机械制造理论

1、 序号序号教教 学学 内内 容容学学时时1影响加工精度的原始误差对加工精度的影响规律影响加工精度的原始误差对加工精度的影响规律42原始误差的实验测定与分析原始误差的实验测定与分析23加工误差的点图分析法和提高加工精度的措施加工误差的点图分析法和提高加工精度的措施24工序尺寸与加工余量计算图表法工序尺寸与加工余量计算图表法25成组技术成组技术46产品质量和加工质量的意义与相互关系产品质量和加工质量的意义与相互关系27保证装配精度的选择法、修配法和调整法的相关保证装配精度的选择法、修配法和调整法的相关理论理论48工艺过程中的振动与噪声工艺过程中的振动与噪声109工艺过程的热效应工艺过程的热效应61

2、0机械加工的高产低耗意义和实现措施机械加工的高产低耗意义和实现措施211总结总结2 1机械制造工艺学机械制造工艺学王先逵主编，机械工业出王先逵主编，机械工业出版社版社 2009 2机械制造工艺原理机械制造工艺原理胡永生编著，北京理工胡永生编著，北京理工大学出版社大学出版社 1992 3机械制造工程学机械制造工程学第一分册第一分册 机械制造工艺机械制造工艺学理论基础学理论基础 哈尔滨工业大学主编，上海科技出版社哈尔滨工业大学主编，上海科技出版社 1988 4精密机械制造工艺学精密机械制造工艺学杨质苍主编，宁夏人杨质苍主编，宁夏人民出版社民出版社 1988 机械加工精度机械加工精度:零件加工后的实

3、际几何参数零件加工后的实际几何参数(尺寸、形状和表尺寸、形状和表面相互位置面相互位置)与理想几何参数的符合程度。与理想几何参数的符合程度。加工质量加工质量机械加工精度机械加工精度表面质量表面质量尺寸精度尺寸精度形状精度形状精度位置精度位置精度表面几何形貌表面几何形貌表面层的物理、力学（表面层的物理、力学（和化学和化学）性能）性能 加工误差加工误差:实际值与理想值之差。实际值与理想值之差。 1 加工精度加工精度及其控制及其控制机床机床夹具夹具刀具刀具工件工件工艺工艺系统系统原始误差原始误差：工艺系统中凡是能引起加工误差的因：工艺系统中凡是能引起加工误差的因素都称为原始误差。素都称为原始误差。加工

4、原理误差加工原理误差调整误差调整误差工件装夹误差工件装夹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前的误差加工前的误差(几何误差几何误差）工艺系统静误差工艺系统静误差加工中的误差加工中的误差加工后的误差加工后的误差测量误差测量误差内应力引起的变形内应力引起的变形工艺系统受力变形工艺系统受力变形工艺系统热变形工艺系统热变形刀具磨损刀具磨损原原始始误误差差内应力引起的变形内应力引起的变形测量误差测量误差RZR22YR 1.单因素分析法：单因素分析法：研究某一确定因素对加工精度研究某一确定因素对加工精度的影响的影响,不考虑其他因素的同时作用。通过分析计算不考虑其他因素的同时作用

5、。通过分析计算,或测试实验或测试实验,得出该因素与加工误差之间的关系。得出该因素与加工误差之间的关系。 2 .统计分析法：统计分析法：必须通过对现场实际加工的一批必须通过对现场实际加工的一批零件进行检查测量，运用零件进行检查测量，运用数理统计数理统计的方法加以处理和的方法加以处理和分析，从中发现误差规律，指导我们找出加工精度的分析，从中发现误差规律，指导我们找出加工精度的途径。该方法只适用于途径。该方法只适用于批量生产批量生产。 实践生产中，常常将以上两种方法结合起来应用。实践生产中，常常将以上两种方法结合起来应用。 w= 1/ k若零件刚度相对于机床、刀具、若零件刚度相对于机床、刀具、夹具来

6、说刚度比较低，其变形对加工精度影响比较大，夹具来说刚度比较低，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。长轴两顶尖装夹按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。简支梁计算，三爪卡盘装夹按悬臂梁计算。PFk 工艺系统的受力变形既影响工艺系统的受力变形既影响加工精度加工精度和加工和加工表表面质量面质量，同时还限制，同时还限制生产率生产率的提高。的提高。工工件件夹夹具具刀刀具具机机床床系系kkkkk11111 工艺系统刚度的倒数工艺系统刚度的倒数等于等于系统各组成环节刚度系统各组成环节刚度的倒数之和的倒数之和。若已知各组成环节的刚度，即可求

7、得。若已知各组成环节的刚度，即可求得工艺系统刚度。工艺系统刚度。工艺系统刚度主要取决于薄弱环节工艺系统刚度主要取决于薄弱环节的刚度的刚度。lxyyyyyxx主主轴轴尾尾座座主轴主轴lxkFkFypB尾坐尾座尾座lxlkFkFypA主轴主轴主主轴轴刀架刀架kFyP 22111lxklxlkkFyyypx尾尾座座主主轴轴刀刀架架刀刀架架系系 22111lxklxlkkFyyypx尾尾座座主主轴轴刀刀架架刀刀架架系系（2）当）当x=l时时（1）当）当x=0时时(3)当当x=l/2时时刀架主轴系kkFyP11max11ykkFyP刀架尾座系尾座刀架主轴系kkkFyP41141kxLkk尾座尾座主轴刀架

8、尾座主轴系kkkFyyP11min(4)当当LxxLEIFyyPx223工件系系（2）当）当x=l时时（1）当）当x=0时时(3)当当x=l/2时时0系y0系yEIlFyP48/3max系*通过对以上公式进行微分通过对以上公式进行微分,可求得对加工精度影响可求得对加工精度影响最大的位置，并由此求得带来的最大加工精度误差。最大的位置，并由此求得带来的最大加工精度误差。 加工过程中，由于毛坯加工余量和工件材质不加工过程中，由于毛坯加工余量和工件材质不均等因素，会引起切削力变化，使工艺系统变形发均等因素，会引起切削力变化，使工艺系统变形发生变化。从而产生加工误差。生变化。从而产生加工误差。 误差复映

