機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)第五章課件

第五章機(jī)械制造質(zhì)量分析與控制第一節(jié)機(jī)械加工精度第二節(jié)工藝過程的統(tǒng)計分析第三節(jié)機(jī)械加工表面質(zhì)量第四節(jié)機(jī)械加工過程中的振動第五章機(jī)械制造質(zhì)量分析與控制第一節(jié)機(jī)械加工精度第二節(jié)工11.加工精度與加工誤差

所謂加工精度是指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)(尺寸、形狀和位置)與理想幾何參數(shù)的符合程度。實(shí)際值愈接近理想值，加工精度就愈高。實(shí)際加工不可能把零件做得與理想零件完全一致，總會有大小不同的偏差，零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)對理想幾何參數(shù)的偏離程度，稱為加工誤差。第一節(jié)機(jī)械加工精度一、概述1.加工精度與加工誤差所謂加工精度是指零件加工后22.加工經(jīng)濟(jì)精度圖5-2加工成本與加工誤差之間的關(guān)系2.加工經(jīng)濟(jì)精度圖5-2加工成本與加工誤差之間的關(guān)系33.原始誤差

由機(jī)床、夾具、刀具和工件組成的機(jī)械加工工藝系統(tǒng)(簡稱工藝系統(tǒng))會有各種各樣的誤差產(chǎn)生，這些誤差在各種不同的具體工作條件下都會以各種不同的方式(或擴(kuò)大、或縮小)反映為工件的加工誤差。工藝系統(tǒng)的誤差是“因”，是根源；工件的加工誤差是“果”，是表現(xiàn)；因此，我們把工藝系統(tǒng)的誤差稱為原始誤差。3.原始誤差由機(jī)床、夾具、刀具和工件組成的機(jī)械加工工44.誤差敏感方向的概念圖5-3由δz引起的加工誤差

原始誤差所引起的切削刃與工件間的相對位移，如果產(chǎn)生在加工表面的法線方向，則對加工誤差有直接的影響；如果產(chǎn)生在加工表面的切線方向上，就可以忽略不計。我們把加工表面的法向稱之為誤差的敏感方向。4.誤差敏感方向的概念圖5-3由δz引起的加工誤差5

分析計算法是在掌握各原始誤差對加工精度影響規(guī)律的基礎(chǔ)上，分析工件加工中所出現(xiàn)的誤差可能是哪一個或哪幾個主要原始誤差所引起的，并找出原始誤差與加工誤差之間的影響關(guān)系，進(jìn)而通過估算來確定工件的加工誤差的大小，再通過試驗(yàn)測試來加以驗(yàn)證。

統(tǒng)計分析法是對具體加工條件下加工得到的幾何參數(shù)進(jìn)行實(shí)際測量，然后運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計學(xué)方法對這些測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，找出工件加工誤差的規(guī)律和性質(zhì)，進(jìn)而控制加工質(zhì)量。分析計算法主要是在對單項(xiàng)原始誤差進(jìn)行分析計算的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，統(tǒng)計分析法則是對有關(guān)的原始誤差進(jìn)行綜合分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。5.研究機(jī)械加工精度的方法分析計算法是在掌握各原始誤差對加工精度6二、工藝系統(tǒng)幾何誤差1.機(jī)床的幾何誤差

加工中刀具相對于工件的成形運(yùn)動一般都是通過機(jī)床完成的，因此，工件的加工精度在很大程度上取決于機(jī)床的精度。機(jī)床制造誤差對工件加工精度影響較大的有：主軸回轉(zhuǎn)誤差、導(dǎo)軌誤差和傳動鏈誤差。機(jī)床的磨損將使機(jī)床工作精度下降。二、工藝系統(tǒng)幾何誤差1.機(jī)床的幾何誤差加工中刀7(1)定尺寸刀具(如鉆頭、鉸刀、鏜刀塊、孔拉刀、絲錐、板牙、鍵槽銑刀等)的尺寸和形狀誤差

(2)成形刀具(如成形車刀、成形銑刀、模數(shù)銑刀等)的形狀誤差

(3)展成刀具(如齒輪滾動、插齒刀、花鍵滾刀等)切削刃的形狀及有關(guān)尺寸，以及其安裝、調(diào)整不正確

(4)一般刀具(如普通車刀、單刃鏜刀、面銑刀、刨刀等)的制造誤差2.刀具的幾何誤差(1)定尺寸刀具(如鉆頭、鉸刀、鏜刀塊、孔拉刀8

夾具的作用是使工件相對于刀具和機(jī)床具有正確的位置，因此夾具的制造誤差對工件的加工精度(特別是位置精度)有很大影響。3.夾具的幾何誤差圖5-10工件在夾具中裝夾示意夾具的作用是使工件相對于刀具和機(jī)床具有正確的位置9

試切法調(diào)整廣泛用在單件、小批生產(chǎn)中。這種調(diào)整方式產(chǎn)生調(diào)整誤差的來源有3個方面：

(1)度量誤差

(2)加工余量的影響

(3)微進(jìn)給誤差三、調(diào)整誤差1.試切法調(diào)整試切法調(diào)整廣泛用在單件、小批生產(chǎn)中。這種調(diào)整方式10

在大批大量生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用行程擋塊、靠模、凸輪等機(jī)構(gòu)保證加工精度。這時候，這些機(jī)構(gòu)的制造精度和調(diào)整，以及與它們配合使用的離合器、電氣開關(guān)、控制閥等的靈敏度就成了影響誤差的主要因素。2.按定程機(jī)構(gòu)調(diào)整在大批大量生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用行程擋塊、靠模11

在大批大量生產(chǎn)中用多刀加工時，常用專門樣件來調(diào)整切削刃間的相對位置。如活塞環(huán)槽半精車和精車時就是如此。當(dāng)工件形狀復(fù)雜，尺寸和重量都比較大的時候，利用樣件進(jìn)行調(diào)整就太笨重，且不經(jīng)濟(jì)，這時可以采用樣板對刀。3.按樣件或樣板調(diào)整在大批大量生產(chǎn)中用多刀加工時，常用專門樣件來調(diào)整12

機(jī)械加工工藝系統(tǒng)在切削力、夾緊力、慣性力、重力、傳動力等的作用下，會產(chǎn)生相應(yīng)的變形，從而破壞了刀具和工件之間的正確的相對位置，使工件的加工精度下降。四、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差1.基本概念圖5-12受力變形對工件精度的影響

a)車長軸b)磨內(nèi)孔機(jī)械加工工藝系統(tǒng)在切削力、夾緊力、慣13

工藝系統(tǒng)中如果工件剛度相對于機(jī)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加工精度的影響就比較大，其最大變形量可按材料力學(xué)有關(guān)公式估算。2.工件剛度工藝系統(tǒng)中如果工件剛度相對于機(jī)床、刀具14

外圓車刀在加工表面法線（y）方向上的剛度很大，其變形可以忽略不計。鏜直徑較小的內(nèi)孔，刀桿剛度很差，刀桿受力變形對孔加工精度就有很大影響。3.刀具剛度外圓車刀在加工表面法線（y）方向上的剛度很大，其15(1)機(jī)床部件剛度

圖5-14車床部件靜剛度的測定

1—心軸2、3、6—千分表

4—測力環(huán)5—螺旋加力器4.機(jī)床部件剛度圖5-15車床刀架部件的剛度曲線1—加載曲線2—卸載曲線(1)機(jī)床部件剛度圖5-14車床部件靜剛度的測定16(2)影響機(jī)床部件剛度的因素

