机械加工质量分析与质量控制

1、本资料来源第5章 机械械加工质质量分析析与控制制市场竞争争的核心心是产品品，而质质量是产产品参与与激烈市市场竞争争的重要要因素，产品的的质量是是指用户户对产品品的满意意程度；用现代代的质量量观看，它包括括产品的的设计质质量、制制造质量量和服务务质量。设计质质量主要要是指所所设计的的产品与与用户（顾客）的期望望之间的的符合程程度；制制造质量量是指产产品的制制造与设设计的符符合程度度；服务务质量是是指售前前服务、售后培培训、维维修及安安装等。在激烈烈的市场场竞争中中，为了了使企业业获得和和保持良良好的经经济效益益，必须须实施全全面质量量管理。其中产产品的制制造质量量主要与与零件的的制造质质量、产产

2、品的装装配质量量有关。零件的的制造质质量是保保证产品品质量的的基础5.1机械加工工精度5.2机械加工工表面质质量思考题与与练习5.1机械加工工精度5.1.1加工精度度的基本本概念5.1.2影响加工工精度的的因素原始误差差工艺系统统的几何何误差工艺系统统的受力力变形工艺系统统的热变变形工件应力力引起的的变形5.1.3加工误差差的统计计分析5.1.4提高加工工精度的的途径5.1.1加工精度度的基本本概念加工精度度零件在加加工后的的实际几几何参数数（尺寸寸、形状状和位置置）与理理想几何何参数的的符合程程度加工误差差加工后零零件的实实际几何何参数（尺寸、形状和和位置）对理想想几何参参数的偏偏差程度度零

3、件的加加工精度度包括尺寸精度度、形状精度度、位置精度度三方面原始误差差工艺系统统：零件的机机械加工工是在工工艺系统统中进行行的，机机床、夹夹具、刀刀具和工工件组成成了一个个完整的的工艺系系统定义：工艺系统统的误差差称为原始误差差工艺系统统的原始始误差根根据产生生的阶段段不同，可归纳纳如图5-1所示图5-1原始误差差的分类类原始误差差加工前的的误差加工过程程中的误误差加工后的的误差加工原理理误差调整误差差工件装夹夹误差机床误差差夹具误差差刀具制造造误差工艺系统统受力变变形工艺系统统热变形形刀具磨损损工件残余余应力引引起的变变形测量误差差工艺系统统的几何何误差加工原理理误差机床的误误差主轴回转转误

4、差主轴回转转误差的的概念影响主轴轴回转精精度的主主要因素素机床导轨轨误差机床传动动链误差差刀具的几几何误差差夹具的几几何误差差定位误差差加工原理理误差定义：采用了近近似的成成形运动动或近似似的切削削刃形状状所产生生的加工工误差理论上为为了获得得设计规规定的零零件加工工表面，要求切切削刃完完全符合合理论曲曲线形状状，刀具具和工件件之间必必须保持持准确的的运动关关系。但但在实际际生产中中为了简简化机床床或刀具具的设计计和制造造，降低低生产成成本，提提高生产产率，允允许在保保证零件件加工精精度的前前提下采采用近似似加工原原理主轴回转转误差的的概念定义：主轴回转转时，主主轴各瞬瞬间的实实际回转转轴线对

5、对其理想想回转轴轴线的漂漂移基本形式式：径向跳动：实际回转轴线始终平行于理想回转轴线，在一个平面内作等幅的跳动轴向跳动：实际回转轴线始终沿理想回转轴线作等幅的窜动角度摆动：实际回转轴线与理想回转轴线始终成一倾斜角，在一个平面上作等幅摆动，且交点位置不变影响主轴轴回转精精度的主主要因素素影响主轴轴回转精精度的主主要因素素有：轴轴承本身身的误差差、轴承承的间隙隙、主轴轴各段轴轴径同轴轴度误差差、轴承承之间的的同轴度度误差及及主轴系系统的刚刚度和热热变形等等滑动轴承承滚动轴承承滑动轴承承车床（图5-3a）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）镗床（图5-3b）轴承孔不不圆引起起镗床

6、主轴轴径向跳跳动图5-3a图5-3b滚动轴承承与轴承本本身的精精度有关关，很大大程度上上又与配配合件的的精度有有关。如如主轴轴轴颈与支支撑座孔孔各自的的圆度误误差、波波度和同同轴度，止推面面或轴肩肩与回转转轴线的的垂直度度、滚道道的圆度度、波度度，滚动动体的圆圆度误差差和尺寸寸误差等等，如图5-4所示图5-4滚动轴承承的几何何误差机床导轨轨误差导轨是机机床上确确定各主主要部件件相对位位置关系系及运动动的基准准导轨的误误差将直直接影响响加工精精度车床及磨磨床导轨轨精度要要求有三三个方面面：在水水平面内内的直线线度；在在垂直面面内的直直线度；前后导导轨的平平行度（扭曲）（1） 导轨轨在水平平面内的

