第10章机械加工质量课件.ppt

1、.1 7.1 机械加工质量概述机械加工质量概述第第7 7章章 机械加工质量分析与控制机械加工质量分析与控制 产品质量是企业的生命线产品质量是企业的生命线 按现代质量观它包括按现代质量观它包括设计质量、制造质量和服务质量设计质量、制造质量和服务质量 零件制造质量是保证产品质量的基础零件制造质量是保证产品质量的基础加工质量指标分加工质量指标分加工精度加工精度和和加工表面质量加工表面质量 加工精度加工精度指零件加工后实际几何参数指零件加工后实际几何参数(尺寸、形状和位尺寸、形状和位置置)与理想几何参数相符的程度。符合程度愈高，加工精与理想几何参数相符的程度。符合程度愈高，加工精度愈高。实际值与理想值

2、之差称为加工误差。度愈高。实际值与理想值之差称为加工误差。.2 零件的加工精度包括零件的加工精度包括 尺寸精度、形状精度、位置精度尺寸精度、形状精度、位置精度 通常尺寸精度要求高形位精度要求也越高通常尺寸精度要求高形位精度要求也越高常用加工误差的大小来评价加工精度的高低常用加工误差的大小来评价加工精度的高低加工误差越小，加工精度越高加工误差越小，加工精度越高 获得加工精度的方法获得加工精度的方法 （1 1）获得尺寸精度的方法）获得尺寸精度的方法 1 1）试切法）试切法 用于单件小批生产用于单件小批生产 2 2）调整法）调整法 用于成批大量生产用于成批大量生产 3 3）定尺寸刀具法）定尺寸刀具法

3、 生产率高，刀具制造复杂生产率高，刀具制造复杂 4 4）自动控制法）自动控制法 切削测量补偿调整切削测量补偿调整.3（2 2）获得形状精度的方法）获得形状精度的方法 1 1）轨迹法）轨迹法 利用刀尖运动轨迹形成工件表面形状利用刀尖运动轨迹形成工件表面形状 2 2）成形刀具法）成形刀具法 由刀刃的形状形成工件表面形状由刀刃的形状形成工件表面形状 3 3）展成法）展成法 由切削刃包络面形成工件表面形状由切削刃包络面形成工件表面形状（3 3）获得相互位置精度的方法）获得相互位置精度的方法 主要由机床精度、夹具精度和工件的装夹精度来保证主要由机床精度、夹具精度和工件的装夹精度来保证 本章学习目的：本章

4、学习目的：了解各种因素对加工精度的影响规律，找出了解各种因素对加工精度的影响规律，找出 提高加工精度的途径，以保证零件的加工质量。提高加工精度的途径，以保证零件的加工质量。.47.1.17.1.1影响加工精度的因素影响加工精度的因素 原始误差原始误差 零件加工的误差是由于工件与刀具在切削过程零件加工的误差是由于工件与刀具在切削过程中相互位置发生变动而造成。工件和刀具安装在中相互位置发生变动而造成。工件和刀具安装在夹具和机床上，工件、刀具、夹具、机床构成了夹具和机床上，工件、刀具、夹具、机床构成了一个完整的工艺系统。工艺系统的种种误差，是一个完整的工艺系统。工艺系统的种种误差，是造成零件加工误差

5、的根源，故称之为造成零件加工误差的根源，故称之为原始误差原始误差。.5 原原始始误误差差 加工前误差加工前误差加工中误差加工中误差加工后误差加工后误差调整误差调整误差机床误差机床误差刀具制造误差刀具制造误差夹具误差夹具误差加工原理误差加工原理误差工件装夹误差工件装夹误差工艺系统受力变形工艺系统受力变形刀具磨损刀具磨损残余应力引起变形残余应力引起变形测量误差测量误差工艺系统热变形工艺系统热变形.67.1.2 2 机械加工表面质量对机器性能的影响机械加工表面质量对机器性能的影响1.1.表面质量对耐磨性的影响：表面质量对耐磨性的影响：粗糙度的影响、冷作硬化的影响、表面纹理的影响粗糙度的影响、冷作硬化

6、的影响、表面纹理的影响2.2.表面质量对零件疲劳强度的影响表面质量对零件疲劳强度的影响3.3.表面质量对抗腐蚀性能的影响表面质量对抗腐蚀性能的影响4.4.表面质量对配合性质的影响表面质量对配合性质的影响7.1.2 7.1.2 研究机械加工质量的方法研究机械加工质量的方法1.1.因素分析法因素分析法2.2.统计分析法统计分析法.77.7.工艺系统的几何误差工艺系统的几何误差 7.2.1 加工原理误差加工原理误差 近似的成形运动或刃形所产生的误差，多为形状误差近似的成形运动或刃形所产生的误差，多为形状误差7.2.2 机床的几何误差机床的几何误差 1机床主轴回转误差机床主轴回转误差 主轴回转误差概念

