机械制造工艺课件第四章机械加工表面质量
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机械制造工艺
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第四章
第一节
第二节 第三节 第四节
机械加工表面质量
基本概念
表面粗糙度的形成及其影响因素 加工表面力学物理性能的变化及其影响因素 机械加工中的振动
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机械制造工艺
基本慨念
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第一节
零件机械加工表面质量是指零件在机械加工后 表面层的微观几何形状误差和力学物理性能。零件 机械加工后表面层中存在着表面粗糙度、表面波度、 表面加工纹理等微观几何形状误差以及伤痕等缺陷， 零件表面层在加工过程中还会产生加工硬化、金相 组织变化及残余应力等现象。上述种种因素综合作 用的结果，直接影响了零件的寿命及可靠性，从而 影响产品的质量和使用性能。
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机械制造工艺
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图4-2
初期磨损量与零件表面粗糙度 1—轻载荷 2—重载荷
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机械制造工艺
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2、表面质量对零件疲劳强度的影响
零件在交变载荷的作用下，其表面微观不平的凹谷 处和表面层的缺陷处容易引起应力集中而产生疲劳裂纹， 造成零件的疲劳破坏。试验表明，减小零件表面粗糙度 值可以使零件的疲劳强度有所提高。因此，对于一些承 受交变载荷的重要零件，如曲轴其曲拐与轴颈交接处精 加工后常进行光整加工，以减小零件的表面粗糙度值， 提高其疲劳强度。
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机械制造工艺
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图4-3
表面残留面积
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机械制造工艺
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金属切削过程幻灯片
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机械制造工艺
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2、影响表面粗糙度的工艺因素及改善措施
（1）切削用量的影响 进给量大，切屑变形也大，切屑 与刀具前刀面的摩擦以及后刀面与已加工表面的摩擦加剧， 从而增大工件表面粗糙度值。因此，减小进给量利于减小工 vc 件表面粗糙度值。 切削速度对表面粗糙度的影响因工件材料而异。对于塑 性材料，一般情况下，低速或高速切削时，不会产生积屑瘤， 故加工表面粗糙度值都较小，但在中等切削速度下，塑性材 料的工件容易产生积屑瘤或鳞刺，且塑性变形较大,如图4-4 所示。对于脆性材料，加工表面粗糙度主要是由于脆性挤裂 碎裂而成，与切削速度关系较小。所以精加工塑性材料时往 往选择高速或低速精切，以获得较小的表面粗糙度值。
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机械制造工艺
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第二节
表面粗糙度的形成及其影响因素
一、切削加工后的表面粗糙度 1、表面粗糙度的形成 用切削刀具加工零件表面时，已加工表面粗糙度的形成主 要包括几何因素、塑性变形和振动三方面的因素。 （1）几何因素 形成表面粗糙度的几何因素主要是指刀具几 何形状和切削运动引起的切削残留面积，它是影响表面粗糙度 的主要因素。 （2）塑性变形 因为切削过程中存在着金属塑性变形，因此 在多数情况下已加工表面的残留面积上还叠加着一些不规则的 金属生成物、粘附物或刻痕，使得表面粗糙度的实际轮廓与上 述理论分析轮廓有较大的差异。形成它们的原因有积屑瘤、鳞 刺、振动、摩擦、切削刃不平整、切屑划伤等。 （3）振动的影响 切削加工时，在工件与刀具之间会发生振 动，使工件表面粗糙度值增大。
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机械制造工艺
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一、机械加工表面质量的含义
机械加工表面质量的含义可以用表面完整性来概括，它 包括两个方面的内容。 1、表面的几何特征 （1）表面粗糙度 即加工表面上具有的较小间距和峰谷 所组成的微观几何形状特性。它一般由所采用的加工方法和 其它因素形成，其波高与波长的比值一般小于1：50。 （2）表面波度 即介于宏观几何形状误差与微观表面粗 糙度之间的中间几何形状误差。它主要是由工艺系统的低频 振动造成的，其波高与波长的比值一般为1：50至1：1000。 （3）表面加工纹理 即表面微观结构的主要方向。它取 决于表面形成过程中所采用的机械加工方法及其主运动和进 给运动的关系。 （4）伤痕 在加工表面的一些个别位臵出现的缺陷。它 们大多是随机分布的，例如砂眼、气孔、裂痕和划痕等。
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机械制造工艺
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图4-1
表面几何特征的组成
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机械制造工艺
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2、表面层力学物理性能
