汽車工藝工件的機(jī)械加工質(zhì)量

汽車工藝工件的機(jī)械加工質(zhì)量第一頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日2

工件的機(jī)械加工質(zhì)量

第3章第二頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日33.1機(jī)械加工質(zhì)量的基本概念

保證零件加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，是研究機(jī)械制造工藝的目的。質(zhì)量是根本。汽車零件的質(zhì)量直接影響著汽車的性能和使用壽命。零件的機(jī)械加工質(zhì)量包括兩個方面：加工精度和表面質(zhì)量。

加工精度：尺寸精度、幾何形狀精度、位置精度

表面質(zhì)量：表面幾何學(xué)特征、表面層材質(zhì)的變化第三頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日4一、機(jī)械加工精度1.加工精度概念：零件加工后，其實(shí)際尺寸、幾何形狀、相互位置與理想零件的符合程度。2.加工誤差概念：零件加工后，其實(shí)際尺寸、幾何形狀、相互位置與理想零件的不符合程度。加工精度和加工誤差，實(shí)際上是對同一個問題從正、反兩方面來進(jìn)行論述。在生產(chǎn)中，一般都是通過控制加工誤差來保證加工精度。第四頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日5

(1)尺寸精度：零件加工后的直徑、長度和表面間距等尺寸的實(shí)際值與理想值的符合程度。

(2)幾何形狀精度：零件加工后的直線度、平面度、圓度、圓柱度、線輪廓度和面輪廓度的實(shí)際值與理想值的符合程度。

(3)相互位置精度：零件加工后平行度、垂直度、同軸度、對稱度、位置度、圓跳動和全跳動的實(shí)值與理想值的符合程度。零件的加工精度越高，零件的質(zhì)量也越高，加工成本也越高。在滿足零件使用要求的前提下，可以允許零件有一定程度的加工誤差。設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)零件的使用要求，合理地規(guī)定零件的加工精度，不能盲目追求高精度。第五頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日6二、機(jī)械加工表面質(zhì)量

(1)表面幾何學(xué)特征：指零件最外層表面的微觀幾何形狀，通常用表面粗糙度、波度表示。

(2)表面層材質(zhì)的變化：指在一定深度的零件表面層出現(xiàn)的與基體材料組織不同的變質(zhì)情況，主要指表面層因塑性變形引起的冷作硬化、表面層因切削熱引起的金相組織變化、表面層產(chǎn)生的殘余應(yīng)立。零件的加工表面質(zhì)量的重要性在于，影響機(jī)器零件的使用性能以及整部機(jī)械的工作性能。第六頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日7三、獲得加工精度的方法

（一）獲得尺寸精度的方法

（1）試切法通過試切——測量——調(diào)整——再試切，反復(fù)進(jìn)行到被加工尺寸達(dá)到要求為止的加工方法稱為試切法。試切法的生產(chǎn)率低，但它不需要復(fù)雜的裝置，加工精度取決于工人的技術(shù)水平和計(jì)量器具(工具、儀器、儀表)的精度，故常用于單件小批生產(chǎn)。第七頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日8

（2）定尺寸刀具法

利用刀具的相應(yīng)尺寸來保證工件被加工部位尺寸的一種方法。影響尺寸精度的因素有：刀具的尺寸精度、刀具與工件的位置精度等。定尺寸刀具法操作方便，生產(chǎn)率較高，加工精度也較穩(wěn)定。當(dāng)尺寸精度要求較高時(shí)，常用浮動刀具進(jìn)行加工，就是為了消除刀具與工件的位置誤差的影響。鉆頭、鉸刀、多刃鏜刀塊等加工孔均屬定尺寸刀具法，應(yīng)用于各種生產(chǎn)類型。拉刀拉孔也屬定尺寸刀具法，應(yīng)用于大中批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)。第八頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日9

（3）調(diào)整法

在加工一批工件之前，先調(diào)整好刀具與工件在機(jī)床上的相對位置，并在加工中保持這個位置不變，從而保證獲得規(guī)定尺寸。影響調(diào)整法精度的因素有：測量精度、調(diào)整精度、重復(fù)定位精度等。當(dāng)生產(chǎn)批量較大時(shí)，調(diào)整法有較高的生產(chǎn)率。調(diào)整法對調(diào)整工的要求高，對機(jī)床操作工的要求不高，常用于成批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)。第九頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日10

（4）自動控制法

在加工過程中，利用測量裝置、進(jìn)給裝置和控制系統(tǒng)，使工件在加工過程中自動測量、進(jìn)給、補(bǔ)償，當(dāng)工件達(dá)到加工尺寸要求，使機(jī)床停止工作。目前，自動測量中的數(shù)據(jù)可用數(shù)字顯示。自動控制法把測量裝置加入工藝系統(tǒng)(即機(jī)床、刀具、夾具和工件組成的統(tǒng)一體)中，自動控制法的加工精度高，主要用在自動生產(chǎn)線或精密機(jī)床上。第十頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日11

（二）獲得形狀精度的方法

1.刀尖軌跡法

依靠刀尖的運(yùn)動軌跡獲得形狀精度的方法稱為刀尖軌跡法。刀尖的運(yùn)動軌跡取決于刀具和工件的相對成形運(yùn)動，因而所獲得的形狀精度取決于成形運(yùn)動的精度。普通車削、銑削、刨削和磨削等均屬刀尖軌跡法。第十一頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日12

2.成形法

利用成形刀具對工件進(jìn)行加工的方法稱為成形法。成形刀具替代一個成形運(yùn)動；成形法所獲得的形狀精度取決于成形刀具的形狀精度和其他成形運(yùn)動精度。用成形砂輪、拉刀等成形刀具加工都屬成形法。第十二頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日13

3.展成法(滾切法)

