机械基础第5章

1、第五章第五章 机械制造的质量分析机械制造的质量分析机械制造的质量分析机械制造的质量分析5 5.1 .1 概述概述5 5.2 .2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素5 5.3 .3 机械加工表面质量机械加工表面质量5.4 5.4 提高机械加工质量的方法提高机械加工质量的方法5.1.1 5.1.1 加工精度的基本概念加工精度的基本概念 机械加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和相互位置）与理想几何参数的符合程度。 工件的加工精度包括尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度等三个方面。 实际几何参数与理想几何参数的偏离程度称为加工误差, 加工误差越小，加工精度就越高。5.1 5.

2、1 概述概述5.1.2 5.1.2 获得规定的加工精度的方法获得规定的加工精度的方法5.1.2.1 5.1.2.1 获得尺寸精度的方法获得尺寸精度的方法 （1）试切法试切法 该法是通过试切测量调整再试切，反复进行，直至达到要求的加工尺寸。试切法生产效率低，加工精度取决于工人的技术水平，但有可能获得较高精度，且不需复杂的装置。主要用于单件小批生产。 （2）定尺寸刀具法定尺寸刀具法 该法是用具有一定尺寸精度的刀具来保证工件的加工尺寸的。如钻头、扩孔钻、铰刀、拉刀、槽铣刀等。这种方法具有较高的生产率，加工精度主要取决于刀具的精度及刀具与工件的位置精度。5.1 5.1 概述概述5.1.2.1 5.1.

3、2.1 获得尺寸精度的方法获得尺寸精度的方法 （3）调整法调整法 该法是先按要求的尺寸调整好刀具相对于工件的位置，并在一批零件的加工过程中始终保持这个位置不变，以获得规定的加工尺寸。调整法比试切法加工精度的保持性好，且具有较高的生产率，对操作工人要求不高，但对调整工要求较高，在成批及大量生产中广泛应用。 （4）自动控制法自动控制法 该法是将测量装置、进给装置和控制系统组成一个自动加工系统。加工过程中由自动测量装置测量工件的加工尺寸，并与所要求的尺寸进行比较后发出信号，信号通过转换、放大后控制机床或刀具作相应调整，直到达到规定的加工尺寸要求，加工自动停止。早期的自动控制法多采用机械液压控制系统，

4、近年来，由于数控技术的发展，数控机床得到广泛的应用。5.1 5.1 概述概述5.1.2.2 5.1.2.2 获得几何形状精度的方法获得几何形状精度的方法 （1）轨迹法轨迹法 利用刀尖运动的轨迹来形成被加工表面的形状。普通的车削、铣削、刨削和磨削等均属于刀尖轨迹法。用这种方法得到的形状精度主要取决于成形运动的精度。 （2）成形法成形法 利用成形刀具的几何形状来代替机床的某些成形运动而获得加工表面形状的。如成形车削、铣削、磨削等。成形法所获得的形状精度主要取决于刀刃的形状。 （3）展成法展成法 利用刀具和工件作展成运动得到加工表面的形状，如滚齿、插齿、磨齿、滚花键等均属展成法。这种方法所获得的形状

5、精度主要取决于刀刃的形状精度和展成运动精度等。5.1 5.1 概述概述5.1.2.3 5.1.2.3 获得相互位置精度的方法获得相互位置精度的方法 （1）直接找正安装直接找正安装 直接找正的定位精度为：划针找正的定位精度为0.250.5mm，百分表找正的定位精度可达0.02mm左右，用精密量具（如千分表）找正的定位精度为0.010.005mm。这种方法的生产率低，对工人的技术水平要求高，一般只适用于单件小批生产。 （2）划线找正安装划线找正安装 划线找正的定位精度低，划线费时，需要技术水平高的划线工，只用于批量不大、形状复杂而笨重的零件加工或毛坯的尺寸公差很大而无法采用夹具装夹的工件。 （3）

6、夹具定位安装夹具定位安装 对中小尺寸的工件，生产批量较大时，一般都采用夹具定位安装的方法。夹具以一定的位置安装在机床上，工件在夹具上定位并夹紧。用夹具安装工件定位方便，精度高，装夹效率也高。5.1 5.1 概述概述5.2.1 5.2.1 加工误差加工误差 在机械加工中,由机床、夹具、刀具和工件等组成的统一体,称为工艺系统。在任何一个加工过程中，由于工艺系统各种原始误差的存在，使工件和刀具中间的正确几何关系遭到破坏而产生加工误差。按性质可分为以下三类： （1）工艺系统的几何误差 （2）工艺系统力效应产生的误差 （3）工艺系统热变形产生的误差 各误差因素在不同的具体情况下，影响程度不同。在分析生产

7、中存在的具体加工精度问题时，必须分清主次，抓住主要矛盾。5.2 5.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素5.2.2 5.2.2 工艺系统几何误差对加工精度的影响工艺系统几何误差对加工精度的影响5.2.2.1 5.2.2.1 加工原理误差加工原理误差 加工原理误差是指因采用了近似的加工运动或者近似的刀具轮廓等进行加工而产生的误差。 如用成型刀具加工复杂的曲线表面时，刀具刃口完全符合理论曲线的轮廓相当困难，所以往往采用圆弧、直线等简单的线型近似逼近曲线的轮廓。如用模数铣刀加工齿轮，为了减少生产中铣刀的数量，实际上只用一套（826把）模数铣刀来分别加工在一定齿数范围内的所有齿轮，由于每把

8、铣刀均是按一种模数的一种齿数设计和制造的，因而用其来加工其他齿数的齿轮时，就会产生齿形的原理误差。5.2 5.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素5.2.2.2 5.2.2.2 工艺系统的几何误差工艺系统的几何误差 （1）机床的几何误差机床的几何误差 机床的制造误差、安装误差、使用中的磨损等都会在加工中直接影响刀具与工件的相互位置精度，造成加工误差。一般情况下，只能用一定精度的机床加工一定精度的工件。机床的几何误差主要包括：主轴回转误差、导轨误差和传动链误差。 主轴回转误差主轴回转误差 主轴回转误差即指主轴实际回转轴线相对理论回转轴线的“漂移”。主轴回转误差可分为三种基本形式:纯径

