1、第4章 機械加工質量分析與控制本章要點機械加工中的振動影響加工誤差的因素影響機械加工表面質量的因素工藝系統幾何誤差工藝系統受力變形工藝系統熱變形加工誤差的統計分析1機械制造造技術基基礎第4章機械加工工質量分分析與控控制AnalysisandControlofMachiningQuality4.1概述IntroductiontoMachining Quality24.1.1機械加工工質量尺寸精度形狀精度位置精度（通常形形狀誤差差限制在在位置公公差內，位置公公差限制制在尺寸寸公差內內）表面粗糙糙度波度紋理方向向傷痕（劃痕、裂紋、砂眼等等）加工精度表面質量表面幾何形狀精度表面缺陷層表層加工硬化表層金

2、相組織變化表層殘余應力加工質量圖4-1加工質量量包含的的內容34.1.1機械加工工質量加工精度度：零件加工工后實際際幾何參參數與理想幾何何參數接近程度度。零件宏觀觀幾何形形狀誤差差、波度度、表面面粗糙度度宏觀幾何何形狀誤誤差（平平面度、圓度等等）波長/波高1000波度波長/波高=501000；且具有有周期特特性表面粗糙糙度波長/波高50 a）波度 b）表面粗糙度 圖4-2 零件加工表面的粗糙度與波度RZHRZ44.1.2表面質量量對零件件使用性性能的影影響對耐磨性性影響Ra（m）初始磨損量重載荷輕載荷圖4-3 表面粗糙度與初始磨損量表面粗糙糙度值 耐耐疲勞勞性適當硬化化可提高高耐疲勞勞性表面粗

3、糙糙度值耐蝕蝕性表面壓應應力：有有利于提提高耐蝕蝕性表面粗糙糙度值 配配合質量量表面粗糙糙度值耐磨磨性，但有一一定限度度（圖4-3）對耐疲勞性影響對耐蝕性影響對配合質量影響紋理形式式與方向向：圓弧弧狀、凹凹坑狀較較好適當硬化化可提高高耐磨性性54.1.3誤差敏感感方向圖4-4：RYRRR =X（4-1）（4-2）顯然：工藝系統統原始誤誤差方向向不同，對加工工精度的的影響程程度也不不同。對對加工精精度影響響最大的的方向，稱為誤誤差敏感感方向。誤差敏感感方向一一般為已已加工表表面過切切削點的的法線方方向。圖4-4 誤差敏感方向YR0Xa）YR0Xb）誤差敏感方向6引起加工工誤差的的根本原原因是工工

4、藝系統統存在著著誤差，將工藝藝系統的的誤差稱稱為原始始誤差。4.1.4影響加工工精度的的因素原始誤差與工藝系統原始狀態有關的原始誤差(幾何誤差)與工藝過程有關的原始誤差(動誤差)原理誤差定位誤差調整誤差刀具誤差夾具誤差機床誤差工藝系統受力變形（包括夾緊變形）工藝系統受熱變形刀具磨損測量誤差工件殘余應力引起的變形工件相對于刀具靜止狀態下的誤差工件相對于刀具運動狀態下的誤差主軸回轉誤差導軌導向誤差傳動誤差原始誤差原始誤差分類圖4-5原始誤差差構成74.1.5研究加工工質量的的方法理論方法法：運用物理理學和力力學原理理，分析析研究某某一個或或某幾個個因素對對加工精精度或表表面質量量的影響響。試驗方法

5、法：通過試驗驗或測試試，確定定影響各各因素與與加工質質量指標標之間的的關系。統計分析析方法：運用數理理統計原原理和方方法，根根據被測測質量指指標的統統計性質質，對工工藝過程程進行分分析和控控制。物理方法數學方法8機械制造造技術基基礎第4章機械加工工質量分分析與控控制AnalysisandControlofMachiningQuality4.2 工藝系統幾何精度對加工精度的影響Geometric Precisions of Technological System and its influence to machining Precision9加工原理理誤差是是指采用用了近似似的成型型運動或或

6、近似的的刀刃輪輪廓進行行加工而而產生的的誤差。4.2.1加工原理理誤差式中R球頭刀半半徑；h允許的殘殘留高度度。例2：用阿基米米德蝸桿桿滾刀滾滾切漸開開線齒輪輪例1：在數控銑銑床上采采用球頭頭刀銑削削復雜形形面零件件(圖4-6)SRh圖4-6 空間曲面數控加工（4-3）加工原理誤差104.2.2機床誤差差主軸回轉轉誤差是是指主軸軸實際回回轉線對對其理想想回轉軸軸線的漂漂移。為便于研研究，可可將主軸軸回轉誤誤差分解解為徑向向圓跳動動、端面面圓跳動動和傾角角擺動三三種基本本型式（圖4-7）。b）端面圓跳動a）徑向圓跳動c）傾角擺動圖4-7 主軸回轉誤差基本形式主軸回轉誤差114.2.2機床誤差差主

