1、第 5 章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制,市場(chǎng)競爭的核心是產(chǎn)品，而質(zhì)量是產(chǎn)品參與激烈市場(chǎng)競爭的重要因素。產(chǎn)品的制造質(zhì)量主要與零件的制造質(zhì)量、產(chǎn)品的裝配質(zhì)量有關(guān)。零件的制造質(zhì)量是保證產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ) 5.1 機(jī)械加工精度 5.2 機(jī)械加工表面質(zhì)量 思考題與練習(xí),5.1 機(jī)械加工精度5.1.1 加工精度的基本概念,加工精度 零件在加工后的實(shí)際幾何參數(shù)（尺寸、形狀和位置）與理想幾何參數(shù)的符合程度 加工誤差 加工后零件的實(shí)際幾何參數(shù)（尺寸、形狀和位置）對(duì)理想幾何參數(shù)的偏差程度 零件的加工精度包括尺寸精度、形狀精度、位置精度三方面,1.原始誤差,工藝系統(tǒng)：零件的機(jī)械加工是在工藝系統(tǒng)中進(jìn)行的，機(jī)床、夾具、刀具和工

2、件組成了一個(gè)完整的工藝系統(tǒng)。工藝系統(tǒng)中的種種誤差，在不同條件下，以不同的程度和方式反映為加工誤差。 定義：工藝系統(tǒng)的誤差稱為原始誤差。 工藝系統(tǒng)的原始誤差根據(jù)產(chǎn)生的階段不同，可歸納下圖所示,5.1.2 影響加工精度的因素,原始誤差的分類,原始誤差,加工前的誤差,加工過程中的誤差,加工后的誤差,加工原理誤差 調(diào)整誤差 工件裝夾誤差 機(jī)床誤差 夾具誤差 刀具制造誤差,工藝系統(tǒng)受力變形 工藝系統(tǒng)熱變形 刀具磨損,工件殘余應(yīng)力引起的變形,測(cè)量誤差,（1）加工原理誤差,定義：采用了近似的成形運(yùn)動(dòng)或近似的切削刃形狀所產(chǎn)生的加工誤差 理論上為了獲得設(shè)計(jì)規(guī)定的零件加工表面，要求切削刃完全符合理論曲線形狀，刀具

3、和工件之間必須保持準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。但在實(shí)際生產(chǎn)中為了簡化機(jī)床或刀具的設(shè)計(jì)和制造，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)率，允許在保證零件加工精度的前提下采用近似加工原理,2.工藝系統(tǒng)的幾何誤差,（2）機(jī)床誤差1）主軸回轉(zhuǎn)誤差的概念,定義：主軸回轉(zhuǎn)時(shí)，主軸各瞬間的實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線對(duì)其理想回轉(zhuǎn)軸線的漂移 基本形式：,影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素,影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素有：軸承本身的誤差、軸承的間隙、主軸各段軸徑同軸度誤差、軸承之間的同軸度誤差及主軸系統(tǒng)的剛度和熱變形等 滑動(dòng)軸承 滾動(dòng)軸承,滑動(dòng)軸承,車床（圖a） 軸徑不圓引起車床主軸徑向跳動(dòng)（注意其頻率特性） 鏜床（圖b） 軸承孔不圓引起鏜床主軸徑向跳動(dòng),圖a,圖b

4、,滾動(dòng)軸承,與軸承本身的精度有關(guān)，很大程度上又與配合件的精度有關(guān)。如主軸軸頸與支撐座孔各自的圓度誤差、波度和同軸度，止推面或軸肩與回轉(zhuǎn)軸線的垂直度、滾道的圓度、波度，滾動(dòng)體的圓度誤差和尺寸誤差等,滾動(dòng)軸承的幾何誤差,2）機(jī)床導(dǎo)軌誤差,導(dǎo)軌是機(jī)床上確定各主要部件相對(duì)位置關(guān)系及運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)，導(dǎo)軌的誤差將直接影響加工精度 車床及磨床導(dǎo)軌精度要求有三個(gè)方面：在水平面內(nèi)的直線度；在垂直面內(nèi)的直線度；前后導(dǎo)軌的平行度（扭曲） （1） 導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差 （2） 導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差 （3） 前后導(dǎo)軌的平行度誤差（扭曲）,導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差：臥式車床、外圓磨床。 導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤

