机械制造技术第四章第三节

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1、第二节第二节 工艺过程的统计分析工艺过程的统计分析一、误差统计性质的分类一、误差统计性质的分类各种加工误差，按他们在一批零件中出现的规律来看，可分为两大类：系统各种加工误差，按他们在一批零件中出现的规律来看，可分为两大类：系统性误差与随机性误差，如表性误差与随机性误差，如表5-3所示。所示。 常值系统性误差常值系统性误差1.系统性误差系统性误差 变值系统性误差变值系统性误差在顺序加工一批工件中，其加工误差的大小和方向不变或者按一定规律变在顺序加工一批工件中，其加工误差的大小和方向不变或者按一定规律变化，统称为系统误差。化，统称为系统误差。1）常值系统性误差）常值系统性误差在顺序加工一批工件中，

2、其大小和方向皆不变的误差，在顺序加工一批工件中，其大小和方向皆不变的误差，称为常值系统性误差，如铰刀直径大小的误差、测量仪器的一次对零误差称为常值系统性误差，如铰刀直径大小的误差、测量仪器的一次对零误差等。等。 上一节分析了各种原始误差对加工精度的影响，也提出了一些解决问题的途上一节分析了各种原始误差对加工精度的影响，也提出了一些解决问题的途径，但问题的特点是局部的，单因素的。在实际生产中出现的加工精度问题往往径，但问题的特点是局部的，单因素的。在实际生产中出现的加工精度问题往往是综合性很强的工艺问题，其影响因素也比较复杂，往往是多种因素交织在一起，是综合性很强的工艺问题，其影响因素也比较复杂

3、，往往是多种因素交织在一起，这时只能用概率统计的方法来进行分析，才能得出正确的、符合实际的结果。这时只能用概率统计的方法来进行分析，才能得出正确的、符合实际的结果。机械制造技术第四章第三节2.随机误差随机误差在顺序加工一批工件中，有些误差的大小和方向是无规则地变化在顺序加工一批工件中，有些误差的大小和方向是无规则地变化着，这些误差称为随机误差。着，这些误差称为随机误差。例如：加工余量不均匀、材料硬度不均匀、夹紧力时大时小等原因引起的加例如：加工余量不均匀、材料硬度不均匀、夹紧力时大时小等原因引起的加工误差。工误差。对于随机性误差，只能缩小它们的变动范围，而不能完全消除。由概率论对于随机性误差，

4、只能缩小它们的变动范围，而不能完全消除。由概率论与数理统计可知，随机性误差的统计规律可用它的概率分布表示，如果我们掌与数理统计可知，随机性误差的统计规律可用它的概率分布表示，如果我们掌握了工艺过程中各种随机误差的概率分布，又知道了变值系统性误差的变化规握了工艺过程中各种随机误差的概率分布，又知道了变值系统性误差的变化规律，那么我们就能对工艺过程进行有效的控制，使工艺过程按规定要求顺利进律，那么我们就能对工艺过程进行有效的控制，使工艺过程按规定要求顺利进行。行。对于常值系统性误差，若能掌握其大小和方向，就可以通过调整消除。对于常值系统性误差，若能掌握其大小和方向，就可以通过调整消除。 对于变值系

5、统性误差，若能掌握其大小和方向随时间变化的规律，则可通对于变值系统性误差，若能掌握其大小和方向随时间变化的规律，则可通过自动补偿消除。过自动补偿消除。2）变值系统性误差）变值系统性误差在顺序加工一批工件中，其大小和方向循某一规律变在顺序加工一批工件中，其大小和方向循某一规律变化的误差，称为变值系统性误差。如：由于刀具磨损引起的加工误差，机床化的误差，称为变值系统性误差。如：由于刀具磨损引起的加工误差，机床或刀具或工件的受热变形引起的加工误差等。显然，常值系统性误差与加工或刀具或工件的受热变形引起的加工误差等。显然，常值系统性误差与加工顺序无关，而变值系统性误差与加工顺序有关。顺序无关，而变值系

6、统性误差与加工顺序有关。机械制造技术第四章第三节1.正态分布的基本概念正态分布的基本概念（1）正态分布的数学模型，特征参数和特殊点：）正态分布的数学模型，特征参数和特殊点：机械加工中，工件的尺寸误差是由机械加工中，工件的尺寸误差是由很多相互独立的随机误差综合作用很多相互独立的随机误差综合作用的结果，如果其中没有一个随机误的结果，如果其中没有一个随机误差是起决定作用的，则加工之后工差是起决定作用的，则加工之后工件的尺寸将呈正态分布。件的尺寸将呈正态分布。其概率密度方程为：其概率密度方程为：1）数学模型：）数学模型： 二、工艺过程的分布图分析二、工艺过程的分布图分析机械制造技术第四章第三节）特征参

7、数：该方程有两个特征参数，一为算术平均值）特征参数：该方程有两个特征参数，一为算术平均值 ，另一为，另一为均方根偏差（标准差）均方根偏差（标准差） 只影响曲线的位置，而不影响曲线的形状。只影响曲线的位置，而不影响曲线的形状。 只影响曲线的形状，只影响曲线的形状，而不影响曲线的位置。而不影响曲线的位置。 曲线越平坦，尺寸曲线越平坦，尺寸就越分散，精度越差。就越分散，精度越差。的大小反映了机床加工的大小反映了机床加工精度的高低，精度的高低， 的大小反的大小反映了机床调整位置的不同。映了机床调整位置的不同。机械制造技术第四章第三节）曲线的特征点）曲线的特征点a）令）令y(x)=0，x = 时时b）两

8、个拐点）两个拐点令式（令式（417）的二次导数为）的二次导数为0，即可求得正态分布曲线在，即可求得正态分布曲线在x = 时时处的拐点的纵标值为处的拐点的纵标值为2.标准正态分布标准正态分布 、 的正态分布称为标准正态分布，其概率的正态分布称为标准正态分布，其概率密度可写为密度可写为在生产实际中，经常是在生产实际中，经常是 既不等于既不等于0， 也不等于也不等于1，为了查表计算方便，为了查表计算方便，需要将非标准正态分布，通过标准化变量代换，转换为标准正态分布。需要将非标准正态分布，通过标准化变量代换，转换为标准正态分布。机械制造技术第四章第三节上式就是非标准正态分布概率密度函数上式就是非标准正

9、态分布概率密度函数 与标准正态分布概率密度函与标准正态分布概率密度函数数 的转换关系式。的转换关系式。3. 工件尺寸在某区间内的概率工件尺寸在某区间内的概率生产上感兴趣的问题往往不是工件生产上感兴趣的问题往往不是工件为某一尺寸的概率是多大，而是加为某一尺寸的概率是多大，而是加工工件尺寸落在某一个区间内的概工工件尺寸落在某一个区间内的概率是多大，该概率等于图率是多大，该概率等于图538所所示阴影的面积示阴影的面积 机械制造技术第四章第三节综上分析可知，非标准正态分布概率密度函数的积分，经标准化变换后，综上分析可知，非标准正态分布概率密度函数的积分，经标准化变换后，可用标准正态分布概率密度函数的积

10、分表示。可用标准正态分布概率密度函数的积分表示。为了计算的需要，可制作一个标准化正态分布概率密度函数的积分表，参见为了计算的需要，可制作一个标准化正态分布概率密度函数的积分表，参见表表54，由表，由表54可知：可知：计算结果表明，工件尺寸落在计算结果表明，工件尺寸落在 范围内的概率为范围内的概率为99.73%。而。而落在该范围以外的概率只占落在该范围以外的概率只占0.27%，可忽略不计。，可忽略不计。因此可以认为，正态分布的分散范围为因此可以认为，正态分布的分散范围为 ，这就是工程上经常用到的，这就是工程上经常用到的 “ 原则原则”，或称，或称 原则。原则。%机械制造技术第四章第三节机械制造技