7、的直线度度误差:图5-5所示（2） 导轨轨在垂直直面内的的直线度度误差:图5-6所示（3） 前后后导轨的的平行度度误差（扭曲）:图5-7所示图5-5卧式车床床导轨直直线度误误差 图5-6卧式车床床导轨垂垂直面内内直线度度误差对对工件加加工精度度的影响响图5-7卧式车床床导轨扭扭曲对工工件加工工精度的的影响机床传动动链误差差定义：指机床内内联系传传动链始始末两端端传动元元件间相相对运动动的误差差在螺纹加加工、展展成法加加工中，由于要要求机床床传动链链保证刀刀具与工工件之间间具有准准确的速速比关系系，故机机床传动动链误差差对加工工精度影影响很大大刀具的几几何误差差采用定尺尺寸刀具具（如钻钻头、铰铰

8、刀、键键槽铣刀刀、镗刀刀块、圆圆拉刀等等）加工工时，刀刀具的尺尺寸精度度直接影影响工件件的尺寸寸精度采用成形形刀具（如成形形车刀、成形铣铣刀、成成形砂轮轮等）加加工时，刀具的的形状精精度将直直接影响响工件的的形状精精度采用展成成刀具（如齿轮轮滚刀、花键滚滚刀、插插齿刀等等）加工工时，刀刀具切削削刃的几几何形状状误差会会影响工工件的加加工精度度对一般刀刀具（如如车刀、镗刀、铣刀等等），其其制造精精度对工工件加工工精度没没有直接接影响，但这一一类刀具具耐用度度低，易易磨损夹具的几几何误差差夹具的作作用：保证加工工时工件件在刀具具和机床床之间具具有正确确的位置置，故夹夹具的几几何误差差对工件件的尺寸

9、寸精度和和位置精精度影响响很大夹具几何何误差的的内容：夹具的制制造误差差夹具的安安装误差差主要是指指组成夹夹具的定定位元件件、刀具具导向元元件、分分度机构、夹夹具体等等的制造造误差、安装误误差及使使用中的的磨损定位误差差定义：工件采用用调整法法加工时时因定位位不准确确而引起起的尺寸寸或位置置的最大大变动量量定位误差差的来源源：基准不重重合误差差定位副制制造不准准确误差差定位误差差是基准不重重合误差差和定位副制制造不准准确误差差综合作用用的结果果，由于于这两项项误差的的方向有有可能不不在同一一个方向向，故定定位误差差等于基基准不重重合误差差与定位位副制造造不准确确误差的的矢量和和基准不重重合误差

10、差基准：用来确定定零件上上几何要要素之间间的几何何关系所所依据的的点、线线、面设计基准准：在零件图图上用来来确定某某一表面面的尺寸寸、位置置所依据据的基准准工序基准准：在工序图图上用来来确定本本工序被被加工表表面加工工后的尺尺寸、位位置所依依据的基基准理论上要要求工序序基准应应与设计计基准重重合，加加工工件件时，须须选择工工件上若若干几何何要素作作为加工工（或测测量）时时的定位位基准（或测量量基准），如所所选的定定位基准准（或测测量基准准）与设设计基准准不重合合时，就就会产生生基准不不重合误误差，它它等于定定位基准准相对于于设计基基准在工工序尺寸寸方向上上的最大大变动量量，且只只在采用用调整法

11、法加工时时才会产产生，在在试切法法加工时时不会产产生定位副制制造不准准确误差差工件在夹夹具中的的正确位位置由夹夹具上的的定位元元件来确确定，夹夹具上的的定位元元件不可可能按照照基本尺尺寸制造造得绝对对准确，它们的的实际尺尺寸（或或位置）都允许许在分别别规定的的公差范范围内变变动，同同时，工工件上的的定位基基准面也也同样存存在制造造误差工件定位位面与夹夹具定位位元件组组成了定定位副，由于定定位副制制造的不不准确以以及定位位副间隙隙引起的的工件最最大位置置的变动动量，称称为定位位副制造造不准确确误差工艺系统统的受力力变形基本概念念零件的刚刚度工艺系统统中如果果零件的的刚度相相对于机机床、刀刀具、夹

12、夹具来说说比较低低，在切切削力的的作用下下，工件件由于刚刚性不足足而引起起的变形形对其加加工精度度的影响响会很大大，形状状规则、结构简简单的零零件的刚刚度可用用有关力力学公式式估算刀具的刚刚度外圆车刀刀在加工工表面时时法线方方向上的的刚度很很大，其其变形可可以忽略略不计镗直径较较小的内内孔时，刀杆刚刚性很差差，其受受力变形形对孔加加工精度度影响很很大机床部件件的刚度度工艺系统统的受力力变形对对加工精精度的影影响基本概念念切削加工工时，机机械加工工工艺系系统在切切削力、夹紧力力、惯性性力、重重力等力力的作用用下，会会产生相相应的变变形，从从而破坏坏了刀具具和工件件之间的的正确的的相对位位置，造造

