機(jī)械加工質(zhì)量分析及控制課件

第3章機(jī)械加工質(zhì)量分析及控制第一節(jié)概述第二節(jié)影響加工精度的主要因素及其控制第三節(jié)加工誤差的綜合分析第四節(jié)影響表面質(zhì)量的因素及其控制第五節(jié)機(jī)械加工中振動(dòng)的基本知識(shí)第3章機(jī)械加工質(zhì)量分析及控制第一節(jié)概述第一節(jié)概述一、加工精度和表面質(zhì)量的概念機(jī)械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。表面質(zhì)量指零件表面的幾何特征和表面層的物理力學(xué)性能。第一節(jié)概述一、加工精度和表面質(zhì)量的概念機(jī)械加工21.加工表面幾何特征加工表面的幾何特征，主要由表面粗糙度和表面波度兩部分組成（見(jiàn)圖3-1）。圖3-1加工表面的幾何形狀特征1.加工表面幾何特征圖3-1加工表面的幾何形狀32.加工表面層物理力學(xué)性能變化（1）表面層的冷作硬化（2）表面層殘余應(yīng)力的形成（3）表面層的金相組織變化圖3-22.加工表面層物理力學(xué)性能變化圖3-24二、加工精度的獲得方法

1.尺寸精度的獲得方法

（1）試切法（2）定尺寸刀具法（3）調(diào)整法（4）自動(dòng)控制法2.形狀精度的獲得方法（1）軌跡法（2）成形法（3）展成法二、加工精度的獲得方法1.尺寸精度的獲得方法

2.形53.位置精度的獲得方法（1）一次裝夾獲得法

當(dāng)零件上有相互位置精度要求的各表面是在同一次裝夾中加工出來(lái)時(shí)，表面相互位置精度是由機(jī)床有關(guān)部分的相互位置精度來(lái)保證的。（2）多次裝夾獲得法

當(dāng)零件上有相互位置精度要求的各表面被安排在不同的安裝中加工時(shí)，零件表面的相互位置精度主要取決于安裝精度。3.位置精度的獲得方法6三、表面粗糙度對(duì)零件使用性能的影響1.對(duì)零件耐磨性的影響2.對(duì)零件配合性能的影響3.對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響4.對(duì)零件耐蝕性的影響5.對(duì)零件接觸剛度的影響圖3-3表面粗糙度值與初期磨損量的關(guān)系三、表面粗糙度對(duì)零件使用性能的影響圖3-3表面粗糙7第二節(jié)影響加工精度的主要因素及其控制圖3-4原始誤差加工原理誤差工件裝夾誤差工藝系統(tǒng)靜誤差調(diào)整誤差工藝系統(tǒng)動(dòng)誤差度量誤差機(jī)床誤差?yuàn)A具誤差刀具制造誤差工藝系統(tǒng)受力變形工藝系統(tǒng)受熱變形刀具磨損工件內(nèi)應(yīng)力引起的變形第二節(jié)影響加工精度的主要因素及其控制圖3-4原始誤差加工原8

加工原理誤差是指采用了近似的成形運(yùn)動(dòng)或近似的切削刃輪廓進(jìn)行加工而產(chǎn)生的誤差。一、加工原理誤差如：在數(shù)控機(jī)床上采用“行切法”加工復(fù)雜形面。圖3-5空間曲面的數(shù)控加工加工原理誤差是指采用了近似的成形運(yùn)動(dòng)或近似的9加工中引起機(jī)床誤差的原因主要有機(jī)床的制造誤差、安裝誤差及其磨損等三個(gè)方面。二、工藝系統(tǒng)的靜誤差（一）機(jī)床誤差1．主軸回轉(zhuǎn)誤差（1）

主軸回轉(zhuǎn)誤差的基本形式為便于分析和研究，主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差可以分解為三種基本形式：軸向跳動(dòng)、徑向跳動(dòng)、角度擺動(dòng)。加工中引起機(jī)床誤差的原因主要有機(jī)床的制造誤差、安裝誤差及其磨10軸向跳動(dòng)：瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)沿平均回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)方向的軸向運(yùn)動(dòng)，如圖圖3-6所示。主軸的軸向跳動(dòng)對(duì)工件的圓柱面加工沒(méi)有影響，主要影響端面形狀、軸向尺寸精度端面垂直度。主軸存在軸向跳動(dòng)誤差時(shí)，車(chē)削加工螺紋會(huì)將使加工后的螺旋產(chǎn)生螺距誤差。徑向跳動(dòng)：瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)始終平行于平均回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)方向的徑向運(yùn)動(dòng)，如圖圖3-6所示。主軸的純徑向跳動(dòng)會(huì)使工件產(chǎn)生圓柱度誤差，對(duì)加工端面基本沒(méi)有影響。但加工方法不同，所引起的加工誤差形式和程度也不同。純角度擺動(dòng)：瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與平均回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)方向成一傾斜角度，但其交點(diǎn)位置固定不變的運(yùn)動(dòng)，如圖圖3-6所示。圖3-6主軸回轉(zhuǎn)誤差的基本形式軸向跳動(dòng)：瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)沿平均回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)方向的軸向運(yùn)動(dòng)，如圖圖3111）主軸的純徑向跳動(dòng)對(duì)加工精度的影響主軸的徑向圓跳動(dòng)會(huì)使工件產(chǎn)生圓度誤差，但徑向圓跳動(dòng)的方式和規(guī)律不同，加工方法不同（如車(chē)削和鏜削），對(duì)加工精度的影響也不同。如圖3-7所示，在鏜床上鏜孔時(shí)，刀具回轉(zhuǎn)，工件不轉(zhuǎn)。假設(shè)主軸回轉(zhuǎn)中心在y方向上作簡(jiǎn)諧直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，其頻率與主軸轉(zhuǎn)速相同，振幅為A，則鏜刀刀尖的運(yùn)動(dòng)軌跡為一橢圓，而加工出的孔即呈現(xiàn)橢圓形狀，其圓度誤差為A。1）主軸的純徑向跳動(dòng)對(duì)加工精度的影響主軸的徑向圓跳動(dòng)會(huì)使工件圖3-8主軸的徑向圓跳動(dòng)對(duì)車(chē)外圓精度的影響圖3-7主軸的徑向圓跳動(dòng)對(duì)鏜孔精度的影響圖3-8主軸的徑向圓跳動(dòng)對(duì)車(chē)外圓精度的影響圖3-7132）軸向竄動(dòng)對(duì)加工精度的影響

主軸的軸向竄動(dòng)對(duì)內(nèi)、外圓的加工精度沒(méi)有影響，但加工端面時(shí)，會(huì)使加工的端面與內(nèi)外圓軸線(xiàn)產(chǎn)生垂直度誤差。

主軸每轉(zhuǎn)一周，要沿軸向竄動(dòng)一次，使得切出的端面產(chǎn)生平面度誤差（圖3-9）。當(dāng)加工螺紋時(shí)，會(huì)產(chǎn)生螺距誤差。

圖3-9主軸的純軸向竄動(dòng)對(duì)加工精度的影響2）軸向竄動(dòng)對(duì)加工精度的影響主軸的軸向竄動(dòng)對(duì)3）主軸的傾角擺動(dòng)對(duì)加工精度的影響。圖3-10主軸的傾角擺動(dòng)對(duì)加工精度的影響主軸的傾角擺動(dòng)對(duì)加工精度的影響與徑向圓跳動(dòng)對(duì)加工精度的影響相似，其區(qū)別在于傾角擺動(dòng)不僅影響工件加工表面的圓度誤差，而且影響工件加工表面的圓柱度誤差。3）主軸的傾角擺動(dòng)對(duì)加工精度的影響。圖3-10主軸的傾15（3）

影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素1）滑動(dòng)軸承誤差對(duì)主軸回轉(zhuǎn)精度的影響軸承誤差主要來(lái)源于主軸軸頸和軸承孔等的圓度誤差和波度。2）滾動(dòng)軸承誤差對(duì)主軸回轉(zhuǎn)精度的影響滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈、外圈和滾動(dòng)體本身的幾何精度將影響主軸回轉(zhuǎn)精度。3）軸承配合質(zhì)量對(duì)主軸回轉(zhuǎn)精度的影響與軸承相配合零件的制造精度和裝配質(zhì)量對(duì)主軸回轉(zhuǎn)精度有重要影響。圖3-11圖3-12（3）影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素圖3-11圖3-1216（4）

提高主軸回轉(zhuǎn)精度的措施(1)提高主軸部件的制造精度和裝配精度。(2)當(dāng)主軸采用滾動(dòng)軸承時(shí)，應(yīng)對(duì)其適當(dāng)預(yù)緊，使消除軸承間隙，增加軸承剛度，均化誤差，可提高主軸的回轉(zhuǎn)精度。(3)采用運(yùn)動(dòng)和定位分離的主軸結(jié)構(gòu)，可減小主軸誤差對(duì)零件加工的影響，使主軸的回轉(zhuǎn)精度不反映到工件上去。實(shí)際生產(chǎn)中，通常采用兩個(gè)固定頂尖支承定位加工，主軸只起傳動(dòng)作用，如外圓磨床。圖3-13用固定頂尖支承磨外圓（4）提高主軸回轉(zhuǎn)精度的措施圖3-13用固定頂尖支承磨172．導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差機(jī)床導(dǎo)軌是機(jī)床中確定主要部件相對(duì)位置的基準(zhǔn)，也是運(yùn)動(dòng)基準(zhǔn)。機(jī)床的導(dǎo)軌精度是指導(dǎo)軌副的運(yùn)動(dòng)件實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向與理想方向的符合程度，這兩者之間的偏差值稱(chēng)為導(dǎo)向誤差。直線(xiàn)導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度包括：導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線(xiàn)度、導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線(xiàn)度、前后導(dǎo)軌的平行度、導(dǎo)軌對(duì)主軸回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的平行度等。2．導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差18以在車(chē)床上車(chē)削圓柱面為例，分析導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差對(duì)加工精度的影響。1)導(dǎo)軌在水平面內(nèi)直線(xiàn)度誤差臥式車(chē)床在水平面內(nèi)存在直線(xiàn)度誤差ΔY

，見(jiàn)圖3-14，則車(chē)刀尖的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡也要產(chǎn)生直線(xiàn)度誤差ΔY，從而造成工件圓柱度誤差，ΔR=ΔY，如圖3-14所示。這表明水平方向是臥式車(chē)床加工誤差對(duì)導(dǎo)軌誤差的敏感方向。（1）導(dǎo)軌導(dǎo)向精度對(duì)加工精度的影響圖3-14臥式車(chē)床導(dǎo)軌直線(xiàn)度誤差以在車(chē)床上車(chē)削圓柱面為例，分析導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差對(duì)加工精度的影響。192)導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)直線(xiàn)度誤差的影響臥式車(chē)床在垂直面內(nèi)存在直線(xiàn)度誤差ΔZ