9、向跳动、纯角度摆动和轴向窜动，如下图所示。 5.2 5.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素5.2.2.2 5.2.2.2 工艺系统的几何误差工艺系统的几何误差5.2 5.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素主轴回转误差的基本形式 5.2.2.2 5.2.2.2 工艺系统的几何误差工艺系统的几何误差 导轨误差导轨误差 机床导轨副是实现直线运动的主要部件，其制造和装配精度是影响直线运动精度的主要因素。对机床导轨的精度要求，主要有以下三个方面：在水平面内的直线度、在垂直面内的直线度、前后导轨的平行度。 导轨在水平面内直线度误差的影响如下图所示。在车削较短的零件时影响较小，若

10、车削细长轴，这一误差将明显地反映到工件上，工件将产生鞍形或鼓形加工误差。5.2 5.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素5.2.2.2 5.2.2.2 工艺系统的几何误差工艺系统的几何误差5.2 5.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素车床导轨在水平面内直线度误差引起的加工误差1、截平面 2、导轨 3、理想的导轨交线 4、导轨实际交线 5、假想工件尺寸 6、车刀5.2.2.2 5.2.2.2 工艺系统的几何误差工艺系统的几何误差 导轨在垂直面内直线度误差的影响如下图所示，同样会引起刀尖在切削行程内位置变化Z，而工件在半径方向的误差RZ2/d，影响较小，可忽略不计。但对龙

11、门刨床、龙门铣床及导轨磨床来说，导轨在垂直面内的直线度误差将直接反映到工件上。5.2 5.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素床身导轨在垂直面内有直线度引起的误差5.2.2.2 5.2.2.2 工艺系统的几何误差工艺系统的几何误差 导轨面间平行度误差的影响如下图所示，这类误差会使车床床鞍在沿床身移动时发生倾斜,从而使刀尖相对于工件产生偏移,进而影响加工精度，加工出的零件形状可能为鼓形、鞍形或呈锥度等。5.2 5.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素车床导轨面间的平行度误差5.2.2.2 5.2.2.2 工艺系统的几何误差工艺系统的几何误差 传动链误差传动链误差 对于某些

12、加工方法,为保证工件的加工精度,要求工件和刀具间必须有准确的传动关系。若传动链存在误差，将直接影响最后的加工精度。为了减小传动链误差对加工精度的影响，可采取下列措施： a）减少传动链中的元件数，即缩短传动链,以减少误差来源。 b）提高传动元件,特别是末端元件的制造和安装精度。 c）消除传动间隙 d）采用误差修正机构来提高传动精度，即人为地在传动链中加入一个与机床传动链误差大小相等、方向相反的误差，以抵消传动链本身的误差。5.2 5.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素5.2.2.2 5.2.2.2 工艺系统的几何误差工艺系统的几何误差 （2）工艺系统的其他几何误差工艺系统的其他几何

13、误差 刀具误差刀具误差 机械加工中常用的刀具有：一般刀具、定尺寸刀具和成形刀具。一般刀具(如普通车刀、单刃镗刀和平面铣刀等)的制造误差，对加工精度没有直接影响。定尺寸刀具(如钻头、铰刀、拉刀等)的尺寸误差直接影响加工工件的尺寸精度。刀具在安装使用中不当，也将影响加工精度。成形刀具（如成形车刀、成形铣刀和齿轮刀具等）的制造、安装及磨损误差主要影响被加工表面的形状误差。 夹具误差夹具误差 夹具的制造误差一般指定位元件、导向元件及其夹具体等零件的加工和装配误差。这些误差对被加工零件的精度影响较大。所以在设计和制造夹具时，凡影响零件加工精度的尺寸都控制较严。5.2 5.2 影响机械加工精度的因素影响机

14、械加工精度的因素5.2.2.2 5.2.2.2 工艺系统的几何误差工艺系统的几何误差 测量误差测量误差 工件在加工过程中，要用各种量具、量仪等进行检验测量，再根据测量结果对工件进行试切或调整机床。由于量具本身的制造误差、测量时的接触力、温度、目测正确程度等都直接影响加工误差。因此，要正确的选择和使用量具，以保证测量精度。 调整误差调整误差 零件加工的每一个工序中，为了获得被加工表面的形状、尺寸和位置精度，总要进行一些调整工作(如安装夹具、调整刀具尺寸等)，由于调整不可能绝对准确，必然会带来一些误差，即调整误差。5.2 5.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素5.2.3 5.2.3

15、工艺系统力效应对加工精度的影响工艺系统力效应对加工精度的影响 在切削加工中，工艺系统的各个组成元件，在切削力、夹紧力、传动力、重力、惯性力等外力作用下会产生相应的变形（弹性变形和塑性变形），这种变形将使工件和刀具相对位置发生变化，从而产生加工误差。5.2 5.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素5.2.3.1 5.2.3.1 工艺系统的刚度及其对加工精度的影响工艺系统的刚度及其对加工精度的影响 工艺系统的刚度Kxt定义为：零件加工表面法向分力Fy与刀具在切削力作用下，相对工件在该方向的位移Yxt的比值，即Kxt= Fy/Yxt 工艺系统的总变形量应是：Yxt=Yje+Ydj+Yjj

16、+Yg Kxt=Fy/Yxt、Kje=Fy/Yje、Kdj=Fy/Ydj、Kjj=Fy/Yjj、Kg=Fy/Yg 式中：变形量单位mm，刚度单位N/mm Kxt 工艺系统的总变形量 Yxt 工艺系统的总刚度 Kje 机床变形量 Yje 机床刚度 Kdj 夹具变形量 Ydj 夹具刚度 Kjj 刀具变形量 Yjj 刀具刚度 Kg 工件变形量 Yg 工件刚度5.2 5.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素5.2.3.1 5.2.3.1 工艺系统的刚度及其对加工精度的影响工艺系统的刚度及其对加工精度的影响 所以，工艺系统刚度一般式为： 因此，当知道工艺系统各个部分的刚度后，即可求出系统刚度

