1、第五章第五章 機械加工質量分析與控制機械加工質量分析與控制u 市場競爭的核心是產品，而質量是產品參與激烈市場競爭的重要因素，產品的質量是指用戶對產品的滿意程度；用現代的質量觀看，它包括產品的設計質量、制造質量和服務質量。設計質量主要是指所設計的產品與用戶（顧客）的期望之間的符合程度；制造質量是指產品的制造與設計的符合程度；服務質量是指售前服務、售后培訓、維修及安裝等。在激烈的市場競爭中，為了使企業獲得和保持良好的經濟效益，必須實施全面質量管理。其中產品的制造質量主要與零件的制造質量、產品的裝配質量有關。零件的制造質量是保證產品質量的基礎v5.1 5.1 機械加工精度機械加工精度v5.2 5.2

2、 機械加工表面質量機械加工表面質量v思考題與練習思考題與練習v5.1 5.1 機械加工精度機械加工精度l 5.1.1 5.1.1 加工精度的基本概念加工精度的基本概念l 5.1.2 5.1.2 影響加工精度的因素影響加工精度的因素| 原始誤差原始誤差| 工藝系統的幾何誤差工藝系統的幾何誤差| 工藝系統的受力變形工藝系統的受力變形| 工藝系統的熱變形工藝系統的熱變形| 工件內應力引起的變形工件內應力引起的變形 l 5.1.3 5.1.3 加工誤差的統計分析加工誤差的統計分析l 5.1.4 5.1.4 提高加工精度的途徑提高加工精度的途徑l5.1.1 5.1.1 加工精度的基本概念加工精度的基本概

3、念|加工精度加工精度 零件在加工后的實際幾何參數（尺寸、形狀和位置）與理想幾何參數的符合程度|加工誤差加工誤差 加工后零件的實際幾何參數（尺寸、形狀和位置）對理想幾何參數的偏差程度|零件的加工精度包括尺寸精度尺寸精度、形狀精度形狀精度、位位置精度置精度三方面|原始誤差原始誤差l工藝系統：零件的機械加工是在工藝系統中進行的，機床、夾具、刀具和工件組成了一個完整的工藝系統l定義：工藝系統的誤差稱為原始誤差原始誤差 l工藝系統的原始誤差根據產生的階段不同，可歸納如圖圖5 51 1所示 圖圖5-1 5-1 原始誤差的分類原始誤差的分類原始誤差原始誤差加工前誤差加工前誤差加工過程中的誤差加工過程中的誤差

4、加工后的誤差加工后的誤差加工原理誤差加工原理誤差調整誤差調整誤差工件裝夾誤差工件裝夾誤差機床誤差機床誤差夾具誤差夾具誤差刀具制造誤差刀具制造誤差工藝系統受力變形工藝系統受力變形工藝系統熱變形工藝系統熱變形刀具磨損刀具磨損工件殘余應力引起的變形工件殘余應力引起的變形測量誤差測量誤差|工藝系統的幾何誤差工藝系統的幾何誤差l加工原理誤差加工原理誤差l機床的誤差機床的誤差p主軸回轉誤差主軸回轉誤差v主軸回轉誤差的概念主軸回轉誤差的概念v影響主軸回轉精度的主要因素影響主軸回轉精度的主要因素p機床導軌誤差機床導軌誤差 p機床傳動鏈誤差機床傳動鏈誤差 l刀具的幾何誤差刀具的幾何誤差l夾具的幾何誤差夾具的幾何

5、誤差l定位誤差定位誤差l加工原理誤差加工原理誤差p定義：定義：采用了近似的成形運動或近似的切削刃形狀所產生的加工誤差 p理論上為了獲得設計規定的零件加工表面，要求切削刃完全符合理論曲線形狀，刀具和工件之間必需保持準確的運動關系。但在實際生產中為了簡化機床或刀具的設計和制造，降低生產成本，提高生產率，允許在保證零件加工精度的前提下采用近似加工原理l主軸回轉誤差的概念主軸回轉誤差的概念v定義：定義：主軸回轉時，主軸各瞬間的實際回轉軸線對其理想回轉軸線的漂移v基本形式：基本形式：徑向跳動徑向跳動：實際回轉軸線始終平行于理想回轉軸線，在一個平面內作等幅的跳動軸向跳動軸向跳動：實際回轉軸線始終沿理想回轉

