機械制造工程 北京科技大學(xué)

第四章機械加工質(zhì)量及其控制4.1機械加工質(zhì)量概述4.2機械加工精度的影響因素4.3機床幾何誤差及其對加工精度的影響4.4工藝系統(tǒng)受力變形與受熱變形對加工精度的影響4.5工件內(nèi)應(yīng)力對加工精度影響4.6加工誤差的統(tǒng)計分析4.7機械加工表面質(zhì)量學(xué)習(xí)指南機械加工質(zhì)量主要包括加工精度和加工表面質(zhì)量兩個方面。在影響機械加工精度的諸多誤差因素中，機床的幾何誤差、工藝系統(tǒng)的受力變形和受熱變形占有突出的位置，學(xué)習(xí)者應(yīng)了解這些誤差因素是如何影響加工誤差的。在影響機械加工表面質(zhì)量的諸多因素中，切削用量、刀具幾何角度以及工件、刀具材料等起重要作用，學(xué)習(xí)者應(yīng)了解這些因素對加工表面質(zhì)量的影響規(guī)律。應(yīng)學(xué)會分析加工誤差產(chǎn)生的物理原因，從而找出控制加工誤差的方法。同時還應(yīng)學(xué)會運用統(tǒng)計學(xué)方法對加工誤差進行統(tǒng)計分析，以從加工誤差的統(tǒng)計特征，確定出加工誤差的變化規(guī)律及可能采取的控制方法。4.1機械加工質(zhì)量概述學(xué)習(xí)要點：掌握機械加工質(zhì)量和加工精度的概念熟知尺寸精度、形狀精度和位置精度的獲得方法了解表面質(zhì)量對零件使用性能的影響。4.1機械加工質(zhì)量概述機械加工質(zhì)量的內(nèi)涵機械加工后最外層表面與周圍環(huán)境界面的幾何形狀誤差波度：介于宏觀幾何形狀誤差與微觀表面粗糙度之間的幾何形狀誤差4.1機械加工質(zhì)量概述零件加工表面的粗糙度和波度波度：波長，波高H4.1機械加工質(zhì)量概述機械加工質(zhì)量的內(nèi)涵機械加工后，零件一定深度表面層的物理力學(xué)性質(zhì)等方面的質(zhì)量與基體相比發(fā)生的變化，稱加工變質(zhì)層4.1機械加工質(zhì)量概述加工變質(zhì)層的構(gòu)成情況（P116）變質(zhì)層構(gòu)成厚度成因吸附層污染層、化合物層、物理化學(xué)吸附層、異物嵌入層（積屑瘤碎片、磨粒嵌入）8m外界因素結(jié)晶組織變化層（壓縮層）非晶體層、微細(xì)結(jié)晶層、位錯密度升高層、孿晶層、便面合金化層、纖維化層、相變層、再結(jié)晶層幾十至幾百微米切削力引起塑性變形應(yīng)力變質(zhì)層殘余應(yīng)力層4.1機械加工質(zhì)量概述加工精度及加工誤差零件加工后實際幾何參數(shù)（尺寸、形狀和各表面間相互位置）與理想幾何參數(shù)（形狀、位置無誤差，尺寸位于零件圖紙規(guī)定的公差帶中心）的符合程度加工精度

不符合程度加工誤差符合程度高，加工精度高；加工精度高，加工誤差小。形狀誤差應(yīng)限制在形狀公差之內(nèi)；位置誤差應(yīng)限制在位置公差范圍之內(nèi)。如不作特殊說明，零件的形狀誤差和位置誤差不應(yīng)大于零件尺寸公差的二分之一。如對零件的形狀誤差或位置誤差有特別要求，應(yīng)在尺寸公差之外另加標(biāo)注。如圖所示夾具底板零件，其頂面于底面之間的距離尺寸為自由公差，但其頂面對底面的平行度誤差要求很高，需特別加以標(biāo)注。4.1機械加工質(zhì)量概述機械加工精度的獲得方法尺寸精度（1）試切法（2）調(diào)整法（3）定尺寸刀具法零件加工表面尺寸由刀具確定，孔（鉆、擴、鉸）；鍵槽（鍵槽銑刀）；成形刀具（成型表面）

（4）自動控制法數(shù)控加工（尺寸測量裝置+進給機構(gòu)+控制裝置加工過程中的尺寸測量+刀具補償調(diào)整）BA試切法試切+測量+調(diào)整效率低，對操作者水平要求高單件、小批生產(chǎn)或高精度零件加工調(diào)整法試切好工件/標(biāo)準(zhǔn)樣件+對刀裝置成批、大量生產(chǎn)4.1機械加工質(zhì)量概述機械加工精度的獲得方法形狀精度（1）成形運動法：刀具相對于工件有規(guī)律的切削成形運動

