求机床几何精度机床几何精度对刀导引精度对刀导引精度（找正精度）（找正精度）结论：影响位置精度的是结论：影响位置精度的是对刀导引精度、装夹精度对刀导引精度、装夹精度 机机床床的的制制造造误误差差、安安装装误误差差以以及及在在使使用用过过程程中中精精度度保保持持性性被被破破坏坏等等原原因因，都都将将会会产产生生机机床床几几何何误误差差，进进而而引引起起机机械械加加工工误差。误差。4.3机床几何误差及其对加工精度的影响与控制机床几何误差及其对加工精度的影响与控制机床几何精度机床几何精度回转运动精度回转运动精度直线运动精度直线运动精度成形运动之间的位置精度

29、成形运动之间的位置精度传动（速度关系）精度传动（速度关系）精度p.125-会对零件的加工精度造成会对零件的加工精度造成影响：主要指形状精度影响：主要指形状精度运动本身及相运动本身及相互关系均要准互关系均要准确，否则确，否则研究机床几何精度对面形精度影响及控制的必要性研究机床几何精度对面形精度影响及控制的必要性 1.卫星卫星系统：航天相机，探测器系统：航天相机，探测器SiCSiC轻质反射镜轻质反射镜尺寸：尺寸：300-500mm;数量：数量：7080块块/年年;面形精度：优于面形精度：优于/40;表面粗糙度；表面粗糙度；Ra1nm;尺寸：尺寸：300-500mm;数量：每年数量：每年100块以上

30、；块以上；面形精度：优于面形精度：优于/20;表面粗糙度：表面粗糙度：Ra5nm；2.航空相机，导弹复合航空相机，导弹复合导引头导引头研究机床几何精度对面形精度影响及控制的必要性研究机床几何精度对面形精度影响及控制的必要性 目前只能依靠国外加工 3.神舟飞船太阳模拟器神舟飞船太阳模拟器尺寸尺寸:500mm左右左右;数量数量:150块块;面形精度：面形精度：3m左右；左右；表面粗糙度：表面粗糙度：Ra10nm;研究机床几何精度对面形精度影响及控制的必要性研究机床几何精度对面形精度影响及控制的必要性 惯性约束聚变点火工程惯性约束聚变点火工程国家新能源战略的重要组成部分国家新能源战略的重要组成部分中

31、国神光中国神光原型装置原型装置美国美国NIFNIF原理图原理图尺寸：尺寸：410410mm2;数量：数量：20000多块多块(2020年前年前);面形精度：优于面形精度：优于/20-/40;表面粗糙度；表面粗糙度；RaKTK工工短粗轴短粗轴（马鞍）（马鞍）K工工KHKT 切削力变化切削力变化对加工精度的影响对加工精度的影响 p.135p.135原因：原因：切削余量不均切削余量不均；工件材质变化等工件材质变化等结果：结果：形状误差，尺寸分散形状误差，尺寸分散误差复映现象误差复映现象工件加工前的误差工件加工前的误差B以类似以类似的形式反映到加工后的工件上去，的形式反映到加工后的工件上去，造成加工后

32、的误差造成加工后的误差W。误差复映系数误差复映系数 式中式中CFp径向切削力系数径向切削力系数 f进给量进给量YFp 进给量对切削力影响指数进给量对切削力影响指数减少误差复映的主要措施减少误差复映的主要措施 多次走刀多次走刀提高工艺系统刚度提高工艺系统刚度提高工艺系统刚度的主要措施提高工艺系统刚度的主要措施p.136 提高提高工件在加工时的刚度工件在加工时的刚度或或减小其变形减小其变形 合理选择工件的合理选择工件的加工和装夹加工和装夹方式方式薄壁件均匀夹紧薄壁件均匀夹紧；细长件细长件用中心架、跟刀架或反向进给切削用中心架、跟刀架或反向进给切削 提高刀具在加工时的刚度提高刀具在加工时的刚度 改善

33、刀具材料、结构；热处理；钻套、镗套；对称刃口抵消切改善刀具材料、结构；热处理；钻套、镗套；对称刃口抵消切削分力削分力 提高机床及夹具的刚度提高机床及夹具的刚度 合理设计结构，刚度平衡合理设计结构，刚度平衡；尽量减少零件数，提高接合面形状尽量减少零件数，提高接合面形状精度，降低表面粗糙度值，减少接触变形精度，降低表面粗糙度值，减少接触变形；可靠预紧可靠预紧求法？求法？练习一下：陈明君-机械制造技术基础习题.ppt4.4.2工艺系统热变形的影响与控制工艺系统热变形的影响与控制p.136-热源热源内部热源内部热源外部热源外部热源摩擦热摩擦热（运动副）（运动副）转化热转化热（电动机，动力能耗）（电动机

