第14章 机械加工表面质量和精度
习题册参考答案-《机械制造工艺学(第二版)习题册》-B01-4148.docx
全国技工院校机械类专业通用（高级技能层级）机械制造工艺学（第二版）习题册参考答案1第一章机械加工精度与表面质量第一节机械加工精度一、填空题1．符合2．加工精度表面质量3．尺寸精度形状精度位置精度4．测量5．φ40 .008φ606．φ18.010φ18.018mm7．工艺系统8．静态动态9．“让刀”10．垂直度11．平面度12．锥形圆柱度二、选择题1A2C3D4C5C6C三、判断题1（×） 2（×）3（√） 4（×）5（√） 6（√） 7（× ）8（√） 9（√） 10（×）四、名词解释1．工艺系统由机床、夹具、刀具和工件组成的系统。
2．加工误差加工误差是指加工后零件的实际几何参数（尺寸、形状和表面的相互位置）与理想几何参数的偏离程度。
3.定尺寸刀具法是指用具有一定尺寸精度的刀具（如钻头、铰刀、拉刀等）来保证工件被加工部位（如孔）的尺寸精度。
五、简答题1．答：加工精度是指加工后零件的实际几何参数（尺寸、形状和表面的相互位置）与理想几何参数的符合程度。
2机械加工精度包括尺寸精度、形状精度和位置精度三方面的内容。
获得机械加工精度的方法有：（1）获得尺寸精度的方法：试切法、调整法、定尺寸刀具法、自动控制法、数字控制法。
（2）获得形状精度的方法：轨迹法、成形法、展成法。
（3）获得相互位置精度的方法：一次安装法、多次安装法。
2.答：通常在设计机器零件及规定零件加工精度时，应注意将形状误差控制在位置公差内，位置误差又应小于尺寸公差。
精密零件或零件重要表面，其形状精度要求应高于位置精度要求，位置精度要求应高于尺寸精度要求。
3.答：第一种误差是马鞍形圆柱度误差，其原因：（1）径向力方向改变。
（2）加工粗短轴时，轴的刚度比较机床的大，工艺系统的变形主要是由主轴箱、尾座、刀架等形成（3）由机床误差引起。
改进措施：（1）加工细长轴，可采用与上述消除腰鼓形圆柱度误差相同的方法。
加工精度
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工件回转(车削)的情况: ①工件回转在1处： R1 = R － A ②工件回转在2处： R2 = R ③工件回转在3处： R3 = R + A ④工件回转在4处： R4 = R D1-3= R1+R2=2R D2-4= 2R = D1-3
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工件孔轴心线
α
主轴回转轴心线
主要影响工件的形状精度
垂直误差
两者比较
R y 400Rz
结论:普通机床导轨水平误差比垂直误差对加 工误差影响大得多。（此例两者相差400倍）
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误差敏感方向— 对加工误差影响大的加工表面的法线方向。 平面磨床误差敏感方向为
导轨垂直误差。
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2）主轴误差
主轴回转误差
—主轴实际回转中心的瞬时位置 与理想位置的最大偏差。 一般把主轴误差分解为三种独立运动形式: ①纯轴向窜动△x ②纯径向移动△r ③纯角度摆动△α
机械加工质量
1 机械加工质量的基本概念 2 机械加工精度 3 机械加工表面质量
机械加工质量
1 机械加工质量的基本概念
机器零件的加工质量决定了机器的： 1.性能 2.质量 3.寿命 机器产品加工质量的内容： 1.加工精度 2.加工表面质量
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机器产品加工质量要求越来越高（近30年） 加工精度 （普通）从0.01mm →0.005mm （精密）从1μm → 0.02μm (超精密）从0.1μm →0.001μm 加工表面质量粗糙度方面已获得小于 0.0005μ m的粗糙度。 加工质量与设备、工艺方法、工艺措施有关。
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（4）工艺系统受力变形 工艺系统在加工过程中受: ①切削力; ②惯性力； ③重力； ④夹紧力 力作用→产生工艺系统变形→加工误差
机械加工质量培训课件PPT(共 104张)
2.1 机械加工精度
