第四章機械加工質(zhì)量

產(chǎn)品的質(zhì)量與零件的加工質(zhì)量、產(chǎn)品的裝配質(zhì)量密切相關，而零件的加工質(zhì)量是保證產(chǎn)品質(zhì)量的基礎。

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4.1機械加工精度概述

尺寸精度形狀精度位置精度（通常形狀誤差限制在位置公差內(nèi)，位置公差限制在尺寸公差內(nèi)）表面粗糙度波度紋理方向傷痕（劃痕、裂紋、砂眼等）加工精度表面質(zhì)量表面幾何形狀精度表面缺陷層表層加工硬化表層金相組織變化表層殘余應力加工質(zhì)量圖4-1加工質(zhì)量包含的內(nèi)容4.1.1加工精度與加工誤差

加工精度是指零件加工后的實際幾何參數(shù)（尺寸、形狀及各表面相互位置等參數(shù)）與理想幾何參數(shù)的符合程度。符合程度越高，加工精度就越高。反之，越低。

理想幾何參數(shù)表面——絕對平面、圓柱面等；位置——絕對平行、垂直、同軸等；尺寸——位于公差帶中心。1.加工精度加工誤差是指零件加工后的實際幾何參數(shù)對理想幾何參數(shù)的偏離程度，所以，加工誤差的大小反映了加工精度的高低。實際加工時不可能也沒有必要把零件做得與理想零件完全一致，而總會有一定的偏差，即加工誤差。只要這些誤差在規(guī)定的范圍內(nèi)，即能滿足機器使用性能的要求。2.加工誤差4.1.2尺寸、形狀和位置精度間的關系獨立原則是處理形位公差和尺寸公差關系的基本原則，即尺寸精度和形位精度按照使用要求分別滿足；在一般情況下，尺寸精度高，其形狀和位置精度也高；通常，零件的形狀誤差約占相應尺寸公差的30％～50％；位置誤差約為尺寸公差的65％～85％。通常：形狀公差<位置公差<尺寸公差4.1.3獲得加工精度的方法1.獲得尺寸精度的方法試切法定尺寸刀具法調(diào)整法自動控制法

2.獲得形狀精度的方法刀尖軌跡法成形刀具法展成法

3.獲得位置精度的方法機床精度夾具精度裝夾精度4.1.4原始誤差由機床、夾具、刀具和工件組成的機械加工工藝系統(tǒng)的誤差是工件產(chǎn)生加工誤差的根源。我們把工藝系統(tǒng)的各種誤差稱之為原始誤差。

原始誤差是產(chǎn)生加工誤差的根源，它包括：工藝系統(tǒng)靜誤差工藝系統(tǒng)幾何誤差工藝系統(tǒng)動誤差測量誤差工藝系統(tǒng)熱變形工藝系統(tǒng)內(nèi)應力變形機床熱變形工件熱變形刀具熱變形外力作用點變化外力方向變化外力大小變化工藝系統(tǒng)力變形刀具磨損主軸回轉(zhuǎn)誤差導軌誤差傳動鏈誤差一般刀具定尺寸刀具成形刀具展成法刀具試切法調(diào)整法機床幾何誤差原理誤差調(diào)整誤差定位誤差刀具幾何誤差夾具幾何誤差4.1.5誤差的敏感方向各種原始誤差的大小和方向是各不相同的；加工誤差則必須在工序尺寸方向度量；不同的原始誤差對加工精度有不同的影響。

圖4-4：ΔRΔYRRΔR=ΔX（4-1）（4-2）顯然：工藝系統(tǒng)原始誤差方向不同，對加工精度的影響程度也不同。對加工精度影響最大的方向，稱為誤差敏感方向。誤差敏感方向一般為已加工表面過切削點的法線方向。圖4-4誤差敏感方向ＯYR0Xa）ＯYR0Xb）誤差敏感方向4.2.1、原理誤差原理誤差是指由于采用了近似的加工方法、近似的成形運動或近似的刀具輪廓而產(chǎn)生的誤差。采用阿基米德蝸桿或法向直廓蝸桿齒輪滾刀滾齒§4.2工藝系統(tǒng)的幾何誤差13原理性誤差

圖：原理性加工誤差4.2.2測量誤差量具誤差測量人員測量方法4.2.3裝夾誤差L±0.05φ6F7φ10F7k6φ20H7g6YZ圖4-19鉆徑向孔的夾具工件裝夾誤差定位誤差夾緊誤差夾具對定誤差對刀誤差夾具位置誤差一般刀具定尺寸刀具成形刀具展成法刀具如普通車刀、單刃鏜刀和面銑刀等的制造誤差對加工精度沒有直接影響，定尺寸刀具（如鉸刀、圓孔拉刀等）的尺寸誤差直接影響被加工工件的尺寸精度。刀具的安裝和使用不當，也會影響加工精度。成形刀具（如成形車刀、成形銑刀、盤形齒輪銑刀等）的誤差主要影響被加工面的形狀精度展成法刀具（如齒輪滾刀、插齒刀等）加工齒輪時，刀刃的幾何形狀及有關尺寸精度會直接影響齒輪加工精度4.2.4刀具誤差

