第四章 机械加工质量分析及控制
第4章 机械加工质量分析与控制
第4章 机械加工质量分析与控制1 工件加工精度包括哪几个方面？2 什么是工艺系统，工艺系统误差来源包括哪些？3 系统误差和随机误差的概念，举例说明什么是常值系统误差和变值系统误差，加工方法的原理误差是一种什么误差。
4 获得加工精度的方法有哪几种？5 什么是工艺系统的刚度，它包括哪些方面，写出其表达式。
6 什么是复映误差，什么是误差复映系数，采用什么措施减少复映误差？7 什么是工艺能力系数，它的意义是什么，如何根据工艺能力系数调整加工工艺方法及设备？8 在车床上用两顶尖装夹车削一批零件的外圆，工件直径为mm 60φ，长度120mm ，毛坯直径偏差±1mm ，切削用量：切深mm a p 3=，切削速度v = 100m/min ，进给量f =1mm/r ，横向切削力84.084.01640f a f a C F p p Fp p ==，机床系统刚度为12000 N/mm ，问一次走刀后，零件圆度误差有多大？如分成两次走刀将如何？9 车削图6-1所示零件的外圆后，发现有锥度误差，试指出产生此误差的可能原因。
10 在车床上加工端面时，有时会出现圆锥面或者端面凸轮似的形状误差（放大示意如图6-2），试分析产生误差的原因。
图6-1 图6-211 图6-3中可能产生的加工误差的主要形式和原因是什么？a) 在车床上粗车长轴； b) 在车床上粗镗套筒内孔（设原内孔为φ35±1，表面很粗糙）； c) 在车床上镗套筒内孔； d) 在平面磨床上磨平面。
12 了解工艺系统热变形的原理和减少热变形对精度影响的措施。
13在两台相同的自动车床上加工一批小轴外圆，要求保证直径φ11±0.02mm ，第一台加工1000件，其直径尺寸按照正态分布，平均值mm x 005.111=，均方差mm 004.01=σ。
第二台加工500件，其直径尺寸也按正态分布，且mm x 015.112=，mm 0025.02=σ。
第四章 机械加工质量及其控制
工艺系统刚度主要取决于薄弱环节的刚度。
2）机床刚度
y机床 y主轴 y刀架 y尾座
k主轴＝ k尾架＝ k刀架＝ Fp 2 y主轴 Fp 2 y尾架 Fp y刀架
机床的刚度取决于部件的刚度。
（2）工艺系统刚度对加工精度的影响
常见的几种工艺系统中其低刚度环节所在位置:
镗孔：工件进给孔为椭圆形。
避免措施
提高主轴及箱体的制造精度、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、对滚动轴承进 行预紧等，均可提高机床主轴的回转精度。
2）导轨误差
(a) 在水平面 内的直线度误 差 误差敏感方向
(b) 在垂直平面 内的直线度
ΔR ≈Δ22/D 设Δ2=
工艺系统的刚度在不同的加工位置上是各不相同的，当主轴箱 刚度与尾座刚度相等时，工艺系统刚度在工件全长上的差别最 小，工件在轴截面内几何形状误差最小。
在车床上加工短而粗的光轴（工件刚度相对于机床刚度大 得多），已知径向切削分力
Fp
=1000N，主轴刚度
k主轴
=100000N/mm，尾座刚度
k尾座
=50000N/mm，
正确地选用刀具材料和选用新型耐磨的刀具材料，合理地选 用刀具几何参数和切削用量，正确地刃磨刀具，正确地采用冷 却润滑液等，均可有效地减少刀具的尺寸磨损。必要时还可采 用补偿装置对刀具尺寸磨损进行自动补偿。
10000.054 mm， 加工一合金钢管，其外径为
工件长度
l =2100mm，圆柱度公差在全长范围内
c）采用合理的装夹方式和加工方式
2）减小切削力及其变化 合理地选择刀具材料、 增大前角和主偏角、对 工件材料进行合理的热 处理以改善材料的加工 性能等，都可使切削力 减小。
机械加工质量分析与控制
❖ 影响主轴回转精度的主要因素
• 轴承本身误差、轴承间隙、轴承间同轴度误差，主轴各段轴
颈、轴孔的同轴度误差主轴系统的刚度和热变形等。 • 它们对主轴回转精度的影响大小随加工方式而不同
❖ 影响主轴回转精度的主要因素
❖ 主轴的回转误差对加工精度的影响
2
(A+R）cosφ
1，
Acosφ
Rsinφ
Om O
φ
O
跳动对加工精度的影响
❖ 主轴的回转误差对加工精度的影响
纯角度摆动
O－工件孔中心线 Om－主轴回转中心线
❖减小主轴回转误差的对策
• 提高主轴部件的制造精度 – 提高轴承的回转精度，如选高精度的滚动轴承； – 提高箱体支承孔、主轴轴颈和与轴承相配合有关表面的 加工精度； – 预测径向跳动，调节径向跳动方位，使误差相互补偿或 抵消。
例：
导轨与主轴平行度误差：
导轨 f
Hx 工件直径差：
△D=2L*Hx
成形运动间相对位置误差的影响
➢ 获得加工精度的方法 （1)获得尺寸精度的方法 试切法
➢ 获得加工精度的方法
（1)获得尺寸精度的方法 调整法
➢ 获得加工精度的方法
（1)获得尺寸精度的方法 定尺寸刀具法
➢ 获得加工精度的方法
（1)获得尺寸精度的方法 自动控制法
➢ 获得加工精度的方法
（2）获得形状精度的方法
1）轨迹法
❖ 经济精度范围
– 在其上限处，再提高一点加工精 度（即减少加工误差），则成本 将大幅度上升；
– 在其下限处，加工精度即使大幅 度降低（即加工误差大幅度增 加），成本降低却很少。