6、軸線作等幅的竄動角度擺動角度擺動：實際回轉軸線與理想回轉軸線始終成一傾斜角，在一個平面上作等幅擺動，且交點位置不變l影響主軸回轉精度的主要因素影響主軸回轉精度的主要因素p影響主軸回轉精度的主要因素有：軸承本身的誤差、軸承的間隙、主軸各段軸徑同軸度誤差、軸承之間的同軸度誤差及主軸系統的剛度和熱變形等p滑動軸承滑動軸承p滾動軸承滾動軸承p滑動軸承滑動軸承l車床（圖圖5-3a5-3a） 軸徑不圓引起車床主軸向跳動（注意其頻率特性）l鏜床（圖圖5-3b5-3b） 軸承孔不圓引起鏜床主軸徑向跳動圖5-3a圖5-3b p滾動軸承滾動軸承l 與軸承本身的精度有關，很大程度上又與配合件的精度有關。如主軸軸頸與

7、支撐座孔各自的圓度誤差、波度和同軸度、止推面或軸肩與回轉軸線的垂直度、滾道的圓度、波度、滾動體的圓度誤差和尺寸誤差等，如圖圖所示p機床導軌誤差機床導軌誤差l導軌是機床上確定各主要部件相對位置關系及運動的基準l導軌的誤差將直接影響加工精度l車床及磨床導軌精度要求有三個方面：在水平面內的直線度；在垂直面內的直線度；前后導軌的平行度（扭曲）（1） 導軌在水平面內的直線度誤差:圖圖5 55 5 （2） 導軌在垂直面內的直線度誤差:圖圖5 56 6 （3） 前后導軌的平行度誤差（扭曲）:圖圖5-75-7圖圖5-5 5-5 臥式車床導軌直線度誤差臥式車床導軌直線度誤差 圖圖5-65-6臥式車床導軌臥式車床

8、導軌垂直面內直線度誤差垂直面內直線度誤差對工件加工精度的影對工件加工精度的影響響圖圖5 57 7 臥式車床導臥式車床導軌扭曲對工件加工精軌扭曲對工件加工精度影響度影響 p機床傳動鏈誤差機床傳動鏈誤差l定義：定義：指機床內聯系傳動鏈始末兩端傳動元件間相對運動的誤差l在螺紋加工、展成法加工中，由于要求機床傳動鏈保證刀具與工件之間具有準確的速比關系，故機床傳動鏈誤差對加工精度影響很大 l刀具的幾何誤差刀具的幾何誤差v 采用定尺寸刀具（如鉆頭、鉸刀、鍵槽銑刀、鏜刀塊、圓拉刀等）加工時，刀具的尺寸精度直接影響工件的尺寸精度 v 采用成形刀具（如成形車刀、成形銑刀、成形砂輪等）加工時，刀具的形狀精度將直接

9、影響工件的形狀精度 v 采用展成刀具（如齒輪滾刀、花鍵滾刀、插齒刀等）加工時，刀具切削刃的幾何形狀誤差會影響工件的加工精度 v 對一般刀具（如車刀、鏜刀、銑刀等），其制造精度對工件加工精度沒有直接影響，但這一類刀具耐用度低，易磨損 l夾具的幾何誤差夾具的幾何誤差v夾具的作用夾具的作用：p 保證加工時工件相對刀具和機床之間具有正確的位置，故夾具的幾何誤差對工件的尺寸精度和位置精度影響很大v夾具幾何誤差的內容：夾具幾何誤差的內容：u 夾具的制造誤差夾具的制造誤差u 夾具的安裝誤差夾具的安裝誤差主要是指組成夾具的定位元件、刀具導向元件、分度機構、夾具體等的制造誤差、安裝誤差及使用中的磨損l定位誤差定

10、位誤差v定義：定義：工件采用調整法加工時因定位不準確而引起的尺寸或位置的最大變動量v定位誤差的來源：基準不重合誤差基準不重合誤差定位副制造不準確誤差定位副制造不準確誤差 v定位誤差是基準不重合誤差基準不重合誤差和定位副制造不準定位副制造不準確誤差確誤差綜合作用的結果，由于這兩項誤差的方向有可能不在同一個方向，故定位誤差等于基準不重合誤差與定位副制造不準確誤差的矢量和 基準不重合誤差基準不重合誤差l基準：基準：用來確定零件上幾何要素之間的幾何關系所依據的點、線、面l設計基準：在零件圖上用來確定某一表面的尺寸、位置所依據的基準l工序基準：工序基準：在工序圖上用來確定本工序被加工表面加工后的尺寸、位

