第4章機(jī)械加工精度與表面質(zhì)量20160911

第4章機(jī)械加工精度與表面質(zhì)量機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制本章主要介紹各種原始誤差對(duì)加工精度的影響和解決方法，闡述機(jī)械加工表面質(zhì)量的基本概念，分析影響表面質(zhì)量的各種因素及其對(duì)機(jī)械零件以及整臺(tái)機(jī)器的使用性能和使用壽命的影響。簡(jiǎn)單介紹機(jī)械加工中的振動(dòng)和熱效應(yīng)問題。第4章機(jī)械加工精度與表面質(zhì)量教學(xué)目標(biāo)：目的是使學(xué)生理解加工精度的基本概念，了解影響加工精度的主要因素，能運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析法進(jìn)行零件加工質(zhì)量和廢品率分析，提出提高加工精度的措施。理解和掌握表面質(zhì)量的一些基本概念，學(xué)會(huì)分析表面質(zhì)量的方法，能采取改善表面質(zhì)量的工藝措施，解決生產(chǎn)實(shí)際問題。第4章機(jī)械加工精度與表面質(zhì)量教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：工藝系統(tǒng)的各種原始誤差及其對(duì)加工精度的影響；工藝系統(tǒng)受力變形產(chǎn)生的誤差；機(jī)械加工振動(dòng)、熱變形和殘余應(yīng)力產(chǎn)生機(jī)理及其導(dǎo)致的誤差保證和提高加工精度及表面質(zhì)量的途徑第4章機(jī)械加工精度與表面質(zhì)量案例導(dǎo)入：分析如圖4.1所示零件，圖中有哪些尺寸、形狀位置精度以及表面質(zhì)量要求，加工過程中機(jī)床、夾具、刀具和工件怎樣影響它們，我們需要采取什么方法和措施才能較好的保證這些加工精度？第4章機(jī)械加工精度與表面質(zhì)量圖4.1階梯軸簡(jiǎn)圖第4章機(jī)械加工精度與表面質(zhì)量4.1概述4.2工藝系統(tǒng)的幾何精度對(duì)加工精度的影響4.3工藝系統(tǒng)的受力變形對(duì)加工精度的影響4.4機(jī)械加工表面質(zhì)量4.5機(jī)械加工過程中的振動(dòng)4.6機(jī)械加工過程中的熱變形4.7加工質(zhì)量的統(tǒng)計(jì)分析方法與應(yīng)用4.8實(shí)訓(xùn)4.9習(xí)題4.1概述4.1.1機(jī)械加工精度4.1.2影響機(jī)械加工精度的因素4.1.3誤差的敏感方向4.1.4研究加工精度的方法4.1概述現(xiàn)代制造技術(shù)在日新月異地發(fā)展，新技術(shù)新工藝也在不斷涌現(xiàn)，

但現(xiàn)代制造工藝的一些基本理論卻是基本不變的，它們也是我們進(jìn)一步學(xué)習(xí)和研究現(xiàn)代制造工藝技術(shù)的基礎(chǔ)。機(jī)械加工精度表面質(zhì)量理論振動(dòng)熱效應(yīng)理論。機(jī)械加工質(zhì)量的含義機(jī)械加工質(zhì)量4.1.1機(jī)械加工精度機(jī)械加工精度是指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)(尺寸、形狀和表面間的相互位置)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。在機(jī)械加工過程中，由于各種因素的影響，使得加工出的零件，不可能與理想的要求完全符合。機(jī)械加工質(zhì)量4.1.1機(jī)械加工精度零件的加工精度包含三方面的內(nèi)容：尺寸精度、形狀精度和位置精度。這三者之間是有聯(lián)系的。通常形狀公差應(yīng)限制在位置公差之內(nèi)，而位置誤差一般也應(yīng)限制在尺寸公差之內(nèi)。當(dāng)尺寸精度要求高時(shí)，相應(yīng)的位置精度、形狀精度也要求高。但形狀精度要求高時(shí)，相應(yīng)的位置精度和尺寸精度有時(shí)不一定要求高。機(jī)械加工誤差的關(guān)系尺寸精度獲得方法形狀精度的獲得方法位置精度的獲得方法機(jī)械表面加工質(zhì)量表面完整性-磨削后表面輪廓的掃描電鏡(SEM_ScanningElectronMicroscope)照片

表面粗糙度—波長/波高＜50

波度—波長/波高=50～1000；且具有周期特性宏觀幾何形狀誤差（平面度、圓度等）—波長/波高＞1000

紋理方向－表面刀紋形式表面缺陷－如劃痕、砂眼、氣孔、裂紋等是加工表面?zhèn)€別位置出現(xiàn)的缺陷

a）波度b）表面粗糙度零件加工表面的粗糙度與波度RZλHλRZ加工紋理方向及其符號(hào)標(biāo)注機(jī)械加工表面機(jī)械加工表面層的物理機(jī)機(jī)械性能機(jī)械加工表面質(zhì)量

對(duì)零件使用性能的影響表面質(zhì)量對(duì)使用性能的影響表面質(zhì)量對(duì)使用性能的影響表面質(zhì)量對(duì)使用性能的影響表面質(zhì)量對(duì)使用性能的影響表面質(zhì)量對(duì)使用性能的影響表面質(zhì)量對(duì)使用性能的影響表面質(zhì)量對(duì)使用性能的影響表面質(zhì)量對(duì)使用性能的影響機(jī)床夾具刀具工件工藝系統(tǒng)機(jī)械加工精度1原始誤差與加工誤差工藝系統(tǒng)：機(jī)床、夾具、刀具和工件等組成的系統(tǒng)。

原始誤差：工藝系統(tǒng)的誤差，是直接引起加工誤差的原因。加工誤差：工藝系統(tǒng)誤差導(dǎo)致的結(jié)果

原始誤差

加工前誤差加工中誤差加工后誤差調(diào)整誤差機(jī)床誤差刀具制造誤差?yuàn)A具誤差工件裝夾誤差工藝系統(tǒng)受力變形刀具磨損殘余應(yīng)力引起變形測(cè)量誤差工藝系統(tǒng)熱變形工藝系統(tǒng)靜誤差

工藝系統(tǒng)動(dòng)誤差原理誤差41研究加工精度的方法

運(yùn)用物理學(xué)和力學(xué)原理，分析研究某一個(gè)或某幾個(gè)因素對(duì)加工精度的影響。

通過分析、計(jì)算、測(cè)試、實(shí)驗(yàn)，得出單因素與加工誤差間的關(guān)系。

以生產(chǎn)一批工件的實(shí)例結(jié)果為基礎(chǔ)，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。用以控制工藝過程的正常進(jìn)行，當(dāng)發(fā)生質(zhì)量問題時(shí)可以從中判斷誤差性質(zhì)，找出誤差出現(xiàn)的規(guī)律。1、單因素分析法2、統(tǒng)計(jì)分析法實(shí)際生產(chǎn)中，兩種方法常常結(jié)合應(yīng)用。先用統(tǒng)計(jì)分析法尋找誤差的出現(xiàn)規(guī)律，初步判斷加工誤差的可能原因，再適用單因素法進(jìn)行分析，試驗(yàn)，以便迅速有效地找出影響加工精度的主要原因。2影響加工精度的因素（１）原理誤差

由于采用了近似的加工運(yùn)動(dòng)或近似的刀具輪廓而產(chǎn)生的誤差。如用阿基米德蝸桿近似地代替漸開線蝸桿的原理誤差；用齒輪模數(shù)銑刀對(duì)齒輪表面成形銑削；另外車床車削模數(shù)螺紋，由于傳動(dòng)鏈不能直接產(chǎn)生π，只能近似，由此而產(chǎn)生螺距就是原理誤差而造成的。影響加工精度的因素（２）機(jī)床誤差（一）主軸回轉(zhuǎn)誤差（二）導(dǎo)軌誤差（三）傳動(dòng)鏈誤差機(jī)床的制造精度、安裝精度和使用過程中的磨損是機(jī)床誤差的根源。（一）機(jī)床導(dǎo)軌誤差

