第3章工件的机械加工质量PPT讲稿.ppt

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1、第3章工件的机械加工质量第1页，共117页，编辑于2022年，星期二第三章第三章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量产品的质量取决于零件的加工质量和产品的装产品的质量取决于零件的加工质量和产品的装配质量配质量.零件的加工质量是保证产品质量的基础。零件的加工质量是保证产品质量的基础。机械制造工艺问题的三个指标：质量、生机械制造工艺问题的三个指标：质量、生产率、经济性（制造成本）产率、经济性（制造成本）,质量是第一位的。质量是第一位的。因此，研究工件的机械加工质量具有极其因此，研究工件的机械加工质量具有极其重要的意义。重要的意义。本章内容：加工质量的概念、加工误差的本章内容：加工质量的概念、加工

2、误差的形成与影响因素、加工质量对零件使用性能的形成与影响因素、加工质量对零件使用性能的影响。影响。第2页，共117页，编辑于2022年，星期二尺寸精度形状精度（宏观）位置精度（加工精度以公差值或公差等级表示）加工精度表面质量表面几何学特征表层材质变化表面粗糙度（微观不平程度）Rz、Ra等波度（宏观与微观之间）Rw表层加工硬化表层金相组织变化表层残余应力机械加工质量包含的内容第一节第一节 机械加工质量的基本概念机械加工质量的基本概念第3页，共117页，编辑于2022年，星期二一、机械加工精度：1、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。符合程度越高，加工精度越高，实际生产中零件不

3、可能与理想的要求完全符合。2、加工误差：指加工后的实际几何参数（尺寸，形状和表面间的相互位置）对理想几何参数的偏离程度，从保证产品使用性能分析允许有一定的加工误差。3、两者关系：两者从不同角度来评定加工零件的几何参数。加工精度的高低是由加工误差的小大来表示的，保证和提高加工精度问题，实际上是限制和降低加工误差问题。第4页，共117页，编辑于2022年，星期二 4、加工精度的合理制定：一般加工精度越高则加工成本相对越高，生产效率则相对越低，因此设计人员应根据零件的使用要求，合理规定零件的加工精度，并尽量提高生产率和降低成本 5、工艺系统：在机械加工时，机床、刀具，夹具和工件构成一个完整的系统，为

4、工艺系统。6、原始误差：工艺系统的各种误差叫原始误差。研究加工精度的目的，就是要弄清各种原始误差的物理，力学本质，以及他们对加工精度影响的规律，掌握控制加工误差的方法，获得预期的加工精度，需要时找出进一步提高加工精度的途径。第5页，共117页，编辑于2022年，星期二 二二、机械加工、机械加工表面质量表面质量零件的表面质量包括表面粗糙度和表面层的物理力学性能（1）表面几何学特征：指零件最外层表面的微观几何形状（2）表面层材质的变化：指在一定深度的零件表面层出现与基体材料组织不同的变质情况。第6页，共117页，编辑于2022年，星期二获得加工精度的方法和经济加工精度获得加工精度的方法和经济加工精

5、度（一）获得尺寸精度的方法（一）获得尺寸精度的方法 试切法试切法单件小批生产的常用方法单件小批生产的常用方法定尺寸刀具法定尺寸刀具法钻、铰加工等钻、铰加工等调整法调整法借助定程机构和对刀装置借助定程机构和对刀装置,是批量生产中的常用方法是批量生产中的常用方法自动控制法自动控制法借助自动测量和数控系统借助自动测量和数控系统第7页，共117页，编辑于2022年，星期二n（二）获得形状精度的方法（二）获得形状精度的方法n轨迹法轨迹法：刀尖相对于工件的运动轨迹形成工件表面（例：刀尖相对于工件的运动轨迹形成工件表面（例如靠模法加工），一个独立的成型运动（一般是刀架的运如靠模法加工），一个独立的成型运动（

6、一般是刀架的运动）。动）。n成型法成型法：成型刀具的切削刃切削出工件表面（切削刃：成型刀具的切削刃切削出工件表面（切削刃形状、安装精度形状、安装精度形状精度），刀架做简单运动而非成形状精度），刀架做简单运动而非成形运动。形运动。n相切法相切法：刀具切削刃为旋转切削刀具的切削点，刀：刀具切削刃为旋转切削刀具的切削点，刀具旋转轴的运动轨迹是被加工表面的等距线（刀具具旋转轴的运动轨迹是被加工表面的等距线（刀具轴线轨迹精度轴线轨迹精度形状精度），两个独立的成形运动形状精度），两个独立的成形运动（刀具旋转运动、刀具中心运动）。（刀具旋转运动、刀具中心运动）。n展成法展成法：刀具相对于工件作展成运动，切削

