机加工精度分析

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第二章机械加工精度一概述二影响加工精度的因素及其分析三加工误差的综合分析四提高加工精度的工艺措施机械加工精度

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22022/6/1二、尺寸精度的获得方法（一）试切法（如车外圆的5个步骤：开车对刀；右退出车刀；进刀；走刀切削1-3mm；退出车刀；测量；按尺寸进刀；走刀切削。）试切法引起调整误差的因素1、测量误差：量具，测量方法，使用条件等。2、机床进绘机构的位移误差3、切削状态不同产生的误差。例如：刀尖的圆角影响。

32022/6/1（二）调整法如车台阶长度时的位置调整引起调整误差的因素1、定程机构误差液压死挡铁＜0.01(精度高)电气行程开关＜0.01（灵敏度）2、样件或样板误差3、测量有限试件造成误差

42022/6/1（三）其它方法1、定尺寸刀具法例如：钻孔，铰孔，浮动镗等取决于刀具的相关尺寸精度（与刀具制造，安装，磨损有关）2、自动控制法例如：自动或半自动磨床，取决于自动检测装置精度和自动反馈控制系统控制精度。三、机床误差例如：铣床的精度检验项目有多项

5机加工质量及分析高产、优质、低消耗，产品技术性能好、使用寿命长，这是机械制造企业的基本要求。而质量则是最根本的问题加工质量指标分为：加工精度——宏观几何参数加工表面质量——微观几何参数和表面物理-机械性能等方面的参数概述Moretolearn

6概述机械加工精度——零件在加工后的几何参数（尺寸、几何形状、表面间的相互位置）的实际值与理论值相符合的程度机械加工精度包括：尺寸精度、形状精度、位置精度——三者有联系，也有区别Moretolearn

7所谓理想零件，即对表面形状而言，就是绝对正确的圆柱面、平面、锥面等；对表面位置而言，就是绝对的平行、垂直、同轴和一定的角度等；对尺寸而言，就是零件尺寸的公差带中心由于机械加工中的种种原因，不可能把零件做得绝对精确，总会产生偏差。这种偏差即加工误差。概述

8二、影响加工精度的因素及其分析工艺系统——由机床、夹具、刀具和工件构成的一个完整系统原始误差——工艺系统中直接引起误差各种因素影响加工精度的因素及其分析Moretolearn

9影响加工精度的因素及其分析

101．加工原理误差（理论误差）原理误差——即在加工中采用了近似的加工运动、近似的刀具轮廓和近似的加工方法而产生的原始误差影响加工精度的因素及其分析Moretolearn

112022/6/1第二节工艺系统的几何精度对加工精度的影响一、加工原理误差1、近似的切削成形运动例如：数控插补原理：直线或圆弧逼近曲线的加工，数控铣床上用球头铣刀加工曲面（行切法）（图3－3）2、近似的切削刀形状例如：滚齿刀具3、近似的计算例：模数螺纹的π因子

12影响加工精度的因素及其分析近似的刀具和工件的运动联系所带来的加工误差例如车模数螺纹时，传动比I==只要能保证加工精度和零件的使用性能，一定的原理误差是允许的。这种误差不应超过相应公差的10~15%。Moretolearn

13近似的刀具轮廓带来的误差例如用模数铣刀铣齿轮，由于：铣刀的成形面不是纯粹的渐开线；模数相同而齿数不同的渐开线齿轮齿形是不同的，一把铣刀铣一组齿数的齿轮，故存在原理误差再如，用齿轮滚刀加工齿轮时，滚刀也是采用阿基米德基本蜗杆或法向直廓蜗杆代替渐开线蜗杆影响加工精度的因素及其分析Moretolearn

14近似的加工方法带来的误差例如，用尖车刀车外圆，也不是光滑的圆柱面，而是一个螺旋面影响加工精度的因素及其分析

152．机床、刀具、夹具的制造误差与磨损机床误差包括机床本身各部件的制造误差、安装误差和使用过程中磨损影响加工精度的因素及其分析Moretolearn

16影响加工精度的因素及其分析主轴回转运动误差及其影响因素回转运动的精度取决于其回转中心相对刀具或工件的位置精度，即取决于机床主轴的回转精度主轴回转误差有三种：主轴的径向跳动、主轴的轴向窜动、主轴的角度摆动

172022/6/1（二）机床主轴的回转误差1．基本概念实际回转轴线对理想轴线的漂移三种基本形式(图3－13)纯经向圆跳动、纯端面圆跳动、纯倾角摆动

182022/6/1主轴回转精度的检验方式（JB2670-82）（机床检验通则）a径跳b轴向跳动（倾角摆动通常由径向跳动指标保证如图）

192022/6/12．主轴回转精度对加工精度的影响1）主轴端面纯圆跳动：(图3－14)（1）车端面——近似螺旋面（误差）θ——垂直度偏角（2）车螺纹——产生螺距周期误差。

202022/6/12）径内圆跳动——产生圆度误差(图3－15~17)（1）对镗孔的影响（图3-15）设镗刀主轴误差为：h=Acosφ(频率与主轴转角相同，刀尖到刀轴中心不变，R为定值，在y方向简谐运动。)简谐运动方程加工孔为椭圆，长轴：（A+R），短轴：R

212022/6/13、影响主轴回转精度的因素（1）轴承误差A)滚动轴承：内环，外环滚道，滚动体，保持架等圆度误差、波度误差、滚动体尺寸误差等B)滑动轴承工件回转类机床（图3-17a）刀具回转机床（图3-17b）①工件回转类机床主轴轴径的椭圆误差影响：产生与轴径误差近似的加工误差。

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232022/6/1工件回转类机床主轴轴承孔的椭圆误差影响：∵轴承孔受力点不变∴不产生加工误差。主轴轴承孔的误差影响与之相反。另：多油楔动压轴承——主要为主轴轴径误差影响静压轴承——较厚的油膜减小了轴径和轴孔的误差，所以精度较高。

242022/6/1②刀具回转类机床主轴轴径的椭圆误差影响：刀具回转类机床主轴轴径、主轴轴承孔对加工误差的影响与工件回转类机床相反。（2）轴承间隙调整（3）轴承安装配合件主轴滚动轴承安装轴径箱体上的主轴滚动轴承安装孔等（4）主轴转速（5）其它因素

