1、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制 尺寸精度形狀精度位置精度（通常形狀誤差限制在位置公差內(nèi)，位置公差限制在尺寸公差內(nèi)）表面粗糙度波度紋理方向傷痕（劃痕、裂紋、砂眼 等）加工精度表面質(zhì)量表面幾何形狀精度表面缺陷層表層加工硬化表層金相組織變化表層殘余應(yīng)力圖4-1 加工質(zhì)量包含的內(nèi)容第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制第5章 機(jī)械加工質(zhì)量 機(jī)械加工精度的獲得方法 1. 尺寸精度的獲得方法 （1）試切法 （2）調(diào)整法 （3）定尺寸刀具法 （4）自動控制法 第5章 機(jī)械加工質(zhì)量 試切法車削軸第5章 機(jī)械加工質(zhì)量 用定尺寸刀具法加工的例子第

2、5章 機(jī)械加工質(zhì)量 2. 形狀精度的獲得方法 （1）成形運(yùn)動法 軌跡法 仿形法 成形刀具法（成形法） 展成法 （2）非成形運(yùn)動法 第5章 機(jī)械加工質(zhì)量 車錐孔第5章 機(jī)械加工質(zhì)量 仿形車削第5章 機(jī)械加工質(zhì)量 成形車削第5章 機(jī)械加工質(zhì)量 展成法加工齒輪第5章 機(jī)械加工質(zhì)量 3. 位置精度的獲得方法 （1）一次裝夾法 （2）多次裝夾法 （3）非成形運(yùn)動法 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。 零件宏觀幾何形狀誤差、波度、表面粗糙度 a）波度 b）表面粗糙度 圖4-2 零件加工表面的粗糙度與波度RZHRZ第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制 Ra（m）

3、初始磨損量重載荷輕載荷圖4-3 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（圖4-3）紋理形式與方向：圓弧狀、凹坑狀較好適當(dāng)硬化可提高耐磨性第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制RYRRR =X202YYRR（4-1）XRX （4-2）顯然：XYRR 圖4-4 誤差敏感方向YR0Xa）YR0Xb）第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制 引起加工誤差的根本原因是工藝系統(tǒng)存在著誤差，將工藝系統(tǒng)的誤差稱為原始誤差。原始誤差與工藝系統(tǒng)原

4、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(yùn)動狀態(tài)下的誤差主軸回轉(zhuǎn)誤差導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差傳動誤差圖4-5 原始誤差構(gòu)成第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制理論方法：運(yùn)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。試驗方法：通過試驗或測試，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(yùn)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

5、程進(jìn)行分析和控制。第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制加工原理誤差是指采用了近似的成型運(yùn)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。例例2：用阿基米德蝸桿滾刀滾切漸開線齒輪例例1：在數(shù)控銑床上采用球頭刀銑削復(fù)雜形面零件(圖4-6)SRh圖4-6 空間曲面數(shù)控加工8SR h （4-3）第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制b）端面圓跳動a）徑向圓跳動c）傾角擺動圖4-7 主軸回轉(zhuǎn)誤差基本 形式第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制主軸回轉(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

6、（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(yùn)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圖4-8 徑向跳動對鏜孔精度影響式中 R 刀尖回轉(zhuǎn)半徑； 主軸轉(zhuǎn)角。() cossinXReYR（4-4） 顯然，式（4-4）為一橢圓。第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制圖4-9 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(yùn)動，其頻率與主軸轉(zhuǎn)速相同，幅值為2e。則刀尖運(yùn)動軌跡接近于正圓（圖4-9）。 思考：主軸回轉(zhuǎn)中心在X方向上作簡諧直線運(yùn)動，其頻率為主軸轉(zhuǎn)速兩倍，被車外圓形狀如何？結(jié)論：結(jié)論：主軸徑向

7、跳動影響加工表面的圓度誤差e 主軸徑向圓跳動對加工精度的影響（車外圓）第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制主軸端面圓跳動對加工精度的影響主軸傾角擺動對加工精度的影響第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制AB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圖4-10 軸徑不圓引起車床主軸徑向跳動滑動軸承圖4-11 軸承孔不圓引起鏜床主軸徑向跳動滾動軸承第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制影響主軸回轉(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（圖4-12）其他因素軸承孔、軸徑圓度誤差；軸承孔

8、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）0圖4-12 止推軸承端面誤差對主軸軸向竄動的影響第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制傳統(tǒng)測量方法存在問題：主軸回轉(zhuǎn)誤差的測量圖4-13 傳統(tǒng)測量方法a)b)圖4-14 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)確測量方法第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制導(dǎo)軌副運(yùn)動件實際運(yùn)動方向與理想運(yùn)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

