机械加工质量分析与控制2

1、第4章 机械加工质量分析与控制本章要点机械加工中的振动影响加工误差的因素影响机械加工表面质量的因素工艺系统几何误差工艺系统受力变形工艺系统热变形加工误差的统计分析1机械制造造技术基基础第4章机械加工工质量分分析与控控制AnalysisandControlofMachiningQuality4.1概述IntroductiontoMachining Quality24.1.1机械加工工质量尺寸精度形状精度位置精度（通常形形状误差差限制在在位置公公差内，位置公公差限制制在尺寸寸公差内内）表面粗糙糙度波度纹理方向向伤痕（划痕、裂纹、砂眼等等）加工精度表面质量表面几何形状精度表面缺陷层表层加工硬化表层金

2、相组织变化表层残余应力加工质量图4-1加工质量量包含的的内容34.1.1机械加工工质量加工精度度：零件加工工后实际际几何参参数与理想几何何参数接近程度度。零件宏观观几何形形状误差差、波度度、表面面粗糙度度宏观几何何形状误误差（平平面度、圆度等等）波长/波高1000波度波长/波高=501000；且具有有周期特特性表面粗糙糙度波长/波高50 a）波度 b）表面粗糙度 图4-2 零件加工表面的粗糙度与波度RZHRZ44.1.2表面质量量对零件件使用性性能的影影响对耐磨性性影响Ra（m）初始磨损量重载荷轻载荷图4-3 表面粗糙度与初始磨损量表面粗糙糙度值 耐耐疲劳劳性适当硬化化可提高高耐疲劳劳性表面粗

3、糙糙度值耐蚀蚀性表面压应应力：有有利于提提高耐蚀蚀性表面粗糙糙度值 配配合质量量表面粗糙糙度值耐磨磨性，但有一一定限度度（图4-3）对耐疲劳性影响对耐蚀性影响对配合质量影响纹理形式式与方向向：圆弧弧状、凹凹坑状较较好适当硬化化可提高高耐磨性性54.1.3误差敏感感方向图4-4：RYRRR =X（4-1）（4-2）显然：工艺系统统原始误误差方向向不同，对加工工精度的的影响程程度也不不同。对对加工精精度影响响最大的的方向，称为误误差敏感感方向。误差敏感感方向一一般为已已加工表表面过切切削点的的法线方方向。图4-4 误差敏感方向YR0Xa）YR0Xb）误差敏感方向6引起加工工误差的的根本原原因是工工

4、艺系统统存在着着误差，将工艺艺系统的的误差称称为原始始误差。4.1.4影响加工工精度的的因素原始误差与工艺系统原始状态有关的原始误差(几何误差)与工艺过程有关的原始误差(动误差)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下的误差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原始误差原始误差分类图4-5原始误差差构成74.1.5研究加工工质量的的方法理论方法法：运用物理理学和力力学原理理，分析析研究某某一个或或某几个个因素对对加工精精度或表表面质量量的影响响。试验方法

5、法：通过试验验或测试试，确定定影响各各因素与与加工质质量指标标之间的的关系。统计分析析方法：运用数理理统计原原理和方方法，根根据被测测质量指指标的统统计性质质，对工工艺过程程进行分分析和控控制。物理方法数学方法8机械制造造技术基基础第4章机械加工工质量分分析与控控制AnalysisandControlofMachiningQuality4.2 工艺系统几何精度对加工精度的影响Geometric Precisions of Technological System and its influence to machining Precision9加工原理理误差是是指采用用了近似似的成型型运动或或

6、近似的的刀刃轮轮廓进行行加工而而产生的的误差。4.2.1加工原理理误差式中R球头刀半半径；h允许的残残留高度度。例2：用阿基米米德蜗杆杆滚刀滚滚切渐开开线齿轮轮例1：在数控铣铣床上采采用球头头刀铣削削复杂形形面零件件(图4-6)SRh图4-6 空间曲面数控加工（4-3）加工原理误差104.2.2机床误差差主轴回转转误差是是指主轴轴实际回回转线对对其理想想回转轴轴线的漂漂移。为便于研研究，可可将主轴轴回转误误差分解解为径向向圆跳动动、端面面圆跳动动和倾角角摆动三三种基本本型式（图4-7）。b）端面圆跳动a）径向圆跳动c）倾角摆动图4-7 主轴回转误差基本形式主轴回转误差114.2.2机床误差差主