i工 机件 (蜗 床杆 丝） 杆 PP螺 1螺 ZZ距 距 21ZZ34
例1. 在公制车床上车模数为2mm蜗杆时，挂轮计算式为 ：
z1 z2
z3 z4
P(P机 （1 床 蜗丝 杆杆 螺螺 距距 ）） ，若P=6mm，
Z 1 1,1 Z 2 0 7,Z 0 3 8,Z 0 4 1,2 求加0 工后蜗杆螺距
误差是多少？
i
P1=2
P=6
解： i工 机件 (蜗 床杆 丝） 杆 PP螺 1螺 ZZ距 距 21ZZ34 P ห้องสมุดไป่ตู้iP Z Z2 1Z Z3 4P1 71 0 2 800 066.2857
1）主轴回转误差。 纯径向跳动误差 轴向窜动误差 纯角度摆动误差
①主轴纯径向跳动误差对加精度的影响。 产生的主要原因：主轴支承轴颈的圆度误差、轴承工作表面的
圆度误差等。 a. 切削力F的作用方向不变（见图2-5 车外圆的情形)
2
R
1
3
R3
R1 △R
o o′
理论位置
实际位置
R
4
车外圆时它使加工面产生圆度和圆柱度误差。
@加工质量与设备、工艺方法、工艺措施有关。
2.1 机械加工精度
2.1.1 概述 1、机械加工精度(简称加工精度)：是指零件在机械加工后
的几何参数(尺寸、几何形状和表面间相互位置)的实际值和理 论值相符合的程度。
2、加工误差：实际参数与理论参数的差值
2.1 机械加工精度
2.1.2 影响加工精度的因素及其分析 在机械加工中，零件的尺寸、几何形状和表面间相互位置的
论机械零件的加工精度与表面粗糙度
论机械零件的加工精度与表面粗糙度摘要：机械产品的性能和使用寿命与组成产品的零件加工质量密切相关,零件的加工质量是保证产品质量基础,衡量零件加工质量的主要指标是加工精度和表面粗糙度。
零件的表面质量是机械零件加工质量的重要内容之一,机械零件的表面质量对零件使用时的耐磨性、配合精度、疲劳强度、抗腐蚀性等有很大的影响,提高加工表面的质量,对保证零件的使用性能、提高零件及其机器的寿命具有重要的意义。
本文对机械加工表面质量进行了分析,指出了影响机械加工表面质量的因素,并提出了提高机械加工表面质量的措施,对工程实践有一定的指导作用。
关键词：机械零件表面质量机械加工加工精度表面粗糙度机械零件的加工质量,除加工精度外,表面质量也是极其重要的一个方面。
任何机械加工方法所获得的已加工表面都不可能达到理想状态,总会存在一定程度的微观几何形状误差、划痕、裂纹、表面金相组织变化和表面残余应力等缺陷,这些缺陷会影响零件的使用性能、寿命、可靠性。
因此,机械加工既要保证零件的尺寸、形状和位置精度,又要保证机械加工表面质量。
机械加工表面质量,是指零件在机械加工后被加工面的微观不平度,也叫粗糙度,产品的工作性能、可靠性、寿命在很大程度上取决于主要零件的表面质量。
研究机械加工精度与表面粗糙度的关系,其目的就是为了掌握机械加工中各个工艺对加工表面质量影响的规律,以便利用这些规律来控制加工过程,最终达到改善产品质量、增强产品使用性能的目的。
1、影响机械零件质量的两个重要因素机械零件的机加工质量包含尺寸精度和表面质量,机械零件的表面质量又包含加工表面的几何特点和表面层的物理化学性能两个方面的内容。
1.1 加工精度加工精度是指零件经过加工后的尺寸、几何形状以及各表面的相互位置等参数的实际值与设计理想值相符合的程度,而它们之间的偏离程度就是加工误差,加工误差的大小即反映了加工精度的高低。
加工精度是衡量零件加工质量的主要指标,在机械加工过程中,会有很多因素影响工件的加工质量,如何使工件的加工达到质量要求,以及如何减少各种因素对加工精度的影响,就成为加工前必须考虑的问题。
机械加工精度
机械加工精度
1. 获得尺寸精度的方法
(1) (2) (3) (4) 试切法 调整法 定尺寸法 自动控制法
机械加工精度
2. 获得形状精度的方法 （1）轨迹法 （2）成形法 （3）展成法 3. 获得位置精度的方法 （1）根据工件加工过的表面进行找正的 方法； （2）工件的位置精度由夹具来保证。
机械加工精度
机械加工表面质量
四、 影响表面层物理机械性能的因素 １．影响表面层冷作硬化的因素
