《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》 課件 第6章 機(jī)械加工質(zhì)量

第6章機(jī)械加工質(zhì)量6.1概述6.2加工誤差的單因素分析6.3提高加工精度的途徑6.4加工誤差綜合分析6.5機(jī)械加工表面質(zhì)量6.6加工質(zhì)量的測量15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)1第6章機(jī)械加工質(zhì)量本章要點機(jī)械加工質(zhì)量基本概念影響機(jī)械加工表面質(zhì)量的因素工藝系統(tǒng)幾何誤差工藝系統(tǒng)受力變形工藝系統(tǒng)熱變形15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)2

尺寸精度形狀精度位置精度表面粗糙度波度傷痕（劃痕、裂紋、砂眼等）加工精度表面質(zhì)量表面微觀幾何形狀精度表面變質(zhì)層表層加工硬化表層金相組織變化表層殘余應(yīng)力加工質(zhì)量6.1概述15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)3◆

加工精度：零件加工后實際幾何參數(shù)(尺寸、形狀和位置）與理想幾何參數(shù)符合程度。

理想零件：尺寸——零件尺寸公差帶中點形狀——絕對的圓柱度、圓柱面、圓錐面位置——絕對平行、垂直、同軸◆加工誤差：零件加工后實際幾何參數(shù)(尺寸、形狀和位置）與理想幾何參數(shù)的偏離。加工誤差越大，加工精度就越低，反之亦然。6.1概述15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)4獲得加工精度的方法:尺寸精度的獲得方法（1）試切法通過試切→測量→調(diào)整→再試切……直至被加工部分達(dá)到尺寸要求為止。特點：①費時費力；②對操作者技術(shù)水平要求高；③適用于單件小批量生產(chǎn)6.1概述15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)5獲得加工精度的方法:尺寸精度的獲得方法（2）調(diào)整法預(yù)先調(diào)整好刀具和工件在機(jī)床上的相對位置，并在一批零件加工過程中始終保持位置不變。特點：①尺寸穩(wěn)定②生產(chǎn)效率高③加工精度主要取決于調(diào)整精度④容易引起定位誤差6.1概述15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)6獲得加工精度的方法:尺寸精度的獲得方法（3）定尺寸刀具法零件加工尺寸主要取決于刀具尺寸。特點：①尺寸精度主要取決于刀具制造精度；

②生產(chǎn)率高，在孔加工中廣泛使用。（4）自動控制法把測量裝置、進(jìn)給裝置和控制系統(tǒng)組成自動控制的系統(tǒng)。特點：①自動化程度高；②適用于批量或大量生產(chǎn)。6.1概述15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)7獲得加工精度的方法:形狀精度的獲得方法（1）軌跡法：利用刀具與工件間的相對運動軌跡來獲得形狀。（2）成形法：利用成形刀具加工獲得表面形狀。（3）相切法：利用刀具邊旋轉(zhuǎn)邊作軌跡運動。（4）展成法：利用刀具與工件相對運動使工件被刀具切削成一定形狀的包絡(luò)線。6.1概述15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)8一次裝夾工件的幾個加工表面在一次裝夾中加工出來多次裝夾零件有關(guān)表面間的位置精度是由刀具相對工件的成形運動與工件的定位基準(zhǔn)面（工件前幾次裝夾時的加工面）之間的位置關(guān)系保證的。零件的相互位置精度主要由機(jī)床和夾具精度以及工件的安裝精度來保證。獲得加工精度的方法:位置精度的獲得方法6.1概述15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)9影響加工精度的因素

原始誤差與工藝系統(tǒng)原始狀態(tài)有關(guān)的原始誤差(幾何誤差)與工藝過程有關(guān)的原始誤差(動誤差)原理誤差定位誤差調(diào)整誤差刀具誤差夾具誤差機(jī)床誤差工藝系統(tǒng)受力變形（包括夾緊變形）工藝系統(tǒng)受熱變形刀具磨損測量誤差工件殘余應(yīng)力引起的變形工件相對于刀具靜止?fàn)顟B(tài)下的誤差工件相對于刀具運動狀態(tài)下的誤差主軸回轉(zhuǎn)誤差導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差傳動誤差原始誤差分類6.1概述15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)10影響加工精度的因素

6.1概述15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)11研究加工質(zhì)量的方法

◆理論方法：運用物理學(xué)和力學(xué)原理，分析研究某一個或某幾個因素對加工精度或表面質(zhì)量的影響?！粼囼灧椒ǎ和ㄟ^試驗或測試，確定影響各因素與加工質(zhì)量指標(biāo)之間的關(guān)系。◆統(tǒng)計分析方法：運用數(shù)理統(tǒng)計原理和方法，根據(jù)被測質(zhì)量指標(biāo)的統(tǒng)計性質(zhì)，對工藝過程進(jìn)行分析和控制。物理方法數(shù)學(xué)方法6.1概述15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)12

圖：ΔRΔYRRΔR=ΔX顯然：

工藝系統(tǒng)原始誤差方向不同，對加工誤差的影響程度也不同。對加工誤差影響最大的方向，稱為誤差敏感方向。

誤差敏感方向一般為已加工表面過切削點的法線方向。ＯYR0Xa）ＯYR0Xb）誤差敏感方向6.1概述15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)13加工原理誤差是指采用了近似的成型運動或近似的刀刃輪廓進(jìn)行加工而產(chǎn)生的誤差。式中R——球頭刀半徑；

h——允許的殘留高度。例1：在數(shù)控銑床上采用球頭刀銑削復(fù)雜形面零件SRh空間曲面數(shù)控加工加工原理誤差例2：用阿基米德渦桿滾刀滾切漸開線齒輪6.2.1加工原理誤差15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)146.2.2工藝系統(tǒng)幾何誤差—機(jī)床幾何誤差

