第六章 机械加工质量

第六章机械加工质量本章提要

机器零件的加工质量是整台机器质量的基础。机器零件的加工质量一般用机械加工精度和加工表面质量两个重要指标表示，它的高低将直接影响整台机器的使用性能和寿命。内容提纲6.16.26.36.4概述机械加工精度的影响因素及控制加工误差的综合分析机械加工表面质量的影响因素及控制第一节概述机械加工质量包括几何参数方面的质量和表面物理机械参数方面的质量。其中几何参数方面的尺寸精度、宏观几何精度和位置精度属于机械加工精度范畴，而表面物理机械参数方面的质量和微观几何形状精度属于机械加工表面质量范畴。随着机器速度、负载的增高以及自动化生产的需要，对机器性能的要求也不断提高，因此保证机器零件具有更高的加工精度也越显得重要。我们在实际生产中经常遇到和需要解决的工艺问题，多数也是加工精度问题。研究机械加工精度的目的是研究加工系统中各种误差的物理实质，掌握其变化的基本规律，分析工艺系统中各种误差与加工精度之间的关系，寻求提高加工精度的途径，以保征零件的机械加工质量。零件的机械加工表面质量决定了机器的使用性能和延长使用寿命。机械加工表面质量是以机械零件的加工表面和表面层作为分析和研究对象的。第一节概述

加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数的符合程度。

（1）零件的尺寸精度：加工后零件的实际尺寸与零件理想尺寸相符的程度。

（2）零件的形状精度：加工后零件的实际形状与零件理想形状相符的程度。

（3）零件的位置精度：加工后零件的实际位置与零件理想位置相符的程度。第一节概述一、机械加工精度（一）机械加工精度的概念

加工误差：实际加工不可能做得与理想零件完全一致，总会有大小不同的偏差，零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度，称为加工误差。

加工误差的大小表示了加工精度的高低。生产实际中用控制加工误差的方法来保证加工精度。加工精度和加工误差是从两种观点来评定零件几何参数，所谓保证和提高加工精度问题就是限制和降低加工误差问题。第一节概述一、机械加工精度（一）机械加工精度的概念获得工件尺寸精度的方法有：试切法、调整法、定尺寸刀具法、自动控制法1)试切法：调整—试切—测量计算—调整，这样反复几次直到试切尺寸符合要求为止。主要影响因素:测量精度，微进给机构的准确性，刀具的切削性能；可达到很高的精度。第一节概述一、机械加工精度（二）加工精度的获得方法获得工件尺寸精度的方法有：试切法、调整法、定尺寸刀具法、自动控制法第一节概述一、机械加工精度（二）加工精度的获得方法2)调整法：首先调整好刀具与工件的相对位置,并要求在一批零件的加工过程中保持这个位置不变。如多刀机床,六角自动车床等。影响因素与试切法相同，有调整精度和调整装置的刚度等。4)自动控制法:将测量、调整和切削等机构组成一个自动加工系统，工件达到尺寸后，系统自动停止加工。第一节概述一、机械加工精度（二）加工精度的获得方法3)定尺寸刀具法:用刀具尺寸来保证工件尺寸。第一节概述机械加工后的零件表面实际上不是理想的光滑表面，它存在着不同程度的表面粗糙度、冷硬、裂纹等表面缺陷。虽然只有极薄的一层（几微米——几十微米），但都错综复杂地影响着机械零件的耐磨性、抗腐蚀性、配合质量和疲劳强度等，从而影响产品的使用性能和寿命，因此必须加以足够的重视。二、机械加工表面质量（一）表面质量的概念吸附层

<8nm基体材料纤维层压缩区

几十~几百微米热影响区显微硬度残余应力加工表面层沿深度变化示意图残余拉应力(＋)；残余压应力(－)第一节概述二、机械加工表面质量（一）表面质量的概念零件表面质量表面粗糙度表面波度表面物理力学性能的变化表面微观几何形状误差表面层冷作硬化表面层残余应力表面层金相组织的变化机械加工表面质量是指经过机械加工后零件表面层所产生的物理机械性能的变化以及表面层微观几何形状误差，又称为表面完整性，主要包括表面层微观几何形状和表面层物理机械性能。第一节概述二、机械加工表面质量（一）表面质量的概念表面粗糙度：表面微观几何形状误差，其波长与波高的比值在L1/H1＜40的范围内，波距<1mm。由刀刃切削后形成。

表面波度：介于加工精度（宏观几何形状误差L3/H3=1000）和表面粗糙度间的一种带有周期性的几何形状误差，其波长与波高的比值在40＜L2/H2＜1000的范围，波距=1~10mm。由工艺系统的振动引起。

纹理方向：表面刀纹的方向，它取决于表面形成过程中所采用的机械加工方法。

伤痕：加工表面上一些个别位置上出现的缺陷。例如：砂眼、气孔、裂痕等。1、表面层的几何形状第一节概述二、机械加工表面质量（一）表面质量的概念L1范围内的凹凸不平(表面粗糙度)H1L2范围内的凹凸不平(波度)H2平面度H3表面粗糙度和波度1、表面层的几何形状第一节概述二、机械加工表面质量（一）表面质量的概念

表面层冷作硬化(简称冷硬)：在机械加工中,零件表面层产生强烈的冷态塑性变形后,引起的强度和硬度都有所提高的现象。一般情况下表面硬化层的深度可达0.05—0.30mm。

表面层金相组织的变化：机械加工过程中，由于切削热或磨削热的作用引起工件表面温升过高，表面层金属的金相组织发生变化的现象。

表面层残余应力：是由于加工过程中切削变形和切削热的影响，工件表面层产生残余应力。残余拉应力(＋)；残余压应力(－)2、表面层的物理机械性能第一节概述二、机械加工表面质量（一）表面质量的概念零件耐磨性的影响因素：

摩擦副的材料；热处理情况；润滑条件；表面质量(接触面积)。1、表面质量对耐磨性的影响第一节概述二、机械加工表面质量（二）表面质量对零件使用性能的影响零件磨损三个阶段：初期磨损阶段；正常磨损阶段；剧烈磨损阶段磨损过程的基本规律

（1）表面粗糙度对零件耐磨性的影响

表面粗糙度太大和太小都不耐磨表面粗糙度太大，接触表面的实际压强增大，粗糙不平的凸峰相互咬合、挤裂、切断，故磨损加剧；表面粗糙度太小，也会导致磨损加剧。因为表面太光滑，存不住润滑油，接触面间不易形成油膜，容易发生分子粘结而加剧磨损。1、表面质量对耐磨性的影响第一节概述二、机械加工表面质量（二）表面质量对零件使用性能的影响

（1）表面粗糙度对零件耐磨性的影响表面粗糙度的最佳值与机器零件的工作情况有关，载荷加大时，磨损曲线向上、向右移动，最佳表面粗糙度值也随之右移。

初期磨损量与粗糙度的关系1、表面质量对耐磨性的影响第一节概述二、机械加工表面质量（二）表面质量对零件使用性能的影响（2）表面层的冷作硬化对零件耐磨性的影响

加工表面的冷作硬化，一般能提高零件的耐磨性。因为它使磨擦副表面层金属的显微硬度提高，塑性降低，减少了摩擦副接触部分的弹性变形和塑性变形。并非冷作硬化程度越高，耐磨性就越高。这是因为过分的冷作硬化，将引起金属组织过度“疏松”，在相对运动中可能会产生金属剥落，在接触面间形成小颗粒，使零件加速磨损。T7A钢车削后不同冷硬度与耐磨性的关系HB磨损量(μm)1、表面质量对耐磨性的影响第一节概述二、机械加工表面质量（二）表面质量对零件使用性能的影响（3）表面层产生的金相组织变化零件耐磨性的影响