由于零件表面存在宏觀幾何形狀誤差和微觀幾何形狀誤差，結(jié)合面的實(shí)際接觸面積只是名義接觸面積的一小部分(圖所示)，在外力作用下，實(shí)際接觸區(qū)的接觸應(yīng)力很大，產(chǎn)生了較大的接觸變形。1)結(jié)合面接觸變形的影響圖5-16兩零件結(jié)合面間的接觸情況4.機(jī)床部件剛度(2)影響機(jī)床部件剛度的因素由于零件表面存在宏172)摩擦力的影響圖5-17摩擦力對機(jī)床部件剛度的影響4.機(jī)床部件剛度2)摩擦力的影響圖5-17摩擦力對機(jī)床部件剛度的影響4.18

3)低剛度零件的影響在機(jī)床部件中，個別薄弱零件對剛度的影響很大。

4)間隙的影響機(jī)床部件在受力作用時，首先消除零件間在受力作用方向上的間隙，這會使機(jī)床部件產(chǎn)生相應(yīng)的位移。4.機(jī)床部件剛度3)低剛度零件的影響4.機(jī)床部件剛度19(1)由于工藝系統(tǒng)剛度變化引起的誤差5.工藝系統(tǒng)剛度及其對加工精度的影響圖5-18車削外圓時工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響(1)由于工藝系統(tǒng)剛度變化引起的誤差5.工藝系統(tǒng)剛度及其對加20(2)由于切削力變化引起的誤差

在加工過程中，由于工件的加工余量發(fā)生變化、工件材質(zhì)不均等因素引起的切削力變化，使工藝系統(tǒng)變形發(fā)生變化，從而產(chǎn)生加工誤差。圖5-19毛坯形狀誤差的復(fù)映5.工藝系統(tǒng)剛度及其對加工精度的影響(2)由于切削力變化引起的誤差在加工21(3)由于夾緊變形引起的誤差(4)其他作用力的影響除上述因素外，重力、慣性力、傳動力等也會使工藝系統(tǒng)的變形發(fā)生變化，引起加工誤差。

圖5-21夾緊力引起的加工誤差a)夾緊后b)鏜孔后c)放松后d)加過渡環(huán)后夾緊5.工藝系統(tǒng)剛度及其對加工精度的影響(3)由于夾緊變形引起的誤差(4)其他作用力的影響22(1)提高工藝系統(tǒng)剛度

1)提高工件和刀具的剛度

2)提高機(jī)床剛度

3)采用合理的裝夾方式和加工方式

(2)減小切削力及其變化合理地選擇刀具材料、增大前角和主偏角、對工件材料進(jìn)行合理的熱處理以改善材料的加工性能等，都可使切削力減小。6.減小工藝系統(tǒng)受力變形的途徑(1)提高工藝系統(tǒng)剛度6.減小工藝系統(tǒng)受力變形的231)切削熱切削熱對工件加工精度的影響最為直接。

2)摩擦熱和能量損耗工藝系統(tǒng)因運(yùn)動副(如齒輪副、軸承副、導(dǎo)軌副、螺母絲杠副、離合器等)相對運(yùn)動所生摩擦熱和因動力源(如電動機(jī)、液壓系統(tǒng)等)工作時的能量損耗而發(fā)熱。

3)派生熱源工藝系統(tǒng)內(nèi)部的部分熱量通過切屑、切削液、潤滑液等帶到機(jī)床其它部位，使系統(tǒng)產(chǎn)生熱變形。五、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差1.工藝系統(tǒng)的熱源(1)內(nèi)部熱源內(nèi)部熱源來自工藝系統(tǒng)內(nèi)部，其熱量主要是以熱傳導(dǎo)的形式傳遞的。1)切削熱切削熱對工件加工精度的影響最為直接24

(2)外部熱源外部熱源來自工藝系統(tǒng)外部。

1)環(huán)境溫度以對流傳熱為主要傳遞形式的環(huán)境溫度的變化(如氣溫的變化，人造冷、熱風(fēng)，地基溫度的變化等)影響工藝系統(tǒng)的受熱均勻性，從而影響工件的加工精度。

2)輻射熱以輻射傳熱為傳遞形式的輻射熱(如陽光、燈光照明、取暖設(shè)備、人體溫度等)因其對工藝系統(tǒng)輻射的單面性或局部性而使工藝系統(tǒng)的熱變形發(fā)生變化，從而影響工件的加工精度。(2)外部熱源外部熱源來自工藝系統(tǒng)外部。252.工件熱變形對加工精度的影響

工件在機(jī)械加工中所產(chǎn)生的熱變形，主要是由切削熱引起的。

(1)工件均勻受熱在加工像軸類等一些形狀簡單的工件時，如果工件處在相對比較穩(wěn)定的溫度場中，此時就認(rèn)為工件是均勻受熱。

(2)工件不均勻受熱在銑、刨、磨平面時，工件單面受切削熱作用，上下表面之間形成溫差△θ，導(dǎo)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。2.工件熱變形對加工精度的影響工件在機(jī)械加工中263.刀具熱變形對加工精度的影響

刀具熱變形的熱源主要是切削熱。圖5-25車刀的熱變形曲線3.刀具熱變形對加工精度的影響刀具熱變形的熱源主274.機(jī)床熱變形對加工精度的影響

由于機(jī)床熱源分布的不均勻、機(jī)床結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及機(jī)床工作條件的變化很大等原因，機(jī)床各個部件的溫升是不相同的，甚至同一個零件的各個部分的溫升也有差異，這就破壞了機(jī)床原有的相互位置關(guān)系。圖5-26車床的熱變形4.機(jī)床熱變形對加工精度的影響由于機(jī)床熱源285.減小工藝系統(tǒng)熱變形的途徑(1)減少發(fā)熱和隔熱(2)改善散熱條件(3)均衡溫度場(4)改進(jìn)機(jī)床結(jié)構(gòu)(5)加快溫度場的平衡(6)控制環(huán)境溫度5.減小工藝系統(tǒng)熱變形的途徑(1)減少發(fā)熱和隔熱29

沒有外力作用而存在于零件內(nèi)部的應(yīng)力，稱為內(nèi)應(yīng)力。工件上一旦產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力之后，就會使工件金屬處于一種高能位的不穩(wěn)定狀態(tài)，它本能地要向低能位的穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)化，并伴隨有變形發(fā)生，從而使工件喪失原有的加工精度。六、內(nèi)應(yīng)力重新分布引起的誤差1.基本概念沒有外力作用而存在于零件內(nèi)部的應(yīng)力，稱302.內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生

在鑄、鍛、焊、熱處理等工序中由于工件壁厚不均、冷卻不均、金相組織的轉(zhuǎn)變等原因，使工件產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。(1)熱加工中內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生圖5-32鑄件因內(nèi)應(yīng)力而引起的變形2.內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生在鑄、鍛、焊、熱處理等工序中由于31(2)冷校直產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力圖5-33校直引起的內(nèi)應(yīng)力2.內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生(2)冷校直產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力圖5-33校直引起的內(nèi)應(yīng)力2.內(nèi)323.減小內(nèi)應(yīng)力變形誤差的途徑(1)改進(jìn)零件結(jié)構(gòu)在設(shè)計零件時，盡量做到壁厚均勻，結(jié)構(gòu)對稱，以減少內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生。

(2)增設(shè)消除內(nèi)應(yīng)力的熱處理工序鑄件、鍛件、焊接件在進(jìn)入機(jī)械加工之前，應(yīng)進(jìn)行退火、回火等熱處理，加速內(nèi)應(yīng)力變形的進(jìn)程；對箱體、床身、主軸等重要零件，在機(jī)械加工工藝中尚需適當(dāng)按排時效處理工序。

(3)合理安排工藝過程粗加工和精加工宜分階段進(jìn)行，使工件在粗加工后有一定的時間來松弛內(nèi)應(yīng)力。3.減小內(nèi)應(yīng)力變形誤差的途徑(1)改進(jìn)零件結(jié)構(gòu)331.減小原始誤差2.轉(zhuǎn)移原始誤差3.均分原始誤差4.均化原始誤差5.誤差補(bǔ)償七、提高加工精度的途徑1.減小原始誤差七、提高加工精度的途徑34