5、差：平面磨床、龍門刨床。 前后導(dǎo)軌的平行度誤差（扭曲）：臥式車床、外圓磨床。,臥式車床導(dǎo)軌直線度誤差,臥式車床導(dǎo)軌垂直面內(nèi)直線度誤差對(duì)工件加工精度的影響,臥式車床導(dǎo)軌扭曲對(duì)工件加工精度的影響,3）機(jī)床傳動(dòng)鏈誤差,定義：指機(jī)床內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈?zhǔn)寄﹥啥藗鲃?dòng)元件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的誤差 在螺紋加工、展成法加工中，由于要求機(jī)床傳動(dòng)鏈保證刀具與工件之間具有準(zhǔn)確的速比關(guān)系，故機(jī)床傳動(dòng)鏈誤差對(duì)加工精度影響很大，其原因是由于傳動(dòng)鏈中各傳動(dòng)元件的制造誤差、裝配誤差以及使用中的磨損等。,(3)刀具的幾何誤差,采用定尺寸刀具（如鉆頭、鉸刀、鍵槽銑刀、鏜刀塊、圓拉刀等）加工時(shí)，刀具的尺寸精度直接影響工件的尺寸精度 采用成形刀具（

6、如成形車刀、成形銑刀、成形砂輪等）加工時(shí)，刀具的形狀精度將直接影響工件的形狀精度 采用展成刀具（如齒輪滾刀、花鍵滾刀、插齒刀等）加工時(shí)，刀具切削刃的幾何形狀誤差會(huì)影響工件的加工精度 對(duì)一般刀具（如車刀、鏜刀、銑刀等），其制造精度對(duì)工件加工精度沒有直接影響，但這一類刀具耐用度低，易磨損,（4）夾具的幾何誤差,夾具的作用： 保證加工時(shí)工件在刀具和機(jī)床之間具有正確的位置，故夾具的幾何誤差對(duì)工件的尺寸精度和位置精度影響很大 夾具幾何誤差的內(nèi)容： 夾具的制造誤差 夾具的安裝誤差,（5）定位誤差,定義：工件采用調(diào)整法加工時(shí)因定位不準(zhǔn)確而引起的尺寸或位置的最大變動(dòng)量 定位誤差的來源： 基準(zhǔn)不重合誤差 定位副

7、制造不準(zhǔn)確誤差 定位誤差是基準(zhǔn)不重合誤差和定位副制造不準(zhǔn)確誤差綜合作用的結(jié)果，由于這兩項(xiàng)誤差的方向有可能不在同一個(gè)方向，故定位誤差等于基準(zhǔn)不重合誤差與定位副制造不準(zhǔn)確誤差的矢量和,基準(zhǔn)不重合誤差,基準(zhǔn)：用來確定零件上幾何要素之間的幾何關(guān)系所依據(jù)的點(diǎn)、線、面 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)：在零件圖上用來確定某一表面的尺寸、位置所依據(jù)的基準(zhǔn) 工序基準(zhǔn)：在工序圖上用來確定本工序被加工表面加工后的尺寸、位置所依據(jù)的基準(zhǔn) 理論上要求工序基準(zhǔn)應(yīng)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合，加工工件時(shí)，須選擇工件上若干幾何要素作為加工（或測(cè)量）時(shí)的定位基準(zhǔn)（或測(cè)量基準(zhǔn)），如所選的定位基準(zhǔn)（或測(cè)量基準(zhǔn)）與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合誤差，它等于定位基

8、準(zhǔn)相對(duì)于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)在工序尺寸方向上的最大變動(dòng)量，且只在采用調(diào)整法加工時(shí)才會(huì)產(chǎn)生，在試切法加工時(shí)不會(huì)產(chǎn)生,定位副制造不準(zhǔn)確誤差,工件在夾具中的正確位置由夾具上的定位元件來確定，夾具上的定位元件不可能按照基本尺寸制造得絕對(duì)準(zhǔn)確，它們的實(shí)際尺寸（或位置）都允許在分別規(guī)定的公差范圍內(nèi)變動(dòng)，同時(shí)，工件上的定位基準(zhǔn)面也同樣存在制造誤差 工件定位面與夾具定位元件組成了定位副，由于定位副制造的不準(zhǔn)確以及定位副間隙引起的工件最大位置的變動(dòng)量，稱為定位副制造不準(zhǔn)確誤差,3.工藝系統(tǒng)的受力變形（1）基本概念,切削加工時(shí)，機(jī)械加工工藝系統(tǒng)在切削力、夾緊力、慣性力、重力等力的作用下，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變形，從而破壞了刀具和工件

9、之間的正確的相對(duì)位置，造成了加工誤差 例如，在車削細(xì)長軸時(shí)，工件在切削力的作用下會(huì)發(fā)生變形，使加工出的軸產(chǎn)生了鼓形的圓柱度誤差（見圖a） 在臥式鏜床上鏜孔時(shí)，若鏜桿作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，由于鏜桿彎曲的變形，加工后的工件孔會(huì)產(chǎn)生拋物線回轉(zhuǎn)體誤差（見圖b）,加工時(shí)工件彎曲,加工后工件呈鼓形,（a）,（b）,工藝系統(tǒng)受力變形引起的加工誤差,(2)零件的剛度 工藝系統(tǒng)中如果零件的剛度相對(duì)于機(jī)床、刀具、夾具來說比較低，在切削力的作用下，工件由于剛性不足而引起的變形對(duì)其加工精度的影響會(huì)很大，形狀規(guī)則、結(jié)構(gòu)簡單的零件的剛度可用有關(guān)力學(xué)公式估算，例如細(xì)長回轉(zhuǎn)類零件用兩頂尖裝夾，工件的變形可按簡支梁計(jì)算： (3)刀具的剛