7、主轴回转误差概念 主轴回转时实际回转轴线与理想回转轴线的偏移量主轴回转时实际回转轴线与理想回转轴线的偏移量 三种基本形式：三种基本形式：a.纯径向跳动纯径向跳动 b.b.纯角度摆动纯角度摆动 c.c.轴向窜动轴向窜动 .8 影响主轴回转精度的主要因素影响主轴回转精度的主要因素 轴承本身误差、轴承间隙、轴承间同轴度误差，各段轴轴承本身误差、轴承间隙、轴承间同轴度误差，各段轴 颈、轴孔的同轴度误差主轴系统的刚度和热变形等。颈、轴孔的同轴度误差主轴系统的刚度和热变形等。但它们对主轴回转精度的影响大小随加工方式而不同但它们对主轴回转精度的影响大小随加工方式而不同.9主轴采用滑动轴承的车床类，主轴受力方

8、向一定，主轴颈主轴采用滑动轴承的车床类，主轴受力方向一定，主轴颈圆度误差影响较大，轴承内径圆度误差没影响圆度误差影响较大，轴承内径圆度误差没影响镗床主轴受力随镗刀旋转方向不断变化轴承孔误差影响大镗床主轴受力随镗刀旋转方向不断变化轴承孔误差影响大.10滚动轴承结构复杂，影响主轴精度因素也较复杂滚动轴承结构复杂，影响主轴精度因素也较复杂除轴承本身精度外，与配合件精度有很大关系如主轴轴除轴承本身精度外，与配合件精度有很大关系如主轴轴颈、支承座孔等精度颈、支承座孔等精度.11产生产生轴向窜动主要原因轴向窜动主要原因是主轴轴肩端面和轴承承载端面是主轴轴肩端面和轴承承载端面对主轴回转轴线有垂直度误差。对主

9、轴回转轴线有垂直度误差。主轴主轴不同形式的不同形式的回转误差引起的加工误差不同回转误差引起的加工误差不同 车床上加工外圆内孔时，车床上加工外圆内孔时，主轴径向跳动主轴径向跳动引起工件圆度和引起工件圆度和圆柱度误差，对工件端面无影响；圆柱度误差，对工件端面无影响；轴向窜动轴向窜动对圆柱表面影响不大，对端面垂直度平面度影对圆柱表面影响不大，对端面垂直度平面度影响大，车削螺纹时会造成导程的周期性误差；响大，车削螺纹时会造成导程的周期性误差；纯角度摆动纯角度摆动会造成车削外圆或内孔的锥度误差；在镗孔会造成车削外圆或内孔的锥度误差；在镗孔时，会使镗出的孔为椭圆形。时，会使镗出的孔为椭圆形。.12纯角度摆

10、动纯角度摆动会造成车削外圆或内孔的锥度误差；在镗孔会造成车削外圆或内孔的锥度误差；在镗孔时，若工件进给会使镗出的孔为椭圆形。时，若工件进给会使镗出的孔为椭圆形。（3 3）提高主轴回转精度的措施）提高主轴回转精度的措施提高主轴及支承座孔的加工精度，选用高精度轴承，提高提高主轴及支承座孔的加工精度，选用高精度轴承，提高主轴部件装配精度、预紧和平衡等，提高主轴回转精度。主轴部件装配精度、预紧和平衡等，提高主轴回转精度。.132.2.机床导轨误差机床导轨误差 导轨精度要求主要有以下三方面：导轨精度要求主要有以下三方面：在水平面内的直线度在水平面内的直线度（以卧式车床为例）（以卧式车床为例）1将直接反映

11、在工件加工表面法线方向（误差敏感方向）将直接反映在工件加工表面法线方向（误差敏感方向）上，误差上，误差R=1，对加工精度影响最大。，对加工精度影响最大。刀尖在水平面内的运动轨迹造成工件轴向形状误差。刀尖在水平面内的运动轨迹造成工件轴向形状误差。.14 在垂直面内的直线度在垂直面内的直线度 对工件的尺寸和形状误差影响比对工件的尺寸和形状误差影响比1小得多小得多对卧式车床对卧式车床R 22/D 若设若设2=0.10.1mm,D=40=40mm，则则R=0.00025=0.00025mm，影响可忽略不计。，影响可忽略不计。而对平面磨床、龙而对平面磨床、龙门刨床误差将直接反映在工件上。门刨床误差将直接

12、反映在工件上。.15导轨在垂直面内的直线度的特殊情况为斜坡状，导轨在垂直面内的直线度的特殊情况为斜坡状，加工的工件轴向形状为鞍形。加工的工件轴向形状为鞍形。.16 前后导轨的平行度（扭曲）前后导轨的平行度（扭曲）卧式车床或外圆磨床若前后导轨存在平行度误差时，卧式车床或外圆磨床若前后导轨存在平行度误差时，刀具和工件之间相对位置发生变化，刀尖运动轨迹是一刀具和工件之间相对位置发生变化，刀尖运动轨迹是一条空间曲线，使工件产生形状误差。条空间曲线，使工件产生形状误差。若扭曲误差为若扭曲误差为3,工件误差工件误差R(H/B)3，一般车床，一般车床H/B2/3，外圆磨床，外圆磨床H/B1，误差对加工精度影

