機(jī)械制造質(zhì)量分析與控制

1、第四章第四章 機(jī)械制造質(zhì)量分析與控制機(jī)械制造質(zhì)量分析與控制 4.1 機(jī)械加工精度機(jī)械加工精度4.2 工藝過程的統(tǒng)計(jì)分析工藝過程的統(tǒng)計(jì)分析4.3 機(jī)械加工表面質(zhì)量機(jī)械加工表面質(zhì)量4.4 機(jī)械加工過程中的振動機(jī)械加工過程中的振動第四章第四章 機(jī)械制造質(zhì)量分析與控制機(jī)械制造質(zhì)量分析與控制 零件的機(jī)械制造質(zhì)量包括零件幾何精度和零件表面層的物理機(jī)械性能兩個方面。零件的幾何誤差包括尺寸誤差、幾何形狀誤差和位置誤差。幾何形狀誤差又可分為宏觀幾何形狀誤差、波度和微觀幾何形狀誤差，參見圖4-1。表面粗糙度是加工表面的微觀幾何形狀誤差，其波距（ ）與波高（ ）之比一般小于50。波距（ ）與波高（ ）之比在50-1

2、000范圍內(nèi)的幾何形狀誤差，稱為波度。波距（ ）與波高（ ）之比大于1000的幾何形狀誤差，稱為宏觀幾何形狀誤差。零件表面層物理機(jī)械性能方面的質(zhì)量主要是指表明層材料的冷作硬化、金相組織的變化、殘余應(yīng)力等。3L3H2L2H1L1H 本章將機(jī)械制造質(zhì)量分成加工精度和表面質(zhì)量兩個方面來研究。前者包括尺寸精度、宏觀幾何形狀精度和位置精度；后者包括表明粗糙度、波度和表面層材料物理機(jī)械性能。4.1 機(jī)械加工精度機(jī)械加工精度 一、概述一、概述 （一）加工精度與加工誤差（一）加工精度與加工誤差 1 1、加工精度、加工精度是指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)（尺寸、形狀和位置）與理想幾何參數(shù)的符合程度。符合程度越高，加

3、工精度越高。一般機(jī)械加工精度是在零件工作圖上給定的，其包括： 1）零件的尺寸精度：加工后零件的實(shí)際尺寸與零件理想尺寸相符的程度。2）零件的形狀精度：加工后零件的實(shí)際形狀與零件理想形狀相符的程度。3）零件的位置精度：加工后零件的實(shí)際位置與零件理想位置相符的程度。 2 2、獲得加工精度的方法：、獲得加工精度的方法：1）試切法：即試切-測量-再試切-直至測量結(jié)果達(dá)到圖紙給定要求的方法。2）定尺寸刀具法：用刀具的相應(yīng)尺寸來保證加工表面的尺寸。3）調(diào)整法：按零件規(guī)定的尺寸預(yù)先調(diào)整好刀具與工件的相對位置來保證加工表面尺寸的方法。 3 3、加工誤差：、加工誤差：實(shí)際加工不可能把零件做得與理想零件完全一致，總

4、會有大小不同的偏差，零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)對理想幾何參數(shù)的偏離程度，稱為加工誤差。加工誤差的大小表示了加工精度的高低。生產(chǎn)實(shí)際中用控制加工誤差的方法來保證加工精度。 4 4、誤差的敏感方向：、誤差的敏感方向：加工誤差對加工精度影響最大的方向，為誤差的敏感方向。例如：車削外圓柱面，加工誤差敏感方向?yàn)橥鈭A的直徑方向。 （二）加工經(jīng)濟(jì)精度（二）加工經(jīng)濟(jì)精度 由于在加工過程中有很多因素影響加工精度，所以同一種加工方法在不同的工作條件下所能達(dá)到的精度是不同的。任何一種加工方法，只要精心操作，細(xì)心調(diào)整，并選用合適的切削參數(shù)進(jìn)行加工，都能使加工精度得到較大的提高，但這樣會降低生產(chǎn)率，增加加工成本。加工誤差

5、與加工成本C成反比關(guān)系。某種加工方法的加工經(jīng)濟(jì)精度不應(yīng)理解為某一個確定值，而應(yīng)理解為一個范圍（如圖4-2中之AB范圍），在這個范圍內(nèi)都可以說是經(jīng)濟(jì)的。（三）原始誤差（三）原始誤差 由機(jī)床、夾具、刀具和工件組成的機(jī)械加工工藝系統(tǒng)（簡稱工藝系統(tǒng)）會有各種各樣的誤差產(chǎn)生，這些誤差在各種不同的具體工作條件下都會以各種不同的方式（或擴(kuò)大、或縮?。┓从碁楣ぜ募庸ふ`差。 工藝系統(tǒng)中凡是能直接引起加工誤差的因素都稱為原始誤差。工藝系統(tǒng)的原始誤差主要有： 1 1、加工前的誤差、加工前的誤差（原理誤差、調(diào)整誤差、工藝系統(tǒng)的幾何誤差、定位誤差） 2 2、加工過程中的誤差、加工過程中的誤差（工藝系統(tǒng)的受力變形引起的

6、加工誤差、工藝系統(tǒng)的受熱變形引起的加工誤差） 3 3、加工后的誤差、加工后的誤差（工件內(nèi)應(yīng)力重新分布引起的變形以及、測量誤差）等。 （四）研究機(jī)械加工精度的方法（四）研究機(jī)械加工精度的方法 因素分析法：通過分析、計(jì)算或?qū)嶒?yàn)、測試等方法，研究某一確定因素對加工精度的影響。一般不考慮其它因素的同時作用，主要是分析各項(xiàng)誤差單獨(dú)的變化規(guī)律； 統(tǒng)計(jì)分析法：運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對生產(chǎn)中一批工件的實(shí)測結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，用以控制工藝過程的正常進(jìn)行。主要是研究各項(xiàng)誤差綜合的變化規(guī)律，只適合于大批、大量的生產(chǎn)條件。 二、工藝系統(tǒng)幾何誤差二、工藝系統(tǒng)幾何誤差 （一）機(jī)床的幾何誤差（一）機(jī)床的幾何誤差 加工中刀具相對于工

7、件的成形運(yùn)動一般都是通過機(jī)床完成的，因此，工件的加工精度在很大程度上取決于機(jī)床的精度。機(jī)床制造誤差對工件加工精度影響較大的有：主軸回轉(zhuǎn)誤差、導(dǎo)軌誤差和傳動鏈誤差。機(jī)床的磨損將使機(jī)床工作精度下降。 1 1）主軸回轉(zhuǎn)誤差（見）主軸回轉(zhuǎn)誤差（見P110P110） 機(jī)床主軸是裝夾工件或刀具的基準(zhǔn)，并將運(yùn)動和動力傳給工件或刀具，主軸回轉(zhuǎn)誤差將直接影響被加工工件的精度。 主軸回轉(zhuǎn)誤差是指主軸各瞬間的實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線相對其平均回轉(zhuǎn)軸線的變動量。它可分解為徑向圓跳動、軸向竄動和角度擺動三種基本形式。 產(chǎn)生主軸徑向回轉(zhuǎn)誤差的主要原因有：主軸幾段軸頸的同軸度誤差、軸承本身的各種誤差、軸承之間的同軸度誤差、主軸繞度等。

8、但它們對主軸徑向回轉(zhuǎn)精度的影響大小隨加工方式的不同而不同。圖4-3 采用滑動軸承時主軸的徑向圓跳動a)工件回轉(zhuǎn)型b)刀具回轉(zhuǎn)型 譬如，在采用滑動軸承結(jié)構(gòu)為主軸的車床上車削外圓時，切削力F的作用方向可認(rèn)為大體上時不變的，見上圖，在切削力F的作用下，主軸頸以不同的部位和軸承內(nèi)徑的某一固定部位相接觸，此時主軸頸的圓度誤差對主軸徑向回轉(zhuǎn)精度影響較大，而軸承內(nèi)徑的圓度誤差對主軸徑向回轉(zhuǎn)精度的影響則不大；在鏜床上鏜孔時，由于切削力F的作用方向隨著主軸的回轉(zhuǎn)而回轉(zhuǎn)，在切削力F的作用下，主軸總是以其軸頸某一固定部位與軸承內(nèi)表面的不同部位接觸，因此，軸承內(nèi)表面的圓度誤差對主軸徑向回轉(zhuǎn)精度影響較大，而主軸頸圓度誤