9、现象误差复映现象:由于工艺系统受力变形的变化而由于工艺系统受力变形的变化而使毛坯的形状误差复映到加工工件表面的现象就是使毛坯的形状误差复映到加工工件表面的现象就是切削加工中的误差复映现象。切削加工中的误差复映现象。6-14 误差复映系数：误差复映系数：加工前后误差之比值，称加工前后误差之比值，称为误差复映系数，它代表误差复映的程度。为误差复映系数，它代表误差复映的程度。 设毛坯圆度的最大误差为设毛坯圆度的最大误差为 车削后的圆度的最大误差为车削后的圆度的最大误差为 而而 所以误差复映系数：所以误差复映系数：xt75. 0pF2xt75. 0pF1k)(faCY,k)(faCY2Y1YnnHBH

10、B21ppmaa21wYY 175. 0 xtnmwkHBfCYF 增加走刀次数可以大大减小复映误差；增加走刀次数可以大大减小复映误差； 工艺系统刚度愈大，误差复映系数愈小，加工后复映到工件工艺系统刚度愈大，误差复映系数愈小，加工后复映到工件上的误差值就愈小；上的误差值就愈小； 减小进给量可以减小复映误差，但降低了生产率；减小进给量可以减小复映误差，但降低了生产率； 毛坯硬度不均，会造成加工误差，在采用调整法进行成批生毛坯硬度不均，会造成加工误差，在采用调整法进行成批生产时，控制毛坯材料硬度的均匀性是很重要的。产时，控制毛坯材料硬度的均匀性是很重要的。 尺寸误差和形位误差都存在复映现象。如知道

11、某加工工序的尺寸误差和形位误差都存在复映现象。如知道某加工工序的复映系数，就可以通过测量待加工表面的误差统计值来估算复映系数，就可以通过测量待加工表面的误差统计值来估算加工后工件的误差统计值。加工后工件的误差统计值。321总m总w175. 0 xtnmwkHBfCYF在机床不工作的状态下，在机床不工作的状态下，模拟切削时的受力情况，模拟切削时的受力情况，对机床施加静载荷，然对机床施加静载荷，然后测出机床各部件在不后测出机床各部件在不同静载荷下的变形，即同静载荷下的变形，即可作出各部件的刚度特可作出各部件的刚度特性曲线并计算出其刚度。性曲线并计算出其刚度。 1) 变形与作用力不成线变形与作用力不

12、成线性关系。这反映了部件的变性关系。这反映了部件的变形不纯粹是弹性变形。形不纯粹是弹性变形。 2）加载曲线和卸载曲）加载曲线和卸载曲线不重合，卸载曲线滞后于线不重合，卸载曲线滞后于加载曲线；两曲线所包容的加载曲线；两曲线所包容的面积代表加载和卸载循环中面积代表加载和卸载循环中消耗的能量，它消耗于克服消耗的能量，它消耗于克服部件内零件间摩擦力和接触部件内零件间摩擦力和接触塑性变形所做的功。塑性变形所做的功。 3）第一次卸载）第一次卸载后，刀架恢复不到第后，刀架恢复不到第一次加载的起点，这一次加载的起点，这说明有残余变形存在，说明有残余变形存在，经多次加载和卸载后，经多次加载和卸载后，加载曲线起点

13、才和卸加载曲线起点才和卸载曲线终点重合，残载曲线终点重合，残余变形才逐渐减小到余变形才逐渐减小到零。零。 4)部件实测刚度远比按实体结构估算值小。部件实测刚度远比按实体结构估算值小。 上例的平均刚度值为上例的平均刚度值为 k240/0.524400N/mm 相当一根（相当一根（3030200mm）铸铁悬臂梁刚度。）铸铁悬臂梁刚度。 一个外形尺寸很大的刀架，它的实测平均刚度一个外形尺寸很大的刀架，它的实测平均刚度值只相当于一个截面积较小的铸铁悬臂梁的刚度，值只相当于一个截面积较小的铸铁悬臂梁的刚度，其原因在于刀架外形尺寸看起来很大，但它是由许其原因在于刀架外形尺寸看起来很大，但它是由许许多多零件

14、组装而成，零件间有间隙，结合面间有许多多零件组装而成，零件间有间隙，结合面间有接触变形，由于这些因素的影响，总的变形就大了。接触变形，由于这些因素的影响，总的变形就大了。 接触变形接触变形 摩擦的影响摩擦的影响 受力方向的影响受力方向的影响 间隙的影响间隙的影响 薄弱零件本身的变形薄弱零件本身的变形 接触表面间的接触表面间的名义压强名义压强的增量与的增量与接触变形接触变形的增量之比称的增量之比称为为接触刚度接触刚度。零件表面越粗糙，形状误差越大，材料硬度越低。零件表面越粗糙，形状误差越大，材料硬度越低，接触刚度越小。，接触刚度越小。镶条镶条轴承衬套轴承衬套 在加载时，在加载时，零件与零件的零件

15、与零件的接触面间的摩接触面间的摩擦力阻止变形擦力阻止变形的增加。在卸的增加。在卸载时摩擦力又载时摩擦力又阻止变形的减阻止变形的减少。造成加载少。造成加载和卸载刚度曲和卸载刚度曲线不重合。线不重合。 减少工艺系统变形的途径为：减少工艺系统变形的途径为：提高工艺系统刚提高工艺系统刚度；减小切削力及其变化。度；减小切削力及其变化。 1提高工艺系统刚度提高工艺系统刚度 提高工艺系统刚度应从提高其各组成部分薄弱提高工艺系统刚度应从提高其各组成部分薄弱环节的刚度入手，这样才能取得事半功倍的效果。环节的刚度入手，这样才能取得事半功倍的效果。提高工艺系统刚度的主要途径是：提高工艺系统刚度的主要途径是： （1）

