1、第2章 机械加工质量机械加工质量2.1机械加工精度2.2机械加工表面质量2.1机械加工精度一、概述1.加工精度指零件加工后的实际几何参数与理想几何参数之间相符合的程度，符合程度越高，加工精度越高。尺寸精度形状精度位置精度2.1机械加工精度一、概述2.加工误差3.原始误差零件加工后的实际几何参数与理想几何参数之间的差值。由机床、夹具、刀具和工件构成的机械加工系统（即工艺系统）的各个部分都存在误差，即为原始误差。原始误差加工前的误差加工原理误差机床几何误差刀夹具制造误差调整误差定位误差加工中的误差工艺系统受力误差工艺系统热变形磨损误差加工后的误差度量误差内应力引起的变形2.1机械加工精度2.1机械
2、加工精度二、加工原理误差车蜗杆时的传动关系由于采用了近似的成形运动或近似的刀刃轮廓进行加工所产生的误差。无法避免，但因“近似”方便了机床和刀具的生产制造，故在合理范围内应用广泛2.1机械加工精度三、机床的几何误差指在无切削负荷下，来自机床本身制造误差、安装误差和磨损。主轴回 转误差导轨误差传动链误差2.1机械加工精度三、机床的几何误差1.主轴的回转误差主轴实际回转轴线对理想回转轴线漂移在误差敏感方向上的最大变动量称为主轴回转误差。对加工误差影响最大的方向2.1机械加工精度三、机床的几何误差1.主轴的回转误差三种基本形式轴向窜动角度摆动径向跳动主轴回转误差产生原因：主轴制造误差、轴承误差、主轴箱
3、箱体孔的制造误差、主轴转速等。2.1机械加工精度三、机床的几何误差1.主轴的回转误差回转误差对加工精度的影响主轴回转误差的基本形式车床上车削镗床上镗削内、外圆端面螺纹孔端面纯径向跳动影响很小无影响圆度误差无影响纯轴向窜动无影响平面度误差 垂直度误差螺距误差无影响平面度误差 垂直度误差纯角度摆动圆柱度误差影响极小螺距误差圆柱度误差平面度误差纯径向跳动对镗孔圆度的影响理想形状实际形状车削时纯径向跳动对圆度的影响纯角度摆动对镗孔的影响O工件孔轴心线主轴回转轴心线2.1机械加工精度三、机床的几何误差1.主轴的回转误差提高主轴回转精度的措施选用高精度轴承，提高主轴部件的装配精度；采用工艺措施，避开主轴回
4、转精度对加工精度的影响。2.1机械加工精度三、机床的几何误差2.机床导轨误差机床导轨是机床各主要部件相对位置和运动的基准，其直接影响机床成形运动之间的相互位置关系。三种形式导轨在水平面内的误差导轨在垂直面内的误差两导轨间的平行度误差导轨在水平面内直线度误差导轨在水平面内直线度误差产生圆柱度误差导轨在垂直面内直线度误差导轨在垂直面内直线度误差R=（Z）2/2R，可忽略不计。产生圆柱度误差2.1机械加工精度三、机床的几何误差3.传动链误差传动元件由于其加工、装配和使用过程中磨损必将引起两端件之间的相对运动误差。减少传动元件、提高传动件的制造精度和安装精度、附加校正装置等措施可减小传动链误差。2.1
5、机械加工精度四、工艺系统的受力变形引起的误差1.工艺系统受力变形现象机械加工过程中，工艺系统在切削力、夹紧力、传动力、重力和惯性力等外力作用下会产生变形，破坏刀具和零件之间的正确位置关系，使零件产生加工误差。2.1机械加工精度四、工艺系统的受力变形引起的误差2.工艺系统受力变形对加工精度的影响1）切削力大小变化对加工精度的影响“误差误差复映复映”现象现象2.1机械加工精度四、工艺系统的受力变形引起的误差2.工艺系统受力变形对加工精度的影响1）切削力大小变化对加工精度的影响误差复映规律：当毛坯有形状误差或位置误差时，加工后工件仍会有同类的加工误差。但每次走刀后工误差将逐步减少。毛坯工件为误差复映