10、度 外圓車刀在加工表面時(shí)法線方向上的剛度很大，其變形可以忽略不計(jì) 鏜直徑較小的內(nèi)孔時(shí)，刀桿剛性很差，其受力變形對(duì)孔加工精度影響很大,（4）機(jī)床部件的剛度1）機(jī)床部件的剛度,機(jī)床的結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，其中機(jī)床部件又由很多零件組成，其剛度的計(jì)算很難用理論公式來完成，故機(jī)床部件剛度計(jì)算目前主要是通過實(shí)驗(yàn)方法來測(cè)定 圖5-9為單向測(cè)定車床靜剛度的實(shí)驗(yàn)方法 圖5-10是一臺(tái)車床刀架部件經(jīng)三次加載和卸載的靜剛度曲線。其特點(diǎn)如下： a.力與變形呈非線性關(guān)系說明機(jī)床部件的變形不單純是彈性變形 b.加載曲線與卸載曲線不重合 c.第一次加載與卸載后曲線不封閉 d.機(jī)床部件實(shí)際剛度比按實(shí)際估算的要小,車床部件靜剛度的測(cè)定

11、,車床刀架部件的靜剛度曲線,影響機(jī)床部件剛度的因素 接合面接觸變形：零件表面總是存在幾何形狀誤差和粗糙度，所以結(jié)合面的實(shí)際面積只是名義接觸面積的一小部分 低剛度零件本身變形：機(jī)床部件中，個(gè)別剛度很低的零件對(duì)整體部件剛度影響很大 連接表面間的間隙：機(jī)床部件受力變形時(shí)，首先會(huì)消除各有關(guān)零件間的間隙，間隙消除后，接觸表面開始產(chǎn)生接觸變形和彈性變形，相應(yīng)剛度較大 接觸表面之間的摩擦：機(jī)床部件在受力變形的過程中由于有摩擦力的作用，經(jīng)多次加載、卸載之后，加載曲線與卸載曲線不重合 受力方向及作用力矩：在前面的靜剛度試驗(yàn)中，所施加的載荷及測(cè)量的變形的方向都在Y方向，這只是模擬了切削過程中起決定作用的力和位移，

12、但是部件的變形比單個(gè)零件的變形復(fù)雜，Y方向的位移與三個(gè)方向的受力均有關(guān)。,兩零件接合面間的接觸情況,A,A 放大,部件中的薄弱零件的變形,1）工藝系統(tǒng)的變形,工藝系統(tǒng)在切削力的作用下，都會(huì)產(chǎn)生不同程度的變形，導(dǎo)致刀具和被加工表面的相對(duì)位置發(fā)生變化，從而使工件產(chǎn)生加工誤差 工藝系統(tǒng)的變形等于各組成部分變形的疊加，即,式中，,機(jī)床變形量，；,夾具變形量，；,刀具變形量， ；,工件的變形量，。,（5）工藝系統(tǒng)的受力變形及其對(duì)加工精度的影響,工藝系統(tǒng)各部件的剛度,式中，,機(jī)床剛度，N/ ；,夾具剛度，N/ ；,刀具剛度，N/ ；,工件剛度，N/ 。,工藝系統(tǒng)的剛度,由上式可知，知道了工藝系統(tǒng)各組成部分

13、的剛度后，就可以計(jì)算出整個(gè)系統(tǒng)的剛度，并且整個(gè)工藝系統(tǒng)的剛度要比其中剛度最小的那個(gè)環(huán)節(jié)的剛度還要差,設(shè)作用在主軸箱和尾座上的力分別為FA、FB，則可求出系統(tǒng)的變形及剛度如下：,車削外圓時(shí)工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響,切削力位置的變化對(duì)零件加工精度的影響,2）工藝系統(tǒng)的受力變形及其對(duì)加工精度的影響,切削力大小變化對(duì)工件加工精度的影響,在對(duì)零件同一截面內(nèi)進(jìn)行切削時(shí)，由于工件材質(zhì)不均或加工余量的變化，會(huì)引起切削力的變化，使工藝系統(tǒng)發(fā)生變形，導(dǎo)致工件出現(xiàn)加工誤差 這種毛坯誤差復(fù)映到工件上的現(xiàn)象稱為誤差復(fù)映現(xiàn)象。,毛胚形狀誤差的復(fù)映,夾緊力對(duì)加工精度的影響,工件的剛度比較低或夾緊力的方向和施力點(diǎn)選擇

