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1、第四章 机械加工质量及其控制4.1 机械加工质量概述 4 2 机械加工精度的影响因素4.2 机械加工精度的影响因素 4.3 机床几何误差及其对加工精度的影响 4.4 工艺系统受力变形与受热变形对加工精度的影 响 4.5 工件内应力对加工精度影响 4.6 加工误差的统计分析 4.7 机械加工表面质量学习指南机械加工质量主要包括加工精度和加工表面质量两个方面。在影响机械加工精度的诸多误差因素中机床的几何误差、在影响机械加工精度的诸多误差因素中，机床的几何误差、 工艺系统的受力变形和受热变形占有突出的位置，学习者 应了解这些误差因素是如何影响加工误差的。在影响机械加工表面质量的诸多因素中切削用量刀具
2、在影响机械加工表面质量的诸多因素中，切削用量、刀具 几何角度以及工件、刀具材料等起重要作用，学习者应了 解这些因素对加工表面质量的影响规律。应学会分析加工误差产生的物理原因，从而找出控制加工误差的方法。同时还应学会运用统计学方法对加工误差进 行统计分析，以从加工误差的统计特征，确定出加工误差计分析 的变化规律及可能采取的控制方法。4.1 机械加工质量概述学习要点：学习要点：掌握机械加工质量和加工精度的概念熟知尺寸精度形状精度和位置精度的获熟知尺寸精度、形状精度和位置精度的获 得方法了解表面质量对零件使用性能的影响。4.1 机械加工质量概述机械加工质量的内涵 尺寸误差机械加工后最外层表面与周围环
3、境界面的几何形状误差 相互位置误差形状误差加工误差宏观几何方面 加工质量波度：介于宏观几何形状误差与 微观表面粗糙度之间的几何形状 误差表面粗糙度微观误差 相组织变化）变质层（力学性能及金材料性能方面4.1 机械加工质量概述零件加工表面的粗糙度和波度波度：波长，波高H4.1 机械加工质量概述机械加工质量的内涵 形状误差尺寸误差加工误差宏观 相互位置误差几何方面 加工质量 表面粗糙度微观相组织变化）变质层（力学性能及金材料性能方面机械加工后零件定深度表面层的物理力学性质等方面的质机械加工后，零件一定深度表面层的物理力学性质等方面的质 量与基体相比发生的变化，称加工变质层4.1 机械加工质量概述加
4、工变质层的构成情况 （P116）变质层构成厚度成因变质层构成厚度成因吸附层污染层、化合物层、物理化学吸附层、 异物嵌入层（积屑瘤碎片、磨粒嵌入）8m外界因素结晶组织变化层非晶体层微细结晶层位错密度升几十至切削力引起塑结晶组织变化层 （压缩层）非晶体层、微细结晶层、位错密度升 高层、孪晶层、便面合金化层、纤维 化层、相变层、再结晶层几十至 几百微 米切削力引起塑 性变形应力变质层残余应力层4.1 机械加工质量概述加工精度及加工误差 零件加工后实际几何参数（尺寸、形状和各表 面间相互位置）与理想几何参数（形状、位置几数状 无误差，尺寸位于零件图纸规定的公差带中心） 的符合 程度 加工精度 不符合
5、程度 加工误差符合程度高，加工精度高；形状误差应限制在形状公差之内；加工精度高，加工误差小。位置误差应限制在位置公差范围之内。如不作特殊说明，零件的形状误差和位置误差不应大于零件如不作特殊说明，零件的形状误差和位置误差不应大于零件 尺寸公差的二分之一。如对零件的形状误差或位置误差有特 别要求，应在尺寸公差之外另加标注。如图所示夹具底板零件，其顶面于底面之间的距离尺寸为 自由公差，但其顶面对底面的平行度误差要求很高，需特自由公差，但其顶面对底面的平行度误差要求很高，需特 别加以标注。4.1 机械加工质量概述B机械加工精度的获得方法尺寸精度 （1）试切法A试 （2）调整法 （3）定尺寸刀具法（ ）