11、术第四章第三节例例53 在车床上车一批轴，图样要求为在车床上车一批轴，图样要求为 ，已知轴径尺寸误差按，已知轴径尺寸误差按正态分布，正态分布， 、 ，问这批工件的合格品率是多少，不，问这批工件的合格品率是多少，不合格品率是多少？能否修复？合格品率是多少？能否修复？解：作图解：作图5-39 进行标准化变换进行标准化变换查表查表54得得偏大不合格品率为：偏大不合格品率为：这些不合格品可修复。这些不合格品可修复。 偏小不合格品率为偏小不合格品率为 这些不合格品不可修复。这些不合格品不可修复。 合格品率为合格品率为机械制造技术第四章第三节2.机械制造中常见的误差分布规律。图机械制造中常见的误差分布规律

12、。图540（1）实际分布曲线符合正态分布，）实际分布曲线符合正态分布，6T且分散中心与公差带中心重合，且分散中心与公差带中心重合，这种分布表明加工条件正常，系统性误差几乎不存在，随机性误差只是等这种分布表明加工条件正常，系统性误差几乎不存在，随机性误差只是等微作用；一般来说是无废品出现，工序精度已达很高水平。如果再要显著微作用；一般来说是无废品出现，工序精度已达很高水平。如果再要显著的减小加工误差，则需精密调整或修理机床与工装，或换用一种比现用工的减小加工误差，则需精密调整或修理机床与工装，或换用一种比现用工序更精确（即序更精确（即较小）的加工方法来实现。例如，将车削换成磨削；将扩孔较小）的加

13、工方法来实现。例如，将车削换成磨削；将扩孔换成铰孔等。换成铰孔等。机械制造技术第四章第三节（2）实际分布曲线符合正态分布，）实际分布曲线符合正态分布，6T且分散中心与公差带中心不重合且分散中心与公差带中心不重合这种分布表明：变值系统性误差几乎不存在、随机性误差等微作用，而只有突这种分布表明：变值系统性误差几乎不存在、随机性误差等微作用，而只有突出的常值系统性误差存在。分散中心对公差带中心的偏移值出的常值系统性误差存在。分散中心对公差带中心的偏移值，就是常值系统，就是常值系统性误差，他主要是由于刀具安装调整不准造成的，而且是不可避免的。在这种性误差，他主要是由于刀具安装调整不准造成的，而且是不可

14、避免的。在这种情况下即使出现了废品，也是可以避免的，例如，调整刀具起始加工的位置，情况下即使出现了废品，也是可以避免的，例如，调整刀具起始加工的位置，使分散中心向公差带中心移动即可。使分散中心向公差带中心移动即可。（3）实际分布曲线符合正态分布，）实际分布曲线符合正态分布，6T且分散中心与公差带中心不重合且分散中心与公差带中心不重合这种分布表明：变值系统性误差几乎不存这种分布表明：变值系统性误差几乎不存在，而存在常值系统性误差和随机性误差在，而存在常值系统性误差和随机性误差较大。在这种情况下即使消除了较大。在这种情况下即使消除了常系常系，也不能将废品完全避免。既有可修复的废也不能将废品完全避免

15、。既有可修复的废品，还有不可修复的废品。（例品，还有不可修复的废品。（例5-3）从上述三种情况的分析可见，对于正态分布的从上述三种情况的分析可见，对于正态分布的6的概念是十分重要的。他代表的概念是十分重要的。他代表了某一种工序（或加工方法、或机床）在给定条件下所能达到的加工精度，了某一种工序（或加工方法、或机床）在给定条件下所能达到的加工精度，的大小完全是由随机性误差决定的、随机性误差越小，的大小完全是由随机性误差决定的、随机性误差越小，也越小，所能达到的也越小，所能达到的加工精度也越高，加工精度能否提高，关键在于能否进一步减小随机性误差。加工精度也越高，加工精度能否提高，关键在于能否进一步减

16、小随机性误差。机械制造技术第四章第三节（4）实际分布曲线不符合正态分布，而呈平顶分布）实际分布曲线不符合正态分布，而呈平顶分布 在影响机械加工的诸多误差因素中，如果刀具线性磨损的影响显著则工件在影响机械加工的诸多误差因素中，如果刀具线性磨损的影响显著则工件的尺寸误差将呈现平顶分布。的尺寸误差将呈现平顶分布。平顶误差分布曲线可以看成是随时间而平移的众多正态误差分布曲线组合平顶误差分布曲线可以看成是随时间而平移的众多正态误差分布曲线组合的结果。的结果。（5）实际分布曲线不符合正态分布，而呈偏太分布）实际分布曲线不符合正态分布，而呈偏太分布在用试切法车削轴径或孔径时，由于操作者为了尽量避免产生不可修

17、复的废在用试切法车削轴径或孔径时，由于操作者为了尽量避免产生不可修复的废品，主观地（而不是随机地）使轴径加工得宁大勿小，使孔径加工得宁小勿品，主观地（而不是随机地）使轴径加工得宁大勿小，使孔径加工得宁小勿大，则它们的尺寸误差就呈偏态分布。大，则它们的尺寸误差就呈偏态分布。（6）双峰或多峰分布）双峰或多峰分布同一工序的加工内容由两台机床来同时完成，由于这两台机床的调整尺寸不同一工序的加工内容由两台机床来同时完成，由于这两台机床的调整尺寸不尽相同，两台机床的精度状态也有差异，若将这两台机床所加工的工件混在尽相同，两台机床的精度状态也有差异，若将这两台机床所加工的工件混在一起，则工件的尺寸误差就呈双

18、峰分布。一起，则工件的尺寸误差就呈双峰分布。3.工艺过程的分布图分析工艺过程的分布图分析（一）工艺过程的稳定性（一）工艺过程的稳定性工艺过程的稳定性是指工艺过程工艺过程的稳定性是指工艺过程在时间历程上保持工件均值和标在时间历程上保持工件均值和标准差值稳定不变的性能。图准差值稳定不变的性能。图542机械制造技术第四章第三节一般情况下，在不是非常长的加工时间内，分布特征参数的变化是很小的，一般情况下，在不是非常长的加工时间内，分布特征参数的变化是很小的，因此，工艺过程稳定性主要取决于变值系统性误差是否显著，在正常情况下，因此，工艺过程稳定性主要取决于变值系统性误差是否显著，在正常情况下，变值系统性

19、误差并不显著。可以认为工艺过程是稳定的，也就是说，工艺过变值系统性误差并不显著。可以认为工艺过程是稳定的，也就是说，工艺过程处于控制状态中。程处于控制状态中。（二）工艺过程的分布图分析（二）工艺过程的分布图分析通过制作分布图，我们想要了解所加工的工件质量指标的分布是否是预期的通过制作分布图，我们想要了解所加工的工件质量指标的分布是否是预期的概率分布？如果是预期的概率分布，我们还想要知道工艺系统的加工能力是概率分布？如果是预期的概率分布，我们还想要知道工艺系统的加工能力是否比较富裕还是不足？机床调整得好不好？加工过程会不会出废品？废品率否比较富裕还是不足？机床调整得好不好？加工过程会不会出废品？

20、废品率是多少？产生废品的原因又是什么？是多少？产生废品的原因又是什么？此处以在无心磨床上加工一批外径为此处以在无心磨床上加工一批外径为 的销子为例，具体介绍工的销子为例，具体介绍工艺过程分布图分析的内容及步骤。艺过程分布图分析的内容及步骤。1.样本容量的确定样本容量的确定一般生产条件下，样本容量取为一般生产条件下，样本容量取为 ，就有足够的估计精度，本，就有足够的估计精度，本例取例取n=100 目的目的:机械制造技术第四章第三节2.样本数据的测量样本数据的测量测量所使用的仪器的精度，应将被测尺寸的公差乘以测量所使用的仪器的精度，应将被测尺寸的公差乘以 的测量精度的测量精度系数，作为选用量具量仪