例：軌跡法、展成法、相切法和成形刀具法（2）非成形運動法：通過表面形狀檢驗，人工修整加工

成形運動法軌跡法工件表面的生線（母線和導(dǎo)線）均由軌跡運動生成

成型法工件的一條生線通過刀刃的形狀直接獲得

成形運動法相切法工件的一條生線是刀刃運動軌跡的包絡(luò)線

范成法/展成法其工件的一條生線也是刀刃運動軌跡的包絡(luò)線，且包絡(luò)線需通過刀具與工件之間的范成運動來生成

4.1機械加工質(zhì)量概述機械加工精度的獲得方法形狀精度（1）成形運動法：刀具相對于工件有規(guī)律的切削成形運動例：軌跡法、展成法、相切法和成形刀具法（2）非成形運動法：通過表面形狀檢驗，人工修整加工

例：樣板加工效率低，但當(dāng)零件形狀精度要求很高（高于機床設(shè)備所能提供的成形運動精度）時采用4.1機械加工質(zhì)量概述機械加工精度的獲得方法位置精度（1）一次裝夾獲得法

零件表面的位置精度在一次裝夾中由刀具相對于工件的成形運動位置關(guān)系保證；（2）多次裝夾獲得法

通過刀具相對工件的成形運動與工件定位基準(zhǔn)面之間的位置關(guān)系來保證零件表面的位置精度（3）非成形運動法

人工修整，反復(fù)檢測、加工

4.1機械加工質(zhì)量概述一次裝夾獲得法車床上一次安裝車外圓和端面，則端面相對于外圓表面的垂直度由車床橫向溜板運動軌跡與車床主軸回轉(zhuǎn)中心線的垂直度來保證4.1機械加工質(zhì)量概述機械加工精度的獲得方法位置精度（1）一次裝夾獲得法

零件表面的位置精度在一次裝夾中由刀具相對于工件的成形運動位置關(guān)系保證；（2）多次裝夾獲得法

通過刀具相對工件的成形運動與工件定位基準(zhǔn)面之間的位置關(guān)系來保證零件表面的位置精度（3）非成形運動法

人工修整，反復(fù)檢測、加工

4.1機械加工質(zhì)量概述多次裝夾獲得法0.1//互為基準(zhǔn)，經(jīng)三次反復(fù)加工，保證兩平面平行度0.1AA選擇頂尖孔為基準(zhǔn)，在調(diào)頭的兩次裝夾中統(tǒng)一基準(zhǔn)，磨軸上兩軸頸，保證兩軸頸的同軸度要求。4.2機械加工精度的影響因素學(xué)習(xí)要點：掌握機械加工工藝系統(tǒng)原始誤差的概念，掌握工藝系統(tǒng)原始誤差（包括靜誤差和動誤差）對機械加工精度的影響及控制方法，深刻理解和掌握誤差敏感方向的概念及其在機械加工精度分析中的應(yīng)用。4.2機械加工精度的影響因素概念：機械加工工藝系統(tǒng)加工過程中，由機床、夾具、刀具、量具和工件構(gòu)成的封閉系統(tǒng)稱為機械加工工藝系統(tǒng)4.2機械加工精度的影響因素工藝系統(tǒng)原始誤差零件未加工前工藝系統(tǒng)本身所具有的誤差例：數(shù)控插補加工、相切法和范成法加工工藝系統(tǒng)靜誤差工藝系統(tǒng)原有精度被破壞而產(chǎn)生的附加誤差因素工藝系統(tǒng)動誤差4.2機械加工精度的影響因素誤差敏感方向切削加工過程中，由于各種原始誤差的影響，會使刀具和工件之間正確的幾何關(guān)系遭到破壞，引起加工誤差。不同方向的原始誤差，對加工誤差的影響程度不同。當(dāng)原始誤差與工序尺寸方向一致時，原始誤差對加工精度的影響最大。△xxyRA’’ARoOA’例：車削加工，工件回轉(zhuǎn)軸線O，刀尖正確位置A△y4.2機械加工精度的影響因素誤差敏感方向刀尖由A移至A’或A’’導(dǎo)致的工件半徑上的誤差是一樣的，為△R△xxyRA’’ARoOA’例：車削加工，工件回轉(zhuǎn)軸線O，刀尖正確位置A△y設(shè)：Ro=25mm，△y=0.1mm則：△R=0.0002mm4.2機械加工精度的影響因素誤差敏感方向△xxyRA’’ARoOA’例：車削加工，工件回轉(zhuǎn)軸線O，刀尖正確位置A△y當(dāng)原始誤差的方向在加工表面法線方向時，引起的加工誤差最大。當(dāng)原始誤差的方向在加工表面切線方向時，引起的加工誤差最小，可以忽略不計影響加工精度最大的方向（即通過刀刃的加工表面的法向）稱為誤差敏感方向。4.2機械加工精度的影響因素誤差的敏感方向

