《汽车制造工艺学》第三章

掌握机械加工质量的根本概念影响加工精度、外表质量的要素；了解外表质量对机器零件运用性能的影响。重点：掌握机械加工质量的根本概念及影响加工精度、外表质量的要素。难点：外表质量对机器零件运用性能的影响。本章提要机器产品的质量包括装配质量和零件的加工质量。机械制造工艺的三个目的：质量、消费率、经济性。机械加工质量问题是本课程研讨的主要内容之一。一、机械加工精度机械加工质量的根本概念3.1机械加工质量的根本概念加工精度：零件加工后的实践几何参数(尺寸、外形和位置)与理想几何参数相符合的程度。符合程度越高那么加工精度就越高。加工误差：零件加工后的实践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，加工误差是加工精度的度量。“加工精度〞和“加工误差〞是评定零件几何参数准确程度的两种不同概念。消费实践中用控制加工误差的方法或现代自动顺应加工方法来保证加工精度。加工精度包括三个方面内容：尺寸精度指加工后零件的实践尺寸与零件尺寸的公差带中心的相符合程度。几何外形精度指加工后的零件外表的实践几何外形与理想的几何外形的相符合程度。位置精度指加工后零件有关外表之间的实践位置与理想机械加工质量的根本概念外表质量是指机器零件加工后外表层的形状。有两部分：二、机械加工外表质量〔1〕外表几何学特征外表几何学特征是指零件最外层外表的微观几何外形，通常用外表粗糙度、外表波度表示。外表层材质的变化是指一定深度的零件外表层出现与基体资料组织不同的蜕变情况，主要指外表层冷作硬化〔简称冷硬〕、由于切削热引起工件外表温升过高，外表层金属发生金相组织变化的景象、外表层剩余应力〔2〕外表层材质的变化加工外表质量的重要性在于：它对机器零件的运用性能以及整部机械的任务性能有很大的影响。三、获得加工精度的方法和经济加工精度机械加工质量的根本概念(一)机械加工中获得工件尺寸精度的方法〔1〕试切法即经过数次试切、丈量，直至到达要求尺寸。〔2〕定尺寸刀具法用刀具的尺寸保证工件的加工尺寸。〔3〕调整法预先调整好的刀具位置，然后加工一批工件。〔4〕自动控制法自动丈量在工件到达要求时，自动丈量安装使机床自动退刀并停顿任务。数字控制尺寸的获得(刀架的挪动或任务台的挪动)由预先编制好的程序经过计算机数字控制安装自动控制。〔二〕机械加工获得工件外形精度的方法〔1〕轨迹法由切削运动中刀尖轨迹构成被加工外表的外形。〔2〕成形法由成形刀具刀刃的几何外形切削出工件的外形。〔3〕展成法刀具和工件作展成切削运动时，由刀刃在被加工外表上的包络面构成成形外表。〔三〕位置精度的获得方法

〔1〕一次装夹获得法零件外表的位置精度在一次安装中，由刀具相对于工件的成形运动位置关系保证。

〔2〕多次装夹获得法经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外表的位置精度。

〔3〕非成形运动法利用人工，而不是依托机床精度，对工件的相关外表进展反复的检测和加工，使之到达零件的位置精度要求。机械加工质量的根本概念〔四〕经济加工精度机械加工质量的根本概念加工本钱与精度的关系在I、Ⅲ段运用此法加工是不经济的。在Ⅱ段，加工方法与加工精度是相互顺应的，加工误差与本钱根本上是反比关系，可以较经济地到达一定的精度，Ⅱ段的精度范围就称为这种加工方法的经济精度。机械加工质量的根本概念某种加工方法的经济精度，是指在正常的任务条件下(包括完好的机床设备、必要的工艺配备、规范的工人技术等级、规范的耗用时间和消费费用)所能到达的加工精度。与经济加工精度类似，各种加工方法所能到达的外表粗糙度也有一个较经济的范围。各种加工方法所能到达的经济精度、外表粗糙度以及外表外形以及位置精度可查阅<金属机械加工工艺人员手册>。为了获得零件的尺寸、外形和相对位置精度，必需分析研讨加工过程中影响加工精度的要素。3.2影响加工精度的要素零件的机械加工是在由机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统中进展的。工艺系统中凡是能直接引起加工误差的要素都称为原始误差。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形状，致使加工后的零件产生了加工误差。原始误差的分类归纳如下。假设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；假设在有切削负荷情况下产生的那么称为工艺系统动误差。影响加工精度的要素图7．1为活塞销孔精镗工序中的各种原始误差：

由于定位基准不是设计基准而产生的定位误差;

由于夹紧力过大而产生的夹紧误差属工件装夹误差；

机床制造或运用中的磨损产生的导轨误差属于机床误差；

调整刀具与工件之间位置而产生的对刀误差属调整误差；

由于切削热、摩擦热等要素的影响而产生的机床热变形属于工艺系统热变形;

还有加工过程中的刀具磨损;

加工终了丈量工序尺寸时,由于丈量方法和量具本身的误差而产生的丈量误差。各种原始误差的大小和方向各有不一样，而加工误差那么必需在工序尺寸方向上丈量。所以原始误差的方向不同时对加工误差的影响也不同。图3．2〔或观看动画〕以车削为例阐明原始误差与加工误差的关系。图中实线为刀尖正确位置，虚线为误差位置。