13、成了加加工误差差例如，在在车削细细长轴时时，工件件在切削削力的作作用下会会发生变变形，使使加工出出的轴产产生了鼓鼓形的圆圆柱度误误差（见见图5-8a）在卧式镗镗床上镗镗孔时，若镗杆杆作进给给运动，由于镗镗杆弯曲曲的变形形，加工工后的工工件孔会会产生抛抛物线回回转体误误差（见见图5-8b）加工时工工件弯曲曲加工后工工件呈鼓鼓形（a）（b）图5-8工艺系统统受力变变形引起起的加工工误差机床部件件的刚度度机床部件件的刚度度影响机床床部件刚刚度的因因素接合面接接触变形形：零件件表面总总是存在在几何形形状误差差和粗糙糙度，所所以结合合面的实实际面积积只是名名义接触触面积的的一小部部分，见见图5-11低刚

14、度零零件本身身变形：机床部部件中，个别刚刚度很低低的零件件对整体体部件刚刚度影响响很大，见图5-12连接表面面间的间间隙：机机床部件件受力变变形时，首先会会消除各各有关零零件间的的间隙，间隙消消除后，接触表表面开始始产生接接触变形形和弹性性变形，相应刚刚度较大大接触表面面之间的的摩擦：机床部部件在受受力变形形的过程程中由于于有摩擦擦力的作作用，经经多次加加载、卸卸载之后后，加载载曲线与与卸载曲曲线不重重合受力方向向及作用用力矩：在前面面的静刚刚度试验验中，所所施加的的载荷及及测量的的变形的的方向都都在Y方向，这这只是模模拟了切切削过程程中起决决定作用用的力和和位移机床部件件的刚度度机床的结结构

15、形状状复杂，其中机机床部件件又由很很多零件件组成，其刚度度的计算算很难用用理论公公式来完完成，故故机床部部件刚度度计算目目前主要要是通过过实验方方法来测测定图5-9为单向测测定车床床静刚度度的实验验方法图5-10是一台车车床刀架架部件经经三次加加载和卸卸载的静静刚度曲曲线。其其特点如如下：（1）力与变变形呈非非线性关关系说明明机床部部件的变变形不单单纯是弹弹性变形形（2）加载曲曲线与卸卸载曲线线不重合合（3）第一次次加载与与卸载后后曲线不不封闭（4）机床部部件实际际刚度比比按实际际估算的的要小图5-9车床部件件静刚度度的测定定图5-10车床刀架架部件的的静刚度度曲线图5-11两零件接接合面间间

16、的接触触情况AA放大图5-12部件中的的薄弱零零件的变变形工艺系统统的受力力变形及及其对加加工精度度的影响响工艺系统统的变形形工艺系统统的受力力变形及及其对加加工精度度的影响响切削力位位置的变变化对零零件加工工精度的的影响（随受力力点的位位置变化化发生变变化）切削力大大小变化化对工件件加工精精度的影影响夹紧力对对加工精精度的影影响机床部件件和工件件重量对对加工精精度的影影响其他作用用力对零零件加工工精度的的影响（如惯性性力、传传动力）工艺系统统的变形形工艺系统统在切削削力的作作用下，都会产产生不同同程度的的变形，导致刀刀具和被被加工表表面的相相对位置置发生变变化，从从而使工工件产生生加工误误差

17、工艺系统统的变形形等于各各组成部部分变形形的叠加加，即式中，机床变形形量，；夹具变变形量，；刀具变变形量， ；工件的的变形量量，。工艺系统统各部件件的刚度度式中，机床刚度度，N/；夹具刚度度，N/；刀具刚度度，N/；工件刚度度，N/。工艺系统统的刚度度由上式可可知，知知道了工工艺系统统各组成成部分的的刚度后后，就可可以计算算出整个个系统的的刚度，并且整整个工艺艺系统的的刚度要要比其中中刚度最最小的那那个环节节的刚度度还要差差设作用在在主轴箱箱和尾座座上的力力分别为为FA、FB，则可求求出系统统的变形形及刚度度如下：图5-13车削外圆圆时工艺艺系统受受力变形形对加工工精度的的影响切削力位位置的变

