機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課件機(jī)械加工精度與表面質(zhì)量

第5章機(jī)械加工精度與表面質(zhì)量教學(xué)提示：機(jī)械加工質(zhì)量是機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程研究的重要問題之一。機(jī)械加工質(zhì)量主要包括加工精度和加工表面質(zhì)量兩個(gè)方面。在本章中，機(jī)械加工精度主要分析工藝系統(tǒng)各環(huán)節(jié)中存在的原始誤差對(duì)加工精度的影響、加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析方法及保證機(jī)械加工精度的措施；機(jī)械加工表面質(zhì)量的內(nèi)容涉及表面質(zhì)量的含義、影響表面粗糙度及物理力學(xué)性能的主要因素及保證表面質(zhì)量的措施，最后對(duì)機(jī)械加工中的振動(dòng)作了簡要分析。教學(xué)要求：了解機(jī)械加工精度的概念及獲得加工精度的方法，了解影響加工精度的原始誤差因素并掌握單因素分析的方法，學(xué)會(huì)用工藝系統(tǒng)剛度理論分析工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響，了解工藝系統(tǒng)受熱變形對(duì)加工精度的影響規(guī)律，掌握加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析方法及在生產(chǎn)實(shí)際中的應(yīng)用，熟悉機(jī)械加工表面質(zhì)量的含義及影響因素，了解機(jī)械振動(dòng)的基本知識(shí)。5.1機(jī)械加工精度5.1.1概述1．機(jī)械加工精度的基本概念1）機(jī)械加工精度與加工誤差：2）加工精度包含三個(gè)方面的內(nèi)容，即尺寸精度、形狀精度和位置精度2．獲得加工精度的方法1）獲得尺寸精度的方法（1）試切法（2）調(diào)整法（3）定尺寸刀具法（4）自動(dòng)控制法5.1機(jī)械加工精度5.1.1概述2．獲得加工精度的方法2）獲得形狀精度的方法（1）軌跡法利用切削運(yùn)動(dòng)中刀尖的運(yùn)動(dòng)軌跡形成被加工表面形狀精度的方法稱為軌跡法。刀尖的運(yùn)動(dòng)軌跡取決于刀具和工件的相對(duì)成形運(yùn)動(dòng)，因而所獲得的形狀精度取決于成形運(yùn)動(dòng)的精度。普通的車削、銑削、刨削、磨削均屬于軌跡法。（2）仿形法刀具按照仿形裝置進(jìn)給對(duì)工件進(jìn)行加工的方法稱為仿形法。仿形法所獲得的形狀精度取決于仿形裝置的精度和其它成形運(yùn)動(dòng)精度。仿形車、仿形銑等均屬于仿形法加工。（3）成形法利用成形刀具對(duì)工件進(jìn)行加工的方法稱為成形法。成形刀具代替一個(gè)成形運(yùn)動(dòng)。所獲得的形狀精度取決于刀具的形狀精度和其它成形運(yùn)動(dòng)精度。如用成形刀具或砂輪的車、銑、刨、磨、拉等均屬于成形法。（4）展成法（滾切法或范成法）5.1機(jī)械加工精度5.1.1概述2．獲得加工精度的方法3）獲得位置精度的方法

（1）直接找正裝夾圖5.1所示為用四爪卡盤裝夾套筒（2）劃線找正裝夾如圖5.2所示的車床床身毛坯（3）用夾具裝夾圖5.1直接找正裝夾圖5.2劃線找正裝夾5.1機(jī)械加工精度5.1.1概述3．影響加工精度的誤差因素1）影響加工精度的原始誤差因素工藝系統(tǒng)原始誤差工藝系統(tǒng)的幾何誤差與工藝過程有關(guān)的誤差加工原理誤差工件裝夾誤差調(diào)整誤差機(jī)床誤差?yuàn)A具誤差刀具制造誤差工藝系統(tǒng)靜誤差刀具磨損工藝系統(tǒng)受熱變形工藝系統(tǒng)受力變形工件內(nèi)應(yīng)力引起的變形測(cè)量誤差工藝系統(tǒng)動(dòng)誤差5.1機(jī)械加工精度5.1.1概述3．影響加工精度的誤差因素2）原始誤差與加工誤差之間的關(guān)系如圖5.3所示，車削時(shí)工件的回轉(zhuǎn)中心為O，刀尖正確位置在A，設(shè)某一瞬時(shí)由于各種原始誤差的影響，使刀尖位移到A′點(diǎn)，即為原始誤差，它與OA間的夾角為，由此引起工件加工后的半徑由R0=變?yōu)镽=，故半徑上的加工誤差ΔR為：

