汽車制造工藝學(xué)第四章(吉大版)

1第4章汽車零件的機(jī)械加工質(zhì)量24.1.1機(jī)械加工質(zhì)量

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(yīng)力加工質(zhì)量圖4-1加工質(zhì)量包含的內(nèi)容3

引起加工誤差的根本原因是工藝系統(tǒng)存在著誤差，將工藝系統(tǒng)的誤差稱為原始誤差。4.1.2影響加工精度的因素

原始誤差與工藝系統(tǒng)原始狀態(tài)有關(guān)的原始誤差(幾何誤差)與工藝過程有關(guān)的原始誤差(動(dòng)誤差)原理誤差定位誤差調(diào)整誤差刀具誤差?yuàn)A具誤差機(jī)床誤差工藝系統(tǒng)受力變形（包括夾緊變形）工藝系統(tǒng)受熱變形刀具磨損測(cè)量誤差工件殘余應(yīng)力引起的變形工件相對(duì)于刀具靜止?fàn)顟B(tài)下的誤差工件相對(duì)于刀具運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的誤差主軸回轉(zhuǎn)誤差導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差傳動(dòng)誤差原始誤差——原始誤差分類圖4-5原始誤差構(gòu)成44.1.3誤差敏感方向

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(duì)加工精度的影響程度也不同。對(duì)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(diǎn)的法線方向。圖4-4誤差敏感方向ＯYR0Xa）ＯYR0Xb）誤差敏感方向第二節(jié)工藝系統(tǒng)的幾何精度對(duì)加工精度的影響一、加工原理誤差

加工原理誤差是由于采用了近似的切削刃輪廓或近似的成形運(yùn)動(dòng)進(jìn)行加工而產(chǎn)生的誤差。1.由于采用了刀刃形狀近似的刀具來加工所造成的誤差1）用滾刀切削漸開線齒輪（展成法）

滾刀應(yīng)為一漸開線蝸桿，但為了滾刀的制造方便，多用阿基米德蝸桿來代替，從而在加工原理上產(chǎn)生了誤差。漸開線蝸桿阿基米德蝸桿一、加工原理誤差1.由于采用了形狀近似的刀具來加工所造成的誤差2）用模數(shù)銑刀加工漸開線齒輪(成形法)

同一模數(shù)不同齒數(shù)的齒輪應(yīng)有相應(yīng)的模數(shù)銑刀進(jìn)行加工，實(shí)際上是用一把模數(shù)銑刀加工同一模數(shù)一定范圍齒數(shù)的齒輪，如下表。為避免齒輪嚙合時(shí)的干涉，每一刀號(hào)的模數(shù)銑刀都按最少齒數(shù)的齒形設(shè)計(jì)，因此在齒形上對(duì)加工其他齒數(shù)齒輪時(shí)就會(huì)產(chǎn)生齒形誤差。一、加工原理誤差2）用展成法切削齒輪2.由于采用了近似的成形運(yùn)動(dòng)方法所造成的誤差1)數(shù)控加工曲線和曲面“行切法”加工曲面,用直線逼近曲線

滾刀是斷續(xù)切削，齒形由各個(gè)刀齒軌跡的包絡(luò)錢形成，是一條近似拆線。

一、加工原理誤差2.由于采用了近似的加工運(yùn)動(dòng)方法所造成的誤差3）用近似傳動(dòng)比切削螺紋

如車削一模數(shù)m為2的蝸桿，則t=m=6.2831854mm，(=3.1415927)；若所用車床有四個(gè)配換齒輪a、b、c及d，絲杠的導(dǎo)程t絲=6mm，所選配換齒輪齒數(shù)分別為26、24、29及30，則算出所加工模數(shù)蝸桿的實(shí)際導(dǎo)程每一導(dǎo)程相差:t=t實(shí)-t=6.2833333-6.2831854=0.0001479若被車蝸桿長(zhǎng)度為100mm

，則導(dǎo)程累積誤差則為在車削或磨削模數(shù)螺紋時(shí)，模數(shù)螺紋的導(dǎo)程:t=πm二、調(diào)整誤差1.試切法調(diào)整

指對(duì)被加工零件調(diào)整—試切—度量—調(diào)整—再試切，直至調(diào)整到所要求的精度，在這個(gè)過程中誤差的來源有：（1）測(cè)量誤差（2）機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的位移誤差量具本身的精度、測(cè)量方法或使用條件下的誤差。

當(dāng)試切最后一刀時(shí)，會(huì)出現(xiàn)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的爬行現(xiàn)象，使刀具的實(shí)際位移與刻度盤的顯示值不一致，造成加工誤差。

正式切削時(shí)切除的金屬層厚度與試切時(shí)不一致，精加工時(shí)實(shí)際切深加大，粗加工實(shí)際切深減小，造成工件的尺寸誤差。（3）試切時(shí)與正式切削時(shí)切削層厚度不同的影響第二節(jié)工藝系統(tǒng)的幾何精度對(duì)加工精度的影響

二、調(diào)整誤差

按規(guī)定的尺寸調(diào)整好機(jī)床、夾具、刀具和工件的相對(duì)位置及進(jìn)給行程，加工時(shí)自動(dòng)獲得尺寸，加工過程不再進(jìn)行試切，生產(chǎn)率高，但精度低些，主要決定于機(jī)床、夾具的精度和調(diào)整誤差。調(diào)整法對(duì)工藝系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整時(shí)，以試切為依據(jù)，因此影響試切法精度的因素對(duì)調(diào)整法也有影響。影響因素還有:1）定程機(jī)構(gòu)誤差

2）樣件或樣板的誤差

3）測(cè)量有限試件造成的誤差2.調(diào)整法11第4章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制AnalysisandControlofMachiningQuality4.2

工藝系統(tǒng)幾何精度對(duì)加工精度的影響GeometricPrecisionsofTechnologicalSystemanditsinfluencetomachiningPrecision12◎?qū)к壐边\(yùn)動(dòng)件實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向與理想運(yùn)動(dòng)方向的偏差◎包括：導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度，導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度，導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線的平行度，前后導(dǎo)軌平行度（扭曲），。◆導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差對(duì)加工精度的影響

導(dǎo)軌水平面內(nèi)的直線度誤差,誤差敏感方向,影響顯著導(dǎo)軌垂直面內(nèi)的直線度誤差,誤差非敏感方向,影響小導(dǎo)軌扭曲對(duì)加工精度的影響,影響顯著（圖4-15）ΔX圖4-15導(dǎo)軌扭曲引起的加工誤差HδΔRDαBXY（4-5）

4.2.2機(jī)床誤差

導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差134.2.2機(jī)床誤差

主軸回轉(zhuǎn)誤差是指主軸實(shí)際回轉(zhuǎn)線對(duì)其理想回轉(zhuǎn)軸線的漂移。為便于研究，可將主軸回轉(zhuǎn)誤差分解為徑向圓跳動(dòng)、端面圓跳動(dòng)和傾角擺動(dòng)三種基本型式（圖4-7）。b）端面圓跳動(dòng)a）徑向圓跳動(dòng)c）傾角擺動(dòng)圖4-7主軸回轉(zhuǎn)誤差基本形式主軸回轉(zhuǎn)誤差14主軸誤差對(duì)加工精度的影響：

相同的誤差對(duì)于不同加工方法影響各不相同。例如：鏜床鏜孔時(shí)刀具隨機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)，切削力和誤差敏感方向也在旋轉(zhuǎn)，軸線的漂移會(huì)直接反映到工件上去。

車削是工件回轉(zhuǎn)，切削力和誤差敏感方向不變，只有水平方向誤差才1:1地反映到工件上。15

展成法：加工表面是無數(shù)刀刃軌跡的包絡(luò)面，刀刃形狀為加工表面的共扼曲線，刀具誤差會(huì)影響加工表面的形狀誤差。

軌跡法：工件表面是刀尖與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡的包絡(luò)面。

定尺寸刀具：如鉆頭、鉸刀、拉刀等，尺寸、形狀直接影響工件尺寸和形狀精度。刀具磨損：直接影響刀具的尺寸、形狀等。刀具誤差包括刀刃廓形制造、刃磨誤差及刀具安裝誤差。成形法：刀具表面廓形“復(fù)印”到加工表面上。安裝誤差也直接影響加工表面形狀精度。例如：車削螺紋，車刀安裝偏高或偏低，三角形牙型輪廓會(huì)變成雙曲線。4.2.3刀具與夾具誤差