7、軸回轉轉誤差對對加工精精度的影影響主軸徑向向圓跳動動對加工工精度的的影響（鏜孔）考慮最簡簡單的情情況，主主軸回轉轉中心在在X方向上作作簡諧直直線運動動，其頻頻率與主主軸轉速速相同，幅值為為2e。則刀尖的的坐標值值為：e圖4-8 徑向跳動對鏜孔精度影響式中R刀尖回轉轉半徑；主軸轉角角。（4-4） 顯然，式式（4-4）為一橢橢圓。12圖4-9徑向跳動動對車外外圓精度度影響123456784.2.2機床誤差差仍考慮最最簡單的的情況，主軸回回轉中心心在X方向上作作簡諧直直線運動動，其頻頻率與主主軸轉速速相同，幅值為為2e。則刀尖運運動軌跡跡接近于于正圓（圖4-9）。思考：主軸回轉轉中心在在X方向上作作

8、簡諧直直線運動動，其頻頻率為主主軸轉速速兩倍，被車外圓形形狀如何何？結論：主軸徑向跳動動影響加加工表面面的圓度度誤差e主軸徑向向圓跳動動對加工工精度的的影響（車外圓圓）134.2.2機床誤差差主軸端面面圓跳動動對加工工精度的的影響被加工端端面不平平，與圓圓柱面不不垂直；加工螺紋紋時，產產生螺距距周期性性誤差。主軸傾角角擺動對對加工精精度的影影響與主軸徑向跳動動影響類類似，不不僅影響響圓度誤誤差，而而且影響響圓柱度度誤差。14AB4.2.2機床誤差差影響主軸軸回轉精精度的主主要因素素內外滾道道圓度誤誤差、滾滾動體形形狀及尺尺寸誤差差圖4-10 軸徑不圓引起車床主軸徑向跳動滑動軸承承鏜床（圖4-1

9、1）軸承孔不不圓引起起鏜床主主軸徑向向跳動圖4-11 軸承孔不圓引起鏜床主軸徑向跳動滾動軸承承車床（圖4-10）軸徑不圓圓引起車車床主軸軸向跳動動（注意意其頻率率特性）靜壓軸承承對軸承孔或或軸徑圓圓度誤差差起均化作用154.2.2機床誤差差影響主軸軸回轉精精度的主主要因素素推力軸承承滾道端面面平面度度誤差及及與回轉轉軸線的的垂直度度誤差（圖4-12）其他因素素軸承孔、軸徑圓圓度誤差差；軸承承孔同軸軸度誤差差；軸肩肩、隔套套端面平面面度誤差差及與回回轉軸線線的垂直直度誤差差；裝配配質量等等a） b）0圖4-12 止推軸承端面誤差對主軸軸向竄動的影響164.2.2機床誤差差傳統測量量方法存存在問題

10、題：主軸回轉轉誤差的的測量圖4-13 傳統測量方法a)b)圖4-14 主軸回轉誤差測量法1 擺動盤 2，4 傳感器 3 精密測球 5 放大器 6 示波器準確測量量方法包含心軸軸、錐孔孔誤差在在內非運動狀狀態。17導軌副運運動件實實際運動動方向與與理想運運動方向向的偏差差包括：導導軌在水水平面內內的直線線度，導導軌在垂垂直面內內的直線線度，前前后導軌軌平行度度（扭曲曲），導導軌與主主軸回轉轉軸線的的平行度度（或垂垂直度）等。導軌導向向誤差對對加工精精度的影影響導軌水平平面內的的直線度度誤差,誤差敏感感方向,影響顯著著導軌垂直直面內的的直線度度誤差,誤差非敏敏感方向向,影響小導軌扭曲曲對加工工精度

11、的的影響,影響顯著著（圖4-15）X圖4-15 導軌扭曲引起的加工誤差HRDBXY（4-5） 4.2.2機床誤差差導軌導向誤差18導軌與主主軸回轉轉軸線位位置誤差差對加工工精度的的影響4.2.2機床誤差差圖4-16 成形運動間位置誤差對外圓和端面車削的影響fZzzc）HyR0fXZLfdDdxa）b）19影響導軌軌導向精精度的主主要因素素4.2.2機床誤差差機床制造誤差機床安裝誤差導軌磨損20機床傳動動誤差對對加工精精度的影影響圖4-17 齒輪機床傳動鏈z7 = z8 = 16z1 = 64zn = 96z5 = z6 = 23z3 = z4 = 23bz2 = 16zn-1 = 1icefa