，則車(chē)刀尖的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡也要產(chǎn)生直線(xiàn)度誤差ΔZ，從而造成工件圓柱度誤差，ΔR=ΔZ2/(2R)=ΔZ2/d,說(shuō)明臥式車(chē)床對(duì)導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)直線(xiàn)度誤差不敏感。2)導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)直線(xiàn)度誤差的影響203)導(dǎo)軌扭曲誤差如果機(jī)床前后導(dǎo)軌不平行（扭曲），則引起被加工零件半徑誤差為：圖3-15導(dǎo)軌扭曲誤差式中H——車(chē)床中心高；B——導(dǎo)軌精度；——導(dǎo)軌傾斜角；——前后導(dǎo)軌的扭曲量。3)導(dǎo)軌扭曲誤差圖3-15導(dǎo)軌扭曲誤差式中H——車(chē)21（2）影響機(jī)床導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差的因素1）機(jī)床制造誤差2）機(jī)床安裝誤差3）導(dǎo)軌磨損如何提高機(jī)床導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度？機(jī)床設(shè)計(jì)與制造時(shí)，應(yīng)從結(jié)構(gòu)、材料、加工工藝等方面采取措施，提高制造精度機(jī)床安裝時(shí)，應(yīng)校正好水平和保證地基質(zhì)量使用時(shí)，要注意調(diào)整軌道配合間隙，同時(shí)保證良好的潤(rùn)滑和防護(hù)（2）影響機(jī)床導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差的因素1）機(jī)床制造誤差機(jī)床設(shè)計(jì)與制223．傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)誤差（1）機(jī)床傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)誤差及其對(duì)加工精度的影響機(jī)床傳動(dòng)鏈誤差是指機(jī)床內(nèi)部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)傳動(dòng)鏈?zhǔn)啄﹥啥藗鲃?dòng)元件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的誤差。傳動(dòng)鏈誤差一般不影響圓柱面和平面的加工精度，但對(duì)齒輪、蝸輪蝸桿、螺紋和絲桿等加工有較大影響。圖3-16齒輪機(jī)床傳動(dòng)鏈3．傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)誤差圖3-16齒輪機(jī)床傳動(dòng)鏈23（2）減少傳動(dòng)鏈傳動(dòng)誤差的措施1）縮短傳動(dòng)鏈長(zhǎng)度，減少傳動(dòng)鏈中傳動(dòng)件的數(shù)目。2）采用降速傳動(dòng)鏈。3）提高傳動(dòng)元件，特別是提高末端傳動(dòng)元件的制造精度和裝配精度。4）采用誤差補(bǔ)償?shù)姆椒?。圖3-17精密絲杠螺距誤差補(bǔ)償設(shè)置（2）減少傳動(dòng)鏈傳動(dòng)誤差的措施圖3-17精密絲杠螺距24（二）刀具與家具誤差1.刀具誤差刀具誤差包括刀具的制造誤差、安裝誤差和磨損。2.夾具誤差?yuàn)A具誤差影響工件加工表面的位置精度或尺寸精度。（二）刀具與家具誤差1.刀具誤差25工藝系統(tǒng)剛度工藝系統(tǒng)的剛度定義為在加工誤差敏感方向上工藝系統(tǒng)所受外力與變形量之比。根據(jù)系統(tǒng)所受載荷的性質(zhì)不同，工藝系統(tǒng)剛度可分為靜剛度和動(dòng)剛度兩種。靜剛度主要影響工件的幾何精度；動(dòng)剛度則反映系統(tǒng)抵抗動(dòng)態(tài)力的能力，主要影響工件表面的波度和表面粗糙度。三、工藝系統(tǒng)的動(dòng)誤差

（一）工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差圖3-18工藝系統(tǒng)剛度三、工藝系統(tǒng)的動(dòng)誤差（一）工藝系統(tǒng)受力變形引262、機(jī)床部件的剛度及其特點(diǎn)1）作用力與變形不是線(xiàn)性關(guān)系，反映出刀架的變形不純粹是彈性變形。2）加載與卸載曲線(xiàn)不重合，兩曲線(xiàn)間包容的面積代表了加載—卸載循環(huán)中所損失的能量，即外力在克服部件內(nèi)零件間的摩擦力和接觸面塑性變形所做的功。3）卸載后曲線(xiàn)不回到原點(diǎn)，說(shuō)明產(chǎn)生了殘余變形。在反復(fù)加載—卸載后，殘余變形逐漸趨近于零。4）部件的實(shí)際剛度遠(yuǎn)比按實(shí)體所估算的要小。由于機(jī)床部件的剛度曲線(xiàn)不是線(xiàn)性的，其剛度不是常數(shù)，一般取曲線(xiàn)兩端點(diǎn)連線(xiàn)的斜率來(lái)表示其平均剛度。圖3-192、機(jī)床部件的剛度及其特點(diǎn)1）作用力與變形不是線(xiàn)性關(guān)系，反映27

影響機(jī)床部件剛度的因素很復(fù)雜，主要因素包括以下幾方面：（1）聯(lián)接表面間的接觸變形（2）薄弱零件的變形（3）零件表面間摩擦力的影響（4）接合面的間隙圖3-20影響機(jī)床部件剛度的因素很復(fù)雜，主要因素包283、工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響（1）切削力作用點(diǎn)位置變化引起的工件形狀誤差（2）切削力大小變化引起的加工誤差（3）其他作用力對(duì)加工精度的影響圖3-21圖3-223、工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響（1）切削力作用點(diǎn)位置變化引29圖3-23圖3-24圖3-25圖3-23圖3-24圖3-25（1）合理設(shè)計(jì)零部件結(jié)構(gòu)（2）提高聯(lián)接表面的接觸剛度

此外提高接觸剛度的主要措施還有：

1）提高機(jī)床部件中零件間接合表面的質(zhì)量。

2）給機(jī)床部件預(yù)加載荷。（3）采用合理的裝夾方式、加工方式提高工藝系統(tǒng)剛度4、減少工藝系統(tǒng)受力變形的措施圖3-26（1）合理設(shè)計(jì)零部件結(jié)構(gòu)4、減少工藝系統(tǒng)受力變形的措施圖3-31（二）工件殘余應(yīng)力引起的誤差

殘余應(yīng)力又稱(chēng)內(nèi)應(yīng)力，是指在沒(méi)有外力作用下或去除外力后仍殘存在工件內(nèi)部的應(yīng)力。零件中的殘余應(yīng)力往往處于一種很不穩(wěn)定的相對(duì)平衡狀態(tài)，在常溫下特別是在外界某種因素的影響下很容易失去原有狀態(tài)，使殘余應(yīng)力重新分布，零件產(chǎn)生相應(yīng)的變形，從而破壞了原有的精度。因此，必須采取措施消除殘余應(yīng)力對(duì)零件加工精度的影響。（二）工件殘余應(yīng)力引起的誤差殘余應(yīng)力又稱(chēng)內(nèi)應(yīng)321.產(chǎn)生殘余應(yīng)力的原因（1）毛坯制造和熱處理過(guò)程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力在鑄、鍛、焊及熱處理等熱加工過(guò)程中，由于工件各部分熱脹冷縮不均勻以及金相組織轉(zhuǎn)變時(shí)的體積變化，使毛坯內(nèi)部產(chǎn)生了相當(dāng)大的殘余應(yīng)力。圖3-271.產(chǎn)生殘余應(yīng)力的原因（1）毛坯制造和熱處理過(guò)程中產(chǎn)生的殘余33彎曲的工件(原來(lái)無(wú)殘余應(yīng)力)要校直，常采用冷校直。（2）冷校直帶來(lái)的殘余應(yīng)力圖3-28圖3-29彎曲的工件(原來(lái)無(wú)殘余應(yīng)力)要校直，常采用冷校直。（2）冷校34

切削過(guò)程中產(chǎn)生的力和熱，也會(huì)使被加工工件的表面層變形，產(chǎn)生殘余應(yīng)力。（3）切削加工中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力

2.減少或消除殘余應(yīng)力的措施1．合理設(shè)計(jì)零件結(jié)構(gòu)2．增加時(shí)效處理工序3.合理安排工藝過(guò)程例如：對(duì)鑄、鍛、焊接件進(jìn)行退火或回火；零件淬火后進(jìn)行回火；對(duì)精度要求高的零件，如床身、絲桿、箱體、精密主軸等，在粗加工后進(jìn)行時(shí)效處理。例如：粗、精加工分開(kāi)在不同工序中進(jìn)行，留有一定時(shí)間讓殘余應(yīng)力重新分布；在加工大型工件時(shí)，粗、精加工往往在一個(gè)工序中來(lái)完成，這時(shí)應(yīng)在粗加工后松開(kāi)工件，讓工件有自由變形的可能，然后再用較小的夾緊力夾緊工件后進(jìn)行精加工。切削過(guò)程中產(chǎn)生的力和熱，也會(huì)使被加工工件的表35（三）工藝系統(tǒng)的熱變形對(duì)加工精度的影響

在機(jī)械加工過(guò)程中，工藝系統(tǒng)會(huì)受到各種熱源的影響，使工藝系統(tǒng)各個(gè)組成部分產(chǎn)生復(fù)雜的變形，這種變形稱(chēng)為熱變形。1.概述

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在精密加工中，由于熱變形引起的加工誤差約占總加工誤差的40％一70％。高效、高精度、自動(dòng)化加工技術(shù)的發(fā)展，使工藝系統(tǒng)熱變形問(wèn)題變得更為突出，已成為機(jī)械加工技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的一個(gè)重要的研究課題。（三）工藝系統(tǒng)的熱變形對(duì)加工精度的影響在機(jī)36（1）工藝系統(tǒng)的熱源系統(tǒng)內(nèi)部熱源(切削熱和摩擦熱)系統(tǒng)外部熱源(環(huán)境溫度和太陽(yáng)輻射熱)一方面，工藝系統(tǒng)受熱源影響，溫度逐漸升高；另一方面，熱量通過(guò)各種傳導(dǎo)方式向周?chē)l(fā)。（2）溫度場(chǎng)與工藝系統(tǒng)熱平衡（1）工藝系統(tǒng)的熱源系統(tǒng)內(nèi)部熱源(切削熱和摩擦熱)一372.機(jī)床熱變形對(duì)加工精度的影響

機(jī)床受熱源的影響，各部分溫升將發(fā)生變化．由于熱源分布的不均勻和機(jī)床結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，機(jī)床各部件將發(fā)生不同程度的熱變形，破壞了機(jī)床原有的幾何精度，從而降低了機(jī)床的加工精度。圖3-30臥式車(chē)床和臥式銑床的熱變形2.機(jī)床熱變形對(duì)加工精度的影響機(jī)床受熱源的影383.刀具熱變形對(duì)加工精度的影響切削熱（是主要的）外部熱源（對(duì)于精密件不可忽視）使工件產(chǎn)生變形的熱源