在順序加工一批工件中，其大小和方向皆不變的誤差，稱為常值系統(tǒng)性誤差。在順序加工一批工件中，其大小和方向遵循某一規(guī)律變化的誤差，稱為變值系統(tǒng)性誤差。第二節(jié)工藝過程的統(tǒng)計分析一、誤差統(tǒng)計性質(zhì)的分類在順序加工一批工件中，其大小和方向皆不變351.正態(tài)分布的基本概念二、工藝過程的分布圖分析(1)正態(tài)分布的數(shù)學(xué)模型、特征參數(shù)和特殊點(diǎn)圖5-36正態(tài)分布曲線的特殊點(diǎn)其概率密度方程為：1.正態(tài)分布的基本概念二、工藝過程的分布圖分析(1)正態(tài)分36

該方程有兩個特征參數(shù)，一為算術(shù)平均值x，另一為均方根偏差(標(biāo)準(zhǔn)差)σ：式中xi——工件尺寸；

n——工件總數(shù)。該方程有兩個特征參數(shù)，一為算術(shù)平均值x，另一為均方根37(2)標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布

x=0、σ=1的正態(tài)分布稱為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，其概率密度可寫為：(2)標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布x=0、σ=1的正態(tài)分布稱為標(biāo)準(zhǔn)38(3)工件尺寸在某區(qū)間內(nèi)的概率圖5-38工件尺寸概率分布

生產(chǎn)上感興趣的問題往往不是工件為某一尺寸的概率是多大，而是加工工件尺寸落在某一個區(qū)間(x1≤x≤x2)內(nèi)的概率是多大。(3)工件尺寸在某區(qū)間內(nèi)的概率圖5-38工件尺寸概率分布392.機(jī)械制造中常見的誤差分布規(guī)律

圖5-40機(jī)械加工誤差分布規(guī)律a)正態(tài)分布b)平頂分布c)雙峰分布d)偏態(tài)分布2.機(jī)械制造中常見的誤差分布規(guī)律圖540(1)實(shí)際分布曲線符合正態(tài)分布，6σ≤T且分散中心與公差帶中心重合

(2)實(shí)際分布曲線符合正態(tài)分布，6σ≤T，但分散中心與公差帶中心不重合

(3)實(shí)際分布曲線符合正態(tài)分布，6σ＞T，且分散中心與公差帶中心不重合

(4)實(shí)際分布曲線不符合正態(tài)分布，而呈平頂分布

(5)實(shí)際分布曲線不符合正態(tài)分布，而呈偏態(tài)分布

(6)雙峰或多峰分布2.機(jī)械制造中常見的誤差分布規(guī)律(1)實(shí)際分布曲線符合正態(tài)分布，6σ≤T且分散中心與41(1)樣本容量的確定(2)樣本數(shù)據(jù)的測量(3)異常數(shù)據(jù)的剔除(4)實(shí)際分布圖的繪制(5)理論分布圖的繪制(6)工藝過程的分析3.工藝過程的分布圖分析(1)樣本容量的確定3.工藝過程的分布圖分析42三、工藝過程的點(diǎn)圖分析1.工藝過程的穩(wěn)定性

工藝過程的穩(wěn)定性是指工藝過程在時間歷程上保持工件均值x和標(biāo)準(zhǔn)差σ值穩(wěn)定不變的性能。圖5-42工藝過程穩(wěn)定性分析圖三、工藝過程的點(diǎn)圖分析1.工藝過程的穩(wěn)定性工藝過程的432.點(diǎn)圖的基本形式

點(diǎn)圖的基本形式是由小樣本均值x

的點(diǎn)圖和小樣本極差R的點(diǎn)圖聯(lián)合組成的x

、R點(diǎn)圖，如圖所示。圖5-43x、R點(diǎn)圖a)x點(diǎn)圖b)R點(diǎn)圖2.點(diǎn)圖的基本形式點(diǎn)圖的基本形式是由小樣本均值x44

x～N(μ,σ2/n)

也就是說，樣本均值x的分散范圍為

（μ±3σ√n）。

數(shù)理統(tǒng)計學(xué)已經(jīng)證明，樣本極差R近似服從正態(tài)分布，即有：

(R

～N(R，σ2)

這就是說，樣本極差R的分散范圍為(R±3σR)。到此，x-R點(diǎn)圖上的上、下控制限的位置就可以確定了。3.x、R點(diǎn)圖上、下控制限的確定Rx～N(μ,σ2/n)

也就454.點(diǎn)圖的正常波動與異常波動正常波動與異常波動的標(biāo)志正常波動異常波動1.沒有點(diǎn)子超出控制線2.大部分點(diǎn)子在中線上下波動，小部分在控制線附近

3.點(diǎn)子沒有明顯的規(guī)律性1.有點(diǎn)子超出控制線2.點(diǎn)子密集在中線下下附近3.點(diǎn)子密集在控制線附近4.連續(xù)7點(diǎn)以上出現(xiàn)在中線一側(cè)5.連續(xù)11點(diǎn)中有10點(diǎn)出現(xiàn)在中線一側(cè)6.連續(xù)14點(diǎn)中有12點(diǎn)以上出現(xiàn)在中線一側(cè)7.連續(xù)17點(diǎn)中有14點(diǎn)以上出現(xiàn)在中線一側(cè)8.連續(xù)20點(diǎn)中有16點(diǎn)以上出現(xiàn)在中線一側(cè)9.點(diǎn)子有上升或下降傾向10.點(diǎn)子有周期性波動4.點(diǎn)圖的正常波動與異常波動正常波動與異常波動的標(biāo)志正常46第三節(jié)機(jī)械加工表面質(zhì)量一、機(jī)械加工表面質(zhì)量對機(jī)器使用性能的影響1.表面質(zhì)量對耐磨性的影響(1)表面粗糙度對耐磨性的影響圖5-44摩擦副的磨損過程圖5-45表面粗糙度與初期磨損量的關(guān)系第三節(jié)機(jī)械加工表面質(zhì)量一、機(jī)械加工表面質(zhì)量對機(jī)器使用性能47(2)表面冷作硬化對耐磨性的影響

加工表面的冷作硬化，使摩擦副表面層金屬的顯微硬度提高，故一般可使耐磨性提高。但也不是冷作硬化程度愈高耐磨性就愈高，這是因?yàn)檫^分的冷作硬化將引起金屬組織過度疏松，甚至出現(xiàn)裂紋和表層金屬的剝落，使耐磨性下降。如果表面層的金相組織發(fā)生變化，其表層硬度相應(yīng)地也隨之發(fā)生變化，影響耐磨性。(2)表面冷作硬化對耐磨性的影響加工表面的冷作硬48

金屬受交變載荷作用后產(chǎn)生的疲勞破壞往往發(fā)生在零件表面或表面冷硬層下面，因此零件的表面質(zhì)量對疲勞強(qiáng)度影響較大。

(1)表面粗糙度對疲勞強(qiáng)度的影響

(2)殘余應(yīng)力、冷作硬化對疲勞強(qiáng)度的影響2.表面質(zhì)量對疲勞強(qiáng)度的影響金屬受交變載荷作用后產(chǎn)生的疲勞破壞往往發(fā)生在零件表面493.表面質(zhì)量對耐蝕性的影響

零件的耐蝕性在很大程度上取決于表面粗糙度。表面粗糙度值愈大，則凹谷中聚積腐蝕性物

質(zhì)就愈多，抗蝕性就愈差。

表面層的殘余拉應(yīng)力會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂，降低零件的耐蝕性，而殘余壓應(yīng)力則能防止應(yīng)力

