机械制造工程-第四章

《机械制造工艺基础》主要内容绪论1机械制造过程的基础知识2机械加工质量及其控制4机械加工工艺过程设计5机械的装配工艺6主要内容4.1机械加工质量概述4.2机械加工精度的影响因素4.3机床几何误差及其对加工精度的影响4.4工艺系统受力与受热变形对加工精度的影响4.5工件内应力对加工精度影响4.6加工误差的统计分析机械加工质量及其控制44.7机械加工表面质量第四章机械加工质量及其控制学习要点：掌握机械加工质量内涵（加工精度、表面质量）熟知加工精度（尺寸精度、形状精度和位置精度）的获得方法4.1机械加工质量概述第四章机械加工质量及其控制机械加工质量的内涵4.1机械加工质量概述机械加工后最外层表面与周围环境界面的几何形状误差波度：介于宏观几何形状误差与微观表面粗糙度之间的几何形状误差第四章机械加工质量及其控制机械加工质量的内涵零件加工表面的粗糙度和波度4.1机械加工质量概述波度：波长

，波高H

图4-1零件加工表面的波度与粗糙度第四章机械加工质量及其控制机械加工质量的内涵4.1机械加工质量概述机械加工后，零件一定深度表面层的物理力学性质等方面的质量与基体相比发生的变化，称加工变质层。第四章机械加工质量及其控制机械加工质量的内涵加工变质层的构成情况（P148）4.1机械加工质量概述变质层构成厚度成因吸附层污染层、化合物层、物理化学吸附层、异物嵌入层（积屑瘤碎片、磨粒嵌入）8m外界因素结晶组织变化层（压缩层）非晶体层、微细结晶层、位错密度升高层、孪晶层、便面合金化层、纤维化层、相变层、再结晶层几十至几百微米切削力引起塑性变形应力变质层残余应力层第四章机械加工质量及其控制机械加工质量的内涵4.1机械加工质量概述第四章机械加工质量及其控制加工精度及加工误差零件加工后实际几何参数（尺寸、形状和各表面间相互位置）与理想几何参数（形状、位置无误差，尺寸位于零件图纸规定的公差带中心）的

符合

程度

加工精度

不符合

程度

加工误差4.1机械加工质量概述符合程度高，加工精度高；加工精度高，加工误差小。形状误差应限制在位置公差之内；位置误差应限制在尺寸误差范围之内。第四章机械加工质量及其控制加工精度及加工误差如不作特殊说明，零件的形状误差和位置误差不应大于零件尺寸公差的二分之一。如对零件的形状误差或位置误差有特别要求，应在尺寸公差之外另加标注。4.1机械加工质量概述夹具底板零件，顶面与底面之间的距离尺寸为自由公差，但顶面对底面的平行度误差要求很高，需特别加以标注。第四章机械加工质量及其控制机械加工精度的获得方法尺寸精度（1）试切法（2）调整法（3）定尺寸刀具法零件加工表面尺寸由刀具确定，孔（钻、扩、铰）；键槽（键槽铣刀）；成形刀具（成型表面）（4）自动控制法4.1机械加工质量概述第四章机械加工质量及其控制机械加工精度的获得方法—尺寸精度4.1机械加工质量概述试切法特点：试切+测量+调整效率低，对操作者水平要求高单件、小批生产或高精度零件加工第四章机械加工质量及其控制机械加工精度的获得方法—尺寸精度4.1机械加工质量概述调整法特点：试切好工件/标准样件+对刀装置成批、大量生产第四章机械加工质量及其控制机械加工精度的获得方法—尺寸精度4.1机械加工质量概述自动控制法1-“通”塞规2-“止”塞规3、4-“返回”触杆5-连接杆6-“精磨”触杆7-"停止"触杆第四章机械加工质量及其控制机械加工精度的获得方法尺寸精度（1）试切法（2）调整法（3）定尺寸刀具法零件加工表面尺寸由刀具确定，孔（钻、扩、铰）；键槽（键槽铣刀）；成形刀具（成型表面）（4）自动控制法4.1机械加工质量概述第四章机械加工质量及其控制机械加工精度的获得方法形状精度（1）成形运动法：刀具相对于工件有规律的切削成形运动