12、cd（4-6） 以齒輪機機床傳動動鏈為例例：式中n傳動鏈末末端元件件轉角誤誤差；kj第j個傳動元元件的誤誤差傳遞遞系數，表明第第j個傳動元元件對末末端元件件轉角誤誤差影響響程度，其數值值等于該該元件至至末端元元件的傳傳動比；n傳動鏈末末端元件件角速度度；j第j個傳動元元件轉角角誤差的的初相角角。4.2.2機床誤差差機床傳動誤差21縮短傳動動鏈長度度提高末端端元件的的制造精精度與安安裝精度度采用降速速傳動采用頻譜譜分析方方法，找找出影響響傳動精精度的誤誤差環節節對傳動誤誤差進行行補償末端元件件轉角誤誤差圖4-18 傳動鏈誤差的頻譜分析a)nA1A2Aib)（頻率）A（幅值）12i提高傳動動精度措

13、措施4.2.2機床誤差差224.2.3刀具與夾夾具誤差差定尺寸刀刀具（鉆鉆頭、絞絞刀等）尺寸誤誤差影響響加工尺尺寸誤差差成形刀具具和展成成刀具形形狀誤差差影響加加工形狀狀誤差刀具磨損損影響加加工尺寸寸誤差或或形狀誤誤差刀具誤差234.2.3刀具與夾夾具誤差差L0.056F710F7k620H 7g 6YZ圖4-19 鉆徑向孔的夾具夾具誤差差影響加加工位置置精度。與夾具有有關的影影響位置置誤差因因素包括括：通常要求求定位誤誤差和夾夾具制造造誤差不不大于工工件相應應公差的的1/3。夾具誤差1）定位誤誤差；2）刀具導導向（對對刀）誤誤差；3）夾緊誤誤差；4）夾具制制造誤差差；5）夾具安安裝誤差差；2

14、44.2.4調整誤差差測量誤差差。試切時與與正式切切削時切切削厚度度不同造造成的誤誤差。機床進給給機構的的位移誤誤差。定程機構構誤差。樣件或樣樣板誤差差。測量有限限試件造造成的誤誤差。和試切法法有關的的誤差。a）b）圖4-20試切法與與調整法法試切法（圖4-20 a）調整法（圖4-20 b）25機械制造造技術基基礎第4章機械加工工質量分分析與控控制AnalysisandControlofMachiningQuality4.3 工藝系統受力變形對加工精度的影響Static Stiffness of Technological System and its influence to machini

15、ng Precision26在加工誤誤差敏感感方向上上工藝系系統所受受外力與與變形量量之比4.3.1基本概念念工藝系統剛度（4-7）式中 k工藝系統剛度； Fp吃刀抗力； X 藝系統位移（切削合力作用下的位移）。274.3.1基本概念念（4-8）式中k工藝系統統剛度；kjc機床剛度度；kjj夾具剛度度；kd刀具剛度度；kg工件剛度度。工藝系統統受力變變形等于于工藝系系統各組組成部分分受力變變形之迭迭加。由由此可導導出工藝藝系統剛剛度與工工藝系統統各組成成部分剛剛度之間間的關系系：工藝系統剛度計算28機床變形形引起的的加工誤誤差4.3.2工藝系統統剛度對對加工精精度的影影響式中Xjc機床總變變形

16、；Fp吃刀抗力力；ktj機床前頂頂尖處剛剛度；kwz機床后頂頂尖處剛剛度；kdj機床刀架架剛度；L工件全長長；Z刀尖至工工件左端端距離。（4-9）圖4-21 變形隨受力點變化規律XtjXwzXdjXFpAABBCCZLFAFBXz切削力作用點位置變化引起工件形狀誤差294.3.2工藝系統統剛度對對加工精精度的影影響工件加工工后成鞍鞍形（圖圖4-22）圖4-22機床受力力變形引引起的加加工誤差差（5-10）工件變形形引起的的加工誤誤差式中Xg工件變形形；E工件材料料彈性模模量；J工件截面面慣性矩矩；Fp，L，Z 含義同前前。由于工件件變形，使工件件加工后后成鼓形形（圖4-23）圖4-23工件受力

17、力變形引引起的加加工誤差差30（4-11）機床變形形和工件件變形共共同引起起的加工工誤差工藝系統統剛度（4-12）4.3.2工藝系統統剛度對對加工精精度的影影響31式中g工件圓度度誤差；m毛坯圓度度誤差；k工藝系統統剛度；誤差復映映系數。（4-13）以橢圓截截面車削削為例說說明（圖圖4-24）圖4-24 誤差復映現象ap11ap22毛坯外形工件外形由于工藝藝系統受受力變形形，使毛毛坯誤差差部分反反映到工工件上，此種現現象稱為為“誤差復映映”4.3.2工藝系統統剛度對對加工精精度的影影響切削力大小變化引起的加工誤差誤差復映映32誤差復映映系數機械加工工中，誤誤差復映映系數通通常小于于1。可通過過

