第5章 机械加工质量与控制 学习指导

第5章机械加工质量与控制

一、本章知识要点及要求

5.1 机械加工质量概述基本知识

1．了解机械加工质量、加工精度与加工误差、机械加工表面质量的概念。理解加工经济精度的内涵。

2．了解机械加工表面质量的指标及其对耐磨性、疲劳强度、耐蚀性、配合质量等使用性能的影响。

5.2 机械加工精度基本知识

1．了解机械加工工艺系统原始误差的概念。了解工艺系统原始误差的划分及其对加工精度的影响。

2．了解工艺系统的几何误差对加工精度的影响。掌握机床的主轴回转误差、导轨的导向误差、传动链误差、成形运动间位置关系精度，刀具、夹具的几何误差对加工精度的影响，并了解其控制方法。

3．了解工艺系统受力变形对加工精度的影响。掌握工艺系统刚度的概念，掌握加工过程工艺系统刚度的变化、切削力的变化对加工精度的影响。了解夹紧力、重力、传动力、惯性力引起的加工误差。了解提高工艺系统刚度的途径。

4．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用。

5．了解工艺系统受热变形对加工精度的影响。理解工艺系统热变形的原因，掌握工艺系统热变形对加工精度的影响和减小途径。

6．了解工件内应力重新分布引起的误差。熟悉内应力、残余应力的概念，掌握内应力、残余应力的产生原因及其对加工的影响和减小途径。

例5.1 滚动轴承中滚动体的尺寸误差，对主轴回转精度有什么影响？

答：若滚动轴承中滚动体大小不一致，将引起主轴径向跳动。当最大的滚动体通过承载区一次，会使主轴回转轴线跳动一次，其频率与保持架转速有关。通常保持架转速约为内环转速的二分之一，故这种径向跳动每当主轴转两周发生一次，常称为"双转跳动"。

例 5.2 在车床上加工工件端面时，若刀具直线运动方向与工件回转运动轴线不垂直，对零件加工精度有什么影响？

答：加工后工件端面将产生内凹或外凸，如例题5.2解答图所示。

例题5.2解答图成形运动间位置误差对端面车削的影响

例5.3 工厂常用例题5.3图所示方法测量主轴回转精度。这种方法存在什么问题。

例题5.3图

答：（1）不能把不同性质的误差区分开来，如测量心轴本身的误差，主轴锥孔误差，锥孔与主轴回转轴线的同轴度误差等。

（2）不能反映主轴在工作转速下的回转精度。

例5.4 在平面磨床上磨削薄片零件，常发生翘曲，试分析原因，并提出解决办法。

答：磨削薄片零件，假定坯件翘曲（如例题5.4图所示），当它被电磁工作台吸紧时，产生弹性变形，磨削后取下工件，由于弹性恢复，使已磨平的表面又产生翘曲。改进的办法是在工件和磁力吸盘之间垫入一层薄橡胶皮（0.5mm 以下）或纸片，当工作台吸紧工件时，橡皮垫受到不均匀的压缩，使工件变形减少，翘曲的部分就将被磨去，如此正反面轮番多次磨削后，就可得到较平的平面。

例题5.4图 薄壁工件磨削

例5.5 已知某车床的部件刚度分别为：k 主轴=30000N/mm ；k 刀架=30000 N/mm ，k 尾座=56600N/mm 。今在该车床上采用前、后顶尖定位车长度为l 的光轴，其径向切削分力Fp=400N ，试计算该工件加工后的圆柱度误差。

答：

z=0时 111

1

)400)0.0147

3000030000

P x F m m m m k k =+

=⨯+=系(0)刀架

主轴(

( z=l 时 1

11

1

)400)0.0204

3000056600

P x x F m m m m k k ==+=⨯+=max 系(l)刀架尾座

(

(

z=l/2时 111

44P x F k k k =+

+系(l/2)刀架尾座

主轴(

) 111

30000430000456600

⨯++⨯⨯ =400(

)mm=0.0154mm

11

(

)()()1/1k z l l l k k k k a

===+++尾座

尾座尾座主轴主轴时

1111

300003000056600

P x F k k k =+

⨯+++系min 刀架

尾座主轴(

)=400()mm=0.0144mm

工件所产生的圆柱度误差是max min 0.02040.01440.006x x x mm ∆=-=-=

例5.6 丝杠磨床上磨削丝杠，若丝杠长度为2m ，每磨削一次丝杠温度升高3℃（相对于机床的母丝杠）。

试计算其热伸长量。

∆=⋅⋅∆，得：

答：由式L Lαθ

5

∆=⋅⋅∆=⨯⨯⨯=mm。

L Lαθ-

2000 1.171030.07

而6级精度丝杠全长螺距累计误差不得超过0.02 mm，可见热变形对加工精度影响的严重程度。

例5.7 为何试切一个工件，调整误差为Δp=3σ；而试切n个工件的调整误差为。

答：在正常情况下，零件加工尺寸误差接近正态分布，其分散范围可认为是μ±3σ。试切1个零件，在最不利的情况下，总体平均值（μ）可能与被试切零件尺寸相差3σ。若试切n个零件，取平均值，则平均

值的分散范围为，在最不利的情况下，总体平均值（μ）可能与被试切零件尺寸平均值相差。

例5.8 分析使用V型块夹具铣削轴端槽时（见例题5.8图），影响位置尺寸和位置关系的误差因素。

例题5.8图铣轴端槽

答：（1）定位误差：对于工序尺寸，工序基准为轴的上端面，而定位基准为轴的下端面，存在基准不重合误差，即定位误差，其值等于尺寸86的公差，即0.1mm。对于对称度要求，忽略V形块本身的误差，定位误差为0。

（2）夹紧误差：夹具、工件刚度足够，夹紧误差忽略不计。

（3）对刀误差：包括对刀块相对于V形块和支承套上端面的位置误差，以及用对刀块对刀操作导致的对刀误差。

（4）夹具位置误差：V形块对称平面与定向键的平行度误差，V形块对夹具体底面的垂直度误差，以及夹具安装在机床上（靠定向键定位）的安装误差等。

5.3 加工误差的统计分析基本知识

1．了解加工误差的统计性质。掌握系统性误差与随机性误差、样本与抽样的概念，了解直方图的建立方法，了解常见的统计分布特征，熟悉正态分布的性质。

-图）的分2．了解加工误差的统计分析方法。掌握加工误差的分布图分析方法和点图（特别是X R

析方法。掌握工序能力系数的概念，能够将统计分析方法应用与产品的生产与控制过程。

3．理解工艺过程稳定性的概念。

例5.9加工一批工件的外圆，图样要求尺寸为Ф30±0.05 mm ，加工后测得尺寸按正态分布，有8%不合格品，且其中一半为可修复不合格品。试分析该工序的工序能力指数C

。

P

答：根据其中一半为可修复不合格品可知，其尺寸分布中心与公差带中心重合。