例：轨迹法、展成法、相切法和成型刀具法（2）非成形运动法：通过表面形状检验，人工修整加工4.1机械加工质量概述第四章机械加工质量及其控制机械加工精度的获得方法—形状精度4.1机械加工质量概述成形运动法①轨迹法：工件表面的生线（母线和导线）均由轨迹运动生成第四章机械加工质量及其控制机械加工精度的获得方法—形状精度4.1机械加工质量概述成形运动法②成型法：工件的一条生线通过刀刃的形状直接获得第四章机械加工质量及其控制机械加工精度的获得方法—形状精度4.1机械加工质量概述成形运动法③相切法：工件的一条生线是刀刃运动轨迹的包络线第四章机械加工质量及其控制机械加工精度的获得方法—形状精度4.1机械加工质量概述成形运动法范成/展成法：工件的一条生线是刀刃运动轨迹的包络线，且包络线需通过刀具与工件间的范成运动来生成第四章机械加工质量及其控制机械加工精度的获得方法位置精度（1）成形运动法：刀具相对于工件有规律的切削成形运动

例：轨迹法、展成法、相切法和成型刀具法

（2）非成形运动法：通过表面形状检验，人工修整加工例：样板加工

效率低，但当零件形状精度要求很高（高于机床设备所能提供的成形运动精度）时采用4.1机械加工质量概述第四章机械加工质量及其控制机械加工精度的获得方法位置精度（1）一次装夹获得法

零件表面的位置精度在一次装夹中由刀具相对于工件的成形运动位置关系保证（2）多次装夹获得法（3）非成形运动法

人工修整，反复检测、加工

4.1机械加工质量概述第四章机械加工质量及其控制机械加工精度的获得方法—位置精度4.1机械加工质量概述一次装夹车床上一次安装车外圆和端面，则端面相对于外圆表面的垂直度由车床横向溜板运动轨迹与车床主轴回转中心线的垂直度来保证第四章机械加工质量及其控制机械加工精度的获得方法位置精度（1）一次装夹获得法

零件表面的位置精度在一次装夹中由刀具相对于工件的成形运动位置关系保证（2）多次装夹获得法通过刀具相对工件的成形运动与工件定位基准面之间的位置关系来保证零件表面的位置精度（3）非成形运动法

人工修整，反复检测、加工

4.1机械加工质量概述第四章机械加工质量及其控制机械加工精度的获得方法—位置精度4.1机械加工质量概述多次装夹0.1//互为基准，经三次反复加工，保证两平面平行度0.1A

A选择顶尖孔为基准，在调头的两次装夹中统一基准，磨轴上两轴颈，保证两轴颈的同轴度要求。第四章机械加工质量及其控制机械加工精度的获得方法位置精度（1）一次装夹获得法

零件表面的位置精度在一次装夹中由刀具相对于工件的成形运动位置关系保证（2）多次装夹获得法

通过刀具相对工件的成形运动与工件定位基准面之间的位置关系来保证零件表面的位置精度（3）非成形运动法

人工修整，反复检测、加工

4.1机械加工质量概述第四章机械加工质量及其控制4.2机械加工精度的影响因素学习要点：掌握机械加工工艺系统原始误差的概念，掌握工艺系统原始误差对机械加工精度的影响及控制方法，深刻理解和掌握误差敏感方向的概念及其在机械加工精度分析中的应用。第四章机械加工质量及其控制机械加工工艺系统

加工过程中，由机床、夹具、刀具、量具和工件构成的封闭系统称为机械加工工艺系统4.2机械加工精度的影响因素第四章机械加工质量及其控制工艺系统原始误差与工艺系统原始状态有关：零件未加工前工艺系统本身所具有的误差与工艺过程有关：工艺系统原有精度被破坏产生的附加误差因素

4.2机械加工精度的影响因素第四章机械加工质量及其控制工艺系统原始误差4.2机械加工精度的影响因素零件未加工前工艺系统本身所具有的误差第四章机械加工质量及其控制工艺系统原始误差4.2机械加工精度的影响因素工艺系统原有精度被破坏产生的附加误差第四章机械加工质量及其控制误差敏感方向各种原始误差会使刀具和工件之间正确的几何关系遭到破坏，引起加工误差。不同方向的原始误差，对加工误差的影响程度不同。4.2机械加工精度的影响因素第四章机械加工质量及其控制误差敏感方向4.2机械加工精度的影响因素第四章机械加工质量及其控制误差敏感方向各种原始误差会使刀具和工件之间正确的几何关系遭到破坏，引起加工误差。不同方向的原始误差，对加工误差的影响程度不同。当原始误差与工序尺寸方向一致时，原始误差对加工精度的影响最大。4.2机械加工精度的影响因素第四章机械加工质量及其控制误差敏感方向4.2机械加工精度的影响因素