★ 通常，零件的加工精度越高， 加工成本越高，生产率越低。
第四章 机械加工质量及其控制-2003
对零件的加工精度的影响
back
轴向窜动
原因
• 滑动轴承：主轴轴颈的轴向承载面或主轴轴承的承载 端面与主轴回转轴线之间的垂直度误差 • 滚动轴承：止推轴承两个滚道的精度和滚动体的精度 推力轴承端面跳动对主轴回转精度影响.swf
对零件的加工精度的影响 • 车端面时，造成工件端面的平面度误差，以及端面相
径向跳动
原因 （主轴轴承副的制造误差）
滑动轴承 • 车床：主轴轴颈的圆度误差造成径向跳动；而轴承内孔有圆 度误差时，其影响较小。 • 镗床：滑动轴承内孔的圆度误差，引起镗孔的圆度误差 主轴径向跳动分析 滚动轴承：内圈、外圈和滚动体本身的几何误差，主轴轴颈的 误差、轴承孔的误差、装配质量以及装配间隙 车床上加工外圆或内孔时，主轴的径向跳动将引起工件的圆度 误差， 对于端面加工没有直接影响。
back
调整误差
按标准样块或对刀块（导套）调整刀具
• 标准样件本身的尺寸误差， • 刀块（导套）相对工件定位元件之间的位置尺寸误 差 • 刀具调整时的目测误差 • 切削加工时刀具相对于工件加工表面的弹性退让行 程挡块的受力变形
按试切一个工件后的实测尺寸调整刀具
• 进给机构的重复定位误差 • 按试切一个工件尺寸调整刀具的不准确性 • 机床微量进给误差（爬行）
参数和切削用量，正确地刃磨刀具，合理地使用冷却 润滑液等。
夹具磨损：提高夹具中易磨损件(如定位心轴、定位
销、钻套等)的耐磨性，并注意及时更换磨损超限的 夹具元件。
பைடு நூலகம்量具磨损
back
工件的内应力
当外部载荷去除以后，仍残存在工件内部的应 力，称为内应力 毛坯制造及热处理过程中产生的内应力：工件 各部分不均匀的热胀冷缩以及金相组织转变时 的体积改变 （铸件残余应力的形成过程.swf） 工件冷校直产生的内应力：细长轴类零件加工 通常采用冷校直的方法纠正弯曲变形 机械加工产生内应力 ：工件各部分不均匀的热 胀冷缩以及金相组织转变时的体积改变
机械加工质量分析及控制范文精简处理
机械加工质量分析及控制范文精简处理摘要：机械加工质量是制造业生产中的重要环节，直接影响着产品的质量和性能。
本文通过对机械加工质量的分析，提出了相应的控制措施，以提高产品的加工质量。
关键词：机械加工；质量分析；控制措施一、引言机械加工是制造业生产过程中重要的工序之一，机械零件的加工质量直接影响着产品的质量和性能。
因此，对机械加工质量进行分析，并采取相应的控制措施，是保证产品质量的关键。
二、机械加工质量分析1.加工工艺分析加工工艺是影响加工质量的重要因素，包括刀具选择、切削速度、进给速度等。
通过分析加工工艺的合理性，可以找出存在的问题，并提出改进意见。
2.加工设备分析加工设备的性能和精度直接影响着机械加工的质量。
针对设备存在的问题，可以采取相应的控制措施，以提高加工质量。
3.加工材料分析加工材料的性能决定了加工质量的上限。
通过分析加工材料的性能及其与加工工艺的匹配性，可以确定最佳的加工参数，以提高加工质量。
三、机械加工质量控制1.加强工艺控制通过调整刀具选择、切削速度和进给速度等工艺参数，可以有效地控制机械加工的质量。
此外，建立科学的工艺规程并进行培训，提高操作人员的技能水平，也是保证加工质量的重要手段。
2.提高设备精度定期对加工设备进行维护和保养，保证设备的精度稳定性。
对于存在问题的设备，及时进行维修和更换，确保加工质量的可控性。
3.优化加工材料选择合适的加工材料，提高材料的性能，以满足产品的工艺要求。
此外，对加工材料进行严格的检验和控制，确保加工质量的稳定性。
四、结论通过机械加工质量的分析和控制，可以提高产品的质量和性能，提高企业的竞争力。
机械加工质量的分析和控制是制造业生产中非常重要的环节，需要工程师和技术人员共同努力，不断改进和创新。
[1]张三.机械加工质量分析及控制[J].机械工程学报，2024[2]李四，王五.机械加工质量控制的方法与技巧[M].北京：机械工业出版社。
机械加工质量分析及控制精简版范文
机械加工质量分析及控制
机械加工质量分析及控制
概述
机械加工质量是指机械加工过程中所达到的工件尺寸精度、形状精度和表面质量等方面的要求。
在机械制造行业中，机械加工质量的分析和控制非常重要，它直接关系到产品质量和客户满意度。
机械加工质量分析
机械加工质量分析是指对机械加工过程中产生的工件缺陷、误差和不良现象进行分析和评估，以确定其产生的原因和影响。
常见的机械加工质量问题包括：
1. 尺寸过大或过小
2. 表面粗糙度超标
3. 几何形状偏差
4. 空间位置偏差
5. 孔径偏差
机械加工质量分析主要通过以下几个步骤完成：
1. 收集加工数据和工件检测结果
2. 对数据进行统计分析和图像处理
3. 利用统计分析结果，确定质量问题的原因和影响因素
4. 提出相关改善措施和加工优化建议
机械加工质量控制
机械加工质量控制是指通过控制加工参数和采用合理的加工工艺，确保机械加工过程中所达到的工件质量能够满足设计要求和客户需求。
常见的机械加工质量控制方法包括：
1. 控制加工参数，如刀具刃口半径、加工速度、进给量等
2. 采用合适的加工工艺，如铣削、车削、钻削等