同時(shí)，不同的加工方法，不同的工件材料、結(jié)構(gòu)和尺寸件的受熱變形也不相同。圖3-31刀具熱伸長(zhǎng)量與切削時(shí)間的關(guān)系3.刀具熱變形對(duì)加工精度的影響切削熱（是主要的）使工394.工具熱變形對(duì)加工精度的影響

刀具的熱變形主要是切削熱引起的，傳給刀具的熱量雖不多，但由于刀具體積小、熱容量小且熱量又集中在切削部分，因此切削部分仍產(chǎn)生很高的溫升。依據(jù)物理公式計(jì)算工件長(zhǎng)度或直徑上的熱變形量：

式中，L——工件原有長(zhǎng)度或直徑，單位為mm;——工作材料的線(xiàn)膨脹系數(shù)；——溫升。

4.工具熱變形對(duì)加工精度的影響刀具的熱變形主405、減少和控制工藝系統(tǒng)熱變形的主要途徑1．減少熱源的發(fā)熱和隔離熱源2．均衡溫度場(chǎng)3．采用合理的機(jī)床結(jié)構(gòu)4．控制環(huán)境溫度，加速達(dá)到熱平衡狀態(tài)5、減少和控制工藝系統(tǒng)熱變形的主要途徑1．減少熱源的發(fā)熱和隔41對(duì)于不能分離的熱源，如主抽軸承、絲杠螺母副、高速運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌副等，則可以從結(jié)構(gòu)、潤(rùn)滑等方面改善其摩擦特性，減少發(fā)熱。1）減少熱源的發(fā)熱和隔離熱源采用有效的冷卻措施為了減少機(jī)床的熱變形，凡是可能分離出去的熱源應(yīng)移出，如電動(dòng)機(jī)、變速箱、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等，均應(yīng)移出。熱源可能分離出去減少發(fā)熱例如，采用靜壓軸承。靜壓導(dǎo)軌，改用低粘度潤(rùn)滑油、理基潤(rùn)滑脂等，也可用隔熱材料將發(fā)熱部件和機(jī)床大件(如床身、立柱等)隔離開(kāi)來(lái)。

如增加散熱面積或使用強(qiáng)制式的風(fēng)冷、水冷、循環(huán)潤(rùn)滑等。例如，目前，大型數(shù)控機(jī)床、加工中心普遍采用冷凍機(jī)，對(duì)潤(rùn)滑油、切削液進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，以提高冷卻效果。在精密絲杠磨床的母絲杠中通以冷卻液，以減少熱變形。對(duì)于不能分離的熱源，如主抽軸承、絲杠螺母副、高速運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌副42平面磨床采用熱空氣加熱溫升較低的立柱后壁，以減小立柱前后壁的溫度差，從而減少立柱的彎曲變形。采取這種指施后，工件的加工直線(xiàn)度誤差可降低為原來(lái)的1／3～1／4。2）均衡溫度場(chǎng)圖3-32平面磨床采用熱空氣加熱溫升較低的立柱后壁，以減小立柱前后壁的433）采用合理的機(jī)床結(jié)構(gòu)在變速箱中，將軸、軸承、傳動(dòng)齒輪盡量對(duì)稱(chēng)布置，可使箱壁溫升均勻，從而減少箱體變形。機(jī)床大件的結(jié)構(gòu)和布局對(duì)機(jī)床的熱態(tài)性能有很大影響。4）控制環(huán)境溫度，加速達(dá)到熱平衡狀態(tài)精密機(jī)床一般安裝在恒溫車(chē)間，其恒溫精度一般控制在±l℃。

對(duì)于精密機(jī)床，特別是大型機(jī)床，達(dá)到熱平衡的時(shí)間較長(zhǎng)，為了縮短這個(gè)時(shí)間，可預(yù)先高速空運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)床或設(shè)置控制熱源，人為地給機(jī)床加熱，使之較快達(dá)到熱平衡狀態(tài)，然后進(jìn)行加工?；谕瑯釉?，精密加工機(jī)床應(yīng)盡量避免中途停車(chē)。3）采用合理的機(jī)床結(jié)構(gòu)在變速箱中，將軸、軸44四、

提高和保證加工精度的工藝措施一)減少誤差法

直接減少誤差法在生產(chǎn)中應(yīng)用較廣，是在查明產(chǎn)生加工誤差的主要因素直接進(jìn)行消除或減少的方法。二)誤差轉(zhuǎn)移法

誤差轉(zhuǎn)移法是把影響加工精度的原始誤差轉(zhuǎn)移到誤差的非敏感方向上。四、提高和保證加工精度的工藝措施一)減少誤差法45三)誤差分組法采用分組調(diào)整的方法，把毛坯按誤差大小分為n組，每組毛坯的誤差就縮小為原來(lái)的1/n；然后按各組分別調(diào)整刀具與工件的相對(duì)位置或選用合適的定位元件，就可大大縮小整批工件的尺寸分散范圍。四)誤差平均法

研磨時(shí)，研具的精度并不很高，分布在研具上的磨料粒度大小也可能不一樣。但由于研磨時(shí)工件和研具間有復(fù)雜的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡，使工件上各點(diǎn)均有機(jī)會(huì)與研具的各點(diǎn)相互接觸并受到均勻的微量切削。同時(shí)工件和研具相互修整，精度也逐步共同提高，進(jìn)一步使誤差均化，因此可獲得精度高于研具原始精度的加工表面。三)誤差分組法采用分組調(diào)整的方法，把毛坯按誤差大小分為n組46五)誤差補(bǔ)償法誤差補(bǔ)償法就是人為地加入一個(gè)附加輸入，盡量使得引入的誤差與原始誤差之間大小相等、方向相反，從而達(dá)到減少加工誤差、提高加工精度的目的。圖3-34高壓油泵偶件自動(dòng)配磨裝置示意圖圖3-33龍門(mén)銑床橫梁導(dǎo)軌預(yù)加變形五)誤差補(bǔ)償法誤差補(bǔ)償法就是人為地加入一個(gè)附加輸入47第三節(jié)加工誤差的綜合分析前幾節(jié)就影響加工精度的各種主要因素，從單因素的角度進(jìn)行了詳細(xì)分析，并提出了一些保證加工精度的措施。但在實(shí)際生產(chǎn)中，一個(gè)工序加工完成后，工件的加工精度是一系列工藝因素綜合作用的結(jié)果，各種因素產(chǎn)生的加工誤差可能相互迭加，也可能相互補(bǔ)償或抵消，而且各種誤差的表現(xiàn)性質(zhì)在很大程度上帶有一定的隨機(jī)性。實(shí)際上，影響加工精度的因素是錯(cuò)綜復(fù)雜的，需要要用概率理論和統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行分析和處理，進(jìn)而提出控制和解決加工精度問(wèn)題的工藝措施。第三節(jié)加工誤差的綜合分析前幾節(jié)就影響加工精度的各種主要因48一、加工誤差的性質(zhì)1.系統(tǒng)誤差在順序加工同一批工件中，如果加工誤差的大小和方向都保持不變，或者按照一定的規(guī)律變化，則稱(chēng)為系統(tǒng)誤差。機(jī)床、夾具、刀具和量具本身的制造誤差和很慢的磨損往往被看作常值系統(tǒng)誤差。機(jī)床、夾具和刀具等在熱平衡前的熱變形常被看作變值系統(tǒng)誤差。2.隨機(jī)誤差在順序加工同一批工件中，如果加工誤差的大小和方向呈不規(guī)則變化，則稱(chēng)為隨機(jī)誤差。第三節(jié)加工誤差的綜合分析一、加工誤差的性質(zhì)1.系統(tǒng)誤差第三節(jié)加工誤差的綜合分析49（一）分布曲線(xiàn)分析法分布曲線(xiàn)分析法是將測(cè)量加工后所得一批零件的實(shí)際尺寸或誤差，根據(jù)測(cè)量結(jié)果作出該批工件尺寸或誤差的分布圖，然后按照此圖來(lái)分析和判斷加工誤差的情況。1．實(shí)際分布曲線(xiàn)實(shí)驗(yàn)分布圖的作法與步驟如下：采集數(shù)據(jù)確定分組數(shù)、組距h、各組組界和組中值計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)差畫(huà)出直方圖二、加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析方法（一）分布曲線(xiàn)分析法分布曲線(xiàn)分析法是將測(cè)量加工后所得一批零件502.理論分布曲線(xiàn)1）正態(tài)分布曲線(xiàn)圖3-35圖3-36圖3-372.理論分布曲線(xiàn)圖3-35圖3-36圖3-37512）非正態(tài)分布曲線(xiàn)圖3-382）非正態(tài)分布曲線(xiàn)圖3-383．分布曲線(xiàn)分析法的應(yīng)用1）判別加工誤差性質(zhì)對(duì)于正態(tài)分布而言，常值系統(tǒng)誤差影響平均值，會(huì)引起正態(tài)分布曲線(xiàn)沿橫軸平移，即樣本平均值與公差帶中心不重合；而隨機(jī)誤差決定σ值，僅影響分布曲線(xiàn)的形狀。因此，如果實(shí)際分布與正態(tài)分布基本相符，可判斷整批工件的加工精度及加工誤差性質(zhì)。如果實(shí)際分布與正態(tài)分布有較大出入，可根據(jù)分布圖初步判斷變值系統(tǒng)誤差的類(lèi)型。2）判定工序能力及其等級(jí)工序能力是指工序處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，加工誤差正常波動(dòng)的幅度。當(dāng)加工尺寸服從正態(tài)分布時(shí)，其尺寸分布范圍是6σ

，所以工序能力就是6σ

。6σ的大小代表了某一種加工方法在規(guī)定的條件下，如毛坯余量、切削用量、正常的機(jī)床、夾具和刀具等，所能達(dá)到的加工精度。3．分布曲線(xiàn)分析法的應(yīng)用53工序能力等級(jí)描述了工序能力滿(mǎn)足加工精度要求的程度，是以工序能力系數(shù)來(lái)表示的。當(dāng)工序處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，工序能力系數(shù)按下式計(jì)算：

Cp=T/(6σ)T為工件尺寸公差。根據(jù)工序能力系數(shù)Cp的大小，可將工序能力分為5級(jí)，如表3-4所示。一般工序能力不應(yīng)低于二級(jí)，即Cp＞1。

3）估算合格品率或不合格品率工序能力等級(jí)描述了工序能力滿(mǎn)足加工精度要求的程度，是以工序能541.單值點(diǎn)圖按加工順序逐個(gè)測(cè)量工件的尺寸，以工件加工的順序號(hào)為橫坐標(biāo)，工件尺寸(或誤差)為縱坐標(biāo)，則整批工件的加工結(jié)果可畫(huà)成點(diǎn)圖，每個(gè)工件畫(huà)一點(diǎn)，如圖所示，反映了每個(gè)工件尺寸(或誤差)與加工時(shí)間的關(guān)系，故稱(chēng)為單值點(diǎn)圖。（二）點(diǎn)圖分析法圖3-391.單值點(diǎn)圖（二）點(diǎn)圖分析法圖3-392.

