机械制造质量分析与控制概述

1、第五章 机械制造质量分析与控制主讲教师：郝敬宾本章的主主要内容容第一节机机械加加工精度度的基本本概念第二节影影响加加工精度度的因素素及其分分析第三节加加工误误差的综综合分析析第四节机机械加加工表面面质量第五节机机械加加工过程程中振动动的基本本概念第五章机机械制制造质量量分析与与控制机械制造造企业的的基本要要求：优质、高高产、低低消耗产品的质量是第一位位的，没没有质量量，高效效率、低低消耗就就失去了了意义。三坐标测量加工精度表面质量要求高第五章机机械制制造质量量分析与与控制机器零件件的加工工质量是整台机机器质量量的基础础评价指标标加工精度度加工表面面质量本章主题题：加工精度度及表面质量量的分析与

2、与控制第一节机机械加加工精度度的基本本概念一、加工工精度和和加工误误差定义加工精度度零件加工工后的实实际几何何参数与与图样规规定的理想几何何参数的符合程度度加工精度度包括尺寸精度度、形状精度度和位置精度度加工误差差零件加工工后的实实际几何何参数对对图样规规定的理想几何何参数的偏离程度度一、加工工精度和和加工误误差加工精度度和加工工误差的的理解：理想几何何参数：对于形状状和位置置，则是是绝对正正确的形形状和位位置，如如绝对的的平面和绝对的的平行等；对于于尺寸而而言，就就是零件件尺寸的的公差带中中心。加工精度度是由零件件图纸或或工艺文文件以公差T给定的，而加工误差差则是零件件加工后后的实际测得得的

3、偏离离值。一般说说，当加工误差差T时，就保保证了加加工精度度。一、加工工精度和和加工误误差加工精度度和加工工误差的的理解：加工精度度和加工误差差这两个概概念是从从两种观观点来评评定零件件几何参参数这个个同一事事物。加工精度度的低和和高就是是通过加加工误差差的大和和小来表表示的。第一节机机械加加工精度度的基本本概念二、加工工经济精精度一般所说说的加工工经济精精度指的的是，在在正常加加工条件件下（采采用符合合质量标标准的设设备、工工艺装备备和标准准技术等等级的工工人，不不延长加加工时间间）所能能保证的的加工精精度。某种加工工方法的的加工经经济精度度不应理理解为某某一个确确定值，而应理理解为一一个范

4、围围，在这这个范围围内都可可以说是是经济的的。成本增加加，加工工误差较较小不明明显误差增大大，加工工最低成成本不变变第一节机机械加加工精度度的基本本概念三、零件件获得加加工精度度的方法法加工精度度包括尺寸精度度、形状精度度和位置精度度形状精度度的获取取方法：轨迹法；成形法法；展成成法位置精度度（平行行度、垂垂直度、同轴度度等）的的获取方方法：装夹方式式和加工工方法尺寸精度度的获取取方法：试切法；定尺寸寸刀具法法；调整整法；自自动控制制法三、零件件获得加加工精度度的方法法获得形状状精度的的方法1)轨迹法：利用切削削运动中中刀具刀尖尖的运动轨迹迹形成被加加工表面面的形状状。这种种加工方方法所能能达

5、到的的精度，主要取取决于这种成形运动动轨迹的的精度。三、零件件获得加加工精度度的方法法获得形状状精度的的方法2)成形法：利用成形形刀具刀刃刃的几何何形状切出工件的形形状。这种方方法所能能达到的的精度，主要取取决于刀刃的形形状精度度和刀具的的装夹精度度。三、零件件获得加加工精度度的方法法获得形状状精度的的方法3)展成法：利用刀具具和工件件作展成切削削运动，刀刃在在被加工工面上的的包络面形成的成形表面面。这种加加工方法法所能达达到的精精度，主主要取决决于机床床展成运运动的传动链精精度与刀具的制造精精度。三、零件件获得加加工精度度的方法法获得位置精度的方方法零件位置置精度的的获得主主要取决决于工件的

6、定定位（装装夹）和加工方法法。多次装夹夹加工时时，有关关表面的的位置精精度依赖赖夹具的的正确定定位来保保证；一次装夹夹加工多多个表面面，各表表面的位位置精度度则依靠靠机床的的精度来来保证。三、零件件获得加加工精度度的方法法获得尺寸寸精度的的方法1)试切法：先试切部分加工工表面，测量后，适当当调整刀具相对对工件的的位置，再试切，再测量，当被加加工尺寸寸达到要要求后，再切削整个个待加工工面。试切测量调整车刀三、零件件获得加加工精度度的方法法获得尺寸寸精度的的方法2)定尺寸刀刀具法：用具有一一定尺寸寸精度的的刀具（如绞刀刀、扩孔孔钻、钻钻头等）来保证被加工工工件尺寸精度度的方法（如钻孔孔）钻头的尺尺

7、寸保证证了加工孔的的尺寸键槽的宽宽度由键键槽铣刀刀尺寸保证证三、零件件获得加加工精度度的方法法获得尺寸寸精度的的方法3)调整法：利用机床床上的定程装置置、对刀装置置或预先调调整好的的刀架，使刀具相对对机床或或夹具满足位置精度度要求，然后加加工一批批工件。该法需需要采用用夹具实现现装夹。三、零件件获得加加工精度度的方法法获得尺寸寸精度的的方法4)自动控制制法：工件达到到要求的的尺寸时时，自动停止止加工。又分自动测量量和数字控制制两种，前前者机床床上具有有自动测测量工件件尺寸的的装置，在达到到要求时时，停止止进刀。后者是是根据预预先编制制好的机机床数控控程序实实现进刀刀的。数控机床自动控制原理框图

8、第二节影影响加加工精度度的因素素及其分分析机械加工工工艺系系统的构构成：机床、夹夹具、刀刀具和工工件。工艺系统统的误差差称为原始误差差。工艺系统统的误差差会复映映到工件件上。原始误差差与加工工误差：加工工艺艺系统误误差是根源，加工误误差是表现；分析原始始误差和和加工误误差之间间的定性性与定量量关系，是保证证和提高高零件加加工精度度的必要要的理论论基础。第二节影影响加加工精度度的因素素及其分分析原始误差差的来源源第二节影影响加加工精度度的因素素及其分分析一、原理理误差产生原因因原理误差差是由于于采用了了近似的的加工运运动或者者近似的的刀具轮轮廓而产产生的加工原理理为了得到到规定的的零件表表面，在