14、不當(dāng),裝夾過程中會(huì)引起工件的變形,從而導(dǎo)致工件的加工誤差 例如用三爪自定心卡盤夾持薄壁套筒作鏜孔加工,如圖，為薄壁套夾緊變形誤差,薄壁套筒夾緊變形誤差,機(jī)床部件和工件重量對(duì)加工精度的影響,有些大型機(jī)床由于自身重力過大會(huì)引起相應(yīng)的變形，從而造成工件加工誤差。例如大型立式車床在刀架的自重下引起橫梁變形，造成工件端面的平面度誤差及外圓上的錐度。工件的直徑越大，加工誤差也越大 對(duì)于大型工件的加工（如磨削床身導(dǎo)軌面），工件自重引起的變形有時(shí)會(huì)成為產(chǎn)生加工形狀誤差的主要原因。在實(shí)際生產(chǎn)中，裝夾大型工件時(shí)，恰當(dāng)布置支承可以減小自重引起的變形,龍門銑橫梁變形,龍門銑橫梁變形補(bǔ)償,大型工件變形轉(zhuǎn)移、補(bǔ)償設(shè)計(jì),其

15、他作用力對(duì)零件加工精度的影響例如：工藝系統(tǒng)的慣性力、傳動(dòng)力,減小工藝系統(tǒng)受力變形是保證加工精度的有效途徑之一。在生產(chǎn)中，主要從兩個(gè)方面考慮。首先是提高工藝系統(tǒng)剛度，這包括提高機(jī)床剛度，即配合面的接觸剛度、零部件的剛度、保持有關(guān)部位適度預(yù)緊和合理間隙等，使用中心架或跟刀架等工藝措施提高工件和刀具的剛度，采用合理的裝夾和加工方式；其次減小載荷及其變化，如合理地選擇刀具材料、幾何角度以及切削要素，盡量使同一批加工件的加工余量和加工材料均勻，將切削力的變動(dòng)幅度控制在某一許可范圍內(nèi)。,4.工藝系統(tǒng)的熱變形,熱變形對(duì)加工精度影響比較大，尤其是在精密加工和大件加工中，由熱變形所引起的加工誤差通常會(huì)占到工件加

16、工總誤差的4070 工藝系統(tǒng)的熱源 工件熱變形對(duì)加工精度的影響 刀具熱變形對(duì)加工精度的影響 機(jī)床熱變形對(duì)加工精度的影響 (5)工藝系統(tǒng)的熱平衡以及減小其熱變形的途徑,工藝系統(tǒng)的熱源,切削熱 摩擦熱 派生熱源,環(huán)境溫度 輻射熱,工藝系統(tǒng)熱源,內(nèi)部熱源,外部熱源,請(qǐng)單擊4下,工件熱變形對(duì)加工精度的影響,1）工件均勻受熱：L=L T 2）工件不均勻受熱 在銑、刨及磨削加工中容易出現(xiàn)如下情況： 長軸類零件磨削時(shí)的熱變形,長軸熱變形引起的形狀誤差,薄片類零件的熱變形 上下表面之間形成溫差，導(dǎo)致 工件向上凸起，凸起部分被工具切去。加工完畢冷卻后，加工表面就產(chǎn)生了中凹形狀的幾何誤差。,刀具熱變形對(duì)加工精度的

17、影響,刀具熱變形的熱源主要是切削熱 1）刀具連續(xù)切削時(shí)：曲線A是刀具連續(xù)工作時(shí)的熱伸長曲線 2）刀具間斷切削時(shí)：間斷切削熱變形曲線見中曲線C 為了減小刀具的熱變形，應(yīng)合理選擇切削用量和刀具幾何參數(shù)，并給予充分的冷卻和潤滑，以減少切削熱，降低切削溫度,車刀熱變形曲線,機(jī)床熱變形對(duì)加工精度的影響,由于機(jī)床熱源分布的不均勻、機(jī)床結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及機(jī)床工作條件變化很大等原因，機(jī)床各部件溫升不同，甚至同一零件的不同部位溫升也有差異，從而破壞了機(jī)床原有的相互位置關(guān)系，使工件產(chǎn)生加工誤差 不同機(jī)床，其主要熱源不同，對(duì)加工精度的影響也不同 車、銑、鉆、鏜等機(jī)床的主要熱源是主軸箱,(5)工藝系統(tǒng)的熱平衡以及減小其