18、多次走走刀，消消除誤差差復映的的影響。（4-15）4.3.2工藝系統統剛度對對加工精精度的影影響誤差復映映程度可可用誤差差復映系系數來表表示，誤誤差復映映系數與與系統剛剛度成反反比。由由式（4-13）可得：（4-14）33夾緊力、重力、傳動力力和慣性性力引起起的加工工誤差夾緊力影影響a）b）圖4-25薄壁套夾夾緊變形形圖4-26薄壁工件件磨削【例1】薄壁套夾夾緊變形形解決：加開口套套【例2】薄壁工件件磨削解決：加橡皮墊墊4.3.2工藝系統統剛度對對加工精精度的影影響34圖4-27龍門銑橫橫梁變形形【例】龍門銑橫橫梁圖4-28龍門銑橫橫梁變形形轉移圖4-29龍門銑橫橫梁變形形補償重力影響響4.3

19、.2工藝系統統剛度對對加工精精度的影影響解決1：重量轉移移解決2：變形補償償35傳動力與與慣性力力影響理論上不不會產生生圓度誤誤差（但但會產生生圓柱度度誤差）易會引起起強迫振振動4.3.2工藝系統統剛度對對加工精精度的影影響圖4-30 傳動力對加工精度的影響zlRXYFpFcFcdFcdxra）OOr0XYFpAFcdrcd=Fcd / kcOFcFc / kcFp / kcb）O36圖4-31 車床刀架變形曲線X（m）10203040500123F（KN）4.3.3機床部件件剛度及及其影響響因素非線形關關系，不不完全是是彈性變變形加載和卸卸載曲線線不重合合，所圍圍面積表表示克服服摩擦和和接觸

20、塑塑性變形形所作功功存在殘余余變形，反復加加載卸載載后殘余余變形0機床部件件剛度比比按實體體估算值值小許多多，表明明其變形形受多種種因素影影響機床部件變形曲線374.3.3機床部件件剛度及及其影響響因素式中c,m與接觸面面材料、表面狀況有關關的系數數和指數數；p表面壓強強。組成件的的實體剛剛度受力產生生拉伸、壓縮、彎曲變變形；特特別是薄薄弱件（楔條、軸套等等）影響響較大連接表面面接觸變變形其大小與與接觸面面壓強有有關（4-15）結合面間間隙零件表面面摩擦力力的影響響影響機床部件剛度因素圖4-31 接觸變形曲線xOpppxx384.3.4減小受力力變形對對加工精精度影響響措施合理設計計零部件件結

21、構和和截面形形狀提高連接接表面接接觸剛度度（表表面粗糙糙度，改改進接觸觸質量，予加載載荷）采用輔助助支承（中心架架，跟刀刀架，鏜鏜桿支承承等）圖4-33支座零件件不同安安裝方法法圖4-32轉塔車床床導向桿桿提高工藝系統剛度減小載荷及其變化采用合理理裝夾和和加工方方式圖4-28，4-29，4-56，4-58變形轉移、補償和校正394.3.5工件殘余余應力引引起的變變形圖4-34鑄件殘余余應力引引起變形形圖4-35冷校直引引起的殘殘余應力力壓拉加載壓壓拉拉卸載設計合理理零件結結構粗、精加加工分開開避免冷校校直時效處理理殘余應力來源毛坯制造造和熱處處理產生生的殘余余應力（圖4-34）減小殘余應力措施

22、冷校直帶帶來的殘殘余應力力（圖4-35）切削加工工帶來的的殘余應應力40機械制造造技術基基礎第4章機械加工工質量分分析與控控制AnalysisandControlofMachiningQuality4.4 工藝系統熱變形及其對加工精度的影響Heat Deformation of Technological System and its Effect to machining Precision414.4.1概述在精密加加工和大大件加工工中，工工藝系統統熱變形形引起的的加工誤誤差占總總誤差的的約4070%。溫度場工藝系統統各部分分溫度分分布熱平衡單位時間間內，系系統傳入入的熱量量與傳出出的熱量量

23、相等，系統各各部分溫溫度保持持在一相相對穩定定的數值值上溫 度場場與熱平平衡研究究目前以實實驗研究究為主工藝系統熱源內部熱源外部熱源切削熱摩擦熱環境熱源輻射熱工藝系統熱變形工藝系統熱源溫度場與工藝系統熱平衡424.4.2機床熱變變形對加加工精度度影響體積大，熱容量量大，溫溫升不高高，達到到熱平衡衡時間長長結構復雜雜，溫度度場和變變形不均均勻，對對加工精精度影響響顯著運轉時間 / h0 1 2 3 450150100200位移 /m20406080溫升 / YX前軸承溫升圖4-36車床受熱熱變形a）車床受熱熱變形形形態b）溫升與變變形曲線線機床熱變形特點車床熱變形（圖4-36）434.4.2機床

24、熱變變形對加加工精度度影響立銑（圖圖a）圖4-37立式銑床床、外圓圓磨床、導軌磨磨床受熱熱變形a）銑床受熱熱變形形形態b）外圓磨床床受熱變變形形態態c）導軌磨床床受熱變變形形態態外圓磨（圖b）導軌磨（圖c）其他機床熱變形（圖4-37）444.4.3刀具和工工件熱變變形對加加工精度度影響體積小，熱容量量小，達達到熱平平衡時間間較短溫升高，變形不不容忽視視（達0.030.05mm）特點變形曲線線（圖4-38）（4-16）式中熱伸長量量；max達到熱平平衡熱伸伸長量；切削時間間；c時間常數數（熱伸伸長量為為熱平衡衡熱伸長長量約63%的時間，常取34分鐘）。(min)圖4-38 車刀熱變形曲線連續切削