3. 使用高精度的测量设备进行质量检测和纠正
4. 实施质量管理体系和质量控制标准
机械加工质量控制的关键在于不断优化和改进加工工艺、设备和管理体系，以提高加工稳定性和质量可靠性。
结论
机械加工质量分析和控制是机械制造过程中必不可少的环节，它直接关系到产品的质量和市场竞争力。
通过科学的分析和有效的
控制措施，能够提高机械加工的质量稳定性和可靠性，满足客户的需求。
机械加工质量分析与控制课件
能够全面了解机械加工过程和产品的质量情况，找出影响质量的因素并 采取相应的措施进行改进，提高加工过程的稳定性和产品质量的可靠性。
PART 03
机械加工质量控制技术
加工参数优化
切削参数优化
根据工件材料、刀具材料和加工 条件，选择合适的切削速度、进 给速度和切削深度，以提高加工 效率和加工质量。
案例二：某生产线上的加工质量控制
总结词
通过引入自动化检测设备和加工监控系统，确保生产线上的产品质量稳定。
详细描述
某生产线在加工过程中，产品质量不稳定，合格率波动较大。为了解决这一问题， 引入了先进的自动化检测设备和加工监控系统。这些设备可以实时监测加工过程 中的各项参数，及时发现并纠正异常，确保产品质量稳定。
精细化检验标准
制定更加精细化的检验标准和方法，提高检 验的准确性和可靠性，确保机械加工质量符 合要求。
全过程质量控制模式
全过程质量追溯
建立全过程的质量追溯体系，对机械加工过程中的每一个 环节进行记录和追溯，便于质量问题的定位和解决。
01
全过程监控与评估
对机械加工全过程进行实时监控和评估， 及时发现和解决潜在的质量问题，确保 加工质量的稳定性和可靠性。
自动化检测与修正
利用机器视觉和自动化检测技术，实现机械加工零件的自动检测和 误差修正，提高加工精度和一致性。
精细化质量控制标准
精细化工艺参数控制
对机械加工过程中的各项工艺参数进行精细 化控制，确保工艺参数的稳定性和准确性， 提高加工质量。
精细化材料质量控制
加强材料采购、存储和使用等环节的管理，确保材 料质量的稳定性和可靠性，降低因材料问题导致的 质量风险。
加工误差补偿
误差建模
机械制造技术基础(第2版)第四章课后习题答案
《机械制造技术基础》部分习题参考解答第四章机械加工质量及其控制4-1什么是主轴回转精度？为什么外圆磨床头夹中的顶尖不随工件一起回转，而车床主轴箱中的顶尖则是随工件一起回转的？解：主轴回转精度——主轴实际回转轴线与理想回转轴线的差值表示主轴回转精度，它分为主轴径向圆跳动、轴向圆跳动和角度摆动。
车床主轴顶尖随工件回转是因为车床加工精度比磨床要求低，随工件回转可减小摩擦力；外圆磨床头夹中的顶尖不随工件一起回转是因为磨床加工精度要求高，顶尖不转可消除主轴回转产生的误差。
4-2 在镗床上镗孔时（刀具作旋转主运动，工件作进给运动），试分析加工表面产生椭圆形误差的原因。
答：在镗床上镗孔时，由于切削力F的作用方向随主轴的回转而回转，在F作用下，主轴总是以支承轴颈某一部位与轴承内表面接触，轴承内表面圆度误差将反映为主轴径向圆跳动，轴承内表面若为椭圆则镗削的工件表面就会产生椭圆误差。
4-3为什么卧式车床床身导轨在水平面内的直线度要求高于垂直面内的直线度要求？答：导轨在水平面方向是误差敏感方向，导轨垂直面是误差不敏感方向，故水平面内的直线度要求高于垂直面内的直线度要求。
4-4某车床导轨在水平面内的直线度误差为0.015/1000mm，在垂直面内的直线度误差为0.025/1000mm，欲在此车床上车削直径为φ60mm、长度为150mm的工件，试计算被加工工件由导轨几何误差引起的圆柱度误差。
解：根据p152关于机床导轨误差的分析，可知在机床导轨水平面是误差敏感方向，导轨垂直面是误差不敏感方向。
水平面内：0.0151500.002251000R y∆=∆=⨯=mm；垂直面内：227()0.025150/60 2.341021000zRR-∆⎛⎫∆==⨯=⨯⎪⎝⎭mm，非常小可忽略不计。
所以，该工件由导轨几何误差引起的圆柱度误差0.00225R∆=mm。
4-5 在车床上精车一批直径为φ60mm 、长为1200mm 的长轴外圆。
机械加工质量分析与控制
机械加⼯质量分析与控制第四模块机械加⼯质量分析与控制⼀、填空题1.⼯件表⾯的加⼯质量指标分为：（）和（）。
2.（）是指零件在加⼯后的⼏何参数的实际值与理想值相偏离的程度3.机械加⼯中，由机床、夹具、⼑具、⼯件组成的统⼀体，称为（）；4.加⼯原理误差是指采⽤了近似的（）或（）进⾏加⼯时产⽣的误差；5.加⼯细长轴时，通常后顶尖采⽤弹性顶尖，⽬的是为了消除（）的影响。
6.加⼯经济精度是指在正常⽣产条件下，符合（）、（），（），所能达到的加⼯精度等级。
7.在普通铣床上，采⽤成型法加⼯齿形时，存在由⼑具近似形状引起的（）。
8.在普通外圆车床上车削外圆时，如果导轨在⽔平⾯内存在直线度误差（向前凸），则加⼯出来的零件会产⽣（）。
9.原始误差所引起的切削刃与⼯件间的相对位移，如果产⽣在加⼯表⾯的法线⽅向，则对加⼯误差有直接的影响，所以把加⼯表⾯的法向称为（）。
10.⼯艺系统受⼒变形的程度主要与系统的（）有关。
11.由于部件是有许多零件组成，其中存在很多( ) ，所以在受⼒变形时不能和整体零件相⽐，部件的刚度要⽐我们想象的( )的多。