原始误差的方向不同时对加工误差的影响也不同。把对加工误差影响最大的那个方向〔即经过刀刃的加工外表的法线方向〕称为误差敏感方向。〔3．1〕〔3．2〕影响加工精度的要素一、加工原理误差加工原理是指加工外表的构成原理。加工原理误差是由于采用了近似的切削运动或近似的切削刃外形所产生的加工误差。为了获得规定的加工外表，要求切削刃完全符合实际曲线的外形，刀具和工件之间必需作相对准确的切削运动。但往往为了简化机床或刀具的设计与制造，降低消费本钱，提高消费率和方便运用而采用了近似的加工原理，在允许的范围内存在一定的原理误差。影响加工精度的要素例如：滚齿就是一种近似的加工方法。由于滚动的齿数是有限的，所以滚切出来的渐开线不是理想的光滑渐开线而是多条趋近于该曲线的折线。车螺纹时，假设螺距具有几位小数，在选择挂轮时，由于挂轮的齿数是固定的，所以往往只能得到近似的螺距。二、机床的制造误差及磨损机床误差是指在无切削负荷下，来自机床本身制造误差、安装误差和磨损，主要包括主轴回转误差、导轨误差、传动链误差。

〔一〕主轴回转误差的概念主轴回转误差的概念实际上机床主轴回转时，回转轴线的空间位置是固定不变的，即它的瞬时速度为零。而实践主轴系统中存在着各种影响要素，使主轴回转轴线的位置发生变化。将主轴实践回转轴线对理想回转轴线漂移在误差敏感方向上的最大变动量称为主轴回转误差。影响加工精度的要素主轴回转误差可分为所示的三种根本类型：如图纯径向跳动：实践回转轴线一直平行于理想回转轴线，在一个平面内作等幅的跳动。纯轴向窜动：实践回转轴线一直沿理想回转轴线作等幅的窜动。纯角度摆动：实践回转轴线与理想回转轴线一直成一倾角，在一个平面上作等幅摆动，且交点位置不变。一、是主轴轴颈与支承座孔的圆度误差，波度和同轴度、止推面或轴肩与回转轴线的垂直度误差。二、是滑动轴承轴颈和轴承孔的圆度、波度和同轴度、端面与回转轴线的垂直度；或滚动轴承滚道的圆度、波度、滚动体的圆度误差和尺寸误差，滚道与轴承内孔的同轴度误差(如图7.4);轴承间隙及止推滚动轴承的滚道与回转轴线的垂直度误差等。影响加工精度的要素不同型式的主轴回转误差对加工精度的影响是不同的；同一类型的回转误差在不同的加工方式中的影响也不一样。如图7.5、7.6、7.7、7.8和表7.1所示。影响主轴回转精度的主要要素主轴回转误差对加工精度的影响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形响极小螺距误差圆柱度误差平面度误差机床主轴回转误差产生的加工误差影响加工精度的要素影响加工精度的要素举例：在外圆磨床上加工如图的零件，当n1＝2n2，或n1＝n2时，假设只思索主铀回转误差的影响．试分析在图中给定的两种情况下，磨削后工件的外圆应是什么外形?为什么?〔二〕导轨误差机床导轨是机床主要部件的相对位置及运动的基准，导轨误差将直接影响加工精度。〔1〕导轨在垂直面内的直线度误差卧式车床或外圆磨床的导轨垂直面内有直线度误差ΔZ如图7.9(a)，使刀尖运动轨迹产生直线度误差ΔZ，由于是误差非敏感方向，零件的加工误差ΔR≈ΔZ2／2R可忽略不计。

而平面磨床、尤门刨床这时是误差敏感方向，所以导轨误差将直接反映到被加工的零件上。影响加工精度的要素导轨在程度面内的直线度误差(2)导轨在程度面内的直线度误差卧式车床或外圆磨床的导轨程度面内有直线度误差△Y如图7.9(b)，将使刀尖的直线运动轨迹产生同样的直线度误差ΔY，由于是误差敏感方向，工件的加工误差△R＝△Y，呵斥零件的圆柱度误差。对平面磨床和龙门刨床，导轨程度方向为误差非敏感方向，加工误差可忽略。导轨的平行度误差

〔7.3〕普通车床H/B≈2/3，外圆磨床H/B≈1。因此这项原始误差对加工精度的影响不能忽略。(4)导轨与主轴回转轴线的平行度误差假设车床导轨与主轴回转轴线在程度面内有平行度误差，车出的内外圆柱面产生锥度；假设在垂直面内有平行度误差，那么圆柱面成双曲线回转体如图7.11，因是误差非敏感方向故可忽略。当卧式车床或外圆磨床的前后导轨存在平行度误差(扭曲)时(见图7.10)，刀具和工件之间的相对位置发生了变化，结果引起了工件的外形误差。在垂直于纵向走刀的某一截面内，假设前后导轨的平行度误差头△Z，那么零件的半径误差为：(3)前后导轨的平行度(扭曲)导轨的平行度误差举例为什么对车床床身导轨在程度面的直线度要求高于在垂直面的直线度要求?而对平面磨床的床身导轨其要求那么相反呢?对镗床导轨的直线度为什么在程度面与垂直面都有较高的要求？举例在车床上加工圆盘件的端面时，有时会出现圆锥面(中凸或中凹)或端面凸轮似的外形(如螺旋面)，试从机床几何误差的影响分析呵斥如下图的端面几何外形误差的缘由是什么?产生图(a)，端面中凸或中凹的主要缘由是横进给刀架导轨与主轴回转轴线不垂直．或横导轨在程度面的不直度引起的。产生图(b)端面凸轮状的主要缘由是主轴的轴向窜动，或横导轨在程度面的不直度。(三〕传动链误差传动链误差传动链误差是指机床内联络传动链始末两端传动元件之间相对运动的误差。普通用传动链末端元件的转角误差来衡量。(滚齿机---单线滚刀加工齿轮；滚刀一转—工件一齿)产生的缘由是传动链中各传动元件的制造误差、装配误差及磨损等。