7、轴回转转误差对对加工精精度的影影响主轴径向向圆跳动动对加工工精度的的影响（镗孔）考虑最简简单的情情况，主主轴回转转中心在在X方向上作作简谐直直线运动动，其频频率与主主轴转速速相同，幅值为为2e。则刀尖的的坐标值值为：e图4-8 径向跳动对镗孔精度影响式中R刀尖回转转半径；主轴转角角。（4-4） 显然，式式（4-4）为一椭椭圆。12图4-9径向跳动动对车外外圆精度度影响123456784.2.2机床误差差仍考虑最最简单的的情况，主轴回回转中心心在X方向上作作简谐直直线运动动，其频频率与主主轴转速速相同，幅值为为2e。则刀尖运运动轨迹迹接近于于正圆（图4-9）。思考：主轴回转转中心在在X方向上作作

8、简谐直直线运动动，其频频率为主主轴转速速两倍，被车外圆形形状如何何？结论：主轴径向跳动动影响加加工表面面的圆度度误差e主轴径向向圆跳动动对加工工精度的的影响（车外圆圆）134.2.2机床误差差主轴端面面圆跳动动对加工工精度的的影响被加工端端面不平平，与圆圆柱面不不垂直；加工螺纹纹时，产产生螺距距周期性性误差。主轴倾角角摆动对对加工精精度的影影响与主轴径向跳动动影响类类似，不不仅影响响圆度误误差，而而且影响响圆柱度度误差。14AB4.2.2机床误差差影响主轴轴回转精精度的主主要因素素内外滚道道圆度误误差、滚滚动体形形状及尺尺寸误差差图4-10 轴径不圆引起车床主轴径向跳动滑动轴承承镗床（图4-1

9、1）轴承孔不不圆引起起镗床主主轴径向向跳动图4-11 轴承孔不圆引起镗床主轴径向跳动滚动轴承承车床（图4-10）轴径不圆圆引起车车床主轴轴向跳动动（注意意其频率率特性）静压轴承承对轴承孔或或轴径圆圆度误差差起均化作用154.2.2机床误差差影响主轴轴回转精精度的主主要因素素推力轴承承滚道端面面平面度度误差及及与回转转轴线的的垂直度度误差（图4-12）其他因素素轴承孔、轴径圆圆度误差差；轴承承孔同轴轴度误差差；轴肩肩、隔套套端面平面面度误差差及与回回转轴线线的垂直直度误差差；装配配质量等等a） b）0图4-12 止推轴承端面误差对主轴轴向窜动的影响164.2.2机床误差差传统测量量方法存存在问题

10、题：主轴回转转误差的的测量图4-13 传统测量方法a)b)图4-14 主轴回转误差测量法1 摆动盘 2，4 传感器 3 精密测球 5 放大器 6 示波器准确测量量方法包含心轴轴、锥孔孔误差在在内非运动状状态。17导轨副运运动件实实际运动动方向与与理想运运动方向向的偏差差包括：导导轨在水水平面内内的直线线度，导导轨在垂垂直面内内的直线线度，前前后导轨轨平行度度（扭曲曲），导导轨与主主轴回转转轴线的的平行度度（或垂垂直度）等。导轨导向向误差对对加工精精度的影影响导轨水平平面内的的直线度度误差,误差敏感感方向,影响显著著导轨垂直直面内的的直线度度误差,误差非敏敏感方向向,影响小导轨扭曲曲对加工工精度

11、的的影响,影响显著著（图4-15）X图4-15 导轨扭曲引起的加工误差HRDBXY（4-5） 4.2.2机床误差差导轨导向误差18导轨与主主轴回转转轴线位位置误差差对加工工精度的的影响4.2.2机床误差差图4-16 成形运动间位置误差对外圆和端面车削的影响fZzzc）HyR0fXZLfdDdxa）b）19影响导轨轨导向精精度的主主要因素素4.2.2机床误差差机床制造误差机床安装误差导轨磨损20机床传动动误差对对加工精精度的影影响图4-17 齿轮机床传动链z7 = z8 = 16z1 = 64zn = 96z5 = z6 = 23z3 = z4 = 23bz2 = 16zn-1 = 1icefa

12、cd（4-6） 以齿轮机机床传动动链为例例：式中n传动链末末端元件件转角误误差；kj第j个传动元元件的误误差传递递系数，表明第第j个传动元元件对末末端元件件转角误误差影响响程度，其数值值等于该该元件至至末端元元件的传传动比；n传动链末末端元件件角速度度；j第j个传动元元件转角角误差的的初相角角。4.2.2机床误差差机床传动误差21缩短传动动链长度度提高末端端元件的的制造精精度与安安装精度度采用降速速传动采用频谱谱分析方方法，找找出影响响传动精精度的误误差环节节对传动误误差进行行补偿末端元件件转角误误差图4-18 传动链误差的频谱分析a)nA1A2Aib)（频率）A（幅值）12i提高传动动精度措