（1）切削用量 ①切削速度： 随着切削速度的增大，被加工金属塑性变形减小，同时由于 切削温度上升使回复作用加强，因此冷硬程度下降。 ②进给量： 进给量增大使切削厚度增大，切削力增大，工件表面层金属的 塑性变化增大，故冷硬程度增加。 （2）刀具 ①刀具刃口圆弧半径 增大，表面层金属的塑性变形加剧，冷硬程度增大。 ②刀具后刀面磨损宽度VB 增大，刀具后刀面与工作表面摩擦加剧，塑性变 形增大，导致表面层冷硬程度增大。 ③前角增大，可减小加工表面的变形，故冷硬程度减小。刀具后角、主偏角、 副偏角及刀尖圆角半径等对表面层冷硬程度影响不大。 （3）工件材料 工件材料的塑性越大，加工表面层的冷硬程度越严重，碳钢中含碳量越高， 强度越高，其冷硬程度越小。
机械加工精度
4)刀具热变形及对加工精度的影响 （1）刀具连续工作时 （2）刀具间歇工作 ξ（μm）
ξmax
连续切削升温曲线
间断切削升温曲线 冷却曲线
图中 ξ—— 热伸长量； ξmax —— 达到热平衡热伸长量； τ—— 切削时间； τc —— 时间常数（热伸长量为热平 衡热伸长量约63%的时间，常取3～4分钟 ）。
机械加工表面质量
二、 表面质量对零件使用性能的影响 1．表面质量对零件耐磨性的影响
机械制造工艺学思考题(1)
机械加工工艺规程设计作业题：l-10 根据六点定位原理分析图1–92各图的定位方案并判断各定位元件分别限制了哪些自由度？1-18 图1-96所示小轴系大量生产，毛坯为热轧棒料，经过粗车、精车、淬火、粗磨、精磨后达到图纸要求。
现给出各工序的加工余量及工序尺寸公差如表1-27。
毛坯的尺寸公差为±1.5mm。
试计算各工序尺寸，标注工序尺寸公差，计算精磨工序的最大余量和最小余量。
1-20在图1-97所示工件中，315.03025.02025.005.01,20,60,70L L mm L mm L mm+--===不便直接测量，试重新给出测量尺寸，并标注该测量尺寸的公差。
l-21 某齿轮零件，其轴向设计尺寸如图1-99所示，试根据下述工艺方案标注各工序尺寸的公差：1.车端面l 和端面4；2.以端面l 为轴向定位基准车端面3；直接测量端面4和端面3之间的距离；3.以端面4为轴向定位基准车端面2，直接测量端画l 和端面2之间的距离(提示：属公差分配问题)。
1-23 图1-100所示小轴的部分工艺过程为：车外圆至φ30.5-0.1mm ，铣键槽深度为H+TH，热处理，磨外圆至mm 036.0015.030++φ。
设磨后外圆与车后外圆的同度公差为φ0.05mm ，求保证键槽深度为4+0.2mm 的铣槽深度H +TH 。
讨论题：1-5某机床厂年产CA6140车床2000台，已知机床主轴的备品率为14％，机械加工[废品率为4％，试计算机床主轴的年生产纲领并说明属于何种生产类型，工艺过程有何特点？若一年工作日为282天，试计算每月(按26天计算)的生产批量。
1-6 试分析图1-90所示零件有哪些结构工艺性问题并提出正确的改进意见。
l-9 在图l-91中，注有加工符号的表面为待加工表面，试分别确定应限制的自由度。
l-12 图1-93为车床主箱体的一个视图，图中Ⅰ孔为主轴孔，是重要孔，加工时希望加工余量均匀。
试选择加工主轴孔的粗、精基准。
机械制造技术基础复习
机械制造技术基础考查内容一、名词解释金属切除率：毛胚件经机械加工切削后,切去的重量与毛胚重量之比;刀具磨钝标准：刀具磨损到一定限度就不能继续使用了,这个磨损限度称为刀具磨钝标准;刀具使用寿命：刃磨后的刀具自开始切削直到磨损量达到磨钝标准为止的切削时间,称为刀具使用寿命;磨销烧伤：由于磨削时的瞬时高温使工件表层局部组织发生变化,并在工件表面的某些部分出现氧化变色的现象;工件的装夹：在机械加工过程中,为了保证加工精度,在加工前,应确定工件在机床上的位置,并固定好,以接受加工或检测;将工件在机床上或夹具中定位、夹紧的过程;六点定位原理：欲使工件在空间处于完全确定的位置,必须选用与加工件相应的6个支承点来限制工件的6个自由度;经济加工精度：在正常加工条件下采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级工人,不延长加工时间下,该加工方法所能保证的加工精度;加工精度：零件加工后的实际几何参数尺寸、形状和相互位置与理想几何参数的接近程度;加工误差：零件加工后的实际几何尺参数尺寸、形状和相互位置与理想几何参数的偏离量;：工艺能力等级是以工艺能力系数来表示的,即工艺能满足加工工艺能力系数Cp=T/6σ精度要求的程度;Cp工序：一个工人或一组工人,在一个工作地对同一工件或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程;工步：在加工表面、切削刀具和切削用量都不变的情况下完成的工艺过程;安装：工件经一次装夹后完成的那一部分工艺过程;自激振动：在没有周期性外力相对于切削系统而言干扰下产生的振动运动;工艺过程：在生产过程中凡属直接改变生产对象尺寸、形状、物理化学性质以及相对位置关系的过程;封闭环：尺寸链中凡属间接得到的尺寸称为封闭环;时间定额：时间定额是完成一个工序所需的时间,它是劳动生产率指标;工序尺寸：一定生产条件下规定生产一件产品或完成一道工序所消耗的时间;机械加工表面质量：是零件加工后的表面粗糙度与波度和表层物理、化学性质; 