假设传动元件j，在某一时辰产生转角误差是转角的正弦或余弦为：Δφi=Δisin(ωjt+αj)那么所呵斥传动链末端元件n的转角误差：Δφjn=kjΔφj。kj为误差传送系数。各传动件对工件精度影响的总和,即传动链的总转角误差为：Δφ∑=∑Δφjn=∑kjΔisin(ωjt+αj)控制机床误差的措施(四〕控制机床误差的措施〔1)减小导轨误差的方法：提高刚度、耐磨性；滚动导轨、静压导轨；〔2)减小主轴回转误差的方法：滑动轴承、静压轴承；主轴部件做动平衡；〔3)防止机床磨损的方法：光滑油；设防护罩；滚动或静压导轨轴承；使用耐磨资料；三、刀具的制造误差及磨损〔1)刀具误差对加工精度的影响刀具误差对加工精度的影响随刀具种类不同而异：定尺寸刀具；成形刀具；展成法刀具；普通刀具；刀具磨损引起的误差占总加工误差的比例很大。〔2)刀具的磨损分三个阶段第一阶段：时间短(1km〕；第二阶段：磨损量与切削路程成正比〔30km〕；第三阶段：切削刃变钝〔切削力变大、工艺系统变形添加)刀具的制造误差及磨损刀具的制造误差及磨损〔3)减少刀具磨损对加工误差影响的措施尺寸补偿或调整；根据工件资料选用亲和力小、耐磨的资料，如陶瓷合金、立方氮化硼、人造金刚石、外表涂层硬质合金；选择适宜的切削液；砂轮的自动修正与补偿；适当减小切削用量，以提高刀具的耐用度。四、工艺系统受力、受热变形引起的误差工艺系统受力、受热变形引起的误差〔1〕工艺系统刚度工艺系统在切削力作用下在各个受力方向产生相应变形，但影响最大的是误差敏感方向，所以工艺系统刚度指切削力在加工外表法向的分力FY与FX、FY、FZ同时作用下产生的沿法向的变形Y系统之间的比值。刚度K系统(柔度C系统)如下：工艺系统受力变形不但影响工件的加工精度，而且还影响外表质量，限制切削用量和消费率的提高。机械加工过程中，工艺系统在切削力、夹紧力、传动力、重力和惯性力等外力作用下，会产生变形，破坏刀具和零件之间的正确位置关系，使零件产生加工误差(见图)。〔一〕工艺系统的受力变形零件的刚度由于力与变形普通都是在静态条件下进展思索和丈量的，故上述刚度、柔度分别称为静刚度和静柔度。静刚度是工艺系统本身的属性，在线性范围内可以为与外力无关。①零件的刚度外形规那么、简单的零件的刚度可用有关力学公式推算。长轴零件两顶尖装夹按简支梁计算，三爪卡盘装夹按悬臂梁计算。零件用两顶尖装夹，工件的变形可按简支梁计算，

最大变形为：最小刚度为：

零件用三爪卡盘装夹，工件的变形可按悬臂梁计算，

最大变形为：最小刚度为：〔2〕工艺系统各组成部分的刚度②机床部件的刚度机床部件的刚度机床构造外形复杂，各部件受力影响变形各不一样，且变形后对工件加工精度的影响也不同。影响机床部件刚度的要素：①接合面间的间隙；②薄弱零件本身的变形(见图)；③衔接外表间的接触变形(见图)。由于机床部件刚度的复杂性，很难用实际公式计算，刚度计算主要经过实验方法来测定(见图)。从机床静刚度曲线可以看出：变形与载荷不成线性关系，反映刀架的变形不纯粹是弹性变形；加载与卸载曲线不重合，有剩余变形存在，两曲线中包容的面积代表了加载-卸载循环中所损失的能量，即外力在抑制部件内零件间的摩擦和接触塑性变形所作的功；实践刚度比估算的小，由于机床部件由许多零件组成，零件之间存在着结合面、配合间隙和刚度薄弱环节，机床部件刚度受这些要素影响，特别是薄弱环节对部件刚度影响较大。③刀具的刚度车刀、镗刀等④工艺系统的刚度工艺系统的刚度工艺系统在切削力作用下都会产生不同程度的变形，工艺系统受力总变形是各个组成部分变形的迭加，即：

而工艺系统各部件的刚度为：

所以工艺系统刚度为：

知道工艺系统各组成部分的刚度后，就可以求出整个工艺系统的刚度。工艺系统刚度的一个特点：整个工艺系统的刚度比其中刚度最小的那个环节的刚度还小。〔3〕工艺系统受力变形对加工精度的影响工艺系统受力变形对加工精度的影响①切削过程中力作用位置的变化对加工精度的影响工艺系统的刚度另一个特点是：工艺系统的各环节的刚度和整个工艺系统的刚度，是随着受力点位置变化而变化。如图7.18。由此可见，工艺系统刚度在沿工件轴向的各个位置是不同的。所以加工后工件各个横截面上的直径尺寸也不一样，呵斥加工后的外形误差。