11、置所依據的基準l理論上要求工序基準應與設計基準重合，加工工件時，須選擇工件上若干幾何要素作為加工（或測量）時的定位基準（或測量基準），如所選的定位基準（或測量基準）與設計基準不重合時，就會產生基準不重合誤差。它等于定位基準相對于設計基準在工序尺寸方向上的最大變動量，且只在采用調整法加工時才會產生，在試切法加工時不會產生 定位副制造不準確誤差定位副制造不準確誤差l工件在夾具中的正確位置由夾具上的定位元件來確定，夾具上的定位元件不可能按照基本尺寸制造的絕對準確，它們的實際尺寸（或位置）都允許在分別規定的公差范圍內變動，同時，工件上的定位基準面也同樣存在制造誤差l工件定位面與夾具定位元件組成了定位副

12、，由于定位副制造的不準確以及定位副間隙引起的工件最大位置的變動量，稱為定位副制造不準確誤差 |工藝系統的受力變形l基本概念基本概念l零件的剛度零件的剛度工藝系統中如果零件的剛度相對于機床、刀具、夾具來說比較低，在切削力的作用下，工件由于剛性不足而引起的變形對其加工精度的影響會很大，形狀規則、結構簡單的零件的剛度可用有關力學公式估算l刀具的剛度刀具的剛度外圓車刀在加工表面法線方向上的剛度很大，其變形可以忽略不計鏜直徑較小的內孔時，刀桿剛性很差，其受力變形對孔加工精度影響很大 l機床部件的剛度機床部件的剛度l工藝系統的受力變形對加工精度的影響工藝系統的受力變形對加工精度的影響l基本概念基本概念 切

13、削加工時，機械加工工藝系統在切削力、夾緊力、慣性力、重力等力的作用下，會產生相應的變形，從而破壞了刀具和工件之間的正確的相對位置，造成了加工誤差 例如，在車削細長軸時，工件在切削力的作用下會發生變形，使加工出的軸產生了鼓形的圓柱度誤差（見圖圖5 58a8a） 在臥式鏜床上鏜孔時，若鏜桿作進給運動，由于鏜桿彎曲的變形，加工后的工件孔會產生拋物線回轉體誤差（見圖圖5 58b8b） 加工時工件彎曲加工時工件彎曲加工后工件呈鼓形加工后工件呈鼓形（a a）（b b）l機床部件的剛度機床部件的剛度機床部件的剛度機床部件的剛度影響機床部件剛度的因素影響機床部件剛度的因素v結合面接觸變形:圖圖5 51111

14、v低剛度零件本身變形:圖圖5 51212 v連接表面間的間隙 v接觸表面之間的摩擦 v受力方向及作用力矩機床部件的剛度機床部件的剛度u機床的結構形狀復雜，其中機床部件由很多零件組成，其剛度的計算很難用理論公式來完成，故機床部件剛度計算目前主要是通過實驗方法來測定 u圖圖5 59 9為單向測定車床靜剛度的實驗方法 u圖圖5-105-10是一臺車床刀架部件經三次加載和卸載的靜剛度曲線。其特點如下： （1）力與變形呈非線性關系說明機床部件的變形不單純是彈性變形 （2）加載曲線與卸載曲線不重合 （3）第一次加載與卸載后曲線不封閉 （4）機床部件實際剛度比按實際估算的要小 圖圖5-9 5-9 車床部件靜

15、剛度的測定車床部件靜剛度的測定圖圖5-11 5-11 兩零件結合面間的接觸情況兩零件結合面間的接觸情況A AA A 放大放大圖圖5-12 5-12 部件中的薄弱零件的變形部件中的薄弱零件的變形l工藝系統的受力變形及其對加工精度的影響工藝系統的受力變形及其對加工精度的影響 工藝系統的變形工藝系統的變形 工藝系統的受力變形及其對加工精度的影響工藝系統的受力變形及其對加工精度的影響v 切削力位置的變化對零件加工精度的影響切削力位置的變化對零件加工精度的影響（隨受力點的位置變化發生變化）（隨受力點的位置變化發生變化）v 切削力大小變化對工件加工精度的影響切削力大小變化對工件加工精度的影響v 夾緊力對加