17、。 用刚度一般式求解某一系统刚度时，应根据具体情况进行分析。如车削外圆时，车刀本身在切削力作用下的变形对加工误差的影响很小，可忽略不计，此时计算式中可省去刀具刚度一项。5.2 5.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素11111xtjejjdjgkkkkk5.2.3.1 5.2.3.1 工艺系统的刚度及其对加工精度的影响工艺系统的刚度及其对加工精度的影响 工艺系统的刚度对加工精度的影响有以下几种形式： （1）由于受力点位置变化而产生的工件几何形状误差由于受力点位置变化而产生的工件几何形状误差 在车床顶尖间车削粗而短的光轴 在车床顶尖间车削细长轴 （2）误差复映规律误差复映规律 在切削

18、加工中，由于工件毛坯加工余量或材料硬度的变化，会引起切削力和工艺系统受力变形的变化，因而使工件产生加工误差。 （3）工艺系统中其他作用力变化引起受力变形的变化而产生的加工艺系统中其他作用力变化引起受力变形的变化而产生的加工误差工误差 夹紧力、重力、惯性引起的离心力等也都将不同程度的造成工件的加工误差。5.2 5.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素5.2.3.2 5.2.3.2 保证加工质量的措施保证加工质量的措施 提高工艺系统刚度，减少受力变形，是保证加工质量的有效措施，生产中一般采用以下几个途径： （1）提高工艺系统中零件的配合质量，以提高接触刚度。由于零件的接触刚度大大低于零

19、件本身刚度，所以提高接触刚度是提高工艺系统刚度的关键。 （2）提高工件的刚度、减少受力变形。在加工中，由于工件本身的刚度较低，特别是叉架类、细长轴等结构零件，容易变形。常采用中心架、跟刀架、辅助支承等，以缩小切削力的作用点到支承点之间的距离，达到减小工件变形的目的。 （3）合理装夹工件，减少夹紧变形。5.2 5.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素5.2.3.3 5.2.3.3 工件残余应力引起的变形工件残余应力引起的变形 残余应力是指外部载荷去除后，仍残存在工件内部的应力。零件中的残余应力，往往处于一种不稳定的状态，在常温下，特别是在外界某些因素的影响下很容易失去原有状态，使残余

20、应力重新分布，在应力重新分布过程中会使零件产生相应的变形，从而破坏了原有的精度。因此，必须采取措施减少残余应力对加工零件精度的影响。 残余应力产生的原因：（1）铸、锻、焊等毛坯制造过程中及热处理时，由于工件各部分热胀冷缩不均匀以及金相组织转变时的体积变化，使工件毛坯产生了很大的残余应力。（2）切削加工中由于切削力和切削热的作用，使工件表面产生冷热塑性变形和金相组织的变化，从而使工件表面产生残余应力。（3）工件在冷校直时产生残余应力。5.2 5.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素5.2.3.3 5.2.3.3 工件残余应力引起的变形工件残余应力引起的变形 为了减少残余应力对加工精度

21、的影响，可在毛坯制造及零件粗加工后进行时效处理。常用的方法有人工时效、振动时效和天然时效等方法。例如，对铸、锻、焊接件进行退火或回火，零件淬火后进行回火；对精度要求高的床身、丝杠、箱体、精密主轴等零件，在粗加工后进行时效处理；对精度要求很高的精密丝杠、标准齿轮、精密床身等零件，则要在每次切削加工后都进行时效处理。 合理安排工艺过程可以减小残余应力对加工精度的影响。例如，粗、精加工分开在不同工序中进行，使粗加工后有一定时间让残余应力重新分布，以减少对精加工的影响。在加工大型工件时，粗、精加工往往在一个工序中完成，这时应在粗加工后将工件松开，让工件有自由变形的可能，然后再用较小的夹紧力夹紧工件进行

22、精加工。5.2 5.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素5.2.4 5.2.4 工艺系统热变形对加工精度的影响工艺系统热变形对加工精度的影响 在机械加工过程中，工艺系统在热的作用下产生复杂的变形，从而破坏刀具与工件的相互位置关系和相对运动的准确性，引起加工误差。在精加工、超精加工中，它是影响加工精度的主要因素。有时为了避免热变形需要进行预热和调整，这常常需要占用很多工作时间，影响了机床的效率，增加了加工成本。 工艺系统热变形的根本原因是系统内温度场分布的变化。而温度场的分布取决于热量的产生、传入和传出过程。当达到热平衡时，温度分布不再变化，成为与时间无关的稳定温度场，也就不再继续产

23、生热变形。5.2 5.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素5.2.4.1 5.2.4.1 工艺系统产生热变形的热源工艺系统产生热变形的热源 在机械加工中，工艺系统受多种热源的影响，使其产生变形，主要热源有： （1）机械动力源的能量损耗转化为热量。这些热量通过金属导热或液压油流动向机床和工艺系统其它部分传出。 （2）传动部分产生的摩擦热。这些热通过金属导热和润滑油传出，在订床身内的润滑油池形成一个高温区，对床身的热变形影响很大。 （3）切削热的一部分传入工件和刀具，使其产生热变形。切削热大部分被切屑和切削液带走并落在床身上使床身产生热变形。 （4）环境传来的热量使工艺系统各部分受热不

24、均匀而引起的变形。 对工艺系统加工精度影响最大的是大尺寸构件受热不均、温度差较大时引起的弯曲变形。5.2 5.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素5.2.4.2 5.2.4.2 车床的热变形对加工精度的影响车床的热变形对加工精度的影响 由于各类机床的结构和工作条相差很大，所以引起机床热变形的热源和变形形式也是各种各样的。就机床来说，对加工精度有影响的多种热变形中，最重要的是主轴部件、床身导轨以及两者相对位置的热变形。 对于车、铣、钻、镗类机床，产生热变形的主要热源是主轴箱内传动件的摩擦热，它通过润滑油传至主轴箱体及与其相连的床身，使这些部分温度升高而产生变形5.2 5.2 影响机械