252022/6/14、提高主轴回转精度的措失（1）提高制造精度（要求精度，成本高）（2）滚动轴承预紧（磨损大，发热）（3）排除主轴回转误差的工艺措失。例：使用固定顶尖（0.001）适用于低速，轻载镗模（图3-19）∵刀杆与主轴浮动连接∴刀具回转精度由刀杆精度和导套精度确定。

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28影响加工精度的因素及其分析影响主轴回转精度的因素：滑动轴承轴颈或滚动轴承滚道圆度误差滚动轴承内环的壁厚误差滑动轴承轴颈、轴承套或滚动轴承滚道的波度滚动轴承滚子的圆度误差和尺寸偏差轴承间隙以及切削中的受力变形轴承定位端面与轴心线垂直度误差轴承端面之间的平行度误差锁紧螺母端面的跳动等

29导轨误差导轨是确定主要部件相对位置的基准，也是运动基准，各项误差直接影响被加工工件的精度对导轨的精度要求主要有：在水平面内的直线度在垂直面内的直线度前后导轨的平行度（扭曲）影响加工精度的因素及其分析Moretolearn

30影响加工精度的因素及其分析导轨误差对加工精度的影响：如车削时导轨在水平面内弯曲，向前凸出，则出现鼓形误差；向后凸出，则出现鞍形误差

312022/6/1（一）机床导轨导向误差（来源于加工，装配，安装，磨损，温度等）1、导向误差（直线度，扭曲度及偏离，平行，垂直等）例车床直线度（图3－5）1）在水平面内的直线度△Y（图3－6a）（设车刀刀夹中心与工件轴或等高）2）在垂直面内的直线度△Z（图3－6b）

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342022/6/1忽略项∵∴可以忽略（3）扭曲误差与机床导轨结构及主轴中心高有关（图3－7）

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362022/6/1（4）导轨与主轴轴线相互位置误差水平面内平行度误差车——锥度镗——椭圆垂直内平行度误差车（度）—双曲线镗——椭圆图3-9

37传动链误差传动链误差产生的原因传动元件的制造误差、传动元件的装配误差、使用过程中的磨损影响加工精度的因素及其分析Moretolearn

382022/6/1（三）机床传动链的传动误差1，传动链精度分析内联系的传动链中，首末件的相对运动误差。在用展成法加工螺纹，齿轮，蜗轮时产生加工误差。例如：螺纹的螺距误差，齿轮、蜗轮的周节误差等。图3-20滚齿轮传动链中，工件转角与滚刀转角的运动关系为：

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402022/6/1讨论由传动件的周节误差、螺距误差等原始误差引起的末端件的转角误差。设：工件的转角误差劲—由第j个传动件误差引起的工件转角误差。kj——误差传递系数（k——传动件到末商件的传动比，j——表示工件在传动链中的位置）

412022/6/1kj>1(升速)，原始误差扩大，kj<1（降速），原始误差缩小。总转角误差概率法做算有转角误差为周期函数（转一周误差重复）即，

42影响加工精度的因素及其分析减少传动链误差对加工精度的影响，可采取如下措施：缩短传动链提高传动链的制造精度和装配精度设法消除传动链的间隙采用误差校正机构提高传动精度

432022/6/14、减少传动链传动误差的措失1．缩短传动链（传动件少，原始误差少）2．大降速比传动k<＜1，合理分配降速比。3．提高传动件精度4.误差补偿校正机构。校正尺校正机构，动态补偿校正机构。5．数控机床中的电子传动链

44刀具的制造误差与磨损刀具的制造误差刀具的制造误差对加工精度的影响，根据刀具的种类不同而不同。定尺寸刀具以刀具尺寸误差为主；成形刀具以刀具形状误差为主刀具的磨损：分为三个阶段：初始磨损、正常磨损、急剧磨损影响加工精度的因素及其分析

45减少刀具制造误差对加工精度的影响的措施：提高制造精度合理选择刀具材料合理选择切削用量合理选择刀具几何参数合理选择冷却润滑准确刃磨，减少磨损影响加工精度的因素及其分析

46夹具的制造误差与磨损夹具的制造误差主要是定位元件、夹紧元件、导向元件、分度元件、夹具体等的制造误差夹具的误差除制造误差外，还有夹具安装、工件装夹等误差对加工精度也会带来很大影响夹具的磨损主要是定位元件和导向元件的磨损为减少夹具误差对加工精度的影响，夹具的制造误差必须小于工件的公差；及时更换易损件影响加工精度的因素及其分析

473．工艺系统受力变形及对加工精度的影响工艺系统受力变形的现象加工过程中的力：切削力、传动力、夹紧力、重力、控制力、惯性力、干扰力等影响加工精度的因素及其分析Moretolearn

482022/6/1第三节工艺系统的受力变形对加工精度的影响一、基本概念工艺系统受力：切削力、夹紧力、传动力、重力、惯性力等。工艺系统受力变形：例：车细长轴时,工件的弯曲变形；磨小孔，磨头细长刀轴弯曲变形等。（图3－28）

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50工艺系统的刚度刚度——工艺系统受外力作用后抵抗变形的能力在上述力的作用下，工艺系统受力变形，刀具和工件相对退让。设刀具相对工件在切削接触点法线方向的相对位移量为y，则工艺系统的刚度是：影响加工精度的因素及其分析Moretolearn

512022/6/1工艺系统的刚度：静刚度：工艺系统法向受力Fy，与在Fy作用下刀具相对于工件在该方向的位移y的比值,即：动刚度：工艺系统在变载荷的作用下的动态响应特性。（包括：固有频率、共振频率、振幅，相位角等。）

522022/6/1二、工艺系统刚度的计算工艺系统变形：工艺系统各组成环节的刚度；；；工艺系统总刚度：

532022/6/1加工误差对工件形状误差：变形大，切削金属层薄，工件直径大变形小，切削金属层厚，工件直径小，工件呈鞍型（理想型1、主轴与尾座变形2、再加上刀架与工件变形3）工件产生形状误差为圆柱度误差。根据形状公差定义：（原因：两顶尖支承处，机床刚度不足）