机械加工工艺规程：规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件称为工艺规程;机械加工工艺过程：指采用金属切削工具或磨具来加工工件,使之达到所要求的形状尺寸,表面粗糙度和力学物理性能,成为合格零件的生产过程;工艺基准：工艺过程中使用的基准二、填空1. 切削液的作用主要有：润滑、冷却、洗涤和防锈 , 排屑 ;2. 目前生产中最常用的两种刀具材料是高速钢和硬质合金 ,制造形状复杂的刀具时常用高速钢 ;3.从球墨铸铁的牌号上可看出其_最低抗拉强度_和_最低伸长率_两个性能指标;4.在普通低合金结构钢中主要加入的合金元素为_硅锰_,以强化材料基体;5.切削用量三要素是指_切削速度_、_背吃刀量_和_进给量_;6.基准根据功用不同可分为_设计基准_与_工艺基准_两大类;7.刀具磨损的三种形式是_前刀面磨损_、_后刀面磨损_和_前后刀面磨损_;8.钢在淬火后能达到的最高硬度叫_淬硬性_;1.工艺基准按用途不同可分为工序基准 , 定位基准、测量基准和装配基准 ;2.根据六点定位原理分析工件的定位方式分为过定位、欠定位、和完全定位、不完全定位 ;3.将工件在机床上或夹具中定位、夹紧的过程称为装夹 ;4.机床夹具的定位误差主要由基准不重合误差和基准位移误差引起;5.工件在机床上的三种装夹方法是直接找正、画线找正和夹具装夹 ;6.夹紧力确定的三要素大小、方向和作用点 ;7.工件以外圆柱面定位时,常用的定位元件有V型块,V型块有长、短之分,长V 型块有_2_个自由度,短V型块有_4_个自由度;1.机械制造业的生产类型可分为单件生产、成批生产和大量生产 ;2.工艺规程制订的原则是优质、高产和低成本 ;3.机械加工工艺过程加工阶段划分为粗加工、半精加工和精加工、光整加工 ;4. 安排零件切削加工顺序的一般原则是基准先行、先粗后精、先主后次和先面后孔等;5.机械加工的基本时间是指直接改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或材料性质等工艺过程;6.加工精度包括尺寸精度、形状精度和相互位置精度三个方面;7.专为某一种工件的某道工序的加工而设计制造的夹具叫专用夹具 ;8.确定零件某一表面加工余量时,毛坯的加工总余量是各余量之和;1、车削是指：利用直线运动和旋转运动来改变毛坯的尺寸和形状,使之成为合格产品的一种金属切削方法;2、车削直径为400mm的工件外圆,选定切削速度为80m/min,试确定车床主轴的转速为： min ;3、车削三角形外螺纹的加工方法：直进法、左右切屑法、斜进法 ;4、车外圆锥面的方法：小滑板转位法、尾座偏移法、靠模法和宽刀刃法 ;5、车刀在空间中的三个辅助平面是：正交平面、切削平面、基面 ;6、常用车刀的种类分为：整体车刀、焊接车刀、切断刀 ;1、在选择定位基准时,首先应考虑选择粗基准,在选精基准;2、圆柱铣刀安结构分可以分为直尺圆柱、斜齿圆柱和螺旋圆柱三种;3、铣削加工切削层四要素切屑层、切屑厚度、切屑宽度、切屑面积 ;4、铣斜面通常有三种方法扳转工件、扳转立洗头、角度铣刀 ;5、键槽的类型有通槽、半通槽、封闭超 ;三、简答题1、金属切削过程中有哪三个变形区各有什么特点第一变形区特点：沿滑移线的剪切变形和加工硬化第二变形区特点：靠近前刀面的金属发生金属纤维化第三变形区特点：表层金属发生纤维化与加工硬化2、简述加工精度和加工误差的联系和区别;加工精度：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;加工误差：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偏离程度;两者之间的区别与联系：加工误差越大,则加工精度越低,反之越高;3、为什么常把车削力分解为三个分力各分力有什么作用为了便于测量和和应用,常将切削力分