金相组织的变化引起基体材料硬度的变化，进而影响零件的耐磨性。1、表面质量对耐磨性的影响第一节概述二、机械加工表面质量（二）表面质量对零件使用性能的影响（4）表面纹理对耐磨性的影响（1）表面粗糙度对零件疲劳强度的影响

对承受交变载荷零件的疲劳强度影响很大。在交变载荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位、划痕和裂纹等容易引起应力集中，产生疲劳裂纹。

表面粗糙度越大，抗疲劳破坏的能力越差。表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲劳性越好；反之，加工表面越粗糙，表面的纹痕越深，纹底半径越小，其抗疲劳破坏的能力越差。2、表面质量对零件疲劳强度的影响第一节概述二、机械加工表面质量（二）表面质量对零件使用性能的影响（2）表面层冷作硬化与残余应力对零件疲劳强度的影响适度的表面层冷作硬化能提高零件的疲劳强度。残余应力有拉应力和压应力之分:

残余拉应力容易使已加工表面产生裂纹并使其扩展而降低疲劳强度残余压应力则能够部分地抵消工作载荷施加的拉应力，延缓疲劳裂纹的扩展，从而提高零件的疲劳强度。残余拉应力(＋)；残余压应力(－)2、表面质量对零件疲劳强度的影响第一节概述二、机械加工表面质量（二）表面质量对零件使用性能的影响（1）表面粗糙度对零件配合精度的影响

表面粗糙度较大，则降低了配合精度。（2）表面残余应力对零件配合精度的影响

表面层有较大的残余应力，就会影响它们精度的稳定性。3、表面质量对零件配合精度的影响第一节概述二、机械加工表面质量（二）表面质量对零件使用性能的影响（1）表面粗糙度对零件耐腐蚀性能的影响

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，可以提高零件的耐腐蚀性能。（2）表面残余应力对零件耐腐蚀性能的影响

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耐腐蚀性。4、表面质量对零件耐腐蚀性能的影响第一节概述二、机械加工表面质量（二）表面质量对零件使用性能的影响减小表面粗糙度可提高零件的接触刚度、密封性和测量精度；对滑动零件，可降低其摩擦系数，从而减少发热和功率损失。表面层的残余应力会使零件在使用过程中继续变形，失去原来的精度，降低机器的工作质量。5、表面质量对零件其它使用性能的影响第一节概述二、机械加工表面质量（二）表面质量对零件使用性能的影响零件表面质量粗糙度太大、太小都不耐磨适度冷硬能提高耐磨性对疲劳强度的影响对耐磨性的影响对耐腐蚀性能的影响对工作精度的影响粗糙度越大，疲劳强度越差适度冷硬、残余压应力能提高疲劳强度粗糙度越大、工作精度降低残余应力越大，工作精度降低粗糙度越大，耐腐蚀性越差压应力提高耐腐蚀性，拉应力反之则降低耐腐蚀性第一节概述二、机械加工表面质量在机械加工中，零件的尺寸、几何形状和表面间相对位置的形成，取决于工件和刀具在切削运动过程中相互位置的关系。零件的机械加工是在由机床、夹具、刀具和工件组成的系统中进行的。该系统即为工艺系统。工艺系统存在的误差称之为原始误差；原始误差是造成加工误差的根源。原始误差的存在，使工艺系统各组成部分之间的位置关系或速度关系偏离了理想状态，致使加工后的零件产生了加工误差。第二节机械加工精度的影响因素及控制原始误差工艺系统静误差工艺系统动误差调整误差机床误差刀具制造误差夹具误差加工原理误差工件装夹误差工艺系统受力变形刀具磨损残余应力引起变形测量误差工艺系统热变形第二节机械加工精度的影响因素及控制加工前加工中加工后若原始误差是在加工前已存在，即在无切削负荷的情况下检验的，称为工艺系统静误差；若在有切削负荷情况下产生的则称为工艺系统动误差。第二节机械加工精度的影响因素及控制原理误差：是指由于采用了近似的成形运动、近似的刀刃形状等原因而产生的加工误差。车削螺纹，齿轮加工，齿轮滚刀，模数铣刀等机械加工中，采用近似的成形运动或近似的刀刃形状进行加工，虽然会由此产生一定的原理误差，但却可以简化机床结构和减少刀具数，只要加工误差能够控制在允许的制造公差范围内，就可采用近似加工方法。第二节机械加工精度的影响因素及控制一、工艺系统几何误差对加工精度的影响工艺系统的几何误差主要是指机床、夹具、刀具本身在制造时所产生的误差、使用中的调整误差和磨损误差以及工件的定位误差等，这些原始误差将不同程度地反映到被加工工件上，形成零件的加工误差。加工中，刀具相对于工件的成形运动，通常都是通过机床完成的。工件的加工精度在很大程度上取决于机床的精度。机床误差来源有：机床本身的制造、磨损和安装。机床制造误差中对工件加工精度影响较大的误差有：主轴回转误差、导轨误差和传动链误差。第二节机械加工精度的影响因素及控制一、工艺系统几何误差对加工精度的影响（一）机床的几何误差理论上机床主轴回转时，回转轴线的空间位置是固定不变的，即它的瞬时速度为零。而实际主轴系统中存在着各种影响因素，使主轴回转轴线的位置发生变化。主轴回转误差：主轴实际回转轴线对理想回转轴线的最大位置变动量。主轴回转误差分解为径向圆跳动、轴向窜动和角度摆动三种不同形式的误差。（1）主轴回转误差第二节机械加工精度的影响因素及控制一、工艺系统几何误差对加工精度的影响（一）机床的几何误差（1）主轴回转误差第二节机械加工精度的影响因素及控制一、工艺系统几何误差对加工精度的影响（一）机床的几何误差径向圆跳动轴向窜动角度摆动径向跳动:主轴回转轴线相对于平均回转轴线在径向的变动量。车外圆时它使加工面产生圆度和圆柱度误差。产生径向圆跳动误差的主要原因有：主轴支承轴颈的圆度误差、轴承工作表面的圆度误差等。车削或镗削圆柱面时将会造成圆柱度误差，但对加工精度的影响不同。（1）主轴回转误差——径向跳动一、工艺系统几何误差对加工精度的影响（一）机床的几何误差对于工件回转类机床，如车床、外圆磨床等，因切削力的方向不变，主轴回转时作用在支承上的作用力也不变，此时，主轴的支承轴颈的圆度误差影响较大，而轴承孔圆度误差影响较小。(1)主轴回转误差——径向跳动对于刀具回转类机床，如钻床、铣镗床等，切削力的方向随旋转方向改变，此时，主轴的支承轴颈的圆度误差影响较小，而轴承孔圆度误差影响较大。车削时纯径向跳动对加工精度影响例：镗孔时镗杆回转，镗杆中心作某一方向的简谐振动。

车削加工：工件转动0点是工件的理想中心是工件的实际中心车削各点时的半径：1点：R-A2点：R3点：R+A4点：R其直径为2R,工件接近于真圆轴向窜动：主轴回转轴线沿平均回转轴线方向的变动量。（1）主轴回转误差——轴向窜动

车削端面时将造成工件端面的垂直度、平面度误差；车削螺纹时将造成螺距误差。

产生轴向窜动的原因是主轴轴肩端面和推力轴承承载端面对主轴回转轴线有垂直度误差。第二节机械加工精度的影响因素及控制一、工艺系统几何误差对加工精度的影响（一）机床的几何误差角度摆动：主轴回转轴线相对平均回转轴线成一倾斜角度的运动。车削时，它使加工表面产生圆柱度误差和端面的形状误差。（1）主轴回转误差——角度摆动第二节机械加工精度的影响因素及控制一、工艺系统几何误差对加工精度的影响（一）机床的几何误差主轴回转时的纯角度摆动，在车削外圆时仍然可以得到一个圆形工件，但工件是一个圆锥体。在镗床上镗孔时，镗出的孔则为椭圆形。（1）主轴回转误差——角度摆动第二节机械加工精度的影响因素及控制一、工艺系统几何误差对加工精度的影响（一）机床的几何误差