4.2.5機床幾何誤差機床幾何誤差的來源機床制造磨損安裝機床幾何誤差的組成①主軸回轉(zhuǎn)誤差②導軌誤差③傳動鏈誤差④運動間位置關系誤差機床的幾何誤差組成機床幾何誤差機床傳動鏈誤差機床主軸回轉(zhuǎn)誤差機床導軌誤差軸向竄動徑向跳動角度擺動水平面內(nèi)直線度垂直面內(nèi)直線度前后導軌的平行度內(nèi)聯(lián)傳動鏈始末兩端傳動元件間相對運動誤差運動間位置關系誤差1、機床主軸回轉(zhuǎn)誤差（1）機床主軸回轉(zhuǎn)誤差的概念主軸的實際回轉(zhuǎn)軸線對其理想回轉(zhuǎn)軸線（一般用平均回轉(zhuǎn)軸線來代替）產(chǎn)生的偏移量。主軸回轉(zhuǎn)誤差的基本形式軸向竄動純徑向跳動純角度擺動實際上主軸回轉(zhuǎn)誤差是上述三種形式誤差的合成。由于主軸實際回轉(zhuǎn)軸線在空間的位置是在不斷變化的，由上述三種運動所產(chǎn)生的位移（即誤差）是一個瞬時值。(2)主軸回轉(zhuǎn)軸線的誤差運動

a.

主軸回轉(zhuǎn)軸線的誤差運動三種基本形式軸向竄動徑向跳動角度擺動21①主軸的純徑向跳動對車削和鏜削加工精度的影響

鏜削加工：鏜刀回轉(zhuǎn)，工件不轉(zhuǎn)假設由于主軸的純徑向跳動而使軸線在y坐標方向作簡諧運動（如下圖），其頻率與主軸轉(zhuǎn)速相同，簡諧幅值為A；則:Y=Acosφ（φ＝ωt）且主軸中心偏移最大（等于A）時，鏜刀尖正好通過水平位置1處。當鏜刀轉(zhuǎn)過一個φ角時（位置1’），刀尖軌跡的水平分量和垂直分量分別計算得：

y=Acosφ+Rcosφ=(A+R)cosφ Z=Rsinφ

將上兩式平方相加得:/+/=1

表明此時鏜出的孔為橢圓形。22

鏜孔時純徑向跳動對加工精度的影響.AARφOm11，AcosφO234ORsinφ(A+R）cosφ23主軸的純徑向跳動對車削和鏜削加工精度的影響車外圓時：工件回轉(zhuǎn)，刀具移動

假設主軸軸線沿y軸作簡諧運動（如下圖所示），在工件的1處（主軸中心偏移最大之處）切出的半徑比在工件的2、4處切出的半徑小一個幅值A；在工件的3處切出的半徑比在工件的2、4處切出的半徑大一個幅值A。

24主軸的純徑向跳動對車削和鏜削加工精度的影響

這樣，上述四點工件的直徑都相等，其它各點直徑誤差也很小，所以車削出的工件表面接近于一個真圓。

由此可見，主軸的純徑向跳動對車削加工工件的圓度影響很小。★推力軸承取決于止推軸承兩個滾道的精度和滾動體的精度。滾道端面平面度誤差及與回轉(zhuǎn)軸線的垂直度誤差（圖4-12）★滑動軸承：主軸軸頸的軸向載荷面或主軸軸承端面與軸線的垂直度誤差。大小取決于精度高者。a）b）Δ≈0Δ圖4-12止推軸承端面誤差對主軸軸向竄動的影響②軸向竄動軸向竄動的影響主軸的軸向竄動對內(nèi)、外圓的加工精度沒有影響，但加工端面時，會使加工的端面與內(nèi)外圓軸線產(chǎn)生垂直度誤差。主軸每轉(zhuǎn)一周，要沿軸向竄動一次，使得切出的端面產(chǎn)生平面度誤差（圖4-6）。當加工螺紋時，會產(chǎn)生螺距誤差。

圖4－6主軸軸向竄動對端面加工精度的影響28

⑵主軸軸承誤差分析

主軸部件采用滑動軸承作為支承時：主軸軸徑在滑動軸承的軸瓦孔內(nèi)旋轉(zhuǎn)（如下圖所示）：

29主軸軸承誤差分析①對于車床主軸①對于車床主軸車削外圓時：由于切削力的方向不變，主軸旋轉(zhuǎn)時，主軸軸頸始終被壓向軸瓦孔的某一側(cè)如上圖(a)所示，故主軸軸頸的圓度誤差將直接傳給被切削的工件。

而軸瓦孔的圓度誤差基本不影響主軸軸線的回轉(zhuǎn)精度。30主軸軸承誤差分析.②對于鏜床主軸

主軸上的切削力的方向是隨鏜刀的旋轉(zhuǎn)而改變,如上圖(b)所示，在切削力F的作用下，主軸總是以其軸頸某一固定部位與軸承內(nèi)表面的不同部位接觸，部分軸頸表面在軸瓦孔的孔壁上滑動，故軸瓦孔的形狀誤差將直接傳給工件而軸頸的形狀誤差將不影響加工精度。*幾何軸線與平均軸線成空間錐角車削和鏜孔時工件每一橫截面內(nèi)的圓度誤差很小，圓柱度誤差（錐度）。*幾何軸線與平均軸線成平面錐角鏜孔橢圓柱，車削圓柱，圓柱度誤差（錐度）。如圖4-7所示。③角度擺動對車、鏜削加工精度的影響

主軸純角度擺動對加工精度的影響，取決于不同的加工內(nèi)容。圖4－7主軸純角度擺動對鏜孔精度的影響④提高回轉(zhuǎn)精度的措施高精度軸承；提高主軸、主軸箱、主軸部件精度；動平衡。2、直線運動精度直線運動精度主要是導軌的導向精度。主要取決于導軌制造精度及其與工作臺的接觸精度。機床導軌誤差的基本形式水平面內(nèi)的直線度垂直面內(nèi)的直線度前后導軌的平行度（扭曲）現(xiàn)以臥式車床為例，說明導軌誤差是怎樣影響工件的加工精度的。35機床導軌誤差

導軌精度要求主要有以下三方面：

①在水平面內(nèi)的直線度（以臥式車床為例）36機床導軌誤差.