6、定尺寸刀具法零件加工表面尺寸由刀具确定，孔（钻、扩、铰）；键 槽（键槽铣刀）；成形刀具（成型表面） 自动控制法（4）自动控制法 数控加工（尺寸测量装置+进给机构+控制装置加工过程 中的尺寸测量+刀具补偿调整）中的尺寸测量+刀具补偿调整）试切法试切+测量+调整试切+测量+调整效率低，对操作者水平要求高单件、小批生产或高精度零件加工调整法试切好工件/标准样件+对刀装置 成批、大量生产成批、大量生产4.1 机械加工质量概述机械加工精度的获得方法形状精度 （1）成形运动法：刀具相对于工件有规律的切削成动具件有律 形运动 例：轨迹法、展成法、相切法和成形刀具法（2）非成形运动法：通过表面形状检验，人工修
7、整 加工成形运动法轨迹法轨迹法工件表面的生线（母线和 导线）均由轨迹运动生成成型法工件的条生线通过刀刃的导线）均由轨迹运动生成工件的一条生线通过刀刃的 形状直接获得成形运动法范成法/展成法相切法其工件的一条生线也是刀 刃运动轨迹的包络线，且 工件的一条生线是刀刃运动 轨迹的包络线包络线需通过刀具与工件 之间的范成运动来生成4.1 机械加工质量概述 机械加工精度的获得方法机械加工精度的获得方法形状精度 （1）成形运动法：刀具相对于工件有规律的切削成 形运动 例轨迹法展成法相切法和成形刀具法例：轨迹法、展成法、相切法和成形刀具法（2）非成形运动法：通过表面形状检验人工修整（2）非成形运动法：通过表
8、面形状检验，人工修整 加工 例：样板加工例样板 效率低，但当零件形状精度要求很高（高于机 床设备所能提供的成形运动精度）时采用4.1 机械加工质量概述 机械加工精度的获得方法机械加工精度的获得方法位置精度 （1）一次装夹获得法 零件表面的位置精度在一次装夹中由刀具相对 于工件的成形运动位置关系保证； （2）多次装夹获得法 通过刀具相对工件的成形运动与工件定位基准 面之间的位置关系来保证零件表面的位置精度 非成动法（3）非成形运动法 人工修整，反复检测、加工4.1 机械加工质量概述一次装夹获得法车床上一次安装车外圆和端面，则端面相对于 外圆表面的垂直度由车床横向溜板运动轨迹与外圆表面的垂直度由车
9、床横向溜板运动轨迹与 车床主轴回转中心线的垂直度来保证4.1 机械加工质量概述机械加工精度的获得方法位置精度 （1）一次装夹获得法次装夹获得 零件表面的位置精度在一次装夹中由刀具相对 于工件的成形运动位置关系保证； （2）多次装夹获得法 通过刀具相对工件的成形运动与工件定位基准 面之间的位置关系来保证零件表面的位置精度 （3）非成形运动法 人工修整，反复检测、加工4.1 机械加工质量概述多次装夹获得法 0.1A0.1/互为基准，经三次反复加工，A选择顶尖孔为基准，在调头的两次 保证两平面平行度装夹中统一基准，磨轴上两轴颈， 保证两轴颈的同轴度要求。4.2 机械加工精度的影响因素学习要点：学习要
10、点：掌握机械加工工艺系统原始误 差的概念，掌握工艺系统原始误差（包括 静误差和动误差）对机械加工精度的影响静误差和动误差）对机械加精度的影响 及控制方法，深刻理解和掌握误差敏感方 向的概念及其在机械加工精度分析中的应向的概念及其在机械加工精度分析中的应 用。4.2 机械加工精度的影响因素概念：机械加工工艺系统 加工过程中，由机床、夹具、刀具、量具和工 件构成的封闭系统称为机械加工工艺系统4.2 机械加工精度的影响因素工艺系统原始误差 夹具误差机床误差零件未加工前 工艺系统本身工艺系统 静误差原理误差量具误差刀具误差具与加工过程无关所具有的误差静误差测量误差调整误差原始误差例：数控插补 加工、相