表面层力学物理性能，主要有以 下三个方面的内容： 1）表面层加工硬化。
2）表面层金相组织的变化。
3）表面层残余应力。
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机械制造工艺
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二、加工表面质量对零件使用性能的影响 1、表面质量对耐磨性的影响
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机械制造工艺
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4、表面质量对配合性质及零件其它性能的影响
相配零件间的配合关系是用过盈量或间隙值来表示的。 在间隙配合中，如果零件的配合表面粗糙，则会使配合件 很快磨损而增大配合间隙,改变配合性质,降低配合精度; 在过盈配合中,如果零件的配合表面粗糙，则装配后配合 表面的凸峰被挤平，配合件间的有效过盈量减小，降低配 合件间联接强度，影响配合的可靠性。因此对有配合要求 的表面，必须具有较小的表面粗糙度值。 零件的表面质量对零件的使用性能还有其它方面的影 响。例如，对于液压缸和滑阀，较大的表面粗糙度值会影 响密封性；对于工作时滑动的零件，恰当的表面粗糙度值 能提高运动的灵活性，减少发热和功率损失；零件表面层 的残余应力会使加工好的零件因应力重新分布而在使用过 程中逐渐变形，从而影响其尺寸和精度等。
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机械制造工艺
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3、表面质量对零件的耐腐蚀性能的影响
零件的耐腐蚀性在很大程度上取决于零件的 表面粗糙度。零件表面越粗糙，越容易积聚腐蚀 性物质，凹谷越深，渗透与腐蚀作用越强烈。因 此，减小零件表面粗糙度值，可以提高零件的耐 腐蚀性能。 零件表面残余压应力使零件表面紧密，腐蚀 性物质不易进入，可增强零件的耐腐蚀性，而表 面残余拉应力则降低零件的耐腐蚀性。
当两个零件的表面接触时，其表面凸峰顶部先接 触，因此实际接触面积远小于理论上的接触面积。表 面愈粗糙，实际接触面积就愈小，凸峰处单位面积压 力就会愈大，表面磨损就愈容易。即使在有润滑油的 条件下，也会因接触处压强超过油膜张力的临界值， 破坏了油膜的形成而加剧表面的磨损。
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机械制造工艺
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由以上分析可知，表面粗糙度对零件表面的磨损影 响很大。一般说来，表面粗糙度值越小，其耐磨性越 好。但并不是表面粗糙度数值越小越耐磨，从图4-2实 验曲线可知，表面粗糙度值Ra与初期磨损量△o之间存 在着一个最佳值。此点所对应的是零件最耐磨的表面 粗糙度值。这是因为在零件表面粗糙度值过小的情况 下，紧密接触的两个光滑表面间贮油能力很差，致使 润滑条件恶化，两表面金属分子间产生较大亲合力， 因粘合现象而使表面产生“咬焊”，导致磨损加剧。 因此零件摩擦表面粗糙度值偏离最佳值太大，无论是 偏高还是偏低，都是不利的.
机械制造工艺
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第四章
第一节
第二节 第三节 第四节
机械加工表面质量
基本概念
表面粗糙度的形成及其影响因素 加工表面力学物理性能的变化及其影响因素 机械加工中的振动
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机械制造工艺
基本慨念
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第一节
零件机械加工表面质量是指零件在机械加工后 表面层的微观几何形状误差和力学物理性能。零件 机械加工后表面层中存在着表面粗糙度、表面波度、 表面加工纹理等微观几何形状误差以及伤痕等缺陷， 零件表面层在加工过程中还会产生加工硬化、金相 组织变化及残余应力等现象。上述种种因素综合作 用的结果，直接影响了零件的寿命及可靠性，从而 影响产品的质量和使用性能。
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机械制造工艺
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图4-2
初期磨损量与零件表面粗糙度 1—轻载荷 2—重载荷
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机械制造工艺
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2、表面质量对零件疲劳强度的影响
零件在交变载荷的作用下，其表面微观不平的凹谷 处和表面层的缺陷处容易引起应力集中而产生疲劳裂纹， 造成零件的疲劳破坏。试验表明，减小零件表面粗糙度 值可以使零件的疲劳强度有所提高。因此，对于一些承 受交变载荷的重要零件，如曲轴其曲拐与轴颈交接处精 加工后常进行光整加工，以减小零件的表面粗糙度值， 提高其疲劳强度。
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机械制造工艺
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图4-3
表面残留面积
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机械制造工艺
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金属切削过程幻灯片
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机械制造工艺
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2、影响表面粗糙度的工艺因素及改善措施