9、在工件和刀具的运动之间间建立的某某种联系车削工件件滚切齿轮轮第二节影影响加加工精度度的因素素及其分分析二、机床床误差机床误差差的三个个方面：机床本身身的制造、磨损和安装静误差：在没有切切削载荷荷的情况况下测得得的各项项误差车床的各各项静误误差：床身导轨轨在垂直面面和水平平面内的的直线度和平行度；主轴轴线对床床身导轨轨的平行行度；主轴的回转精精度；传动链精精度；刀架各溜溜板移动动时，对对主轴轴轴线的平平行度和和垂直度度。第二节影影响加加工精度度的因素素及其分分析二、机床床误差静误差：导轨误差差主轴误差差传动链误误差1.导轨误差差导轨是机机床上确确定各机机床部件件相对位置置关系的基基准，也也是机床

10、床运动的的基准1.导轨误差差误差敏感感方向不同方向向的误差差对加工工误差的的影响是是不同的的，即存存在误差差的敏感感方向原始误差差所引起起的刀刃刃与工件件间的相相对位移移，如果果产生在在加工表面面的法线线方向，则对加加工误差差有直接的影影响；如果产产生在加工表面面的切线线方向，就可以以忽略不计计。把加工工表面的的法向称之为误差的敏敏感方向向。1.导轨误差差车床和磨磨床的床床身导轨轨误差的的三个方方面在垂直面面内的直直线度（弯曲）1.导轨误差差车床和磨磨床的床床身导轨轨误差的的三个方方面在垂直面面内的直直线度（弯曲）在水平面面内的直直线度（弯曲）1.导轨误差差车床和磨磨床的床床身导轨轨误差的的三

11、个方方面在垂直面面内的直直线度（弯曲）在水平面面内的直直线度（弯曲）前后导轨轨的平行行度（扭扭曲）机床导轨轨的几何何精度，不但决决定于它它的制造造精度和和使用的的磨损情情况，而而且还和和机床的的安装情况况有很大关关系1.导轨误差差导轨三项项误差的的常规检检查方法法垂直平面面内的直直线度误误差：采用与导导轨相配配合的桥桥板、水水平仪，在导轨轨纵向上上分段检检测，记记下水平平仪的读读数，画画出曲线线图，再再计算其其误差大大小和判判断凹凸凸程度。前后导轨轨的平行行度误差差：采用桥板板和水平平仪，在在导轨的的几个横横向上检检测，取取其最大大代数差差。水平面内内的直线线度误差差：采用桥板板和准直直仪1.

12、导轨误差差车床导轨轨误差的的简便检查方法法对于车床床而言，导轨垂垂直方向向的原始始误差既既然对加加工误差差的影响响可以忽忽略不计计，因此此可采用用更简单单的方法法。2.主轴误差差主轴回转转精度对于主轴轴的要求求，就是是在运转转的情况况下，能能保持轴心线的位置稳定定不变，也就是是回转精度度实际上主主轴在每每一瞬时时回转轴轴线的空空间位置置都是变变动的，即存在在着回转误差差。运动形式式可分解解为：纯轴向窜窜动纯径向移移动纯角度摆摆动2.主轴误差差不同的加加工方法法，主轴轴回转误误差所引引起的加加工误差差也不同同2.主轴误差差主轴回转转精度的的测量方方法3.传动链误误差3.传动链误误差提高传动动链的

13、传传动精度度的措施施尽可能缩缩短传动动链，减减少误差差源数n。尽可能采采用降速速传动；尽可能能使末端端传动副副采用大大的降速速比；末末端传动动元件应应尽可能能地制造造得精确确些。提高传动动元件的的制造精精度和装装夹精度度，尽可可能地提提高传动动链中升升速传动动元件的的精度。第二节影影响加加工精度度的因素素及其分分析三、调整整误差产生原因因在机械加加工的每每一个工工序中，总是要要进行这这样或那那样的调调整工作作。由于于调整不不可能绝绝对地准准确，也也就带来来了一项项原始误误差，即即调整误差差活塞加工工中工艺艺系统的的调整机床的调调整夹具的调调整刀具的调调整三、调整整误差不同的调调整方式式，有不不

14、同的误误差来源源试切法（三种误误差来源源）度量误差差量具本身身的误差差和使用用条件下下的误差差(如温度影影响，使使用者的的细致程程度)掺入到测测量所得得的读数数之中，在无形形中扩大大了加工工误差；加工余量量的影响响在切削加加工中，刀刃所所能切掉掉的最小小切屑厚厚度是有有一定限限度的，锐利利的刀刃刃可达5m，已钝化化的刀刃刃只能达达到20-50m，切屑厚厚度再小小时刀刃刃就“咬咬”不住住金属而而打滑，光起挤挤压作用用。三、调整整误差不同的调调整方式式，有不不同的误误差来源源试切法（三种误误差来源源）微进给误误差在试切的的最后一一刀时，总是要要微量调调整一下下车刀（或砂轮轮）的径径向进给给量。这这

15、时常会会出现进进给机构构的“爬行”现象，结果刀刀具的实实际径向向移动比比手轮上上转动的的刻度数数要偏大大或偏小小些，以以致难于于控制尺尺寸的精精度，造造成了加加工误差差。避免爬行行的措施施在微量进进给以前前先退出出刀具，然后再再快速引引进刀具具到新的的手轮刻刻度值，中间不不加停顿顿，使进进给机构构滑动面面间不产产生静摩摩擦；轻轻敲击击手轮，用振动动消除静静摩擦三、调整整误差不同的调调整方式式，有不不同的误误差来源源按定程机机构调整整在大批量量生产中中广泛采采用行程程挡块、靠模、凸轮等等机构保保证加工工精度。这时候候，这些些机构的的制造精精度和调调整，以以及与它它们配合合使用离离合器、电气开开关