7、刃包络出加：刀具相对于工件作展成运动，切削刃包络出加工表面（切削刃精度、展成运动中的传动精度工表面（切削刃精度、展成运动中的传动精度形状形状精度），一个独立的复合成型运动。精度），一个独立的复合成型运动。第8页，共117页，编辑于2022年，星期二第9页，共117页，编辑于2022年，星期二n（三）获得位置精度的方法（三）获得位置精度的方法n找正装夹法：分直接找正与划线找正两种。找正装夹法：分直接找正与划线找正两种。n机床夹具装夹法：机床夹具装夹法：n此部分内容在第此部分内容在第4章专门讲解章专门讲解（四）经济加工精度（四）经济加工精度在在正正常常的的生生产产条条件件下下(机机床床设设备备、工

8、工艺艺装装备备、切切削削用用量量、工工人人等等级级，工工时时定定额额)所所能能达达到到的的公公差等级和相应的表面粗糙度范围。差等级和相应的表面粗糙度范围。此部分内容在第此部分内容在第5章专门讲解章专门讲解第10页，共117页，编辑于2022年，星期二：加工表面的几何形貌加工表面的几何形貌（1）表面粗糙度）表面粗糙度：是加工表面波长与波高的比值：是加工表面波长与波高的比值L/H最小最小最大最大最小最小最大，根据切削原理：最大，根据切削原理：故切削力的变化规律与吃刀量相同，但由于故切削力的变化规律与吃刀量相同，但由于ys正比于正比于切削力，即切削力大的时候弹性压移也大，切削力切削力，即切削力大的时

9、候弹性压移也大，切削力小的时侯压移也小。因此加工后得到的截面的半径小的时侯压移也小。因此加工后得到的截面的半径是不同的，压移大的部位半径相对大，压移小的部是不同的，压移大的部位半径相对大，压移小的部位半径相对小，即如果毛坯具有偏心，加工后所得位半径相对小，即如果毛坯具有偏心，加工后所得表面必然也是偏心的。表面必然也是偏心的。第49页，共117页，编辑于2022年，星期二由于工艺系统由于工艺系统受力变形的变受力变形的变化而使毛坯形化而使毛坯形状误差复映到状误差复映到加工后工件表加工后工件表面的现象称为面的现象称为“误差复映误差复映”。毛坯误差被复毛坯误差被复毛坯误差被复毛坯误差被复映下来，但误差

10、映下来，但误差映下来，但误差映下来，但误差减小了，这称为减小了，这称为减小了，这称为减小了，这称为误差复映规律。误差复映规律。误差复映规律。误差复映规律。第50页，共117页，编辑于2022年，星期二ap1ap1切削深度切削深度y1y1压移压移 ap2 ap2切削深度切削深度2 2y2y2压移压移2 2w-w-半径误差半径误差Fp-Fp-法向切削力法向切削力Fc-Fc-切向切削力切向切削力例：毛坯为椭圆时，加工后工件半径的误差计算：例：毛坯为椭圆时，加工后工件半径的误差计算：第51页，共117页，编辑于2022年，星期二由金属切削原理由金属切削原理定义复映系数为定义复映系数为这样这样第52页，

11、共117页，编辑于2022年，星期二 由由上上式式可可知知,工工艺艺系系统统的的刚刚度度越越大大,复复映映系系数数越小越小,毛坯误差复映到工件上去的部分就越少。毛坯误差复映到工件上去的部分就越少。一一般般1,1,经经加加工工之之后后工工件件的的误误差差比比加加工工前前的的误误差差减减小小,经经多多道道工工序序或或多多次次走走刀刀加加工工之之后后,工工件件的的误误差差就就会会减减小小到到工工件件公公差差所所许许可可的的范范围围内内。总总的的误差复映系数：误差复映系数：z z=1 12 2n n第53页，共117页，编辑于2022年，星期二讨论：讨论：第54页，共117页，编辑于2022年，星期二

12、由于由于（ap的指数近似为的指数近似为1）其中其中关于误差复映系数的其他形式关于误差复映系数的其他形式第55页，共117页，编辑于2022年，星期二例题：习题例题：习题3-5（P67）第56页，共117页，编辑于2022年，星期二通过提高导轨等结合面的刮研质量、形状精度并降低表面粗糙度，都能增加接触面积，有效地提高接触刚度。预加载荷，也可增大接触刚度加工细长轴时，采用中心架或跟刀架来提高工件的刚度。采用导套、导杆等辅助支承来加强刀架的刚度。对刚性较差的工件选择合适的夹紧方法，能减小夹紧变形，提高加工精度采用塑料滑动导轨，其摩擦特性好，有效防止低速爬行，运行平稳，定位精度高，具有良好的耐磨性、减

13、振性和工艺性。此外，还有滚动导轨和静压导轨。（1 1）提高接触）提高接触刚度刚度（2）提高零部）提高零部件刚度减小受力件刚度减小受力变形变形（3）合理安）合理安装工件减小装工件减小夹紧变形夹紧变形4 4减少摩擦防减少摩擦防止微量进给时的止微量进给时的“爬行爬行”7、减小工艺系统受力变形的措施、减小工艺系统受力变形的措施（5）合理使）合理使 用机床用机床（6）合理安排）合理安排工艺，粗精分开工艺，粗精分开（7）转移或）转移或补偿弹性变形补偿弹性变形减少工艺系统受力减少工艺系统受力变形变形第57页，共117页，编辑于2022年，星期二第58页，共117页，编辑于2022年，星期二电机、轴承、齿轮、

