第3章工件的機械加工質(zhì)量

1、第三章 工件的機械加工質(zhì)量,產(chǎn)品的質(zhì)量取決于零件的加工質(zhì)量和產(chǎn)品的裝配質(zhì)量. 零件的加工質(zhì)量是保證產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)。 機械制造工藝問題的三個指標：質(zhì)量、生產(chǎn)率、經(jīng)濟性（制造成本）,質(zhì)量是第一位的。 因此，研究工件的機械加工質(zhì)量具有極其重要的意義。 本章內(nèi)容：加工質(zhì)量的概念、加工誤差的形成與影響因素、加工質(zhì)量對零件使用性能的影響。,（加工精度以公差值或公差等級表示）,加工精度,表面質(zhì)量,機械加工質(zhì)量包含的內(nèi)容,第一節(jié) 機械加工質(zhì)量的基本概念,一、機械加工精度： 1、加工精度： 零件加工后實際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)接近程度。符合程度越高，加工精度越高，實際生產(chǎn)中零件不可能與理想的要求完全符合。 2、

2、加工誤差： 指加工后的實際幾何參數(shù)（尺寸，形狀和表面間的相互位置）對理想幾何參數(shù)的偏離程度，從保證產(chǎn)品使用性能分析允許有一定的加工誤差。 3、兩者關(guān)系： 兩者從不同角度來評定加工零件的幾何參數(shù)。加工精度的高低是由加工誤差的小大來表示的，保證和提高加工精度問題，實際上是限制和降低加工誤差問題。,4、加工精度的合理制定： 一般加工精度越高則加工成本相對越高，生產(chǎn)效率則相對越低，因此設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)零件的使用要求，合理規(guī)定零件的加工精度，并盡量提高生產(chǎn)率和降低成本 5、工藝系統(tǒng)：在機械加工時，機床、刀具，夾具和工件構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)，為工藝系統(tǒng)。 6、原始誤差：工藝系統(tǒng)的各種誤差叫原始誤差。 研究加工

3、精度的目的，就是要弄清各種原始誤差的物理，力學本質(zhì)，以及他們對加工精度影響的規(guī)律，掌握控制加工誤差的方法，獲得預期的加工精度，需要時找出進一步提高加工精度的途徑。,二、機械加工表面質(zhì)量 零件的表面質(zhì)量包括表面粗糙度和表面層的物理力學性能 （1）表面幾何學特征：指零件最外層表面的微觀幾何形狀 （2）表面層材質(zhì)的變化：指在一定深度的零件表面層出現(xiàn)與基體材料組織不同的變質(zhì)情況。,獲得加工精度的方法和經(jīng)濟加工精度,（一）獲得尺寸精度的方法 試切法 單件小批生產(chǎn)的常用方法 定尺寸刀具法 鉆、鉸加工等 調(diào)整法 借助定程機構(gòu)和對刀裝置, 是批量生產(chǎn)中的常用方法 自動控制法 借助自動測量和數(shù)控系統(tǒng),（二）獲得

4、形狀精度的方法 軌跡法：刀尖相對于工件的運動軌跡形成工件表面（例如靠模法加工），一個獨立的成型運動（一般是刀架的運動）。 成型法：成型刀具的切削刃切削出工件表面（切削刃形狀、安裝精度形狀精度），刀架做簡單運動而非成形運動。 相切法：刀具切削刃為旋轉(zhuǎn)切削刀具的切削點，刀具旋轉(zhuǎn)軸的運動軌跡是被加工表面的等距線（刀具軸線軌跡精度形狀精度），兩個獨立的成形運動（刀具旋轉(zhuǎn)運動、刀具中心運動）。 展成法：刀具相對于工件作展成運動，切削刃包絡(luò)出加工表面（切削刃精度、展成運動中的傳動精度形狀精度），一個獨立的復合成型運動。,（三）獲得位置精度的方法 找正裝夾法：分直接找正與劃線找正兩種。 機床夾具裝夾法： 此

5、部分內(nèi)容在第4章專門講解,（四）經(jīng)濟加工精度 在正常的生產(chǎn)條件下 (機床設(shè)備、工藝裝備、切削用量、工人等級，工時定額)所能達到的公差等級和相應(yīng)的表面粗糙度范圍。 此部分內(nèi)容在第5章專門講解,： 加工表面的幾何形貌 （1）表面粗糙度：是加工表面波長與波高的比值L/H50的微觀幾何輪廓，它主要取決于切削殘留面的高度； （2）表面波紋度：是加工表面波長與波高的比值L/H=50-1000的幾何輪廓，它是由加工中的振動引起的；,第二節(jié) 影響加工精度的因素,工藝系統(tǒng)：機加時，機床、夾具、工件和刀具構(gòu)成的系統(tǒng) 加工精度問題涉及到整個工藝系統(tǒng)的精度問題。,影響加工精度的因素： 定位誤差、 安裝誤差、 對刀誤差