16、设计机械制造装备时应切实保证关键零部件）设计机械制造装备时应切实保证关键零部件的刚度的刚度 在机床和夹具中应保证支承件（如床身、立在机床和夹具中应保证支承件（如床身、立柱、横梁、夹具体等）。主轴部件和传动件有足够的柱、横梁、夹具体等）。主轴部件和传动件有足够的刚度。刚度。 （2）提高接触刚度）提高接触刚度 提高接触刚度是提高工艺提高接触刚度是提高工艺系统刚度的关键。减少组成件数，提高接触面的表面系统刚度的关键。减少组成件数，提高接触面的表面质量，均可减少接触变形，提高接触刚度。对于相配质量，均可减少接触变形，提高接触刚度。对于相配合零件，可以通过适当预紧消除间隙，增大实际接触合零件，可以通过适

17、当预紧消除间隙，增大实际接触面积。面积。书图6-26 （3）采用合理的装夹方式和加工方法）采用合理的装夹方式和加工方法 提高提高工件的装夹刚度，应从定位和夹紧两个方面采取措工件的装夹刚度，应从定位和夹紧两个方面采取措施。施。图6-16图图6-17 提高部件刚度提高部件刚度 2减小切削力及其变化减小切削力及其变化 改善毛坯制造工艺，减小加工余量，适当增大改善毛坯制造工艺，减小加工余量，适当增大前角和后角，改善工件材料的切削性能等均可减小前角和后角，改善工件材料的切削性能等均可减小切削力。为控制和减小切削力的变化幅度，应尽量切削力。为控制和减小切削力的变化幅度，应尽量使一批工件的材料性能和加工余量

18、保持均匀。使一批工件的材料性能和加工余量保持均匀。 传动链误差：传动链误差：是指内联系的传动链首末两端是指内联系的传动链首末两端传动元件相对运动的误差传动元件相对运动的误差。即机床传动链中，各环。即机床传动链中，各环节精度对刀具与工件间相对运动的均匀性和准确性节精度对刀具与工件间相对运动的均匀性和准确性的影响程度。它是评定按照展成原理加工的齿轮、的影响程度。它是评定按照展成原理加工的齿轮、蜗杆和螺纹加工等机床的一项十分重要的性能指标，蜗杆和螺纹加工等机床的一项十分重要的性能指标，是直接影响加工质量的重要因素。是直接影响加工质量的重要因素。 1 定义定义例如：车削单头螺纹时，见图，要求工件旋转一

19、周，相应刀具移动例如：车削单头螺纹时，见图，要求工件旋转一周，相应刀具移动一个螺距一个螺距S ，这种运动关系是由刀具与工件间的传动链来保证的，即通，这种运动关系是由刀具与工件间的传动链来保证的，即通过保持总传动比恒定实现。总传动比反映了误差传递的程度，故也称为过保持总传动比恒定实现。总传动比反映了误差传递的程度，故也称为误差传递系数。误差传递系数。 TiTzzzzzzzzSf87654321或或设设误差传递函数误差传递函数又又2 传动链精度的测量与信号处理传动链精度的测量与信号处理 传动链误差的谐波分析法传动链误差的谐波分析法测测试试系系统统原原理理图图频频谱谱分分析析仪仪工工作作原原理理图图

20、3 传动链误差的估算和对加工精度的影响传动链误差的估算和对加工精度的影响（1）齿轮转角误差的估算）齿轮转角误差的估算（齿轮加工的内联系传动链）（齿轮加工的内联系传动链）或或因此工件的齿因此工件的齿距累计误差：距累计误差：第第j个齿轮的个齿轮的转角误差：转角误差：第第j个齿轮的的齿距累个齿轮的的齿距累计误差：计误差：（2）螺距误差的估算）螺距误差的估算（车床加工螺纹式内联系传动链）（车床加工螺纹式内联系传动链）Pg、Ps分别为工件和传动丝杠的螺距；分别为工件和传动丝杠的螺距； i机床主轴至传动丝杠的传动比。机床主轴至传动丝杠的传动比。传动丝杠的转角传动丝杠的转角主轴或工件的转角主轴或工件的转角

21、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；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；在在传动链中按降速比递增的原则分配各传动副传动链中按降速比递增的原则分配各传动副的传动比误差被缩小；的传动比误差被缩小；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；消除传动间隙。消除传动间隙。4 减少传动链误差的措施减少传动链误差的措施(1) 传动链元件数量影响传动误差大小。每增加一传动链元件数量影响传动误差大小。每增加一个传动元件，必然会带来一部分传动误差。个传动元件，必然会带来一部分传动误差。(2) 传动副

22、的加工和装配精度影响传动误差。特别传动副的加工和装配精度影响传动误差。特别是保证末端传动件的精度，并尽量减小传动链中的齿是保证末端传动件的精度，并尽量减小传动链中的齿轮副或螺旋副中存在的间隙，避免传动速比的不稳定轮副或螺旋副中存在的间隙，避免传动速比的不稳定和不均匀；和不均匀；(3) 采用减速传动链有助于减小传动误差。按降速采用减速传动链有助于减小传动误差。按降速比递增的原则分配各传动副的传动比。传动链末端传比递增的原则分配各传动副的传动比。传动链末端传动副的减速比越大，则传动链中其余各传动元件的误动副的减速比越大，则传动链中其余各传动元件的误差影响越小，从而减小末端传动元件转角误差的影响差影

23、响越小，从而减小末端传动元件转角误差的影响。为此，可增加蜗轮的齿数或加大母丝杆的螺距，这。为此，可增加蜗轮的齿数或加大母丝杆的螺距，这都有利于减小传动链误差。都有利于减小传动链误差。4 减少传动链误差的措施减少传动链误差的措施1.6.1 加工误差的性质加工误差的性质误差的性质误差的性质系统误差系统误差常值系统误差常值系统误差变值系统误差变值系统误差随机误差随机误差222)(21 XXey6 6XniiXnX11niiXXn12)(1 1)(21)(dxxyxF xzzzdzyezF0221)(T61.6.2 分布图分析法分布图分析法xxzxxxydxF dZeZFzzx02221工程上经常用到