誤差Δ1將直接反映在工件加工表面法線方向（誤差敏感方向）上，對加工精度影響最大。刀尖在水平面內(nèi)的運動軌跡造成工件軸向形狀誤差。②在垂直面內(nèi)的直線度

Δ２對工件的尺寸和形狀誤差影響比Δ1小得多（如下圖）：37在垂直面內(nèi)的直線度

對臥式車床ΔR≈Δ2/D,若設Δ2=0.1mm,D=40mm，則ΔR=0.00025mm，影響可忽略不計。

而對平面磨床、龍門刨床誤差將直接反映在工件上。（3）前后導軌平行度誤差的影響床身前后導軌有平行度誤差（扭曲）時，會使車床溜板在沿床身移動時發(fā)生偏斜，從而使刀尖相對工件產(chǎn)生偏移，使工件產(chǎn)生形狀誤差（鼓形、鞍形、錐度）。從圖4-11可知，車床前后導軌扭曲的最終結果反映在工件上，于是產(chǎn)生了加工誤差△y。從幾何關系中可得出：

△y≈H△/B一般車床H≈2B/3，外圓磨床H≈B，因此該項原始誤差△對加工精度的影響很大。圖4－11車床導軌扭曲對工件形狀精度影響4機床傳動鏈誤差

在車螺紋、插齒、滾齒等加工時，刀具與工件之間有嚴格的傳動比要求。要滿足這一要求，機床內(nèi)聯(lián)系傳動鏈的誤差必須控制在允許的范圍內(nèi)。（1）機床傳動鏈誤差定義

指內(nèi)聯(lián)系傳動鏈始末兩端執(zhí)行元件間相對運動的誤差。（2）機床傳動鏈誤差描述例如，車螺紋時，要求主軸與傳動絲杠的轉(zhuǎn)速比恒定（圖示），即Z1Z2（3）傳動誤差的產(chǎn)生δ12＝i12δ1δ18＝iδ1圖車螺紋的傳動誤差示意圖S－工件導程；T－絲杠導程；Z1～Z8－各齒輪齒數(shù)（3）減少傳動鏈誤差的措施1）盡量縮短傳動鏈。2）提高傳動件的制造和安裝精度，尤其是末端零件的精度。3）盡可能采用降速運動，且傳動比最小的一級傳動件應在最后。4）采用誤差校正機構。工藝系統(tǒng)：機床、夾具、工件、刀具切削力、傳動力、慣性力、夾緊力、重力產(chǎn)生加工誤差（舉例）破壞了刀具、工件間相對位置§4.3加工過程中原始誤差對加工精度的影響工藝系統(tǒng)受力變形現(xiàn)象4.3.1工藝系統(tǒng)受力變形引起的加工誤差451、工藝系統(tǒng)受力變形現(xiàn)象46工藝系統(tǒng)的剛度

工藝系統(tǒng)整體抵抗其變形的能力。其大小為：徑向切削分力Fy與工藝系統(tǒng)在該方向上的變形y的比值，即：

=工藝系統(tǒng)剛度的概念47

工藝系統(tǒng)的剛度是由組成工藝系統(tǒng)各部件的剛度決定的。工藝系統(tǒng)的總變形量為：各環(huán)節(jié)的剛度：代入上式，可得：由此可知，工藝系統(tǒng)的剛度的倒數(shù)等于系統(tǒng)各環(huán)節(jié)剛度的倒數(shù)之和。工藝系統(tǒng)的剛度主要取決于薄弱環(huán)節(jié)的剛度。系統(tǒng)剛度與環(huán)節(jié)剛度切削力大小變化引起的加工誤差（誤差復映）在加工過程中，由于工件加工余量或材料硬度不均勻，都會引起徑向力的變化，從而使工藝系統(tǒng)受力變形不一致而產(chǎn)生加工誤差。以車削短圓柱工件外圓為例:毛坯形狀誤差復映圖由于工藝系統(tǒng)受力變形的變化而使毛坯形狀誤差復映到加工后工件表面的現(xiàn)象稱為“誤差復映”。由于毛坯存在的圓度誤差△m=ap1-ap2引起了工件產(chǎn)生圓度誤差△w=y1-y2

ε=△w/△m

ε稱為誤差復映系數(shù)ε<1由上式可知,工藝系統(tǒng)的剛度kxt越大,復映系數(shù)ε越小,毛坯誤差復映到工件上去的部分就越少。△w1=ε1△m，△w2=ε2△w1=ε1ε2△m

若經(jīng)過n次走刀加工后，則誤差復映為△w=ε1ε2…εn△m

總的誤差復映系數(shù)