6、 機床誤差、刀具誤差、夾具誤差(制造誤差) 工藝系統(tǒng)的彈性變形、熱變形、磨損等,影響加工精度的工藝因素也可分為： (1)工藝系統(tǒng)的原有誤差：加工原理誤差、機床誤差、夾具誤差、安裝誤差、刀具誤差、測量誤差等 (2)加工過程中的誤差 主要有工藝系統(tǒng)的受力變形、受熱變形、磨損和殘余應(yīng)力變形等。 本節(jié)研究除定位誤差、 安裝誤差、 對刀誤差、夾具制造誤差外的其他因素對加工精度的影響,一、（加工）原理誤差,原理誤差是指由于采用近似的加工方法、近似的成形運動或近似的刀具輪廓而產(chǎn)生的誤差。,例如滾齒用的齒輪滾刀，就有兩種誤差，一是為了制造方便，采用阿基米德蝸桿代替漸開線基本蝸桿而產(chǎn)生的刀刃齒廓近似造形誤差；二

7、是由于滾刀切削刃數(shù)有限，切削是不連續(xù)的，因而滾切出的齒輪齒形不是光滑的漸開線，而是若干段直線構(gòu)成的折線。 成形車刀、成形銑刀也采用了近似的刀具輪廓。 采用近似的成形運動和刀具刃形，只要誤差足夠?。ㄐ∮诠ぜ钪档?5%），不但可以簡化機床或刀具的結(jié)構(gòu)，而且能提高生產(chǎn)效率和加工的經(jīng)濟效益。,如圖所示發(fā)生線在基圓上純滾動時, 其上任一點K的軌跡稱為漸 開線。K稱為AK段的展角。,漸開線齒廓,機床誤差,二、機床的制造誤差和磨損,（一）、機床導軌的直線度誤差,現(xiàn)以臥式車床為例，說明導軌的直線度誤差是怎樣影響工件的加工精度的。,機床導軌是機床的許多重要部件的安裝基準和運動基準，其精度對加工精度有重要影響

8、,（1）導軌在水平面內(nèi)直線度誤差的影響,當導軌在水平面內(nèi)的直線度誤差為y時,引起工件在半徑方向的誤差為（圖3-2）： R=y,由此可見：床身導軌在水平面內(nèi)如果有直線度誤差，使工件在軸向截面和橫向截面內(nèi)分別產(chǎn)生形狀誤差（圓柱度）和尺寸誤差（直徑誤差）。,當導軌后凸時，工件上產(chǎn)生鞍形加工誤差； 當導軌前凸時，工件上產(chǎn)生鼓形加工誤差。,Y,Y,o,D,R,水平面,導軌水平面內(nèi)直線度,圖49 導軌在水平面內(nèi)直線度誤差,床身導軌在垂直面內(nèi)有直線度誤差（圖3-3），會引起刀尖產(chǎn)生切向位移Z，造成工件在半徑方向產(chǎn)生的誤差為： R=yZ2/d,（2）導軌在垂直面內(nèi)直線度誤差的影響,設(shè)：Z=0.01mm ，R=

9、50mm ，d=100mm 由于切向原始誤差產(chǎn)生的加工誤差 R Z2/d =0.000001mm 此值完全可以忽略不計。因此導軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差對工件的尺寸精度和形狀精度影響甚小。,垂直平面,導軌垂直面直線度,Z,d,R,Z,導軌在垂直面內(nèi)直線度誤差,R,d/2,對平面磨床，龍門刨床及銑床等，導軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差會引起工件相對于砂輪（刀具）產(chǎn)生法向位移，其誤差將直接反映到被加工工件上，造成形狀誤差。,結(jié)論：導軌的原始誤差引起刀具產(chǎn)生相對于工件的位移，若相對位移產(chǎn)生在加工表面的法向方向（誤差敏感方向），對加工精度有直接影響；產(chǎn)生在加工表面的切向方向（誤差非敏感方向） ，可忽略不計。,

10、龍門刨床導軌垂直面內(nèi) 直線度誤差 1刨刀 2工件 3工作臺 4床身導軌,（二）、機床導軌與主軸軸線的平行度誤差,結(jié)論：工件被加工成錐體形。,1）機床導軌與主軸軸線水平面內(nèi)不平行,仍以臥式車床為例 設(shè)在L長度上，機床主軸軸線與導軌的平行度誤差為a，則所加工表面的錐度為：,2）機床導軌與主軸軸線垂直面內(nèi)不平行,結(jié)論：工件被加工成雙曲面形。,設(shè)：x軸為主軸軸線， OC為導軌， 導軌的傾斜角為， L為所加工的工件長度， b是L長度上的平行度誤差x=0時工件半徑為r0 x=x時工件半徑為y,（三）、機床主軸旋轉(zhuǎn)時軸線位置的變化,（1）機床主軸回轉(zhuǎn)誤差的概念,主軸的實際回轉(zhuǎn)軸線對其理想回轉(zhuǎn)軸線產(chǎn)生的偏移量

11、。,軸向竄動 徑向跳動 角度擺動,實際上主軸回轉(zhuǎn)誤差是上述三種形式誤差的合成。由于主軸實際回轉(zhuǎn)軸線在空間的位置是在不斷變化的，由上述三種運動所產(chǎn)生的位移（即誤差）是個瞬時值。,下面以在鏜床上鏜孔、車床上車外圓為例來說明主軸回轉(zhuǎn)誤差對加工精度的影響。,誤差敏感方向不變,鏜床,車床,加工時誤差敏感 方向和切削力方 向隨主軸回轉(zhuǎn)而 不斷變化,（2）主軸回轉(zhuǎn)誤差對加工精度的影響,工件旋轉(zhuǎn)，切削力方向不變,刀具旋轉(zhuǎn)，切削力方向變,2,主軸的徑向跳動對車削和鏜削加工精度的影響,車削的特點是：工件隨主軸一起轉(zhuǎn)動，刀具做軸向移動，切削力方向不變。因此主軸軸頸始終壓緊在軸承表面的一個固定的區(qū)域，這樣主軸軸頸的圓