12.⼀般情况下，复映系数远( )，在2~3次⾛⼑之后，⽑坯误差下降很快，所以⼀般只有在( ) 时⽤误差复映规律估算加⼯误差才有实际意义。
13.⼤批量⽣产时，采⽤调整法加⼯，⼀批⽑坯余量都不⼀样，由于( )的结果，造成⼀批零件的“尺⼨分散”。
14.磨削薄⽚零件时，在零件下⾯垫橡胶的⽬的是消除( )造成的⼯件变形。
15.不同加⼯⽅法，切削热传⼊⼯件的( )不同，有时相差很⼤，所以⼯件的热变形程度不同；16.⼯件受热⽐较均匀，主要影响⼯件的( )精度；⼯件受热不均，主要影响( ) 。
17.按误差在⼀批零件出现的规律，分两类：( )、（)。
18.加⼯⼀批零件时，如果是在机床⼀次调整中完成的，则机床的调整误差引起( )误差；如果是经过若⼲次调整完成的，则调整误差就引起( )误差。
19.⼯艺系统热平衡之前的变形造成的雾差是( )误差；之后是( )误差。
机械加工质量及其控制
由于主轴回转误差， 回转中心的位置时刻 变动，为瞬时回转中 心。
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 其平均位置来衡量
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……
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
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 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
n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
f
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
n
O
机床主轴作回转运动时， 在任一截面上若只有一点O 的速度为零，则该点为主轴 的回转中心。
调整误差
测量误差
受力变形
与加工过程有关
受热变形
刀具磨损
工件内应力
工艺系统原有
精度被破坏而
产生的附加误
差因素
工艺系统 静误差
例：数控插补 加工、相切法 和范成法加工
工艺系统 动误差
4.2 机械加工精度的影响因素
误差敏感方向
O’ O
O’ O
（a）轴颈不圆
（b）轴承孔不圆
机械加工质量分析与控制练习题和答案_机械制造技术基础
第 4章练习题1.单项选择1-1表面粗拙度的波长与波高比值一般（）。
①小于50 ②等于 50～200③等于 200～ 1000④大于 10001-2表面层加工硬化程度是指（）。
① 表面层的硬度② 表面层的硬度与基体硬度之比③ 表面层的硬度与基体硬度之差④表面层的硬度与基体硬度之差与基体硬度之比1-3原始偏差是指产生加工偏差的“源偏差”，即（）。
①机床偏差② 夹具偏差③ 刀具偏差④工艺系统偏差1-4偏差的敏感方向是（）。
①主运动方向②进给运动方向③过刀尖的加工表面的法向④过刀尖的加工表面的切向1-5试切 n 个工件，因为判断禁止而惹起的刀具调整偏差为（）。
①3② 6③36 n④n1-6精加工夹具的相关尺寸公差常取工件相应尺寸公差的（）。
①1/10 ～ 1/5② 1/5～1/3③ 1/3～ 1/2④ 1/2～ 11-7镗床主轴采纳滑动轴承时，影响主轴展转精度的最主要要素是（）。
①轴承孔的圆度偏差②主轴轴径的圆度偏差③ 轴径与轴承孔的空隙④切削力的大小1-8在一般车床上用三爪卡盘夹工件外圆车内孔，车后发现内孔与外圆不一样轴，其最可能原由是（）。
①车床主轴径向跳动②卡爪装夹面与主轴展转轴线不一样轴③ 刀尖与主轴轴线不等高④车床纵导游轨与主轴展转轴线不平行1-9在车床上就地车削（或磨削）三爪卡盘的卡爪是为了（）。
①提升主轴展转精度②降低三爪卡盘卡爪面的表面粗拙度③ 提升装夹稳固性④保证三爪卡盘卡爪面与主轴展转轴线同轴1-10 为减小传动元件对传动精度的影响，应采纳（）传动。
②升速②降速③等速④变速1-11往常机床传动链的（）元件偏差对加工偏差影响最大。
① 首端②尾端③ 中间④ 两头1-12工艺系统刚度等于工艺系统各构成环节刚度（）。
① 之和② 倒数之和③ 之和的倒数④ 倒数之和的倒数1-13机床零件的实质刚度（）按实体所估量的刚度。
①大于②等于③小于④远小于1-14接触变形与接触表面名义压强成（）。
①正比②反比③指数关系④ 对数关系1-15偏差复映系数与工艺系统刚度成（）。
第4章 机械加工质量及其控制
2.导轨误差
卧式车床导轨误差对加工精度的影响：
(1)导轨在水平面内的直线度误差对加工精度的影响
导轨在水平面内有 直线度误差Δy时，工 半径产生ΔR=Δy的
件 误差。
导轨在水平面内的 直线度误差将直接反映 在被加工工件表面的法 线方向（误差敏感方向）上，对加工精度的影响最大。
(2)导轨垂直平面内的直线度误差对加工精度的影响
b.采用成形刀具（例如成形车刀、成形铣刀、齿模数 铣刀、成形砂轮等）加工时，刀具的形状误差和磨损将直 接影响工件的形状精度。
c.对于一般刀具（例如车刀、镗刀、铣刀等），其制 造误差对工件加工精度无直接影响
刀具的尺寸磨损量NB：