24、工程上经常用到的的3原则，或原则，或称称6原则原则一般应使所选择的加工方一般应使所选择的加工方法满足法满足6T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 按照加工误差的性质：按照加工误差的性质：常值系统误差决定尺寸分散中心的位常值系统误差决定尺寸分散中心的位置；变置；变值系统误差决定尺寸分散中心位置按照时间的变化规律；值系统误差决定尺寸分散中心位置按照时间的变化规律；随机系统误差引起尺寸分散，决定尺寸分布曲线形状。随机系统误差引起尺寸分散，决定尺寸分布曲线形状。 判断加工误差的性质判断加工误差的性质 按照加工误差的性质：按照加工误差的性质：常值系统误差常值系统误

25、差决定尺寸分散决定尺寸分散中心的位置中心的位置；变变值系统误差值系统误差决定尺寸决定尺寸分散中心位置按照分散中心位置按照时间的变化规律时间的变化规律；随机误差随机误差引起尺寸分散，决定尺寸分引起尺寸分散，决定尺寸分布曲线形状。布曲线形状。 若分布图的若分布图的尺寸分散中心（尺寸分散中心（ ）偏离公差带分）偏离公差带分布中心，则存在常布中心，则存在常值系统误差值系统误差，其，其大小等于分布中心与公大小等于分布中心与公差带中心的偏移量差带中心的偏移量。而。而6大小即表明了随机误差的大小。大小即表明了随机误差的大小。x大，则曲线平坦大，则曲线平坦尺寸分布范围大尺寸分布范围大加工方法的加工精度低加工方

26、法的加工精度低 6TCp C CP P1.67 特级，但过高特级，但过高 1.67CCP P 1.33 一级，足够一级，足够 1.33CCP P1.0 二级，勉强二级，勉强 1.0CCP P0.67 三级，不足三级，不足 C CP P0.67 四级，不行四级，不行 确定工艺能力等级确定工艺能力等级dzezFazza02221)( dzezFbzzb02221)( )()(bazFzF合合格格率率)(5 . 0azF可可修修复复废废率率)(5 . 0bzF不不可可修修复复废废率率 估计合格品率或不合格品率估计合格品率或不合格品率+XminXmaxX 点图分析法计算简单，能及时提供主动控制信息点图

27、分析法计算简单，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。，可用于稳定过程、也可用于不稳定过程。 分析工艺过程的稳定性通常用分析工艺过程的稳定性通常用点图法点图法 。点图有。点图有多种形式，如多种形式，如单值点图单值点图和和 图。图。 用用点图评价工艺过程的稳定性点图评价工艺过程的稳定性采用的是顺序样本，采用的是顺序样本，这样的样本可以得到这样的样本可以得到在时间在时间上与工艺过程运行同步上与工艺过程运行同步的有关信息，反映出的有关信息，反映出加工误差随时间变化的趋势加工误差随时间变化的趋势。Rx 1.6.3 点图分析法点图分析法 在一批零件的加工过程中，逐个测量每个零件在一

28、批零件的加工过程中，逐个测量每个零件的加工尺寸，并记入的加工尺寸，并记入以以顺次顺次加工的零件号为横坐加工的零件号为横坐标标，零件加工尺寸为纵坐标的图中，这样对一批，零件加工尺寸为纵坐标的图中，这样对一批零件的加工便可画成点图。零件的加工便可画成点图。 为缩短点图的长度，可将顺次加工的几个零件为缩短点图的长度，可将顺次加工的几个零件编为一组，以编为一组，以零件组序为横坐标零件组序为横坐标，同一组内的各，同一组内的各零件可根据尺寸分别点在同一组号的垂直线上，零件可根据尺寸分别点在同一组号的垂直线上，就可得到如下点图。就可得到如下点图。 O点纵坐标点纵坐标：常值系统误差常值系统误差曲线曲线OO：每

29、一瞬时的分散中心，：每一瞬时的分散中心，其纵坐标的变化情况反映其纵坐标的变化情况反映变变值值系统误差系统误差的变化规律的变化规律曲线曲线AA和和BB 间纵坐标的变化间纵坐标的变化：每一瞬时尺寸的分散范围，也就每一瞬时尺寸的分散范围，也就反映了随机误差的影响反映了随机误差的影响 包络成两条平滑的曲线包络成两条平滑的曲线，并作其，并作其平均值曲线平均值曲线加工过程中误差的性质及其变化趋势加工过程中误差的性质及其变化趋势 在在 图上各有图上各有3条线，即条线，即中心线中心线和和上下控制线上下控制线。Rx Rx 是是 控制图和控制图和 控制图联控制图联合使用的统称合使用的统称。Rx 横坐标是按照时间先

30、后采横坐标是按照时间先后采集的小样本的组序号，纵坐集的小样本的组序号，纵坐标为各小样本的标为各小样本的 和和 。Rx 绘制绘制 是以小样本顺序随机抽样为基础的。每隔是以小样本顺序随机抽样为基础的。每隔一定的时间抽取容量一定的时间抽取容量n=210件的一个小样本，求出小样本件的一个小样本，求出小样本的的 和和 。经过若干时间后就可取得若干个（通常为。经过若干时间后就可取得若干个（通常为1030）小样本，由此可绘制）小样本，由此可绘制 图。图。RxRx Rx (1)样组点图的基本形式及绘制样组点图的基本形式及绘制 k1iiRk1R(2) 上下控制线的确定上下控制线的确定RAxxsRAxxx2kii

31、xkx11RDRS1RDRX2nA2D1D2nA2D1D221.8803.268070.4191.9240.07631.0232.574080.3731.8640.13640.7292.282090.3371.8160.18450.5772.1140100.3081.7770.22360.4832.0040KiXmXmjji111KiXXRiii1minmaxKiiXKX11KiiRKR11(3)制定制定 图的步骤图的步骤Rx RDRS1RDRX2RAxxx2RAxxs2根据根据 判断工艺过程是否稳定的判别标志：判断工艺过程是否稳定的判别标志：Rx (4)均值均值-极差点图分析极差点图分析1.