12、度會反映到工件上，而軸承的誤差影響很小。使用滑動軸承時，軸頸的圓度精度要求很高，使用滾動軸承時，要采用精密軸承。,鏜削的特點是：工件不動，鏜刀隨主軸一起轉(zhuǎn)動，切削力方向與主軸轉(zhuǎn)角同步變化，因此主軸軸頸的某固定區(qū)域始終與軸承的不同區(qū)域接觸。這樣軸承的圓度會反映到工件上，而軸頸圓度的影響很小。,軸向竄動對車、鏜削加工精度的影響,車： 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，端面本身有平面度誤差；當加工螺紋時，會產(chǎn)生螺距誤差。 鏜：鏜孔時，無影響。,主軸軸向竄動對端面加工精度的影響,車削加工時： 車外圓：得到圓形工件，但產(chǎn)生圓柱度誤差 車

13、端面：產(chǎn)生平面度誤差 鏜孔時：由于主軸的純角度擺動使得主軸回轉(zhuǎn)軸線與工作臺導軌不平行，使鏜出的孔呈橢圓形。,磨損破壞了成形運動，改變了工件與刀 具的相對位置，產(chǎn)生加工誤差。,（四）、機床導軌的磨損,B：a=H：x x=a*H/B 工件直徑的變化為2x,(五.)傳動鏈傳動誤差,傳運鏈的傳動誤差：指內(nèi)聯(lián)系的傳動鏈中首、末端傳動元件之間相對運動的誤差。 傳動鏈傳動誤差，一般不影響圓柱面和平面的加工精度，但在工件運動和刀具運動有嚴格內(nèi)聯(lián)系的表面（如車削、磨削螺紋和滾齒、插齒、磨齒時），則是影響加工精度的重要因素。,如普通車刀、單刃鏜刀 和端面銑刀等）的制造誤差 對加工精度沒有直接影響， 但磨損后對工件

14、尺寸或形狀 精度有一定影響,定尺寸刀具（如鉆 頭、鉸刀、圓孔拉刀等） 的尺寸誤差直接影響被 加工工件的尺寸精度。 刀具的安裝和使用不當， 也會影響加工精度。,成形刀具（如成形車刀、成形銑 刀、盤形齒輪銑刀等）的誤差主要 影響被加工面的形狀精度,展成法刀具（如齒輪 滾刀、插齒刀等）加工齒 輪時，刀刃的幾何形狀及 有關(guān)尺寸精度會直接影響 齒輪加工精度,三、刀具的制造誤差及磨損,（1）制造誤差,圖例 車刀的尺寸磨損,圖例 車刀磨損過程,刀具的磨損分三個階段 第一個階段 ()為初期磨損階段，時間短 (僅幾分鐘)，磨損劇烈，切削路程不超過lkm。第二個階段 ()為正常磨損階段，磨損量與切削路程成正比，切

15、削路程可達3Okm，刀具絕大部分工作是在這個階段內(nèi)進行的。第三個階段 ()為急劇磨損階段，刀具磨損迅速，切削刃在很短時間內(nèi)損壞。,減少刀具磨損對加工誤差影響的措施： 1)尺寸補償或調(diào)整:調(diào)整法加工中定期檢工件尺寸,調(diào)刀具位置補償尺寸誤差 2）根據(jù)工件材料選用親和力小、耐磨的刀具材料。 3）選擇合適的切削液，要求切削液有較強的浸潤性、潤滑性、冷卻性、穩(wěn)定性、對環(huán)境的無害性、防銹性。 4)（磨削）砂輪的自動修整與補償。 5)適當減小切削用量，以提高刀具耐用度。,（2）磨損,受力變形對工件精度的影響 a) 車長軸 b） 磨內(nèi)孔,由此看來，為了保證和提高工件的加工精度，必須控制以至消除工藝系統(tǒng)及其有關(guān)

16、組成部分的變形。,四、工藝系統(tǒng)受力、受熱變形引起的加工誤差,（一）工藝系統(tǒng)的剛度,1.基本概念,工藝系統(tǒng)剛度：在外力作用下，工藝系統(tǒng)抵抗變形的能力稱為工藝系統(tǒng)剛度。,系統(tǒng)柔性,系統(tǒng)變形,切削刃與工件相對位置發(fā)生變化,工藝系統(tǒng)剛度的定義式：,變形y總切削力的三個分力Fc、Fp、Ff 綜合作用下刀具相對工件表面的法向的壓移量。 Fc主切削力，又稱切向力，在主運動方向的切削力分量。 Fp背向力，徑向力，法向力。在刀具工作基面內(nèi)并垂直于進給方向 Ff進給力，軸向力，沿進給運動方向。 Js工藝系統(tǒng)的剛度（N/mm),由于工藝系統(tǒng)中的各個環(huán)節(jié)在外力作用下都會產(chǎn)生變形，故工藝系統(tǒng)沿加工表面法向變形的總和y為