NB是在被加工表面的法线方向上测量的。 NBo为初期 磨损量；
KNB为正常 磨损阶段曲 线的斜率， 称为相对磨 损。
一、工艺系统的几何误差
（一）机床的几何误差
1．主轴回转误差
主轴回转误差是指主轴实际回转轴线相对其平均回转 轴线的变动量。为便于分析，可将主轴回转误差分解为径 向圆跳动、轴向圆跳动和角度摆动三种不同形式的误差。
主轴回转误差将直接影响被加工工件的形状精度和位 置精度。
(1)径向圆跳动 概念：它是主轴回转轴线相对于平均回转轴线在径向 的变动量，如图4-2a所示。
设滚刀轴均匀旋转，若齿轮z1有转角误差Δφ1，而其 他各传动件假设无误差，则由Δφ1产生的工件转角误差
式中 i差——差动机构的传动比； K1——齿轮z1到工作台的传动比，K1反映了齿轮z1
的转角误差对终端工作台传动精度的影响程度，称为误差 传递系数。
同理，若第 j 个传动元件有转角误差ΔΦj，则该转角 误差通过相应的传动链传递到被切齿轮的转角误差
二、加工经济精度
第四章 机械加工质量及其控制
吸附层 <8nm
第一节 概述
二、机械加工表面质量 （一）表面质量的概念
第四章 机械加工质量及其控制
残余拉应力(＋)；残余压应力(－)
显微硬度
残余应力
压缩区 几十~几百微米
纤维层
热影响区
基体材料
加工表面层沿深度变化示意图
第四章 机械加工质量及其控制
第一节 概述
二、机械加工表面质量 （一）表面质量的概念
零件的机械加工表面质量决定了机器的使用性能和延长 使用寿命。机械加工表面质量是以机械零件的加工表面和表 面层作为分析和研究对象的。
第四章 机械加工质量及其控制
第一节 概述
一、机械加工精度 （一）机械加工精度的概念
加工精度是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。
（1）零件的尺寸精度：加工后零件的实际尺寸与零件 理想尺寸相符的程度。
系统，工件达到尺寸后，系统自动停止加工。
第一节 概述
二、机械加工表面质量 （一）表面质量的概念
第四章 机械加工质量及其控制
机械加工后的零件表面实际上不是理想的光滑表面，它 存在着不同程度的表面粗糙度、冷硬、裂纹等表面缺陷。虽 然只有极薄的一层（几微米——几十微米），但都错综复杂 地影响着机械零件的耐磨性、抗腐蚀性、配合质量和疲劳强 度等，从而影响产品的使用性能和寿命，因此必须加以足够 的重视。
刀具制造误差
原
始 调整误差 误 差
工艺系统受力变形
工艺系统动误差
工艺系统热变形
刀具磨损
测量误差
残余应力引起变形
接触部分的弹性变形和塑性变形。
并非冷作硬化程度越高，耐磨性就越高。
这是因为过分的冷作硬化，将引起金属组
《机械制造技术基础》部分习题参考解答
《机械制造技术基础》部分习题参考解答第四章 机械加工质量及其控制4-1 什么是主轴回转精度？为什么外圆磨床头夹中的顶尖不随工件一起回转，而车床主轴箱中的顶尖则是随工件一起回转的？解：主轴回转精度——主轴实际回转轴线与理想回转轴线的差值表示主轴回转精度，它分为主轴径向圆跳动、轴向圆跳动和角度摆动。
车床主轴顶尖随工件回转是因为车床加工精度比磨床要求低，随工件回转可减小摩擦力；外圆磨床头夹中的顶尖不随工件一起回转是因为磨床加工精度要求高，顶尖不转可消除主轴回转产生的误差。
4-2 在镗床上镗孔时（刀具作旋转主运动，工件作进给运动），试分析加工表面产生椭圆形误差的原因。
答：在镗床上镗孔时，由于切削力F 的作用方向随主轴的回转而回转，在F 作用下，主轴总是以支承轴颈某一部位与轴承内表面接触，轴承内表面圆度误差将反映为主轴径向圆跳动，轴承内表面若为椭圆则镗削的工件表面就会产生椭圆误差。
4-3 为什么卧式车床床身导轨在水平面内的直线度要求高于垂直面内的直线度要求？答：导轨在水平面方向是误差敏感方向，导轨垂直面是误差不敏感方向，故水平面内的直线度要求高于垂直面内的直线度要求。
4-4 某车床导轨在水平面内的直线度误差为0.015/1000mm ，在垂直面内的直线度误差为0.025/1000mm ，欲在此车床上车削直径为φ60mm 、长度为150mm 的工件，试计算被加工工件由导轨几何误差引起的圆柱度误差。
解：根据p152关于机床导轨误差的分析，可知在机床导轨水平面是误差敏感方向，导轨垂直面是误差不敏感方向。
水平面内：0.0151500.002251000R y ∆=∆=⨯=mm ； 垂直面内：227()0.025150/60 2.341021000z R R -∆⎛⎫∆==⨯=⨯ ⎪⎝⎭mm ，非常小可忽略不计。
所以，该工件由导轨几何误差引起的圆柱度误差0.00225R ∆=mm 。
4-5 在车床上精车一批直径为φ60mm 、长为1200mm 的长轴外圆。
机械制造技术基础B-第四章-第三节
第三节 工艺系统的受力变形对加工精度的影响
切削过程中，增大走刀次数可不断减小工件的复映误差。设 ε1、ε2、 ε3分别为第一、第二、第三次走刀时的误差复映系数， 则
g1 1m, g22g112 m, g33g2123m
总误差复映系数： 总123
加工时：变形大的地方，切除的金 属层薄；变形小的地方，切除的金属 层厚。
结论：因机床受力变形，加工后的 工件呈两端粗，中间细的马鞍形。