21、的依据。系数，作为选用量具量仪的依据。测量尺寸时，应按加工顺序逐个测量并记录于测量数据表测量尺寸时，应按加工顺序逐个测量并记录于测量数据表55中。中。3.异常数据的删除异常数据的删除 不在不在 范围之内的，范围之内的， 当工件测量数据服从正态分布时，测量数据落在当工件测量数据服从正态分布时，测量数据落在 范围内的概率为范围内的概率为99.73%，而落在，而落在 范围以外的概率为范围以外的概率为0.27%，由于出现落在，由于出现落在 范围以外的概率很小，可视为不可能事件，一旦发生，则可被认为是异常范围以外的概率很小，可视为不可能事件，一旦发生，则可被认为是异常数据而予以剔除，即若数据而予以剔除，

22、即若则则 为异常数据，式中为异常数据，式中 为总体标准差，可用它的无偏估计量为总体标准差，可用它的无偏估计量 来代替来代替 。机械制造技术第四章第三节机械制造技术第四章第三节经计算，本例；经计算，本例；按式按式 分别计算可知，分别计算可知， 分别为异常数据，应予以剔除，此时分别为异常数据，应予以剔除，此时4.实际分布图的绘制实际分布图的绘制（1）确定尺寸间隔数）确定尺寸间隔数j尺寸间隔数尺寸间隔数j可参考表可参考表56选取选取在本例中在本例中n=97，所以应初选，所以应初选j=10（暂定）（暂定）机械制造技术第四章第三节只要找到样本中个体的最大值只要找到样本中个体的最大值 和最小值和最小值 即

23、可算得即可算得 的大小的大小（2）确定尺寸间隔大小（区间宽度）确定尺寸间隔大小（区间宽度）x将将 圆整为圆整为 ，有了，有了 值后，就可以对样本的尺寸分散值后，就可以对样本的尺寸分散范围进行分段了，分段时应注意使样本中的范围进行分段了，分段时应注意使样本中的 和和 皆落在尺寸间隔皆落在尺寸间隔内，因此本例的实际尺寸间隔数内，因此本例的实际尺寸间隔数 。机械制造技术第四章第三节（3）画出实际分布图，列出测量数据的计算表格，如表）画出实际分布图，列出测量数据的计算表格，如表57所示。所示。根据表中根据表中、项数据即可画出实际分布折线，如图项数据即可画出实际分布折线，如图541所示。所示。画图时，频

24、数值应点在尺寸区间中点的纵坐标上。画图时，频数值应点在尺寸区间中点的纵坐标上。机械制造技术第四章第三节机械制造技术第四章第三节5.理论分布图的绘制理论分布图的绘制因实际分布图是以频数为纵坐标的，因此尚需将以概率密度为纵坐标的理论因实际分布图是以频数为纵坐标的，因此尚需将以概率密度为纵坐标的理论分布图转换成以频数为纵坐标的理论分布图。分布图转换成以频数为纵坐标的理论分布图。概率密度概率密度因而有：最大概率密度值因而有：最大概率密度值拐点处概率密度值拐点处概率密度值本例中正态分布曲线的理论频数曲线，最大值和拐点处的理论频数值分别本例中正态分布曲线的理论频数曲线，最大值和拐点处的理论频数值分别为：为

25、：机械制造技术第四章第三节理论频数曲线最大值的横坐标为理论频数曲线最大值的横坐标为 两个拐点的横坐标分别为两个拐点的横坐标分别为 分散范围为从；分散范围为从；到到 有了以上数据，就可作出以频数为纵坐标的理论分布曲线，如图有了以上数据，就可作出以频数为纵坐标的理论分布曲线，如图5-41所示所示6.工艺过程的分布图分析工艺过程的分布图分析（1）判断加工误差性质）判断加工误差性质如果通过评定确认样本是服从正态分布的，就可以认为工艺过程中变值如果通过评定确认样本是服从正态分布的，就可以认为工艺过程中变值系统性误差很小（或不显著），引起被加工工件质量指标分散的原因主要由系统性误差很小（或不显著），引起被

26、加工工件质量指标分散的原因主要由随机性误差引起，工艺过程处于控制状态中。随机性误差引起，工艺过程处于控制状态中。如果评定结果表明样本不服从正态分布，就要进一步分析，是哪种变值系如果评定结果表明样本不服从正态分布，就要进一步分析，是哪种变值系统性误差，在显著的影响着工艺过程，或者工艺质量指标不服从正态分布，统性误差，在显著的影响着工艺过程，或者工艺质量指标不服从正态分布，可能服从其他分布，本例评定结果表明样本服从正态分布，工艺过程处于控可能服从其他分布，本例评定结果表明样本服从正态分布，工艺过程处于控制状态中。制状态中。机械制造技术第四章第三节如果工件尺寸误差的实际分布中心与公差带中心有偏移（图

27、如果工件尺寸误差的实际分布中心与公差带中心有偏移（图541）这表）这表明工艺过程中有常值系统性误差存在，本例中的明工艺过程中有常值系统性误差存在，本例中的=0.002mm是由于机床调是由于机床调整不准确引起的。整不准确引起的。只有在确认实际分布曲线与理论正态分布曲线相符的条件下，才能应用正只有在确认实际分布曲线与理论正态分布曲线相符的条件下，才能应用正态分布规律进行以下各项分析。态分布规律进行以下各项分析。（2）确认工序能力及其等级）确认工序能力及其等级工序能力工序能力就是工序处于稳定状态时，加工误差正常波动的幅度，通常就是工序处于稳定状态时，加工误差正常波动的幅度，通常用用6表示。表示。工序

28、能力系数工序能力系数就是工序能力满足加工精度要求的程度。就是工序能力满足加工精度要求的程度。当工序处于稳定状态时，工序能力系数按下式计算当工序处于稳定状态时，工序能力系数按下式计算 T一定一定 就有可能允许工件尺寸误差的分散范围在公差带内作适当就有可能允许工件尺寸误差的分散范围在公差带内作适当的窜动或波动。的窜动或波动。根据工序能力系数的大小，可将工序能力分为五级，参见表根据工序能力系数的大小，可将工序能力分为五级，参见表58。一般情况下，工序能力等级不应低于二级即一般情况下，工序能力等级不应低于二级即机械制造技术第四章第三节机械制造技术第四章第三节机械制造技术第四章第三节本例的工序能力系数为

29、本例的工序能力系数为 该工艺过程的工序能力为三级，加工过程中要出少量的不合格品。该工艺过程的工序能力为三级，加工过程中要出少量的不合格品。（3）确定不合格品率）确定不合格品率 不合格品率包括废品率和可修复的不合格品率。不合格品率包括废品率和可修复的不合格品率。本例的不合格品率由图本例的不合格品率由图541计算如下：计算如下：合格品率合格品率 不合格品率不合格品率 这些不合格品都是尺寸过大不合格品，属可修复的不合格品。这些不合格品都是尺寸过大不合格品，属可修复的不合格品。工艺过程的分布图分析法具有以下特点：工艺过程的分布图分析法具有以下特点：1）分布图分析法采用的是大样本，因而能比较接近实际地反