13、措施4.2.2机床误差差224.2.3刀具与夹夹具误差差定尺寸刀刀具（钻钻头、绞绞刀等）尺寸误误差影响响加工尺尺寸误差差成形刀具具和展成成刀具形形状误差差影响加加工形状状误差刀具磨损损影响加加工尺寸寸误差或或形状误误差刀具误差234.2.3刀具与夹夹具误差差L0.056F710F7k620H 7g 6YZ图4-19 钻径向孔的夹具夹具误差差影响加加工位置置精度。与夹具有有关的影影响位置置误差因因素包括括：通常要求求定位误误差和夹夹具制造造误差不不大于工工件相应应公差的的1/3。夹具误差1）定位误误差；2）刀具导导向（对对刀）误误差；3）夹紧误误差；4）夹具制制造误差差；5）夹具安安装误差差；2

14、44.2.4调整误差差测量误差差。试切时与与正式切切削时切切削厚度度不同造造成的误误差。机床进给给机构的的位移误误差。定程机构构误差。样件或样样板误差差。测量有限限试件造造成的误误差。和试切法法有关的的误差。a）b）图4-20试切法与与调整法法试切法（图4-20 a）调整法（图4-20 b）25机械制造造技术基基础第4章机械加工工质量分分析与控控制AnalysisandControlofMachiningQuality4.3 工艺系统受力变形对加工精度的影响Static Stiffness of Technological System and its influence to machini

15、ng Precision26在加工误误差敏感感方向上上工艺系系统所受受外力与与变形量量之比4.3.1基本概念念工艺系统刚度（4-7）式中 k工艺系统刚度； Fp吃刀抗力； X 艺系统位移（切削合力作用下的位移）。274.3.1基本概念念（4-8）式中k工艺系统统刚度；kjc机床刚度度；kjj夹具刚度度；kd刀具刚度度；kg工件刚度度。工艺系统统受力变变形等于于工艺系系统各组组成部分分受力变变形之迭迭加。由由此可导导出工艺艺系统刚刚度与工工艺系统统各组成成部分刚刚度之间间的关系系：工艺系统刚度计算28机床变形形引起的的加工误误差4.3.2工艺系统统刚度对对加工精精度的影影响式中Xjc机床总变变形

16、；Fp吃刀抗力力；ktj机床前顶顶尖处刚刚度；kwz机床后顶顶尖处刚刚度；kdj机床刀架架刚度；L工件全长长；Z刀尖至工工件左端端距离。（4-9）图4-21 变形随受力点变化规律XtjXwzXdjXFpAABBCCZLFAFBXz切削力作用点位置变化引起工件形状误差294.3.2工艺系统统刚度对对加工精精度的影影响工件加工工后成鞍鞍形（图图4-22）图4-22机床受力力变形引引起的加加工误差差（5-10）工件变形形引起的的加工误误差式中Xg工件变形形；E工件材料料弹性模模量；J工件截面面惯性矩矩；Fp，L，Z 含义同前前。由于工件件变形，使工件件加工后后成鼓形形（图4-23）图4-23工件受力

17、力变形引引起的加加工误差差30（4-11）机床变形形和工件件变形共共同引起起的加工工误差工艺系统统刚度（4-12）4.3.2工艺系统统刚度对对加工精精度的影影响31式中g工件圆度度误差；m毛坯圆度度误差；k工艺系统统刚度；误差复映映系数。（4-13）以椭圆截截面车削削为例说说明（图图4-24）图4-24 误差复映现象ap11ap22毛坯外形工件外形由于工艺艺系统受受力变形形，使毛毛坯误差差部分反反映到工工件上，此种现现象称为为“误差复映映”4.3.2工艺系统统刚度对对加工精精度的影影响切削力大小变化引起的加工误差误差复映映32误差复映映系数机械加工工中，误误差复映映系数通通常小于于1。可通过过

18、多次走走刀，消消除误差差复映的的影响。（4-15）4.3.2工艺系统统刚度对对加工精精度的影影响误差复映映程度可可用误差差复映系系数来表表示，误误差复映映系数与与系统刚刚度成反反比。由由式（4-13）可得：（4-14）33夹紧力、重力、传动力力和惯性性力引起起的加工工误差夹紧力影影响a）b）图4-25薄壁套夹夹紧变形形图4-26薄壁工件件磨削【例1】薄壁套夹夹紧变形形解决：加开口套套【例2】薄壁工件件磨削解决：加橡皮垫垫4.3.2工艺系统统刚度对对加工精精度的影影响34图4-27龙门铣横横梁变形形【例】龙门铣横横梁图4-28龙门铣横横梁变形形转移图4-29龙门铣横横梁变形形补偿重力影响响4.3