圖

圖式平均值控制圖聯(lián)合使用時(shí)的統(tǒng)稱(chēng)。圖3-40圖3-412.圖圖3-40圖3-4156一、影響表面粗糙度的工藝因素(一)切削加工的表面粗糙度1.影響切削殘留面積用直線(xiàn)切削刃切削時(shí)，切削面積高度為：用圓弧切削刃切削時(shí)，其殘留面積高度為：圖3-42第四節(jié)影響表面質(zhì)量的因素及其控制一、影響表面粗糙度的工藝因素(一)切削加工的表面粗糙度圖3-572.影響切削表面積屑瘤和鱗刺的因素寬刀精切和高速精切，合理選擇切削液，適當(dāng)增大刀具法前角，提高刀具的刃磨質(zhì)量等，均能有效地減小加工表面粗糙度值。2.影響切削表面積屑瘤和鱗刺的因素寬刀精切和高速精切，合理選58（二）磨削加工表面粗糙度1.砂輪對(duì)表面粗糙度的影響（1）砂輪粒度

（2）砂輪硬度（3）砂輪組織（4）砂輪磨粒材料（5）砂輪修整此外，采用超硬磨粒（人造金剛石、立方氮化硼和陶瓷）砂輪進(jìn)行磨削，可以獲得很小的表面粗糙度值，這是目前精密和超精密磨削的主要方法。（二）磨削加工表面粗糙度592.磨削用量對(duì)表面粗糙度的影響砂輪的速度越高，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)被磨表面的磨粒數(shù)就越多，表面的粗糙度值就越小。砂輪的縱向進(jìn)給量減小，工件表面的每個(gè)部位被砂輪重復(fù)磨削的次數(shù)增加，被磨表面的粗糙度值將減小。工質(zhì)材料的性質(zhì)、冷卻潤(rùn)滑液的選用等對(duì)磨削表面粗糙度也有明顯的影響。2.磨削用量對(duì)表面粗糙度的影響60（一）表面層的冷作硬化1.影響切削加工表面冷作硬化的因素(1)切削用量的影響加大進(jìn)給量時(shí)，切削力增大，表層金屬的塑性變形加劇，冷硬程度增大，表面金屬的顯微硬度將隨之增大。但如果進(jìn)給量跟小，如切削厚度小于0.05~0.06時(shí)，繼續(xù)減小進(jìn)給量，表層金屬的冷硬程度不僅不會(huì)減小，反而會(huì)增大。(2)刀具幾何形狀的影響刀具刃鈍圓半徑增大時(shí)，加工后表面的冷硬層深度和硬度也隨之增大。原因在于切削刃鈍圓半徑增大會(huì)加大徑向切削力，從而加劇塑性變形，導(dǎo)致硬化現(xiàn)象嚴(yán)重。刀具后面的磨損量增加時(shí)，使得刀具后面與被加工表面的摩擦加劇，塑性變形增大，從而表層冷硬程度增大。(3)加工材料性能的影響工件材料的塑性越大，冷硬傾向越大，冷硬程度也越嚴(yán)重。二、影響零件表層物理力學(xué)性能的因素及其控制（一）表面層的冷作硬化二、影響零件表層物理力學(xué)性能的因素及其61（二）表層的殘余應(yīng)力1.影響切削表層殘余應(yīng)力的因素（1）切削用量影響切削速度增加，使表面沿速度方向的塑性變形減少，工件表層產(chǎn)生的殘余拉應(yīng)力，隨速度的提高而下降。加大進(jìn)給量，會(huì)使表層金屬塑性變形增加，切削區(qū)發(fā)生的熱量也增加，其結(jié)果會(huì)使殘余應(yīng)力的數(shù)值及擴(kuò)展深度相應(yīng)增大。（2）刀具角度的影響當(dāng)前角由正值變?yōu)樨?fù)值或繼續(xù)增大負(fù)前角，拉伸殘余應(yīng)力的數(shù)值減小。（3）工件材料的影響塑性大的材料，切削加工后表面層一般產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力；脆性材料如鑄鐵，切削時(shí)由于后刀面的擠壓與摩擦，表面層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。（二）表層的殘余應(yīng)力622.影響磨削表層殘余應(yīng)力的因素（1）磨削用量的影響磨削低碳鋼時(shí)，當(dāng)磨削深度很?。ㄈ鏰p=0.005mm）時(shí)，塑性變形起主要作用，因此磨削表面形成壓縮殘余應(yīng)力。繼續(xù)加大磨削深度，塑性變形加劇，磨削熱隨之增大，熱因素的作用逐漸占主導(dǎo)地位，在表面層產(chǎn)生拉伸殘余應(yīng)力；且隨著磨削深度的增大，拉伸殘余應(yīng)力的數(shù)值將逐漸增大。當(dāng)ap>0.025mm時(shí)，盡管磨削溫度很高，但因工業(yè)鐵的含碳量極低，不可能出現(xiàn)淬火現(xiàn)象，此時(shí)塑性變形因素逐漸起主導(dǎo)作用，表層金屬的拉伸殘余應(yīng)力數(shù)值逐漸減小。當(dāng)ap取值很大時(shí)，表層金屬呈現(xiàn)壓縮殘余應(yīng)力狀況。2.影響磨削表層殘余應(yīng)力的因素（1）磨削用量的影響磨削63提高砂輪速度，磨削區(qū)溫度增高，而每顆磨粒所切除的金屬厚度減小，此時(shí)熱因素的作用增大，塑性變形因素的影響減小，因此提高砂輪速度將使表面金屬產(chǎn)生拉伸殘余應(yīng)力的傾向增大。加大工件的回轉(zhuǎn)速度和進(jìn)給速度，將使砂輪與工件的熱作用時(shí)間縮短，熱因素的影響逐漸減小，塑性變形因素的影響逐漸加大。這樣，表面金屬中產(chǎn)生拉伸殘余應(yīng)力的趨勢(shì)逐漸減小，而產(chǎn)生壓縮殘余應(yīng)力的趨勢(shì)逐漸增大。（2）工件材料的影響

工件材料的強(qiáng)度越高、導(dǎo)熱性越差、塑性越低，在磨削時(shí)表面金屬產(chǎn)生拉伸殘余應(yīng)力的傾向就越大。提高砂輪速度，磨削區(qū)溫度增高，而每顆磨粒所切除的金屬厚度減小64（三）表層金屬金相組織的變化發(fā)生磨削燒傷的根本原因是磨削溫度過(guò)高，因此避免和減輕磨削燒傷的基本途徑是減少熱量的產(chǎn)生和加速熱量的發(fā)散，具體措施如下：（1）正確選擇砂輪

為避免產(chǎn)生燒傷，應(yīng)選擇較軟的砂輪。選擇具有一定彈性的結(jié)合劑（如橡膠結(jié)合劑、樹(shù)脂結(jié)合劑），也有助于避免燒傷現(xiàn)象的產(chǎn)生。（2）合理選擇磨削用量磨削深度ap對(duì)磨削溫度影響最大，從減輕燒傷的角度考慮，ap不宜過(guò)大。平磨時(shí)，加大橫向進(jìn)給量ft有助于減輕燒傷。加大工件回轉(zhuǎn)速度Vw，磨削表面的溫度升高，但其增長(zhǎng)速度與磨削深度ap的影響相比要小得多；且Vw越大，熱量越不容易傳入工件內(nèi)層，具有減小燒傷層深度的作用。但增大工件速度Vw會(huì)使表面粗糙度值增大，為了彌補(bǔ)這一缺陷，可以相應(yīng)提高砂輪速度Vs。（三）表層金屬金相組織的變化發(fā)生磨削燒傷的根本65（3）改善冷卻條件

內(nèi)冷卻是一種較為有效的冷卻方法。其工作原理是：經(jīng)過(guò)嚴(yán)格過(guò)濾的冷卻液通過(guò)中空主軸法蘭套引入砂輪的中心腔內(nèi)，由于離心力的作用，這些冷卻液就會(huì)通過(guò)砂輪內(nèi)部的孔隙向砂輪四周的邊緣灑出，這樣冷卻液就有可能直接進(jìn)入磨削區(qū)，如圖3-43a所示。圖3-43（3）改善冷卻條件內(nèi)冷卻是一種較為有效的冷卻方法。其工作66第五節(jié)機(jī)械加工中的振動(dòng)基本知識(shí)機(jī)械加工過(guò)程中常產(chǎn)生振動(dòng)，振動(dòng)對(duì)于加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率都有很大影響。新型的、難加工材料的加工過(guò)程中工藝系統(tǒng)更易產(chǎn)生振動(dòng)。所以研究振動(dòng)產(chǎn)生的誘因及機(jī)理，進(jìn)而避免、抑制或消除振動(dòng)是非常有意義的。第五節(jié)機(jī)械加工中的振動(dòng)基本知識(shí)機(jī)械加工過(guò)程中常產(chǎn)生振動(dòng)，67一、機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動(dòng)機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動(dòng)是在外界周期性干擾力的作用下，系統(tǒng)受迫產(chǎn)生的振動(dòng)。1.強(qiáng)迫振動(dòng)產(chǎn)生的原因強(qiáng)迫振動(dòng)的振源有來(lái)自機(jī)床內(nèi)部的稱(chēng)為機(jī)內(nèi)振源，也有來(lái)自機(jī)床外部的稱(chēng)為機(jī)外振源。機(jī)內(nèi)振源主要有機(jī)床旋轉(zhuǎn)件的不平衡，機(jī)床傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的缺陷，往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件的慣性力，以及切削過(guò)程中的沖擊等。機(jī)床中各種高速旋轉(zhuǎn)的零件（例如電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子、帶輪、齒輪、卡盤(pán)、砂輪等），由于不平衡產(chǎn)生周期性的激振力，使加工過(guò)程產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)。齒輪制造不精確或有安裝誤差也會(huì)產(chǎn)生周期性干擾力。第五節(jié)機(jī)械加工中的振動(dòng)基本知識(shí)一、機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動(dòng)機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動(dòng)是在外界周期性干682.強(qiáng)迫振動(dòng)的特性1）強(qiáng)迫振動(dòng)是一種不衰減的振動(dòng)，只要有激振干擾力存在，振動(dòng)就不會(huì)衰減，但振動(dòng)本身不會(huì)引起干擾力的變.2）強(qiáng)迫振動(dòng)的振動(dòng)頻率與干擾力的頻率相同，或是干擾力頻率的整數(shù)倍。這種頻率對(duì)應(yīng)關(guān)系是診斷機(jī)械加工中所產(chǎn)生的振動(dòng)是否為強(qiáng)迫振動(dòng)的主要依據(jù)，并可利用上述頻率特征去分析、查找強(qiáng)迫振動(dòng)的振源。3）強(qiáng)迫振動(dòng)的幅值既與干擾力的幅值有關(guān)，又與工藝系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性及干擾力頻率有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，干擾力的幅值越大，強(qiáng)迫振動(dòng)的幅值也越大。工藝系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特征對(duì)強(qiáng)迫振動(dòng)的幅值影響極大。4）強(qiáng)迫振動(dòng)的位移變化總是比干擾力在相位上滯后一個(gè)角，其值與系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性及干擾力頻率有關(guān)。2.強(qiáng)迫振動(dòng)的特性691.自激振動(dòng)的概念及特點(diǎn)