30、映工艺过程）分布图分析法采用的是大样本，因而能比较接近实际地反映工艺过程总体（母体）。总体（母体）。机械制造技术第四章第三节1.车削一批轴的外圆车削一批轴的外圆,其尺寸要求为其尺寸要求为 ,已知此工序的加工误差已知此工序的加工误差分布曲线是正态分布分布曲线是正态分布,其标准差其标准差=0.025mm,曲线的顶峰位置偏于公差带中值曲线的顶峰位置偏于公差带中值的左侧的左侧0.03mm,试求零件的合格品率和不合格品率试求零件的合格品率和不合格品率.2.有一批零件有一批零件,其内孔尺寸为其内孔尺寸为 ,属正态分布属正态分布.试求尺寸在试求尺寸在 之间的概率之间的概率.2）能把工艺过程中存在的常值系统性

31、误差从误差中区分开来，但不能把变值）能把工艺过程中存在的常值系统性误差从误差中区分开来，但不能把变值系统性误差从误差中区分开来。系统性误差从误差中区分开来。3）只有等到一批工件加工完毕后才能绘制分布图，因此不能在工艺过程进行）只有等到一批工件加工完毕后才能绘制分布图，因此不能在工艺过程进行中及时提供控制工艺过程精度的信息。（事后诸葛亮）中及时提供控制工艺过程精度的信息。（事后诸葛亮）4）计算较复杂。）计算较复杂。5）只适用于工艺过程稳定的场合。）只适用于工艺过程稳定的场合。机械制造技术第四章第三节机械制造技术第四章第三节三、工艺过程的点图分析三、工艺过程的点图分析应用分布图分析工艺过程精度的前

32、提是工艺过程必须是稳定的，如果工艺过应用分布图分析工艺过程精度的前提是工艺过程必须是稳定的，如果工艺过程不稳定，继续用分布图分析讨论工艺过程的精度就失去意义，由于点图分程不稳定，继续用分布图分析讨论工艺过程的精度就失去意义，由于点图分析法能够反映质量指标随时间变化的情况，因此它是进行统计质量控制的有析法能够反映质量指标随时间变化的情况，因此它是进行统计质量控制的有效方法，这种方法既可以用于稳定的工艺过程，也可以用于不稳定的工艺过效方法，这种方法既可以用于稳定的工艺过程，也可以用于不稳定的工艺过程。程。对于一个不稳定的工艺过程来说，要解决的问题是如何在工艺过程的进行中，对于一个不稳定的工艺过程来

33、说，要解决的问题是如何在工艺过程的进行中，不断地进行质量指标的主动控制，工艺过程一旦出现被加工工件的质量指标，不断地进行质量指标的主动控制，工艺过程一旦出现被加工工件的质量指标，有超出规定的不合格品率的趋向时，能够及时调整工艺系统或采用其它工艺有超出规定的不合格品率的趋向时，能够及时调整工艺系统或采用其它工艺措施，使工艺过程得以继续进行，对于一个稳定的工艺过程，也应该进行质措施，使工艺过程得以继续进行，对于一个稳定的工艺过程，也应该进行质量指标的主动控制，使稳定的工艺过程一旦出现不稳定趋势时，能够及时发量指标的主动控制，使稳定的工艺过程一旦出现不稳定趋势时，能够及时发现并采取相应措施，使工艺过

34、程继续稳定地进行下去，下面主要介绍稳定工现并采取相应措施，使工艺过程继续稳定地进行下去，下面主要介绍稳定工艺过程的点图分析方法。艺过程的点图分析方法。机械制造技术第四章第三节（一）点图的基本形式（一）点图的基本形式点图分析法所采用的样本是顺序小样本点图分析法所采用的样本是顺序小样本 ，即每隔一定时间抽取，即每隔一定时间抽取样本容量样本容量n=5-10的一个小样本，计算出各小样本的算术平均值的一个小样本，计算出各小样本的算术平均值 和极差和极差 。 与与 分别为某样本中个体的分别为某样本中个体的最大值与最小值。最大值与最小值。见图见图543一个稳定的工艺过程，必须同时具一个稳定的工艺过程，必须同

35、时具有均值变化不显著和标准差变化不有均值变化不显著和标准差变化不显著两个方面显著两个方面.（二）（二） -R图上下控制线的确定（见书）图上下控制线的确定（见书）公式公式5-35、5-36、5-37、5-38机械制造技术第四章第三节机械制造技术第四章第三节（三）点图的正常波动与异常波动（见表（三）点图的正常波动与异常波动（见表5-11）点图分析法的特点点图分析法的特点1.所采用的样本为顺序小样本所采用的样本为顺序小样本;2.能在工艺过程进行中及时提供主动控制的资能在工艺过程进行中及时提供主动控制的资料料;3.计算简单计算简单.机械制造技术第四章第三节第三节第三节 机械加工表面质量机械加工表面质量

36、 表面粗糙度表面粗糙度表面质量表面质量 波度波度 表层材料的冷作硬化表层材料的冷作硬化 表面层材料物理力学性能表面层材料物理力学性能 金相组织的变化金相组织的变化 残余应力残余应力一、机械加工表面质量对机器使用性能的影响一、机械加工表面质量对机器使用性能的影响（一）表面质量对耐磨性的影响（一）表面质量对耐磨性的影响1.表面粗糙度对耐磨性的影响表面粗糙度对耐磨性的影响一般一般Ra耐磨性耐磨性但但Ra润滑油不易储存，接润滑油不易储存，接触面之间容易发生分子粘接触面之间容易发生分子粘接耐耐磨性磨性接触面的表面粗糙度有一个最佳接触面的表面粗糙度有一个最佳值，如图值，如图5-45。机械制造技术第四章第三

37、节2.表面冷作硬化对耐磨性的影响表面冷作硬化对耐磨性的影响一般冷作硬化一般冷作硬化耐磨性耐磨性冷作硬化冷作硬化金属组织过度疏松金属组织过度疏松耐磨耐磨性性3.金相组织变化金相组织变化表层硬度变化表层硬度变化耐磨耐磨性变化性变化（二）表面质量对疲劳强度的影响（二）表面质量对疲劳强度的影响1.表面粗糙度对疲劳强度的影响表面粗糙度对疲劳强度的影响Ra表面纹痕表面纹痕纹底半径纹底半径抗疲劳强度抗疲劳强度2.残余应力、冷作硬化对疲劳强度的影响残余应力、冷作硬化对疲劳强度的影响残余拉应力残余拉应力疲劳裂纹疲劳裂纹加速疲劳破坏加速疲劳破坏残余压应力残余压应力阻止疲劳裂纹的扩展阻止疲劳裂纹的扩展延缓疲劳破坏的

38、发生延缓疲劳破坏的发生3.表面冷作硬化表面冷作硬化产生残余压应力产生残余压应力疲劳强度疲劳强度（三）表面质量对耐蚀性的影响（三）表面质量对耐蚀性的影响机械制造技术第四章第三节Ra凹谷中聚集腐蚀性物质凹谷中聚集腐蚀性物质耐蚀性耐蚀性表层的残余拉应力表层的残余拉应力耐蚀性耐蚀性残余压应力残余压应力耐蚀性耐蚀性（四）表面质量对配合质量的影响（四）表面质量对配合质量的影响对于间隙配合对于间隙配合Ra磨损磨损间隙间隙对于过盈配合装配过程中一部分表面凸峰被挤平对于过盈配合装配过程中一部分表面凸峰被挤平实际过盈量实际过盈量 降低了降低了配合件间的连接强度配合件间的连接强度二、影响表面粗糙度的因素二、影响表面

39、粗糙度的因素（一）切削加工影响表面粗糙度的因素（一）切削加工影响表面粗糙度的因素1.刀具几何形状的复映刀具几何形状的复映刀具相对于工件作进给运动时，在加工表面留下了切削层残留面积，其形状刀具相对于工件作进给运动时，在加工表面留下了切削层残留面积，其形状是刀具几何形状的复映。图是刀具几何形状的复映。图446对于车削对于车削机械制造技术第四章第三节1） 主要是以刀刃的直线部分形成表面主要是以刀刃的直线部分形成表面 ，此时可不考虑刀刃圆，此时可不考虑刀刃圆孤半径孤半径 的影响（尖刀车外圆）图的影响（尖刀车外圆）图546a。2） 则主要由刀刃的圆弧部分形成，此时见图则主要由刀刃的圆弧部分形成，此时见图