機(jī)床導(dǎo)軌副是機(jī)床中確定各主要部件位置關(guān)系的基準(zhǔn)，是實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)的主要部件。機(jī)床導(dǎo)軌的精度要求主要有以下三個(gè)方面：①導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差1②導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差2③前后導(dǎo)軌的平行度誤差（扭曲度）345.導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差1

此項(xiàng)誤差使刀尖在水平面內(nèi)產(chǎn)生位移Δy

,造成工件在半徑方向的誤差ΔRy(這時(shí)ΔRy=Δy),使工件表面產(chǎn)生圓柱度誤差.導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差2

∴ΔRz≈Δz2／(2R0),設(shè)Δy=Δz=0.1mm,R0=20mm則：ΔRy=Δy=0.1mm,ΔRz=0.1/400mm,→→

ΔRy＝400ΔRz.48誤差敏感方向

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。如圖所示車刀加工ΔRΔYRＯYR0ya）誤差敏感方向RΔR=ΔyＯYR0yb）

前后導(dǎo)軌的平行度誤差（扭曲度）3

由于導(dǎo)軌發(fā)生了扭曲,使刀尖相對(duì)于工件在水平和垂直兩個(gè)方向上產(chǎn)生偏移.設(shè)車床中心高為H,導(dǎo)軌寬度為B,則導(dǎo)軌扭曲量Δ引起工件半徑的變化量ΔRy為:

通常,車床H/B≈2/3；外圓磨床H/B≈1,可見此項(xiàng)誤差對(duì)加工精度影響很大,會(huì)導(dǎo)致工件產(chǎn)生圓柱度誤差.502、導(dǎo)軌導(dǎo)向精度的影響因素

1）導(dǎo)軌的制造誤差

2）導(dǎo)軌的安裝誤差：對(duì)長度較長的龍門刨床、龍門銑床和導(dǎo)軌磨床。他們的床身導(dǎo)軌為一細(xì)長結(jié)構(gòu)、剛性較差，在本身自重作用下就容易變形，若安裝不正確或地基不良，都會(huì)造成導(dǎo)軌彎曲變形。

3)導(dǎo)軌的磨損：由于使用程度不同及受力不均，機(jī)床使用一段時(shí)間后，導(dǎo)軌全長上各段的磨損量不等。并且在同一橫截面上個(gè)導(dǎo)軌面的磨損量也不相等。513、提高導(dǎo)軌導(dǎo)向精度的措施制造誤差——

機(jī)床設(shè)計(jì)制造時(shí)，應(yīng)從結(jié)構(gòu)、潤滑、防護(hù)裝置、采取措施提高導(dǎo)向精度。安裝誤差——

機(jī)床安裝時(shí)，應(yīng)校正好水平和保證地基質(zhì)量。磨損誤差——

使用時(shí)，注意調(diào)整導(dǎo)軌配合間隙，同時(shí)保證良好的潤滑和維護(hù)。52（二）主軸的回轉(zhuǎn)誤差

1．回轉(zhuǎn)精度：機(jī)床主軸在回轉(zhuǎn)時(shí)實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線對(duì)理想回轉(zhuǎn)軸線的相符合程度。

回轉(zhuǎn)誤差：機(jī)床主軸在回轉(zhuǎn)時(shí)實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線對(duì)理想回轉(zhuǎn)軸線的漂移。機(jī)床主軸是用來裝加工件或刀具，并傳遞主要切削運(yùn)動(dòng)的重要零件，其回轉(zhuǎn)精度主要影響零件加工表面的幾何形狀精度，位置精度和表面粗糙度。2．誤差產(chǎn)生原因：由于主軸部件中軸承、軸頸、軸承座孔等的制造誤差和配合質(zhì)量，潤滑條件，以及回轉(zhuǎn)時(shí)的動(dòng)力因素的影響。瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線的空間位置在周期性變化。3．理想回轉(zhuǎn)軸線：客觀存在，但無法確定，通常是以平均回轉(zhuǎn)軸線來代替。534．分類：b）端面圓跳動(dòng)a）徑向圓跳動(dòng)c）傾角擺動(dòng)主軸回轉(zhuǎn)誤差基本形式5.主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度的影響565.主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度的影響★

主軸徑向圓跳動(dòng)對(duì)加工精度的影響（鏜孔）考慮最簡(jiǎn)單的情況，主軸回轉(zhuǎn)中心在y方向上作簡(jiǎn)諧直線運(yùn)動(dòng)，其頻率與主軸轉(zhuǎn)速相同，幅值為2e。則刀尖的坐標(biāo)值為：e徑向跳動(dòng)對(duì)鏜孔精度影響式中R——刀尖回轉(zhuǎn)半徑；

φ——主軸轉(zhuǎn)角。顯然，鏜出的孔為一橢圓。5758徑向跳動(dòng)對(duì)車外圓精度影響12345678仍考慮最簡(jiǎn)單的情況，主軸回轉(zhuǎn)中心在y方向上作簡(jiǎn)諧直線運(yùn)動(dòng)，其頻率與主軸轉(zhuǎn)速相同，幅值為2e。則刀尖運(yùn)動(dòng)軌跡接近于正圓。

結(jié)論：主軸徑向跳動(dòng)對(duì)車外圓時(shí)，基本不影響加工表面的加工誤差e★

主軸徑向圓跳動(dòng)對(duì)加工精度的影響（車外圓）5960★

主軸端面圓跳動(dòng)對(duì)加工精度的影響被加工端面不平，與圓柱面不垂直；加工螺紋時(shí)，產(chǎn)生螺距周期性誤差?！鳔选?/p>

主軸端面圓跳動(dòng)對(duì)加工精度的影響主軸角度擺動(dòng)對(duì)加工誤差的影響與主軸徑向跳動(dòng)對(duì)加工誤差的影響相似，主要區(qū)別在于主軸的角度擺動(dòng)不僅影響工件加工表面的圓度誤差，而且影響工件加工表面的圓柱度誤差?！鲌A柱只有圓柱度誤差，沒有圓度誤差△圓柱既有圓柱度誤差，又有圓度誤差△圓主軸角度擺動(dòng)63AB6、影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素圖1軸徑不圓引起車床主軸徑向跳動(dòng)★滑動(dòng)軸承鏜床類機(jī)床（圖2）——切削力隨主軸回轉(zhuǎn)而回轉(zhuǎn)，主軸徑總是以固定部位與軸承孔內(nèi)表面的不同部位接觸，因此軸承孔的圓度對(duì)主軸回轉(zhuǎn)精度影響最大，軸頸圓度影響不大。圖2軸承孔不圓引起鏜床主軸徑向跳動(dòng)車床類機(jī)床（圖1）——切削力的方向大體不變，主軸軸頸以不同的部位與軸承內(nèi)孔的某一固定部位相接觸。因此影響主軸回轉(zhuǎn)精度的，主要是軸承處主軸軸頸的圓度，軸承孔的圓度影響不大。1）軸承誤差的影響643）與軸承配合的零件誤差的影響2）軸承間隙的影響軸承間隙對(duì)回轉(zhuǎn)精度也有影響，如軸承間隙過大，會(huì)使主軸工作時(shí)油膜厚度增大．油膜承載能力降低，當(dāng)工作條件(載荷、轉(zhuǎn)速等)變化時(shí)，油楔厚度變化較大，主軸軸線漂移量增大。

由于軸承內(nèi)、外圈或軸瓦很薄，受力后容易變形，因此與之相配合的軸頸或箱體支承孔的圓度誤差，會(huì)使軸承圈或軸瓦發(fā)生變形而產(chǎn)生圓度誤差。與軸承圈端面配合的零件如軸肩、過渡套、袖承端蓋、螺母等的有關(guān)端面，如果有平面度誤差或與主軸回轉(zhuǎn)軸線不垂直，會(huì)使軸承圈滾道傾斜，造成主軸回轉(zhuǎn)軸線的徑向、軸向漂移。箱體前后支承孔、主軸前后支承軸頸的同軸度會(huì)使軸承內(nèi)外圈滾道相對(duì)傾斜，同樣也會(huì)引起主軸回轉(zhuǎn)軸線的漂移。654）主軸轉(zhuǎn)速的影響