18、变化对零零件加工工精度的的影响切削力大大小变化化对工件件加工精精度的影影响在对零件件同一截截面内进进行切削削时，由由于工件件材质不不均或加加工余量量的变化化，会引引起切削削力的变变化，使使工艺系系统发生生变形，导致工工件出现现加工误误差如图5-14，尺寸误误差和形形位误差差都存在在复映现现象图5-14毛胚形状状误差的的复印夹紧力对对加工精精度的影影响工件的刚刚度比较较低或夹夹紧力的的方向和和施力点点选择不不当,装夹过程程中会引引起工件件的变形形,从而导致致工件的的加工误误差例如用三三爪自定定心卡盘盘夹持薄薄壁套筒筒作镗孔孔加工,如图5-15，为薄壁套夹夹紧变形形误差图5-15薄壁套筒筒夹紧变变

19、形误差差机床部件件和工件件重量对对加工精精度的影影响有些大型型机床由由于自身身重力过过大会引引起相应应的变形形，从而而造成工工件加工工误差。例如大大型立车车在刀架架的自重重下引起起横梁变变形，造造成工件件端面的的平面度度误差及及外圆上上的锥度度。工件件的直径径越大，加工误误差也越越大对于大型型工件的的加工（如磨削削床身导导轨面），工件件自重引引起的变变形有时时会成为为产生加加工形状状误差的的主要原原因。在在实际生生产中，装夹大大型工件件时，恰恰当布置置支承可可以减小小自重引引起的变变形5-附图1所示 龙门铣横横梁变形形龙门铣横横梁变形形转移龙门铣横横梁变形形补偿5-附图1大型工件件变形转转移、

20、补补偿设计计其他作用用力对零零件加工工精度的的影响减小工艺艺系统受受力变形形是保证证加工精精度的有有效途径径之一。在生产产中，主主要从两两个方面面考虑。首先是是提高工工艺系统统刚度，这包括括提高机机床刚度度，即配配合面的的接触刚刚度、零零部件的的刚度、保持有有关部位位适度预预紧和合合理间隙隙等，使使用中心心架或跟跟刀架等等工艺措措施提高高工件和和刀具的的刚度，采用合合理的装装夹和加加工方式式；其次次减小载载荷及其其变化，如合理理地选择择刀具材材料、几几何角度度以及切切削要素素，尽量量使同一一批加工工件的加加工余量量和加工工材料均均匀，将将切削力力的变动动幅度控控制在某某一许可可范围内内。工艺系

21、统统的热变变形热变形对对加工精精度影响响比较大大，尤其其是在精精密加工工和大件件加工中中，由热热变形所所引起的的加工误误差通常常会占到到工件加加工总误误差的4070工艺系系统的热热源工件热热变形对对加工精精度的影影响刀具热热变形对对加工精精度的影影响机床热热变形对对加工精精度的影影响(5)工艺系统统的热平平衡以及及减小其其热变形形的途径径工艺系统统的热源源切削热摩擦热派生热源源环境温度度辐射热工艺系统统热源内部热源源外部热源源切削热是由切削过程中工件切削层金属弹性变形、塑性变形以及刀具、工件与切削之间的摩擦所消耗的能量转化而来的对加工精度的影响最为直接切削热与被加工的材料、刀具几何参数、切削用

22、量及切削时的冷却润滑条件有直接的关系摩擦热主要来源：工艺系统的运动副（如齿轮副、轴承副、导轨副、螺母丝杠副、离合器副等）的相对运动所产生的摩擦热及因动力源（如电动机、液压系统等）工作时的能量损失而产生的热工艺系统内部的部分热量通过切屑、切削液、润滑液等带到机床其他部位，形成了派生热源，因此使系统产生热变形以对流传递为主要传递形式的环境温度的变化（如气温的变化，空调温度，地基温度的变化等）影响工艺系统的受热均匀性，从而影响工件的加工精度以辐射为传递形式的辐射热（如阳光、灯光照明、加热器、人体温度等）对工艺系统辐射的单面性或局部性而使工艺系统产生热变形，从而影响工件的加工精度请单击4下工件热变变形

23、对加加工精度度的影响响机械加工工过程中中，工件件热变形形的热源源主要是是切削热1）工件均均匀受热热2）工件不不均匀受受热在铣、刨刨及磨削削加工中中容易出出现如下下情况：长轴类类零件磨磨削时的的热变形形薄片类类零件的的热变形形上上下表面面之间形形成温差差，导致致工件向上上凸起，凸起部部分被工工具切去去。加工工完毕冷冷却后，加工工表面就就产生了了中凹形形状的几几何误差差。长轴类零零件磨削削时的热热变形磨削长轴轴类零件件时，由由于沿工工件轴向向切削时时间存在在先后，故随着着切削的的进行，工件的的温升逐逐渐增加加，热膨膨胀也逐逐渐增加加，导致致直径变变大，到到加工结结束时增增至最大大，因此此磨削深深度