9、導(dǎo)向誤差對加工精度的影響X圖4-15 導(dǎo)軌扭曲引起的加工誤差HRDBXYHRHB（4-5） 第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制 導(dǎo)軌誤差第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制圖4-16 成形運(yùn)動間位置誤差對外圓和端面車削的影響fZzzc）HyR0fXZLfdDdxa）b）第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制影響導(dǎo)軌導(dǎo)向精度的主要因素第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)床傳動誤差對加工精度的影響圖4-17 齒輪機(jī)床傳動鏈z7 = z8 = 16z1 = 64zn = 96z5 = z6 = 23z3

10、 = z4 = 23bz2 = 16zn-1 = 1icefacd111sinnnjjjnjjjjkktk （4-6） 以齒輪機(jī)床傳動鏈為例：式中 n 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； n 傳動鏈末端元件角速度； j 第j 個傳動元件轉(zhuǎn)角誤差的初相角。第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制圖4-18 傳動鏈誤差的頻譜分析a)nA1A2Aib)（頻率）A（幅值）12i提高傳動精度措施第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制第第5 5章章 機(jī)械

11、加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制L0.056F710F7k620H 7g 6YZ圖4-19 鉆徑向孔的夾具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。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；第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制a）b）圖4-20 試切法與調(diào)整法（圖4-20 a）（圖4-20 b）第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制在加工誤差敏感方向上工藝系統(tǒng)所受外力與變形量之比pFkX（4-7）式中 k工藝系統(tǒng)剛度； Fp吃刀抗力； X 藝系統(tǒng)位移（切削合力作用下的位移）。第

12、第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制11111jcjjdgkkkkk（4-8）式中 k 工藝系統(tǒng)剛度； kjc 機(jī)床剛度； kjj 夾具剛度； kd 刀具剛度； kg 工件剛度。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之迭加。由此可導(dǎo)出工藝系統(tǒng)剛度與工藝系統(tǒng)各組成部分剛度之間的關(guān)系：第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)床變形引起的加工誤差式中 Xjc 機(jī)床總變形； Fp 吃刀抗力； ktj 機(jī)床前頂尖處剛度； kwz 機(jī)床后頂尖處剛度； kdj 機(jī)床刀架剛度； L 工件全長； Z 刀尖至工件左端距離。22111jcptjwzdjLZZXFk

13、LkLk（4-9）圖4-21 變形隨受力點變化規(guī)律XtjXwzXdjXFpAABBCCZLFAFBXz第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制圖4-22 機(jī)床受力變形引起的加工誤差（5-10）223pgFLZZXE JL工件變形引起的加工誤差式中 Xg 工件變形； E 工件材料彈性模量； J 工件截面慣性矩； Fp，L，Z 含義同前。圖4-23 工件受力變形引起的加工誤差第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制22221113ptjwzdjLZZLZZXFkLkLkE J（4-11）機(jī)床變形和工件變形共同引起的加工誤差工藝系統(tǒng)剛度222211113ptj

14、wzdjFkXLZZLZZkLkLkE J（4-12）第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制式中 g 工件圓度誤差； m 毛坯圓度誤差； k 工藝系統(tǒng)剛度； 誤差復(fù)映系數(shù)。 1212121gppppmCFFaakk （4-13）圖4-24 誤差復(fù)映現(xiàn)象ap11ap22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，此種現(xiàn)象稱為“誤差復(fù)映”第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工中，誤差復(fù)映系數(shù)通常小于1?？赏ㄟ^多次走刀，消除誤差復(fù)映的影響。123n （4-15）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。

15、由式（4-13）可得：kCmg（4-14）第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制夾緊力影響a） b）圖4-25 薄壁套夾緊變形圖4-26 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：加橡皮墊第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制圖4-27 龍門銑橫梁變形【例】龍門銑橫梁圖4-28 龍門銑橫梁變形轉(zhuǎn)移圖4-29 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?shù)诘? 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制傳動力與慣性力影響圖4-30 傳動力對加工精度的影響zlRXYFpFcFcdFcdxra

16、）OOr0XYFpAFcdrcd=Fcd / kcOFcFc / kcFp / kcb）O第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制圖4-31 車床刀架變形曲線X（m）10203040500123F（KN）v 非線形關(guān)系，不完全是彈性變形v 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v 存在殘余變形，反復(fù)加載卸載后殘余變形0v 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第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制式中 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)。mXc p （4-15）圖4-31 接觸變