ΔR=

?=?R0

=+當(dāng)=0°時(shí)，即原始誤差的方向?yàn)榧庸け砻娴姆ň€方向時(shí)，ΔR=，引起的加工誤差最大；當(dāng)=90°時(shí)，即原始誤差的方向?yàn)榧庸け砻娴那芯€方向時(shí)，ΔR=，引起的加工誤差最小，通?？珊雎圆挥?jì)。

圖5.3原始誤差與加工誤差的關(guān)系5.1機(jī)械加工精度5.1.1概述3．影響加工精度的誤差因素2）原始誤差與加工誤差之間的關(guān)系原始誤差對(duì)加工精度影響最大的方向，即通過切削刃的加工表面的法線方向稱為誤差敏感方向；而將原始誤差對(duì)加工精度影響最小的方向，即通過切削刃的加工表面的切線方向稱為誤差不敏感方向。5.1機(jī)械加工精度5.1.1概述4．研究加工精度的方法研究加工精度的方法有兩種：1）單因素分析法2）統(tǒng)計(jì)分析法5.1機(jī)械加工精度5.1.2工藝系統(tǒng)幾何誤差對(duì)加工精度的影響1．加工原理誤差加工原理誤差是指由于采用了近似的成形運(yùn)動(dòng)或近似的切削刃輪廓進(jìn)行加工所產(chǎn)生的加工誤差，也稱為理論誤差。例如用齒輪滾刀加工齒輪，一般都會(huì)存在兩種加工原理誤差：一是刀具齒廓近似造形誤差，這是由于制造上的困難，用阿基米德或法向直廓基本蝸桿代替漸開線基本蝸桿造成的；二是包絡(luò)造形原理誤差，這是由于滾刀齒數(shù)有限，加工齒形是有許多微小折線段組成，與理論上的光滑漸開線有差異而造成的。所以，滾齒加工加工精度不高（7～10級(jí)精度的齒輪），但生產(chǎn)率高。5.1機(jī)械加工精度5.1.2工藝系統(tǒng)幾何誤差對(duì)加工精度的影響2．機(jī)床誤差機(jī)床誤差包括機(jī)床制造誤差、磨損和安裝誤差。其中對(duì)加工精度影響較大的誤差有：機(jī)床主軸系統(tǒng)回轉(zhuǎn)誤差、導(dǎo)軌誤差和傳動(dòng)鏈誤差。1）機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差：主軸回轉(zhuǎn)誤差可以分解為端面圓跳動(dòng)、徑向圓跳動(dòng)和角度擺動(dòng)三種基本形式。5.1機(jī)械加工精度5.1.2工藝系統(tǒng)幾何誤差對(duì)加工精度的影響1）機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差：（1）徑向圓跳動(dòng)：主軸瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線沿平行于平均回轉(zhuǎn)軸線方向的徑向運(yùn)動(dòng)，如圖5.4（a）所示。它主要影響圓柱面的精度。（2）端面圓跳動(dòng)（軸向竄動(dòng)）：主軸瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線沿平均回轉(zhuǎn)軸線方向的軸向運(yùn)動(dòng)，如圖5.4（b）所示。車端面時(shí)它使工件端面產(chǎn)生垂直度、平面度誤差。。它主要影響端面形狀和軸向尺寸精度。（3）角度擺動(dòng)：瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線與平均回轉(zhuǎn)軸線成一傾斜角度，但其交點(diǎn)位置固定不變的運(yùn)動(dòng)，如圖5.4（c）所示。在不同橫截面內(nèi)，軸心運(yùn)動(dòng)軌跡相似，它主要影響圓柱面和端面的加工精度。

5.1機(jī)械加工精度5.1.2工藝系統(tǒng)幾何誤差對(duì)加工精度的影響1）機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差：

滑動(dòng)軸承主軸，影響主軸回轉(zhuǎn)誤差的直接因素是主軸軸頸的圓度誤差、軸瓦內(nèi)孔圓度誤差（軸承孔的圓度誤差）及配合間隙。而不同類型的機(jī)床，其影響因素也各不相同。對(duì)工件回轉(zhuǎn)類機(jī)床（如車床、外圓磨床等），因切削力的方向不變，主軸回轉(zhuǎn)時(shí)作用在支承上的作用力方向也不變化。此時(shí)主軸的支承軸頸的圓度誤差影響較大，而軸承孔的圓度誤差影響較小，如圖5.5（a）所示。對(duì)刀具回轉(zhuǎn)類機(jī)床（如鉆床、鏜床、銑床等），因切削力的方向隨主軸旋轉(zhuǎn)而改變，此時(shí)，主軸支承軸頸的圓度誤差影響很小，而軸承孔的圓度誤差影響較大，如圖5.5（b）所示。