如图7.12(a)细长零件，刚度低，工艺系统的变形取决于零件的变形，产生鼓形加工误差。而图7.12(b)短粗工件，工件刚度较大，变形相对小，工艺系统的变形取决于机床头、尾架、顶尖、刀架和刀具的变形，零件产生鞍形加工误差。②切削过程中受力大小变化对加工精度的影响在零件同一截面内切削，由于资料硬度不均或加工余量的变化将引起切削力大小的变化，而此时工艺系统的刚度K系统是常量，所以变形不一致，导致零件的加工误差。图7.20为车削有椭圆形圆度误差的短圆柱毛坯外圆，刀尖调整到要求的尺寸(图中虚线位置)，在工件的每一转中切深由毛坯长半径的最大值ap1变化到短半径的最小值ap2时，切削力也就由最大的FY1，变化到最小的FY2。，由Y=Fy/K可知切削力变化引起对应的让刀变形Y1，Y2。令(ap1-ap2)为毛坯误差Δ毛坯，(Y1-Y2)为一次走刀后的工件误差Δ工件，那么有:ε为误差复映系数误差复映规律：当毛坯有外形误差或位置误差时，加工后工件仍会有同类的加工误差。但每次走刀后工误差将逐渐减少。假设每次走刀复映系数为ε1、ε2、…、εn，那么ε总＝ε1．ε2…εn工艺系统受力变形对加工精度的影响工艺系统受力变形对加工精度的影响举例在卧式镗床上加工箱体孔，假设只思索镗杆刚度的影响，试在如下图中画出四种镗孔方式加工后孔的几何外形，并阐明为什么？(a)镗杆送进，有后支承；(b)镗杆送进，没后支承。(c)任务台送进；〔d〕在镗模上加工工艺系统受力变形对加工精度的影响提高机床和夹具的刚度：1)在设计机床和夹具时，应尽量减少其组成零件数量，以减少总的接触变形量；2)在设计机床和夹具时，应尽量提高有关组成零件的外形精度，以减少其外表粗糙度；3〕对机床或夹具上的固定联接件，装配时采用预紧措施；〔3〕控制工艺系统受力变形的主要措施提高工件加工时的刚度提高刀具加工时的刚度〔二〕工艺系统的热变形工艺系统热源内部热源外部热源切削热摩擦热环境热辐射热电机、轴承、齿轮、油泵等工件、刀具、切屑、切削液气温、室温变化、热、冷风等日光、照明、暖气、体温等工艺系统的热变形机械加工过程中，工艺系统在各种热源的影响下，产生复杂的变形，破坏了工件与刀具相对位置和相对运动的准确性，引起加工误差。据统计，由于热变形引起的加工误差约占总加工误差的40%∽70%。工艺系统的热变形不仅严重地影响加工精度，而且还影响加工效率的提高。1.机床热变形对加工精度的影响机床热变形普通机床的体积较大，热容量大，虽温升不高，但变形量不容忽视。且由于机床构造较复杂，加之到达热平衡的时间较长，使其各部分的受热变形不均，从而会破坏原有的相互位置精度，呵斥工件的加工误差。由于机床构造方式和任务条件不同，引起机床热变形的热源和变形方式也不一样。对于车、铣、钻、镗类机床，主轴箱中的齿轮、轴承摩擦发热和光滑油发热是其主要热源，使主轴箱及与之相连部分(如床身或立柱)的温度升高而产生较大变形。龙门刨床、导轨磨床等大型机床由于它们的床身较长，假设导轨面与底面间有温差，就会产生较大的弯曲变形，从而影响加工精度。几种机床的热变形趋势机床热变形举例车床主轴箱的温升导致主轴线抬高，主轴前轴承的温升高于后轴承又使主轴倾斜，主轴箱的热量经油池传到床身，导致床身中凸，更促使主轴线向上倾斜，最终导致主轴回转轴线与导轨的平行度误差，使加工后的零件产生圆柱度误差。万能铣床的热源也是主传动系统，由于左箱壁温度高也导致主轴线升高并倾斜。导轨磨床床身导轨面与床身底面温差1℃时，其弯曲变形量可达0.22mm。2.刀具的热变形对加工精度的影响刀具的热变形刀具热变形的热源是切削热。传给刀具的切削热虽然很少，但刀具质量小，热容量小，所以仍会有很高的温升，引起刀具的热伸长而产生加工误差。某些工件加工时刀具延续任务时间较长，随着切削时间的添加，刀具逐渐受热伸长如图7.22，车刀的热伸长中延续任务曲线A，使加工后的工件产生圆柱度误差或端面的平面度误差。