刀尖由A移至A’或A’’导致的工件半径上的误差是一样的，为△R△xxyRA’’ARoOA’例：车削加工，工件回转轴线O，刀尖正确位置A△y设：Ro=25mm，△x=0.1mm则：△R=0.1mm△y=0.1mm则：△R=0.0002mm第四章机械加工质量及其控制误差敏感方向4.2机械加工精度的影响因素△xxyRA’’ARoOA’例：车削加工，工件回转轴线O，刀尖正确位置A△y原始误差的方向在加工表面法线方向时，加工误差最大。原始误差的方向在加工表面切线方向时，加工误差最小，可以忽略不计。影响加工精度最大的方向（即通过刀刃的加工表面的法向）称为误差敏感方向。第四章机械加工质量及其控制学习要点：掌握机床主轴回转精度的概念及对加工精度的影响，了解主轴回转误差产生的原因及提高主轴回转精度的措施；掌握机床导轨导向精度的概念及对加工精度的影响，掌握机床成形运动之间的位置关系精度及其对加工精度的影响，了解提高这些精度的措施。4.3机床几何误差及其对加工精度的影响第四章机械加工质量及其控制机床几何原始误差4.3机床几何误差及其对加工精度的影响基本成形运动自身误差主轴回转误差直线进给运动误差成形运动之间的相对误差纵向进给与主轴轴线不平行纵向、横向进给不垂直nf第四章机械加工质量及其控制4.3机床几何误差及其对加工精度的影响主轴回转精度n主轴O机床主轴作回转运动时，在任一截面上若只有一点O的速度为零，则该点为主轴的回转中心。由于主轴回转误差，回转中心的位置时刻变动，为瞬时回转中心。主轴回转误差是指主轴实际回转线对其理想回转轴线（平均回转轴线，即主轴各瞬时回转轴线的平均位置）的漂移。概念：第四章机械加工质量及其控制4.3机床几何误差及其对加工精度的影响主轴回转精度—形式第四章机械加工质量及其控制4.3机床几何误差及其对加工精度的影响举例：采用滑动轴承时主轴径向跳动分析OO’OO’（a）轴颈不圆（b）轴承孔不圆第四章机械加工质量及其控制4.3机床几何误差及其对加工精度的影响车床：切削力方向不变，主轴轴颈的圆度误差将在回转过程中引起轴线位置产生瞬时变化，造成径向跳动；而轴承内孔有圆度误差时，其影响较小镗床：由于切削力作用方向是变化的，因而当滑动轴承内孔有圆度误差时，将使主轴在回转的过程中产生径向跳动，引起镗孔的圆度误差第四章机械加工质量及其控制主轴径向跳动主要原因--主轴轴承副的制造误差滑动轴承轴颈不圆轴承孔不圆油膜涡动滚动轴承外环与箱体配合质量内环与轴颈配合质量内外环滚道圆度间隙、受力变形滚动体形状不一致4.3机床几何误差及其对加工精度的影响第四章机械加工质量及其控制4.3机床几何误差及其对加工精度的影响主轴回转精度—形式第四章机械加工质量及其控制4.3机床几何误差及其对加工精度的影响举例：止推轴承端面误差对主轴轴向跳动的影响n△=0n△≠0若只有一个端面滚道存在误差，对端面圆跳动影响很小；当两个滚道端面均存在误差时，才会引起较大的跳动量第四章机械加工质量及其控制主轴轴向窜动主要原因滚动轴承止推轴承两个滚道与轴线的垂直度误差滚动体的形状误差和尺寸一致性滑动轴承主轴轴颈的轴向承载面或主轴轴承的承载端面与主轴回转轴线之间的垂直度误差4.3机床几何误差及其对加工精度的影响第四章机械加工质量及其控制主轴回转误差对加工精度的影响（考虑误差敏感方向）主轴径向跳动回转面加工：圆度误差

eg：车床上车外圆、镗孔镗床上镗孔平面加工：平面度误差

eg：卧式铣床上铣平面4.3机床几何误差及其对加工精度的影响△n△n第四章机械加工质量及其控制主轴回转误差对加工精度的影响（考虑误差敏感方向）主轴轴向跳动端面加工（车、镗）平面度误差端面相对于内外圆的垂直度误差螺纹加工：螺距误差