利用工件和刀具作展成切削運(yùn)動進(jìn)行加工的方法稱為展成法。展成法所得被加工表面是切削刃和工件作展成運(yùn)動過程中所形成的包絡(luò)面，切削刃形狀必須是被加工面的共軛曲線。它所獲得的精度取決于切削刃的形狀和展成運(yùn)動的精度等。滾齒、插齒、磨齒、滾花鍵等均屬展成法。第十三頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日14

（三）獲得位置精度的方法（工件的裝夾方式）

工件的位置要求取決于工件的裝夾(定位和夾緊)方式及其精度。工件的裝夾方式有：

1.用夾具裝夾夾具是用以裝夾工件(和引導(dǎo)刀具)的裝置。當(dāng)以精基準(zhǔn)定位時(shí)，工件的定位精度一般可達(dá)0.0lmm。所以，用專用夾具裝夾工件廣泛用于中、大批和大量生產(chǎn)。但是，由于制造專用夾具費(fèi)用較高、周期較長，所以在單件小批生產(chǎn)時(shí)，很少采用專用夾具，而是采用通用夾具。當(dāng)工件的加工精度要求較高時(shí)，可采用標(biāo)準(zhǔn)元件組裝的組合夾具，使用后元件可拆回。第十四頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日152.找正裝夾

找正是用工具(和儀表)根據(jù)工件上有關(guān)基準(zhǔn)，找出工件在劃線、加工(或裝配)時(shí)的正確位置的過程。用找正方法裝夾工件稱為找正裝夾。找正裝夾又可分為：

1)劃線找正裝夾此法是用劃針根據(jù)毛坯或半成品上所劃的線為基準(zhǔn)找正它在機(jī)床上正確位置的一種裝夾方法。只用在批量不大、形狀復(fù)雜而笨重的工件，或毛坯的尺寸公差很大而無法采用夾具裝夾的工件。

2)直接找正裝夾此法是用劃針和百分表或通過目測直接在機(jī)床上找正工件位置的裝夾方法。只用于單件小批生產(chǎn)中。第十五頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日162.找正裝夾

第十六頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日173.2影響加工精度的主要因素

在機(jī)械加工過程中，零件的加工精度主要取決于工件和刀具在切削成形運(yùn)動中的相互位置關(guān)系。機(jī)床、夾具、工件和刀具所構(gòu)成的系統(tǒng)叫工藝系統(tǒng)。加工精度問題涉及整個工藝系統(tǒng)。產(chǎn)生加工誤差的主要因素有：①機(jī)床的制造誤差與磨損；⑥工藝系統(tǒng)熱變形；②夾具的制造誤差與磨損；⑦加工原理誤差；③刀具的制造誤差與磨損；⑧工件定位誤差；④工藝系統(tǒng)受力變形；⑨調(diào)整誤差；⑤工件殘余應(yīng)力引起的變形；⑩測量誤差。第十七頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日18一、加工原理誤差

加工原理誤差是指采用了近似的加工方法進(jìn)行加工而產(chǎn)生的加工誤差。滾切漸開線齒廓是一種近似的加工方法，滾刀的齒數(shù)是有限的，那么，滾切的漸開線就不可能是理想的光滑漸開線，滾刀是一種近似形狀的刀具，也會引起加工誤差。此外，在公制絲杠的車床上加工英制螺紋、車削模數(shù)蝸桿時(shí)，由于導(dǎo)程都是無理數(shù)，只能用近似傳動比的掛輪，其成形運(yùn)動軌跡都是近似導(dǎo)程的螺旋線。這些都表明，由于采用了近似的加工方法加工，所以都存在著加工原理誤差。采用近似的加工方法，雖然會產(chǎn)生加工原理誤差，但可簡化加工工藝過程，簡化機(jī)床或工藝裝備的結(jié)構(gòu)。因此，只要誤差不超過規(guī)定的精度要求，在生產(chǎn)實(shí)踐中仍能廣泛采用。第十八頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日19

二、機(jī)床的制造誤差和磨損機(jī)床導(dǎo)軌誤差機(jī)床導(dǎo)軌是機(jī)床各主要部件相對位置和運(yùn)動的基準(zhǔn)，它的精度既直接影響溜板的運(yùn)動精度，又直接影響機(jī)床成形運(yùn)動間的相互幾何關(guān)系。機(jī)床導(dǎo)軌誤差主要反映在以下幾個方面：導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度；導(dǎo)軌在水平平面內(nèi)的直線度；導(dǎo)軌扭曲；導(dǎo)軌與主軸中心線在水平面內(nèi)的平行度；導(dǎo)軌與主軸中心線在垂直面內(nèi)的平行度。第十九頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日20機(jī)床導(dǎo)軌誤差第二十頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日21（一）機(jī)床導(dǎo)軌的直線度誤差在車床上，機(jī)床導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差δy

，則全部反映在工件上。如圖所示，車削外圓時(shí)δy會使工件產(chǎn)生圓柱度誤差。第二十一頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日22（一）機(jī)床導(dǎo)軌的直線度誤差例如，在車床上，導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度誤差δz，對工件的加工精度影響較小。在圖中有：

R2＋δz2＝(R＋ΔR)2則

δz2＝2RΔR＋(ΔR)2

略去(ΔR)2，得

ΔR＝δz2/（2R）因?yàn)棣膠很小，ΔR更小，所以在車外圓時(shí)δz的影響可以忽略不計(jì)。第二十二頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日23（二）機(jī)床導(dǎo)軌與主軸軸線的平行度誤差

當(dāng)車床導(dǎo)軌與主軸軸線在水平面內(nèi)有平行度誤差時(shí)，工件會被車成圓錐體，而不是圓柱體。當(dāng)車床導(dǎo)軌與主軸軸線在垂直面內(nèi)有平行度誤差時(shí)，車出來的工件是雙曲面回轉(zhuǎn)體。而在鏜床上，導(dǎo)軌在水平面及垂直面內(nèi)的直線度誤差，均直接影響工件的加工精度。同時(shí)，鏜床導(dǎo)軌的扭曲，會使所加工的孔產(chǎn)生位置誤差。