4.3機床幾何誤差及其對加工精度的影響學(xué)習(xí)要點：掌握機床主軸回轉(zhuǎn)精度的概念及對加工精度的影響，了解主軸回轉(zhuǎn)誤差產(chǎn)生的原因及提高主軸回轉(zhuǎn)精度的措施；掌握機床導(dǎo)軌導(dǎo)向精度的概念及對加工精度的影響，掌握機床成形運動之間的位置關(guān)系精度及其對加工精度的影響，了解提高這些精度的措施。4.3機床幾何誤差及其對加工精度的影響機床幾何原始誤差基本成形運動自身誤差主軸回轉(zhuǎn)誤差直線進給運動誤差成形運動之間的相對誤差縱向進給與主軸軸線不平行縱向、橫向進給不垂直nf4.3機床幾何誤差及其對加工精度的影響機床主軸回轉(zhuǎn)精度n主軸O機床主軸作回轉(zhuǎn)運動時，在任一截面上若只有一點O的速度為零，則該點為主軸的回轉(zhuǎn)中心。由于主軸回轉(zhuǎn)誤差，回轉(zhuǎn)中心的位置時刻變動，為瞬時回轉(zhuǎn)中心。主軸回轉(zhuǎn)精度高低，以規(guī)定測量截面內(nèi)，主軸瞬時回轉(zhuǎn)中心相對于其平均位置來衡量4.3機床幾何誤差及其對加工精度的影響主軸回轉(zhuǎn)誤差----三種形式舉例……舉例……4.3機床幾何誤差及其對加工精度的影響舉例：采用滑動軸承時主軸徑向跳動分析OO’OO’（a）軸頸不圓（b）軸承孔不圓車床：切削力方向不變，主軸軸頸的圓度誤差將在回轉(zhuǎn)過程中引起軸線位置產(chǎn)生瞬時變化，造成徑向跳動；而軸承內(nèi)孔有圓度誤差時，其影響較小鏜床：由于切削力作用方向是變化的，因而當(dāng)滑動軸承內(nèi)孔有圓度誤差時，將使主軸在回轉(zhuǎn)的過程中產(chǎn)生徑向跳動，引起鏜孔的圓度誤差4.3機床幾何誤差及其對加工精度的影響主軸徑向跳動的主要原因----主軸軸承副的制造誤差滑動軸承軸頸不圓軸承孔不圓油膜渦動滾動軸承外環(huán)與箱體配合質(zhì)量內(nèi)環(huán)與軸頸配合質(zhì)量內(nèi)外環(huán)滾道圓度間隙、受力變形滾動體形狀不一致4.3機床幾何誤差及其對加工精度的影響舉例：止推軸承端面誤差對主軸軸向跳動的影響n△=0n△≠0若只有一個端面滾道存在誤差，對端面跳動影響很??；只有當(dāng)兩個滾道端面均存在誤差時，才會引起較大的跳動量

4.3機床幾何誤差及其對加工精度的影響主軸軸向竄動的主要原因----滾動軸承：止推軸承兩個滾道與軸線的垂直度誤差滾動體的形狀誤差和尺寸一致性滑動軸承：主軸軸頸的軸向承載面或主軸軸承的承載端面與主軸回轉(zhuǎn)軸線之間的垂直度誤差4.3機床幾何誤差及其對加工精度的影響主軸回轉(zhuǎn)誤差對加工精度的影響

考慮誤差敏感方向主軸徑向跳動回轉(zhuǎn)面加工：圓度誤差

eg：車床上車外圓、鏜孔

鏜床上鏜孔平面加工：平面度誤差

eg：臥式銑床上銑平面△n△n4.3機床幾何誤差及其對加工精度的影響主軸回轉(zhuǎn)誤差對加工精度的影響主軸軸向竄動端面加工（車、鏜）平面度誤差端面相對于內(nèi)外圓的垂直度誤差螺紋加工：螺距誤差△а4.3機床幾何誤差及其對加工精度的影響主軸回轉(zhuǎn)誤差對加工精度的影響主軸角度擺動主軸角度擺動對加工誤差的影響與主軸徑向跳動對加工誤差的影響相似，主要區(qū)別在于主軸的角度擺動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△圓柱只有圓柱度誤差，沒有圓度誤差△圓柱既有圓柱度誤差，又有圓度誤差△圓4.3機床幾何誤差及其對加工精度的影響直線運動精度機床的直線運動精度主要是指導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度導(dǎo)軌制造精度導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度