4.3机床几何误差及其对加工精度的影响△а第四章机械加工质量及其控制主轴回转误差对加工精度的影响（考虑误差敏感方向）主轴角度摆动主轴角度摆动对加工误差的影响与主轴径向跳动对加工误差的影响相似，主要区别在于主轴的角度摆动不仅影响工件加工表面的圆度误差，而且影响工件加工表面的圆柱度误差4.3机床几何误差及其对加工精度的影响△圆柱只有圆柱度误差，没有圆度误差△圆柱既有圆柱度误差，又有圆度误差△圆第四章机械加工质量及其控制4.3机床几何误差及其对加工精度的影响直线运动精度概念：机床的直线运动精度主要是指导轨的导向精度导轨制造精度导轨在水平面内的直线度导轨在垂直面内的直线度双导轨在垂直方向的平行度导轨与工作台之间的接触精度导致刀尖相对于工件的位置变化从而影响加工精度第四章机械加工质量及其控制4.3机床几何误差及其对加工精度的影响导轨在水平面内有直线度误差△x△x△x刀尖相对于工件回转轴线在加工表面的法线方向（加工误差敏感方向）产生位移；位移量等于导轨的直线度误差；刀尖在水平面内的运动轨迹不是一条直线，造成工件的轴向形状误差（圆柱度误差）第四章机械加工质量及其控制4.3机床几何误差及其对加工精度的影响导轨在垂直面内有直线度误差△y△y△y刀尖相对于工件回转轴线在加工表面的切线方向（加工误差非敏感方向）产生位移；位移量等于导轨的直线度误差；刀尖在水平面内的运动轨迹也不是一条直线，造成工件的轴向形状误差（圆柱度误差）第四章机械加工质量及其控制4.3机床几何误差及其对加工精度的影响前后导轨扭曲△nBаH△n△R工作台在运动过程中产生摆动刀尖运动轨迹为一条空间曲线，产生加工误差（圆柱度误差）第四章机械加工质量及其控制4.3机床几何误差及其对加工精度的影响例：车床H/B=2/3

△n影响很大第四章机械加工质量及其控制4.3机床几何误差及其对加工精度的影响相互位置误差成形运动间相对位置误差的影响车床纵向导轨与主轴在水平面内有平行度误差例：导轨与主轴平行度误差：

Hx（eg：2/300mm）工件直径差：

△D=2×L×Hx主轴n导轨fL俯视图上导轨与主轴不平行圆锥形第四章机械加工质量及其控制4.3机床几何误差及其对加工精度的影响相互位置误差成形运动间相对位置误差的影响车床纵向导轨与主轴在垂直面内有平行度误差正视图上导轨与主轴不平行n主轴导轨OBAfABO鞍形（轴剖面内为双曲线）例：导轨与主轴平行度误差：Hy

工件直径差：△D=Hy2/Ro第四章机械加工质量及其控制4.3机床几何误差及其对加工精度的影响相互位置误差成形运动间相对位置误差的影响车床横向导轨与主轴轴线有垂直度误差工件端面产生内凹或外凸的平面度误差例：横向导轨与主轴夹角：

平面度误差：△=(d/2)*tan(

)nfα△第四章机械加工质量及其控制4.3机床几何误差及其对加工精度的影响成形运动间相对位置误差的影响设在卧式镗床上镗孔，已知镗床主轴轴线与纵向导轨有平行度误差，请分析下面两种情况下产生的加工误差：（1）镗杆进给（2）工件进给ff思考题第四章机械加工质量及其控制4.3机床几何误差及其对加工精度的影响成形运动间相对位置误差的影响

nf

AAdc/2dc

cos

dcdc/2卧式镗床上工件进给镗孔：镗杆回转轴线与纵向导轨不平行(dc/2)

cos

第四章机械加工质量及其控制4.3机床几何误差及其对加工精度的影响成形运动间相对位置误差的影响

加工后内孔呈椭圆形，圆度误差为

=dc(1-cos)/2式中dc--刀尖回转直径因为

很小，所以：

cos=1-2/2故可得：=dc

2/4

卧式镗床上工件进给镗孔：镗杆回转轴线与纵向导轨不平行fn第四章机械加工质量及其控制4.3机床几何误差及其对加工精度的影响成形运动间相对位置误差的影响

nf

AAdc/2dc/cos

dc卧式镗床上镗杆进给镗孔:若镗杆回转轴线与纵向导轨不平行第四章机械加工质量及其控制学习要点：掌握工艺系统刚度的概念及其对加工精度的影响，重点掌握切削力作用点位置变化和切削力大小变化对加工形状精度的影响；掌握误差复映的概念；了解影响工艺系统刚度的因素及减小工艺系统受力变形对加工精度影响的措施。了解工艺系统的热源，掌握工艺系统热变形的规律和特点和工艺系统热变形对加工精度的影响，了解控制工艺系统热变形的措施。