14、油泵等电机、轴承、齿轮、油泵等工件、刀具、切屑、工件、刀具、切屑、切削液切削液气温、室温变化、热、气温、室温变化、热、冷风等冷风等热源热源切削热切削热摩擦热摩擦热外部热源外部热源内部热源内部热源环境温度环境温度热辐射热辐射日光、暖气等日光、暖气等(二二)工艺系统的热变形工艺系统的热变形 第59页，共117页，编辑于2022年，星期二n工艺系统的热平衡工艺系统的热平衡热热平平衡衡n当单位时间内传入和散发的热量相等当单位时间内传入和散发的热量相等时，工艺系统达到了时，工艺系统达到了热平衡状态热平衡状态。而工艺而工艺系统的热变形也就达到某种程度的稳定。系统的热变形也就达到某种程度的稳定。在生产中，工

15、艺系统在开始工作时，其温度场在生产中，工艺系统在开始工作时，其温度场处于不稳定状态，其精度也不稳定；工作一定处于不稳定状态，其精度也不稳定；工作一定时间后，温度才逐渐趋于稳定，其精度也比较时间后，温度才逐渐趋于稳定，其精度也比较稳定。一般机加应该在热平衡状态下进行，尤稳定。一般机加应该在热平衡状态下进行，尤其是其是精密加工应在热平衡状态下进行（精密加工应在热平衡状态下进行（机床的机床的预热、恒温室等预热、恒温室等）。）。第60页，共117页，编辑于2022年，星期二1.1.机床热变形对加工精度的影响机床热变形对加工精度的影响各类机床的结构、工作条件及热源形式均不各类机床的结构、工作条件及热源形

16、式均不相同，因此机床各部件的温升和热变形情况是相同，因此机床各部件的温升和热变形情况是不一样的。不一样的。第61页，共117页，编辑于2022年，星期二图图车床的热变形车床的热变形 车、铣、钻、镗类机床车、铣、钻、镗类机床主轴箱中的齿轮、主轴箱中的齿轮、轴承摩擦发热、轴承摩擦发热、润滑油发热。润滑油发热。第62页，共117页，编辑于2022年，星期二牛头刨床滑枕热变形牛头刨床滑枕热变形a)滑枕截面图滑枕截面图b)滑枕热变形示意图滑枕热变形示意图龙门刨床、牛头刨床、立式车床类机床：导轨副的发龙门刨床、牛头刨床、立式车床类机床：导轨副的发热热第63页，共117页，编辑于2022年，星期二外园磨床的

17、热变形示意图外园磨床的热变形示意图1床身床身2导轨导轨3工件工件4砂轮砂轮5砂轮架砂轮架6进给丝杠副进给丝杠副各各 种种 磨磨 床：砂轮主轴轴承、液压系统的发热床：砂轮主轴轴承、液压系统的发热第64页，共117页，编辑于2022年，星期二 2.2.工件热变形对加工精度的影响工件热变形对加工精度的影响1 1）工件均匀受热）工件均匀受热L=Lt式中式中工件材料的热膨胀系数，单位为工件材料的热膨胀系数，单位为1/；L工件在热变形方向的尺寸（工件在热变形方向的尺寸（mm）；）；t工件温升，单位为工件温升，单位为。第65页，共117页，编辑于2022年，星期二2 2）工件不均匀受热工件不均匀受热第66页

18、，共117页，编辑于2022年，星期二 3.3.刀具热变形对加工精度的影响刀具热变形对加工精度的影响车刀热变形曲线车刀热变形曲线1刀具加热至热平衡时间刀具加热至热平衡时间2刀具散热至热平衡时间刀具散热至热平衡时间0刀具间断切削至热平衡时间刀具间断切削至热平衡时间一般，车刀连续工作一般，车刀连续工作16-20min时，可达到热平衡，变时，可达到热平衡，变形量形量0.030.05mm第67页，共117页，编辑于2022年，星期二4.减少工艺系统热变形的主要途径减少工艺系统热变形的主要途径1减少发热和隔离热源减少发热和隔离热源分离热源、采用隔热措施，改善摩擦条件，减少热量产生，有时可采用强制冷却法，