導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度

雙導(dǎo)軌在垂直方向的平行度導(dǎo)軌與工作臺之間的接觸精度導(dǎo)致刀尖相對于工件的位置變化從而影響加工精度4.3機床幾何誤差及其對加工精度的影響導(dǎo)軌在水平面內(nèi)有直線度誤差△x△x△x刀尖相對于工件回轉(zhuǎn)軸線在加工表面的法線方向（加工誤差敏感方向）產(chǎn)生位移；位移量等于導(dǎo)軌的直線度誤差；刀尖在水平面內(nèi)的運動軌跡不是一條直線，造成工件的軸向形狀誤差（圓柱度誤差）4.3機床幾何誤差及其對加工精度的影響導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)有直線度誤差△y△y△y刀尖相對于工件回轉(zhuǎn)軸線在加工表面的切線方向（加工誤差非敏感方向）產(chǎn)生位移；位移量等于導(dǎo)軌的直線度誤差；刀尖在水平面內(nèi)的運動軌跡也不是一條直線，造成工件的軸向形狀誤差（圓柱度誤差）4.3機床幾何誤差及其對加工精度的影響前后導(dǎo)軌扭曲△nBаH△n△R工作臺在運動過程中產(chǎn)生擺動刀尖運動軌跡為一條空間曲線，產(chǎn)生加工誤差（圓柱度誤差）例：車床H/B=2/3，△n影響很大導(dǎo)軌扭曲引起的加工誤差

4.3機床幾何誤差及其對加工精度的影響成形運動間相對位置誤差的影響車床縱向?qū)к壟c主軸在水平面內(nèi)有平行度誤差例：導(dǎo)軌與主軸平行度誤差：

Hx

工件直徑差：

△D=2L*Hx主軸n導(dǎo)軌f△L工件產(chǎn)生圓柱度誤差俯視圖上導(dǎo)軌與主軸不平行圓錐形4.3機床幾何誤差及其對加工精度的影響成形運動間相對位置誤差的影響車床縱向?qū)к壟c主軸在垂直面內(nèi)有平行度誤差正視圖上導(dǎo)軌與主軸不平行n主軸導(dǎo)軌OBAfABO鞍形（軸剖面內(nèi)為雙曲線）例：導(dǎo)軌與主軸平行度誤差：Hy

工件直徑差：△D=Hy2/Ro4.3機床幾何誤差及其對加工精度的影響成形運動間相對位置誤差的影響車床橫向?qū)к壟c主軸軸線有垂直度誤差nf工件端面產(chǎn)生內(nèi)凹或外凸的平面度誤差α例：橫向?qū)к壟c主軸夾角：α

平面度誤差：△=(d/2)*tan(α)△思考題設(shè)在臥式鏜床上鏜孔，已知鏜床主軸軸線與縱向?qū)к売衅叫卸日`差，請分析下面兩種情況下產(chǎn)生的加工誤差：（1）鏜桿進給（2）工件進給將造成加工后內(nèi)孔呈橢圓形，其圓度誤差為:

式中dc--刀尖回轉(zhuǎn)直徑。因為很小，所以有：

故可得：

臥式鏜床上工件進給鏜孔時，若工件直線進給運動方向與鏜桿回轉(zhuǎn)軸線不平行4.4工藝系統(tǒng)受力變形與受熱變形對加工精度的影響學(xué)習(xí)要點：掌握工藝系統(tǒng)剛度的概念及其對加工精度的影響，重點掌握切削力作用點位置變化和切削力大小變化對加工形狀精度的影響；掌握誤差復(fù)映的概念；了解影響工藝系統(tǒng)剛度的因素及減小工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度影響的措施。了解工藝系統(tǒng)的熱源，掌握工藝系統(tǒng)熱變形的規(guī)律和特點和工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響，了解控制工藝系統(tǒng)熱變形的措施。4.4工藝系統(tǒng)受力變形與受熱變形對加工精度的影響受力變形材料力學(xué)中受力變形工藝系統(tǒng)受力變形xFLy在切削力Fp作用下，工件、前后頂尖、刀架都產(chǎn)生變形yyHxyTyB-MyW-MFpMM工藝系統(tǒng)受力變形影響加工精度工藝系統(tǒng)受力變形假設(shè)切削力作用點位于距前頂尖為x的截面M-M上。工藝系統(tǒng)在截面M-M上的總變形：yyHxyTyB-MyW-MFpMMABCxL工藝系統(tǒng)受力變形影響加工精度部件受力變形M-M處變形床頭尾架刀架工件yyHxyTyB-MyW-MFpMMABCxL工藝系統(tǒng)受力變形影響加工精度工藝系統(tǒng)剛度部件受力變形M-M處變形床頭尾架刀架工件工藝系統(tǒng)中，工件是單一零件，它的剛度可以利用材料力學(xué)公式求出；床頭箱、尾架、刀架都是由若干零件裝配組成的部件，它們的剛度無法直接計算，須通過實驗的方法獲得（對部件施加力，記錄力及變形量，通過作圖法求剛度）。工藝系統(tǒng)受力變形工藝系統(tǒng)在M-M處剛度工藝系統(tǒng)受力變形影響加工精度yyHxyTyB-MyW-MFpMMABCxL工藝系統(tǒng)受力變形影響加工精度切削力大小不變，但切削力作用點位置變化引起加工誤差位置不同剛度不同變形不同圓柱度誤差工件剛度大、機床剛度?。还ぜ偠刃?、機床剛度大；工藝系統(tǒng)受力變形影響加工精度工件剛度大、機床剛度小

（短粗軸）

工件變形可忽略不計

加工誤差以機床受力變形為主

車外圓時，工件呈鞍形短粗軸加工工藝系統(tǒng)受力變形影響加工精度工件剛度小、機床剛度大（細(xì)長軸）機床變形可忽略不計加工誤差以工件受力變形為主

車外圓時，工件呈鼓形工藝系統(tǒng)受力變形影響加工精度切削力作用點位置不變，但切削力大小變化引起加工誤差工件加工過程中，加工余量不均或工件材料硬度不均等，都將引起切削力的改變，使工藝系統(tǒng)的變形發(fā)生變化，造成加工誤差工藝系統(tǒng)受力變形影響加工精度切削力大小變化引起加工誤差車床上車軸，毛坯為自由鍛件，有圓度誤差，為橢圓形。為加工出直徑為do的軸，調(diào)好刀具位置。加工過程中，切削深度變化最大切深：ap1

最小切深：ap2ap1ys1ap2ys2毛坯希望加工的零件表面實際獲得的零件表面do工藝系統(tǒng)受力變形影響加工精度切削力大小變化引起加工誤差ap1ys1ap2ys2毛坯希望加工的零件表面實際獲得的零件表面do工藝系統(tǒng)受力變形影響加工精度切削力大小變化引起加工誤差毛坯的橢圓形誤差以一定比例反映到加工后的工件表面上ap1ys1ap2ys2毛坯希望加工的零件表面實際獲得的零件表面do工藝系統(tǒng)受力變形影響加工精度切削力作用點位置不變，但切削力大小變化引起加工誤差由于工藝系統(tǒng)的受力變形，工件加工前的誤差△B以類似的形狀反映到加工后的工件上去，造成加工后的誤差△W，這種現(xiàn)象稱為誤差復(fù)映。誤差復(fù)映的程度通常以誤差復(fù)映系數(shù)ε表示。誤差復(fù)映規(guī)律小結(jié)毛坯的任何形狀、位置誤差都會復(fù)映給零件，使加工后的零件存在加工誤差；0<ε<1，且與系統(tǒng)剛度成反比。系統(tǒng)剛度差時，通過增加走刀次數(shù)來減小誤差復(fù)映引起的加工誤差。減小工藝系統(tǒng)受力變形的途徑提高工藝系統(tǒng)剛度設(shè)計機床、夾具、刀具有足夠的剛度提高工件在加工中的剛度提高刀具在加工中的剛度合理選擇刀具角度，減小背分力Fp（法向切削力）eg:車細(xì)長軸時，應(yīng)選擇較大主偏角（75o~90o）的車刀，減小背分力切削平面與進給平面的夾角，在基面內(nèi)測量。Or，主切削刃與進給方向的夾角krvf機床結(jié)構(gòu)演化提高工件在加工中的剛度薄壁套夾緊變形毛坯夾緊后鏜孔后松開后薄壁套夾緊變形提高工件在加工中的剛度薄壁套夾緊變形的改進措施采用專用卡爪或開口過渡環(huán)，使得夾緊力均勻，減小夾緊變形專用卡爪開口過渡環(huán)提高工件在加工中的剛度臥式銑床上銑削角鐵形零件細(xì)長軸類零件加工中心架、跟刀架（a）所示裝夾、加工方式，工件的剛度較低；改用（b）所示裝夾、加工方式，則剛度可大大提高。提高刀具在加工中的剛度孔加工刀具（鉆頭、鉸刀、鏜刀）在使用中，通過增設(shè)附加支承（鉆套、鏜套）來提高刀具剛度鏜桿nf鏜刀工件鏜套工件鉆頭鉆模板鉆套nf4.4工藝系統(tǒng)受力變形與受熱變形對加工精度的影響受熱變形工藝系統(tǒng)熱源內(nèi)部熱源動力源（電機、液壓系統(tǒng)）產(chǎn)生熱量