17、 y=yj+y夾具+y刀具+yg 根據(jù)剛度定義，可得 Js=Fpy； Jj=Fpyj； J夾具=Fpy夾具； J刀具=Fpy刀具； Jg=Fpyg,工件、刀具一般為簡單構(gòu)件，其剛度可用材料力學的有關(guān)公式進行近似的計算。機床、夾具的結(jié)構(gòu)復雜，其受力與變形關(guān)系，以及各零件間的接觸剛度和部件剛度，難以用公式表達，目前主要用實驗方法進行測定。 2、機床剛度（以臥式車床為例） 如下圖，設(shè)尾座、主軸、刀架的剛度分別為Jw、Jt、Jd，工件為剛體，刀具變形忽略不計。刀架在任何位置時切削力不變，背向力為Fp。設(shè)在切削力作用下，機床系統(tǒng)中各部件產(chǎn)生的法向壓移（變形）為：,yt-主軸的壓移,yw-尾座的壓移,yd

18、-刀架的壓移,yj機床壓移量,yx任意x點C的壓移,Jj任意x點的機床剛度,yj=yx+yd,yj,在刀架、主軸、尾座處，背向力或支座反作用力分別為：,根據(jù)剛度的定 義，有：,可見：機床的剛度是車刀位置的函數(shù)。 使用中，精確計算式可利用上式；近似計算時可取工件中點處計算機床的剛度：,根據(jù)前面的公式，可求得機床的最小變形、最大變形及刀架在主軸位置處的變形：,(1)工件靠兩頂尖裝夾(圖3-10） 當?shù)毒咔邢鞯絰處時，工件的變形由材料力學求得 式中，E、I工件的彈性模量和斷面慣性矩,3.工件的剛度及其對加工精度的影晌工件的剛度可按材料力學方法計算,(3)工件裝在卡盤中并用后頂尖支承加工 裝夾方式屬超

19、靜定結(jié)構(gòu),加工后的零件形狀如3-12,(4) 夾緊力對加工精度的影響,(2)工件靠卡盤裝夾 工件可看成懸臂梁，加工后的零件形狀如圖3-11,4.刀具的剛度及其對加工精度的影響,在不同的機床中，刀具的剛度計算方法不同。例如在車削時，由于刀具較短，故可以忽略刀具的變形，即認為其剛度無限大；而在鏜削時，如鏜桿為懸臂，則其剛度是變化的（見下例）：,L鏜桿長度,5.工藝系統(tǒng)的剛度與柔度,工藝系統(tǒng)變形：,工藝系統(tǒng)、機床、工件、刀具的變形分別用ys、yj、yg、ydj表示,工藝系統(tǒng)剛度,根據(jù)剛度的定義，上式改寫為：,工藝系統(tǒng)柔度,一般，車削時，可以忽略刀具的變形，此時工藝系統(tǒng)為機床+工件系統(tǒng)，系統(tǒng)的剛度為

20、懸臂鏜削時，可以忽略工件的變形，此時工藝系統(tǒng)為機床+刀具系統(tǒng)。 總之，機床的剛度是個變值，因此，在工件的不同截面，加工得到的尺寸也不同。,6.誤差復映規(guī)律 設(shè)在車床上加工一個圓柱體，毛坯具有偏心。顯然吃刀量的變化規(guī)律是：最小最大最小最大，根據(jù)切削原理：,故切削力的變化規(guī)律與吃刀量相同，但由于ys正比于切削力，即切削力大的時候彈性壓移也大，切削力小的時侯壓移也小。因此加工后得到的截面的半徑是不同的，壓移大的部位半徑相對大，壓移小的部位半徑相對小，即如果毛坯具有偏心，加工后所得表面必然也是偏心的。,由于工藝系統(tǒng)受力變形的變化而使毛坯形狀誤差復映到加工后工件表面的現(xiàn)象稱為“誤差復映”。毛坯誤差被復映

21、下來，但誤差減小了，這稱為誤差復映規(guī)律。,例：毛坯為橢圓時，加工后工件半徑的誤差計算：,由金屬切削原理,定義復映系數(shù)為,這樣,由上式可知,工藝系統(tǒng)的剛度越大,復映系數(shù)越小,毛坯誤差復映到工件上去的部分就越少。 一般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)?？偟恼`差復映系數(shù)： z=12n,增加走刀次數(shù),可減小誤差復映,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）都會以一定的復映系數(shù)，復映成工件的加工誤差。 毛坯材料的不均勻，HB有

22、變化，同樣會引起Fp的變化，產(chǎn)生加工誤差，分析方法同誤差復映規(guī)律,討論：,由于,（ap的指數(shù)近似為1）,其中,關(guān)于誤差復映系數(shù)的其他形式,例題：習題3-5 （P67）,通過提高導軌等 結(jié)合面的刮研質(zhì) 量、形狀精度并 降低表面粗糙度， 都能增加接觸面 積，有效地提高 接觸剛度。預加 載荷，也可增大 接觸剛度,加工細長軸時， 采用中心架或 跟刀架來提高 工件的剛度。 采用導套、導 桿等輔助支承 來加強刀架的 剛度。,對剛性較差 的工件選擇 合適的夾緊 方法，能減 小夾緊變形， 提高加工精度,采用塑料滑動導軌，其摩擦特性好，有效防止低速爬行，運行平穩(wěn)，定位精度高，具有良好的耐磨性、減振性和工藝性。此