25、加工精度的因素影响机械加工精度的因素5.2.4.2 5.2.4.2 车床的热变形对加工精度的影响车床的热变形对加工精度的影响 下图所示为车床在工作状态下的热变形。由于主轴箱的热变形，导致主轴轴心线抬高，同时还发生倾斜。导轨也因为热变形而产生弯曲，结果造成车床前后顶尖连心线与导轨不平行。5.2 5.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素5.2.4.3 5.2.4.3 刀具和工件的热变形对加工精度的影响刀具和工件的热变形对加工精度的影响 刀具切削部分的温度很高，通过导热使刀杆温度长升高，一般在连续切削1020min即可达到热平衡。热变形表现为刀杆的伸长。在加工长轴类工件时，会造成表面的几

26、何形状误差，但这种误差有时可与刀具磨损造成的工件表面的几何形状误差相互补偿，故刀具热变形在一般加工中，对加工精度影响不大。 工件受切削热的影响会产生热变形。如果在受热膨胀时测量达到了规定的加工尺寸，那么在冷却收缩后尺寸就会变小，甚至可能出现尺寸超差，造成废品。5.2 5.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素5.2.4.3 5.2.4.3 刀具和工件的热变形对加工精度的影响刀具和工件的热变形对加工精度的影响 工件的热变形有两种情况： 一种是均匀受热，如车、镗、外圆磨等加工方法，它主要影响尺寸精度。 另一种是不均匀受热，如平面的刨、铣、磨等工序，工件单面受热，上下表面之间形成温度差而产

27、生弯曲变形，这时主要影响几何形状精度。5.2 5.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素5.2.4.4 5.2.4.4 减少热变形及其影响的措施减少热变形及其影响的措施 减少发热和隔热减少发热和隔热 （1）凡是有可能从主机分离出去的热源，如电动机、变速箱、液压装置和油箱等，应尽可能放置在机床外部；不能与主机分离的热源，如主轴轴承、丝杠副之类的零件和部件，应从结构和润滑方面来减少摩擦发热。 （2）及时清除切屑或在工作台上装隔热板以阻止切屑热量传向工作台、床身、夹具等，是防止工艺系统热变形的有效措施。 （3）强制冷却，均衡温度场 对机床发热部位可以采取风冷、油冷等强制冷却方法，来吸收热源

28、发出的热量，控制机床的局部温升和热变形。5.2 5.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素5.2.4.4 5.2.4.4 减少热变形及其影响的措施减少热变形及其影响的措施 从结构设计上采取措施以减少热变形从结构设计上采取措施以减少热变形 （4）采用“热对称结构”。如为防止零、部件由于受热发生弯曲变形，可改单立柱为龙门式结构，以防止立柱局部热变形而造成强烈的弯曲位移。 （5）使零件的热变形尽量发生于不影响加工精度的方向上。如机床主轴采用前端轴向定位，后端浮动结构，使主轴热变形向主轴后端移动。又如定位丝杠的螺母尽量靠近丝杠的定位端，以减少产生热变形的有效长度。5.2 5.2 影响机械加工

29、精度的因素影响机械加工精度的因素5.2.5 5.2.5 加工误差的综合分析加工误差的综合分析 前面已对影响加工精度的各种主要因素进行了分析，也提出了一些保证加工精度的措施。但从分析方法上讲是属于单因素法。生产中出现的加工精度问题往往是综合性很强的工艺问题，其影响因素也比较复杂。因此，必须运用以前学过的基本知识，对生产实际中的加工精度问题进行综合分析，并提出解决问题的对策。 各种单因素的加工误差，按其在一批零件中出现的规律，可分为系统误差和随机误差两大类。5.2 5.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素5.2.5 5.2.5 加工误差的综合分析加工误差的综合分析 （1）系统误差系统误

30、差 在顺序加工的一批零件中出现的大小保持不变或有规律变化的误差，称为系统误差。前者为常值系统误差，后者为变值系统误差。 原理误差、机床、刀具、夹具、量具的制造误差、调整误差、工艺系统的受力变形误差等都是常值系统误差。如铰刀直径有0.01mm的负偏差，加工的孔也都存在0.01mm的负偏差，就属于常值系统误差。 机床和刀具的热变形，刀具的磨损引起的加工误差是随着加工的先后顺序而有规律变化的，属于变值系统误差。5.2 5.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素5.2.5 5.2.5 加工误差的综合分析加工误差的综合分析 （2）随机性误差随机性误差 在顺序加工的一批零件中出现的大小和方向都是

31、无规律变化的误差，称为随机误差。毛坯误差的复映、定位误差、夹紧误差、操作误差、内应力引起变形误差等都是随机误差。 不同性质的误差的解决途径不同。对于常值系统误差，可以通过调整或检修工艺装备的方法来解决，或人为地制造一种常值误差来补偿原来的常值误差。对于变值系统误差可以通过自动补偿的方法来解决。对于无明显变化规律的随机误差，就很难完全消除，只能对产生的根源采取适当措施以缩小其影响。5.2 5.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素5.2.5 5.2.5 加工误差的综合分析加工误差的综合分析 由于加工误差中存在着系统误差和随机误差，所以采用统计分析方法更为科学。 统计分析方法就是以对许多