6、系数（1）。与进给量、工艺系统刚度有关。若每次走刀复映系数为1、2、n，则总 1 2 n2.1机械加工精度四、工艺系统的受力变形引起的误差2.工艺系统受力变形对加工精度的影响2）切削力作用点位置的变化对加工精度的影响车削短粗的光轴，工件不易车削短粗的光轴，工件不易变形，切削力使后顶尖和刀变形，切削力使后顶尖和刀具产生让刀现象，两端让刀具产生让刀现象，两端让刀量大，中间让刀量小，形成量大，中间让刀量小，形成马鞍形。马鞍形。车削细长的光轴，工件刚性车削细长的光轴，工件刚性很差，切削力的变形都将转很差，切削力的变形都将转到工件的变形上。中间变形到工件的变形上。中间变形量较大，两端变形小，形成量较大，
7、两端变形小，形成鼓形。鼓形。2.1机械加工精度四、工艺系统的受力变形引起的误差3.减少工艺系统受力变形的主要措施提高接触刚度提高工件、部件刚度，减少受力变形；采用合理的安装方法改善机床主要零件接触面的配合质量；减少工件弯曲力矩，夹紧点落在工件刚性好的地方。2.1机械加工精度五、工艺系统热变形对加工精度的影响工艺系统的热变形会破坏刀具和工件的准确位置及运动关系，产生加工误差。2.1机械加工精度五、工艺系统热变形对加工精度的影响1.机床热变形车、铣镗床类机床主要热源为主轴箱轴承和齿轮摩擦热以及主轴箱油池的发热。磨床类热传主要是砂轮主轴轴承和液压系统的发热。2.1机械加工精度五、工艺系统热变形对加工
8、精度的影响1.机床热变形减少机床热变形对加工精度影响措施：减少发热和隔热提高散热能力；控制温度变化；缩短和避开机床的预热期。2.1机械加工精度五、工艺系统热变形对加工精度的影响2.工件热变形热源：切削热。单面磨削轴类零件，形成轴类零件，形成圆柱度（锥度）圆柱度（锥度）和径向尺寸误差。和径向尺寸误差。单面磨削，造成单面磨削，造成工件受热翘曲，工件受热翘曲，形成平面度误差。形成平面度误差。2.1机械加工精度五、工艺系统热变形对加工精度的影响2.工件热变形减少措施：减少切削热；粗精加工工序分开；合理选择切削用量和刀具的几何参数；在切削区施加充分的切削液。2.1机械加工精度五、工艺系统热变形对加工精度
9、的影响3.刀具热变形总之，刀具能够迅速达到热平衡，故刀具热变形对加工质量影响不显著。又称残余应力。是指当外部载荷去除以后仍然残存在工件内部的应力。2.1机械加工精度六、加工过程中的其他误差1.工件内应力引起的误差1）产生原因毛坯制造过程中产生内应力；铸件在冷却时产生内应力；冷矫正产生内应力；切削加工产生内应力。铸造内应力及其变形工件冷矫正后存在内应力，处于不稳定的状态，内应力的重新分布将重新产生弯曲变形。高精度丝杠加工不采用冷矫正的方法。2.1机械加工精度六、加工过程中的其他误差1.工件内应力引起的误差2）减少或消除措施合理设计零件结构；合理安排工艺过程；采用时效处理。自然时效人工时效振动时效
10、2.1机械加工精度六、加工过程中的其他误差2.调整误差1）采用试切法调整时误差来源测量误差；微量进给时，机构灵敏度所引起的误差；最小切削厚度的影响。(图)通过调整机床、夹具和刀具所带来的原始误差试切调整2.1基本概念2.1机械加工精度六、加工过程中的其他误差2.调整误差2）采用定程机构调整时误差来源3）用样件或样板调整时误差来源定程机构本身的制造精度和刚度，及与其配合使用的离合器、控制阀等的灵敏度。样件或样板本身的制造误差、安装误差和对刀误差。2.1机械加工精度七、加工误差综合分析1.加工误差的分类分类：系统性误差和随机性误差。在顺序加工一批零件中，误差的大小和方向或者保持不变，或按一定规律变
11、化的误差。前者为常值系统性误差，后者为变值系统性误差。在依次加工一批零件中，加工误差的大小或方向成不规格地变化的误差为随机性误差。如定位误差、夹紧误差、调整误差等。2.1机械加工精度七、加工误差综合分析2.加工误差的数理统计分析法常用分布曲线法和点图法。1）实际分布曲线以工件尺寸为横坐标，以频数或频率为纵坐标，即可作出该工序工件加工尺寸的实际分布图直方图。连接直方图中每一直方宽度的中点（中心值）得到一条折线，即实际分布曲线。2.1机械加工精度七、加工误差综合分析2.加工误差的数理统计分析法1）实际分布曲线例：一批活塞销孔镗孔后孔径尺寸为28 mm，从中抽取100件作为样本，测量后得出100个数