23、外，還有滾動導軌和靜壓導軌。,（1）提高接觸 剛度,（2）提高零部 件剛度減小受力 變形,（3）合理安 裝工件減小 夾緊變形,4減少摩擦防止微量進給時的“爬行”,7、減小工藝系統(tǒng)受力變形的措施,（5）合理使 用機床,（6）合理安排 工藝，粗精分開,（7）轉(zhuǎn)移或 補償彈性變形,減少工藝系統(tǒng)受力變形,電機、軸承、齒輪、油泵等,工件、刀具、切屑、切削液,氣溫、室溫變化、熱、冷風等,熱源,日光、暖氣等,(二)工藝系統(tǒng)的熱變形,工藝系統(tǒng)受各種熱源的影響，其溫度會逐漸升高。同時，它們也通過各種傳熱方式向周圍散發(fā)熱量。,工藝系統(tǒng)的熱平衡,當單位時間內(nèi)傳入和散發(fā)的熱量相等時，工藝系統(tǒng)達到了熱平衡狀態(tài)。 而工藝

24、系統(tǒng)的熱變形也就達到某種程度的穩(wěn)定。,在生產(chǎn)中，工藝系統(tǒng)在開始工作時，其溫度場處于不穩(wěn)定狀態(tài)，其精度也不穩(wěn)定；工作一定時間后，溫度才逐漸趨于穩(wěn)定，其精度也比較穩(wěn)定。一般機加應(yīng)該在熱平衡狀態(tài)下進行，尤其是精密加工應(yīng)在熱平衡狀態(tài)下進行（機床的預熱、恒溫室等）。,1.機床熱變形對加工精度的影響,機床熱變形會使機床的靜態(tài)幾何精度發(fā)生變化而影響加工精度，其中主軸部件、床身、導軌、立柱、工作臺等部件的熱變形，對加工精度影響最大。,各類機床的結(jié)構(gòu)、工作條件及熱源形式均不相同，因此機床各部件的溫升和熱變形情況是不一樣的。,圖 車床的熱變形,車、銑、鉆、鏜類機床,主軸箱中的齒輪、 軸承摩擦發(fā)熱、 潤滑油發(fā)熱。,

25、牛頭刨床滑枕熱變形 a) 滑枕截面圖 b)滑枕熱變形示意圖,龍門刨床、牛頭刨床、立式車床類機床：導軌副的發(fā)熱,外園磨床的熱變形示意圖 1床身 2導軌 3工件 4砂輪 5砂輪架 6進給絲杠副,各 種 磨 床：砂輪主軸軸承、液壓系統(tǒng)的發(fā)熱,2.工件熱變形對加工精度的影響,1）工件均勻受熱,對于一些形狀簡單、對稱的零件，如軸、套筒等，進行車削、內(nèi)外圓磨時，切削熱能較均勻地傳入工件，此時工件的尺寸會有變化，但形狀通常沒有太大變化。其尺寸變化可按下式計算：,L=Lt 式中 工件材料的熱膨脹系數(shù)，單位為1/； L工件在熱變形方向的尺寸（mm）； t工件溫升，單位為。,2） 工件不均勻受熱,在刨、銑、磨加工

26、平面時，工件單面受熱，上下面間有溫差，導致工件向上凸起，凸起部分被切去，加工冷卻后，加工表面產(chǎn)生中凹，造成了幾何形狀誤差。,3.刀具熱變形對加工精度的影響,刀具熱變形主要是由切削熱引起的。切削加工時雖然大部分切削熱被切屑帶走，傳入刀具的熱量并不多，但由于刀具體積小，熱容量小，導致刀具切削部分的溫升急劇升高，刀具熱變形對加工精度的影響比較顯著。,車刀熱變形曲線 1 刀具加熱至熱平衡時間 2 刀具散熱至熱平衡時間 0 刀具間斷切削至熱平衡時間,一般，車刀連續(xù)工作16-20min時，可達到熱平衡，變形量0.030.05mm,4.減少工藝系統(tǒng)熱變形的主要途徑,1減少發(fā)熱和隔離熱源,1) 采用熱對稱結(jié)構(gòu)

27、 2) 合理選擇機床零部件的 安裝基準,尋求各部件熱變形的規(guī) 律建立熱變形位移數(shù)字 模型并存入計算機中進 行實時補償,加工前使機床高速空轉(zhuǎn)， 達到熱平衡時再切削加工,1）減小溫差； 2）均衡關(guān)鍵件的溫升，避免 彎曲變形,恒溫車間、使用門簾、取暖裝置均勻布置； 恒溫精度一般控制在1以內(nèi)，精密級較 高的機床為0.5。恒溫室平均溫度一般為 20，在夏季取23，在冬季可取17,2均衡溫度場,3改進機床布局和結(jié)構(gòu)設(shè)計,4保持工藝系統(tǒng)的熱平衡,5控制環(huán)境溫度,6.熱位移補償,采用隔熱罩減少熱變形,用熱空氣均衡立柱前后壁的溫度場,牛頭刨床滑枕熱變形及結(jié)構(gòu)改進示意圖 a) 原滑枕截面圖 b)原滑枕熱變形示意圖