在成批消费小型工件时每个工件切削的时间较短，刀具断续任务，刀具受热和冷却是交替进展的，热变形情况如图7.22中断续切削曲线C所示。对每一个工件来说，产生的外形误差是较小的；对一批工件来说，在刀具未到达热平衡时，加工出的一批工件尺寸有一定的误差，呵斥一批工件尺寸的分散。3.工件的热变形对加工精度的影响工件的热变形工件热变形的热源主要是切削热，对有些大型件、精细件，环境温度也有很大的影响。传入工件的热量越多、工件的质量越小那么热变形越大。工件均匀受热，车镗轴套类零件圆柱面，长度及径向受热变形。假设在受热时丈量到达规定尺寸，冷却后尺寸变小，能够出现尺寸超差。工件均匀受热的变形量可按△L=αL△T估算。工件不均匀受热，铣、刨、磨平面等，工件单面受热产生弯曲变形磨削细长轴时工件温生逐渐添加。(见图)控制工艺系统受热变形主要措施4.控制工艺系统受热变形主要措施〔1〕工艺措施合理安排工艺过程(粗、精分开〕坚持工艺系统的热平衡控制环境温度〔20°〕；施加切削液；〔2〕采取补偿措施〔图3-24〕〔3〕改良机床构造〔图3-25〕。五.丈量误差和调整误差丈量误差和调整误差丈量误差是指工件实践尺寸与量具丈量出的尺寸之间的差值。加工普通精度的零件时，丈量误差可占工件公差的1/10～1/5，而加工精细零件时，丈量误差可占1/3左右。〔一〕丈量误差丈量时，由于各种要素会呵斥误差〔误读、误算、视差、刻度误差、磨耗误差、接触力误差、挠曲误差、余弦误差、阿贝(Abbe)误差、热变形误差〕，了解产生误差的缘由，并有效的处理，方可使整个丈量过程中误差减至最少。产生误差的缘由归纳成五大类：人为要素量具要素力量要素丈量要素环境要素丈量误差和调整误差人为要素：由于人为要素所呵斥的误差，包括误读、误算和视差等。而误读常发生在游标尺、分厘卡等量具。游标尺刻度易呵斥误读一个最小读数，如在10.00mm处常误读成10.02mm或9.98mm。视差常在读取丈量值的方向不同或刻度面不在同一平面时所发生。量具要素：由于量具要素所呵斥的误差，包括刻度误差、磨耗误差及运用前未经校正等要素。刻度分划能否准确，必需经由较精细的仪器来校正与追溯。量具运用一段时间后会产生相当程度磨耗，因此必需经校正或送修方能再运用。力量要素：由于丈量时所运用接触力或接触所呵斥挠曲的误差。根据虎克定律，丈量尺寸时，假设以一定丈量力使测轴与机件接触，那么测轴与机件皆会部分或全面产生弹性变形，为防止此种弹性变形，测轴与机件应采一样资料制成。丈量要素：丈量时，因仪器设计或摆置不良等所呵斥的误差，包括余弦误差、阿贝误差等。余弦误差是发生在丈量轴与待测外表成一定倾斜角度。环境要素：丈量时受环境或场地之不同，能够呵斥的误差有热变形误差和随机误差为最显着。热变形误差通常发生于因室温、人体接触及加工后工件温度等情形下，因此必需在温湿度控制下，不可用手接触工件及量具、工件加工后待冷却后才丈量。丈量误差和调整误差〔一〕调整误差切削加工时，要获得规定的尺寸就必需对机床、刀具和夹具进展调整。单件、小批消费中常采用试切法调整:试切法调整不可防止会产生误差。单件、小批消费中常采用试切法调整，产生调整误差的主要要素：1〕由于丈量带来误差；2〕加工余量的影响；3〕微进给误差4〕判别误差的影响成批、大量消费中常采用调整法:对刀有误差：挡块、行程开关、行程控制阀的精度和灵敏度。六、工件剩余应力引起的变形工件剩余应力引起的变形剩余应力(又称内应力)是指当外部载荷去除以后，依然残存在工件内部的应力。它是由于对工件进展热加工或冷加工，使金属内部宏观的或微观的组织发生不均匀的体积变化而产生的。具有剩余应力的零件，其内部组织处于一种极不稳定的形状，有着剧烈的恢复到无应力形状的倾向，因此不断地释放应力，直到其完全消逝为止。在剩余应力这一消逝过程中，零件的外形逐渐变化，原有的加工精度逐渐丧失。剩余应力的产生1)毛坯制造及热处置过程中产生的剩余应力