由于主軸部件質(zhì)量不平衡、機(jī)床各種隨機(jī)振動(dòng)以及回轉(zhuǎn)軸線的不穩(wěn)定隨主軸轉(zhuǎn)速增加而增加，使主軸在某個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的回轉(zhuǎn)精度較高，超過這個(gè)范圍時(shí)，誤差就較大。5）主軸系統(tǒng)的徑向不等剛度和熱變形

主軸系統(tǒng)的剛度，在不同方向上往往不等，當(dāng)主軸上所受外力方向隨主軸回轉(zhuǎn)而變化時(shí)，就會(huì)因變形不一致而使主軸軸線漂移。機(jī)床工作時(shí)，主軸系統(tǒng)的溫度將升高，使主軸軸向膨脹和徑向位移。由于軸承徑向熱變形不相等，前后軸承的熱變形也不相同，在裝卸工件和進(jìn)行測(cè)量時(shí)主軸必須停車而使溫度發(fā)生變化，這些都會(huì)引起主軸回轉(zhuǎn)軸線的位置變化和漂移而影響主軸回轉(zhuǎn)精度。667、提高主軸回轉(zhuǎn)精度的措施1）提高主軸部件的制造精度首先應(yīng)提高軸承的回轉(zhuǎn)精度．其次是提高箱體支承孔、主軸軸頸和與軸承相配合有關(guān)表面的加工精度。此外，還可在裝配時(shí)先測(cè)出滾動(dòng)軸承及主軸錐孔的徑向圓跳動(dòng)，然后調(diào)節(jié)徑向圓跳動(dòng)的方位，使誤差相互補(bǔ)償或抵消，以減少軸承誤差對(duì)主軸回轉(zhuǎn)精度的影響。2）對(duì)滾動(dòng)軸承進(jìn)行預(yù)緊，消除間隙

對(duì)滾動(dòng)軸承適當(dāng)預(yù)緊以消除間隙，甚至產(chǎn)生微量過盈．由于軸承內(nèi)外圈和滾動(dòng)體彈性變形的相互制約，既增加了軸承剛度，又對(duì)軸承內(nèi)外圈滾道和滾動(dòng)體的誤差起均化作用，因而可提高主軸的回轉(zhuǎn)精度。673）使主軸回轉(zhuǎn)誤差不反映到工件上（誤差轉(zhuǎn)移）

直接保證工件在加工過程中的回轉(zhuǎn)精度而不依賴于主軸，是保證工件形狀精度的最簡(jiǎn)單而又有效的方法。如采用兩固定頂尖支承磨削外圓柱面。在鏜床上加工箱體類零件孔。采用前后導(dǎo)向套的鏜模。68（三）機(jī)床傳動(dòng)誤差1．傳動(dòng)鏈精度（誤差）傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)誤差是指內(nèi)聯(lián)系的傳動(dòng)鏈中首末兩端傳動(dòng)元件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的誤差，它是螺紋、齒輪、蝸輪及其它按展成原理加工時(shí)，影響加工精度的主要因素。例.

用滾齒機(jī)加工直齒輪時(shí)，要求滾刀和工件之間具有嚴(yán)格的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。即：滾刀轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，工件轉(zhuǎn)過一個(gè)齒，這種運(yùn)動(dòng)關(guān)系是由刀具與工件的傳動(dòng)鏈來保證的。當(dāng)傳動(dòng)鏈中各傳動(dòng)元件如齒輪、蝸輪、蝸桿、絲桿、螺母等有制造誤差，裝配誤差和磨損時(shí)，就會(huì)破壞正確的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，是被加工工件產(chǎn)生誤差。例如Y3150E范成鏈第一對(duì)齒輪有轉(zhuǎn)角誤差時(shí)，傳到工件的誤差為：

2.減小傳動(dòng)鏈誤差的措施：①采用降速傳動(dòng)，前端誤差被縮小。②減少傳動(dòng)鏈中的元件數(shù)目，即縮短傳動(dòng)鏈，可以減少誤差來源。③提高傳動(dòng)元件特別是末端元件的制造和裝配精度，可減少傳動(dòng)鏈誤差④減小末端傳動(dòng)副的傳動(dòng)比，有利于提高傳動(dòng)精度。⑤消除間隙可以可減小反向死區(qū)對(duì)運(yùn)動(dòng)精度的影響。（３）調(diào)整誤差

調(diào)整——使刀具切削刃與工件定位基準(zhǔn)間在從切削開始到切削終了都保持正確的相對(duì)位置。包括機(jī)床，夾具，刀具的調(diào)整→誤差。不同的方式，產(chǎn)生誤差原因不同。1)

試切法加工的調(diào)整誤差

試切法用于單件小批生產(chǎn)。產(chǎn)生誤差的原因有：度量誤差，加工余量的影響（吃刀量小→打滑現(xiàn)象）和微進(jìn)給誤差（爬行→刀具實(shí)際的移動(dòng)比手輪上轉(zhuǎn)動(dòng)的刻度數(shù)偏大或偏小）。2)調(diào)整法加工的調(diào)整誤差大批大量生產(chǎn)中，采用行程擋塊，靠模，凸輪等機(jī)構(gòu)控制刀具的軌跡和行程。也使用對(duì)刀裝置來調(diào)整刀具與工件的相對(duì)位置。這些裝置和機(jī)構(gòu)的制造精度和調(diào)整精度，以及與它們配合使用的離合器、電器開關(guān)和控制閥等的靈敏度就成了影響調(diào)整誤差的主要因素。

（4）工藝系統(tǒng)受力變形

工藝系統(tǒng)在加工過程中，受到切削力、慣性力、重力、夾緊力等外力的作用。力→→系統(tǒng)變形→→加工誤差。工藝系統(tǒng)的受力變形是機(jī)械加工精度中一項(xiàng)重要的原始誤差。例如：在磨削中，為了消除工藝系統(tǒng)力變形對(duì)加工精度的影響，常采用“無進(jìn)給磨削”或稱“光磨”的辦法，即磨削的最后幾次行程中，砂輪不再向工件進(jìn)刀。雖然不進(jìn)刀，但依然磨出火花。隨著行程次數(shù)的增加，火花逐漸減少，以至消失，火花消失表明工藝系統(tǒng)受力產(chǎn)生的彈性變形得到了恢復(fù)。光磨不但可以保證加工精度，而且有利于降低表面粗糙度。（4）工藝系統(tǒng)受力變形1）工藝系統(tǒng)剛度：加工表面法向切削力與工藝系統(tǒng)的法向變形的比值

工藝系統(tǒng)的總變形量：工藝系統(tǒng)的剛度計(jì)算：工件、刀具的剛度可簡(jiǎn)化后按材料力學(xué)公式進(jìn)行計(jì)算；機(jī)床部件靜剛度主要通過測(cè)定獲得主軸箱剛度：尾座剛度：刀架剛度：靜態(tài)測(cè)定法：

在機(jī)床不工作狀態(tài)，模擬車削時(shí)的受力的受力情況對(duì)機(jī)床施加靜載荷，然后測(cè)出機(jī)床部件在不同載荷下的變形，作出各部件的剛度特性曲線并計(jì)算剛度。74對(duì)一車床進(jìn)行3次加載和卸載循環(huán)，繪制剛度曲線。車床刀架變形曲線Δy（μm）10203040500123F（KN）非線形關(guān)系，不完全是彈性變形加載和卸載曲線不重合，所圍面積表示克服摩擦和接觸塑性變形所作功存在殘余變形，反復(fù)加載卸載后殘余變形→0