車床導(dǎo)軌扭曲誤差如何？第二十三頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日24（三）主軸回轉(zhuǎn)誤差

主軸回轉(zhuǎn)誤差運(yùn)動主軸的實(shí)際回轉(zhuǎn)軸心線相對于理想軸心線位置的最大偏移量稱為主軸的回轉(zhuǎn)誤差。三種基本形式：徑向跳動角向擺動軸向竄動

第二十四頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日25（三）主軸回轉(zhuǎn)誤差主軸在回轉(zhuǎn)時(shí)，這三種誤差是同時(shí)存在的，主軸回轉(zhuǎn)誤差運(yùn)動是這三種誤差的合成運(yùn)動。而且這種合成運(yùn)動的軌跡在每一轉(zhuǎn)又是不相同的。主軸的這種誤差運(yùn)動稱為主軸的漂移。

主軸回轉(zhuǎn)誤差對零件加工精度的影響：主軸的軸向竄動，會影響加工工件端面的形狀精度；加工螺紋時(shí)，則要影響螺距精度。徑向跳動主要影響加工工件圓柱面的形狀精度。角向擺動對工件圓柱面及端面的形狀精度都有影響。第二十五頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日26（三）主軸回轉(zhuǎn)誤差分析：車削時(shí)：

1.主軸軸徑圓度會反映到工件上去；

2.而軸承孔誤差影響較小。分析：鏜削時(shí)：

1.主軸軸徑圓度對工件影響較小；

2.而主軸承孔誤差會反映到工件上去。

（四）機(jī)床導(dǎo)軌及主軸軸徑、軸承的磨損分析同上述情況及綜合

第二十六頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日27（五）控制機(jī)床誤差的措施

(1)機(jī)床導(dǎo)軌誤差產(chǎn)生的原因：

a.制造誤差

b.機(jī)床安裝不良

c.機(jī)床因基礎(chǔ)不良或自重下沉引起導(dǎo)軌嚴(yán)重的扭曲變形

d.導(dǎo)軌磨損

(2)減少導(dǎo)軌誤差的措施：

首先，在機(jī)床安裝時(shí)要有良好的基礎(chǔ)，必須進(jìn)行嚴(yán)格的測量和校正；其次，在機(jī)床使用期間應(yīng)定期復(fù)校和調(diào)整，以減小機(jī)床導(dǎo)軌的扭曲變形；其三，加強(qiáng)機(jī)床的日常保養(yǎng)和維護(hù)，保持機(jī)床的清潔，運(yùn)動部件要經(jīng)常加油潤滑，以減少機(jī)床零部件的磨損。第二十七頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日28（五）控制機(jī)床誤差的措施

(3)主軸回轉(zhuǎn)誤差產(chǎn)生的根源：

①支承主軸的軸承有誤差。滑動軸承時(shí):軸頸和軸承孔的圓度誤差及波度。滾動軸承時(shí):軸承內(nèi)外圈滾道和滾動體的形狀誤差和尺寸。②軸承間隙的影響。使主軸部件的剛度降低，當(dāng)載荷、轉(zhuǎn)速等發(fā)生變化時(shí)，主軸漂移量就增大。③與軸承配合的零件誤差的影響。軸頸或箱體孔的圓度誤差，軸肩、過渡套、軸承端蓋、螺母等相關(guān)端面有平面度誤差或與回轉(zhuǎn)軸不垂直，箱體前、后支承孔有同軸度誤差，主軸前、后支承軸頸有同軸度誤差等。④其他影響。主軸轉(zhuǎn)速的影響及主軸熱變形的影響，等等。第二十八頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日29三、刀具的制造誤差和磨損

工件加工表面有三種形成方法,不同的加工方法，采用的刀具也不同，刀具誤差對加工誤差的影響也不同。

1．成形刀具和定尺寸刀具刀具切削刃在切削基面上的投影就是加工表面的母線形狀。因此，成形刀具切削刃的形狀誤差和磨損直接影響加工表面的形狀精度。第二十九頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日30三、刀具的制造誤差和磨損

2．用展成法加工的刀具刀具與工件要作具有嚴(yán)格運(yùn)動關(guān)系的嚙合運(yùn)動，加工表面是刀刃在相對嚙合運(yùn)動中的包絡(luò)面，刀刃的形狀必須是加工表面的共軛曲線。因此，刀刃的形狀誤差及磨損同樣會影響加工表面的形狀精度。第三十頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日31三、刀具的制造誤差和磨損

3．以刀尖軌跡法加工的刀具使用諸如普通車刀、鏜刀、刨刀等單刃刀具加工時(shí)，加工表面的形狀主要由機(jī)床運(yùn)動精度保證，加工表面的尺寸主要由調(diào)整決定，因此，刀具的制造誤差對加工精度無直接影響。但一般單刃刀具的耐用度較低，在一次調(diào)整中就有顯著的磨損。因此，在加工較大表面時(shí)，即一次走刀需較長時(shí)間時(shí)，刀具的磨損會嚴(yán)重影響工件的形狀精度；用調(diào)整法加工一批工件時(shí)，刀具的磨損會對工件的尺寸精度有很大的影響。第三十一頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日32三、刀具的制造誤差和磨損

4．刀具磨損規(guī)律

車刀的尺寸磨損

車刀磨損過程第三十二頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日33三、刀具的制造誤差和磨損

5．減少刀具磨損對加工誤差影響的措施：

1)尺寸補(bǔ)償或調(diào)整。采用主動控制工件尺寸的閉環(huán)控制機(jī)床進(jìn)行補(bǔ)償。調(diào)整法加工中定期檢測工件尺寸，調(diào)整刀具位置來補(bǔ)償尺寸誤差。