16、、控控制阀等等的灵敏敏度就成成了影响响误差的的主要因因素；按样件或或样板调调整在大批量量生产中中用多刀刀加工时时，常用用专门样样件来调调整刀刃刃间的相相对位置置，如活活塞槽半半精车和和精车时时就是如如此。第二节影影响加加工精度度的因素素及其分分析四、工艺艺系统受受力变形形对加工工精度的的影响1.现场加工工中工艺艺系统受受力变形形的现象象：在车床上上加工一一根细长轴时，可以以看到在在纵向走走刀过程程中切屑屑的厚度度起了变变化，越到中间间，切屑屑层越薄薄，加工出出来的工工件出现现了两头细中中间粗的的腰鼓形形误差；旧车床上上加工刚性性很好的的工件时时，经过粗粗车一刀刀后，再再要精车车的话，有时候候不

17、但不把把刀架横横向进给给一点，反而要把把它反向向退回一一点，才能保保证精车车时切去去极薄的的一层以以满足加加工精度度和表面面粗糙度度的要求求无进给磨磨削四、工艺艺系统受受力变形形对加工工精度的的影响2.机床部件件刚度及及其特点点在切削力力的作用用下，刀刀具(由于工艺艺系统的的受力变变形)和工件相相对退让让；设让让刀距离离为y，则工艺艺系统在在Y方向的刚刚度是：棒料装在在卡盘中中 ，材材料力学学悬臂梁公公式四、工艺艺系统受受力变形形对加工工精度的的影响2.机床部件件刚度及及其特点点由材料力力学可知知，当载载荷施加加在梁的的中间时时，产生生的弹性性位移为为最大：四、工艺艺系统受受力变形形对加工工精

18、度的的影响2.机床部件件刚度及及其特点点遇到由若干零件件组成的的部件时，刚度度问题就就比较复复杂。采用实验验方法测测刚度四、工艺艺系统受受力变形形对加工工精度的的影响2.机床部件件刚度及及其特点点实验方法法测刚度度1）力和变变形的关关系不是是直线关关系，不不符合虎虎克定律律，这反反映了部部件的变变形不纯纯粹是弹弹性变形形；3）当载荷荷去除后后，变形形恢复不不到起点点，这说说明部件件的变形形不仅有有弹性变变形，而而且还产产生了不不能恢复复的塑性性变形；2）加载曲曲线与卸卸载曲线线不重合合，它们们间包容容的面积积代表了了在加载载卸载的的循环中中所损失失的能量量，也就就是消耗耗在克服服部件内内零件之

19、之间的摩摩擦力和和接触面面塑性变变形所作作的功；4）部件的的实际刚刚度远比比我们想想象的要要小。2.机床部件件刚度及及其特点点影响部件件刚度的的因素（1）接触变变形（零零件与零零件间接接触点的的变形）2.机床部件件刚度及及其特点点影响部件件刚度的的因素（1）接触变变形（零零件与零零件间接接触点的的变形）一般情况况下，表面愈粗粗糙，接接触刚度度愈小，表面宏观观几何形形状误差差愈大，实际接接触面积积愈小，接触刚刚度愈小小；材料硬度度高，屈屈服极限限也高，塑性变变形就小小，接触触刚度就就大；表面纹理理方向相相同时，接触变形形较小，接触刚刚度就大大。2.机床部件件刚度及及其特点点影响部件件刚度的的因素

20、（2）薄弱零件件本身的的变形2.机床部件件刚度及及其特点点影响部件件刚度的的因素（3）间隙的影影响在刚度试试验中如如果在正反两个个方向加载荷，便可发现现间隙对变形的的影响2.机床部件件刚度及及其特点点影响部件件刚度的的因素（4）摩擦的的影响在加载时，零件件与零件件的接触触面间的的摩擦力力阻止变形形的增加加。在卸载时，摩擦擦力又阻止变形形的减少少。在图中中显示出出加载曲线线和卸载载曲线不不相重合合。2.机床部件件刚度及及其特点点影响部件件刚度的的因素（5）施力方方向的影影响2.机床部件件刚度及及其特点点影响部件件刚度的的因素（5）施力方方向的影影响所以刀刃刃在Y方向的实实际位移移，是切切削分力力

21、Fx、Fy、Fz共同作用用的结果果。因此此前面所所述关于于工艺系系统的刚刚度的定定义也需需修改为为：2.机床部件件刚度及及其特点点影响部件件刚度的的因素（5）施力方方向的影影响3.工艺系统统受力变变形对加加工精度度的影响响工艺系统统在受力力情况下下的总位位移是各各个组成成部分位位移y机床、y夹具、y刀具、y工件的迭加：3.工艺系统统受力变变形对加加工精度度的影响响工艺系统统刚度对对加工精精度的影影响（1）由于受受力点位位置的变变化而产产生的工工件形状状误差工艺系统统的刚度度随着受力力点的位位置的变变化而变变化先假定工件短而而粗，刚刚度很高高则工艺系系统的总总位移完完全取决决于机床头尾尾座(包括

22、顶尖尖)和刀架（包括刀刀具)的位移设FA、FB为所引起起的在头头、尾座座处的作作用力，则代入上式式，得到到又因 工艺系统统的总位位移设顶尖间距距离600mm沿工件长长度上工工艺系统统的位移移如下表表0.01350.01180.01070.01030.01040.01110.0125y系统(mm)（尾座处） (工件中间)0(头座处)x工件轴向向最大直直径误差差(鞍形)为：3.工艺系统统受力变变形对加加工精度度的影响响工艺系统统刚度对对加工精精度的影影响（1）由于受受力点位位置的变变化而产产生的工工件形状状误差再假定工件细而而长，刚刚度很低低则工艺系系统的位位移完全全取决于工工件的变变形根据材料料