（a）工件回轉(zhuǎn)類機(jī)床（b）刀具回轉(zhuǎn)類機(jī)床圖5.5兩類主軸回轉(zhuǎn)誤差的影響5.1機(jī)械加工精度5.1.2工藝系統(tǒng)幾何誤差對(duì)加工精度的影響1）機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差：滾動(dòng)軸承主軸，軸承內(nèi)、外圈滾道的圓度誤差對(duì)主軸回轉(zhuǎn)誤差影響較大。對(duì)工件回轉(zhuǎn)類機(jī)床，軸承內(nèi)圈外滾道的圓度誤差影響較大；而對(duì)刀具回轉(zhuǎn)類機(jī)床，則是軸承外環(huán)內(nèi)滾道的圓度誤差影響較大。5.1機(jī)械加工精度5.1.2工藝系統(tǒng)幾何誤差對(duì)加工精度的影響2）機(jī)床導(dǎo)軌誤差導(dǎo)軌的誤差對(duì)不同的加工方法和加工對(duì)象，將會(huì)產(chǎn)生不同的加工誤差，分析導(dǎo)軌誤差對(duì)加工精度的影響時(shí)，主要應(yīng)考慮導(dǎo)軌誤差引起刀具與工件在誤差敏感方向上的相對(duì)位移。圖5.6導(dǎo)軌水平面內(nèi)的直線度誤差對(duì)加工精度的影響圖5.7導(dǎo)軌垂直面內(nèi)的直線度誤差對(duì)加工精度的影響ΔR=Δy

ΔR≈Δz2/2R

5.1機(jī)械加工精度5.1.2工藝系統(tǒng)幾何誤差對(duì)加工精度的影響2）機(jī)床導(dǎo)軌誤差導(dǎo)軌的誤差對(duì)不同的加工方法和加工對(duì)象，將會(huì)產(chǎn)生不同的加工誤差，分析導(dǎo)軌誤差對(duì)加工精度的影響時(shí)，主要應(yīng)考慮導(dǎo)軌誤差引起刀具與工件在誤差敏感方向上的相對(duì)位移。圖5.8導(dǎo)軌扭曲對(duì)加工精度的影響ΔR=Δy=HΔ/B

5.1機(jī)械加工精度5.1.2工藝系統(tǒng)幾何誤差對(duì)加工精度的影響3）導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線的位置誤差若車床導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線在水平面內(nèi)有平行度誤差，車出的內(nèi)外圓柱面會(huì)產(chǎn)生錐度誤差，由于該方向?yàn)檎`差敏感方向，對(duì)加工精度的影響比較大；若車床導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線在垂直面內(nèi)有平行度誤差，車出的內(nèi)外圓柱面會(huì)產(chǎn)生雙曲線形誤差，但該方向?yàn)檎`差不敏感方向，對(duì)加工精度影響較小，可忽略不計(jì)。5.1機(jī)械加工精度5.1.2工藝系統(tǒng)幾何誤差對(duì)加工精度的影響4）傳動(dòng)鏈誤差傳動(dòng)鏈誤差是指內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈?zhǔn)寄﹥啥藗鲃?dòng)元件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的誤差。它是在螺紋加工或用展成法加工齒輪、蝸輪等工件時(shí)，影響加工精度的主要因素。例如，在滾齒機(jī)上用單頭滾刀加工直齒輪時(shí)，要求滾刀與工件之間具有嚴(yán)格的運(yùn)動(dòng)關(guān)系：即滾刀轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，工件轉(zhuǎn)過一個(gè)齒。又如在車床上加工螺紋，要求工件每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀具必須移動(dòng)一個(gè)導(dǎo)程，這些運(yùn)動(dòng)之間的速比關(guān)系將直接影響加工精度。5.1機(jī)械加工精度5.1.2工藝系統(tǒng)幾何誤差對(duì)加工精度的影響3．工藝系統(tǒng)的其它幾何誤差1）刀具誤差刀具誤差對(duì)加工精度的影響，主要表現(xiàn)為刀具的制造誤差和刀具的磨損，其影響程度隨刀具的種類不同而異。2）夾具誤差?yuàn)A具誤差主要包括：定位元件、刀具導(dǎo)向件、分度機(jī)構(gòu)、夾具體等的制造誤差；夾具裝配后，以上各種元件工作面之間的相對(duì)位置誤差；夾具使用過程中工作表面的磨損。夾具誤差將直接影響工件加工表面的位置精度或尺寸精度。