40、546b由上述公式可知：由上述公式可知：机械制造技术第四章第三节此外，适当此外，适当 以减小切削时的塑性变形程度，合理选择冷却润滑液和提高以减小切削时的塑性变形程度，合理选择冷却润滑液和提高刀具刃磨质量以减小切削时的塑性变形和抑制刀瘤、鳞刺的生成，也是减小刀具刃磨质量以减小切削时的塑性变形和抑制刀瘤、鳞刺的生成，也是减小Ra的有效措施。的有效措施。2.工件材料的性质工件材料的性质1）加工塑性材料时，由刀具对金属的挤压产生了塑性变形，加之刀具迫使）加工塑性材料时，由刀具对金属的挤压产生了塑性变形，加之刀具迫使切屑与工件分离的撕裂作用，使切屑与工件分离的撕裂作用，使 。工件材料工件材料 塑性变形塑

41、性变形 。中中C钢和低钢和低C钢，在加工或精加工前，常安排作调质或正火处理，就是钢，在加工或精加工前，常安排作调质或正火处理，就是为了改善切削性能为了改善切削性能 。2）加工脆性材料时，其切屑呈碎粒状，由于切屑的崩碎而在加工表面留）加工脆性材料时，其切屑呈碎粒状，由于切屑的崩碎而在加工表面留下许多麻点下许多麻点 。3.切削用量切削用量中速中速 机械制造技术第四章第三节机械制造技术第四章第三节ap对对Ra的影响不明显（一般）的影响不明显（一般） （二）磨削加工影响（二）磨削加工影响Ra的因素的因素1.砂轮的粒度：粒度号砂轮的粒度：粒度号磨粒越细磨粒越细在工件表面上留下的刻痕就越多越在工件表面上留

42、下的刻痕就越多越细细磨粒过细磨粒过细 砂轮容易堵塞砂轮容易堵塞 2.砂轮的硬度砂轮的硬度砂轮太硬砂轮太硬钝化了的磨粒，不能及时脱落，钝化了的磨粒，不能及时脱落，工件表面摩擦、挤压工件表面摩擦、挤压塑性塑性变形变形砂轮太软砂轮太软砂粒脱落过快，磨粒不能充分发挥切削作用砂粒脱落过快，磨粒不能充分发挥切削作用砂轮被破坏砂轮被破坏 3.砂轮的修整砂轮的修整修整砂轮的金刚石工具越锋利，修整导程越小，修整深度越小修整砂轮的金刚石工具越锋利，修整导程越小，修整深度越小修整的磨修整的磨粒微刃越细越多，刃口等高性越好粒微刃越细越多，刃口等高性越好 机械制造技术第四章第三节4.磨削速度磨削速度 单位时间内划过磨削

43、区的磨粒越多，工件单位面积上的刻痕数也多，单位时间内划过磨削区的磨粒越多，工件单位面积上的刻痕数也多，同时同时 还有使被磨表面金属塑性变形减小的作用，刻痕两侧的金属隆起还有使被磨表面金属塑性变形减小的作用，刻痕两侧的金属隆起小小 5.磨削径向进给量与光磨次数磨削径向进给量与光磨次数 6.工件圆周进给速度与轴向进给量工件圆周进给速度与轴向进给量 ， 纵纵单位切削面积上通过的磨粒数单位切削面积上通过的磨粒数单颗磨粒的磨削厚度单颗磨粒的磨削厚度塑性塑性变形小变形小 。 砂轮与工件接触时间砂轮与工件接触时间 烧伤工件烧伤工件 。7.冷却润滑液冷却润滑液冷却润滑液可及时冲掉碎落的磨粒，减轻砂轮与工件的磨

44、擦冷却润滑液可及时冲掉碎落的磨粒，减轻砂轮与工件的磨擦 ，并防止磨削烧伤并防止磨削烧伤光磨光磨Ra机械制造技术第四章第三节三、影响加工表面物理力学性能的因素三、影响加工表面物理力学性能的因素(一一)表面层冷作硬化表面层冷作硬化1.冷作硬化及其评定参数冷作硬化及其评定参数1）冷作硬化）冷作硬化机械加工过程中，因切削力作用产生的塑性变形，使晶格扭机械加工过程中，因切削力作用产生的塑性变形，使晶格扭曲，晶粒之间产生剪切滑移、晶粒被拉长和纤维化，甚至破碎，这些都会使曲，晶粒之间产生剪切滑移、晶粒被拉长和纤维化，甚至破碎，这些都会使表面金属的硬度和强度提高，这种现象称为冷作硬化（或称为强化）。表面金属的

45、硬度和强度提高，这种现象称为冷作硬化（或称为强化）。2）弱化）弱化被冷作硬化的金属处于高能位的不稳定状态，只要一有可能，金被冷作硬化的金属处于高能位的不稳定状态，只要一有可能，金属的不稳定状态就要向比较稳定的状态转化，这种现象称为弱化，弱化作用属的不稳定状态就要向比较稳定的状态转化，这种现象称为弱化，弱化作用的大小取决于温度的高低，温度持续时间的长短和强化程度的大小，由于金的大小取决于温度的高低，温度持续时间的长短和强化程度的大小，由于金属在机械加工过程中同时受到力和热的作用，因此，加工后表层金属的最后属在机械加工过程中同时受到力和热的作用，因此，加工后表层金属的最后性质取决于强化和弱化综合作

46、用的结果。性质取决于强化和弱化综合作用的结果。 表层金属的显微硬度表层金属的显微硬度3）评定冷作硬化的指标）评定冷作硬化的指标 硬化层深度硬化层深度 硬化程度硬化程度机械制造技术第四章第三节工件内部显微硬度工件内部显微硬度 2.影响冷作硬化的主要因素影响冷作硬化的主要因素1）刀具的影响）刀具的影响 对表层金属的挤压作用对表层金属的挤压作用塑性变形塑性变形冷硬增强冷硬增强 刀具后刀面磨损刀具后刀面磨损 摩擦变形摩擦变形 冷硬增强冷硬增强2）切削用量的影响）切削用量的影响 刀具与工件的作用时间刀具与工件的作用时间塑性变形扩展深度塑性变形扩展深度冷硬层深冷硬层深度度。 Q在工件表层上的作用时间在工件

47、表层上的作用时间冷硬程度冷硬程度。 表层金属的塑变表层金属的塑变冷硬作用加强冷硬作用加强。（二次塑性变形）。（二次塑性变形）。 %机械制造技术第四章第三节3）加工材料的影响）加工材料的影响碳钢中含碳钢中含 冷硬程度冷硬程度。 有色金属熔点低有色金属熔点低易弱化易弱化冷硬现象冷硬现象。（二）表面层材料金相组织变化（二）表面层材料金相组织变化1.磨削烧伤磨削烧伤当被磨工件表面层温度达到相变温度以上时，表层金属发生金当被磨工件表面层温度达到相变温度以上时，表层金属发生金相组织的变化，使表层金属相组织的变化，使表层金属 、 并伴随有残余应力产生，甚至出现微并伴随有残余应力产生，甚至出现微观裂纹，这种现