18、熱變形的途徑,1)工藝系統(tǒng)熱平衡 工藝系統(tǒng)在各種熱源作用下溫度會(huì)逐漸升高，同時(shí)它們也通過各種傳熱方式向周圍介質(zhì)散發(fā)熱量。當(dāng)工藝系統(tǒng)的溫度達(dá)到某一數(shù)值，且單位時(shí)間內(nèi)散出的熱量與熱源傳入的熱量趨于相等時(shí)，就達(dá)到了工藝系統(tǒng)熱平衡狀態(tài)。在熱平衡狀態(tài)中，工藝系統(tǒng)各部分的溫度就保持在相對(duì)固定的數(shù)值上，同時(shí)其熱變形也就相應(yīng)地趨于穩(wěn)定。 當(dāng)物體未達(dá)到熱平衡或處于不穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)時(shí)，其各點(diǎn)溫度既是位置坐標(biāo)的函數(shù)也是時(shí)間的函數(shù)；當(dāng)物體達(dá)到熱平衡或處于穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)時(shí)，各點(diǎn)溫度將不隨時(shí)間而變化，而僅是其位置坐標(biāo)的函數(shù)。,2) 減小工藝系統(tǒng)熱變形的途徑 減少熱源發(fā)熱和隔離熱源 盡量將熱源從機(jī)床內(nèi)部分離出去，如電動(dòng)機(jī)、變速箱、

19、液壓系統(tǒng)等均應(yīng)盡可能移出；對(duì)于不能分離的熱源，如主軸軸承、絲桿螺母副等則可以從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、潤滑等方面改善摩擦特性、減少發(fā)熱；也可以用隔熱材料將發(fā)熱部件和機(jī)床大件隔離開來。對(duì)于不便移置和隔離的發(fā)熱量大的熱源也可用強(qiáng)制式的風(fēng)冷、水冷、散熱片、循環(huán)潤滑冷卻等措施散熱, 均衡溫度場(chǎng) 采用均衡溫度場(chǎng)的設(shè)計(jì)和措施，保證機(jī)床零部件溫升均勻，使機(jī)床本身趨于熱平衡狀態(tài) 加快溫度場(chǎng)平衡和強(qiáng)化散熱 在加工工件前機(jī)床高速空運(yùn)轉(zhuǎn)，使其短時(shí)間達(dá)到熱平衡后再換成工作速度進(jìn)行加工；或在機(jī)床溫升較高、較低位置，附加“控制熱源”均衡溫度場(chǎng)，促使其更快地達(dá)到熱平衡狀態(tài),改進(jìn)機(jī)床結(jié)構(gòu) 采用熱對(duì)稱、減小和轉(zhuǎn)移誤差敏感方向的熱伸長量等結(jié)構(gòu)

20、，減少機(jī)床零部件熱變形，減少工件加工誤差 控制環(huán)境溫度 精密加工、精密裝配和精密計(jì)量應(yīng)在恒溫條件下進(jìn)行。,5.工件應(yīng)力引起的變形,殘余應(yīng)力：外部載荷去除以后，仍然存在于零件內(nèi)部的應(yīng)力，稱為殘余應(yīng)力。 工件一旦產(chǎn)生應(yīng)力之后，就會(huì)使工件金屬處于一種高能位的不穩(wěn)定狀態(tài)，它本能地要向低能位的穩(wěn)定狀態(tài) 轉(zhuǎn)化，并伴隨著變形的發(fā)生，從而導(dǎo)致工件喪失原有的加工精度 殘余應(yīng)力的產(chǎn)生 熱加工中殘余應(yīng)力的產(chǎn)生 冷校直產(chǎn)生的殘余應(yīng)力 切削加工帶來的殘余應(yīng)力,熱加工中殘余應(yīng)力的產(chǎn)生,在鑄、鍛、焊、熱處理等工序中由于工件壁厚不均、冷卻不均以及金相組織轉(zhuǎn)變的體積變化，使毛坯內(nèi)部產(chǎn)生了相當(dāng)大的殘余應(yīng)力。毛坯的結(jié)構(gòu)愈復(fù)雜，各部

21、分厚度愈不均勻，散熱條件相差愈大，則在毛坯內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力越大。具有殘余應(yīng)力的毛坯暫時(shí)處于相對(duì)平衡狀態(tài)，如圖 (a)所示，但當(dāng)切去一層金屬后，這種平衡狀態(tài)被打破，殘余應(yīng)力會(huì)重新分布，導(dǎo)致工件出現(xiàn)明顯的變形，如圖 (b)所示。,床身因殘余應(yīng)力引起的變化,冷校直產(chǎn)生的殘余應(yīng)力,細(xì)長軸類零件經(jīng)車削后，棒料在軋制中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力要重新分布，使軸出現(xiàn)彎曲。為了校正這種變形，在原有變形的相反方向加外力，使工件向相反方向彎曲，工件除受拉、壓應(yīng)力發(fā)生彈性變形外，其外層還產(chǎn)生塑性變形，以達(dá)到校直的目的，這就是冷校直。在外力的作用下，被冷校直工件內(nèi)部應(yīng)力重新分布；當(dāng)外力去除后，外層的塑性變形部分牽制了彈性變形的恢復(fù)