25、升溫曲線冷卻曲線間斷切削升溫曲線（m）maxb0c0.63max刀具熱變形45圓柱類工工件熱變變形5級絲杠累累積誤差差全長5m，可見熱變變形的嚴嚴重性式中L，D長度和直直徑熱變變形量；L，D工件原有有長度和和直徑；工件材料料線膨脹脹系數；t溫升。長度：（4-17）（4-18）直徑：例：長400mm絲杠，加加工過程程溫升1，熱伸長長量為：4.4.3刀具和工工件熱變變形對加加工精度度影響工件熱變形46式中X變形撓度度；L，S工件原有有長度和和厚度；工件材料料線膨脹脹系數；t溫升。（5-19）板類工件件單面加加工時的的熱變形形（圖4-39）圖4-39 平面加工熱變形X/ 4LS此值已大大于精密密導軌

26、平平直度要要求結果：加工時上上表面升升溫，工工件向上上拱起，磨削時時將中凸凸部分磨磨平，冷冷卻后工工件下凹凹。例：高600mm，長2000mm的床身，若上表表面溫升升為3，則變形形量為：4.4.3刀具和工工件熱變變形對加加工精度度影響474.4.4減小熱變變形對加加工精度度影響的的措施例1：磨床油箱箱置于床床身內，其發熱熱使導軌軌中凹解決：導軌下加加回油槽槽圖4-40 平面磨床補償油溝例2：立式平面面磨床立立柱前壁壁溫度高高，產生生后傾。解決：采用熱空空氣加熱熱立柱后后壁（圖圖4-41）。圖4-41均衡立柱柱前后壁壁溫度場場減少切削削熱和磨磨削熱，粗、精精加工分分開。充分冷卻卻和強制制冷卻。隔

27、離熱源源。減少熱源發熱和隔離熱源均衡溫度場48圖4-43 支承距影響熱變形L1L2熱對稱結結構熱補償結結構（圖圖4-42，主軸熱熱補償）圖4-42 雙端面磨床主軸熱補償1主軸 2殼體 3過渡套筒熱伸長方向合理選擇擇裝配基基準（圖圖4-43）高速空運運轉人為加熱熱 恒溫人體隔離離采用合理結構4.4.4減小熱變變形對加加工精度度影響的的措施加速達到熱平衡控制環境溫度49機械制造造技術基基礎第4章機械加工工質量分分析與控控制AnalysisandControlofMachiningQuality4.5 加工誤差統計分析Statistic Analysis of Machining Errors504

28、.5.1加工誤差差的性質質系統誤差在順序加加工一批批工件中中，其大大小和方方向均不不改變，或按一一定規律律變化的的加工誤誤差。常值系統統誤差其大小和和方向均均不改變變。如機機床、夾夾具、刀刀具的制制造誤差差，工藝藝系統在在均勻切切削力作作用下的的受力變變形，調調整誤差差，機床床、夾具具、量具具的磨損損等因素素引起的的加工誤誤差。變值系統統誤差誤差大小小和方向向按一定定規律變變化。如如機床、夾具、刀具在在熱平衡衡前的熱熱變形，刀具磨磨損等因因素引起起的加工工誤差。加工誤差系統誤差隨機誤差常值系統誤差變值系統誤差加工誤差統計特性514.5.1加工誤差差的性質質在順序加加工一批批工件中中，其大大小和

29、方方向隨機機變化的的加工誤誤差。隨機誤差差是工藝藝系統中中大量隨隨機因素素共同作作用而引引起的。隨機誤差差服從統統計學規規律。如毛坯余余量或硬硬度不均均，引起起切削力力的隨機機變化而而造成的的加工誤誤差；定定位誤差差；夾緊緊誤差；殘余應應力引起起的變形形等。隨機誤差加工誤差的統計分析運用數理理統計原原理和方方法，根根據被測測質量指指標的統統計性質質，對工工藝過程程進行分分析和控控制。524.5.2分布圖分分析法1）采集數數據樣本容量量通常取取n =502002）確定分組組數、組組距、組組界、組組中值 按教教材134頁表5-2初選分組組數k；確定組距距d：取整，dd確定分組組數k：確定各組組組界

30、、組中值值統計各組組頻數直方圖534.5.2分布圖分分析法圖4-44 直方圖-14.5-8.55-3.5x y （頻數）（偏差值）（平均偏差）-15-10-5（公差帶中心）（公差帶下限）（公差帶上限）3）計算樣樣本平均均值和標標準差:4）畫直方方圖（圖圖4-44）（4-20）（4-21）54正態分布布式中和分別為正正態分分布隨機機變量總總體平均均值和標標準差。平均值=0，標準差=1的正態分分布稱為為標準正正態分布布，記為為：x N(0,1 )概率密度度函數（4-22）yF（z）圖4-45 正態分布曲線( z = 0 )x(z)0z-+4.5.2分布圖分分析法分布曲線55分布函數數（5-23）令