48、象称为烧伤。观裂纹，这种现象称为烧伤。在磨削淬火钢时，可能产生以下三种烧伤：在磨削淬火钢时，可能产生以下三种烧伤：1）回火烧伤）回火烧伤如果磨削区的温度未超过淬火钢的相变温度，但已超过如果磨削区的温度未超过淬火钢的相变温度，但已超过M的的转变温度，工件表层金属的回火转变温度，工件表层金属的回火M组织将转变成硬度较低的回火组织（组织将转变成硬度较低的回火组织（S或或T）这种烧伤称为回火烧伤。）这种烧伤称为回火烧伤。2）淬火烧伤）淬火烧伤如果磨削区温度超过了相变温度，再加上冷却液的急冷作用，如果磨削区温度超过了相变温度，再加上冷却液的急冷作用，表层金属发生二次淬火，使表层金属出现二次淬火表层金属发

49、生二次淬火，使表层金属出现二次淬火M组织，其硬度比原来的组织，其硬度比原来的回火回火M的高，在它的下层，因冷却较慢出现了硬度比原先的回火的高，在它的下层，因冷却较慢出现了硬度比原先的回火M低的组织低的组织（S或或T）这种烧伤称为淬火烧伤。）这种烧伤称为淬火烧伤。 机械制造技术第四章第三节3）退火烧伤）退火烧伤如果磨削区温度超过了相变温度，而磨削区内又无冷却液进入，如果磨削区温度超过了相变温度，而磨削区内又无冷却液进入，表层金属将产生退火组织，表面硬度将急剧下降，这种烧伤称为退火烧伤。表层金属将产生退火组织，表面硬度将急剧下降，这种烧伤称为退火烧伤。2.改善磨削烧伤的途径改善磨削烧伤的途径磨削热

50、是造成磨削烧伤的根源，故改善磨削烧伤有两个途径：磨削热是造成磨削烧伤的根源，故改善磨削烧伤有两个途径：尽可能地减少磨削热的产生。尽可能地减少磨削热的产生。改善冷却条件，尽量使产生的热量少传入工件。改善冷却条件，尽量使产生的热量少传入工件。（1）正确选择砂轮）正确选择砂轮（2）合理选择磨削用量）合理选择磨削用量 径向进给量径向进给量 易产生烧伤。易产生烧伤。 轴向进给量轴向进给量烧伤烧伤。 高压大流量冷却高压大流量冷却（3）改善冷却条件）改善冷却条件 喷雾冷却喷雾冷却 内冷却内冷却 图图4-48机械制造技术第四章第三节（三）表面层残余应力（三）表面层残余应力1.产生残余应力的原因产生残余应力的原

51、因（1）冷塑性变形）冷塑性变形 切削时在加工表面金属层内有塑性变形发生，使表层金属切削时在加工表面金属层内有塑性变形发生，使表层金属的比容的比容。表面金属层产生了残余压应力（。表面金属层产生了残余压应力（-），而在里层金属中产生了残余拉），而在里层金属中产生了残余拉应力（应力（+）。）。（2）热塑性变形）热塑性变形 （图（图5-49 ）表面金属层产生了残）表面金属层产生了残余拉应力（余拉应力（+），而在里层），而在里层金属中产生了残余压应力金属中产生了残余压应力 （-）机械制造技术第四章第三节（3）不同的金相组织具有不同的密度（）不同的金相组织具有不同的密度（ ， ）亦即具有不同的比容，如果表

52、面层金属产生了金相组织的变化，表层金属比亦即具有不同的比容，如果表面层金属产生了金相组织的变化，表层金属比容的变化必然要受到与之相连的基体金属的阻碍，因而就有残余应力产生。容的变化必然要受到与之相连的基体金属的阻碍，因而就有残余应力产生。例如：淬火钢原来的组织是例如：淬火钢原来的组织是M，磨削时有可能产生回火烧伤而转化为接近，磨削时有可能产生回火烧伤而转化为接近P的的T或或S ，表层金属密度由，表层金属密度由 增至增至 比容比容，但这种，但这种要受到要受到基体金属的阻碍，不能自由收缩，因此就在表层产生了残余拉应力（基体金属的阻碍，不能自由收缩，因此就在表层产生了残余拉应力（+），），而里层金属

53、则产生了与之相平衡的残余压应力（而里层金属则产生了与之相平衡的残余压应力（-）。）。2.零件主要工作表面最终工序加工方法的选择零件主要工作表面最终工序加工方法的选择各种加工方法在加工表面上残留的残余应力情况，参见表各种加工方法在加工表面上残留的残余应力情况，参见表5-12机械制造技术第四章第三节机械制造技术第四章第三节四、四、 控制加工表面质量的途径控制加工表面质量的途径综上所述，在加工过程中影响表面质量的因素是非常复杂的，为了获得要求的综上所述，在加工过程中影响表面质量的因素是非常复杂的，为了获得要求的表面质量，就必须对加工方法、切削参数进行适当的控制。表面质量，就必须对加工方法、切削参数进

54、行适当的控制。1.控制磨削参数控制磨削参数2.采用超精加工、研磨、珩磨等光整加工方法作为终加工工序采用超精加工、研磨、珩磨等光整加工方法作为终加工工序 3. 3.采用喷丸、滚压、碾光等表面强化工艺采用喷丸、滚压、碾光等表面强化工艺2）滚压、碾光）滚压、碾光 利用工具钢制成的钢滚轮或钢珠在工件表面进行滚压、碾利用工具钢制成的钢滚轮或钢珠在工件表面进行滚压、碾光，使表层材料产生塑性流动，从而形成新的光洁表面，粗糙度值可从光，使表层材料产生塑性流动，从而形成新的光洁表面，粗糙度值可从1.6m降低至降低至0.1m，表面硬化深度达，表面硬化深度达0.2-1.5mm。该方法在普通车床上装。该方法在普通车床

55、上装上滚压工具即可进行加工。上滚压工具即可进行加工。1 1）喷丸）喷丸 利用压缩空气或离心力将大量直径细小的丸粒（利用压缩空气或离心力将大量直径细小的丸粒（0.40.42 2的铸铁、的铸铁、砂石或钢丸）高速向零件表面喷射的方法，可以适用于任何复杂形状的零件。砂石或钢丸）高速向零件表面喷射的方法，可以适用于任何复杂形状的零件。喷丸的结果在表面层产生很大的塑性变形，造成表面的冷作硬化和残余压应力，喷丸的结果在表面层产生很大的塑性变形，造成表面的冷作硬化和残余压应力，硬化深度可达硬化深度可达0.7mm0.7mm，RaRa从从3.2m3.2m下降至下降至0.4m0.4m，零件的使用寿命可提高数，零件的

56、使用寿命可提高数倍乃至数十倍。倍乃至数十倍。机械制造技术第四章第三节第五节第五节 机械加工过程中的振动机械加工过程中的振动 一般说来，机械加工过程中的振动是一种十分有害的现象，它对于加工质量和一般说来，机械加工过程中的振动是一种十分有害的现象，它对于加工质量和生产效率都有很大影响，必须认真对待。在切削过程中，当振动发生时，加工生产效率都有很大影响，必须认真对待。在切削过程中，当振动发生时，加工表面将恶化，产生较明显的表面振痕。表面将恶化，产生较明显的表面振痕。机械加工中振动的分类机械加工中振动的分类1.1.自由振动自由振动指工艺系统受初始干扰力或原有干扰力取消之后产生的振动。指工艺系统受初始干

57、扰力或原有干扰力取消之后产生的振动。2.2.强迫振动强迫振动指工艺系统在外部激振力作用下产生的振动指工艺系统在外部激振力作用下产生的振动 3.3.自激振动自激振动工艺系统在输入输出之间有反馈特性，并有能源补充而产生工艺系统在输入输出之间有反馈特性，并有能源补充而产生的振动，又叫颤振。的振动，又叫颤振。 一、机械加工过程中的强迫振动一、机械加工过程中的强迫振动1 1、强迫振动：是由于工艺系统外界周期性干扰力的作用而引起的振动。、强迫振动：是由于工艺系统外界周期性干扰力的作用而引起的振动。机械加工中的强迫振动与一般机械中的强迫振动没有什么区别，强迫振动的机械加工中的强迫振动与一般机械中的强迫振动没