（1）切削用量的影响 进给量大，切屑变形也大，切屑 与刀具前刀面的摩擦以及后刀面与已加工表面的摩擦加剧， 从而增大工件表面粗糙度值。因此，减小进给量利于减小工 vc 件表面粗糙度值。 切削速度对表面粗糙度的影响因工件材料而异。对于塑 性材料，一般情况下，低速或高速切削时，不会产生积屑瘤， 故加工表面粗糙度值都较小，但在中等切削速度下，塑性材 料的工件容易产生积屑瘤或鳞刺，且塑性变形较大,如图4-4 所示。对于脆性材料，加工表面粗糙度主要是由于脆性挤裂 碎裂而成，与切削速度关系较小。所以精加工塑性材料时往 往选择高速或低速精切，以获得较小的表面粗糙度值。
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第二节
表面粗糙度的形成及其影响因素
一、切削加工后的表面粗糙度 1、表面粗糙度的形成 用切削刀具加工零件表面时，已加工表面粗糙度的形成主 要包括几何因素、塑性变形和振动三方面的因素。 （1）几何因素 形成表面粗糙度的几何因素主要是指刀具几 何形状和切削运动引起的切削残留面积，它是影响表面粗糙度 的主要因素。 （2）塑性变形 因为切削过程中存在着金属塑性变形，因此 在多数情况下已加工表面的残留面积上还叠加着一些不规则的 金属生成物、粘附物或刻痕，使得表面粗糙度的实际轮廓与上 述理论分析轮廓有较大的差异。形成它们的原因有积屑瘤、鳞 刺、振动、摩擦、切削刃不平整、切屑划伤等。 （3）振动的影响 切削加工时，在工件与刀具之间会发生振 动，使工件表面粗糙度值增大。
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机械制造工艺
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一、机械加工表面质量的含义
机械加工表面质量的含义可以用表面完整性来概括，它 包括两个方面的内容。 1、表面的几何特征 （1）表面粗糙度 即加工表面上具有的较小间距和峰谷 所组成的微观几何形状特性。它一般由所采用的加工方法和 其它因素形成，其波高与波长的比值一般小于1：50。 （2）表面波度 即介于宏观几何形状误差与微观表面粗 糙度之间的中间几何形状误差。它主要是由工艺系统的低频 振动造成的，其波高与波长的比值一般为1：50至1：1000。 （3）表面加工纹理 即表面微观结构的主要方向。它取 决于表面形成过程中所采用的机械加工方法及其主运动和进 给运动的关系。 （4）伤痕 在加工表面的一些个别位臵出现的缺陷。它 们大多是随机分布的，例如砂眼、气孔、裂痕和划痕等。
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机械制造工艺
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图4-1
表面几何特征的组成
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机械制造工艺
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2、表面层力学物理性能
表面层力学物理性能，主要有以 下三个方面的内容： 1）表面层加工硬化。
2）表面层金相组织的变化。
3）表面层残余应力。
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机械制造工艺
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二、加工表面质量对零件使用性能的影响 1、表面质量对耐磨性的影响
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机械制造工艺
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4、表面质量对配合性质及零件其它性能的影响
相配零件间的配合关系是用过盈量或间隙值来表示的。 在间隙配合中，如果零件的配合表面粗糙，则会使配合件 很快磨损而增大配合间隙,改变配合性质,降低配合精度; 在过盈配合中,如果零件的配合表面粗糙，则装配后配合 表面的凸峰被挤平，配合件间的有效过盈量减小，降低配 合件间联接强度，影响配合的可靠性。因此对有配合要求 的表面，必须具有较小的表面粗糙度值。 零件的表面质量对零件的使用性能还有其它方面的影 响。例如，对于液压缸和滑阀，较大的表面粗糙度值会影 响密封性；对于工作时滑动的零件，恰当的表面粗糙度值 能提高运动的灵活性，减少发热和功率损失；零件表面层 的残余应力会使加工好的零件因应力重新分布而在使用过 程中逐渐变形，从而影响其尺寸和精度等。
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机械制造工艺
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3、表面质量对零件的耐腐蚀性能的影响
零件的耐腐蚀性在很大程度上取决于零件的 表面粗糙度。零件表面越粗糙，越容易积聚腐蚀 性物质，凹谷越深，渗透与腐蚀作用越强烈。因 此，减小零件表面粗糙度值，可以提高零件的耐 腐蚀性能。 零件表面残余压应力使零件表面紧密，腐蚀 性物质不易进入，可增强零件的耐腐蚀性，而表 面残余拉应力则降低零件的耐腐蚀性。
当两个零件的表面接触时，其表面凸峰顶部先接 触，因此实际接触面积远小于理论上的接触面积。表 面愈粗糙，实际接触面积就愈小，凸峰处单位面积压 力就会愈大，表面磨损就愈容易。即使在有润滑油的 条件下，也会因接触处压强超过油膜张力的临界值， 破坏了油膜的形成而加剧表面的磨损。
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机械制造工艺
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由以上分析可知，表面粗糙度对零件表面的磨损影 响很大。一般说来，表面粗糙度值越小，其耐磨性越 好。但并不是表面粗糙度数值越小越耐磨，从图4-2实 验曲线可知，表面粗糙度值Ra与初期磨损量△o之间存 在着一个最佳值。此点所对应的是零件最耐磨的表面 粗糙度值。这是因为在零件表面粗糙度值过小的情况 下，紧密接触的两个光滑表面间贮油能力很差，致使 润滑条件恶化，两表面金属分子间产生较大亲合力， 因粘合现象而使表面产生“咬焊”，导致磨损加剧。 因此零件摩擦表面粗糙度值偏离最佳值太大，无论是 偏高还是偏低，都是不利的.