17、形曲線xOpppxx第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制v合理設(shè)計零部件結(jié)構(gòu)和截面形狀v提高連接表面接觸剛度（表面粗糙度，改進(jìn)接觸質(zhì)量，予加載荷） v采用輔助支承（中心架，跟刀架，鏜桿支承等）圖4-33 支座零件不同安裝方法圖4-32 轉(zhuǎn)塔車床導(dǎo)向桿v采用合理裝夾和加工方式圖4-28，4-29，4-56， 4-58 第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制圖4-34 鑄件殘余應(yīng)力引起變形圖4-35 冷校直引起的殘余應(yīng)力壓拉加載壓壓拉拉卸載v 設(shè)計合理零件結(jié)構(gòu)v 粗、精加工分開v 避免冷校直v 時效處理v 毛坯制造和熱處理產(chǎn)生的殘余應(yīng)力（圖4-34）v

18、 冷校直帶來的殘余應(yīng)力（圖4-35）v切削加工帶來的殘余應(yīng)力第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制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4070%。v 溫度場工藝系統(tǒng)各部分溫度分布v 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v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)境熱源輻射熱第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制v 體積大，熱容量大，溫升不高，達(dá)到熱平衡時間長v 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(yùn)轉(zhuǎn)時間 / h0 1 2

19、 3 450150100200位移 /m20406080溫升 / YX前軸承溫升圖4-36 車床受熱變形a） 車床受熱變形形態(tài)b） 溫升與變形曲線（圖4-36）第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制v 立銑（圖a）圖4-37 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)v 外圓磨（圖b）v 導(dǎo)軌磨（圖c）（圖4-37）第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制特點變形曲線（圖4-38）max1ce（4-16）式中 熱伸長量； max 達(dá)到熱平衡熱伸長量； 切削時間； c 時間常數(shù)（熱伸長量為熱平

20、衡熱伸長量約63%的時間，常取34分鐘）。(min)圖4-38 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（m）maxb0c0.63max第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制圓柱類工件熱變形 5級絲杠累積誤差全長5m，可見熱變形的嚴(yán)重性531.1 1040014.410()4.4()LLtmmm式中 L， D 長度和直徑熱變形量； L，D 工件原有長度和直徑； 工件材料線膨脹系數(shù)； t 溫升。LLt（4-17）DDt（4-18）第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制式中 X 變形撓度； L，S 工件原有長度和厚度； 工件材料線膨脹系數(shù)；

21、 t 溫升。28LtXS（5-19）板類工件單面加工時的熱變形（圖4-39）圖4-39 平面加工熱變形X/ 4LS221.120003886000.022 ()LtXSmm此值已大于精密導(dǎo)軌平直度要求結(jié)果結(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。例例：高600mm，長2000mm的床身，若上表面溫升為3，則變形量為：第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制例例1：磨床油箱置于床身內(nèi)，其發(fā)熱使導(dǎo)軌中凹解決解決：導(dǎo)軌下加回油槽圖4-40 平面磨床補(bǔ)償油溝例例2：立式平面磨床立柱前壁溫度高，產(chǎn)生后傾。解決解決：采用熱空氣加熱立柱后壁（圖4-41）

22、。圖4-41 均衡立柱前后壁溫度場v 減少切削熱和磨削熱，粗、精加工分開。v 充分冷卻和強(qiáng)制冷卻。v 隔離熱源。第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制圖4-43 支承距影響熱變形L1L2v 熱對稱結(jié)構(gòu)v 熱補(bǔ)償結(jié)構(gòu)（圖4-42，主軸熱補(bǔ)償）圖4-42 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熱伸長方向v 合理選擇裝配基準(zhǔn)（圖4-43）v高速空運(yùn)轉(zhuǎn)v人為加熱v 恒溫v 人體隔離第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制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

23、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。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)誤差第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制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。 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。 隨機(jī)誤差服從統(tǒng)計學(xué)規(guī)律。 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。運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計原理和方法，根據(jù)被測質(zhì)量指標(biāo)的

24、統(tǒng)計性質(zhì)，對工藝過程進(jìn)行分析和控制。第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制1）采集數(shù)據(jù) 樣本容量通常取 n = 502002）確定分組數(shù)、組距、組界、組中值 分組數(shù) k； 確定組距 d： 取整，dd 確定分組數(shù) k：maxmin11xxRdkk 確定各組組界、組中值 統(tǒng)計各組頻數(shù)1Rkd第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制圖4-44 直方圖-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（圖4-44）11niixxn（4-20）211