31、：將z代入上式式，有：則利用上上式，可可將非標標準正態態分布轉轉換成標標準正態態分布進進行計算算（圖4-45）。稱z為標準化化變量4.5.2分布圖分分析法yF（z）圖4-45 正態分布曲線( z = 0 )x(z)0z-+56非正態分分布xy0a）雙峰分布雙峰分布布：兩次調整整下加工工的工件件或兩臺臺機床加加工的工工件混在在一起（圖4-46a）xy0b）平頂分布xy0c）偏向分布平頂分布布：工件瞬時時尺寸分分布呈正正態，其其算術平平均值近近似成線線性變化化（如刀刀具和砂砂輪均勻勻磨損）（圖4-46b）偏向分布布：如工藝系系統存在在顯著的的熱變形形，或試試切法加加工孔時時寧小勿勿大，加加工外圓圓

32、時寧大大勿小（圖4-46c）圖4-46幾種非正正態分布布4.5.2分布圖分分析法57形位誤差差的分布布差數模分分布：正態分布布大于零零的部分分與小于于零的部部分對零零軸線映映射后的的迭加（圖4-47），如對對稱度、直線與與平面的的平行度度、相鄰鄰周節誤誤差等瑞利分布布：二維正態態分布，在只考考慮平面面向量模模情況下下轉換成成為一維維分布（圖4-48）,如同軸度度、直線線與直線線平行度度、端面面圓跳動動誤差等等（不考考慮系統統誤差）xy0圖4-47 差數模分布瑞利綜合合分布：上述誤差差在考慮慮系統誤誤差的情情況下，其誤差差分布接接近瑞利利綜合分分布圖4-48 瑞利分布xzy04.5.2分布圖分分

33、析法58判斷加工工性質判斷是否否存在明明顯變值值系統誤誤差；判斷是否否存在常常值系統統誤差，及常值值系統誤誤差的大大小。確定工序序能力4.5.2分布圖分分析法分布圖應用（5-24）（5-25）（5-26）工序能力 工序能力系數 式中TU,TL公差帶上上、下限限；公差帶中中心與誤誤差分布布中心偏偏移距離離；誤差分布布的標準準差。594.5.2分布圖分分析法y圖4-49工藝能力力系數符符號含義義x033公差帶TTUTL60工序能力力等級 工序能力系數 工序等級 說 明 CP1.67 特級 工序能力過高1.67 CP 1.33 一級 工序能力足夠1.33 CP 1.00 二級 工序能力勉強1.00

34、CP 0.67 三級 工序能力不足 0.67 CP 四級 工序能力很差表4-2 工序能力等級4.5.2分布圖分分析法CP表示工藝藝過程本本身的能能力，而而工藝能能力系數數CPK則表示過過程滿足足技術要要求的能能力，實實際上是是“過程能力力”與“管理理能力”的綜合合6101234567樣組序號b）工件尺寸公差帶T控制限4.5.3點圖分析析法圖4-50單值點圖圖工件序號c）AABOOB工件尺寸工件尺寸工件序號a差帶T控制限單值點圖（圖4-49）624.5.3點圖分析析法 圖是控制圖和R控制圖聯合使用的統稱（4-26）R圖：（4-27）A2、D1、D2數值見教教材164頁表

35、4-6。圖 表示樣組平均值，R表示樣組極差 圖控制限圖： 634.5.3點圖分析析法工藝過程程穩定性性點子正常常波動工藝過過程穩定定；點子子異常波波動工工藝過程程不穩定定圖4-51 圖R 圖UCL=19.67CL=8.900510樣組序號1520LCL=00510樣組序號1520 x 圖LCL=11.57UCL=21.89CL=16.73穩定性判判別沒有點子子超出控控制限大部分點點子在中中心線上上下波動動，小部部分點子子靠近控控制限點子變化化沒有明明顯規律律性（如如上升、下降傾傾向，或或周期性性波動）同時滿足足為穩定定 圖分析644.5.4調整尺寸寸式中Lt調整尺寸寸；LM平均尺寸寸；Tt調整

36、公差差。（4-28）由圖4-52所示關系系可得：圖4-52 調整尺寸關系yTtxT3LmaxLminLM （ Lt ）樣本均值分布總體分布總體分布平均值極端位置（4-29）樣本平均均值分布布：調整尺寸調整公差654.5.4調整尺寸寸上式要求求過于苛苛刻，產產生不合合格品得得概率只只有0.00036%。用2代替3，得到：此時產生生不合格格品得概概率為0.104%，完全可可以接受受。（4-30）圖4-52 調整尺寸關系yTtxT3LmaxLminLM （ Lt ）樣本均值分布總體分布總體分布平均值極端位置66機械制造造技術基基礎第4章機械加工工質量分分析與控控制AnalysisandControl