提高主轴及箱体轴承孔的制造精度，选用高精度的轴承，提高主轴部件的装配精度，对主轴部件进行平衡，对滚动轴承进行预紧等，均可提高机床主轴的回转精度。对于车床类，前后轴径的圆度和同轴度影响较大；对于镗床类，前后轴承孔的圆度和同轴度影响较大；（1）主轴回转误差第二节机械加工精度的影响因素及控制一、工艺系统几何误差对加工精度的影响（一）机床的几何误差主轴回转精度的测量方法（1）主轴回转误差第二节机械加工精度的影响因素及控制一、工艺系统几何误差对加工精度的影响（一）机床的几何误差主轴回转误差的基本形式车床上车削镗床上镗削内、外圆端面螺纹孔端面纯径向跳动影响极小无影响圆度误差无影响纯轴向窜动无影响平面度误差垂直度误差螺距误差无影响平面度误差垂直度误差纯角度摆动圆柱度误差影响极小螺距误差圆柱度误差平面度误差（1）主轴回转误差第二节机械加工精度的影响因素及控制一、工艺系统几何误差对加工精度的影响（一）机床的几何误差

1）导轨在水平面内的直线度误差对加工精度的影响导轨是机床中确定各主要部件相对位置关系的基准，也是运动的基准。（2）导轨误差第二节机械加工精度的影响因素及控制一、工艺系统几何误差对加工精度的影响（一）机床的几何误差导轨在水平面内有直线度误差Δy时，在导轨全长上刀具相对于工件的正确位置将产生Δy的偏移量，使工件半径产生ΔR=Δy的误差。导轨在水平面内的直线度误差将直接反映在被加工工件表面的法线方向(误差敏感方向)上，对加工精度的影响最大。误差的敏感方向：

加工误差对加工精度影响最大的方向，为误差的敏感方向。当原始误差方向恰为加工表面法线方向时，引起的加工误差为最大；而当原始误差的方向恰为加工表面的切线方向时，引起的加工误差为最小，通常可以忽略。

1）导轨在水平面内的直线度误差对加工精度的影响（2）导轨误差第二节机械加工精度的影响因素及控制一、工艺系统几何误差对加工精度的影响（一）机床的几何误差

2）导轨在垂直平面内的直线度误差对加工精度的影响导轨在垂直平面内的直线度误差对加工精度影响很小，一般可忽略不计。

（2）导轨误差第二节机械加工精度的影响因素及控制一、工艺系统几何误差对加工精度的影响（一）机床的几何误差

3）导轨间的平行度误差对加工精度的影响（2）导轨误差第二节机械加工精度的影响因素及控制一、工艺系统几何误差对加工精度的影响（一）机床的几何误差

3）导轨间的平行度误差对加工精度的影响当前后导轨在垂直平面内有平行度误差（扭曲误差）时，刀架将产生摆动，刀架沿床身导轨作纵向进给运动时，刀尖的运动轨迹是一条空间曲线，使工件产生圆柱度误差。导轨间在垂直方向有平行度误差时，将使工件与刀具的正确位置在误差敏感方向产生偏移量，使工件半径产生ΔR=Δy的误差，对加工精度影响较大。（2）导轨误差第二节机械加工精度的影响因素及控制一、工艺系统几何误差对加工精度的影响（一）机床的几何误差除了导轨本身的制造误差之外，导轨磨损是造成机床精度下降的主要原因。选用合理的导轨形状和导轨组合形式，采用耐磨合金铸铁导轨、镶钢导轨、贴塑导轨、滚动导轨以及对导轨进行表面淬火处理等措施均可提高导轨的耐磨性。（2）导轨误差第二节机械加工精度的影响因素及控制一、工艺系统几何误差对加工精度的影响（一）机床的几何误差

传动链误差：是指传动链始末两端传动元件相对运动的误差。一般用传动链末端元件的转角误差来衡量。机床传动链误差是影响表面加工精度的主要原因之一。提高传动元件的制造精度和装配精度，减少传动件数，均可减小传动链误差。（3）传动链误差

第二节机械加工精度的影响因素及控制一、工艺系统几何误差对加工精度的影响（一）机床的几何误差若传动齿轮i在某一时刻产生转角误差为Δφi，则它所造成传动链末端元件的转角误差：Δφwi=KiΔφiKi为该轴到末端元件的总传动比，称为误差传递系数，若Ki大于1则误差被扩大；反之，若Ki小于1误差被缩小。各传动件对工件精度影响的总和为：

Δφ∑=∑Δφwi=∑KiΔφi图4-7滚齿机传动系统图减少传动链误差的措施：①尽可能缩短传动链，减少传动元件数目；②提高传动元件、特别是末端元件的制造和装配精度；③消除传动间隙；④采用误差补偿机构或自动补偿装置。第二节机械加工精度的影响因素及控制一、工艺系统几何误差对加工精度的影响（二）工艺系统其他几何误差（1）刀具误差刀具误差对加工精度的影响，根据刀具种类不同而异。一般刀具（如普通车刀）的制造误差对加工精度没有直接影响，定尺寸刀具（如麻花钻）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）的制造和安装误差及磨损主要影响被加工工件表面的形状误差。第二节机械加工精度的影响因素及控制一、工艺系统几何误差对加工精度的影响（二）工艺系统其他几何误差（2）夹具误差夹具的作用是使工件相对于刀具和机床具有正确的位置，因此夹具的误差对工件的位置精度和尺寸精度的加工影响很大。夹具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。夹具磨损将使夹具误差增大，从而使工件的加工误差也相应增大。为了保证工件的加工精度，除了严格保证夹具的制造精度外，必须注意提高夹具易磨损件的耐磨性，当磨损到一定限度后须及时予以更换。第二节机械加工精度的影响因素及控制一、工艺系统几何误差对加工精度的影响（二）工艺系统其他几何误差（3）测量误差测量误差：是工件的测量尺寸与实际尺寸的差值。加工一般精度的零件时，可占工序尺寸公差的1/5～1/10；加工精密零件时，可占工序尺寸公差的1/3左右。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。因此要正确地选择和使用量具，以保证测量精度。

在机械加工过程中，有许多调整工作要做，例如，调整夹具在机床上的位置，调整刀具相对于工件的位置等。

调整误差：由于调整不可能绝对准确，由此产生的误差，称为调整误差。引起调整误差的因素很多，例如调整时所用刻度盘、样板或样件等的制造误差，测量用的仪表、量具本身的误差等。刀具、机床和夹具的调整。第二节机械加工精度的影响因素及控制一、工艺系统几何误差对加工精度的影响（二）工艺系统其他几何误差（4）调整误差调整误差的来源：试切法调整、按定程机构调整、按样件或样板调整1、度量误差2、加工余量的影响切屑厚度小时刀刃“咬”不住金属而打滑，光起挤压作用。精加工时实切尺寸比试切尺寸大，车削轴变小，镗削孔变大。粗加工时，刚好相反（主要考虑受力变形的影响）。3、微进给误差试切最后一刀时，总是要微调一下刀具的径向进给量，出现机构的“爬行”现象，结果刀具的实际径向移动比手轮上转动的刻度值要偏大或偏小，以致难以控制尺寸的精度，造成加工误差。第二节机械加工精度的影响因素及控制一、工艺系统几何误差对加工精度的影响（二）工艺系统其他几何误差按定程机构调整