9、差的影響則不大。圖中的d表示徑向跳動量。 產(chǎn)生軸向竄動的主要原因是主軸軸肩端面和軸承承載端面對主軸回轉(zhuǎn)軸線有垂直度誤差。 不同的加工方法，主軸回轉(zhuǎn)誤差所引起的的加工誤差也不同。主軸回轉(zhuǎn)誤差產(chǎn)生的加工誤差。1）徑向跳動：影響工件圓度；2）軸向竄動：影響軸向尺寸，加工螺紋時影響螺距值；3）角度擺動：影響圓柱度； 提高主軸回轉(zhuǎn)精度的措施：主要是要消除軸承的間隙。適當(dāng)提高主軸及箱體的制造精度，選用高精度的軸承，提高主軸部件的裝配精度，對高速主軸部件進(jìn)行平衡，對滾動軸承進(jìn)行預(yù)緊等，均可提高機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)精度。 2 2）導(dǎo)軌誤差（見）導(dǎo)軌誤差（見P111P111） 導(dǎo)軌是機(jī)床上確定各機(jī)床部件相對位置關(guān)系的

10、基準(zhǔn)，也是機(jī)床運(yùn)動的基準(zhǔn)。車床導(dǎo)軌的精度要求主要有以下三個方面：在水平面內(nèi)的直線度；在垂直面內(nèi)的直線度；前后導(dǎo)軌的平行度（扭曲）。 a）導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差： 臥式車床導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差1（見圖4-4）將直接反映在被加工工件表面的法線方向（加工誤差的敏感方向）上，對加工精度的影響最大。圖4-4 臥式車床導(dǎo)軌直線度誤差 圖4-5 臥式車床導(dǎo)軌垂直面內(nèi)直線度誤差對工件加工精度的影響 b b）導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度誤差）導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度誤差： 臥式車床導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差2可引起被加工工件的形狀誤差和尺寸誤差（見圖4-4）。但2對加工精度的影響

11、要比1小得多。由上圖4-4及4-5可知若因2而使刀尖由a下降至b，不難推得工件半徑R的變化量。 DR22圖4-6 臥式車床導(dǎo)軌扭曲對工件加工精度的影響 c) c)前后導(dǎo)軌存在平行度誤差（扭曲前后導(dǎo)軌存在平行度誤差（扭曲）時，刀架運(yùn)動時會產(chǎn)生擺動，刀尖的運(yùn)動軌跡是一條空間曲線，使工件產(chǎn)生形狀誤差。由圖4-6可見，當(dāng)前后導(dǎo)軌有了扭曲誤差3之后，由幾何關(guān)系可求得y（H/B）3。一般車床的H/B2/3，外圓磨床的H/B1，車床和外圓磨床前后導(dǎo)軌的平行度誤差對加工精度的影響很大。 d)d)導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線的平行度誤差導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線的平行度誤差：若車床與主軸回轉(zhuǎn)軸線在水平面內(nèi)有平行度誤差，車出的內(nèi)外

12、圓柱面就產(chǎn)生錐度；若車床與主軸回轉(zhuǎn)軸線在垂直面內(nèi)有平行度誤差，則圓柱面成雙曲回轉(zhuǎn)體。因是非誤差敏感方向，故可略。 除了導(dǎo)軌本身的制造誤差外，導(dǎo)軌的不均勻磨損和安裝質(zhì)量，也使造成導(dǎo)軌誤差的重要因素。導(dǎo)軌磨損是機(jī)床精度下降的主要原因之一。3 3）傳動鏈誤差（見）傳動鏈誤差（見P111P111） 傳動鏈誤差傳動鏈誤差是指機(jī)床內(nèi)聯(lián)系傳動鏈?zhǔn)寄﹥啥藗鲃釉g相對運(yùn)動的誤差。一般用傳動鏈末端元件的轉(zhuǎn)角誤差來衡量。 內(nèi)聯(lián)系傳動鏈：兩端件之間的相對運(yùn)動量有嚴(yán)格要求的傳動鏈，為內(nèi)聯(lián)系傳動鏈。例如：車削螺紋的加工，主軸與刀架的相對運(yùn)動關(guān)系不能嚴(yán)格保證時，將直接影響螺距的精度。 減少傳動鏈傳動誤差的措施：1）減少傳

13、動件的數(shù)目，縮短傳動鏈：傳動元件越少，傳動累積誤差就越小，傳動精度就越高。2）傳動比越小，傳動元件的誤差對傳動精度的影響就越?。禾貏e是傳動鏈尾端的傳動元件的傳動比越小，傳動鏈的傳動精度就越高。 （二）刀具的幾何誤差（二）刀具的幾何誤差 刀具誤差對加工精度的影響隨刀具種類的不同而不同。采用定尺寸刀具、成形刀具、展成刀具加工時，刀具的制造誤差會直接影響工件的加工精度；而對一般刀具（如車刀等），其制造誤差對工件加工精度無直接影響。 任何刀具在切削過程中，都不可避免地要產(chǎn)生磨損，并由此引起工件尺寸和形狀地改變。正確地選用刀具材料和選用新型耐磨地刀具材料，合理地選用刀具幾何參數(shù)和切削用量，正確地刃磨刀具

14、，正確地采用冷卻液等，均可有效地減少刀具地尺寸磨損。必要時還可采用補(bǔ)償裝置對刀具尺寸磨損進(jìn)行自動補(bǔ)償。（三）夾具的幾何誤差（三）夾具的幾何誤差圖4-9 工件在夾具中裝夾示意圖 夾具的作用是使工件相當(dāng)于刀具和機(jī)床具有正確的位置，因此夾具的制造誤差對工件的加工精度（特別使位置精度）有很大影響。 夾具誤差包括：（1）夾具各元件之間的位置誤差；（2）夾具中各定位元件的磨損。 如圖4-9所示鉆床夾具中，鉆套軸心線f至夾具定位平面c間的距離誤差，影響工件孔a至底面B尺寸L的精度；鉆套軸心線f至夾具定位平面c間的平行度誤差，影響工件孔軸心線a至底面B的平行度；夾具定位平面c與夾具體底面d底的垂直度誤差，影響

15、工件孔軸心線a與底面B間的尺寸精度和平行度；鉆套孔的直徑誤差亦將影響工件孔a至底面B的尺寸精度和平行度。三、定位誤差三、定位誤差 定位誤差是指一批工件采用調(diào)整法加工時因定位不正確而引起的尺寸或位置的最大變動量。定位誤差由基準(zhǔn)不重合誤差和定位副制造不準(zhǔn)確誤差組成。（一）基準(zhǔn)不重合誤差（一）基準(zhǔn)不重合誤差 在零件圖上用來確定某一表面尺寸、位置所依據(jù)的基準(zhǔn)稱為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。在工序圖上用來確定本工序被加工表面加工后的尺寸、位置所依據(jù)的基準(zhǔn)稱為工序基準(zhǔn)。一般情況下，工序基準(zhǔn)應(yīng)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合。在機(jī)床上對工件進(jìn)行加工時，須選擇工件上若干幾何要素作為加工（或測量）時的定位基準(zhǔn)（或測量基準(zhǔn)），如果所選用的定位基準(zhǔn)（