13、响很大，误差对加工精度影响很大除导轨制造误差外，导轨的不均匀磨损和安装质量，也除导轨制造误差外，导轨的不均匀磨损和安装质量，也是造成导轨误差的重要因素。导轨磨损是机床精度下降是造成导轨误差的重要因素。导轨磨损是机床精度下降的主要原因之一。可采用耐磨合金铸铁、镶钢导轨、贴的主要原因之一。可采用耐磨合金铸铁、镶钢导轨、贴塑导轨、滚动导轨导轨表面淬火等措施。塑导轨、滚动导轨导轨表面淬火等措施。.17）机床传动链误差）机床传动链误差 指机床内传动链始末两端的传动元件间相对运动的误差，指机床内传动链始末两端的传动元件间相对运动的误差，一般用传动链末端元件的转角误差来衡量。产生的原因一般用传动链末端元件的

14、转角误差来衡量。产生的原因 是传动链中各传动元件的制造误差、装配误差及磨损等。是传动链中各传动元件的制造误差、装配误差及磨损等。若传动齿轮若传动齿轮 i 在某一时刻产生转角误差为在某一时刻产生转角误差为i，则它所，则它所造成传动链末端元件的转角误差：造成传动链末端元件的转角误差：wi=Ki i Ki 为该轴到末端元件的总传动比，称为误差传递系数，为该轴到末端元件的总传动比，称为误差传递系数，若若Ki大于大于1 1则误差被扩大；反之，若则误差被扩大；反之，若Ki小于小于1 1误差被缩小。误差被缩小。各传动件对工件精度影响的总和为：各传动件对工件精度影响的总和为：=wi=Ki i.18减少传动链误

15、差的措施：减少传动链误差的措施：尽可能缩短传动链，减少传动元件数目；尽可能缩短传动链，减少传动元件数目；尽量尽量采用降速传动，误差被缩小；采用降速传动，误差被缩小；提高传动元件、特别是末端元件的制造和提高传动元件、特别是末端元件的制造和 装配精度；装配精度；消除传动间隙；消除传动间隙；采用误差补偿机构或自动补偿装置。采用误差补偿机构或自动补偿装置。.197.2.37.2.3刀具与夹具误差刀具与夹具误差 1.1.刀具的几何误差刀具的几何误差 包括刀具切削部、装夹部的制造误差及刀具安装误差包括刀具切削部、装夹部的制造误差及刀具安装误差 定尺寸刀具定尺寸刀具 刀具尺寸精度直接影响工件尺寸精度刀具尺寸

16、精度直接影响工件尺寸精度 成形刀具成形刀具 刀具形状精度直接影响工件形状精度刀具形状精度直接影响工件形状精度 展成刀具展成刀具 刀刃形状精度会影响工件加工精度刀刃形状精度会影响工件加工精度 一般刀具一般刀具 制造精度对工件加工精度无直接影响制造精度对工件加工精度无直接影响.202.2.夹具的几何误差夹具的几何误差 包括夹具制造误差、安装误差及磨损包括夹具制造误差、安装误差及磨损 对工件尺寸精度和位置精度影响很大对工件尺寸精度和位置精度影响很大3.3.定位误差定位误差 包括基准不重合误差、定位副制造不准确误差包括基准不重合误差、定位副制造不准确误差 直接影响工件的尺寸精度和位置精度直接影响工件的

17、尺寸精度和位置精度.217.2.4 工艺系统工艺系统调整误差调整误差 在工序在工序的调整工作中所存在的误差即调整误差的调整工作中所存在的误差即调整误差 一次调整后存在的误差对这一批零件的影响是不变的。一次调整后存在的误差对这一批零件的影响是不变的。但但大批量加工中存在多次调大批量加工中存在多次调 整，不可能每次完全相同。整，不可能每次完全相同。对全部零件来说，每次调整对全部零件来说，每次调整 误差为偶然性误差。机床调误差为偶然性误差。机床调 整误差可理解为零件尺寸分整误差可理解为零件尺寸分 布曲线中心的最大偏移量。布曲线中心的最大偏移量。加工中不产生废品的加工中不产生废品的条件：条件：fb+t

18、T.227.2.4 工艺系统工艺系统调整误差调整误差 1.1.试切法加工试切法加工误差来源：误差来源：测量误差、微进给机构的位移误差、最小切削厚度极限测量误差、微进给机构的位移误差、最小切削厚度极限2.2.调整法加工调整法加工（1 1）用定程机构调整）用定程机构调整（2 2）用样板或样件调整器）用样板或样件调整器（3 3）用对刀装置或导引元件调整）用对刀装置或导引元件调整.237.3.7.3.工艺系统的受力变形对加工精度的影响工艺系统的受力变形对加工精度的影响7.3.1工艺系统刚度分析工艺系统刚度分析.242、零件刚度、零件刚度 若零件刚度相对于机床、刀具、夹具来说比较低，其变形若零件刚度相对

19、于机床、刀具、夹具来说比较低，其变形 对加工精度影响比较大，最大变形量按材料力学公式估算。对加工精度影响比较大，最大变形量按材料力学公式估算。长轴两顶尖装夹按简支梁计算，三爪卡盘装夹按悬臂梁计算长轴两顶尖装夹按简支梁计算，三爪卡盘装夹按悬臂梁计算1、工艺系统刚度、工艺系统刚度工艺系统抵抗变形的能力可用工艺系统刚度工艺系统抵抗变形的能力可用工艺系统刚度 k系系来描述。来描述。垂直作用于工件加工表面的径向切削分力垂直作用于工件加工表面的径向切削分力Fy与工艺系统在与工艺系统在该方向上的变形该方向上的变形y之间的比值，称为工艺系统刚度之间的比值，称为工艺系统刚度 k系系 k系系=Fy /y y=yF