2)根據(jù)工件材料選用親和力小、耐磨的刀具材料，如陶瓷合金、立方氮化硼、人造金剛石、表面涂層硬質(zhì)合金等。

3)選擇相應(yīng)的切削液，要求切削液有較強(qiáng)的浸潤性、對環(huán)境的無害性、防銹性。

4)砂輪的自動修整與補(bǔ)償。

5)適當(dāng)減小切削用量，以提高刀具耐用度。第三十三頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日34四、工藝系統(tǒng)受力、受熱引起的誤差

工藝系統(tǒng)是由機(jī)床、刀具、夾具和工件四者組成的一個整體。這個整體在切削力、夾緊力、傳動力、重力和慣性力等外力的作用下，會發(fā)生變形，破壞了刀刃與工件間正確的相互位置關(guān)系，從而使工件產(chǎn)生加工誤差。

1．工藝系統(tǒng)的剛度在外力作用下，工藝系統(tǒng)抵抗變形的能力稱為工藝系統(tǒng)剛度，簡稱系統(tǒng)剛度，可用下式定義：

kxt＝Fy/yxt

式中：kxt

為系統(tǒng)剛度(N／mm)；

Fy為切削力在工件表面法向的分力，即徑向切削力（N）；

yxt為在總切削力作用下，系統(tǒng)在工件表面法向的變形量(mm)。第三十四頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日35四、工藝系統(tǒng)受力、受熱引起的誤差工藝系統(tǒng)的變形，可以按照工藝系統(tǒng)的組成相應(yīng)地把變形疊加。即yxt＝y(tǒng)j十yd十yg

式中：yj為機(jī)床(包括夾具)的變形量；

yd為刀具的變形量；

yg為工件的變形量。令機(jī)床(包括夾具)的剛度kj＝Fy/yj

刀具剛度 kd＝Fy/yd

工件剛度kg＝Fy/yg第三十五頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日36四、工藝系統(tǒng)受力、受熱引起的誤差

2．工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響在考慮工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響時(shí)，以在車床上車外圓為例，并設(shè)工件變形量為零，即yg＝0。

(1)機(jī)床的變形：如圖在車床的兩頂尖間車一根光軸。設(shè)切削過程中切削力保持不變。第三十六頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日37四、工藝系統(tǒng)受力、受熱引起的誤差

2．工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響

刀具在任意點(diǎn)A距尾座x處時(shí)，由受力及力矩平衡式：

Rct＋Rwz＝FyRct（L－x）＝Rwzx可解得

Rwz＝Fy（L－x）/LRct＝Fyx/L則有

yct＝Rct/kct

＝（Fy/kct）（x/L）

ywz＝Rwz/kwz＝（Fy/kwz）[（L-x）/L]ydj＝Fy/kdj式中：kct，kwz和kdj分別為車頭，尾座和刀架部件的剛度；

yct，ywz和ydj分別為車頭，尾座和刀架部件的變形量；

Rct，Rwz為車頭、尾座受到的支反力。第三十七頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日38四、工藝系統(tǒng)受力、受熱引起的誤差

2．工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響機(jī)床在任意點(diǎn)A距x處的變形定義為

yj＝y(tǒng)j’＋yj’’

＋ydj即該處的機(jī)床變形，就是該點(diǎn)處由于車頭、尾座形和刀架的變形，而使刀具偏離工件的距離。因?yàn)?/p>

yj’＝y(tǒng)ctyj’’＝（ywz-yct）（L-x）/L所以yj＝y(tǒng)ct＋（ywz-yct）（L-x）/L＋ydj

＝Fy{（x/L）2/kct＋[（L-x）/L]2/kwz＋1/kdj}則機(jī)床的剛度可表述為

kj＝{（x/L）2/kct＋[（L-x）/L]2/kwz＋1/kdj}-1

稱x＝L／2時(shí)的機(jī)床剛度為機(jī)床的平均剛度。通常用平均剛度來表示一臺機(jī)床的剛度。

第三十八頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日39四、工藝系統(tǒng)受力、受熱引起的誤差

3．工件的剛度及其對加工精度的影響工件的變形，通常可以按《材料力學(xué)》中的有關(guān)公式計(jì)算，即把工件的變形當(dāng)作梁的變形來進(jìn)行計(jì)算。例如在兩頂尖間車一光軸，則工件的變形為yg＝(Fy／3EJ)·[x2(L—x)2]／L式中：E為工件材料的彈性模量(N／mm2)；J為工件截面慣性矩(mm4)。工件剛度為:kg＝3EJL／[x2(L—x)2]當(dāng)在兩頂尖間車光軸時(shí)，若不考慮系統(tǒng)其他部分的變形，只考慮工件本身的變形，則工件加工后的形狀為鼓形。第三十九頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日40四、工藝系統(tǒng)受力、受熱引起的誤差4．刀具的剛度及其對加工精度的影響

刀具變形對工件精度的影響

（磨內(nèi)孔）第四十頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日41四、工藝系統(tǒng)受力、受熱引起的誤差

5.系統(tǒng)的剛度及其對加工精度的影響：若不考慮刀具變形，即yd＝0，則系統(tǒng)變形量為

yxt＝y(tǒng)j十ygyxt＝Fy{（x/L）2/kct＋[（L-x）/L]2/kwz＋1/kdj}＋(Fy／3EJ)[x2(L—x)2]／L

由于工藝系統(tǒng)變形而導(dǎo)致的工件加工誤差，可按上式計(jì)算系統(tǒng)變形量，系統(tǒng)變形的大小，就是刀具偏離工件正確位置的數(shù)值，也就是工件的加工誤差。系統(tǒng)剛度在工件全長上是一個變量，與之相應(yīng)的系統(tǒng)變形量在工件上也是一個變量，所以需在工件全長上取若干個點(diǎn)，求出在各點(diǎn)的系統(tǒng)變形量，然后得出系統(tǒng)變形曲線。系統(tǒng)變形曲線的形狀，完全反映了加工后工件母線的形狀。第四十一頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日42四、工藝系統(tǒng)受力、受熱引起的誤差