24、也随随之增大大工件冷却却后则产产生锥形形的几何何误差，如图5-16所示图5-16长轴热变变形引起起的形状状误差刀具热变变形对加加工精度度的影响响刀具热变变形的热热源主要要是切削热切削加工工中，约约有10的切削削热传给给了刀具具，比例例虽然不不大，但但由于刀刀具尺寸寸小、热热容量小小、刀具具温升较较高，刀刀头部位位的温升升更高，故其对对加工精精度的影影响不容容忽视象高速钢钢车刀车车削外圆圆时，刀刀刃部分分的温度度可达700800，刀具伸伸长可达达0.030.05mm图5-17为车削时时车刀的的热变形形曲线1）刀具连连续切削削时:曲线A是刀具连连续工作作时的热热伸长曲曲线2）刀具间间断切削削时:间

25、断切削削热变形形曲线见见图5-17中曲线C为了减小小刀具的的热变形形，应合合理选择择切削用用量和刀刀具几何何参数，并给予予充分的的冷却和和润滑，以减少少切削热热，降低低切削温温度图5-17车刀热变变形曲线线机床热变变形对加加工精度度的影响响由于机床床热源分分布的不不均匀、机床结结构的复复杂性以以及机床床工作条条件变化化很大等等原因，机床各各部件温温升不同同，甚至至同一零零件的不不同部位位温升也也有差异异，从而而破坏了了机床原原有的相相互位置置关系，使工件件产生加加工误差差不同机床床，其主主要热源源不同，对加工工精度的的影响也也不同车、铣、钻、镗镗等机床床的主要要热源是是主轴箱箱(5)工艺系统统

26、的热平平衡以及及减小其其热变形形的途径径1)工艺系统统热平衡衡工工艺系统统在各种种热源热热用下温温度会逐逐渐升高高，同时时它们也也通过各各种传热热方式向向周围介介质散发发热量。当工艺艺系统的的温度达达到某一一数值，且单位位时间内内散出的的热量与与热源传传入的热热量趋于于相等时时，就达达到了工工艺系统统热平衡衡状态。在热平平衡状态态中，工工艺系统统各部分分的温度度就保持持在相对对固定的的数值上上，同时时其热变变形也就就相应地地趋于稳稳定。由于作用用于工艺艺系统各各部分的的热源的的发热量量、位置置和时间间各不相相同，其其热容量量、散热热条件也也会不一一样，因因此各部部分的温温升也是是不等的的。物体

27、体中各点点温度的的分布称称为温度度场。当当物体未未达到热热平衡或或处于不不稳态温温度场时时，其各各点温度度既是位位置坐标标的函数数也是时时间的函函数；当当物体达达到热平平衡或处处于稳态态温度场场时，各各点温度度将不随随时间而而变化，而仅是是其位置置坐标的的函数。(5)工艺系统统的热平平衡以及及减小其其热变形形的途径径2)减小工艺艺系统热热变形的的途径热热减少热热源发热热和隔离离热源尽尽量量将热源源从机床床内部分分离出去去，如电电动机、变速箱箱、液压压系统等等均应尽尽可能移移出；对对于不能能分离的的热源，如主轴轴轴承、丝杆螺螺母副等等则可以以从结构构设计、润滑等等方面改改善摩擦擦特性、减少发发热

28、；也也可以用用隔热材材料将发发热部件件和机床床大件隔隔离开来来。对于于不便移移置和隔隔离的发发热量大大的热源源也可用用强制式式的风冷冷、水冷冷、散热热片、循循环润滑滑冷却等等措施散散热 均衡衡温度场场采采用均衡衡温度场场的设计计和措施施，保证证机床零零部件温温升均匀匀，使机机床本身身趋于热热平衡状状态加快温温度场平平衡和强强化散热热在在加工工工件前机机床高速速空运转转，使其其短时间间达到热热平衡后后再换成成工作速速度进行行加工；或在机机床温升升较高、较低位位置，附附加“控控制热源源”均衡衡温度场场，促使使其更快快地达到到热平衡衡状态改进机机床结构构采采用热对对称、减减小和转转移误差差敏感方方向

29、的热热伸长量量等结构构，减少少机床零零部件热热变形，减少工工件加工工误差工件应力力引起的的变形基本概念念定义：外部载载荷去除除以后，仍然存存在于零零件内部部的应力力，称为为应力工件一旦旦产生应应力之后后，就会会使工件件金属处处于一种种高能位位的不稳稳定状态态，它本本能地要要向低能能位的稳稳定状态态 转化化，并伴伴随着变变形的发发生，从从而导致致工件丧丧失原有有的加工工精度残余应力力的产生生热加工中中残余应应力的产产生冷校直产产生的残残余应力力切削加工工带来的的残余应应力热加工中中残余应应力的产产生在铸、锻锻、焊、热处理理等工序序中由于于工件壁壁厚不均均、冷却却不均以以及金相相组织转转变的体体积

