第五章 机械制造质量分析与控制2008a

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1、第五章机械制造质量分析与控制本章将机械制造质量分成加工精度和表面质量两个方面来研究。前者包括尺寸精度、宏观几何形状精度和位置精度；后者包括表面粗糙度、波度和表面层材料物理机械性能。第一节机械加工精度一、概述1、加工精度与加工误差所谓加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数的符合程度。2、加工经济精度一般所说的加工经济精度指的是，在正常加工条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人，不延长加工时间）所能保证的加工精度。3、原始误差由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺系统（简称工艺系统）。工艺系统的误差称为原始误差。4、误差敏感方向的概念我们把

2、加工表面的法向称之为误差的敏感方向。无特殊说明的情况下，即加工表面的法向定为y向，故y向为误差的敏感方向。5、研究机械加工精度的方法研究机械加工精度的方法主要有分析计算法和统计分析法。分析计算法主要是对单项原始误差进行分析计算的基础上进行的。统计分析法则是对有关的原始误差进行综合分析的基础上进行的。第二节工艺系统的几何误差一、原理误差二、机床的几何误差机床制造误差对工件加工精度影响较大的有：主轴的回转运动误差、导轨误差和传动链误差。1、机床导轨误差机床导轨副是实现直线运动的主要部件，其制造和装配精度是影响直线运动精度的主要因素，导轨误差对零件的加工精度产生直接的影响。（1）机床导轨在水平面内直

3、线度误差的影响（2）机床导轨在垂直面内直线度误差的影响磨床导轨在Z方向存在误差Δ，工件半径方向上产生误差对零件的形状精度影响甚小（误差的非敏感方向）。（3）机床导轨面间平行度误差的影响车床两导轨的平行度产生误差（扭曲），当前后导轨有了扭转误差y，因而引起工件形状误差。由图可知，其误差值，其误差对加工精度的影响很大。2、主轴的回转运动误差主轴的回转运动误差是指主轴实际回转轴线相对其平均回转轴线的变动量。误差形式可以分解为轴向窜动、径向跳动和角度摆动三种。产生主轴回转误差的主要原因：主轴几段轴颈的同轴度误差、轴承本身的各种误差、轴承之间的同轴度误差、主轴挠度等。它主要影响加工工件的圆度和圆柱度。

4、产生轴向窜动的主要原因是主轴轴肩端面和轴承承载端面对主轴回转轴线有垂直度误差。它主要影响工件的端面形状和轴向尺寸精度。角度摆动它对工件的形状精度有影响，如车外圆时，会产生锥度。4、提高主轴回转精度的措施采用高精度的主轴部件。获得高精度的主轴部件的关键是提高轴承精度，因此，主轴轴承，特别是前轴承，多选用D，C级轴承；其次是提高主轴箱体支承孔、主轴轴颈和与轴承相配合零件的有关表面的加工精度，对滚动轴承进行预紧。使主轴回转的误差不反映到工件上。如采用死顶尖磨削外圆，只要保证定位中心孔的形状、位置精度，即可加工出高精度的外圆柱面。3、传动链误差是指传动链始末两端传动元件间相对运动的误差。一般用传动链末

5、端元件的转角误差来衡量。为了减少机床传动误差对加工精度的影响，可以采用如下措施：①减少传动链中的环节，缩短传动链；②尽可能采用降速传动，此外，末端传动元件应尽可能制造得精确些。③提高传动元件的制造精度和装夹精度，以减小误差源，并尽可能地提高传动链中升速传动元件的精度。（二）刀具的几何误差刀具误差主要指刀具的制造、磨损和安装误差等，刀具对加工精度的影响因刀具种类不同而定。机械加工中常用的刀具有：一般刀具、定尺寸刀具和成形刀具。一般刀具（如普通车刀、单刃镗刀、平面铣刀等）的制造误差，对加工精度没有直接的影响。但当刀具与工件的相对位置调整好以后，在加工过程中，刀具的磨损将会影响加工误差。定尺寸刀具（

6、如钻头、铰刀、拉刀、槽铣刀等）的制造误差及磨损误差，均直接影响工件的加工尺寸精度。成形刀具（如成形车刀、成形铣刀、齿轮刀具等）的制造和磨损误差，主要影响被加工工件的形状精度。(三)夹具误差精加工用夹具一般取工件上相应尺寸公差的1/2~1/3；粗加工用夹具一般取工件上相应尺寸公差的1/5~1/10。四、工艺系统受力变形引起的误差（一）基本概念由机床、夹具、刀具、工件组成的工艺系统，在切削力、传动力、惯性力、夹紧力以及重力等的作用下，会产生相应的变形（弹性变形及塑性变形）。这种变形将破坏工艺系统间已调整好的正确位置关系，从而产生加工误差。车削细长轴时，工件在切削力作用下的弯曲变形，加工后会形成腰鼓

7、形的圆柱度误差。在内圆磨床上用横向切入磨孔时，由于磨头主轴弯曲变形，使磨出的孔会带有锥度的圆柱度误差。作用于工件加工表面（加工误差敏感方向）的径向切削分力Fy与工艺系统在该方向上的变形y之间的比值，称为工艺系统刚度k系1、机床部件刚度（1）机床部件刚度（2）影响机床部件刚度的因素1）结合面接触变形的影响2）摩擦力的影响3）低刚度零件的影响在部件中,个别薄弱的零件对部件刚度影响颇大。4）间隙的影响5