機(jī)床部件剛度比按實(shí)體估算值小許多，表明其變形受多種因素影響2）工藝系統(tǒng)變形對(duì)加工精度的影響：①由于工藝系統(tǒng)剛度變化引起的誤差（隨位置變化）考慮工件剛度情況：工藝系統(tǒng)變形對(duì)加工精度的影響例子機(jī)床受力變形引起機(jī)床導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線在垂直面內(nèi)的平行度誤差產(chǎn)生的加工誤差772）工件變形引起的加工誤差工件為懸臂梁時(shí)：加工后工件形狀為：78工件為簡(jiǎn)支梁時(shí)：當(dāng)x=0或x=L時(shí)，yg=0，變形最小當(dāng)x=L/2時(shí)，變形最大，由于工件變形，使工件加工后成鼓形。式中

yg

——工件變形；

E——工件材料彈性模量；

I——工件截面慣性矩；

Fy——工件受到的切削力

x——受力點(diǎn)到支承點(diǎn)的距離

L——工件的長度793、夾緊力、重力、傳動(dòng)力和慣性力引起的加工誤差◆夾緊力影響【例1】薄壁套夾緊變形

解決：加開口套專用卡爪開口過渡環(huán)提高刀具在加工中的剛度孔加工刀具（鉆頭、鉸刀、鏜刀）在使用中，通過增設(shè)附加支承（鉆套、鏜套）來提高刀具剛度.鏜桿nf鏜刀工件鏜套工件鉆頭鉆模板鉆套nf圖4－24薄片工件的磨削毛坯翹曲b)電磁工件臺(tái)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【例2】薄壁工件磨削82【例】龍門銑橫梁龍門銑橫梁變形龍門銑橫梁變形補(bǔ)償◆重力影響解決：變形補(bǔ)償832、切削力大小變化引起的加工誤差

誤差復(fù)映規(guī)律切削加工中，由于毛坯本身的誤差（形狀或位置）使切削深度不斷變化，從而引起切削力的變化，促使工藝系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)的變形，因而工件表面上保留了與毛坯表面類似的形狀和位置誤差，但加工后殘留的誤差比毛坯誤差從數(shù)值上大大減少了，這一現(xiàn)象稱為“誤差復(fù)映”84減少誤差復(fù)映的方法1）增大工藝系統(tǒng)剛度；2）減少進(jìn)給量f，減小切削力；3）增加走刀次數(shù)；4）減小毛坯誤差值。85五、減小受力變形對(duì)加工精度影響措施1）合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)工藝裝備時(shí)，盡量減少連接面數(shù)目，注意剛度的匹配，防止局部低剛度環(huán)節(jié)出現(xiàn)，設(shè)計(jì)基礎(chǔ)件、支承件時(shí)，合理設(shè)計(jì)零部件結(jié)構(gòu)和截面形狀。2）提高連接表面接觸剛度提高機(jī)床部件中零件接合表面的接觸質(zhì)量給機(jī)床部件預(yù)加載荷提高工件定位基準(zhǔn)的精度和降低表面粗糙度值。3）采用輔助支承（中心架，跟刀架，鏜桿支承等）1、提高工藝系統(tǒng)剛度864）采用合理裝夾和加工方式支座零件不同安裝方法2、減小載荷及其變化（5）

工件內(nèi)應(yīng)力對(duì)加工精度影響工件內(nèi)應(yīng)力外部載荷去除后仍殘存在工件內(nèi)部的應(yīng)力為內(nèi)應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力是由于材料內(nèi)部宏觀或微觀的組織發(fā)生不均勻的體積變化而造成。內(nèi)應(yīng)力往往處于一種不穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。在外部因素作用下，內(nèi)應(yīng)力重新分配，工件變形，破壞原有的加工精度。舉例：鑄件殘余應(yīng)力形成過程BAC鑄件：B部分比A、C部分厚A、C部分冷卻快，先凝固；B部分冷卻慢，后凝固。先凝固的A、C部分阻止B部分凝固收縮。B受拉應(yīng)力，A、C受壓應(yīng)力使用時(shí)，A部開口：A內(nèi)壓應(yīng)力消失，B、C內(nèi)應(yīng)力重新分配，鑄件變形89例：機(jī)床床身鑄件，為提高導(dǎo)軌面的耐磨性，采用局部激冷的工藝使他冷卻更快一些，這樣可以獲得高的硬度，但鑄件內(nèi)應(yīng)力更大，導(dǎo)軌表面經(jīng)粗加工刨去一層，引起內(nèi)應(yīng)力重新分布，產(chǎn)生彎曲變形，新平衡過程需較長時(shí)間，導(dǎo)軌精加工后除去大部分變形，但內(nèi)部還在變化，合格的導(dǎo)軌面喪失原有的精度。合理設(shè)計(jì)工件結(jié)構(gòu)：各部壁厚均勻，結(jié)構(gòu)對(duì)稱采取熱處理措施鑄、鍛、焊接零件毛坯在加工前安排時(shí)效、退火和回火；重要零件加工過程中安排時(shí)效：粗、精加工之間安排時(shí)效采取噴丸、振動(dòng)等措施合理安排工藝過程粗、精加工分開時(shí)效處理減小工件內(nèi)應(yīng)力的措施4.5機(jī)械加工過程中的振動(dòng)4.5.1基本概念4.5.2機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動(dòng)4.5.3機(jī)械加工中的自激振動(dòng)4.5.4機(jī)械加工振動(dòng)的控制機(jī)械加工中振動(dòng)的種類及其主要特點(diǎn)機(jī)械加工振動(dòng)自激振動(dòng)自由振動(dòng)強(qiáng)迫振動(dòng)當(dāng)系統(tǒng)受到初始干擾力激勵(lì)破壞了其平衡狀態(tài)后，系統(tǒng)僅靠彈性恢復(fù)力來維持的振動(dòng)稱為自由振動(dòng)。由于總存在阻尼，自由振動(dòng)將逐漸衰減。(占5%)系統(tǒng)在周期性激振力(干擾力)持續(xù)作用下產(chǎn)生的振動(dòng)，稱為強(qiáng)迫振動(dòng)。強(qiáng)迫振動(dòng)的穩(wěn)態(tài)過程是諧振動(dòng)，只要有激振力存在，振動(dòng)系統(tǒng)就不會(huì)被阻尼衰減掉。(占35%)在沒有周期性干擾力作用的情況下，由振動(dòng)系統(tǒng)本身產(chǎn)生的交變力所激發(fā)和維持的振動(dòng)，稱為自激振動(dòng)。切削過程中產(chǎn)生的自激振動(dòng)也稱為顫振。(占65%)a）有阻尼的自由振動(dòng)b）強(qiáng)迫振動(dòng)c）有阻尼的自由振動(dòng)和強(qiáng)迫振動(dòng)的合成一）強(qiáng)迫振動(dòng)的振源系統(tǒng)外部的周期性干擾力旋轉(zhuǎn)零件的質(zhì)量偏心傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的缺陷切削過程的間隙特性二、機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動(dòng)與控制圖1內(nèi)圓磨削振動(dòng)系統(tǒng)a)模型示意圖b）動(dòng)力學(xué)模型c）受力圖1）強(qiáng)迫振動(dòng)是由周期性激振力引起的，不會(huì)被阻尼衰減掉，振動(dòng)本身也不能使激振力變化。2）強(qiáng)迫振動(dòng)的振動(dòng)頻率與外界激振力的頻率相同，而與系統(tǒng)的固有頻率無關(guān)。3）強(qiáng)迫振動(dòng)的幅值既與激振力的幅值有關(guān)，又與工藝系統(tǒng)的特性有關(guān)。①激振力的影響。A0=F/k2、強(qiáng)迫振動(dòng)的特征Ⅰ）當(dāng)λ→0時(shí)，η

→1，λ

＜0.6～0.7，準(zhǔn)靜態(tài)區(qū)，在該區(qū)增加系統(tǒng)靜剛度，可減小振動(dòng)。Ⅱ）當(dāng)λ→

1時(shí)，η

會(huì)急劇增大，此現(xiàn)象稱為共振，0.7＜λ

＜1.4的區(qū)域稱為共振區(qū)，在該區(qū)增大阻尼→共振↓Ⅲ）當(dāng)λ＞＞1時(shí)，η

→0，λ＞1.4區(qū)域稱為慣性區(qū)，在該區(qū)增加振動(dòng)體的質(zhì)量，可減小振動(dòng)振幅。②頻率比λ的影響三、減小強(qiáng)迫振動(dòng)的措施減小激振力調(diào)整振源頻率提高工藝系統(tǒng)的剛度和阻尼采取隔振措施采用減振裝置。3、振動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)剛度

當(dāng)系統(tǒng)在周期性動(dòng)載荷作用下，交變力的幅值與振幅（動(dòng)態(tài)位移）之比稱為系統(tǒng)的動(dòng)剛度。即：