批量生产中应用的行程档块、靠模、凸轮等机构保证加工精度，机构的制造精度和调整误差。

按样件或样板调整

大批量生产中多刀加工时，用专门样件来调整刀刃间的相对位置。误差的来源：试切法调整、按定程机构调整、按样件或样板调整第二节机械加工精度的影响因素及控制一、工艺系统几何误差对加工精度的影响（二）工艺系统其他几何误差（4）调整误差第二节机械加工精度的影响因素及控制二、工艺系统受力变形对加工精度影响在切削力、传动力、惯性力、加紧力以及重力等的作用下，工艺系统将产生相应的变形（弹性变形和塑性变形）和振动。这种变形和振动，会破坏刀具和工件之间的成型运动和位置关系和速度关系，还影响切削运动的稳定性，从而造成各种加工误差。如车削刚性较差的工件，工件在切削力的作用下会发生变形，加工出的工件出现两头细中间粗的腰鼓形；若工件刚性很好而机床刚性很差，由机床变形引起的“让刀”现象使车出的工件呈两头大，中间小的鞍形。由此可见，工艺系统受力变形是加工中一项很重要的误差来源，它严重地影响工件的加工精度。工艺系统的受力变形通常是弹性变形，一般说来，工艺系统抵抗弹性变形的能力越强，加工精度越高。

机械加工中，工艺系统在外力的作用下，将产生相应变形,使工件产生加工误差。工艺系统在外力作用下产生变形的大小，不仅取决于作用力的大小，还取决于工艺系统的刚度。第二节机械加工精度的影响因素及控制二、工艺系统受力变形对加工精度影响（一）工艺系统刚度工艺系统刚度:误差敏感方向上的切削力Fp与工艺系统在该方向上的变形y的比值，称为工工艺系统刚度KxKx=Fp/y(N/mm)工艺系统在某一位置受力作用产生的变形量y应为工艺系统各组成环节在此位置受该力作用产生的变形量的代数和，即：y系＝y机床＋y刀具＋y夹具＋y工件第二节机械加工精度的影响因素及控制二、工艺系统受力变形对加工精度影响

工艺系统在某一位置受力作用产生的变形量y应为工艺系统各组成环节在此位置受该力作用产生的变形量的代数和，即：y系统＝y机床＋y刀具＋y夹具＋y工件而k系统=Fp/y系统，k机床=Fp/y机床，k刀具=Fp/y刀具，k夹具=Fp/y夹具，k工件=Fp/y工件k系统工艺系统刚度主要取决于薄弱环节的刚度

（一）工艺系统刚度1．受力点位置发生变化引起的工件形状误差

第二节机械加工精度的影响因素及控制二、工艺系统受力变形对加工精度影响（二）工艺系统刚度对加工精度的影响例：若在车床顶尖间加工刚度低的细长杆，则工艺系统的位移取决于工件的变形，其刚度为：在车床顶尖间加工刚度很高的短粗光轴，则工艺系统的总位移取决于机床头/尾座和刀架(包括刀具)的位移。1．受力点位置发生变化引起的工件形状误差

第二节机械加工精度的影响因素及控制二、工艺系统受力变形对加工精度影响（二）工艺系统刚度对加工精度的影响k系统1．受力点位置发生变化引起的工件形状误差

第二节机械加工精度的影响因素及控制二、工艺系统受力变形对加工精度影响（二）工艺系统刚度对加工精度的影响车削具有锥形误差的毛坯，加工表面上必然有锥形误差；待加工表面上有什么样的误差，加工表面上必然也有同样性质的误差。由于工艺系统变形的存在，工件加工前的误差Δ前将以类似的形状反映到加工后的工件，造成加工后误差Δ后，这种现象称为误差复映现象。2．误差复映现象

第二节机械加工精度的影响因素及控制二、工艺系统受力变形对加工精度影响（二）工艺系统刚度对加工精度的影响原因：由于加工余量和材料硬度的变化会造成切削深度的变化，进而造成切削力的变化。变化的切削力作用在工艺系统上，使它的受力变形也发生相应变化。有圆度误差的毛坯加工2．误差复映现象

第二节机械加工精度的影响因素及控制二、工艺系统受力变形对加工精度影响（二）工艺系统刚度对加工精度的影响误差复映系数：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。误差复映系数ε与k系成反比，表明工艺系统刚度愈大，误差复映系数愈小，加工后复映到工件上的误差值就愈小。CFy—径向切削力系数f—进给量YFZ—进给量指数2．误差复映现象

第二节机械加工精度的影响因素及控制二、工艺系统受力变形对加工精度影响（二）工艺系统刚度对加工精度的影响

当工件表面加工精度要求高时，须经多次切削才能达到加工要求。第一次切削的复映系数为ε1；第二次切削的复映系数为ε2；则该加工表面总的复映系数为：ε

=

ε1

ε2

ε3…

因每个复映系数均小于1，故总的复映系数将是一个很小的数值。误差复映规律：工件加工后的误差与加工前相对应，其形状误差相似，这种误差随着走刀次数的增加而减少。如果我们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加工后工件的误差统计值。2．误差复映现象

第二节机械加工精度的影响因素及控制二、工艺系统受力变形对加工精度影响（二）工艺系统刚度对加工精度的影响由于ε<1，所以经过多次走刀，则可能使毛坯误差复映到工件上的误差减少到公差带允许值的范围内。例：一个工艺系统，其误差复映系数为0.25，工件在本工序前的圆度误差0.5mm，为保证本工序0.01mm的形状精度，本工序最少走刀几次？解：0.5×(0.25)n≤0.01解得n=32．误差复映现象

第二节机械加工精度的影响因素及控制二、工艺系统受力变形对加工精度影响（二）工艺系统刚度对加工精度的影响惯性力的影响：与径向跳动相似。3．工艺系统中其他作用力变化产生的加工误差第二节机械加工精度的影响因素及控制二、工艺系统受力变形对加工精度影响（二）工艺系统刚度对加工精度的影响在车床或磨床类机床上加工轴类零件时，常用单爪拨盘带动工件旋转。转动力在拨盘上的每一转中不断改变方向，其在误差敏感的方向的分力有时把工件推向刀具，使实际切削深度增大，有时把工件拉离刀具，使实际切削深度减小，进而引起工件的加工误差。夹紧力的影响3．工艺系统中其他作用力变化产生的加工误差第二节机械加工精度的影响因素及控制二、工艺系统受力变形对加工精度影响（二）工艺系统刚度对加工精度的影响重力的影响3．工艺系统中其他作用力变化产生的加工误差第二节机械加工精度的影响因素及控制二、工艺系统受力变形对加工精度影响（二）工艺系统刚度对加工精度的影响（1）提高工艺系统中零件间的配合表面质量，以提高接触刚度。第二节机械加工精度的影响因素及控制二、工艺系统受力变形对加工精度影响（三）减小工艺系统受力变形的措施通过提高导轨等结合面的刮研质量、形状精度并降低表面粗糙度，都能增加接触面积，有效地提高接触刚度。提高锥孔与锥体、顶尖孔与顶尖之间的接触质量，也能使实际接触面积增加。在接触面预加载荷，能消除接触面之间的间隙，增加接触面积，减小受力后的变形量，增大接触刚度。（2）设置辅助支承提高部件刚度。第二节机械加工精度的影响因素及控制二、工艺系统受力变形对加工精度影响（三）减小工艺系统受力变形的措施在车床加工细长轴时，工件的刚度差，常用中心架来提高工件的刚度。在转塔车床上加工较短的轴类零件时，为增加刀架刚度，常采用导套、导杆等辅助支承来加强刀架的刚度。（3）当工件刚度成为产生加工误差的薄弱环节时，缩短切削力作用点和支承点的距离以提高工件的刚度。第二节机械加工精度的影响因素及控制二、工艺系统受力变形对加工精度影响（三）减小工艺系统受力变形的措施工艺系统在热作用下产生的局部变形，会破坏刀具与工件的正确位置关系，使工件产生加工误差。热变形对加工精度影响较大，特别是在精密加工和大件加工中，热变形所引起的加工误差通常会占到工件加工总误差的40％－70％。随着高精度、高效率及自动化加工技术的发展，工艺系统热变形问题日益突出。第二节机械加工精度的影响因素及控制三、工艺系统受热变形对加工精度的影响1．切削热