機(jī)械加工過(guò)程中，在沒(méi)有周期性外力干擾作用下，由系統(tǒng)內(nèi)部激發(fā)反饋產(chǎn)生的周期性振動(dòng)，稱(chēng)為自激振動(dòng)，簡(jiǎn)稱(chēng)顫振。

機(jī)床加工系統(tǒng)是一個(gè)由振動(dòng)系統(tǒng)和調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，如圖3-44所示。自激振動(dòng)的特點(diǎn)是：機(jī)械加工中的自激振動(dòng)是在沒(méi)有外力（相對(duì)于切削過(guò)程而言）干擾下所產(chǎn)生的振動(dòng)，這與強(qiáng)迫振動(dòng)有著本質(zhì)的區(qū)別。圖3-44二、機(jī)械加工中的自激振動(dòng)1.自激振動(dòng)的概念及特點(diǎn)圖3-44二、機(jī)械加工中的自激振702.自激振動(dòng)的產(chǎn)生機(jī)理（1）再生自激振動(dòng)原理

切削和磨削加工過(guò)程中，時(shí)常出現(xiàn)后一次進(jìn)給與前一次進(jìn)給的切削區(qū)發(fā)生部分重疊。如果在車(chē)削過(guò)程中受到一個(gè)偶然的瞬時(shí)擾動(dòng)，刀具與工件便會(huì)發(fā)生相對(duì)振動(dòng)（自由振動(dòng)），它的幅值將因阻尼存在而逐漸衰減。但這種振動(dòng)會(huì)在工件表面上留下一段振紋。當(dāng)工件轉(zhuǎn)過(guò)一轉(zhuǎn)后，刀具將在留有振紋的表面上重復(fù)切削，此時(shí)切削厚度將發(fā)生波動(dòng)，因而產(chǎn)生動(dòng)態(tài)交變力。一旦機(jī)床工藝系統(tǒng)滿(mǎn)足產(chǎn)生自激振動(dòng)的條件，振動(dòng)便會(huì)進(jìn)一步發(fā)展到持續(xù)的自激振動(dòng)狀態(tài)。這種由振紋和動(dòng)態(tài)切削力的相互影響作用稱(chēng)為振紋的再生效應(yīng)，而把由振紋的再生效應(yīng)導(dǎo)致的切削自激振動(dòng)稱(chēng)為再生型自激振動(dòng)。2.自激振動(dòng)的產(chǎn)生機(jī)理71(2)振型耦合機(jī)理在一些切削加工（如螺紋車(chē)削）中，切削表面完全沒(méi)有重疊，不存在再生自激振動(dòng)的條件。但當(dāng)背吃刀量增加到一定程度時(shí)，切削過(guò)程仍會(huì)發(fā)生切削自激振動(dòng)。實(shí)驗(yàn)表明，此種情況下產(chǎn)生的自激振動(dòng)，刀尖與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的軌跡是一個(gè)形狀和位置都十分不穩(wěn)定的、封閉的近似橢圓。這時(shí)，刀具作振入運(yùn)動(dòng)時(shí)，切削厚度較薄，切削力較?。欢诘毒咦髡癯鲞\(yùn)動(dòng)時(shí)，切削厚度較大，切削力較大。于是振出時(shí)切削力所做的正功就大于振入時(shí)切削力所做的負(fù)功，系統(tǒng)就會(huì)有能量輸入，振動(dòng)得以維持。這種由于振動(dòng)系統(tǒng)在各主振模態(tài)間相互耦合、相互關(guān)聯(lián)而產(chǎn)生的自激振動(dòng)，稱(chēng)為振型耦合型自激振動(dòng)。(2)振型耦合機(jī)理在一些切削加工（如螺紋車(chē)削）中，切削72三、抑制機(jī)械加工振動(dòng)的措施1.消除或減弱產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)的條件（1）減小機(jī)內(nèi)干擾力的幅值（2）適當(dāng)調(diào)整振源的頻率（3）采取隔振措施2消除或減弱產(chǎn)生自激振動(dòng)的條件（1）合理選擇切削用量和刀具幾何角度（2）改變刀具結(jié)構(gòu)（3）調(diào)整振動(dòng)系統(tǒng)小剛度主軸的位置3改善工藝系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性4采用各種減振裝置三、抑制機(jī)械加工振動(dòng)的措施1.消除或減弱產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)的條件73圖3-45圖3-46圖3-45圖3-46第3章機(jī)械加工質(zhì)量分析及控制第一節(jié)概述第二節(jié)影響加工精度的主要因素及其控制第三節(jié)加工誤差的綜合分析第四節(jié)影響表面質(zhì)量的因素及其控制第五節(jié)機(jī)械加工中振動(dòng)的基本知識(shí)第3章機(jī)械加工質(zhì)量分析及控制第一節(jié)概述第一節(jié)概述一、加工精度和表面質(zhì)量的概念機(jī)械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。表面質(zhì)量指零件表面的幾何特征和表面層的物理力學(xué)性能。第一節(jié)概述一、加工精度和表面質(zhì)量的概念機(jī)械加工761.加工表面幾何特征加工表面的幾何特征，主要由表面粗糙度和表面波度兩部分組成（見(jiàn)圖3-1）。圖3-1加工表面的幾何形狀特征1.加工表面幾何特征圖3-1加工表面的幾何形狀772.加工表面層物理力學(xué)性能變化（1）表面層的冷作硬化（2）表面層殘余應(yīng)力的形成（3）表面層的金相組織變化圖3-22.加工表面層物理力學(xué)性能變化圖3-278二、加工精度的獲得方法

1.尺寸精度的獲得方法

（1）試切法（2）定尺寸刀具法（3）調(diào)整法（4）自動(dòng)控制法2.形狀精度的獲得方法（1）軌跡法（2）成形法（3）展成法二、加工精度的獲得方法1.尺寸精度的獲得方法

2.形793.位置精度的獲得方法（1）一次裝夾獲得法

當(dāng)零件上有相互位置精度要求的各表面是在同一次裝夾中加工出來(lái)時(shí)，表面相互位置精度是由機(jī)床有關(guān)部分的相互位置精度來(lái)保證的。（2）多次裝夾獲得法

當(dāng)零件上有相互位置精度要求的各表面被安排在不同的安裝中加工時(shí)，零件表面的相互位置精度主要取決于安裝精度。3.位置精度的獲得方法80三、表面粗糙度對(duì)零件使用性能的影響1.對(duì)零件耐磨性的影響2.對(duì)零件配合性能的影響3.對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響4.對(duì)零件耐蝕性的影響5.對(duì)零件接觸剛度的影響圖3-3表面粗糙度值與初期磨損量的關(guān)系三、表面粗糙度對(duì)零件使用性能的影響圖3-3表面粗糙81第二節(jié)影響加工精度的主要因素及其控制圖3-4原始誤差加工原理誤差工件裝夾誤差工藝系統(tǒng)靜誤差調(diào)整誤差工藝系統(tǒng)動(dòng)誤差度量誤差機(jī)床誤差?yuàn)A具誤差刀具制造誤差工藝系統(tǒng)受力變形工藝系統(tǒng)受熱變形刀具磨損工件內(nèi)應(yīng)力引起的變形第二節(jié)影響加工精度的主要因素及其控制圖3-4原始誤差加工原82

加工原理誤差是指采用了近似的成形運(yùn)動(dòng)或近似的切削刃輪廓進(jìn)行加工而產(chǎn)生的誤差。一、加工原理誤差如：在數(shù)控機(jī)床上采用“行切法”加工復(fù)雜形面。圖3-5空間曲面的數(shù)控加工加工原理誤差是指采用了近似的成形運(yùn)動(dòng)或近似的83加工中引起機(jī)床誤差的原因主要有機(jī)床的制造誤差、安裝誤差及其磨損等三個(gè)方面。二、工藝系統(tǒng)的靜誤差（一）機(jī)床誤差1．主軸回轉(zhuǎn)誤差（1）

主軸回轉(zhuǎn)誤差的基本形式為便于分析和研究，主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差可以分解為三種基本形式：軸向跳動(dòng)、徑向跳動(dòng)、角度擺動(dòng)。加工中引起機(jī)床誤差的原因主要有機(jī)床的制造誤差、安裝誤差及其磨84軸向跳動(dòng)：瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)沿平均回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)方向的軸向運(yùn)動(dòng)，如圖圖3-6所示。主軸的軸向跳動(dòng)對(duì)工件的圓柱面加工沒(méi)有影響，主要影響端面形狀、軸向尺寸精度端面垂直度。主軸存在軸向跳動(dòng)誤差時(shí)，車(chē)削加工螺紋會(huì)將使加工后的螺旋產(chǎn)生螺距誤差。徑向跳動(dòng)：瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)始終平行于平均回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)方向的徑向運(yùn)動(dòng)，如圖圖3-6所示。主軸的純徑向跳動(dòng)會(huì)使工件產(chǎn)生圓柱度誤差，對(duì)加工端面基本沒(méi)有影響。但加工方法不同，所引起的加工誤差形式和程度也不同。純角度擺動(dòng)：瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與平均回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)方向成一傾斜角度，但其交點(diǎn)位置固定不變的運(yùn)動(dòng)，如圖圖3-6所示。圖3-6主軸回轉(zhuǎn)誤差的基本形式軸向跳動(dòng)：瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)沿平均回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)方向的軸向運(yùn)動(dòng)，如圖圖3851）主軸的純徑向跳動(dòng)對(duì)加工精度的影響主軸的徑向圓跳動(dòng)會(huì)使工件產(chǎn)生圓度誤差，但徑向圓跳動(dòng)的方式和規(guī)律不同，加工方法不同（如車(chē)削和鏜削），對(duì)加工精度的影響也不同。如圖3-7所示，在鏜床上鏜孔時(shí)，刀具回轉(zhuǎn)，工件不轉(zhuǎn)。假設(shè)主軸回轉(zhuǎn)中心在y方向上作簡(jiǎn)諧直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，其頻率與主軸轉(zhuǎn)速相同，振幅為A，則鏜刀刀尖的運(yùn)動(dòng)軌跡為一橢圓，而加工出的孔即呈現(xiàn)橢圓形狀，其圓度誤差為A。1）主軸的純徑向跳動(dòng)對(duì)加工精度的影響主軸的徑向圓跳動(dòng)會(huì)使工件圖3-8主軸的徑向圓跳動(dòng)對(duì)車(chē)外圓精度的影響圖3-7主軸的徑向圓跳動(dòng)對(duì)鏜孔精度的影響圖3-8主軸的徑向圓跳動(dòng)對(duì)車(chē)外圓精度的影響圖3-7872）軸向竄動(dòng)對(duì)加工精度的影響