腐蝕開裂。3.表面質(zhì)量對耐蝕性的影響零件的耐蝕504.表面質(zhì)量對配合質(zhì)量的影響

表面粗糙度值的大小將影響配合表面的配合質(zhì)量。對于間隙配合，表面粗糙度值大會使磨損加大，間隙增大，破壞了要求的配合性質(zhì)。對于過盈配合，裝配過程中一部分表面凸峰被擠平，實(shí)際過盈量減小，降低了配合件間的聯(lián)接強(qiáng)度。4.表面質(zhì)量對配合質(zhì)量的影響表面粗糙度值51二、影響表面粗糙度的因素1.切削加工影響表面粗糙度的因素

(1)刀具幾何形狀的復(fù)映刀具相對于工件作進(jìn)給運(yùn)動時，在加工表面留下了切削層殘留面積，其形狀是刀具幾何形狀的復(fù)映。圖5-46車削時工件表面的殘留面積二、影響表面粗糙度的因素1.切削加工影響表面粗糙度的因素52

切削加工后表面粗糙度的實(shí)際輪廓之所以與純幾何因素所形成的理論輪廓有較大的差異，主要是由于切削過程塑性變形的影響。(2)工件材料的性質(zhì)

切削加工后表面粗糙度的實(shí)際輪廓之所以與純幾何因素所形53(3)切削用量

切削速度對表面粗糙度的影響很大。加工塑性材料時，若切削速度處在產(chǎn)生積屑瘤和鱗刺的范圍內(nèi)，加工表面將很粗糙。圖5-47加工塑性材料時切削速度對表面粗糙度的影響(3)切削用量切削速度對表面粗糙度的影響很大。加542.磨削加工影響表面粗糙度的因素(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(jìn)給量與光磨次數(shù)(6)工件圓周進(jìn)給速度與軸向進(jìn)給量(7)冷卻潤滑液2.磨削加工影響表面粗糙度的因素(1)砂輪的粒度55

(1)冷作硬化及其評定參數(shù)

機(jī)械加工過程中因切削力作用產(chǎn)生的塑性變形，使晶格扭曲、畸變，晶粒間產(chǎn)生剪切滑移，晶粒被拉長和纖維化，甚至破碎，這些都會使表面層金屬的硬度和強(qiáng)度提高，這種現(xiàn)象稱為冷作硬化(或稱為強(qiáng)化)。

(2)影響冷作硬化的主要因素

1)刀具的影響

2)切削用量的影響

3)加工材料的影響三、影響加工表面層物理力學(xué)性能的因素1.表面層冷作硬化(1)冷作硬化及其評定參數(shù)三、影響加工表面層物562.表面層材料金相組織變化(1)磨削燒傷當(dāng)被磨工件表面層溫度達(dá)到相變溫度以上時，表層金屬發(fā)生金相組織的變化，使表層金屬強(qiáng)度、硬度降低，并伴隨有殘余應(yīng)力產(chǎn)生，甚至出現(xiàn)微觀裂紋，這種現(xiàn)象稱為磨削燒傷。

1)回火燒傷

2)淬火燒傷

3)退火燒傷2.表面層材料金相組織變化(1)磨削燒傷57(2)改善磨削燒傷的途徑磨削熱是造成磨削燒傷的根源，故改善磨削燒傷有兩個途徑：一是盡可能地減少磨削熱的產(chǎn)生；二是改善冷卻條件，盡量使產(chǎn)生的熱量少傳入工件。

1)正確選擇砂輪

2)合理選擇磨削用量

3)改善冷卻條件2.表面層材料金相組織變化(2)改善磨削燒傷的途徑2.表面層材料金相組織583.表面層殘余應(yīng)力1)切削時在加工表面金屬層內(nèi)有塑性變形發(fā)生，使表層金屬的比體積加大，由于塑性變形只在表層金屬中產(chǎn)生，而表層金屬比體積增大，體積膨脹，不可避免地要受到與它相連的里層金屬的阻止，因此就在表面金屬層產(chǎn)生了殘余壓應(yīng)力，而在里層金屬中產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。(1)產(chǎn)生殘余應(yīng)力的原因3.表面層殘余應(yīng)力1)切削時在加工表面金屬層內(nèi)有592)切削加工中，切削區(qū)會有大量的切削熱產(chǎn)生圖5-49由于切削熱在表層金屬產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力的分析圖(1)產(chǎn)生殘余應(yīng)力的原因2)切削加工中，切削區(qū)會有大量的切削熱產(chǎn)生圖5-49由于603)不同的金相組織具有不同的密度(ρ馬氏體=7.75t/m3，ρ奧氏體=7.96t/m3，ρ鐵素體=7.88t/m3，ρ珠光體=7.78t/m3)，亦即具有不同的比體積。(1)產(chǎn)生殘余應(yīng)力的原因3)不同的金相組織具有不同的密度(ρ馬氏體=7.61(2)零件主要工作表面最終工序加工方法的選擇

選擇零件主要工作表面最終工序加工方法，須考慮該零件主要工作表面的具體工作條件和可能的破壞形式。在交變載荷作用下，機(jī)器零件表面上的局部微觀裂紋，會因拉應(yīng)力的作用使原生裂紋擴(kuò)大，最后導(dǎo)致零件斷裂。從提高零件抵抗疲勞破壞的角度考慮，該表面最終工序應(yīng)選擇能在該表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力的加工方法。(2)零件主要工作表面最終工序加工方法的選擇62

1.機(jī)械加工過程中的強(qiáng)迫振動

機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動與一般機(jī)械中的強(qiáng)迫振動沒有什么區(qū)別，強(qiáng)迫振動的頻率與干擾力的頻率相同或是它的倍數(shù)。強(qiáng)迫振動的振源有來自機(jī)床內(nèi)部的機(jī)內(nèi)振源和來自機(jī)床外部的機(jī)外振源兩大類。第四節(jié)機(jī)械加工過程中的振動一、機(jī)械加工過程中的強(qiáng)迫振動1.機(jī)械加工過程中的強(qiáng)迫振動第四節(jié)機(jī)械加工過632.機(jī)械加工過程中強(qiáng)迫振源的查找方法圖5-50振動信號的時間歷程圖和頻譜圖

第一步可對在加工現(xiàn)場拾取的振動信號(見圖a)進(jìn)行頻譜分析，以確定強(qiáng)迫振動的頻率成分(如圖b中的f1、f2)；第二步對機(jī)床加工中所有可能出現(xiàn)的強(qiáng)迫振源頻率進(jìn)行估算，列出振源頻率數(shù)據(jù)表備查；第三步將經(jīng)過頻譜分析得到的強(qiáng)迫振動的頻率與振源頻率數(shù)據(jù)表進(jìn)行比較，找出產(chǎn)生強(qiáng)迫振動的振源；第四步通過試驗(yàn)來驗(yàn)證上面所找的振源是否正確。2.機(jī)械加工過程中強(qiáng)迫振源的查找方法圖5-50振動信號的641)機(jī)械加工中的自激振動是在沒有周期性外力(相對于切削過程而言)干擾下所產(chǎn)生的振動運(yùn)動，這一點(diǎn)與強(qiáng)迫振動有原則區(qū)別。

2)自激振動的頻率接近于系統(tǒng)的某一固有頻率，或者說，顫振頻率取決于振動系統(tǒng)的固有特性。這一點(diǎn)與強(qiáng)迫振動根本不同，強(qiáng)迫振動的頻率取決于外界干擾力的頻率。

3)自由振動受阻尼作用將迅速衰減，而自激振動卻不因有阻尼存在而衰減為零。二、機(jī)械加工過程中的自激振動(顫振)1.機(jī)械加工過程中的自激振動1)機(jī)械加工中的自激振動是在沒有周期性外力(相對于652.機(jī)械加工過程中產(chǎn)生自激振動的條件