23、力学的的计算公公式，在在切削点点处的位位移为：仍设工件尺寸寸为则沿工件件长度上上的位移移有如下下表：00.0520.1320.170.1320.0520y系统(mm) (尾座处） (工件中间)0(头座处)x故工件轴轴向最大大直径误误差(鼓形)为比之上面面的误差差要大50倍。综合以上上两例的的分析，可以推推广到一一般情况况，即工工艺系统统的总位位移为图图(a)和图(b)的位移的的迭加：3.工艺系统统受力变变形对加加工精度度的影响响工艺系统统刚度对对加工精精度的影影响（1）由于受受力点位位置的变变化而产产生的工工件形状状误差3.工艺系统统受力变变形对加加工精度度的影响响工艺系统统刚度对对加工精精度

24、的影影响（2）由于切切削力变变化引起起的加工工误差-误差复映映规律加工偏心心毛坯之之后得到到的工件件仍然是是略有偏偏心的。这种现现象在工工艺学中中称为误差复映映试求加工工误差和和毛坯误误差之间间的定量量关系根据切削削原理，切削分分力可表示为为：与刀具几几何形状状以及切切削条件件(刀具材料料及几何何参数、工件材材料及其其强度与与硬度、切削用用量、冷冷却液等等)有关的系系数；、切削深度度、进给给量；、指数在材料硬硬度均匀匀，刀具具几何形形状、切切削条件件和进给给一定时时：（常数）则则对于一般般切刀的的几何形形状：(、)，接近于1由此引起起的工艺艺系统受受力变形形为：由于 令 则 则 上式表示示了加

25、工误差差与毛坯坯误差之之间的比比例关系系，说明了了“误差复映映” 的规规律，定定量地反反映了毛毛坯误差差经加工工所减小小的程度度，称之之为“误差复映映系数”；可以看出出：工艺系统统刚度越越高，越小，也也即是复复映在工工件上的的误差越越小。当加工过程分成几次走刀进行时，每次走刀的复映系数为： 、 、 ，则总的复映系数 由于总总是小于于，复映系系数总是是小于1，经过几几次走刀刀后，降降到到很小的的数值，加工误误差也就就降到允允许的范范围以内内。由以上分分析，可可以把误误差复映映的概念念推广到到下列几几点：每一件毛毛坯的形形状误差差，不论论是圆度、圆圆柱度、同轴度度(偏心、径径向跳动动等)、平直度误

26、误差等都以一一定的复复映系数数复映成成工件的的加工误误差，这这是由于于切削余量量不均匀匀而引起的的；在一般车车削时，只有在在粗加工时用误差差复映规规律估算算加工误误差才有有实际意意义。但但是在工艺系统统刚度低低的场合合下(如镗孔时时杆较细细，车削削时工件件较细长长以及磨磨孔时磨磨杆较细细等)，则误差差复映的的现象比比较明显显，有时时需要从从实际反反映的复复映系数数着手分分析提高高加工精精度的途途径；在大批大大量生产产中，都都是采用用定尺寸调调整法加工的，即刀具在在调整到到一定的的切深后后，就一一件件连连续加工工下去，不再逐逐次试切切，逐次次调整切切深。这这样，对对于一批批尺寸大大小有参参差的毛

27、毛坯而言言，每件件毛坯的的加工余余量都不不一样，由于误误差复映映的结果果，也就就造成了了一批工工件的“尺寸分散散”。3.工艺系统统受力变变形对加加工精度度的影响响工艺系统统刚度对对加工精精度的影影响（3）其它作作用力引引起工艺艺系统受受力变形形的变化化所产生生的加工工误差1）夹紧力力引起的的影响3.工艺系统统受力变变形对加加工精度度的影响响工艺系统统刚度对对加工精精度的影影响（3）其它作作用力引引起工艺艺系统受受力变形形的变化化所产生生的加工工误差1）由于机机床部件件和工件件本身重重量及它它们在移移动中位位置的变变化而引引起的加加工误差差3.工艺系统统受力变变形对加加工精度度的影响响工艺系统统

28、刚度对对加工精精度的影影响（3）其它作作用力引引起工艺艺系统受受力变形形的变化化所产生生的加工工误差1）由于机机床部件件和工件件本身重重量及它它们在移移动中位位置的变变化而引引起的加加工误差差3.工艺系统统受力变变形对加加工精度度的影响响工艺系统统刚度对对加工精精度的影影响当支承在在两个端端点A和B时，自重重引起中中间的最最大变形形量为：当支承在在离两端端的2L/9的D和E时，自重重引起的的两端最最大变形形量为：3.工艺系统统受力变变形对加加工精度度的影响响工艺系统统刚度对对加工精精度的影影响（3）其它作作用力引引起工艺艺系统受受力变形形的变化化所产生生的加工工误差除上述夹夹紧力和和重力外外，

29、传动力和和惯性力力也会使工工艺系统统产生受受力变形形，从而而引起加加工误差差;在高速切切削加工工中，离离心力的的影响不不可忽略略，常常常采用“对重平衡衡”的方法法来消除除不平衡衡的现象象，即在在不平衡衡质量的的反向加加装重块块，使工工件和重重块的离离心力相相等而方方向正好好相反，达到相相互抵消消的效果果;必要时还还须适当当地降低转速速，以减少少离心力力的影响响4.减少工艺艺系统受受力变形形的途径径1）提高工工艺系统统中零件件间的配配合表面面质量，以提高高接触刚刚度。4.减少工艺艺系统受受力变形形的途径径2）设置辅辅助支承承提高部部件刚度度。4.减少工艺艺系统受受力变形形的途径径3）当工件件刚度

30、成成为产生生加工误误差的薄薄弱环节节时，缩缩短切削削力作用用点和支支承点的的距离也也可以提提高工件件的刚度度4.减少工艺艺系统受受力变形形的途径径3）当工件件刚度成成为产生生加工误误差的薄薄弱环节节时，缩缩短切削削力作用用点和支支承点的的距离也也可以提提高工件件的刚度度不用后顶顶尖时(当力作用用在工件件自由端端时)；用后顶尖尖时（当力作作用在工工件中心心时）。4.减少工艺艺系统受受力变形形的途径径3）当工件件刚度成成为产生生加工误误差的薄薄弱环节节时，缩缩短切削削力作用用点和支支承点的的距离也也可以提提高工件件的刚度度五、工艺艺系统热热变形引引起的加加工误差差在机械加加工中，工艺系系统在各各种

