机械制造质量分析与控制

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1、第五章第五章机械制造质量分析与控制机械制造质量分析与控制第一第一节 机械加工精度机械加工精度第二第二节 工工艺过程的程的统计分析分析第三第三节 机械加工表面机械加工表面质量量第四第四节 机械加工机械加工过程中的振程中的振动第五章第五章机械制造质量分析与控制机械制造质量分析与控制产品品质量包括三量包括三层含含义：1设计质量量：产品品设计与用与用户期望之期望之间的符合程度的符合程度2制造制造质量量：产品制造与品制造与设计的符合程度（的符合程度（分与零分与零件制造件制造质量和量和产品的装配品的装配质量有关量有关）3服服务质量量：售前服售前服务，售后培，售后培训、维修、安装。修、安装。零件制造零件制造

2、质量量：包括零件几何精度和表面：包括零件几何精度和表面层物理机械性能两方面物理机械性能两方面第五章第五章机械制造质量分析与控制机械制造质量分析与控制几何形状误差：几何形状误差：机械制造质量机械制造质量尺寸精度位置精度宏观几何形状精度表面粗糙度波度表面层材料物理力学性能加工精度表面质量几何形状误差几何形状误差第一节第一节机械加工精度机械加工精度一、概述一、概述1. 1. 加工精度与加工加工精度与加工误差差加工精度加工精度：零件加工后的实际几何参数（尺寸、：零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）与形状和位置）与理想几何参数理想几何参数的的符合程度符合程度符合程度符合程度。加工误差：加工误差：

3、零件加工后的实际几何参数（尺寸、零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数的形状和位置）与理想几何参数的偏离程度偏离程度偏离程度偏离程度。三点注意！三点注意！三点注意！三点注意！理想几何参数的正确含义理想几何参数的正确含义加工精度与加工误差的关系加工精度与加工误差的关系包含的三个方面内容包含的三个方面内容一、概述一、概述2.加工加工经济精度精度对于一种加工方法，在正常对于一种加工方法，在正常加工条件下加工条件下（采用符合质量（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人，不延长准技术等级的工人，不延长加工时间）加工时间）所能保证的加工所能保证的加

4、工精度。精度。经济加工精度为经济加工精度为一个范围一个范围，在此范围内是经济的，且可在此范围内是经济的，且可随工艺水平的提高而变化。随工艺水平的提高而变化。一、概述一、概述3.原始原始误差差工艺系统存在着误差是引起加工误差的根工艺系统存在着误差是引起加工误差的根本原因，将工艺系统的误差称为原始误差。本原因，将工艺系统的误差称为原始误差。包括包括几何误差、定位误差、受力变形引起的加工误差、受几何误差、定位误差、受力变形引起的加工误差、受热变形引起的加工误差、内应力重新分布引起的变形以及热变形引起的加工误差、内应力重新分布引起的变形以及原理误差、调整误差和测量误差等。原理误差、调整误差和测量误差等

5、。 原理误差原理误差 工件装夹误差工件装夹误差 调整误差调整误差 机床误差机床误差 夹具误差夹具误差 刀具制造误差刀具制造误差刀具磨损刀具磨损工艺系统受力变形工艺系统受力变形工艺系统受热变形工艺系统受热变形内应力引起的变形内应力引起的变形测量误差测量误差加工前加工前加工中加工中加工后加工后与初始状态有关与初始状态有关与工艺过程有关与工艺过程有关工艺系统工艺系统静误差静误差工艺系统工艺系统动误差动误差一、概述一、概述4.4.误差敏感方向差敏感方向例例：车削外圆时车削外圆时RYRRR =X显然： 工艺系统原始误差方向不同，工艺系统原始误差方向不同，对加工精度的影响程度也不同。对加工精度的影响程度也

6、不同。对加工精度影响最大的方向，对加工精度影响最大的方向，称为误差敏感方向。称为误差敏感方向。误差敏感方向YR0Xa）YR0Xb） 误差敏感方向一般为加工表误差敏感方向一般为加工表面过切削点的法线方向。面过切削点的法线方向。一、概述一、概述5.研究机械加工精度的方法研究机械加工精度的方法在掌握各原始误差对加工精度影响规律的基础上，分析加在掌握各原始误差对加工精度影响规律的基础上，分析加工中所出现的误差可能是哪一个或哪几个主要原始误差所工中所出现的误差可能是哪一个或哪几个主要原始误差所引起的，并找出原始误差与加工误差之间的影响关系，进引起的，并找出原始误差与加工误差之间的影响关系，进而通过估算来

7、确定工件的加工误差的大小，再通过试验测而通过估算来确定工件的加工误差的大小，再通过试验测试来加以验证。试来加以验证。对具体加工条件下加工得到的几何参数进行实际测量，然对具体加工条件下加工得到的几何参数进行实际测量，然后运用数理统计学方法对这些测试数据进行分析处理，找后运用数理统计学方法对这些测试数据进行分析处理，找出工件加工误差的规律和性质，进而控制加工质量。出工件加工误差的规律和性质，进而控制加工质量。分析计算法分析计算法统计分析法统计分析法各项原始误差单独的变化规律各项原始误差单独的变化规律各项误差综合的变化规律各项误差综合的变化规律二、工艺系统几何误差二、工艺系统几何误差1 1、机床的几

8、何、机床的几何误差差机床、刀具、夹具的几何误差机床、刀具、夹具的几何误差主轴回转误差、导轨误差、传动链误差主轴回转误差、导轨误差、传动链误差（1）主轴回转误差：主轴各瞬间实际回转轴）主轴回转误差：主轴各瞬间实际回转轴线对其平均回转轴线的变动量。可分解为线对其平均回转轴线的变动量。可分解为径向径向圆跳动圆跳动、轴向窜动轴向窜动和和角度摆动角度摆动三种形式。三种形式。1 1、机床的几何误差、机床的几何误差（1）主）主轴回回转误差差产生径向回转误差的原因：主轴轴颈的同轴度误差、轴承产生径向回转误差的原因：主轴轴颈的同轴度误差、轴承本身的各种误差、轴承之间的同轴度误差、主轴挠度等。本身的各种误差、轴承

9、之间的同轴度误差、主轴挠度等。产生轴向窜动的原产生轴向窜动的原因：主轴轴肩端面因：主轴轴肩端面和轴承承载端面对和轴承承载端面对主轴回转轴线有垂主轴回转轴线有垂直度误差。直度误差。注意：注意：车床和镗床主车床和镗床主轴回转误差的影响因轴回转误差的影响因素的差别素的差别1 1、机床的几何误差、机床的几何误差（1）主）主轴回回转误差差提高机床主轴回转精度的措施提高机床主轴回转精度的措施：提高主轴及箱：提高主轴及箱体的制造精度、选用高精度的轴承、提高主轴体的制造精度、选用高精度的轴承、提高主轴部件的装配精度、对高速主轴部件进行平衡、部件的装配精度、对高速主轴部件进行平衡、对滚动轴承进行预紧等。对滚动轴