58、有什么区别，强迫振动的频率与干扰力的频率相同或是它的倍数。频率与干扰力的频率相同或是它的倍数。机械制造技术第四章第三节强迫振动的振源有来自机床内部的机内振源和来自机床外部的机外振源两强迫振动的振源有来自机床内部的机内振源和来自机床外部的机外振源两大类。机外振源甚多，但它们都是通过地基传给机床的，可通过加设隔振大类。机外振源甚多，但它们都是通过地基传给机床的，可通过加设隔振地基来隔离。地基来隔离。机内振源主要有：机内振源主要有：（1 1）机床电机的振动；）机床电机的振动；（2 2）机床高速旋转件不平衡引起的振动；）机床高速旋转件不平衡引起的振动；（3 3）机床传动机构缺陷引起的振动，如齿轮的侧隙

59、、皮带张紧力的变化）机床传动机构缺陷引起的振动，如齿轮的侧隙、皮带张紧力的变化等；等；（4 4）切削过程中的冲击引起的振动；）切削过程中的冲击引起的振动；（5 5）往复运动部件的惯性力引起的振动）往复运动部件的惯性力引起的振动 （1 1）机械加工过程中的强迫振动，只要干扰力存在，其不会被衰减；）机械加工过程中的强迫振动，只要干扰力存在，其不会被衰减；（2 2）强迫振动的频率等于干扰力的频率；）强迫振动的频率等于干扰力的频率；（3 3）在干扰力频率不变的情况下，干扰力的幅值越大，强迫振动的幅值将）在干扰力频率不变的情况下，干扰力的幅值越大，强迫振动的幅值将随之增大。随之增大。3、强迫振动的特征：

60、、强迫振动的特征：2、强迫振动产生的原因：、强迫振动产生的原因：机械制造技术第四章第三节4、减少强迫振动的途径：、减少强迫振动的途径：（1）对工艺系统中的回转零件进行平衡处理；）对工艺系统中的回转零件进行平衡处理；（2）提高工艺系统中传动件的精度：以减小冲击；）提高工艺系统中传动件的精度：以减小冲击；（3）提高工艺系统的刚度；）提高工艺系统的刚度；（4）隔振：隔离机外振源对工艺系统的干扰。）隔振：隔离机外振源对工艺系统的干扰。5、机械加工过程中强迫振源的查找方法、机械加工过程中强迫振源的查找方法如果已经确认机械加工过程中发生了强迫振动，就要设法查找振源，以便如果已经确认机械加工过程中发生了强迫

61、振动，就要设法查找振源，以便去除振源或减小振源对加工过程的影响。由强迫振动的特征可知，强迫振去除振源或减小振源对加工过程的影响。由强迫振动的特征可知，强迫振动的频率总是与干扰力的频率相等或是它的倍数，我们可以根据强迫振动动的频率总是与干扰力的频率相等或是它的倍数，我们可以根据强迫振动的这个规律去查找强迫振动的振源。的这个规律去查找强迫振动的振源。二、机械加工过程中的自激振动（颤振）二、机械加工过程中的自激振动（颤振）（一）机械加工过程中的自激振动（一）机械加工过程中的自激振动1 1、自激振动：机械加工过程中，在没有周期性外力作用下，由系统内部、自激振动：机械加工过程中，在没有周期性外力作用下，

62、由系统内部激发反馈产生的周期性振动，称为自激振动，简称颤振。激发反馈产生的周期性振动，称为自激振动，简称颤振。机械制造技术第四章第三节2 2、与强迫振动相比，自激振动具有以下特征：、与强迫振动相比，自激振动具有以下特征：（1 1）机械加工中的自激振动是在没有周期性外力（相对于切削过程而言）干）机械加工中的自激振动是在没有周期性外力（相对于切削过程而言）干扰下所产生的振动运动，这一点与强迫振动有原则区别。维持自激振动的能扰下所产生的振动运动，这一点与强迫振动有原则区别。维持自激振动的能量来自机床电动机，电动机除了供给切除切屑的能量外，还通过切削过程把量来自机床电动机，电动机除了供给切除切屑的能量

63、外，还通过切削过程把能量输给振动系统，使机床系统产生振动运动。能量输给振动系统，使机床系统产生振动运动。（2 2）自激振动的频率接近于系统的某一固有频率，或者说，颤振频率取决）自激振动的频率接近于系统的某一固有频率，或者说，颤振频率取决于振动系统的固有特性。这一点与强迫振动根本不同，强迫振动的频率取决于振动系统的固有特性。这一点与强迫振动根本不同，强迫振动的频率取决于外界干扰力的频率。于外界干扰力的频率。（3 3）自由振动受阻尼作用将迅速衰减，而自激振动却不因有阻尼存在而衰）自由振动受阻尼作用将迅速衰减，而自激振动却不因有阻尼存在而衰减为零。减为零。机械制造技术第四章第三节 自激振动幅值的增大

64、或减小，决自激振动幅值的增大或减小，决定于每一振动周期中振动系统所获得定于每一振动周期中振动系统所获得的能量与所消耗的能量之差的正负号。的能量与所消耗的能量之差的正负号。由图知，在一个振动周期内，若振动由图知，在一个振动周期内，若振动系统获得的能量系统获得的能量ER等于系统消耗的等于系统消耗的能量能量EZ，则自激振动是以，则自激振动是以OB为振幅为振幅的稳定的等幅振动。当振幅为的稳定的等幅振动。当振幅为OA时，时，振动系统每一振动周期从电动机获得振动系统每一振动周期从电动机获得的能量的能量ER大于振动所消耗的能量大于振动所消耗的能量EZ，则振幅将不断增大，直至增大到振，则振幅将不断增大，直至增

65、大到振幅幅OB时为止；反之，当振幅为时为止；反之，当振幅为OC时，时，振动系统每一振动周期从电动机获得振动系统每一振动周期从电动机获得的能量的能量ER小于振动所消耗的能量小于振动所消耗的能量EZ，则振幅会不断减小，直至减小到振，则振幅会不断减小，直至减小到振幅幅OB时为止。时为止。机械制造技术第四章第三节（二）机械加工过程中产生自激振动的条件（二）机械加工过程中产生自激振动的条件 如果在一个振动周期内，振动系统从电动机获得的能量大于振动系统对如果在一个振动周期内，振动系统从电动机获得的能量大于振动系统对外界做功所消耗的能量，若两者之差刚好能克服振动时阻尼所消耗的能外界做功所消耗的能量，若两者之

66、差刚好能克服振动时阻尼所消耗的能量，则振动系统将有等幅振动运动产生。量，则振动系统将有等幅振动运动产生。机械制造技术第四章第三节图中是一个单自由度振动系统模型，振动系统与刀架系统相连，且只在y方向振动。为分析问题简便起见，暂不考虑系统阻尼的作用。分析可知，在刀架振动系统振入工件的半个周期内，它的振动位移 与径向切削力 方向相反，切削力作负功（相当于刀架振动系统将已被压缩的弹簧k经振入运动而将所积蓄的部分能量释放出来）；而在刀架振动系统振出工件的半个周期内，它的振动位移 与径向切削力 方向相同，切削力作正功（相当于刀架振动系统通过振出运动使弹簧k压缩而获得能量）。只有正功大于负功，或者说只有系统