16、或測量基準(zhǔn)）與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合，就會產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合誤差?；鶞?zhǔn)不重合誤差等于定位基準(zhǔn)相對于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)在工序尺寸方向上的最大變動量。圖4-10基準(zhǔn)不重合誤差分析示例 圖4-10示零件，設(shè)e面已加工好，今在銑床上用調(diào)整法加工f面和g面。在加工f面時若選e面為定位基準(zhǔn)，則f面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和定位基準(zhǔn)都是e面，基準(zhǔn)重合，沒有基準(zhǔn)不重合誤差，尺寸A的制造公差為TA。加工g面時，定位基準(zhǔn)有兩種不同的選擇方案，一種方案（方案）加工時選用f面作為定位基準(zhǔn)，定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合，沒有基準(zhǔn)不重合誤差，尺寸B的制造公差為TB；但這種定位方式的夾具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，夾緊力的作用方向與銑削力方向相反，不夠合理，操作也不方便。另一種方案

17、（方案）是選用e面作為定位基準(zhǔn)來加工g面，此時，工序尺寸C是直接得到的，尺寸B是間接得到的，由于定位基準(zhǔn)e與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)f不重合而給g面加工帶來的基準(zhǔn)不重合誤差等于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)f面相對于定位基準(zhǔn)e面在尺寸B方向上最大變動量TA。 定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合時所產(chǎn)生的基準(zhǔn)不重合誤差，只有在采用調(diào)整法加工時才會產(chǎn)生，在試切法加工中不會產(chǎn)生。 （二）定位副制造不準(zhǔn)確誤差（二）定位副制造不準(zhǔn)確誤差 工件在夾具中的正確位置是由夾具上的定位元件來確定的。夾具上的定位元件不可能按基本尺寸制造得絕對準(zhǔn)確，它們的實(shí)際尺寸（或位置）都允許在分別規(guī)定的公差范圍內(nèi)變動。同時，工件上的定位基準(zhǔn)面也會有制造誤差。工件定位面與夾具定

18、位元件共同構(gòu)成定位副，由于定位副制造得不準(zhǔn)確和定位副間的配合間隙引起的工件最大位置變動量，稱為定位副制造不準(zhǔn)確誤差。圖4-11 由定位副制造不準(zhǔn)確引起的誤差 如圖4-11所示工件的孔裝夾在水平放置的心軸上銑削平面，要求保證尺寸h，由于定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合，故無基準(zhǔn)不重合誤差；但由于工件的定位基面（內(nèi)孔D）和夾具定位元件（心軸d1）皆有制造誤差，如果心軸制造得剛好為d1min，而工件得內(nèi)孔剛好為Dmax（如圖示），當(dāng)工件在水平放置得心軸上定位時，工件內(nèi)孔與心軸在P點(diǎn)接觸，工件實(shí)際內(nèi)孔中心的最大下移量ab（Dmaxd1min）/2，ab就是定位副制造不準(zhǔn)確而引起的誤差。 基準(zhǔn)不重合誤差的方向和定

19、位副制造不準(zhǔn)確誤差的方向可能不相同，定位誤差取為基準(zhǔn)不重合誤差和定位副制造不準(zhǔn)確誤差的矢量和。四、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差四、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差（一）基本概念（一）基本概念 機(jī)械加工工藝系統(tǒng)在切削力、夾緊力、慣性力、重力、傳動力等的作用下，會產(chǎn)生相應(yīng)的變形，從而破壞了刀具和工件之間的正確的相對位置，使工件的加工精度下降。 圖4-12 受力變形對工件精度的影響 如圖4-12a示，車細(xì)長軸時，工件在切削力的作用下會發(fā)生變形，使加工出的軸出現(xiàn)中間粗兩頭細(xì)的情況；又如在內(nèi)圓磨床上進(jìn)行切入式磨孔時，圖4-12b，由于內(nèi)圓磨頭軸比較細(xì)，磨削時因磨頭軸受力變形，而使工件孔呈錐形。 垂直作用于工件加

20、工表面（加工誤差敏感方向）的徑向切削分力Fy與工藝系統(tǒng)在該方向上的變形y之間的比值，稱為工藝系統(tǒng)剛度 ， 式中的變形y不只是由徑向切削分力 所引起，垂直切削分力 與走刀方向切削分力 也會使工藝系統(tǒng)在y方向產(chǎn)生變形，故系kyFky系yFzFxFzyxFFFyyyy（二）工件剛度（二）工件剛度 工藝系統(tǒng)中如果工件剛度相對于機(jī)床、刀具、夾具來說比較低，在切削力的作用下，工件由于剛度不足而引起的變形對加工精度的影響就比較大，其最大變形量可按材料力學(xué)有關(guān)公式估算。（三）刀具剛度（三）刀具剛度 外圓車刀在加工表面法線（y）方向上的剛度很大，其變形可以忽略不計(jì)。鏜直徑較小的內(nèi)孔，刀桿剛度很差，刀桿受力變形對

21、孔加工精度就有很大影響。刀桿變形也可以按材料力學(xué)有關(guān)公式估算。（四）機(jī)床部件剛度（四）機(jī)床部件剛度 1.機(jī)床部件剛度 機(jī)床部件由許多零件組成，機(jī)床部件剛度迄今尚無合適的簡易計(jì)算方法，目前主要還是用實(shí)驗(yàn)方法來測定機(jī)床部件剛度。分析實(shí)驗(yàn)曲線可知，機(jī)床部件剛度具有以下特點(diǎn)： （1）變形與載荷不成線性關(guān)系； （2）加載曲線和卸載曲線不重合，卸載曲線滯后于加載曲線。兩曲線線間所包容的面積就是加載和卸載循環(huán)中所損耗的能量，它消耗于摩擦力所作的功和接觸變形功； （3）第一次卸載后，變形恢復(fù)不到第一次加載的起點(diǎn)，這說明有殘余變形存在，經(jīng)多次加載卸載后，加載曲線起點(diǎn)才和卸載曲線終點(diǎn)重合，殘余變形才逐漸減小到零；

22、（4）機(jī)床部件的實(shí)際剛度遠(yuǎn)比我們按實(shí)體估算的要小。 2.影響機(jī)床部件剛度的因素 （1）結(jié)合面接觸變形的影響（2）摩擦力的影響（3）低剛度零件的影響（4）間隙的影響 （五）工藝系統(tǒng)剛度及其對加工精度的影響（五）工藝系統(tǒng)剛度及其對加工精度的影響 在機(jī)械加工過程中，機(jī)床、夾具、刀具和工件在切削力作用下，在機(jī)械加工過程中，機(jī)床、夾具、刀具和工件在切削力作用下，都將分別產(chǎn)生變形都將分別產(chǎn)生變形 、 、 ，致使刀具和被加工表面的相對位，致使刀具和被加工表面的相對位置發(fā)生變化，使工件產(chǎn)生加工誤差。工藝系統(tǒng)剛度的倒數(shù)等于其各置發(fā)生變化，使工件產(chǎn)生加工誤差。工藝系統(tǒng)剛度的倒數(shù)等于其各組成部分剛度的倒數(shù)和。組成部

23、分剛度的倒數(shù)和。機(jī)y刀y工y工作刀具夾具機(jī)床系數(shù)KKKKK11111 工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響主要有以下幾種情況： 1)由于工藝系統(tǒng)剛度變化引起的誤差 工藝系統(tǒng)的剛度隨受力點(diǎn)位置的變化而變化。例如：用三爪卡盤夾緊工件車削外圓的加工，隨懸壁長度的增加，剛度將越來越小。因而，車出的外圓將呈錐形。2)由于切削力變化引起的誤差 加工過程中，由于工件的加工余量發(fā)生變化、工件材質(zhì)不均等因素引起的切削力變化，使工藝系統(tǒng)變形發(fā)生變化，從而產(chǎn)生加工誤差。圖4-19 毛坯形狀誤差的復(fù)映 若毛坯A有橢圓形狀誤差（如圖4-19）。讓刀具調(diào)整到圖上雙點(diǎn)劃線位置，由圖可知，在毛坯橢圓長軸方向上的背吃刀量為 ，短軸方向