10、承进行预紧等。此外，还可从工艺方面采取转移主轴回转误差此外，还可从工艺方面采取转移主轴回转误差的措施。的措施。1 1、机床的几何误差、机床的几何误差（2）导轨误差差导轨副运动件实际运动方向与理想运动方向的偏差此外，导轨的不均匀磨损和安装质量也是造成导轨误差的重要因素。导轨精度要求包括：在水平面内的直线度；在垂直面内的直线度；前后导轨的平行度（扭曲）；导轨与主轴回转轴线的平行度（或垂直度）等。1 1、机床的几何误差、机床的几何误差 导轨水平面内的直线度误差导轨水平面内的直线度误差 导轨误差对加工精度的影响 导轨垂直面内的直线度误差导轨垂直面内的直线度误差 导轨扭曲对加工精度的影响导轨扭曲对加工精

11、度的影响，误差敏感方向，影响最大，误差敏感方向，影响最大，误差非敏感方向，影响小，误差非敏感方向，影响小，影响显著，影响显著 导轨与主轴回转轴线位置误差对加工精度的影响导轨与主轴回转轴线位置误差对加工精度的影响1 1、机床的几何误差、机床的几何误差成形运动间位置误差对外圆和端面车削的影响fZzzc）HyR0fXZLfdDdxa）b）1 1、机床的几何误差、机床的几何误差（3）传动链误差差指传动链始末两端传动元件之间相对运动的误差。主要影响刀具与工件之间速比关系的准确性（如螺纹、齿轮加工时），一般用传动链末端元件的转角误差来衡量。以滚齿机为例减小传动链误差的措施减小传动链误差的措施: :1）尽可

12、能缩短传动链，减少误差源数2）尽可能降速传动，并使末端传动副采用大的降速比，且要提高末端传动件的精度3）提高传动元件的制造精度和装夹精度，减小误差源，特别是升速传动元件。此外，还可采用传动误差补偿装置2 2、刀具的几何误差、刀具的几何误差定尺寸刀具定尺寸刀具的尺寸和形状误差影响加工的尺寸和形状误差影响加工尺寸和形状精度尺寸和形状精度成形刀具成形刀具的形状误差和安装误差影响加工的形状误差和安装误差影响加工形状精度形状精度展成刀具展成刀具的尺寸、形状及安装误差影响加工的尺寸、形状及安装误差影响加工形状精度形状精度一般刀具一般刀具的制造误差的制造误差不直接影响不直接影响加工精度加工精度刀具磨损刀具磨

13、损对加工精度的影响对加工精度的影响三个阶段：三个阶段：初期磨损阶段初期磨损阶段正常磨损阶段正常磨损阶段急剧磨损阶段急剧磨损阶段刀具正常磨损量刀具正常磨损量 （5-3）O l0 l l切削路程 l / m0尺寸磨损量/m图5-9 刀具的尺寸磨损与切削路程的关系3 3、夹具的几何误差、夹具的几何误差 夹具误差影响加工位置精度。夹具误差影响加工位置精度。 与夹具有关的影响位置误差的因素包括：与夹具有关的影响位置误差的因素包括：1）定位误差；2）刀具导向（对刀）误差；3）夹紧误差；4）夹具制造误差；5）夹具安装误差； 通常取精加工夹具公差为工件上相应尺寸公差的1/21/3，粗加工夹具则取1/51/10

14、 。三、调整误差三、调整误差1 1、试切法切法调整整调整调整机床、刀具、夹具机床、刀具、夹具的过程中产生的误差的过程中产生的误差度量误差、加工余量的影响、微进给误差度量误差、加工余量的影响、微进给误差2 2、按定程机构调整、按定程机构调整3 3、按样件或样板调整、按样件或样板调整四、工艺系统受力变形引起的误差四、工艺系统受力变形引起的误差1 1、基本概念、基本概念机械加工工艺系统在力的作用下产生变形，破坏了工件机械加工工艺系统在力的作用下产生变形，破坏了工件与刀具之间正确的相对位置，产生加工误差。与刀具之间正确的相对位置，产生加工误差。四、工艺系统受力变形引起的误差四、工艺系统受力变形引起的误

15、差1 1、基本概念、基本概念工艺系统刚度：加工误差敏感方向上工艺系统所受径向切削分力与变形量之比式中 Fp径向切削分力，又可称吃刀抗力； y 工艺系统在切削合力作用下的变形。四、工艺系统受力变形引起的误差四、工艺系统受力变形引起的误差2 2、工件、工件刚度度工件刚度对加工精度的影响细长轴加工细长轴加工四、工艺系统受力变形引起的误差四、工艺系统受力变形引起的误差3 3、刀具、刀具刚度度刀具刚度对加工精度的影响内孔加工内孔加工四、工艺系统受力变形引起的误差四、工艺系统受力变形引起的误差4 4、机床部件、机床部件刚度度（1）机床部件刚度及其特点v 非线形关系，不完全是弹性变形v 加载和卸载曲线不重合

16、，所围面积表示克服摩擦和接触塑性变形所作功v 存在残余变形，反复加载卸载后残余变形0v 机床部件刚度比按实体估算值小许多，表明其变形受多种因素影响四、工艺系统受力变形引起的误差四、工艺系统受力变形引起的误差4 4、机床部件、机床部件刚度度（2）影响机床部件刚度的因素1）结合面接触变形的影响2）摩擦力的影响3）低刚度零件的影响4）间隙的影响表面粗糙度、宏观几何形状表面粗糙度、宏观几何形状误差、材料硬度、纹理方向误差、材料硬度、纹理方向四、工艺系统受力变形引起的误差四、工艺系统受力变形引起的误差5 5、工、工艺系系统刚度及其度及其对加工精度的影响加工精度的影响工艺系统刚度的倒数等于各组成部分刚度的

17、倒数之和。工艺系统受力变形等于工艺系统各组成部分受力变形之迭加：由此可导出工艺系统刚度与工艺系统各组成部分刚度之间的关系：一般情况下，常见工艺系统的低刚度环节如下：1）对于车床，k头架 k尾架 k刀架；车细长轴时，k工件最小。2）对于卧式铣床， k升降台 k工作台 k主轴 k刀杆。3）对于镗床， k镗杆最小。4）对于内圆磨床， k磨杆最小。工工艺系系统刚度度对加工精度的影响加工精度的影响（1）由于工艺系统刚度变化引起的误差即即比较式（比较式（5-6）工工艺系系统刚度度对加工精度的影响加工精度的影响（1）由于工艺系统刚度变化引起的误差【例5-1】 经测试，某车床的k主=300000N/mm，k尾