31、热源源的影响响下，常常产生复复杂的变变形，破破坏工件件与刀具具的相对位置置和运动的准准确性，造成工工件的加工误差差。热变形对对加工精精度的影影响较大大，特别别是精密加工工和大件加工工中，热变变形所引引起的加加工有时时占到加加工误差差的40%-70%。五、工艺艺系统热热变形引引起的加加工误差差1.工艺系统统的热变变形及其其热源1）电气热热2）传动部部分将发发生摩擦擦热（轴轴承副、齿轮副副、离合合器、导导轨副等等）3）带热的的切屑和和冷却液液落在床床身上。4）环境传传来的热热（室温温的变化化、阳光光的照射射、取暖暖装置的的影响等等）五、工艺艺系统热热变形引引起的加加工误差差2.机床的热热变形及及其

32、对加加工精度度的影响响由于各类类机床的的结构和和工作条条件相差差很大，所以引引起机床床热变形形的热源源和变形形形式也也是多种种多样的的。加工精度度要求很很高或较较高的精精密机床床半自动和和自动机机床床身较长长的机床床五、工艺艺系统热热变形引引起的加加工误差差2.机床的热热变形及及其对加加工精度度的影响响由于各类类机床的的结构和和工作条条件相差差很大，所以引引起机床床热变形形的热源源和变形形形式也也是多种种多样的的。加工精度度要求很很高或较较高的精精密机床床半自动和和自动机机床床身较长长的机床床五、工艺艺系统热热变形引引起的加加工误差差3.减少机床床热变形形对加工工精度影影响的基基本途径径（1）

33、结构措措施1）热对称称结构第二节影影响加加工精度度的因素素及其分分析3.减少机床床热变形形对加工工精度影影响的基基本途径径（1）结构措措施2）在设计计上使关关键件的的热变形形避开加加工误差差的敏感感方向。3.减少机床床热变形形对加工工精度影影响的基基本途径径（1）结构措措施3）合理安安排支承承的位置置3.减少机床床热变形形对加工工精度影影响的基基本途径径（1）结构措措施4）对发热热量大的的热源（如装入入式电动动机、泵泵、油池池、轴承承等）采采用足够够冷却的的措施扩大散热热表面，保证良良好的自自然冷却却条件。使用强制式的的冷却：空气冷冷却、水水冷却、循环润润滑5）隔离热热源可以以从根本本上减少少

34、机床的的热变形形油池(连同油泵泵、阀等等)、冷却液液箱等成成为独立的单单元从机床中中移到外外面以后后，机床的热热变形可可显著地地下降3.减少机床床热变形形对加工工精度影影响的基基本途径径（1）结构措措施6）均衡关关键件的的温升，避免弯弯曲变形形（热补偿法法）3.减少机床床热变形形对加工工精度影影响的基基本途径径（2）工艺措施1）在安装装机床的的区域内内保持恒恒定的环环境温度度均匀安排排车间内加加热器，取暖系系统等的的位置，使热流流的方向向不朝向向机床，以及建建立车间间门斗或或帘幕精密机床床还不应应受到阳光光的直接接照射，以免引引起不均均匀的热热变形2）将精密密机床中中的坐标标镗床、螺纹机机床和

35、齿齿轮机床床等安装装在恒温温室中使使用恒温精度度应严格格控制（一般精精度取1，精密级级0.5，超精密密级为0.01）恒温基数数则可按按季节适适当地加加以变动动3.减少机床床热变形形对加工工精度影影响的基基本途径径（2）工艺措措施3）让机床床在开车车后空转一段段时间，在到达达或接近近热平衡衡后再进进行加工工在加工有有些精密密零件时时，尽管管有不切切削的间间断时间间，但仍仍让机床床空转，以保持机床床的热平平衡。4.刀具的热热变形及及其对加加工精度度的影响响5.工件的热热变形工件在机机械加工工中所产产生的热热变形，主要是是由于切削热的作用。有些大大型零件件同时还还受环境温度度变化的影响（如机床床床身

36、导导轨）。对于车、铣、刨刨、立镗镗、外拉拉削等切切削流畅畅、切削削和刀具具的摩擦擦较小的的情况，大部分分切削热热被切屑屑带走，传入工工件的热热量为10%左右对于钻孔孔，由于于钻头横横刃的挤挤压作用用，切屑屑与排屑屑沟的摩摩擦以及及散热条条件不好好等原因因，钻孔孔是所产产生的热热量约50%进入工件件磨削时，约有84%的磨削热热传入工工件在卧镗铸铸铁工件件时，切切屑几乎乎全部留留在孔内内，传给给切屑的的热量又又传给了了工件四种不同同的加工工方式5.工件的热热变形即使是同一加工工方式，同样的的热量，由于工工件受热热体积不不同，引引起温升的热热变形也不一样样。（薄薄壁件和和实心件件）工件的装夹方式式对

37、工件热热变形也也有影响响工件受热的均均匀与否否，对热变变形的影影响也很很大，若若工件单单面受热热，就容容易产生生弯曲在两死顶顶尖间加加工轴件件，因顶顶尖不能能轴向移移动，则则工件的热热升长受阻导致致两顶尖尖间产生生轴向力力，使工工件弯曲变形形，加工后后呈鞍形形状状误差。内圆磨床床磨短薄薄壁套内内孔时，虽可看看作均匀匀受热，但由于于在夹压点处处的散热热条件好好，该处的的温升较较其它部部分低，故加工工完毕冷冷却后工工件出现现棱圆形的的圆度误误差5.工件的热热变形对于工件受热热均匀情况测得的工件温升为 ，则热伸长 （直径上和长度上)可以按简单的物理公式计算式中：工材料的热膨胀系数，钢材为铸铁为工件在