24、上的背吃刀量為 。由于背吃刀量不同，切削力不同，工藝系統(tǒng)產(chǎn)生的讓刀變形也不同，對應(yīng)于 產(chǎn)生的讓刀為 ，對應(yīng)于 產(chǎn)生的讓刀為 ,故加工出來的工件B仍然存在橢圓形狀誤差。由于毛坯存在圓度誤差 ， ，因而引起了工件的圓度誤差 ，且愈 大， 也愈大，這種現(xiàn)象稱為加工過程中的毛坯誤差復(fù)映現(xiàn)象。 與 之比值稱為誤差復(fù)映系數(shù)，它是誤差復(fù)映程度的度量。 尺寸誤差（包括尺寸分散）和形狀誤差都存在復(fù)映現(xiàn)象。如果我們知道了某加工工序的復(fù)映系數(shù)，就可以通過測量毛坯的誤差值來估算加工后工件的誤差值。1pa2pa1pa1y2pa2y毛21ppaa毛21yyx毛xx毛毛x 3)由于夾緊變形引起的誤差 工件在裝夾過程中，如果

25、工件剛度較低或夾緊力的方向和施力點(diǎn)選擇不當(dāng)，將引起工件變形，造成相應(yīng)的加工誤差。 4)其它作用力的影響 除上述因素外，重力、慣性力、傳動力等也會使工藝系統(tǒng)的變形發(fā)生變化，引起加工誤差。 （六）減小工藝系統(tǒng)受力變形的途徑（六）減小工藝系統(tǒng)受力變形的途徑 由前面對工藝系統(tǒng)剛度的論述可知，若要減少工藝系統(tǒng)變形，就應(yīng)提高工藝系統(tǒng)剛度，減少切削力并壓縮它們的變動幅值。具體如下： 1.提高工藝系統(tǒng)剛度 （1）提高工件和刀具的剛度減小刀具、工件的懸伸長度：以提高工藝系統(tǒng)的剛度；（2）減小機(jī)床間隙，提高機(jī)床剛度：采用預(yù)加載荷，使有關(guān)配合產(chǎn)生預(yù)緊力，而消除間隙。（3）采用合理的裝夾方式和加工方式。 2.減小切削

26、力及其變化 合理地選擇刀具材料，增大前角和主偏角，對工件材料進(jìn)行合理的熱處理以改善材料地加工性能等，都可使切削力減小。 五、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差五、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差 工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響比較大，特別是在精密加工和大件加工中，由熱變形所引起的加工誤差有時可占工件總誤差的40%70%。機(jī)床、刀具和工件受到各種熱源的作用，溫度會逐漸升高，同時它們也通過各種傳熱方式向周圍的物質(zhì)和空間散發(fā)熱量。當(dāng)單位時間傳入的熱量與其散出的熱量相等時，工藝系統(tǒng)就達(dá)到了熱平衡狀態(tài)。 （一）工藝系統(tǒng)的熱源（一）工藝系統(tǒng)的熱源-內(nèi)部熱源內(nèi)部熱源和外部熱源外部熱源 內(nèi)部熱源：內(nèi)部熱源來自工藝系統(tǒng)內(nèi)部，

27、其熱量主要是以熱傳導(dǎo)的形式傳遞的。如系統(tǒng)內(nèi)部的摩擦熱和能量損耗（由軸承副、齒輪副等產(chǎn)生）、切削熱、派生熱源等； 外部熱源：如外部環(huán)境溫度、陽光輻射等。 （二）工藝系統(tǒng)受熱變形對加工精度的影響（二）工藝系統(tǒng)受熱變形對加工精度的影響 工件在機(jī)械加工中所產(chǎn)生的熱變形，主要是由切削熱引起的。 1.工件受熱變形：工件受熱溫度升高后，熱伸長量L為： L=Lt 式中：為工件材料的熱膨脹系數(shù)；L為工件長度；t為工件的溫升。例如：死頂尖裝夾工件時，熱變形將造成工件彎曲。在磨床上為消除熱變形的影響，而采用彈簧頂尖。 2.機(jī)床受熱變形：當(dāng)機(jī)床受熱不均時，造成機(jī)床部件產(chǎn)生變形。例如：機(jī)床主軸前、后端受熱不均，將造成主

28、軸抬高，并傾斜。 3.刀具受熱變形：刀具受熱以后，引起刀具熱伸長，刀尖位置發(fā)生變化，因而影響加工精度。（三）減小工藝系統(tǒng)熱變形的途徑（三）減小工藝系統(tǒng)熱變形的途徑 1.減少發(fā)熱和隔熱2.改善散熱條件3.均衡溫度場4.改進(jìn)機(jī)床結(jié)構(gòu) 5.加快溫度場的平衡6.控制環(huán)境溫度六、內(nèi)應(yīng)力重新分布引起的誤差六、內(nèi)應(yīng)力重新分布引起的誤差 （一）基本概念（一）基本概念 沒有外力作用而存在于零件內(nèi)部的應(yīng)力，稱為殘余應(yīng)力（又稱內(nèi)應(yīng)力）。 工件上一旦產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力之后，就會使工件金屬處于一種高能位的不穩(wěn)定狀態(tài)，它本能地要向低能位的穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)化，并伴隨有變形發(fā)生，從而使工件喪失原有的加工精度。（二）內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生（二）內(nèi)應(yīng)力

29、的產(chǎn)生1.1.熱加工中內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生熱加工中內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生圖4-32 鑄件因內(nèi)應(yīng)力而引起的變形2.2.冷校直產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力冷校直產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力圖4-33 校直引起的內(nèi)應(yīng)力 熱加工中內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生熱加工中內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生 在熱處理工序中由于工件壁厚不均勻、冷卻不均、金相組織的轉(zhuǎn)變等原因，使工件產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。圖4-32示一個內(nèi)外壁厚相差較大的鑄件。澆鑄后，鑄件將逐漸冷卻至室溫。由于壁1和壁2比較薄，散熱較易，所以冷卻比較快。壁3比較厚，所以冷卻比較慢。當(dāng)壁1和壁2從塑性狀態(tài)冷到彈性狀態(tài)時，壁3的溫度還比較高，尚處于塑性狀態(tài)。所以壁1和壁2收縮時壁3不起阻擋變形的作用，鑄件內(nèi)部不產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。但當(dāng)壁3也冷卻到彈性狀態(tài)

30、時，壁1和壁2的溫度已經(jīng)降低很多，收縮速度變得很慢。但這時壁3收縮較快，就受到了壁1和壁2的阻礙。因此，壁3受拉應(yīng)力的作用，壁1和2受壓應(yīng)力作用，形成了相互平衡的狀態(tài)。如果在這個鑄件的壁1上開一個口，則壁1的壓應(yīng)力消失，鑄件在壁3和2的內(nèi)應(yīng)力作用下，壁3收縮，壁2伸長，鑄件就發(fā)生彎曲變形，直至內(nèi)應(yīng)力重新分布達(dá)到新的平衡為止。推廣到一般情況，各種鑄件都難免產(chǎn)生冷卻不均勻而形成的內(nèi)應(yīng)力，鑄件的外表面總比中心部分冷卻得快。特別是有些鑄件（如機(jī)床床身），為了提高導(dǎo)軌面的耐磨性，采用局部激冷的工藝使它冷卻更快一些，以獲得較高的硬度，這樣在鑄件內(nèi)部形成的內(nèi)應(yīng)力也就更大些。 若導(dǎo)軌表面經(jīng)過粗加工剝?nèi)ヒ恍┙饘?/p>