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机械制造技术基础-第4章-机械加工工艺基本知识 ppt课件
22
4. 4.3 制定 工艺规程的原始资料
enterprise's production process
2
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
第4章 机械加工工艺基本知识
本章要点
机械制造业的生产过程 机械加工工艺要素基本组成 零件的工艺分析 毛坯的确定 工艺路线的拟定 加工余量和工序尺寸的确定
1
机械制造技术基础
第4章 机械加工工艺基本知识
Machining process basic knowledge
4.1 机械制造企业的生产过程 Machinery manufacturing
Machining process basic knowledge
4.3 生产纲领与生产类型 Production platform and
production type
15
4. 3.1 生产纲领
企业根据市场需求和自身的生产能力决定生产计划。在计 划期内，应当生产的产品产量和进度计划称为生产纲领。
6
机械制造技术基础
第4章 机械加工工艺基本知识
Machining process basic knowledge 4.2 机械加工工艺要素基本组成 Basic composition factors of machining process
7
4. 2 机械加工工艺要素基本组成
工序——是指由一个或一组工人在同一台机床或同一个工 作地，对一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分机 械加工工艺过程。
4. 4.3 制定 工艺规程的原始资料
enterprise's production process
2
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
第4章 机械加工工艺基本知识
本章要点
机械制造业的生产过程 机械加工工艺要素基本组成 零件的工艺分析 毛坯的确定 工艺路线的拟定 加工余量和工序尺寸的确定
1
机械制造技术基础
第4章 机械加工工艺基本知识
Machining process basic knowledge
4.1 机械制造企业的生产过程 Machinery manufacturing
Machining process basic knowledge
4.3 生产纲领与生产类型 Production platform and
production type
15
4. 3.1 生产纲领
企业根据市场需求和自身的生产能力决定生产计划。在计 划期内，应当生产的产品产量和进度计划称为生产纲领。
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机械制造技术基础
第4章 机械加工工艺基本知识
Machining process basic knowledge 4.2 机械加工工艺要素基本组成 Basic composition factors of machining process
7
4. 2 机械加工工艺要素基本组成
工序——是指由一个或一组工人在同一台机床或同一个工 作地，对一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分机 械加工工艺过程。
机械加工表面质量的影响因素及改善措施
0.5
0
30
40
50 60 vc(m/s), vw(m/min) a）
0.8
0.04
0.02 0 细粒度砂轮(WA/GCW14KB)
0.6
0.4 0.2 0 0 0.01 0.02 0.03 0.04 ap(mm)
10
20
30 光磨次数
b）
光磨次数-Ra关系
磨削用量对表面粗糙度的影响
郭德伟
6
4.5.2 机械加工表面粗糙度
磨削裂纹
磨削表面残余拉应力达到材料 强度极限，在表层或表面层下产生 微裂纹。裂纹方向常与磨削方向垂 直或呈网状，常与烧伤同时出现。
磨削烧伤与磨削裂纹的控制
合理选择砂轮 合理选择磨削用量 改善冷却条件
图4-60 带空气挡板冷却喷嘴
郭德伟
14
机械制造技术基础
第4章 机械加工质量
Machining Quality
4.5 机械加工表面质量的影响因素及改善措施
Surface machining quality factors and improvement measures
郭德伟
1
4.5.1 切削加工表面的形成过程
0
hD
rn
hD
O
B
C
D
郭德伟
11
4.5.3 加工表面变质层
残余应力
郭德伟
12
4.5.3 加工表面变质层
残余应力(Gpa)