30、变化化，使毛毛坯内部部产生了了相当大大的残余余应力。毛坯的的结构愈愈复杂，各部分分厚度愈愈不均匀匀，散热热条件相相差愈大大，则在在毛坯内内部产生生的应力力越大。具有残残余应力力的毛坯坯暂时处处于相对对平衡状状态，如如图5-18(a)所示，但但当切去去一层金金属后，这种平平衡状态态被打破破，残余余应力会会重新分分布，导导致工件件出现明明显的变变形，如如图5-18(b)所示。图5-18床身因残余应应力引起起的变化化冷校直产产生的残残余应力力细长轴类类零件经经车削后后，棒料料在轧制制中产生生的残余余应力要要重新分分布，使使轴出现现弯曲。为了校校正这种种变形，在原有有变形的的相反方方向加外外力，使使工

31、件向向相反方方向弯曲曲，工件件除受拉拉、压应应力发生生弹性变变形外，其外层层还产生生塑性变变形，以以达到校校直的目目的，这这就是冷冷校直。在外力力的作用用下，被被冷校直直工件内内部应力力重新分分布；当当外力去去除后，外层的的塑性变变形部分分牵制了了弹性变变形的恢恢复，产产生了新新的残余余应力平平衡状态态。所以以说，冷冷校直后后的工件件虽然减减少了弯弯曲变形形，但依依然处于于不稳定定状态，还会产产生新的的弯曲变变形。切削加工工带来的的残余应应力切削过程程中产生生的力和和热，也也会使工工件产生生残余应应力。减减小残余余应力引引起的变变形误差差,可以通过过改进零零件结构构设计,尽量做到到结构对对称、

32、壁壁厚均匀匀来减少少残余应应力的产产生；热热加工件件在进入入机械加加工前,进行适当当热处理理以加速速残余应应力变形形的进程程；精密密、重要要零件除除了注意意粗、精精加工分分阶段外外,还应在工工序间酌酌情穿插插适当热热处理，以达到到松弛和和消除残残余应力力的目的的。5.1.3加工误差差的统计计概述加工误误差分类类系统误差差随机误差差正态分分布正态分布布的数学学模型、特征参参数和特特殊点标准正态态分布工件尺寸寸在某区区间的概概率工艺过程程的分布布图分析析(1)工艺过程程的稳定定性(2)工艺过程程的分布布图分析析工艺过程程的点图图分析系统误差差分类：常值性系系统误差差定义：在连续加加工一批批工件时时

33、，大小小和方向向均保持持不变的的误差例如：机床、刀刀具、夹夹具、量量具等的的制造误误差及调调整误差差变值性系系统误差差定义：在连续加加工一批批工件中中，大小小和方向向有规律律变化的的误差例如：刀具的磨磨损引起起的加工工误差、工艺系系统热变变形引起起的加工工误差从上述误误差定义义可以看看出，常常值性系系统误差差与加工工顺序无无关，而而变值性性系统误误差与加加工顺序序有关随机误差差定义：在连续续加工一一批工件件时，大大小和方方向无规规则变化化的误差差例如：加工时时的定位位误差、夹紧误误差、加加工余量量不均匀匀引起的的误差等等对系统误误差，可可循其产产生的规规律加以以调整或或补偿来来消除，而对随随机

34、误差差，只能能缩小其其变动范范围，无无法完全全消除根据概率率论与数数理统计计学，随随机误差差的统计计规律可可用概率率分布表表示正态分布布的数学学模型、特征参参数和特特殊点机械加工工中，工工件的尺尺寸误差差是由很很多相互互独立的的随机误误差综合合作用的的结果，如果其其中没有有一个随随机误差差起绝对对作用，则加工工后工件件的尺寸寸呈正态态分布,见图5-19正态分布布曲线方方程如下下：式中，y（x）正态分布布的概率率密度；算数平均均值；标准偏差差。图5-19正态分布布曲线的的特殊点点实际生产产中，通通常，为查查表方便便，需将将非标准准正态分分布转换换成标准准正态分分布。令令标准正态态分布=0，=1的

35、正态分分布为标标准分布布，其概概率分布布密度如如下式：，则工件尺寸寸在某区区间的概概率该概率等等于图5-21中阴影的的面积图5-21工件尺寸寸概率分分布则令：工艺过程程的稳定定性工艺过程程的稳定定性：工艺过程程中在时时间历程程上保持持工件均均值和标标准差值值稳定不不变的性性能在加工时时间不是是很长的的情况下下，分布布特征参参数的变变化是很很小的，因此，工艺过过程稳定定性取决决于变值值系统性性误差是是否显著著，在正正常情况况下，变变值系统统性误差差并不显显著，可可以说工工艺过程程是稳定定的，即即工艺过过程处于于控制状状态中工艺过程程的分布布图分析析制作分布布图的目目的是想想通过分分布图来来了解所

