第四章工件的机械加工质量

1、1234BA567毛坯孔加工线找正线划线找正安装8采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级工人，不延长加工时间9 机械加工过程中，由机床、工件、夹具和刀具所组成的封闭系统称为机械加工工艺系统。10工件相对于刀具运动状态下的误差主轴回转误差导轨导向误差传动误差引起工件加工误差的根本原因是工艺系统存在着误差，将工艺系统的误差称为工件加工误差的原始误差。原始误差与工艺系统原始状态有关的原始误差(几何误差)与加工过程有关的原始误差(过程误差)原理误差定位误差调整误差刀具误差夹具误差机床误差工艺系统受力变形（包括夹紧变形）工艺系统受热变形刀具磨损测量误差工件残余应力引起的变形工件相对于刀具静止状态

2、下的误差原始误差构成11SRh空间曲面数控加工滚刀12xxx2d 刀尖在水平面内的运动轨迹不是一条直线，造成工件的轴向形状误差（圆柱度误差）。13 刀尖在垂直平面内的运动轨迹也不是一条直线，造成工件的轴向形状误差（圆柱度误差）。可以忽略不计dy2d2yy14BHnr工作台在运动过程中产生摆动。 刀尖运动轨迹为一条空间曲线，产生加工误差（圆柱度误差）。nBH2d例：车床H/B=2/3，n影响很大。15主轴n导轨fL工件产生圆柱度误差例：车床导轨与主轴平行度误差： Hx=Ltan 则，工件直径误差： d=2Hx=2Ltan16正视图上导轨与主轴不平行n主轴导轨OBAfABO鞍形（轴剖面内为双曲线）

3、例：车床导轨与主轴平行度误差：Hy=Ltan 则，工件直径差：rLrHdy22)tan(2217例：横向导轨与主轴夹角： 则，平面度误差：=(d/2)tannf工件端面产生内凹或外凸的平面度误差18l 纯轴向窜动圆柱既有圆柱度误差，又有圆度误差圆端面误差n圆度误差19车刀后刀面磨损对加工尺寸影响刀具磨损过程20 L0.056F710F7k620H 7g 6YZ 钻孔夹具误差分析21工艺系统受力变形引起加工误差yFJps式中 Js工艺系统刚度； Fp吃刀抗力（切削力法向分力）； y工艺系统位移（切削合力作用下的位移）。22式中 Js 工艺系统刚度； Jjc 机床刚度； Jjj 夹具刚度； Jdj

4、 刀具刚度； Jg 工件刚度。gdjjjjc11111JJJJJs23)(1)(1)(1122推导省略dwtjpjJLxJLxLJyFJ变形随受力点变化规律ytywydKFpAABBC C xLFAFByx机床的刚度不是一个定值，而是车刀位置的函数。因此，由于工艺系统弹性变形的影响，工件沿轴向的直径将不是一致的。（2）可分别求出各特殊位置机床的刚度，如教材（3-5）式、（3-6）式、（3-7）式和（3-8）式。其中，一般以刀具位于工件中点处的刚度代表机床的刚度，即：）（5-31)11(411)(2dwtjJJJJL24两顶尖装夹卡盘装夹25毛坯夹紧后镗孔后松开后薄壁工件磨削26不同镗孔方式27

5、ap1y1ap2y2毛坯希望加工的零件表面实际获得的零件表面do）。为被吃刀量（切削深度为进给量；何形状有关的系数；为与工件材料、刀具几有关的系数，为主要与刀具几何角度式中，即：pFcsFcbwbppsFcppswafCJfCaaJfCFFJyy；一般取)143()133(175. 02175. 021210.428123n ）（14375. 0-sFcbwJfC29封闭整体箱形结构车床主轴预紧结构30专用专用卡爪卡爪开口过开口过渡环渡环采用专用卡爪或开口过渡环，使得夹紧力均匀，减小夹紧变形采用专用卡爪或开口过渡环，使得夹紧力均匀，减小夹紧变形31 孔加工刀具（钻头、铰刀、镗刀）在使用中，通过

6、增设附加支承（钻套、镗套）来提高刀具刚度。工件钻头钻模板钻套nf镗杆nf镗刀工件镗套32工艺系统热源内部热源外部热源切削热摩擦热环境热源辐射热33a） 车床受热变形形态运转时间 / h0 1 2 3 450150100200位移 /m20406080温升 / zy前轴承温升b） 温升与变形曲线a）铣床受热变形形态c）导轨磨床受热变形形态34531.1 1040014.410()4.4()LLtmmm式中 L， D 长度和直径热变形量； L，D 工件原有长度和直径； 工件材料线膨胀系数； t 温升。LLtDDt35式中 X 变形挠度； L，S 工件原有长度和厚度； 工件材料线膨胀系数； t 温升