◆ 切削用量对残余应力的影响
0.20 0
vc =213m/min vc =86m/min vc =7.7m/min
v↑→残余应力↑（热应力 起主导作用，图4-57） f↑→ 残余应力 ↑ （图 4-58 ） 切削深度影响不显著
机械制造工艺学 第四节 机械加工表面质量
2）砂轮的粒度和砂轮的修整对表面粗糙度的影响
砂轮的粒度
磨粒间的距离
磨粒的大小
砂轮的粒度号越大， 磨粒和磨粒间离越小
砂轮的粒度号↑ ，参与磨削的磨粒↑ ，粗糙度↓ ；
修整砂轮时，纵向进给量对表面粗糙度的影响甚大； 纵向进给量↓ ，砂轮表面的等高性越好 ，粗糙度 ↓ ；
（2）金属表面层的塑性变形 在磨削过程中，由于磨粒大多具有很大的负前角，很不锋 利，所以大多数磨粒在磨削时只是对表面产生挤压作用而使表 面出现塑性变形，磨削时的高温更加剧了塑性变形，增大了表 面粗糙度值。
表面层的加工硬化对疲劳强度影响 适当的加工硬化能阻碍已有裂纹的继续扩大和新裂纹的产生，有助于 提高疲劳强度。但加工硬化程度过大，反而易产生裂纹，故加工硬化程度 应控制在一定范围内。
拉应力加剧疲劳裂纹的产生和扩展；
3．表面质量对零件耐腐蚀性的影响 表面粗糙 表面粗糙度值越大，越容易积聚腐蚀性物质； 度的影响 波谷越深，渗透与腐蚀作用越强烈。 零件的耐腐蚀性在很大程度上取决于表面粗糙度 表面残余应力对零件耐腐蚀性影响
（二）、表面层的残余应力 l、表面层残余应力及其产生的原因 表面层残余应力 外部载荷去除后，工件表面层及其与
基体材料的交界处仍残存的互相平衡的应力。
表面层残余应 力产生的原因
(1)冷态塑性变形引起的残余应力 (2)热态塑性变形引起的残余应力 (3)金相组织变化引起的残余应力
(1)冷态塑性变形引起的残余应力
其中： H——加工后表面层的显微硬度
H0——材料原有的显微硬度
(2)表面层金相组织变化
指的是加工中，由于切削热的作用引起表层金属金相组织 发生变化的现象。如磨削时常发生的磨削烧伤，大大降低表面 层的物理机械性能。 (3)表面层产生残余应力 指的是加工中，由于切削变形 和切削热的作用，工件表层及其基 体材料的交界处产生相互平衡的弹 性应力的现象。残余应力超过材料
机械加工表面质量PPT51页课件
5.2 加工表面质量对零件使用性能的影响
*
3. 表面纹理对耐磨性的影响
表面纹理的形状及刀纹方向对耐磨性的影响，纹理形状及刀纹方向影响有效接触面积与润滑液的存留。
4.表面层产生的金相组织变化对零件耐磨性的影响
金相组织的变化引起基体材料硬度的变化，进而影响零件的耐磨性。
5.2 加工表面质量对零件使用性能的影响
5.2 加工表面质量对零件使用性能的影响
*
2.表面层冷作硬化与残余应力对耐疲劳性的影响 适度的表面层冷作硬化能提高零件的疲劳强度； 残余应力有拉应力和压应力之分， 残余拉应力：易使已加工表面产生裂纹并使其扩展而降低疲劳强度。 残余压应力：能够部分地抵消工作载荷施加的拉应力，延缓疲劳裂纹的扩展，从而提高零件的疲劳强度。
5.4 影响加工表面层物理机械性能的因素
*
衡量表面层加工硬化程度的指标有下列三项： 1）表面层的显微硬度H； 2）硬化层深度h； 3）硬化程度N N=(H-H0)/H0×100％ 式中 H0——工件原表面层的显微硬度。
粗糙度越大，耐腐蚀性越差
压应力提高耐腐蚀性，拉应力反之则降低耐腐蚀性
总结:
*
机械加工中，表面粗糙度形成的原因大致可归纳为几何因素和物理力学因素两个方面。
（一）切削加工时表面粗糙度的影响因素
1. 几何因素
刀尖圆弧半径rε 主偏角kr、副偏角kr′ 进给量f
5.3 影响加工表面粗糙度的因素
（一）表面质量对零件耐磨性的影响
5.2 加工表面质量对零件使用性能的影响
零件磨损三个阶段：初期磨损阶段；正常磨损阶段；剧烈磨损阶段
零件耐磨性的影响因素： 摩擦副的材料；润滑条件；表面质量(接触面积)。
图5-1 磨损过程的基本规律
*
3. 表面纹理对耐磨性的影响
表面纹理的形状及刀纹方向对耐磨性的影响，纹理形状及刀纹方向影响有效接触面积与润滑液的存留。
4.表面层产生的金相组织变化对零件耐磨性的影响
金相组织的变化引起基体材料硬度的变化，进而影响零件的耐磨性。
5.2 加工表面质量对零件使用性能的影响
5.2 加工表面质量对零件使用性能的影响
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2.表面层冷作硬化与残余应力对耐疲劳性的影响 适度的表面层冷作硬化能提高零件的疲劳强度； 残余应力有拉应力和压应力之分， 残余拉应力：易使已加工表面产生裂纹并使其扩展而降低疲劳强度。 残余压应力：能够部分地抵消工作载荷施加的拉应力，延缓疲劳裂纹的扩展，从而提高零件的疲劳强度。
5.4 影响加工表面层物理机械性能的因素