54误差复映规律误差复映——由毛坯加工余量和材料硬度的变化引起切削力和工艺系统受力变形的变化，因而产生毛坯的尺寸、形状误差部分地反映到工件上的现象影响加工精度的因素及其分析Moretolearn

55误差复映规律误差复映系数ε：定量反映毛坯误差经过加工后减少的程度=当加工过程有多次走刀时，每次走刀的复映系数为ε1、ε2、ε3…，则总复映系数ε总=ε1ε2ε3…可简化为ε总≈（ε1）n影响加工精度的因素及其分析Moretolearn

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572022/6/1（二）切削力大小变化时引起的加工误差(Fy——径向的削分力大小变化)由于在同一截面内存在余量变化，材料硬度不均等而产生Fy变化。设：工艺流系统刚度k不变，Fy变化→y变化，产生加工误差。（图3－31）椭圆毛坯：椭圆工件：误差复映：——误差复映系数。

582022/6/1讨论：1）ε是小于的正数，ε越小，加工误差越小。k↑→ε↓；C↓→ε↓2）毛坯的各种形状误差，一次走刀加工后，都按一定的ε产生加工误差。（例阶梯形状误差、椭圆形状误差等）。每次起产生ε1、ε2……3)多次走刀加工后ε总=ε1ε2ε3……△g=△m、ε总，多次走刀加工后，工件误差逐渐变小。

59由于ε<<1，所以经过多次走刀，则可能使毛坯误差复映到工件上的误差减少到公差带允许值的范围内例：一个工艺系统，其误差复映系数为0.25，工件在本工序前的圆度误差0.5mm，为保证本工序0.01mm的形状精度，本工序最少走刀几次？解：0.5×(0.25)n≤0.01解得n=3影响加工精度的因素及其分析

602022/6/1（三）夹紧力、重力引起的加工误差例如：加工薄壁套筒的孔，夹紧变形，加工后变形恢复，孔出现形状误差。（图3-32措施：均匀夹紧（夹紧套，专用卡爪等）例如：平面糜床加工薄片零件。（图3-33）例如：夹紧位置不当产生的误差。（图3-34）例如：机床部件自重、工件自重产生的误差。（图3-35、36）（四）传动力和惯性力对加工精度的影响（略）

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642022/6/1四、机床部件刚度（一）机床部件刚度的测定1．静态测定法对机床施加静截序，根据力的不同及变形不同，计算出机床各部件刚度。车床静刚度特性曲线（图3-38）分析：1）呈非线性变化2）加载与卸载曲线不重合3）卸载曲线不回到厚点。平均刚度:

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66工艺系统的刚度特性力和变形不是直线关系，即不符合虎克定律加载和卸载曲线不重合卸载后，变形不能恢复到起点部件刚度比我们想象的小影响加工精度的因素及其分析Moretolearn

67影响部件刚度的因素接触变形（接触点的变形）薄弱零件本身的变形间隙的影响摩擦的影响施力方向的影响影响加工精度的因素及其分析Moretolearn

68工艺系统的刚度对加工精度的影响归纳起来为下列常见形式：由于受力点位置的变化而产生的工件形状误差误差复映毛坯材料硬度不均匀使切削力产生变化，工艺系统受力变形随之变化而产生加工误差工艺系统中其它作用力使工艺系统中某些环节受力变形而产生加工误差影响加工精度的因素及其分析

69惯性力产生的加工误差图示，它在加工误差的敏感方向上的分力和切削力的方向，有时相同，有时相反，从而引起受力变形的变化，使工件产生形状误差。加工后工件呈心脏线形。a)b)图10-14由惯性力引起切削深度的变化

70减少工艺系统受力变形的措施提高表面配合质量，以提高接触刚度或者预加载荷，以提高接触刚度或者锁紧暂不需移动的部件，以提高接触刚度设置辅助支承，提高部件刚度影响加工精度的因素及其分析Moretolearn

71影响加工精度的因素及其分析缩短切削力作用点和支承点的距离，提高工件刚度选择合理的零件结构和断面形状提高刀具刚度；改善材料性能合理装夹工件，减少夹紧变形

722022/6/1（二）影响机床部件刚度的因素1．连接表面的接触变形。接触刚度：实验有：m——由材料种类和表面粗糙度有关（Ra=0.6～1.6时，m≈0.5）c——与材料种类和表面粗糙度有关，

732022/6/12、零件间的摩擦力。3、接合面之间的间隙——载荷方向变化时，刚度受影响。4薄弱件的变形。（图3－40、41）五、减小工艺系统受力变形对加工精度的影响（一）提高工艺系统刚度。1、结构设计合理的结构和断面形状工件单纯受拉或受压，变形只与截面积有关。

742022/6/1工件受弯、扭作用时，变形与截面积大小和形状有关。相同截面积：空心刚度>实心，封闭>开口所以应减少壁厚，增大轮廓尺寸。外形尺寸相同：圆形优于方形，方形优于矩形。合理布置隔板，筋等。尽量减少连接层面数目。（普通车床刀架的连接层面数较多）

752022/6/12、提高连接表面的接触刚度提高工艺系统刚度最简便，有效的方法。（1）零件接合面的表面质量（粗糙度，形状精度）（2）预加载荷——消除间隙，产生较大接触面积。又例：铣刀杆与主轴轴孔——拉杆。（3）提高工件定位基准面的精度和表面质量

762022/6/13、合理的工艺方法（1）合理的安装方法和加工方法（图3-42）（2）增加辅助支承（中心架，跟力架等）（二）减小载荷及其变化合理的切削刀具（刀具角度：γ，κr，εr等）合理的切削用量（CP与Fy）提高毛坯的质量。

772022/6/1六、工件残余应力引起的变形残余应力（内应力）——由金属内部相邻组织的不均体和变化引起。（一）毛坯制造和热处理产生热应力和组织应力，例如：铸造应力框的应力与变形。A、C壁较薄，B较厚A、C先冷，B在热壁状态下产生塑性变形。B后冷，A、C在冷态下被压缩起弹性变形（不恢复变形）所以A、C长度大于B,产生内应力如图。

