Chapter V. Quality of machining of workpieces

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1、第五章，工件的机械加工质量，本章要点，有机械加工质量的基本概念，还有影响machining accuracy的因素，以及影响表面质量的因素。第一节，机械加工质量的基本概念，第五章工件的机械加工质量，一，机械加工质量的概念，工件的机械加工质量涵盖两个方面，即加工精度以及表面质量。机械加工精度及加工误差，工件加工后各表面的实际几何参数，尺寸，形状，及相互位置，与理想值的符合程度称作加工精度之时，与理想值的偏离程度就叫做加工误差。加工精度和加工误差是从相反的两个方面去描述工件的几何参数的，加工精度高的话，那么加工误差就小，反之，加工误差大，那么加工精度就低。加工精度及加工误差的内容包含尺寸精度，或者误差，形状精度，或者误差，位置精度，或者误差。机械加工表面质量表面。

2、几何学特征，是说表面微观几何形状，涵盖表面粗糙度及波度。表面层材质的变化，是指于表面层出现的、与基体材料组织不一样的变质情况，包含冷作硬化、金相组织变化、残余应力。第五章工件的机械加工质量4二，获得加工精度的方法及经济加工精度，获得尺寸精度的方法，试切法，刀具相对工件的位置，是经由试切、测量、调整、再试切反复开展而得以确定的，该方法的特点为生产力低，精度取决于工人的水平，所以，适用于单件小批量生产。调整法，工件加工前预先调整好刀具与工件在机床上的相对位置，且在加工过程中维持该位置恒定不变，该方法的特点是生产力高，尺寸稳定性良好，适用于大批量生产。第五章工件的机械加工质量5，定尺寸刀具法，借助刀具的尺寸来确保工件尺寸。

3、 例如孔加工，槽加工等等，其特性是工件尺寸精度系于刀具尺寸精度，自动控制法，借助测量装置，进给装置以及控制系统，让工件于加工进程中自行测量，进给，补偿，进而达成所求的尺寸，该方式的特性是加工精度高，生产力高，适宜用于自动化机床上加工，获取形状精度的方法轨迹法，凭借切削运动刀具刀尖的运动轨迹来塑造工件被加工表面形状，成形法，运用成形刀具切削刃的几何形状切削出工件的形状，第五章工件的机械加工质量，6展成法，利用刀具和工件作展成运动之际，切削刃在被加工表面上形成的包络面构成工件加工表面，相切法，利用旋转刀具，比如铣刀，切削时，切削刃运动轨迹的包络线形成工件被加工表面，第五章工件的机械加工质量，7获得位置。

4、在工件加工时，获得位置精度的方法，主要取决于工件的装夹方法，这主要有找正装夹法和专用夹具装夹法。而经济精度及经济表面粗糙度是指，某种加工方法在正常生产条件下，采用符合质量标准的设备、工艺装备以及标准技术等级工人，且不延长加工时间时，所能达到的加工精度，其中也涵盖经济表面粗糙度，这个可参阅有关手册。其不应被理解为某个确定值，而应理解为一个精度范围。各种经济加工精度并非一成不变，它会随着加工技术水平的提高而提高。有关手册、文献所查阅的精度和表面粗糙度指的是经济精度和经济表面粗糙度。第五章工件的机械加工质量8一、影响加工精度的原始误差及分类，机械加工工艺系统，在机械加工过程中，由机床、工件、夹具和刀具所组成的封闭系统称。

5、为机械加工工艺系统，第五章是工件的机械加工质量，第二节讲的是影响加工精度的因素，其中9提到工艺系统原始误差，引起加工误差的根本原因是工艺系统存在着误差，把工艺系统的误差称作原始误差，这包括原始误差构成以及原始误差的分类，第五章工件的机械加工质量里10，二是加工原理误差，加工原理误差是指因采用了近似的成型运动或近似的刀刃轮廓进行加工而导致产生的误差，比如在数控铣床上用球头刀铣削复杂形面零件，见图，式中R为球头刀半径，h是允许的残留高度，用阿基米德蜗杆滚刀滚切渐开线齿轮，用公制丝杆车蜗杆或英制螺纹，因采用了近似的成型运动或近似的刀刃轮廓，常常能够简化机床结构或刀具形状，或者可提高生产率，有时还能得到较高加工精度，所以在生产中被广泛采用。