19、吸收热源热量，控制机床温升。1)采用热对称结构2)合理选择机床零部件的安装基准寻求各部件热变形的规律建立热变形位移数字模型并存入计算机中进行实时补偿加工前使机床高速空转，达到热平衡时再切削加工1）减小温差；2）均衡关键件的温升，避免弯曲变形恒温车间、使用门帘、取暖装置均匀布置；恒温精度一般控制在1以内，精密级较高的机床为0.5。恒温室平均温度一般为20，在夏季取23，在冬季可取172均衡温度场均衡温度场3改进机床布局和结构设计改进机床布局和结构设计4保持工艺系统的热平衡保持工艺系统的热平衡5控制环境温度控制环境温度6.热位移补偿热位移补偿第68页，共117页，编辑于2022年，星期二采用隔热罩

20、减少热变形采用隔热罩减少热变形第69页，共117页，编辑于2022年，星期二用热空气均衡立柱前后壁的温度场用热空气均衡立柱前后壁的温度场第70页，共117页，编辑于2022年，星期二牛头刨床滑枕热变形及结构改进示意图牛头刨床滑枕热变形及结构改进示意图a)原滑枕截面图原滑枕截面图b)原滑枕热变形示意图原滑枕热变形示意图c)滑枕热对称结构滑枕热对称结构第71页，共117页，编辑于2022年，星期二五、测量误差和调整误差五、测量误差和调整误差n1、测量误差：实际尺寸与量具测出的尺寸间的差值。产、测量误差：实际尺寸与量具测出的尺寸间的差值。产生原因：量具精度（例如：千分尺生原因：量具精度（例如：千分尺

21、 10m，游，游标标尺尺150m）、温度变化、人的主观因素。、温度变化、人的主观因素。n2、调整误差：、调整误差：n单件、小批生产：试切调整。此时测量误差引起调整单件、小批生产：试切调整。此时测量误差引起调整误差；误差；n成批、大量生产：要对夹具、定位等装置进行调整，通成批、大量生产：要对夹具、定位等装置进行调整，通常采用标准样件调整。此时，标准样件自身误差、定位常采用标准样件调整。此时，标准样件自身误差、定位装置的安装位置误差等。装置的安装位置误差等。第72页，共117页，编辑于2022年，星期二六、六、工件残余应力引起的加工误差工件残余应力引起的加工误差残余应力：残余应力：残余应力是指在没

22、有外部载荷的情况下，残余应力是指在没有外部载荷的情况下，存在于工件内部的应力，又称内应力。存在于工件内部的应力，又称内应力。影响：影响：存在残余应力的零件，始终处于存在残余应力的零件，始终处于一种不稳定状态，其内部组织有要恢复一种不稳定状态，其内部组织有要恢复到一种新的稳定的没有内应力状态的倾到一种新的稳定的没有内应力状态的倾向。在内应力变化的过程中，零件产生向。在内应力变化的过程中，零件产生相应的变形，原有的加工精度受到破坏。相应的变形，原有的加工精度受到破坏。用这些零件装配成机器，在机器使用中用这些零件装配成机器，在机器使用中也会逐渐产生变形，从而影响整台机器也会逐渐产生变形，从而影响整台

23、机器的质量。的质量。产生原因产生原因：残余应力是由金属内部的相邻宏观或微观：残余应力是由金属内部的相邻宏观或微观组织发生了不均匀的体积变化而产生的，促使这种变组织发生了不均匀的体积变化而产生的，促使这种变化的因素主要来自热加工或冷加工。化的因素主要来自热加工或冷加工。第73页，共117页，编辑于2022年，星期二 减少内应力引起变形的措施减少内应力引起变形的措施1合理设计零件结构合理设计零件结构应尽量简化结构，减小零件各部分尺寸差异，以减应尽量简化结构，减小零件各部分尺寸差异，以减少铸锻件毛坯在制造中产生的残余应力。少铸锻件毛坯在制造中产生的残余应力。2增加消除残余应力的专门工序增加消除残余应

24、力的专门工序对铸、锻、焊接件进行退火或回火；工件淬火后进对铸、锻、焊接件进行退火或回火；工件淬火后进行回火；对精度要求高的零件在粗加工或半精加工后进行回火；对精度要求高的零件在粗加工或半精加工后进行时效处理（自然、人工、振动时效处理）行时效处理（自然、人工、振动时效处理）3合理安排工艺过程合理安排工艺过程在安排零件加工工艺过程中，尽可能将粗、精加在安排零件加工工艺过程中，尽可能将粗、精加工分在不同工序中进行。工分在不同工序中进行。第74页，共117页，编辑于2022年，星期二n在实际生产中，影响加工精度的工艺因素往往在实际生产中，影响加工精度的工艺因素往往是错综复杂的。因此，对加工误差的影响，

25、有是错综复杂的。因此，对加工误差的影响，有时就不能仅用单因素的估算方法，而要用概率时就不能仅用单因素的估算方法，而要用概率统计方法进行较全面的考察。统计方法进行较全面的考察。n 统计分析方法，有三个用途：评定工艺过程统计分析方法，有三个用途：评定工艺过程的加工精度；评定工艺能力系数；预测并控制加的加工精度；评定工艺能力系数；预测并控制加工精度。工精度。n 根据一批工件加工误差出现的规律，可以根据一批工件加工误差出现的规律，可以将误差分为两大类：即将误差分为两大类：即系统误差系统误差和和随机误差随机误差。七七.总加工误差的合成（加工误差的总加工误差的合成（加工误差的统计分析）统计分析）第75页，