18、56600N/mm，k刀架30000N/mm，在加工长度为 l 的刚性轴时，径向切削分力Fp400N，试计算该轴加工后的圆柱度误差。 令a =k主/k尾，则x = l/(1+a)时，y系最小：工工艺系系统刚度度对加工精度的影响加工精度的影响（1）由于工艺系统刚度变化引起的误差考虑工件变形时的工艺系统总变形考虑工件变形时的工艺系统总变形工艺系统刚度则为工艺系统刚度则为工工艺系系统刚度度对加工精度的影响加工精度的影响（2）由于切削力变化引起的误差利用误差复映系数可由毛坯误差估算加工后的工件误差利用误差复映系数可由毛坯误差估算加工后的工件误差机械加工中，误差复映系数通常小于1，定量地反映了毛坯误差经

19、加工后减小的程度。可通过多次走刀，消除误差复映的影响。工工艺系系统刚度度对加工精度的影响加工精度的影响（2）由于切削力变化引起的误差【例5-2】具有偏心e=1.5mm的短阶梯轴装夹在三爪自定心卡盘中，分两次进给粗车小头外圆，设两次进给的复映系数均为=0.1，试计算加工后阶梯轴的偏心量是多大？误差复映概念的推广：误差复映概念的推广：1）每一件毛坯的误差都会因切削余量不均匀而复映）每一件毛坯的误差都会因切削余量不均匀而复映2）工艺系统刚度低的场合，误差复映现象较明显）工艺系统刚度低的场合，误差复映现象较明显3）大批量生产中，有必要查明误差复映的大小）大批量生产中，有必要查明误差复映的大小工工艺系系

20、统刚度度对加工精度的影响加工精度的影响（3）由于夹紧变形引起的误差（4）其它作用力的影响如：重力、惯性力、传动力等如：重力、惯性力、传动力等四、工艺系统受力变形引起的误差四、工艺系统受力变形引起的误差6 6、减小工、减小工艺系系统受力受力变形的途径形的途径（1） 提高工艺系统的刚度提高工艺系统的刚度 1）提高工件和刀具的刚度 2）提高机床的刚度 3）采用合理的装夹方式和加工方式（2）减小切削力及其变化）减小切削力及其变化五、工艺系统受热变形引起的误差五、工艺系统受热变形引起的误差1 1、工、工艺系系统的的热源源（1）内部热源）内部热源 1）切削热 2）摩擦热和能量损耗 3）派生热源（2）外部热

21、源）外部热源 1）环境温度 2）辐射热刀具、工件变形（切削热的分配）某个关键部位变形机床其它部位变形在精密加工和大件加工中，工艺系统热变形引起的加工误差占总误差的约4070%。五、工艺系统受热变形引起的误差五、工艺系统受热变形引起的误差2 2、工件、工件热变形形对加工精度的影响加工精度的影响（1）工件均匀受热（轴类零件处于相对稳定的温度场中）工件均匀受热（轴类零件处于相对稳定的温度场中） 5级丝杠累积误差全长5m，可见热变形的严重性式中 L， D 长度和直径热变形量； L，D 工件原有长度和直径； 工件材料线膨胀系数； 温升。 长度：长度： 直径：直径： 例：长例：长400400mmmm丝杠，

22、加工过程温升丝杠，加工过程温升11，热伸长量为：，热伸长量为：五、工艺系统受热变形引起的误差五、工艺系统受热变形引起的误差2 2、工件、工件热变形形对加工精度的影响加工精度的影响（2）工件不均匀受热（）工件不均匀受热（板类工件单面加工时）式中 f 工件凸起量（变形挠度） ； L，H 工件原有长度和厚度； 工件材料线膨胀系数； 上下表面之间的温差。图5-24 平面加工热变形 f/ 4LH结结果果：加工时上表面升温，工件向上拱起，磨削时将中凸部分磨平，冷却后工件上表面下凹。措施措施：控制上下表面的温差。五、工艺系统受热变形引起的误差五、工艺系统受热变形引起的误差3 3、刀具、刀具热变形形对加工精度

23、的影响加工精度的影响 体体积积小小，热热容容量量小小，达到热平衡时间较短达到热平衡时间较短 温温升升高高，变变形形不不容容忽忽视（达视（达0.03 0.03 0.050.05mmmm） 特点A连续切削变形曲线连续切削变形曲线B冷却变形曲线冷却变形曲线C间断切削变形曲线间断切削变形曲线五、工艺系统受热变形引起的误差五、工艺系统受热变形引起的误差4 4、机床、机床热变形形对加工精度的影响加工精度的影响结构复杂，热源分布不均匀，工作条件变化大，机床各部分的温升不同，影响加工精度。不同类型机床的热变形不同类型机床的热变形车、铣、钻、镗等机床，主要热源为车、铣、钻、镗等机床，主要热源为主轴箱的发热主轴箱

24、的发热五、工艺系统受热变形引起的误差五、工艺系统受热变形引起的误差4 4、机床、机床热变形形对加工精度的影响加工精度的影响牛头刨、龙门刨、立车等机床，主要热源为牛头刨、龙门刨、立车等机床，主要热源为工作台与工作台与床身导轨间的摩擦热床身导轨间的摩擦热五、工艺系统受热变形引起的误差五、工艺系统受热变形引起的误差4 4、机床、机床热变形形对加工精度的影响加工精度的影响磨床的主要热源为磨床的主要热源为磨头轴承和液压系统的发热磨头轴承和液压系统的发热五、工艺系统受热变形引起的误差五、工艺系统受热变形引起的误差5 5、减少工、减少工艺系系统热变形的途径形的途径v 将热源分离出去v 结构设计上改善摩擦条件

25、v 隔离热源减少发热和隔热减少发热和隔热五、工艺系统受热变形引起的误差五、工艺系统受热变形引起的误差5 5、减少工、减少工艺系系统热变形的途径形的途径减少发热和隔热减少发热和隔热v 采用风扇、散热片、循环润滑冷却系统等措施改善散热条件改善散热条件五、工艺系统受热变形引起的误差五、工艺系统受热变形引起的误差5 5、减少工、减少工艺系系统热变形的途径形的途径减少发热和隔热减少发热和隔热改善散热条件改善散热条件均衡温度场均衡温度场五、工艺系统受热变形引起的误差五、工艺系统受热变形引起的误差5 5、减少工、减少工艺系系统热变形的途径形的途径减少发热和隔热减少发热和隔热改善散热条件改善散热条件均衡温度场