20、x+yFy+yFz 柔度柔度 w=1/k.253、刀具刚度、刀具刚度 外圆刀具在加工表面法线方向上的刚度很大变形可忽略；外圆刀具在加工表面法线方向上的刚度很大变形可忽略；镗小孔刀杆刚度很差，变形对加工精度影响很大，刀杆变镗小孔刀杆刚度很差，变形对加工精度影响很大，刀杆变 形按材料力学公式估算。形按材料力学公式估算。4、机床部件刚度、机床部件刚度 1）机床部件刚度）机床部件刚度 机床结构形状复杂，刚度计算主要通过实验方法来测定。机床结构形状复杂，刚度计算主要通过实验方法来测定。变形与载荷不成线性关系；变形与载荷不成线性关系；加载与卸载曲线不重合；加载与卸载曲线不重合；有残余变形存在；实际刚度比估

21、算的小有残余变形存在；实际刚度比估算的小.26 2.影响机床部件刚度的因素影响机床部件刚度的因素 结合面接触变形结合面接触变形接触表面间的名义压强的增量与接触变形的增量之比称为接触表面间的名义压强的增量与接触变形的增量之比称为接触刚度。零件表面越粗糙，形状误差越大，材料硬度低，接触刚度。零件表面越粗糙，形状误差越大，材料硬度低，接触刚度越小。接触刚度越小。.27 低刚度零件本身的变形低刚度零件本身的变形 连接表面间的间隙连接表面间的间隙 接触表面间的摩擦接触表面间的摩擦 变形滞后现象变形滞后现象 受力方向及作用力矩受力方向及作用力矩 y 是是Fx、Fy、Fz 综合结果综合结果.287.3.2

22、工艺系统受力变形及其对加工精度的影响工艺系统受力变形及其对加工精度的影响 1）工艺系统的变形）工艺系统的变形 总变形总变形 y系系=y机机+y夹夹+y刀刀+y工工 k系系=Fy /y系系，k机机=Fy /y机机，k夹夹=Fy /y夹夹，k刀刀=Fy /y刀刀，k工工=Fy /y工工 所以，所以，k系系=1/(1/k机机+1/k夹夹+1/k刀刀+1/k工工)工艺系统刚度比刚度最小环节的刚度还要差工艺系统刚度比刚度最小环节的刚度还要差.29 2）工艺系统受力变形对加工精度的影响）工艺系统受力变形对加工精度的影响 切削力位置的变化对加工精度的影响切削力位置的变化对加工精度的影响 设刀具工件刚度很大设

23、刀具工件刚度很大 总变形总变形 y系系=y刀架刀架+yx.30设刀具工件刚度很大设刀具工件刚度很大 总变形总变形 y系系=y刀架刀架+yx y主主=FA/k主主=Fy(l-x)/(l k主主)，y尾尾=FB/k尾尾=Fyx/(l k尾尾)y系系=y刀架刀架+yx=Fy 当当x=0时，时，y系系=？;当当 x=l 时，时，y系系=？当当 x=k尾尾l/(k主主+k尾尾)时，时，y系系min=Fy ly尾尾-y主主xyx-y主主=yx=y尾尾x ll-x l+y主主1 k刀架刀架+1 k主主1 k尾尾x l2l-x l2+若工件刚性较差应考虑其变形，按简支梁计算若工件刚性较差应考虑其变形，按简支梁

24、计算 y工工=y系系=y刀架刀架+yx+y工工Fy 3EI(l-x)2x2l1 k刀架刀架+1 k主主+k尾尾.31讨论：讨论：1.在在 x 处工件半径处工件半径 Rx=R+y刀架刀架+yx+y工工 半径误差半径误差R=Rx-R=y刀架刀架+yx+y工工=y系系2.一次走刀中若一次走刀中若 y系系为常量，不会造成工件形状为常量，不会造成工件形状 误差和尺寸不一误差和尺寸不一3.若工件刚性大若工件刚性大l/D5，可不考虑，可不考虑 y工工，y系系是是 x 的二次函数的二次函数 圆柱度误差圆柱度误差 =ymax-ymin4.若工件为细长轴刚性很差，系统变形主要是工若工件为细长轴刚性很差，系统变形主

25、要是工 件变形，当件变形，当 x=l/2时，时，y工工max=Fyl3/(48EI).32 切削力大小变化对加工精度的影响切削力大小变化对加工精度的影响毛毛=ap1 ap2工工=y1 y2误差复映系数误差复映系数=工工/毛毛 Fy=Cy f yapxHBSn =C apx C ap Fy1=C(ap1 y1)C ap1 Fy2=C(ap2 y2)C ap2 工工=y1 y2=(Fy1-Fy2)/k系系=(C ap1 C ap2)/k系系=工工/毛毛=C(ap1 ap2)/(k系系(ap1 ap2)=C/k系系.33=工工/毛毛=C/k系系 总是小于总是小于1，有修正误差的能力，有修正误差的能力