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792022/6/1（二）冷校直带来的残余应力（图3－44）b）加载时的应力分布：最外处产生塑性变形c)卸载后：应力平衡（被校直）表面切削后，（塑变层消除）工件恢复（三）加削加工带来的残余应力1)改善零件结构2)合理安排工艺

802022/6/13）热处理工序去除内应力退火回火人工时效：高温时效——毛坯，粗加工后低温时效——半精加工后振动时效自然时效：——把铸件毛坯在露天自然堆放一年左右。

812022/6/1三、工艺系统热变形对加精度的影响一．概述（一）热源：内部——切削热（由刀具，切屑，切削液、工件传出）摩擦力——（电机、液压、齿轮、轴承、导轨等）环境外部热源：环境温度变化，取暖设备，热幅射（阳光等）（二）工艺系统的温度场和热平衡温度场——物体中各点温度随坐标和时间变化的的分布场。（各点温度是随时间和坐标而变化的函数）。

822022/6/1热平衡——单位时间内热量的散出与输入相等，系统各部分温度相对固定，热变形趋于稳定。刀具，工件一般不能达到稳定的热平衡机床应工作在热平衡状态，保持热态几何精度。（较长时间空转后工作）稳态温度场——各点温度只是坐标位置的函数，热平衡时为稳态温度场。

834．工艺系统热变形及对加工精度的影响工艺系统热变形的现象工艺系统受热升温而使工件、刀具及机床的许多部分会因温度升高而产生复杂变形改变工件、刀具、机床间的相互位置破坏刀具与工件间相互运动的正确性改变已调整好的加工尺寸引起切削深度和切削力改变破坏传动链的精度影响加工精度的因素及其分析

842022/6/1热变形对加工精度的影响1、粗加工——可忽略2、精加工和大件加工——热变形产生的误差达总误差的40%～70%。二、工件热变形的影响（一）工件均匀受热按平均线膨涨尺寸计算或

852022/6/1例题1磨丝杆△=0.07mm例题2钻孔△=0.021mm所以应把粗加工与精加工分开,使工件粗加工之后充分冷却.(或粗加工后冷却一段时间)(二)工件不均匀受热例：磨削平面板，工件热变形拱度x（图3-45）

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872022/6/1三、刀具热变形切削热的传散特点：刀体小，热容量小，温升高，达到热平衡时间短。热变形曲线（图3-46）1、连续工件（切削）2、连续冷却3、间歇工作曲线批量加工时，应合理选择切削和冷却时间，使误差稳定在δ范围内。

882022/6/1四、机床热变形对加工精度的影响：主要热源：主传动系统，导轨付，液压系统。各类机床的热变形趋势：车床等（图3-47，图3-48）五、减少工艺系统热变形对加工精度的影响设计合理（一）减少热源的发热和隔热1、分离热源，2、隔热，3、冷却。

89影响加工精度的因素及其分析减少和控制工艺系统热变形的主要途径结构措施采用热对称结构使关键件的热变形在无害于加工精度的方向移动合理安排支承位置，使产生热变形位移的有效部分缩短发热量大的热源采取足够的冷却措施，采用热补偿方法减少热变形均衡关键件的温升，避免弯曲隔离热源

90工艺措施环境恒温，避免光照保持工艺系统热平衡，如加工前机床空转一段时间（精密加工中途不停车）装夹时考虑加工热变形方向注意选材提高切削速度和走刀量保持刀具锋利（降低切削热）粗、精加工分开切削区施加充分的冷却液影响加工精度的因素及其分析

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932022/6/1（二）均衡温度场例：利用液压回油温度或采用热空气加热等方式。（图3-50）

942022/6/1（三）合理的机床部件结构和装配基准（四）加速达到热平衡（五）恒温环境

955．工件的内应力引起的变形基本概念内应力——当外载荷去除后，仍残留在工件内部的应力影响加工精度的因素及其分析Moretolearn

96内应力的成因：内因：由于金属内部宏观的或者微观的组织发生了不均匀的体积变化而产生的外因：热加工或者冷加工温度变化伴随金相组织变化冷热不均，金相组织变化切削加工，强烈的塑性变形引起表层应力影响加工精度的因素及其分析

97几种产生内应力的工艺过程毛坯制造中产生的内应力铸造、锻造、焊接和热处理过程中，因热胀冷缩不匀以及金相组织转变冷校直带来的内应力影响加工精度的因素及其分析Moretolearn

98切削加工的附加应力切除金属后，破坏了原有的内应力平衡高温、高压下，局部表面层因不均匀的塑性变形而产生内应力时效中产生的二次应力时效过程冷却阶段产生的二次残余应力影响加工精度的因素及其分析

99消除内应力的措施改变加工工艺和加工用量人工时效（热处理）和自然时效敲击振动合理设计结构采用特殊加工手段影响加工精度的因素及其分析

1006．度量误差、调整误差以及安装误差度量误差引起测量误差的原因：量具本身的误差测量方法引起测量力引起温度引起影响加工精度的因素及其分析Moretolearn

101影响加工精度的因素及其分析减少或消除度量误差的措施提高量具精度，合理选择量具注意操作方法注意测量条件

102调整误差工艺系统的调整问题有：机床的调整、夹具的调整、刀具的调整不同的调整方式，有不同的误差来源影响加工精度的因素及其分析Moretolearn

103试切法调整度量误差：试切调整过程中由于度量失误或不准而引起误差加工余量影响：最小切屑厚度太小，以致刀刃打滑，不起切削作用微量进给误差：最后一刀容易出现爬行影响加工精度的因素及其分析Moretolearn

104各机构调整机构的制造精度机构的灵敏度调整的准确性样件或样板调整大批量，多刀加工时采用样板本身的误差（制造和安装误差）对刀误差影响加工精度的因素及其分析

105安装误差定位误差基准不重合引起定位元件和定位面制造误差元件配合间隙引起夹紧误差夹紧机构的夹紧力不当引起夹紧方式不当引起夹紧状态不良引起影响加工精度的因素及其分析