31、，這就象在圖中的鑄件壁1上開口一樣，必將引起內(nèi)應(yīng)力的重新分布并朝著建立新的應(yīng)力平衡的方向產(chǎn)生彎曲變形。為了克服這種內(nèi)應(yīng)力重新分布而引起的變形，特別是對大型和精度要求高的零件，一般在鑄件粗加工后安排進(jìn)行時效處理，然后再作精加工。 冷校直產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力冷校直產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力 絲杠一類的細(xì)長軸經(jīng)過車削以后，棒料在軋制中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力要重新分布，產(chǎn)生彎曲，如圖4-33示。冷校直就是在原有變形的相反方向加力F，使工件向反方向彎曲，產(chǎn)生塑性變形，以達(dá)到校直的目的。在F力作用下，工件內(nèi)部的應(yīng)力分布如圖b所示。當(dāng)外力F去除以后，彈性變形部分本來可以完成恢復(fù)而消失，但因塑性變形部分恢復(fù)不了，內(nèi)外層金屬就起了互相牽制的作

32、用，產(chǎn)生了新的內(nèi)應(yīng)力平衡狀態(tài)，如圖c所示，所以說，冷校直后的工件雖然減少了彎曲，但是依然處于不穩(wěn)定狀態(tài)，還會產(chǎn)生新的彎曲變形。 （三）減小內(nèi)應(yīng)力變形誤差的途徑（三）減小內(nèi)應(yīng)力變形誤差的途徑 1.改進(jìn)零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)零件時，盡量做到壁厚均勻，結(jié)構(gòu)對稱，以減少內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生。2.增設(shè)消除內(nèi)應(yīng)力的熱處理工序 1）高溫時效：緩慢均勻的冷卻，適用于鑄、鍛、焊件； 2）低溫時效：緩慢均勻的冷卻，適用于半精加工后的工件，主要是消除工件的表面應(yīng)力； 3）自然時效：自然釋放； 3.合理安排工藝過程粗加工和精加工宜分階段進(jìn)行，使工件在粗加工后有一定的時間來松弛內(nèi)應(yīng)力。 七、提高加工精度的途徑七、提高加工精度的途徑 減小

33、加工誤差的方法主要有兩種：誤差預(yù)防和誤差補(bǔ)償。(減小原始誤差、轉(zhuǎn)移原始誤差、均分原始誤差、均化原始誤差以及誤差補(bǔ)償。)4.2 工藝過程的統(tǒng)計(jì)分析工藝過程的統(tǒng)計(jì)分析 一、概述一、概述 加工誤差按其性質(zhì)的不同，可分為系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差（也稱偶然誤差）（一）系統(tǒng)性誤差與隨機(jī)性誤差（一）系統(tǒng)性誤差與隨機(jī)性誤差 1.系統(tǒng)性誤差 包括常值系統(tǒng)誤差和變值系統(tǒng)誤差 （1）常值系統(tǒng)誤差： 定義：在連續(xù)加工一批工件中，其加工誤差的大小和方向都保持不變或基 本不變的系統(tǒng)誤差，稱為常值系統(tǒng)誤差。 例如：原理誤差，機(jī)床、刀具、夾具、量具的制造誤差，工藝系統(tǒng)靜力變 形等原始誤差，都屬于常值系統(tǒng)誤差。如鉸刀的直徑偏大0.0

34、2mm，加工后一批孔的尺寸也都偏大0.02mm。 特點(diǎn)：與加工（順序）時間無關(guān)；預(yù)先可以估計(jì)；較易完全消除； 不會引起工件尺寸波動（常值系統(tǒng)誤差對于同批工件的影響是一致 的，不會引起各工件之間的差異）；不影響尺寸分布曲線形狀。 （2 2）變值系統(tǒng)誤差：）變值系統(tǒng)誤差： 定義：在連續(xù)加工一批工件中，其加工誤差的大小和方向按一定規(guī)律變化的系統(tǒng)誤差，稱為變值系統(tǒng)誤差。 例如：刀具的正常磨損引起的加工誤差，其大小隨加工時間而有規(guī)律地變化，屬于變值系統(tǒng)誤差。 特點(diǎn)：與加工（順序）時間有關(guān)；預(yù)先可以估計(jì)；較難完全消除；會造成工件尺寸的增大或減?。ㄗ冎迪到y(tǒng)誤差雖然會引起同批工件之間的差異，但是按照一定的規(guī)律

35、而依次變化的，不會造成忽大忽小的波動）；影響尺寸分布曲線形狀。 注意注意1 1：工藝系統(tǒng)的熱變形，在溫升過程中，一般將引起變值系統(tǒng)誤差，在達(dá)到熱平衡后，則又引起常值系統(tǒng)誤差。 2.2.隨機(jī)性誤差：隨機(jī)性誤差： 定義：在連續(xù)加工一批工件中，其加工誤差的大小和方向是無規(guī)則地變化著的，這樣的誤差稱為隨機(jī)誤差。 例如：毛坯誤差（加工余量不均勻，材料硬度不均勻等)的復(fù)映、定位誤差、夾緊誤差（夾緊力時大時?。⒐ぜ?nèi)應(yīng)力等因素都是變化不定的，都是引起隨機(jī)誤差的原因。 特點(diǎn)：預(yù)先不能估計(jì)到；較難完全消除，只能減小到最小限度；工件尺寸忽大忽小，造成一批工件的尺寸分散（在一定的加工條件下隨機(jī)誤差的數(shù)值總在一定范

36、圍內(nèi)波動）。 注意注意2 2：隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差的劃分也不是絕對的，它們之間既有區(qū)別又有聯(lián)系。 例如：加工一批零件時，如果是在機(jī)床一次調(diào)整中完成的，則機(jī)床的調(diào)整誤差引起常值系統(tǒng)誤差；如果是經(jīng)過若干次調(diào)整完成的，則調(diào)整誤差就引起隨機(jī)誤差了。 注意注意3 3：誤差性質(zhì)不同，解決的途徑也不同。 對于常值系統(tǒng)誤差誤差，若能掌握其大小和方向。就可以通過調(diào)整消除；對于變值系統(tǒng)誤差，若能掌握其大小和方向隨時間變化的規(guī)律，則可通過自動補(bǔ)償消除；惟對隨機(jī)誤差，只能縮小它們的變動范圍，而不可能完全消除。 （二）機(jī)械制造中常見的誤差分布規(guī)律（圖（二）機(jī)械制造中常見的誤差分布規(guī)律（圖4-364-36）圖4-36 機(jī)械

37、加工誤差分布規(guī)律正正態(tài)態(tài)分分布布 在機(jī)械加工中，若同時滿足下列三個條件：（1）無變值系統(tǒng)性誤差（或有而不顯著）；（2）各隨機(jī)性誤差是相互獨(dú)立的；（3）在各隨機(jī)性誤差中沒有一個是起主導(dǎo)作用的；則工件的誤差就服從正態(tài)分布。在上述三個條件中，若有一個條件不滿足，則工件誤差就不服從正態(tài)分布。 平平頂頂分分布布 在影響機(jī)械加工中的諸多誤差因素中，如果刀具線性磨損的影響顯著，則工件的尺寸誤差將呈現(xiàn)平頂分布。平頂誤差分布曲線可以看成是隨時間而平移的眾多正態(tài)誤差分布曲線組合的結(jié)果。 雙雙峰峰分分布布 同一工序的加工內(nèi)容中，由兩臺機(jī)床來同時完成，由于這兩臺機(jī)床的調(diào)整尺寸不盡相同，兩臺機(jī)床的精度狀態(tài)也有差異，若將