38、热变形方向上的尺寸5.工件的热热变形对于工件受热热均匀情况精加工磨削丝杠例子：则丝杠的伸长量为：，每磨一次温度就升高约而6级丝杠的螺距累积误差在全长上不允许超过由此可见热变形的严重性若丝杠长度为热变形对对粗精加加工影响响例子：在一台三工位的组合机机床上，第一个个工位是是装卸工件件，第二个个工位是是钻，第三个个工位是是铰孔，钻孔尺尺寸为20mm材料为铸铸铁，钻钻孔时转转速，进给量量温升达，则工件件的孔在在直径上上胀大了了：钻孔完毕毕后接着着铰孔，等到工工件冷下下来一收收缩，误误差就超超过了7级精度的的公差。所以说说在这种种场合下下，粗加加工的工工件变形形就不能能忽视了了。总体来说说，工件件受热均

39、均匀，主主要影响响尺寸精度度5.工件的热热变形5.工件的热热变形对于工件受热热不均匀匀情况，将将产生形状误差差机床导轨轨面的磨磨削例子子M131W型外圆磨磨床导轨轨在磨削削热作用用下，上上下温差差可达3在垂直面面的热变变形达为了保证证磨削精精度，就就不得不不在走过过几个行行程后停车等待待，让周围围的空气气把工件件表面的的热量带带走。5.工件的热热变形减少工件件热变形形对加工工精度影影响的措施在切削区区域施加加充分的的冷却液液；提高切削削速度或或进给量量，使传传入工件件的热量量减少；工件在精精加工前前有充分分时间间间隙，使使它得到到足够的的冷却；勿让刀具具和砂轮轮过分磨磨钝就进进行刃磨磨和修正正

40、，以减减少切削削热和磨磨削热；使工件在在夹紧状状态下有有伸缩的的自由如高速切切削和高高速磨削削如采用弹弹簧后顶顶尖气动后顶顶尖六、内应应力引起起的变形形在主轴和和箱体加加工中，都安排排有时效处理理的工序序，目的是是为了消消除工件件的内应力所谓内应力，指的是是当外部部的载荷荷去除以后，仍仍残存在在工件内内部的应应力。毛坯制造造中产生生的内应应力冷校直带带来的内内应力切削（磨磨削）带带来的内内应力（后续课课程讨论论）内应力是是由于金金属内部部宏观的的或微观观的组织织发生了了不均匀匀的体积积变化而而产生的的。其外外界因素素就来自自热加工工和冷加加工。六、内应应力引起起的变形形毛坯制造造中产生生的内应

41、应力在铸、锻、焊、热热处理等加工过过程中，毛坯各部部分冷热热收缩不不均匀、金相组组织转变变的体积积变化毛坯的内内应力暂暂时处于于相对平平衡的状状态，在在短时期期内还看看不出有有什么变变动。但在切削去某某些表面面部分以后，就就打破了了这种平平衡，内内应力重重新分布布，零件件就明显显地出现了变变形。六、内应应力引起起的变形形毛坯制造造中产生生的内应应力六、内应应力引起起的变形形毛坯制造造中产生生的内应应力六、内应应力引起起的变形形冷校直带带来的内内应力丝杠之类类的细长长轴车削削后，棒棒料在轧轧制中产产生的内内应力要要重新分分布，产生弯曲曲校直力在在校直过过程中对对工件产产生弹性变形形和塑性变形形当

42、外力F去除以后后，弹性性变形与与塑性变变形相互互牵制形形成新的内应应力分布布六、内应应力引起起的变形形冷校直带带来的内内应力七、保证证和提高高加工精精度的途途径1.听其自然然，因势势利导，直接消消除或减减少柔性性工件受受力变形形的方法法细长轴1)进给方向向由卡盘盘指向尾尾座，和和一般车车削法的的进给方方向刚好好相反。七、保证证和提高高加工精精度的途途径1.听其自然然，因势势利导，直接消消除或减减少柔性性工件受受力变形形的方法法细长轴2)采用大进进给量和和大的主主偏角车车刀3)伸缩性的的活顶尖尖使工件件在热伸伸长下有有伸缩的的余地。4)在卡盘一一端的工工件上车车出一个个缩颈部部分，消消除由于于坯

43、料本本身的弯弯曲而在在卡盘强强制夹持持下轴心心线歪斜斜的影响响七、保证证和提高高加工精精度的途途径1.听其自然然，因势势利导，直接消消除或减减少柔性性工件受受力变形形的方法法细长轴七、保证证和提高高加工精精度的途途径1.听其自然然，因势势利导，直接消消除或减减少柔性性工件受受力变形形的方法法薄片零件件七、保证证和提高高加工精精度的途途径1.听其自然然，因势势利导，直接消消除或减减少柔性性工件受受力变形形的方法法薄片零件件七、保证证和提高高加工精精度的途途径2.人为设误误，相反反相成，抵消受受力变形形和传动动误差的的方法七、保证证和提高高加工精精度的途途径2.人为设误误，相反反相成，抵消受受力变

44、形形和传动动误差的的方法七、保证证和提高高加工精精度的途途径2.人为设误误，相反反相成，抵消受受力变形形和传动动误差的的方法车削外圆圆零件时时，为减减小径向向力引起起的变形形，采用用前后双双刀架“对刀”切削，可使径径向切削削力相互互抵消七、保证证和提高高加工精精度的途途径3.缩小范围围，分别别处理，分组控控制定位位误差的的方法通过误差复映映规律，引引起了本本工序尺尺寸误差差和形状状误差的的扩大通过定位误差差的作用，引起了了本工序序各表面面间位置置误差的的扩大采用分组组调整（均分误误差）的的方法七、保证证和提高高加工精精度的途途径4.创造条件件，撇开开干扰，变形转转移和误误差转移移的方法法七、保

45、证证和提高高加工精精度的途途径4.创造条件件，撇开开干扰，变形转转移和误误差转移移的方法法七、保证证和提高高加工精精度的途途径5.确保验收收，把好好最后一一道关，“就地地加工”达到最最终精度度的方法法七、保证证和提高高加工精精度的途途径5.确保验收收，把好好最后一一道关，“就地地加工”达到最最终精度度的方法法七、保证证和提高高加工精精度的途途径6.有比较，才有鉴鉴别，误误差平均均的方法法像研磨加加工一样样通过表表面间相相对研擦擦和磨损损而使误误差不断断减少的的过程，称之为为误差平均均的方法；常利用误误差平均均的方法法来制造造精密零零件，如如：直角角尺、角角度规、多棱体体、分度度盘、标标准丝杠杠