26、共117页，编辑于2022年，星期二常值误差常值误差变值误差变值误差加工加工误差误差随机误差随机误差系统误差系统误差n常值误差常值误差：当连续加工一批零件时，如果加工误当连续加工一批零件时，如果加工误差的大小和方向保持不变，则称为常值系统误差。差的大小和方向保持不变，则称为常值系统误差。加工原理误差和机床、刀具、夹具的制造误差，一加工原理误差和机床、刀具、夹具的制造误差，一次调整误差以及工艺系统因受力点位置变化引起的次调整误差以及工艺系统因受力点位置变化引起的误差等都属常值系统误差。如铰刀直径尺寸误差所误差等都属常值系统误差。如铰刀直径尺寸误差所造成孔径尺寸的误差即属此类。造成孔径尺寸的误差即

27、属此类。误差分类：误差分类：第76页，共117页，编辑于2022年，星期二变值误差变值误差：如果加工误差按照某一规律逐渐变化，如果加工误差按照某一规律逐渐变化，则称为则称为变值系统误差变值系统误差。刀具磨损引起的加工误。刀具磨损引起的加工误差，机床、刀具、工件受热变形引起的加工误差，机床、刀具、工件受热变形引起的加工误差等都属于变值系统性误差。例如加工中刀具差等都属于变值系统性误差。例如加工中刀具尺寸的磨损使工件尺寸产生的误差即属此类。尺寸的磨损使工件尺寸产生的误差即属此类。随机误差随机误差：当连续加工一批零件时，如果加：当连续加工一批零件时，如果加工误差的大小、方向都是无规律地变化，则工误差

28、的大小、方向都是无规律地变化，则称为称为随机误差随机误差。例如，毛坯误差的复映、工。例如，毛坯误差的复映、工件表层硬度不均匀、夹紧力大小不一引起的件表层硬度不均匀、夹紧力大小不一引起的夹紧误差，多次调整误差、残余应力引起的夹紧误差，多次调整误差、残余应力引起的变形误差、测量误差等多种工艺因素造成的变形误差、测量误差等多种工艺因素造成的加工误差，都属此类。这类误差产生的原因加工误差，都属此类。这类误差产生的原因是随机的，但具有一定的统计规律。是随机的，但具有一定的统计规律。第77页，共117页，编辑于2022年，星期二误差性质的判别误差性质的判别应根据工件的应根据工件的实际加工情况实际加工情况决

29、定。例决定。例如：对一次调整中加工出来的工件来说，调整误差如：对一次调整中加工出来的工件来说，调整误差是常值误差，但在大量生产中一批工件需要经多次是常值误差，但在大量生产中一批工件需要经多次调整，则每次调整时的误差就是随机误差了。调整，则每次调整时的误差就是随机误差了。一批零件加工的总误差按如下公式计算：一批零件加工的总误差按如下公式计算：第78页，共117页，编辑于2022年，星期二n不同性质误差的解决途径不同性质误差的解决途径对于常值系统性误差，在查明其大小和方向后，采对于常值系统性误差，在查明其大小和方向后，采取相应的调整或检修工艺装备，去补偿原来的常值系统取相应的调整或检修工艺装备，去

30、补偿原来的常值系统性误差，即可消除或控制误差在公差范围之内。性误差，即可消除或控制误差在公差范围之内。对于变值系统性误差，在查明其大小和方向随时间对于变值系统性误差，在查明其大小和方向随时间变化的规律后，可采用自动连续补偿或自动周期补偿变化的规律后，可采用自动连续补偿或自动周期补偿的方法消除的方法消除对随机性误差，从表面上看似乎没有规律，对随机性误差，从表面上看似乎没有规律，但是应用数理统计的方法可以找出一批工件加但是应用数理统计的方法可以找出一批工件加工误差的总体规律，查出产生误差的根源，在工误差的总体规律，查出产生误差的根源，在工艺上采取措施来加以控制。工艺上采取措施来加以控制。第79页，

31、共117页，编辑于2022年，星期二(一一)、分布曲线法、分布曲线法第80页，共117页，编辑于2022年，星期二直方图的作法与步骤直方图的作法与步骤1 1）收集数据收集数据保持加工条件一定，按一定的抽样方式抽取一个保持加工条件一定，按一定的抽样方式抽取一个样本（即抽取一批零件），样本容量（抽取零件的个样本（即抽取一批零件），样本容量（抽取零件的个数数n）一般取）一般取100件左右，测量各零件的尺寸，件左右，测量各零件的尺寸，并找出其中的最大值和最小值并找出其中的最大值和最小值Xmax、Xmin。2 2）分组分组将抽取的样本数据分成若干组（见下表），设将抽取的样本数据分成若干组（见下表），设组