主軸回轉(zhuǎn)誤差是指主軸實際回轉(zhuǎn)線對其理想回轉(zhuǎn)軸線的漂移。為便于研究，可將主軸回轉(zhuǎn)誤差分解為徑向圓跳動、端面圓跳動和傾角擺動三種基本型式。b）端面圓跳動（軸向竄動）a）徑向圓跳動（徑向跳動）c）傾角擺動（純角度擺動）主軸回轉(zhuǎn)誤差基本形式主軸回轉(zhuǎn)誤差15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)15◆

主軸回轉(zhuǎn)誤差對加工精度的影響★

主軸徑向圓跳動對加工精度的影響（鏜孔）考慮最簡單的情況，主軸回轉(zhuǎn)中心在X方向上作簡諧直線運動，其頻率與主軸轉(zhuǎn)速相同，幅值為2e。則刀尖的坐標(biāo)值為：e徑向跳動對鏜孔精度影響式中R——刀尖回轉(zhuǎn)半徑；

φ——主軸轉(zhuǎn)角。顯然，上式為一橢圓。6.2.2工藝系統(tǒng)幾何誤差—機(jī)床幾何誤差15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)16

徑向跳動對車外圓精度影響12345678仍考慮最簡單的情況，主軸回轉(zhuǎn)中心在X方向上作簡諧直線運動，其頻率與主軸轉(zhuǎn)速相同，幅值為2e。則刀尖運動軌跡接近于正圓。★

主軸徑向圓跳動對加工精度的影響（車外圓）在工件的1處（主軸中心偏移最大之處）切出的半徑比在工件的3、7處切出的半徑小一個幅值e；在工件的5處切出的半徑比在工件的3、7處切出的半徑大一個幅值e。6.2.2工藝系統(tǒng)幾何誤差—機(jī)床幾何誤差15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)17★

主軸端面圓跳動對加工精度的影響被加工端面不平，與圓柱面不垂直；

主軸的軸向竄動對內(nèi)、外圓的加工精度沒有影響，但加工端面時，會使加工的端面與內(nèi)外圓軸線產(chǎn)生垂直度誤差。

主軸每轉(zhuǎn)一周，要沿軸向竄動一次，使得切出的端面產(chǎn)生平面度誤差。

端面圓跳動對加工精度的影響加工螺紋時，產(chǎn)生螺距周期性誤差。6.2.2工藝系統(tǒng)幾何誤差—機(jī)床幾何誤差15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)18★主軸傾角擺動對加工精度的影響與主軸徑向跳動影響類似，不僅影響圓度誤差，而且影響圓柱度誤差。

車外圓：得到圓形工件，但產(chǎn)生圓柱度誤差（錐體）車端面：產(chǎn)生平面度誤差

鏜孔時，主軸回轉(zhuǎn)軸線與工作臺導(dǎo)軌不平行，使鏜出的孔呈橢圓形。

6.2.2工藝系統(tǒng)幾何誤差—機(jī)床幾何誤差15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)19AB◆影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素

軸徑不圓引起車床主軸徑向跳動★滑動軸承鏜床——軸承孔不圓引起鏜床主軸徑向跳動主軸總是以軸頸某一固定部位與軸承內(nèi)表面的不同部位接觸

軸承孔不圓引起鏜床主軸徑向跳動車床——軸徑不圓引起車床主軸徑向跳動（注意其頻率特性）

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靜壓軸承——對軸承孔或軸徑圓度誤差起均化作用6.2.2工藝系統(tǒng)幾何誤差—機(jī)床幾何誤差15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)20◆影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素內(nèi)外滾道圓度誤差、滾動體形狀及尺寸誤差★滾動軸承

車床：滾動軸承內(nèi)圈滾道的圓度誤差對主軸徑向圓跳動影響較大；

鏜床：軸承外圈滾道的圓度誤差對主軸徑向圓跳動影響較大。6.2.2工藝系統(tǒng)幾何誤差—機(jī)床幾何誤差15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)21◆影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素★推力軸承滾道端面平面度誤差及與回轉(zhuǎn)軸線的垂直度誤差★其他因素軸承孔同軸度誤差；軸肩、隔套端面平面度誤差及與回轉(zhuǎn)軸線的垂直度誤差；裝配質(zhì)量等a）b）Δ≈0Δ止推軸承端面誤差對主軸軸向竄動的影響6.2.2工藝系統(tǒng)幾何誤差—機(jī)床幾何誤差15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)22★傳統(tǒng)測量方法存在問題：◆主軸回轉(zhuǎn)誤差的測量傳統(tǒng)測量方法a)b)主軸回轉(zhuǎn)誤差測量法1—擺動盤2，4—傳感器3—精密測球5—放大器6—示波器

★準(zhǔn)確測量方法包含心軸、錐孔誤差在內(nèi)非運動狀態(tài)6.2.2工藝系統(tǒng)幾何誤差—機(jī)床幾何誤差15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)23◎?qū)к壐边\動件實際運動方向與理想運動方向的偏差包括：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，前后導(dǎo)軌平行度（扭曲），導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線的平行度（或垂直度）等。