106三、加工误差的综合分析1．误差的性质误差分为两类：系统性误差当连续加工一批零件时，误差的大小和方向或是保持不变，或是按一定规律变化。前者称为常值系统性误差，后者称为变值系统性误差加工误差的分析Moretolearn

107常值系统性误差有：原理误差，刀具、夹具、量具、机床的制造误差，调整误差，系统受力变形变值系统性误差有：工艺系统热变形，刀具、夹具、量具、机床磨损加工误差的分析Moretolearn

108随机性误差加工一批零件时，其误差的大小和方向无规律地变化，这类误差称为随机性误差随机性误差有：复映误差，定位误差，夹紧误差，多次调整引起的误差，内应力引起的误差加工误差的分析

1092．加工误差的数理统计分析法实际分布曲线将零件按尺寸大小以一定的间隔范围分成若干组，同一尺寸间隔内的零件数称为频数mI，零件总数n；频率为mi/n。以频数或频率为纵坐标，以零件尺寸为横坐标，画出直方图，进而画成一条折线，即为实际分布曲线加工误差的分析

110理论分布曲线实践证明，当被测量的一批零件（机床上用调整法一次加工出来的一批零件）的数目足够大而尺寸间隔非常小时，则所绘出的分布曲线非常接近“正态分布曲线”正态分布曲线的方程为：加工误差的分析Moretolearn

111加工误差的分析

112利用正态分布曲线可以分析产品质量；可以判断加工方法是否合适；可以判断废品率的大小，从而指导下一批的生产零件出现的概率已达99.73%，在此尺寸范围之外（）的零件只占0.27%加工误差的分析Moretolearn

113加工误差的分析如果代表零件的公差T，则99.73%就代表零件的合格率，0.27%就表示零件的废品率因此，=T时，加工一批零件基本上都是合格品了，即时，产品无废品

114四、提高加工精度的工艺措施1．直接消除和减少误差法例如车细长轴的三条措施：采用反向走刀（进给）切削,压杆变拉杆采用大进给量和大主偏角（90~93°）车刀在卡盘一端车出一个缩颈提高加工精度的工艺措施Moretolearn

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1172．误差补偿法人为地制造出一种新的或者利用原有的一种原始误差去抵消另一种原始误差例如预加载荷精加工磨床床身导轨；用校正机构提高丝杆车床传动链精度3．误差转移法将工艺系统的几何误差、受力变形和热变形等转移到不影响加工精度的方向去例如，镗模镗孔，主轴与镗杆采用浮动联接提高加工精度的工艺措施

1184．误差平均法例如，研磨加工高精度的轴和孔，利用误差相互比较、相互消除来提高精度；再如，刮研精密平板5．“就地加工”法例如车床配制主轴法兰盘；再如转塔车床加工转塔上的六个刀架安装孔6．控制误差法对付变值系统性误差必须采用可变补偿的方法提高加工精度的工艺措施

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120三种形式：主动测量：加工过程中随时测量，随时进行误差补偿偶件配合测量：以互配件中的一件作为基准去控制另一件积极控制起决定性作用的加工条件：例如精密螺纹磨床的自动恒温控制提高加工精度的工艺措施

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1222022/6/1

123第三章机械加工表面质量一零件的表面质量及其对使用性能的影响二影响机械加工表面粗糙度的因素三影响表面物理力学性能的工艺因素四磨削的表面质量五控制表面质量的工艺途径机械加工表面质量

124一、零件的表面质量及其对使用性能的影响1．概述表面质量是指零件加工后的表面层状态表面质量影响零件的工作性能、可靠性、寿命零件的表面质量及其对使用性能的影响Moretolearn

125表面质量的主要内容：表面层的几何形状特征表面粗糙度：即表面微观几何形状误差表面几何形状：即表面宏观不平度波度：介于宏观几何误差与表面粗糙度之间的周期性几何形状误差零件的表面质量及其对使用性能的影响Moretolearn

126表面层的物理力学性能的变化物理力学性能：表面层塑性变形引起的冷作硬化层深度；表面层硬度的变化；表面层内的残余应力；刀瘤引起的撕裂、折皱等；微观及宏观裂纹；性能（如极限强度等）的变化；重熔金属的沉积层零件的表面质量及其对使用性能的影响Moretolearn

127金相组织：相变；再结晶；过时效。化学性质：晶间腐蚀和选择性浸蚀；表面脆化（氢脆）零件的表面质量及其对使用性能的影响Moretolearn

1282．表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件耐磨性的影响两零件作相对运动时，接触的凸峰处产生弹性变形、塑性变形、剪切等现象，即产生磨损；磨损达到一定程度，接触面积增大，金属分子间的亲和力使表面咬焊；表面轮廓形状、加工纹路以及吸附层、冷作硬化层等也影响耐磨。零件的表面质量及其对使用性能的影响Moretolearn

129零件表面层材料的冷作硬化，能提高表面层的硬度，增强表面层的接触刚度，减少摩擦表面间发生弹性和塑性变形的可能性，使金属之间咬合的现象减少，因而增强耐磨性。但硬化过度会降低金属组织的稳定性，使表层金属脆化而脱落，致使磨损加剧。零件的表面质量及其对使用性能的影响

130表面质量对零件疲劳强度的影响表面粗糙度、划痕、裂纹等缺陷引起应力集中而产生疲劳损坏；表面层的残余应力和冷作硬化能提高疲劳强度（故有专门的表面强化工艺：喷丸、滚压）；但硬化过度会降低金属组织的稳定性，使表层金属脆化而脱落或产生裂纹，致使磨损加剧。零件的表面质量及其对使用性能的影响

131表面质量对零件抗腐蚀性能的影响零件表面粗糙的凹谷处容易积聚腐蚀性介质而发生化学腐蚀或电化学腐蚀；在应力状态下，特别是在拉应力状态下工作，容易出现裂纹，引起晶间破坏，产生应力腐蚀。零件的表面质量及其对使用性能的影响

132表面质量影响零件的配合性质相配零件的配合关系是利用间隙量和过盈量来表示的，由于表面粗糙度的存在，使得有效的间隙或过盈量发生变化，影响配合精度和配合性质；动配合件的磨损改变原来的配合性质，影响动配合的稳定性；粗糙的静配合的实际过盈量比预定的小，静配合的可靠性差。零件的表面质量及其对使用性能的影响