靜剛度k=F/A0是工藝系統(tǒng)本身的屬性，在線性范圍內(nèi)，可以認(rèn)為它與外載荷無關(guān)，動(dòng)剛度kd除與k成正比外，還與系統(tǒng)阻尼、頻率比ζ有關(guān)。靜剛度影響工件的幾何形狀及尺寸精度，動(dòng)剛度影響工件的表面粗糙度。三、機(jī)械加工中的自激振動(dòng)與控制1．自激振動(dòng)的產(chǎn)生及特征在實(shí)際加工過程中，由于偶然的外界干擾（如工件材料硬度不均、加工余量有變化等），會(huì)使切削力發(fā)生變化，從而使工藝系統(tǒng)產(chǎn)生自由振動(dòng)。系統(tǒng)的振動(dòng)必然會(huì)引起工件、刀具間的相對(duì)位置發(fā)生周期性變化，這一變化若又引起切削力的波動(dòng)，則使工藝系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)。因此通常將自激振動(dòng)看成是由振動(dòng)系統(tǒng)（工藝系統(tǒng)）和調(diào)節(jié)系統(tǒng)（切削過程）兩個(gè)環(huán)節(jié)組成的一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。激勵(lì)工藝系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)運(yùn)動(dòng)的交變力是由切削過程本身產(chǎn)生的，而切削過程同時(shí)又受工藝系統(tǒng)的振動(dòng)的控制，工藝系統(tǒng)的振動(dòng)一旦停止，動(dòng)態(tài)切削力也就隨之消失。圖自激振動(dòng)系統(tǒng)的組成（2）自激振動(dòng)的特征自激振動(dòng)特點(diǎn)不衰減的振動(dòng)它由振動(dòng)過程本身引起切削力周期性變化，從不具備交變特性的能源中周期獲得能量，使振動(dòng)得以維持。自激振動(dòng)由振動(dòng)系統(tǒng)本身參數(shù)決定，與強(qiáng)迫振動(dòng)顯著不同。自由振動(dòng)受阻尼作用將迅速衰減，而自激振動(dòng)不會(huì)因阻尼存在而衰減。自激振動(dòng)的頻率接近于系統(tǒng)的固有頻率，即顫振頻率取決于振動(dòng)系統(tǒng)的固有特性。這與自由振動(dòng)相似，而與強(qiáng)迫振動(dòng)根本不同E

A1A0A2AE-E+f自=f固取決于一周期獲得的能量取決于切削過程本身三種情況：①W振出=W振入+W摩阻（振入）時(shí)，系統(tǒng)有穩(wěn)幅的自激振動(dòng)；②W振出＞W(wǎng)振入+W摩阻（振入）時(shí)，系統(tǒng)為振幅遞增的自激振動(dòng)，至一定程度，系統(tǒng)有穩(wěn)幅的自激振動(dòng)；③W振出＜

W振入+W摩阻（振入）時(shí)，系統(tǒng)為振幅遞減的自激振動(dòng)，至一定程度，系統(tǒng)有穩(wěn)幅的自激振動(dòng)；故振動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生自激振動(dòng)的基本條件是：W振出>W振入或

FP振出>FP振入4．控制自激振動(dòng)的途徑抑制自激振動(dòng)途徑V=30～70m/min→自振↑f↓→自振↑；保證Ra時(shí)→f↑提高機(jī)床抗振性提高刀具抗振性（采用消振刀具）提高工件安裝剛性根據(jù)振型耦合原理，工藝系統(tǒng)的振動(dòng)還受到各振型的剛度比及其組合的影響。合理調(diào)整它們之間的關(guān)系，就可以有效地提高系統(tǒng)的抗振性，抑制自激振動(dòng)。提高工藝系統(tǒng)抗振性合理選擇切削用量合理選擇刀具參數(shù)采用變速切削采用減振裝置合理調(diào)整主振模態(tài)剛度比及其組合前角、主偏角↑→自振↓后角↓→自振↓；但太小時(shí)→自振↑抑制再生顫振方法用于工藝系統(tǒng)剛性較好的場(chǎng)合。減振裝置1）阻尼器的原理及應(yīng)用利用固體或液體的阻尼來消耗振動(dòng)的能量，實(shí)現(xiàn)減振。2）吸振器的原理及應(yīng)用①動(dòng)力吸振器②沖擊吸振器圖7阻尼器減振裝置圖8用于鏜刀桿的動(dòng)力吸振器圖9沖擊式吸振器1－自由質(zhì)量2－彈簧3－螺釘4.5.4機(jī)械加工振動(dòng)的控制圖4.17在零件上灌注阻尼材料和壓入阻尼環(huán)4.5.4機(jī)械加工振動(dòng)的控制４．采用各種消振減振裝置如果不能從根本上消除產(chǎn)生切削振動(dòng)的條件，又無法有效地提高工藝系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，為保證必要的加工質(zhì)量和生產(chǎn)率，可以采用消振減振裝置。常用的減振器有以下三種類型。1）動(dòng)力減振器。它是用彈性元件將一個(gè)附加質(zhì)量連接到主振系統(tǒng)上，利用附加質(zhì)量的動(dòng)力作用，使其加到主振系統(tǒng)上的作用力(或力矩)與激振力(或力矩)大小相等、方向相反，從而達(dá)到抑制主振系統(tǒng)振動(dòng)的目的。2）摩擦減振器。它是利用摩擦阻尼來消散振動(dòng)能量。3）沖擊式減振器。利用兩物體相互碰撞要損失動(dòng)能的原理，在振動(dòng)體上裝有一個(gè)起沖擊作用的自由質(zhì)量(沖擊塊)。系統(tǒng)振動(dòng)時(shí)，自由質(zhì)量將反復(fù)沖擊振動(dòng)體，以消散振動(dòng)能量，達(dá)到減振的目的。4.6機(jī)械加工過程中的熱變形4.6.1基本概念4.6.2工件熱變形對(duì)加工精度的影響4.6.3刀具熱變形對(duì)加工精度的影響4.6.4機(jī)床熱變形對(duì)加工精度的影響4.6.5減少工藝系統(tǒng)熱變形對(duì)加工精度影響的措施4.6.1基本概念在機(jī)械加工過程中，工藝系統(tǒng)會(huì)受到各種熱的影響而產(chǎn)生溫度變形，一般也稱為熱變形，這種變形將破壞刀具與工件的正確幾何關(guān)系和運(yùn)動(dòng)關(guān)系，造成工件的加工誤差。熱變形對(duì)加工精度影響比較大，特別是在精密加工和大件加工中，熱變形所引起的加工誤差通常會(huì)占到工件加工總誤差的40％一70％。引起工藝系統(tǒng)變形的熱源可分為內(nèi)部熱源和外部熱源兩大類。內(nèi)部熱源主要指切削熱和摩擦熱，它們產(chǎn)生于工藝系統(tǒng)內(nèi)部，其熱量主要是以熱傳導(dǎo)的形式傳遞的。外部熱源主要是指工藝系統(tǒng)外部的、以對(duì)流傳熱為主要形式的環(huán)境溫度(它與氣溫變化、通風(fēng)、空氣對(duì)流和周圍環(huán)境等有關(guān))和各種輻射熱(包括由陽光、照明、暖氣設(shè)備等發(fā)出的輻射熱)。4.6.1基本概念切削熱是切削加工中最主要的熱源，它對(duì)工件加工精度的影響最為直接。在切削(磨削)過程中，消耗于切削層的彈、塑性變形能量及刀具、工件和切屑之間摩擦產(chǎn)生的機(jī)械能，絕大部分都轉(zhuǎn)變成了切削熱。切削熱Q(J)的大小與被加工材料的性質(zhì)、切削用量及刀具的幾何參數(shù)等有關(guān)。通?？砂聪率接?jì)算影響切削熱傳導(dǎo)的主要因素是工件、刀具、夾具、機(jī)床等材料的導(dǎo)熱性能，以及周圍介質(zhì)的情況。工藝系統(tǒng)中的摩擦熱，主要是機(jī)床和液壓系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)部件產(chǎn)生的，如電動(dòng)機(jī)、軸承、齒輪、絲杠副、導(dǎo)軌副、離合器、液壓泵、閥等各運(yùn)動(dòng)部分產(chǎn)生的摩擦熱。4.6.1基本概念113各種熱對(duì)加工精度的影響切削熱：車削時(shí)，切屑帶走熱量可達(dá)50%——80%，傳給工件約30%，傳給刀具約5%。銑削、刨削加工，傳給工件30%