切削加工过程中，消耗于切削层弹、塑性变形及刀具与工件、切屑间摩擦的能量，绝大部分转化为切削热。切削热将传入工件、刀具、切屑和周围介质，它是工艺系统中工件和刀具热变形的主要热源。第二节机械加工精度的影响因素及控制三、工艺系统受热变形对加工精度的影响（一）工艺系统的热源

切削速度越高，切屑带走的热量越多，传给工件的热量就越少。在车削加工中，传给工件的热量占总切削热的30％左右；在铣削、刨削加工中，传给工件的热量占总切削热的比例小于30％；在钻削和镗削加工中，因为大量的切屑滞留在所加工孔中，传给工件的热量往往超过50％；磨削加工中传给工件的热量有时多达80％以上，磨削区温度可高达800～1000℃左右。2．摩擦热和动力装置能量损耗发出的热机床运动部件（如轴承、齿轮、导轨等）为克服摩擦所做机械功转变的热量，机床动力装置（如电动机、液压马达等）工作时因能量损耗发出的热，它们是机床热变形的主要热源。3．外部热源主要是指周围环境温度通过空气的对流以及日光、照明灯具、取暖设备等热源通过辐射传到工艺系统的热量。第二节机械加工精度的影响因素及控制三、工艺系统受热变形对加工精度的影响（一）工艺系统的热源1．机床热变形对加工精度的影响

使机床产生热变形的热源主要是摩擦热、传动热和外界热源传入热量。由于机床内部热源分布的不均匀和机床结构的复杂性，机床各部件的温升是各不相同的，机床零部件间会产生不均匀的变形，这就破坏了机床各部件原有的相互位置关系。不同类型的机床，其主要热源各不相同,热变形对加工精度的影响也不相同。第二节机械加工精度的影响因素及控制三、工艺系统受热变形对加工精度的影响（二）工艺系统热变形对加工精度的影响

车床、铣床和钻、镗类机床的主要热源来自主轴箱。车床主轴箱的温升将使主轴升高；由于主轴前轴承的发热量大于后轴承的发热量，故主轴前端比后端高；主轴箱的热量传给床身，还会使床身和导轨向上凸起。磨床通常都有液压传动系统和高速回转的磨头，并使用大量切削液，它们都是磨床的主要热源。第二节机械加工精度的影响因素及控制三、工艺系统受热变形对加工精度的影响（二）工艺系统热变形对加工精度的影响1．机床热变形对加工精度的影响第二节机械加工精度的影响因素及控制三、工艺系统受热变形对加工精度的影响（二）工艺系统热变形对加工精度的影响1．机床热变形对加工精度的影响减少机床热变性对加工精度影响的措施1）结构措施（1）采用热对称结构（2）使热变形发生在无害于加工精度的方向上（3）合理安排支撑的位置（4）采取措施散热冷却减少发热量（5）均衡关键零件的温升，避免弯曲变形（6）隔离热源第二节机械加工精度的影响因素及控制三、工艺系统受热变形对加工精度的影响（二）工艺系统热变形对加工精度的影响1．机床热变形对加工精度的影响减少机床热变性对加工精度影响的措施2）工艺措施（1）在安装机床的区域内保持恒定的环境温度（2）将精密机床安排在恒温室中使用（3）机床达到热平衡后再进行加工第二节机械加工精度的影响因素及控制三、工艺系统受热变形对加工精度的影响（二）工艺系统热变形对加工精度的影响1．机床热变形对加工精度的影响使刀具产生热变形的热源主要是切削热。切削热传入刀具的比例虽然不大（车削时约为5％左右），但由于刀具体积小，热容量小，所以刀具切削部分的温升仍较高。粗加工时，刀具热变形对加工精度的影响一般可以忽略不计；对于加工要求较高的零件，刀具热变形对加工精度的影响较大，将使加工表面产生尺寸误差或形状误差。第二节机械加工精度的影响因素及控制三、工艺系统受热变形对加工精度的影响（二）工艺系统热变形对加工精度的影响2．刀具热变形对加工精度的影响第二节机械加工精度的影响因素及控制三、工艺系统受热变形对加工精度的影响（二）工艺系统热变形对加工精度的影响2．刀具热变形对加工精度的影响措施:1）减少刀具伸出长度；2）采用冷却润滑液：3）改进刀具角度4）合理选用切削用量第二节机械加工精度的影响因素及控制三、工艺系统受热变形对加工精度的影响（二）工艺系统热变形对加工精度的影响2．刀具热变形对加工精度的影响机械加工过程中，使工件产生热变形的热源主要是切削热。对于精密零件，环境温度变化和日光、取暖设备等外部热源对工艺系统的局部辐射等也不容忽视。车削或磨削轴类工件外圆时，可近似看成是均匀受热的情况。工件均匀受热影响工件的尺寸精度，其变形量ΔL（mm）可按下式估算：第二节机械加工精度的影响因素及控制三、工艺系统受热变形对加工精度的影响（二）工艺系统热变形对加工精度的影响3．工件热变形对加工精度的影响

对于精密加工，热变形是一个不容忽视的重要问题。热变形对精密加工件的影响是很大的。磨削加工薄片类工件的平面,就属于不均匀受热的情况，上、下表面间的温差将导致工件中部凸起，加工中凸起部分被切去，冷却后加工表面呈中凹形，产生形状误差。工件凸起量与工件长度上的平方成正比，且工件越薄，工件的凸起量越大。第二节机械加工精度的影响因素及控制三、工艺系统受热变形对加工精度的影响（二）工艺系统热变形对加工精度的影响3．工件热变形对加工精度的影响第二节机械加工精度的影响因素及控制三、工艺系统受热变形对加工精度的影响（二）工艺系统热变形对加工精度的影响3．工件热变形对加工精度的影响在切削区施加充分的冷却液；提高切削速度和进给速度，使传入工件的热量减小；精加工前有充分时间间隙，得到足够的冷却；及时刃磨和修正砂轮，减少切削热；使工件在夹紧状态下有伸缩的自由（弹簧后顶尖，气动后顶尖）“车工怕细长”采用反向走刀（进给）切削——改变进给方向使细长轴在加工过程中受拉力。用大进给量和大主偏角（90~93o）车刀在卡盘一端车出一个缩颈：消除坯料本身弯曲而在卡盘强制夹持下引起的轴线弯斜的影响。第二节机械加工精度的影响因素及控制四、保证和提高加工精度的途径（一）直接消除和减少误差法