主軸的軸向竄動(dòng)對(duì)內(nèi)、外圓的加工精度沒(méi)有影響，但加工端面時(shí)，會(huì)使加工的端面與內(nèi)外圓軸線(xiàn)產(chǎn)生垂直度誤差。

主軸每轉(zhuǎn)一周，要沿軸向竄動(dòng)一次，使得切出的端面產(chǎn)生平面度誤差（圖3-9）。當(dāng)加工螺紋時(shí)，會(huì)產(chǎn)生螺距誤差。

圖3-9主軸的純軸向竄動(dòng)對(duì)加工精度的影響2）軸向竄動(dòng)對(duì)加工精度的影響主軸的軸向竄動(dòng)對(duì)3）主軸的傾角擺動(dòng)對(duì)加工精度的影響。圖3-10主軸的傾角擺動(dòng)對(duì)加工精度的影響主軸的傾角擺動(dòng)對(duì)加工精度的影響與徑向圓跳動(dòng)對(duì)加工精度的影響相似，其區(qū)別在于傾角擺動(dòng)不僅影響工件加工表面的圓度誤差，而且影響工件加工表面的圓柱度誤差。3）主軸的傾角擺動(dòng)對(duì)加工精度的影響。圖3-10主軸的傾89（3）

影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素1）滑動(dòng)軸承誤差對(duì)主軸回轉(zhuǎn)精度的影響軸承誤差主要來(lái)源于主軸軸頸和軸承孔等的圓度誤差和波度。2）滾動(dòng)軸承誤差對(duì)主軸回轉(zhuǎn)精度的影響滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈、外圈和滾動(dòng)體本身的幾何精度將影響主軸回轉(zhuǎn)精度。3）軸承配合質(zhì)量對(duì)主軸回轉(zhuǎn)精度的影響與軸承相配合零件的制造精度和裝配質(zhì)量對(duì)主軸回轉(zhuǎn)精度有重要影響。圖3-11圖3-12（3）影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素圖3-11圖3-1290（4）

提高主軸回轉(zhuǎn)精度的措施(1)提高主軸部件的制造精度和裝配精度。(2)當(dāng)主軸采用滾動(dòng)軸承時(shí)，應(yīng)對(duì)其適當(dāng)預(yù)緊，使消除軸承間隙，增加軸承剛度，均化誤差，可提高主軸的回轉(zhuǎn)精度。(3)采用運(yùn)動(dòng)和定位分離的主軸結(jié)構(gòu)，可減小主軸誤差對(duì)零件加工的影響，使主軸的回轉(zhuǎn)精度不反映到工件上去。實(shí)際生產(chǎn)中，通常采用兩個(gè)固定頂尖支承定位加工，主軸只起傳動(dòng)作用，如外圓磨床。圖3-13用固定頂尖支承磨外圓（4）提高主軸回轉(zhuǎn)精度的措施圖3-13用固定頂尖支承磨912．導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差機(jī)床導(dǎo)軌是機(jī)床中確定主要部件相對(duì)位置的基準(zhǔn)，也是運(yùn)動(dòng)基準(zhǔn)。機(jī)床的導(dǎo)軌精度是指導(dǎo)軌副的運(yùn)動(dòng)件實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向與理想方向的符合程度，這兩者之間的偏差值稱(chēng)為導(dǎo)向誤差。直線(xiàn)導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度包括：導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線(xiàn)度、導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線(xiàn)度、前后導(dǎo)軌的平行度、導(dǎo)軌對(duì)主軸回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的平行度等。2．導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差92以在車(chē)床上車(chē)削圓柱面為例，分析導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差對(duì)加工精度的影響。1)導(dǎo)軌在水平面內(nèi)直線(xiàn)度誤差臥式車(chē)床在水平面內(nèi)存在直線(xiàn)度誤差ΔY

，見(jiàn)圖3-14，則車(chē)刀尖的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡也要產(chǎn)生直線(xiàn)度誤差ΔY，從而造成工件圓柱度誤差，ΔR=ΔY，如圖3-14所示。這表明水平方向是臥式車(chē)床加工誤差對(duì)導(dǎo)軌誤差的敏感方向。（1）導(dǎo)軌導(dǎo)向精度對(duì)加工精度的影響圖3-14臥式車(chē)床導(dǎo)軌直線(xiàn)度誤差以在車(chē)床上車(chē)削圓柱面為例，分析導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差對(duì)加工精度的影響。932)導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)直線(xiàn)度誤差的影響臥式車(chē)床在垂直面內(nèi)存在直線(xiàn)度誤差ΔZ

，則車(chē)刀尖的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡也要產(chǎn)生直線(xiàn)度誤差ΔZ，從而造成工件圓柱度誤差，ΔR=ΔZ2/(2R)=ΔZ2/d,說(shuō)明臥式車(chē)床對(duì)導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)直線(xiàn)度誤差不敏感。2)導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)直線(xiàn)度誤差的影響943)導(dǎo)軌扭曲誤差如果機(jī)床前后導(dǎo)軌不平行（扭曲），則引起被加工零件半徑誤差為：圖3-15導(dǎo)軌扭曲誤差式中H——車(chē)床中心高；B——導(dǎo)軌精度；——導(dǎo)軌傾斜角；——前后導(dǎo)軌的扭曲量。3)導(dǎo)軌扭曲誤差圖3-15導(dǎo)軌扭曲誤差式中H——車(chē)95（2）影響機(jī)床導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差的因素1）機(jī)床制造誤差2）機(jī)床安裝誤差3）導(dǎo)軌磨損如何提高機(jī)床導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度？機(jī)床設(shè)計(jì)與制造時(shí)，應(yīng)從結(jié)構(gòu)、材料、加工工藝等方面采取措施，提高制造精度機(jī)床安裝時(shí)，應(yīng)校正好水平和保證地基質(zhì)量使用時(shí)，要注意調(diào)整軌道配合間隙，同時(shí)保證良好的潤(rùn)滑和防護(hù)（2）影響機(jī)床導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差的因素1）機(jī)床制造誤差機(jī)床設(shè)計(jì)與制963．傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)誤差（1）機(jī)床傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)誤差及其對(duì)加工精度的影響機(jī)床傳動(dòng)鏈誤差是指機(jī)床內(nèi)部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)傳動(dòng)鏈?zhǔn)啄﹥啥藗鲃?dòng)元件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的誤差。傳動(dòng)鏈誤差一般不影響圓柱面和平面的加工精度，但對(duì)齒輪、蝸輪蝸桿、螺紋和絲桿等加工有較大影響。圖3-16齒輪機(jī)床傳動(dòng)鏈3．傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)誤差圖3-16齒輪機(jī)床傳動(dòng)鏈97（2）減少傳動(dòng)鏈傳動(dòng)誤差的措施1）縮短傳動(dòng)鏈長(zhǎng)度，減少傳動(dòng)鏈中傳動(dòng)件的數(shù)目。2）采用降速傳動(dòng)鏈。3）提高傳動(dòng)元件，特別是提高末端傳動(dòng)元件的制造精度和裝配精度。4）采用誤差補(bǔ)償?shù)姆椒?。圖3-17精密絲杠螺距誤差補(bǔ)償設(shè)置（2）減少傳動(dòng)鏈傳動(dòng)誤差的措施圖3-17精密絲杠螺距98（二）刀具與家具誤差1.刀具誤差刀具誤差包括刀具的制造誤差、安裝誤差和磨損。2.夾具誤差?yuàn)A具誤差影響工件加工表面的位置精度或尺寸精度。（二）刀具與家具誤差1.刀具誤差99工藝系統(tǒng)剛度工藝系統(tǒng)的剛度定義為在加工誤差敏感方向上工藝系統(tǒng)所受外力與變形量之比。根據(jù)系統(tǒng)所受載荷的性質(zhì)不同，工藝系統(tǒng)剛度可分為靜剛度和動(dòng)剛度兩種。靜剛度主要影響工件的幾何精度；動(dòng)剛度則反映系統(tǒng)抵抗動(dòng)態(tài)力的能力，主要影響工件表面的波度和表面粗糙度。三、工藝系統(tǒng)的動(dòng)誤差

（一）工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差圖3-18工藝系統(tǒng)剛度三、工藝系統(tǒng)的動(dòng)誤差（一）工藝系統(tǒng)受力變形引1002、機(jī)床部件的剛度及其特點(diǎn)1）作用力與變形不是線(xiàn)性關(guān)系，反映出刀架的變形不純粹是彈性變形。2）加載與卸載曲線(xiàn)不重合，兩曲線(xiàn)間包容的面積代表了加載—卸載循環(huán)中所損失的能量，即外力在克服部件內(nèi)零件間的摩擦力和接觸面塑性變形所做的功。3）卸載后曲線(xiàn)不回到原點(diǎn)，說(shuō)明產(chǎn)生了殘余變形。在反復(fù)加載—卸載后，殘余變形逐漸趨近于零。4）部件的實(shí)際剛度遠(yuǎn)比按實(shí)體所估算的要小。由于機(jī)床部件的剛度曲線(xiàn)不是線(xiàn)性的，其剛度不是常數(shù)，一般取曲線(xiàn)兩端點(diǎn)連線(xiàn)的斜率來(lái)表示其平均剛度。圖3-192、機(jī)床部件的剛度及其特點(diǎn)1）作用力與變形不是線(xiàn)性關(guān)系，反映101