16、工精度的影響夾緊力對加工精度的影響 v 機床部件和工件重量對加工精度的影響機床部件和工件重量對加工精度的影響 v 其它作用力對零件加工精度的影響其它作用力對零件加工精度的影響（如慣性力、傳動力）（如慣性力、傳動力） 工藝系統的變形工藝系統的變形l工藝系統在切削力的作用下，都會不同程度的產生變形，導致刀具和被加工表面的相對位置發生變化，從而使工件產生加工誤差l工藝系統的變形等于各組成部分變形的疊加，即 工刀夾機系yyyyy式中，機y夾y刀y工y機床變形量，夾具變形量， 刀具變形量， 工件的變形量，l工藝系統各部件的剛度工藝系統各部件的剛度工y工刀y刀夾y夾機y機系y系yFk1，yFk1，yFk1

17、，yFk1，yFk1式中，機k夾k刀k工k機床剛度，N/ 夾具剛度，N/ 刀具剛度，N/ 工件剛度，N/ 工藝系統的變形工藝系統的變形l工藝系統的剛度工藝系統的剛度工刀夾機系k1k1k1k11k由上式可知，知道了工藝系統各組成部分的剛度后，就可以計算出整個系統的剛度，并且整個工藝系統的剛度要比其中剛度最小的那個環節的剛度還要差 設作用在主軸箱和尾座上的力分別為 FA 、FB ，則可求出系統的變形及剛度如下：圖圖5-13 5-13 車削外圓時工藝系統車削外圓時工藝系統受力變形對加工精度的影響受力變形對加工精度的影響 2尾2主刀架y刀架x系lxk1lxlk1k1Fyyy2尾2刀架系y系lxk1lx

18、lk主1k11yFk v切削力位置的變化對零件加工精度的影響切削力位置的變化對零件加工精度的影響v切削力大小變化對工件加工精度的影響切削力大小變化對工件加工精度的影響在對零件同一截面內進行切削時，由于工件材質不均或加工余量的變化，會引起切削力的變化，使工藝系統發生變形，導致工件出現加工誤差如圖圖，尺寸誤差和形位誤差都存在復映現象v夾緊力對加工精度的影響夾緊力對加工精度的影響工件的剛度比較低或夾緊力的方向和施力點選擇不當,裝夾過程中會引起工件的變形,從而導致工件的加工誤差例如用三爪自定心卡盤夾持薄壁套筒作鏜孔加工,如圖圖，為薄壁套夾緊變形誤差v機床部件和工件重量對加工精度的影響機床部件和工件重量

19、對加工精度的影響有些大型機床由于自身重力過大會引起相應的變形，從而造成工件加工誤差。例如大型立車在刀架的自重下引起橫梁變形，造成工件端面的平面度誤差及外圓上的錐度。工件的直徑越大，加工誤差也越大對于大型工件的加工（如磨削床身導軌面），工件自重引起的變形有時會成為產生加工形狀誤差的主要原因。在實際生產中，裝夾大型工件時，恰當布置支撐可以減小自重引起的變形如圖如圖所示 龍門銑橫梁變形龍門銑橫梁變形龍門銑橫梁變形轉移龍門銑橫梁變形轉移龍門銑橫梁變形補償龍門銑橫梁變形補償|工藝系統的熱變形工藝系統的熱變形l熱變形對加工精度影響比較大，尤其是在精密加工和大件加工中，由熱變形所引起的加工誤差通常會占到工件

20、加工總誤差的4070 工藝系統的熱源工藝系統的熱源 工件熱變形對加工精度的影響工件熱變形對加工精度的影響 刀具熱變形對加工精度的影響刀具熱變形對加工精度的影響 機床熱變形對加工精度影響機床熱變形對加工精度影響 工藝系統的熱源工藝系統的熱源切削熱切削熱摩擦熱摩擦熱派生熱源派生熱源環境溫度環境溫度輻射熱輻射熱工藝系統熱源工藝系統熱源內部熱源內部熱源外部熱源外部熱源l切削熱切削熱是由切削過程中工件切削層金屬彈性變形、塑性變形以及刀具、工件與切削之間的摩擦所消耗的能量轉化而來的l對加工精度的影響最為直接l切削熱與被加工的材料被加工的材料、刀具刀具幾何參數幾何參數、切削用量切削用量及切削時切削時的冷卻潤