4.4工艺系统受力与受热变形对加工精度的影响第四章机械加工质量及其控制4.4工艺系统受力与受热变形对加工精度的影响受力变形材料力学中受力变形工艺系统受力变形xFLy在切削力Fp作用下，工件、前后顶尖、刀架都产生变形yyHxyTyB-MyW-MFpMM第四章机械加工质量及其控制4.4工艺系统受力与受热变形对加工精度的影响工艺系统受力变形假设切削力作用点位于距前顶尖为x的截面M-M上。工艺系统在截面M-M上的总变形：yyHxyTyB-MyW-MFpMMABCxL第四章机械加工质量及其控制4.4工艺系统受力与受热变形对加工精度的影响部件受力变形M-M处变形床头尾架刀架工件yyHxyTyB-MyW-MFpMMABCxL第四章机械加工质量及其控制4.4工艺系统受力与受热变形对加工精度的影响工艺系统刚度部件受力变形M-M处变形床头尾架刀架工件工件是单一零件，它的刚度可以利用材料力学公式求出；床头箱、尾架、刀架都是由若干零件装配组成的部件，它们的刚度无法直接计算，须通过实验的方法获得（对部件施加力，记录力及变形量，通过作图法求刚度）。第四章机械加工质量及其控制4.4工艺系统受力与受热变形对加工精度的影响工艺系统受力变形工艺系统在M-M处刚度yyHxyTyB-MyW-MFpMMABCxL第四章机械加工质量及其控制4.4工艺系统受力与受热变形对加工精度的影响切削力大小不变，但切削力作用点位置变化引起加工误差位置不同刚度不同变形不同圆柱度误差工件刚度大、机床刚度小；工件刚度小、机床刚度大；第四章机械加工质量及其控制4.4工艺系统受力与受热变形对加工精度的影响工件刚度大、机床刚度小

（短粗轴）

工件变形忽略不计；加工误差以机床受力变形为主车外圆时，工件呈鞍形第四章机械加工质量及其控制4.4工艺系统受力与受热变形对加工精度的影响工件刚度大、机床刚度小

（短粗轴）

工件变形忽略不计；加工误差以机床受力变形为主车外圆时，工件呈鞍形第四章机械加工质量及其控制4.4工艺系统受力与受热变形对加工精度的影响切削力大小不变，但切削力作用点位置变化引起加工误差位置不同刚度不同变形不同圆柱度误差工件刚度大、机床刚度小；工件刚度小、机床刚度大；第四章机械加工质量及其控制4.4工艺系统受力与受热变形对加工精度的影响工件刚度小、机床刚度大（细长轴）机床变形可忽略不计；加工误差以工件受力变形为主车外圆时，工件呈鼓形第四章机械加工质量及其控制切削力作用点位置不变，但切削力大小变化引起加工误差4.4工艺系统受力与受热变形对加工精度的影响第四章机械加工质量及其控制切削力作用点位置不变，但切削力大小变化引起加工误差4.4工艺系统受力与受热变形对加工精度的影响工件加工过程中，加工余量不均或工件材料硬度不均等，都将引起切削力的改变，使工艺系统的变形发生变化，造成加工误差第四章机械加工质量及其控制4.4工艺系统受力与受热变形对加工精度的影响切削力大小变化引起加工误差车床上车轴，毛坯为自由锻件，有圆度误差（例如椭圆形）。为加工出直径为do的轴，调好刀具位置。加工过程中切削深度变化最大切深：ap1

