1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。2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： =30000N/mm； =30000 k主 轴 k刀 架N/mm， =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k尾 座Fp=400N，试计算该工件加工后的圆柱度误差。答：z=0 时 11)40)0.1473PxFmk系 (0)刀 架 主 轴 (z=l 时 .2056mkmax系 (l)刀 架 尾 座(z=l/2 时 114PF系 (l/2)刀 架 尾 座 主 轴 )300456 =( )m=0.154时11()(/kzlllka尾 座 尾 座 尾 座主 轴 主 轴 130560PxFk系 min刀 架 尾 座 主 轴( ()m=.14工件所产生的圆柱度误差是 maxin.4.例 5.6 丝杠磨床上磨削丝杠，若丝杠长度为32m，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。答：由式 ，得：Lmm。5201.730.7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 p=3；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 3。试切 1 个零件，在最不利的情况下，总体平均值（）可能与被试切零件尺寸相差 3。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（）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。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 图）的XR分析方法。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 300.05 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。4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。根据 8%不合格品可知， ()0.58/20.46ABFz查表可得， ，即1.75ABz3T因此 3.86PC例 5.10 在自动车床上加工销轴，直径要求为 d=120.013mm。现按时间顺序，先后抽检 20 个样组，每组取样 5 样件。在千分比较仪上测量，比较仪按 11.987mm 调整零点，测量数据列于例题 5.10表中，单位为 m。试作出 -R 图，并判断该工序工艺过程是否稳定。答：（1）计算各样组的平均值和极差，列于例题 5.10 表中。（2）计算 -R 图控制线，分别为：图 中心线 x16.73CLxm上控制线 2.89UAR下控制线 5R 图 中心线 .L上控制线 1967CDm下控制线 0例题 5.10 表 测量数据样件测量值 样件测量值样组号 x1 x2 x3 x4 x5 R 样组号 x1 x2 x3 x4 x5 R1 28 20 28 14 14 20.8 14 11 16 21 14 15 16 16.4 72 20 15 20 20 15 18 5 12 16 17 14 15 15 15.4 33 8 3 15 18 18 12.4 15 13 12 12 10 8 12 10.8 44 14 15 15 15 17 15.2 3 14 10 10 7 18 15 13.6 115 13 17 17 17 13 15.4 4 15 14 15 18 24 10 16.2 146 20 10 14 15 19 15.6 10 16 19 18 13 14 24 17.6 117 10 15 20 10 13 15.4 10 17 28 25 20 23 20 23.2 88 18 18 20 25 20 20.4 7 18 18 17 25 28 21 21.8 119 12 8 12 15 18 13 10 19 20 21 19 21 30 22.2 1110 10 5 11 15 9 10 10 20 18 28 22 18 20 21.2 10（3） 根据以上结果作出 -R 图，如例题 5.10 解答图所示。（4）判断工艺过程稳定性 由例题 5.10 解答图可以看出，有 4 个点越出控制线，表明工艺过程不稳定，应查找出原因，并加以解决。5例题 5.10 解答图 -R5.4 机械加工表面质量基本知识1了解影响机械加工表面粗糙度的工艺因素。掌握影响切削加工和磨削加工表面粗糙度的因素及改善表面粗糙度的方法。2了解影响加工表面层物理、力学性能的因素。掌握影响加工硬化的因素及消除加工硬化的方法；掌握影响表面残余应力的因素及消除表面残余应力的方法；了解磨削表面烧伤、磨削表面裂纹的产生原因及控制措施。3了解加工过程中的振动。理解并掌握机械加工中强迫振动的成因、特点及预防措施；理解并掌握机械加工中自激振动的机理、特点及预防措施。二、习题与思考题提示5.1 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 60mm、长度为 150mm 的工件，试估算被加工工件由导轨几何误差引起的圆柱度误差。 （提示：垂直方向 ，可忽略不计，2270.51.680ydm圆柱度误差为 0.00225mm。 ）5.2 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。 （提示：圆度误差为： 。）5.3 在立式铣床上采用端铣刀对称铣削平面时，若铣刀回转轴线对工作台直线进给运动不垂直，试分析对加工表面精度的影响。提示：在立式铣床上采用端铣刀对称铣削平面时（如题 5.3 图），若铣刀回转轴线对工作台直线进给运动不垂直，即 0，加工后将造成加工表面下凹的形状误差 。由图中关系可得出：6式中 B被铣削工件宽度；dc刀尖回转直径。题 5.3 图5.4 在三台车床上分别加工三批工件的外圆表面，加工后经测量，三批工件分别产生了如题 5.4 图所示的形状误差，试分析产生上述形状误差的主要原因。 （提示：a） 工件刚度，导轨水平方向直线度，毛坯形状误差。b）导轨水平方向与主轴轴线空间相交，前后顶尖刚度不足，导轨扭曲，毛坯形状误差。c）导轨水平方向直线度或与主轴轴线不平行，尾座刚度，毛坯形状误差，刀具热伸长。 ）题 5.4 图5.5 在外圆磨床上磨削如题 5.5 图所示轴类工件的外圆，若机床几何精度良好，试分析磨外圆后 A-A截面的形状误差，要求画出 A-A 截面的形状，并提出减小上述误差的措施。 （提示：磨削键槽附近时切削力发生变化引起圆度误差。）题 5.5 图5.6 已知某车床的部件刚度分别为： =15000N/mm； =8000 N/mm， =12000N/mm。今k主 轴 k刀 架 k尾 座在该车床上采用前、后顶尖定位车一直径为 的光轴，其径向力 Fp=4500N，假设刀具和工件0.21m的刚度都很大，试求：1）车刀位于尾架处工艺系统的变形量；2）车刀处在工件中点处工艺系统的变形量；3）车刀处在主轴箱端处工艺系统的变形量。完成计算后，画出加工后工件的纵向截面形状。 （提示：71）936m；2）720m ；3）863m；鞍形。）5.7 按题 5.7 图的装夹方式在外圆磨床上磨削薄壁套筒 A，卸下工件后发现工件成鞍形，如题 5.7 图b 所示，试分析产生该形状误差的原因。 （提示：工件夹紧变形。）题 5.7 图5.8 什么是误差复映？什么是误差复映系数？误差复映系数的大小与哪些因素有关？（提示：见教材。）5.9 在车床上车一外径为 100mm、内径为 90mm、宽为 20mm 的圆环，用三爪卡盘直接夹住工件外圆，夹紧力为 1960N，问因夹紧而产生的工件内孔的圆度误差是多少？（提示： ， ；F30 3.1590.2391()FRFEIEbKmm