133表面质量对零件其他性能的影响零件的表面质量还将对零件的密封性能、零件的接触刚度、运动的灵活性和发热损失、原有精度等产生影响。零件的表面质量及其对使用性能的影响

1343．影响表面质量的因素机械加工表面不可能是理想光滑表面表面层材料加工时会产生物理、化学变化切削力、切削热使表层产生各种变化外界介质的腐蚀等等零件的表面质量及其对使用性能的影响

135二、影响机械加工表面粗糙度的因素1．影响切削加工表面粗糙度的因素几何因素尖刀切削时：带圆角半径的刀切削时：影响机械加工表面粗糙度的因素Moretolearn

136影响表面粗糙度的几何因素有：刀具的几何形状和几何角度进给量刀刃本身的粗糙度物理因素切削力和摩擦力塑性变形过程中形成的积屑瘤切削过程中工件表面上形成鳞刺影响机械加工表面粗糙度的因素Moretolearn

137工艺系统的动态因素——振动机械振动分为自由振动、强迫振动、自激振动三大类，金属切削过程中，主要是强迫振动和自激振动两种类型振动主要是产生波度、粗糙度而影响零件表面质量影响机械加工表面粗糙度的因素

1382．降低表面粗糙度的工艺措施合理选择刀具的几何角度适当增大前角、后角增大刀尖圆弧半径减小主、副偏角改善材料切削性能减小材料塑性（采取正火、调质等方法）细化材料晶粒（热处理）影响机械加工表面粗糙度的因素

139合理选择切削用量合理选择切削速度，避开积屑瘤、鳞刺产生的切削速度区减少进给量切削深度不宜过小正确使用切削液乳化液、硫化油、植物油等性能各有不同，应合理选用影响机械加工表面粗糙度的因素

140采用辅助加工方法常用的有：研磨、珩磨、超精加工等提高工艺系统的精度和刚度主运动和进给运动系统的精度要高系统的刚度和抗振性好受力变形和热变形要小影响机械加工表面粗糙度的因素

141三、影响表面物理力学性能的工艺因素1．表面层的残余应力表面层残余应力的产生当切削过程中表面层组织发生形状变化和组织变化时，在表面层及其与基体材料的交界处就会产生互相平衡的弹性应力，称为表面残余应力影响表面物理力学性能的工艺因素

142残余应力分类：零件整个尺寸范围内平衡的残余应力晶粒范围内平衡的残余应力晶胞间平衡的残余应力残余应力产生的原因冷塑性变形（切削力的作用）热塑性变形（切削热的作用）金相组织变化（切削高温作用下，引起表面层金属发生相变）通常是上述三种原因综合作用的结果影响表面物理力学性能的工艺因素

1432．表面层的加工硬化表面冷作硬化现象切削（含磨削）过程中，刀具前面迫使金属受到挤压而产生塑性变形，使晶体间产生剪切滑移，晶格严重扭曲，并使晶粒拉长、破碎和纤维化，引起材料强化、硬度提高，这就是冷作硬化现象影响表面物理力学性能的工艺因素

144表面层硬化后的金属性质的具体特点为：晶体形状改变（拉长、破碎）晶体方向改变（塑性变形后形成一定方向，纤维化）变形抵抗力增加（产生冷作硬化）导电性、导磁性、导热性亦有变化表面层产生残余应力决定表面层硬化程度的因素产生塑性变形的力塑性变形的速度塑性变形时的温度影响表面物理力学性能的工艺因素

145影响加工冷作硬化的因素切削用量（主要是切削速度、进给量。切削速度的影响：低速时，塑性变形大，冷硬大；速度增加，冷硬减少；但速度超过100m/min时，冷硬又增加。进给量增大，塑性变形增大，冷硬增加；进给量太小，刀具挤压作用增大，冷硬增加。）影响表面物理力学性能的工艺因素Moretolearn

146影响表面物理力学性能的工艺因素刀具（刀具的刃口圆角大和后刀面的磨损严重以及前刀面的粗糙度高，都将使得刀具对工件表面层金属的挤压和摩擦作用增加，因而冷硬程度和深度都增加。）工件材料的影响（工件材料硬度越低，切削时塑性变形越大，冷硬现象越严重。）

147四、磨削的表面质量1．磨削加工的特点磨削精度高，通常作为终加工工序磨削过程比切削复杂，一般滑擦、刻划、切削作用是同时进行的磨削速度高，通常v砂=40~50m/s，目前甚至高达v砂=80~200m/s磨削温度高，磨削点附近的瞬时温度可高达800~1000℃，会引起烧伤和裂纹径向切削力大，会引起机床发生振动和弹性变形磨削的表面质量

1482．影响磨削加工表面粗糙度的因素砂轮的线速度：砂轮线速度越高，粗糙度越低工件的线速度：工件线速度越低，粗糙度越低纵向进给量：纵向进给量增加，粗糙度增大光磨次数：光磨次数越多，粗糙度越低磨削的表面质量Moretolearn

149磨削的表面质量砂轮性质对粗糙度影响：砂轮的粒度砂轮的硬度砂轮的修整工件材料的影响：工件材料太软、太硬、太韧都不容易降低粗糙度

1503．磨削表面层的残余应力——磨削裂纹问题磨削过程中残余应力的产生磨削加工比切削加工的表面残余应力更为复杂：一方面，磨粒切削刃为负前角，法向切削力一般为切向切削力的2~3倍（切削加工时只有0.5倍）磨粒对加工表面作用，引起冷塑性变形，产生压应力；另一方面，磨削温度高，易引起热塑性变形，表面出现拉应力磨削的表面质量Moretolearn

151磨削的表面质量磨削时，残余应力可能超过材料的强度极限，零件会产生裂纹，有的在外表层，有的在内层下；裂纹方向常与磨削方向垂直，或呈网状；裂纹常与烧伤同现

152磨削裂纹产生的原因磨削用量：磨削深度和纵向走刀量大，则塑性变形大，切削温度高，拉应力过大，可能产生裂纹工件材料：含碳量高者易裂纹热处理工序：与淬火方式、速度及操作方法有关磨削的表面质量Moretolearn