21、滑條件的冷卻潤滑條件有直接的關系l摩擦熱主要來源：工藝系統的運動副（如齒輪副、軸承副、導軌副、螺母絲杠副、離合器副等）的相對運動所產生的摩擦熱及因動力源（如電動機、液壓系統等）工作時的能量損失而產生的熱l工藝系統內部的部分熱量通過切屑、切削液、潤滑液等帶到機床其他部位，形成了派生熱源，因此使系統產生熱變形l以對流傳遞為主要傳遞形以對流傳遞為主要傳遞形式的環境溫度的變化（如氣式的環境溫度的變化（如氣溫的變化、空調、地基溫度溫的變化、空調、地基溫度的變化等）影響工藝系統的的變化等）影響工藝系統的受熱均勻性，從而影響工件受熱均勻性，從而影響工件的加工精度的加工精度l以輻射為傳遞形式的輻射熱（如陽光、

22、燈光照明、加熱器、人體溫度等）對工藝系統輻射的單面性或局部性而使工藝系統產生熱變形，從而影響工件的加工精度請單擊請單擊4 4下下工件熱變形對加工精度的影響工件熱變形對加工精度的影響l機械加工過程中，工件熱變形的熱源主要是切削熱切削熱 1）工件均勻受熱 2）工件不均勻受熱:在銑、刨及磨削加工中容易出現如下情況長軸類零件磨削時的熱變形薄片類零件的熱變形 長軸類零件磨削時的熱變形長軸類零件磨削時的熱變形l磨削長軸類零件時，由于沿工件軸向切削時間的先后，故隨著切削的進行，工件的溫升逐漸增加，熱膨脹也逐漸增加，導致直徑變大，到加工結束時增至最大，因此磨削深度也隨之增大l工件冷卻后則產生錐形的幾何誤差，如

23、圖圖所示圖圖5-16 5-16 長軸熱變形引起的形狀誤差長軸熱變形引起的形狀誤差刀具熱變形對加工精度的影響刀具熱變形對加工精度的影響l刀具熱變形的熱源主要是切削熱切削熱l切削加工中，約有10的切削熱傳給了刀具，比例雖然不大，但由于刀具尺寸小、熱容量小、刀具溫升較高，刀頭部位的溫升更高，故其對加工精度的影響不容忽視l象高速鋼車刀車削外圓時，刀刃部分的溫度可達700800，刀具伸長可達0.03-0.05mml圖圖5 51717為車削時車刀的熱變形曲線1）刀具連續切削時:曲線A是刀具連續工作時的熱伸長曲線 2）刀具間斷切削時:間斷切削熱變形曲線見圖圖5 51717中曲線C l為了減小刀具的熱變形，應

24、合理選擇切削用量和刀具幾何參數，并給予充分的冷卻和潤滑，以減少切削熱，降低切削溫度 圖圖5-17 5-17 車刀熱變形曲線車刀熱變形曲線機床熱變形對加工精度的影響機床熱變形對加工精度的影響l由于機床熱源分布的不均勻、機床結構的復雜性以及機床工作條件變化很大等原因，機床各部件溫升不同，甚至同一零件的不同部位溫升也有差異，從而破壞了機床原有的相互位置關系，使工件產生加工誤差l不同機床，其主要熱源不同，對加工精度的影響也不同l車、銑、鉆、鏜等機床的主要熱源是主軸箱 |工件內應力引起的變形工件內應力引起的變形l基本概念基本概念定義定義：外部載荷去除以后，仍然存在于零件內部的應力，稱為內應力內應力 工件

25、一旦產生內應力之后，就會使工件金屬處于一種高能位的不穩定狀態，它本能地要向低能位的穩定狀態 轉化，并伴隨著變形的發生，從而導致工件喪失原有的加工精度 l內應力的產生內應力的產生l內應力的產生內應力的產生在鑄、鍛、焊、熱處理等工序中由于工件壁厚不均、冷卻不均以及金相組織轉變的體積變化，使毛坯內部產生了相當大的殘余應力，初期內應力暫時處于相對平衡狀態，如圖（圖（a a），但在切削力作用下，這種平衡狀態被打破，殘余應力會重新分布，導致工件出現明顯的變形，如圖（圖（b b） 冷校直產生的內應力，如細長軸類零件經車削加工后出現變形，在原有變形方向的相反方向加外力，使工件向相反方向彎曲，產生塑性變形，以達