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衡量表面层加工硬化程度的指标有下列三项： 1）表面层的显微硬度H； 2）硬化层深度h； 3）硬化程度N N=(H-H0)/H0×100％ 式中 H0——工件原表面层的显微硬度。
粗糙度越大，耐腐蚀性越差
压应力提高耐腐蚀性，拉应力反之则降低耐腐蚀性
总结:
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机械加工中，表面粗糙度形成的原因大致可归纳为几何因素和物理力学因素两个方面。
（一）切削加工时表面粗糙度的影响因素
1. 几何因素
刀尖圆弧半径rε 主偏角kr、副偏角kr′ 进给量f
5.3 影响加工表面粗糙度的因素
（一）表面质量对零件耐磨性的影响
5.2 加工表面质量对零件使用性能的影响
零件磨损三个阶段：初期磨损阶段；正常磨损阶段；剧烈磨损阶段
零件耐磨性的影响因素： 摩擦副的材料；润滑条件；表面质量(接触面积)。
图5-1 磨损过程的基本规律
机械制造技术基础-4机械加工质量-2019-05-14
RX X
显然：
RX RY
（4-2）
Ｏ
a）
Y
X ΔR
Ｏ
X
b）
Y
ΔR =ΔX
图4-5
误差敏感方向 10
ΔY
4.1.5 研究加工精度的获得方法
尺寸精度的获得方法 （1）试切法
试切+测量+调整 效率低，对操作者水平要求高 单件、小批生产或高精度零件加工 （2）调整法 试切好工件/标准样件+对刀装置（成批、大量生产） （3）尺寸刀具法 零件加工表面尺寸由刀具确定，孔（钻、扩、铰）；键 槽（键槽铣刀）；成形刀具（成型表面） （4）自动控制法 数控加工（尺寸测量装置+进给机构+控制装置加工过 程中的尺寸测量+刀具补偿调整）(试切法的自11动化)
图4-7 钻径向孔的夹具
17
4.2.4 刀具误差与调整误差
刀具的调整与微量进给精度
（图4-8 ） 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4-8 刀具的调整
18
4.2.5 机床几何误差
回转运动精度
主轴回转误差是指主轴实 际回转线对其理想回转轴线 的漂移。
结论：主轴径向跳动影
响加工表面的圆度误差
3
1
e
图4-9 径向跳动对车外圆精度影响
21
4.2.5 机床几何误差
★ 主轴轴向串动对加工精度的影响 被加工端面不平，与圆柱面不垂直； 加工螺纹时，产生螺距周期性误差。
★ 主轴角度摆动对加工精度的影响 与 主 轴 径 向 跳 动 影 响 类 似，不仅影响圆度误差， 而且影响圆柱度误差。
δ H
导轨垂直面内的直线度误 差,误差非敏感方向,影响小 α
机械加工质量分析与控制课件
质量评估方法的优势
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
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
机械制造工艺学第4章：机械加工精度
加工后零件的实际几何参数与理想零件的几何参数总有所不同，其 差值称为加工误差。
第二节 影响加工精度的因素及其分析
工艺系统中的误差是产生零件加工误差的根源，因此把工艺系统的 误差叫做原始误差。
一、加工原理误差 即是在加工中采用了近似的加工运动、近似的刀具轮廓和 近似的加工方法而产生的原始误差。
例如，在车床上车削模数蜗杆，传动关系如图，传动比i可用下式表示
YX
FY K 主轴箱
2
2
则刀具在X处相对于工件法向总位移为
Y机床 YX Y刀架
1 1 FY K刀架 K 主轴箱
1 l X l K 尾座
2 X l
故得机床的刚度
K 机床
FY Y机床
1 1 K刀架 1 K 主轴箱 1 X l X K 尾座 l l
⑶两导轨间有平行度误差 导轨发生扭曲，刀尖相对于工件在水平和垂直两方向上发生偏移，从 而影响加工精度。设垂直于纵向走刀的任意截面内前、后导轨的平行度误 差为δ ，则工件半径变化量Δ R近似等于刀尖的水平位移，即
H R Y B
机床导轨的几何精度还与 使用时的磨损及机床的安装状 况有关。
FY=λ CpapF0.75
毛坯上的最大误差为 坯 a p1 a p 2 ，工件上的最大误差为 工 Y1 Y2 工件在一次走刀后的加工误差为
工 Y1 Y2 FY max FY min K 系统 K 系统 C p a p1 f C p f
则，
0.75 0.75
加工刀具会使加工表面尺寸扩大。
一般刀具加工时，加工表面形状由机床运动精度保证，尺寸由调整决定，刀具的
第二节 影响加工精度的因素及其分析
工艺系统中的误差是产生零件加工误差的根源，因此把工艺系统的 误差叫做原始误差。
一、加工原理误差 即是在加工中采用了近似的加工运动、近似的刀具轮廓和 近似的加工方法而产生的原始误差。