傳動系統(tǒng)摩擦生熱

切削過程產(chǎn)生熱量

（車削30%、鉆削50%、磨削80%的切削熱傳遞給工件）外部熱源

陽光、照明、取暖設(shè)備精密機床要求恒溫環(huán)境4.4工藝系統(tǒng)受力變形與受熱變形對加工精度的影響受熱變形影響機床熱變形的影響工件熱變形的影響刀具熱變形的影響工藝系統(tǒng)受熱變形影響加工精度機床熱變形的影響機床體積大，熱容量大，達(dá)到熱平衡的時間長；機床各部分受熱變形不均勻，破壞原有的位置精度。車、銑、鏜床：主軸箱發(fā)熱；磨床：磨頭軸承和液壓系統(tǒng)車床主軸發(fā)熱使主軸箱在垂直面內(nèi)（Y）和水平面內(nèi)（X）發(fā)生偏移和傾斜

工藝系統(tǒng)受熱變形影響加工精度工件熱變形的影響熱脹冷縮產(chǎn)生尺寸誤差

車、磨軸類零件時的熱伸長公式受熱不均勻（p137~138）加工中加工后工藝系統(tǒng)受熱變形影響加工精度機床熱變形的影響曲線：A：車刀熱伸長曲線B：車刀冷縮短曲線C：加工一批短小軸件的刀具熱伸長曲線

tm：加工時間

ts：裝卸時間控制工藝系統(tǒng)熱變形的措施減少熱量產(chǎn)生和傳入加強散熱能力均衡溫度場控制環(huán)境溫度：恒溫室熱補償措施結(jié)構(gòu)上：隔離電機、液壓系統(tǒng)等熱源

縮短傳動鏈，減少摩擦生熱正確選擇切削用量、磨削用量及時刃磨刀具、修整砂輪采用高效冷卻方式（噴霧冷卻、冷凍機強制冷卻）機床結(jié)構(gòu)設(shè)計：熱對稱結(jié)構(gòu)、熱補償結(jié)構(gòu)熱變形發(fā)生在誤差非敏感方向預(yù)熱eg：精密絲杠磨削，利用公式求工件熱伸長引起的螺距誤差，采用校正機構(gòu)，改變切削參數(shù)4.5工件內(nèi)應(yīng)力對加工精度影響工件內(nèi)應(yīng)力外部載荷去除后仍殘存在工件內(nèi)部的應(yīng)力為內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力是由于材料內(nèi)部宏觀或微觀的組織發(fā)生不均勻的體積變化而造成內(nèi)應(yīng)力往往處于一種不穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。在外部因素作用下，內(nèi)應(yīng)力重新分配，工件變形，破壞原有的加工精度。4.5工件內(nèi)應(yīng)力對加工精度影響舉例：鑄件殘余應(yīng)力形成過程BAC鑄件：B部分比A、C部分厚A、C部分冷卻快，先凝固；B部分冷卻慢，后凝固。先凝固的A、C部分阻止B部分凝固收縮。B受拉應(yīng)力，A、C受壓應(yīng)力使用時，A部開口：A內(nèi)壓應(yīng)力消失，B、C內(nèi)應(yīng)力重新分配，鑄件變形4.5工件內(nèi)應(yīng)力對加工精度影響減小工件內(nèi)應(yīng)力的措施合理設(shè)計工件結(jié)構(gòu)：各部壁厚均勻，結(jié)構(gòu)對稱采取熱處理措施鑄、鍛、焊接零件毛坯在加工前安排時效、退火和回火；重要零件加工過程中安排時效：粗、精加工之間安排時效采取噴丸、振動等措施4.6加工誤差的統(tǒng)計分析學(xué)習(xí)要點：掌握加工誤差的統(tǒng)計性質(zhì)掌握加工誤差的分布圖分析方法和點圖分析方法4.6加工誤差的統(tǒng)計分析加工誤差性質(zhì)按照加工誤差出現(xiàn)的規(guī)律：系統(tǒng)誤差常值系統(tǒng)誤差----誤差大小、方向不變