3）裝夾誤差工件的裝夾誤差是指定位誤差和夾緊誤差，將直接工件加工表面的位置精度或尺寸精度。

5.1機(jī)械加工精度5.1.2工藝系統(tǒng)幾何誤差對(duì)加工精度的影響3．工藝系統(tǒng)的其它幾何誤差4）測(cè)量誤差工件在加工過程中，要用各種量具、量儀進(jìn)行檢驗(yàn)測(cè)量，再根據(jù)測(cè)量結(jié)果對(duì)工件進(jìn)行試車或調(diào)整機(jī)床。量具本身的制造誤差、測(cè)量時(shí)的接觸力、溫度及目測(cè)正確度等，都直接影響加工誤差。因此，要正確地選擇和使用量具，保證測(cè)量精度。5）調(diào)整誤差在機(jī)械加工的各個(gè)工序中，需要對(duì)機(jī)床、夾具及刀具進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整誤差的來源，視不同加工方法而異。（1）試切法調(diào)整（2）調(diào)整法調(diào)整5.1機(jī)械加工精度5.1.3工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響1．工藝系統(tǒng)的剛度1）基本概念剛度的一般概念是指物體或系統(tǒng)抵抗變形的能力。用加到物體的作用力F與沿此作用力方向上產(chǎn)生的位移（或變形）y的比值表示，工藝系統(tǒng)剛度Kxt定義為：工件和刀具的法向切削分力Fp與刀具在總切削力作用下在該方向上的相對(duì)位移yxt的比值

圖5.9受力變形對(duì)加工精度的影響5.1機(jī)械加工精度5.1.3工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響1．工藝系統(tǒng)的剛度1）基本概念當(dāng)Fp與yxt方向相反時(shí)，出現(xiàn)負(fù)剛度。

圖5.10工藝系統(tǒng)的負(fù)剛度現(xiàn)象5.1機(jī)械加工精度5.1.3工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響1．工藝系統(tǒng)的剛度2）工藝系統(tǒng)剛度的計(jì)算工藝系統(tǒng)在某處的法向總變形量yxt應(yīng)是各個(gè)組成環(huán)節(jié)在同一位置處的法向變形的疊加，即yxt=yjc+yjj+yd+yg

工藝系統(tǒng)各組成環(huán)節(jié)的剛度為可得工藝系統(tǒng)剛度計(jì)算的一般式

5.1機(jī)械加工精度5.1.3工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響2．工藝系統(tǒng)受力變形對(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以車床兩頂尖間加工光軸為例，假定切削過程中切削力為常值，車刀懸伸很短，受力變形可忽略，把頂尖、刀架都看成是機(jī)床的一部分。因此工藝系統(tǒng)的總變形為

yxt=yjc+yg（1）機(jī)床的變形如圖5.11所示，假定工件短而粗，即其剛度很好，其受力變形相對(duì)機(jī)床的變形要小得多，可忽略不計(jì)。則工藝系統(tǒng)的總變形主要取決于機(jī)床，即機(jī)床頭架、尾座（包括頂尖）、刀架的變形。

5.1機(jī)械加工精度5.1.3工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響2．工藝系統(tǒng)受力變形對(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刀架在x位置處時(shí)工件軸線的位移為

，5.1機(jī)械加工精度5.1.3工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響2．工藝系統(tǒng)受力變形對(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若刀架的剛度為Kdj，切削力Fp作用于x處引起的刀架的變形為ydj，則工藝系統(tǒng)的總變形即機(jī)床變形為

工藝系統(tǒng)的剛度即機(jī)床剛度為

，5.1機(jī)械加工精度5.1.3工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響2．工藝系統(tǒng)受力變形對(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）工件的變形工件的變形一般可按材料力學(xué)知識(shí)計(jì)算（3）工藝系統(tǒng)的變形當(dāng)同時(shí)考慮機(jī)床和工件的變形時(shí)，工藝系統(tǒng)的總變形為二者的疊加。

，5.1機(jī)械加工精度5.1.3工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響2．工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響2）切削力大小變化引起的工件形狀誤差當(dāng)車削具有圓度誤差Δm=ap1－ap2的工件毛坯時(shí)，由于工藝系統(tǒng)受力變形的變化而使工件產(chǎn)生與毛坯形狀相似的圓度誤差Δg=y1－y2，這種現(xiàn)象稱為“誤差復(fù)映”，因誤差復(fù)映現(xiàn)象而使工件產(chǎn)生的加工誤差稱為復(fù)映誤差。

誤差復(fù)映系數(shù)ε

設(shè)工藝系統(tǒng)的剛度為Kxt,則工件的圓度誤差Δg=y1－y2=

切削力的經(jīng)驗(yàn)公式可知Fp=λCFpapf0.75

圖5.12毛坯形狀誤差的復(fù)映5.1機(jī)械加工精度5.1.3工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響2．工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響2）切削力大小變化引起的工件形狀誤差誤差復(fù)映系數(shù)ε是一個(gè)小于1的正數(shù)