在铸、锻、焊及热处置过程中，由于工件各部分不均匀的热胀冷缩以及金相组织转变时的体积改动，工件内部会产生很大的内应力。工件构造越复杂、壁厚相差越大、散热条件越差，内应力就越大。后续加工中再切去金属，工件内部的应力将重新分布，从而导致产生加工误差。2)工件冷校直产生的剩余应力

细长轴类零件加工时，通常采用冷校直的方法纠正弯曲变形。为使工件变直，部分资料的应力必需超越其弹性极限，即产生塑性变形。外力去除后，工件内弹性变形部分要恢复原有外形，而塑性变形后的资料已不能恢复。两部分资料相互牵制，应力重新分布，到达新的平衡形状。这时，将会在工件内部产生内应力。假设在后续加工中再切去一层金属，工件内部的应力将重新分布而导致弯曲，因此而产生几何外形误差。3)机械加工产生剩余应力机械加工过程中，由于切削力和切削热的综协作用，会使外表层金属晶格发生变形或使金相组织变化，从而会呵斥外表层的剩余应力。剩余应力的产生工件剩余应力引起的变形工件剩余应力引起的变形减少和消除内应力的工艺措施1〕改善零件构造2〕合理安排工艺过程3〕设立消除内应力的专门机构七、加工误差的统计分析加工误差系统误差随机误差常值系统误差变值系统误差误差统计分析常值系统误差：在延续加工一批零件时，加工误差的大小和方向基外乡坚持不变，称为常值系统误差。变值系统误差：假设加工误差是按零件的加工次序作有规律变化的，那么称之为变值系统误差。随机误差：在延续加工一批零件中，出现的误差假设大小和方向是不规那么地变化着的，那么称为随机误差。

随机误差和系统误差的划分不是绝对的，二者既有区别又有联络。同一原始误差在不同条件下引起的能够是随机误差，也能够是系统误差。〔一〕分布曲线法直方图实践分布图——直方图加工一批工件，由于随机性误差的存在，加工尺寸的实践数值是各不一样的，这种景象称为尺寸分散。在一批零件的加工过程中，丈量各零件的加工尺寸，把测得的数据记录下来，按尺寸大小将整批工件进展分组，每一组中的零件尺寸处在一定的间隔范围内。同一尺寸间隔内的零件数量称为频数，频数与该批零件总数之比称为频率。以工件尺寸为横坐标，以频数或频率为纵坐标，即可作出该工序工件加工尺寸的实践分布图——直方图。