37、ofMachiningQuality4.6 提高加工精度的途徑Methods of ImprovingMachining Precision674.6.1誤差預防防合理采用用先進工工藝和設設備誤差預防防指減小小原始誤誤差本身身或減小小原始誤誤差的影影響減小原始始誤差轉移原始始誤差（圖4-53）a）b）圖4-53 轉塔車床刀架轉位誤差的轉移誤差分組組就地加工工均化原始始誤差，如研磨磨加工、易位加加工（圖圖4-54）圖4-54 易位法加工時誤差均化過程360工件轉角累積誤差1l1l22684.6.2誤差補償償在線測量量與在線線補償（圖4-55）指人為引引入附加加誤差因因素，以以抵消或或減小原原始誤

38、差差的影響響圖4-55 高壓油泵偶件自動配磨裝置示意圖柱塞銷柱塞69圖4-56 絲扛加工誤差補償裝置1 工件 2 螺母 3 母絲杠 4 杠桿 5 校正尺 6 觸頭 7 校正曲線 附加位移螺母附加轉動4.6.2誤差補償償采用校正正裝置（圖4-56）70圖4-57 以彈性變形補償熱變形以彈性變變形補償償熱變形形（圖4-57）其他補償償方法圖4-59 以熱變形補償熱變形圖4-58龍門銑橫橫梁變形形補償附加夾緊力以熱變形形補償熱熱變形（圖4-59）以幾何誤誤差補償償受力變變形（圖圖4-58）4.6.2誤差補償償71機械制造造技術基基礎第4章機械加工工質量分分析與控控制AnalysisandContro

39、lofMachiningQuality4.7 影響加工表面粗糙度的工藝因素Technological Factors Influencing Roughness724.7.1切削加工工表面粗粗糙度影影響因素素圖4-60車削時殘殘留面積積的高度度直線刃車車刀（圖圖4-60a）（4-31）圓弧刃車車刀（圖圖4-60b）（4-32）影響因素素：frRmaxvfrb）Rmaxfa）vf切削殘留面積73切削速度度影響最最大：v =1050m/min范圍，易易產生積積屑瘤和和鱗刺，表面粗粗糙度最最差（圖圖5-53） 。其他影響響因素：刀具幾幾何角度度、刃磨磨質量，切削液液等圖4-61 切削45鋼時切削速度

40、與粗糙度關系100120v（m/min）020406080140表面粗糙度Rz（m）481216202428收縮系數Ks1.52.02.53.0積屑瘤高度 h（m） 0200400600hKsRz4.7.1切削加工工表面粗粗糙度影影響因素素切削表面塑性變形和積屑瘤74砂輪速度度v，Ra工件速度度vw，Ra砂輪縱向向進給f，Ra磨削深度度ap，Ra圖4-62 磨削用量對表面粗糙度的影響vw = 40(m/min)f = 2.36(m /min)ap = 0.01(mm)v = 50(m/s)f = 2.36(m /min)ap = 0.01(mm)v(m/s), vw(m/min)Ra(m)03

41、04050600.51.0a）ap(mm)00.010.40.8Ra(m)00.20.60.020.030.04b）4.7.2磨削加工工表面粗粗糙度影影響因素素磨削用量影響 圖4-63 光磨次數-Ra關系Ra(m)01020300.020.040.06光磨次數粗粒度砂輪(WA60KV)細粒度砂輪(WA/GCW14KB)光磨次數數，Ra75砂輪粒度度，Ra；但要適量量砂輪硬度度適中，Ra；常取中軟軟砂輪組織織適中，Ra；常取中等等組織采用超硬硬砂輪材材料，Ra砂輪精細細修整，Ra4.7.2磨削加工工表面粗粗糙度影影響因素素砂輪影響其他影響因素 工件材料 冷卻潤滑液等76機械制造造技術基基礎第4章

42、機械加工工質量分分析與控控制AnalysisandControlofMachiningQuality4.8 影響表層金屬力學物理性能的工藝因素Technological Factors Influencing Physics Properties of Surface Layer774.8.1影響表面面冷作硬硬化的因因素切削加工工f，冷硬程度度(圖4-64)切削用量量影響刀具影響響r，冷硬程度度其他幾何何參數影影響不明明顯后刀面磨磨損影響響顯著（圖4-65）00.20.40.60.81.0磨損寬度VB(mm)100180260340硬度(HV)50鋼，v = 40(m/min) f = 0.1