22、，產(chǎn)生了新的殘余應(yīng)力平衡狀態(tài)。所以說，冷校直后的工件雖然減少了彎曲變形，但依然處于不穩(wěn)定狀態(tài)，還會(huì)產(chǎn)生新的彎曲變形。,切削加工帶來的殘余應(yīng)力,切削過程中產(chǎn)生的力和熱，也會(huì)使工件產(chǎn)生殘余應(yīng)力。減小殘余應(yīng)力引起的變形誤差，可以通過改進(jìn)零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),盡量做到結(jié)構(gòu)對(duì)稱、壁厚均勻來減少殘余應(yīng)力的產(chǎn)生；熱加工件在進(jìn)入機(jī)械加工前,進(jìn)行適當(dāng)熱處理以加速殘余應(yīng)力變形的進(jìn)程；精密、重要零件除了注意粗、精加工分階段外,還應(yīng)在工序間酌情穿插適當(dāng)熱處理，以達(dá)到松弛和消除殘余應(yīng)力的目的。,常值性系統(tǒng)誤差 在連續(xù)加工一批工件時(shí)，大小和方向均保持不變的誤差，例如：機(jī)床、刀具、夾具、量具等的制造誤差及調(diào)整誤差 變值性系統(tǒng)誤差

23、在連續(xù)加工一批工件中，大小和方向有規(guī)律變化的誤差，例如： 刀具的磨損引起的加工誤差、工藝系統(tǒng)熱變形引起的加工誤差，從上述誤差定義可以看出，常值性系統(tǒng)誤差與加工順序無關(guān)，而變值性系統(tǒng)誤差與加工順序有關(guān),5.1.3 加工誤差的統(tǒng)計(jì)1.概述（1）加工誤差的分類1）系統(tǒng)誤差,2）隨機(jī)誤差,在連續(xù)加工一批工件時(shí)，大小和方向無規(guī)則變化的誤差稱為隨機(jī)誤差 例如：加工時(shí)的定位誤差、夾緊誤差、加工余量不均勻引起的誤差等 對(duì)系統(tǒng)誤差，可循其產(chǎn)生的規(guī)律加以調(diào)整或補(bǔ)償來消除，而對(duì)隨機(jī)誤差，只能縮小其變動(dòng)范圍，無法完全消除。,正態(tài)分布的數(shù)學(xué)模型、特征參數(shù)和特殊點(diǎn),機(jī)械加工中，工件的尺寸誤差是由很多相互獨(dú)立的隨機(jī)誤差綜合

24、作用的結(jié)果，如果其中沒有一個(gè)隨機(jī)誤差起絕對(duì)作用，則加工后工件的尺寸呈正態(tài)分布。,正態(tài)分布曲線方程如下：,式中， y（x）正態(tài)分布的概率密度；,算數(shù)平均值；,標(biāo)準(zhǔn)偏差。,正態(tài)分布曲線的特殊點(diǎn),實(shí)際生產(chǎn)中，通常 ，為查表方便，需將非標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布。令,標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布,=0， =1的正態(tài)分布為標(biāo)準(zhǔn)分布，其概率分布密度如下式：,，,則,工件尺寸在某區(qū)間的概率,該概率等于圖中陰影的面積,工件尺寸概率分布,則,令：,2.工藝過程的分布圖分析工藝過程的穩(wěn)定性,工藝過程的穩(wěn)定性：工藝過程中在時(shí)間歷程上保持工件均值和標(biāo)準(zhǔn)差值穩(wěn)定不變的性能 在加工時(shí)間不是很長的情況下，分布特征參數(shù)的變化是很小的，因

25、此，工藝過程穩(wěn)定性取決于變值系統(tǒng)性誤差是否顯著，在正常情況下，變值系統(tǒng)性誤差并不顯著，可以說工藝過程是穩(wěn)定的，即工藝過程處于控制狀態(tài)中,工藝過程的分布圖分析,具體工藝過程分布圖分析的內(nèi)容及步驟如下： 樣本容量的確定 樣本數(shù)據(jù)的整理與計(jì)算 繪制實(shí)際分布圖 繪制理論分布圖 工藝過程分布圖分析,3.工藝過程的點(diǎn)圖分析,工藝過程穩(wěn)定 點(diǎn)子正常波動(dòng)工藝過程穩(wěn)定；點(diǎn)子異常波動(dòng)工藝過程不穩(wěn)定 穩(wěn)定性判別 1）沒有點(diǎn)子超出控制限 2）大部分點(diǎn)子在中心線上下波動(dòng)，小部分點(diǎn)子靠近控制限 3）點(diǎn)子變化沒有明顯規(guī)律性（如上升、下降傾向，或周期性波動(dòng)） 同時(shí)滿足為穩(wěn)定,5.1.4提高加工精度的途徑,減小原始誤差 轉(zhuǎn)移原