34、，动力能耗）加工热加工热（切削热、磨削热）（切削热、磨削热）（薄片类零件）（薄片类零件）环境温度环境温度（室温、地基温度）（室温、地基温度）辐射热辐射热（阳光、取暖设备、人体）（阳光、取暖设备、人体）热变形对加工精度的影响热变形对加工精度的影响（特别是（特别是精密件、大型件精密件、大型件的加工）的加工）机床：破坏原有的冷态几何精度，造成加工误差机床：破坏原有的冷态几何精度，造成加工误差（大机床）（大机床）工件：冷却后尺寸改变；局部受热不均而变形工件：冷却后尺寸改变；局部受热不均而变形图图4.24（大零件如导轨）（大零件如导轨）刀具：加工过程中热伸长引起加工尺寸变化刀具：加工过程中热伸长引起加工

35、尺寸变化精密加工时也要考虑夹具、量具热变形带来的误差精密加工时也要考虑夹具、量具热变形带来的误差2007年年实验实验控制热变形的主要措施控制热变形的主要措施p.138减少热量产生和传入减少热量产生和传入正确使用刀（磨）具、切（磨）削用量；及时正确使用刀（磨）具、切（磨）削用量；及时刃磨或修整刃具；刃磨或修整刃具；电机外置、油箱外置；防晒电机外置、油箱外置；防晒加强散热能力加强散热能力高效冷却（喷雾冷却、润滑油冷冻降温，高效冷却（喷雾冷却、润滑油冷冻降温，液氮液氮）均恒温度场均恒温度场采用热对称和热补偿结构；恒温间采用热对称和热补偿结构；恒温间（德国）（德国）；机床预热机床预热（长春）。（长春）

36、。改进设计改进设计有限元分析、结构优化、有限元分析、结构优化、CAD超精密加工过程中，其它误差的影响因素也非常的重要超精密加工过程中，其它误差的影响因素也非常的重要除了前面分析的所有因素之外除了前面分析的所有因素之外（环境控制：恒温、恒湿、超净、隔振）（环境控制：恒温、恒湿、超净、隔振）4.4.3工艺系统磨损的影响与控制工艺系统磨损的影响与控制p.122-减少系统磨损的主要措施减少系统磨损的主要措施合理设计机床结构合理设计机床结构静压结构静压结构（无磨损）（无磨损），易损表面防护，易损表面防护提高零部件耐磨性提高零部件耐磨性耐磨材料（合金铸铁、镶钢、贴塑），热处理耐磨材料（合金铸铁、镶钢、贴塑

37、），热处理合理润滑，及时更换已磨损件合理润滑，及时更换已磨损件正确使用刀具正确使用刀具刀具材料（陶瓷、金刚石），刀具参数刀具材料（陶瓷、金刚石），刀具参数切削用量（尤其是切削用量（尤其是V），），刃口形式（宽刃）刃口形式（宽刃）冷却润滑冷却润滑系统磨损对加工精度的影响系统磨损对加工精度的影响机床零部件机床零部件破坏原有成形运动精度造成工件的形状和位置误差破坏原有成形运动精度造成工件的形状和位置误差夹具夹具带来装夹误差、对刀导引误差带来装夹误差、对刀导引误差刀具和磨具刀具和磨具使批生产工件尺寸的分散性增大使批生产工件尺寸的分散性增大造成尺寸和形状误差（大零件、成形刀具加工）造成尺寸和形状误差（大

38、零件、成形刀具加工）量具量具引起测量误差引起测量误差4.4.4工件残余应力的影响与控制工件残余应力的影响与控制p.123-工件的残余应力：当外部载荷去除以后，仍残存在工件内部的应力工件的残余应力：当外部载荷去除以后，仍残存在工件内部的应力残余应力的产生残余应力的产生机加力和热机加力和热表层塑变（晶格扭曲、表层塑变（晶格扭曲、拉长、比容增大）拉长、比容增大）毛坯制造毛坯制造冷却快受压（残余压应力）冷却快受压（残余压应力）慢者受拉（残余拉应力）慢者受拉（残余拉应力）（详细之）（详细之）冷校直冷校直局部塑变局部塑变（丝杠严禁之）（丝杠严禁之）减少或消除残余应力的主要措施减少或消除残余应力的主要措施