eg：原理誤差、調(diào)整誤差等變值系統(tǒng)誤差----誤差大小、方向隨加工順序按一定規(guī)律變化

eg:機床熱平衡前的熱變形、刀具磨損隨機誤差----誤差大小和方向變化無規(guī)律

eg：工件安裝誤差、毛坯誤差復(fù)映調(diào)整消除補償消除只能設(shè)法減小，無法消除4.6加工誤差的統(tǒng)計分析加工誤差分布規(guī)律正態(tài)分布平頂分布偏態(tài)分布雙峰分布無變值系統(tǒng)誤差，僅有常值系統(tǒng)誤差和隨機誤差時出現(xiàn)可利用正態(tài)分布的數(shù)理統(tǒng)計分析方法分析有明顯變值系統(tǒng)誤差（如刀具磨損），使得正態(tài)分布曲線中心隨時間平移人為因素控制，例如：試切法法加工外圓/內(nèi)孔，主觀上使外圓直徑寧大勿小，內(nèi)孔直徑寧小勿大，造成偏態(tài)分布兩臺機床加工一批工件，調(diào)整尺寸不同4.6加工誤差的統(tǒng)計分析加工誤差統(tǒng)計分析方法目的：將系統(tǒng)誤差和隨機誤差分開，找出加工誤差產(chǎn)生的主要原因，以便采取措施，提高零件加工精度統(tǒng)計分析法：以現(xiàn)場觀察與實際測量的數(shù)據(jù)為依據(jù)，應(yīng)用概率論和統(tǒng)計學(xué)原理，以確定一定加工條件下，一批零件加工誤差的大小及其分布情況。4.6加工誤差的統(tǒng)計分析加工誤差統(tǒng)計分析方法分布曲線法將數(shù)理統(tǒng)計中分析隨機誤差的正態(tài)分布曲線法用于機械加工誤差的分析點圖法根據(jù)實測尺寸，畫點圖進行分析分布曲線法正態(tài)分布曲線方程機械加工某道工序的工序尺寸樣本工序尺寸算術(shù)平均值工序尺寸均方根值某個工序尺寸零件在樣本中所占的百分比x分布曲線法正態(tài)分布曲線性質(zhì)曲線呈鐘形曲線對左右對稱曲線位置參數(shù)曲線形狀參數(shù)為σ曲線分散范圍為6σ，曲線下面積為1x加工一批零件的工序尺寸大部分分布在分散中心附近一批零件工序尺寸大于分散中心附近和小于分散中心的頻率相等加工中通過調(diào)整刀具位置，改變分布曲線位置，使分散中心處于最佳位置xσ=0.5σ=1σ大，曲線平坦，分散范圍大，加工誤差大σ小，曲線陡峭，分散范圍小，加工誤差小要想工件全部合格，充分必要條件是：分散中心與公差帶中心重合，分散范圍6σ小于尺寸公差分布曲線法應(yīng)用舉例餃削加工一批尺寸為20±0.01mm孔。使用20mm鉸刀，并保持切削用量不變。餃削后測得孔徑尺寸接近正態(tài)分布，其值分別為20.060、20.080、20.085、20.062、20.070、、、20.068（單位mm）獲得平均尺寸常值系統(tǒng)誤差隨機誤差分布曲線不合格率工序能力減少廢品措施分布曲線法應(yīng)用舉例按實測數(shù)據(jù)計算孔的平均尺寸（尺寸分散中心）計算常值系統(tǒng)誤差