46、等高精精密度的的量具和和工具;误差平均均法的实质是：利用用有密切切联系的的表面相相互比较较，相互互检查，从对比比中找出出差距以以后，或或是相互互纠正(如偶件的的对研)或是互为为基准进进行加工工。七、保证证和提高高加工精精度的途途径7.实时检测测，动态态补偿，偶件自自动配制制和温度度积极控制的方方法主动测量量：在加工工中随时时测量出出工件的的实际尺尺寸(形状、位位置精度度)，随时给给刀具以以附加的的补偿量量以控制制刀具和和工件间间的相对对位置。如：自自动测量量和自动动补偿偶件自动动配磨：将互配配件中的的一件作作为基准准，去控控制另一一件的加加工精度度。积极控制制起决定定性作用用的加工工条件：在某

47、些些复杂精精密零件件的加工工中，针针对起决决定作用用的误差差因素进进行积极极控制，使误差差在很小小的变动动范围以以内。如如：精精密螺纹纹磨床的的自动恒恒温控制制。第三节加加工误误差的综综合分析析一、加工工误差的的性质系统性误误差连续加工工一批零零件时，这类误误差的大大小和方方向保持持不变，或是按按一定的的规律而而变化。前者称称为常值值系统性性误差，后者称称为变值值系统性性误差。随机性误误差在加工一一批零件件中，这这类误差差的大小小和方向向是不规规律地变变化着的的。毛坯坯误差（余量大大小不一一，硬度度不匀等等)的复映、定位误误差（基基准面尺尺寸不一一，间隙隙影响等等)、夹紧误误差（夹夹紧力大大小

48、不一一）、多多次调整整的误差差、内应应力引起起的变形形误差等等等都是是随机性性误差第三节加加工误误差的综综合分析析二、加工工误差的的统计分分析方法法分布曲线线法点图法分布曲线线法例1检查一批批精镗后后的活塞塞销孔直直径（尚尚未采用用滚击法法前的数数据），图纸规规定的尺尺寸及公公差为，抽抽查件数数为100。测量时时发现它它们的尺尺寸是各各不相同同的，这这种现象象称之为为尺寸分分散。把把测量所所得的数数据按尺尺寸大小小分组，每组的的尺寸间间隔为0.002mm，则可列列表如表表5-1所示表5-1活塞销孔孔直径测测量结果果分布曲线线法表中是测测量的工工件数。如果用用每组的的件数或或频率作作为纵坐坐标，

49、以以尺寸范范围的中中点为横横坐标，就可以以作成如如右图所所示的折折线图。分散范围围=最大孔径径-最小孔径径=28.004-27.992=0.012mm分散范围围中心（即平均均孔径）公差范围围中心分布曲线线法实际测量量的结果果表示：一部分工工件已超超出了公公差范围围(占18%)，成了废废品，如如图中阴阴影部分分就表示示了废品品部分。但是，从从图中也也可以看看出，这这批工件件的分散散范围比比公差带带小，但但还是有有18%的工件尺尺寸超出出了公差差上限。分布曲线线法造成这种种结果的的原因是是分散范范围中心心与公差差带中心心不重合合如果能够够设法将将分散中中心调整整到与公公差范围围中心重重合，所所有工

50、件件将全部部合格。镗孔时要要将镗刀刀伸出量量调整得得短一些些才好解决这道道工序的的精度问问题是消消除常值值系统性性误差。例2在无心磨磨床上用用贯穿法法磨削活活塞销，其公差差为，公公差范围围为27.999-27.990=0.009mm。设加工工后量得得的工件件尺寸分分布如图图5-62所示，则则尺寸分分散范围围0.016大于公差差范围0.009，常值系系统误差差为27.9980-27.9945=0.0035mm，即使把把分散范范围中心心调整到到与公差差范围中中心重合合,也还是要要产生不不合格品品的(如图阴影影部分所所示)。活塞销实实际直径径尺寸分分布折线线图实际分布布曲线：在绘制一一批工件件的尺寸

51、寸分布图图时，若若所取的的工件数数量增加加而尺寸寸间隔取取得很小小时，则则作出的的折线图图就非常常接近光光滑的曲曲线，这这就是所所谓实际分布布曲线，如上图图中点划划线所示示。正态分布布曲线：在正常条条件下加加工一批批工件，其尺寸寸分布情情况常和和上述曲曲线相似似。在研研究加工工误差问问题时，我们常常常应用用数理统统计学中中一些“理论分分布曲线线”来近近似地代代替实际际分布曲曲线，这这样做有有很大的的方便和和好处，其中应应用最广广的便是是正态分布布曲线(或称高斯曲线线)，它的方方程式用用概率密密度函数数y(x)来表示：当采用这这个理论论分布曲曲线来代代表加工工尺寸的的实际分分布曲线线时，上上列方

52、程程各个参参数的含含义为：工件尺寸寸；工件平均均尺寸（分散范范围中心心），均方根误误差-1工件总数数（工件件数目应应足够多多，例如如100-200件）正态分布布曲线下下面所包包含的全全部面积积代表了了全部工工件，即即100%，而下图（a）中阴影影部分的的面积F为尺寸从从到到x间的工件件的频率率：在实际计计算时，我们可可以直接接采用前前人已经经作好的的积分表表分布曲线线法实践证明明：在调整好好了的机机床（例例如自动动机床）上加工工，引起起误差的的因素中中没有特特别显著著的因素素，而且且加工情情况正常常（机床床、夹具具、刀具具在良好好的状态态下）则则一批工工件的实实际尺寸寸分布可可以看作作是正态分