7、。28LtXS平面加工热变形X/ 4LS221.120003886000.022 ()LtXSmm此值已大于精密导轨平面度要求。加工时上表面升温，工件向上拱起，磨削时将中凸部分磨平，冷却后工件下凹。高600mm，长2000mm的床身，若上表面温升为3，则变形量为：36max1ce式中 热伸长量； max 达到热平衡热伸长量； 切削时间； c 时间常数（热伸长量为热平衡热伸长量约63%的时间，常取34分钟）。(min)车刀热变形曲线连续切削升温曲线冷却曲线间断切削升温曲线（m）maxb0c0.63max37加工中心热对称结构立柱38车床主轴箱定位面位置选择y-zyzz均衡立柱前后壁温度场3940

8、BACB部分比A、C部分厚A、C部分冷却快，先凝固；B部分冷却慢，后凝固。先凝固的A、C部分阻止B部分凝固收缩。B受拉应力，A、C受压应力。使用时，A部开口，A内压应力消失，B、C内应力重新分配，铸件变形。41其大小和方向在一批次加工中均不改变。如加工原理误差，机床、夹具、刀具的制造误差，工艺系统在均匀切削力作用下的受力变形，调整误差。误差大小和方向按一定规律变化。如机床、夹具、刀具在热平衡前的热变形，刀具磨损等因素引起的加工误差。42将数理统计中分析随机误差的正态分布曲线法用于机械加工误差的分析。（1）该方法是加工一批工件后随机测量工件的实际尺寸，作出尺寸分布曲线，一般情况下，分布曲线符合正

9、态分布。然后根据分布曲线相对尺寸公差带的位置和形状分析和计算加工误差的性质和大小。均方根偏差算术平均值n1i2in1iin/)xx(nxxx43xy0 xy0a）=0.5=1=2b）， 对正态分布曲线的影响 1x2xx3xxx44随机误差分散范围。，常值系统误差，所测尺寸算术平均值尺寸公差带中心，尺寸公差，图中，随系6)(xXT45上式表征了随机变量x落在区间（，x）上的概率。dzezFxxzzz02221)(,则有为中间变量令对于不同的z值的F(z)，可由表3-1查得。dxexFxxx221)(21)(由于正态分布函数的表达式为：46 在一批零件的加工过程中，依次测量每个零件的加工尺寸，并按

10、顺序记入以零件号为横坐标、零件尺寸为纵坐标的图标中。sDm66序号尺寸上图为在车床上采用调整法加工一批零件轴颈获得的点图。按加工顺序实测尺寸，画点图进行分析。47【例】无心磨销轴外圆，要求直径 ，抽样检查尺寸接近正态分布， ，试分析计算误差，并计算合格品率及废品率。12-0.016-0.043 005. 0,974.11x【解】1）作尺寸实际分布图和尺寸公差带图Q销轴直径尺寸分布图11.959 11.974 11.98911.957 11.9705 11.984【例】无心磨销轴外圆，要求直径 ，抽样检查尺寸接近正态分布， ，试分析计算误差，并计算合格品率及废品率。12-0.016-0.043

11、005. 0,974.11x005. 0,974.11x48Q销轴直径尺寸分布图11.959 11.974 11.98911.957 11.9705 11.9842005. 0974.11984.11xxz 查表3-1，有：A=0.9542 A/2=0.9542/2=0.4771 不合格品率：Q=0.5-0.4771=2.29% 合格品率：P=1-2.29%=97.71%3）计算合格品率及废品率2）分析误差性质及计算误差大小mmXx0035. 09705.11974.11系mm03. 0005. 066随4）改进措施： 提高工序能力（如改换高精度机床）。 重新调整机床，使公差带中心与分布中心尽

12、可能接近。mm019. 003. 0210035. 021随系综49车削时切屑残留面积的高度frHvfrb）Hfa）vfrr50rrfHctgctg28fHrf 减小， 减小 ，r增大，表面粗糙度值减小。51切削45钢时切削速度与粗糙度关系100120v（m/min）020406080140表面粗糙度Rz（m）481216202428收缩系数Ks1.52.02.53.0积屑瘤高度 h（m） 0200400600hKsRz52阻尼材料装在车床尾座上的摩擦式减振器535455Ra（m）初始磨损量重载荷轻载荷表面粗糙度与初始磨损量关系冷硬程度磨损量T7A钢冷硬程度与耐磨性关系：降低表面粗糙度值能改善零件的使用性能。56（1）求工艺系统的刚度JsjjdjgjcsJJJJJ11111因为 ，此时只考虑机床刚度，所以机床刚度就等于工艺系统刚度，即Jjc=Js。 在车床上加工时，机床的刚度随刀具的位置变化而变化，但一般取刀具位于工件中点处的刚度代表，