32、工件进行抽样检查的结果为基础，经过数理统计的处理，从中发现规律性，找出解决问题的途径。 常用的加工误差的综合分析方法有分布曲线法和点图法。5.2 5.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素5.2.5.1 5.2.5.1 分布曲线法分布曲线法 （1）实际分布曲线实际分布曲线 测量每个工件的加工尺寸，把测量的数据记录下来，按尺寸大小将整批工件进行分组，则每一组中的零件尺寸处在一定的时间范围内。同一尺寸间隔内的零件数量称为频数，频数与该批零件总数之比称为频率。以零件尺寸为横坐标，以频数为纵坐标，便可以得到实际分布曲线。 （2）正态分布曲线正态分布曲线 大量的试验、统计和理论分析表明：当一批

33、工件总数极多，加工中的误差是由许多相互独立的随机因素引起的，而且这些误差中又都没有任何优势的倾向，其分布是服从正态分布的，这时的分布曲线称为正态分布曲线。 （3）非正态分布曲线非正态分布曲线 在机械加工中，工件实际尺寸的分布情况，有时并不符合正态分布。5.2 5.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素5.2.5.1 5.2.5.1 分布曲线法分布曲线法 （4）分布曲线的应用分布曲线的应用 确定各种加工方法所能达到的精度等级。 判别加工误差的性质 确定工件尺寸的合格率和废品率 布曲线法属于事后分析，不能把规律性变化的系统误差从随机误差中分离出来。也不能在加工过程中提供控制工艺过程的资料

34、。采用点图法可以弥补这些缺点。5.2 5.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素5.2.5.2 5.2.5.2 点图法点图法 点图法的要点就是按加工的先后顺序作出工件尺寸的变化图， 以暴露整个加工过程中的误差变化。其具体作法就是按加工的顺序定期测量工件的尺寸，一般每组取m（4或5）个工件，测量后取其平均值。以组序号为横坐标，以求得的平均尺寸为纵坐标作出各点并将各点顺序连接，便得到所谓的点图。 点图法可用于工艺验证和加工过程误差分析。5.2 5.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素5.3.1 5.3.1 概述概述 零件机械加工的质量除取决于加工精度外，还取决于表面层的质量。

35、产品的工作性能在很大程度上取决于其主要零件的表面质量，因此，探讨和研究机械加工表面质量对保证产品质量具有极为重要的意义。 表面质量主要包括零件表面的几何特性和表面层力学物理性能两个方面。5.3 5.3 机械加工表面质量机械加工表面质量5.3.1.1 5.3.1.1 表面的几何特征表面的几何特征 （1）表面粗糙度表面粗糙度 表面粗糙度是指加工表面的微观几何形状误差。下图表示的是粗糙度轮廓算术平均偏差。表面粗糙度主要是由机械加工中切削刀具在工件表面留下的加工痕迹所形成，其波长与波高的比值一般小于50。 （2）表面波度表面波度 表面波度是介于宏观几何形状误差与微观几何形状误差（即粗糙度）之间的周期性

36、几何形状误差。在下图中,A表示波度的高度。表面波度通常是由于加工过程中工艺系统的低频振动所造成，其波长与波高的比值一般为501000。5.3 5.3 机械加工表面质量机械加工表面质量5.3.1.1 5.3.1.1 表面的几何特征表面的几何特征5.3 5.3 机械加工表面质量机械加工表面质量a）表面粗糙度 b）表面波度5.3.1.1 5.3.1.1 表面的几何特征表面的几何特征 （3）表面加工纹理表面加工纹理 表面加工纹理即表面微观结构的主要方向，取决于表面形成所采用的机械加工方法，即主运动和进给运动的关系。 （4）伤痕伤痕 伤痕即在加工表面上一些个别位置上出现的缺陷。大多是随机分布的，如砂眼、

37、气孔、裂痕和划痕等。5.3 5.3 机械加工表面质量机械加工表面质量5.3.1.2 5.3.1.2 表面层力学物理性能表面层力学物理性能 （1）表面层加工硬化 （2）表面层金相组织的变化 （3）表面层残余应力5.3 5.3 机械加工表面质量机械加工表面质量5.3.2 5.3.2 零件表面质量对零件使用性能的影响零件表面质量对零件使用性能的影响5.3.2.1 5.3.2.1 零件表面质量对零件耐磨性的影响零件表面质量对零件耐磨性的影响 零件的耐磨性与摩擦副的材料、润滑条件和零件的表面加工质量等因素有关。表面粗糙度对摩擦副的初期磨损影响很大，但也不是表面粗糙度参数值越小越耐磨。5.3 5.3 机械

38、加工表面质量机械加工表面质量5.3.2.2 5.3.2.2 零件表面质量对零件疲劳强度的影响零件表面质量对零件疲劳强度的影响 零件在交变载荷的作用下，其表面微观不平的凹谷处和表面层的缺陷处容易引起应力集中而产生疲劳裂纹，造成零件的疲劳破坏。试验表明，减小零件表面粗糙度值可以使零件的疲劳强度有所提高。 加工硬化 表面层的适度硬化可以在零件表面形成一个硬化层，它能阻碍表面层疲劳裂纹的出现，从而使零件疲劳强度提高。但零件表面层硬化程度过大，反而易于产生裂纹，故零件的硬化程度与硬化深度也应控制在一定的范围之内。 残余应力 当表面层为残余压应力时，能延缓疲劳裂纹的扩展，提高零件的疲劳强度；当表面层为残余

39、拉应力时，容易使零件表面产生裂纹而降低其疲劳强度。5.3 5.3 机械加工表面质量机械加工表面质量5.3.2.3 5.3.2.3 零件表面质量对零件耐腐蚀性的影响零件表面质量对零件耐腐蚀性的影响 零件的表面粗糙度在一定程度上影响零件的耐腐蚀性。零件表面越粗糙，越容易积聚腐蚀性物质，凹谷越深，渗透与腐蚀作用越强烈。因此，减小零件表面粗糙度值，可以提高零件的耐腐蚀性能。 零件表面残余压应力使零件表面紧密，腐蚀性物质不易进入，可增强零件的耐腐蚀性，而表面残余拉应力则降低零件的耐腐蚀性。5.3 5.3 机械加工表面质量机械加工表面质量5.3.2.4 5.3.2.4 零件表面质量对配合性质及其他方面的影