32、数为组数为k k第81页，共117页，编辑于2022年，星期二4）统计频数分布，计算频率与频率密度统计频数分布，计算频率与频率密度5）绘制直方图绘制直方图3）确定组距、组界及各组中值确定组距、组界及各组中值按表列数据以频数、频率（密度）为纵坐标，按表列数据以频数、频率（密度）为纵坐标，尺寸（各组尺寸中值）为横坐标画出直方图。尺寸（各组尺寸中值）为横坐标画出直方图。组距：组距：组界：组界：各组中值尺寸：各组中值尺寸：第82页，共117页，编辑于2022年，星期二第83页，共117页，编辑于2022年，星期二27.9925第84页，共117页，编辑于2022年，星期二2022/9/20机械制造工艺

33、学1、正态分布曲线、正态分布曲线式中，式中，x零件的尺寸；零件的尺寸；一批零件尺一批零件尺寸的算术平均值，它表示加寸的算术平均值，它表示加工尺寸的分布中心工尺寸的分布中心；y零件尺寸为零件尺寸为x时的概率密度；时的概率密度；一批零件的均方根偏差，一批零件的均方根偏差，6表示这表示这批批零件加工尺寸分布范围。零件加工尺寸分布范围。(-x0)第85页，共117页，编辑于2022年，星期二2022/9/20机械制造工艺学1）曲线以竖直线）曲线以竖直线x=为对称轴，算术平均值为对称轴，算术平均值决定决定一批工件尺寸中心的坐标，一批工件尺寸中心的坐标，主要由机床调整尺寸主要由机床调整尺寸和常值系统误差确

34、定。如果和常值系统误差确定。如果值保持不变而改变值保持不变而改变，则曲线沿，则曲线沿x轴平移而不改变形状（图轴平移而不改变形状（图a）。）。2）正态分布曲线的另一个特征参数即均方根）正态分布曲线的另一个特征参数即均方根，反映了一批零件尺寸的分散程度。因此，它是决定反映了一批零件尺寸的分散程度。因此，它是决定曲线形状和分散范围的参数。曲线形状和分散范围的参数。值主要由随机误差值主要由随机误差和变值系统误差决定。如果和变值系统误差决定。如果值保持不变而改变值保持不变而改变值，则当值，则当值减小时曲线形状陡峭，尺寸分散的范值减小时曲线形状陡峭，尺寸分散的范围小；当围小；当值增大时曲线形状平坦，尺寸分

35、散的范围值增大时曲线形状平坦，尺寸分散的范围大（图大（图b）。）。第86页，共117页，编辑于2022年，星期二第87页，共117页，编辑于2022年，星期二2022/9/20机械制造工艺学3）曲线与）曲线与x轴之间所包含的面积为轴之间所包含的面积为1，即包括了全，即包括了全部工件数；部工件数；4）x=3范围内的面积约占范围内的面积约占99.73%，即工件尺，即工件尺寸约有寸约有99.73%在在x=3之内，只有之内，只有0.27%在在x=3之外。故正态分布曲线的分散范围一般取之外。故正态分布曲线的分散范围一般取3（或（或6）。）。3的大小代表了某种加工方法在一定的大小代表了某种加工方法在一定条

36、件下能达到的加工精度。一般情况下，应使公差条件下能达到的加工精度。一般情况下，应使公差带的宽度带的宽度6。第88页，共117页，编辑于2022年，星期二2022/9/20机械制造工艺学2.非正态分布曲线非正态分布曲线在实际生产中，工件尺寸有时并不近似于正态在实际生产中，工件尺寸有时并不近似于正态分布。例如，将两次调整下（或两台机床）加工的分布。例如，将两次调整下（或两台机床）加工的工件混在一起，由于每次调整（或每台机床）的常工件混在一起，由于每次调整（或每台机床）的常值系统误差不同，就会得到双峰曲线值系统误差不同，就会得到双峰曲线(图图e)；当刀；当刀具磨损的影响显著时，变值系统误差占突出地位

37、，具磨损的影响显著时，变值系统误差占突出地位，使分布曲线出现平顶使分布曲线出现平顶(图图f)；当工艺系统热变形显；当工艺系统热变形显著时，曲线就出现不对称分布。例如，刀具热著时，曲线就出现不对称分布。例如，刀具热变形严重时，加工轴时曲线偏向左（刀具尺寸变形严重时，加工轴时曲线偏向左（刀具尺寸变大，工件尺寸变小）加工孔时曲线偏向右变大，工件尺寸变小）加工孔时曲线偏向右(图图c)。第89页，共117页，编辑于2022年，星期二常见的几种非正态分布图形常见的几种非正态分布图形a)锯齿形锯齿形b)对称形对称形c)偏向形偏向形d)孤岛形孤岛形e)双峰形双峰形f)平顶形平顶形第90页，共117页，编辑于2