43、20.2(mm/z)圖4-65 后刀面磨損對冷硬影響工件材料料材料塑性性，冷冷硬傾向向切削速度度影響復復雜（力力與熱綜綜合作用用結果）切削深度度影響不不大圖4-64 f 和 v 對冷硬的影響硬度(HV)0f (mm /r)0.20.40.60.8v =170(m/min)135(m/min)100(m/min )50(m/min)100200300400工件材料：4578磨削速度度冷硬程度度（弱化作作用加強強）工件轉速速冷硬程度度縱向進給給量影響響復雜磨削深度度冷硬程度度（圖4-66）磨削用量量砂輪砂輪粒度度冷硬程度度砂輪硬度度、組織影響響不顯著著工件材料料材料塑性性冷硬傾向向材料導熱熱性冷硬

44、傾向向圖4-66 磨削深度對冷硬的影響ap(mm)硬度(HV)00.253003504505004000.500.75普通磨削高速磨削4.8.1影響表面面冷作硬硬化的因因素磨削加工794.8.2影響層金金屬殘余余應力的的因素v殘余應力力（熱熱應力起起主導作作用，圖圖4-67）切削用量量刀具前角+，殘余拉應應力刀具磨損損殘余應力力工件材料料材料塑性性殘余應力力鑄鐵等脆脆性材料料易產生生殘余壓壓應力圖4-68 f 對殘余應力的影響工件：45，切削條件：vc=86m/min，ap=2mm，不加切削液 殘余應力(Gpa)0.2000.200100200300400距離表面深度(m) f =0.40mm

45、/r f =0.25mm/r f =0.12mm/r僅討論切切削加工工f殘余應力力（圖圖4-68）切削深度度影響不不顯著圖4-67 vc 對殘余應力的影響0=5,0=5,r=75,r=0.8mm,工件：45切削條件：ap=0.3mm, f=0.05mm/r, 不加切削液050100150200距離表面深度(m)殘余應力(Gpa)-0.2000.20vc =213m/minvc =86m/minvc =7.7m/min804.8.3磨削燒傷傷與磨削削裂紋合理選擇擇砂輪合理選擇擇磨削用用量改善冷卻卻條件工件表層層溫度達達到或超超過金屬屬材料相相變溫度度時，表表層金相相組織、顯微硬硬度發生生變化，并

46、伴隨隨殘余應應力產生生，同時時出現彩彩色氧化化膜磨削燒傷傷磨削表面面殘余拉拉應力達達到材料料強度極極限，在在表層或或表面層層下產生生微裂紋紋。裂紋紋方向常常與磨削削方向垂垂直或呈呈網狀，常與燒燒傷同時時出現圖4-69 帶空氣擋板冷卻噴嘴磨削燒傷與磨削裂紋的控制磨削裂紋814.8.4表面強化化工藝利用淬硬硬和精細細研磨過過的滾輪輪或滾珠珠，在常常溫狀態態擠壓金金屬表面面，將凸凸起部分分下壓下下，凹下下部分上上凸，修修正工件件表面的的微觀幾幾何形狀狀,形成壓縮縮殘余應應力，提提高耐疲疲勞強度度（圖4-71）利用大量量快速運運動珠丸丸打擊工工件表面面,使工件表表面產生生冷硬層層和壓應應力,疲勞強度度

47、（圖4-70）噴丸強化化圖4-71 滾壓加工原理圖用于強化化形狀復復雜或不不宜用其其它方法法強化的的工件，例如板板彈簧、螺旋彈彈簧、齒齒輪、焊焊縫等滾壓加工圖4-70 珠丸擠壓引起殘余應力 壓縮拉伸塑性變形區域82機械制造造技術基基礎第4章機械加工工質量分分析與控控制AnalysisandControlofMachiningQuality4.9 機械加工過程中的振動Vibrations in machining Process834.9.1概述機械加工工過程中中振動的的危害影響加工工表面粗粗糙度，振動頻頻率較低低時會產產生波度度影響生產產效率加速刀具具磨損，易引起起崩刃影響機床床、夾具具的使用

48、用壽命產生噪聲聲污染，危害操操作者健健康工藝系統受到到初始干干擾力而而破壞了了其平衡衡狀態后后，系統統僅靠彈彈性恢復復力來維維持的振振動稱為為自由振振動。由于系統統中總存存在由阻阻尼，自自由振動動將逐漸漸衰弱，對加工工影響不不大。機械加工過程中振動的類型自由振動自由振動強迫振動自激振動844.9.2機械加工工過程中中強迫振振動強迫振動動產生原原因由外界周周期性的的干擾力力（激振振力）作作用引起起強迫振動動振源：機外機內。機外振振源均通通過地基基把振動動傳給機機床。機機內：1）回轉零零部件質質量的不不平衡2）機床傳傳動件的的制造誤誤差和缺缺陷3）切削過過程中的的沖擊頻率特征征：與干擾力力的頻率率相同，或是干干擾力頻頻率整倍倍數幅值特征征：與干擾力力幅值、工藝系系統動態態特性有有關。當當干擾力力頻率接接近或等等于工藝藝系統某某一固有有頻率時時，產生生共振相角特征征：強迫振動動位移的的變化在在相位上上滯后干干擾力一一個角，其值值與系統統的動態態特