机械电子学院 主讲：尹明富第七章 机械制造质量分析与控制Analysis and Control Analysis and Control of Machining Qualityof Machining Quality内容提要r 机械制造质量相关概念 r 机械加工精度 r 加工误差的统计分析 r 机械加工表面质量 r 机械加工过程中的振动7.17.1 概述概述Introduction to Machining Introduction to Machining QualityQuality7.1 概述n质量是企业的灵魂n质量的三层含义：设计质量、制造质量、 服务质量7.1 概述尺寸精度宏观几何形状精度：圆度、圆柱度、平面度等位置精度：同轴度、平行度、圆跳动等加工精度表面质量物理机械性能表层冷作硬化表层金相组织变化表层残余应力制造质量微观几何形状误差：表面粗糙度波度Ø 波度（介于宏观与微观之间）： Ø 微观几何形状误差：表面粗糙度Ra/μm： Ø 宏观几何形精度：7.1 概述几何形状误差示意图7.27.2 机械加工精度机械加工精度Machining PrecisionMachining Precision7.2 机械加工精度－机械加工精度概述加工精度与加工误差加工精度：指零件加工后的实际几何参数(尺寸、形状 和位置)与理想几何参数的符合程度。
加工误差：指零件加工后的实际几何参数(尺寸、形状 和位置)与理想几何参数的偏离程度关系：同一问题两种不同的说法：加工精度在数值上 通过加工误差的大小来表示，加工精度越高，误差 越小，反之加工精度越低，误差就越大7.2 机械加工精度－机械加工精度概述尺寸精度、形状精度和位置精度尺寸精度：加工后，零件的实际尺寸与零件尺寸公差 带中心的符合程度 形状精度：加工后，零件表面的实际几何形状与理想 的几何形状的相符合程度 位置精度：加工后，零件有关表面之间的实际位置与 理想位置的符合程度 关系： 三者之间是既有区别又有联系的通常，形状 公差应限制在位置公差之内，而位置误差又要限制 在尺寸公差之内7.2 机械加工精度－机械加工精度概述获得加工精度的方法试切法：适用于单件、小批生产调整法：适用于成批、大量生产定尺寸刀具法：常用于孔、螺纹和成形表面的加工自动控制法：尺寸精度位置精度划线找正法获得加工精度的方法轨迹法：刀具与工件相对运动轨迹直接找正法形状精度夹具定位法成形刀具法：成形刀具展成法：刀具与工件作展成运动7.2 机械加工精度－机械加工精度概述影响加工精度的因素 工艺系统：机床、夹具、刀具和工件等组成的系统。
原始误差：工艺系统中直接引起加工误差的因素 工艺系统静 误差工艺系统动 误差与初始状态 有关与工艺过程 有关原始误差7.2 机械加工精度－工艺系统的几何误差机械加工工艺系统的几何误差包括机床、夹 具、刀具的误差，是由制造误差、安装误差以 及使用中的磨损引起的误差等组成7.2 机械加工精度－工艺系统的几何误差机床误差是由机床的制造误差、安装误差和使用中的磨损引起的. 对加工精度影响较大的有:机床误差（1）主轴回转误差（2）导轨误差 （3）传动链误差7.2 机械加工精度－主轴回转误差（1）机床主轴是决定工件(或刀具)位置的重要部件； 主轴 回转误差直接影响被加工零件的形状、位置精度和表面粗糙 度.（2）主轴回转误差：主轴的实际回转轴线对其理想回转轴线（各瞬时回转轴线的平均位置）的变动量 即要求主轴回转时能保持轴线的位置稳定不变. （3）主轴回转误差主要包括：端面圆跳动、径向圆跳动、角度摆动 7.2 机械加工精度－主轴回转误差端面圆跳动：影响车端面时工件端面的垂直度、平面度和工 件的轴向尺寸；影响车螺纹时的螺距径向圆跳动：影响工件圆柱面的圆度和圆柱度角度摆动 ：影响工件圆柱面的圆柱度和端面的形状。