38、022年，星期二2022/9/20分布曲线的应用分布曲线的应用（1）判断加工误差的性质：）判断加工误差的性质：如果实际分布曲线与正态分布曲线基本相符，说如果实际分布曲线与正态分布曲线基本相符，说明加工中没有变值系统误差，否则有变值误差，明加工中没有变值系统误差，否则有变值误差，变变值系统误差的类型可根据实际分布图形（非正态值系统误差的类型可根据实际分布图形（非正态曲线图形）做初步判断曲线图形）做初步判断；在实际分布曲线近似为正态分布时，根据实际在实际分布曲线近似为正态分布时，根据实际分布曲线的算术平均值分布曲线的算术平均值是否与理论分布曲线的公是否与理论分布曲线的公差带中心重合，差带中心重合，

39、可以判别是否有常值系统误差可以判别是否有常值系统误差。第91页，共117页，编辑于2022年，星期二注意：一般情况下，零件的设计尺寸（名注意：一般情况下，零件的设计尺寸（名义尺寸、上下偏差或公差带宽）是服从正态分义尺寸、上下偏差或公差带宽）是服从正态分布的。它们所决定的分布位置与分布形态是理布的。它们所决定的分布位置与分布形态是理想分布。想分布。若公差带中心与尺寸分布中心重合，若公差带中心与尺寸分布中心重合，则加工过程中常值系统误差为零；否则存则加工过程中常值系统误差为零；否则存在常值系统误差，其大小为：在常值系统误差，其大小为：第92页，共117页，编辑于2022年，星期二2022/9/20

40、机械制造工艺学（3）判断工序能力能否满足加工精度要求）判断工序能力能否满足加工精度要求工序能力满足加工要求的程度，称为工序工序能力满足加工要求的程度，称为工序能能力系数力系数。当工序处于稳定状态时，工序能力系数。当工序处于稳定状态时，工序能力系数Cp按下式计算：按下式计算：Cp6式中，式中，设计尺寸的公差范围；设计尺寸的公差范围；实际尺寸的均方根偏差。实际尺寸的均方根偏差。根据根据Cp值的大小，可将工序能力分为五个等级，值的大小，可将工序能力分为五个等级，见下表。见下表。（2）确定给定加工方法的精度：若加工误差服）确定给定加工方法的精度：若加工误差服从正态分布，则从正态分布，则6为该加工方法的

41、加工精度。为该加工方法的加工精度。第93页，共117页，编辑于2022年，星期二值值工艺等级名工艺等级名称称说说 明明1.671.67特级工艺特级工艺工工艺艺能能力力过过高高,加加工工不不一一定定经经济济.1.671.671.331.33一级工艺一级工艺工工艺艺能能力力足足够够,可可以以允允许许有有一一定的外来波动定的外来波动.1.331.331.001.00二级工艺二级工艺工艺能力勉强工艺能力勉强,必须密切注意必须密切注意.1.001.000.670.67三级工艺三级工艺工工艺艺能能力力不不足足,可可能能出出少少量量不不合格产品合格产品.0.670.67四级工艺四级工艺工工艺艺能能力力不不行

42、行,必必须须加加以以改改进进才能生产才能生产.第94页，共117页，编辑于2022年，星期二如果尺寸分如果尺寸分散范围超出零件散范围超出零件的公差带，则肯的公差带，则肯定有不合格品产定有不合格品产生。若尺寸落在生。若尺寸落在Lmin、Lmax范围内，范围内，则为合格品。因此则为合格品。因此空白部分的面积就空白部分的面积就是加工工件的合格是加工工件的合格率；而阴影部分的率；而阴影部分的面积即为不合格率。面积即为不合格率。（3）估算工序加工的合格率和废品率估算工序加工的合格率和废品率第95页，共117页，编辑于2022年，星期二 不合格品中分可以返修的和不可返修不合格品中分可以返修的和不可返修的（

43、废品）两类。的（废品）两类。对外表面（例如轴），右侧的不合格对外表面（例如轴），右侧的不合格品为可返修的，左侧的则为废品；品为可返修的，左侧的则为废品；对内表面（例如孔），左侧的不合格对内表面（例如孔），左侧的不合格品为可返修的，右侧的则为废品。品为可返修的，右侧的则为废品。第96页，共117页，编辑于2022年，星期二有多种使用上述公式的方法，下面介绍两种：有多种使用上述公式的方法，下面介绍两种：第97页，共117页，编辑于2022年，星期二第一种方法（书中）第一种方法（书中）n1)xmax/=(Lmax-x)/n2）查P59表3-1得A1，A1的一半是合格品的一部分；n3）xmin/=(L