39、p.124-合理设计零件结构合理设计零件结构时效处理时效处理自然时效自然时效大件在室外搁置数天、月大件在室外搁置数天、月小件在车间搁置数小时（粗、精加工之间）小件在车间搁置数小时（粗、精加工之间）结构对称，结构对称，壁厚均匀壁厚均匀，减小尺寸差，减小尺寸差人工时效人工时效铸、锻、焊件在机械加工前的退火、回火铸、锻、焊件在机械加工前的退火、回火精度稳定性要求高的零件，淬火后进行冰冷处理精度稳定性要求高的零件，淬火后进行冰冷处理振动时效（激振、敲打）振动时效（激振、敲打）减少加工塑变减少加工塑变减少加工热；精度高的细长工件，不得冷校直减少加工热；精度高的细长工件，不得冷校直加大余量、多次切削，热校

40、直加大余量、多次切削，热校直练习一下：陈明君-机械制造技术基础习题.ppt4.5加工误差的统计分析加工误差的统计分析p.139-目的：目的：区区 分分 成成 批批 生生 产产 中中不不同同性性质质的的加加工工误误差差，确确定定 系系 统统 误误 差差 的的数数值值和和 随随机机误误差差 的的范范围围，从从而而找找出出造造成成加加工工误误差差的的主主要要因因素素以便采取相应的措施，提高零件的加工精度以便采取相应的措施，提高零件的加工精度系统误差系统误差在在相相同同的的工工艺艺条条件件下下加加工工 一一批批工工件件，所所产产生生的的大大小小和和方方向向不不变变（常常值值），或或按按加加工工顺顺序序

41、有有规规律律的的变变化化（变变值值）的的加加工工误误差差随机误差随机误差在相同的工艺条件下加工在相同的工艺条件下加工一批工件一批工件，所产生的大小和，所产生的大小和方向不同，且无规律变化的加工误差方向不同，且无规律变化的加工误差4.5.1加工误差的统计性质加工误差的统计性质4.5.2 机械加工误差的分布规律机械加工误差的分布规律 p.139-p.139-正态分布正态分布调整法调整法加工时没有某种优势因素的影响加工时没有某种优势因素的影响平顶分布平顶分布加工过程中有加工过程中有显著的变值系统误差显著的变值系统误差，如，如刀具磨损刀具磨损双峰分布双峰分布两台机床加工，机床精度不同，刀具调整尺寸不一

42、致两台机床加工，机床精度不同，刀具调整尺寸不一致偏态分布偏态分布加工过程受到人为干预，如试切法加工时的加工过程受到人为干预，如试切法加工时的保全心理，保全心理，最终形成可修废品。最终形成可修废品。4.5.3 加工误差的统计分析方法加工误差的统计分析方法 p.140-统计分析方法统计分析方法点图法点图法分布图法分布图法一、一、分布图法分布图法通过测量通过测量一批零件加工后的实际尺寸一批零件加工后的实际尺寸，做出尺寸分布曲线，然后，做出尺寸分布曲线，然后按照此曲线来判断该加工方法所产生的加工误差。按照此曲线来判断该加工方法所产生的加工误差。一般情况下，调整法加工后的零件一般情况下，调整法加工后的零

43、件尺寸服从正态分布。其概率密度函数为：尺寸服从正态分布。其概率密度函数为：3 原则原则正态分布的随机变量的分散范围是正态分布的随机变量的分散范围是3 6 的大小代表了某种加工方法在一定条件下所能达到的加工精度的大小代表了某种加工方法在一定条件下所能达到的加工精度一般情况下，有一般情况下，有正态分布函数为：正态分布函数为：令：令：则有则有表表4.2p.140注意积注意积分区间分区间一、一、分布图法分布图法平均尺寸平均尺寸常值系统误差常值系统误差随机误差随机误差对一批零件对一批零件实验分布曲线实验分布曲线与与正态分布曲线正态分布曲线相符合相符合p.142-任一零件，均可表示为：任一零件，均可表示为

44、：基本尺寸基本尺寸xM（理（理想公差带中心）想公差带中心）一、一、分布图法分布图法分布曲线的用途分布曲线的用途 分析系统误差的大小和方向分析系统误差的大小和方向轴和孔的平均尺寸与轴和孔的平均尺寸与xM相比，相比，s=0.005mm分析随机误差因素对加工精度的影响分析随机误差因素对加工精度的影响 R=6=0.015mm（正态）（正态）分析各误差范围内零件的百分比分析各误差范围内零件的百分比 x/=2，A=0.4772，合格率：合格率：0.5+0.4772=97.72%废品率：废品率：0.5-0.4772=2.28%分析减少废品率的有效方法分析减少废品率的有效方法 6 T，(a)s=0，(b)选用