εz=ε1ε2…εn

增加走刀次數(shù),可減小誤差復映,提高加工精度,但生產(chǎn)率降低了。提高工藝系統(tǒng)剛度，對減小誤差復映系數(shù)具有重要意義。毛坯的各種形狀誤差（圓度、圓柱度、同軸度、平面度等）都會以一定的復映系數(shù)，復映成工件的加工誤差。毛坯材料的不均勻，HB有變化，同樣會引起徑向力的變化，產(chǎn)生加工誤差，分析方法同誤差復映規(guī)律。討論：5、工藝系統(tǒng)其它外力作用引起的加工誤差1）由于機床部件或工件本身重量以及它們在移動中位置變化而引起的加工誤差（圖）

2）由于夾緊力引起的加工誤差（圖4-23）

圖機床部件自重引起地橫梁變形圖4－23套筒夾緊變形誤差Ⅰ－工件Ⅱ－開口過渡環(huán)圖4－24薄片工件的磨削毛坯翹曲b)電磁工件臺吸緊c)磨后松開，工件翹曲d)磨削凸面e)磨削凹面f)磨后松開，工件平直提高系統(tǒng)剛度減小載荷及其變化6、減小工藝系統(tǒng)受力變形的措施減少工藝系統(tǒng)受力變形a.減少數(shù)量b.剛度匹配c.合理選擇零件結構和截面形狀a.提高機床部件中零件間接合表面的質(zhì)量b.給機床部件以預加載荷c.提高工件定位基準面的精度和減小它的表面粗糙度值a.合適的夾緊方法b.輔助支承c.合理的加工方式合理的結構設計提高接觸剛度合理裝夾和加工方式提高系統(tǒng)剛度58如合理選擇刀具幾何參數(shù)和切削用量以減小切削力，就可以減少受力變形使一次調(diào)整中加工的毛坯余量比較均勻，就能減小切削力的變化，減小復映誤差。采取適當?shù)墓に嚧胧⒚鞣纸M轉(zhuǎn)移或補償彈性變形減小載荷及其變化603、車細長軸時防止切削變形的措施

加工細長軸時易產(chǎn)生彎曲和振動。可采取下列措施：

①增大主偏角減小徑向力；②使用跟刀架或中心架，增加工件剛度；③采用反向進給的切削方法（在進給力作用下，會因“壓桿失穩(wěn)”而被壓彎）④使用彈性的尾座頂尖（在切削熱的作用下，工件會變長，防止工件產(chǎn)生彎曲變形）61車細長軸時防止切削變形的措施62轉(zhuǎn)移原始誤差轉(zhuǎn)塔刀架的轉(zhuǎn)位誤差轉(zhuǎn)移到誤差不敏感方向：63

誤差補償法

利用原有誤差或制造誤差來抵消原始誤差。

如龍門銑床因銑削頭自重產(chǎn)生下凹變形，刮研橫梁導軌使上凸。

4.3.2工藝系統(tǒng)熱變形引起的加工誤差（一）概述工藝系統(tǒng)在各種熱源作用下，會產(chǎn)生相應的熱變形，從而破壞工件與刀具間正確的相對位置，造成加工誤差。

據(jù)統(tǒng)計，由于熱變形引起的加工誤差約占總加工誤差的40%~70%。工藝系統(tǒng)的熱變形不僅嚴重地影響加工精度，而且還影響加工效率的提高。

1.工藝系統(tǒng)的熱源電機、軸承、齒輪、油泵等工件、刀具、切屑、切削液氣溫、室溫變化、熱、冷風等熱源切削熱摩擦熱外部熱源內(nèi)部熱源環(huán)境溫度熱輻射日光、照明、暖氣、體溫等（二）機床熱變形對加工精度的影響

機床熱變形會使機床的靜態(tài)幾何精度發(fā)生變化而影響加工精度，其中主軸部件、床身、導軌、立柱、工作臺等部件的熱變形，對加工精度影響最大。運轉(zhuǎn)時間/h0

1

2

3

450150100200位移/μm20406080溫升/℃ΔYΔX前軸承溫升圖4-36車床受熱變形a）車床受熱變形形態(tài)b）溫升與變形曲線（三）工件熱變形對加工精度的影響1.工件均勻受熱

對于一些形狀簡單、對稱的零件，如軸、套筒等，加工時（如車削、磨削外圓）切削熱能較均勻地傳入工件，工件熱變形量可按下式估算：△L=αL△t式中α——工件材料的熱膨脹系數(shù)，單位為1/℃；L——工件在熱變形方向的尺寸，單位為mm；△t——工件溫升，單位為℃。在較長的軸類零件加工中，將出現(xiàn)錐度誤差。2.工件不均勻受熱在刨削、銑削、磨削加工平面時，工件單面受熱，上下平面間產(chǎn)生溫差，導致工件向上凸起，凸起部分被工具切去，加工完畢冷卻后，加工表面就產(chǎn)生了中凹，造成了幾何形狀誤差。（四）刀具熱變形對加工精度的影響刀具熱變形主要是由切削熱引起的。切削加工時雖然大部分切削熱被切屑帶走，傳入刀具的熱量并不多，但由于刀具體積小，熱容量小，導致刀具切削部分的溫升急劇升高，刀具熱變形對加工精度的影響比較顯著。τ(min)圖4-38車刀熱變形曲線連續(xù)切削升溫曲線冷卻曲線間斷切削升溫曲線ξ（μm）ξmaxτb0τc0.63ξmax體積小，熱容量小，達到熱平衡時間較短溫升高，變形不容忽視（達0.03～0.05mm）（五）減小熱變形對加工精度影響的措施