40、响零件表面质量对配合性质及其他方面的影响 相配零件间的配合关系是用过盈量或间隙值来表示的。 在间隙配合中，如果零件的配合表面粗糙，则会使配合件很快磨损而增大配合间隙，改变配合性质，降低配合精度。 在过盈配合中，如果零件的配合表面粗糙，则装配后配合表面的凸峰被挤平，配合件间的有效过盈量减小，降低配合件间连接强度，影响配合的可靠性。 对有配合要求的表面，必须限定较小的表面粗糙度参数值。5.3 5.3 机械加工表面质量机械加工表面质量5.3.2.4 5.3.2.4 零件表面质量对配合性质及其他方面的影响零件表面质量对配合性质及其他方面的影响 零件的表面质量对零件的使用性能还有其他方面的影响。例如，对

41、于液压缸和滑阀，较大的表面粗糙度值会影响密封性；对于工作时滑动的零件，恰当的表面粗糙度值能提高运动的灵活性，减少发热和功率损失；零件表面层的残余应力会使加工好的零件因应力重新分布而变形，从而影响其尺寸和形状精度等。 提高加工表面质量，对保证零件的使用性能、提高零件的使用寿命是很重要的。5.3 5.3 机械加工表面质量机械加工表面质量5.3.3 5.3.3 影响机械加工表面粗糙度的工艺因素影响机械加工表面粗糙度的工艺因素5.3.3.1 5.3.3.1 切削加工表面粗糙度的影响因素切削加工表面粗糙度的影响因素 表面粗糙度是指已加工表面微观不平程度的平均值，是一种微观几何形状误差。经切削加工形成的已

42、加工表面粗糙度，一般可看成由理论粗糙度和非正常原因造成的表面粗糙度叠加而成。 （1）理论粗糙度理论粗糙度 指刀具几何形状和切削运动引起的表面不平度。生产中如果条件比较理想，加工后表面实际粗糙度接近于理论粗糙度。 （2）非正常原因造成的表面粗糙度非正常原因造成的表面粗糙度 指切削过程中出现的非正常原因造成的表面不平度。积屑瘤、加工过程中的振动、刀具后刀面磨损造成的挤压、摩擦痕迹、刀刃缺陷的复映、切屑的拉毛和擦痕等都影响表面粗糙度。5.3 5.3 机械加工表面质量机械加工表面质量5.3.3.1 5.3.3.1 切削加工表面粗糙度的影响因素切削加工表面粗糙度的影响因素 （3）影响表面粗糙度的工艺因素

43、影响表面粗糙度的工艺因素 选择合理的切削用量 选择适当的刀具几何参数 选择合适的刀具材料 改善工件材料的性能 选择合适的切削液5.3 5.3 机械加工表面质量机械加工表面质量5.3.3.2 5.3.3.2 磨削加工表面粗糙度的影响因素磨削加工表面粗糙度的影响因素 （1）磨削加工表面粗糙度的形成磨削加工表面粗糙度的形成 磨削加工是用分布在砂轮表面上的磨粒通过砂轮和工件的相对运动来进行的。由于磨粒在砂轮表面上的分布不均匀，有高有低，而磨粒切削刃钝圆半径较大，同时磨削厚度又很小，因此在磨削过程中，磨粒在工件表面上滑擦，刻划后切下切屑，把加工表面上刻划出无数细微的沟槽，沟槽两边会伴随着塑性隆起，从而形

44、成表面粗糙度。5.3 5.3 机械加工表面质量机械加工表面质量5.3.3.2 5.3.3.2 磨削加工表面粗糙度的影响因素磨削加工表面粗糙度的影响因素 （2）影响表面粗糙度的工艺因素影响表面粗糙度的工艺因素 磨削用量的影响磨削用量的影响 a）砂轮速度砂轮速度 提高砂轮线速度有利于减小磨削表面的表面粗糙度值。因为砂轮速度增加时，单位时间内参与磨削磨粒增多，残留面积减少，每个刃口切除的金属量减少。为了得到较小的表面粗糙度值，要避免砂轮转速为工件转速的整数倍，从而使磨料不致重复磨削工件上的同一点，使磨粒与磨削痕迹错开。 b）工件速度工件速度 工件速度越大，单个磨粒的磨削厚度越大，会使单位时间内磨削工

45、件表面的磨粒数减少，致使加工表面的表面粗糙度值增大。5.3 5.3 机械加工表面质量机械加工表面质量5.3.3.2 5.3.3.2 磨削加工表面粗糙度的影响因素磨削加工表面粗糙度的影响因素 c）磨削深度磨削深度 磨削深度增加，磨削过程中磨削力与磨削温度都增加，磨削表面塑性变形程度增大，使磨削表面的表面粗糙度值增大。生产中，为兼顾表面质量和生产率，通常在磨削过程中对径向进给量开始时采用较大值，以提高生产率;而在磨削后期采用较小值或进行无进给磨削(又称光磨)，以减小表面粗糙度值。 砂轮的影响砂轮的影响 a）砂轮的粒度砂轮的粒度 砂轮的粒度号越大，粒度越细，砂轮表面单位面积上的磨粒数就越多，砂轮表面

46、磨粒的等高性越好，从而表面粗糙度值就下降。但是，粒度号过大时，砂轮易堵塞，磨削性能下降，同时还会引起烧伤。5.3 5.3 机械加工表面质量机械加工表面质量5.3.3.2 5.3.3.2 磨削加工表面粗糙度的影响因素磨削加工表面粗糙度的影响因素 b）砂轮的硬度砂轮的硬度 硬度应大小合适，半钝化期越长越好。砂轮太硬，磨粒磨损后仍不易脱落，使工件表面受到强烈的摩擦和挤压，增加了塑性变形，表面粗糙度值增大，同时还容易引起烧伤。砂轮太软，磨粒易脱落，磨削作用减弱，也会增大表面粗糙度值。 c）砂轮的修整质量砂轮的修整质量 砂轮修整的质量越高，砂轮工作表面上的徽刃就越多，微刃的等高性越好，工件表面粗糙度值越