26、均衡温度场改进机床结构改进机床结构五、工艺系统受热变形引起的误差五、工艺系统受热变形引起的误差5 5、减少工、减少工艺系系统热变形的途径形的途径减少发热和隔热减少发热和隔热改善散热条件改善散热条件均衡温度场均衡温度场改进机床结构改进机床结构加快温度场的平衡加快温度场的平衡v 预热机床，甚至人为供热五、工艺系统受热变形引起的误差五、工艺系统受热变形引起的误差5 5、减少工、减少工艺系系统热变形的途径形的途径减少发热和隔热减少发热和隔热改善散热条件改善散热条件均衡温度场均衡温度场改进机床结构改进机床结构加快温度场的平衡加快温度场的平衡控制环境温度控制环境温度v 主要针对精密加工机床六、内应力重新分

27、布引起的误差六、内应力重新分布引起的误差1 1、基本概念、基本概念内应力：没有外力作用而存内应力：没有外力作用而存在于零件内部的应力在于零件内部的应力2 2、内应力的产生、内应力的产生（1）热加工中内应力的产生）热加工中内应力的产生（2）冷校直产生的内应力）冷校直产生的内应力六、内应力重新分布引起的误差六、内应力重新分布引起的误差3 3、减小内、减小内应力力变形形误差的途径差的途径（1）改进零件结构）改进零件结构（2）增设消除内应力的热处理工序）增设消除内应力的热处理工序（3）合理安排工艺过程）合理安排工艺过程七、提高加工精度的途径七、提高加工精度的途径1 1、减小原始、减小原始误差差2 2、

28、转移原始移原始误差差3 3、均分原始、均分原始误差差4 4、均化原始、均化原始误差差5 5、误差差补偿第五章第五章机械制造质量分析与控制机械制造质量分析与控制第一第一节 机械加工精度机械加工精度第二第二节 工工艺过程的程的统计分析分析第三第三节 机械加工表面机械加工表面质量量第四第四节 机械加工机械加工过程中的振程中的振动第二节第二节 工艺过程的统计分析工艺过程的统计分析工工艺过程程质量状量状态的两个方面的两个方面1、生产过程的稳定性、生产过程的稳定性稳定性说明生产过程中所表征的状态特征数据是否在受控条件下。稳定性说明生产过程中所表征的状态特征数据是否在受控条件下。过程稳定性可用生产过程统计数

29、据的数学期望过程稳定性可用生产过程统计数据的数学期望来表示。来表示。第二节第二节 工艺过程的统计分析工艺过程的统计分析工工艺过程程质量状量状态的两个方面的两个方面2、过程能力、过程能力生产过程能力说明生产过程处于稳定的条件下特征值在控制界限内分生产过程能力说明生产过程处于稳定的条件下特征值在控制界限内分布的范围。布的范围。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、一、误差差统计性性质的分的分类系统误差系统误差 常值系统误差在顺序加工一批工件中，其大小和方向均不变。如机床、夹具、刀具的制造误差，工艺系统在均匀切削力作用下的受力变形，调整误差等。 变值系统误差在顺序加工一批工件中，其大

30、小和方向按一定规律变化。如机床、夹具、刀具在热平衡前的热变形，刀具磨损等因素引起的加工误差。加工误差系统误差随机误差常值系统误差变值系统误差一、误差统计性质的分类一、误差统计性质的分类 在顺序加工一批工件中，其大小和方向随机变化的加工误差。如加工余量或材料硬度不均匀引起的加工误差；夹紧误差；残余应力引起的变形等。 随机误差是工艺系统中大量随机因素共同作用而引起的，服从统计学规律。v 常值系统误差，可通过调整消除。v 变值系统误差，可通过自动补偿消除。v 随机误差，不能完全消除，只能根据其概率分布进行控制，从而缩小其变动范围。随机误差随机误差二、工艺过程的分布图分析二、工艺过程的分布图分析实践证

31、明：实践证明：在调整好了的机床（例如自动机）上在调整好了的机床（例如自动机）上加工，引起误差的因素中没有特别显著的因素，加工，引起误差的因素中没有特别显著的因素，而且加工进行情况正常（机床、夹具、刀具在良而且加工进行情况正常（机床、夹具、刀具在良好的状态下），则一批工件的实际尺寸分布可以好的状态下），则一批工件的实际尺寸分布可以看作是正态分布。也就是说，看作是正态分布。也就是说，若引起系统性误差若引起系统性误差的因素不变，引起随机性误差的多种因素的作用的因素不变，引起随机性误差的多种因素的作用都微小且在数量级上大致相等，则加工所得的尺都微小且在数量级上大致相等，则加工所得的尺寸将按正态分布曲线

32、分布寸将按正态分布曲线分布。二、工艺过程的分布图分析二、工艺过程的分布图分析1 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 概率密度函数概率密度函数 特征参数特征参数二、工艺过程的分布图分析二、工艺过程的分布图分析1 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、特征参数和特殊点的偏移只影响曲线的位置，而不影响曲线的形状；值的变化只影响曲线的形状，而不影响曲线的位置。反映工艺过程的稳定性反映工艺过程的稳定性反映工艺过程能力反映工艺过程能力二、工艺过程的分布图分析二、工艺过程的分布图分析1 1、正态分布的基本概念、正态分布的基本概念

33、（1）正态分布的数学模型、特征参数和特殊点正态分布曲线的特点：正态分布曲线的特点：1）曲线呈钟形，中间高，两边低。说明尺寸靠近分散中）曲线呈钟形，中间高，两边低。说明尺寸靠近分散中心的工件占大部分，而尺寸远离分散中心的是极少数。心的工件占大部分，而尺寸远离分散中心的是极少数。2）工件尺寸大于）工件尺寸大于和小于和小于的频率是相等的。的频率是相等的。3）表示正态分布的曲线形状的参数是）表示正态分布的曲线形状的参数是，越大，曲线越越大，曲线越平坦，尺寸越分散，也就是加工精度越低；平坦，尺寸越分散，也就是加工精度越低；越小，曲线越小，曲线越陡峭，尺寸越集中，也就是加工精度越高。越陡峭，尺寸越集中，也

34、就是加工精度越高。二、工艺过程的分布图分析二、工艺过程的分布图分析1 1、正态分布的基本概念、正态分布的基本概念（2）标准正态分布可将非标准正态分布转换成标准正态分布：令标准化变量通常只需要知道某偏差与通常只需要知道某偏差与的倍数关系即可知道该偏差的倍数关系即可知道该偏差处的概率密度，而与偏差的处的概率密度，而与偏差的具体值无关。具体值无关。二、工艺过程的分布图分析二、工艺过程的分布图分析1 1、正态分布的基本概念、正态分布的基本概念（3）工件尺寸在某区间内的概率求得求得x2偏差与偏差与的倍数关系，即的倍数关系，即则则x x2 2与与 之间的面积为：之间的面积为：(Z(Z2 2) )。同样，求