26、到校直的目的，這就是冷校直。在外力的作用下，工件內部應力重新分布，當外力去除后殘余應力依然存在。冷校直后，工件雖然減少了彎曲，但依然處于不穩定狀態，還會產生新的彎曲變形 l5.1.3 5.1.3 加工誤差的統計加工誤差的統計p概述加工誤差分類加工誤差分類l系統誤差系統誤差l隨機誤差隨機誤差正態分布正態分布l 正態分布的數學模型、特征參數和特殊點正態分布的數學模型、特征參數和特殊點l 標準正態分布標準正態分布l 工件尺寸在某區間的概率工件尺寸在某區間的概率p工藝過程的分布圖分析工藝過程的穩定性工藝過程的穩定性工藝過程的分布圖分析工藝過程的分布圖分析p工藝過程的點圖分析工藝過程的點圖分析l系統誤差

27、系統誤差 分類：v 常值性系統誤差常值性系統誤差p 定義：在連續加工一批工件時，大小和方向均保持不變的誤差p 例如例如：機床、刀具、夾具、量具等的制造誤差及調整誤差v 變值性系統誤差變值性系統誤差p 定義：在連續加工一批工件中，大小和方向有規律變化的誤差p 例如例如： 刀具的磨損引起的加工誤差、工藝系統熱變形引起的加工誤差 從上述誤差定義可以看出，常值性系統誤差與加工順序無關，而變值性系統誤差與加工順序有關 l隨機誤差隨機誤差定義定義：在連續加工一批工件時，大小和方向無規則變化的誤差例如例如：加工時的定位誤差、夾緊誤差、加工余量不均勻引起的誤差等對系統誤差，可循其產生的規律加以調整或補償來消除

28、，而對隨機誤差，只能縮小其變動范圍，無法完全消除根據概率論與數里統計學，隨機誤差的統計規律可用概率分布表示 l正態分布的數學模型、特征參數和特殊點正態分布的數學模型、特征參數和特殊點機械加工中，工件的尺寸誤差是由很多相互獨立的隨機誤差綜合作用的結果，如果其中沒有一個隨機誤差起絕對作用，則加工后工件的尺寸呈正態分布,見圖下頁圖正態分布曲線方程如下：正態分布曲線方程如下：2121,02xyex 式中， y y（x x）正態分布的概率密度x算數平均值 標準偏差圖圖5-19 5-19 正態分布曲線的特殊點正態分布曲線的特殊點實際生產中，通常 ，為查表方便，需將非標準正態分布轉換成標準正態分布。令l標準

29、正態分布標準正態分布1, 0 xxxzx=0，=1的正態分布為標準分布，其概率分布密度如下式： 2x12e21xy，則 zy1e21e21xy12x2xx222l工件尺寸在某區間的概率工件尺寸在某區間的概率該概率等于圖521中陰影的面積 2121( )2xxF xedx圖圖5-21 5-21 工件尺寸概率分布工件尺寸概率分布xz令：221( )02zzF zed z則工藝過程的穩定性工藝過程的穩定性l工藝過程的穩定性工藝過程的穩定性：工藝過程在時間歷程上保持工件均值和標準差值穩定不變的性能l在加工時間不是很長的情況下，分布特征參數的變化是很小的，因此，工藝過程穩定性取決于變值系統性誤差是否顯著

30、，在正常情況下，變值系統性誤差并不顯著，可以說工藝過程是穩定的，即工藝過程處于控制狀態中 工藝過程的分布圖分析工藝過程的分布圖分析l制作分布圖的目的是想通過分布圖來了解所加工的工件質量指標的分布是否是預期的概率分布、了解工藝系統的加工能力的大小、機床調整的好壞、加工過程是否會產生廢品、廢品率的高低以及產生廢品的原因等 l具體工藝過程分布圖分析的內容及步驟如下： 樣本容量的確定 樣本數據的整理與計算 繪制實際分布圖 繪制理論分布圖 工藝過程分布圖分析p工藝過程的點圖分析工藝過程的點圖分析l工藝過程穩定工藝過程穩定 點子正常波動工藝過程穩定；點子異常波動工藝過程不穩定l穩定性判別穩定性判別沒有點子

31、超出控制限大部分點子在中心線上下波動，小部分點子靠近控制限點子變化沒有明顯規律性（如上升、下降傾向，或周期性波動）l同時滿足為穩定同時滿足為穩定l5.1.45.1.4提高加工精度的途徑提高加工精度的途徑減小原始誤差轉移原始誤差誤差分組法 誤差平均法 誤差補償法 |5.2 5.2 機械加工表面質量機械加工表面質量l5.2.1 表面質量表面質量的基本概念表面質量的基本概念表面質量對使用性能的影響表面質量對使用性能的影響v表面質量對零件耐磨性的影響表面質量對零件耐磨性的影響v表面質量對疲勞強度的影響表面質量對疲勞強度的影響v表面質量對耐腐蝕性的影響表面質量對耐腐蝕性的影響v表面質量對配合質量的影響表