6、用，其前提是原理误差不超过规定精度要求，此规定精度有着特定标准。通常原理误差不超过10、15以及工件公差，这是在第五章工件的机械加工质量下的情况。其中11、三涉及机床几何误差及其对加工精度的影响，机床几何误差呈现为机床导轨误差、主轴回转误差等，其产生原因是机床本身的制造错误、安装失误及磨损，这同样是基于第五章工件的机械加工质量。机床导轨误差方面，车床导轨在水平面内存在直线度误差x，车床导轨在垂直面内存在直线度误差y，这也属于第五章工件的机械加工质量范畴。刀尖相对于工件回转轴线在加工表面的切线方向，也就是加工误差非敏感方向，产生了位移，该位移量等同于导轨的直线度误差，并且刀尖在水平面内的运动轨迹并非一条直线，进而造成工件的轴向形状误差、圆柱度误差。另外，车床前后导轨扭曲n，这还是第五章工的相关内容。

7、第五章工件的机械加工质量，工作台在运动时会产生摆动，刀尖运动轨迹是一条空间曲线，进而产生加工误差，比如圆柱度误差，像车床HB23n对此影响很大，车床纵向导轨与主轴在水平面内存在平行度误差而使工件产生圆柱度误差，若车床导轨与主轴平行度误差为Hx、L、tan，那么工件直径误差d为2Hx、2L、tan，车床纵向导轨与主轴在垂直面内有平行度误差会出现鞍形，轴剖面内为双曲线，例如车床导轨与主轴平行度误差为Hy、L、tan，就会有工件直径差，车床横向导轨与主轴轴线有垂直度误差，横向导轨与主轴夹角为n f，会导致平面。

8、度误差 d，2 倍的 tan17，机床主轴回转误差，包含着纯轴向窜动、纯径向移动以及纯角度摆动，第五章阐述工件的机械加工质量，18，四，刀具制造误差与磨损，定尺寸刀具，像钻头、绞刀、键槽铣刀、浮动镗刀块、拉刀等，其尺寸、形状误差及磨损，会直接对工件的尺寸精度和形状精度产生影响，成形刀具和展成刀具的形状误差及磨损，会直接涉及工件的形状精度，普通刀具，例如普通车刀、刨刀、面铣刀、单刃镗刀等，它们的制造误差与加工精度不存在直接关联，然而其磨损却对工件的尺寸和形状精度有着极大影响，第五章工件的机械加工质量，车刀后刀面磨损对加工尺寸的影响，刀具磨损的具体过程，19，第五章工件的机械加工质量，五，夹具制造误差与磨损，定位误差，刀具导向，对刀误差，夹紧误差，夹具安。

9、装误差1，通常要求定位误差不大于工件相应工序尺寸公差的1/3，2，对刀误差和夹具安装误差之和不大于工件相应工序尺寸公差的1/3，20，六，工艺系统受力、受热变形引起的误差，第五章工件的机械加工质量，工艺系统刚度，工艺系统受力变形引起加工误差，定义，工艺系统刚度是指工艺系统在切削力Ff、Fp、Fc的综合作用下，加工表面法向方向上的切削分力Fp与刀具在此该方向上的相对位移y的比值，即，式中Js工艺系统刚度，Fp吃刀抗力、切削力法向分力，y工艺系统位移、切削合力作用下的位移，21，式中Js工艺系统刚度，Jjc机床刚度，Jjj夹具刚度，Jdj刀架刚度，Jg工件刚度，工艺系统受力变形等。

10、针对工艺系统各组成部分受力变形的迭加这一情况，由此能够导出工艺系统刚度与工艺系统各组成部分刚度之间的关系相关计算公式，这就是工艺系统刚度计算说明。对于工件、刀架形状简单的时候，其刚度能够动用材料力学公式来计算，而对于机床部件、夹具等，其刚度大多采用实验方法去确定。在上式进行计算时能够适当地部分简化，把变形小的部分忽略掉。第五章工件的机械加工质量中的22，机床各部件的刚度能够借助试验来定出，依据工件加工条件能够计算出机床的刚度。以车床车削短粗光轴时来讲，机床的刚度以及其对加工精度的影响，在第五章工件的机械加工质量里有结论。其一，机床的刚度并非是一个固定的值，而是车刀位置的函数，所以，因为工艺系统弹性变形的影响，工件沿轴向的直径不会是一致的。其二，能够分别求出各特殊位置机床的。