例1：磨床油箱置于床身內(nèi)，其發(fā)熱使導軌中凹解決：導軌下加回油槽圖4-40平面磨床補償油溝例2：立式平面磨床立柱前壁溫度高，產(chǎn)生后傾。解決：采用熱空氣加熱立柱后壁（圖4-41）。圖4-41均衡立柱前后壁溫度場

減少切削熱和磨擦熱，粗、精加工分開。

充分冷卻和強制冷卻。

隔離熱源。減少熱源發(fā)熱和隔離熱源均衡溫度場恒溫人體隔離精密機床一般都在恒溫車間內(nèi)安裝、加工。控制環(huán)境溫度4.3.3工藝系統(tǒng)磨損對加工精度的影響機床磨損刀具磨損1.影響因素夾具磨損量具磨損2.應用措施1）合適的導軌、刀具和夾具的材料2）合適的切削用量3）合適的切削液圖例車刀的尺寸磨損圖例車刀磨損過程76毛坯制造中產(chǎn)生的殘余應力在鑄造、鍛造、焊接及熱處理過程中，由于工件各部分冷卻收縮不均勻以及金相組織轉(zhuǎn)變時的體積變化，在毛坯內(nèi)部就會產(chǎn)生殘余應力。(如圖所示）毛坯的結構越復雜，各部分壁厚越不均勻以及散熱條件相差越大，毛坯內(nèi)部產(chǎn)生的殘余應力就越大。內(nèi)應力重新分布，工件就會產(chǎn)生變形。4.3.4工件殘余應力引起的加工誤差77

鑄件內(nèi)應力分布情況

下圖所示為一個內(nèi)外壁厚相差較大的鑄件，在澆鑄后的冷卻過程中產(chǎn)生殘余應力的情況。78冷校直引起的殘余應力現(xiàn)象冷校直工藝方法是在一些長棒料或細長零件彎曲的反方向施加外力F以達到校直目的，如下圖a)所示。原因在外力F的作用下，工件內(nèi)部的應力重新分布，如下b)所示，在軸心線以上的部分產(chǎn)生壓應力（用負號表示），在軸心線以下的部分產(chǎn)生拉應力（用正號表示）。在軸心線和兩條虛線之間，是彈性變形區(qū)域，在虛線以外是塑性變形區(qū)域。79冷校直引起的內(nèi)應力80冷校直引起的內(nèi)應力1影響當外力F去除后，彈性變形本可完全恢復，但因塑性變形部分的阻止而恢復不了，使殘余應力重新分布而達到平衡，如上圖所示。

措施對精度要求較高的細長軸（如精密絲杠），不允許采用冷校直來減小彎曲變形，而采用加大毛坯余量，經(jīng)過多次切削和時效處理來消除內(nèi)應力，或采用熱校直。81工件內(nèi)應力引起的變形切削加工中引起的殘余應力

工件在切削加工時，其表面層在切削力和切削熱的作用下，會產(chǎn)生不同程度的塑性變形，引起體積改變，從而產(chǎn)生殘余應力。這種殘余應力的分布情況由加工時的工藝因素決定。

內(nèi)部有殘余應力的工件在切去表面的一層金屬后，殘余應力要重新分布，從而引起工件的變形。在擬定工藝規(guī)程時，要將加工劃分為粗、精等不同階段進行，以使粗加工后內(nèi)應力重新分布所產(chǎn)生的變形在精加工階段去除。切削加工磨削加工

產(chǎn)生內(nèi)應力原因毛坯制造熱處理冷校直減少內(nèi)應力引起變形的措施1．合理設計零件結構應盡量簡化結構，減小零件各部分尺寸差異，以減少鑄鍛件毛坯在制造中產(chǎn)生的殘余應力。2．增加消除殘余應力的專門工序?qū)﹁T、鍛、焊接件進行退火或回火；工件淬火后進行回火；對精度要求高的零件在粗加工或半精加工后進行時效處理（自然、人工、振動時效處理）