32、面質量對配合質量的影響l5.2.2機械加工后的表面質量機械加工后的表面粗糙度機械加工后的表面粗糙度機械加工后的表面層物理力學性能機械加工后的表面層物理力學性能機械加工過程中的振動機械加工過程中的振動l5.2.3 5.2.3 控制表面質量的工藝途徑控制表面質量的工藝途徑表面質量的基本概念表面質量的基本概念u定義：定義：機器零件加工后表面層的狀態u內容內容：l表面層的幾何形狀表面層的幾何形狀1)表面粗糙度表面粗糙度：是指加工表面的微觀幾何形狀誤差，其波高與波長比值一般在50 2)表面波度表面波度：加工不平度中波長與波高之比值在40至1000之間的幾何形狀誤差稱為波度(見圖圖5 52424) l表面

33、層的物理機械性能表面層的物理機械性能1)表面層的冷作硬化表面層的冷作硬化：零件在機械加工過程中由于切削力的作用使表面層金屬產生強烈的冷態塑性變形后，引起的強度及硬度都有所提高的現象稱為表面層的冷作硬化 2)表面層金相組織的變化表面層金相組織的變化：由于切削熱使被加工表面的溫升過高，使得表層金屬的金相組織發生變化的現象 3)表面層殘余應力表面層殘余應力：由于加工過程中切削表面變形及切削熱的影響，工件表面層產生了殘余應力 圖圖5-24 5-24 表面幾何形狀表面幾何形狀v表面質量對零件耐磨性的影響表面質量對零件耐磨性的影響p在摩擦副的材料、熱處理情況及潤滑條件已經確定的情況下，零件表面質量對耐磨性

34、能起決定作用 p表面粗糙度值的大小對零件表面磨損的影響不同，一般來說，表面粗糙度值越小，其耐磨形越好，但太小，潤滑油不易存儲，導致接觸面之間發生分子粘結，使磨損加大 p圖圖5 52525是實驗所得的不同表面粗糙度對初期磨損量影響曲線p接觸表面的表面粗糙度有一個最佳值，最佳值與零件的工作情況有關，工作載荷加大時，初期磨損量增大，表面粗糙度最佳值也加大 圖圖5-25 5-25 表面粗糙度與初期磨損的關系表面粗糙度與初期磨損的關系v表面質量對疲勞強度的影響表面質量對疲勞強度的影響在交變載荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位很容易引起應力集中，產生疲勞裂紋。表面粗糙度值越大，即凹陷越深越尖，應力集中越嚴重，

35、越容易形成和擴展疲勞裂紋，造成零件的疲勞損壞 零件表面層的殘余拉應力將使裂紋擴大，加速疲勞破壞；而表面層殘余壓應力能夠阻止疲勞裂紋的擴展，延緩疲勞破壞的發生 零件表面的冷作硬化層可以阻止裂紋的擴大及新裂紋的產生，對提高疲勞強度有利。但冷硬層過深或過硬則容易產生裂紋，所以零件的冷作硬化層深度要適中 v表面質量對耐腐蝕性的影響表面質量對耐腐蝕性的影響表面粗糙度對零件的耐腐蝕性影響很大。表面粗糙度值越大，凹谷中聚積的腐蝕性物質就越多，零件的抗腐蝕性越差 表面的冷作硬化及金相組織變化都會產生內應力，內應力會導致應力腐蝕，若有裂紋，會增加應力腐蝕的敏感性，從而降低零件的耐腐蝕性 l表面質量對配合質量的影

36、響表面質量對配合質量的影響表面粗糙度值的大小對零件配合精度的影響很大對于間隙配合，粗糙度值大會使磨損加大，破壞了原有的配合性質對于過盈配合，壓裝時會減小過盈量，降低配合強度 機械加工后的表面粗糙度機械加工后的表面粗糙度l切削加工后的表面粗糙度切削加工后的表面粗糙度p切削加工時表面粗糙度形成的原因： 1 1）刀具幾何形狀的影響）刀具幾何形狀的影響2 2）工件材料的性質）工件材料的性質 3 3）切削用量）切削用量 l磨削加工后的表面粗糙度磨削加工后的表面粗糙度 1 1）刀具幾何形狀的影響）刀具幾何形狀的影響l刀具相對工件作進給運動時，在加工表面上留下了切削層殘留面積l以車削為例以車削為例，如果背吃