第三节 工艺系统的受力变形对加工精度的影响
2. 工件的变形
用两顶尖车削细长轴时，不考虑机床和刀具的变形，工件在 切削点处的变形量 yB 为：
yB
FP(Lx)2x2 3EIL
k Fp y
第三节 工艺系统的受力变形对加工精度的影响
二、工艺系统刚度的计算
根据 k=Fy /y 得知，工艺系统在某一处的法向总变形位移y， 是系统的各个组成环节在同一处的法向变形的叠加：
yyjcyjjydyg
则机床刚度kjc、夹具刚度kjj、刀具刚度kd和工件刚度kg 为：
kjc Fp yjc, kd Fp yd , kjj Fp yjj, kg Fp yg,
得到:
11 111
k kjc kjj kd kg
第三节 工艺系统的受力变形对加工精度的影响
三、工艺系统刚度对加工精度的影响
（一）切削力作用点位置变化引起的工件形状误差 以在车床两顶尖间加工光轴为例，分析力作用点位置变化对
工件形状的影响。 1. 机床的变形 假定工件短而粗，车刀悬伸长度短，
从“提高工艺系统的刚度”和“减小载荷及其变化”两方面 采取措施，来减小工艺系统的受力变形。
（一）提高工艺系统的刚度 1. 合理的结构设计
机械加工质量分析与控制课件管理
➢ 导轨垂直面内的直线度误 差,误差非敏感方向,影响小 α
Y
➢ 导轨扭曲对加工精度的影
响,影响显著（图4-15）
B
（4-5） 图4-15 导轨扭曲引起的加工误18差
4.2.2 机床误差
➢ 导轨与主轴回转轴线位置误差对加工精度的影响
Δx D－Δd
L
d Z
Xf a）
Hy
R0
f
b）
Δz
Δz
α f
αZ
c）
（通常形状误差限制在位置公差内，位 置公差限制在尺寸公差内）
表面质量
表面几何形状精度
表面粗糙度 波度 纹理方向 伤痕（划痕、裂纹、砂眼等）
表面缺陷层
表层加工硬化 表层金相组织变化 表层残余应力
图4-1 加工质量包含的内容
3
4.1.1 机械加工质量
◆ 加工精度：零件加工后实际几何参数与理想几何参数接近 程度。 ◆ 零件宏观几何形状误差、波度、表面粗糙度
图4-19 钻径向孔的夹具
24
4.2.4 调整误差
试切法（图4-20 a）
➢测量误差。 ➢试切时与正式切削时切削厚度 不同造成的误差。 ➢机床进给机构的位移误差。
调整法（图4-20 b）
➢定程机构误差。 ➢样件或样板误差。 ➢测量有限试件造成的误差。 ➢和试切法有关的误差。
a）
b）
图4-20 试切法与调整法
◆ 机床变形和工件变形共同引起的加工误差
（4-11）
➢ 工艺系统刚度
（4-12）
31
4.3.2 工艺系统刚度对加工精度的影响
切削力大小变化引起的加工误差
➢ 以椭圆截面车削为例说明（图4-24）
（4-13）
第四讲 机械加工质量分析与控制
图 龙门刨床导轨垂直面 内直线度误差
1－刨刀 2－工件 3－工作台 4－床身导轨
（3）前后导轨平行度误差的影响
床身前后导轨有平行度误差（扭曲） 时，会使车床溜板在沿床身移动时发生 偏斜，从而使刀尖相对工件产生偏移， 使工件产生形状误差（鼓形、鞍形、锥 度）。
从图5-11可知，车床前后导轨扭曲的最终结果 反映在工件上，于是产生了加工误差△y。从几何 关系中可得出： △y≈H△/B 一般车床H≈2B/3，外圆磨床H≈B，因此该项 原始误差△对加工精度的影响很大。
设：△Z=△Y=0.01mm ，R=50mm ， 则由于法向原始误差而产生的加工误差 △R= △Y =0.01mm, 由于切向原始误差产生的加工误差
△ R ≈△Z2/d =0.000001mm 此值完全可以忽略不计。由于△Z2数值很小，因此该误差对 工件的尺寸精度和形状精度影响甚小。
ΔR
d
ΔZ
d/2 R
21
2006-3
由此可见，原始误差所引起的刀刃与工 件间的相对位移，如果产生在加工表面的法 线方向，则对加工误差有直接的影响；
如果产生在加工表面的切线方向上，就 可以忽略不计。
我们把加工表面的法向称之为误差的敏 感方向。 在无特殊说明的情况下，Y 向为误差敏 感方向，Z 向则为误差非敏感方向。
(1) “理想几何参数”的正确含义即，对于尺寸是图纸规定
尺寸的平均值；对于形状和位置，则是绝对正确的形状和位 置，如绝对的圆和绝对的平行等等。
(2) 加工精度是由零件图纸或工艺文件以公差 T 给定的，而
加工误差则是零件加工后的实际测得的偏离值。一般说，当 <T 时，就保证了加工精度。
一批零件的加工误差是指一批零件加工后,其几何参 数的分散范围。 三个方面的向容。即，加工精度包括尺寸精度、形状精度 和位置精度。
机械加工质量分析及控制
PPT文档演模板
机械加工质量分析及控制
• 3．传动链的传动误差
• （1）机床传动链的传动误 差及其对加工精度的影响 • 机床传动链误差是指机床 内部传动机构传动过程中出现 传动链首末两端传动元件间相 对运动的误差。 • 传动链误差一般不影响圆 柱面和平面的加工精度，但对 齿轮、蜗轮蜗杆、螺纹和丝杆 等加工有较大影响。
（2）多次装夹获得法 当零件上有相互位置精度 要求的各表面被安排在不同的安装中加工时，零
PPT文档演模板
机械加工质量分析及控制
三、表面粗糙度对零件使用性能的影响
1.对零件耐磨性的影响 2.对零件配合性能的影响 3.对零件疲劳强度的影响 4.对零件耐蚀性的影响 5.对零件接触刚度的影响