38、這兩臺機(jī)床所加工的工件混在一起，則工件的尺寸誤差就呈雙峰分布。 偏偏態(tài)態(tài)分分布布 在用試切法車削軸徑或孔徑時，由于操作者為了盡量避免產(chǎn)生不可修復(fù)的廢品，主觀地(而不是隨機(jī)地)使軸頸加工得寧大勿小，則它們得尺寸誤差就呈偏態(tài)分布。 （三）正態(tài)分布（三）正態(tài)分布 1.正態(tài)分布的數(shù)學(xué)模型、特征參數(shù)和特殊點(diǎn) 機(jī)械加工中，工件的尺寸誤差是由很多相互獨(dú)立的隨機(jī)誤差綜合作用的結(jié)果，如果其中沒有一個隨機(jī)誤差是起決定作用的，則加工后工件的尺寸將呈正態(tài)分布（圖4-37）， 其概率密度方程為： 該方程有兩個特征參數(shù)，一為算術(shù)平均值 ，另一為均方根偏差（標(biāo)準(zhǔn)差） 。 式中： 工件尺寸；n工件總數(shù)。 只影響曲線的位置，而

39、不影響曲線的形狀（見圖4-38a）； 只影響曲線的形狀，而不影響曲線的位置， 越大，曲線愈平坦，尺寸就愈分散，精度就愈差（見圖4-38b）。因此， 的大小反映了機(jī)床加工精度的高低， 的大小反映了機(jī)床調(diào)整位置的不同。)2)(exp(21)(22xxxy)0,(xxniixnx11niixxn12)(1ixxx 概率密度函數(shù)在處有最大值 令概率密度方程的二次導(dǎo)數(shù)為零，即可求得正態(tài)分布曲線在 處的拐點(diǎn)的縱坐標(biāo)值為14 . 021maxy xx124. 0)21exp(21y 2. 2.標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布 、 的正態(tài)分布稱為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，其概率密度可寫為 在生產(chǎn)實(shí)際中，經(jīng)常是 既不等于零， 也不

40、等于1，為了查表計(jì)算方便，需要將非標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布通過標(biāo)準(zhǔn)化變量代換，轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布。 令 則： 上式就是非標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布概率密度函數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布概率密度函數(shù)的轉(zhuǎn)換關(guān)系式。0 x1)2exp(21)(2xxyx/ )(xxz)(1)2exp(21)2)(exp(21)(222zyzxxxy 3. 3.工件尺寸在某區(qū)間內(nèi)的概率工件尺寸在某區(qū)間內(nèi)的概率 加工工件尺寸在一個區(qū)間（ ）內(nèi)的概率等于圖4-39所示陰影的面積 令 ， 則 綜上分析可知，非標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布概率密度函數(shù)的積分，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化變換后，可用標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布概率密度函數(shù)的積分表示。標(biāo)準(zhǔn)化正態(tài)分布概率密度函數(shù)的積分表，參見表4-2。21xxx)(x

41、FdxxxdxxyxFxxxx)2)(exp(21)()(222121/ )(xxzdzdxzzdzzdzzzxF0220)2exp(21)2exp(21)()( 由表4-2可知： 當(dāng) 時， ； 時， ； 時， ； 計(jì)算結(jié)果表明，工件尺寸落在 范圍內(nèi)的概率為99.73%，而落在該范圍以外的概率只占0.27%，可忽略不計(jì)。因此可認(rèn)為，正態(tài)分布的分散范圍為 ，這就是工程上經(jīng)常用到的 “原則”，或稱“ 原則” 二、工藝過程的分布圖分析二、工藝過程的分布圖分析 （一）工藝過程的穩(wěn)定性（一）工藝過程的穩(wěn)定性 工藝過程的穩(wěn)定性是指工藝過程在時間歷程上保持工件均值和標(biāo)準(zhǔn)差值穩(wěn)定不變的性能。一般情況下，在不是

42、非常長的加工時間內(nèi)，分布特征參數(shù)的變化是很小的，因此，工藝過程穩(wěn)定性主要取決于變值系統(tǒng)性誤差是否顯著。在正常加工情況下，變值系統(tǒng)性誤差并不顯著，可認(rèn)為工藝系統(tǒng)是穩(wěn)定的，也就是說，工藝過程處于控制狀態(tài)中。1/ )(xxz%26.683413. 02) 1 (22/ )(xxz%44.954772. 02)2(23/ )(xxz%73.9949865. 02)3(2)3(x)3(x36 （二）工藝過程的分布圖分析（二）工藝過程的分布圖分析 1.樣本容量的確定 2.樣本數(shù)據(jù)的測量 3.異常數(shù)據(jù)的剔除 4.實(shí)際分布圖的繪制 5.理論分布圖的繪制 6.工藝過程的分布圖分析 三、工藝過程的點(diǎn)圖分析三、工藝

43、過程的點(diǎn)圖分析 應(yīng)用分布圖分析工藝過程精度的前提時工藝過程必須是穩(wěn)定的。由于點(diǎn)圖分析法能夠反映質(zhì)量指標(biāo)隨時間變化的情況，因此，它是進(jìn)行統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制的有效方法。這種方法既可以用于穩(wěn)定的工藝過程，也可以用于不穩(wěn)定的工藝過程。 對于一個不穩(wěn)定的工藝過程來說，要解決的問題是如何在工藝過程的進(jìn)行中，不斷地進(jìn)行質(zhì)量指標(biāo)的主動控制，工藝過程一旦出現(xiàn)被加工工件的質(zhì)量指標(biāo)有超出所規(guī)定的不合格品率的趨向時，能夠及時調(diào)整工藝系統(tǒng)或采取其它工藝措施，使工藝過程得以繼續(xù)進(jìn)行。對于一個穩(wěn)定得工藝過程，也應(yīng)該進(jìn)行質(zhì)量指標(biāo)得主動控制，使穩(wěn)定得工藝過程一旦出現(xiàn)不穩(wěn)定趨勢時，能夠及時發(fā)現(xiàn)并采取相應(yīng)得措施，使工藝過程繼續(xù)穩(wěn)定地進(jìn)行

44、下去。 點(diǎn)圖分析法所采用的樣本使順序小樣本，即每隔一定時間抽取樣本容量n510的一個小樣本，計(jì)算出各小樣本的算術(shù)平均值和極差R。點(diǎn)圖使控制工藝過程質(zhì)量指標(biāo)分布中心的變化的，R點(diǎn)圖是控制工藝過程質(zhì)量指標(biāo)分散范圍的變化的，因此，這兩個點(diǎn)圖必須聯(lián)合使用，才能控制整個工藝過程4.3 機(jī)械加工表面質(zhì)量機(jī)械加工表面質(zhì)量 機(jī)械零件的破壞，一般總是從表面層開始的。產(chǎn)品的性能，尤其是它的可靠性和耐久性，在很大程度上取決于零件表面層的質(zhì)量。研究機(jī)械加工表面質(zhì)量的目的就是為了掌握機(jī)械加工中各種工藝因素對加工表面質(zhì)量影響的規(guī)律，以便運(yùn)用這些規(guī)律來控制加工過程，最終達(dá)到改善表面質(zhì)量、提高產(chǎn)品使用性能的目的。 工件表面的

45、波度是由機(jī)械加工振動引起的。 一、機(jī)械加工表面質(zhì)量對機(jī)器使用性能的影響一、機(jī)械加工表面質(zhì)量對機(jī)器使用性能的影響 （一）表面質(zhì)量對耐磨性的影響（一）表面質(zhì)量對耐磨性的影響 1.表面粗糙度對耐磨性的影響 一個剛加工好的摩擦副的兩個接觸表面之間，最初階段只在表面粗糙的的峰部接觸，實(shí)際接觸面積遠(yuǎn)小于理論接觸面積，在相互接觸的峰部有非常大的單位應(yīng)力，使實(shí)際接觸面積處產(chǎn)生塑性變形、彈性變形和峰部之間的剪切破壞，引起嚴(yán)重磨損。 零件磨損一般可分為三個階段，初期磨損階段、正常磨損階段和劇烈磨損階段。 表面粗糙度對零件表面磨損的影響很大。一般說表面粗糙度值愈小，其磨損性愈好。但表面粗糙度值太小，潤滑油不易儲存，