误差补偿是指人为地制造出一种新的或者利用原有的一种原始误差去抵消另一种原始误差。例如预加载荷精加工磨床床身导轨；用校正机构提高丝杆车床传动链精度。横向进给机构、操纵箱等部件第二节机械加工精度的影响因素及控制四、保证和提高加工精度的途径（二）误差补偿法配重第二节机械加工精度的影响因素及控制四、保证和提高加工精度的途径（二）误差补偿法误差转移法的实质是将工艺系统的几何误差、受力变形和热变形等转移到不影响加工精度的方向去。由于转塔在使用中经常不断地转来转去，要长期保证六个位置的定位精度是很困难的，所以在一般转塔车床的刀具调整中，都把刀刃的切削基面放在垂直平面内，在生产中成为“立刀”安装法。转塔的转位误差Δ就处于Z的方向上，产生的加工误差Δy就可以忽略不计。第二节机械加工精度的影响因素及控制四、保证和提高加工精度的途径（三）误差转移法第二节机械加工精度的影响因素及控制四、保证和提高加工精度的途径（三）误差转移法误差平均法是利用有密切联系的表面之间的相互比较和相互修正，或者利用互为基准进行加工，以达到很高的加工精度。采用误差平均法可以最大限度地排除机床误差的影响。例如，研磨配合精度要求很高的轴和孔，常用对研的方法，利用误差相互比较、相互消除来达到。所谓对研，就是配偶件的轴和孔互为研具相对研磨。在研磨前有一定的研磨量，其本身的尺寸精度要求不高，在研磨过程中，配合表面相对研擦和磨损的过程，就是两者的误差相互比较和相互修正的过程。再如，三块一组的标准平板，是利用相互对研、配刮的方法加工出来的。因为三个表面能够分别两两密合，只有在都是精确的平面的条件下才有可能。另外还有直尺、角度规、多棱体、标准丝杠等高精度量具和工具，都是利用误差平均法制造出来的。第二节机械加工精度的影响因素及控制四、保证和提高加工精度的途径（四）误差平均法在加工和装配中，有些精度问题牵涉到很多零部件间的相互关系，相当复杂。如果单纯地提高零件精度来满足设计要求，有时不仅困难，甚至不可能达到。此时，若采用就地加工法，就可解决这种难题。例如，就地加工法的要点是要保证部件什么样的位置关系，就在这样的位置关系上利用一个部件装上刀具去加工另一个部件，又称“自干自”。第二节机械加工精度的影响因素及控制四、保证和提高加工精度的途径（五）“就地加工”法例如转塔车床加工转塔上的六个刀架安装孔转塔上六个安装刀具的孔，其轴心线必须保证与机床主轴旋转中心线重合，而六个平面又必须与旋转中心线垂直。如果单独加工转塔上的这些孔和平面，装配时要达到上述要求是困难的，因为其中包含了很复杂的尺寸链关系。因而在实际生产中采用了就地加工法，即在装配之前，这些重要表面不进行精加工，等转塔装配到机床上以后，再在自身机床上对这些空和平面进行精加工。具体方法是在机床主轴上装上镗刀杆和能做径向进给的小刀架，对这些表面进行精加工，便能达到所需要的精度。第二节机械加工精度的影响因素及控制四、保证和提高加工精度的途径（五）“就地加工”法

对变值系统性误差必须采用可变补偿的方法，即所谓的积极控制方法。有三种形式：主动测量：加工过程中随时测量，随时进行误差补偿。偶件自动配磨：以互配件中的一件作为基准去控制另一件的加工精度。积极控制起决定性作用的加工条件：例如精密螺纹磨床的自动恒温控制。第二节机械加工精度的影响因素及控制四、保证和提高加工精度的途径（六）控制误差法“车工怕细长”采用反向走刀（进给）切削——改变进给方向使细长轴在加工过程中受拉力。用大进给量和大主偏角（90~93o）车刀在卡盘一端车出一个缩颈：消除坯料本身弯曲而在卡盘强制夹持下引起的轴线弯斜的影响。第二节机械加工精度的影响因素及控制四、保证和提高加工精度的途径（一）直接消除和减少误差法

误差补偿是指人为地制造出一种新的或者利用原有的一种原始误差去抵消另一种原始误差。例如预加载荷精加工磨床床身导轨；用校正机构提高丝杆车床传动链精度。横向进给机构、操纵箱等部件第二节机械加工精度的影响因素及控制四、保证和提高加工精度的途径（二）误差补偿法配重第二节机械加工精度的影响因素及控制四、保证和提高加工精度的途径（二）误差补偿法误差转移法的实质是将工艺系统的几何误差、受力变形和热变形等转移到不影响加工精度的方向去。由于转塔在使用中经常不断地转来转去，要长期保证六个位置的定位精度是很困难的，所以在一般转塔车床的刀具调整中，都把刀刃的切削基面放在垂直平面内，在生产中成为“立刀”安装法。转塔的转位误差Δ就处于Z的方向上，产生的加工误差Δy就可以忽略不计。第二节机械加工精度的影响因素及控制四、保证和提高加工精度的途径（三）误差转移法第二节机械加工精度的影响因素及控制四、保证和提高加工精度的途径（三）误差转移法误差平均法是利用有密切联系的表面之间的相互比较和相互修正，或者利用互为基准进行加工，以达到很高的加工精度。采用误差平均法可以最大限度地排除机床误差的影响。例如，研磨配合精度要求很高的轴和孔，常用对研的方法，利用误差相互比较、相互消除来达到。所谓对研，就是配偶件的轴和孔互为研具相对研磨。在研磨前有一定的研磨量，其本身的尺寸精度要求不高，在研磨过程中，配合表面相对研擦和磨损的过程，就是两者的误差相互比较和相互修正的过程。再如，三块一组的标准平板，是利用相互对研、配刮的方法加工出来的。因为三个表面能够分别两两密合，只有在都是精确的平面的条件下才有可能。另外还有直尺、角度规、多棱体、标准丝杠等高精度量具和工具，都是利用误差平均法制造出来的。第二节机械加工精度的影响因素及控制四、保证和提高加工精度的途径（四）误差平均法在加工和装配中，有些精度问题牵涉到很多零部件间的相互关系，相当复杂。如果单纯地提高零件精度来满足设计要求，有时不仅困难，甚至不可能达到。此时，若采用就地加工法，就可解决这种难题。例如，就地加工法的要点是要保证部件什么样的位置关系，就在这样的位置关系上利用一个部件装上刀具去加工另一个部件，又称“自干自”。第二节机械加工精度的影响因素及控制四、保证和提高加工精度的途径（五）“就地加工”法例如转塔车床加工转塔上的六个刀架安装孔转塔上六个安装刀具的孔，其轴心线必须保证与机床主轴旋转中心线重合，而六个平面又必须与旋转中心线垂直。如果单独加工转塔上的这些孔和平面，装配时要达到上述要求是困难的，因为其中包含了很复杂的尺寸链关系。因而在实际生产中采用了就地加工法，即在装配之前，这些重要表面不进行精加工，等转塔装配到机床上以后，再在自身机床上对这些空和平面进行精加工。具体方法是在机床主轴上装上镗刀杆和能做径向进给的小刀架，对这些表面进行精加工，便能达到所需要的精度。第二节机械加工精度的影响因素及控制四、保证和提高加工精度的途径（五）“就地加工”法

对变值系统性误差必须采用可变补偿的方法，即所谓的积极控制方法。有三种形式：主动测量：加工过程中随时测量，随时进行误差补偿。偶件自动配磨：以互配件中的一件作为基准去控制另一件的加工精度。积极控制起决定性作用的加工条件：例如精密螺纹磨床的自动恒温控制。第二节机械加工精度的影响因素及控制四、保证和提高加工精度的途径（六）控制误差法第三节加工误差的综合分析一、加工误差的性质按照加工误差的性质，加工误差可分为系统性误差和随机性误差。

系统性误差(包括常值性系统误差和变值性系统误差)

常值性系统误差：在顺序加工一批工件时,加工误差的大小和方向皆不变，此误差称为常值性系统误差。例如原理误差，机床、夹具、刀具和量具等的制造误差，调整误差，工艺系统的静力变形等。

变值性系统误差：在顺序加工一批工件时，按一定规律变化的加工误差，称为变值性系统误差。例如，当刀具处于正常磨损阶段车外圆时，由于车刀尺寸磨损所引起的误差，机床和刀具的热变形等引起的误差。