153消除和减少磨削裂纹的措施合理选材正确制订热处理工艺逐渐减小切除量改善散热条件，加强冷却效果，设法降低切削热合理选择砂轮磨削的表面质量

1544．磨削表面层金相组织变化——磨削烧伤问题磨削过程中的烧伤问题磨削过程中，由于磨削温度很高，而且磨削热有60~80%传给工件，当磨削温度超过相变临界点时，则会引起工件表面的金相组织发生变化，此时表面层的显微硬度也相应发生变化，这种现象称为磨削烧伤磨削的表面质量

155磨削烧伤的类型：磨削淬火钢时，会产生如下三种金相组织变化退火烧伤：磨削温度超过相变温度Ac3，未予冷却时淬火烧伤：磨削温度超过相变温度Ac3，充分冷却时回火烧伤：磨削温度低于相变温度Ac3，但超过350℃时磨削的表面质量Moretolearn

156磨削的表面质量三种烧伤以退火烧伤最为严重磨削后，表面常出现黄、褐、紫、青等烧伤色，这是工件在瞬时高温下产生的氧化膜颜色，相当于回火时的颜色

157影响烧伤的因素磨削用量磨削深度增加，烧伤增加纵向进给量增加，烧伤减少工件转速增大，发热量增大，但接触时间缩短磨削的表面质量Moretolearn

158磨削的表面质量工件材料材料硬度高，磨削热量多，易烧伤材料过软，易堵塞砂轮而产生烧伤材料强度高，耗功多，发热量大，易烧伤材料韧性好，磨削力大，发热量大，易烧伤材料导热性能差，易烧伤Moretolearn

159砂轮选择砂轮硬度太高，自砺性差，易发生烧伤树脂结合剂比陶瓷结合剂容易产生烧伤橡胶结合剂比树脂结合剂更易产生烧伤砂轮粒度越细，越容易发生烧伤冷却条件：冷却、散热条件越差，越易发生烧伤磨削的表面质量Moretolearn

160磨削的表面质量避免烧伤的途径设法减少磨削热量的产生、加速热量的传出，采取强有力冷却方式合理选择磨削用量，适当提高工件的转速合理选择砂轮的硬度和粒度

161五、控制表面质量的工艺途径提高加工表面质量的加工方法有两大类：低效率、高成本的工艺措施，寻求各工艺参数的最佳组合，以降低表面粗糙度着重改善表面的物理力学性能，提高工件的表面质量Moretolearn控制表面质量的工艺途径

1621．降低表面粗糙度的加工方法超精密切削和低粗糙度磨削主要是在机床上下功夫采用超精加工、珩磨、研磨、抛光等方法作为终工序加工Moretolearn控制表面质量的工艺途径

1632．改善表面物理力学性能的加工方法滚压加工利用淬过火的滚压工具对工件表面施加压力，使其产生塑性变形，金属表面晶格产生畸变，硬度增加，并使表面冷和产生残余（压）应力，从而提高零件的承载能力和疲劳强度Moretolearn控制表面质量的工艺途径

164喷丸强化利用大量的珠丸（φ0.4~φ2的铸铁、砂石或钢丸）高速打击已加工表面，使表面产生冷硬层和残余（压）应力，从而提高零件的疲劳强度控制表面质量的工艺途径

1652022/6/1（5）减少导轨误差的措施设计：结构、材料、热处理方式、润滑方式、防护装置等。制造：时效处理、表面待火年理、精度工序等。调整：调间隙、调水平等。使用：地基、安装、维护（清洗、防锈、润滑）

1662022/6/1四、夹具的制造误差与磨损夹具的误差包括：1.定位2.制造3.磨损夹具设计时，精加工夹具：取工件公差的1/2—1/3，粗加工夹具：取工件公差的1/5—1/10五、刀具的制造误差与磨损刀具的种类（1）定尺寸刀具——钻头，绞刀等

1672022/6/1（2）成形刀具——成形车刀，成形铣刀等（刀刃与加工形状一致）（3）展成刀具——滚齿刀，插齿刀等。（4）一般刀具——刀具的进合精度控制工件尺寸或形状刀具误差种类：（1）制造误差——前三种刀具的制造误差产生加工误差。（2）磨损及磨损曲线（图3－27）

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1692022/6/1二、误差补偿技术1、在线检测及补偿2、偶件自动配磨（图3－67、8）3、积极控制主要误差，例如：母丝杆，加工丝杆的温度变动＜±2°C。第七节加工误差综合分析实例1、误差情况调查2、误差情况分析直方图、图、因果分析图（鱼骨刺图）。3、论证4、验证

1702022/6/1第五节加工误差的统计分析引起加工误差的原因的复杂性。加工误差综合分析例：导轨误差对一批工件进行检验测量，进行数据统计分析，找出误差的规律，例：机床的热变形，刀具磨损等图3-27

1712022/6/1一、加工误差的性质：（一）系统误差1）常值系统误差——一批零件的误差其大小，方向不变。2）变值系统误差——一批零件的误差其大小，方向按一定规律变化。引起常值系统误差的原因有：原理误差，机床误差，刀具误差，夹具制造误差等。例：铰刀直径制造误差产生孔加工误差为定值。产生变值系统误差的原因有：刀具磨损，工艺系统热变形等。

1722022/6/1（二）随机误差一批工件误差的大小，方向无规律变化。例：△毛坯（余量变化）、△定位（组成环尺寸变化）、△夹紧（力变化）产生的加工误差，工件内应力产生的加工误差也是无规律变化的。不同误差的解决途径不同。

1732022/6/1常值系统误差：可按误差大小方向调零。例如调整刀具相对位置，调整刀具尺寸等。（铰刀直径的调整。）变值系统误差：按误差规律进行动、静态补偿，例如螺纹的螺距误差。图3-24随机误差：提高工艺系统特性，例如：系统刚度，受力状况，热变形情况等。二、分布图分析法（一）实验分布图（直方图，图3-53）