36、所加工的的工件质质量指标标的分布布是否是是预期的的概率分分布，了了解工艺艺系统的的加工能能力的大大小、机机床调整整的好坏坏、加工工过程是是否会产产生废品品、废品品率的高高低以及及产生废废品的原原因等具体工艺艺过程分分布图分分析的内内容及步步骤如下下：样本容量量的确定定样本数据据的整理理与计算算绘制实际际分布图图绘制理论论分布图图工艺过程程分布图图分析工艺过程程的点图图分析工艺过程程稳定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稳定性判判别1）没有点点子超出出控制限限2）大部分分点子在在中心线线上下波波动，小小部分点点子靠近近控制限限3）点子变变化没有有明显规规律性（如

37、上升升、下降降倾向，或周期期性波动动）同时满足足为稳定定5.1.4提高加工工精度的的途径减小原始始误差转移原始始误差误差分组组法误差平均均法误差补偿偿法 5.2机械加工工表面质质量5.2.1表面质量量表面质量量的基本本概念表面质量量对使用用性能的的影响表面质量量对零件件耐磨性性的影响响表面质量量对疲劳劳强度的的影响表面质量量对耐腐腐蚀性的的影响表面质量量对配合合质量的的影响5.2.2机械加工工后的表表面质量量机械加工工后的表表面粗糙糙度机械加工工后的表表面层物物理力学学性能机械加工工过程中中的振动动5.2.3控制表面面质量的的工艺途途径表面质量量的基本本概念定义：机器零件件加工后后表面层层的状

38、态态内容：表面层的的几何形形状1)表面粗糙糙度：是指加加工表面面的微观观几何形形状误差差，其波波高与波波长比值值一般小小于502)表面波度度：加工不不平度中中波长与与波高之之比值在在401000的几何形形状误差差称为波波度(见图5-24)表面层的的物理机机械性能能1)表面层的的冷作硬硬化：零件在在机械加加工过程程中由于于切削力力的作用用使表面面层金属属产生强强烈的冷冷态塑性性变形后后，引起起的强度度及硬度度都有所所提高的的现象称称为表面面层的冷冷作硬化化2)表面层金金相组织织的变化化：由于切切削热使使被加工工表面的的温升过过高，使使得表层层金属的的金相组组织发生生变化的的现象3)表面层残残余应

39、力力：由于加加工过程程中切削削表面变变形及切切削热的的影响，工件表表面层产产生了残残余应力力图5-24表面几何何形状表面质量量对零件件耐磨性性的影响响在摩擦副副的材料料、热处处理情况况及润滑滑条件已已经确定定的情况况下，零零件表面面质量对对耐磨性性能起决决定作用用表面粗糙糙度值的的大小对对零件表表面磨损损的影响响不同，一般来来说，表表面粗糙糙度值越越小，其其耐磨形形越好，但太小小，润滑滑油不易易存储，导致接接触面之之间发生生分子粘粘结，使使磨损加加大图5-25是实验所所得的不不同表面面粗糙度度对初期期磨损量量影响曲曲线接触表面面的表面面粗糙度度有一个个最佳值值，最佳佳值与零零件的工工作情况况有

40、关，工作载载荷加大大时，初初期磨损损量增大大，表面面粗糙度度最佳值值也加大大图5-25表面粗糙糙度与初初期磨损损的关系系表面质量量对疲劳劳强度的的影响在交变载载荷作用用下，表表面粗糙糙度的凹凹谷部位位很容易易引起应应力集中中，产生生疲劳裂裂纹。表表面粗糙糙度值越越大，即即凹陷越越深越尖尖，应力力集中越越严重，越容易易形成和和扩展疲疲劳裂纹纹，造成成零件的的疲劳损损坏零件表面面层的残残余拉应应力将使使裂纹扩扩大，加加速疲劳劳破坏；而表面面层残余余压应力力能够阻阻止疲劳劳裂纹的的扩展，延缓疲疲劳破坏坏的发生生零件表面面的冷作作硬化层层可以阻阻止裂纹纹的扩大大及新裂裂纹的产产生，对对提高疲疲劳强度度

41、有利。但冷硬硬层过深深或过硬硬则容易易产生裂裂纹，所所以零件件的冷作作硬化层层深度要要适中表面质量量对耐腐腐蚀性的的影响表面粗糙糙度对零零件的耐耐腐蚀性性影响很很大。表表面粗糙糙度值越越大，凹凹谷中聚聚积的腐腐蚀性物物质就越越多，零零件的抗抗腐蚀性性越差表面的冷冷作硬化化及金相相组织变变化都会会产生应应力，应应力会导导致应力力腐蚀，若有裂裂纹，会会增加应应力腐蚀蚀的敏感感性，从从而降低低零件的的耐腐蚀蚀性表面质量量对配合合质量的的影响表面粗糙糙度值的的大小对对零件配配合精度度的影响响很大对于间隙隙配合，粗糙度度值大会会使磨损损加大，破坏了了原有的的配合性性质对于过盈盈配合，压装时时会减小小过盈