如果在一個振動周期內(nèi)，振動系統(tǒng)從電動機(jī)獲得的能量大于振動系統(tǒng)對外界做功所消耗的能量，若兩者之差剛好能克服振動時阻尼所消耗的能量，則振動系統(tǒng)將有等幅振動運(yùn)動產(chǎn)生。圖5-53車削外圓單自由度振動系統(tǒng)模型2.機(jī)械加工過程中產(chǎn)生自激振動的條件如663.機(jī)械加工過程中自激振動的激振機(jī)理

在金屬切削過程中，除極少數(shù)情況外，刀具總是部分地或完全地在帶有波紋的表面上進(jìn)行切削的。首先來研究車刀作徑向切削的情況，此時車刀只作橫向進(jìn)給，車刀將完全地在工件前一轉(zhuǎn)切削時留下的波紋表面上進(jìn)行切削，如圖所示。(1)振紋再生原理圖5-54自由正交切削3.機(jī)械加工過程中自激振動的激振機(jī)理在金屬切削67(2)振型藕合原理圖5-57振型耦合型顫振原理示意圖實(shí)際振動系統(tǒng)一般都是多自由度系統(tǒng)。3.機(jī)械加工過程中自激振動的激振機(jī)理(2)振型藕合原理圖5-57振型耦合型顫振原理示意圖實(shí)際68三、控制機(jī)械加工振動的途徑1.消除或減弱產(chǎn)生振動的條件(1)消除或減弱產(chǎn)生強(qiáng)迫振動的條件1)減小機(jī)內(nèi)外干擾力2)調(diào)整振源頻率3)采取隔振措施三、控制機(jī)械加工振動的途徑1.消除或減弱產(chǎn)生振動的條件(169(2)消除或減弱產(chǎn)生自激振動的條件1)減小重疊系數(shù)2)減小切削剛度3)增加切削阻尼1.消除或減弱產(chǎn)生振動的條件(2)消除或減弱產(chǎn)生自激振動的條件1.消除或減弱產(chǎn)生振動的70(3)調(diào)整振動系統(tǒng)小剛度主軸的位置圖5-60削扁錘桿1.消除或減弱產(chǎn)生振動的條件(3)調(diào)整振動系統(tǒng)小剛度主軸的位置圖5-60削扁錘桿1.71(1)高工藝系統(tǒng)的剛度

提高工藝系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)的剛度，可以有效地提高機(jī)床加工系統(tǒng)的穩(wěn)定性。增強(qiáng)聯(lián)接結(jié)合面的接觸剛度、對滾動軸承施加預(yù)載荷、加工細(xì)長工件外圓時采用中心架或跟刀架、鏜孔時對鏜桿設(shè)置鏜套等措施，都可以提高工藝系統(tǒng)的剛度。

(2)增大工藝系統(tǒng)的阻尼

工藝系統(tǒng)的阻尼主要來自零件材料的內(nèi)阻尼、結(jié)合面上的摩擦阻尼以及其它附加阻尼。2.工藝系統(tǒng)的動態(tài)特性(1)高工藝系統(tǒng)的剛度

提高工藝系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)723.各種消振減振裝置(1)動力式減振器

圖5-62動力式減振器1—橡皮圈2—橡皮墊3—主振系統(tǒng)質(zhì)量m1

4—彈簧阻尼元件5—附加質(zhì)量m1

3.各種消振減振裝置(1)動力式減振器73(2)摩擦式減振器圖5-63裝在車床尾座上的摩擦減振器1—后頂尖2—填料圈3—尾座套筒3.各種消振減振裝置(2)摩擦式減振器圖5-63裝在車床尾座上的摩擦減振器74(3)沖擊式減振器圖5-64沖擊式減振鏜桿和鏜刀3.各種消振減振裝置(3)沖擊式減振器圖5-64沖擊式減振鏜桿和鏜刀3.各種75第五章機(jī)械制造質(zhì)量分析與控制第一節(jié)機(jī)械加工精度第二節(jié)工藝過程的統(tǒng)計分析第三節(jié)機(jī)械加工表面質(zhì)量第四節(jié)機(jī)械加工過程中的振動第五章機(jī)械制造質(zhì)量分析與控制第一節(jié)機(jī)械加工精度第二節(jié)工761.加工精度與加工誤差

所謂加工精度是指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)(尺寸、形狀和位置)與理想幾何參數(shù)的符合程度。實(shí)際值愈接近理想值，加工精度就愈高。實(shí)際加工不可能把零件做得與理想零件完全一致，總會有大小不同的偏差，零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)對理想幾何參數(shù)的偏離程度，稱為加工誤差。第一節(jié)機(jī)械加工精度一、概述1.加工精度與加工誤差所謂加工精度是指零件加工后772.加工經(jīng)濟(jì)精度圖5-2加工成本與加工誤差之間的關(guān)系2.加工經(jīng)濟(jì)精度圖5-2加工成本與加工誤差之間的關(guān)系783.原始誤差

由機(jī)床、夾具、刀具和工件組成的機(jī)械加工工藝系統(tǒng)(簡稱工藝系統(tǒng))會有各種各樣的誤差產(chǎn)生，這些誤差在各種不同的具體工作條件下都會以各種不同的方式(或擴(kuò)大、或縮小)反映為工件的加工誤差。工藝系統(tǒng)的誤差是“因”，是根源；工件的加工誤差是“果”，是表現(xiàn)；因此，我們把工藝系統(tǒng)的誤差稱為原始誤差。3.原始誤差由機(jī)床、夾具、刀具和工件組成的機(jī)械加工工794.誤差敏感方向的概念圖5-3由δz引起的加工誤差

原始誤差所引起的切削刃與工件間的相對位移，如果產(chǎn)生在加工表面的法線方向，則對加工誤差有直接的影響；如果產(chǎn)生在加工表面的切線方向上，就可以忽略不計。我們把加工表面的法向稱之為誤差的敏感方向。4.誤差敏感方向的概念圖5-3由δz引起的加工誤差80

分析計算法是在掌握各原始誤差對加工精度影響規(guī)律的基礎(chǔ)上，分析工件加工中所出現(xiàn)的誤差可能是哪一個或哪幾個主要原始誤差所引起的，并找出原始誤差與加工誤差之間的影響關(guān)系，進(jìn)而通過估算來確定工件的加工誤差的大小，再通過試驗(yàn)測試來加以驗(yàn)證。

統(tǒng)計分析法是對具體加工條件下加工得到的幾何參數(shù)進(jìn)行實(shí)際測量，然后運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計學(xué)方法對這些測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，找出工件加工誤差的規(guī)律和性質(zhì)，進(jìn)而控制加工質(zhì)量。分析計算法主要是在對單項(xiàng)原始誤差進(jìn)行分析計算的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，統(tǒng)計分析法則是對有關(guān)的原始誤差進(jìn)行綜合分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。5.研究機(jī)械加工精度的方法分析計算法是在掌握各原始誤差對加工精度81二、工藝系統(tǒng)幾何誤差1.機(jī)床的幾何誤差

加工中刀具相對于工件的成形運(yùn)動一般都是通過機(jī)床完成的，因此，工件的加工精度在很大程度上取決于機(jī)床的精度。機(jī)床制造誤差對工件加工精度影響較大的有：主軸回轉(zhuǎn)誤差、導(dǎo)軌誤差和傳動鏈誤差。機(jī)床的磨損將使機(jī)床工作精度下降。二、工藝系統(tǒng)幾何誤差1.機(jī)床的幾何誤差加工中刀82(1)定尺寸刀具(如鉆頭、鉸刀、鏜刀塊、孔拉刀、絲錐、板牙、鍵槽銑刀等)的尺寸和形狀誤差