主轴回转误差实际上是上述三种误差形式的合成7.2 机械加工精度－主轴回转误差影响主轴回转误差的因素：主轴支撑轴颈的误差、轴承的误差 、轴承的间隙、箱体支撑孔的误差、与轴承相配合零件的误差及 主轴刚度和热变形等对于不同类型的机床，其影响因素也是不 相同的 分析主轴采用滑动轴承时主轴的径向圆跳动：分两种情况：工件回转型（车床）刀具回转型（镗床）提高主轴回转精度的措施：提高轴承精度，提高主轴轴颈、箱 体支撑孔及与轴承相配合零件有关表面的加工精度和装配精度， 对高速主轴部件进行动平衡，对滚动轴承进行预紧等 7.2 机械加工精度－导轨误差机床导轨副是机床中确定各主要部件位置关系的 基准，是实现直线运动的主要部件机床导轨的精度要求主要有以下三个方面： ① 导轨在水平面内的直线度误差1 ② 导轨在垂直面内的直线度误差2 ③ 前后导轨的平行度误差（扭曲度）37.2 机械加工精度－导轨误差导轨在水平面内的直线度误差1此项误差使刀尖在水平面内产生移Δy , 造成工件在半径方向的误差ΔRy (这时ΔRy=Δy), 使工件表面产生圆柱度误差. 7.2 机械加工精度－导轨误差导轨在垂直面内的直线度误差2∴ΔRz≈Δz2／(2R0), 定义工件加工表面法线方向叫做误差的敏 感方向. 设Δy= Δz=0.1mm, R=20mm, 那么ΔRy= Δy=0.1mm, ΔRz=0.00025mm, ΔRy＝400ΔRz. 7.2 机械加工精度－导轨误差前后导轨的平行度误差（扭曲度）3由于导轨发生了扭曲, 使刀尖相对于工件在水平和垂直两 个方向上产生偏移. 设车床中 心高为H, 导轨宽度为B, 则导 轨扭曲量Δ引起工件半径的变化量ΔRy为: 通常, 车床H/B≈2/3；外圆磨床H/B≈1, 可见此项误差对 加工精度影响很大, 会导致工件产生圆柱度误差. 7.2 机械加工精度－导轨误差影响导轨误差的其它因素：导轨导向精度, 除受导轨制 造误差的影响外, 还受机床安装是否正确, 地基是否坚固 , 导轨的润滑状况, 磨损的均匀性, 导轨的热变形以及运动部件的重心移动和过大切削力引起的导轨弹性变形等因素的影响. 提高机床导轨精度的措施：提高机床导轨、溜板的制造 精度及安装精度，采用耐磨合金铸铁、镶钢导轨、贴塑 导轨、滚动导轨、静压导轨、导轨表面淬火等措施提高 导轨的耐磨性，正确安装机床和定期检修 等。
7.2 机械加工精度－机床传动链误差传运链的传动误差: 指内联系的传动链中首、末两端传动元件之间相对运动的误差. 传动链传动误差, 一般不影响圆柱面和平面的加工精度， 但在加工工件运动和刀具运动有严格内联系的表面, 如车削、磨削螺纹和滚齿、插齿、磨齿时, 则是影响加工精度的重要因素. 7.2 机械加工精度－机床传动链误差减小传动链误差的措施：① 减少传动环节，缩短传动链，以减少误差来源 ② 提高传动元件，特别是末端传动元件的制造精度 和装配精度 ③ 传动链中按降速比递增的原则分配各传动副的传 动比 ④ 采用误差校正机构7.2 机械加工精度－工艺系统的几何误差夹具误差：主要是指夹具的定位元件、导向元件及夹具体等零件 的加工与装配误差它将直接影响到工件加工表面的位置精度或尺寸精度，对被 加工工件的位置精度影响最大在设计夹具时，凡影响工件精度的有关技术要求必须给出严 格的公差粗加工用夹具一般取工件相应尺寸公差的1/5～1/10 精加工用夹具一般取工件相应尺寸公差的1/2～1/3夹具磨损将使夹具的误差增大，从而使工件的加工误差也相 应增大为了保证工件的加工精度，除了严格保证夹具的制造精 度外，还必须注意提高夹具易磨损件的耐磨性，当磨损到一定限 度以后，必须及时予以更换。