26、 多次进给多次进给=1232.k系系越大，越大，就越小，复映到工件上的误差越小就越小，复映到工件上的误差越小3.C减小，减小，就越小，应采取减小就越小，应采取减小Fy的措施的措施讨论：讨论：.34 夹紧变形对加工精度的影响夹紧变形对加工精度的影响工件刚性差（薄件、圆环）装夹不当会产生受力变形工件刚性差（薄件、圆环）装夹不当会产生受力变形.35机床部件、工件重量对加工精度的影响机床部件、工件重量对加工精度的影响其它作用力其它作用力对加工精度的影响对加工精度的影响 传动力（拨杆）、离心力改变方向会使工艺系传动力（拨杆）、离心力改变方向会使工艺系 统产生相应变形统产生相应变形7.3.3 减少工艺系统

27、受力变形的途径减少工艺系统受力变形的途径 减小切削力及其变化；减小切削力及其变化；提高系统中零件的配合质量；提高系统中零件的配合质量；缩短切削力作用点和支撑点的距离，设置辅缩短切削力作用点和支撑点的距离，设置辅 助支承提高部件刚度助支承提高部件刚度.367.4.4.工艺系统的热变形工艺系统的热变形工艺系统在各种热源的影响下会产生很复杂的变形，工艺系统在各种热源的影响下会产生很复杂的变形，导致工件产生加工误差导致工件产生加工误差（1）工艺系统的热源）工艺系统的热源 1）内部热源）内部热源 包括包括切削热、摩擦热和派生热源切削热、摩擦热和派生热源2）外部热源）外部热源 包括包括环境温度、辐射热环境

28、温度、辐射热.377.4.2 工件热变形对加工精度的影响工件热变形对加工精度的影响 1）工件均匀受热）工件均匀受热 车镗轴套类零件圆柱面，长度及径向受热变形。车镗轴套类零件圆柱面，长度及径向受热变形。若在受热时测量达到规定尺寸，冷却后尺寸变小，若在受热时测量达到规定尺寸，冷却后尺寸变小，可能出现尺寸超差。可能出现尺寸超差。2）工件不均匀受热）工件不均匀受热 铣、刨、磨平面等，工件单面受热产生弯曲变形铣、刨、磨平面等，工件单面受热产生弯曲变形 磨削细长轴时工件温生逐渐增加磨削细长轴时工件温生逐渐增加.387.4.3 刀具热变形对加工精度的影响刀具热变形对加工精度的影响.39主要是主轴部件、床身导

29、轨及两者相对位置的热变形主要是主轴部件、床身导轨及两者相对位置的热变形7.4.4 机床热变形对加工精度的影响机床热变形对加工精度的影响.40.417.4.5 减少工艺系统减少工艺系统热变形的途径热变形的途径（1 1）减少发热和采取隔热；）减少发热和采取隔热；（2 2）强制冷却，均衡温度场；）强制冷却，均衡温度场；（3 3）从结构上采取措施减少热变形；）从结构上采取措施减少热变形；（4 4）控制环境温度。）控制环境温度。.427.4.5.工艺残余应力对加工精度的影响工艺残余应力对加工精度的影响内应力产生的原因及消除措施内应力产生的原因及消除措施1、铸锻焊、热处理等因工件壁厚不均热胀冷缩不均及、铸

30、锻焊、热处理等因工件壁厚不均热胀冷缩不均及 金相组织变化等导致体积变化，毛坯产生内应力，金相组织变化等导致体积变化，毛坯产生内应力，处于暂时平衡状态，切削时平衡状态被打破。处于暂时平衡状态，切削时平衡状态被打破。2、冷校直产生的内应力、冷校直产生的内应力 3.减少或消除内应力的措施减少或消除内应力的措施（1）合理设计结构）合理设计结构（2）采取时效处理来消除残余应力。）采取时效处理来消除残余应力。（3）合理安排工艺过程）合理安排工艺过程工件若产生内应力处于不稳定状态会逐渐变形工件若产生内应力处于不稳定状态会逐渐变形.437.6加工误差的统计分析法加工误差的统计分析法7.6.1.加工误差的性质加

31、工误差的性质（1）加工误差的分类）加工误差的分类1）系统误差）系统误差 常值系统误差：常值系统误差：原理机床刀夹量具制造调整误差原理机床刀夹量具制造调整误差 变值系统误差：变值系统误差：机床刀具热变形、刀具磨损机床刀具热变形、刀具磨损2）随机误差）随机误差:误差复映定位夹紧操作误差内应力变误差复映定位夹紧操作误差内应力变形形对系统误差可循其规律加以调整或补偿来消除对系统误差可循其规律加以调整或补偿来消除对随机误差只能缩小其变动范围无法完全消除对随机误差只能缩小其变动范围无法完全消除.447.6.2 加工误差的统计分析法正态分布加工误差的统计分析法正态分布 1）正态分布的数学模型、特征参数和特殊