164.2.3刀具與夾具誤差

L±0.05φ6F7φ10F7k6φ20H7g6YZ圖4-19鉆徑向孔的夾具

夾具誤差影響加工位置精度。與夾具有關(guān)的影響位置誤差因素包括：

通常要求定位誤差和夾具制造誤差不大于工件相應(yīng)公差的1/3。夾具誤差1）定位誤差；2）刀具導(dǎo)向（對(duì)刀）誤差；3）夾緊誤差；4）夾具制造誤差；5）夾具安裝誤差；……17第4章機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制AnalysisandControlofMachiningQuality4.3

工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響StaticStiffnessofTechnologicalSystemanditsinfluencetomachiningPrecision18在加工誤差敏感方向上工藝系統(tǒng)所受外力與變形量之比4.3.1基本概念

工藝系統(tǒng)剛度（4-7）式中k——工藝系統(tǒng)剛度；

Fp——吃刀抗力；

ΔX——工藝系統(tǒng)位移（切削合力作用下的位移）。機(jī)械加工過程中，在重力、切削力、慣性力、傳動(dòng)力等外力作用下，工藝系統(tǒng)都會(huì)變形，破壞刀具與工件間的正確位置，從而產(chǎn)生加工誤差。19204.3.1基本概念

（4-8）式中k——工藝系統(tǒng)剛度；

kjc

——機(jī)床剛度；

kjj——夾具剛度；

kd——刀具剛度；

kg——工件剛度。工藝系統(tǒng)受力變形等于工藝系統(tǒng)各組成部分受力變形之迭加。由此可導(dǎo)出工藝系統(tǒng)剛度與工藝系統(tǒng)各組成部分剛度之間的關(guān)系：工藝系統(tǒng)剛度計(jì)算21◆機(jī)床變形引起的加工誤差4.3.2工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響

式中Xjc

——機(jī)床總變形；

Fp

——吃刀抗力；

ktj——機(jī)床前頂尖處剛度；

kwz——機(jī)床后頂尖處剛度；

kdj

——機(jī)床刀架剛度；

L——工件全長(zhǎng)；

Z——刀尖至工件左端距離。（4-9）圖4-21變形隨受力點(diǎn)變化規(guī)律XtjXwzXdjΔXFpAA′BB′CC′ZLFAFBXz切削力作用點(diǎn)位置變化引起工件形狀誤差224.3.2工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響

工件加工后成鞍形（圖4-22）圖4-22機(jī)床受力變形引起的加工誤差（5-10）◆工件變形引起的加工誤差式中Xg

——工件變形；

E——工件材料彈性模量；

J——工件截面慣性矩；

Fp，L，Z——含義同前。

由于工件變形，使工件加工后成鼓形（圖4-23）圖4-23工件受力變形引起的加工誤差23（4-11）◆機(jī)床變形和工件變形共同引起的加工誤差

工藝系統(tǒng)剛度（4-12）4.3.2工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響

24式中Δg

——工件圓度誤差；

Δm

——毛坯圓度誤差；

k——工藝系統(tǒng)剛度；

ε——誤差復(fù)映系數(shù)。（4-13）

以橢圓截面車削為例說明（圖4-24）圖4-24誤差復(fù)映現(xiàn)象ap1Δ1ap2Δ2毛坯外形工件外形由于工藝系統(tǒng)受力變形，使毛坯誤差部分反映到工件上，此種現(xiàn)象稱為“誤差復(fù)映”4.3.2工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響

切削力大小變化引起的加工誤差

誤差復(fù)映25

誤差復(fù)映系數(shù)機(jī)械加工中，誤差復(fù)映系數(shù)通常小于1?？赏ㄟ^多次走刀，消除誤差復(fù)映的影響。（4-15）4.3.2工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響

誤差復(fù)映程度可用誤差復(fù)映系數(shù)來表示，誤差復(fù)映系數(shù)與系統(tǒng)剛度成反比。由式（4-13）可得：（4-14）26夾緊力、重力、引起的加工誤差◆夾緊力影響a）b）圖4-25薄壁套夾緊變形圖4-26薄壁工件磨削【例1】薄壁套夾緊變形

解決：加開口套【例2】薄壁工件磨削

解決：加橡皮墊4.3.2工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響

27圖4-27龍門銑橫梁變形【例】龍門銑橫梁圖4-28龍門銑橫梁變形轉(zhuǎn)移圖4-29龍門銑橫梁變形補(bǔ)償◆重力影響4.3.2工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響

解決1：重量轉(zhuǎn)移

解決2：變形補(bǔ)償284.3.3機(jī)床部件剛度及其影響因素式中c,m——與接觸面材料、表面狀況有關(guān)的系數(shù)和指數(shù)；

p——表面壓強(qiáng)。組成件的實(shí)體剛度——受力產(chǎn)生拉伸、壓縮、彎曲變形；特別是薄弱件（楔條、軸套等）影響較大聯(lián)接表面接觸變形——其大小與接觸面壓強(qiáng)有關(guān)（4-15）結(jié)合面間隙零件表面摩擦力的影響影響機(jī)床部件剛度因素圖4-31接觸變形曲線xOppΔpxΔx294.3.4減小受力變形對(duì)加工精度影響措施合理設(shè)計(jì)零部件結(jié)構(gòu)和截面形狀提高連接表面接觸剛度（↓表面粗糙度，改進(jìn)接觸質(zhì)量，予加載荷）采用輔助支承（中心架，跟刀架，鏜桿支承等）圖4-33支座零件不同安裝方法圖4-32轉(zhuǎn)塔車床導(dǎo)向桿提高工藝系統(tǒng)剛度減小載荷及其變化采用合理裝夾和加工方式圖4-28，4-29，變形轉(zhuǎn)移、補(bǔ)償和校正304.3.5工件殘余應(yīng)力引起的變形圖4-34鑄件殘余應(yīng)力引起變形圖4-35冷校直引起的殘余應(yīng)力壓拉加載壓壓拉拉卸載

設(shè)計(jì)合理零件結(jié)構(gòu)熱處理工序時(shí)效處理粗、精加工分開殘余應(yīng)力來源

毛坯制造和熱處理產(chǎn)生的殘余應(yīng)力（圖4-34）減小殘余應(yīng)力措施

冷校直帶來的殘余應(yīng)力（圖4-35）切削加工帶來的殘余應(yīng)力314.4

工藝系統(tǒng)熱變形及其對(duì)加工精度的影響HeatDeformationofTechnologicalSystemandit’sEffecttomachiningPrecision324.4.1概述

在精密加工和大件加工中，工藝系統(tǒng)熱變形引起的加工誤差占總誤差的約40～70%。

溫度場(chǎng)——工藝系統(tǒng)各部分溫度分布熱平衡——單位時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)傳入的熱量與傳出的熱量相等，系統(tǒng)各部分溫度保持在一相對(duì)穩(wěn)定的數(shù)值上工藝系統(tǒng)熱源內(nèi)部熱源外部熱源切削熱摩擦熱環(huán)境熱源輻射熱工藝系統(tǒng)熱變形工藝系統(tǒng)熱源溫度場(chǎng)與工藝系統(tǒng)熱平衡334.4.2機(jī)床熱變形對(duì)加工精度影響

體積大，熱容量大，溫升不高，達(dá)到熱平衡時(shí)間長(zhǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，溫度場(chǎng)和變形不均勻，對(duì)加工精度影響顯著運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間/h0123450150100200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）溫升與變形曲線機(jī)床熱變形特點(diǎn)車床熱變形（圖4-36）344.4.2機(jī)床熱變形對(duì)加工精度影響

立銑（圖a）圖4-37立式銑床、外圓磨床、導(dǎo)軌磨床受熱變形a）銑床受熱變形形態(tài)b）外圓磨床受熱變形形態(tài)c）導(dǎo)軌磨床受熱變形形態(tài)

外圓磨（圖b）

導(dǎo)軌磨（圖c）其他機(jī)床熱變形（圖4-37）354.4.3刀具和工件熱變形對(duì)加工精度影響

體積小，熱容量小，達(dá)到熱平衡時(shí)間較短溫升高，變形不容忽視（達(dá)0.03～0.05mm）◆特點(diǎn)◆變形曲線（圖4-38）（4-16）式中ξ——熱伸長(zhǎng)量；