6.毛坯誤差的復(fù)映：有時(shí)可以認(rèn)為工藝系統(tǒng)的剛度在工件全長上是近似不變的，如在車床上車短軸等情況。短工件加工，可以把系統(tǒng)剛度視作一個常量。但是，如果這時(shí)毛坯形狀誤差較大，那么就會由于毛坯余量不均勻而使工件某一個截面上所受到的切削力大小不一致，切削力的變化導(dǎo)致工藝系統(tǒng)變形量不一致，最終影響加工精度。如圖示車短軸，毛坯本身有圓度誤差，第四十二頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日43四、工藝系統(tǒng)受力、受熱引起的誤差按《金屬切削原理》有關(guān)公式Fy＝λFz Fz＝CFzapf0.75故Fy＝λCFzapf0.75式中：λ為切削力分配系數(shù)(λ＝0.15一0.7)；CFz為切削力系數(shù)；ap

為切削深度；f為進(jìn)給量。令工件加工后的半徑差為Δg。系統(tǒng)變形量就是工件的加工誤差，因此，Δg＝y(tǒng)1-y2因?yàn)橄到y(tǒng)變形量yx1＝Fy/kx1所以Δg＝（Fy1－Fy2）/kx1＝λCFzf0.75（ap1－ap2）/kx1令Δm＝（ap1－ap2） ε＝λCFzf0.75/kx1得Δg＝εΔm式中ε為誤差復(fù)映系數(shù)(0<ε<1)。第四十三頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日44四、工藝系統(tǒng)受力、受熱引起的誤差從式(3—6)及ε的定義域可以得出：只要毛坯有誤差(Δm≠0)，工件加工后必定有誤差(Δg≠0)。由于工件誤差與毛坯誤差是相對應(yīng)的，因此可以把工件誤差看成是毛坯誤差的“復(fù)映”。同時(shí)，由于ε<1，所以工件誤差值必定小于毛坯誤差值。以上就是毛坯誤差的復(fù)映規(guī)律。要減小工件的復(fù)映誤差，可以增加工藝系統(tǒng)的剛度，減小徑向切削分力。此外，增加走刀次數(shù)也可以大大減少工件的復(fù)映誤差。設(shè)ε1，ε2，ε3，…分別為第一，第二，第三次，…走刀時(shí)的誤差復(fù)映系數(shù)，則Δg1＝ε1ΔmΔg2＝ε2Δg1

＝ε1ε2ΔmΔg3＝ε3Δg2

＝ε1ε2ε3Δm…第四十四頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日45四、工藝系統(tǒng)受力、受熱引起的誤差

7．影響工藝系統(tǒng)剛度的因素

(1)連接表面的接觸變形。工藝系統(tǒng)是由許多零部件構(gòu)成的，各零部件表面都存在著一定的不平度，亦即各連接表面的實(shí)際接觸面要比名義上的接觸面小，在名義壓力作用下，接觸面就要發(fā)生接觸變形。在接觸變形中，既有彈性變形，又有一小部分塑性變形。接觸變形影響了系統(tǒng)的剛度。

(2)零件的摩擦。工藝系統(tǒng)中運(yùn)動部件的摩擦對系統(tǒng)剛度的影響，主要表現(xiàn)在加載和卸載。在加載時(shí)，摩擦阻止變形的增加；在卸載時(shí)，摩擦阻止變形的恢復(fù)。

(3)連接件的預(yù)緊力。在工藝系統(tǒng)中對連接件適當(dāng)施加預(yù)緊力，可以提高連接件的接觸剛度。

(4)配合間隙。連接件的配合間隙會使工藝系統(tǒng)在外力作用上去后，產(chǎn)生變形。

(5)零件的剛度。工藝系統(tǒng)中零件的剛度大、變形小，則系統(tǒng)的剛度也大，變形也小。第四十五頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日46四、工藝系統(tǒng)受力、受熱引起的誤差

8．提高工藝系統(tǒng)剛度的措施

(1)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)工藝系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)盡量減少零件數(shù)目，減少接觸副、提高零件的結(jié)構(gòu)剛度。

(2)提高連接表面的接觸剛度。提高連接表面接觸剛度的主要措施是：提高表面的平面度，降低表面粗糙度，同時(shí)加上適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力。

(3)采用合理的裝夾方式。這是在夾具設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的問題，其核心是使工件和刀具的變形盡量小。

(4)合理使用機(jī)床。主要是指調(diào)整好機(jī)床運(yùn)動部件的間隙，消除機(jī)床的安裝誤差。

(5)合理安排工藝。在安排零件的加工工藝時(shí)，要使切削過程中所產(chǎn)生的切削力比較小，切削力的變化也比較小。

第四十六頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日47四、工藝系統(tǒng)受力、受熱引起的誤差（二）工藝系統(tǒng)的熱變形

1．工藝系統(tǒng)熱源機(jī)械加工過程中，工藝系統(tǒng)受熱后也要變形。工藝系統(tǒng)的熱源主要來自兩方面，即內(nèi)部熱源和外部熱源，內(nèi)部熱源是指摩擦熱和切削熱，外部熱源是指環(huán)境溫度和輻射熱。

(1)摩擦熱。摩擦熱是機(jī)床內(nèi)部各對運(yùn)動副之間摩擦所產(chǎn)生的熱。如齒輪、軸承等。摩擦熱主要影響機(jī)床的變形。

(2)切削熱。切削熱是指在切削過程中，被加工材料的塑性變形，以及刀具與工件、切屑之間摩擦所消耗的能量，這個能量就轉(zhuǎn)化為熱量。切削熱主要影響工件和刀具的變形。