解为以下3个分力：切削力Fc：是计算切削功率和设计机床的主要参数背向力Fp：会使机床加工系统发生变形,对加工精度影响较大进给力Ff：是设计机床进给机构或校核其强度的主要参数4、夹具的主要组成部分有哪些定位元件、夹紧装置和夹具体是夹具的基本组成部分,其他部分可根据需要设置;5、简述积屑瘤产生的过程并给出控制积屑瘤生长的措施至少两种产生过程：切削时,切屑与前刀面接触处发生强烈摩擦,当接触面达到一定温度时,同时又存在较高压力时,被切材料会黏结在前刀面上;连续流动的切屑从粘在前刀面上的底层金属上流过时,如果温度与压力适当,切屑底部材料也会被阻滞在已经“冷焊”在前刀面上的金属层上,粘成一体,使粘结层逐步长大,形成积屑瘤; 控制措施：a、正确选用切削速度,是切削速度避开产生积削瘤的区域;b、增大刀具前角,减小刀具前刀面与切削之间的压力;c、适当提高工具材料硬度,减小加工硬化倾向;6、精基准的选择原则有哪些基准重合原则、基准统一原则、自为基准原则、互为基准原则7、粗基准的选用原则保证零件加工表面相对于不加工表面具有一定位置精度的原则、合理分配加工余量的原则、便于装夹的原则粗基准一般不得重复使用的原则8、工序集中与工序分散特点是什么工序集中特点：a．有利于采用自动化程度较高的高效率机床和工艺装备,生产效率高b．工序数少,设备数少,可相应减少操作工人数和生产面积c．工件的装夹次数少,不但可缩短辅助时间,而且由于在一次装夹中加工了许多表面,保证各加工表面之间的相互位置精度要求工序分散特点：a．所用机床和工艺装备简单,易于调整b．对操作工人的技术水平要求不高c．工序数多,设备数多,操作工人多,占用生产面积大9、制定机械加工工艺规程的步骤和内容1分析零件图和产品装配图2对零件图和装配图进行工艺审查3由产品的年生产纲领研究确定零件生产类型4确定毛坯5拟定工艺路线6确定各工序所用机床设备和工艺装备,对需要改装或重新设计的专用工艺装备要提出设计任务书7确定各工序的加工余量,计算工序尺寸及公差8确定各工序的技术要求及检验方法9确定各工序的切削用量和工时定额10编织工艺文件10、工序顺序安排的原则a．先加工定位基面,再加工其他表面b．先加工主要表面,后加工次要表面c．先安排粗加工工序,后安排精加工工序d．先加工平面,后加工孔四、画图分析题1、刀具角度的概念,画法主剖面参考系在正交平面内测量的前刀面和基面间的夹角;前刀面在基面以下时前1前角γ角为正值,前刀面在基面之上时前角为负值;在正交平面内测量的主后刀面与切削平面的夹角,一般为正值;2后角α3副后角α在基面内测量的主切削刃在基面的投影与进给运动方向的夹角;4主偏角Κr在基面内测量的主切削刃在基面的投影与进给运动反方向的夹角5副偏角Κr6刃倾角λ在切削平面内测量的主切削刃与基面之间的夹角;在主切削刃上,刀s尖为最高点时刃倾角为正值;2、夹具定位方案的分析;完全定位、不完全定位、欠定位、过定位的概念;限制工件的全部自由度6个叫完全定位；只限制影响加工精度的自由度叫不完全定位;某影响加工精度的自由度未加限制叫欠定位；某自由度被重复限制叫超定位;使用超位的条件是能保证工件顺利安装,对提高支承刚度有利;3、夹具夹紧方案的分析;4、零件结构工艺性分析、对结构的要求五、计算题1、工艺尺寸链计算用公式算;=增环尺寸和-减环尺寸和a．闭环尺寸A=增环上偏差和-减环下偏差和b．上偏差ESc．下偏差EI=增环下偏差和-减环上偏差和d．入体原则,被包容尺寸上偏差为0,包容尺寸下偏差为02、加工余量和加工精度的计算逆推法;3、完全互换与分组装配法;1完全互换法：a．计算封闭环基本尺寸A=增环尺寸和-减环尺寸和Ab．计算封闭环公差T=上偏差ES-下偏差EITc．计算各环平均公差Tav/m m个数中不包含此封闭环Tav=T2分组装配法在完全互换装配法基础上：a．公差同向放大4倍示例方法如下b．测量尺寸c．从大到小分为4组,标注不同颜色d．