衔接直方图中每不断方宽度的中点〔组中值〕得到一条折线，即实践分布曲线。正态分布曲线方程正态分布曲线实际和实际分析阐明，当用调整法加工一批总数极多的而且这些误差要素中又都没有任何优势的倾向时，其分布服从正态分布曲线(又称高斯曲线)。正态分布曲线方程式为：式中Y——正态分布的概率密度；α——正态分布曲线的均值；σ——正态分布曲线的规范偏差〔均方根偏向〕。实际上的正态分布曲线是向两边无限延伸的，而在实践消费中产品的特征值〔如尺寸值〕却是有限的。因此用有限的样本平均值和样本规范偏向S作为实际均值α和规范偏向σ的估计值。由数理统计原理得有限测定值的计算公式如下：正态分布曲线的特性正态分布曲线的特性①曲线对称于直线X＝α,在X＝α处到达极大值，在X＝α±σ处有拐点，当X→±∞时曲线以X轴为其渐近线，曲线成钟形。正态曲线的这些特性阐明被加工零件的尺寸接近分散中心(均值α)的工件占大部分，而尺寸远离分散中心的工件是极少数，而且工件尺寸大于α和小于α的频率是相等的。正态分布曲线下的面积A代表了工件(样本)的总数，即100％。②假设改动参数的值而坚持σ不变，那么分布曲线沿着X轴平移而不改动其外形，如图a，α决议正态分布曲线的位置。反之，假设使σ值固定不变，σ值变化时曲线外形就变化了，如图b。所以正态分布曲线的外形是由规范偏向σ来决议的，σ的大小完全由随机误差所决议。联络到加工误差的两种表现特性，显而易见，随机误差引起尺寸分散，常值系统误差决议分散带中心位置，而变值系统误差那么使中心位置随着时间按一定规律挪动。正态分布曲线的特性③分布曲线下所包含的全部面积代表一批加工零件，即100％零件

的实践尺寸都在这一分布范围内。如图7．27所示C点代表规定的最小极限尺寸Amin，CD代表零件的公差带，在曲线下面C、D两点之间的面积代表加工零件的合格率。曲线下面其他部分的面积〔图上无阴影线的部分〕那么为废品率。在加工外圆时，图上左边无阴影线部分相当于不可修复的废品，右边的无阴影线部分那么为可修复的废品；在加工内孔时，那么恰好相反。对于正态分布曲线来说，由α到X曲线下的面积由式决议。假设工件公差为δ，那么：当分散中心与公差带中心重合，不产生废品的条件是δ≥6σ；当分散中心与公差带中心重合，不产生废品的条件是δ≥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—A

正态分布曲线的特性④±3σ(或6σ)在研讨加工误差时是一个很重要的概念。6σ的大小代表了某一种加工方法在规定的条件下所能到达的加工精度，即工艺才干。在实践消费中，常以工艺才干系数Cp。来衡量工艺才干:Cp=δ/6σ。工艺才干系数阐明了工艺才干满足公差要求的程度。根据工艺才干系数的大小，将工艺分五级：【例题7．1】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，抽查件数n＝100，分组数k＝6。丈量尺寸、分组间隔、频数和频率见表7.4。务虚际分布曲线图、工艺才干及合格率，分析出现废品的缘由并提出改良意见。表7．4活塞销孔直径测且结果分布曲线法的实例组尺寸范围组中值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替代组内零件实践值，绘制图7.29为实践分布曲线。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样本规范差工艺才干系数，，二级工艺才干；废品率：由，查表7.3可得A＝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〔实践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，也就是说实践加工才干比图纸要求的要高：Cp＝1.11，即δ＞6σ。只是由于有△系统＝0.0054的存在而产生废品。假设能设法将分散中心调整到公差范围中心，工件就完全合格。详细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。分布曲线法的实例分布曲线法的运用◆判别加工性质判别能否存在明显变值系统误差，如加工过程中没有明显的变值系统误差，其加工尺寸分布接近正态分布(形位误差除外)；判别能否存在常值系统误差，及常值系统误差的大小，假设分散中心偏离公差带中心，那么工艺系统有常值系统误差。◆确定工序才干◆估算合格品率或不合格品率分布图分析法的缺陷◆分布图分析法不能反映误差的变化趋势；◆没有思索加工先后顺序，难区分随机性误差和变值系统性误差；◆加工完成统计，不能在过程中起到及时控制质量的作用。分布曲线法的运用7.3.3点图法1〕个值点图：依次丈量每工件尺寸记入横坐标为零件号纵坐标为尺寸的图表中，它能较清楚地提示出加工过程中误差的性质及其变化趋势。如图。2〕均值-极差点图：采用顺序小样本〔4～6〕，由小样本均值点图和极差点图组成，横坐标为小样本组序号。反映了系统性误差、随机误差及其变化趋。如图。工艺的稳定，从数理统计的原理来说，一个工艺过程的质量参数的总体分布，其平均值和规范偏向σ在整个工艺过程中假设能坚持不变，那么工艺是稳定的。点图法7.4提高加工精度的途径〔1〕减少误差法〔2〕误差补偿法〔3〕误差分组法〔4〕误差转移法〔5〕“就地加工〞法〔6〕误差平均法〔7〕控制误差法提高加工精度的途径7.4.1减少误差法加工原理误差查明产生加工误差的主要要素后，设法对其直接进展消除或减弱。如细长轴加工用中心架或跟刀架会提高工件的刚度，也可采用反拉法切削，工件受拉不受压不会因偏心紧缩而产生弯曲变形，如图7.32、7.33。7.4.2误差补偿法误差补偿法是人为地造出一种新的原始误差，去抵消原来工艺系统中存在的原始误差，尽量使两者大小相等、方向相反而到达使误差抵消得尽能够彻底的目的，如图。7.4.3误差分组法误差分组法是把毛坯或上工序加工的工件尺寸经丈量按大小分为n组，每组尺寸误差就缩减为原来的1/n。然后按各组的误差范围分别调整刀具位置，使整批工件的尺寸分散范围大大减少。提高加工精度的途径7.4.4误差转移法误差转移法是把原始误差从误差敏感方向转移到误差的非敏感方向。如图7.357.4.5就地加工法就地加工法是全部零件按经济精度制造，然后装配成部件或产品，且各零部件之间具有任务时要求的相对位置，最后以一个外表为基准加工另一个有位置精度要求的外表，实现最终精加工，这就是“就地加工〞法，也称本身加工修配法。“就地加工〞的要点，就是要求保证部件间什么样的位置关系，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。如图7.367.4.6误差平均法提高加工精度的途径7.4.7控制误差法控制误差法是在利用丈量安装加工循环中延续地丈量出工件的实践尺寸，随时给刀具以附加的补偿，控制刀具和工件间的相对位置，直至实践值与调定值的差不超越预定的公差为止。误差均分法就是利用有亲密联络的外表之间的相互比较和相互修正或者利用互为基准进展加工，以到达很高的加工精度。如“三板互易〞、“易位法〞等。如图。第三节影响外表质量的要素影响外表质量的要素提高机械加工外表质量，应研讨的主要内容如下：1〕外表粗糙度及其改善的工艺措施；2〕外表层物理、力学性能及其提高的工艺措施；3〕机械加工中的振动及其控制。影响外表质量的要素一、外表粗糙度切削加工时外表粗糙度的构成，大致可归纳为三方面的缘由：