25、1niisxxn（4-21）第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制正態(tài)分布 式中和分別為 正態(tài)分布隨機(jī)變量總體平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。平均值=0，標(biāo)準(zhǔn)差=1的正態(tài)分布稱為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，記為： x N ( 0, 1 )（4-22）2121,02xyex yF（z）圖4-45 正態(tài)分布曲線( z = 0 )x(z)0z-+第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制2121( )2xxF xedx（5-23）221( )02zzF zed zxz令：將 z 代入上式，有：則利用上式，可將非標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布進(jìn)行計算（圖4-45）。稱 z 為標(biāo)準(zhǔn)化變量yF（

26、z）圖4-45 正態(tài)分布曲線( z = 0 )x(z)0z-+第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制非正態(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（圖4-46a） 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）（圖4-46b）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（圖4-46c）圖4-46 幾種非正態(tài)分布 第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制形位誤差的分布 差數(shù)模分布：正態(tài)分布大于零的部分與

27、小于零的部分對零軸線映射后的迭加（圖4-47），如對稱度、直線與平面的平行度、相鄰周節(jié)誤差等瑞利分布：二維正態(tài)分布，在只考慮平面向量模情況下轉(zhuǎn)換成為一維分布（圖4-48）,如同軸度、直線與直線平行度、端面圓跳動誤差等（不考慮系統(tǒng)誤差）xy0圖4-47 差數(shù)模分布瑞利綜合分布：上述誤差在考慮系統(tǒng)誤差的情況下，其誤差分布接近瑞利綜合分布圖4-48 瑞利分布xzy0第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制判斷加工性質(zhì)確定工序能力 3626PPKCPTUTLCTUTLC （5-24）（5-25）（5-26）工序能力 工序能力系數(shù) 第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分

28、析與控制y圖4-49 工藝能力系數(shù)符號含義x033公差帶TTUTL3626PPKCPTUTLCTUTLC 第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制 工序能力系數(shù) 工序等級 說 明 CP1.67 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 工序能力很差表4-2 工序能力等級CP 表示工藝過程本身的能力，而工藝能力系數(shù) CPK 則表示過程滿足技術(shù)要求的能力，實際上是“過程能力”與“管理能力”的綜合第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析

29、與控制01234567樣組序號b）工件尺寸公差帶T控制限圖4-50 單值點圖工件序號c）AABOOB工件尺寸工件尺寸工件序號a差帶T控制限（圖4-49）第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制xR（4-26）1221kiiSXxxkxxA RxxA R中線上控制限下控制限R 圖：1121kiiSXRRkRD RRD R中線上控制限下控制限（4-27）A2、D1、D2 數(shù)值見教材180頁表5-2。xRxxR圖： x第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制工藝過程穩(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4-51

30、 圖xRR 圖UCL=19.67CL=8.900510樣組序號1520LCL=00510樣組序號1520 x 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）v 同時滿足為穩(wěn)定xR第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制誤差預(yù)防指減小原始誤差本身或減小原始誤差的影響a）b）圖4-53 轉(zhuǎn)塔車床刀架轉(zhuǎn)位誤差的轉(zhuǎn)移圖4-54 易位法加工時誤差均化過程360工件轉(zhuǎn)角累積誤差1l1l22第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制

31、圖4-55）指人為引入附加誤差因素，以抵消或減小原始誤差的影響圖4-55 高壓油泵偶件自動配磨裝置示意圖柱塞銷柱塞第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制圖4-56 絲扛加工誤差補(bǔ)償裝置1 工件 2 螺母 3 母絲杠 4 杠桿 5 校正尺 6 觸頭 7 校正曲線 附加位移螺母附加轉(zhuǎn)動圖4-56）第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制圖4-57 以彈性變形補(bǔ)償熱變形v 以彈性變形補(bǔ)償熱變形（圖4-57）圖4-59 以熱變形補(bǔ)償熱變形圖4-58 龍門銑橫梁變形補(bǔ)償附加夾緊力v 以熱變形補(bǔ)償熱變形（圖4-59）v 以幾何誤差補(bǔ)償受力變形（圖4-58）第第5

32、5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制圖4-60 車削時殘留面積的高度（4-31）rrfHctgctg28fHr（4-32）,rrrkkf刀尖圓弧半徑主偏角副偏角進(jìn)給量frRmaxvfrb）Rmaxfa）vfrr第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制圖4-61 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（m）481216202428收縮系數(shù)Ks1.52.02.53.0積屑瘤高度 h（m） 0200400600hKsRz第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制v 砂輪速度v，Rav 工