44、min-x)/n4）查P59表3-1得A2，A2的一半是合格品的一部分；n5）合格率=0.5（A1+A2）n6)确定不合格率、废品率。第98页，共117页，编辑于2022年，星期二n1）A1=（abs（Lmax-xm）/)A2=（abs（Lmin-xm）/)n2)如果Lmax-xm0,Lmin-xm0,则P=A1+A2；n3）如果Lmax-xm0,Lmin-xm0,则P=A2-A1；n4)如果Lmax-xm0,Lmin-xm0,则P=A2-A1；第二种方法（机制基础书中）第二种方法（机制基础书中）第99页，共117页，编辑于2022年，星期二n例题：在两台相同的自动车床上加工一批小例题：在两台

45、相同的自动车床上加工一批小轴的外圆，要求保证直径轴的外圆，要求保证直径11+/-0.02mm,11+/-0.02mm,第第一台加工一台加工10001000件，平均值为件，平均值为x1m=11.005mmx1m=11.005mm，标，标准差为准差为1=0.004mm1=0.004mm；第二胎加工；第二胎加工500500件，平均件，平均值为值为x2m=11.015mmx2m=11.015mm，标准差为，标准差为1=0.0025mm1=0.0025mm，设直径尺寸按正态分布。试求：设直径尺寸按正态分布。试求：n（1 1）试指出那台机床的精度高？）试指出那台机床的精度高？n（2 2）计算并比较哪台机床

46、的废品率高？）计算并比较哪台机床的废品率高？第100页，共117页，编辑于2022年，星期二2022/9/20机械制造工艺学用分布曲线分析加工误差时，由于曲线图不用分布曲线分析加工误差时，由于曲线图不能反映误差的大小及方向随工件加工顺序（或时能反映误差的大小及方向随工件加工顺序（或时间）的变化，因此不能区别变值系统误差与随机间）的变化，因此不能区别变值系统误差与随机误差。此外，必须等一批零件加工完毕后，才能误差。此外，必须等一批零件加工完毕后，才能绘制分布曲线图，故不能在加工过程中及时提供绘制分布曲线图，故不能在加工过程中及时提供控制加工精度的数据。控制加工精度的数据。第101页，共117页，

47、编辑于2022年，星期二2022/9/20(二二)点图法点图法用点图法可以在加工过程中观察误差变化的情用点图法可以在加工过程中观察误差变化的情况，便于及时调整机床，控制加工质量，从而弥补况，便于及时调整机床，控制加工质量，从而弥补了分布曲线分析法的不足。点图的种类很多，这里了分布曲线分析法的不足。点图的种类很多，这里介绍一种应用较多的介绍一种应用较多的“均值极差控制图均值极差控制图”。其绘。其绘制方法如下：制方法如下：在加工过程中，若以顺次加工的在加工过程中，若以顺次加工的m个工件（一个工件（一般般m=310）为一组进行度量，则每一样组的平均）为一组进行度量，则每一样组的平均值值第102页，共

48、117页，编辑于2022年，星期二2022/9/20机械制造工艺学每一样组内工件的最大、最小尺寸之差，每一样组内工件的最大、最小尺寸之差，称为极差值称为极差值R。即。即Rxmax-xmin（431)以样组序号为横坐标，以以样组序号为横坐标，以x、R为纵坐标，分别为纵坐标，分别作出作出x、R点图点图第103页，共117页，编辑于2022年，星期二2022/9/20为了用点图判为了用点图判断工序的稳定程断工序的稳定程度，需要在点图度，需要在点图上画出上、下控上画出上、下控制线和中心线，制线和中心线，以清楚地显示出以清楚地显示出加工过程中，工加工过程中，工件平均尺寸和分件平均尺寸和分散范围的变动趋散

49、范围的变动趋向。中心线和上、向。中心线和上、下控制线的位置，下控制线的位置，可按下列公式计可按下列公式计算：算：A2、d、an见下表见下表第104页，共117页，编辑于2022年，星期二N（组数）danA240.8800.4860.7350.8640.4300.5860.8480.3950.48第105页，共117页，编辑于2022年，星期二机械制造工艺学在在R图中，如果没有图中，如果没有点点超出控制线，大超出控制线，大部分点在中心线附近上、下波动，小部分点在控部分点在中心线附近上、下波动，小部分点在控制线附近，点图没有明显的规律性变化（如没有制线附近，点图没有明显的规律性变化（如没有上升或下

50、降倾向及周期性波动），则说明生产过上升或下降倾向及周期性波动），则说明生产过程正常；否则就要查找原因，及时调整机床及加程正常；否则就要查找原因，及时调整机床及加工状态。工状态。如前图所示，极值差如前图所示，极值差R没有超出控制范围，说没有超出控制范围，说明加工中的瞬时尺寸分散比较稳定，但明加工中的瞬时尺寸分散比较稳定，但点图上第点图上第11组抽样中的组抽样中的11已超出上控制线，而已超出上控制线，而12还超出了还超出了公差带上限，这表明加工误差中存在某种占优公差带上限，这表明加工误差中存在某种占优势的系统误差，加工过程不稳定，必须停机查势的系统误差，加工过程不稳定，必须停机查找原因。找原因。第