導(dǎo)軌水平面內(nèi)的直線度誤差導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差Δ1將直接反映在工件加工表面法線方向上，誤差ΔR=Δ1

。刀尖在水平面內(nèi)的運動軌跡造成工件軸向形狀誤差。6.2.2工藝系統(tǒng)幾何誤差—機(jī)床幾何誤差15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)24

導(dǎo)軌垂直面內(nèi)的直線度誤差導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差對臥式車床影響可忽略不計。但對平面磨床、龍門刨床誤差將直接反映在工件上。導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)有直線度誤差△Z對工件的尺寸和形狀誤差影響比在水平面內(nèi)的直線度誤差Δ1小得多，可忽略不計。6.2.2工藝系統(tǒng)幾何誤差—機(jī)床幾何誤差15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)25導(dǎo)軌扭曲對加工精度的影響，影響顯著ΔX導(dǎo)軌扭曲引起的加工誤差HδΔRDαBXY導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差

當(dāng)前后導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)有扭曲時，刀架將產(chǎn)生擺動，刀架沿床身導(dǎo)軌作縱向進(jìn)給運動時,刀尖的運動軌跡是一條空間曲線，使工件產(chǎn)生圓柱度誤差。導(dǎo)軌間在垂直方向有平行度誤差δ時，將使工件與刀具的正確位置在誤差敏感方向產(chǎn)生的偏移量，使工件半徑產(chǎn)生△R＝△X的誤差，對加工精度影響較大。

6.2.2工藝系統(tǒng)幾何誤差—機(jī)床幾何誤差15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)26◆影響導(dǎo)軌導(dǎo)向精度的主要因素機(jī)床制造誤差機(jī)床安裝誤差導(dǎo)軌磨損6.2.2工藝系統(tǒng)幾何誤差—機(jī)床幾何誤差15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)27◆機(jī)床傳動誤差對加工精度的影響齒輪機(jī)床傳動鏈z7=z8=16z1=64zn=96z5=z6=23z3=z4=23bz2=16zn-1=1icefacd以齒輪機(jī)床傳動鏈為例：式中Δφ∑

——傳動鏈末端元件轉(zhuǎn)角誤差；

kj——第j個傳動元件的誤差傳遞系數(shù)，表明第j個傳動元件對末端元件轉(zhuǎn)角誤差影響程度，其數(shù)值等于該元件至末端元件的傳動比；

ωn

——傳動鏈末端元件角速度；

αj——第j個傳動元件轉(zhuǎn)角誤差的初相角。機(jī)床傳動誤差6.2.2工藝系統(tǒng)幾何誤差—機(jī)床幾何誤差15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)28

縮短傳動鏈長度，減少傳動元件數(shù)目采用降速傳動，縮小誤差提高末端元件的制造精度與安裝精度消除傳動間隙采用頻譜分析方法，找出影響傳動精度的誤差環(huán)節(jié)采用誤差補(bǔ)償機(jī)構(gòu)或自動補(bǔ)償裝置末端元件轉(zhuǎn)角誤差

傳動鏈誤差的頻譜分析a)ΔφΣφnA1A2Aib)ω（頻率）A（幅值）ω1ω2ωi◆提高傳動精度措施6.2.2工藝系統(tǒng)幾何誤差—機(jī)床幾何誤差15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)29刀具誤差包括刀具切削部、裝夾部的制造誤差及刀具安裝誤差定尺寸刀具刀具的尺寸和形狀誤差將直接影響工件的尺寸和形狀精度。如鉆頭、鉸刀、鏜刀塊、孔拉刀、絲錐、板牙、鍵槽銑刀等）成形刀具形狀誤差將直接決定工件的形狀精度。成形刀具的安裝誤差所引起的工件形狀誤差是不可忽視的。如成形車刀安裝高于或低于加工中心時，就會產(chǎn)生較大的工件形狀誤差。6.2.3工藝系統(tǒng)幾何誤差—刀具與夾具誤差15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)30刀具誤差展成刀具刀刃的形狀、尺寸精度，及其安裝、調(diào)整不正確影響加工表面的形狀精度。如齒輪滾動、插齒刀、花鍵滾刀等。在加工批量不大時的磨損也很小，可以忽略不計。刀具的尺寸磨損刀具磨損直接影響刀具的尺寸、形狀等。6.2.3工藝系統(tǒng)幾何誤差—刀具與夾具誤差一般刀具制造誤差對工件的加工精度沒有直接的影響，這是因為，加工表面的形狀主要是由機(jī)床運動精度來保證的，加工表面的尺寸主要是由調(diào)整決定的。15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)31L±0.05φ6F7φ10F7k6φ20H7g6YZ鉆徑向孔的夾具

夾具誤差影響加工位置精度與夾具有關(guān)的影響位置誤差因素包括：

通常要求定位誤差和夾具制造誤差不大于工件相應(yīng)公差的1/3。夾具誤差1）定位誤差；2）刀具導(dǎo)向（對刀）誤差；3）夾緊誤差；4）夾具制造誤差；5）夾具安裝誤差；……6.2.3工藝系統(tǒng)幾何誤差—刀具與夾具誤差15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)32測量誤差試切時與正式切削時切削厚度不同造成的誤差機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的位移誤差定程機(jī)構(gòu)誤差樣件或樣板誤差測量有限試件造成的誤差和試切法有關(guān)的誤差a）b）