3．合理安排工藝過程在安排零件加工工藝過程中，盡可能將粗、精加工分在不同工序中進行。83

1、常值系統(tǒng)誤差加工一批工件中，其加工誤差的大小和方向都保持不變或基本不變的系統(tǒng)誤差。

特點：

①與加工（順序）時間無關；

②預先可以估計；

③較易完全消除；

④不會引起工件尺寸波動（常值系統(tǒng)誤差對于同批工件的影響是一致的，不會引起各工件之間的差異）；

⑤不影響尺寸分布曲線形狀。

例如：鉸刀的直徑偏大0.02mm，加工后一批孔的尺寸也都偏大0.02mm。

§4.4加工誤差的綜合分析84

特點：

①預先不能估計到；

②較難完全消除，只能減小到最小限度；

③工件尺寸忽大忽小，造成一批工件的尺寸在一定的加工條件下隨機誤差的數(shù)值總在一定范圍內(nèi)波動。

加工一批零件時，由無規(guī)律變化的因素所引起的加工誤差。例如：熱變形、受力變形、刀具磨損引起的加工誤差。2、隨機誤差85常值系統(tǒng)誤差與隨機誤差

說明：

誤差性質(zhì)不同，解決的途徑也不同。

對于常值系統(tǒng)誤差，若能掌握其大小和方向。就可以通過調(diào)整消除；

對于隨機誤差，只能縮小它們的變動范圍，而不可能完全消除。

86加工誤差的統(tǒng)計分析.分布曲線法測量一批零件的實際尺寸，根據(jù)測得的尺寸數(shù)據(jù)繪制出的一條尺寸分布曲線，從而判斷加工誤差的大小及產(chǎn)生的規(guī)律。以尺寸為衡坐標，頻率為縱坐標，。點圖法按加工順序、逐個測量工件的尺寸，并記錄在以工件順序號為橫坐標，工件尺寸為縱坐標的圖中，從而判斷加工誤差產(chǎn)生的規(guī)律和性質(zhì)。一、分布曲線法.1.實際分布圖——直方圖

尺寸分散加工一批工件，由于隨機性誤差的存在，加工尺寸的實際數(shù)值是各不相同的，這種現(xiàn)象稱為尺寸分散。數(shù)據(jù)處理

測量各零件的加工尺寸，把測得的數(shù)據(jù)記錄下來，按尺寸大小將整批工件進行分組，每一組中的零件尺寸處在一定的間隔范圍內(nèi)；⑴基本概念88實際分布圖——直方圖.頻數(shù)和頻率

則：

同一尺寸間隔內(nèi)的零件數(shù)量稱為頻數(shù)，頻數(shù)與該批零件總數(shù)之比稱為頻率。直方圖以工件尺寸為橫坐標，以頻數(shù)或頻率為縱坐標，即可作出該工序工件加工尺寸的實際分布圖——直方圖。89直方圖的作法與步驟.（2）直方圖的作法與步驟1）收集數(shù)據(jù)

在一定的加工條件下，按一定的抽樣方式抽取一個樣本（即抽取一批零件），樣本容量（抽取零件的個數(shù)）一般取100件左右，測量各零件的尺寸，并找出其中的最大值xmin和最小值xmin。

繪制實際分布曲線的目的：分析加工誤差性質(zhì)，判斷一批零件的尺寸服從何種曲線分布規(guī)律。90直方圖的作法與步驟.2）組數(shù)

將抽取的樣本數(shù)據(jù)分成若干組，組數(shù)過多，分布圖會被頻數(shù)的隨即波動所歪曲；組數(shù)太少，分布特征將被掩蓋。91直方圖的作法與步驟.3）確定組距組界及分組

h=(xmax-xmin)/(k-1)第一組上界值：s1=xmin+h/2第一組下界值：x1=xmin-h/24）統(tǒng)計頻數(shù)分布

將各組的尺寸頻數(shù)、頻率填入表中。5）計算樣本零件的平均尺寸式中：n――樣本零件的個數(shù)92直方圖的作法與步驟.7）繪制直方圖

按表列數(shù)據(jù)以頻數(shù)為縱坐標，組距為橫坐標畫出直方圖，如圖所示。6）公差帶分布中心尺寸比如：某零件的尺寸要求為，則93繪制直方圖.94⑶實驗分布曲線的定性分析1）尺寸分散范圍小于允許公差T，且分布中心與公差帶中心重合，則兩邊都有余地，不會出廢品。

2）若工件尺寸分散范圍雖然也小于其尺寸公差帶T，但不重合（分布中心與公差帶中心），此時有超差的可能性，應設法調(diào)整分布中心，使直方圖兩側(cè)均有余地，防止廢品產(chǎn)生。3）若工件尺寸分散范圍恰好等于其公差帶T，這種情況下稍有不慎就會產(chǎn)生廢品，故應采取適當措施減小分散范圍。95實驗分布曲線的定性分析.4）若工件尺寸分散范圍大于其公差帶T，則必有廢品產(chǎn)生，此時應設法減小加工誤差或選擇其它加工方法。從本實驗分布曲線可以看出：工件尺寸的分散范圍是；有少量的過小廢品；存在常值系統(tǒng)誤差：本樣本零件的尺寸基本符合正態(tài)分布規(guī)律。962、正態(tài)分布曲線法

圖：正態(tài)分布曲線

⑴正態(tài)分布曲線方程97

正態(tài)分布曲線正態(tài)分布曲線的數(shù)學方程為

式中，x——零件的尺寸；

——一批零件尺寸的算術平均值；98正態(tài)分布曲線

，它表示加工尺寸的分布中心；

y——零件尺寸為x的概率密度；

——一批零件的均方根差，表示這批零件加工尺寸的分布范圍。

式中，n——一批零件的數(shù)量。

99⑵正態(tài)分布曲線的特點和應用

對稱于直線，以x軸為漸近線，x的定義域為（－∞，+∞）；曲線與x軸之間所包含的面積為1，即：分布曲線下所包含的全部面積代表一批加工零件，即100％零件的實際尺寸都在這一分布范圍內(nèi)。

①正態(tài)分布曲線的面積100正態(tài)分布曲線的特點和應用

②如果改變參數(shù)a=的值而保持σ不變，則分布曲線沿著X軸平移而形狀不變，如圖7.26(a)；反之，如果使a=值固定不變，σ值變化時正態(tài)曲線形狀就變化了，如7.26(b)。