32、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，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。 (5)根据点子分布情况及时查找原因采取

33、措施根据点子分布情况及时查找原因采取措施 用球面磨床磨削挺杆球面用球面磨床磨削挺杆球面C，要求磨削后，要求磨削后，C面边面边沿对沿对B面面轴线的跳动不大于轴线的跳动不大于0.05mm。用。用 图图分析该工序工艺过程的稳定性分析该工序工艺过程的稳定性Rx 例例2-5解：解：1）抽样、测量）抽样、测量2）绘制）绘制 图图Rx 3）计算工序能力系数，确定工序能力等级）计算工序能力系数，确定工序能力等级 6TCp会出现会出现少量废品少量废品mXXnnii96. 8)(1124）结果分析）结果分析=无明显无明显变值系变值系统误差统误差=随机误随机误差随加差随加工时间工时间的增加的增加而逐渐而逐渐增加，增

34、加，本工序本工序过程不过程不稳定稳定 最理想的是使实际加工尺寸的分散中心最理想的是使实际加工尺寸的分散中心 与公差带与公差带中心基本重合，但在机床未加工前，只能通过试切样件中心基本重合，但在机床未加工前，只能通过试切样件组（小样本）的组（小样本）的 来估计尺寸分散中心。来估计尺寸分散中心。x 如果试切的一个零件的尺寸如果试切的一个零件的尺寸LA是公差带的中心，是公差带的中心，可保证今后加工的尺寸不超过可保证今后加工的尺寸不超过12x1.6.4 机床调整尺寸机床调整尺寸12T若：若： 该加工条件的最小误差极限：该加工条件的最小误差极限： 6 该调整方法只能确保公差为：该调整方法只能确保公差为：

35、12以上的精度。以上的精度。 不能充分发挥该加工条件的工艺潜能不能充分发挥该加工条件的工艺潜能 如果一试切样组的各零件尺寸的平均值是公差带的中如果一试切样组的各零件尺寸的平均值是公差带的中心，可保证今后加工的尺寸不超过心，可保证今后加工的尺寸不超过 。116n分分m组，每组组，每组n个零件。整批总数个零件。整批总数N=mn116n 如果一试切的样组的各零件尺寸的平均值如果一试切的样组的各零件尺寸的平均值 （即调（即调整尺寸整尺寸 ）落在）落在 的范围内，均值分布中心就必然落的范围内，均值分布中心就必然落在在AA和和BB之间。因而保证调整后加工零件的尺寸全部落之间。因而保证调整后加工零件的尺寸全

36、部落在公差在公差T的范围内。的范围内。xtLt不仅要保证整批工件的尺寸分散不超过公差带范围，还有不仅要保证整批工件的尺寸分散不超过公差带范围，还有保证两次调整间能加工的工件近可能多，因此不仅要考虑随机保证两次调整间能加工的工件近可能多，因此不仅要考虑随机误差引起的尺寸分散还要考虑工艺系统热变形和刀具磨损等变误差引起的尺寸分散还要考虑工艺系统热变形和刀具磨损等变值系统误差的影响。值系统误差的影响。2 加工表面质量及其控制加工表面质量及其控制（1） 固体表面的特性固体表面的特性 固体表面层原子只固体表面层原子只受向内的拉力，因而产受向内的拉力，因而产生所谓的生所谓的“表面张力表面张力”（2） 切削

37、加工表面的特性切削加工表面的特性 在去除工件表面一层余量的切削、磨削过程中，在去除工件表面一层余量的切削、磨削过程中，金属表面受到楔入、挤压、断裂的复杂力学作用，金属表面受到楔入、挤压、断裂的复杂力学作用，使加工表面产生弹性、塑性变形和残余应力。同时使加工表面产生弹性、塑性变形和残余应力。同时由于切削区的局部高温作用，金属表面又受到环境由于切削区的局部高温作用，金属表面又受到环境介子的物理、化学作用，使切削加工表面的物理、介子的物理、化学作用，使切削加工表面的物理、力学和化学性能发生很大变化。力学和化学性能发生很大变化。 另外，加工会暴露毛坯表面原有的缺陷，加工另外，加工会暴露毛坯表面原有的缺

38、陷，加工过程本身则使已加工表面呈现微观不平度和宏观不过程本身则使已加工表面呈现微观不平度和宏观不平度。平度。 表面层厚度表面层厚度是随工件材料、加工方法和处理的是随工件材料、加工方法和处理的不同而异，不同而异，60m2mm。加工后金属表面层组成示意图加工后金属表面层组成示意图加工加工表面表面质量质量表面几何表面几何特征特征表面物表面物理力学理力学性能和性能和化学性化学性能能粗糙度粗糙度波纹度波纹度纹理纹理缺陷缺陷（残余应力残余应力金相组织变化金相组织变化加工硬化加工硬化（冷作硬化）（冷作硬化） 指加工表面的微观几何形指加工表面的微观几何形状误差。波长与波高状误差。波长与波高(L3/H3)的比值

39、小于的比值小于50。表示方法：表示方法：RaRa、RzRz、RyRy。 介于形状误差与表面粗糙介于形状误差与表面粗糙度之间的周期性形状误差。度之间的周期性形状误差。波长与波高波长与波高(L2/H2)的比值一的比值一般为：般为：501000。 指表面刀纹的方向。它取决于表面形指表面刀纹的方向。它取决于表面形成所采用的机械加工方法。成所采用的机械加工方法。在加工表面上一些各别位置上出现的在加工表面上一些各别位置上出现的缺陷，如砂眼、气孔和裂痕等。缺陷，如砂眼、气孔和裂痕等。 机械加工时，由于切削力、切削热的作用，机械加工时，由于切削力、切削热的作用，表面层产生的表面层产生的冷作硬化冷作硬化、表面层