ξmax——達(dá)到熱平衡熱伸長(zhǎng)量；

τ——切削時(shí)間；

τc

——時(shí)間常數(shù)（熱伸長(zhǎng)量為熱平衡熱伸長(zhǎng)量約63%的時(shí)間，常取3～4分鐘）。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刀具熱變形36◆圓柱類工件熱變形5級(jí)絲杠累積誤差全長(zhǎng)≤5μm，可見熱變形的嚴(yán)重性式中ΔL，ΔD——長(zhǎng)度和直徑熱變形量；

L，D——工件原有長(zhǎng)度和直徑；

α——工件材料線膨脹系數(shù)；

Δt——溫升。

長(zhǎng)度：（4-17）（4-18）

直徑：

例：長(zhǎng)400mm絲杠，加工過程溫升1℃，熱伸長(zhǎng)量為：4.4.3刀具和工件熱變形對(duì)加工精度影響

工件熱變形37式中ΔX——變形撓度；

L，S——工件原有長(zhǎng)度和厚度；

α——工件材料線膨脹系數(shù)；

Δt——溫升。（5-19）◆板類工件單面加工時(shí)的熱變形（圖4-39）圖4-39平面加工熱變形ΔXφ/4φLS此值已大于精密導(dǎo)軌平直度要求結(jié)果：加工時(shí)上表面升溫，工件向上拱起，磨削時(shí)將中凸部分磨平，冷卻后工件下凹。例：高600mm，長(zhǎng)2000mm的床身，若上表面溫升為3℃，則變形量為：4.4.3刀具和工件熱變形對(duì)加工精度影響

384.4.4減小熱變形對(duì)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(dǎo)軌中凹解決：導(dǎo)軌下加回油槽圖4-40平面磨床補(bǔ)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(chǎng)

減少切削熱和磨削熱，粗、精加工分開。

充分冷卻和強(qiáng)制冷卻。

隔離熱源。減少熱源發(fā)熱和隔離熱源均衡溫度場(chǎng)39

熱對(duì)稱結(jié)構(gòu)熱補(bǔ)償結(jié)構(gòu)

合理選擇裝配基準(zhǔn)高速空運(yùn)轉(zhuǎn)人為加熱

恒溫人體隔離采用合理結(jié)構(gòu)4.4.4減小熱變形對(duì)加工精度影響的措施

加速達(dá)到熱平衡控制環(huán)境溫度40試分析習(xí)所示的三種加工情況，加工后工件表面會(huì)產(chǎn)生何種形狀誤差？假設(shè)工件的剛度很大，且車床床頭剛度大于尾座剛度。橫磨一剛度很大的工件，若徑向磨削力為100N，頭、尾架剛度分別為50000N/mm和40000N/mm，試分析加工后工件的形狀，并計(jì)算形狀誤差。41第五節(jié)機(jī)械加工過程中的振動(dòng)

機(jī)械加工過程中產(chǎn)生的振動(dòng)，是一種十分有害的現(xiàn)象，這是因?yàn)椋?/p>

421）刀具相對(duì)于工件振動(dòng)會(huì)使加工表面產(chǎn)生波紋，這將嚴(yán)重影響零件的使用性能。

2）刀具相對(duì)于工件振動(dòng)，切削截面、切削角度等將隨之發(fā)生周期性變化，工藝系統(tǒng)將承受動(dòng)態(tài)載荷的作用，刀具易于磨損（有時(shí)甚至崩刃），機(jī)床的連接特性會(huì)受到破壞，嚴(yán)重時(shí)甚至使切削加工無法進(jìn)行。433）為了避免發(fā)生振動(dòng)或減小振動(dòng)，有時(shí)不得不降低切削用量，致使機(jī)床、刀具的工作性能得不到充分發(fā)揮，限制了生產(chǎn)效率的提高。綜上分析可知，機(jī)械加工中的振動(dòng)對(duì)于加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率都有很大影響，須采取措施控制振動(dòng)。44一、機(jī)械加工過程中的強(qiáng)迫振動(dòng)強(qiáng)迫振動(dòng)：機(jī)械加工過程中的強(qiáng)迫振動(dòng)是指在外界周期性于擾力的持續(xù)作用下，振動(dòng)系統(tǒng)受迫產(chǎn)生的振動(dòng)。機(jī)械加工過程中的強(qiáng)迫振動(dòng)與一般機(jī)械振動(dòng)中的強(qiáng)迫振動(dòng)沒有本質(zhì)上的區(qū)別。機(jī)械加工過程中的強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率與干擾力的頻率相同或是其整數(shù)倍；當(dāng)干擾力的頻率接近或等于工藝系統(tǒng)某一薄弱環(huán)節(jié)固有頻率時(shí)，系統(tǒng)將產(chǎn)生共振。45

強(qiáng)迫振動(dòng)的振源有來自于機(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。機(jī)外振源甚多，但它們都是通過地基傳給機(jī)床的，可以通過加設(shè)隔振地基來隔離外部振源，消除其影響。機(jī)內(nèi)振源主要有：機(jī)床上的帶輪、卡盤或砂輪等高速回轉(zhuǎn)零件因旋轉(zhuǎn)不平衡引起的振動(dòng)；機(jī)床傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的缺陷引起的振動(dòng)；液壓傳動(dòng)系統(tǒng)壓力脈動(dòng)引起的振動(dòng)；由于斷續(xù)切削引起的振動(dòng)等。46

如果確認(rèn)機(jī)械加工過程中發(fā)生的是強(qiáng)迫振動(dòng)，就要設(shè)法查找振源，以便消除振源或減小振源對(duì)加工過程的影響。47二、機(jī)械加工過程中的自激振動(dòng)（顫振）

1．機(jī)械加工過程中的自激振動(dòng)與強(qiáng)迫振動(dòng)相比，自激振動(dòng)具有以下特征：

l）機(jī)械加工中的自激振動(dòng)是指在沒有周期性外力（相對(duì)于切削過程而言）干擾下產(chǎn)生的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)。

2）自激振動(dòng)的頻率接近于系統(tǒng)某一薄弱振型的固有頻率。48三、自激振動(dòng)的激振機(jī)理

1．振紋再生原理在刀具進(jìn)行切削的過程中，若受到一個(gè)瞬時(shí)的偶然擾動(dòng)力的作用，刀具與工件便會(huì)產(chǎn)生相對(duì)振動(dòng)（屬自由振動(dòng)），振動(dòng)的幅值將因系統(tǒng)阻尼的存在而逐漸衰減。但該振動(dòng)會(huì)在已加工表面上留下一段振紋。當(dāng)工件轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)后，刀具便會(huì)在留有振紋的表面上進(jìn)行切削，切削厚度時(shí)大時(shí)小，這就有動(dòng)態(tài)切削力產(chǎn)生。如果機(jī)床加工系統(tǒng)滿足產(chǎn)生自激振動(dòng)的條件，振動(dòng)便會(huì)進(jìn)一步發(fā)展到持續(xù)的振動(dòng)狀態(tài)。49

再生型切削顫振：這種由于切削厚度變化效應(yīng)（簡(jiǎn)稱再生效應(yīng)）而引起的自激振動(dòng)稱為再生型切削顫振。圖4-49再生型顫振的產(chǎn)生過程50

切削過程一般都是部分地或完全地在有振紋（波紋）的表面上進(jìn)行的，車削、銑削、刨削、鉆削、磨削等均不例外，由振紋再生效應(yīng)引發(fā)的再生型切削顫振是機(jī)床切削的主要形態(tài)。51四、控制機(jī)械加工振動(dòng)的途徑（一）消除或減弱產(chǎn)生振動(dòng)的條件

1．消除或減弱產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)的條件（1）消除或減小內(nèi)部振源機(jī)床上的高速回轉(zhuǎn)零件必須滿足動(dòng)平衡要求；提高傳動(dòng)元件及傳動(dòng)裝置的制造精度和裝配精度，保證傳動(dòng)平穩(wěn)；使動(dòng)力源與機(jī)床本體分離。

52

（2）調(diào)整振源的頻率通過改變傳動(dòng)比，使可能引起強(qiáng)迫振動(dòng)的振源頻率遠(yuǎn)離機(jī)機(jī)床加工系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)的固有頻率，避免產(chǎn)生共振。