(3)環(huán)境溫度。

(4)輻射熱。環(huán)境溫度和輻射熱對機(jī)床、刀具和工件的影響相對較小，但有時(shí)也不能忽視，尤其是在大型、精密零件的加工中，要注意溫差和熱量輻射位置變化所引起的系統(tǒng)熱變形的變化。第四十七頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日48四、工藝系統(tǒng)受力、受熱引起的誤差

2．工件受熱變形對加工精度的影響

工件在加工時(shí)的受熱變形，可分為兩種情況：均勻受熱和不均勻受熱。一般，除了車長軸和磨削、銑削、刨削薄片類工件的表面被視為不均勻受熱外，其他加工大都可以視作均勻受熱。

(1)工件均勻受熱。如果認(rèn)為工件在加工過程中是均勻受熱，那么，可按照熱學(xué)原理，依據(jù)工件材料的熱脹系數(shù)、工件原來的尺寸及平均溫升來計(jì)算工件的受熱變形量。

(2)工件不均勻受熱。在車長軸時(shí)，應(yīng)把工件視為不均勻受熱。如圖所示，第四十八頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日49四、工藝系統(tǒng)受力、受熱引起的誤差2．工件受熱變形對加工精度的影響在銑削、刨削和磨削薄片類工件的表面時(shí)，也應(yīng)把工件視為不均勻受熱。第四十九頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日50四、工藝系統(tǒng)受力、受熱引起的誤差3．刀具受熱變形對加工精度的影響刀具在切削過程中，由于受到切削熱的作用，要產(chǎn)生熱伸長。由于刀具的伸長，破壞了已調(diào)整好的工件與刀具之間的正確位置，致使切削深度增大，最終影響工件的尺寸和形狀精度。圖:車刀受熱變形曲線

大多數(shù)切削加工都可以被認(rèn)為是間斷切削。每個工件的裝卸時(shí)間，就是刀具間斷切削階段。對于間斷切削，最大熱伸長量Δ主要影響一批工件的尺寸精度。熱平衡后刀具的熱伸長量(冷收縮量)Δ1主要影響每一個工件的形狀精度。第五十頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日51四、工藝系統(tǒng)受力、受熱引起的誤差4．機(jī)床受熱變形對加工精度的影響

機(jī)床受熱變形也是影響工件加工精度的主要因素。機(jī)床受熱變形的部位，主要發(fā)生在主軸部件和床身。機(jī)床受熱后，會產(chǎn)生主軸抬高和偏移現(xiàn)象，床身導(dǎo)軌也會因受熱伸長而向上凸起。機(jī)床受熱變形的結(jié)果會使工件產(chǎn)生較大的形狀和位置誤差。為了減少機(jī)床受熱變形對加工精度的影響，可以在加工前，先開動機(jī)床，讓它空轉(zhuǎn)一定的時(shí)間，使機(jī)床受熱變形穩(wěn)定后再工作。有些機(jī)床，如磨床等，將油箱和電機(jī)置于床身外，以減少溫升。對于精密機(jī)床，則要置于恒溫室，保持室溫在20土0.5(℃)。第五十一頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日52五、測量誤差和調(diào)整誤差

測量誤差是指在工件的測量中所產(chǎn)生的誤差。一般占工件公差的1/5～1/10。

測量誤差主要產(chǎn)生原因：

1、測量器具本身的誤差；（選擇精度）

2、測量方法造成的誤差；（選擇工具）

3、溫度的影響；

4、測量人員的主觀原因。測量器具本身有其使用條件，當(dāng)使用不符合要求時(shí)，則測量結(jié)果必然有誤差。就測量者而言，視力、測量器具的使用方法等，都會影響測量結(jié)果。

第五十二頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日53五、測量誤差和調(diào)整誤差

試切調(diào)整法產(chǎn)生的誤差：

1、測量的誤差；

2、加工余量的影響；

3、微進(jìn)給誤差；

4、判斷誤差的影響。第五十三頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日54六、工件殘余應(yīng)力引起的變形

工件在切削時(shí)，由于切削溫度升高，金屬的切除等原因，使得工件內(nèi)部原有的應(yīng)力平衡狀態(tài)遭到破壞，于是，工件的內(nèi)應(yīng)力要重新分布，以達(dá)到新的平衡。這一過程被稱為內(nèi)應(yīng)力的重新分布過程，其外部表現(xiàn)就是工件的變形。

?要減小工件的殘余應(yīng)力，可增加消除內(nèi)應(yīng)力的專門工序，如退火、回火和時(shí)效處理等。

?對工件的粗精加工分開進(jìn)行，使粗加工后有一定的時(shí)間讓殘余應(yīng)力重新分布，以減小對精加工的影響。

?零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要合理，盡量簡化零件結(jié)構(gòu)，零件壁厚盡量均勻。

?