增加走刀次數(shù)可大大減小工件的復(fù)映誤差?？傉`差復(fù)映系數(shù)ε∑=ε1ε2…εn，則Δg=ε∑Δm

圖5.12毛坯形狀誤差的復(fù)映，5.1機(jī)械加工精度5.1.3工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響2．工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響3）切削過程中受力方向變化引起的工件形狀誤差，圖5.13慣性力所引起的加工誤差5.1機(jī)械加工精度5.1.3工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響2．工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響4）其它力引起的加工誤差（1）夾緊力引起的加工誤差被加工件在裝夾過程中，由于剛度較低或著力點(diǎn)不當(dāng)，都會(huì)引起工件變形，造成加工誤差。特別是薄壁套、薄板件，易產(chǎn)生加工誤差。（2）重力引起的加工誤差在工藝系統(tǒng)中，由于零部件的自重也會(huì)引起變形。例如龍門刨床、龍門銑床刀架導(dǎo)軌橫梁的變形，銑鏜床鏜桿伸長而下垂變形等，都會(huì)造成工件的加工誤差。

，5.1機(jī)械加工精度5.1.3工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響3．減少工藝系統(tǒng)受力變形的途徑1）提高接觸剛度2）提高工件的剛度3）提高機(jī)床部件剛度，圖5.14增加支承以提高工件的剛度（a）采用固定導(dǎo)向支承套（

b）采用轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)向支承套圖5.15提高機(jī)床部件剛度的裝置5.1機(jī)械加工精度5.1.3工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響3．減少工藝系統(tǒng)受力變形的途徑1）提高接觸剛度2）提高工件的剛度3）提高機(jī)床部件剛度4）合理裝夾工件，減少夾緊變形，圖5.16夾緊變形所引起的加工誤差5.1機(jī)械加工精度5.1.4工藝系統(tǒng)受熱變形對(duì)加工精度的影響1．工藝系統(tǒng)的熱源引起工藝系統(tǒng)受熱變形的“熱源”大體分為內(nèi)部熱源和外部熱源兩大類。2．工藝系統(tǒng)熱變形對(duì)加工精度的影響1）機(jī)床的熱變形對(duì)加工精度的影響

，圖5.17幾種機(jī)床的熱變形趨勢(shì)（a）車床（b）銑床（c）平面磨床（d）雙端面磨床5.1機(jī)械加工精度5.1.4工藝系統(tǒng)受熱變形對(duì)加工精度的影響2．工藝系統(tǒng)熱變形對(duì)加工精度的影響1）機(jī)床的熱變形對(duì)加工精度的影響

2）工件的熱變形對(duì)加工精度的影響（1）工件均勻受熱直徑上的熱變形量（擴(kuò)大量）：（5-16）長度上的熱變形量（伸長量）：（5-17）（2）工件不均勻受熱平面在刨削、銑削、磨削加工時(shí)，工件單面受熱因熱變形引起工件凸起量f可按如下近似計(jì)算，5.1機(jī)械加工精度5.1.4工藝系統(tǒng)受熱變形對(duì)加工精度的影響2．工藝系統(tǒng)熱變形對(duì)加工精度的影響1）機(jī)床的熱變形對(duì)加工精度的影響2）工件的熱變形對(duì)加工精度的影響3）刀具的熱變形對(duì)加工精度的影響，圖5.19刀具的熱伸長5.1機(jī)械加工精度5.1.4工藝系統(tǒng)受熱變形對(duì)加工精度的影響2．工藝系統(tǒng)熱變形對(duì)加工精度的影響1）機(jī)床的熱變形對(duì)加工精度的影響2）工件的熱變形對(duì)加工精度的影響3）刀具的熱變形對(duì)加工精度的影響4）減少工藝系統(tǒng)熱變形的措施

（1）減少發(fā)熱量（2）用熱補(bǔ)償方法減少熱變形（均衡溫度場）（3）采用合理的機(jī)床部件結(jié)構(gòu)減少熱變形的影響（4）保持工藝系統(tǒng)的熱平衡（5）控制環(huán)境溫度，5.1機(jī)械加工精度5.1.5工件內(nèi)應(yīng)力對(duì)加工精度的影響內(nèi)應(yīng)力是外部載荷去除后仍殘存在工件內(nèi)部的應(yīng)力，又稱殘余應(yīng)力。

1．工件內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的原因（1）毛坯制造和熱處理過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力（2）冷校直產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力（3）切削加工產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力切削過程中產(chǎn)生的力和熱，也會(huì)使被加工工件的表面層變形，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。

，圖5.21冷校直引起的內(nèi)應(yīng)力5.1機(jī)械加工精度5.1.5工件內(nèi)應(yīng)力對(duì)加工精度的影響內(nèi)應(yīng)力是外部載荷去除后仍殘存在工件內(nèi)部的應(yīng)力，又稱殘余應(yīng)力。