46、接觸面之間容易發(fā)生分子粘接，磨損反而增加。因此，接觸面的粗糙度有一個最佳值，其值與零件的工作情況有關(guān)，工作載荷加大時，初期磨損量增大，表面粗糙度最佳值也加大。 2.表面冷作硬化對耐磨性的影響 加工表面的冷作硬化使摩擦副表面層金屬的顯微硬度提高，故一般可使耐磨性提高。但也不是冷作硬化程度愈高，耐磨性就愈高，這是因?yàn)檫^分的冷作硬化將引起金屬組織過度疏松，甚至出現(xiàn)裂紋和表層金屬的剝落，使耐磨性下降。 （二）表面質(zhì)量對疲勞強(qiáng)度的影響（二）表面質(zhì)量對疲勞強(qiáng)度的影響 金屬受交變載荷作用后產(chǎn)生的疲勞破壞往往發(fā)生在零件表面和表面冷硬層下面，因此零件的表面質(zhì)量對疲勞強(qiáng)度影響很大。 1.表面粗糙度對疲勞強(qiáng)度的影響

47、 在交變載荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起應(yīng)力集中，產(chǎn)生疲勞裂紋。表面粗糙度值愈大，表面的紋痕愈深，紋底半徑愈小，抗疲勞破壞的能力就愈差。 2.殘余應(yīng)力、冷作硬化對疲勞強(qiáng)度的影響 殘余應(yīng)力對零件疲勞強(qiáng)度的影響很大。表面層殘余拉應(yīng)力將使疲勞裂紋擴(kuò)大，加速疲勞破壞；而表面層殘余應(yīng)力能夠阻止疲勞裂紋的擴(kuò)展，延緩疲勞破壞的產(chǎn)生。 表面冷硬一般伴有殘余應(yīng)力的產(chǎn)生，可以防止裂紋產(chǎn)生并阻止已有裂紋的擴(kuò)展，對提高疲勞強(qiáng)度有利。 （三（三) )表面質(zhì)量對耐蝕性的影響表面質(zhì)量對耐蝕性的影響 零件的耐蝕性在很大程度上取決于表面粗糙度。表面粗糙度值愈大，則凹谷中聚積腐蝕性物質(zhì)就愈多?？刮g性就愈差。 表面層的殘余

48、拉應(yīng)力會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂，降低零件的耐磨性，而殘余壓應(yīng)力則能防止應(yīng)力腐蝕開裂。 （四）表面質(zhì)量對配合質(zhì)量的影響（四）表面質(zhì)量對配合質(zhì)量的影響 表面粗糙度值的大小將影響配合表面的配合質(zhì)量。對于間隙配合，粗糙度值大會使磨損加大，間隙增大，破壞了要求的配合性質(zhì)。對于過盈配合，裝配過程中一部分表面凸峰被擠平，實(shí)際過盈量減小，降低了配合件間的連接強(qiáng)度。 二、影響表面粗糙度的因素二、影響表面粗糙度的因素 （一）切削加工影響表面粗糙度的因素（一）切削加工影響表面粗糙度的因素 切削加工時影響表面粗糙度的因素有三個方面：幾何因素、物理因素和工藝系統(tǒng)振動。 1.刀具幾何形狀的復(fù)映 刀具相對于工件作進(jìn)給運(yùn)動時，在加

49、工表面留下了切削層殘留面積，其形狀時刀具幾何形狀的復(fù)映。減小進(jìn)給量、主偏角、副偏角以及增大刀尖圓弧半徑，均可減小殘留面積的高度。 此外，適當(dāng)增大刀具的前角以減小切削時的塑性變形程度，合理選擇潤滑液和提高刀具刃磨質(zhì)量以減小切削時的塑性變形和抑制刀瘤、鱗刺的生成，也是減小表面粗糙度值的有效措施。 2.工件材料的性質(zhì) 加工塑性材料時，由刀具對金屬的擠壓產(chǎn)生了塑性變形，加之刀具迫使切屑與工件分離的撕裂作用，使表面粗糙度值加大。工件材料韌性愈好，金屬的塑性變形愈大，加工表面就愈粗糙。 加工脆性材料時，其切屑呈碎粒狀，由于切屑的崩碎而在加工表面留下許多麻點(diǎn)，使表面粗糙。 3.切削用量 （二）磨削加工影響表

50、面粗糙度的因素磨削加工影響表面粗糙度的因素 正像切削加工時表面粗糙度的形成過程一樣，磨削加工表面粗糙度的形成也時由幾何因素和表面金屬的塑性變形來決定的。 影響磨削表面粗糙度的主要因素有： 1.砂輪的粒度砂輪粒度：主要是表明磨粒的尺寸大小，粒度號數(shù)越大，磨粒的尺寸越小，其值見下表。砂輪粒度磨粒的尺寸范圍（m）磨粒間的平均距離（m）36#5006000.47546#3554250.36960#2503000.25580#1802120.228 砂輪的粒度號數(shù)越大，磨粒的尺寸越小，參加磨削的磨粒就越多，磨削出的表面就越光滑。2.砂輪的硬度3.砂輪的修整：修整質(zhì)量越高，磨削出的表面就越光滑。4.磨削速

51、度 砂輪磨削速度v越高，單位時間內(nèi)通過被磨表面的磨粒數(shù)就越多，工件表面就越光滑。注：注：磨削加工中，工件的速度越高，單位時間內(nèi)通過被磨表面的磨粒數(shù)將減少，反而會使表面粗糙度值增加。5.磨削徑向進(jìn)給量與光磨次數(shù)6.工件圓周進(jìn)給速度與軸向進(jìn)給量7.冷卻潤滑液三、影響加工表面層物理機(jī)械性能的因素三、影響加工表面層物理機(jī)械性能的因素 在切削加工中，工件由于受到切削力和切削熱的作用，使表面層金屬的物理機(jī)械性能產(chǎn)生變化，最主要的變化是表面層金屬顯微硬度的變化、金相組織的變化和殘余應(yīng)力的產(chǎn)生。由于磨削加工時所產(chǎn)生的塑性變形和切削熱比刀刃切削時更嚴(yán)重，因而磨削加工后加工表面層上述三項(xiàng)物理機(jī)械性能的變化會很大。

52、（一）表面層冷作硬化（一）表面層冷作硬化1.冷作硬化及其評定參數(shù) 機(jī)械加工過程中因切削力作用產(chǎn)生的塑性變形，使晶格扭曲、畸變，晶粒間產(chǎn)生剪切滑移,晶粒被拉長和纖維化，甚至破碎，這些都會使表面層金屬的硬度和強(qiáng)度提高，這種現(xiàn)象稱為冷作硬化（或稱為強(qiáng)化）。表面層金屬強(qiáng)化的結(jié)果，會增大金屬變形的阻力，減小金屬的塑性，金屬的物理性質(zhì)也會發(fā)生變化。 被冷作硬化的金屬處于高能位的不穩(wěn)定狀態(tài)，只有一有可能，金屬的不穩(wěn)定狀態(tài)就要向比較穩(wěn)定的狀態(tài)轉(zhuǎn)化，這種現(xiàn)象稱為弱化。 弱化作用的大小取決于溫度的高低、溫度持續(xù)時間的長短和強(qiáng)化程度的大小。由于金屬在機(jī)械加工過程中同時受到力和熱的作用，因此，加工后表層金屬的最后性質(zhì)

53、取決于強(qiáng)化和弱化綜合作用的結(jié)果。 評定冷作硬化的指標(biāo)有三項(xiàng)，即表層金屬的顯微硬度HV、硬化層深度h和硬化程度N。2.2.影響冷作硬化的主要因素影響冷作硬化的主要因素（1）刀具1）切削刃鈍圓半徑的影響：切削刃鈍圓半徑-徑向切削分力-表層金屬的塑性變形程度-導(dǎo)致冷硬2）前角 的影響：前角 在20范圍內(nèi)，對表層金屬的冷硬沒有顯著影響。在此范圍以外，則前角 -塑性變形-冷硬3）其它角度：對冷硬影響較小。（2）切削用量1）切削速度v的影響：切削速度v越大，刀具與工件的作用時間縮短，金屬的塑性變形就越小，因而可使加工表面層的硬化程度和深度降低。2）進(jìn)給量f的影響：a、進(jìn)給量f超過一定值時，加大進(jìn)給量，切削