同颜色进行装配静态模型反应系统在恒定载荷或缓慢变载荷作用下或在系统平衡状态下的特性：而动态模型则用于研究系统在迅变载荷作用下或在系统不平衡状态下的特性;静态模型的系统现时输出仅由其现时输入所决定；而动态模型的系统现时输出还要受其他以前的输入的历史影响;静态模型一般以代数公式描述,而动态模型则需要以微分方程,或其离散形式——差分方程来描述;反馈：一个系统的输出,部分或者全部的被反过来用于控制系统的输入内反馈：在系统或过程中存在的各种自然形成的反馈外反馈：在自动控制系统中,为达到某种控制目的而人为加入的反馈控制系统的基本要求：稳定性、快速性、准确性稳定性：就是指系统抵抗动态过程振荡倾向和系统能够恢复平衡状态的能力;稳定性的要求是系统工作的必要条件;快速性：是指当系统输出量与给定的输入量之间产生偏差时,消除这种偏差的快速程度;准确性：是指在调整过程结束后输出量与给定的输入量之间的偏差程序,也称为静态精度; 极点：系统传递函数的极点就是系统微分方程的特征根;传递函数：在外界输入作用前,输入、输出的初始条件为零时,线性定常系统、环节或元件的输出x0t的拉氏变换X0s与输入x i t的拉氏变换X i s之比,称之为该系统、环节或元件的传递函数;瞬态响应：稳定系统的自由响应;系统在某一输入信号的作用下,其输出量从初始状态到稳定状态的响应过程;稳态响应：一般就是指强迫响应;当某一输入信号的作用下,系统的响应在时间趋于无穷大时的输出状态;主导极点：若闭环极点中距虚轴最近的极点附近无闭环零点,而其它极点均远离虚轴,则前者对应的响应分量在时间响应中起主导作用;这样的极点称为系统主导极点;幅频特性：线性系统在谐波输入的作用下,其稳态输出与输入的幅值比是输入信号的频率w 的函数,称之为系统的幅频特性;相频特性：稳态输出信号与输入信号的相位差φw也是w的函数,称其为系统的相频特性; 最小相位系统：在复平面s右平面没有极点和零点的传递函数称为最小相位系统;开环系统：当一个系统以所需的方框图表示而没有反馈回路时,称为开环系统;闭环系统：当一个系统以所需的方框图表示存在反馈回路时,称为闭环系统;Routh劳斯稳定判据：各系数同号且不为零Nyquist 稳定判据：当由－到+时,若GH平面上的开环频率特性GjHj逆时针方向包围－1,j0点P圈,则闭环系统稳定;P为GsHs在s平面的右半平面的极点数Bode 稳定判据：闭环系统稳定的充要条件是,在Bode图上,当由0变到＋∞时,在开环对数幅频特性为正值的频率范围内,开环对数相频特性对－180°线的正穿越与负穿越次数之差为P／2;二阶系统中一般要求阻尼比ξ的范围是 ,最佳阻尼比为 ;系统稳定的充分必要条件为系统的全部特征根具有负实部 ;当P=0时,Nyquist稳定判据可描述为包围点<-1,j0>不稳定,不包含<-1,j0>稳定 ;二阶系统性能指标中,超调量Mp只与ξ有关,因此Mp的大小直接反应了系统的阻尼特性;线性系统的稳定性只取决于系统本身的结构和参数而与输入无关 ;在控制理论中,数学模型有多种形式,时域中的数学模型为微分方程 ,复数域中的数学模型2．表A-2 常用函数的拉氏变换和z变换表。
机械加工中的加工精度控制和表面质量
机械加工中的加工精度控制和表面质量机械加工中的加工精度控制和表面质量是制造业中非常重要的关键问题。
在工业生产中，加工精度和表面质量直接影响着产品的性能和质量，因此在机械加工过程中如何控制加工精度和提高表面质量成为工程师和操作人员必须要解决的难题。
一、加工精度控制1. 数控机床的应用随着科技的发展，数控机床在机械加工领域中的应用越来越广泛。
数控机床可以通过程序控制加工过程，精确控制每一个阶段的加工参数，从而达到精确控制加工精度的目的。
与传统机床相比，数控机床具有更高的加工精度和稳定性。
2. 加工工艺的优化在机械加工过程中，加工工艺的优化对于提高加工精度至关重要。
合理选择切削速度、进给量、刀具类型等加工参数，可以减少刀具磨损和热变形，从而提高加工精度。
此外，采用先进的刀具和夹具，以及适当的切削液，也可以有效提高加工精度。
3. 检测与反馈控制在机械加工过程中，及时检测加工件的精度并进行反馈控制是非常重要的。
通过使用精密检测仪器和传感器，可以实时监测加工精度，并根据检测结果调整加工参数，以达到精确控制加工精度的目的。
同时，及时对设备进行维护和保养，保证设备的稳定性和精度。
二、表面质量提升1. 切削工艺的改进切削工艺是影响加工件表面质量的关键因素之一。
通过改进切削工艺，可以减少加工件表面的毛刺、划痕等缺陷，并提高表面光洁度。
采用合适的刀具，调整切削速度和进给量，以及增加切削液的使用量，都可以有效改善加工件的表面质量。
2. 表面处理技术的应用在机械加工过程中，常常会采用表面处理技术来提升加工件的表面质量。
例如，机械抛光、喷砂、电镀等技术可以使加工件表面更加光滑、均匀，从而提高表面质量。
此外，采用表面喷涂技术可以增加加工件的耐磨性和抗腐蚀性能。
3. 加工设备的改进加工设备的改进也可以提高机械加工中的表面质量。