37、刀量較大，則主要是刀刃的直線部分形成表面粗糙度;如果背吃刀量較小時，工件表面粗糙度主要是由刀刃的圓弧部分形成的 2 2）工件材料的性質）工件材料的性質l切削加工后表面的粗糙度實際輪廓與理論輪廓有較大差異，主要原因是被加工材料塑性變形的影響l加工塑性材料時，刀具的刃口圓角及后刀面對工件擠壓、摩擦而產生塑性變形。工件材料韌性越好，金屬的塑性變形越大，容易產生積屑瘤和鱗刺，加工表面也就越粗糙 3 3）切削用量）切削用量l切削速度對表面粗糙度的影響很大，如圖所示l若切削速度處在產生積屑瘤和鱗刺的范圍內，加工表面會很粗糙；若切削速度處在積屑瘤和鱗刺產生的區域之外，如選擇低速寬刀精切，表面粗糙度值會明顯減

38、小l過小的背吃刀量會使刀具在被加工表面上擠壓和打滑，增大表面粗糙度值 圖圖5-27 5-27 加工塑性材料時切削速度加工塑性材料時切削速度對表面粗糙度影響對表面粗糙度影響l磨削加工后的表面粗糙度磨削加工時表面粗糙度的形成的與切削加工時表面粗糙度形成的過程類似，它也是由幾何因素及表面金屬的塑性變形來決定的 從幾何因素角度看，磨削表面是由砂輪上大量磨?？虅澇鰺o數極細的刻痕形成的，被磨表面單位面積上的刻痕越多、刻痕的等高性越好，表面粗糙度值越小 從塑性變形角度來看，磨削加工時溫度很高，大多數磨粒在工件表面只有劃擦、耕犁作用，使得金屬沿著磨粒的兩側流動，形成溝槽兩側的隆起，從而產生比較大的塑性變形，使

39、表面粗糙度值增大 影響磨削表面粗糙度的因素影響磨削表面粗糙度的因素 影響磨削表面粗糙度的因素影響磨削表面粗糙度的因素1）砂輪的粒度 2）砂輪的硬度 3）砂輪的修整 4）磨削速度 5）磨削徑向進給量和光磨次數 6）工件圓周進給速度和軸向進給量 7）冷卻潤滑液 機械加工后的表面層物理力學性能機械加工后的表面層物理力學性能l表面層的冷作硬化表面層的冷作硬化p冷作硬化產生的原因冷作硬化產生的原因p影響冷作硬化的原因影響冷作硬化的原因l表面層材料金相組織的變化表面層材料金相組織的變化l表面層的殘余應力表面層的殘余應力p冷作硬化產生的原因冷作硬化產生的原因l產生原因：產生原因：機械加工過程中由于切削力的作

40、用產生塑性變形，使晶格扭曲、畸變，晶粒間產生剪切滑移，晶粒被拉長及纖維化，甚至出現碎晶，這些原因使得表面層金屬的硬度和強度提高，這種現象稱為冷作硬化（或強化）l產生的結果：使得金屬變形抗力加大，塑性降低，冷作硬化之后得金屬始終處于高能位得不穩定狀態，只要有可能就會向低能位的穩定狀態轉變，這種現象稱為弱化 l由于金屬在加工過程中同時受到力和熱的作用，故加工后表層金屬的最后性質取決于強化和弱化綜合作用的結果 l評定冷作硬化的指標：表層金屬的顯微硬度硬化層深度硬化程度 p影響冷作硬化的原因影響冷作硬化的原因l刀具刀具:刀具的切削刃口圓角半徑及后刀面的磨損對冷硬層的影響很大。增大兩值，冷硬層的深度及硬度都會增加l切削用量切削用量:切削速度增大，刀具與工件作用時間縮短，會使塑性變形的程度減小，冷硬層深度也隨之減小。同時增大切削速度，會使切削熱在工件表面停留的時間縮短，增加冷硬程度l加工材料加工材料:工件材料的塑性越大，冷硬現象越嚴重 l表面層材料金相組織的變化表面層材料金相組織的變化p磨削加工所消耗的能量絕大部分轉化為熱而傳給了工件。使工件溫度升高，引起加工表面層金屬金相組織的顯著變化，強度和硬度下降，產生殘余應力，甚至裂紋，這就是磨削燒傷現象磨削燒傷現象 p磨削淬火鋼時可能