例如，在车床上车削模数蜗杆，传动关系如图，传动比i可用下式表示
YX
FY K 主轴箱
2
2
则刀具在X处相对于工件法向总位移为
Y机床 YX Y刀架
1 1 FY K刀架 K 主轴箱
1 l X l K 尾座
2 X l
故得机床的刚度
K 机床
FY Y机床
1 1 K刀架 1 K 主轴箱 1 X l X K 尾座 l l
⑶两导轨间有平行度误差 导轨发生扭曲，刀尖相对于工件在水平和垂直两方向上发生偏移，从 而影响加工精度。设垂直于纵向走刀的任意截面内前、后导轨的平行度误 差为δ ，则工件半径变化量Δ R近似等于刀尖的水平位移，即
H R Y B
机床导轨的几何精度还与 使用时的磨损及机床的安装状 况有关。
FY=λ CpapF0.75
毛坯上的最大误差为 坯 a p1 a p 2 ，工件上的最大误差为 工 Y1 Y2 工件在一次走刀后的加工误差为
工 Y1 Y2 FY max FY min K 系统 K 系统 C p a p1 f C p f
则，
0.75 0.75
加工刀具会使加工表面尺寸扩大。
一般刀具加工时，加工表面形状由机床运动精度保证，尺寸由调整决定，刀具的
大连理工大学机械制造技术基础课件(机械加工精度)
主轴回转误差的基本形式
• 轴向窜动 • 纯径向跳动 • 纯角度摆动
实际上主轴回转误差是上述三种形式误差的合成。由于主轴实际
回转轴线在空间的位置是在不断变化的，由上述三种运动所产生的 位移（即误差）是一个瞬时值。
（2）主轴回转误差对加工精度的影响 车间所有机床，我们分为：
工件回转类
车床
误差敏感
方向不变
原始误差产生加工误差的根源，它包括：
工艺系统静误差 工艺系统几何误差
机床几何误差 刀具几何误差 夹具几何误差
原理误差
调整误差
•主轴回转误差 •导轨误差 •传动链误差
•一般刀具 •定尺寸刀具 •成形刀具 •展成法刀具
• 试切法 •调整法
测量误差
定位误差 工艺系统力变形
•外力作用点变化 •外力方向变化 •外力大小变化
导轨垂直面直线度
ΔR
d d/2 R
ΔZ
垂直平面
图4－10 导轨在垂直面内直线度误差
结论：
原始误差引起工件相对于刀具产生相对位移，若 产生在加工表面法向方向（误差敏感方向），对加工 精度有直接影响；产生在加工表面切向方向（误差非 敏感方向） ，可忽略不计。
对平面磨床，龙门刨床
及铣床等，导轨在垂直面内
•轴向窜动 •径向跳动 •角度摆动
机床几何误差
机床导轨误差
•水平面内直线度 •垂直面内直线度 •前后导轨的平行度
机床传动链误差
•内联传动链始末两 端传动元件间相对 运动误差
1、机床导轨误差
机床导轨是机床中确定某些主要部件相对位置的 基准，也是某些主要部件的运动基准。
机床导轨误差的基本形式
•水平面内的直线度 •垂直面内的直线度 •前后导轨的平行度
机械制造工艺学4
样件法CAPP系统 创成法CAPP系统 管理型CAPP系统
计算机辅助工艺规程设计
CAPP的概念 -----计算机辅助工艺规程设计
样件发----计算机的作用重点在辅助 创成发----计算机的作用重点在设计 管理型----计算机的作用重点在数据库管理
机械加工质量分析与控制
-----是机械制造工艺的核心内容 -----是机械制造工艺的难点
工序1：洗削上、下平面B、 C.
工序2：钻、扩、铰 φ30H7孔。
工序3：钻、铰φ8H8孔 （图3-19b),(以平面、 φ30H7孔及毛坯外圆定 位）。
工序4：钻、攻螺孔M8 （图3.19c),(以平面、 φ30H7孔及面定位）
尺寸链计算例题4
分析:
1、拉孔得到尺寸 φ39.6+0.1
加工孔时，钻头不要与零件上的其他部位 相碰
加工孔时，钻头不要与零件上的其他部位 相碰
因有斜面角度的影响，A 、B尺寸难以同 时调节到位。
孔的大小：从内到外，直径从小到大，便 于刀具的进入和退出。
加工面处，刚度太差，在切削力的作用下，零件 会变形，难以保证精度。
增加筋、提高刚度 在零件下方增加工艺面提 高加工时的刚度。
加工精度和表面质量
加工精度
表现----形状、尺寸、表面相互位置 产生原因----刀具与工件的相对位置有偏差
表面质量
表现----表面粗糙度、表面波纹、表层物理力学性能的 变化
产生原因---工艺系统的振动、切削时晶相组织的变化、 残余应力等
加工精度的获得方法
尺寸精度的获得
工艺系统的静误差
主轴回转精度 A)、主轴径向跳动
--- 影响形状误 差（圆度、圆 柱度、同轴度） （形状误差有哪 些？）
计算机辅助工艺规程设计
CAPP的概念 -----计算机辅助工艺规程设计
样件发----计算机的作用重点在辅助 创成发----计算机的作用重点在设计 管理型----计算机的作用重点在数据库管理
机械加工质量分析与控制
-----是机械制造工艺的核心内容 -----是机械制造工艺的难点
工序1：洗削上、下平面B、 C.