（3）采取隔振措施使振源產(chǎn)生的部分振動(dòng)被隔振裝置所隔離或吸收。隔振方法有兩種，一種是主動(dòng)隔振，阻止機(jī)內(nèi)振源通過地基外傳；另一種是被動(dòng)隔振，阻止機(jī)外干擾力通過地基傳給機(jī)床。常用的隔振材料有橡皮、金屬彈簧、空氣彈簧、礦渣棉、木屑等。532．消除或減弱產(chǎn)生自激振動(dòng)的條件

（1）減小重疊系數(shù)再生型顫振是由于在有波紋的表面上進(jìn)行切削引起的，如果本轉(zhuǎn)（次）切削不與前轉(zhuǎn)（次）切削振紋相重疊，就不會(huì)有再生型顫振發(fā)生。重疊系數(shù)越小，就越不容易產(chǎn)生再生型顫振。重疊系數(shù)值大小取決于加工方式、刀具的幾何形狀及切削用量等。適當(dāng)增大刀具的主偏角和進(jìn)給量，均可使重疊系數(shù)減小。54

（2）減小切削剛度減小切削剛度可以減小切削力，可以降低切削厚度變化效應(yīng)（再生效應(yīng)）和振型耦合效應(yīng)的作用。改善工件材料的可加工性、增大前角、增大主偏角和適當(dāng)提高進(jìn)給量等，均可使切削剛度下降。

（3）合理布置振動(dòng)系統(tǒng)小剛度主軸的位置。

55

（二）改善工藝系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性

1．提高工藝系統(tǒng)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。提高各結(jié)合面的接觸剛度，對(duì)主軸支承施加預(yù)載荷，對(duì)剛性較差的工件增加輔助支承等都可以提高工藝系統(tǒng)的剛度。56

2．增大工藝系統(tǒng)的阻尼增大工藝系統(tǒng)中的阻尼，可通過多種方法實(shí)現(xiàn)。例如，使用高內(nèi)阻材料制造零件，增加運(yùn)動(dòng)件的相對(duì)摩擦，在床身、立柱的封閉內(nèi)腔中充填型砂，在主振方向安裝阻振器等。

（三）采用減振裝置

常用的減振裝置有動(dòng)力式減振器、摩擦式減振器和沖擊式減振器等三種類型。57圖4-80摩擦式減振器1—飛輪2—摩擦盤3—摩擦墊4—螺母5—彈簧動(dòng)力減振器摩擦式減振器（圖4-80）沖擊式減振器（圖4-81）采用減振裝置圖4-81沖擊式減振鏜刀與減振鏜桿1—沖擊塊2—緊定螺釘a）減振鏜刀b）減振鏜桿δδ584.5

加工誤差統(tǒng)計(jì)分析StatisticAnalysisofMachiningErrors59一、加工誤差的性質(zhì)及分類常值誤差變值誤差在順序加工一批工件時(shí)，誤差的大小和方向保持不變者，稱為常值系統(tǒng)性誤差。如原理誤差和機(jī)床、刀具、夾具的制造誤差，一次調(diào)整誤差以及工藝系統(tǒng)因受力點(diǎn)位置變化引起的誤差等都屬常值系統(tǒng)誤差。在順序加工一批工件時(shí)，誤差的大小和方向呈有規(guī)律變化者，稱為變值系統(tǒng)性誤差。如由于刀具磨損引起的加工誤差，機(jī)床、刀具、工件受熱變形引起的加工誤差等都屬于變值系統(tǒng)性誤差。加工誤差隨機(jī)誤差系統(tǒng)誤差在順序加工一批工件時(shí)，誤差的大小和方向呈無規(guī)律變化者，稱為隨機(jī)性誤差。如加工余量不均勻或材料硬度不均勻引起的毛坯誤差復(fù)映，定位誤差及夾緊力大小不一引起的夾緊誤差，多次調(diào)整誤差，殘余應(yīng)力引起的變形誤差等都屬于隨機(jī)性誤差60

不同性質(zhì)誤差的解決途徑

對(duì)隨機(jī)性誤差，從表面上看似乎沒有規(guī)律，但是應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法可以找出一批工件加工誤差的總體規(guī)律，查出產(chǎn)生誤差的根源，在工藝上采取措施來加以控制。

對(duì)于變值系統(tǒng)性誤差，在查明其大小和方向隨時(shí)間變化的規(guī)律后，可采用自動(dòng)連續(xù)補(bǔ)償或自動(dòng)周期補(bǔ)償?shù)姆椒ㄏ?/p>

對(duì)于常值系統(tǒng)性誤差，在查明其大小和方向后，采取相應(yīng)的調(diào)整或檢修工藝裝備，以及用一種常值系統(tǒng)性誤差去補(bǔ)償原來的常值系統(tǒng)性誤差，即可消除或控制誤差在公差范圍之內(nèi)。61

在生產(chǎn)中，誤差性質(zhì)的判別應(yīng)根據(jù)工件的實(shí)際加工情況決定。在不同的生產(chǎn)場(chǎng)合，誤差的表現(xiàn)性質(zhì)會(huì)有所不同，原屬于常值系統(tǒng)性的誤差有時(shí)會(huì)變成隨機(jī)性誤差。例如：對(duì)一次調(diào)整中加工出來的工件來說，調(diào)整誤差是常值誤差，但在大量生產(chǎn)中一批工件需要經(jīng)多次調(diào)整，則每次調(diào)整時(shí)的誤差就是隨機(jī)誤差了。62二、加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析方法

加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析法就是以生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)工件進(jìn)行實(shí)際測(cè)量所得的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，分析一批工件的情況，從而找出產(chǎn)生誤差的原因以及誤差性質(zhì)，以便提出解決問題的方法。在機(jī)械加工中，經(jīng)常采用的統(tǒng)計(jì)分析法主要有分布圖分析法和點(diǎn)圖分析法。63（一）分布曲線法

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

在一批零件的加工過程中，測(cè)量各零件的加工尺寸，把測(cè)得的數(shù)據(jù)記錄下來，按尺寸大小將整批工件進(jìn)行分組，每一組中的零件尺寸處在一定的間隔范圍內(nèi)。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。

以工件尺寸為橫坐標(biāo)，以頻數(shù)或頻率為縱坐標(biāo)，即可作出該工序工件加工尺寸的實(shí)際分布圖——直方圖。1.實(shí)際分布圖——直方圖

64（1）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(gè)樣本（即抽取一批零件），樣本容量（抽取零件的個(gè)數(shù)）一般取100件左右，測(cè)量各零件的尺寸，并找出其中的最大值xmin和最小值xmin。2）分組

將抽取的樣本數(shù)據(jù)分成若干組，組數(shù)過多，分布圖會(huì)被頻數(shù)的隨即波動(dòng)所歪曲；組數(shù)太少，分布特征將被掩蓋。654）統(tǒng)計(jì)頻數(shù)分布

將各組的尺寸頻數(shù)、頻率和頻率密度填入表中。5）繪制直方圖

按表列數(shù)據(jù)以頻率密度為縱坐標(biāo)，組距為橫坐標(biāo)畫出直方圖，如圖7-43所示。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/266圖4－43活塞銷孔直徑尺寸分布圖67（2）直方圖的觀察與分析

直方圖作出后，通過觀察圖形可以判斷生產(chǎn)過程是否穩(wěn)定，估計(jì)生產(chǎn)過程的加工質(zhì)量及產(chǎn)生廢品的可能性。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(huì)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，但兩中心不重合（分布中心與公差帶中心），此時(shí)有超差的可能性，應(yīng)設(shè)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(huì)產(chǎn)生廢品，故應(yīng)采取適當(dāng)措施減小分散范圍。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(shí)應(yīng)設(shè)法減小加工誤差或選擇其它加工方法。682.理論分布圖——正態(tài)分布曲線

大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，在用調(diào)整法加工時(shí)，當(dāng)所取工件數(shù)量足夠多，且無任何優(yōu)勢(shì)誤差因素的影響，則所得一批工件尺寸的實(shí)際分布曲線便非常接近正態(tài)分布曲線。在分析工件的加工誤差時(shí)，通常用正態(tài)分布曲線代替實(shí)際分布曲線，可使問題的研究大大簡(jiǎn)化。69