33、件速度vw，Ra v 砂輪縱向進(jìn)給f，Ra v 磨削深度ap，Ra 圖4-62 磨削用量對表面粗糙度的影響vw = 40(m/min)f = 2.36(m /min)ap = 0.01(mm)v = 50(m/s)f = 2.36(m /min)ap = 0.01(mm)v(m/s), vw(m/min)Ra(m)0304050600.51.0a）ap(mm)00.010.40.8Ra(m)00.20.60.020.030.04b） 圖4-63 光磨次數(shù)-Ra關(guān)系Ra(m)01020300.020.040.06光磨次數(shù)粗粒度砂輪(WA60KV)細(xì)粒度砂輪(WA/GCW14KB)v光磨次數(shù)，Ra

34、第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制v 砂輪粒度，Ra；但要適量v 砂輪硬度適中， Ra ；常取中軟v 砂輪組織適中，Ra ；常取中等組織v 采用超硬砂輪材料，Ra v 砂輪精細(xì)修整， Ra v 工件材料v 冷卻潤滑液等第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制切削用量影響刀具影響00.20.40.60.81.0磨損寬度VB(mm)100180260340硬度(HV)50鋼，v = 40(m/min) f = 0.120.2(mm/z)圖4-65 后刀面磨損對冷硬影響工件材料圖4-64 f 和 v 對冷硬的影響硬度(HV)0f (mm /r)0.20.

35、40.60.8v =170(m/min)135(m/min)100(m/min )50(m/min)100200300400工件材料：45第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制磨削用量砂輪工件材料圖4-66 磨削深度對冷硬的影響ap(mm)硬度(HV)00.253003504505004000.500.75普通磨削高速磨削第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制切削用量刀具工件材料圖4-68 f 對殘余應(yīng)力的影響工件：45，切削條件：vc=86m/min，ap=2mm，不加切削液 殘余應(yīng)力(Gpa)0.2000.2001 00200300400距離表面

36、深度(m) f =0.40mm/r f =0.25mm/r f =0.12mm/r僅討論切削加工圖4-67 vc 對殘余應(yīng)力的影響0=5,0=5,r=75,r=0.8mm,工件：45切削條件：ap=0.3mm, f=0.05mm/r, 不加切削液050100150200距離表面深度(m)殘余應(yīng)力(Gpa)-0.2000.20vc =213m/minvc =86m/minvc =7.7m/min第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制工件表層溫度達(dá)到或超過金屬材料相變溫度時，表層金相組織、顯微硬度發(fā)生變化，并伴隨殘余應(yīng)力產(chǎn)生，同時出現(xiàn)彩色氧化膜。 回火燒傷； 淬火燒傷； 退火

37、燒傷。磨削表面殘余拉應(yīng)力達(dá)到材料強(qiáng)度極限，在表層或表面層下產(chǎn)生微裂紋。裂紋方向常與磨削方向垂直或呈網(wǎng)狀，常與燒傷同時出現(xiàn) 圖4-69 帶空氣擋板冷卻噴嘴第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制圖4-71 滾壓加工原理圖圖4-70 珠丸擠壓引起殘余應(yīng)力 壓縮拉伸塑性變形區(qū)域第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制5.9.1 5.9.1 概述概述v 影響加工表面粗糙度，振動頻率較低時會產(chǎn)生波度v 影響生產(chǎn)效率 v 加速刀具磨損，易引起崩刃v 影響機(jī)床、夾具的使用壽命v 產(chǎn)生噪聲污染，危害操作者健康v 工藝系統(tǒng)受到初始干擾力而破壞了其平衡狀態(tài)后，系統(tǒng)僅靠彈性恢

38、復(fù)力來維持的振動稱為自由振動。v 由于系統(tǒng)中總存在由阻尼，自由振動將逐漸衰弱，對加工影響不大。自由振動強(qiáng)迫振動自激振動第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制v 由外界周期性的干擾力（激振力）作用引起v 強(qiáng)迫振動振源：機(jī)外機(jī)內(nèi)。機(jī)外振源均通過地基把振動傳給機(jī)床。機(jī)內(nèi)： 1）回轉(zhuǎn)零部件質(zhì)量的不平衡 2）機(jī)床傳動件的制造誤差和缺陷 3）切削過程中的沖擊v 頻率特征：與干擾力的頻率相同，或是干擾力頻率整倍數(shù)v 幅值特征：與干擾力幅值、工藝系統(tǒng)動態(tài)特性有關(guān)。當(dāng)干擾力頻率接近或等于工藝系統(tǒng)某一固有頻率時，產(chǎn)生共振v 相角特征：強(qiáng)迫振動位移的變化在相位上滯后干擾力一個角，其值與系統(tǒng)的動態(tài)特性及干擾力頻率有關(guān)。第第5 5章章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制圖4-73 自激振動系統(tǒng)能量關(guān)系A(chǔ)