101正態(tài)分布曲線的特點和應用可見：正態(tài)分布曲線的形狀是由標準偏差σ來決定的，σ的大小完全由隨機誤差所決定。

隨機誤差引起尺寸分散，常值系統(tǒng)誤差決定尺寸分布圖的中心位置。102③正態(tài)分布曲線的實用分散范圍

圖：實用分散范圍

由于工件的實際尺寸不可能為±∞，故規(guī)定：正態(tài)分布曲線的實用分散范圍取為±3σ（或6σ），103正態(tài)分布曲線的實用分散范圍

當（即）時，面積，僅有0.27％的計算誤差。

故可近似認為：在的工件尺寸實用分散范圍內(nèi)，代表了100％全部的零件。104④一批零件的隨機誤差大小

6σ表示這批零件的隨機誤差的大小

6σ值小，表示這批零件的加工尺寸是在較小尺寸范圍內(nèi)變動，隨機誤差小；

6σ值大，表示隨機誤差大。105工藝能力系數(shù)和工序的加工精度

實驗分散范圍6σ大（或σ值大），表明這批零件的實際尺寸在較大范圍內(nèi)變動，說明該加工工序的加工精度低。

σ值小，說明該加工工序的加工精度高。6σ還表示這批零件的工序加工精度106⑤工藝能力系數(shù)和工序的加工精度

工藝能力系數(shù)：

當時，工藝能力勉強；

當時，工藝能力足夠。在實際生產(chǎn)中，常以工藝能力系數(shù)來衡量：107⑥保證加工系統(tǒng)不出廢品的充分和必要條件如下圖：不出廢品的必要和充分條件

108保證加工系統(tǒng)不出廢品的充分和必要條件

在一般情況下，應使公差帶的寬度。但考慮到常值系統(tǒng)性誤差（如刀具磨損）以及其它因素的影響，至少應使。從上圖分析可知：

保證加工系統(tǒng)不出廢品的充分、必要條件是：109⑦計算一批零件的合格率和廢品率的方法

合格率：

式中：查表可得合格率則廢品率：且

⑴當

時，過大廢品、過小廢品相等（如下左圖所示）過小的廢品軸和過大的廢品孔工件，都不可修復。110計算一批零件的合格率和廢品率的方法圖：計算合格率、廢品率111112

加工一批零件的外圓，圖紙要求的尺寸為φ20±0.07mm，若加工后的尺寸服從正態(tài)分布，并發(fā)現(xiàn)有4.58％的廢品，且其中一半廢品的尺寸小于零件的下偏差。試確定該工序所能達到的加工精度。計算例題一解：113計算例題一解：解：①根據(jù)題意畫尺寸分布計算圖

114計算例題一解：②求均方根誤差σ已知則故F(Z)==0.9542/2=0.4771查表可知，式中：===2∴ 該工序的加工精度為115計算一批零件的合格率和廢品率的方法第一種情況:過小廢品率：

⑵當時，合格率和廢品率的計算根據(jù)Z的大小，查表可得合格率，代入上式即可算得116計算一批零件的合格率和廢品率的方法圖：計算合格率、廢品率117計算一批零件的合格率和廢品率的方法同理：過大廢品率：式中：

=則總合格率或：總合格率＝+根據(jù)Z的大小，查表可得合格率，代入上式即可算得。118計算一批零件的合格率和廢品率的方法第二種情況:過小廢品率：

⑵當時，合格率和廢品率的計算根據(jù)Z的大小，查表可得合格率，代入上式即可算得119計算一批零件的合格率和廢品率的方法圖：計算合格率、廢品率120計算一批零件的合格率和廢品率的方法同理：過大廢品率：式中：

=則總合格率或：總合格率＝+根據(jù)Z的大小，查表可得合格率，代入上式即可算得。121

計算例題二

鏜削一批零件的內(nèi)孔(計1000件)，其最大尺寸mm,最小尺寸mm；;若整批零件呈正態(tài)分布，圖紙要求該孔的直徑為。求這批零件的常值系統(tǒng)誤差和隨機誤差的大小，廢品有多少件？能否修復？并分析產(chǎn)生廢品的原因，提出減少廢品的措施。122計算例題二解：解：①求隨機誤差的大小根據(jù)已知條件可知：則均方根誤差mm故隨機誤差為123計算例題二解：

②求常值系統(tǒng)誤差

平均尺寸：公差帶分布中心：故124計算例題二解：

③畫尺寸正態(tài)分布圖計算各坐標點：；

根據(jù)各坐標點作圖：125計算例題二解：判斷有無廢品：∵

∴無過小廢品；

∵∴存在過大廢品。（過大的工件孔不能修復）126計算例題二解：

④計算廢品率式中：

故當時，查表4-6得

∴則廢品數(shù)量：127計算例題二解：⑤加工誤差分析

∵而,

∴即工藝系統(tǒng)必出少量廢品。而工藝能力系數(shù)