19、.2工艺系统统刚度对对加工精精度的影影响解决1：重量转移移解决2：变形补偿偿35传动力与与惯性力力影响理论上不不会产生生圆度误误差（但但会产生生圆柱度度误差）易会引起起强迫振振动4.3.2工艺系统统刚度对对加工精精度的影影响图4-30 传动力对加工精度的影响zlRXYFpFcFcdFcdxra）OOr0XYFpAFcdrcd=Fcd / kcOFcFc / kcFp / kcb）O36图4-31 车床刀架变形曲线X（m）10203040500123F（KN）4.3.3机床部件件刚度及及其影响响因素非线形关关系，不不完全是是弹性变变形加载和卸卸载曲线线不重合合，所围围面积表表示克服服摩擦和和接触

20、塑塑性变形形所作功功存在残余余变形，反复加加载卸载载后残余余变形0机床部件件刚度比比按实体体估算值值小许多多，表明明其变形形受多种种因素影影响机床部件变形曲线374.3.3机床部件件刚度及及其影响响因素式中c,m与接触面面材料、表面状况有关关的系数数和指数数；p表面压强强。组成件的的实体刚刚度受力产生生拉伸、压缩、弯曲变变形；特特别是薄薄弱件（楔条、轴套等等）影响响较大连接表面面接触变变形其大小与与接触面面压强有有关（4-15）结合面间间隙零件表面面摩擦力力的影响响影响机床部件刚度因素图4-31 接触变形曲线xOpppxx384.3.4减小受力力变形对对加工精精度影响响措施合理设计计零部件件结

21、构和和截面形形状提高连接接表面接接触刚度度（表表面粗糙糙度，改改进接触触质量，予加载载荷）采用辅助助支承（中心架架，跟刀刀架，镗镗杆支承承等）图4-33支座零件件不同安安装方法法图4-32转塔车床床导向杆杆提高工艺系统刚度减小载荷及其变化采用合理理装夹和和加工方方式图4-28，4-29，4-56，4-58变形转移、补偿和校正394.3.5工件残余余应力引引起的变变形图4-34铸件残余余应力引引起变形形图4-35冷校直引引起的残残余应力力压拉加载压压拉拉卸载设计合理理零件结结构粗、精加加工分开开避免冷校校直时效处理理残余应力来源毛坯制造造和热处处理产生生的残余余应力（图4-34）减小残余应力措施

22、冷校直带带来的残残余应力力（图4-35）切削加工工带来的的残余应应力40机械制造造技术基基础第4章机械加工工质量分分析与控控制AnalysisandControlofMachiningQuality4.4 工艺系统热变形及其对加工精度的影响Heat Deformation of Technological System and its Effect to machining Precision414.4.1概述在精密加加工和大大件加工工中，工工艺系统统热变形形引起的的加工误误差占总总误差的的约4070%。温度场工艺系统统各部分分温度分分布热平衡单位时间间内，系系统传入入的热量量与传出出的热量量

23、相等，系统各各部分温温度保持持在一相相对稳定定的数值值上温 度场场与热平平衡研究究目前以实实验研究究为主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工艺系统热变形工艺系统热源温度场与工艺系统热平衡424.4.2机床热变变形对加加工精度度影响体积大，热容量量大，温温升不高高，达到到热平衡衡时间长长结构复杂杂，温度度场和变变形不均均匀，对对加工精精度影响响显著运转时间 / h0 1 2 3 450150100200位移 /m20406080温升 / YX前轴承温升图4-36车床受热热变形a）车床受热热变形形形态b）温升与变变形曲线线机床热变形特点车床热变形（图4-36）434.4.2机床

24、热变变形对加加工精度度影响立铣（图图a）图4-37立式铣床床、外圆圆磨床、导轨磨磨床受热热变形a）铣床受热热变形形形态b）外圆磨床床受热变变形形态态c）导轨磨床床受热变变形形态态外圆磨（图b）导轨磨（图c）其他机床热变形（图4-37）444.4.3刀具和工工件热变变形对加加工精度度影响体积小，热容量量小，达达到热平平衡时间间较短温升高，变形不不容忽视视（达0.030.05mm）特点变形曲线线（图4-38）（4-16）式中热伸长量量；max达到热平平衡热伸伸长量；切削时间间；c时间常数数（热伸伸长量为为热平衡衡热伸长长量约63%的时间，常取34分钟）。(min)图4-38 车刀热变形曲线连续切削