40、金相组织的变化表面层金相组织的变化和和表面层残余应力表面层残余应力，使表面层发生物理、机械，使表面层发生物理、机械（力学）和化学性能的变化。（力学）和化学性能的变化。 冷作硬化：冷作硬化：机械加工过程中表面层金属产生强机械加工过程中表面层金属产生强烈的塑性变形，使表面层金属的强度和硬度增加，烈的塑性变形，使表面层金属的强度和硬度增加，塑性减小的现象。塑性减小的现象。 表面层残余应力：表面层残余应力：机械加工过程中由于机械加工过程中由于切削变形切削变形和和切削热切削热等因素的作用在工件表面层材料中产生的等因素的作用在工件表面层材料中产生的内应力内应力。 在铸、锻、焊、热处理等加工过程产生的内应在

41、铸、锻、焊、热处理等加工过程产生的内应力力与这里介绍的与这里介绍的表面残余应力表面残余应力的的区别区别在于前者是在在于前者是在整个工件整个工件上平衡的应力，它的重新分布会引起工件上平衡的应力，它的重新分布会引起工件的变形；后者则是在加工的变形；后者则是在加工表面表面材料中平衡的应力，材料中平衡的应力，它的重新分布不会引起工件变形，但它对机器零件它的重新分布不会引起工件变形，但它对机器零件表面质量有重要影响。表面质量有重要影响。 表面层金相组织变化表面层金相组织变化:机械加工过程中，在工机械加工过程中，在工件的加工区域，温度会急剧升高，当温度升高到超件的加工区域，温度会急剧升高，当温度升高到超过

42、工件材料金相组织变化的临界点时，表层金属发过工件材料金相组织变化的临界点时，表层金属发生金相组织变化的现象。生金相组织变化的现象。 磨削烧伤磨削烧伤:磨削加工时，切除单位体积材料所需磨削加工时，切除单位体积材料所需消耗的能量远大于切削加工，磨削加工所消耗的能量消耗的能量远大于切削加工，磨削加工所消耗的能量绝大部分要转化为热，磨削热传给工件，使加工表面绝大部分要转化为热，磨削热传给工件，使加工表面层金属金相组织发生变化，强度和硬度下降，产生残层金属金相组织发生变化，强度和硬度下降，产生残余应力，甚至引起裂纹的现象。余应力，甚至引起裂纹的现象。 磨削淬火钢时，会产生三种不同类型的烧伤：磨削淬火钢时

43、，会产生三种不同类型的烧伤：回火烧伤、回火烧伤、 淬火烧伤、退火淬火烧伤、退火烧伤烧伤1 表面质量对耐磨性的影响表面质量对耐磨性的影响 机械加工后的表面，由于冷作硬化使表面层金机械加工后的表面，由于冷作硬化使表面层金属的显微硬度提高，可降低磨损。加工表面的冷作属的显微硬度提高，可降低磨损。加工表面的冷作硬化，一般能提高耐磨性；但是过度的冷作硬化将硬化，一般能提高耐磨性；但是过度的冷作硬化将使加工表面金属组织变得使加工表面金属组织变得“疏松疏松”，严重时甚至出，严重时甚至出现裂纹，使磨损加剧。现裂纹，使磨损加剧。 在轻载运动副中，两相对运动零件表面的刀纹方在轻载运动副中，两相对运动零件表面的刀纹

44、方向均与运动方向相同时，耐磨性好；两者的刀纹方向向均与运动方向相同时，耐磨性好；两者的刀纹方向均与运动方向垂直时，耐磨性差，这是因为两个摩擦均与运动方向垂直时，耐磨性差，这是因为两个摩擦面在相互运动中，切去了妨碍运动的加工痕迹。但在面在相互运动中，切去了妨碍运动的加工痕迹。但在重载时，两相对运动零件表面的刀纹方向均与相对运重载时，两相对运动零件表面的刀纹方向均与相对运动方向一致时容易发生咬合，磨损量反而大；两相对动方向一致时容易发生咬合，磨损量反而大；两相对运动零件表面的刀纹方向相互垂直，且运动方向平行运动零件表面的刀纹方向相互垂直，且运动方向平行于下表面的刀纹方向，磨损量较小。于下表面的刀纹

45、方向，磨损量较小。 表面粗糙度表面粗糙度减小零件的表面粗糙度，可以提高减小零件的表面粗糙度，可以提高零件的疲劳强度。零件表面存在一定的零件的疲劳强度。零件表面存在一定的冷作硬化冷作硬化，可以阻碍表面疲劳裂纹的产生，缓和已有裂纹的扩可以阻碍表面疲劳裂纹的产生，缓和已有裂纹的扩展，有利于提高疲劳强度；但冷作硬化强度过高时，展，有利于提高疲劳强度；但冷作硬化强度过高时，可能会产生较大的脆性裂纹反而降低疲劳强度。加可能会产生较大的脆性裂纹反而降低疲劳强度。加工表面层如有一层工表面层如有一层残余压应力残余压应力产生，可以提高疲劳产生，可以提高疲劳强度，而强度，而残余拉应力残余拉应力则容易使已加工表面产生

46、裂纹，则容易使已加工表面产生裂纹，因而降低疲劳强度。因而降低疲劳强度。2 表面质量表面质量对零件疲劳强度的影响对零件疲劳强度的影响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1 切削加工的表面粗糙度切削加工的表面粗糙度刀具几何参数及刀具材料刀具几何参数及刀具材料 刀具的几何参数对切削加工表面粗糙度影响很大。刀具的刀具的几何参数对切削加工表面粗糙度影响很大。刀具的主偏角、副偏角主偏角、副偏角和和刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径影响较为显著。适当增大影响较为显著。适当增大刀具刀具前角前角可以有效改善加