45、选用 小的机床，亦即小的机床，亦即6 T，肯定有废品，肯定有废品轴类：右可修，左不可修轴类：右可修，左不可修孔类：右不可修，左可修孔类：右不可修，左可修 分析工序能力系数分析工序能力系数例如：加工例如：加工 20 0.01mm轴，加工后实测平均尺寸为轴，加工后实测平均尺寸为 20.005mm，=0.0025，求其加工误差情况？求其加工误差情况？R=6 xMxyx sTx二、二、点图法点图法p.144-（1）逐点点图）逐点点图 在一批零件的加工过程中，在一批零件的加工过程中，依次测量依次测量每个零件的加工尺寸，每个零件的加工尺寸，并记入以顺次加工的零件号为并记入以顺次加工的零件号为横坐标、零件加

46、工尺寸为纵坐横坐标、零件加工尺寸为纵坐标的图表中标的图表中，便构成了逐点点，便构成了逐点点图。图。由图例可见，由图例可见，刀具磨损刀具磨损引起轴颈加工尺寸的引起轴颈加工尺寸的变值系统误差变值系统误差；尺寸分布近似为平顶分布，实际上随机误差尺寸分布近似为平顶分布，实际上随机误差采用逐点点图分析，可把采用逐点点图分析，可把变值系统误差变值系统误差和和随机误差随机误差区分开，便于通过区分开，便于通过误差补偿的方法，消除各种系统误差，使加工精度得到提高。误差补偿的方法，消除各种系统误差，使加工精度得到提高。（2）图图p.145 点图反映工艺过程质量指标分布中心（系统误差）的变化点图反映工艺过程质量指标

47、分布中心（系统误差）的变化 点图则反映工艺过程质量指标分散范围（随机误差）的变化点图则反映工艺过程质量指标分散范围（随机误差）的变化 因此，这两个点图必须联合使用。因此，这两个点图必须联合使用。例：例：保证和提高机械加工精度的主要途径保证和提高机械加工精度的主要途径（1）减少或消除原始误差减少或消除原始误差提高机床提高机床成形运动精度和刚度成形运动精度和刚度提高夹具的制造、安装精度，减少装夹误差和对定误差提高夹具的制造、安装精度，减少装夹误差和对定误差提高工件加工时的刚度，减少受力变形提高工件加工时的刚度，减少受力变形（反向切削）（反向切削）减少精密件加工时的热影响，减少精密件加工时的热影响，

48、平衡热变形平衡热变形（2）补偿或抵消原始误差）补偿或抵消原始误差补偿补偿人为制造反向误差人为制造反向误差抵消抵消移位法加工移位法加工保证和提高机械加工精度的主要途径保证和提高机械加工精度的主要途径（3）转移原始误差）转移原始误差将误差转移到不敏感方向将误差转移到不敏感方向（4）分化或均化原始误差）分化或均化原始误差分化分化分组加工，以利于调刀分组加工，以利于调刀均化均化研磨研磨保证和提高机械加工精度的主要途径保证和提高机械加工精度的主要途径再练习一下：陈明君-机械制造技术基础习题.ppt表面（微观）形貌表面（微观）形貌加工变质层加工变质层表面粗糙度表面粗糙度表面波纹度表面波纹度轮廓算术平均偏差

49、轮廓算术平均偏差Ra微观不平度微观不平度10点高度点高度Rz直线波纹度平均波幅直线波纹度平均波幅Wz圆周波纹度平均波幅圆周波纹度平均波幅Wz塑性变形引起的冷作硬化塑性变形引起的冷作硬化力（热）产生的残余应力力（热）产生的残余应力切（磨）削热引起的金相组织变化切（磨）削热引起的金相组织变化4.6机械加工表面质量的影响因素及其控制机械加工表面质量的影响因素及其控制机械加工表面质量机械加工表面质量4.6.2节节4.6.3节节4.6.1切削加工表面的形成过程切削加工表面的形成过程切削层金属经过第切削层金属经过第、变形区变形区后形成了切屑，经过第后形成了切屑，经过第变形区则形成已加工表面。变形区则形成已

50、加工表面。刀具刃口刀具刃口钝圆半径钝圆半径rn后刀面后刀面磨损宽度磨损宽度VB使第使第区变形复杂化区变形复杂化分分流流点点O以以下下的的金金属属经经严严重重的的挤挤压压摩摩擦擦产产生生塑塑变变，脱脱离离后后刀刀面面后后，因因深深处处基基体体的的的的弹弹性性变变形形产产生生弹弹性性恢复恢复h，并留在加工表面上，并留在加工表面上。在在VB 和和CD段段与与后后刀刀面面接接触触而而使使塑塑变变加加剧剧，甚甚至可引起表层的至可引起表层的非晶质化、纤维化及加工硬化。非晶质化、纤维化及加工硬化。p.1464.6.2机械加工表面粗糙度及其降低的工艺措施机械加工表面粗糙度及其降低的工艺措施一、切削加工一、切削