26、始誤差 誤差分組法 誤差平均法 誤差補(bǔ)償法,5.2.1表面質(zhì)量,定義：機(jī)器零件加工后表面層的狀態(tài) 內(nèi)容： 表面層的幾何形狀 1)表面粗糙度：是指加工表面的微觀幾何形狀誤差，其波高與波長比值一般小于50 2)表面波度：加工不平度中波長與波高之比值在401000的幾何形狀誤差稱為波度,5.2 機(jī)械加工表面質(zhì)量,表面幾何形狀,波距/波高40時(shí)，按表面粗糙度處理 波距/波高40=1000，按表面波度處理 波距/波高1000，按形狀位置誤差處理,表面層的物理機(jī)械性能 1）表面層的冷作硬化：零件在機(jī)械加工過程中由于切削力的作用使表面層金屬產(chǎn)生強(qiáng)烈的冷態(tài)塑性變形后，引起的強(qiáng)度及硬度都有所提高的現(xiàn)象稱為表面層

27、的冷作硬化 2）表面層金相組織的變化：由于切削熱使被加工表面的溫升過高，使得表層金屬的金相組織發(fā)生變化的現(xiàn)象 3）表面層殘余應(yīng)力：由于加工過程中切削表面變形及切削熱的影響，工件表面層產(chǎn)生了殘余應(yīng)力,2.表面質(zhì)量對(duì)使用性能的影響（1）表面質(zhì)量對(duì)零件耐磨性的影響,在摩擦副的材料、熱處理情況及潤滑條件已經(jīng)確定的情況下，零件表面質(zhì)量對(duì)耐磨性能起決定作用 表面粗糙度值的大小對(duì)零件表面磨損的影響不同，一般來說，表面粗糙度值越小，其耐磨形越好，但太小，潤滑油不易存儲(chǔ)，導(dǎo)致接觸面之間發(fā)生分子粘結(jié)，使磨損加大 下圖是實(shí)驗(yàn)所得的不同表面粗糙度對(duì)初期磨損量影響曲線 接觸表面的表面粗糙度有一個(gè)最佳值，最佳值與零件的工

28、作情況有關(guān)，工作載荷加大時(shí)，初期磨損量增大，表面粗糙度最佳值也加大,表面粗糙度與初期磨損的關(guān)系,（2）表面質(zhì)量對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響,在交變載荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位很容易引起應(yīng)力集中，產(chǎn)生疲勞裂紋。表面粗糙度值越大，即凹陷越深越尖，應(yīng)力集中越嚴(yán)重，越容易形成和擴(kuò)展疲勞裂紋，造成零件的疲勞損壞 零件表面層的殘余拉應(yīng)力將使裂紋擴(kuò)大，加速疲勞破壞；而表面層殘余壓應(yīng)力能夠阻止疲勞裂紋的擴(kuò)展，延緩疲勞破壞的發(fā)生 零件表面的冷作硬化層可以阻止裂紋的擴(kuò)大及新裂紋的產(chǎn)生，對(duì)提高疲勞強(qiáng)度有利。但冷硬層過深或過硬則容易產(chǎn)生裂紋，所以零件的冷作硬化層深度要適中,（3）表面質(zhì)量對(duì)耐腐蝕性的影響,表面粗糙度對(duì)零件的耐

29、腐蝕性影響很大。表面粗糙度值越大，凹谷中聚積的腐蝕性物質(zhì)就越多，零件的抗腐蝕性越差 表面的冷作硬化及金相組織變化都會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕，若有裂紋，會(huì)增加應(yīng)力腐蝕的敏感性，從而降低零件的耐腐蝕性,（4）表面質(zhì)量對(duì)配合質(zhì)量的影響,表面粗糙度值的大小對(duì)零件配合精度的影響很大 對(duì)于間隙配合，粗糙度值大會(huì)使磨損加大，破壞了原有的配合性質(zhì) 對(duì)于過盈配合，壓裝時(shí)會(huì)減小過盈量，降低配合強(qiáng)度,1）刀具幾何形狀的影響,刀具相對(duì)工件作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)，在加工表面上留下了切削層殘留面積 以車削為例，如果背吃刀量較大，則主要是刀刃的直線部分形成表面粗糙度： 如果背吃刀量較小時(shí)，工件表面粗糙度主要是由刀刃的圓弧部分形