25、升温曲线冷却曲线间断切削升温曲线（m）maxb0c0.63max刀具热变形45圆柱类工工件热变变形5级丝杠累累积误差差全长5m，可见热变变形的严严重性式中L，D长度和直直径热变变形量；L，D工件原有有长度和和直径；工件材料料线膨胀胀系数；t温升。长度：（4-17）（4-18）直径：例：长400mm丝杠，加加工过程程温升1，热伸长长量为：4.4.3刀具和工工件热变变形对加加工精度度影响工件热变形46式中X变形挠度度；L，S工件原有有长度和和厚度；工件材料料线膨胀胀系数；t温升。（5-19）板类工件件单面加加工时的的热变形形（图4-39）图4-39 平面加工热变形X/ 4LS此值已大大于精密密导轨

26、平平直度要要求结果：加工时上上表面升升温，工工件向上上拱起，磨削时时将中凸凸部分磨磨平，冷冷却后工工件下凹凹。例：高600mm，长2000mm的床身，若上表表面温升升为3，则变形形量为：4.4.3刀具和工工件热变变形对加加工精度度影响474.4.4减小热变变形对加加工精度度影响的的措施例1：磨床油箱箱置于床床身内，其发热热使导轨轨中凹解决：导轨下加加回油槽槽图4-40 平面磨床补偿油沟例2：立式平面面磨床立立柱前壁壁温度高高，产生生后倾。解决：采用热空空气加热热立柱后后壁（图图4-41）。图4-41均衡立柱柱前后壁壁温度场场减少切削削热和磨磨削热，粗、精精加工分分开。充分冷却却和强制制冷却。隔

27、离热源源。减少热源发热和隔离热源均衡温度场48图4-43 支承距影响热变形L1L2热对称结结构热补偿结结构（图图4-42，主轴热热补偿）图4-42 双端面磨床主轴热补偿1主轴 2壳体 3过渡套筒热伸长方向合理选择择装配基基准（图图4-43）高速空运运转人为加热热 恒温人体隔离离采用合理结构4.4.4减小热变变形对加加工精度度影响的的措施加速达到热平衡控制环境温度49机械制造造技术基基础第4章机械加工工质量分分析与控控制AnalysisandControlofMachiningQuality4.5 加工误差统计分析Statistic Analysis of Machining Errors504

28、.5.1加工误差差的性质质系统误差在顺序加加工一批批工件中中，其大大小和方方向均不不改变，或按一一定规律律变化的的加工误误差。常值系统统误差其大小和和方向均均不改变变。如机机床、夹夹具、刀刀具的制制造误差差，工艺艺系统在在均匀切切削力作作用下的的受力变变形，调调整误差差，机床床、夹具具、量具具的磨损损等因素素引起的的加工误误差。变值系统统误差误差大小小和方向向按一定定规律变变化。如如机床、夹具、刀具在在热平衡衡前的热热变形，刀具磨磨损等因因素引起起的加工工误差。加工误差系统误差随机误差常值系统误差变值系统误差加工误差统计特性514.5.1加工误差差的性质质在顺序加加工一批批工件中中，其大大小和

29、方方向随机机变化的的加工误误差。随机误差差是工艺艺系统中中大量随随机因素素共同作作用而引引起的。随机误差差服从统统计学规规律。如毛坯余余量或硬硬度不均均，引起起切削力力的随机机变化而而造成的的加工误误差；定定位误差差；夹紧紧误差；残余应应力引起起的变形形等。随机误差加工误差的统计分析运用数理理统计原原理和方方法，根根据被测测质量指指标的统统计性质质，对工工艺过程程进行分分析和控控制。524.5.2分布图分分析法1）采集数数据样本容量量通常取取n =502002）确定分组组数、组组距、组组界、组组中值 按教教材134页表5-2初选分组组数k；确定组距距d：取整，dd确定分组组数k：确定各组组组界

30、、组中值值统计各组组频数直方图534.5.2分布图分分析法图4-44 直方图-14.5-8.55-3.5x y （频数）（偏差值）（平均偏差）-15-10-5（公差带中心）（公差带下限）（公差带上限）3）计算样样本平均均值和标标准差:4）画直方方图（图图4-44）（4-20）（4-21）54正态分布布式中和分别为正正态分分布随机机变量总总体平均均值和标标准差。平均值=0，标准差=1的正态分分布称为为标准正正态分布布，记为为：x N(0,1 )概率密度度函数（4-22）yF（z）图4-45 正态分布曲线( z = 0 )x(z)0z-+4.5.2分布图分分析法分布曲线55分布函数数（5-23）令