影響機(jī)床部件剛度的因素很復(fù)雜，主要因素包括以下幾方面：（1）聯(lián)接表面間的接觸變形（2）薄弱零件的變形（3）零件表面間摩擦力的影響（4）接合面的間隙圖3-20影響機(jī)床部件剛度的因素很復(fù)雜，主要因素包1023、工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響（1）切削力作用點(diǎn)位置變化引起的工件形狀誤差（2）切削力大小變化引起的加工誤差（3）其他作用力對(duì)加工精度的影響圖3-21圖3-223、工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響（1）切削力作用點(diǎn)位置變化引103圖3-23圖3-24圖3-25圖3-23圖3-24圖3-25（1）合理設(shè)計(jì)零部件結(jié)構(gòu)（2）提高聯(lián)接表面的接觸剛度

此外提高接觸剛度的主要措施還有：

1）提高機(jī)床部件中零件間接合表面的質(zhì)量。

2）給機(jī)床部件預(yù)加載荷。（3）采用合理的裝夾方式、加工方式提高工藝系統(tǒng)剛度4、減少工藝系統(tǒng)受力變形的措施圖3-26（1）合理設(shè)計(jì)零部件結(jié)構(gòu)4、減少工藝系統(tǒng)受力變形的措施圖3-105（二）工件殘余應(yīng)力引起的誤差

殘余應(yīng)力又稱(chēng)內(nèi)應(yīng)力，是指在沒(méi)有外力作用下或去除外力后仍殘存在工件內(nèi)部的應(yīng)力。零件中的殘余應(yīng)力往往處于一種很不穩(wěn)定的相對(duì)平衡狀態(tài)，在常溫下特別是在外界某種因素的影響下很容易失去原有狀態(tài)，使殘余應(yīng)力重新分布，零件產(chǎn)生相應(yīng)的變形，從而破壞了原有的精度。因此，必須采取措施消除殘余應(yīng)力對(duì)零件加工精度的影響。（二）工件殘余應(yīng)力引起的誤差殘余應(yīng)力又稱(chēng)內(nèi)應(yīng)1061.產(chǎn)生殘余應(yīng)力的原因（1）毛坯制造和熱處理過(guò)程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力在鑄、鍛、焊及熱處理等熱加工過(guò)程中，由于工件各部分熱脹冷縮不均勻以及金相組織轉(zhuǎn)變時(shí)的體積變化，使毛坯內(nèi)部產(chǎn)生了相當(dāng)大的殘余應(yīng)力。圖3-271.產(chǎn)生殘余應(yīng)力的原因（1）毛坯制造和熱處理過(guò)程中產(chǎn)生的殘余107彎曲的工件(原來(lái)無(wú)殘余應(yīng)力)要校直，常采用冷校直。（2）冷校直帶來(lái)的殘余應(yīng)力圖3-28圖3-29彎曲的工件(原來(lái)無(wú)殘余應(yīng)力)要校直，常采用冷校直。（2）冷校108

切削過(guò)程中產(chǎn)生的力和熱，也會(huì)使被加工工件的表面層變形，產(chǎn)生殘余應(yīng)力。（3）切削加工中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力

2.減少或消除殘余應(yīng)力的措施1．合理設(shè)計(jì)零件結(jié)構(gòu)2．增加時(shí)效處理工序3.合理安排工藝過(guò)程例如：對(duì)鑄、鍛、焊接件進(jìn)行退火或回火；零件淬火后進(jìn)行回火；對(duì)精度要求高的零件，如床身、絲桿、箱體、精密主軸等，在粗加工后進(jìn)行時(shí)效處理。例如：粗、精加工分開(kāi)在不同工序中進(jìn)行，留有一定時(shí)間讓殘余應(yīng)力重新分布；在加工大型工件時(shí)，粗、精加工往往在一個(gè)工序中來(lái)完成，這時(shí)應(yīng)在粗加工后松開(kāi)工件，讓工件有自由變形的可能，然后再用較小的夾緊力夾緊工件后進(jìn)行精加工。切削過(guò)程中產(chǎn)生的力和熱，也會(huì)使被加工工件的表109（三）工藝系統(tǒng)的熱變形對(duì)加工精度的影響

在機(jī)械加工過(guò)程中，工藝系統(tǒng)會(huì)受到各種熱源的影響，使工藝系統(tǒng)各個(gè)組成部分產(chǎn)生復(fù)雜的變形，這種變形稱(chēng)為熱變形。1.概述

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在精密加工中，由于熱變形引起的加工誤差約占總加工誤差的40％一70％。高效、高精度、自動(dòng)化加工技術(shù)的發(fā)展，使工藝系統(tǒng)熱變形問(wèn)題變得更為突出，已成為機(jī)械加工技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的一個(gè)重要的研究課題。（三）工藝系統(tǒng)的熱變形對(duì)加工精度的影響在機(jī)110（1）工藝系統(tǒng)的熱源系統(tǒng)內(nèi)部熱源(切削熱和摩擦熱)系統(tǒng)外部熱源(環(huán)境溫度和太陽(yáng)輻射熱)一方面，工藝系統(tǒng)受熱源影響，溫度逐漸升高；另一方面，熱量通過(guò)各種傳導(dǎo)方式向周?chē)l(fā)。（2）溫度場(chǎng)與工藝系統(tǒng)熱平衡（1）工藝系統(tǒng)的熱源系統(tǒng)內(nèi)部熱源(切削熱和摩擦熱)一1112.機(jī)床熱變形對(duì)加工精度的影響

機(jī)床受熱源的影響，各部分溫升將發(fā)生變化．由于熱源分布的不均勻和機(jī)床結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，機(jī)床各部件將發(fā)生不同程度的熱變形，破壞了機(jī)床原有的幾何精度，從而降低了機(jī)床的加工精度。圖3-30臥式車(chē)床和臥式銑床的熱變形2.機(jī)床熱變形對(duì)加工精度的影響機(jī)床受熱源的影1123.刀具熱變形對(duì)加工精度的影響切削熱（是主要的）外部熱源（對(duì)于精密件不可忽視）使工件產(chǎn)生變形的熱源

同時(shí)，不同的加工方法，不同的工件材料、結(jié)構(gòu)和尺寸件的受熱變形也不相同。圖3-31刀具熱伸長(zhǎng)量與切削時(shí)間的關(guān)系3.刀具熱變形對(duì)加工精度的影響切削熱（是主要的）使工1134.工具熱變形對(duì)加工精度的影響

刀具的熱變形主要是切削熱引起的，傳給刀具的熱量雖不多，但由于刀具體積小、熱容量小且熱量又集中在切削部分，因此切削部分仍產(chǎn)生很高的溫升。依據(jù)物理公式計(jì)算工件長(zhǎng)度或直徑上的熱變形量：

式中，L——工件原有長(zhǎng)度或直徑，單位為mm;——工作材料的線(xiàn)膨脹系數(shù)；——溫升。

4.工具熱變形對(duì)加工精度的影響刀具的熱變形主1145、減少和控制工藝系統(tǒng)熱變形的主要途徑1．減少熱源的發(fā)熱和隔離熱源2．均衡溫度場(chǎng)3．采用合理的機(jī)床結(jié)構(gòu)4．控制環(huán)境溫度，加速達(dá)到熱平衡狀態(tài)5、減少和控制工藝系統(tǒng)熱變形的主要途徑1．減少熱源的發(fā)熱和隔115對(duì)于不能分離的熱源，如主抽軸承、絲杠螺母副、高速運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌副等，則可以從結(jié)構(gòu)、潤(rùn)滑等方面改善其摩擦特性，減少發(fā)熱。1）減少熱源的發(fā)熱和隔離熱源采用有效的冷卻措施為了減少機(jī)床的熱變形，凡是可能分離出去的熱源應(yīng)移出，如電動(dòng)機(jī)、變速箱、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等，均應(yīng)移出。熱源可能分離出去減少發(fā)熱例如，采用靜壓軸承。靜壓導(dǎo)軌，改用低粘度潤(rùn)滑油、理基潤(rùn)滑脂等，也可用隔熱材料將發(fā)熱部件和機(jī)床大件(如床身、立柱等)隔離開(kāi)來(lái)。

如增加散熱面積或使用強(qiáng)制式的風(fēng)冷、水冷、循環(huán)潤(rùn)滑等。例如，目前，大型數(shù)控機(jī)床、加工中心普遍采用冷凍機(jī)，對(duì)潤(rùn)滑油、切削液進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，以提高冷卻效果。在精密絲杠磨床的母絲杠中通以冷卻液，以減少熱變形。對(duì)于不能分離的熱源，如主抽軸承、絲杠螺母副、高速運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌副116平面磨床采用熱空氣加熱溫升較低的立柱后壁，以減小立柱前后壁的溫度差，從而減少立柱的彎曲變形。采取這種指施后，工件的加工直線(xiàn)度誤差可降低為原來(lái)的1／3～1／4。2）均衡溫度場(chǎng)圖3-32平面磨床采用熱空氣加熱溫升較低的立柱后壁，以減小立柱前后壁的1173）采用合理的機(jī)床結(jié)構(gòu)在變速箱中，將軸、軸承、傳動(dòng)齒輪盡量對(duì)稱(chēng)布置，可使箱壁溫升均勻，從而減少箱體變形。機(jī)床大件的結(jié)構(gòu)和布局對(duì)機(jī)床的熱態(tài)性能有很大影響。4）控制環(huán)境溫度，加速達(dá)到熱平衡狀態(tài)精密機(jī)床一般安裝在恒溫車(chē)間，其恒溫精度一般控制在±l℃。

對(duì)于精密機(jī)床，特別是大型機(jī)床，達(dá)到熱平衡的時(shí)間較長(zhǎng)，為了縮短這個(gè)時(shí)間，可預(yù)先高速空運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)床或設(shè)置控制熱源，人為地給機(jī)床加熱，使之較快達(dá)到熱平衡狀態(tài)，然后進(jìn)行加工?；谕瑯釉?，精密加工機(jī)床應(yīng)盡量避免中途停車(chē)。3）采用合理的機(jī)床結(jié)構(gòu)在變速箱中，將軸、軸118四、

提高和保證加工精度的工藝措施一)減少誤差法

直接減少誤差法在生產(chǎn)中應(yīng)用較廣，是在查明產(chǎn)生加工誤差的主要因素直接進(jìn)行消除或減少的方法。二)誤差轉(zhuǎn)移法

誤差轉(zhuǎn)移法是把影響加工精度的原始誤差轉(zhuǎn)移到誤差的非敏感方向上。四、提高和保證加工精度的工藝措施一)減少誤差法119三)誤差分組法采用分組調(diào)整的方法，把毛坯按誤差大小分為n組，每組毛坯的誤差就縮小為原來(lái)的1/n；然后按各組分別調(diào)整刀具與工件的相對(duì)位置或選用合適的定位元件，就可大大縮小整批工件的尺寸分散范圍。四)誤差平均法