PPT文档演模板
PPT文档演模板
•图3-16 齿轮机床传动链
机械加工质量分析及控制
（2）减少传动链传动误差 的措施
1）缩短传动链长度，减少 传动链中传动件的数目。
2）采用降速传动链。
3）提高传动元件，特别是
提高末端传动元件的制造
精度和装配精度。
•图3-17
4）采用误差补偿的方法。
PPT文档演模板
机械加工质量分析及控制
火或回火；零件淬火后进行回火；
•2．增加时效处 理工序
对精度要求高的零件，如床身、丝 杆、箱体、精密主轴等，在粗加工 后进行时效处理。
•3. 合理安排 工艺过程
•
PPT文档演模板
•图3-9 主轴的纯轴向窜动对加工 精度的影响
机械加工质量分析及控制
3）主轴的倾角摆动对加工精度的影响。
• 主轴的倾角摆动对加工精度的影响与径向圆跳动对加 工精度的影响相似，其区别在于倾角摆动不仅影响工件加 工表面的圆度误差，而且影响工件加工表面的圆柱度误差。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
②
在垂直面内的直线度
Δ２对工件的尺寸和形状误差影响比Δ1小得多
40mm mm， 对卧式车床ΔR ≈Δ22/D 若设Δ2= 0.1mm,D=40mm，则
ΔR =0.00025mm，影响可忽略不计。 而对平面磨床、龙 00025mm 影响可忽略不计。 而对平面磨床、 mm，
门刨床误差将直接反映在工件上。 门刨床误差将直接反映在工件上。
H/B≈2/3，外圆磨床H/B≈1，误差对加工精度影响很大 ≈2/3，外圆磨床 ≈1，误差对加工精度影响很大
除导轨制造误差外，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。导轨磨损是机床精度下降 的主要原因之一。可采用耐磨合金铸铁、镶钢导轨、贴 塑导轨、滚动导轨导轨表面淬火等措施。
机床误差
g6
Y
钻径向孔的夹具
四、调整误差
试切法
测量误差。 试切时与正式切削时切削厚度 不同造成的误差。 机来自进给机构的位移误差。a）
调整法
定程机构误差。 样件或样板误差。 测量有限试件造成的误差。 和试切法有关的误差。
b）
图4-20 试切法与调整法
五、工艺系统受力变形对加工精度的影响
工艺系统刚度
在加工误差敏感方向上工艺系统所受外力与变形量之比
导轨在垂直面内的直线度的特殊情况为斜坡状， 导轨在垂直面内的直线度的特殊情况为斜坡状， 加工的工件轴向形状为鞍形。 加工的工件轴向形状为鞍形。
③ 前后导轨的平行度（扭曲） 卧式车床或外圆磨床若前后导轨存在平行度误差时， 刀具和工件之间相对位置发生变化，刀尖运动轨迹是一 条空间曲线，使工件产生形状误差。 若扭曲误差为Δ3,工件误差ΔR≈(H/B)Δ3 ，一般车床
式中 k —— 工艺系统刚度； kjc —— 机床刚度； kjj —— 夹具刚度； kd —— 刀具刚度； kg —— 工件刚度。
工艺系统受力变形对加工精度的影响
工艺系统的变形 总变形 y系 = y机+ y夹+ y刀+ y工 系 机 夹 刀 工 k系= Fy / y系，k机= Fy / y机 ， k夹= Fy / y夹 ， 系 系 机 机 夹 夹 k刀= Fy / y刀 ， k工= Fy / y工 刀 刀 工 工 所以， 系 所以， k系= 1/(1/ k机+ 1/ k夹+ 1/ k刀+ 1/ k工) 机 夹 刀 工 工艺系统刚度比刚度最小环节的刚度还要差
表面质量
加工精度的获得方法
尺寸精度的获得方法 试切法 定尺寸刀具法 调整法 自动控制法
形状精度的获得方法 轨迹法 成形法 相切法 展成法 位置精度的获得方法 一次装夹获得法 二次装夹获得法
c）相切法 d）展成法 a）轨迹法 形法 b）成
表面粗糙度对零件使用性能的影响
对耐磨性影响
表面粗糙度值↓→耐磨性↑，但有一定限度（图3-3） 纹理形式与方向：圆弧状、凹坑状较好 适当硬化可提高耐磨性
刀具与夹具误差
夹具误差
夹具误差影响加工位置精度。 与夹具有关的影响位置误差因 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； …… 通常要求定位误差和夹具 制造误差不大于工件相应公 差的1/3。
L±0.05
φ10 F7 k6
Z
φ6F7
H7
B A
图1 轴径不圆引起车床主轴 径向跳动
图2 轴承孔不圆引起镗床主轴 径向跳动
滚动轴承结构复杂，影响主轴精度因素也较复杂
除轴承本身精度外， 除轴承本身精度外，与配合件精度有很大关系如主 轴轴颈、 轴轴颈、支承座孔等精度
机床误差
◆ 影响主轴回转精度的主要因素 ★ 推力轴承 滚道端面平面度误差及 与回转轴线的垂直度误 差（图3-12） ★ 其他因素 轴承孔、轴径圆度误差 ；轴承孔同轴度误差； 轴肩、隔套端面平面度 误差及与回转轴线的垂 直度误差；装配质量等
机床误差
◆ 影响主轴回转精度的主要因素 ★ 滑动轴承 车床（图1 车床（图1）—— 轴径不圆引 起车床主轴向跳动（注意其频 率特性） 镗床（图2 镗床（图2）—— 轴承孔不圆 引起镗床主轴径向跳动 静压轴承 —— 对轴承孔或 轴径圆度误差起均化作用 轴径圆度误差起均化作用 ★ 滚动轴承 内外滚道圆度误差、滚动体 形状及尺寸误差