試切法與調(diào)整法試切法調(diào)整法6.2.4工藝系統(tǒng)幾何誤差—調(diào)整誤差15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)336.2.3工藝系統(tǒng)的受力變形—基本概念

在切削加工過程中，工藝系統(tǒng)受到切削力、重力、夾緊力、傳動力和慣性力等的作用，會產(chǎn)生相應(yīng)的變形。這種變形將破壞刀具與工件之間已經(jīng)調(diào)整好的位置關(guān)系，造成加工誤差。工藝系統(tǒng)受力變形塑性變形，永久變形，增加一個幾何誤差彈性變形，可恢復(fù)，影響加工精度6.2.5工藝系統(tǒng)的受力變形15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)34在加工誤差敏感方向上工藝系統(tǒng)所受背向力與該方向變形量之比：工藝系統(tǒng)剛度式中k—工藝系統(tǒng)剛度；

Fp—背向力；

y—工藝系統(tǒng)位移（合力作用下的位移）根據(jù)胡克定律，作用力F與在作用力方向上產(chǎn)生的變形量y的比值，稱為物體的靜剛度k，簡稱剛度。

F—作用力，N；y—變形量，mm6.2.5工藝系統(tǒng)的受力變形15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)35式中k——工藝系統(tǒng)剛度。

工藝系統(tǒng)受力變形等于工藝系統(tǒng)各組成部分受力變形的疊加。工藝系統(tǒng)剛度計算工藝系統(tǒng)總剛度總是小于系統(tǒng)中剛性最差的部件剛度。提高系統(tǒng)剛度，必須從剛度最差的部分著手。6.2.5工藝系統(tǒng)的受力變形15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)36◆用兩頂尖裝夾車短粗軸—工藝系統(tǒng)變形引起加工誤差切削力作用點位置變化引起工件形狀誤差不計工件的變形，只計算頭架、尾座頂尖處和刀具的變形刀具的變形不隨切削點位置的變化而變化，因此也不影響工件的形狀精度頭架（機(jī)床）受力為尾座頂尖受力為刀具（包含刀架）所受力為6.2.5工藝系統(tǒng)的受力變形15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)37刀具（包括刀架）產(chǎn)生的變形為：頭架產(chǎn)生的變形為：尾座產(chǎn)生的變形為：在刀具切削點處工件徑向方向的位移為6.2.5工藝系統(tǒng)的受力變形15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)38在刀具切削點處工件徑向的位移為工藝系統(tǒng)的總變形量為機(jī)床變形yx和刀具變形y刀具的簡單疊加：6.2.5工藝系統(tǒng)的受力變形15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)39，yx取得最小值6.2.5工藝系統(tǒng)的受力變形15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)40一般頭架處的剛度比尾座處的剛度大一些，車出工件的形狀為與變形曲線對應(yīng)的馬鞍形。工藝系統(tǒng)的總變形量為機(jī)床變形yx和刀具變形y刀具的簡單疊加：6.2.5工藝系統(tǒng)的受力變形15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)41工件受力變形引起的加工誤差◆用兩頂尖裝夾車細(xì)長軸—工件變形引起加工誤差機(jī)床、夾具和刀具的變形忽略不計工藝系統(tǒng)的變形主要取決于工件的變形式中E——工件材料彈性模量；

I——工件截面慣性矩；Fp，L，x——含義同前。6.2.5工藝系統(tǒng)的受力變形15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)42

由于工件變形，使工件加工后成鼓形車細(xì)長軸—鼓形6.2.5工藝系統(tǒng)的受力變形15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)43工件受力變形引起的加工誤差

工藝系統(tǒng)變形引起的加工誤差

工藝系統(tǒng)剛度6.2.5工藝系統(tǒng)的受力變形15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)44式中Δg

——工件圓度誤差；

Δm

——毛坯圓度誤差；

k——工藝系統(tǒng)剛度；

ε——誤差復(fù)映系數(shù)。

以橢圓截面車削為例說明

誤差復(fù)映現(xiàn)象ap1Δ1ap2Δ2毛坯外形工件外形由于工藝系統(tǒng)受力變形，使毛坯誤差部分反映到工件上，誤差形狀相似，誤差值減小，此種現(xiàn)象稱為“誤差復(fù)映”。切削力大小變化引起的加工誤差

誤差復(fù)映6.2.5工藝系統(tǒng)的受力變形15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)45

誤差復(fù)映系數(shù)工藝系統(tǒng)的剛度k越大，復(fù)映系數(shù)ε越小，毛坯誤差復(fù)映到工件上去的部分就越少。一般ε<<1，經(jīng)加工之后工件的誤差比加工前的誤差減小，經(jīng)多道工序或多次走刀加工之后，工件的誤差就會減小到工件公差所許可的范圍內(nèi)。誤差復(fù)映程度可用誤差復(fù)映系數(shù)來表示，誤差復(fù)映系數(shù)與系統(tǒng)剛度成反比，由此可得：6.2.5工藝系統(tǒng)的受力變形15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)46