1742022/6/1样本取样N——按统计精度要求，随机抽取N个（50-200）分组——并按样本含量N分成k组，（表3-2）按尺寸或偏差大小顺序排列。组距——各组频数mi和频率各组频率密度作图：以工件尺寸为横坐标（组距d），以频数、频率或频率密度为纵坐标，绘出直方图。

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1762022/6/1分析加工精度：1、工件的工序尺寸及公差带位置（上下偏差、基本尺寸、平均尺寸等）2、直方图统计的数学特征。①样本的平均值，即样本尺寸的分散中心。②样本的标准偏差S，反映样本尺寸的分散程度。

1772022/6/1例题：磨削一批轴径的工件。解：1、n=100，xmax=54μ，xmin=16μ2、取k=9，得d=4.75μ，取d=5μ各组组界及各组中心值3、数据整理（表3-4）4、绘直方图（3-53图）5、绘工件尺寸及公差，并计算：=37.3μ,=8.93μ6、分析1）分布（大多数尺寸居中）。2）分散范围（分散范围略大于公差值）。3）分散中心与公差带中心Am基本重合。

1782022/6/1（二）理论分布曲线1、正态分布曲线用调整法加工一批零件，其总和的分布符合正态分布——图3－54曲线方程两个基本参数：——总体的算术平均值——标准差有限样本时的参数：用代替，用S代替，、S——有限样本的算术平均值和标准差

1792022/6/1曲线特性1、曲线呈钟形对称分布，x=为对称轴2、在x=μ处有（尺寸在μ附近集中分布）3、X=μ处有拐点4、x轴为曲线渐近线，远离处的工件是极少数。5、曲线的位置和形状与曲线参数关系值确定曲线位置：σ不变，μ改变——曲线沿x轴平移。图3-55a

1802022/6/1σ值决定曲线的形状：（设μ不变，σ改变）σ↓——Ymax↑，曲线陡直凸起。（尺寸分布集中，加工精度高）σ↑——Ymax↓，曲线平坦，（尺寸分散宽，加工精度低）

1812022/6/1σ=1，μ=0时,称为标准正态分布.σ、μ取不同值时,通过公式：变换为标准正态公布.故可以利用标准正态分布的函数值，求出各种正态分布的函数值。区间（－∞，＋∞）公式中：1——即代表工件总数100%

1822022/6/16、曲线的面积(由曲线方程沿x轴方向积分获得)区间（x，－∞）令则有对应不同的z值，可求出F（z），F（z）值见表3-5

1832022/6/17、代表工件的分布当z=±3，即在=±3时2F（z）=99.73＜0.27%%∵在±3以外，＜0.27%，可以忽略,∴一般取正态分布的分散范围±3代表工件总数100%，即±3原则。8、工件的合格率和废品率，公差宽带度为T，在T内的曲线面积为合格率，超出T的曲线面积为废品率当与公差带中心Am重合时，则6σ＜T时无废品（废品率＜0.27%）

1842022/6/11、非正态公布由于加工中的一些特殊因素的影响，分布曲线有时呈非正态分布，1）双峰或多峰——多次调整尺寸误差引起。2）平顶——刀具磨损3）不对称——试切法4）瑞利分布——端跳、经跳非对称分布时的分散范围T=6σ/k非对称分布时的总体分散中心(表3-6)偏移：

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1862022/6/1（三）分布图分析法的应用1、判断加工误差性质——分散中心。其与公差带中心的偏移，即代表常值系统误差。（存在变值系统误差时，曲线呈非正态分布。）——尺寸分散范围。分散范围即代表随机误差大小。2、确定工序能力及其等级。工序能力——系统处于稳定工件状态时，加工误差的正常波动幅度。

1872022/6/1工序能力系数CpCp=共分5级，表3-7Cp＞1,满足加工精度要求且有余地，太高不经济。Cp=1时，刚满足，须注意。Cp＜1，有废品，须改进工艺。一般有Cp不低于二级。3、估算合格率和不合格率4、制定各种加工方法的经济加工精度标准。

1882022/6/1例题：D=12，实测并统计计算有：尺寸分布符合正整分布，分析加工精度。解：1）作图表示6σ、、dM（平均尺寸）、T（公差）及dmax和dmim2)工序能力系数Cp=0.9＜1,不足会有废品。3）不合格率Q曲线分左右两部分计算。

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1902022/6/1Amin（分散范围内最小尺寸）＞dmin，即在公差范围内，无废品，右半边在公差带内的曲线面积为查F=47.72％不合格率Q=0.5-0.4772=2.28%3)改进:清除系统常值误差△(△=dM==0.0035mm)提高工艺系统的精度、刚度等。

1912022/6/1分布图分析法的不足不能反映误差的变化趋势，不能区分随机误差和变值系统误差。例如：刀具均匀磨损产生△H，随机误差6σ统计后产生6σ统=6σ+△H不能在加工过程中提供资料，不便进行实时控制。三、点图分析法系统的精度和系统的稳定性——用点图来评价。系统在稳定的状态下，判定随机误差的正常波动范围。

1922022/6/1（一）单值点图作图：按加工顺序测量工件，以工件的长为横会标，以工件尺寸的纵坐标。点图中△变系和△随的表示。图（二）图（样组点图之一）1、采样和作图按时间先后，随机抽取n(n=2~10)个零件为一个小样本组，统计出：1）小样本组的平均值2）小样本组的极差

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1942022/6/1图推断瞬时的总体加工质量横坐标——小样本的组序号（时间）纵坐标——2、图与总体系统误差和随机误差的关系1）由概率论可知：当总体的分布为正态分布时，——也为正态分布，分散范围为且：即：

1952022/6/12）不呈正态分布当n＜10时，的分布比较接近正态分布，可以按统计方式取的分散范围为——均值，——标准差，且有:d——常数（见表3－8）

1962022/6/1同时由统计数理可知，总体分布的情况可以用小样本的分布情况估算；即：其中：控制图反映加工中的系统误差。控制图反映加工中的随机误差。

1972022/6/13、图上下控制线及判别标志中线：1）图上下控制线:常值A2——表3-82）R图常数D1、D2——表3-8