當(dāng)采用該曲線代表加工尺寸的實(shí)際分布曲線時(shí)，上式各參數(shù)的意義為：

y——分布曲線的縱坐標(biāo)，表示工件的分布密度（頻率密度）；

x——分布曲線的橫坐標(biāo)，表示工件的尺寸或誤差；n——一批工件的數(shù)目（樣本數(shù)）。——工件的平均尺寸（分散中心），σ——一批零件的均方根差，（1）正態(tài)分布曲線方程70工序標(biāo)準(zhǔn)偏差σ決定了分布曲線的形狀和分散范圍。當(dāng)算術(shù)平均值保持不變時(shí)，σ值越小則曲線形狀越陡，尺寸分散范圍越小，加工精度越高；

σ值越大則曲線形狀越平坦，尺寸分散范圍越大，加工精度越低，如圖4-33b所示。

σ的大小實(shí)際反映了隨機(jī)性誤差的影響程度，隨機(jī)性誤差越大則σ越大。

算術(shù)平均值（2）正態(tài)分布曲線的特征參數(shù)正態(tài)分布曲線的特征參數(shù)有兩個(gè)，即和σ是確定曲線位置的參數(shù)。它決定一批工件尺寸分散中心的坐標(biāo)位置。若改變時(shí)，整個(gè)曲線沿χ軸平移，但曲線形狀不變，如圖4-33a所示。使產(chǎn)生變化的主要原因是常值系統(tǒng)誤差的影響。71圖4－33正態(tài)分布曲線及其特征72（3）正態(tài)分布曲線的特點(diǎn)①曲線對(duì)稱于直線②曲線與x軸圍成的面積代表了一批工件的全部，即100%，其相對(duì)面積為1。在±3σ范圍內(nèi)，曲線圍成的面積為0.9973。實(shí)際生產(chǎn)中常常認(rèn)為加工一批工件尺寸全部在±3σ范圍內(nèi)，即：

正態(tài)分布曲線的分散范圍為±3σ，工藝上稱該原則為6σ準(zhǔn)則。73±3σ（或6σ）的概念在研究加工誤差時(shí)應(yīng)用很廣。

6σ的大小代表了某種加工方法在一定的條件（如毛坯余量、機(jī)床、夾具、刀具等）下所能達(dá)到的加工精度。

所以在一般情況下，應(yīng)使所選擇的加工方法的標(biāo)準(zhǔn)偏差σ與公差帶寬度T之間具有下列關(guān)系：

6σ≤T

但考慮到系統(tǒng)誤差及其它因素的影響，應(yīng)當(dāng)使6σ小于公差帶寬度T，才能可靠地保證加工精度。743.非正態(tài)分布曲線

工件的實(shí)際分布，有時(shí)并不近似于正態(tài)分布，常見的非正態(tài)分布有以下幾種形式：1）鋸齒形

直方圖的矩形高低相間，形如鋸齒，見圖例a。出現(xiàn)該圖形的主要原因可能是測(cè)量方法不當(dāng)或讀數(shù)不準(zhǔn)，也可能是數(shù)據(jù)分組不當(dāng)所致。

2）對(duì)稱性

中間直方最高，其左右直方逐漸降低且基本呈對(duì)稱分布，見圖例b。該圖形屬正常圖形。

3）偏向形

直方頂端偏向一側(cè)，圖形不對(duì)稱，見圖例c。出現(xiàn)該圖形的主要原因可能是工藝系統(tǒng)產(chǎn)生顯著的熱變形，如刀具受熱伸長(zhǎng)會(huì)使加工的孔偏大，圖形右偏；使加工的軸偏小，圖形左偏，或因?yàn)椴僮髡呒庸ち?xí)慣所致。有時(shí)端跳、徑跳等形位誤差也服從這種分布。754）孤島形

在遠(yuǎn)離分布中心的地方又出現(xiàn)小直方，見圖例d。出現(xiàn)該圖形的主要原因是加工條件有變動(dòng)，也可能因毛刺影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。5）雙峰形

分布圖具有兩個(gè)頂峰，見圖例e。產(chǎn)生這種圖形的主要原因可能是經(jīng)過兩次不同的調(diào)整加工的工件混在一起。6）平頂形

靠近中間的幾個(gè)直方高度相近，呈平頂狀，見圖例f。產(chǎn)生這種圖形的主要原因是生產(chǎn)過程中某種緩慢變動(dòng)傾向的影響，如加工中刀具的顯著磨損。76圖7－44常見的幾種非正態(tài)分布圖形

a)鋸齒形b)對(duì)稱形c)偏向形

d)孤島形e)雙峰形f)平頂形774.分布曲線法的應(yīng)用

1）確定給定加工方法的精度

對(duì)于給定的加工方法，服從正態(tài)分布，其分散范圍為±3σ（6σ）；則:6σ即為該加工方法的加工精度。2）判斷加工誤差的性質(zhì)如果實(shí)際分布曲線基本符合正態(tài)分布，則說明加工過程中無變值系統(tǒng)誤差（或影響很?。蝗艄顜е行呐c尺寸分布中心重合，則加工過程中常值系統(tǒng)誤差為零；否則存在常值系統(tǒng)誤差，其大小為‖LM-x‖。若實(shí)際分布曲線不服從正態(tài)分布，可根據(jù)直方圖分析判斷變值系統(tǒng)誤差的類型，分析產(chǎn)生誤差的原因并采取有效措施加以抑制和消除。

783）判斷工序能力及其等級(jí)工序能力是指某工序能否穩(wěn)定地加工出合格產(chǎn)品的能力。把工件尺寸公差T與分散范圍6σ的比值稱為該工序的工序能力系數(shù)CP，用以判斷生產(chǎn)能力。

CP按下式計(jì)算：CP=T/6σ根據(jù)工序能力系數(shù)CP的大小，共分為五個(gè)等級(jí)，如表所示。工序能力系數(shù)CP>1時(shí),公差帶T大于尺寸分散范圍6σ,具備了工序不產(chǎn)生廢品的必要條件,但不是充分條件。要不出廢品，還必須保證調(diào)整的正確性，即x與LM要重合。只有當(dāng)CP大于1，同時(shí)T-2‖x-LM‖大于6σ時(shí)，才能確保不出廢品。當(dāng)CP＜1時(shí)，尺寸分散范圍6σ超出公差帶T，此時(shí)不論如何調(diào)整，必將產(chǎn)生部分廢品。當(dāng)CP=1，公差帶T與尺寸分散范圍6σ相等，在各種常值系統(tǒng)誤差的影響下，該工序也將產(chǎn)生部分廢品。79

由分布函數(shù)的定義可知，正態(tài)分布函數(shù)是正態(tài)分布概率密度函數(shù)的積分：φ（x）——正態(tài)分布曲線上下積分限間包含的面積，它表征了隨機(jī)變量x落在區(qū)間（－∞，x）上的概率。令則有：

Φ(z)為右圖中陰影線部分的面積。對(duì)于不同z值的φ(z)，可由表查出4）估算工序加工的合格率及廢品率8081

分布曲線與x軸所包圍的面積代表了一批零件的總數(shù)。如果尺寸分散范圍超出零件的公差帶，則肯定有廢品產(chǎn)生，如圖4-35所示的陰影部分。若尺寸落在Lmin、Lmax范圍內(nèi)，工件的概率即空白部分的面積就是加工工件的合格率。82圖4－35廢品率計(jì)算83在車床上車削一批小軸，經(jīng)測(cè)量實(shí)際尺寸大于要求的尺寸從而必須返修的小軸數(shù)位24%，小于要求尺寸而不能返修的小軸數(shù)為2%，若小軸的直徑公差為0.16mm,整批工件的實(shí)際尺寸按正態(tài)分布。試確定該工序的均方差，并判斷車刀的調(diào)整誤差為多少。

84在無心磨床上磨削銷軸，銷軸外徑尺寸要求為φ12±0.01?，F(xiàn)隨機(jī)抽取100件進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其外徑尺寸接近正態(tài)分布，平均值為X=11.99，均方根偏差為S=0.003。試：畫出銷軸外徑尺寸誤差的分布曲線；計(jì)算該工序的工藝能力系數(shù)；估計(jì)該工序的廢品率；分析產(chǎn)生廢品的原因，并提出解決辦法。855.分布圖分析法的缺點(diǎn)