誤差復(fù)映系數(shù)在粗加工時，每次走刀的進(jìn)給量f一般不變，假設(shè)誤差復(fù)映系數(shù)均為ε，則n次走刀就有

εz=εn

增加走刀次數(shù)，可減小誤差復(fù)映，提高加工精度，但生產(chǎn)率降低了。

提高工藝系統(tǒng)剛度，對減小誤差復(fù)映系數(shù)具有重要意義。

毛坯的各種形狀誤差（圓度、圓柱度、同軸度、平面度等）都會以一定的復(fù)映系數(shù)，復(fù)映成工件的加工誤差。6.2.5工藝系統(tǒng)的受力變形15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)47切削過程中受力方向變化引起的加工誤差在切削過程中，如果有方向周期性變化的力（旋轉(zhuǎn)力）作用于刀具和工件之間，工藝系統(tǒng)隨之產(chǎn)生一定量的變形。當(dāng)誤差敏感方向的分力變化時，實際背吃刀量也發(fā)生變化，造成工件形狀誤差（一般為心形圓度誤差）在車床上，車削連桿大頭孔，慣性力方向不斷變化，造成加工后孔的圓度誤差。提高系統(tǒng)剛度、降低轉(zhuǎn)速、增加平衡塊等措施都可以減少圓度誤差，提高加工精度6.2.5工藝系統(tǒng)的受力變形15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)48夾緊力、重力、傳動力和慣性力引起的加工誤差◆夾緊力影響

薄壁套夾緊變形薄壁工件磨削【例1】薄壁套夾緊變形

解決：加開口套【例2】薄壁工件磨削

解決：加橡皮墊6.2.5工藝系統(tǒng)的受力變形15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)49龍門銑橫梁變形【例】龍門銑橫梁龍門銑橫梁變形轉(zhuǎn)移龍門銑橫梁變形補(bǔ)償◆重力影響

解決1：重量轉(zhuǎn)移

解決2：變形補(bǔ)償6.2.5工藝系統(tǒng)的受力變形15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)50車床刀架變形曲線ΔX（μm）10203040500123F（KN）

非線形關(guān)系，不完全是彈性變形加載和卸載曲線不重合，所圍面積表示克服摩擦和接觸塑性變形所作功存在殘余變形，反復(fù)加載卸載后殘余變形→0

機(jī)床部件剛度比按實體估算值小許多，表明其變形受多種因素影響機(jī)床部件變形曲線6.2.5工藝系統(tǒng)的受力變形15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)51式中c,m——與接觸面材料、表面狀況有關(guān)的系數(shù)和指數(shù)；

p——表面壓強(qiáng)。組成件的實體剛度——受力產(chǎn)生拉伸、壓縮、彎曲變形；特別是薄弱件（楔條、軸套等）影響較大連接表面接觸變形——其大小與接觸面壓強(qiáng)有關(guān)影響機(jī)床部件剛度因素接觸變形曲線xOppΔpxΔx6.2.5工藝系統(tǒng)的受力變形15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)52結(jié)合面間隙零件表面摩擦力的影響影響機(jī)床部件剛度因素機(jī)床部件剛度的薄弱環(huán)節(jié)a)溜板中的楔鐵b)軸承套6.2.5工藝系統(tǒng)的受力變形15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)53選用合理的零部件結(jié)構(gòu)和斷面形狀提高連接表面接觸剛度（降低表面粗糙度，改進(jìn)接觸質(zhì)量，預(yù)加載荷）提高刀具和夾具的剛度，減少受力變形支座零件不同安裝方法轉(zhuǎn)塔車床導(dǎo)向桿提高工藝系統(tǒng)剛度控制受力大小和方向合理裝夾工件采用輔助支承（中心架，跟刀架，鏜桿支承等）6.2.5工藝系統(tǒng)的受力變形15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)54在精密加工和大件加工中，工藝系統(tǒng)熱變形引起的加工誤差占總誤差的約40～70%。

溫度場——工藝系統(tǒng)各部分溫度分布熱平衡——單位時間內(nèi)，系統(tǒng)傳入的熱量與傳出的熱量相等，系統(tǒng)各部分溫度保持在一相對穩(wěn)定的數(shù)值上（熱機(jī)）溫度場與熱平衡研究——目前以實驗研究為主工藝系統(tǒng)熱源內(nèi)部熱源外部熱源切削熱摩擦熱環(huán)境熱源輻射熱工藝系統(tǒng)熱變形工藝系統(tǒng)熱源溫度場與工藝系統(tǒng)熱平衡6.2.6工藝系統(tǒng)的熱變形15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)55

體積大，熱容量大，溫升不高，達(dá)到熱平衡時間長結(jié)構(gòu)復(fù)雜，溫度場和變形不均勻，對加工精度影響顯著運轉(zhuǎn)時間/h0123450150100200位移/μm20406080溫升/℃ΔYΔX前軸承溫升

車床受熱變形a）車床受熱變形形態(tài)b）溫升與變形曲線機(jī)床熱變形特點車床熱變形6.2.6工藝系統(tǒng)的熱變形15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)56

立銑（圖a）立式銑床、外圓磨床、導(dǎo)軌磨床受熱變形a）銑床受熱變形形態(tài)b）外圓磨床受熱變形形態(tài)c）導(dǎo)軌磨床受熱變形形態(tài)

外圓磨（圖b）

導(dǎo)軌磨（圖c）其他機(jī)床熱變形6.2.6工藝系統(tǒng)的熱變形15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)57

體積小，熱容量小，達(dá)到熱平衡時間較短溫升高，變形不容忽視（達(dá)0.03～0.05mm）◆特點τ(min)