最小切深：ap2ap1ys1ap2ys2毛坯希望加工的零件表面实际获得的零件表面do第四章机械加工质量及其控制4.4工艺系统受力与受热变形对加工精度的影响切削力大小变化引起加工误差ap1ys1ap2ys2毛坯希望加工的零件表面实际获得的零件表面do第四章机械加工质量及其控制4.4工艺系统受力与受热变形对加工精度的影响切削力大小变化引起加工误差毛坯的椭圆形误差以一定比例反映到加工后的工件表面上ap1ys1ap2ys2毛坯希望加工的零件表面实际获得的零件表面do第四章机械加工质量及其控制切削力作用点位置不变，但切削力大小变化引起加工误差4.4工艺系统受力与受热变形对加工精度的影响由于工艺系统的受力变形，工件加工前的误差以类似的形状反映到加工后的工件上去，造成加工后的误差，这种现象称为误差复映。第四章机械加工质量及其控制切削力作用点位置不变，但切削力大小变化引起加工误差4.4工艺系统受力与受热变形对加工精度的影响由于工艺系统的受力变形，工件加工前的误差（△B）以类似的形状反映到加工后的工件上去，造成加工后的误差（△W），这种现象称为误差复映。误差复映的程度通常以误差复映系数（ε）表示。第四章机械加工质量及其控制误差复映规律小结毛坯的任何形状、位置误差都会复映给零件，使加工后的零件存在加工误差；成批大量生产中用调整法加工一批工件时，如果毛坯尺寸一致性差，加工后这批工件还会存在尺寸一致性问题。0<ε<1，且与系统刚度成反比。系统刚度差时，通过增加走刀次数来减小误差复映引起的加工误差。4.4工艺系统受力与受热变形对加工精度的影响第四章机械加工质量及其控制减小工艺系统受力变形的途径提高工艺系统刚度设计机床、夹具、刀具有足够的刚度提高工件在加工中的刚度提高刀具在加工中的刚度合理选择刀具角度，减小背分力Fp（法向切削力）4.4工艺系统受力与受热变形对加工精度的影响第四章机械加工质量及其控制4.4工艺系统受力与受热变形对加工精度的影响机床结构演化第四章机械加工质量及其控制4.4工艺系统受力与受热变形对加工精度的影响毛坯夹紧后镗孔后松开后提高工件在加工中的刚度：薄壁套夹紧变形第四章机械加工质量及其控制4.4工艺系统受力与受热变形对加工精度的影响提高工件在加工中的刚度：薄壁套夹紧变形采用专用卡爪或开口过渡环，使得夹紧力均匀，减小夹紧变形专用卡爪开口过渡环第四章机械加工质量及其控制4.4工艺系统受力与受热变形对加工精度的影响提高工件在加工中的刚度：薄壁套夹紧变形第四章机械加工质量及其控制4.4工艺系统受力与受热变形对加工精度的影响提高工件在加工中的刚度：

卧式铣床上铣削角铁形零件第四章机械加工质量及其控制4.4工艺系统受力与受热变形对加工精度的影响提高工件在加工中的刚度：跟刀架、中心架中心架支承车削细长轴（1）可分段切削的工件（2）毛坯中部车出一段支承中心架支承爪的沟槽，其表面粗糙及圆柱误差要小，并在支承爪与工件接触处经常加润滑油。（3）车削前应将工件轴线调整到与机床主轴回转中心同轴。