47、工表面粗糙度。而可以有效改善加工表面粗糙度。而刀具后角刀具后角的大小与已加的大小与已加工表面的摩擦有关，后角大的刀具有利于改善表面粗糙度。但工表面的摩擦有关，后角大的刀具有利于改善表面粗糙度。但后角过大，对刀刃强度不利，易产生切削振动，表面粗糙度反后角过大，对刀刃强度不利，易产生切削振动，表面粗糙度反而增大。而增大。 选用强度好，特别是热硬性高的材料制造的刀具，易于保选用强度好，特别是热硬性高的材料制造的刀具，易于保持刃口锋利，而且摩擦系数小、耐磨性好，在切削加工时则能持刃口锋利，而且摩擦系数小、耐磨性好，在切削加工时则能获得较小的表面粗糙度。获得较小的表面粗糙度。 工件材料的工件材料的品种、

48、成分品种、成分和和性质性质，以及，以及热处理方法热处理方法的的不同，加工表面的粗糙度也存在一定差别。不同，加工表面的粗糙度也存在一定差别。 塑性材料塑性材料切削加工过程中，如低碳钢、耐热钢、铝切削加工过程中，如低碳钢、耐热钢、铝合金和高温合金等，在一定切速下会在刀面形成硬度很合金和高温合金等，在一定切速下会在刀面形成硬度很高的积屑瘤，从而改变刀具的几何形状和加工进给量，高的积屑瘤，从而改变刀具的几何形状和加工进给量，使加工表面的粗糙度严重恶化。而使加工表面的粗糙度严重恶化。而脆性材料脆性材料加工后，一加工后，一般其表面粗糙度易于达到要求。般其表面粗糙度易于达到要求。 对于同样的工件材料，若对于

49、同样的工件材料，若金相组织的晶粒粗大金相组织的晶粒粗大，则，则切削加工获得的表面粗糙度越差。因此，为减小切削加切削加工获得的表面粗糙度越差。因此，为减小切削加工的表面粗糙度值，常在加工前对工件材料进行工的表面粗糙度值，常在加工前对工件材料进行调质处调质处理理，以获得较均匀的、细密的晶粒组织和较高的硬度。，以获得较均匀的、细密的晶粒组织和较高的硬度。 工件的材料及热处理工件的材料及热处理切削深度切削深度对加工表面粗糙度影响不明显，但过小的对加工表面粗糙度影响不明显，但过小的切削深度无法维持正常切削，常会引起刀刃与工件相互切削深度无法维持正常切削，常会引起刀刃与工件相互挤压、摩擦，使加工表面质量恶

50、化。挤压、摩擦，使加工表面质量恶化。切削速度、进给量切削速度、进给量对表面粗糙度影响较大。较小的对表面粗糙度影响较大。较小的切削进给量可减少残留面积的高度，减轻切削力和工件切削进给量可减少残留面积的高度，减轻切削力和工件材料的塑性变形程度，从而获得较低的表面粗糙度值。材料的塑性变形程度，从而获得较低的表面粗糙度值。但进给量过小，刀刃不能进行切削而仅形成挤压，致使但进给量过小，刀刃不能进行切削而仅形成挤压，致使工件的塑性变形程度增大，使表面粗糙度变大。切削过工件的塑性变形程度增大，使表面粗糙度变大。切削过程中，切削速度越高，则被加工表面的塑性变形程度越程中，切削速度越高，则被加工表面的塑性变形程

51、度越小，表面粗糙度越好。小，表面粗糙度越好。切削用量切削用量 刀具的刃磨刀具的刃磨 考虑到刀具刃口表面粗糙度在工件表面的复映效考虑到刀具刃口表面粗糙度在工件表面的复映效果，提高刀具的刃磨质量也能改善表面粗糙度。果，提高刀具的刃磨质量也能改善表面粗糙度。 润滑冷却液润滑冷却液 切削过程中，润滑冷却液可吸收、传递切削区切削过程中，润滑冷却液可吸收、传递切削区内的热量，减小摩擦、促进切屑分离，减轻力、热内的热量，减小摩擦、促进切屑分离，减轻力、热的综合作用，抑制刀瘤和鳞刺的产生，减少切削的的综合作用，抑制刀瘤和鳞刺的产生，减少切削的塑性变形，利于改善加工表面的粗糙度。塑性变形，利于改善加工表面的粗糙

52、度。磨削磨削比压大比压大、磨削区的温度较高磨削区的温度较高。如果工件表层温度过高，。如果工件表层温度过高，则表层金属易软化、微熔或产生相变。每个磨粒所切削的厚度仅则表层金属易软化、微熔或产生相变。每个磨粒所切削的厚度仅为为0.2m左右，大多数磨粒在磨削加工过程中仅起到挤压作用，左右，大多数磨粒在磨削加工过程中仅起到挤压作用，磨削余量是在磨粒的多次挤压作用下经过充分塑性变形出现疲劳磨削余量是在磨粒的多次挤压作用下经过充分塑性变形出现疲劳剥落产生的，因而磨削加工的剥落产生的，因而磨削加工的塑性变形一般要比切削加工大塑性变形一般要比切削加工大。 2 磨削加工表面粗糙度磨削加工表面粗糙度砂轮的砂轮的粒

53、度、硬度、组织、材料粒度、硬度、组织、材料及及旋转质量平衡旋转质量平衡等因素都等因素都会影响磨削表面粗糙度，在选择时应综合考虑。会影响磨削表面粗糙度，在选择时应综合考虑。单纯从几何因素考虑，在相同的磨削条件下，砂轮的粒度单纯从几何因素考虑，在相同的磨削条件下，砂轮的粒度细，获得的表面粗糙度值小。但磨粒太细时，砂轮容易被磨屑细，获得的表面粗糙度值小。但磨粒太细时，砂轮容易被磨屑堵塞。一般常取堵塞。一般常取46号号60号。号。砂轮砂轮选择选择过硬过硬，则磨粒钝化后不易脱落，使得工件表面受，则磨粒钝化后不易脱落，使得工件表面受到强烈的摩擦和挤压作用，到强烈的摩擦和挤压作用，致使塑性变形的程度增加，增