鉆削和臥鏜，切屑留在孔中，傳給工件大于50%

磨削時(shí)，切屑帶走熱量4%，傳導(dǎo)工件84%，工件表面溫度高工藝系統(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114摩擦熱：使工藝系統(tǒng)局部發(fā)熱，引起局部溫升和變形，破壞系統(tǒng)原有的幾何精度。外部熱源：大型工件晝夜加工，由于溫差引起工藝系統(tǒng)的熱變形不一樣，照明光、散熱器、日光等也會(huì)引起機(jī)床的局部溫度和變形。4.6.1基本概念目前，對(duì)于溫度場(chǎng)和熱變形的研究，仍然著重于模型試驗(yàn)與實(shí)測(cè)。熱電偶、熱敏電阻、半導(dǎo)體溫度計(jì)是常用的測(cè)溫手段。由于測(cè)量技術(shù)落后，效率低，精度差，已不能滿足現(xiàn)代機(jī)床熱變形研究工作的要求。近年來紅外測(cè)溫、激光全息照像、光導(dǎo)纖維等技術(shù)在機(jī)床熱變形研究中已開始得到應(yīng)用，成為深入研究工藝系統(tǒng)熱變形的先進(jìn)手段。4.6.2工件熱變形對(duì)加工精度的影響在工藝系統(tǒng)熱變形中，機(jī)床熱變形最為復(fù)雜，工件、刀具的熱變形相對(duì)來說要簡(jiǎn)單一些。這主要是因?yàn)樵诩庸み^程中，影響機(jī)床熱變形的熱源較多，也較復(fù)雜，而對(duì)工件和刀具來說，熱源比較簡(jiǎn)單。因此，工件和刀具的熱變形?？捎媒馕龇ㄟM(jìn)行估算和分析。使工件產(chǎn)生熱變形的熱源，主要是切削熱。對(duì)于精密零件，周圍環(huán)境溫度和局部受到日光等外部熱源的輻射熱也不容忽視。工件的熱變形可以歸納為兩種情況來分析：4.6.2工件熱變形對(duì)加工精度的影響１．工件比較均勻地受熱一些形狀較簡(jiǎn)單的軸類、套類、盤類零件的內(nèi)、外圓加工時(shí)，切削熱比較均勻地傳入工件，如不考慮工件溫升后的散熱，其溫度沿工件全長和圓周的分布都是比較均勻的，可近似地看成均勻受熱，因此，其熱變形可以按物理學(xué)計(jì)算熱膨脹的公式求出。２．工件不均勻受熱銑、刨、磨平面時(shí)，除在沿進(jìn)給方向有溫度差外，更嚴(yán)重的是工件只是在單面受到切削熱的作用，上下表面間的溫度差將導(dǎo)致工件向上拱起，加工時(shí)中間凸起部分被切去，冷卻后工件變成下凹，造成平面度誤差。4.6.3刀具熱變形對(duì)加工精度的影響刀具熱變形主要是由切削熱引起的。通常傳入刀具的熱量并不太多，但由于熱量集中在切削部分，以及刀體小，熱容量小，故仍會(huì)有很高的溫升，例如車削時(shí)，高速鋼車刀的工作表面溫度可達(dá)700~800℃，而硬質(zhì)合金刀刃可達(dá)1000℃以上。連續(xù)切削時(shí)，刀具的熱變形在切削初始階段增加很快，隨后變得緩慢，經(jīng)過不長的時(shí)間后（約10~20min）便趨于熱平衡狀態(tài)。此后，熱變形變化量就非常?。ㄒ妶D4.19）。刀具總的熱變形量可達(dá)0.03—0.05mm。4.6.3刀具熱變形對(duì)加工精度的影響圖4.19車刀熱變形4.6.4機(jī)床熱變形對(duì)加工精度的影響機(jī)床在工作過程中，受到內(nèi)外熱源的影響，各部分的溫度將逐漸升高。由于各部件的熱源不同，分布不均勻，以及機(jī)床結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，因此不僅各部件的溫升不同，而且同一部件不同位置的溫升也不相同，形成不均勻的溫度場(chǎng)，使機(jī)床各部件之間的相互位置發(fā)生變化，破壞了機(jī)床原有的幾何精度而造成加工誤差。4.6.4機(jī)床熱變形對(duì)加工精度的影響機(jī)床空運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，各運(yùn)動(dòng)部件產(chǎn)生的摩擦熱基本不變。運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間之后，各部件傳入的熱量和散失的熱量基本相等，即達(dá)到熱平衡狀態(tài)，變形趨于穩(wěn)定。機(jī)床達(dá)到熱平衡狀態(tài)時(shí)的幾何精度稱為熱態(tài)幾何精度。在機(jī)床達(dá)到熱平衡狀態(tài)之前，機(jī)床幾何精度變化不定，對(duì)加工精度的影響也變化不定。因此，精密加工應(yīng)在機(jī)床處于熱平衡之后進(jìn)行。4.6.4機(jī)床熱變形對(duì)加工精度的影響機(jī)床類型不同，其內(nèi)部主要熱源也各不相同，熱變形對(duì)加工精度的影響也不相同。車、銑、鉆、鏜類機(jī)床，主軸箱中的齒輪、軸承摩擦發(fā)熱，潤滑油發(fā)熱是其主要熱源，使主軸箱及與之相連部分如床身或立柱的溫度升高而產(chǎn)生較大變形。對(duì)臥式車床熱變形試驗(yàn)結(jié)果表明，影響主軸傾斜的主要因素是床身變形，它約占總傾斜量的75％，主軸前后軸承溫度差所引起的傾斜量只占25％。對(duì)于不僅在水平方向上裝有刀具，在垂直方向和其它方向上也都可能裝有刀具的自動(dòng)車床、轉(zhuǎn)塔車床，其主軸熱位移，無論在垂直方向還是在水平方向，都會(huì)造成較大的加工誤差。123車床受熱變形a）車床受熱變形形態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間/h0

1

2

3

450150100200位移/μm20406080溫升/℃ΔYΔy前軸承溫升b）溫升與變形曲線車床主軸發(fā)熱使主軸箱在垂直面向內(nèi)和水平向內(nèi)發(fā)生偏移和傾斜。在垂直向內(nèi)，主軸箱的溫升使主軸升高，又因主軸前軸承的發(fā)熱量大于后軸承的發(fā)熱量，主軸前端比后端高，由于主軸箱熱量傳給床身，床身導(dǎo)軌向上臺(tái)起，故而加劇了主軸的傾斜。124龍門刨床、導(dǎo)軌磨床等機(jī)床床身熱變形是影響加工精度的主要因素：因其床身較長、導(dǎo)軌稍有溫差，就會(huì)產(chǎn)生較大的彎曲變形。床身上下表面產(chǎn)生溫差的原因，不僅是由于工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)導(dǎo)軌摩擦發(fā)熱所知，環(huán)境溫度的影響也很大。導(dǎo)軌磨床受熱變形125雙端面磨床：切削熱噴向床身中部的頂面，使其局部受熱而產(chǎn)生中凸變形。使兩砂輪的端面產(chǎn)生傾斜。126立銑床受熱變形形態(tài)立式平面磨床：主軸承和主電機(jī)的發(fā)熱傳到立柱，使立柱內(nèi)側(cè)溫度高于外側(cè)，因而引起立柱的彎曲變形。

127減小熱變形對(duì)加工精度影響的措施1、減少熱源發(fā)熱和隔離熱源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。分離熱源。對(duì)不能分離的摩擦熱源，盡量采取措施，改善其摩擦特性，減少發(fā)熱。采用隔熱材料將發(fā)熱部件和機(jī)床大件隔離開來128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)軌下加回油槽平面磨床補(bǔ)償油溝2、均衡溫度場(chǎng)，使機(jī)床各部分溫升差降低

129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）。均衡立柱前后壁溫度場(chǎng)4.6.5減少工藝系統(tǒng)熱變形