32、点）正态分布的数学模型、特征参数和特殊点 正态分布曲线方程正态分布曲线方程 两个特征参数：两个特征参数：算术平均值算术平均值 x 和标准偏差和标准偏差.45正态分布的特殊点正态分布的特殊点 处概率密度处概率密度 函数有最大值函数有最大值 x=x处处 为拐点为拐点2）标准正态分布标准正态分布 =0，=1 实际生产中为非标准实际生产中为非标准 正态分布需转换正态分布需转换 令令 z=(x-)/xxx.46即图中阴影面积即图中阴影面积可利用概率密度可利用概率密度积分表计算积分表计算3）工件尺寸在某区间内的概率工件尺寸在某区间内的概率工件尺寸落在工件尺寸落在 3范围内的概范围内的概率为率为 99.73

33、%若尺寸分布中心与若尺寸分布中心与公差中心重合，不公差中心重合，不产生废品的条件是：产生废品的条件是：T 6 Q废废=0.5(x)若中心不重合存在常值系统误差若中心不重合存在常值系统误差系系，T 6系系x.47例：例：轴轴20-0.1，=0.025，xT=-(0.03)求常值系统误差、随机误差，合格率、不合格率求常值系统误差、随机误差，合格率、不合格率x0解：解：公差带中心公差带中心 xT=19.95 尺寸分布中心尺寸分布中心 =xT+=19.95+0.03=19.98 常值系统误差常值系统误差系系=-xT=0.03 随机误差随机误差 6=6 0.025=0.15 或或3=0.075xx 计算

34、合格率、不合格率计算合格率、不合格率 6=0.15 T=0.1，Cp=T/6=0.1/0.15=0.67工件极限尺寸工件极限尺寸 xmin=xA=19.9，xmax=xB=20 zA=(-xA)/=(19.98-19.9)/0.025=3.2 (zA)=0.49931 zB=(xB-)/=(20-19.98)/0.025=0.8 (zB)=0.2881合格率合格率=(zA)+(zB)=0.49931+0.2881=0.78741=78.741%废品率废品率 0.5-0.49931=0.069%0.5-0.2881=21.19%可修复可修复xx.48 2.工艺过程的分布图分析工艺过程的分布图分析

35、（1）工艺过程的稳定性）工艺过程的稳定性 指均值和标准差稳定不变的性能，取决于变值系统误差指均值和标准差稳定不变的性能，取决于变值系统误差（2）工艺过程分布图分析）工艺过程分布图分析 制作分布图了解质量指标分布、加工能力、是否有废品制作分布图了解质量指标分布、加工能力、是否有废品 1）样本容量的确定）样本容量的确定 通常取通常取 n=50200 2）样本数据整理与计算）样本数据整理与计算 剔除异常数据，确定尺寸分散范围剔除异常数据，确定尺寸分散范围R、尺寸间隔数、尺寸间隔数 j、区间宽度区间宽度x 3）绘制实际分布图）绘制实际分布图 纵坐标为频数：同间隔尺寸工件数目纵坐标为频数：同间隔尺寸工件

36、数目.49 4）绘制理论分布图）绘制理论分布图 纵坐标将概率密度转换成频数，分散范围纵坐标将概率密度转换成频数，分散范围3 理论最大频数理论最大频数 fmax=ymaxn x 对应对应 x=处处 拐点处频数拐点处频数 f=yn x 对应对应 x=处处xx5）工艺过程分布图分析）工艺过程分布图分析 判断加工误差性质判断加工误差性质 系统误差、随机误差系统误差、随机误差 确定工序能力及等级确定工序能力及等级 工序能力系数工序能力系数Cp指满足加工精度的程度指满足加工精度的程度 Cp=T/6 确定不合格率确定不合格率 .50 （2 2）分布图分析法特点）分布图分析法特点 1）采用大样本，较接近实际地

37、反映工艺过程总体；）采用大样本，较接近实际地反映工艺过程总体；2）能将常值系统误差从误差中区分开；）能将常值系统误差从误差中区分开；3）在全部样本加工后绘出曲线，不能反映先后顺）在全部样本加工后绘出曲线，不能反映先后顺 序，不能将变值系统误差从误差中区分开；序，不能将变值系统误差从误差中区分开；4）不能及时提供工艺过程精度的信息，事后分析；）不能及时提供工艺过程精度的信息，事后分析；5）计算复杂，只适合工艺过程稳定的场合。）计算复杂，只适合工艺过程稳定的场合。点图分析法点图分析法 计算简单，能及时提供主动控制信息，计算简单，能及时提供主动控制信息，可用于稳定过程、也可用于不稳定过程。可用于稳定

38、过程、也可用于不稳定过程。.51 3.工艺过程的点图分析工艺过程的点图分析（1）逐点点图）逐点点图 依次测量每件尺寸记入横坐标为零件号纵为尺寸的图表中依次测量每件尺寸记入横坐标为零件号纵为尺寸的图表中（2）均值）均值-极差点图极差点图 采用顺序小样本（采用顺序小样本（46），由小样本均值点图和极差点，由小样本均值点图和极差点 图组成，横坐标为小样本组序号。具体作法如下：图组成，横坐标为小样本组序号。具体作法如下：定期测小样本尺寸；定期测小样本尺寸；计算均值计算均值 和极差和极差R：R=xmax-xmin 确定中心线确定中心线 和和 R 小样本组小样本组20 30 确定上下控制线确定上下控制线