(2)成形刀具(如成形車刀、成形銑刀、模數(shù)銑刀等)的形狀誤差

(3)展成刀具(如齒輪滾動、插齒刀、花鍵滾刀等)切削刃的形狀及有關(guān)尺寸，以及其安裝、調(diào)整不正確

(4)一般刀具(如普通車刀、單刃鏜刀、面銑刀、刨刀等)的制造誤差2.刀具的幾何誤差(1)定尺寸刀具(如鉆頭、鉸刀、鏜刀塊、孔拉刀83

夾具的作用是使工件相對于刀具和機(jī)床具有正確的位置，因此夾具的制造誤差對工件的加工精度(特別是位置精度)有很大影響。3.夾具的幾何誤差圖5-10工件在夾具中裝夾示意夾具的作用是使工件相對于刀具和機(jī)床具有正確的位置84

試切法調(diào)整廣泛用在單件、小批生產(chǎn)中。這種調(diào)整方式產(chǎn)生調(diào)整誤差的來源有3個方面：

(1)度量誤差

(2)加工余量的影響

(3)微進(jìn)給誤差三、調(diào)整誤差1.試切法調(diào)整試切法調(diào)整廣泛用在單件、小批生產(chǎn)中。這種調(diào)整方式85

在大批大量生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用行程擋塊、靠模、凸輪等機(jī)構(gòu)保證加工精度。這時候，這些機(jī)構(gòu)的制造精度和調(diào)整，以及與它們配合使用的離合器、電氣開關(guān)、控制閥等的靈敏度就成了影響誤差的主要因素。2.按定程機(jī)構(gòu)調(diào)整在大批大量生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用行程擋塊、靠模86

在大批大量生產(chǎn)中用多刀加工時，常用專門樣件來調(diào)整切削刃間的相對位置。如活塞環(huán)槽半精車和精車時就是如此。當(dāng)工件形狀復(fù)雜，尺寸和重量都比較大的時候，利用樣件進(jìn)行調(diào)整就太笨重，且不經(jīng)濟(jì)，這時可以采用樣板對刀。3.按樣件或樣板調(diào)整在大批大量生產(chǎn)中用多刀加工時，常用專門樣件來調(diào)整87

機(jī)械加工工藝系統(tǒng)在切削力、夾緊力、慣性力、重力、傳動力等的作用下，會產(chǎn)生相應(yīng)的變形，從而破壞了刀具和工件之間的正確的相對位置，使工件的加工精度下降。四、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差1.基本概念圖5-12受力變形對工件精度的影響

a)車長軸b)磨內(nèi)孔機(jī)械加工工藝系統(tǒng)在切削力、夾緊力、慣88

工藝系統(tǒng)中如果工件剛度相對于機(jī)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加工精度的影響就比較大，其最大變形量可按材料力學(xué)有關(guān)公式估算。2.工件剛度工藝系統(tǒng)中如果工件剛度相對于機(jī)床、刀具89

外圓車刀在加工表面法線（y）方向上的剛度很大，其變形可以忽略不計。鏜直徑較小的內(nèi)孔，刀桿剛度很差，刀桿受力變形對孔加工精度就有很大影響。3.刀具剛度外圓車刀在加工表面法線（y）方向上的剛度很大，其90(1)機(jī)床部件剛度

圖5-14車床部件靜剛度的測定

1—心軸2、3、6—千分表

4—測力環(huán)5—螺旋加力器4.機(jī)床部件剛度圖5-15車床刀架部件的剛度曲線1—加載曲線2—卸載曲線(1)機(jī)床部件剛度圖5-14車床部件靜剛度的測定91(2)影響機(jī)床部件剛度的因素

由于零件表面存在宏觀幾何形狀誤差和微觀幾何形狀誤差，結(jié)合面的實(shí)際接觸面積只是名義接觸面積的一小部分(圖所示)，在外力作用下，實(shí)際接觸區(qū)的接觸應(yīng)力很大，產(chǎn)生了較大的接觸變形。1)結(jié)合面接觸變形的影響圖5-16兩零件結(jié)合面間的接觸情況4.機(jī)床部件剛度(2)影響機(jī)床部件剛度的因素由于零件表面存在宏922)摩擦力的影響圖5-17摩擦力對機(jī)床部件剛度的影響4.機(jī)床部件剛度2)摩擦力的影響圖5-17摩擦力對機(jī)床部件剛度的影響4.93

3)低剛度零件的影響在機(jī)床部件中，個別薄弱零件對剛度的影響很大。

4)間隙的影響機(jī)床部件在受力作用時，首先消除零件間在受力作用方向上的間隙，這會使機(jī)床部件產(chǎn)生相應(yīng)的位移。4.機(jī)床部件剛度3)低剛度零件的影響4.機(jī)床部件剛度94(1)由于工藝系統(tǒng)剛度變化引起的誤差5.工藝系統(tǒng)剛度及其對加工精度的影響圖5-18車削外圓時工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響(1)由于工藝系統(tǒng)剛度變化引起的誤差5.工藝系統(tǒng)剛度及其對加95(2)由于切削力變化引起的誤差

在加工過程中，由于工件的加工余量發(fā)生變化、工件材質(zhì)不均等因素引起的切削力變化，使工藝系統(tǒng)變形發(fā)生變化，從而產(chǎn)生加工誤差。圖5-19毛坯形狀誤差的復(fù)映5.工藝系統(tǒng)剛度及其對加工精度的影響(2)由于切削力變化引起的誤差在加工96(3)由于夾緊變形引起的誤差(4)其他作用力的影響除上述因素外，重力、慣性力、傳動力等也會使工藝系統(tǒng)的變形發(fā)生變化，引起加工誤差。

圖5-21夾緊力引起的加工誤差a)夾緊后b)鏜孔后c)放松后d)加過渡環(huán)后夾緊5.工藝系統(tǒng)剛度及其對加工精度的影響(3)由于夾緊變形引起的誤差(4)其他作用力的影響97(1)提高工藝系統(tǒng)剛度

1)提高工件和刀具的剛度

2)提高機(jī)床剛度

3)采用合理的裝夾方式和加工方式

(2)減小切削力及其變化合理地選擇刀具材料、增大前角和主偏角、對工件材料進(jìn)行合理的熱處理以改善材料的加工性能等，都可使切削力減小。6.減小工藝系統(tǒng)受力變形的途徑(1)提高工藝系統(tǒng)剛度6.減小工藝系統(tǒng)受力變形的981)切削熱切削熱對工件加工精度的影響最為直接。

2)摩擦熱和能量損耗工藝系統(tǒng)因運(yùn)動副(如齒輪副、軸承副、導(dǎo)軌副、螺母絲杠副、離合器等)相對運(yùn)動所生摩擦熱和因動力源(如電動機(jī)、液壓系統(tǒng)等)工作時的能量損耗而發(fā)熱。

3)派生熱源工藝系統(tǒng)內(nèi)部的部分熱量通過切屑、切削液、潤滑液等帶到機(jī)床其它部位，使系統(tǒng)產(chǎn)生熱變形。五、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差1.工藝系統(tǒng)的熱源(1)內(nèi)部熱源內(nèi)部熱源來自工藝系統(tǒng)內(nèi)部，其熱量主要是以熱傳導(dǎo)的形式傳遞的。1)切削熱切削熱對工件加工精度的影響最為直接99

(2)外部熱源外部熱源來自工藝系統(tǒng)外部。

1)環(huán)境溫度以對流傳熱為主要傳遞形式的環(huán)境溫度的變化(如氣溫的變化，人造冷、熱風(fēng)，地基溫度的變化等)影響工藝系統(tǒng)的受熱均勻性，從而影響工件的加工精度。

2)輻射熱以輻射傳熱為傳遞形式的輻射熱(如陽光、燈光照明、取暖設(shè)備、人體溫度等)因其對工藝系統(tǒng)輻射的單面性或局部性而使工藝系統(tǒng)的熱變形發(fā)生變化，從而影響工件的加工精度。(2)外部熱源外部熱源來自工藝系統(tǒng)外部。1002.工件熱變形對加工精度的影響