35、得同样，求得x1偏差与偏差与的倍数关系，即的倍数关系，即则则x x1 1与与 之间的面积为：之间的面积为：(Z(Z1 1) )。最后，工件尺寸落在最后，工件尺寸落在x1与与x x2 2之间的概率之间的概率为为(Z1)+(Z2)。二、工艺过程的分布图分析二、工艺过程的分布图分析1 1、正态分布的基本概念、正态分布的基本概念（3）工件尺寸在某区间内的概率yx033“6原则原则”或或“3原则原则”工件尺寸符合正态分布时，工件尺寸落在工件尺寸符合正态分布时，工件尺寸落在范范围内的概率为围内的概率为99.73%，而落在该范围以外的概率只占，而落在该范围以外的概率只占0.27%，可忽略不计，因此可认为，正

36、态分布的分散范，可忽略不计，因此可认为，正态分布的分散范围为围为。当当z=3，即即时，时，二、工艺过程的分布图分析二、工艺过程的分布图分析1 1、正态分布的基本概念、正态分布的基本概念（4）公差与6的关系yx033公差是综合考虑产品质量承诺与质量经济公差是综合考虑产品质量承诺与质量经济性后确定的，总体上说，公差是市场对生性后确定的，总体上说，公差是市场对生产者的质量要求。产者的质量要求。返修、报废、服务承诺、返修、报废、服务承诺、市场占有率市场占有率在制造过程中，生产者应采取各种手段尽在制造过程中，生产者应采取各种手段尽可能多地使产品指标进入公差范围之内。可能多地使产品指标进入公差范围之内。按

37、照现代标准，产品制造的质量指标如能按照现代标准，产品制造的质量指标如能保证保证6的分布在公差带范围内，则说明其的分布在公差带范围内，则说明其过程能力是充足的。过程能力是充足的。二、工艺过程的分布图分析二、工艺过程的分布图分析3控制界限的经济性控制界限的经济性（1）第一类错误的损失随控制界限的减小而增大）第一类错误的损失随控制界限的减小而增大（2）第二类错误的损失随控制界限的减小而减小）第二类错误的损失随控制界限的减小而减小（3）而在）而在3处总损失可控制在最小处总损失可控制在最小二、工艺过程的分布图分析二、工艺过程的分布图分析例【例【5-35-3】 在车床上车一批轴，图样要求为在车床上车一批轴

38、，图样要求为 。已知轴径尺寸误差按正态分布，已知轴径尺寸误差按正态分布， mmmm，问这批加工件的合格品率是多少？不合格品率是多问这批加工件的合格品率是多少？不合格品率是多少？能否修复？少？能否修复？二、工艺过程的分布图分析二、工艺过程的分布图分析2 2、机械制造中常见的误差分布规律、机械制造中常见的误差分布规律（a）正态分布且分散中心与公差带中心重合但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加工条件正常，系统性误差几乎不存加工条件正常，系统性误差几乎不存在。在。变值系统误差几乎不存在，有突出的变值系统误差几乎不存在，有突出的常值系统误差常值系统误差。变值系统误差几乎不存在，存在

39、变值系统误差几乎不存在，存在常值系统误差常值系统误差，且随机性误差较大。且随机性误差较大。二、工艺过程的分布图分析二、工艺过程的分布图分析2 2、机械制造中常见的误差分布规律、机械制造中常见的误差分布规律（b）平顶分布工件瞬时尺寸分布呈正态，其算术工件瞬时尺寸分布呈正态，其算术平均值近似成线性变化。随机性误平均值近似成线性变化。随机性误差作用的同时有突出的变值系统误差作用的同时有突出的变值系统误差差（如刀具或砂轮的均匀磨损）如刀具或砂轮的均匀磨损）。两次调整下加工的工件或两台机床两次调整下加工的工件或两台机床加工的工件混在一起。加工的工件混在一起。（c）双峰分布二、工艺过程的分布图分析二、工艺

40、过程的分布图分析2 2、机械制造中常见的误差分布规律、机械制造中常见的误差分布规律（d）偏态分布随机误差和突出的变值系统误差共同作用的结果。如工艺系统存在显著的热变形，使轴的加工尺寸小的为数多，大的为数少，而使孔的尺寸大的为数多，小的为数少。再如试切法加工孔时宁小勿大，加工外圆时宁大勿小的主观行为。二、工艺过程的分布图分析二、工艺过程的分布图分析3 3、工艺过程的分布图分析、工艺过程的分布图分析（1）样本容量的确定（2）样本数据的测量（3）异常数据的剔除（4）实际分布图的绘制（5）理论分布图的绘制（6）工艺过程的分析n=(50200)按加工顺序测量确定尺寸间隔数j确定尺寸间隔大小(区间宽度)x

41、画实际分布图判断加工误差性质确定工序能力及其等级确定不合格品率二、工艺过程的分布图分析二、工艺过程的分布图分析工艺过程的分布图分析法的特点：工艺过程的分布图分析法的特点：1）分布图分析法采用的是大样本，能比较接近实际地反映工艺过程总体（母体）；2）能把工艺过程中存在的常值系统误差从误差中区分开来，但不能把变值系统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中及时提供控制工艺过程精度的信息；4）计算较复杂；5）只适用于工艺过程稳定的场合。三、工艺过程的点图分析三、工艺过程的点图分析1 1、工艺过程的稳定性、工艺过程的稳定性一般情况下，工艺过程稳定一般

42、情况下，工艺过程稳定性主要取决于变值系统误差性主要取决于变值系统误差是否显著。是否显著。工艺过程稳定是运用分布图工艺过程稳定是运用分布图分析工艺过程精度的前提，分析工艺过程精度的前提，对于不稳定的工艺过程，对于不稳定的工艺过程，点点图（质量控制图）分析法图（质量控制图）分析法能能够反映质量指标随时间变化够反映质量指标随时间变化的情况，是进行统计质量控的情况，是进行统计质量控制的有效方法。制的有效方法。是指工艺过程在时间历程上保持工件均值 和标准差 值稳定不变的性能。三、工艺过程的点图分析三、工艺过程的点图分析1 1、工艺过程的稳定性、工艺过程的稳定性对于一个不稳定的工艺过程，要解决的问题是：如

43、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有超出所规定的不合格品率的趋向时，能够及时调整工艺系统或采取其它工艺措施，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响应措施，使工艺过程继续稳定地进行下去。三、工艺过程的点图分析三、工艺过程的点图分析2 2、点图的基本形式、点图的基本形式采用顺序小样本（n=510），计算样本平均值 和样本极差R：点图的基本形式是由小样本均值 的点图和小样本极差R的点图联合组成的 、R点图。三、工艺过程的点图分析三、工艺过程的点图分析