28、 c) 滑枕熱對稱結(jié)構(gòu),五、測量誤差和調(diào)整誤差,1、測量誤差：實際尺寸與量具測出的尺寸間的差值。產(chǎn)生原因：量具精度（例如：千分尺 10m，游標尺150 m ）、溫度變化、人的主觀因素。 2、調(diào)整誤差： 單件、小批生產(chǎn)：試切調(diào)整。此時測量誤差引起調(diào)整誤差； 成批、大量生產(chǎn)：要對夾具、定位等裝置進行調(diào)整，通常采用標準樣件調(diào)整。此時，標準樣件自身誤差、定位裝置的安裝位置誤差等。,六、 工件殘余應(yīng)力引起的加工誤差,殘余應(yīng)力：殘余應(yīng)力是指在沒有外部載荷的情況下，存在于工件內(nèi)部的應(yīng)力，又稱內(nèi)應(yīng)力。,產(chǎn)生原因：殘余應(yīng)力是由金屬內(nèi)部的相鄰宏觀或微觀組織發(fā)生了不均勻的體積變化而產(chǎn)生的，促使這種變化的因素主要來自

29、熱加工或冷加工。,1合理設(shè)計零件結(jié)構(gòu) 應(yīng)盡量簡化結(jié)構(gòu)，減小零件各部分尺寸差異，以減少鑄鍛件毛坯在制造中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。 2增加消除殘余應(yīng)力的專門工序 對鑄、鍛、焊接件進行退火或回火；工件淬火后進行回火；對精度要求高的零件在粗加工或半精加工后進行時效處理（自然、人工、振動時效處理） 3合理安排工藝過程 在安排零件加工工藝過程中，盡可能將粗、精加工分在不同工序中進行。,在實際生產(chǎn)中，影響加工精度的工藝因素往往是錯綜復雜的。因此，對加工誤差的影響，有時就不能僅用單因素的估算方法，而要用概率統(tǒng)計方法進行較全面的考察。 統(tǒng)計分析方法，有三個用途：評定工藝過程的加工精度；評定工藝能力系數(shù)；預測并控制加工精

30、度。 根據(jù)一批工件加工誤差出現(xiàn)的規(guī)律，可以將誤差分為兩大類：即系統(tǒng)誤差和隨機誤差。,七.總加工誤差的合成（加工誤差的統(tǒng)計分析）,常值誤差： 當連續(xù)加工一批零件時，如果加工誤差的大小和方向保持不變，則稱為常值系統(tǒng)誤差。加工原理誤差和機床、刀具、夾具的制造誤差，一次調(diào)整誤差以及工藝系統(tǒng)因受力點位置變化引起的誤差等都屬常值系統(tǒng)誤差。如鉸刀直徑尺寸誤差所造成孔徑尺寸的誤差即屬此類。,誤差分類：,變值誤差：如果加工誤差按照某一規(guī)律逐漸變化，則稱為變值系統(tǒng)誤差。刀具磨損引起的加工誤差，機床、刀具、工件受熱變形引起的加工誤差等都屬于變值系統(tǒng)性誤差。例如加工中刀具尺寸的磨損使工件尺寸產(chǎn)生的誤差即屬此類。 隨機

31、誤差：當連續(xù)加工一批零件時，如果加工誤差的大小、方向都是無規(guī)律地變化，則稱為隨機誤差。例如，毛坯誤差的復映、工件表層硬度不均勻、夾緊力大小不一引起的夾緊誤差，多次調(diào)整誤差、殘余應(yīng)力引起的變形誤差、測量誤差等多種工藝因素造成的加工誤差，都屬此類。這類誤差產(chǎn)生的原因是隨機的，但具有一定的統(tǒng)計規(guī)律。,誤差性質(zhì)的判別應(yīng)根據(jù)工件的實際加工情況決定。例如：對一次調(diào)整中加工出來的工件來說，調(diào)整誤差是常值誤差，但在大量生產(chǎn)中一批工件需要經(jīng)多次調(diào)整，則每次調(diào)整時的誤差就是隨機誤差了。 一批零件加工的總誤差按如下公式計算：,不同性質(zhì)誤差的解決途徑,對于常值系統(tǒng)性誤差，在查明其大小和方向后，采取相應(yīng)的調(diào)整或檢修工藝

32、裝備，去補償原來的常值系統(tǒng)性誤差，即可消除或控制誤差在公差范圍之內(nèi)。,對于變值系統(tǒng)性誤差，在查明其大小和方向隨時間變化的規(guī)律后，可采用自動連續(xù)補償或自動周期補償?shù)姆椒ㄏ?對隨機性誤差，從表面上看似乎沒有規(guī)律，但是應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計的方法可以找出一批工件加工誤差的總體規(guī)律，查出產(chǎn)生誤差的根源，在工藝上采取措施來加以控制。,在加工過程中，測量一批零件的加工尺寸，把測得的數(shù)據(jù)記錄下來，按尺寸大小將整批工件進行分組，每一組中的零件尺寸處在一定的間隔范圍（組距）內(nèi)。每組內(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，頻率與組距之比稱為概率密度。 以工件尺寸為橫坐標，以頻數(shù)或頻率或頻率密度為縱坐標，即可

33、作出該工序工件加工尺寸的實際分布圖直方圖。,直方圖的作法與步驟,1） 收集數(shù)據(jù),保持加工條件一定，按一定的抽樣方式抽取一個樣本（即抽取一批零件），樣本容量（抽取零件的個數(shù)n）一般取100件左右，測量各零件的尺寸，并找出其中的最大值和最小值Xmax、Xmin。,2） 分組,將抽取的樣本數(shù)據(jù)分成若干組（見下表），設(shè)組數(shù)為k,4） 統(tǒng)計頻數(shù)分布，計算頻率與頻率密度,5） 繪制直方圖,3） 確定組距、組界及各組中值,按表列數(shù)據(jù)以頻數(shù)、頻率（密度）為縱坐標，尺寸（各組尺寸中值）為橫坐標畫出直方圖。,組距： 組界： 各組中值尺寸：,27.9925,2020/7/28,機械制造工藝學,1、正態(tài)分布曲線,式中