工件在機(jī)械加工中所產(chǎn)生的熱變形，主要是由切削熱引起的。

(1)工件均勻受熱在加工像軸類等一些形狀簡單的工件時，如果工件處在相對比較穩(wěn)定的溫度場中，此時就認(rèn)為工件是均勻受熱。

(2)工件不均勻受熱在銑、刨、磨平面時，工件單面受切削熱作用，上下表面之間形成溫差△θ，導(dǎo)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。2.工件熱變形對加工精度的影響工件在機(jī)械加工中1013.刀具熱變形對加工精度的影響

刀具熱變形的熱源主要是切削熱。圖5-25車刀的熱變形曲線3.刀具熱變形對加工精度的影響刀具熱變形的熱源主1024.機(jī)床熱變形對加工精度的影響

由于機(jī)床熱源分布的不均勻、機(jī)床結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及機(jī)床工作條件的變化很大等原因，機(jī)床各個部件的溫升是不相同的，甚至同一個零件的各個部分的溫升也有差異，這就破壞了機(jī)床原有的相互位置關(guān)系。圖5-26車床的熱變形4.機(jī)床熱變形對加工精度的影響由于機(jī)床熱源1035.減小工藝系統(tǒng)熱變形的途徑(1)減少發(fā)熱和隔熱(2)改善散熱條件(3)均衡溫度場(4)改進(jìn)機(jī)床結(jié)構(gòu)(5)加快溫度場的平衡(6)控制環(huán)境溫度5.減小工藝系統(tǒng)熱變形的途徑(1)減少發(fā)熱和隔熱104

沒有外力作用而存在于零件內(nèi)部的應(yīng)力，稱為內(nèi)應(yīng)力。工件上一旦產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力之后，就會使工件金屬處于一種高能位的不穩(wěn)定狀態(tài)，它本能地要向低能位的穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)化，并伴隨有變形發(fā)生，從而使工件喪失原有的加工精度。六、內(nèi)應(yīng)力重新分布引起的誤差1.基本概念沒有外力作用而存在于零件內(nèi)部的應(yīng)力，稱1052.內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生

在鑄、鍛、焊、熱處理等工序中由于工件壁厚不均、冷卻不均、金相組織的轉(zhuǎn)變等原因，使工件產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。(1)熱加工中內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生圖5-32鑄件因內(nèi)應(yīng)力而引起的變形2.內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生在鑄、鍛、焊、熱處理等工序中由于106(2)冷校直產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力圖5-33校直引起的內(nèi)應(yīng)力2.內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生(2)冷校直產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力圖5-33校直引起的內(nèi)應(yīng)力2.內(nèi)1073.減小內(nèi)應(yīng)力變形誤差的途徑(1)改進(jìn)零件結(jié)構(gòu)在設(shè)計零件時，盡量做到壁厚均勻，結(jié)構(gòu)對稱，以減少內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生。

(2)增設(shè)消除內(nèi)應(yīng)力的熱處理工序鑄件、鍛件、焊接件在進(jìn)入機(jī)械加工之前，應(yīng)進(jìn)行退火、回火等熱處理，加速內(nèi)應(yīng)力變形的進(jìn)程；對箱體、床身、主軸等重要零件，在機(jī)械加工工藝中尚需適當(dāng)按排時效處理工序。

(3)合理安排工藝過程粗加工和精加工宜分階段進(jìn)行，使工件在粗加工后有一定的時間來松弛內(nèi)應(yīng)力。3.減小內(nèi)應(yīng)力變形誤差的途徑(1)改進(jìn)零件結(jié)構(gòu)1081.減小原始誤差2.轉(zhuǎn)移原始誤差3.均分原始誤差4.均化原始誤差5.誤差補(bǔ)償七、提高加工精度的途徑1.減小原始誤差七、提高加工精度的途徑109

在順序加工一批工件中，其大小和方向皆不變的誤差，稱為常值系統(tǒng)性誤差。在順序加工一批工件中，其大小和方向遵循某一規(guī)律變化的誤差，稱為變值系統(tǒng)性誤差。第二節(jié)工藝過程的統(tǒng)計分析一、誤差統(tǒng)計性質(zhì)的分類在順序加工一批工件中，其大小和方向皆不變1101.正態(tài)分布的基本概念二、工藝過程的分布圖分析(1)正態(tài)分布的數(shù)學(xué)模型、特征參數(shù)和特殊點(diǎn)圖5-36正態(tài)分布曲線的特殊點(diǎn)其概率密度方程為：1.正態(tài)分布的基本概念二、工藝過程的分布圖分析(1)正態(tài)分111

該方程有兩個特征參數(shù)，一為算術(shù)平均值x，另一為均方根偏差(標(biāo)準(zhǔn)差)σ：式中xi——工件尺寸；

n——工件總數(shù)。該方程有兩個特征參數(shù)，一為算術(shù)平均值x，另一為均方根112(2)標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布

x=0、σ=1的正態(tài)分布稱為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，其概率密度可寫為：(2)標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布x=0、σ=1的正態(tài)分布稱為標(biāo)準(zhǔn)113(3)工件尺寸在某區(qū)間內(nèi)的概率圖5-38工件尺寸概率分布

生產(chǎn)上感興趣的問題往往不是工件為某一尺寸的概率是多大，而是加工工件尺寸落在某一個區(qū)間(x1≤x≤x2)內(nèi)的概率是多大。(3)工件尺寸在某區(qū)間內(nèi)的概率圖5-38工件尺寸概率分布1142.機(jī)械制造中常見的誤差分布規(guī)律

圖5-40機(jī)械加工誤差分布規(guī)律a)正態(tài)分布b)平頂分布c)雙峰分布d)偏態(tài)分布2.機(jī)械制造中常見的誤差分布規(guī)律圖5115(1)實(shí)際分布曲線符合正態(tài)分布，6σ≤T且分散中心與公差帶中心重合

(2)實(shí)際分布曲線符合正態(tài)分布，6σ≤T，但分散中心與公差帶中心不重合

(3)實(shí)際分布曲線符合正態(tài)分布，6σ＞T，且分散中心與公差帶中心不重合

(4)實(shí)際分布曲線不符合正態(tài)分布，而呈平頂分布

(5)實(shí)際分布曲線不符合正態(tài)分布，而呈偏態(tài)分布

(6)雙峰或多峰分布2.機(jī)械制造中常見的誤差分布規(guī)律(1)實(shí)際分布曲線符合正態(tài)分布，6σ≤T且分散中心與116(1)樣本容量的確定(2)樣本數(shù)據(jù)的測量(3)異常數(shù)據(jù)的剔除(4)實(shí)際分布圖的繪制(5)理論分布圖的繪制(6)工藝過程的分析3.工藝過程的分布圖分析(1)樣本容量的確定3.工藝過程的分布圖分析117三、工藝過程的點(diǎn)圖分析1.工藝過程的穩(wěn)定性

工藝過程的穩(wěn)定性是指工藝過程在時間歷程上保持工件均值x和標(biāo)準(zhǔn)差σ值穩(wěn)定不變的性能。圖5-42工藝過程穩(wěn)定性分析圖三、工藝過程的點(diǎn)圖分析1.工藝過程的穩(wěn)定性工藝過程的1182.點(diǎn)圖的基本形式

點(diǎn)圖的基本形式是由小樣本均值x

的點(diǎn)圖和小樣本極差R的點(diǎn)圖聯(lián)合組成的x

、R點(diǎn)圖，如圖所示。圖5-43x、R點(diǎn)圖a)x點(diǎn)圖b)R點(diǎn)圖2.點(diǎn)圖的基本形式點(diǎn)圖的基本形式是由小樣本均值x119

x～N(μ,σ2/n)

也就是說，樣本均值x的分散范圍為

（μ±3σ√n）。

數(shù)理統(tǒng)計學(xué)已經(jīng)證明，樣本極差R近似服從正態(tài)分布，即有：

(R

～N(R，σ2)