44、3 3、 点图上下控制限的确定点图上下控制限的确定R 点图：点图： 样本均值 和样本极差R近似服从正态分布：A2、D1、D2 数值见教材169页表5-9。三、工艺过程的点图分析三、工艺过程的点图分析4 4、 点图分析（工艺过程稳定性判断）点图分析（工艺过程稳定性判断）点子正常波动工艺过程稳定；点子异常波动工艺过程不稳定。正常波动正常波动异常波动异常波动1 1、没有点子超出控制线、没有点子超出控制线2 2、大部分点子在中线上下波、大部分点子在中线上下波动，小部分在控制线附件动，小部分在控制线附件3 3、点子没有明显的规律性、点子没有明显的规律性1 1、有点子超出控制线、有点子超出控制线2 2、点

45、子密集在中线上下附近、点子密集在中线上下附近3 3、点子密集在控制线附近、点子密集在控制线附近4 4、连续、连续7 7点以上出现在中线一侧点以上出现在中线一侧5 5、连续、连续1111点中有点中有1010点出现在中线一侧点出现在中线一侧6 6、连续、连续1414点中有点中有1212点以上出现在中线一侧点以上出现在中线一侧7 7、连续、连续1717点中有点中有1414点以上出现在中线一侧点以上出现在中线一侧8 8、连续、连续2020点中有点中有1616点以上出现在中线一侧点以上出现在中线一侧9 9、点子有上升或下降趋势、点子有上升或下降趋势1010、点子有周期性波动、点子有周期性波动三、工艺过程

46、的点图分析三、工艺过程的点图分析【例5-4】某小轴的尺寸为 mm，加工时每隔一定时间取出n=5的一个小样本，共抽取20个样本，每个样本的 值见表5-10，试制定小轴加工的 点图。5-105-10三、工艺过程的点图分析三、工艺过程的点图分析特别说明： 工艺过程稳定性与出不出废品是两个不同的概念。工艺的稳定性用 图判断，而工件是否合格则用公差衡量。两者之间没有必然的联系。 在一定程度上代表瞬时的分散中心， 点图主要反映系统误差及其变化趋势；R在一定程度上代表了瞬时的尺寸分散范围，R点图可反映出随机误差及其变化趋势。单独的 点图和R点图不能全面反映加工误差情况，二者必须结合起来应用。三、工艺过程的点

47、图分析三、工艺过程的点图分析与工艺过程误差分布图分析法比较，点图分析法的特点是：1）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料；3）计算简单。第五章第五章机械制造质量分析与控制机械制造质量分析与控制第一第一节 机械加工精度机械加工精度第二第二节 工工艺过程的程的统计分析分析第三第三节 机械加工表面机械加工表面质量量第四第四节 机械加工机械加工过程中的振程中的振动第三节第三节 机械加工表面质量机械加工表面质量机械加工或特种加工后的表面，总存在一定程度的微观不平度、冷作硬化、残余应力及金相组织变化等，对零件的使用性能，如配合精度、耐磨性、抗腐蚀性和疲劳强度等有很大影响。

48、研究目的：为了掌握机械加工中各种工艺因素对加工表面质量影响的规律，以便运用这些规律来控制加工过程，最终达到改善表面质量、提高产品使用性能的目的。研究内容：表面粗糙度波度冷作硬化金相组织变化残余应力表面几何形状特性表面几何形状特性表面层物理、力学表面层物理、力学性能变化性能变化一、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1 1、表面质量对耐磨性的影响、表面质量对耐磨性的影响v表面粗糙度对耐磨性的影响v表面冷作硬化对耐磨性的影响一、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2 2、表面质量对疲劳强度的影响、表面质量对疲劳强度的影

49、响v表面粗糙度对疲劳强度的影响v残余应力、冷作硬化对疲劳强度的影响3 3、表面质量对耐蚀性的影响、表面质量对耐蚀性的影响4 4、表面质量对配合质量的影响、表面质量对配合质量的影响二、影响表面粗糙度的影响二、影响表面粗糙度的影响1 1、切削加工影响表面粗糙度的因素、切削加工影响表面粗糙度的因素v刀具几何形状的复映二、影响表面粗糙度的影响二、影响表面粗糙度的影响1 1、切削加工影响表面粗糙度的因素、切削加工影响表面粗糙度的因素v工件材料的性质v切削用量加工塑性材料时，发生塑性变形加工塑性材料时，发生塑性变形加工脆性材料时，切屑的崩碎加工脆性材料时，切屑的崩碎二、影响表面粗糙度的影响二、影响表面粗糙

50、度的影响2 2、磨削加工影响表面粗糙度的因素、磨削加工影响表面粗糙度的因素磨削加工表面形成机理v影响磨削表面粗糙度的主要因素1）砂轮粒度）砂轮粒度2）砂轮硬度）砂轮硬度3）砂轮的修整）砂轮的修整4）磨削速度）磨削速度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7）冷却润滑液）冷却润滑液三、影响加工表面层物理力学性能的因素三、影响加工表面层物理力学性能的因素1 1、表面层冷作硬化、表面层冷作硬化冷作硬化的评定参数v机械加工中因切削力作用产生的塑性变形，使晶格扭曲、畸变，晶粒间产生剪切滑移，晶粒被拉长和纤维化，甚至破碎，这些都

51、会使表面层金属的硬度和强度提高，此现象称为冷作硬化（或强化）。1）表层金属的显微硬度 HV2）硬化层深度 h3）硬化程度 NN = (HV-HV0)/HV0)100三、影响加工表面层物理力学性能的因素三、影响加工表面层物理力学性能的因素2 2、表面层材料金相组织变化、表面层材料金相组织变化磨削烧伤当被磨工件表面层温度达到相变温度以上时，表层金属发生金相组织的变化，使表层金属强度、硬度降低，并伴随有残余应力产生，甚至出现微观裂纹，此现象称为磨削烧伤。1）回火烧伤2）淬火烧伤3）退火烧伤三、影响加工表面层物理力学性能的因素三、影响加工表面层物理力学性能的因素2 2、表面层材料金相组织变化、表面层材

52、料金相组织变化改善磨削烧伤的途径： 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。1）正确选择砂轮2）合理选择磨削用量3）改善冷却条件三、影响加工表面层物理力学性能的因素三、影响加工表面层物理力学性能的因素3 3、表面残余应力、表面残余应力产生残余应力的原因：1）塑性变形2）切削热3）金相组织变化三、影响加工表面层物理力学性能的因素三、影响加工表面层物理力学性能的因素3 3、表面残余应力、表面残余应力零件主要工作表面最终工序加工方法的选择表面强化工艺表面强化工艺 利利用用淬淬硬硬和和精精细细研研磨磨过过的的滚滚轮轮或或滚滚珠珠，在在常常温温状状态态挤挤压压金金属属表表面