分布圖分析法不能反映誤差的變化趨勢(shì)。加工中，由于隨機(jī)性誤差和系統(tǒng)性誤差同時(shí)存在，在沒有考慮到工件加工先后順序的情況下，很難把隨機(jī)性誤差和變值系統(tǒng)性誤差區(qū)分開來。由于在一批工件加工結(jié)束后，才能得出尺寸分布情況，因而不能在加工過程中起到及時(shí)控制質(zhì)量的作用。862．點(diǎn)圖分析法（1）點(diǎn)圖的形式1）個(gè)值點(diǎn)圖

按加工順序逐個(gè)地測(cè)量一批工件的尺寸，以工件序號(hào)為橫坐標(biāo)，以工件的加工尺寸為縱坐標(biāo)，就可作出個(gè)值點(diǎn)圖（圖4-47）。個(gè)值點(diǎn)圖反映了工件逐個(gè)的尺寸變化與加工時(shí)間的關(guān)系。若點(diǎn)圖上的上、下極限點(diǎn)包絡(luò)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(shì)，如圖4-48所示。平均值曲線O－O’表示每一瞬時(shí)的分散中心，反映了變值系統(tǒng)性誤差隨時(shí)間變化的規(guī)律.其起始點(diǎn)O位置的高低表明常值系統(tǒng)性誤差的大小。整個(gè)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。上下限AA’和BB’間的寬度表示在隨機(jī)性誤差作用下加工過程的尺寸分散范圍，反映了隨機(jī)性誤差的變化規(guī)律。87圖7－47個(gè)值點(diǎn)圖圖7－48個(gè)值點(diǎn)圖上反映誤差變化趨勢(shì)88－R點(diǎn)圖

為了能直接反映出加工中系統(tǒng)性誤差和隨機(jī)性誤差隨加工時(shí)間的變化趨勢(shì)，實(shí)際生產(chǎn)中常用樣組點(diǎn)圖來代替?zhèn)€值點(diǎn)圖。前者控制工藝過程質(zhì)量指標(biāo)的分布中心，反映了系統(tǒng)性誤差及其變化趨勢(shì)；后者控制工藝過程質(zhì)量指標(biāo)的分散程度，反映了隨機(jī)性誤差及其變化趨勢(shì)。1）X樣組點(diǎn)圖的種類很多，最常用的是X－R點(diǎn)圖（平均值—極差點(diǎn)圖）。它由X點(diǎn)圖和R點(diǎn)圖結(jié)合而成。單獨(dú)的點(diǎn)圖或R點(diǎn)圖不能全面反映加工誤差的情況，必須結(jié)合起來應(yīng)用。X89

設(shè)現(xiàn)抽取順次加工的m個(gè)工件為第i組，則第i樣組的平均值Xi和極差Ri值為

式中ximax和ximim分別為第i樣組中工件的最大尺寸和最小尺寸。以樣組序號(hào)為橫坐標(biāo)，分別以Xi和Ri為縱坐標(biāo)，就可以分別作出X點(diǎn)圖和R點(diǎn)圖，如圖7-49所示。X-R點(diǎn)圖的繪制：是以小樣本順序隨機(jī)抽樣為基礎(chǔ)。在加工過程中，每隔一定的時(shí)間，隨機(jī)抽取幾件為一組作為一個(gè)小樣本。每組工件數(shù)（即小樣本容量）m=2～10件，一般取m=4～5件，共抽取k=20～25組，共80～100個(gè)工件的數(shù)據(jù)。在取得這些數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，再計(jì)算每組的平均值Xi和極差Ri。90圖7－49X－R點(diǎn)圖91（2）點(diǎn)圖分析法的應(yīng)用點(diǎn)圖分析法是全面質(zhì)量管理中用以控制產(chǎn)品加工質(zhì)量的主要方法之一，它是用于分析和判斷工序是否處于穩(wěn)定狀態(tài)所使用的帶有控制界限的圖，又稱管理圖。X-R點(diǎn)圖主要用于工藝驗(yàn)證、分析加工誤差以及對(duì)加工過程的質(zhì)量控制。工藝驗(yàn)證就是判定現(xiàn)行工藝或準(zhǔn)備投產(chǎn)的新工藝能否穩(wěn)定地保證產(chǎn)品的加工質(zhì)量要求。工藝驗(yàn)證的主要內(nèi)容是通過抽樣檢查，確定其工序能力和工序能力系數(shù)，并判別工藝過程是否穩(wěn)定。92

圖是控制圖和R控制圖聯(lián)合使用的統(tǒng)稱（4-26）R圖：（4-27）A2、D1、D2

數(shù)值見教材164頁表4-6。圖

表示樣組平均值，R表示樣組極差

圖控制限圖：93◆工藝過程穩(wěn)定性點(diǎn)子正常波動(dòng)→工藝過程穩(wěn)定；點(diǎn)子異常波動(dòng)→工藝過程不穩(wěn)定圖4-51圖R

圖UCL=19.67CL=8.900510樣組序號(hào)1520LCL=00510樣組序號(hào)1520x圖LCL=11.57UCL=21.89CL=16.73◆穩(wěn)定性判別——沒有點(diǎn)子超出控制限——大部分點(diǎn)子在中心線上下波動(dòng)，小部分點(diǎn)子靠近控制限——點(diǎn)子變化沒有明顯規(guī)律性（如上升、下降傾向，或周期性波動(dòng)）同時(shí)滿足為穩(wěn)定

圖分析94工藝過程出現(xiàn)異常波動(dòng)，表明總體分布的數(shù)字特征μ、σ發(fā)生了變化，這種變化不一定就是壞事。例如發(fā)現(xiàn)點(diǎn)子密集在中心線上下附近，說明分散范圍變小了，這是好事。但應(yīng)查明原因，使之鞏固，以進(jìn)一步提高工序能力（即減小6σ值）。再如刀具磨損會(huì)使工件平均尺寸的誤差逐漸增加，使工藝過程不穩(wěn)定。雖然刀具磨損是機(jī)械加工中的正常現(xiàn)象，如果不適時(shí)加以調(diào)整，就有可能出現(xiàn)廢品。95

工藝過程是否穩(wěn)定，取決于該工序所采用的工藝過程中本身的誤差情況，與產(chǎn)品是否出現(xiàn)廢品不是一回事。

若某工序的工藝過程是穩(wěn)定的，其工序能力系數(shù)Cp值也足夠大，且樣本平均值與公差帶中心基本重合，那么只要在加工過程中不出現(xiàn)異常波動(dòng)，就可以判定它不會(huì)產(chǎn)生廢品。加工過程中不出現(xiàn)異常波動(dòng)，說明該工序的工藝過程處于控制之中，可以繼續(xù)進(jìn)行加工，否則就應(yīng)停機(jī)檢查，找出原因，采取措施消除使加工誤差增大的因素，使質(zhì)量管理從事后檢驗(yàn)變?yōu)槭虑邦A(yù)防。964.6

提高加工精度的途徑MethodsofImprovingMachiningPrecision97七、提高加工精度的工藝措施查明產(chǎn)生加工誤差的主要因素后，設(shè)法對(duì)其直接進(jìn)行消除或減弱，如細(xì)長(zhǎng)軸加工用跟刀架會(huì)導(dǎo)致工件彎曲變形，現(xiàn)采用反拉法切削工件受拉不受壓不會(huì)因偏心壓縮而產(chǎn)生彎曲變形一、減少誤差法二、誤差補(bǔ)償法誤差補(bǔ)償法是人為地造出一種新的原始誤差，去抵消原來工藝系統(tǒng)中存在的原始誤差，盡量使兩者大小相等、方向相反而達(dá)到使誤差抵消得盡可能徹底的目的。三、誤差分組法誤差分組法是把毛坯或上工序加工的工件尺寸經(jīng)測(cè)量按大小分為n組，每組尺寸誤差就縮減為原來的1/n。然后按各組的誤差范圍分別調(diào)整刀具位置，使整批工件的尺寸分散范圍大大縮小。98圖7－38反拉法切削細(xì)長(zhǎng)軸

a)正向進(jìn)給b)反向進(jìn)給99圖7－39通過導(dǎo)軌凸起補(bǔ)償橫梁變形100四、誤差轉(zhuǎn)移法誤差轉(zhuǎn)移法就是把原始誤差從誤差敏感方向轉(zhuǎn)移到誤差的非敏感方向。例如圖7-41，轉(zhuǎn)塔車床的轉(zhuǎn)位刀架采用“立刀”安裝法;圖7-42所示為利用鏜模進(jìn)行鏜孔，主軸與鏜桿浮動(dòng)聯(lián)接。五、就地加工法全部零件按經(jīng)濟(jì)精度制造，然后裝配成部件或產(chǎn)品，且各零部件之間具有工作時(shí)要求的相對(duì)位置，最后以一個(gè)表面為基準(zhǔn)加工另一個(gè)有位置精度要求的表面，實(shí)現(xiàn)最終精加工，這就是“就地加工”法，也稱自身加工修配法。六、誤差均分法誤差均分法就是利用有密切聯(lián)系的表面之間的相互比較和相互修正或者利用互為基準(zhǔn)進(jìn)行加工，以達(dá)到很高的加工精度。101圖7－41立軸轉(zhuǎn)塔車床刀架轉(zhuǎn)位誤差的轉(zhuǎn)移102表面質(zhì)量的形成及影響因素4.7