例如，采用高精度的加工设备，如五轴加工中心和超精密磨床，可以有效减小加工误差，提高加工件的表面精度和平整度。
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制造工程基础—2011年春
第14章机械加工表面质量和精度
引子
14.1 机械加工表面质量
14.2 机械加工精度
本章小结
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问题：
零件经过机械加工后如何评价加工质量？
影响零件加工质量有哪些因素？
如何对加工质量进行分析和控制？
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表面理想形状和实际形状
理想平面
实际平面
理想外圆
实际外圆
3
4
H 波理想平面
H 微L 宏L 波L 微
H 宏
算术平均中线a
R
l
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2）切削加工后的表面粗糙度
几何因素：
刀具相对工件进给运动时，在加工表面遗留的切削层残留面积
降低切削加工表面粗糙度的方法：
减小主、副偏角；减小进给量
提高刀具刃磨质量，避免刃口粗糙度在工件表面“复映”r
Κ'r Κ
2）切削加工后的表面粗糙度
切削加工后的表面粗糙度的实际轮廓形状一般都与纯几何因素所形成的理论轮廓有较大差别
原因：
存在与被加工材料的性质及切削机理有关的物理因素 切削过程中刀具对工件的挤压与摩擦使金属材料发生塑性变形，使理论残留面积挤歪或沟纹加深，因此，增加了表面粗糙度
低速切削塑性材料，易产生积屑瘤和鳞刺
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102）切削加工后的表面粗糙度
物理因素：积屑瘤
加工表面出现深浅和宽窄不断变化的刀痕，增加表面粗糙度 积屑瘤碎屑嵌在工件表面，形成硬质点 不稳定的积屑瘤：不断形成、长大，被切屑带走或留在工件上 积屑瘤附着在刀具上，有时伸出切削刃之外，其轮廓不规则积屑瘤对工件表
面质量的影响
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2）切削加工后的表面粗糙度
物理因素：
鳞刺是已加工表面上的鳞片状毛刺鳞刺形成的四个阶段
工件
刀具
鳞刺鳞刺的产生：低速加工塑性材料时，切屑与前刀面强烈摩擦产生冷焊，切屑滞留在前刀面上，切削层受到推挤，从而拉裂基体金属，在表面留下片状毛刺。
切削脆性材料不会产生鳞刺。
3）降低切削加工表面粗糙度值的措施
减小塑性变形，避免产生鳞刺和积屑瘤
1）切削速度的控制
受积屑瘤影响
只受塑性变形影响2）切削加工前对工件进行调质处理，使材料具有均匀细密的
晶粒组织和适当的硬度
3）增大前角和后角，减小塑性变形和摩擦；提高刃磨质量
4）合理选择冷却润滑液，抑制积屑瘤和鳞刺的产生
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131）加工表面的冷作硬化 冷作硬化：切削（磨削）加工过程中表面层产生的塑性变形使金属晶体内产生剪切滑移，晶格严重扭曲，并产生晶粒的拉长、破碎和纤维化，引起材料的强化，使金属表面强度和硬度提高
表面冷硬层硬度提高1.8~2倍，深度可达几十到几百微米 零件加工表面的冷作硬化会降低零件的抗冲击能力
刀具
工件
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2）加工表面的残余应力
加工表面残余应力：当切削过程中表面层组织发生形状变化和组织变化时，在表面层及里层就会产生互相平衡的弹性应力
表层热塑性变形；切削结束时，
温度下降至弹性变形温度后，表
面层因温度继续降低而收缩，受
到基体限制，表面层产生拉应力
切削力作用下，表层伸长塑性
变形；表面积趋向增大，因此
表层产生残余压应力
切削表面层因高温而引起的相变
14.2 机械加工精度
14.2.1 精度的概念和获得精度的方法
1. 精度要求的内容
零件几何参数包括几何形状、尺寸和相互位置三个方面 加工精度包括：
尺寸精度：直径、长度
几何形状精度：直线度、平面度、圆柱度
相互位置精度：平行度、垂直度
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14.2.1 精度的概念和获得精度的方法
2.