53、面，将将凸凸起起部部分分下下压压下下，凹凹下下部部分分上上凸凸，修修正正工工件件表表面面的的微微观观几几何何形形状状, ,形形成成压压缩缩残残余余应应力力，提提高耐疲劳强度（图高耐疲劳强度（图b b） 利利用用大大量量快快速速运运动动珠珠丸丸打打击击工工件件表表面面, , 使使工工件件表表面面产产生生冷冷硬硬层层和压应力和压应力, ,疲劳强度（图疲劳强度（图a a）喷丸强化喷丸强化图b 滚压加工原理图 用用于于强强化化形形状状复复杂杂或或不不宜宜用用其其它它方方法法强强化化的的工工件件，例例如如板板弹弹簧簧、螺旋弹簧、齿轮、焊缝等螺旋弹簧、齿轮、焊缝等滚压加工滚压加工图a 珠丸挤压引起残余应力

54、压缩拉伸塑性变形区域第五章第五章机械制造质量分析与控制机械制造质量分析与控制第一第一节 机械加工精度机械加工精度第二第二节 工工艺过程的程的统计分析分析第三第三节 机械加工表面机械加工表面质量量第四第四节 机械加工机械加工过程中的振程中的振动第四节第四节机械加工过程中的振动机械加工过程中的振动一、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、 强强迫振迫振迫振迫振动动： 是由于工是由于工是由于工是由于工艺艺系系系系统统外界周期性干外界周期性干外界周期性干外界周期性干扰扰力的作用而引起的振力的作用而引起的振力的作用而引起的振力

55、的作用而引起的振动动。机械加工中的机械加工中的机械加工中的机械加工中的强强迫振迫振迫振迫振动动与一般机械中的与一般机械中的与一般机械中的与一般机械中的强强迫振迫振迫振迫振动动没有什么区没有什么区没有什么区没有什么区别别，强强迫振迫振迫振迫振动动的的的的频频率与干率与干率与干率与干扰扰力的力的力的力的频频率相同或是它的倍数。率相同或是它的倍数。率相同或是它的倍数。率相同或是它的倍数。2 2、 强强迫振迫振迫振迫振动产动产生的原因：生的原因：生的原因：生的原因： 强强迫振迫振迫振迫振动动的振源又来自机床内部的机内振源的振源又来自机床内部的机内振源的振源又来自机床内部的机内振源的振源又来自机床内部的

56、机内振源和来自机床外部的机外振源两大和来自机床外部的机外振源两大和来自机床外部的机外振源两大和来自机床外部的机外振源两大类类。机外振源甚多，但它。机外振源甚多，但它。机外振源甚多，但它。机外振源甚多，但它们们都是通都是通都是通都是通过过地基地基地基地基传给传给机床的，可通机床的，可通机床的，可通机床的，可通过过加加加加设设隔振地基来隔离。机内振源主要有：隔振地基来隔离。机内振源主要有：隔振地基来隔离。机内振源主要有：隔振地基来隔离。机内振源主要有：（1 1）机床）机床）机床）机床电电机的振机的振机的振机的振动动；（2 2）机床高速旋）机床高速旋）机床高速旋）机床高速旋转转件不平衡引起的振件不平

57、衡引起的振件不平衡引起的振件不平衡引起的振动动；（3 3）机床）机床）机床）机床传动传动机构缺陷引起的振机构缺陷引起的振机构缺陷引起的振机构缺陷引起的振动动，如，如，如，如齿轮齿轮的的的的侧侧隙、皮隙、皮隙、皮隙、皮带张紧带张紧力的力的力的力的变变化等；化等；化等；化等；（4 4）切削）切削）切削）切削过过程中的冲程中的冲程中的冲程中的冲击击引起的振引起的振引起的振引起的振动动；（5 5）往复运）往复运）往复运）往复运动动部件的部件的部件的部件的惯惯性力引起的振性力引起的振性力引起的振性力引起的振动动第四节第四节机械加工过程中的振动机械加工过程中的振动一、机械加工过程中的强迫振动一、机械加工过

58、程中的强迫振动一、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3 3、 强强迫振迫振迫振迫振动动的特征：的特征：的特征：的特征：（1 1） 机械加工机械加工机械加工机械加工过过程中的程中的程中的程中的强强迫振迫振迫振迫振动动，只要干，只要干，只要干，只要干扰扰力存在，其力存在，其力存在，其力存在，其不会被衰减；不会被衰减；不会被衰减；不会被衰减；（2 2） 强强迫振迫振迫振迫振动动的的的的频频率等于干率等于干率等于干率等于干扰扰力的力的力的力的频频率；率；率；率；（3 3） 在干在干在干在干扰扰力力力力频频率不率不率不率不变变的情况下，干的情况下，干的情况下，干的情况下，干扰扰力的幅力

59、的幅力的幅力的幅值值越大，越大，越大，越大，强强迫振迫振迫振迫振动动的幅的幅的幅的幅值值将随之增大。将随之增大。将随之增大。将随之增大。4 4、 减少减少减少减少强强迫振迫振迫振迫振动动的途径：的途径：的途径：的途径：（1 1） 对对工工工工艺艺系系系系统统中的回中的回中的回中的回转转零件零件零件零件进进行平衡行平衡行平衡行平衡处处理；理；理；理；（2 2） 提高工提高工提高工提高工艺艺系系系系统统中中中中传动传动件的精度：以减小冲件的精度：以减小冲件的精度：以减小冲件的精度：以减小冲击击；（3 3） 提高工提高工提高工提高工艺艺系系系系统统的的的的刚刚度；度；度；度；（4 4） 隔振：隔离机

60、外振源隔振：隔离机外振源隔振：隔离机外振源隔振：隔离机外振源对对工工工工艺艺系系系系统统的干的干的干的干扰扰。第四节第四节机械加工过程中的振动机械加工过程中的振动二、机械加工过程中的自激振动二、机械加工过程中的自激振动二、机械加工过程中的自激振动二、机械加工过程中的自激振动 1 1、自激振动：、自激振动：、自激振动：、自激振动： 机械加工过程中，在没有周期性外力作用下，由系统内机械加工过程中，在没有周期性外力作用下，由系统内机械加工过程中，在没有周期性外力作用下，由系统内机械加工过程中，在没有周期性外力作用下，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。部激发反馈产生的周期性振