1．工件內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的原因2．減少內(nèi)應(yīng)力的措施（1）合理設(shè)計(jì)零件結(jié)構(gòu)（2）采取時(shí)效處理（3）合理安排工藝，5.1機(jī)械加工精度5.1.6提高加工精度的途徑1.直接減少或消除原始誤差法2.誤差補(bǔ)償法3.誤差分組法4.誤差轉(zhuǎn)移法，圖5.22螺紋加工校正裝置圖5.23轉(zhuǎn)塔車床刀架轉(zhuǎn)位誤差的轉(zhuǎn)移5.2加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析5.2.1加工誤差的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)1.系統(tǒng)性誤差在順序加工一批工件時(shí)，若誤差的大小和方向保持不變，或者按一定規(guī)律變化即為系統(tǒng)性誤差。前者稱為常值系統(tǒng)性誤差，后者稱為變值系統(tǒng)性誤差。2.隨機(jī)性誤差在順序加工一批工件時(shí)，若誤差的大小和方向是無規(guī)律的變化(時(shí)大時(shí)小，時(shí)正時(shí)負(fù)……)這類誤差稱為隨機(jī)性誤差。，5.2加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析5.2.2加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析法

1.分布曲線法：通過測(cè)量一批零件加工后的實(shí)際尺寸做出尺寸分布曲線，然后按此曲線判斷這種加工方法所產(chǎn)生的誤差大小。

1)實(shí)際分布曲線

測(cè)量每個(gè)工件的加工尺寸．把測(cè)得的數(shù)據(jù)記錄下來，按尺寸大小將整批工件進(jìn)行分組，則每一組中的零件尺寸處在一定的間隔范圍內(nèi)。同一尺寸間隔內(nèi)的零件數(shù)量稱為頻數(shù)，頻數(shù)與該批零件總數(shù)之比稱為頻率。以零件尺寸為橫坐標(biāo)，以頻數(shù)(或頻率)為縱坐標(biāo)，便可得到實(shí)際分布曲線。，5.2加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析5.2.2加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析法

1.分布曲線法：

1)實(shí)際分布曲線例如，檢查一批精鏜后的活塞銷孔直徑，圖紙規(guī)定的尺寸及公差為mm，檢查件數(shù)為100個(gè)，將測(cè)量所得的數(shù)據(jù)按尺寸大小分組，每組的尺寸間隔為0.002mm，然后填在表格內(nèi)，如表5-1所示。表中n是測(cè)量的工件數(shù)，mj是每組的件數(shù)。以工件尺寸x為橫坐標(biāo)，以頻率mj/n為縱坐標(biāo)，便可繪出實(shí)際分布曲線圖（如圖5.24所示）。

，組別尺寸范圍（mm）中點(diǎn)尺寸(mm)頻數(shù)（mj）頻率（mj/n）127.992~27.99427.99344/100227.994~27.99627.9951616/100327.996~27.99827.9973232/100427.998~28.00027.9993030/100528.000~28.00228.0011616/100628.002~28.00428.00322/1005.2加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析5.2.2加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析法

1.分布曲線法：

1)實(shí)際分布曲線公差帶中心＝(28－0.015/2)mm＝27.9925mm分散范圍=最大孔徑—最小孔徑＝(28.004－27.992)mm＝0.012mm分散范圍中心＝＝29.9979mm，分析分布曲線圖，可看出：(1)分散范圍小于公差帶，即0.012＜0.015，表明本工序能滿足加工精度要求；(2)廢品率占18％(28.00-28.004)，分析其原因?yàn)槌叽绶稚⒎秶行呐c公差帶中心不重合，表明存在常值系統(tǒng)性誤差為(27.9979－27.9925)mm＝0.0054mm，將鏜刀伸出量縮短0.0054mm/2，使尺寸分散范圍中心與公差帶中心重合，便解決了廢品問題。5.2加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析5.2.2加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析法

1.分布曲線法：

1)實(shí)際分布曲線2)正態(tài)分布曲線

正態(tài)分布曲線的表達(dá)式—工件平均尺寸（尺寸分布中心），影響曲線位置

—樣本均方根偏差（標(biāo)準(zhǔn)偏差），，影響曲線形狀，如圖5.26所示。，5.2加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析5.2.2加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析法

1.分布曲線法：

1)實(shí)際分布曲線2)正態(tài)分布曲線

正態(tài)分布曲線的特點(diǎn)：（1）曲線以x=直線為左右對(duì)稱，呈鐘形，中間高，兩邊低。表示尺寸靠近分散中心的工件占大多數(shù)，而遠(yuǎn)離尺寸分散中心的工件是少數(shù)。（2）對(duì)的正偏差和負(fù)偏差，其概率相等。（3）分布曲線與x軸所圍成的面積包括了全部零件數(shù)（即100%），故其面積等于1。（4）在尺寸x1到x2間的零件的頻率（即占的百分比）可由積分獲得5.2加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析5.2.2加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析法