可見：產(chǎn)生廢品的主要原因是：該加工方法的工序精度不足。減少廢品的措施：采用精度更高的工藝裝備。128二、點圖法簡介分布圖分析法特點

1）采用大樣本，較接近實際地反映工藝過程總體；

2）能將常值系統(tǒng)誤差從誤差中區(qū)分開；

3）在全部樣本加工后繪出曲線，不能反映先后順序；

4）不能及時提供工藝過程精度的信息，事后分析；點圖分析法特點

1）計算簡單，能及時提供主動控制信息，

2）可用于穩(wěn)定過程、也可用于不穩(wěn)定過程1291、個值點圖1

個值點圖

按加工順序逐個地測量一批工件的尺寸，以工件序號為橫坐標，以工件的加工尺寸為縱坐標，就可作出個值點圖。

若點圖上的上、下極限點包絡成二根平滑的曲線，并作這兩根曲線的平均值曲線，就能較清楚地揭示出加工過程中誤差的性質(zhì)及其變化趨勢，如圖所示。

130個值點圖個值點圖上反映誤差變化趨勢131個值點圖.上下限AA’和BB’間的寬度表示在隨機性誤差作用下加工過程的尺寸分散范圍，反映了隨機性誤差的變化規(guī)律。其起始點O位置的高低表明常值系統(tǒng)性誤差的大小。整個幾何圖形將隨常值系統(tǒng)性誤差的大小不同，而在垂直方向處于不同位置。1322、均值-極差點圖.極差的定義一組工件中的最大尺寸與最小尺寸的差值。

均值-極差點圖由小樣本（4～6件）均值點圖和極差點圖組成，橫坐標為小樣本組序號。1332、均值-極差點圖

①定期測小樣本尺寸；

②計算均值

和極差R=xmax-xmin

③確定中心線和(取小樣本組20～30組)

x具體作法如下：134均值-極差點圖④確定上下控制線UCL、LCL和上下偏差ES、EI:

系數(shù)A、D按組內(nèi)工件數(shù)m由下表查出：每組個數(shù)(m)AD40.752.2850.582.11135均值點圖反映了質(zhì)量指標分布中心(系統(tǒng)誤差)的變化趨勢

極差點圖反映了質(zhì)量指標分布范圍(隨機誤差)的變化趨勢136均值-極差點圖分析生產(chǎn)過程穩(wěn)定的標志：

生產(chǎn)過程不穩(wěn)定的標志：

①沒有點子超出控制線；②大部分點在中線附近波動，小部分點在控制線附近；③點子無明顯規(guī)律性

①點子超出控制線或密集在控制線附近；②連續(xù)７點以上出現(xiàn)在中線一側(cè)；③明顯規(guī)律性，如上升或下降傾向；④點子有周期性波動

137查找原因、采取措施.1.若極差R未超控制線，說明加工中尺寸分布較穩(wěn)定，可以繼續(xù)進行加工。2.若均值有點超出控制線，甚至超出公差界限，說明存在某種占優(yōu)勢的系統(tǒng)誤差，過程不穩(wěn)定（應停機檢查，找出原因，采取措施）。若點圖緩慢上升，可能是系統(tǒng)熱變形；若點圖緩慢下降，可能是刀具磨損。§4.5機械加工表面質(zhì)量零件的機械加工質(zhì)量不僅指加工精度，而且包括加工表面質(zhì)量。

機械加工后的零件表面實際上不是理想的光滑表面，它存在著不同程度的表面粗糙度、冷硬、裂紋等表面缺陷。雖然只有極薄的一層（幾微米~幾十微米），但都錯綜復雜地影響著機械零件的精度、耐磨性、配合精度、抗腐蝕性和疲勞強度等，從而影響產(chǎn)品的使用性能和壽命，因此必須加以足夠的重視。4.5.1概述零件表面質(zhì)量力學物理性能和化學性能表面幾何形狀特征表面層冷作硬化表面層殘余應力表面層金相組織的變化表面質(zhì)量的含義（內(nèi)容）表面粗糙度表面波度表面紋理1）表面粗糙度對零件耐磨性的影響Ra增大—>壓強增大—>破壞油膜—>金屬擠裂、破碎、切斷—>加速磨損；Ra過小—>分子親合力增大—>潤滑油擠出—>表面咬合—>加速磨損。表面粗糙度大和太小都不耐磨。如圖4-38所示。表面粗糙度的最佳值與機器零件的工作情況有關，載荷加大時，磨損曲線向上、向右移動，最佳表面粗糙度值也隨之右移。

4.5.2表面質(zhì)量對零件使用性能的影響1．表面質(zhì)量對零件耐磨性的影響圖4－38表面粗糙度與初期磨損量的關系2）表面層的冷作硬化對零件耐磨性的影響加工表面的冷作硬化，一般能提高零件的耐磨性。冷作硬化→硬度提高，塑性降低→摩擦副接觸部分的彈性變形和塑性變形減少→減少磨損。并非冷作硬化程度越高，耐磨性就越高。

冷作硬化過度→脆性增加→金屬剝落→加速磨損。2．表面質(zhì)量對零件疲勞強度的影響1）表面粗糙度對零件疲勞強度的影響

表面粗糙度↑→應力集中↑→疲勞裂紋↑→抗疲勞強度↓表面粗糙度對耐疲勞性的影響還與材料對應力集中的敏感程度和材料的強度極限有關。鋼材對應力集中最為敏感，鋼材的強度極限越高，對應力集中的敏感程度就越大，而鑄鐵和有色金屬對應力集中的敏感性較弱。2）表面層冷作硬化與殘余應力對零件疲勞強度的影響

適度的表面層冷作硬化能提高零件的疲勞強度。拉應力→抗疲勞強度↓殘余應力有拉應力和壓應力之分，殘余拉應力容易使已加工表面產(chǎn)生裂紋并使其擴展而降低疲