11、刚度，如式3、5、3、6、3、7和3、8，其中，一般以刀具位于工件中点处的刚度代表机床的刚度，即，23，工件的刚度及其对加工精度的影响，在有的加工条件下，相比工艺系统其它组成部分而言，工件的变形是主要的，此时工件的刚度是影响工件加工精度的主要原因，工件具体的变形情况与其装夹方式有关，工件在车床上用两顶尖装夹，工件在车床上用卡盘装夹，第五章工件的机械加工质量，两顶尖装夹，卡盘装夹，24，薄壁工件在卡盘上装夹，薄板工件在工作台上用电磁力装夹，第五章工件的机械加工质量，薄壁工件磨削，25，刀具刚度及其对加工精度的影响，在卧式镗床上镗孔时，刀具的刚度对工件加工精度的影响是主要因素，刀具的刚度包括主轴刚度和刀。

12、镗床主轴的杆刚度，在各个方向是不一样的，当主轴的悬伸长度越大的时候，那么刚度就越低，并且不同方向的刚度差值越小，因为镗孔的时候切削方向是会变化的，所以会产生圆度误差，镗孔方式存在两种，一种是工作台不动，镗杆进行进给，这样除了孔横截面不圆之外，轴向截面直径也不一致，另一种是工作台进给，镗杆悬伸长度保持不变，孔横向截面不圆，不过轴向截面的直径是一致的，第五章讲的是工件的机械加工质量，不同的镗孔方式，26 是误差复映规律，第五章工件的机械加工质量，是以椭圆截面车削作为例子来进行说明的，27 误差复映程度能够用误差复映系数来表示，误差复映系数跟系统刚度成反比，从前面的公式能够得出，在机械加工里，误差复映系数通常是小于 1 的，可以通过多次走刀，来消除误差复映的影响，由以上分析能够知道，工件毛坯存在形状误。

13、成批生产里用调整法加工一批工件时，若毛坯直径大小不一样，或者硬度不均匀，当存在差或相互位置误差时，加工后就会有同类加工误差出现，同样会有类似情况发生。第五章工件的机械加工质量，28提高工艺系统刚度的主要措施有，提高机床和夹具的刚度，合理设计零部件结构和截面形状，尽量减少部件组成的零件数量，以此减少总的接触变形，装配时采用预紧措施，第五章工件的机械加工质量，封闭整体箱形结构。29提高工件加工时的刚度，第五章工件的机械加工质量，专用卡爪，开口过渡环，采用专用卡爪或开口过渡环，能使夹紧力均匀，减小夹紧变形。30提高刀具加工时的刚度，第五章工件的机械加工质量，孔加工刀具，钻头，铰刀，镗刀，在使用中，通过增设附加支承。

14、 钻套、镗套，用以提高刀具刚度，31. 工艺系统存在热变形，以及其对加工精度所产生的影响，工艺系统有热源，第五章讲述工件的机械加工质量，机床热变形会引发加工误差，其特点为体积巨大，热容量极大，温升并不高，达到热平衡所需时间漫长，结构繁杂，温度场和变形不均匀，对加工精度影响颇为显著，机床热变形相关举例，32. 第五章关于工件的机械加工质量，a. 车床受热之后的变形形态，b. 温升与变形曲线，a. 铣床受热呈现的变形形态，c. 导轨磨床受热后的变形形态，33. 圆柱类工件出现热变形，工件遭受到均匀受热，5 级丝杠累积误差在全长 5m 范畴，由此可见热变形的严重程度，以此处 L、D 分别代表长度和直径以及热变形量，L、D 乃是工件原先的长度与直径，工件材料线膨胀系数为 t，当有温升时，针对长度、直径，举例而言，要是有长 400mm 的丝杠，在加工过程中存在温升。