39、ES、EI、UCL、LCL，定期描点定期描点xx.52均值点图上下控制线的确定：均值点图上下控制线的确定：极差点图上下控制线的确定：极差点图上下控制线的确定：.53均值点图反映了质量指标分布中心均值点图反映了质量指标分布中心(系统误差系统误差)的变化的变化 极差点图反映了质量指标分布范围极差点图反映了质量指标分布范围(随机误差随机误差)的变化的变化.54（3）均值）均值-极差点图分析极差点图分析 生产过程稳定的标志：生产过程稳定的标志：没有点子超出控制线；没有点子超出控制线；大部分点在中线附近波动，小部分点在控制线附近；大部分点在中线附近波动，小部分点在控制线附近；点子无明显规律性点子无明显规

40、律性 生产过程不稳定的标志：生产过程不稳定的标志：点子超出控制线或密集在控制线附近；点子超出控制线或密集在控制线附近；连续点以上出现在中线一侧；连续点以上出现在中线一侧；明显规律性，如上升或下降倾向；明显规律性，如上升或下降倾向；点子有周期性波动点子有周期性波动.55根据点子分布情况及时查找原因采取措施根据点子分布情况及时查找原因采取措施1.若极差若极差R未超控制线，说明加工中瞬时尺寸分未超控制线，说明加工中瞬时尺寸分 布较稳定。布较稳定。2.若均值有点超出控制线，甚至超出公差界限，若均值有点超出控制线，甚至超出公差界限，说明存在某种占优势的系统误差，过程不稳定。说明存在某种占优势的系统误差，

41、过程不稳定。若点图缓慢上升，可能是系统热变形；若点图若点图缓慢上升，可能是系统热变形；若点图 缓慢下降，可能是刀具磨损。缓慢下降，可能是刀具磨损。3.采取措施消除系统误差后，随机误差成主要因采取措施消除系统误差后，随机误差成主要因 素，分析其原因，控制尺寸分散范围。素，分析其原因，控制尺寸分散范围。.567 7.7保证加工精度的工艺措施保证加工精度的工艺措施1.消除或减小原始误差消除或减小原始误差 如加工细长轴时易产生弯曲和振动，增大主偏角减小如加工细长轴时易产生弯曲和振动，增大主偏角减小背向力，使用跟刀架或中心架增加工件刚度。但在进给背向力，使用跟刀架或中心架增加工件刚度。但在进给力作用下，

42、会因力作用下，会因“压杆失稳压杆失稳”而被压弯；在切削热的作用而被压弯；在切削热的作用下，工件会变长，也将产生变形。下，工件会变长，也将产生变形。采取措施：采取措施：采用反向进给的切削方法，使用弹性的采用反向进给的切削方法，使用弹性的尾座顶尖。尾座顶尖。.572.转移原始误差转移原始误差如镗孔时镗杆与主轴采用浮动连接，使用镗模将机床如镗孔时镗杆与主轴采用浮动连接，使用镗模将机床 误差转移到新装置上加以控制；误差转移到新装置上加以控制；转塔刀架的转位误差转移到误差不敏感方向转塔刀架的转位误差转移到误差不敏感方向.583.误差分组法误差分组法4.误差补偿法误差补偿法如精密孔轴配合将公差扩大加工再测

43、量分组装配；如精密孔轴配合将公差扩大加工再测量分组装配；上道工序误差太大，将工件分组再分别调整加工上道工序误差太大，将工件分组再分别调整加工利用原有误差或制造误差来抵消原始误差。如龙门铣利用原有误差或制造误差来抵消原始误差。如龙门铣床因铣削头自重产生下凹变形，刮研横梁导轨使上凸；床因铣削头自重产生下凹变形，刮研横梁导轨使上凸；加工曲轴时前后刀架同时切削，径向力方向相反；加工曲轴时前后刀架同时切削，径向力方向相反；精磨磨床床身导轨预加载荷，用配重代替工作时的部件精磨磨床床身导轨预加载荷，用配重代替工作时的部件.595.就地加工就地加工（自干自）（自干自）6.自动测量补偿、恒温控制等自动测量补偿、

44、恒温控制等机床零件装到工作位置上再精加工，消除误差影响。机床零件装到工作位置上再精加工，消除误差影响。如牛头刨、龙门刨工作台面装配在自身机床上进行如牛头刨、龙门刨工作台面装配在自身机床上进行“自刨自自刨自”精加工，以保证对滑枕、横梁的平行度；精加工，以保证对滑枕、横梁的平行度；平面磨床工作台面在装配后作平面磨床工作台面在装配后作“自磨自自磨自”精加工；精加工；在机床上修正卡盘平面的平直度，卡爪的同轴度在机床上修正卡盘平面的平直度，卡爪的同轴度.607.8 机械加工表面质量的影响及其控制机械加工表面质量的影响及其控制1 1）表面层的加工硬化）表面层的加工硬化2 2）表面层金相组织的变化）表面层金