影響加工表面粗糙度的工藝因素TechnologicalFactorsInfluencingRoughness103一.概述

機(jī)器零件的機(jī)械加工質(zhì)量，除了加工精度之外，表面質(zhì)量也是極其重要而不容忽視的一個(gè)方面。產(chǎn)品的工作性能，尤其是它的可靠性、耐久性、在很大程度上取決于其主要零件的表面質(zhì)量。

機(jī)械加工的表面不可能是理想的光滑表面，而是存在著表面粗糙度、波度等表面幾何形狀誤差以及劃痕、裂紋等表面缺陷的。表面層的材料在加工時(shí)也會(huì)產(chǎn)生物理性質(zhì)的變化，有些情況下還會(huì)產(chǎn)生化學(xué)性質(zhì)的變化，該層總稱為加工變質(zhì)層1041.切削加工表面粗糙度的形成在切削加工表面上，垂直于切削速度方向的粗糙度稱為橫向粗糙度，在切削速度方向上測(cè)量的粗糙度稱為縱向粗糙度。一般來說，橫向粗糙度較大，它主要由幾何因素和物理因素兩方面形成，縱向粗糙度則主要由物理因素形成。4.7.1切削加工表面粗糙度影響因素

1054.7.1切削加工表面粗糙度影響因素

圖4-60車削時(shí)殘留面積的高度直線刃車刀（圖4-60a）（4-31）圓弧刃車刀（圖4-60b）（4-32）影響因素：fκrRmaxvfⅠⅡrεb）RmaxⅠⅡfa）vf切削殘留面積1)幾何因素106（2）物理因素：

在切削過程中刀具的刃口圓角及后面的擠壓與摩擦使金屬材料發(fā)生塑性變形而使理論殘留面積擠歪或溝紋加深，因而增大了表面粗糙度。圖中的表面實(shí)際輪廓形狀由幾何因素與物理因素綜合形成，因而與由純幾何因素所形成的理論輪廓有較大的差別。加工后表面的實(shí)際輪廓和理論輪廓107107積屑瘤成因◆

一定溫度、壓力作用下，切屑底層與前刀面發(fā)生粘接◆粘接金屬嚴(yán)重塑性變形，產(chǎn)生加工硬化滯留—粘接—長(zhǎng)大積屑瘤形成過程切屑刀具圖3-23積屑瘤積屑瘤

積屑瘤形成后并不是穩(wěn)定不變的，而是不斷地形成、長(zhǎng)大，然后粘附在切屑上被帶走或留在工件上，所以形狀不規(guī)則，由于積屑瘤硬度比較高，可以代替切屑刃切削，所以會(huì)在加工表面形成高低不平的劃痕，增大工件表面粗糙度值，此外殘留在工件上的也增大了粗糙度108鱗刺是已加工表面上出現(xiàn)的鱗片狀毛刺般的缺陷。加工中出現(xiàn)鱗刺是由于切屑在前刀面上的摩擦作用造成周期性地停留，代替刀具推擠切削層，造成切削層與工件之間出現(xiàn)撕裂現(xiàn)象，如圖所示。如此連續(xù)發(fā)生，就在加工表面上出現(xiàn)一系列的鱗刺，構(gòu)成已加工表面的縱向粗糙度。鱗刺的出現(xiàn)并不依賴于切屑瘤，但切屑瘤的存在會(huì)影響鱗刺的生成。鱗刺的產(chǎn)生1092、降低表面粗糙度的措施由幾何因素引起的粗糙度過大，可通過減小切削層殘留面積來解決。減小進(jìn)給量、刀具的主、副偏角，增大刀尖園角半徑，均能有效地降低表面粗糙度;由物理因素引起的粗糙度過大，主要應(yīng)采取措施減少加工時(shí)的塑性變形，避免產(chǎn)生刀瘤和鱗刺，對(duì)此影響最大的是切削速度和被加工材料的性能。110切削速度v的影響從實(shí)驗(yàn)知道，v愈高，切削過程中切屑和加工表面的塑性變形程度就愈輕，因而粗糙度也愈小。刀瘤和鱗刺都在較低的速度范圍產(chǎn)生，此速度范圍隨不同的工件材料、刀具材料、刀具前角等變化。采用較高的切削速度常能防止刀瘤、鱗刺的產(chǎn)生。圖所示即為不同速度對(duì)表面粗糙度的關(guān)系曲線。實(shí)線表示只受塑性變形影響，虛線表示受刀瘤影響時(shí)的情況。切削速度對(duì)表面粗糙度的影響111一般來說，韌性較大的塑性材料，加工后粗糙度愈大;脆性材料的加工粗糙度比較地接近理論粗糙度。對(duì)于同樣的材料，晶粒組織愈是粗大，加工后的粗糙度也愈大;因此為了降低加工后的表面祖糙度，常在切削加工前進(jìn)行調(diào)質(zhì)或正火處理，以得到均勻細(xì)密的晶粒組織和較高的硬度。被加工材料的性能112磨削加工后的表面粗糙度磨削加工與切削加工有許多不同處，從幾何因素看，砂輪上的磨削刃形狀和分布很不均勻、很不規(guī)則，且隨著砂輪工作表面的修正、磨粒的磨耗不斷改變;磨削加工表面是由砂輪上大量的磨粒刻劃出的無數(shù)極細(xì)的溝槽形成的;在磨削過程中由于磨粒大多具有很大的負(fù)前角，所以產(chǎn)生了比切削加工大得多的塑性變形。磨粒在工件上的刻痕4.7.2磨削加工表面粗糙度影響因素

113影響磨削表面粗糙度的主要因素有：⑴砂輪的粒度

砂輪的粒度愈細(xì)，則砂輪工作表面的單位面積上的磨粒數(shù)愈多，因而在工件上的刻痕也愈密而細(xì)，所以粗糙度愈小。但是粗粒度砂輪如果經(jīng)過細(xì)修整，在磨粒上車出微刃后也能加工出低粗糙度表面。磨粒上的微刃114(2)砂輪的修整修整砂輪的金剛石工具愈鋒利，修整導(dǎo)程愈小，修整深度愈小，表面粗糙度值愈小。(3)砂輪速度提高砂輪速度可以顯著降低工件表面粗糙度。砂輪速度對(duì)比表面粗糙度的影響115(4)磨削切深與工件速度增大磨削切深和工件速度將增加塑性變形的程度，從而增大粗糙度。

磨削切深對(duì)表面粗糙度的影響工件速度對(duì)表面粗糙度的影響1164.8

影響表層金屬力學(xué)化學(xué)性能的工藝因素TechnologicalFactorsInfluencingPhysicsPropertiesofSurfaceLayer117加工過程中工件由于受到切削力、切削熱的作用，其表面層的物理機(jī)械性能會(huì)產(chǎn)生很大的變化;最主要的變化是表面層的微觀硬度變化、金相組織變化和在表面層中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。下面分別對(duì)加工后的表面強(qiáng)化、表面金相組織變化和殘余應(yīng)力加以闡述。118（一）加工表面強(qiáng)化切削(磨削)過程中表面層產(chǎn)生的塑性變形使晶體間產(chǎn)生剪切滑移，晶格嚴(yán)重扭曲，并產(chǎn)生晶粒的拉長(zhǎng)、破碎和纖維化，引起材料的強(qiáng)化，這時(shí)它的強(qiáng)度和硬度都提高了，這就是冷作硬化現(xiàn)象。4.8.1影響表面冷作硬化的因素