1.分布曲線法：

1)實(shí)際分布曲線2)正態(tài)分布曲線為簡化計(jì)算，可計(jì)算曲線下方某一數(shù)值x到尺寸中心范圍的面積。令則對(duì)于不同z值的可由表5-2查出。5.2加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析5.2.2加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析法

1.分布曲線法：

1)實(shí)際分布曲線2)正態(tài)分布曲線

正態(tài)分布曲線的特點(diǎn)：（5）可以看出，在（即）范圍內(nèi)的零件數(shù)所占的面積為99.73%，即99.73%的工件尺寸落在范圍內(nèi)，僅有0.27%的工件在范圍之外，可忽略不計(jì)。因此，一般取正態(tài)分布曲線的分布范圍是。5.2加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析5.2.2加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析法

1.分布曲線法：

1)實(shí)際分布曲線2)正態(tài)分布曲線

3）非正態(tài)分布曲線

在機(jī)械加工中，工件實(shí)際尺寸的分布情況，有時(shí)并不符合正態(tài)分布。5.2加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析5.2.2加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析法

1.分布曲線法：

4）分布曲線的應(yīng)用（1）確定各種加工方法所能達(dá)到的精度等級(jí)。

（2）判別加工誤差的性質(zhì)（3）確定工序能力及其等級(jí)工序能力等級(jí)以工序能力系數(shù)表示。工序能力系數(shù)能力等級(jí)說明Cp>1.67特級(jí)工藝能力過高，可以允許有異常波動(dòng)，不一定經(jīng)濟(jì)1.67≥Cp>1.33一級(jí)工藝能力足夠，可以允許有一定的異常波動(dòng)1.33≥Cp>1二級(jí)工藝能力勉強(qiáng)，必須密切注意1≥Cp>0.67三級(jí)工藝能力不足，可能出現(xiàn)少量不合格品0.67≥Cp四級(jí)工藝能力差，必須加以改進(jìn)5.2加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析5.2.2加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析法

1.分布曲線法：

4）分布曲線的應(yīng)用（4）確定工件尺寸的合格品率和廢品率。正態(tài)分布曲線所包含的面積代表一批零件的總數(shù)，如果尺寸分散帶大于零件的公差帶T，則將有廢品產(chǎn)生。如圖5.30（a）所示。對(duì)于某一規(guī)定的x范圍的曲線面積（如圖5.30（b）所示），可由前面給出的積分公式計(jì)算或查表獲得。圖5.30利用正態(tài)分布曲線估算廢品率5.2加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析5.2.2加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析法

1.分布曲線法：

4）分布曲線的應(yīng)用【例5-1】在磨床上加工銷軸，要求外徑mm，抽樣后測(cè)得=11.974mm，σ=0.005mm，其尺寸分布符合正態(tài)分布，試分析該工序的加工質(zhì)量，并求廢品率。解：工序能力系數(shù)工藝能力系數(shù)小于1，說明該工序工藝能力不足，因此不可避免要出現(xiàn)廢品。工件最小尺寸dmin=-3σ=11.959mm>要求的最小尺寸（11.957mm）故不會(huì)產(chǎn)生不可修復(fù)的廢品。工件最大尺寸dmax=+3σ=11.989mm>要求的最大尺寸（11.984mm）故要產(chǎn)生可修復(fù)的廢品。求廢品率：查表得：=0.4772故廢品率為：0.5-0.4772=2.28%5.2加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析5.2.2加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析法

2.點(diǎn)圖法點(diǎn)圖法是在一批工件的加工過程中，依次測(cè)量工件的加工尺寸，并以時(shí)間間隔為序，逐個(gè)（或逐組）計(jì)入相應(yīng)圖表中，以對(duì)其進(jìn)行分析的方法。

1）—R點(diǎn)圖將一批工件的尺寸按加工順序分為k組，每組有m個(gè)工件，表示某一組的平均值，R表示該組最大尺寸與最小尺寸之差,稱為極差。則以組序號(hào)為橫坐標(biāo)，以各組的與R為縱坐標(biāo)，就可作出其相應(yīng)的—R圖，如圖所示。

5.2加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析5.2.2加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析法

2.點(diǎn)圖法2）—R點(diǎn)圖的應(yīng)用判斷工藝過程的穩(wěn)定性要根據(jù)—R圖，同時(shí)需要在圖上分別找出中心線及上下控制線位置，如圖5-32所示。圖的中心線圖的上控制線：UCL=+A