夹具误差与装夹误差7.2 机械加工精度－工艺系统的几何误差刀具误差：是由于刀具制造误差和刀具磨损所引起的机械加工中常用的刀具有：一般刀具、定尺寸刀具和成形刀具一般刀具的制造误差，对加工精度没有直接影响；定尺寸刀具的 尺寸误差直接影响被加工工件的尺寸精度；成形刀具和展成刀具 的制造误差，直接影响被加工工件表面的形状精度刀具的磨损，除了对切削性能、加工表面质量有不良影响外，也 直接影响加工精度刀具误差7.2 机械加工精度－定位误差定位误差：是指一批工件采用调整法加工时因定位不准确而引起 的尺寸或位置的最大变化量，定位误差主要有两种：基准不重合误差 定位副制造不准确误差7.2 机械加工精度－工艺系统受力变形引起的误差工艺系统刚度： 加工表面法向切削力 与工艺系统的法向变 形的比值工艺系统的总变形量：工艺系统的刚度计算：7.2 机械加工精度－工艺系统受力变形引起的误差工艺系统刚度的计算工件、刀具的刚度可按材料力学进行计算；夹 具一般总是固定在机床上使用，可视为机床的一部分 ；机床有许多零部件组成，其刚度迄今尚无合适 的计算方法，目前主要通过实验方法来测量机床部件 刚度静测定法是一种最简单的测定方法。
7.2 机械加工精度－工艺系统受力变形引起的误差机床部件静刚度的测定主轴箱刚度：尾座刚度：刀架刚度：7.2 机械加工精度－工艺系统受力变形引起的误差工艺系统刚度对加工精度的影响： （1）由于工艺系统刚度变化引起的 误差考虑工件刚度情况：7.2 机械加工精度－工艺系统受力变形引起的误差工艺系统刚度对加工精度的影响： （2）由于切削力变化引起的误差原始误差 毛 工件的圆度误差工 毛越大，工也越大这 种现象称为加工过程中 的毛坯误差复映现象 毛与工之比值，称为误 差复映系数，它是误差 复映的度量 7.2 机械加工精度－工艺系统受力变形引起的误差减少工艺系统受力变形的措施：r 提高工艺系统刚度 ① 提高接触刚度 ② 提高零件的刚度 ③ 提高机床部件的刚度 ④ 合理的装夹方式和加工方法 r 减小切削力及其变化 改善毛坯制造工艺、合理选择刀具的几何参数 、增大前角和主偏角、合理选择刀具材料、 对工件材料进行适当的热处理以改善材料的 加工性能7.2 机械加工精度－工艺系统受热变形引起的误差工艺系统热变形对加工精度的影响比较大，特别是在 精密加工和大件加工中，热变形所引起的加工误差有时可占 总误差的40%－70%工艺系统的热源内部热源 切削热 磨擦热和能量损耗派生热源外部热源环境温度辐射热7.2 机械加工精度－工艺系统受热变形引起的误差切削热是切削加工中最主要的热源， 它对工件加工精度的影响最为直接 切削热7.2 机械加工精度－工艺系统受热变形引起的误差工件热变形对加工精度的影响工件热变形的热源主要是切削热，对于精 密件，环境温度也有很大的影响。
传入工件的热 量越多、工件的质量越小测热变形越大如果工件受热不均匀， 则工件的热变形计算公 式为：如果工件均匀受热， 则工件的热变形计算 公式为：7.2 机械加工精度－工艺系统受热变形引起的误差刀具热变形对加工精度的影响：r 主要热源是切削热刀头体积小,热容量小，温度 高, 局部温度可达1000摄氏度以上. r 粗加工时, 刀具热变形量可达0.03～0.05mm, 对 加工精度影响一般可以不考虑. r 间断切削时, 刀具有短暂的冷却时间, 热变形量 还要小一些. r 但在车削长轴时, 刀具的热伸长, 会使工件产生 锥度误差.7.2 机械加工精度－工艺系统受热变形引起的误差减小工艺系统热变形 的途径r 减少发热和隔热r 改善散热条件r 均衡温度场r 改进机床结构r 控制环境温度7.2 机械加工精度－工艺系统受热变形引起的误差隔热罩均衡前后壁温度7.2 机械加工精度－内应力重新分布引起的误差内应力（或残余应力）概念是在外部载荷去除以后，仍残存在工件内部的应力 它是因为工件在冷、热加工中，金属内部相邻的宏观 或微观组织发生了不均匀的体积变化而产生的内应力的变化会使零件产生相应的变形，原有的加 工精度受到破坏。
用这些零件装配成机器，在机器使用 中也会逐渐产生变形，从而影响整台机器的质量因此 ，必须采取措施消除内应力对零件加工精度的影响 7.2 机械加工精度－内应力的产生毛坯制造中产生的内应力铸件因残余应力引起的变形 7.。