常值系統(tǒng)誤差=公差帶中心-尺寸分散中心

計算隨機誤差（尺寸分散范圍）分布曲線法應(yīng)用舉例畫出分布曲線20.0052020.0120.02519.9919.985T/2T/2x3σ3σ△sx=20.005xM=20可修復(fù)的不合格品不可修復(fù)的不合格品分布曲線法應(yīng)用舉例求該批零件的不合格率需要借助于標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的分布函數(shù)表計算（p141）zF(z)zF(z)zF(z)zF(z)0.00.050.10…0.700.00000.01990.0398…0.25800.800.901.00…1.700.28810.31590.3413…0.45541.801.902.00…2.700.46410.47130.4772…0.49652.802.903.00…4.500.49740.49810.49865…0.499997分布函數(shù)是概率密度函數(shù)的積分，即圖中陰影部分的面積。表示工序尺寸落在[0，z]范圍內(nèi)的零件的百分比。z對非正態(tài)分布曲線，使用該表之前，需要進行標(biāo)準(zhǔn)化處理分布曲線法應(yīng)用舉例求該批零件的不合格率分布曲線標(biāo)準(zhǔn)化處理20.0052020.0120.02519.9919.985T/2T/2x3σ3σ△sx=20.005xM=20可修復(fù)的不合格品不可修復(fù)的不合格品分布曲線法應(yīng)用舉例確定工序能力工序能力系數(shù)Cp：表示工序能力大小，即工序能滿足加工質(zhì)量要求的能力。加工誤差接近正態(tài)分布時工序能力系數(shù)計算公式:工序能力等級（p143）工序能力系數(shù)工序等級說明Cp>1.67特級工序能力過高，可以允許有異常波動，不經(jīng)濟1.67≥Cp>1.33一級工序能力足夠，可以允許有一定的異常波動1.33≥Cp>1.00二級工序能力勉強，需密切注意1.00≥Cp>0.67三級工序能力不足，會出現(xiàn)少量不合格品0.67≥Cp四級工序能力很差，必須加以改進分布曲線法應(yīng)用舉例確定工序能力減少廢品的改進措施存在常值系統(tǒng)誤差：調(diào)整機床（將分布中心調(diào)整至公差帶中心位置），消除常值系統(tǒng)誤差工序能力低下（四級）：更換成更高精度機床，減少隨機誤差分布曲線法缺憾：分布曲線法分析加工誤差時，需在全部工件加工完成后進行，不能反映零件加工的先后順序不能將按照一定規(guī)律變化的系統(tǒng)誤差與隨機誤差區(qū)分開來不能在加工進行過程中提供控制工藝的資料點圖法逐點點圖（單值點圖）在一批零件的加工過程中，依次測量每個零件的加工尺寸，并按順序記入以零件號為橫坐標(biāo)、零件尺寸為縱坐標(biāo)的圖標(biāo)中x-R圖由小樣本均值x的點圖和小樣本極差R的點圖構(gòu)成逐點點圖車床上采用調(diào)整法加工一批零件軸頸獲得的點圖由于加工中刀具磨損比較顯著，造成工件直徑尺寸增大，出現(xiàn)近似平頂分布，6σ不能反映工序的隨機誤差。常值系統(tǒng)誤差為△s；

變值系統(tǒng)誤差的變化斜率為tanα；

隨機誤差的分布寬度為6σ’?！鱯Dmα6σ’6σ序號尺寸x-R圖組成小樣本均值點圖小樣本極差點圖定義樣組序號UCLLCLxix樣組序號URRRi上控制線下控制線均值線均值線上控制線每組件數(shù)AD4560.730.580.482.282.112.00x-R圖意義小樣本均值點圖：反映工藝過程質(zhì)量指標(biāo)分布中心（系統(tǒng)誤差）的變化小樣本極差點圖：反映工藝過程質(zhì)量指標(biāo)分散范圍（隨機誤差）的變化應(yīng)用兩圖同時使用生產(chǎn)過程穩(wěn)定的三要素兩圖中沒有點超出控制線；大部分點在均值上下波動，下部分點在控制線附近；點沒有明顯的上升或下降傾向和周期性波動等規(guī)律性變化。樣組序號UCLLCLxix樣組序號URRRi4.7機械加工表面質(zhì)量學(xué)習(xí)要點：掌握加工硬化和表面殘余應(yīng)力的概念及其對零件使用性能的影響；了解磨削表面燒傷、磨削表面裂紋的產(chǎn)生原因及控制措施。4.7機械加工表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量的內(nèi)涵機械加工表面質(zhì)量/加工表面完整性4.7機械加工表面質(zhì)量加工表面變質(zhì)層機械加工后，零件一定深度表面層的物理力學(xué)性質(zhì)等方面的質(zhì)量與基體相比發(fā)生的變化變質(zhì)層構(gòu)成厚度成因吸附層污染層、化合物層、物理化學(xué)吸附層、異物嵌入層（積屑瘤碎片、磨粒嵌入）8m外界因素結(jié)晶組織變化層（壓縮層）非晶體層、微細(xì)結(jié)晶層、位錯密度升高層、孿晶層、便面合金化層、纖維化層、相變層、再結(jié)晶層幾十至幾百微米切削力引起塑性變形應(yīng)力變質(zhì)層殘余應(yīng)力層加工硬化、殘余應(yīng)力加工硬化概念經(jīng)切削加工過的表面，其硬度往往比基體硬度高出1~2倍，硬化層深度可達(dá)幾十微米至幾百微米。這種不經(jīng)熱處理造成的表面硬化現(xiàn)象稱為加工硬化對零件使用性能的影響硬度提高使耐磨性提高；脆性增加使沖擊耐性降低；硬度提高增加刀具磨損，減少道具壽命；殘余應(yīng)