工序2：钻、扩、铰 φ30H7孔。
工序3：钻、铰φ8H8孔 （图3-19b),(以平面、 φ30H7孔及毛坯外圆定 位）。
工序4：钻、攻螺孔M8 （图3.19c),(以平面、 φ30H7孔及面定位）
尺寸链计算例题4
分析:
1、拉孔得到尺寸 φ39.6+0.1
加工孔时，钻头不要与零件上的其他部位 相碰
加工孔时，钻头不要与零件上的其他部位 相碰
因有斜面角度的影响，A 、B尺寸难以同 时调节到位。
孔的大小：从内到外，直径从小到大，便 于刀具的进入和退出。
加工面处，刚度太差，在切削力的作用下，零件 会变形，难以保证精度。
增加筋、提高刚度 在零件下方增加工艺面提 高加工时的刚度。
加工精度和表面质量
加工精度
表现----形状、尺寸、表面相互位置 产生原因----刀具与工件的相对位置有偏差
表面质量
表现----表面粗糙度、表面波纹、表层物理力学性能的 变化
产生原因---工艺系统的振动、切削时晶相组织的变化、 残余应力等
加工精度的获得方法
尺寸精度的获得
工艺系统的静误差
主轴回转精度 A)、主轴径向跳动
--- 影响形状误 差（圆度、圆 柱度、同轴度） （形状误差有哪 些？）
机械加工精度和表面质量
精度，有时也会引起形状误差。
• 磨削6级精度旳丝杠螺纹，丝杠长度L=3m，热膨 胀系数 1210，6 每磨一次温度升高3℃，则被磨 丝杠将伸长：
L (12106 3000 3)mm 0.108mm
6级丝杠旳螺距累积误差在全长上不允许超0.02mm
（3）刀具旳热变形对加工精度旳影响 • 高速钢刀具车削时刃部旳温度可高达700～800℃，
刀具旳热伸长量可达0.03～0.05mm。其影响不可忽 视。 （4）减小工艺系统热变形旳措施 ① 降低发烧量；
② 热补偿措施减小热变形；
③ 采用合理旳机床部件构造降低热变形旳影响；
④ 保持工艺系统旳热平衡，加工前使机床高速运转；
⑤ 控制环境温度。
• 精密机床一般安装在恒温车间，恒温室平均温度一般为20℃， 其恒温精度一般控制在±1℃，精密级为±0.5℃。
尺寸分散范围中心与公差带中心不重叠，表白存 在常值系统误差27.9979-27.9925=0.054mm。 （3）将镗刀伸出量缩短0.054/2(mm)，使尺寸分散范 围中心与公差带中心重叠，可处理废品问题。
活塞销孔直径尺寸实际分布曲线
2.正态分布曲线
当一批工件总数极多，加工中旳误差是由许多相 互独立旳随机原因引起旳，而且这些误差原因中 又都没有任何优势旳倾向时，则其分布是服从正 态分布旳。
③ 受力方向变化引起工件形状误差
如惯性力
毛坯形状误差旳复映 惯性力引起旳加工误差
④ 其他力引起旳加工误差 夹紧力引起旳加工误差 装夹过程中，因为刚度较低或着力点不当，会引 起工件变形，造成加工误差。
重力引起旳加工误差 零部件旳自重也会引起变形。 例如，龙门刨床、龙门铣床刀架导轨横梁旳变形， 铣镗床镗杆伸长而下垂变形等，都会造成工件旳加 工误差。
• 磨削6级精度旳丝杠螺纹，丝杠长度L=3m，热膨 胀系数 1210，6 每磨一次温度升高3℃，则被磨 丝杠将伸长：
L (12106 3000 3)mm 0.108mm
6级丝杠旳螺距累积误差在全长上不允许超0.02mm
（3）刀具旳热变形对加工精度旳影响 • 高速钢刀具车削时刃部旳温度可高达700～800℃，
刀具旳热伸长量可达0.03～0.05mm。其影响不可忽 视。 （4）减小工艺系统热变形旳措施 ① 降低发烧量；
② 热补偿措施减小热变形；
③ 采用合理旳机床部件构造降低热变形旳影响；
④ 保持工艺系统旳热平衡，加工前使机床高速运转；
⑤ 控制环境温度。
• 精密机床一般安装在恒温车间，恒温室平均温度一般为20℃， 其恒温精度一般控制在±1℃，精密级为±0.5℃。
尺寸分散范围中心与公差带中心不重叠，表白存 在常值系统误差27.9979-27.9925=0.054mm。 （3）将镗刀伸出量缩短0.054/2(mm)，使尺寸分散范 围中心与公差带中心重叠，可处理废品问题。
活塞销孔直径尺寸实际分布曲线
2.正态分布曲线
当一批工件总数极多，加工中旳误差是由许多相 互独立旳随机原因引起旳，而且这些误差原因中 又都没有任何优势旳倾向时，则其分布是服从正 态分布旳。
③ 受力方向变化引起工件形状误差
如惯性力
毛坯形状误差旳复映 惯性力引起旳加工误差
④ 其他力引起旳加工误差 夹紧力引起旳加工误差 装夹过程中，因为刚度较低或着力点不当，会引 起工件变形，造成加工误差。
重力引起旳加工误差 零部件旳自重也会引起变形。 例如，龙门刨床、龙门铣床刀架导轨横梁旳变形， 铣镗床镗杆伸长而下垂变形等，都会造成工件旳加 工误差。