15、升 1，其热伸长量是由工件热变形引发的加工误差，列于第五章工件的机械加工质量中，34 式表明此情况。其中 X 为变形挠度，L、S 分别是工件原有长度和厚度，工件材料线膨胀系数为特定值，t 是温升。对于板类工件单面加工时的热变形，因工件不均匀受热，此值已大于精密导轨平面度要求。其结果是，加工时上表面升温过程里，工件向上拱起，磨削时把中凸部分磨平，冷却后工件下凹。例如，高 600mm 长的床身，若上表面温升为 3，那么变形量为第五章工件的机械加工质量 35 所提及情况。刀具热变形对加工精度有影响，刀具体积小、热容量小导致达到热平衡时间较短，为 10 至 20min，温升高致使变形不容忽视，可达 0.03 至 0.05mm 的刀具热变形特点，还有变形曲线，式中注明热伸长量 max 是达到热平衡热伸。

16、长量，以及切削时间 c，还有时间常数，热伸长量是热平衡热伸长量约 63 所对应的时间，常选取 3 4 分钟，第五章是工件的机械加工质量，36 里提到减小和控制工艺系统热变形的主要途径，其一为从工艺方面合理安排工艺过程，如粗与精加工分开，加工前机床空转，以保持工艺系统的热平衡，控制环境温度，精密加工要在恒温室开展，还要施加切削液；其二是从机床结构方面采用热对称结构，并合理选择装配基准，第五章工件的机械加工质量中提到加工中心热对称结构立柱，37 为项目；其三是采取热补偿措施，第五章工件的机械加工质量为 38，工件内应力引起的误差概念里，工件内应力是工件外部加载荷去除后依旧残留在工件内部的应力，此被称作内应力，内应力产生的原因有毛坯制造和热处理所产生的残余应力，以及冷校直带来的。

17、残余应力，是切削加工带来的那种残余应力，内应力有着自身特点，内应力是因为材料内部宏观或者微观的组织发生了不均匀的体积变化才造成的，内应力常常处于一种不稳定的平衡状态，在外部因素作用之下，内应力会重新分配，工件会变形，进而破坏原有的加工精度，第五章讲的是工件的机械加工质量39，第五章工件的机械加工质量，举例来说，有铸件残余应力形成过程，还有减小残余应力的措施，要合理设计零件结构，要合理安排工艺过程，粗、精加工分开，设立消除内应力专门工序40，七是 总加工误差合成，系统误差，在顺序加工一批工件当中，其大小以及方向都不改变，或按一定规律变化的加工误差，1是常值系统误差，其大小和方向在一批次加工里均不改变，比如加工原理误差，机床、夹具、刀具的制造误差，工艺。

18、系统，在均匀切削力作用下会出现受力变形，有调整误差，有 2 变值系统误差，误差大小和方向按一定规律变化，比方说机床、夹具、刀具在热平衡前的热变形，刀具磨损等因素所引起的加工误差，还有加工误差统计分类，第五章讲述工件的机械加工质量，存在随机误差，在顺序加工一批工件当中，其大小和方向不规律变化的加工误差，要注意，随机误差从单个工件来看其变化无规律，不过从整批工件看来符合统计规律，也就是正态分布，41，第五章工件的机械加工质量，加工误差有统计分析方法叫分布曲线法，会将数理统计里分析随机误差的正态分布曲线法用于机械加工误差的分析，1，该方法是通过测量一批加工后的零件的实际尺寸，作出尺寸分布曲线，一般情形中，实际分布曲线符合正态分布，接着根据实际分布曲。

19、线相对尺寸公差带的位置，形状，开展对加工误差性质，大小的分析与计算，2 对于正态分布曲线，存在两个特征参数，分别是所测尺寸的算术平均值，以及随机变量的均方根偏差，42 第五章工件的机械加工质量，a 0 5 1 2 b 对正态分布曲线产生影响，其中算术平均值决定曲线位置，标准差决定曲线形状，结论，43 第五章工件的机械加工质量，运用分布曲线法进行统计误差分析，44 第五章工件的机械加工质量，曲线分布在特定范围内的面积，也就是概率，为1，而分布在 z x 范围内的面积，即概率 A，可通过查表 3 1 得出，45 在一批零件的加工进程中，逐个测量每个零件的加工尺寸，并且按顺序记录到以零件号为横坐标，零件尺寸为纵坐标的数据图表中，第五章工件的机械加工质。