11、切法 和范成法加工刀具磨损受热变形受力变形与加工过程有关原始误差和范成法加工工艺系统 动误差工件内应力刀具磨损与加工过程有关工艺系统原有 精度被破坏而动误差精度被破坏而 产生的附加误 差因素4.2 机械加工精度的影响因素误差敏感方向削加过中由各种Ay切削加工过程中，由于各种 原始误差的影响，会使刀具 和工件之间正确的几何关系R RoA 遭到破坏，引起加工误差。不同方向的原始误差，对加 工误差的影响程度不同xARo O工误差的影响程度不同。当原始误差与工序尺寸方向 一致时，原始误差对加工精 度的影响最大x 度的影响最大。y 例：车削加工，工件回转轴线O， 刀尖正确位置A刀尖正确位置A4.2 机械
12、加工精度的影响因素误差敏感方向Ay刀尖由A移至A或A导 致的工件半径上的误差 是样的为RR RoA是一样的，为R AAxxARo O AAyAAx RRR 2o x AA2Ry y 例：车削加工，工件回转轴线O， 刀尖正确位置A2222RRRR)(设R250 1刀尖正确位置A22 oo22 o22 o22 oyRR2RRRyRRRR)(设：Ro=25mm，y=0.1mm则：R=0.0002mm4.2 机械加工精度的影响因素影响加工精度最大的方向影响加工精度最大的方向（即通过即通过误差敏感方向影响加工精度最大的方向影响加工精度最大的方向（即通过即通过 刀刃的加工表面的法向）称为误差刀刃的加工表面
13、的法向）称为误差 敏感方向敏感方向。Ay当原始误差的方向在加工表面法线 方向时，引起的加工误差最大。敏感方向敏感方向xRARo OA AAx xAO AA2RyRRR 2oxy 2R当原始误差的方向在加工表面切线 方向时引起的加差最小y 例：车削加工，工件回转轴线O， 刀尖正确位置A方向时，引起的加工误差最小，可 以忽略不计4.2 机械加工精度的影响因素误差的敏感方向误差的敏感方向4 3 机床几何误差及其对加工精度的4.3 机床几何误差及其对加工精度的 影响学习要点：学习要点：掌握机床主轴回转精度的概念及对加工精 度的影响，了解主轴回转误差产生的原因 及提高主轴回转精度的措施；掌握机床导轨导向
14、精度的概念及对加工精掌握机床导轨导向精度的概念及对加工精 度的影响，掌握机床成形运动之间的位置 关系精度及其对加工精度的影响，了解提关系精度及其对加工精度的影响，了解提 高这些精度的措施。4 3 机床几何误差及其对加工精度的4.3 机床几何误差及其对加工精度的 影响机床几何原始误差基本成形运动自身误差基本成形运动自身误差主轴回转误差主轴回转误差直线进给运动误差n成形运动之间的相对误差成形运动之间的相对误差纵向进给与主轴轴线不平行纵向、横向进给不垂直f4 3 机床几何误差及其对加工精度的4.3 机床几何误差及其对加工精度的 影响机床主轴回转精度主 轴OnO 机床主轴作回转运动时， 在任一截面上若
15、只有一点O由于主轴回转误差， 回转中心的位置时刻主轴回转精度高低， 以规定测量截面内，主 轴瞬时回转中心相对于的速度为零，则该点为主轴 的回转中心。变动，为瞬时回转中 心。轴瞬时回转中心相对于 其平均位置来衡量4 3 机床几何误差及其对加工精度的4.3 机床几何误差及其对加工精度的 影响主轴回转误差 - 三种形式举例举例举例4 3 机床几何误差及其对加工精度的4.3 机床几何误差及其对加工精度的 影响举例：采用滑动轴承时主轴径向跳动分析OOOOOO（a）轴颈不圆（b）轴承孔不圆（a）轴颈不圆（b）轴承孔不圆车床车床：切削力方向不变，主轴轴镗床镗床：由于切削力作用方向是变 颈的圆度误差将在回转过程中引 起轴线位置产生瞬时变化，造成 径向跳动；而轴承内孔有圆度误化的，因而当滑动轴承内孔有圆 度误差时，将使主轴在回转的过 程中产生径向跳动，引起镗孔的径向跳动；而轴承内孔有圆度误 差时，其影响较小程中产径向跳动引起孔的 圆度误差4 3 机床几何误差及其对加工精度的4.3 机床几何误差及其对加工精度的 影响主轴径向跳动的主要原因- 主轴轴承副的制造误差滑动轴承滑动轴承