几何要素物理要素工艺系统的振动影响外表质量的要素1、刀具构造参数的影响由刀具相对于工件作进给运动时在加工外表上遗留下来的切削层残留面积〔图3.30〕。实际上的最大粗糙度Rmax可由刀具外形、进给量f，按几何关系求得。当不思索刀尖圆弧半径时：当背吃刀量和进给量很小时，粗糙度主要由刀尖圆弧构成：影响外表质量的要素图中结果阐明：1〕计算所得的粗糙度与实践结果是类似的。2〕计算所得的粗糙度值小于实践结果。其缘由是:还有外表金属层塑性变形的影响。当进给量小、切屑薄及金属资料塑性较大的情况下，这个差别就更大了。影响外表质量的要素2、物理要素的影响塑性资料加工后外表的实践轮廓和实际轮廓由图知，实践粗糙度与实际粗糙度差别较大。主要是与被加工资料的性能及切削机理有关的物理要素的影响。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。韧性越好的资料塑性变形越大，且容易出现积屑瘤与鳞刺，使粗糙度严重恶化。还有切削用量、冷却光滑液和刀具资料等要素影响。影响外表质量的要素积屑瘤与切削温度有关:3、加工过程中振动的影响加工过程中的振动不仅加大外表的粗糙度，也使刀具很快变钝或崩刃，机床衔接处遭到破坏，限制消费率的提高。机械加工时的振动有两种：强迫振动〔系统外部的周期性干扰、旋转零件的质量偏心〕自激振动〔没有外界周期性激振力时所产生的振动，激振力是由切削运动本身产生的。切削过程停顿，激振力也就跟着消逝〕二、机械加工后外表强化和外表剩余应力切削或磨削加工时，外表层金属由于塑性变形使晶体间产生剪切滑移，晶格发生拉长、扭曲和破碎而得到强化。冷作硬化的特点：变形抵抗力提高〔屈服点提高〕，塑性降低〔相对延伸率降低〕。冷硬的目的:通常用冷硬层的深度h、外表层的显微硬度H以及硬化程度N来表示，如下图其中N=H/H0，H0为原来的显微硬度。〔一〕外表强化机械加工后外表强化和外表剩余应力外表层冷作硬化的程度决议于产生塑性变形的力、变形速度及变形时的温度。力越大，塑性变形越大，那么硬化程度越大；速度越大，塑性变形越不充分，那么硬化程度越小；变形时的温度不仅影响塑性变形程度，还会影响变形后金相组织的恢复程度。切削加工时外表层的硬化能够有两种情况：完全强化此时出现晶格歪扭以及纤维构造和变形层物理机械性质的改动；不完全强化假设温度超越〔0.25~0.30〕T熔〔熔化绝对温度〕，那么除了强化景象外，同时还有回复景象，此时歪扭的晶格部分得到恢复，减低了冷硬作用；假设温度超越0.30T熔就会发生金属再结晶，此时由于强化而改动了的外表层物理机械性能几乎可以完全恢复。机械加工后外表强化和外表剩余应力机械加工时外表层的冷作硬化就是强化作用和回复作用的综合结果。机械加工后外表强化和外表剩余应力影响冷作硬化的主要要素①刀具刀具的切削刃口圆角和后刀面的磨损量对于冷硬层有很大的影响，此两值增大时，冷硬层深度和硬度也随之增大。前角减少时，冷硬也增大。②被加工资料被加工资料硬度愈低、塑性愈大，切削后的冷硬景象愈严重。③切削用量的影响切削速度增大时，刀具与工件接触时间短，塑性变形程度减少，同时会使温度增高，有助于冷硬的回复，所以硬化层深度和硬度都有所减少。进给量增大时，切削力增大，塑性变形程度也增大，因此硬化景象增大。但在进给量较小时，由于刀具的刃口圆角在加工外表单位长度上的挤压次数增多，因此硬化倾向也会增大。径向进给量增大时，冷硬层深度也有所增大，但其影响程度不显著。机械加工后外表强化和外表剩余应力〔二)外表剩余应力在机械加工中，工件外表层金属相对基体金属发生外形、体积的变化或金相组织变化时，工件外表层中将残留相互平衡的剩余应力。产生外表层剩余应力的缘由：⑴冷态塑性变形机械加工时，表层金属产生剧烈的塑性变形。沿切削速度方向外表产生拉伸变形，晶粒被拉长，金属密度会下降，即比容增大，而里层资料那么妨碍这种变形，因此在外表层产生剩余压应力，在里层那么产生剩余拉应力。机械加工后外表强化和外表剩余应力⑵热态塑性变形机械加工时，切削或磨削热使工件外表部分温升过高，引起高温塑性变形。如图为因加工温度而引起剩余应力的表示图。第1层温度在塑性温度以上，产生热塑变形，故没有应力；第2层温度在塑性温度与室温之间，只产生弹性热膨胀，膨胀遭到第3层的妨碍，产生压应力；第3层处在室温的冷态层不产生热变形，产生拉应力。开场冷却时，当第1层冷到塑性温度以下，体积收缩，但第2层妨碍其收缩，第1层中产生拉应力，第2层中的压应力添加。而由于第2层的冷却收缩，第3层中的拉应力有所减小。最后冷却时，第1层继续收缩，拉应力进一步增大，而第2层热膨胀全部消逝，完全由第1层的收缩而构成一个不大的压应力，第3层拉应力消逝，而与第2层一同受第1层的影响，也构成一个不大的压应力。⑶金相组织变化 切削时产生的高温会引起外表的相变。由于不同的金相组织有不同的比容，外表层金相变化的结果将呵斥体积的变化。外表层体积膨胀时，由于遭到基体的限制，产生了压应力；反之产生拉应力。机械加工后外表强化和外表剩余应力实践机械加工后的外表层剩余应力及其分布，是上述三方面要素综协作用的结果，在一定条件下，其中某一或二种要素能够起主导作用。外表质量对机器零件运用性能的影响第四节外表质量对机器零件运用性能的影响在摩擦副的资料、热处置情况和光滑条件曾经确定的情况下，零件的外表质量对耐磨性能起决议性的作用。1、粗糙度两个外表粗糙度值很大的零件接触，最初接触的只是一些凸峰顶部，实践接触面积比名义接触面积小得多，这样单位接触面积上的压力就很大，当压力超越资料的屈服极限时，凸峰部分产生塑性变形；当两个零件作相对运动时，就会产生剪切、凸峰断裂或塑性滑移，初期磨损速度很快。一、对零件耐磨性的影响曲线存在最正确点，对应零件最耐磨的粗糙度，此时零件的初期磨损量最小。假设载荷加重或光滑条件恶化，磨损曲线将向上向右挪动，最正确粗糙度值也随之右移。在外表粗糙度大于最正确值时，减小外表粗糙度值可减少初期磨损量。但当外表粗糙度小于最正确值时，零件实践接触面积就增大，接触面积之间的光滑油被挤出，金属外表直接接触，因金属分子间的亲和力而发生粘结〔称为冷焊〕，随着相对运动的进展，粘结处在剪切力的作用下发生撕裂破坏。有时还由于摩擦产生的高温，使摩擦面部分熔化〔称为热焊〕等缘由，使接触外表遭到破坏，初期磨损量反而急剧添加。外表质量对机器零件运用性能的影响一对摩擦副在一定的任务条件下通常有一最正确粗糙度值，在确定机器零件的技术条件时应该根据零件任务的情况及有关阅历，规定合理的粗糙度。外表粗糙度对耐磨性能的影响，还与粗糙度的轮廓外形及纹路方向有关。图8.3表示两个不同零件的外表，粗糙度值一样，但轮廓外形不同，其耐磨性相差可达3~4倍。实验阐明，耐磨性决议于轮廓峰顶外形和凹谷外形。前者决议干摩擦时的实践接触面积，后者决议光滑摩擦时的容油情况。图8.4为两摩擦外表粗糙度纹路方向对零件耐磨性的影响。外表质量对机器零件运用性能的影响外表质量对机器零件运用性能的影响2、外表层的冷硬可显著地减少零件的磨损缘由：冷硬提高了外表接触点处的屈服强度，减少了进一步塑性变形的能够性，并减少了摩擦外表金属的冷焊景象。但假设外表硬化过度，零件心部和外表层硬度差过大，会发生外表层剥落景象，使磨损加剧。3、外表层产生金相组织变化时，由于改动了基体资料原来的硬度，因此也直接影响其耐磨性。外表质量对机器零件运用性能的影响在周期性的交变载荷作用下，零件外表微观不平与外表的缺陷一样都会产生应力集中景象，而且外表粗糙度值越大，即凹陷越深和越尖，应力集中越严重，越容易构成和扩展疲劳裂纹而呵斥零件的疲劳损坏。