34、，x零件的尺寸； 一批零件尺寸的算術(shù)平均值，它表示加 工尺寸的分布中心； y 零件尺寸為x時的概率密度； 一批零件的均方根偏差，6表示這 批 零件加工尺寸分布范圍。,(-0),2020/7/28,機械制造工藝學,1）曲線以豎直線x= 為對稱軸，算術(shù)平均值 決定一批工件尺寸中心的坐標， 主要由機床調(diào)整尺寸和常值系統(tǒng)誤差確定。如果值保持不變而改變 ，則曲線沿x軸平移而不改變形狀（圖a）。 2）正態(tài)分布曲線的另一個特征參數(shù)即均方根，反映了一批零件尺寸的分散程度。因此，它是決定曲線形狀和分散范圍的參數(shù)。值主要由隨機誤差和變值系統(tǒng)誤差決定。如果 值保持不變而改變值，則當值減小時曲線形狀陡峭，尺寸分散的范

35、圍小；當值增大時曲線形狀平坦，尺寸分散的范圍大（圖b）。,2020/7/28,機械制造工藝學,3）曲線與x軸之間所包含的面積為1，即包括了全部工件數(shù)； 4）x= 3范圍內(nèi)的面積約占99.73%，即工件尺寸約有99.73%在x= 3之內(nèi)，只有0.27%在x= 3之外。故正態(tài)分布曲線的分散范圍一般取3（或6）。3的大小代表了某種加工方法在一定條件下能達到的加工精度。一般情況下，應(yīng)使公差帶的寬度6 。,2020/7/28,機械制造工藝學,2.非正態(tài)分布曲線,在實際生產(chǎn)中，工件尺寸有時并不近似于正態(tài)分布。例如，將兩次調(diào)整下（或兩臺機床）加工的工件混在一起，由于每次調(diào)整（或每臺機床）的常值系統(tǒng)誤差不同，

36、就會得到雙峰曲線( 圖e )；當?shù)毒吣p的影響顯著時，變值系統(tǒng)誤差占突出地位，使分布曲線出現(xiàn)平頂(圖f )；當工藝系統(tǒng)熱變形顯著時，曲線就出現(xiàn)不對稱分布。例如，刀具熱變形嚴重時，加工軸時曲線偏向左（刀具尺寸變大，工件尺寸變?。┘庸た讜r曲線偏向右(圖c )。,常見的幾種非正態(tài)分布圖形 a) 鋸齒形 b) 對稱形 c) 偏向形 d) 孤島形 e) 雙峰形 f) 平頂形,2020/7/28,分布曲線的應(yīng)用 （1）判斷加工誤差的性質(zhì)： 如果實際分布曲線與正態(tài)分布曲線基本相符，說明加工中沒有變值系統(tǒng)誤差，否則有變值誤差，變值系統(tǒng)誤差的類型可根據(jù)實際分布圖形（非正態(tài)曲線圖形）做初步判斷； 在實際分布曲線近

37、似為正態(tài)分布時，根據(jù)實際分布曲線的算術(shù)平均值 是否與理論分布曲線的公差帶中心重合，可以判別是否有常值系統(tǒng)誤差。,注意：一般情況下，零件的設(shè)計尺寸（名義尺寸、上下偏差或公差帶寬）是服從正態(tài)分布的。它們所決定的分布位置與分布形態(tài)是理想分布。,若公差帶中心與尺寸分布中心重合，則加工過程中常值系統(tǒng)誤差為零；否則存在常值系統(tǒng)誤差，其大小為：,2020/7/28,機械制造工藝學,（3）判斷工序能力能否滿足加工精度要求 工序能力滿足加工要求的程度，稱為工序能力系數(shù)。當工序處于穩(wěn)定狀態(tài)時，工序能力系數(shù)Cp按下式計算： Cp6 式中，設(shè)計尺寸的公差范圍； 實際尺寸的均方根偏差。 根據(jù)Cp值的大小，可將工序能力分

38、為五個等級，見下表。,（2）確定給定加工方法的精度：若加工誤差服從正態(tài)分布，則 6為該加工方法的加工精度。,如果尺寸分散范圍超出零件的公差帶，則肯定有不合格品產(chǎn)生。若尺寸落在Lmin、Lmax范圍內(nèi)，則為合格品。因此空白部分的面積就是加工工件的合格率；而陰影部分的面積即為不合格率。,（3）估算工序加工的合格率和廢品率,不合格品中分可以返修的和不可返修的（廢品）兩類。 對外表面（例如軸），右側(cè)的不合格品為可返修的，左側(cè)的則為廢品； 對內(nèi)表面（例如孔），左側(cè)的不合格品為可返修的，右側(cè)的則為廢品。,有多種使用上述公式的方法，下面介紹兩種：,第一種方法（書中）,1) xmax/=(Lmax-x)/ 2

39、）查P59表3-1得A1，A1的一半是合格品的一部分； 3） xmin/=(Lmin-x)/ 4）查P59表3-1得A2，A2的一半是合格品的一部分； 5）合格率=0.5（A1+A2） 6)確定不合格率、廢品率。,1）A1=（abs（Lmax-xm）/) A2=（abs（Lmin-xm）/) 2)如果Lmax-xm0, Lmin-xm0, 則P=A1+A2； 3）如果Lmax-xm0, Lmin-xm0, 則P=A2-A1； 4)如果Lmax-xm0, Lmin-xm0, 則P=A2-A1；,第二種方法（機制基礎(chǔ)書中）,例題：在兩臺相同的自動車床上加工一批小軸的外圓，要求保證直徑11+/-0.