54、力將隨之增大，表層金屬的塑性變形加劇，使冷硬程度增加。b、進(jìn)給量f過小，切削厚度也小，刀刃圓弧對工件表面層將產(chǎn)生擠壓，反而使表面層硬化程度增大。000（3）工件材料工件材料的塑性愈大，冷硬現(xiàn)象就愈嚴(yán)重。（二）表面層材料金相組織變化（二）表面層材料金相組織變化 當(dāng)切削熱使被加工表面的溫度超過相變溫度后，表層金屬的金相組織將會發(fā)生變化。1.1.磨削燒傷磨削燒傷 當(dāng)被磨工件表面層溫度達(dá)到相變溫度以上時，表層金屬發(fā)生金相組織的變化，使表層金屬強(qiáng)度和硬度降低，并伴有殘余應(yīng)力產(chǎn)生，甚至出現(xiàn)微觀裂紋，這種現(xiàn)象稱為磨削燒傷。在磨削淬火鋼時，可能產(chǎn)生以下三種燒傷：（1）回火燒傷 如果磨削區(qū)的溫度未超過淬火鋼的相

55、變溫度，但已超過馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度，工件表層金屬的回火馬氏體組織將轉(zhuǎn)變成硬度較低的回火組織（索氏體或托氏體），這種燒傷稱為回火燒傷。（2）淬火燒傷 如果磨削區(qū)溫度超過了相變溫度，再加上冷卻液的急冷作用，表層金屬發(fā)生二次淬火，使表層金屬出現(xiàn)二次淬火馬氏體組織，其硬度比原來的回火馬氏體的高，在它的下層，因冷卻較慢，出現(xiàn)了硬度比原先的回火馬氏體低的回火組織（索氏體或托氏體），這種燒傷稱為淬火燒傷。（3）退火燒傷如果磨削區(qū)溫度超過了相變溫度，而磨削區(qū)域又無冷卻液進(jìn)入，表層金屬將產(chǎn)生退火組織，表面硬度將急劇下降，這種燒傷稱為退火燒傷。2.、改善磨削燒傷的途徑磨削熱是造成磨削燒傷的根源，故改善磨削燒傷由兩個

56、途徑：一是盡可能地減少磨削熱地產(chǎn)生；二是改善冷卻條件，盡量使產(chǎn)生地?zé)崃可賯魅牍ぜ?。?）正確選擇砂輪（2）合理選擇切削用量（3）改善冷卻條件（三）表面層殘余應(yīng)力（三）表面層殘余應(yīng)力1.產(chǎn)生殘余應(yīng)力的原因（1）冷態(tài)塑性變形：切削時在加工表面金屬層內(nèi)有塑性變形發(fā)生，使表面金屬的比容加大。由于塑性變形只在表層金屬中產(chǎn)生，而表層金屬的比容增大，體積膨脹，不可避免地要受到與它相連的里層金屬的阻止，因此就在表面金屬層產(chǎn)生了殘余應(yīng)力，而在里層金屬中產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。（2）熱態(tài)塑性變形：切削加工中，切削區(qū)會有大量的切削熱產(chǎn)生。（3）金相組織變化：不同金相組織具有不同的密度，亦具有不同的比容。如果表面層金屬產(chǎn)生了

57、金相組織的變化，表層金屬比容的變化必然要受到與之相連的基體金屬的阻礙，因而就有殘余應(yīng)力產(chǎn)生。2.2.零件主要工作表面最終工序加工方法的選擇零件主要工作表面最終工序加工方法的選擇零件主要工作表面最終工序加工方法的選擇至關(guān)重要，因?yàn)樽罱K工序在該工作表面留下的殘余應(yīng)力將直接影響機(jī)器零件的使用性能。選擇零件主要工作表面最終工序加工方法，須考慮該零件主要工作表面的具體工作條件和可能的破壞形式。在交變載荷作用下，機(jī)器零件表面上的局部微觀裂紋，會因拉應(yīng)力的作用使原生裂紋擴(kuò)大，最后導(dǎo)致零件斷裂。從提高零件抵抗疲勞破壞的角度考慮，該表面最終工序應(yīng)選擇能在該表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力的加工方法。4.4 機(jī)械加工過程中的振

58、動機(jī)械加工過程中的振動 一般說來，機(jī)械加工過程中的振動是一種十分有害的現(xiàn)象，它對于加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率都有很大影響，必須認(rèn)真對待。在切削過程中，當(dāng)振動發(fā)生時，加工表面將惡化，產(chǎn)生較明顯的表面振痕。一、機(jī)械加工過程中的強(qiáng)迫振動一、機(jī)械加工過程中的強(qiáng)迫振動（一）機(jī)械加工過程中的強(qiáng)迫振動 1、強(qiáng)迫振動：是由于工藝系統(tǒng)外界周期性干擾力的作用而引起的振動。機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動與一般機(jī)械中的強(qiáng)迫振動沒有什么區(qū)別，強(qiáng)迫振動的頻率與干擾力的頻率相同或是它的倍數(shù)。 2、強(qiáng)迫振動產(chǎn)生的原因：強(qiáng)迫振動的振源又來自機(jī)床內(nèi)部的機(jī)內(nèi)振源和來自機(jī)床外部的機(jī)外振源兩大類。機(jī)外振源甚多，但它們都是通過地基傳給機(jī)床的，可通過加設(shè)隔

59、振地基來隔離。 機(jī)內(nèi)振源主要有：（1）機(jī)床電機(jī)的振動；（2）機(jī)床高速旋轉(zhuǎn)件不平衡引起的振動；（3）機(jī)床傳動機(jī)構(gòu)缺陷引起的振動，如齒輪的側(cè)隙、皮帶張緊力的變化等；（4）切削過程中的沖擊引起的振動；（5）往復(fù)運(yùn)動部件的慣性力引起的振動 3、強(qiáng)迫振動的特征：（1）機(jī)械加工過程中的強(qiáng)迫振動，只要干擾力存在，其不會被衰減；（2）強(qiáng)迫振動的頻率等于干擾力的頻率；（3）在干擾力頻率不變的情況下，干擾力的幅值越大，強(qiáng)迫振動的幅值將隨之增大。4、減少強(qiáng)迫振動的途徑：（1）對工藝系統(tǒng)中的回轉(zhuǎn)零件進(jìn)行平衡處理；（2）提高工藝系統(tǒng)中傳動件的精度：以減小沖擊；（3）提高工藝系統(tǒng)的剛度；（4）隔振：隔離機(jī)外振源對工藝系統(tǒng)的干擾。（二）機(jī)械加工過程中強(qiáng)迫振源的查找方法（二）機(jī)械加工過程中強(qiáng)迫振源的查找方法 如果已經(jīng)確認(rèn)機(jī)械加工過程中發(fā)生了強(qiáng)迫振動，就要設(shè)法查找振源，以便去除振源或減小振源對加工過程的影響。由強(qiáng)迫振動的特征可知，強(qiáng)迫振動的頻率總是與干擾力的頻率相等或是它的倍數(shù)，我們可以根據(jù)強(qiáng)迫振動的這個規(guī)律去查找強(qiáng)迫振動的振源。二、機(jī)械加工過程中的自激振動（顫振）二、機(jī)械加工過程中的自激振動（顫振）（一）機(jī)械加工過程中的自激振動1、自激振動：機(jī)械加工過程中，在沒有周期性外力作用下，由系統(tǒng)內(nèi)部激發(fā)反饋產(chǎn)生的周期性振動，稱為