常值性系统误差与加工顺序无关,变值性系统误差与加工顺序有关。对于常值性系统误差，若能掌握其大小和方向，可以通过调整消除；对于变值性系统误差，若能掌握其大小和方向随时间变化的规律，也可通过采取自动补偿措施加以消除。第三节加工误差的综合分析一、加工误差的性质

系统性误差(包括常值性系统误差和变值性系统误差)

第三节加工误差的综合分析一、加工误差的性质

随机性误差在顺序加工一批工件时，加工误差的大小和方向都是随机变化的，这些误差称为随机性误差。例如，由于加工余量不均匀、材料硬度不均匀等原因引起的加工误差，工件的装夹误差、测量误差和由于内应力重新分布引起的变形误差、定位误差、误差复映、多次调整引起的误差等均属随机性误差。可以通过分析随机性误差的统计规律，对工艺过程进行控制。在实际生产中，影响加工精度的因素很多，工件的加工误差是多因素综合作用的结果，且其中不少因素的作用往往带有随机性。对于一个受多个随机因素综合作用的工艺系统，只有用概率统计的方法分析加工误差，才能得到符合实际的结果。统计分析法就是以生产现场内对许多工件进行检查的结果为基础，运用数理统计的方法去处理这些结果，从中提炼出有规律性的东西，用以找出解决问题的途径。第三节加工误差的综合分析二、加工误差的统计分析法第三节加工误差的综合分析二、加工误差的统计分析法1.分布曲线法活塞销孔直径测量结果组别尺寸范围/mm中点尺寸x/mm组内工件数（m件）频率m/n１27.992-27.99427.99344/100２27.994-27.99627.9951616/100３27.996-37.99827.9973232/100４27.998-28.00027.9993030/100５28.000-28.00228.0011616/100６28.002-28.00428.00322/100

一批活塞销孔，图纸要求尺寸Φ28，对这批销孔精镗后，抽查100件，并按尺寸大小分组，每组的尺寸间隔为0.002，列表如下。实际分布曲线将零件按尺寸大小以一定的间隔范围分成若干组，同一尺寸间隔内的零件数称为频数mi，零件总数n；频率为mi/n。以频数或频率为纵坐标，以零件尺寸为横坐标，画出直方图，进而画成一条折线，即为实际分布曲线。

第三节加工误差的综合分析二、加工误差的统计分析法1.分布曲线法第三节加工误差的综合分析二、加工误差的统计分析法1.分布曲线法1)分散范围=最大孔径-最小孔径=28.004-27.992=0.012mm2)分散范围中心(即平均孔径)==27.99793)公差带中心=28-0.015/2=27.99254)废品率=18%，即尺寸为28.000～28.004的零件的频率。5)系统误差△

st=|分散范围中心-公差带中心|=|27.9979-27.992|=0.0054

6)因分散范围=0.012＜0.015，所以只须设法将分散中心调整到公差带中心，即将镗刀伸出量调小一点（分散中心向右移）。正态分布曲线大量的试验、统计和理论分析表明：当一批工件总数极多，加工的误差是由许多相互独立的随机因素引起的，而且这些误差因素中又都没有任何特殊的倾向，其分布是服从正态分布的。在研究加工误差问题时，常应用数理统计学中一些“理论分布曲线”来近似代替实际分布曲线，其中应用最广的就是正态分布曲线，或称高斯曲线。

第三节加工误差的综合分析二、加工误差的统计分析法1.分布曲线法第三节加工误差的综合分析二、加工误差的统计分析法1.分布曲线法正态分布曲线可用概率密度函数y(x)来表示：x——工件尺寸x——工件平均尺寸/分散范围中心，σ——均方根误差/样本标准差，n——工件总数(工件数目应足够多，如100~200件)第三节加工误差的综合分析二、加工误差的统计分析法1.分布曲线法正态分布曲线

随机误差σ引起尺寸分散，常值系统误差x决定分散带中心位置，而变值系统误差如刀具磨损等则使中心位置随着时间按一定规律移动。正态分布的特点第三节加工误差的综合分析二、加工误差的统计分析法1.分布曲线法

曲线下面包含的全部面积代表全部工件，100％曲线成钟形，中间高，两边低工件尺寸大于和小于的同间距范围内的频率是相等的表示正态分布曲线形状的参数是σ，σ的大小完全由随机误差所决定。正态分布曲线的分散范围为±3σ第三节加工误差的综合分析二、加工误差的统计分析法1.分布曲线法3σ的应用利用正态分布曲线可以分析产品质量；可以判断加工方法是否合适；可以判断废品率的大小，从而指导下一批的生产。(x-x)/σ=z，则当z=3，即x-x=±3σ时，则2F(z)=0.9973，即当x-x=±3σ时，零件出现的概率已达99.73%，在此尺寸范围之外的零件只占0.27%如果代表零件的公差T，则99.73%就代表零件的合格率，0.27%就表示零件的废品率，因此，±3σ=T时，加工一批零件基本上都是合格品了，此时，产品无废品。第三节加工误差的综合分析二、加工误差的统计分析法1.分布曲线法3σ的应用

若工件公差为T，则：当分散中心与公差带中心重合，不产生废品的条件是T≥6σ；当分散中心与公差带中心重合，不产生废品的条件是T≥6σ

＋

2Δ系统

。尺寸过大或过小的废品率均由下式计算：

Q废品率＝0.5—F分布曲线法的作用：

判断加工误差的性质

如果加工过程中没有变值系统误差的影响，那么其尺寸分布应符合正态分布；如果尺寸分散中心与公差带中心重合，则说明不存在常值系统误差，若不重合则两中心之间的距离即常值系统性误差。如果实际尺寸与正态分布有较大出入，说明存在变值系统性误差。

计算合格率和废品率

判断工序的工艺能力能否满足加工精度的要求第三节加工误差的综合分析二、加工误差的统计分析法1.分布曲线法Cp>1.67，特级，工艺能力过高，不一定经济1.67≥Cp>1.33，一级，工艺能力足够，可以允许一定的波动1.33≥Cp>1.00，二级，工艺能力勉强，必须密切注意1.00≥Cp>0.67

，三级，工艺能力不足，可能出少量不合格品0.67≥Cp，四级，工艺能力不行，必须加以改进第三节加工误差的综合分析二、加工误差的统计分析法1.分布曲线法工艺能力：工艺范围与实际加工误差之比：【例题】检查一批在卧式镗床上精镗后的活塞销孔直径。图纸规定尺寸与公差为Φ28

，抽查件数n＝100，分组数k＝6。测量尺寸、分组间隔、频数和频率见左表。求实际分布曲线图、工艺能力及合格率，分析出现废品的原因并提出改进意见。表活塞销孔直径测量结果组尺寸范围组中值xj频数mi频率mi/n127.992～27.99427.99344/100227.994～27.99627.9951616/100327.996～27.99827.9973232/100427.998～28.00027.9993030/100528.000～28.00228.0011616/100628.002～28.00428.00322/100[解]：以组中值xj代替组内零件实际值，绘制实际分布曲线图。分散范围=最大孔径一最小孔径＝28.04－27.992＝0.012mm；样本平均值（又称尺寸分散范围中心即平均孔径）：公差范围中心

常值系统误差分布曲线法的实例第三节加工误差的综合分析第三节加工误差的综合分析二、加工误差的统计分析法1.分布曲线法均方根误差/样本标准差工艺能力系数，，二级工艺能力；废品率：由，查表4-3可得F＝0.3253；所以