對(duì)加工精度影響的措施１．減少熱源的發(fā)熱和隔離熱源工藝系統(tǒng)的熱變形對(duì)粗加工加工精度的影響一般可不考慮，而精加工主要是為了保證零件加工精度，工藝系統(tǒng)熱變形的影響不能忽視。為了減小切削熱，宜采用較小的切削用量。如果粗精加工在一個(gè)工序內(nèi)完成，粗加工的熱變形將影響精加工的精度。一般可以在粗加工后停機(jī)一段時(shí)間使工藝系統(tǒng)冷卻，同時(shí)還應(yīng)將工件松開，待精加工時(shí)再夾緊。這樣就可減少粗加工熱變形對(duì)精加工精度的影響。當(dāng)零件精度要求較高時(shí)，則以粗精加工分開為宜。4.6.5減少工藝系統(tǒng)熱變形

對(duì)加工精度影響的措施２．均衡溫度場(chǎng)如M7150A型磨床，該機(jī)床床身較長，加工時(shí)工作臺(tái)縱向運(yùn)動(dòng)速度較高，所以床身上部溫升高于下部。為均衡溫度場(chǎng)所采取的措施是：將油池搬出主機(jī)做成一單獨(dú)油箱；在床身下部配置熱補(bǔ)償油溝，使一部分帶有余熱的回油經(jīng)熱補(bǔ)償油溝后送回油池。采取這些措施后，床身上、下部溫差降至1～2℃，導(dǎo)軌的中凸量由原來的0.0265mm降為0.0052mm。３．采用合理的機(jī)床部件結(jié)構(gòu)及裝配基準(zhǔn)1）采用熱對(duì)稱結(jié)構(gòu)在變速箱中，將軸、軸承、傳動(dòng)齒輪等對(duì)稱布置，可使箱壁溫升均勻，箱體變形減小。2）合理選擇機(jī)床零部件的裝配基準(zhǔn)4.6.5減少工藝系統(tǒng)熱變形對(duì)加工精度影響的措施４．加速達(dá)到熱平衡狀態(tài)對(duì)于精密機(jī)床特別是大型機(jī)床，達(dá)到熱平衡的時(shí)間較長。為了縮短這個(gè)時(shí)間，可以在加工前，使機(jī)床作高速空運(yùn)轉(zhuǎn)，或在機(jī)床的適當(dāng)部位設(shè)置控制熱源，人為地給機(jī)床加熱，使機(jī)床較快地達(dá)到熱平衡狀態(tài)，然后進(jìn)行加工。５．控制環(huán)境溫度精密機(jī)床應(yīng)安裝在恒溫車間，其恒溫精度一般控制在土1℃以內(nèi)，精密級(jí)為土0．5℃。恒溫室平均溫度一般為20℃，冬季可取17℃，夏季取23℃。4.7加工質(zhì)量的統(tǒng)計(jì)分析方法與應(yīng)用4.7.1加工誤差的性質(zhì)4.7.2分布圖分析法4.7.3點(diǎn)圖分析法4.7.4保證和提高加工精度的途徑4.7加工質(zhì)量的統(tǒng)計(jì)分析方法與應(yīng)用前面已對(duì)影響加工精度的各種主要因素進(jìn)行了分析，并提出了一些保證加工精度的措施，從分析方法上來講，屬于單因素分析法。生產(chǎn)實(shí)際中，影響加工精度的因素往往是錯(cuò)綜復(fù)雜的，有時(shí)很難用單因素分析法來分析計(jì)算某一工序的加工誤差，這時(shí)就必須通過對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中實(shí)際加工出的一批工件進(jìn)行檢查測(cè)量，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法加以處理和分析，從中便可發(fā)現(xiàn)誤差的規(guī)律，指導(dǎo)我們找出解決加工精度的途徑。這就是加工質(zhì)量的統(tǒng)計(jì)分析法。4.7.1加工誤差的性質(zhì)根據(jù)加工一批工件時(shí)誤差出現(xiàn)的規(guī)律，加工誤差可分為：1．系統(tǒng)誤差在順序加工一批工件中，其加工誤差的大小和方向都保持不變，或者按一定規(guī)律變化，統(tǒng)稱為系統(tǒng)誤差。前者稱常值系統(tǒng)誤差，后者稱變值系統(tǒng)誤差。加工原理誤差，機(jī)床、刀具、夾具的制造誤差，工藝系統(tǒng)的受力變形等引起的加工誤差均與加工時(shí)間無關(guān)，其大小和方向在一次調(diào)整中也基本不變，因此都屬于常值系統(tǒng)誤差。機(jī)床、夾具、量具等磨損引起的加工誤差，在—次調(diào)整的力旺中也均無明顯的差異，故也屬于常值系統(tǒng)誤差。機(jī)床、刀具和夾具等在熱平衡前的熱變形誤差，刀具的磨損等、都是隨加工時(shí)間而有規(guī)律地變化的，因此屬于變值系統(tǒng)誤差。4.7.1加工誤差的性質(zhì)2．隨機(jī)誤差在順序加工的一批工件中，其加工誤差的大小和方向的變化是屬于隨機(jī)性的，稱為隨機(jī)誤差。如毛坯誤差(余量大小不一、硬度不均勻等)的復(fù)映，定位誤差(基準(zhǔn)面精度不一、間隙影響)，夾緊誤差，多次調(diào)整的誤差，殘余應(yīng)力引起的變形誤差等都屬于隨機(jī)誤差。應(yīng)該指出，在不同的場(chǎng)合下，誤差的表現(xiàn)性質(zhì)也有不同。例如，機(jī)床在一次調(diào)整中加工一批工件時(shí)，機(jī)床的調(diào)整誤差是常值系統(tǒng)性誤差。但是，當(dāng)一批工件的加工中需要多次調(diào)整機(jī)床時(shí)，每次調(diào)整的誤差就是隨機(jī)誤差。4.7.2分布圖分析法１．實(shí)驗(yàn)分布圖采用調(diào)整法加工的一批零件中，隨機(jī)抽取足夠數(shù)量的工件（稱為樣本）測(cè)量，由于存在加工誤差，實(shí)際的零件尺寸數(shù)值并不一致，稱為尺寸分散。按尺寸大小把零件分成若干組（按表4.1選定），同一尺寸間隔內(nèi)的零件數(shù)量稱為頻數(shù)；頻數(shù)與樣本總數(shù)之比稱為頻率；頻率與組距（尺寸間隔）之比稱為頻率密度。以零件尺寸為橫坐標(biāo)，以頻率或頻率密度為縱坐標(biāo)，可繪出直方圖。連接各直方塊的頂部中點(diǎn)得到一條折線，即實(shí)際分布曲線。1382、統(tǒng)計(jì)分析法◆定義：以生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)對(duì)許多工件進(jìn)行檢查的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，從中找出規(guī)律性的東西，進(jìn)而獲得解決問題的途徑?！暨^程：母體試樣數(shù)據(jù)作圖結(jié)論措施抽樣測(cè)定處理分析研究處理1393、實(shí)驗(yàn)分布圖（直方圖）的繪制方法◆基本概念：