下控制線：

UCL=-A

R圖的中心線：R圖的上控制線：UCL=D

5.2加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析5.2.2加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析法

2.點(diǎn)圖法2）—R點(diǎn)圖的應(yīng)用判斷工藝過程的穩(wěn)定性

表5-4正常波動(dòng)和異常波動(dòng)的標(biāo)志

正常波動(dòng)正常波動(dòng)1.沒有點(diǎn)子超出控制線2.大部分點(diǎn)子在平均線上下波動(dòng)，小部分在控制線附近3.點(diǎn)子沒有明顯的規(guī)律性1.有點(diǎn)子超出控制線2.點(diǎn)子密集分布在平均線上下附近3.點(diǎn)子密集分布在控制線附近4.連續(xù)7點(diǎn)以上出現(xiàn)在平均線一側(cè)5.連續(xù)11點(diǎn)中有10點(diǎn)出現(xiàn)在平均線一側(cè)6.連續(xù)14點(diǎn)中有12點(diǎn)以上出現(xiàn)在平均線一側(cè)7.連續(xù)17點(diǎn)中有14點(diǎn)以上出現(xiàn)在平均線一側(cè)8.連續(xù)20點(diǎn)中有16點(diǎn)以上出現(xiàn)在平均線一側(cè)9.點(diǎn)子有上升或下降趨勢(shì)10.點(diǎn)子有周期性波動(dòng)5.3機(jī)械加工表面質(zhì)量5.3.1機(jī)械加工表面質(zhì)量的含義機(jī)械加工表面質(zhì)量是指機(jī)械加工后零件表面層的幾何結(jié)構(gòu)以及受加工的影響表面層金屬與基體金屬性質(zhì)產(chǎn)生變化的情況。包括加工表面的幾何特征和表面層物理力學(xué)性能的變化兩方面內(nèi)容1．表面的幾何特征即零件加工表面的微觀幾何形狀包括表面粗糙度和表面波度。L/H<50L/H=50~1000L/H>10005.3機(jī)械加工表面質(zhì)量5.3.1機(jī)械加工表面質(zhì)量的含義2．表面層物理力學(xué)性能加工表面層的物理力學(xué)性能的變化，主要有以下三方面內(nèi)容：（1）加工表面層因塑性變形產(chǎn)生的加工硬化；（2）加工表面層因切削或磨削熱引起的金相組織變化；（3）加工表面層因力或熱的作用產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。機(jī)械加工過程中產(chǎn)生的塑性變形，使晶格扭曲、崎變，晶粒間產(chǎn)生滑移，晶粒被拉長等，這些都會(huì)使表面層金屬硬度增加，通稱為加工硬化（或冷作硬化）。機(jī)械加工過程中由于切削熱的作用，有可能表面層金屬的金相組織發(fā)生變化。例如，磨削淬火鋼時(shí)，磨削熱的作用會(huì)引起淬火鋼中馬氏體的分解，或出現(xiàn)回火組織等。由于切削力和切削熱的綜合作用，表面層金屬晶格的變形或金相組織變化，會(huì)造成表面層殘余應(yīng)力。5.3機(jī)械加工表面質(zhì)量5.3.2表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響1．表面質(zhì)量對(duì)零件耐磨性的影響表面層冷作硬化使表面層金屬的顯微硬度提高，塑性降低，減少了接觸處的彈性和塑性變形，以及金屬咬焊的可能，因而減少了磨損。但過度的冷硬會(huì)使金屬組織疏松，加劇磨損．甚至出現(xiàn)裂紋、剝落，從而使耐磨性下降。

圖5.34初期磨損量與表面粗糙度的關(guān)系零件磨損三個(gè)階段：初期磨損階段正常磨損階段劇烈磨損階段5.3機(jī)械加工表面質(zhì)量5.3.2表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響2．表面質(zhì)量對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響在交變載荷作用下，表面粗糙度的凹谷、劃痕和裂紋等部位容易引起應(yīng)力集中、產(chǎn)生疲勞裂紋，導(dǎo)致零件的疲勞損壞。表面一定程度的冷作硬化能阻礙表層疲勞裂紋的出現(xiàn)，使零件疲勞強(qiáng)度提高。但冷硬程度過大，反而易于產(chǎn)生裂紋，降低零件抵抗疲勞的能力。表面層的殘余壓應(yīng)力能部分地抵消工作載荷施加的拉應(yīng)力，延緩疲勞裂紋的擴(kuò)展，提高零件的疲勞強(qiáng)度。反之，零件表面層呈現(xiàn)殘余拉應(yīng)力時(shí)，則使疲勞裂紋加劇，降低疲勞強(qiáng)度。5.3機(jī)械加工表面質(zhì)量5.3.2表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響3．表