实测结果分析：部分工件的尺寸超出了公差范围，有17．47％的废品（实际分布曲线图中阴影部分；这批工件的分散范围0.012mm比公差带0.015mm小，也就是说实际加工能力比图纸要求的要高：Cp＝1.11，即δ＞6σ。只是由于有△系统＝0.0054的存在而产生废品。如果能设法将分散中心调整到公差范围中心，工件就完全合格。具体的调整方法是将镗刀的伸出量调短些，以减少镗刀受力变形产生的加工误差。分布曲线法的实例第三节加工误差的综合分析二、加工误差的统计分析法1.分布曲线法第三节加工误差的综合分析二、加工误差的统计分析法1.分布曲线法例

在两台相同自动车床上加工1000件圆柱销的外圆，直径要求Φ11±0.02，第一台加工500件，尺寸按正态分布，平均值：x1=11.005，σ1=0.04，第二台加工500件，尺寸也按正态分布，其平均值x2=11.015，σ2=0.0025，试分析哪台机床的加工精度高，比较两台机床的废品率。1)依题意画图。2)比较机床精度6σ1=6×0.04=0.24>6σ2=6×0.0025=0.015，故第二台精度高。3）求第一台的废品率由图可知，第一台机床加工的圆柱销，其直径全部落在公差带内，故无废品。第三节加工误差的综合分析二、加工误差的统计分析法1.分布曲线法例

在两台相同自动车床上加工1000件圆柱销的外圆，直径要求Φ11±0.02，第一台加工500件，尺寸按正态分布，平均值：x1=11.005，σ1=0.04，第二台加工500件，尺寸也按正态分布，其平均值x2=11.015，σ2=0.0025，试分析哪台机床的加工精度高，比较两台机床的废品率。4）求第二台的废品率

第二台机床加工的圆柱销，有部分落在公差带外，成为可修复费品。由：

，查表4-3可以求出：Φ(2)=0.4772故废品率=0.5-0.4772=2.28%从图可以看出，第二台机床产生的废品主要原因是刀具调整不当，使得一批工件尺寸分布中心偏大于公差带中心，从而产生可修废品。改进的办法是对第二台机床的车刀重新调整，使之再进刀=(11.015-11)/2=0.0075mm为宜。第三节加工误差的综合分析二、加工误差的统计分析法

没有考虑加工顺序，无法分清变值系统误差和随机误差；必须待全部工件加工完毕后才能进行测量和处理数据，不能暴露出在加工过程进行中误差变化的规律。第三节加工误差的综合分析二、加工误差的统计分析法1.分布曲线法分布曲线法的缺陷：第三节加工误差的综合分析二、加工误差的统计分析法2.点图法点图法：按加工的先后顺序作出尺寸的变化图，以暴露整个加工过程中误差变化的全貌。具体方法：按工件的加工顺序定期测量工件的尺寸，以其序号为横坐标，以量得的尺寸为纵坐标。第三节加工误差的综合分析二、加工误差的统计分析法2.点图法作法：按工件的加工顺序定期测量工件的尺寸，以其序号为横坐标，以量得的尺寸为纵坐标，则可得到左图所示的点图。点图法的作用：第三节加工误差的综合分析二、加工误差的统计分析法2.点图法

工序分析从点图中分解出系统性误差和随机性误差并寻找误差的根源。前者可用点图的顺序平均数法，后者可用相关分析法。控制加工质量工艺验证为了确定准备投产的工艺能否保证加工质量要求或对现行的工艺进行定期、不定期的检查，查明工艺能力和工艺的稳定性。

第四节机械加工表面质量的影响因素及控制一、表面粗糙度的影响因素机械加工中，表面粗糙度形成的原因大致可归纳为几何因素和物理力学因素两个方面。粗糙度的测量方法？参数及数值/um取样长度/mm评定长度/mmRa(轮廓的算术平均偏差)Rz(微观不平度的10点高度)

、Ry(轮廓的最大高度)≥0.008~0.02≥0.025~0.100.080.4>0.02~0.1>0.10~0.500.251.25>0.1~2.0>0.50~10.00.84.0>2.0~10.0>10.0~50.02.512.5>10.0~80.0>50~3208.040.01、切削加工后的表面粗糙度(样板比较法，光切法，干涉法，触针法等)(1)几何因素刀尖圆弧半径rε主偏角kr、副偏角kr′进给量f第四节机械加工表面质量的影响因素及控制一、表面粗糙度的影响因素1、切削加工后的表面粗糙度(2)物理力学因素

被加工材料的性能——塑性变形的影响切削过程中刀具的刃口圆角及后刀面对工件挤压与摩擦而产生塑性变形。与切削机理有关的物理因素——刀瘤和鳞刺的影响第四节机械加工表面质量的影响因素及控制一、表面粗糙度的影响因素1、切削加工后的表面粗糙度(2)物理力学因素第四节机械加工表面质量的影响因素及控制一、表面粗糙度的影响因素1、切削加工后的表面粗糙度鳞刺的产生：切屑在前刀面上的摩擦和冷焊作用造成周期性的停留，代替刀具推挤切削层，造成切削层和工件之间出现撕裂现象。(2)物理力学因素第四节机械加工表面质量的影响因素及控制一、表面粗糙度的影响因素1、切削加工后的表面粗糙度①工件材料的影响

韧性材料：工件材料韧性愈好，金属塑性变形愈大，加工表面愈粗糙。故对中碳钢和低碳钢材料的工件，为改善切削性能，减小表面粗糙度，常在粗加工或精加工前安排正火或调质处理。

脆性材料：加工粗糙度接近理论值。加工脆性材料时，其切削呈碎粒状，由于切屑的崩碎而在加工表面留下许多麻点，使表面粗糙。第四节机械加工表面质量的影响因素及控制一、表面粗糙度的影响因素1、切削加工后的表面粗糙度②切削速度的影响

加工塑性材料时，切削速度对表面粗糙度的影响如图所示。积屑瘤和鳞刺仅在低速时产生。切削速度越高，塑性变形越不充分，表面粗糙度值越小；选择低速宽刀精切和高速精切，可以得到较小的表面粗糙度。加工塑性材料时切削速度对表面粗糙度的影响实线——只考虑塑性变形的影响虚线——考虑刀瘤和鳞刺的影响第四节机械加工表面质量的影响因素及控制一、表面粗糙度的影响因素1、切削加工后的表面粗糙度④其它因素的影响

合理使用冷却润滑液，适当增大刀具的前角，提高刀具的刃磨质量等，均能有效地减小表面粗糙度值。③进给量的影响

减小进给量f固然可以减小表面粗糙度值，但进给量过小，表面粗糙度会有增大的趋势。第四节机械加工表面质量的影响因素及控制一、表面粗糙度的影响因素1、切削加工后的表面粗糙度影响切削加工表面粗糙度的因素刀具几何形状刀具材料、刃磨质量切削用量工件材料残留面积↓→Ra↓前角↑→Ra↓后角↑→摩擦↓→Ra↓刃倾角会影响实际工作前角v↑→Ra↓f↑→Ra↑ap对Ra影响不大，太小会打滑，划伤已加工表面材料塑性↑→Ra↑同样材料晶粒组织大↑→Ra↑，常用正火、调质处理刀具材料强度↑→Ra↓刃磨质量↑→Ra↓冷却、润滑↑→Ra↓第四节机械加工表面质量的影响因素及控制一、表面粗糙度的影响因素工件的磨削表面是由砂轮上大量磨粒刻划出无数极细的刻痕形成的，工件单位面积上通过的砂粒数越多，则刻痕越多，刻痕的等高性越好，表面粗糙度值越小。磨削速度比一般切削速度高得多，且磨粒大多数是负前角，切削刃又不锐利，大多数磨粒在磨削过程中只是对被加工表面挤压，没有切削作用。加工表面在多次挤压下出现沟槽与隆起，又由于磨削时的高温更加剧了塑性变形，故表面粗糙度值增大。第四节机械加工表面质量的影响因素及控制一、表面粗糙度的影响因素2、磨削加工