提高零件的剛性。這些措施均可減小零件的殘余應(yīng)力。第五十四頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日55七、加工誤差分析

在汽車零部件的生產(chǎn)中，影響加工精度的因素往往是錯綜復(fù)雜的。但多種因素的同時(shí)作用，勢必會出現(xiàn)有些因素相互補(bǔ)償或抵消，有些因素相互疊加。不少因素又帶有一定的偶然性。因此，在實(shí)踐中，一般運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法加以處理和分析，從中尋求規(guī)律，找出影響加工誤差的主要因素，進(jìn)而采取措施，減少或消除影響加工誤差的主要因素，以確保加工質(zhì)量的可靠和穩(wěn)定。第五十五頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日56

（一）實(shí)驗(yàn)誤差概念生產(chǎn)中，測得零件的每一個數(shù)據(jù)都是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，而零件的加工誤差則屬于實(shí)驗(yàn)誤差。按照誤差出現(xiàn)的規(guī)律，可以分成三類不同性質(zhì)的誤差：

1．系統(tǒng)誤差誤差的大小和方向隨時(shí)間按某一確定規(guī)律變化。系統(tǒng)誤差又可分為

(1)常值系統(tǒng)誤差：誤差的大小和方向固定不變。

(2)變值系統(tǒng)誤差：誤差的大小和方向隨時(shí)間發(fā)生變化。第五十六頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日57

在機(jī)械加工中，加工原理誤差，機(jī)床、刀具、夾具的制造誤差，機(jī)床的受力變形等引起的加工誤差均與時(shí)間無關(guān)，其大小和方向在一次調(diào)整中也基本不變，故可視為常值系統(tǒng)誤差。機(jī)床、夾具、量具等磨損引起的加工誤差，在一次調(diào)整中若無明顯差異，也可視為常值系統(tǒng)誤差。機(jī)床、刀具未達(dá)到熱平衡時(shí)，熱變形引起的加工誤差，是隨加工時(shí)間的變化而呈有規(guī)律的變化，因而這類誤差屬于變值系統(tǒng)誤差。對于刀具磨損引起的加工誤差，則要根據(jù)它在一次調(diào)整中磨損量的大小來判別。砂輪、車刀、端銑刀、單刃鏜刀等均應(yīng)按變值系統(tǒng)誤差處理。鉆頭、鉸刀、滾齒刀等，由于磨損所引起的加工誤差，在一次調(diào)整中不很顯著，也可視為常值系統(tǒng)誤差。第五十七頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日582．隨機(jī)誤差誤差的大小和方向以不可預(yù)定的方式變化。在機(jī)械加工中，毛坯誤差的復(fù)映、工件的定位誤差和工件殘余應(yīng)力引起的變形所產(chǎn)生的誤差等都屬于隨機(jī)誤差。

3．過失誤差操作人員過失引起的誤差。該誤差只能通過操作規(guī)程或制度加以避免，它不屬于統(tǒng)計(jì)分析的范疇。系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差的性質(zhì)并不是一成不變的，在不同的場合、不同的定義域內(nèi)、它們是可以相互轉(zhuǎn)化的。因此，區(qū)別系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差，還需對具體情況作具體分析。第五十八頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日59

（二）分布曲線法

這種方法是通過測量一批加工后零件的實(shí)際尺寸，做出尺寸分布曲線，然后按此曲線的位置和形狀判斷這種加工方法產(chǎn)生誤差的情況。

式中：xi為隨機(jī)變量的取值；N為隨機(jī)變量的個數(shù)；所測尺寸算數(shù)平均值；工件理想尺寸，即公差帶中心；Δ隨隨機(jī)誤差分散范圍。Δ系＝－=第五十九頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日60

（二）分布曲線法Δ隨隨機(jī)誤差分散范圍式中：σ-隨機(jī)變量的標(biāo)準(zhǔn)差如按正態(tài)分布，6σ是隨機(jī)誤差分散范圍。曲線下在±∞范圍內(nèi)面積為1，而±/σ范圍內(nèi)的面積可查表得出。（雙側(cè)面積）=第六十頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日61實(shí)際分布圖與理論分布圖(1)實(shí)際分布圖(直方圖)：在對一批零件的檢測中，出現(xiàn)同一尺寸的工件數(shù)目稱為頻數(shù)m，頻數(shù)m與子樣總數(shù)n之比稱為頻率f。實(shí)際分布圖能直觀地反映出工件尺寸(或誤差)的分布情況。例如:要求保證尺寸62土0.3(mm)順序測得100個零件的尺寸。將100個尺寸分成7組，組距為0.1mm。第六十一頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日62尺寸單位：mm工件序號測量值工件序號測量值工件序號測量值工件序號測量值161.52661.95161.97662.0261.72761.95261.97762.0361.62861.95361.87862.0461.82961.85461.97961.9561.93061.95561.88061.9661.83161.65661.88161.9761.93261.85761.88261.9861.93361.95862.08361.9962.13461.85961.88461.81062.03561.96061.88561.91162.03661.76161.88662.01261.93761.86261.88762.01361.73861.86361.88861.71461.63961.86461.98961.71561.64061.76561.99061.71661.64161.76661.99161.81761.94261.76762.09261.81861.84361.96862.09361.71961.94461.96962.09461.72061.84561.87061.99561.72161.74661.87161.99661.82261.74761.87261.89761.82361.74861.77361.99861.92461.74961.77461.99961.92561.65061.77561.910061.7第六十二頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日63

頻數(shù)分布表組界／mm組中值／mm頻數(shù)頻率／％中值尾數(shù)／mm從到61.5<61.661.55111.5561.6<61.761.65661.6561.7<61.861.7520201.7561.8<61.961.8528281.8561.9<62.061.9533331.9562.0<62.162.0511112.0562.1<62.262.15112.15第六十三頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日64

（三）分布圖在工藝分析中的應(yīng)用

1．判別加工誤差的性質(zhì)

判別加工誤差的性質(zhì)，一般使用零件尺寸的直方圖與正態(tài)分布曲線。（1）如果零件尺寸的直方圖與正態(tài)分布曲線基本相符，則說明加工過程中基本沒有變值系統(tǒng)誤差。這時(shí)，可利用正態(tài)分布曲線進(jìn)一步分析加工過程中是否存在常值系統(tǒng)誤差，并判別隨機(jī)誤差的大小。如圖所示，正態(tài)分布曲線以均值μ為對稱中線，如果σ不變，均值μ改變，則曲線沿x軸移動而不改變其形狀：第六十四頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日65①當(dāng)μ＝Am，即曲線的均值(μ)與設(shè)計(jì)規(guī)定的公差帶中心(Am)重合，說明加工過程中沒有常值系統(tǒng)誤差。②當(dāng)μ≠Am，即曲線的均值(μ)與設(shè)計(jì)規(guī)定的公差帶中心(Am)不重合，說明加工過程中存在常值系統(tǒng)誤差。μ與Am的差值，就是系統(tǒng)誤差的大小。若μ>Am，說明存在使零件尺寸偏大的常值系統(tǒng)誤差；若μ<Am，說明存在使零件尺寸偏小的常值系統(tǒng)誤差。第六十五頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日66如果均值μ不變，σ改變，則曲線形狀改變：①當(dāng)σ減小，曲線形狀陡峭，隨機(jī)誤差減小。②當(dāng)σ增加，曲線形狀平坦，隨機(jī)誤差增大。