第四章机械加工质量及其控制4.4工艺系统受力与受热变形对加工精度的影响提高工件在加工中的刚度：跟刀架、中心架跟刀架支撑对不适宜调头车削的细长轴

第四章机械加工质量及其控制4.4工艺系统受力与受热变形对加工精度的影响提高刀具在加工中的刚度：

增设附加支承钻模、镗模工件钻头钻模板钻套nf第四章机械加工质量及其控制4.4工艺系统受力与受热变形对加工精度的影响提高刀具在加工中的刚度：

增设附加支承钻模、镗模第四章机械加工质量及其控制减小工艺系统受力变形的途径提高工艺系统刚度设计机床、夹具、刀具有足够的刚度提高工件在加工中的刚度提高刀具在加工中的刚度合理选择刀具角度，减小背分力Fp（法向切削力）eg:车细长轴时，应选择较大主偏角（75º~90º）的车刀，减小背分力4.4工艺系统受力与受热变形对加工精度的影响切削平面与进给平面的夹角，在基面内测量。or，主切削刃与进给方向的夹角krvf第四章机械加工质量及其控制受热变形工艺系统热源内部热源动力源（电机、液压系统）产生热量传动系统摩擦生热切削过程产生热量（车削30%、钻削50%、磨削80%切削热传递给工件）外部热源阳光、照明、取暖设备精密机床要求恒温环境4.4工艺系统受力与受热变形对加工精度的影响第四章机械加工质量及其控制受热变形工艺系统热源受热变形影响机床热变形的影响工件热变形的影响刀具热变形的影响4.4工艺系统受力与受热变形对加工精度的影响第四章机械加工质量及其控制受热变形受热变形影响—机床机床体积大，热容量大，达到热平衡的时间长；机床各部分受热变形不均匀，破坏原有的位置精度。车、铣、镗床：主轴箱发热；磨床：磨头轴承和液压系统龙门刨床、导轨磨床等大型机床：床身较长，导轨面与底面间有温差4.4工艺系统受力与受热变形对加工精度的影响第四章机械加工质量及其控制受热变形受热变形影响—机床4.4工艺系统受力与受热变形对加工精度的影响车床立式铣床第四章机械加工质量及其控制受热变形受热变形影响—机床4.4工艺系统受力与受热变形对加工精度的影响外圆磨床导轨磨床第四章机械加工质量及其控制受热变形受热变形影响—工件热胀冷缩产生尺寸误差

车磨轴类零件的热伸长公式受热不均匀（p137~138）4.4工艺系统受力与受热变形对加工精度的影响加工中加工后第四章机械加工质量及其控制受热变形受热变形影响—刀具4.4工艺系统受力与受热变形对加工精度的影响刀具热变形影响曲线A：车刀热伸长曲线B：车刀冷缩短曲线C：加工一批短小轴件的刀具热伸长曲线tm：加工时间ts：装卸时间第四章机械加工质量及其控制控制工艺系统热变形的措施减少热量产生和传入加强散热能力均衡温度场控制环境温度：恒温室热补偿措施4.4工艺系统受力与受热变形对加工精度的影响结构上：隔离电机、液压系统等热源缩短传动链，减少摩擦生热正确选择切削用量、磨削用量及时刃磨刀具、修整砂轮采用高效冷却方式（喷雾冷却、冷冻机强制冷却）机床结构设计：热对称结构、热补偿结构热变形发生在误差非敏感方向预热eg：精密丝杠磨削，利用公式求工件热伸长引起的螺距误差，采用校正机构，改变切削参数第四章机械加工质量及其控制控制工艺系统热变形的措施4.4工艺系统受力与受热变形对加工精度的影响牛头刨滑枕截面结构（a）由于导轨面的高速滑动，摩擦生热，使滑枕上冷下热，产生弯曲变形。（b）若将导轨布置在截面中间，使滑枕截面上下对称，就可大大地减小其弯曲变形。这种结构常被称为热对称结构。第四章机械加工质量及其控制控制工艺系统热变形的措施4.4工艺系统受力与受热变形对加工精度的影响外圆磨床横向进给传动

右图中控制砂轮架横向位置的丝扛长度比左图的短，热变形造成丝杠的螺距累积误差要小，所以右图砂轮的定位精度高。

第四章机械加工质量及其控制工件内应力外部载荷去除后仍残存在工件内部的应力为内应力内应力是由于材料内部宏观或微观的组织发生不均匀的体积变化而造成内应力往往处于一种不稳定的平衡状态。在外部因素作用下，内应力重新分配，工件变形，破坏原有的加工精度。4.5工件内应力对加工精度影响第四章机械加工质量及其控制4.5工件内应力对加工精度影响第四章机械加工质量及其控制减小工件内应力的措施合理设计工件结构：各部壁厚均匀，结构对称采取热处理措施铸、锻、焊接零件毛坯在加工前安排时效、退火和回火；重要零件加工过程中安排时效：粗、精加工之间安排时效采取喷丸、振动等措施4.5工件内应力对加工精度影响第四章机械加工质量及其控制学习要点：掌握加工误差的统计性质掌握加工误差的分布图分析方法和点图分析方法4.6加工误差的统计分析第四章机械加工质量及其控制4.6加工误差的统计分析加工误差性质--按照加工误差出现的规律系统误差常值系统误差----误差大小、方向不变

eg：原理误差、调整误差等变值系统误差----误差大小、方向随加工顺序按一定规律变化

eg:机床热平衡前的热变形、刀具磨损随机误差----误差大小和方向变化无规律

eg：毛坯的余量大小不一致或硬度不均匀、工件安装误差第四章机械加工质量及其控制4.6加工误差的统计分析加工误差性质--按照加工误差出现的规律系统误差常值系统误差----误差大小、方向不变