31、：将z代入上式式，有：则利用上上式，可可将非标标准正态态分布转转换成标标准正态态分布进进行计算算（图4-45）。称z为标准化化变量4.5.2分布图分分析法yF（z）图4-45 正态分布曲线( z = 0 )x(z)0z-+56非正态分分布xy0a）双峰分布双峰分布布：两次调整整下加工工的工件件或两台台机床加加工的工工件混在在一起（图4-46a）xy0b）平顶分布xy0c）偏向分布平顶分布布：工件瞬时时尺寸分分布呈正正态，其其算术平平均值近近似成线线性变化化（如刀刀具和砂砂轮均匀匀磨损）（图4-46b）偏向分布布：如工艺系系统存在在显著的的热变形形，或试试切法加加工孔时时宁小勿勿大，加加工外圆圆

32、时宁大大勿小（图4-46c）图4-46几种非正正态分布布4.5.2分布图分分析法57形位误差差的分布布差数模分分布：正态分布布大于零零的部分分与小于于零的部部分对零零轴线映映射后的的迭加（图4-47），如对对称度、直线与与平面的的平行度度、相邻邻周节误误差等瑞利分布布：二维正态态分布，在只考考虑平面面向量模模情况下下转换成成为一维维分布（图4-48）,如同轴度度、直线线与直线线平行度度、端面面圆跳动动误差等等（不考考虑系统统误差）xy0图4-47 差数模分布瑞利综合合分布：上述误差差在考虑虑系统误误差的情情况下，其误差差分布接接近瑞利利综合分分布图4-48 瑞利分布xzy04.5.2分布图分分

33、析法58判断加工工性质判断是否否存在明明显变值值系统误误差；判断是否否存在常常值系统统误差，及常值值系统误误差的大大小。确定工序序能力4.5.2分布图分分析法分布图应用（5-24）（5-25）（5-26）工序能力 工序能力系数 式中TU,TL公差带上上、下限限；公差带中中心与误误差分布布中心偏偏移距离离；误差分布布的标准准差。594.5.2分布图分分析法y图4-49工艺能力力系数符符号含义义x033公差带TTUTL60工序能力力等级 工序能力系数 工序等级 说 明 CP1.67 特级 工序能力过高1.67 CP 1.33 一级 工序能力足够1.33 CP 1.00 二级 工序能力勉强1.00

34、CP 0.67 三级 工序能力不足 0.67 CP 四级 工序能力很差表4-2 工序能力等级4.5.2分布图分分析法CP表示工艺艺过程本本身的能能力，而而工艺能能力系数数CPK则表示过过程满足足技术要要求的能能力，实实际上是是“过程能力力”与“管理理能力”的综合合6101234567样组序号b）工件尺寸公差带T控制限4.5.3点图分析析法图4-50单值点图图工件序号c）AABOOB工件尺寸工件尺寸工件序号a差带T控制限单值点图（图4-49）624.5.3点图分析析法 图是控制图和R控制图联合使用的统称（4-26）R图：（4-27）A2、D1、D2数值见教教材164页表

35、4-6。图 表示样组平均值，R表示样组极差 图控制限图： 634.5.3点图分析析法工艺过程程稳定性性点子正常常波动工艺过过程稳定定；点子子异常波波动工工艺过程程不稳定定图4-51 图R 图UCL=19.67CL=8.900510样组序号1520LCL=00510样组序号1520 x 图LCL=11.57UCL=21.89CL=16.73稳定性判判别没有点子子超出控控制限大部分点点子在中中心线上上下波动动，小部部分点子子靠近控控制限点子变化化没有明明显规律律性（如如上升、下降倾倾向，或或周期性性波动）同时满足足为稳定定 图分析644.5.4调整尺寸寸式中Lt调整尺寸寸；LM平均尺寸寸；Tt调整

36、公差差。（4-28）由图4-52所示关系系可得：图4-52 调整尺寸关系yTtxT3LmaxLminLM （ Lt ）样本均值分布总体分布总体分布平均值极端位置（4-29）样本平均均值分布布：调整尺寸调整公差654.5.4调整尺寸寸上式要求求过于苛苛刻，产产生不合合格品得得概率只只有0.00036%。用2代替3，得到：此时产生生不合格格品得概概率为0.104%，完全可可以接受受。（4-30）图4-52 调整尺寸关系yTtxT3LmaxLminLM （ Lt ）样本均值分布总体分布总体分布平均值极端位置66机械制造造技术基基础第4章机械加工工质量分分析与控控制AnalysisandControl