45、相组织的变化3 3）表面层的残余应力）表面层的残余应力（2 2）表面层的物理力学性能）表面层的物理力学性能（1 1）表面的几何形状特征）表面的几何形状特征1 1）表面粗糙度）表面粗糙度 微观误差微观误差 波距波距1mm1mm2 2）表面波度）表面波度 微观与宏观之间波距微观与宏观之间波距1 110mm10mm概述概述1.1.表面质量的基本概念表面质量的基本概念.612.2.表面质量对使用性能的影响表面质量对使用性能的影响（1 1）表面质量对零件耐磨性的影响）表面质量对零件耐磨性的影响零件磨损三个阶段：零件磨损三个阶段：初期磨损阶段初期磨损阶段正常磨损阶段正常磨损阶段剧烈磨损阶段剧烈磨损阶段一般

46、来说表面粗糙一般来说表面粗糙度值越小耐磨性越度值越小耐磨性越好。但太小不易储好。但太小不易储油接触面发生分子油接触面发生分子粘接，磨损增加。粘接，磨损增加。表面加工硬化表面加工硬化使表使表层硬度增加耐磨性层硬度增加耐磨性提高。但硬化过度提高。但硬化过度会使表层剥落，加会使表层剥落，加快零件的磨损。快零件的磨损。表面金相组织的变表面金相组织的变化化会导致表层硬度会导致表层硬度发生变化，影响零发生变化，影响零件的耐磨性。件的耐磨性。.62（2 2）表面质量对疲劳强度的影响）表面质量对疲劳强度的影响（4 4）表面质量对配合质量的影响）表面质量对配合质量的影响（3 3）表面质量对耐腐蚀性的影响）表面质

47、量对耐腐蚀性的影响表面粗糙度值越大，抗疲劳破坏能力越差；表面粗糙度值越大，抗疲劳破坏能力越差；表面残余拉应力促使裂纹扩展，压应力阻止裂纹扩展；表面残余拉应力促使裂纹扩展，压应力阻止裂纹扩展；表层加工硬化适度会提高疲劳强度，过大易产生裂纹表层加工硬化适度会提高疲劳强度，过大易产生裂纹表面粗糙度值越大，抗腐蚀性越差表面粗糙度值越大，抗腐蚀性越差；表层加工硬化及金相组织变化易产生内应力，导致应力表层加工硬化及金相组织变化易产生内应力，导致应力腐蚀开裂，降低零件腐蚀性，而压应力有利微裂纹闭合腐蚀开裂，降低零件腐蚀性，而压应力有利微裂纹闭合表面粗糙度值越大，零件配合精度越低。表面粗糙度值越大，零件配合精

48、度越低。.637.8.1影响切削加工表面粗糙度的工艺因素及其措施影响切削加工表面粗糙度的工艺因素及其措施1.1.影响表面粗糙度的工艺因素影响表面粗糙度的工艺因素（1 1）切削加工影响表面粗糙度的因素）切削加工影响表面粗糙度的因素1 1）刀具几何形状的影响）刀具几何形状的影响H=f/(cotr+cotr)H=r(1-cos)f 2/8 r减小减小f、r、r及加大及加大r，可减小残留面积的高度，可减小残留面积的高度.642 2）工件材料的性质）工件材料的性质工件材料塑性越好，塑性变形越大，易产生积屑瘤和工件材料塑性越好，塑性变形越大，易产生积屑瘤和鳞刺，加工表面粗糙。鳞刺，加工表面粗糙。适当增大刀

49、具前角，提高刃磨适当增大刀具前角，提高刃磨质量，合理选择切削液，抑制积屑瘤和鳞刺。质量，合理选择切削液，抑制积屑瘤和鳞刺。3 3）切削用量）切削用量切削速度对表面粗糙切削速度对表面粗糙度影响很大，切削塑度影响很大，切削塑性材料时切削速度处性材料时切削速度处在产生积屑瘤和鳞刺在产生积屑瘤和鳞刺范围内，加工表面粗范围内，加工表面粗糙。糙。.657.8.2 影响影响磨削加工表面粗糙度的工艺因素及改善措施磨削加工表面粗糙度的工艺因素及改善措施1 1）砂轮的粒度）砂轮的粒度 磨粒越细表面粗糙度值越小磨粒越细表面粗糙度值越小2 2）砂轮的硬度）砂轮的硬度 硬度适当表面粗糙度值小硬度适当表面粗糙度值小6 6

50、）圆周进给速度和轴向进给量）圆周进给速度和轴向进给量粗糙度值增大粗糙度值增大5 5）径向进给量和光磨次数）径向进给量和光磨次数 径向进给量增加，径向进给量增加，粗糙度值增大；光磨次数增多，粗糙度值减小粗糙度值增大；光磨次数增多，粗糙度值减小4 4）磨削速度）磨削速度 提高磨削速度粗糙度值小提高磨削速度粗糙度值小3 3）砂轮的修整）砂轮的修整 微刃性等高性好粗糙度值小微刃性等高性好粗糙度值小7 7）冷却润滑液）冷却润滑液 降低表面粗糙度值降低表面粗糙度值.667.8.3影响表面层物理力学性能的工艺因素及改善措施影响表面层物理力学性能的工艺因素及改善措施1.1.工件表面层的冷作硬化工件表面层的冷作