调整消除变值系统误差----误差大小、方向随加工顺序按一定规律变化补偿消除随机误差----误差大小和方向变化无规律只能设法减小，无法消除第四章机械加工质量及其控制4.6加工误差的统计分析加工误差分布规律正态分布平顶分布偏态分布双峰分布无变值系统误差，仅有常值系统误差和随机误差时出现可利用正态分布的数理统计分析方法分析有明显变值系统误差（如刀具磨损），使得正态分布曲线中心随时间平移人为因素控制，例如：试切法法加工外圆/内孔，主观上使外圆直径宁大勿小，内孔直径宁小勿大，造成偏态分布两台机床加工一批工件，调整尺寸不同第四章机械加工质量及其控制4.6加工误差的统计分析加工误差统计分析方法统计分析法：以现场观察与实际测量的数据为依据，应用概率论和统计学原理，以确定一定加工条件下，一批零件加工误差的大小及其分布情况。目的：将系统误差和随机误差分开，找出加工误差产生的主要原因，以便采取措施，提高零件加工精度第四章机械加工质量及其控制4.6加工误差的统计分析加工误差统计分析方法-类型分布曲线法

将数理统计中分析随机误差的正态分布曲线法用于机械加工误差的分析点图法

根据实测尺寸，画点图进行分析第四章机械加工质量及其控制分布曲线法正态分布曲线方程（概率密度函数）机械加工某道工序的工序尺寸xi样本工序尺寸算术平均值x工序尺寸均方根值某个工序尺寸零件在样本中所占的百分比xμ3σ3σ第四章机械加工质量及其控制xμ3σ3σ正态分布曲线性质曲线呈钟形曲线对

左右对称曲线位置参数曲线形状参数为σ曲线分散范围为6σ，曲线下面积为1分布曲线法加工一批零件的工序尺寸大部分分布在分散中心附近一批零件工序尺寸大于分散中心附近和小于分散中心的频率相等加工中通过调整刀具位置，改变分布曲线位置，使分散中心处于最佳位置第四章机械加工质量及其控制xμ3σ3σ正态分布曲线性质曲线呈钟形曲线对

左右对称曲线位置参数曲线形状参数为σ曲线分散范围为6σ，曲线下面积为1分布曲线法xσ=0.5σ=1σ大，曲线平坦，分散范围大，加工误差大σ小，曲线陡峭，分散范围小，加工误差小第四章机械加工质量及其控制xμ3σ3σ正态分布曲线性质曲线呈钟形曲线对

左右对称曲线位置参数曲线形状参数为σ曲线分散范围为6σ，曲线下面积为1分布曲线法工件全部合格，充分必要条件分散中心与公差带中心重合分散范围6σ小于尺寸公差第四章机械加工质量及其控制4.6加工误差的统计分析应用举例铰削加工一批尺寸为

20±0.01mm孔。使用

20mm铰刀，并保持切削用量不变。铰削后测得孔径尺寸接近正态分布，其值分别为20.060、20.080、20.085、20.062、20.070、、、20.068（单位mm）计算平均尺寸常值系统误差随机误差分布曲线不合格率工序能力减少废品措施第四章机械加工质量及其控制4.6加工误差的统计分析按实测数据计算孔的平均尺寸（尺寸分散中心）计算常值系统误差

常值系统误差=公差带中心-尺寸分散中心

计算随机误差（尺寸分散范围）第四章机械加工质量及其控制4.6加工误差的统计分析画出分布曲线20.0052020.0120.02519.9919.985T/2T/2x3σ3σ△sx=20.005xM=20可修复的不合格品不可修复的不合格品第四章机械加工质量及其控制求该批零件的不合格率需要借助于标准正态分布的分布函数表计算（p141）zF(z)zF(z)zF(z)zF(z)0.00.050.10…0.700.00000.01990.0398…0.25800.800.901.00…1.700.28810.31590.3413…0.45541.801.902.00…2.700.46410.47130.4772…0.49652.802.903.00…4.500.49740.49810.49865…0.499997分布函数是概率密度函数的积分，即图中阴影部分的面积。表示工序尺寸落在[0,z]范围内的零件的百分比。z对非标准正态分布曲线，使用该表之前，需要进行标准化处理表4.2（P141）0第四章机械加工质量及其控制20.0052020.0120.02519