37、ofMachiningQuality4.6 提高加工精度的途径Methods of ImprovingMachining Precision674.6.1误差预防防合理采用用先进工工艺和设设备误差预防防指减小小原始误误差本身身或减小小原始误误差的影影响减小原始始误差转移原始始误差（图4-53）a）b）图4-53 转塔车床刀架转位误差的转移误差分组组就地加工工均化原始始误差，如研磨磨加工、易位加加工（图图4-54）图4-54 易位法加工时误差均化过程360工件转角累积误差1l1l22684.6.2误差补偿偿在线测量量与在线线补偿（图4-55）指人为引引入附加加误差因因素，以以抵消或或减小原原始误

38、差差的影响响图4-55 高压油泵偶件自动配磨装置示意图柱塞销柱塞69图4-56 丝扛加工误差补偿装置1 工件 2 螺母 3 母丝杠 4 杠杆 5 校正尺 6 触头 7 校正曲线 附加位移螺母附加转动4.6.2误差补偿偿采用校正正装置（图4-56）70图4-57 以弹性变形补偿热变形以弹性变变形补偿偿热变形形（图4-57）其他补偿偿方法图4-59 以热变形补偿热变形图4-58龙门铣横横梁变形形补偿附加夹紧力以热变形形补偿热热变形（图4-59）以几何误误差补偿偿受力变变形（图图4-58）4.6.2误差补偿偿71机械制造造技术基基础第4章机械加工工质量分分析与控控制AnalysisandContro

39、lofMachiningQuality4.7 影响加工表面粗糙度的工艺因素Technological Factors Influencing Roughness724.7.1切削加工工表面粗粗糙度影影响因素素图4-60车削时残残留面积积的高度度直线刃车车刀（图图4-60a）（4-31）圆弧刃车车刀（图图4-60b）（4-32）影响因素素：frRmaxvfrb）Rmaxfa）vf切削残留面积73切削速度度影响最最大：v =1050m/min范围，易易产生积积屑瘤和和鳞刺，表面粗粗糙度最最差（图图5-53） 。其他影响响因素：刀具几几何角度度、刃磨磨质量，切削液液等图4-61 切削45钢时切削速度

40、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） 0200400600hKsRz4.7.1切削加工工表面粗粗糙度影影响因素素切削表面塑性变形和积屑瘤74砂轮速度度v，Ra工件速度度vw，Ra砂轮纵向向进给f，Ra磨削深度度ap，Ra图4-62 磨削用量对表面粗糙度的影响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)03

41、04050600.51.0a）ap(mm)00.010.40.8Ra(m)00.20.60.020.030.04b）4.7.2磨削加工工表面粗粗糙度影影响因素素磨削用量影响 图4-63 光磨次数-Ra关系Ra(m)01020300.020.040.06光磨次数粗粒度砂轮(WA60KV)细粒度砂轮(WA/GCW14KB)光磨次数数，Ra75砂轮粒度度，Ra；但要适量量砂轮硬度度适中，Ra；常取中软软砂轮组织织适中，Ra；常取中等等组织采用超硬硬砂轮材材料，Ra砂轮精细细修整，Ra4.7.2磨削加工工表面粗粗糙度影影响因素素砂轮影响其他影响因素 工件材料 冷却润滑液等76机械制造造技术基基础第4章

42、机械加工工质量分分析与控控制AnalysisandControlofMachiningQuality4.8 影响表层金属力学物理性能的工艺因素Technological Factors Influencing Physics Properties of Surface Layer774.8.1影响表面面冷作硬硬化的因因素切削加工工f，冷硬程度度(图4-64)切削用量量影响刀具影响响r，冷硬程度度其他几何何参数影影响不明明显后刀面磨磨损影响响显著（图4-65）00.20.40.60.81.0磨损宽度VB(mm)100180260340硬度(HV)50钢，v = 40(m/min) f = 0.1

43、20.2(mm/z)图4-65 后刀面磨损对冷硬影响工件材料料材料塑性性，冷冷硬倾向向切削速度度影响复复杂（力力与热综综合作用用结果）切削深度度影响不不大图4-64 f 和 v 对冷硬的影响硬度(HV)0f (mm /r)0.20.40.60.8v =170(m/min)135(m/min)100(m/min )50(m/min)100200300400工件材料：4578磨削速度度冷硬程度度（弱化作作用加强强）工件转速速冷硬程度度纵向进给给量影响响复杂磨削深度度冷硬程度度（图4-66）磨削用量量砂轮砂轮粒度度冷硬程度度砂轮硬度度、组织影响响不显著著工件材料料材料塑性性冷硬倾向向材料导热热性冷硬