這就是說，樣本極差R的分散范圍為(R±3σR)。到此，x-R點(diǎn)圖上的上、下控制限的位置就可以確定了。3.x、R點(diǎn)圖上、下控制限的確定Rx～N(μ,σ2/n)

也就1204.點(diǎn)圖的正常波動與異常波動正常波動與異常波動的標(biāo)志正常波動異常波動1.沒有點(diǎn)子超出控制線2.大部分點(diǎn)子在中線上下波動，小部分在控制線附近

3.點(diǎn)子沒有明顯的規(guī)律性1.有點(diǎn)子超出控制線2.點(diǎn)子密集在中線下下附近3.點(diǎn)子密集在控制線附近4.連續(xù)7點(diǎn)以上出現(xiàn)在中線一側(cè)5.連續(xù)11點(diǎn)中有10點(diǎn)出現(xiàn)在中線一側(cè)6.連續(xù)14點(diǎn)中有12點(diǎn)以上出現(xiàn)在中線一側(cè)7.連續(xù)17點(diǎn)中有14點(diǎn)以上出現(xiàn)在中線一側(cè)8.連續(xù)20點(diǎn)中有16點(diǎn)以上出現(xiàn)在中線一側(cè)9.點(diǎn)子有上升或下降傾向10.點(diǎn)子有周期性波動4.點(diǎn)圖的正常波動與異常波動正常波動與異常波動的標(biāo)志正常121第三節(jié)機(jī)械加工表面質(zhì)量一、機(jī)械加工表面質(zhì)量對機(jī)器使用性能的影響1.表面質(zhì)量對耐磨性的影響(1)表面粗糙度對耐磨性的影響圖5-44摩擦副的磨損過程圖5-45表面粗糙度與初期磨損量的關(guān)系第三節(jié)機(jī)械加工表面質(zhì)量一、機(jī)械加工表面質(zhì)量對機(jī)器使用性能122(2)表面冷作硬化對耐磨性的影響

加工表面的冷作硬化，使摩擦副表面層金屬的顯微硬度提高，故一般可使耐磨性提高。但也不是冷作硬化程度愈高耐磨性就愈高，這是因?yàn)檫^分的冷作硬化將引起金屬組織過度疏松，甚至出現(xiàn)裂紋和表層金屬的剝落，使耐磨性下降。如果表面層的金相組織發(fā)生變化，其表層硬度相應(yīng)地也隨之發(fā)生變化，影響耐磨性。(2)表面冷作硬化對耐磨性的影響加工表面的冷作硬123

金屬受交變載荷作用后產(chǎn)生的疲勞破壞往往發(fā)生在零件表面或表面冷硬層下面，因此零件的表面質(zhì)量對疲勞強(qiáng)度影響較大。

(1)表面粗糙度對疲勞強(qiáng)度的影響

(2)殘余應(yīng)力、冷作硬化對疲勞強(qiáng)度的影響2.表面質(zhì)量對疲勞強(qiáng)度的影響金屬受交變載荷作用后產(chǎn)生的疲勞破壞往往發(fā)生在零件表面1243.表面質(zhì)量對耐蝕性的影響

零件的耐蝕性在很大程度上取決于表面粗糙度。表面粗糙度值愈大，則凹谷中聚積腐蝕性物

質(zhì)就愈多，抗蝕性就愈差。

表面層的殘余拉應(yīng)力會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂，降低零件的耐蝕性，而殘余壓應(yīng)力則能防止應(yīng)力

腐蝕開裂。3.表面質(zhì)量對耐蝕性的影響零件的耐蝕1254.表面質(zhì)量對配合質(zhì)量的影響

表面粗糙度值的大小將影響配合表面的配合質(zhì)量。對于間隙配合，表面粗糙度值大會使磨損加大，間隙增大，破壞了要求的配合性質(zhì)。對于過盈配合，裝配過程中一部分表面凸峰被擠平，實(shí)際過盈量減小，降低了配合件間的聯(lián)接強(qiáng)度。4.表面質(zhì)量對配合質(zhì)量的影響表面粗糙度值126二、影響表面粗糙度的因素1.切削加工影響表面粗糙度的因素

(1)刀具幾何形狀的復(fù)映刀具相對于工件作進(jìn)給運(yùn)動時，在加工表面留下了切削層殘留面積，其形狀是刀具幾何形狀的復(fù)映。圖5-46車削時工件表面的殘留面積二、影響表面粗糙度的因素1.切削加工影響表面粗糙度的因素127

切削加工后表面粗糙度的實(shí)際輪廓之所以與純幾何因素所形成的理論輪廓有較大的差異，主要是由于切削過程塑性變形的影響。(2)工件材料的性質(zhì)

切削加工后表面粗糙度的實(shí)際輪廓之所以與純幾何因素所形128(3)切削用量

切削速度對表面粗糙度的影響很大。加工塑性材料時，若切削速度處在產(chǎn)生積屑瘤和鱗刺的范圍內(nèi)，加工表面將很粗糙。圖5-47加工塑性材料時切削速度對表面粗糙度的影響(3)切削用量切削速度對表面粗糙度的影響很大。加1292.磨削加工影響表面粗糙度的因素(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(jìn)給量與光磨次數(shù)(6)工件圓周進(jìn)給速度與軸向進(jìn)給量(7)冷卻潤滑液2.磨削加工影響表面粗糙度的因素(1)砂輪的粒度130

(1)冷作硬化及其評定參數(shù)

機(jī)械加工過程中因切削力作用產(chǎn)生的塑性變形，使晶格扭曲、畸變，晶粒間產(chǎn)生剪切滑移，晶粒被拉長和纖維化，甚至破碎，這些都會使表面層金屬的硬度和強(qiáng)度提高，這種現(xiàn)象稱為冷作硬化(或稱為強(qiáng)化)。

(2)影響冷作硬化的主要因素

1)刀具的影響

2)切削用量的影響

3)加工材料的影響三、影響加工表面層物理力學(xué)性能的因素1.表面層冷作硬化(1)冷作硬化及其評定參數(shù)三、影響加工表面層物1312.表面層材料金相組織變化(1)磨削燒傷當(dāng)被磨工件表面層溫度達(dá)到相變溫度以上時，表層金屬發(fā)生金相組織的變化，使表層金屬強(qiáng)度、硬度降低，并伴隨有殘余應(yīng)力產(chǎn)生，甚至出現(xiàn)微觀裂紋，這種現(xiàn)象稱為磨削燒傷。

1)回火燒傷

2)淬火燒傷

3)退火燒傷2.表面層材料金相組織變化(1)磨削燒傷132(2)改善磨削燒傷的途徑磨削熱是造成磨削燒傷的根源，故改善磨削燒傷有兩個途徑：一是盡可能地減少磨削熱的產(chǎn)生；二是改善冷卻條件，盡量使產(chǎn)生的熱量少傳入工件。

1)正確選擇砂輪

2)合理選擇磨削用量

3)改善冷卻條件2.表面層材料金相組織變化(2)改善磨削燒傷的途徑2.表面層材料金相組織1333.表面層殘余應(yīng)力1)切削時在加工表面金屬層內(nèi)有塑性變形發(fā)生，使表層金屬的比體積加大，由于塑性變形只在表層金屬中產(chǎn)生，而表層金屬比體積增大，體積膨脹，不可避免地要受到與它相連的里層金屬的阻止，因此就在表面金屬層產(chǎn)生了殘余壓應(yīng)力，而在里層金屬中產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。(1)產(chǎn)生殘余應(yīng)力的原因3.表面層殘余應(yīng)力1)切削時在加工表面金屬層內(nèi)有1342)切削加工中，切削區(qū)會有大量的切削熱產(chǎn)生圖5-49由于切削熱在表層金屬產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力的