12、据，按尺寸从小到大进行分组，共分成6组，组距为0.002mm，做出表格，根据表格绘制直方图和分布折线图。0-0.0152.1机械加工精度七、加工误差综合分析2.加工误差的数理统计分析法1）实际分布曲线2.1机械加工精度七、加工误差综合分析2.加工误差的数理统计分析法1）实际分布曲线活塞销孔直径分布折线图2.1机械加工精度分析折线图：分散范围分散范围=最大孔径最大孔径 最小孔径最小孔径=28.00427.992=0.012mm分散范围中心分散范围中心(平均孔径平均孔径)9979.2799788.27100/)003.28*2001.28*16999.27*30997.27*32995.27*16
13、993.27*4(1X1jkjjxmn2.1机械加工精度分析折线图：公差带中点公差带中点=废品率废品率=18，即尺寸为即尺寸为28.0028.004mm的的零件的频率。零件的频率。系统误差系统误差 st=分散范围中心公差带中心分散范围中心公差带中心=29.997927.9925=0.0054mm因分散范围因分散范围(0.012)公差值公差值(0.015)，需减小需减小st，可不产生废品，即将镗刀伸出量调小可不产生废品，即将镗刀伸出量调小0.0054/2=0.0027mm。mm9925.272015.028 2.1机械加工精度七、加工误差综合分析2.加工误差的数理统计分析法2）直方图和分布折线图
14、的作法收集数据分组计算组距计算组界统计频数m绘制直方图和分布折线图2.1机械加工精度七、加工误差综合分析2.加工误差的数理统计分析法3）正态分布曲线正态分布曲线方程式为：222)(21XeY2.1机械加工精度七、加工误差综合分析2.加工误差的数理统计分析法3）正态分布曲线特点曲线呈钟形，中间高，两边低,表示尺寸靠近分散中心的工件占大多数而离中心越远越少；2.1机械加工精度七、加工误差综合分析2.加工误差的数理统计分析法3）正态分布曲线特点曲线有对称性，即工件尺寸大于和小于的同间距范围内的频率是相等的。2.1机械加工精度七、加工误差综合分析2.加工误差的数理统计分析法3）正态分布曲线特点均方根差
15、决定了曲线的形状；越大，曲线越平坦，尺寸越分散，精度低。越小，曲线越陡峭，尺寸越集中，精度高。2.1机械加工精度七、加工误差综合分析2.加工误差的数理统计分析法3）正态分布曲线特点曲线分布中心 决定分布曲线的位置,为常值系统误差影响的结果；X2.1机械加工精度七、加工误差综合分析2.加工误差的数理统计分析法3）正态分布曲线特点正态分布曲线包含的全部面积为：1dx2xx2122 )(exp即即1002.1机械加工精度七、加工误差综合分析2.加工误差的数理统计分析法3）正态分布曲线特点由表查出 即 时 F=49.865，2F=99.73即工件在3外的频率只有0.27%，一般取正态分布曲线3范围代表
16、全部面积。3xx=3xx=?(Z)=12Z10e-Z22dZ之值2.1机械加工精度七、加工误差综合分析2.加工误差的数理统计分析法4）正态分布曲线的应用（1）计算一批加工好的零件的合格品率和废品率；（2）判断一批零件存在加工误差的性质；a.a.尺寸分布符合正态分布，说明不存在变值系统性误差；尺寸分布符合正态分布，说明不存在变值系统性误差；b.b.分散范围中心和分散范围中心和 公差带中心不重合，说明存在常值公差带中心不重合，说明存在常值系统性误差；系统性误差；c.c.尺寸分布不符合正态分布，说明存在变值系统性误差。尺寸分布不符合正态分布，说明存在变值系统性误差。2.1机械加工精度七、加工误差综合