67、获得的能量大于系统对外界释放的能量，系统才有可能维持自激振动。若用 表示前者， 表示后者，则产生自激振动的条件可表示为： 。机械制造技术第四章第三节（三）机械加工过程中自激振动的激振机理（三）机械加工过程中自激振动的激振机理 在金属切削过程中，除极少数情况外，刀具总是部分地或完全地在带有波在金属切削过程中，除极少数情况外，刀具总是部分地或完全地在带有波纹的表面上进行切削的，如图所示。纹的表面上进行切削的，如图所示。1.振纹再生原理振纹再生原理机械制造技术第四章第三节 首先来研究车刀作径向切削的情况，此时车刀只作横向进给，车刀将完全首先来研究车刀作径向切削的情况，此时车刀只作横向进给，车刀将完全

68、地在工件前一转切削时留下的波纹表面上进行切削，如下图示。假定切削过程地在工件前一转切削时留下的波纹表面上进行切削，如下图示。假定切削过程受到一个瞬时的偶然扰动力的作用，如图受到一个瞬时的偶然扰动力的作用，如图4-55a4-55a示，刀具与工件便会发生相对运示，刀具与工件便会发生相对运动（自由振动），它的幅值将因系统阻尼的存在而逐渐衰减，但该振动会在已动（自由振动），它的幅值将因系统阻尼的存在而逐渐衰减，但该振动会在已加工表面上留下一段振纹如图加工表面上留下一段振纹如图4-55b4-55b示。当工件转过一转后，刀具便会在留有振示。当工件转过一转后，刀具便会在留有振纹的表面上重复切削，如图纹的表面

69、上重复切削，如图4-55c4-55c示，此时切削厚度将发生波动，因而产生了交示，此时切削厚度将发生波动，因而产生了交变的动态切削力。如果机床加工系统满足产生自激振动的条件，振动便会进一变的动态切削力。如果机床加工系统满足产生自激振动的条件，振动便会进一步发展到图步发展到图d d示的持续的颤振状态。我们将这种由于切削厚度变化效应而引起的示的持续的颤振状态。我们将这种由于切削厚度变化效应而引起的自激振动称为再生型颤振。自激振动称为再生型颤振。机械制造技术第四章第三节2.振型耦合原理振型耦合原理机械制造技术第四章第三节三、控制机械加工振动的途径三、控制机械加工振动的途径 当机械加工过程中出现影响加工

70、质量的振动时，首先应该判别这种振当机械加工过程中出现影响加工质量的振动时，首先应该判别这种振动是强迫振动还是自激振动，然后再采取相应措施来消除或减小振动。动是强迫振动还是自激振动，然后再采取相应措施来消除或减小振动。 消除振动的途径有三：消除振动的途径有三：1.1.消除或减弱产生振动的条件；消除或减弱产生振动的条件；2.2.改善工艺系改善工艺系统的动态特性；统的动态特性；3.3.采用消振减振装置。采用消振减振装置。（一）消除或减弱产生振动的条件（一）消除或减弱产生振动的条件1. 消除或减弱产生强迫振动的条件消除或减弱产生强迫振动的条件（1）减小机内外干扰力）减小机内外干扰力 机床上高速旋转的零

71、部件必须进行平衡，使质量不平衡控制在允许范围内。机床上高速旋转的零部件必须进行平衡，使质量不平衡控制在允许范围内。（2）调整振源频率）调整振源频率 由强迫振动的特征可知，当干扰力的频率接近系统某一固有频率时，就由强迫振动的特征可知，当干扰力的频率接近系统某一固有频率时，就会发生共振。因此，可通过改变电机转速或传动比，使激振力的频率远离机会发生共振。因此，可通过改变电机转速或传动比，使激振力的频率远离机床加工薄弱环节的固有频率，以免共振。床加工薄弱环节的固有频率，以免共振。机械制造技术第四章第三节（3）采取隔振措施）采取隔振措施 使振源产生的部分振动被隔振装置所隔离或吸收。隔振方法有两种：一使振

72、源产生的部分振动被隔振装置所隔离或吸收。隔振方法有两种：一种是主动隔振，阻止机内振源通过地基外传；另一种是被动隔振，阻止机外种是主动隔振，阻止机内振源通过地基外传；另一种是被动隔振，阻止机外干扰力通过地基传给机床。干扰力通过地基传给机床。2.消除或减弱产生自激振动的条件消除或减弱产生自激振动的条件（1）减小重叠系数）减小重叠系数 再生型颤振是由于在有波纹再生型颤振是由于在有波纹的表面上进行切削引起的，如果的表面上进行切削引起的，如果本转（次）切削根本就不与前转本转（次）切削根本就不与前转(次次)切削振纹相重叠，就不会发切削振纹相重叠，就不会发生再生型颤振。生再生型颤振。（CD是本转切削到的前转

73、切削是本转切削到的前转切削留下的带有振纹的切削切削宽度，留下的带有振纹的切削切削宽度，AB是本转的切削宽度）是本转的切削宽度）（2）减小切削刚度）减小切削刚度减小切削刚度可以减小动态切削力，从而可以减小振动。改善工件材料的可减小切削刚度可以减小动态切削力，从而可以减小振动。改善工件材料的可加工性，增大前角、增大主偏角，适当提高进给量均可使切削刚度下降。加工性，增大前角、增大主偏角，适当提高进给量均可使切削刚度下降。机械制造技术第四章第三节（3）增加切削阻尼）增加切削阻尼适当减小刀具后角，可以加大工件和刀具后刀面之间的摩擦阻尼，对提高切适当减小刀具后角，可以加大工件和刀具后刀面之间的摩擦阻尼，对

74、提高切削稳定性有利。但刀具后角又不宜取得过小，否则会引起摩擦型颤振，一般削稳定性有利。但刀具后角又不宜取得过小，否则会引起摩擦型颤振，一般后角不得小于后角不得小于23，必要时还可在后刀面上磨出带有负后角的消振棱。，必要时还可在后刀面上磨出带有负后角的消振棱。（4）调整振动系统小刚度主轴的位置）调整振动系统小刚度主轴的位置机械制造技术第四章第三节（二）改善工艺系统的动态特性（二）改善工艺系统的动态特性1.提高工艺系统的刚度提高工艺系统的刚度 提高工艺系统薄弱环节的刚度提高工艺系统薄弱环节的刚度 ，可以有效的提高机，可以有效的提高机床加工系统的稳定性，增强连接结合面的接触刚度、对滚动轴承施加预载荷

75、、床加工系统的稳定性，增强连接结合面的接触刚度、对滚动轴承施加预载荷、加工细长轴时采用中心架或跟刀架、镗孔时对镗杆设置镗套等，都可以提高加工细长轴时采用中心架或跟刀架、镗孔时对镗杆设置镗套等，都可以提高工艺系统的刚度。工艺系统的刚度。2.增大工艺系统的阻尼增大工艺系统的阻尼 工艺系统的阻尼主要来自零件材料的内阻尼、结合面工艺系统的阻尼主要来自零件材料的内阻尼、结合面上的摩擦阻尼以及其他阻尼。上的摩擦阻尼以及其他阻尼。机械制造技术第四章第三节2.摩擦式减振器摩擦式减振器下图是一个装在车床尾座上的摩擦式减振器。这种减振器是靠填料圈下图是一个装在车床尾座上的摩擦式减振器。这种减振器是靠填料圈2的摩的摩擦阻尼来减小尾座套筒擦阻尼来减小尾座套筒3和后顶尖和后顶尖1的振动的的振动的机械制造技术第四章第三节3.冲击式减振器冲击式减振器利用两物体相互碰撞要损失动能的原理，在振动体利用两物体相互碰撞要损失动能的原理，在振动体M上装上一个起冲击作用上装上一个起冲击作用的自由质量的自由质量m。系统振动时，自由质量。系统振动时，自由质量m反复冲击振动体，以消耗振动能量，反复冲击振动体，以消耗振动能量，达到减振目的。达到减振目的。机械制造技术第四章第三节机械制造技术第四章第三节机械制造技术第四章第三节机械制造技术第四章第三节