61、动，称为自激振动，简称颤振。部激发反馈产生的周期性振动，称为自激振动，简称颤振。部激发反馈产生的周期性振动，称为自激振动，简称颤振。2 2、 自激振动的原理：自激振动的原理：自激振动的原理：自激振动的原理：（1 1） 电铃自激振动：见下图。电铃自激振动：见下图。电铃自激振动：见下图。电铃自激振动：见下图。第四节第四节机械加工过程中的振动机械加工过程中的振动二、机械加工过程中的自激振动二、机械加工过程中的自激振动二、机械加工过程中的自激振动二、机械加工过程中的自激振动 3 3、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：、与强迫振动相比，自激振动具有以下特征：、

62、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）机械加工中的自激振动是在没有周期性外力（相对于切）机械加工中的自激振动是在没有周期性外力（相对于切）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。维持自激振动的能量来自机床电动机，电动机除了原则区别。维持自激振动的能量来自机床电动机，电动机除了原则区别。维持自激振动的能量来

63、自机床电动机，电动机除了原则区别。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，还通过切削过程把能量输给振动系统，供给切除切屑的能量外，还通过切削过程把能量输给振动系统，供给切除切屑的能量外，还通过切削过程把能量输给振动系统，供给切除切屑的能量外，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。使机床系统产生振动运动。使机床系统产生振动运动。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，）自激振动的频率接近于系统的某一固有频率，或者说，）自激振动的频率接近于系统的某一固有频率，或者说，）自激振动的频率接近于系统的某一固有频率，或

64、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外界干扰力的频率。不同，强迫振动的频率取决于外界干扰力的频率。不同，强迫振动的频率取决于外界干扰力的频率。不同，强迫振动的频率取决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）自由振动受阻尼作用将迅速衰减，而自激振动却不因有）自由振动受阻尼作用将迅速衰减，而自激振动却不因有）自由振动受阻尼作用将迅速衰减，而自激振动却

65、不因有阻尼存在而衰减为零阻尼存在而衰减为零阻尼存在而衰减为零阻尼存在而衰减为零第四节第四节机械加工过程中的振动机械加工过程中的振动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的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的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的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，若能量与所消耗的能量之差的正负号。由图知，在

66、一个振动周期内，若振动系统获得的能量振动系统获得的能量振动系统获得的能量振动系统获得的能量ERER等于系统消耗的能量等于系统消耗的能量等于系统消耗的能量等于系统消耗的能量EZEZ，则自激振动是以，则自激振动是以，则自激振动是以，则自激振动是以OBOB为振幅的稳定的等幅振动。当振幅为为振幅的稳定的等幅振动。当振幅为为振幅的稳定的等幅振动。当振幅为为振幅的稳定的等幅振动。当振幅为OAOA时，振动系统每一振动周期时，振动系统每一振动周期时，振动系统每一振动周期时，振动系统每一振动周期从电动机获得的能量从电动机获得的能量从电动机获得的能量从电动机获得的能量ERER大于振动所消耗的能量大于振动所消耗的能

67、量大于振动所消耗的能量大于振动所消耗的能量EZEZ，则振幅将不断增，则振幅将不断增，则振幅将不断增，则振幅将不断增大，直至增大到振幅大，直至增大到振幅大，直至增大到振幅大，直至增大到振幅OBOB时为止；反之，当振幅为时为止；反之，当振幅为时为止；反之，当振幅为时为止；反之，当振幅为OCOC时，振动系统每时，振动系统每时，振动系统每时，振动系统每一振动周期从电动机获得的能量一振动周期从电动机获得的能量一振动周期从电动机获得的能量一振动周期从电动机获得的能量ERER小于振动所消耗的能量小于振动所消耗的能量小于振动所消耗的能量小于振动所消耗的能量EZEZ，则振，则振，则振，则振幅会不断减小，直至减小

68、到振幅幅会不断减小，直至减小到振幅幅会不断减小，直至减小到振幅幅会不断减小，直至减小到振幅OBOB时为止。时为止。时为止。时为止。第四节第四节机械加工过程中的振动机械加工过程中的振动（二）机床加工过程中产生自激振动的条件（二）机床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量，则振动系统将有等幅振动运动产生。耗的能量，则振动系统将有等幅振动运动产生。第四节第四节机械加工过

69、程中的振动机械加工过程中的振动（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1.振纹再生原理振纹再生原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。由于切削厚度变化效应而地在带有波纹的表面上进行切削的。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。引起的自激振动称为再生型颤振。第四节第四节机械加工过程中的振动机械加工过程中的振动（三）机械加工过程中自激（三）机械加工过程中自激振动的激振机理振动的激振机理2.振型耦合原理振型耦合原理实际振动系统为多自由度系统。实际振

70、动系统为多自由度系统。第四节第四节机械加工过程中的振动机械加工过程中的振动三、控制机械加工振动的途径三、控制机械加工振动的途径三、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质量的振动时，当机械加工过程中出现影响加工质量的振动时，当机械加工过程中出现影响加工质量的振动时，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，首先应该判别这种振动是强迫振动还是自激振动，首先应该判别这种振动是强迫振动还是自激振动，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。然后再采取相应措施来消除或减小振动。然后再

71、采取相应措施来消除或减小振动。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：消除或减弱产生振动的消除振动的途径有三：消除或减弱产生振动的消除振动的途径有三：消除或减弱产生振动的消除振动的途径有三：消除或减弱产生振动的条件；改善工艺系统的动态特性；采用消振减振条件；改善工艺系统的动态特性；采用消振减振条件；改善工艺系统的动态特性；采用消振减振条件；改善工艺系统的动态特性；采用消振减振装置。装置。装置。装置。第四节第四节机械加工过程中的振动机械加工过程中的振动三、控制机械加工振动的途径三、控制机械加工振动的途径三、控制机械加工振动的途径三、控制机械加工振动的途径（一）（一）消除或减弱产生

72、振动的条件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部件必须进行平衡，是质量不平衡控制机床上高速旋转的零部件必须进行平衡，是质量不平衡控制在允许范围内。在允许范围内。（2）调整振源频率）调整振源频率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。薄弱环节的固有频率，以免共振。（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：

73、一种使主动隔振，阻止机内振源通过基振方法有两种：一种使主动隔振，阻止机内振源通过基地外传；另一种使被动隔振，阻止机外干扰力通过地基地外传；另一种使被动隔振，阻止机外干扰力通过地基传给机床。传给机床。第四节第四节机械加工过程中的振动机械加工过程中的振动三、控制机械加工振动的途径三、控制机械加工振动的途径三、控制机械加工振动的途径三、控制机械加工振动的途径（一）（一）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.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的表面上进行切削引起的，如果本再生型颤振是由于在有波纹的表面上进行切削引起的，如果本转（次）切削根本就不与前转转（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。（2）减小切削刚度）减小切削刚度（3）增加切消阻尼）增加切消阻尼（4）调整振动系）调整振动系统小刚度主轴的统小刚度主轴的位置位置