获得尺寸精度的方法
1）试切法
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2. 获得尺寸精度的方法
2
）调整法
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2. 获得尺寸精度的方法
2
）调整法
202. 获得尺寸精度的方法
3）尺寸刀具法
尺寸刀具法大多利用定尺寸的孔加工刀具，如钻头、镗刀块、拉刀及铰刀等来加工孔
用成形刀具加工也属于尺寸刀具法
2. 获得尺寸精度的方法
4）主动测量法
在加工过程中，边加工边测
量加工尺寸
达到要求时就立即停止加工
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3. 误差的概念与精度的关系
精度
对一定尺寸、形状、位置的精确程度
误差
对一定尺寸、形状、位置的相差程度精度和误差是对同一问题的两种不同说法
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4. 误差的分类
系统误差
加工过程中有一定规律、可用函数关系来
表达的误差被称为系统误差
4. 误差的分类
随机误差
加工过程中规律性不强、表现为噪声误差性质，符合统计规律
例如：由于工件材质不均、毛坯尺寸形状差异而引起的误差
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零件机械加工过程
零件加工与机床、刀具、夹具有关
获得所需表面需要采用一定的加工原理 加工之前要进行定位、夹紧、对刀
加工过程中受到力、热的影响，刀具会产生磨损
加工以后要进行测量
原始误差
加工前
加工中
加工后原理误差
调整误差
夹具误差
安装误差
机床误差
刀具误差
工艺系统力变形
工艺系统热变形
刀具磨损
内应力引起的变形
测量误差
加工误差
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1. 原理误差
采用了近似的成形运动或刀刃形状
例如：用模数铣刀加工渐开线齿轮盘状模数铣刀铣齿指状模数铣刀铣齿
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1. 原理误差
用模数铣刀加工渐开线齿轮
模数铣刀加工齿数范围
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2.
机床和刀具误差
（1）导轨误差
2. 机床和刀具误差
（1）导轨误差
垂直面误差
水平面误差
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2. 机床和刀具误差
（1）导轨误差
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2. 机床和刀具误差
（2）主轴回转误差
主轴径向跳动、角度摆动和轴心漂移影响工件的圆度和锥度 主轴轴向窜动造成端面不平度和端面与内外表面不垂直
主轴轴向窜动造成端面与轴线不垂直
34 2. 机床和刀具误差
（3）刀具的制造精度和尺寸磨损
尺寸刀具和成形刀具的制造精度和尺寸磨损对加工精度的影响 刀具的尺寸磨损对加工精度的影响
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3.
工艺系统受力变形对加工精度的影响
（1）刚度概念
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3.
工艺系统受力变形对加工精度的影响
（1）刚度概念
38（1）刚度概念
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（1）刚度概念
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（2）刚度曲线
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（2）刚度曲线
（3）误差复映
加工前加工后
误差复映是指由于切削力和系统刚度的原因，加工表面的原始形状误差将以缩小的比例复映到已加工工件表面
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（3）误差复映
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（3）误差复映
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提高工艺系统刚度的措施
3）提高加工时刀具的刚度
(a)利用导向杆和支承座提高刀具加工时的刚度
(b)利用装在主轴内孔中的导向套提高刀具加工时的刚度加工时刀具悬伸尽量短，刀杆尽量粗
提高工艺系统刚度的措施
4）提高工艺系统中各零件表面质量，减少接触面，从而提高接触刚度
5）加预紧力：使接触面产生预变形，减小间隙，提高接触刚度
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（4）传动力对加工精度的影响
50（4）传动力对加工精度的影响传动力产生切削深度的变化，
造成工件圆度误差
理想形状实际形状。