30、成的,5.2.2機(jī)械加工后的表面質(zhì)量1.機(jī)械加工后的表面粗糙度（1）機(jī)械加工后的表面粗糙度,2）工件材料的性質(zhì),切削加工后表面的粗糙度的實(shí)際輪廓與理論輪廓有較大差異，主要原因是被加工材料塑性變形的影響 加工塑性材料時(shí)，刀具的刃口圓角及后刀面對(duì)工件擠壓、摩擦而產(chǎn)生塑性變形。工件材料韌性越好，金屬的塑性變形越大，容易產(chǎn)生積屑瘤和鱗刺，加工表面也就越粗糙,3）切削用量,切削速度對(duì)表面粗糙度的影響很大，如圖所示 若切削速度處在產(chǎn)生積屑瘤和鱗刺的范圍內(nèi)，加工表面會(huì)很粗糙；若切削速度處在積屑瘤和鱗刺產(chǎn)生的區(qū)域之外，如選擇低速寬刀精切，表面粗糙度值會(huì)明顯減小 過小的背吃刀量會(huì)使刀具在被加工表面上擠壓和打滑，

31、增大表面粗糙度值 進(jìn)給量的影響見前述公式,加工塑性材料時(shí)切削速度對(duì)表面粗糙度影響,（2）磨削加工后的表面粗糙度,磨削加工時(shí)表面粗糙度的形成的與切削加工時(shí)表面粗糙度形成的過程類似，它也是由幾何因素及表面金屬的塑性變形來決定的 從幾何因素角度看，磨削表面是由砂輪上大量磨?？虅澇鰺o數(shù)極細(xì)的刻痕形成的，被磨表面單位面積上的刻痕越多、刻痕的等高性越好，表面粗糙度值越小 從塑性變形角度來看，磨削加工時(shí)溫度很高，大多數(shù)磨粒在工件表面只有劃擦、耕犁作用，使得金屬沿著磨粒的兩側(cè)流動(dòng)，形成溝槽兩側(cè)的隆起，從而產(chǎn)生比較大的塑性變形，使表面粗糙度值增大,影響磨削表面粗糙度的因素,1）砂輪的粒度 2）砂輪的硬度 3）砂

32、輪的修整 4）磨削速度 5）磨削徑向進(jìn)給量 和光磨次數(shù) 6）工件圓周進(jìn)給速度和軸向進(jìn)給量 7）冷卻潤滑液,產(chǎn)生原因：機(jī)械加工過程中由于切削力的作用產(chǎn)生塑性變形，使晶格扭曲、畸變，晶粒間產(chǎn)生剪切滑移，晶粒被拉長及纖維化，甚至出現(xiàn)碎晶，這些原因使得表面層金屬的硬度和強(qiáng)度提高，這種現(xiàn)象稱為冷作硬化（或強(qiáng)化） 產(chǎn)生的結(jié)果：使得金屬變形抗力加大，塑性降低，冷作硬化之后得金屬始終處于高能位的不穩(wěn)定狀態(tài)，只要有可能就會(huì)向低能位的穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變，這種現(xiàn)象稱為弱化 評(píng)定冷作硬化的指標(biāo)： 表層金屬的顯微硬度 硬化層深度 硬化程度,2.機(jī)械加工后的表面層物理力學(xué)性能(1)表面層的冷作硬化,影響冷作硬化的原因,刀具：刀

33、具的切削刃口圓角半徑及后刀面的磨損對(duì)冷硬層的影響很大。增大兩值，冷硬層的深度及硬度都會(huì)增加 切削用量：切削速度增大，刀具與工件作用時(shí)間縮短，會(huì)使塑性變形的程度減小，冷硬層深度也隨之減小，同時(shí)增大切削速度，會(huì)使切削熱在工件表面停留的時(shí)間縮短，增加冷硬程度 加工材料：工件材料的塑性越大，冷硬現(xiàn)象越嚴(yán)重,（2）表面層材料金相組織的變化,切削加工時(shí)，切削熱大部分被切屑帶走，故切削熱對(duì)工件表面層材料金相組織影響很小 磨削加工所消耗的能量絕大部分轉(zhuǎn)化為熱而傳給了工件，使工件溫度升高，引起加工表面層金屬金相組織的顯著變化，強(qiáng)度和硬度下降，產(chǎn)生殘余應(yīng)力，甚至裂紋，這就是磨削燒傷現(xiàn)象,磨削淬火鋼時(shí)可能產(chǎn)生三種燒傷： 1）回火燒傷：磨削區(qū)域溫度超過馬氏體轉(zhuǎn)變溫度而未超過淬火鋼的相變溫度，工件表層金屬原有的馬氏體組織將轉(zhuǎn)變成硬度較低的回火組織（索氏體或屈氏體），這種燒傷稱為回火燒傷