樣本：用于抽取測(cè)量的一批工件

樣本容量n

：抽取樣本的件數(shù)；樣本容量通常取

n=50～200

隨機(jī)變量x：任意抽取的零件的加工尺寸。

極差R：抽取的樣本尺寸的最大值和最小值之差。

R=Xmax-Xmin

組距d：將樣本尺寸按大小順序排列，并分為k組，組距為d

140頻數(shù)mi：同一尺寸或同一誤差組的零件數(shù)量mi稱為頻數(shù)。頻率fi：頻數(shù)與樣本容量的比值。平均值：表示樣本的尺寸分散中心。標(biāo)準(zhǔn)差S：反映了一批工件的尺寸分散程度4.7.2分布圖分析法4.7.2分布圖分析法２．理論分布曲線1）正態(tài)分布概率論已經(jīng)證明，相互獨(dú)立的大量微小隨機(jī)變量，其總和的分布是符合正態(tài)分布的。在機(jī)械加工中，用調(diào)整法加工一批零件，其尺寸誤差是由很多相互獨(dú)立的隨機(jī)誤差綜合作用的結(jié)果，如果其中沒有一個(gè)是起決定作用的隨機(jī)誤差，則加工后零件的尺寸將近似于正態(tài)分布。正態(tài)分布曲線的形狀如圖4.20所示。2）非正態(tài)分布工件的實(shí)際分布，有時(shí)并不近似于正態(tài)分布。4.7.2分布圖分析法圖4.20正態(tài)分布曲線4.7.2分布圖分析法３．分布圖分析法的應(yīng)用1）判別加工誤差性質(zhì)如前所述，若加工過程中沒有變值系統(tǒng)誤差，那么其尺寸分布應(yīng)服從正態(tài)分布，這是判別加工誤差性質(zhì)的基本方法。2）確定工序能力及其等級(jí)所謂工序能力是指工序處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，加工誤差正常波動(dòng)的幅度。當(dāng)加工尺寸服從正態(tài)分布時(shí)，其尺寸分散范圍是6σ，所以工序能力就是6σ。3）估算合格品率或不合格品率4.7.2分布圖分析法３．分布圖分析法的應(yīng)用1）判別加工誤差性2）確定工序能力及其等3）估算合格品率或不合格品率不合格品率包括廢品率和可返修的不合格品率。分布圖分析法的缺點(diǎn)在于：沒有考慮一批工件加工的先后順序，故不能反映誤差變化的趨勢(shì)，難以區(qū)別變值系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差的影響；必須等到一批工件加工完畢后才能繪制分布圖，因此不能在加工過程中及時(shí)提供控制精度的信息。采用下面介紹的點(diǎn)圖分析法，可以彌補(bǔ)上述不足。1462、統(tǒng)計(jì)分析法◆定義：以生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)對(duì)許多工件進(jìn)行檢查的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，從中找出規(guī)律性的東西，進(jìn)而獲得解決問題的途徑?！暨^程：母體試樣數(shù)據(jù)作圖結(jié)論措施抽樣測(cè)定處理分析研究處理1473、實(shí)驗(yàn)分布圖（直方圖）的繪制方法◆基本概念：

樣本：用于抽取測(cè)量的一批工件

樣本容量n

：抽取樣本的件數(shù)；樣本容量通常取

n=50～200

隨機(jī)變量x：任意抽取的零件的加工尺寸。

極差R：抽取的樣本尺寸的最大值和最小值之差。

R=Xmax-Xmin

組距d：將樣本尺寸按大小順序排列，并分為k組，組距為d

148頻數(shù)mi：同一尺寸或同一誤差組的零件數(shù)量mi稱為頻數(shù)。頻率fi：頻數(shù)與樣本容量的比值。平均值：表示樣本的尺寸分散中心。標(biāo)準(zhǔn)差S：反映了一批工件的尺寸分散程度149確定工序能力及其等級(jí)所謂工序能力是指工序處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，加工誤差正常波動(dòng)的幅度。當(dāng)加工尺寸服從正態(tài)分布時(shí)，其尺寸分散范圍是6σ，所以工序能力就是6σ

。工序能力等級(jí)是以工序能力系數(shù)來表示的，它代表該工序能滿足加工精度要求的程度。當(dāng)工序處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，工序能力系數(shù)Cp按下式計(jì)算:

Cp＝T／6σ150y工藝能力系數(shù)符號(hào)含義μx03σ3σ公差帶TΔ151工序能力等級(jí)工序能力系數(shù)工序等級(jí)說明

CP＞1.67

特級(jí)

工序能力過高1.67≥CP

＞1.33

一級(jí)工序能力足夠1.33≥CP

＞1.00二級(jí)工序能力勉強(qiáng)1.00≥CP

＞0.67三級(jí)工序能力不足

0.67≥CP

四級(jí)工序能力很差工序能力等級(jí)152

在一般情況下，應(yīng)使公差帶的寬度。但考慮到常值系統(tǒng)性誤差（如刀具磨損、對(duì)刀誤差）以及其它因素的影響，至少應(yīng)使。

保證加工系統(tǒng)不出廢品的充分、必要條件是：保證加工系統(tǒng)不出廢品的充分和必要條件4.7.3點(diǎn)圖分析法用點(diǎn)圖來評(píng)價(jià)工藝過程穩(wěn)定性采用的是順序樣本，即樣本是由工藝系統(tǒng)在一次調(diào)整中，按順序加工的工件組成。這樣的樣本可以得到在時(shí)間上與工藝過程運(yùn)行同步的有關(guān)信息，反映出加工誤差隨時(shí)間變化的趨勢(shì)。而分布圖分析法采用的是隨機(jī)樣本，不考慮加工順序，而且是對(duì)加工好的一批工件有關(guān)數(shù)據(jù)處理后才能作出分布曲線。4.7.3點(diǎn)圖分析法１．單值點(diǎn)圖如果按加工順序逐個(gè)地測(cè)量一批工件的尺寸，以工件序號(hào)為橫坐標(biāo)，工件尺寸(或誤差)為縱坐標(biāo)，就可作出圖4.22a所示點(diǎn)圖。為了縮短點(diǎn)圖的長度，可將順次加工出的幾個(gè)工件編為一組，以工件組序?yàn)闄M坐標(biāo)，而縱坐標(biāo)保持不變，同一組內(nèi)各工件可根據(jù)尺寸分別點(diǎn)在同一組號(hào)的垂直線上，就可以得到圖b所示點(diǎn)圖。155圖是控制圖x和R控制圖聯(lián)合使用的統(tǒng)稱R圖：A2、D1、D2

數(shù)值見教材2、圖表示樣組平均值，R表示樣組極差圖控制限圖：4.7.3點(diǎn)圖分析法圖4.22單值點(diǎn)圖157單值點(diǎn)圖工件序號(hào)b）AA′B′O′OB工件尺寸工件尺寸工件序號(hào)a差帶T控制限點(diǎn)圖分析法1、單值點(diǎn)圖平均值曲線OO`：瞬時(shí)分散中心—變值系統(tǒng)誤差起始點(diǎn)O：常值系統(tǒng)誤差A(yù)A`，BB`：每一瞬時(shí)分散范圍。受隨機(jī)誤差的影響。158◆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

3、圖分析主要反映系統(tǒng)誤差及其變化的趨勢(shì)R點(diǎn)圖反映隨機(jī)誤差及其變化趨勢(shì)159

在一定程度上代表了瞬時(shí)的分散中心，所以圖主要反映系統(tǒng)誤差及其變化的趨勢(shì)；R在一定程度上代表了瞬時(shí)的尺寸分散范圍，所以R點(diǎn)圖可以反映出隨機(jī)誤差及其變化趨勢(shì)，160分布曲線的缺點(diǎn)分布曲線法未考慮零件的加工先后順序，不能反映出系統(tǒng)誤差的變化規(guī)律及發(fā)展趨勢(shì)；只有一批零件加工完后才能畫出，不能在加工進(jìn)行過程中提供工藝過程是否穩(wěn)定的必要信息；發(fā)現(xiàn)問題后，對(duì)本批零件已無法補(bǔ)救。4.7.4保證和提高加工精度的途徑為了保證和提高機(jī)械加工精度，必須找出造成加工誤差的主要因素(原始誤差)，然后采取相應(yīng)的工藝技術(shù)措施來控制或減少這些因素的影響。生產(chǎn)實(shí)際中盡管有許多減少誤差的方法和措施，但從誤差減少的技術(shù)上看，可將它們分成兩大類，即1)誤差預(yù)防指減少原始誤差或減少原始誤差的影響，亦即減少誤差源或改變誤差源至加工誤差之間酌數(shù)量轉(zhuǎn)換關(guān)系。實(shí)踐與分析表明，當(dāng)加工精度要求高于某一程度后，利用誤差預(yù)防技術(shù)來提高加工精度所花費(fèi)的成本將按指數(shù)規(guī)律增長。2)誤差補(bǔ)償誤差補(bǔ)償通過分析、測(cè)量現(xiàn)有誤差，人為地在系統(tǒng)中引入一個(gè)附加的誤差源，使之與系統(tǒng)中現(xiàn)有的誤差相抵消，以減少或消除零件的加工誤差。在現(xiàn)有工藝條件下，誤差補(bǔ)償技術(shù)