40、02mm,第一臺加工1000件，平均值為x1m=11.005mm，標準差為1=0.004mm；第二胎加工500件，平均值為x2m=11.015mm，標準差為1=0.0025mm，設(shè)直徑尺寸按正態(tài)分布。試求： （1）試指出那臺機床的精度高？ （2）計算并比較哪臺機床的廢品率高？,2020/7/28,機械制造工藝學,用分布曲線分析加工誤差時，由于曲線圖不能反映誤差的大小及方向隨工件加工順序（或時間）的變化，因此不能區(qū)別變值系統(tǒng)誤差與隨機誤差。此外，必須等一批零件加工完畢后，才能繪制分布曲線圖，故不能在加工過程中及時提供控制加工精度的數(shù)據(jù)。,2020/7/28,(二)點圖法,用點圖法可以在加工過程中

41、觀察誤差變化的情況，便于及時調(diào)整機床，控制加工質(zhì)量，從而彌補了分布曲線分析法的不足。點圖的種類很多，這里介紹一種應(yīng)用較多的 “ 均值極差控制圖”。其繪制方法如下： 在加工過程中，若以順次加工的m個工件（一般m=310）為一組進行度量，則每一樣組的平均值,2020/7/28,機械制造工藝學,每一樣組內(nèi)工件的最大、最小尺寸之差，稱為極差值R。即 Rxmax- xmin （431) 以樣組序號為橫坐標，以 x 、R 為縱坐標，分別作出 x 、R點圖,2020/7/28,為了用點圖判斷工序的穩(wěn)定程度，需要在點圖上畫出上、下控制線和中心線，以清楚地顯示出加工過程中，工件平均尺寸和分散范圍的變動趨向。中心

42、線和上、下控制線的位置，可按下列公式計算：,A2、d、an見下表,機械制造工藝學,在 R圖中，如果沒有點超出控制線，大部分點在中心線附近上、下波動，小部分點在控制線附近，點圖沒有明顯的規(guī)律性變化（如沒有上升或下降傾向及周期性波動），則說明生產(chǎn)過程正常；否則就要查找原因，及時調(diào)整機床及加工狀態(tài)。 如前圖所示，極值差R沒有超出控制范圍，說明加工中的瞬時尺寸分散比較穩(wěn)定，但 點圖上第11組抽樣中的 11已超出上控制線，而 12還超出了公差帶上限，這表明加工誤差中存在某種占優(yōu)勢的系統(tǒng)誤差，加工過程不穩(wěn)定，必須停機查找原因。,2020/7/28,機械制造工藝學,由此可見，點圖法能明顯表示出系統(tǒng)誤差和隨機

43、誤差的大小和變化規(guī)律，從而指明改進加工過程的方向，及時防止廢品的發(fā)生，以及判斷加工過程的穩(wěn)定性。 點圖分析法是全面質(zhì)量管理中用以控制產(chǎn)品加工質(zhì)量的主要方法之一，它是用于分析和判斷工序是否處于穩(wěn)定狀態(tài)所使用的帶有控制界限的圖，又稱管理圖。,（2）點圖分析法的應(yīng)用,X-R點圖主要用于工藝驗證、分析加工誤差以及對加工過程的質(zhì)量控制。 工藝驗證：判定現(xiàn)行工藝或準備投產(chǎn)的新工藝能否穩(wěn)定地保證產(chǎn)品的加工質(zhì)量要求。 工藝驗證的主要內(nèi)容是通過抽樣檢查，確定其工序能力和工序能力系數(shù)，并判別工藝過程是否穩(wěn)定。,零件表面質(zhì)量,第三節(jié) 影響表面質(zhì)量的因素,基本概念： 加工表面的幾何形貌 （1）表面粗糙度：是加工表面波

44、長與波高的比值L/H50的微觀幾何輪廓，它主要取決于切削殘留面的高度； （2）表面波紋度：是加工表面波長與波高的比值L/H=50-1000的幾何輪廓，它是由加工中的振動引起的；,表面層材料的物理力學性能 （1）表面層的冷作硬化：加工過程中表面層金屬產(chǎn)生強烈的塑性變形，使晶格扭曲、畸變，晶粒被拉長，這些都會使表面層金屬的硬度增加、塑性減小，這稱之為冷作硬化。 （2）表面層殘余應(yīng)力：機械加工過程中由于切削變形和切削熱等因素的作用，在工件表面層材料中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，稱為表面殘余應(yīng)力。 （3）表面層金相組織變化：當切削熱等導致溫度升高到超過工件材料金相組織變化的臨界點時，就會發(fā)生金相組織變化。,刀具幾何形狀,刀具材料、刃磨質(zhì)量,切削用量,工件材料,一.影響加工表面粗糙度的因素,1.影響切削加工表面粗糙度因素,2.影響磨削加工表面粗糙度的因素,砂輪粒度,砂輪修正,工件材料性質(zhì),磨削用量,砂輪硬度,影響因素：刀具