車刀熱變形曲線連續(xù)切削升溫曲線冷卻曲線間斷切削升溫曲線ξ（μm）τb0刀具熱變形6.2.6工藝系統(tǒng)的熱變形15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)58◆圓柱類工件熱變形

5級絲杠累積誤差全長≤5μm，可見熱變形的嚴(yán)重性式中ΔL，ΔD——長度和直徑熱變形量；

L，D——工件原有長度和直徑；

α——工件材料線膨脹系數(shù)；

Δt——溫升。

長度：

直徑：

例：長400mm絲杠，加工過程溫升1℃，熱伸長量為：工件熱變形6.2.6工藝系統(tǒng)的熱變形15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)59式中ΔX——變形撓度；

L，S——工件原有長度和厚度；

α——工件材料線膨脹系數(shù)；

Δt——溫升。◆板類工件單面加工時的熱變形平面加工熱變形ΔXφ/4φLS此值已大于精密導(dǎo)軌平直度要求結(jié)果：加工時上表面升溫，工件向上拱起，磨削時將中凸部分磨平，冷卻后工件下凹。例：高600mm，長2000mm的床身，若上表面溫升為3℃，則變形量為：6.2.6工藝系統(tǒng)的熱變形15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)60例1：磨床油箱置于床身內(nèi)，其發(fā)熱使導(dǎo)軌中凹解決：導(dǎo)軌下加回油槽平面磨床補(bǔ)償油溝例2：立式平面磨床立柱前壁溫度高，產(chǎn)生后傾。解決：采用熱空氣加熱立柱后壁。均衡立柱前后壁溫度場

減少切削熱和磨削熱，粗、精加工分開。

充分冷卻和強(qiáng)制冷卻。

隔離熱源。減少熱源發(fā)熱和隔離熱源均衡溫度場6.2.6工藝系統(tǒng)的熱變形15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)61支承距影響熱變形L1L2

熱對稱結(jié)構(gòu)熱補(bǔ)償結(jié)構(gòu)（主軸熱補(bǔ)償）

雙端面磨床主軸熱補(bǔ)償1—主軸2—殼體3—過渡套筒熱伸長方向

合理選擇裝配基準(zhǔn)高速空運轉(zhuǎn)人為加熱

恒溫人體隔離采用合理結(jié)構(gòu)加速達(dá)到熱平衡控制環(huán)境溫度6.2.6工藝系統(tǒng)的熱變形15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)62鑄件殘余應(yīng)力引起變形冷校直引起的殘余應(yīng)力壓拉加載壓壓拉拉卸載

設(shè)計合理零件結(jié)構(gòu)粗、精加工分開避免冷校直時效處理殘余應(yīng)力來源

毛坯制造和熱處理產(chǎn)生的殘余應(yīng)力減小殘余應(yīng)力措施

冷校直帶來的殘余應(yīng)力切削加工帶來的殘余應(yīng)力6.2.6工件殘余應(yīng)力引起的變形15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)63

合理采用先進(jìn)工藝和設(shè)備◆誤差預(yù)防指減小原始誤差本身或減小原始誤差的影響。

轉(zhuǎn)移原始誤差a）b）

轉(zhuǎn)塔車床刀架轉(zhuǎn)位誤差的轉(zhuǎn)移

誤差補(bǔ)償

就地加工

均化原始誤差，如研磨加工誤差控制法6.3.1誤差預(yù)防15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)64

在線測量與在線補(bǔ)償◆指人為引入附加誤差因素，以抵消或減小原始誤差的影響

高壓油泵偶件自動配磨裝置示意圖柱塞銷柱塞6.3.2誤差補(bǔ)償15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)65

以彈性變形補(bǔ)償熱變形

以彈性變形補(bǔ)償熱變形

其他補(bǔ)償方法以熱變形補(bǔ)償熱變形龍門銑橫梁變形補(bǔ)償附加夾緊力

以熱變形補(bǔ)償熱變形

以幾何誤差補(bǔ)償受力變形6.3.2誤差補(bǔ)償15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)66系統(tǒng)誤差在順序加工一批工件中，其大小和方向均不改變，或按一定規(guī)律變化的加工誤差。◆

常值系統(tǒng)誤差——其大小和方向均不改變。如機(jī)床、夾具、刀具的制造誤差，工藝系統(tǒng)在均勻切削力作用下的受力變形，調(diào)整誤差，機(jī)床、夾具、量具的磨損等因素引起的加工誤差?！?/p>

變值系統(tǒng)誤差——誤差大小和方向按一定規(guī)律變化。如機(jī)床、夾具、刀具在熱平衡前的熱變形，刀具磨損等因素引起的加工誤差。加工誤差系統(tǒng)誤差隨機(jī)誤差常值系統(tǒng)誤差變值系統(tǒng)誤差加工誤差統(tǒng)計特性6.4.1加工誤差的性質(zhì)15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)67◆

在順序加工一批工件中，其大小和方向隨機(jī)變化的加工誤差?！?/p>

如毛坯余量或硬度不均，引起切削力的隨機(jī)變化而造成的加工誤差；定位誤差；夾緊誤差；殘余應(yīng)力引起的變形等?！?/p>

隨機(jī)誤差是工藝系統(tǒng)中大量隨機(jī)因素共同作用而引起的?！?/p>

隨機(jī)誤差服從統(tǒng)計學(xué)規(guī)律。隨機(jī)誤差加工誤差的統(tǒng)計分析◆

運用數(shù)理統(tǒng)計原理和方法，根據(jù)被測質(zhì)量指標(biāo)的統(tǒng)計性質(zhì)，對工藝過程進(jìn)行分析和控制。6.4.1加工誤差的性質(zhì)15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)681）采集數(shù)據(jù)樣本容量通常取n=100～2002）確定分組數(shù)、組距、組界、組中值①初選分組數(shù)k；②確定組距d：