119表面層的硬化程度主要以冷硬層的深度h、表面層的顯微硬度H以及硬化程度N表示，其中:(式中為基體材料的硬度)切削加工后表面層的冷作硬化120影響冷作硬化的主要因素(1)刀具的影響刀具的前角、刃口圓角和后刀面的磨損量對(duì)于冷硬層有很大的影響;前角減小，刃口及后刀面的磨損量增大時(shí)，冷硬層深度和硬度也隨之增大。121(2)切削用量的影響v增大，硬化層深度和硬度都有所減小，這是由于一方面切削速度會(huì)使溫度增高，有助于冷硬的回復(fù)，另方面由于v大，刀具與工件接觸時(shí)間短，塑性變形程度減小;進(jìn)給量f增大時(shí)，切削力增大，塑性變形程度也增大，因此硬化現(xiàn)象增大。進(jìn)給量f較小時(shí)，由于刀具的刃口圓角在加工表面單位長(zhǎng)度上的擠壓次數(shù)增多，因此現(xiàn)象也會(huì)增大。切削速度與進(jìn)給量對(duì)冷作硬化的影響(3)被加工材料的影響硬度愈小，塑性愈大的材料切削后的冷硬現(xiàn)象愈嚴(yán)重。122切削加工中由于切削熱的作用，加工表面層會(huì)產(chǎn)生金相組織的變化;磨削加工由于磨削速度高，大部分磨粒帶有很大的負(fù)前角，磨粒除了切削作用外，很大程度是在刮擦擠壓工件表面，因而產(chǎn)生的磨削熱比切削時(shí)大得多。加之，磨削時(shí)約有70%以上的熱量瞬時(shí)進(jìn)入工件，只有小部分通過切屑、砂輪、冷卻液、大氣帶走，致使磨削時(shí)工件表面層溫度比切削時(shí)高得多，表面層的金相組織產(chǎn)生更為復(fù)雜的變化，直接影響了零件的使用性能。4.8.2金相組織變化的影響

1231、磨削時(shí)工件表面層的溫度磨削時(shí)在砂輪磨削區(qū)內(nèi)有數(shù)個(gè)磨粒同時(shí)進(jìn)行磨削，磨粒磨削點(diǎn)的溫度非常高，一般均超過1000℃，這樣高的溫度發(fā)生在微小的磨粒點(diǎn)上，隨后以極高的速度向周圍傳導(dǎo)，形成砂輪磨削區(qū)的溫度

，該溫度直接決定了工件表面層的溫度分布，工件表面的熱變質(zhì)層亦由此產(chǎn)生。砂輪磨削區(qū)溫度與磨粒磨削點(diǎn)溫度工件表面層溫度分布1242、磨削表面層的金相組織變化磨削表面層溫度一般高于500～600℃

，某些情況下甚至可以達(dá)到700℃

以上，這樣就在工件表面層產(chǎn)生了金相組織的變化;強(qiáng)度硬度降低，是工件表層氧化而顯現(xiàn)出不同的氧化膜顏色，稱之為磨削燒傷磨削表面的金相組織變化程度與工件材料、磨削溫度、加熱時(shí)間等因素有關(guān),磨削淬火鋼時(shí)，在工件表面形成的瞬時(shí)高溫將使表層金屬產(chǎn)生三種金相組織變化：回火燒傷，淬火燒傷，退火燒傷。1253．減輕磨削熱損傷的途徑減輕表面層磨削熱損傷的途徑是：①盡量減少磨削時(shí)產(chǎn)生的磨削熱;②迅速將磨削熱傳走，以降低工件表面層的溫度。具體措施有：（1）改善砂輪的磨削性能，減小磨削熱的產(chǎn)生

1）合理選擇砂輪：一般選擇的砂輪應(yīng)使在磨削過程中具有自銳能力（即沙粒磨鈍后自動(dòng)破碎產(chǎn)生新的鋒利的切削刃或自動(dòng)從砂輪粘結(jié)劑處脫落的能力)，砂輪應(yīng)不致產(chǎn)生粘屑堵塞現(xiàn)象。1262)增大磨削刃間距增大磨削刃間距，可以使砂輪和工件間斷接觸，這樣不僅改善了散熱條件，而且工件受熱時(shí)間縮短，金相組織轉(zhuǎn)變來不及進(jìn)行，因此能夠大大地減少工件表面的熱損傷程度。例如生產(chǎn)中用粗修整砂輪、松組織砂輪來解決燒傷問題常是很見效的。開槽砂輪127（2）正確選用磨削用量磨削用量的選用應(yīng)在保證表面層質(zhì)量的前提下盡量不影響生產(chǎn)效率和表面粗糙度;降低砂輪速度也能減少表面層的熱損傷，但因?yàn)榻档蜕拜喫俣葧?huì)影響生產(chǎn)效率，故一般不常采用;若在提高砂輪速度的同時(shí)相應(yīng)提高工件速度，可以避免燒傷。工件和砂輪速度的無燒傷臨界比值曲線128(3)提高冷卻效果具體改進(jìn)措施有：1)采用高壓大流量冷卻不但能增強(qiáng)冷卻作用，而且還可對(duì)砂輪表面進(jìn)行沖洗，使其空隙不易被切屑堵塞;如有的磨床使用的冷卻液流量3.7L/s，壓力為0.8～1.2Mpa。機(jī)床帶有防護(hù)罩，防止冷卻液飛濺。129內(nèi)冷卻裝置1—錐形蓋2－通道孔3－砂輪中心腔4－有徑向小孔的薄壁套2)采用內(nèi)冷卻砂輪是多孔隙能滲水的。冷卻液引到砂輪中孔后靠離心力的作用甩出，從而使冷卻液可以直接冷卻磨削區(qū)，起到有效的冷卻作用。內(nèi)冷卻的工作原理參見圖。130當(dāng)切削及磨削過程中加工表面層相對(duì)基體材料發(fā)生形狀、體積變化或金相組織變化時(shí);在加工后表面層中將殘留有應(yīng)力，應(yīng)力大小隨深度而變化;其最外層的應(yīng)力和表面層與基體材料的交界處(以下簡(jiǎn)稱里層)的應(yīng)力符號(hào)相反，并相互平衡。其產(chǎn)生原因主要可歸納為以下三方面：4.8.3表面殘余應(yīng)力1311）冷塑性變形的影響加工時(shí)在切削力的作用下，已加工表面層受拉應(yīng)力產(chǎn)生伸長(zhǎng)塑性變形，表面積趨向增大，此時(shí)里層處彈性變形狀態(tài)下(見圖);冷塑性變形產(chǎn)生的殘余應(yīng)力當(dāng)切削力去除后里層金屬趨向復(fù)原，但受到已產(chǎn)生塑性變形的表面層的限制，回復(fù)不到原狀，因而在表面層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，里層則為拉應(yīng)力與之相平衡。132（2）熱塑性變形的影響表面層在切削熱的作角下產(chǎn)生熱膨脹，此時(shí)基體溫度較低;因此表面層熱膨脹受基體的限制產(chǎn)生熱壓縮應(yīng)力。當(dāng)表面層的溫度超過材料的彈性變形范圍時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生熱塑性變形。熱塑性變形產(chǎn)生的殘余應(yīng)力133（3）金相組織變化的影響切削時(shí)產(chǎn)生的高溫會(huì)引起表面層的相變;由于不同的金相組織有不同的比重，表面層金相組織變化的結(jié)果造成了體積的變化;表面層體積膨脹時(shí)，因?yàn)槭艿交w的限制，產(chǎn)生了壓應(yīng)力。反之表面層體積縮小，則產(chǎn)生拉應(yīng)力。由熱塑性變形產(chǎn)生的殘余拉應(yīng)力圖解134在加工過程中影響表面質(zhì)量的因素是非常復(fù)雜的，為了獲得要求的表面質(zhì)量，就必須對(duì)加工方法、切削參數(shù)進(jìn)行適