54、大表致使塑性变形的程度增加，增大表面粗糙度面粗糙度。反之，。反之，砂轮砂轮选择选择太软太软，则磨粒易于脱落，产生磨损，则磨粒易于脱落，产生磨损不均匀，从而磨削作用减弱，不均匀，从而磨削作用减弱，难以保证工件表面的粗糙度难以保证工件表面的粗糙度。因。因此，砂轮硬度选择要适当，通常选用此，砂轮硬度选择要适当，通常选用中软砂轮中软砂轮。（2）影响磨削加工表面粗糙度的工艺因素）影响磨削加工表面粗糙度的工艺因素砂轮的选择砂轮的选择 组织：组织：砂轮中磨料、结合剂和气孔三者砂轮中磨料、结合剂和气孔三者体积体积的的比例关系。比例关系。适于一般磨削适于一般磨削工作，如淬火工作，如淬火钢、刀具刃磨钢、刀具刃磨等

55、。等。不易堵塞砂轮，适于粗磨、不易堵塞砂轮，适于粗磨、磨软材、磨平面、内圆等磨软材、磨平面、内圆等接触面积较大时，磨热敏接触面积较大时，磨热敏性强的材料或薄件。性强的材料或薄件。成形性好，加工成形性好，加工质量高，适于成质量高，适于成形磨、精密磨和形磨、精密磨和强力磨削。强力磨削。砂轮的材料砂轮的材料，即磨料的选择要综合考虑加工质量和成，即磨料的选择要综合考虑加工质量和成本。本。高硬磨料的砂轮可获得较小的表面粗糙度，但加工成高硬磨料的砂轮可获得较小的表面粗糙度，但加工成本很高。本很高。提高提高砂轮速度砂轮速度，则通过被磨削表面单位面积上的磨粒数和划，则通过被磨削表面单位面积上的磨粒数和划痕增加

56、。与此同时，每个磨粒的负荷小，热影响区浅，工件材痕增加。与此同时，每个磨粒的负荷小，热影响区浅，工件材料的塑性变形的传播速度可能大于磨削速度，工件来不及产生料的塑性变形的传播速度可能大于磨削速度，工件来不及产生塑性变形，使得表面层金属的塑性变形现象减轻，磨削表面的塑性变形，使得表面层金属的塑性变形现象减轻，磨削表面的粗糙度值将明显减小。粗糙度值将明显减小。工件速度工件速度对表面粗糙度值的影响与砂轮速度的影响相反，增对表面粗糙度值的影响与砂轮速度的影响相反，增大工件速度时，单位时间内通过被磨表面的磨粒数减少，工件大工件速度时，单位时间内通过被磨表面的磨粒数减少，工件表面粗糙度值将增加。表面粗糙度

57、值将增加。砂轮纵向进给量砂轮纵向进给量减少，工件表面被砂轮重复磨削的次数将增减少，工件表面被砂轮重复磨削的次数将增加，表面粗糙度值会减小；而轴向进给量减小时，单位时间内加，表面粗糙度值会减小；而轴向进给量减小时，单位时间内加工的长度短，表面粗糙度值也会减小。加工的长度短，表面粗糙度值也会减小。磨削深度磨削深度对表面粗糙度的影响很大。减小磨削深度，工件材对表面粗糙度的影响很大。减小磨削深度，工件材料的塑性变形减弱，被磨表面的粗糙度值会减小，但也会降低料的塑性变形减弱，被磨表面的粗糙度值会减小，但也会降低生产率。生产率。磨削用量磨削用量修整砂轮修整砂轮是改善磨削表面粗糙度的重要措施，因为砂是改善磨

58、削表面粗糙度的重要措施，因为砂轮表面的不平整在磨削时将被复映到被加工表面。轮表面的不平整在磨削时将被复映到被加工表面。修整砂轮的目的修整砂轮的目的是使砂轮具有正确的几何形状和获得是使砂轮具有正确的几何形状和获得具有磨削性能的锐利微刃。具有磨削性能的锐利微刃。砂轮的修整与修整工具、修整砂轮纵向进给量等有密砂轮的修整与修整工具、修整砂轮纵向进给量等有密切关系。以单颗金刚石笔修整砂轮时，金刚石笔纵向进给切关系。以单颗金刚石笔修整砂轮时，金刚石笔纵向进给量越小，金刚石越锋利，修出的砂轮表面越光滑，磨粒微量越小，金刚石越锋利，修出的砂轮表面越光滑，磨粒微刃的等高性越好，磨出的工件表面粗糙度越小。刃的等高

59、性越好，磨出的工件表面粗糙度越小。砂轮的修整砂轮的修整 此外，此外，工件材料的性质工件材料的性质、磨削液磨削液等对磨削表面粗糙度等对磨削表面粗糙度的影响也很明显。的影响也很明显。机械加工过程中，工件表层在力、热的综合作用下，机械加工过程中，工件表层在力、热的综合作用下，表面层的物理力学性能会发生变化，使其与金属基体材料性表面层的物理力学性能会发生变化，使其与金属基体材料性能有所不同。能有所不同。最主要的变化是表层金属显微硬度的改变，最主要的变化是表层金属显微硬度的改变，金相组织金相组织的变化和在的变化和在表层金属中产生残余应力表层金属中产生残余应力和和表面强化表面强化现象。现象。不同的工件材料

60、，不同的加工条件，会产生不同的表不同的工件材料，不同的加工条件，会产生不同的表面层特性。在磨削加工时所产生的塑性变形和切削热比切削面层特性。在磨削加工时所产生的塑性变形和切削热比切削加工时更严重，因而磨削加工表面层的上述加工时更严重，因而磨削加工表面层的上述三项物理力学性三项物理力学性能能的变化会很大。的变化会很大。 磨削和切削加工中，若加工工件表面层产生的塑性变形磨削和切削加工中，若加工工件表面层产生的塑性变形使表面层材料沿晶面产生剪切滑移，使晶格扭曲、畸变，产使表面层材料沿晶面产生剪切滑移，使晶格扭曲、畸变，产生晶粒拉长、破碎和纤维化，这将引起材料的强化，使工件生晶粒拉长、破碎和纤维化，这