取整，d′→d

③

確定各組組界、組中值

④統(tǒng)計各組頻數(shù)直方圖6.4.2分布圖分析法15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)69-14.5-8.55-3.5x

y

（頻數(shù)）（偏差值）（平均偏差）-15-10-5（公差帶中心）（公差帶下限）（公差帶上限）3）計算樣本平均值和標(biāo)準(zhǔn)差:4）畫直方圖6.4.2分布圖分析法15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)70◆正態(tài)分布

式中μ和σ分別為正態(tài)分布隨機(jī)變量總體平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。平均值μ=0，標(biāo)準(zhǔn)差σ=1的正態(tài)分布稱為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，記為：

x~N(0,1)

概率密度函數(shù)y

正態(tài)分布曲線μx0-σ+σ分布曲線6.4.2分布圖分析法15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)71

分布函數(shù)令：將z代入稱z

為標(biāo)準(zhǔn)化變量yF（z）正態(tài)分布曲線μ(z=0)x(z)0z-σ+σ6.4.2分布圖分析法15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)726.4.2分布圖分析法15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)73◆判斷加工性質(zhì)

判斷是否存在明顯的常值系統(tǒng)誤差曲線的中心和公差帶中心不重合時，存在常值系統(tǒng)分布圖應(yīng)用判斷常值系統(tǒng)誤差的大小分布曲線的中心與公差帶中點的距離△，即為常值系統(tǒng)誤差的大小6.4.2分布圖分析法15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)74◆確定工序能力工序能力系數(shù)Cp：工件的公差T和工序能力6σ之比，表示工序能力滿足加工精度要求的程度。工序能力系數(shù)TU,TL——公差帶上、下限；

Δ——公差帶中心與誤差分布中心偏移距離；

σ——誤差分布的標(biāo)準(zhǔn)差。分布圖應(yīng)用6.4.2分布圖分析法15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)75

工序能力等級

工序能力系數(shù)工序等級說明

CP＞1.67特級工序能力過高1.67≥CP

＞1.33一級工序能力足夠1.33≥CP

＞1.00二級工序能力勉強(qiáng)1.00≥CP

＞0.67三級工序能力不足

0.67≥CP

四級工序能力很差工序能力等級6.4.2分布圖分析法15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)76◆非正態(tài)分布

xy0a）雙峰分布

雙峰分布：兩次調(diào)整下加工的工件或兩臺機(jī)床加工的工件混在一起xy0b）平頂分布xy0c）偏向分布

平頂分布：工件瞬時尺寸分布呈正態(tài)，其算術(shù)平均值近似成線性變化（如刀具和砂輪均勻磨損

偏向分布：如工藝系統(tǒng)存在顯著的熱變形，或試切法加工孔時寧小勿大，加工外圓時寧大勿小6.4.2分布圖分析法15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)7701234567樣組序號b）工件尺寸公差帶T控制限工件序號c）AA′B′O′OB工件尺寸工件尺寸工件序號a差帶T控制限單值點圖加工過程中觀察誤差的變化，便于及時調(diào)整機(jī)床，控制加工誤差，彌補(bǔ)分析曲線的不足。6.4.3點圖分析法15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)78

圖是平均值控制圖和極差控制圖聯(lián)合使用的統(tǒng)稱圖

表示樣組平均值，R表示樣組極差6.4.3點圖分析法15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)79R圖：

圖控制限圖：6.4.3點圖分析法15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)80◆工藝過程穩(wěn)定性點子正常波動→工藝過程穩(wěn)定；點子異常波動→工藝過程不穩(wěn)定

圖R

圖UCL=19.67CL=8.900510樣組序號1520LCL=00510樣組序號1520x圖LCL=11.57UCL=21.89CL=16.73◆穩(wěn)定性判別——沒有點子超出控制限——大部分點子在中心線上下波動，小部分點子靠近控制限——點子變化沒有明顯規(guī)律性（如上升、下降傾向，或周期性波動）平均值和極差同時滿足為穩(wěn)定

圖分析6.4.3點圖分析法15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)81宏觀幾何形狀誤差（平面度、圓度等）—波長/波高＞1000表面波度

—波長/波高=50～1000；且具有周期特性表面粗糙度

——波長/波高＜50a）波度b）表面粗糙度

零件加工表面的粗糙度與波度RZλHλRZ機(jī)械加工后的工件表面，總存在峰谷交替的波紋。表明的不平整性，可根據(jù)波長和波高的特征劃分為三種情況：6.5.1加工表面質(zhì)量基本概念15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)82加工過程中工件表層金屬產(chǎn)生塑性變形,金屬晶體產(chǎn)生剪切滑移，晶格扭曲使表層金屬強(qiáng)度、硬度提高，塑性下降。表面層加工硬化的衡量指標(biāo):表層顯微硬度HV、硬化層深度h和硬化程度N