研磨時(shí)，研具的精度并不很高，分布在研具上的磨料粒度大小也可能不一樣。但由于研磨時(shí)工件和研具間有復(fù)雜的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡，使工件上各點(diǎn)均有機(jī)會(huì)與研具的各點(diǎn)相互接觸并受到均勻的微量切削。同時(shí)工件和研具相互修整，精度也逐步共同提高，進(jìn)一步使誤差均化，因此可獲得精度高于研具原始精度的加工表面。三)誤差分組法采用分組調(diào)整的方法，把毛坯按誤差大小分為n組120五)誤差補(bǔ)償法誤差補(bǔ)償法就是人為地加入一個(gè)附加輸入，盡量使得引入的誤差與原始誤差之間大小相等、方向相反，從而達(dá)到減少加工誤差、提高加工精度的目的。圖3-34高壓油泵偶件自動(dòng)配磨裝置示意圖圖3-33龍門(mén)銑床橫梁導(dǎo)軌預(yù)加變形五)誤差補(bǔ)償法誤差補(bǔ)償法就是人為地加入一個(gè)附加輸入121第三節(jié)加工誤差的綜合分析前幾節(jié)就影響加工精度的各種主要因素，從單因素的角度進(jìn)行了詳細(xì)分析，并提出了一些保證加工精度的措施。但在實(shí)際生產(chǎn)中，一個(gè)工序加工完成后，工件的加工精度是一系列工藝因素綜合作用的結(jié)果，各種因素產(chǎn)生的加工誤差可能相互迭加，也可能相互補(bǔ)償或抵消，而且各種誤差的表現(xiàn)性質(zhì)在很大程度上帶有一定的隨機(jī)性。實(shí)際上，影響加工精度的因素是錯(cuò)綜復(fù)雜的，需要要用概率理論和統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行分析和處理，進(jìn)而提出控制和解決加工精度問(wèn)題的工藝措施。第三節(jié)加工誤差的綜合分析前幾節(jié)就影響加工精度的各種主要因122一、加工誤差的性質(zhì)1.系統(tǒng)誤差在順序加工同一批工件中，如果加工誤差的大小和方向都保持不變，或者按照一定的規(guī)律變化，則稱(chēng)為系統(tǒng)誤差。機(jī)床、夾具、刀具和量具本身的制造誤差和很慢的磨損往往被看作常值系統(tǒng)誤差。機(jī)床、夾具和刀具等在熱平衡前的熱變形常被看作變值系統(tǒng)誤差。2.隨機(jī)誤差在順序加工同一批工件中，如果加工誤差的大小和方向呈不規(guī)則變化，則稱(chēng)為隨機(jī)誤差。第三節(jié)加工誤差的綜合分析一、加工誤差的性質(zhì)1.系統(tǒng)誤差第三節(jié)加工誤差的綜合分析123（一）分布曲線(xiàn)分析法分布曲線(xiàn)分析法是將測(cè)量加工后所得一批零件的實(shí)際尺寸或誤差，根據(jù)測(cè)量結(jié)果作出該批工件尺寸或誤差的分布圖，然后按照此圖來(lái)分析和判斷加工誤差的情況。1．實(shí)際分布曲線(xiàn)實(shí)驗(yàn)分布圖的作法與步驟如下：采集數(shù)據(jù)確定分組數(shù)、組距h、各組組界和組中值計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)差畫(huà)出直方圖二、加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析方法（一）分布曲線(xiàn)分析法分布曲線(xiàn)分析法是將測(cè)量加工后所得一批零件1242.理論分布曲線(xiàn)1）正態(tài)分布曲線(xiàn)圖3-35圖3-36圖3-372.理論分布曲線(xiàn)圖3-35圖3-36圖3-371252）非正態(tài)分布曲線(xiàn)圖3-382）非正態(tài)分布曲線(xiàn)圖3-383．分布曲線(xiàn)分析法的應(yīng)用1）判別加工誤差性質(zhì)對(duì)于正態(tài)分布而言，常值系統(tǒng)誤差影響平均值，會(huì)引起正態(tài)分布曲線(xiàn)沿橫軸平移，即樣本平均值與公差帶中心不重合；而隨機(jī)誤差決定σ值，僅影響分布曲線(xiàn)的形狀。因此，如果實(shí)際分布與正態(tài)分布基本相符，可判斷整批工件的加工精度及加工誤差性質(zhì)。如果實(shí)際分布與正態(tài)分布有較大出入，可根據(jù)分布圖初步判斷變值系統(tǒng)誤差的類(lèi)型。2）判定工序能力及其等級(jí)工序能力是指工序處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，加工誤差正常波動(dòng)的幅度。當(dāng)加工尺寸服從正態(tài)分布時(shí)，其尺寸分布范圍是6σ

，所以工序能力就是6σ

。6σ的大小代表了某一種加工方法在規(guī)定的條件下，如毛坯余量、切削用量、正常的機(jī)床、夾具和刀具等，所能達(dá)到的加工精度。3．分布曲線(xiàn)分析法的應(yīng)用127工序能力等級(jí)描述了工序能力滿(mǎn)足加工精度要求的程度，是以工序能力系數(shù)來(lái)表示的。當(dāng)工序處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，工序能力系數(shù)按下式計(jì)算：

Cp=T/(6σ)T為工件尺寸公差。根據(jù)工序能力系數(shù)Cp的大小，可將工序能力分為5級(jí)，如表3-4所示。一般工序能力不應(yīng)低于二級(jí)，即Cp＞1。

3）估算合格品率或不合格品率工序能力等級(jí)描述了工序能力滿(mǎn)足加工精度要求的程度，是以工序能1281.單值點(diǎn)圖按加工順序逐個(gè)測(cè)量工件的尺寸，以工件加工的順序號(hào)為橫坐標(biāo)，工件尺寸(或誤差)為縱坐標(biāo)，則整批工件的加工結(jié)果可畫(huà)成點(diǎn)圖，每個(gè)工件畫(huà)一點(diǎn)，如圖所示，反映了每個(gè)工件尺寸(或誤差)與加工時(shí)間的關(guān)系，故稱(chēng)為單值點(diǎn)圖。（二）點(diǎn)圖分析法圖3-391.單值點(diǎn)圖（二）點(diǎn)圖分析法圖3-392.

圖

圖式平均值控制圖聯(lián)合使用時(shí)的統(tǒng)稱(chēng)。圖3-40圖3-412.圖圖3-40圖3-41130一、影響表面粗糙度的工藝因素(一)切削加工的表面粗糙度1.影響切削殘留面積用直線(xiàn)切削刃切削時(shí)，切削面積高度為：用圓弧切削刃切削時(shí)，其殘留面積高度為：圖3-42第四節(jié)影響表面質(zhì)量的因素及其控制一、影響表面粗糙度的工藝因素(一)切削加工的表面粗糙度圖3-1312.影響切削表面積屑瘤和鱗刺的因素寬刀精切和高速精切，合理選擇切削液，適當(dāng)增大刀具法前角，提高刀具的刃磨質(zhì)量等，均能有效地減小加工表面粗糙度值。2.影響切削表面積屑瘤和鱗刺的因素寬刀精切和高速精切，合理選132（二）磨削加工表面粗糙度1.砂輪對(duì)表面粗糙度的影響（1）砂輪粒度

（2）砂輪硬度（3）砂輪組織（4）砂輪磨粒材料（5）砂輪修整此外，采用超硬磨粒（人造金剛石、立方氮化硼和陶瓷）砂輪進(jìn)行磨削，可以獲得很小的表面粗糙度值，這是目前精密和超精密磨削的主要方法。（二）磨削加工表面粗糙度1332.磨削用量對(duì)表面粗糙度的影響砂輪的速度越高，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)被磨表面的磨粒數(shù)就越多，表面的粗糙度值就越小。砂輪的縱向進(jìn)給量減小，工件表面的每個(gè)部位被砂輪重復(fù)磨削的次數(shù)增加，被磨表面的粗糙度值將減小。工質(zhì)材料的性質(zhì)、冷卻潤(rùn)滑液的選用等對(duì)磨削表面粗糙度也有明顯的影響。2.磨削用量對(duì)表面粗糙度的影響134（一）表面層的冷作硬化1.影響切削加工表面冷作硬化的因素(1)切削用量的影響加大進(jìn)給量時(shí)，切削力增大，表層金屬的塑性變形加劇，冷硬程度增大，表面金屬的顯微硬度將隨之增大。但如果進(jìn)給量跟小，如切削厚度小于0.05~0.06時(shí)，繼續(xù)減小進(jìn)給量，表層金屬的冷硬程度不僅不會(huì)減小，反而會(huì)增大。(2)刀具幾何形狀的影響刀具刃鈍圓半徑增大時(shí)，加工后表面的冷硬層深度和硬度也隨之增大。原因在于切削刃鈍圓半徑增大會(huì)加大徑向切削力，從而加劇塑性變形，導(dǎo)致硬化現(xiàn)象嚴(yán)重。刀具后面的磨損量增加時(shí)，使得刀具后面與被加工表面的摩擦加劇，塑性變形增大，從而表層冷硬程度增大。(3)加工材料性能的影響工件材料的塑性越大，冷硬傾向越大，冷硬程度也越嚴(yán)重。二、影響零件表層物理力學(xué)性能的因素及其控制（一）表面層的冷作硬化二、影響零件表層物理力學(xué)性能的因素及其135（二）表層的殘余應(yīng)力1.影響切削表層殘余應(yīng)力的因素（1）切削用量影響切削速度增加，使表面沿速度方向的塑性變形減少，工件表層產(chǎn)生的殘余拉應(yīng)力，隨速度的提高而下降。加大進(jìn)給量，會(huì)使表層金屬塑性變形增加，切削區(qū)發(fā)生的熱量也增加，其結(jié)果會(huì)使殘余應(yīng)力的數(shù)值及擴(kuò)展深度相應(yīng)增大。（2）刀具角度的影響當(dāng)前角由正值變?yōu)樨?fù)值或繼續(xù)增大負(fù)前角，拉伸殘余應(yīng)力的數(shù)值減小。（3）工件材料的影響塑性大的材料，切削加工后表面層一般產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力；脆性材料如鑄鐵，切削時(shí)由于后刀面的擠壓與摩擦，表面層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。（二）表層的殘余應(yīng)力1362.影響磨削表層殘余應(yīng)力的因素（1）磨削用量的影響磨削低碳鋼時(shí)，當(dāng)磨削深度很小（如ap=0.005mm）時(shí)，塑性變形起主要作用，因此磨削表面形成壓縮殘余應(yīng)力。繼續(xù)加大磨削深度，塑性變形加劇，磨削熱隨之增大，熱因素的作用逐漸占主導(dǎo)地位，在表面層產(chǎn)生拉伸殘余應(yīng)力；且隨著磨削深度的增大，拉伸殘余應(yīng)力的數(shù)值將逐漸增大。當(dāng)ap>0