17、分析2.加工误差的数理统计分析法4）正态分布曲线的应用（3）可进行工艺验证判断工序的工艺能力。表示工艺能力，称为工艺能力系数，用 Cp表示。6T2.1机械加工精度七、加工误差综合分析2.加工误差的数理统计分析法4）正态分布曲线的应用例2-1：已知=0.005mm零件公差带T=0.02mm，且公差对称于分散范围中心，X=0.01mm。试求此时的废品率。解：Z=X/=0.01/0.005=2 查表，当Z=2时，2?(Z)=0.9544 故废品率为1-2?(Z)*100%=4.56%例2-2：:车一批轴的外圆，其图样规定的尺寸为 mm，根据测量结果，此工序的分布曲线是按正态分布，其=0.025mm，
18、曲线的顶峰位置和公差中心相差0.03mm，偏于右端。试求其合格率和废品率。解：尺寸分布如图所示，合格率为A、B两部分计算。01.020轴直径尺寸分布曲线%2.21%100*2881.0-5.0%741.78%100*2881.049931.02881.0)8.049931.0)2.38.0025.003.01.0*5.003.05.0Z2.3025.003.01.0*5.003.05.0Z）不合格率（）故合格率（，查表得（，查表得BBAABBAAZZZZTXTX2.1机械加工精度七、加工误差综合分析2.加工误差的数理统计分析法5）分布曲线的不足不能在加工过程中对误差进行主动控制；无法区分到底是
19、哪种误差的影响；只能对下一批零件起到指导生产的作用。2.1机械加工精度七、加工误差综合分析3.提高加工精度的途径直接减小误差法误差补偿法转移误差法误差分组法就地加工法 在自动车床上加工一批直径为 mm的小轴，抽检了25个工件，测得尺寸为17.89,17.92,17.93,17.94,17.94,17.95,17.95,17.96,17.96,17.96,17.97,17.97,17.97,17.98,17.98,17.98,17.99,17.99,18.00,18.00,18.01,18.02,18.02,18.04,18.05.试根据以上数据绘制实际尺寸分布曲线，计算合格率、废品率、可修复废
20、品率和不可修复废品率。03.008.0182.2机械加工表面质量一、概念指机器零件加工后的表面层的状态。几何形状特征物理机械性能2.2机械加工表面质量一、概念1.几何形状特征指表面微观几何形状误差介于加工精度和表面粗糙度之间的一种带有周期性的几何形状误差2.2机械加工表面质量一、概念2.物理机械性能表面层冷作硬化（简称冷硬）：零件在机械加工中表面层金属产生强烈的冷态塑性变形后，引起的强度和硬度都有所提高的现象表面层残余应力是由于加工过程中切削变形和切削热的影响，工件表面层产生残余应力。表面层金相组织的变化：由于切削热引起工件表面温升过高，表层金属发生金相组织变化的现象2.2机械加工表面质量二、
21、表面质量对零件使用性能的影响1.对耐磨性的影响表面粗糙度的影响冷作硬化的影响金相组织变化的影响2.对耐腐蚀性的影响表面粗糙度值越大，耐蚀性就越差；表面残余压应力会提高耐蚀能力；残余拉应力降低耐蚀能力。2.2机械加工表面质量二、表面质量对零件使用性能的影响3.对疲劳强度的影响表面越粗糙越容易造成疲劳破坏；残余压应力提高疲劳强度，拉应力降低疲劳强度；适当的冷硬提高疲劳强度，过度会降低。4.对配合质量的影响对间隙配合，大的粗糙度值会降低配合精度；对过盈配合，会降低配合件之间的连接强度和可靠性。2.2机械加工表面质量三、影响机械加工表面质量的因素1.影响粗糙度的因素1）切削加工表面粗糙度的影响因素几何因素刀具的几何参数、切削用量等；物理因素工件的材料性能；工艺系统振动。2.2机械加工表面质量三、影响机械加工表面质量的因素1.影响粗糙度的因素2）磨削加工表面粗糙度的影响因素砂轮的影响粒度、硬度、修整等；磨削条件的影响磨削速度、工件速度、进给量、无进给磨削次数、切削液等；工件材料的影响2.2机械加工表面质量三、影响机械加工表面质量的因素2.影响表面层物理机械性能的因素冷作硬化其程度取决于产生塑性变形的力、变形速度和变形时的温度。金相组织的变化切削时一般无质的变化；磨削时易发生变化；残余应力主要受刀具前角、切削速度、工件材料的性质和冷却润滑液等的影响。