初始磨损量
对耐疲劳性影响
表面粗糙度值↓ → 耐疲劳性↑ 适当硬化可提高耐疲劳性
重载荷
对耐蚀性影响
表面粗糙度值↓→耐蚀性↑ 表面压应力：有利于提高耐蚀性
轻载荷 Ra（µm）
对配合质量影响
表面粗糙度值↑ →配合质量↓
图3-3 表面粗糙度 与初始磨损量
第二节 影响加工精度的主要因素
原始误差—— 引起加工误差的根本原因是工艺系统存在
◆ 主轴回转误差的测量 ★ 传统测量方法存在问题： 包含心轴、锥孔误差在内 非运动状态。 ★ 准确测量方法
传统测量方法
a)
b)
主轴回转误差测量法
1 — 摆动盘 2，4 — 传感器 3 — 精密测球 5 — 放大器 6 — 示波器
机床误差
◆ 主轴回转误差对加工精度的影响 ★ 主轴径向圆跳动对加工精度的影响（镗孔） 考虑最简单的情况，主轴回转中心在X方向上作简谐 直线运动，其频率与主轴转速相同，幅值为2e。则刀 尖的坐标值为：
k= Fp ∆X
式中 k——工艺系统刚度； Fp——吃刀抗力； ∆X ——工艺系统位移 （切削合力作用下的位移） 。
工艺系统受力变形对加工精度的影响
工艺系统刚度计算
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：
1 1 1 1 1 = + + + k k jc k jj kd k g
X = ( R + e) cos φ Y = R s in φ
式中 R —— 刀尖回转半径； φ—— 主轴转角。 显然，上式为一椭圆。
e
径向跳动对镗孔精度影响
机床误差
★ 主轴径向圆跳动对加工精度的影响（车外圆） 仍考虑最简单的情况，主轴回转中心在X方向上作简谐 直线运动，其频率与主轴转速相同，幅值为2e。则刀尖 运动轨迹接近于正圆（图）。 结论： 结论 ： 主轴径向跳动影 响加工表面的圆度误差
若Ki大于1则误差被扩大；反之，若Ki小于1误差被缩小。 大于1 小于1 各传动件对工件精度影响的总和为：
Δφ∑= ∑Δφwi= ∑Ki Δφi
机床误差
◆ 提高传动精度措施 缩短传动链长度 采用降速传动 提高末端元件的制造精度与安装精度 对传动误差进行补偿
三、刀具与夹具误差
刀具误差
定尺寸刀具（钻头、 铰刀等）尺寸误差影响 加工尺寸误差 成形刀具和展成刀具 形状误差影响加工形状 误差 刀具磨损影响加工尺 寸误差或形状误差
∆R = α ⋅ H =
D ∆R
X
α
Y
B
δ ⋅H
B
图3-15 导轨扭曲引起的加工误差
δ
在水平面内的直线度（以卧式车床为例） ① 在水平面内的直线度（以卧式车床为例）
∆1将直接反映在工件加工表面法线方向（误差敏感方向） 将直接反映在工件加工表面法线方向（误差敏感方向） 将直接反映在工件加工表面法线方向 误差∆R =∆1 ，对加工精度影响最大。 对加工精度影响最大。 上，误差 刀尖在水平面内的运动轨迹造成工件轴向形状误差。 刀尖在水平面内的运动轨迹造成工件轴向形状误差。
◆ 影响导轨导向精度的主要因素 机床制造误差 机床安装误差 导轨磨损
机床误差
机床传动误差
◆ 机床传动误差对加工精度的影响 指机床内传动链始末两端的传动元件间相对运动的误差。 指机床内传动链始末两端的传动元件间相对运动的误差。 一般用传动链末端元件的转角误差来衡量。产生的原因 是传动链中各传动元件的制造误 z1 = 64 差、装配误差及磨损等。 图3-16是某齿轮传动链
机械加工质量
◆ 加工精度：零件加工后实际几何参数与理想几何参数接近 程度。 零件宏观几何形状误差、波度、表面粗糙度 宏观几何形状误差（平面度、圆度等）—波长/波高＞1000 宏观几何形状误差（平面度、圆度等）—波长/波高＞1000 波度 — 波长/波高=50～1000；且具有周期特性 波长/波高=50～1000；且具有周期特性 表面粗糙度 —— 波长/波高＜50 波长/波高＜50
z3 = z4 = 23 z2 = 16 zn-1 = 1 zn = 96 d z5 = z6 = 23 ic z7 = z8 = 16
f
b c a e
图3-16 齿轮机床传动链
若传动齿轮 i 在某一时刻产生转角误差为Δφi，则它所 造成传动链末端元件的转角误差：Δφwi
=Ki Δφi
Ki 为该轴到末端元件的总传动比，称为误差传递系数， 为该轴到末端元件的总传动比，称为误差传递系数，
着误差，将工艺系统的误差称为原始误差。
原始误差分类
与工艺系统原始状 态有关的原始误差 (几何误差)
原始 误差
与工艺过程有关的 原始误差(动误差)
主轴回转误差 工件相对于 机床误差 导轨导向误差 刀具运动状 态下的误差 传动误差 工艺系统受力变形（包括夹紧变形） 工艺系统受热变形 刀具磨损 测量误差 工件残余应力引起的变形
Hλ RZ RZ
λ
a）波度
b）表面粗糙度
零件加工表面的粗糙度与波度
机械加工质量
加工质量的概念
尺寸精度
加工精度
形状精度 位置精度
（通常形状误差限制在位置公差内，位 置公差限制在尺寸公差内）
表面粗糙度 波度 表面几何形状精度 纹理方向 伤痕（划痕、裂纹、砂眼等） 表层加工硬化 表面缺陷层 表层金相组织变化 表层残余应力
原理误差 定位误差 调整误差 刀具误差 夹具误差