42、量量，降低低配合强强度机械加工工后的表表面粗糙糙度切削加工工后的表表面粗糙糙度切削加工工时表面面粗糙度度形成的的原因：1）刀具几几何形状状的影响响2）工件材材料的性性质3）切削用用量磨削加工工后的表表面粗糙糙度1）刀具几几何形状状的影响响刀具相对对工件作作进给运运动时，在加工工表面上上留下了了切削层层残留面面积以车削为为例，如果背背吃刀量量较大，则主要要是刀刃刃的直线线部分形形成表面面粗糙度度；如果果背吃刀刀量较小小时，工工件表面面粗糙度度主要是是由刀刃刃的圆弧弧部分形形成的2）工件材材料的性性质切削加工工后表面面的粗糙糙度的实实际轮廓廓与理论论轮廓有有较大差差异，主主要原因因是被加加工材料料

43、塑性变变形的影影响加工塑性性材料时时，刀具具的刃口口圆角及及后刀面面对工件件挤压、摩擦而而产生塑塑性变形形。工件件材料韧韧性越好好，金属属的塑性性变形越越大，容容易产生生积屑瘤瘤和鳞刺刺，加工工表面也也就越粗粗糙3）切削用用量切削速度度对表面面粗糙度度的影响响很大，如图5-27所示若切削速速度处在在产生积积屑瘤和和鳞刺的的范围内内，加工工表面会会很粗糙糙；若切切削速度度处在积积屑瘤和和鳞刺产产生的区区域之外外，如选选择低速速宽刀精精切，表表面粗糙糙度值会会明显减减小过小的背背吃刀量量会使刀刀具在被被加工表表面上挤挤压和打打滑，增增大表面面粗糙度度值图5-27加工塑性性材料时时切削速速度对表表面

44、粗糙糙度影响响磨削加工工后的表表面粗糙糙度磨削加工工时表面面粗糙度度的形成成的与切切削加工工时表面面粗糙度度形成的的过程类类似，它它也是由由几何因因素及表表面金属属的塑性性变形来来决定的的从几何因因素角度度看，磨磨削表面面是由砂砂轮上大大量磨粒粒刻划出出无数极极细的刻刻痕形成成的，被被磨表面面单位面面积上的的刻痕越越多、刻刻痕的等等高性越越好，表表面粗糙糙度值越越小从塑性变变形角度度来看，磨削加加工时温温度很高高，大多多数磨粒粒在工件件表面只只有划擦擦、耕犁犁作用，使得金金属沿着着磨粒的的两侧流流动，形形成沟槽槽两侧的的隆起，从而产产生比较较大的塑塑性变形形，使表表面粗糙糙度值增增大影响磨削削

45、表面粗粗糙度的的因素影响磨削削表面粗粗糙度的的因素1）砂轮的的粒度2）砂轮的的硬度3）砂轮的的修整4）磨削速速度5）磨削径径向进给给量和光光磨次数数6）工件圆圆周进给给速度和和轴向进进给量7）冷却润润滑液机械加工工后的表表面层物物理力学学性能表面层的的冷作硬硬化冷作硬化化产生的的原因影响冷作作硬化的的原因表面层材材料金相相组织的的变化表面层的的残余应应力冷作硬化化产生的的原因产生原因因：机械加工工过程中中由于切切削力的的作用产产生塑性性变形，使晶格格扭曲、畸变，晶粒间间产生剪剪切滑移移，晶粒粒被拉长长及纤维维化，甚甚至出现现碎晶，这些原原因使得得表面层层金属的的硬度和和强度提提高，这这种现象象

46、称为冷冷作硬化化（或强强化）产生的结结果：使得金属属变形抗抗力加大大，塑性性降低，冷作硬硬化之后后得金属属始终处处于高能能位的不不稳定状状态，只只要有可可能就会会向低能能位的稳稳定状态态转变，这种现现象称为为弱化由于金属属在加工工过程中中同时受受到力和和热的作作用，故故加工后后表层金金属的最最后性质质取决于于强化和和弱化综综合作用用的结果果评定冷作作硬化的的指标：表层金属属的显微微硬度硬化层深深度硬化程度度影响冷作作硬化的的原因刀具:刀具的切切削刃口口圆角半半径及后后刀面的的磨损对对冷硬层层的影响响很大。增大两两值，冷冷硬层的的深度及及硬度都都会增加加切削用量量:切削速度度增大，刀具与与工件作作用时间间缩短，会使塑塑性变形形的