53、布布也就是说说，若引引起系统统性误差差的因素素不变，引起随随机性误误差的多多种因素素的作用用都微小小且在数数量级上上大致相相等，则则加工所所得的尺尺寸将按按正态分分布曲线线分布。分布曲线线法正态分布布曲线具具有下列列特点：曲线成钟钟形，中中间高，两边低低。这表表示尺寸寸靠近分分散中心心的工件件占大部部分，而而尺寸远远离分散散中心的的工件是是极少数数 。工件尺寸寸大于和和小于的的同间距距范围内内的频率率是相等等的。分布曲线线法正态分布布曲线具具有下列列特点：表示正态态分布曲曲线形状状的参数数是。如如图(b)所示，越越大，曲曲线越平平坦，尺尺寸越分分散，也也就是加加工精度度越低；越越小，曲线越越陡

54、峭，尺寸越越集中，也就是是加工精精度越高高。从附表中中可以查查出，时时，F=49.865%，2F=99.73%。即工件尺尺寸在以以外外的频率率只占0.27%,可以忽略略不计。因此，一般都都取正态态分布曲曲线的分分散范围围为分布曲线线法正态分布布曲线具具有下列列特点：(或)的概念在在研究加加工误差差问题时时应用很很广，是是一个很很重要的的概念。的的大大小代表表了某一一种加工工方法在在规定的的条件下下(毛坯余量量、切削削用量、正常的的机床、夹具、刀具等等)所能达到到的加工工精度。所以在在一般情情况下我我们应该该使公差差带的宽宽度T和均方根根误差之之间具具有下列列关系:考虑到变变值系统统性误差差(如

55、刀具磨磨损)及其他因因素的影影响，总总是使公公差带的的宽度大大于分布曲线线法在上述检检查活塞塞销孔的的例子中中，由表表5-1所列的测测量数值值来计算算通常就以以作作为为在正常常生产条条件下（一次调调整、同同一机床床、同一一切削用用等）整整批活塞塞销孔的的尺寸分分散范围围。试比比较一下下上面所所抽查100件测量的的结果，尺寸分分散范围围为0.012mm，可见是是颇为接接近的分布曲线线法正态分布布曲线除除了用来来进行加加工误差差性质的的判断外外，还常常常用来来进行工工艺能力力(工序能力力)的计算所谓工艺艺能力是是用工艺艺能力系系数来来表示示的，它它是公差差范围和和实际加加工误差差之比，即即：根据工

56、艺艺能力系系数的的大小小，可以以将工艺艺分为5个等级：为特级，说明工工艺力过过高，不不一定经经济；为一级，说明工工艺能力力足够，可以允允许一定定的波动动；为二级，说明工工艺能力力勉强，必须密密切注意意；为三级，说明工工艺能力力不足，可能出出少量不不 合格格品；为四级，说明工工艺能力力不行，必须加加以改进进。一般情况况下，工工艺能力力不应低低于二级级在机械加加工中，工件实实际尺寸寸的分布布情况，有时也也出现并并不近似似于正态态的分布布。分布曲线线法分布范围围将6除以相对对分布系系数K，即等于于。K值的大小小与分布布曲线的的形状有有关。表表3-3列出了几几种典型型分布曲曲线的K值和值值，称称为相对

57、对不对称称系数。分布曲线线法点图法要点：按加工的的先后顺顺序作出出尺寸的的变化图图，以暴暴露整个个加工过过程中误误差变化化的全貌貌。具体方法法：按工件的的加工顺顺序定期期测量工工件的尺尺寸，以以其序号号为横坐坐标，以以量得的的尺寸为为纵坐标标，则可可得到如如图所示示的点图图。点图法点图的用用法有多多种，下下面主要要阐述点点图在工工艺稳定定性的判判定和工工序质量量控制方方面的应应用。所谓工艺艺的稳定定，从数数理统计计的原理理来说，一个过过程(工序)的质量参参数的总总体分布布，其平平均值和和均方方根差在在整个过过程(工序)中若能保保持不变变，则工工艺是稳稳定的。为了验验证工艺艺的稳定定性，需需要应

58、用用和和两两张张点图。 是将将一批工工件依照照加工顺顺序分成成m个为一组组、第i组的平均均值，共共K组；是是第i组数值的的极差。两张张图常常常合在一一起应用用，通称称为图图(图5-66)。点图法在图图上分别别画出中中心线和和控制线线，控制制线就是是用来判判断工艺艺是否稳稳定的界界限线 图的中心线为图的中心线为图的上控制界限为图的下控制界限为图的上控制界限为图的下控制界限为点图法表5-11正常波动动与异常常波动的的标志与工艺过过程加工工误差分分布图分分析法比比较，点点图分析析法的特特点是：1)所采用的的样本为为顺序小小样本；2)能在工艺艺过程进进行中及及时提供供主动控控制的资资料；3)计算简单单

59、。第四节机机械加加工表面面质量一、概述述机器零件件的机械械加工质质量，除除了加工精度度之外，表面质量量也是极其其重要而而不容忽忽视的一一个方面面。产品品的工作作性能，尤其是是它的可可靠性、耐久性性、在很很大程度度上取决决于其主主要零件件的表面面质量。TDM1150型超精密密车床可可以对直直径最大大为300mm、长度最最大为1500mm、晶体结结构尺寸寸为3mm200mm的成形辊辊筒进行行结构加加工可以以达到4nm5nm的表面光光洁度一、概述述机械加工工的表面面不可能能是理想想的光滑滑表面，而是存存在着表面粗糙糙度、波波度等表面几几何形状状误差以以及划痕、裂裂纹等表面缺缺陷的。表面层层的材料料在

60、加工工时也会会产生物物理性质质的变化化，有些些情况下下还会产产生化学学性质的的变化，该层总总称为加工变质质层一、概述述(1)表面粗糙糙度：表面的的微观几几何形状状误差；(2)波度：介于加工精度度（宏观）和表面粗糙糙度之间的周周期性几几何形状状误差，它主要要是加工工过程中中工艺系系统的振振动所引引起的。1.表面的几几何形状状特性，主要由由以下两两个部分分组成：第四节机机械加加工表面面质量2.表面层的的物理、机械性性能的变变化，主主要有以以下三个个方面的的内容：(1)表面层因因塑性变变形引起起的冷作作硬化；(2)表面层因因切削热热引起的的金相组组织的变变化；(3)表面层中中产生的的残余应应力。二、