金相組織變化主要發(fā)生在磨削加工過程中，當(dāng)磨削溫度超過材料相變溫度，金相組織將發(fā)生變化，表層顯微硬度變化、產(chǎn)生表面殘余應(yīng)力、顯微裂紋，表面出現(xiàn)彩色氧化膜，又稱為磨削燒傷。表面層加工硬化表面金相組織變化和磨削燒傷6.5.1加工表面質(zhì)量基本概念15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)83表層殘余應(yīng)力冷態(tài)塑性變形引起殘余應(yīng)力:擠壓摩擦晶格拉長后部分彈性恢復(fù)受阻時產(chǎn)生，一般為表層殘余壓應(yīng)力。熱態(tài)塑性變形引起殘余應(yīng)力：切削表層熱膨脹產(chǎn)生塑性變形，冷卻時受阻表層殘余拉應(yīng)力。金相組織變化引起殘余應(yīng)力：金相組織不同，密度不同而造成表層體積變化產(chǎn)生殘余應(yīng)力。6.5.1加工表面質(zhì)量基本概念15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)84表面質(zhì)量對零件使用性能的影響

對耐磨性影響Ra（μm）初始磨損量重載荷輕載荷

表面粗糙度與初始磨損量表面粗糙度值↓→耐疲勞性↑適當(dāng)硬化可提高耐疲勞性表面粗糙度值↓→耐蝕性↑表面壓應(yīng)力：有利于提高耐蝕性表面粗糙度值↑→配合質(zhì)量↓表面粗糙度值↓→耐磨性↑，但有一定限度對耐疲勞性影響對耐蝕性影響對配合質(zhì)量影響適當(dāng)硬化可提高耐磨性6.5.1加工表面質(zhì)量基本概念15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)85

車削時殘留面積的高度直線刃車刀（圖a）圓弧刃車刀（圖b）影響因素：fκrRmaxvfⅠⅡrεb）RmaxⅠⅡfa）vf切削殘留面積高度6.5.2切削加工表面粗糙度影響因素及其控制15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)86

切削速度影響最大：v=10～50m/min范圍，易產(chǎn)生積屑瘤和鱗刺，表面粗糙度最差。

其他影響因素：刀具幾何角度、刃磨質(zhì)量，切削液等切削45鋼時切削速度與粗糙度關(guān)系100120v（m/min）020406080140表面粗糙度Rz（μm）481216202428收縮系數(shù)Ks1.52.02.53.0積屑瘤高度

h（μm）0200400600hKsRz切削表面塑性變形和積屑瘤6.5.2切削加工表面粗糙度影響因素及其控制15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)87

砂輪速度v↑，Ra↓

工件速度vw↑，Ra↑

砂輪縱向進(jìn)給f↑，Ra

↑

磨削深度ap↑，Ra

↑

磨削用量對表面粗糙度的影響vw

f=2.36(m/min)ap=0.01(mm)v

f=2.36(m/min)ap

=0.01(mm)v(m/s),vw(m/min)Ra(μm)0304050600.51.0a）ap(mm)00.010.40.8Ra(μm)00.20.60.020.030.04b）磨削用量影響

光磨次數(shù)-Ra關(guān)系Ra(μm)01020300.020.040.06光磨次數(shù)粗粒度砂輪(WA60KV)細(xì)粒度砂輪(WA/GCW14KB)光磨次數(shù)↑，Ra↓6.5.3磨削加工表面粗糙度影響因素及其控制15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)88

砂輪粒度號↑（粒徑越?。?，Ra↓；砂輪硬度適中，Ra↓；常取中軟砂輪組織適中，Ra↓

；常取中等組織采用超硬砂輪材料，Ra

↓

砂輪精細(xì)修整，Ra↓砂輪影響其他影響因素

工件材料冷卻潤滑液等6.5.4磨削加工表面粗糙度影響因素15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)89切削加工

f↑，冷硬程度↑◆切削用量影響◆刀具影響

后角↑，冷硬程度↓其他幾何參數(shù)影響不明顯后刀面磨損影響顯著00.20.40.60.81.0磨損寬度VB(mm)100180260340硬度(HV)50鋼，v

=40(m/min)f=0.12～0.2(mm/z)

后刀面磨損對冷硬影響◆工件材料

材料塑性↑，冷硬傾向↑

切削速度影響復(fù)雜（力與熱綜合作用結(jié)果）切削深度影響不大

f和v對冷硬的影響硬度(HV)0f(mm/r)0.20.40.60.8v=170(m/min)135(m/min)100(m/min)50(m/min)100200300400工件材料：456.5.5影響表面物理、力學(xué)性能的因素及其控制15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)90磨削速度↑→冷硬程度↓（弱化作用加強(qiáng)）工件轉(zhuǎn)速↑→冷硬程度↑縱向進(jìn)給量影響復(fù)雜磨削深度↑→冷硬程度↑◆磨削用量◆砂輪

砂輪粒度↑→冷硬程度↓砂輪硬度、組織影響不顯著◆工件材料

材料塑性↑→冷硬傾向↑材料導(dǎo)熱性↑→冷硬傾向↓

磨削深度對冷硬的影響ap(mm)硬度(HV)00.253003504505004000.500.75普通磨削高速磨削磨削加工6.5.5影響表面物理、力學(xué)性能的因素及其控制15-9月-24機(jī)械制造基礎(chǔ)91

v↑→殘余應(yīng)力↑（熱應(yīng)力起主導(dǎo)作用）◆