44、倾向向图4-66 磨削深度对冷硬的影响ap(mm)硬度(HV)00.253003504505004000.500.75普通磨削高速磨削4.8.1影响表面面冷作硬硬化的因因素磨削加工794.8.2影响层金金属残余余应力的的因素v残余应力力（热热应力起起主导作作用，图图4-67）切削用量量刀具前角+，残余拉应应力刀具磨损损残余应力力工件材料料材料塑性性残余应力力铸铁等脆脆性材料料易产生生残余压压应力图4-68 f 对残余应力的影响工件：45，切削条件：vc=86m/min，ap=2mm，不加切削液 残余应力(Gpa)0.2000.200100200300400距离表面深度(m) f =0.40mm

45、/r f =0.25mm/r f =0.12mm/r仅讨论切切削加工工f残余应力力（图图4-68）切削深度度影响不不显著图4-67 vc 对残余应力的影响0=5,0=5,r=75,r=0.8mm,工件：45切削条件：ap=0.3mm, f=0.05mm/r, 不加切削液050100150200距离表面深度(m)残余应力(Gpa)-0.2000.20vc =213m/minvc =86m/minvc =7.7m/min804.8.3磨削烧伤伤与磨削削裂纹合理选择择砂轮合理选择择磨削用用量改善冷却却条件工件表层层温度达达到或超超过金属属材料相相变温度度时，表表层金相相组织、显微硬硬度发生生变化，并

46、伴随随残余应应力产生生，同时时出现彩彩色氧化化膜磨削烧伤伤磨削表面面残余拉拉应力达达到材料料强度极极限，在在表层或或表面层层下产生生微裂纹纹。裂纹纹方向常常与磨削削方向垂垂直或呈呈网状，常与烧烧伤同时时出现图4-69 带空气挡板冷却喷嘴磨削烧伤与磨削裂纹的控制磨削裂纹814.8.4表面强化化工艺利用淬硬硬和精细细研磨过过的滚轮轮或滚珠珠，在常常温状态态挤压金金属表面面，将凸凸起部分分下压下下，凹下下部分上上凸，修修正工件件表面的的微观几几何形状状,形成压缩缩残余应应力，提提高耐疲疲劳强度度（图4-71）利用大量量快速运运动珠丸丸打击工工件表面面,使工件表表面产生生冷硬层层和压应应力,疲劳强度度

47、（图4-70）喷丸强化化图4-71 滚压加工原理图用于强化化形状复复杂或不不宜用其其它方法法强化的的工件，例如板板弹簧、螺旋弹弹簧、齿齿轮、焊焊缝等滚压加工图4-70 珠丸挤压引起残余应力 压缩拉伸塑性变形区域82机械制造造技术基基础第4章机械加工工质量分分析与控控制AnalysisandControlofMachiningQuality4.9 机械加工过程中的振动Vibrations in machining Process834.9.1概述机械加工工过程中中振动的的危害影响加工工表面粗粗糙度，振动频频率较低低时会产产生波度度影响生产产效率加速刀具具磨损，易引起起崩刃影响机床床、夹具具的使用

48、用寿命产生噪声声污染，危害操操作者健健康工艺系统受到到初始干干扰力而而破坏了了其平衡衡状态后后，系统统仅靠弹弹性恢复复力来维维持的振振动称为为自由振振动。由于系统统中总存存在由阻阻尼，自自由振动动将逐渐渐衰弱，对加工工影响不不大。机械加工过程中振动的类型自由振动自由振动强迫振动自激振动844.9.2机械加工工过程中中强迫振振动强迫振动动产生原原因由外界周周期性的的干扰力力（激振振力）作作用引起起强迫振动动振源：机外机内。机外振振源均通通过地基基把振动动传给机机床。机机内：1）回转零零部件质质量的不不平衡2）机床传传动件的的制造误误差和缺缺陷3）切削过过程中的的冲击频率特征征：与干扰力力的频率率相同，或是干干扰力频频率整倍倍数幅值特征征：与干扰力力幅值、工艺系系统动态态特性有有关。当当干扰力力频率接接近或等等于工艺艺系统某某一固有有频率时时，产生生共振相角特征征：强迫振动动位移的的变化在在相位上上滞后干干扰力一一个角，其值值与系统统的动态态特