μσ＝1第六十六頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日67

（2）如果零件尺寸的直方圖與正態(tài)分布曲線不相符，則說明加工過程中有變值系統(tǒng)誤差。兩者差異越大，存在變值系統(tǒng)誤差的可能性就越高。對于加工過程中出現(xiàn)的常值系統(tǒng)誤差和變值系統(tǒng)誤差，應(yīng)尋找產(chǎn)生這些誤差的根源，采取相應(yīng)措施予以消除。第六十七頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日682．估計(jì)產(chǎn)品的廢品率根據(jù)正態(tài)分布曲線在某一區(qū)域內(nèi)所圍的面積，可以估計(jì)出產(chǎn)品可能出現(xiàn)的廢品率。如圖所示，工件尺寸分散范圍為（μ－3σ）～（μ＋3σ），其中有一部分尺寸偏?。é蹋?σ～Amin)，在公差方范圍之外，這部分產(chǎn)品就是廢品。區(qū)域曲線下所圍的面積就是廢品率。在數(shù)理統(tǒng)計(jì)的有關(guān)表格中可查得正態(tài)分布曲線下某一區(qū)間所圍的面積。第六十八頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日69

3.3機(jī)械加工表面質(zhì)量零件的機(jī)械加工質(zhì)量不僅指加工精度，而且包括加工表面質(zhì)量。零件表面質(zhì)量：表面粗糙度表面物理力學(xué)性能加工中的振動機(jī)械加工后的零件表面實(shí)際上不是理想的光滑表面，它存在著不同程度的表面粗糙度、冷硬、裂紋等表面缺陷。雖然只有極薄的一層（幾微米～幾十微米），但都錯綜復(fù)雜地影響著機(jī)械零件的精度、耐磨性、配合精度、抗腐蝕性和疲勞強(qiáng)度等，從而影響產(chǎn)品的使用性能和壽命，因此必須加以足夠的重視。

第六十九頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日70

一、表面粗糙度1、刀具幾何參數(shù)的影響如車削：切削參數(shù)大時(shí)：H=f/(cotκτ+cotκτ′)

切削參數(shù)小時(shí)：

H=f2/(8rε)影響分析：刀尖圓弧半徑rε、進(jìn)給量f

主偏角kr、副偏角kr′第七十頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日71

一、表面粗糙度2、物理因素的影響物理因素對加工表面粗糙度的影響比較復(fù)雜，與切削原理所述的積屑瘤、鱗刺和振動有關(guān)。（1）進(jìn)給量f的影響。減小進(jìn)給量固然可以減小表面粗糙度值，但進(jìn)給量過小，表面粗糙度會有增大的趨勢。切削層太薄刀具刃口半徑大，擠壓為主。（2）吃刀深度的影響。一般不明顯，但太小時(shí)，擠壓、打滑嚴(yán)重。第七十一頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日72

一、表面粗糙度2、物理因素的影響（3）切削速度的影響。加工塑性材料時(shí)，切削速度對表面粗糙度的影響（對積屑瘤和鱗刺的影響）如下圖所示。選擇低速寬刀精切和高速精切，可以得到較小的表面粗糙度。第七十二頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日73

一、表面粗糙度2、物理因素的影響（4）工件材料的影響。韌性材料：工件材料韌性愈好，金屬塑性變形愈大，加工表面愈粗糙。故對中碳鋼和低碳鋼材料的工件，為改善切削性能，減小表面粗糙度，常在粗加工或精加工前安排正火或調(diào)質(zhì)處理。脆性材料：加工脆性材料時(shí)，其切削呈碎粒狀，由于切屑的崩碎而在加工表面留下許多麻點(diǎn)，使表面粗糙。（5）其它因素的影響此外，合理使用冷卻潤滑液，適當(dāng)增大刀具的前角，提高刀具的刃磨質(zhì)量等，均能有效地減小表面粗糙度值。第七十三頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日74

一、表面粗糙度3、加工過程中振動的影響振動會在工件加工表面出現(xiàn)振紋，降低了工件的加工精度和表面質(zhì)量；振動會引起刀具崩刃打刀現(xiàn)象并加速刀具或砂輪的磨損；振動使機(jī)床連接部分松動，影響運(yùn)動副的工作性能，并導(dǎo)致機(jī)床喪失精度；強(qiáng)烈的振動及伴隨而來的噪聲，還會污染環(huán)境，使機(jī)械加工生產(chǎn)率降低。第七十四頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日75

二、表面強(qiáng)化和表面殘余應(yīng)立（一）表面強(qiáng)化定義：機(jī)械加工時(shí)，工件表面層金屬受到切削力的作用產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形，使晶格扭曲，晶粒間產(chǎn)生剪切滑移，晶粒被拉長、纖維化甚至碎化，從而使表面層的強(qiáng)度和硬度增加，這種現(xiàn)象稱為加工硬化，又稱冷作硬化和強(qiáng)化。衡量表面層加工硬化程度的指標(biāo)有：1）表面層的顯微硬度HV；2）硬化層深度h。第七十五頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期日76影響表面層加工硬化的因素