47、小。 d）砂轮材料砂轮材料 砂轮材料是指磨料,它可分为氧化物系(刚玉)、碳化物系(碳化硅、碳化硼)和高硬磨料系（人造金刚石、立方氮化硼）。钢类零件用刚玉砂轮，铸铁、硬质合金用碳化物砂轮。金刚石砂轮可得到极小的粗糙度值，但成本较高。5.3 5.3 机械加工表面质量机械加工表面质量5.3.3.2 5.3.3.2 磨削加工表面粗糙度的影响因素磨削加工表面粗糙度的影响因素 被加工材料的影响被加工材料的影响 工件材料硬度太大，砂轮易磨钝，故表面粗糙度值变大；工件太软，砂轮易堵塞，磨削热增大，也得不到较小的表面粗糙度。 塑性、韧性大的工件材料，其塑性变形程度大，磨削后工件的表面粗糙度值较大。导热性差的材料

48、，也不易得到较小的表面粗糙度。5.3 5.3 机械加工表面质量机械加工表面质量5.3.4 5.3.4 影响加工表面变质层的因素影响加工表面变质层的因素5.3.4.1 5.3.4.1 表面层加工硬化表面层加工硬化 （1）表面层加工硬化的产生。表面层加工硬化的产生。 在机械加工时，工件表面层金属受到切削力的作用产生强烈的塑性变形，使晶格扭曲，晶粒间产生剪切滑移，晶粒被拉长、纤维化甚至破碎，从而使得表面层的强度增加，这种现象称为加工硬化，又称为冷作硬化和强化。5.3 5.3 机械加工表面质量机械加工表面质量5.3.4.1 5.3.4.1 表面层加工硬化表面层加工硬化 （2）表面层加工硬化的影响因素。

49、表面层加工硬化的影响因素。 切削力切削力 切削力越大，塑性变形越大，硬化程度也越大，硬化层深度也越大。因此，增大进给量切削深度和减小前角，都会增大切削力，使加工硬化严重。 变形速度（切削速度）变形速度（切削速度） 变形速度很快时，工件接触时间短，塑性变形不充分，因此硬化程度将降低。 切削温度切削温度 切削时产生的热最会对工件的表面层硬化产生软化作用，因此切削温度越高，表面层的加工硬化回复程度就越大。 工件材料工件材料硬度低、塑性大时切削加工的表面层加工硬化现象严重。5.3 5.3 机械加工表面质量机械加工表面质量5.3.4.2 5.3.4.2 表面层金相组织的变化与磨削烧伤表面层金相组织的变化

50、与磨削烧伤 （1）金相组织变化与磨削烧伤的产生金相组织变化与磨削烧伤的产生 机械加工过程中产生的切削热会使得工件的加工表面产生剧烈的温升，当温度超过工件材料金相组织变化的临界温度时，将发生金相组织转变。在磨削加工中，由于多数磨粒为负前角切削，磨削温度很高，产生的热量远远高于切削时的热量，而且磨削热有60%80%传给工件，所以极容易出现金相组织的转变，使得表面层金属的硬度和强度下降，产生残余应力甚至引起显微裂纹，这种现象称为磨削烧伤。 产生磨削烧伤时，加工表面常会出现黄、褐、紫、青等烧伤色，这是磨削表面在瞬时高温下形成的氧化膜颜色。不同的烧伤色，表明工件表面受到的烧伤程度不同。5.3 5.3 机

51、械加工表面质量机械加工表面质量5.3.4.2 5.3.4.2 表面层金相组织的变化与磨削烧伤表面层金相组织的变化与磨削烧伤 （2）影响磨削烧伤的因素影响磨削烧伤的因素 磨削烧伤与磨削温度有十分密切的关系，因此一切影响磨削温度的因素都在一定程度上对烧伤有影响。 磨削用量磨削用量 当增大磨削深度时，工件表面及表面下不同深度的温度都将提高，容易造成烧伤。当增加工件进给速度时，磨削区表面温度会增高，但此时热源作用时间减少，因而可减轻烧伤。但提高工件速度会导致其表面粗糙度值变大，为弥补此不足，可提高砂轮速度。实践证明，同时提高和砂轮速度既可减轻工件表面烧伤，又不致降低生产效率。5.3 5.3 机械加工表

52、面质量机械加工表面质量5.3.4.2 5.3.4.2 表面层金相组织的变化与磨削烧伤表面层金相组织的变化与磨削烧伤 砂轮材料砂轮材料 砂轮硬度太高的砂轮，钝化砂粒不易脱落，自锐性不好，使总切削力增大，温度升高，容易产生烧伤。 为了防止烧伤，可采用有弹性的粘接剂，如用橡胶、树脂等材料制成的粘接剂，磨削时磨粒受到大切削力时可以弹让，使磨削厚度减小，从而总切削力减小。 立方氮化硼砂轮热稳定性好，与铁族元素的化学反应很小，磨削温度低，而立方氮化磨粒本身硬度、强度仅次于金刚石，磨削力小，能磨出较好的表面质量。 此外，采用粗粒度砂轮、松组织砂轮都可提高砂轮的自锐性，改善散热条件，使砂轮不易被切屑堵塞，因此

53、都可大大减小磨削烧伤的产生。5.3 5.3 机械加工表面质量机械加工表面质量5.3.4.2 5.3.4.2 表面层金相组织的变化与磨削烧伤表面层金相组织的变化与磨削烧伤 冷却方法冷却方法 a）采用内冷却砂轮，将切削液引入砂轮的中心腔内，由于离心力的作用，切削液再经过砂轮内部的孔隙从砂轮四周的边缘甩出，这样，切削液即可直接进入磨削区，发挥有效的冷却作用。 b）采用高压大流量切削液，既增强了冷却效果，又有利于冲掉砂轮表面上的磨屑，防止砂轮堵塞。在砂轮上安装带有空气挡板的切削液喷嘴，以减轻高速旋转砂轮表面的高压附着气流作用，使切削液能顺利地喷注到磨削区，这对于高速磨削更为重要。 c)采用浸油砂轮，把

54、砂轮放在熔化的硬脂酸溶液中浸透，取出冷却后成为含油砂轮。磨削时，磨削区的热源使砂轮边缘部分硬脂酸熔化而洒入磨削区起冷却润滑作用。5.3 5.3 机械加工表面质量机械加工表面质量5.3.4.3 5.3.4.3 表面层残余应力表面层残余应力 （1）表面残余应力的产生表面残余应力的产生 在机械加工中工件表面层组织发生变化时,在表面层及其与基体材料的交界处就会产生相互平衡的弹性压力。这种应力即为表面层的残余应力。表面残余应力的产生，有以下三种原因： 冷态塑变冷态塑变 工件表面受到挤压与摩擦，表层产生伸长塑变，基体仍处于弹性变形状态。切削后，表层产生残余压应力，而在里层产生残余拉应力。 热态塑变热态塑变

55、 表层产生残余拉应力，里层产生残余压应力 金相组织变化金相组织变化 比容大的组织比容小的组织体积收缩，产生拉应力，反之，产生压应力。（密度小，比容大）5.3 5.3 机械加工表面质量机械加工表面质量5.3.4.3 5.3.4.3 表面层残余应力表面层残余应力 （2）磨削裂纹的产生磨削裂纹的产生 在磨削过程中，当工件表层产生的残余应力超过工件材料的强度极限时，工件表面就会产生裂纹，这就称为磨削裂纹。磨削裂纹的产生会使零件承受交变载荷的能力大大降低。 （3）影响表面残余应力的主要因素影响表面残余应力的主要因素 机械加工后工件表面层的残余应力是冷态塑性变形、热态塑性变形和金相组织变化三者综合作用的结

56、果。切削加工时起主要作用的往往是冷态塑性变形，表面层常产生残余压应力。磨削加工时，通常热态塑性变形或金相组织变化引起的体积变化是产生残余应力的 主要因素，所以表面层常存有残余拉应力。5.3 5.3 机械加工表面质量机械加工表面质量5.4.1 5.4.1 提高机械加工精度的主要途径提高机械加工精度的主要途径 机械加工误差是由工艺系统中的原始误差引起的。 从消除和减小误差的技术上看，可以将控制误差的方法分为两大类： （1）误差预防技术 （2）误差补偿技术5.4 5.4 提高机械加工质量的方法提高机械加工质量的方法5.4.1.1 5.4.1.1 误差预防技术误差预防技术 误差预防技术是指减小原始误差

57、或减少原始误差的影响，即减少误差源或改变误差源至加工误差之间的数量转换关系。 （1）合理采用先进工艺与设备合理采用先进工艺与设备 （2）直接减少原始误差法直接减少原始误差法 是在生产中应用较广的一种基本方法，它是在查明产生加工误差的主要因素之后,设法对其直接消除或减少。如车削细长轴时，由于受力和热的影响，工件产生弯曲变形，如下图所示。工件弯曲变形后，在高速回转下，由于离心力的作用，加剧了弯曲变形，并引起振动。工件在切削热的作用下必然产生热伸长，若卡盘和尾座顶尖之间的距离是固定的，则工件在轴向没有伸缩的余地，因此产生会轴向力，将加剧工件的弯曲变形。5.4 5.4 提高机械加工质量的方法提高机械加

58、工质量的方法5.4.1.1 5.4.1.1 误差预防技术误差预防技术 可以采取如下措施以减少上述原始误差：采取反向进给的切削方法，如下图所示。 采用大进给量反向切削和大的主偏角车刀，以增大轴向力，工件在较大的轴向力的拉伸作用下，还能消除颤动，使切削更加平稳。 5.4 5.4 提高机械加工质量的方法提高机械加工质量的方法5.4.1.1 5.4.1.1 误差预防技术误差预防技术 （3）误差转移法误差转移法 在机床精度达不到零件的加工要求时，通过误差转移的方法，能够用一般精度的机床加工高精度的零件。例如，用镗床镗孔时，孔系的位置精度和孔间距的尺寸精度依靠镗模和镗杆的精度来保证，镗杆与机床主轴之间采用

59、挠性连接，使机床误差与加工精度无关。 （4）误差分组法误差分组法 在成批生产条件下，对配合精度要求很高的零件，当不可能用提高加工精度的方法来获得时，则可采用误差分组法。这种方法是先对配偶件进行逐一测量，并按一定的尺寸间隔分成相等数目的组，然后再按相应的组分别进行配对。5.4 5.4 提高机械加工质量的方法提高机械加工质量的方法5.4.1.1 5.4.1.1 误差预防技术误差预防技术 （5）“就地加工就地加工”法法 在加工和装配中，有些精度问题牵涉到很多零部件间的相互关系，如果单纯通过提高零部件的精度来满足设计要求，有时很困难，甚至不可能实现，若采用“就地加工”法就可解决这类难题。 如在转塔车床

60、制造中，转塔上六个装刀具的孔，其轴心线必须保证和机床主轴旋转中心线重合，而六个平面又必须与主轴中心线垂直。如果按传统的精度分析与精度保证方法，不仅使加工误差小到难以制造的程度，而且装配后精度更达不到技术要求。生产中常采用“就地加工”法，即对这些重要表面在装配之前不进行精加工，等转塔装配到机床上后，再在自身机床上对这些表面作进一步的精加工，从而达到所需的精度。5.4 5.4 提高机械加工质量的方法提高机械加工质量的方法5.4.1.1 5.4.1.1 误差预防技术误差预防技术 （6）误差平均法误差平均法 对配合精度要求很高的轴和孔，常采用研磨方法来达到。研具本身并不要求具有很高的精度，但它却能在和