20、量分析，上图是在车床上运用调整法加工一批零件轴颈所得到的点图，因加工时刀具磨损颇为显著，致使工件直径尺寸增大，呈现近似平顶分布，常值系统误差是s，变值系统误差的变化斜率为tan，随机误差的分布范围为6，采用点图法，依据实测尺寸，绘制点图来开展分析，46加工误差合成，第五章工件的机械加工质量，解，1作尺寸实际分布图以及尺寸公差带图，47查表3 1，有A 0 9542，A 2 0 9542，2 0 4771，不合格品率Q 0 5，0 4771，2 29，合格品率P 1，2 29，97 71，3计算合格品率以及废品率，第五章工件的机械加工质量，2分析误差性质并计算误差大小，4改进措施，提高工序。

21、能力，像改换高精度机床，重新去调整机床，要让公差带中心跟分布中心尽可能地接近，48。第五章工件的机械加工质量，第三节影响表面质量的因素，一影响表面粗糙度的因素，刀具结构参数的影响，Influencing factors有刀尖圆弧半径r，主偏角r，副偏角r，进给量f，49。第五章工件的机械加工质量，结论是f减小，r、r减小，r增大，这样表面粗糙度值减小，物理因素积屑瘤、鳞刺的影响，工件材料因素，积屑瘤的成形跟工件材料的塑性以及强度、硬度相关，工件材料塑性大，就容易形成积屑瘤，工件材料强度、硬度大，积屑瘤高度降低，不过当v为2、33m/s时，各种材料的强度、硬度的影响差别不大，所以，加工低碳钢时，可先开展正火或回火处理，以此来降低材。

22、料塑性50，第五章涉及工件的机械加工质量，切削速度对其有影响，积屑瘤的成长与切削速度关联较大，一般而言，在低速以及高速切削的时候，不容易形成积屑瘤，然而在中速，也就是v为10至50m/min这个范围内，容易产生积屑瘤以及鳞刺，此时表面粗糙度是最差的。51，第五章关于工件的机械加工质量，工艺系统振动有着影响，，工艺系统振动会让刀具相对工件产生周期性的位移，在加工表面上形成类似波纹的痕迹，减小或者消除工艺系统振动是降低表面粗糙度的有效举措，振动有着强迫振动与自激振动这两种种类，减小或者消除振动的措施有提高工艺系统的刚度，增大系统阻尼，正确选定刀具和切削用量，采用消振装置，使用阻尼材料，在零件上添加阻尼材料，装在车床尾座上的摩擦式减振器。52，表面强化，加工硬化，概念是经。

23、对经过切削加工的表面而言，其硬度常常会比基体硬度高出一至两倍，硬化层深度能够达到几十微米直至几百微米，这种并非经由热处理而致使的表面硬化现象，被称作加工硬化，影响表面强化的相关因素，主要是切削过程中金属所发生的塑性变形的后果，塑性变形越大，那么表面强化的程度就越厉害，另一方面，因为切削热的存在，又会引发表面弱化，一般在温度不高的情形下，表面强化占据主导地位，第五章涉及到工件的机械加工质量，其二是影响表面强化和表面残余应力的因素，53阐述残余应力概念，切削加工完毕后，表面层体积出现变化，致使表层产生膨胀或者收缩，但受到基体的阻碍，进而在表面存在残余应力，影响工件表面残余应力的主要因素，是工件材料塑性变形、切削热等因素所引发的工件表面体积变化状况。

24、应力形式，工件表面残余应力存在拉应力和压应力这两种形式，当表面存有残余拉应力时，其疲劳强度会显著下降，应当尽可能避免出现拉应力，而表面残余压应力利于零件疲劳强度的提升，第五章工件的机械加工质量，第四节表面质量对机器零件使用性能的影响，对耐磨性的影响，表面粗糙度值与耐磨性有关联然而存在限度， 54表面粗糙度值与耐疲劳性相关，表面压应力能够提高耐疲劳性，适当硬化也可提高耐疲劳性，表面粗糙度值与耐蚀性有关，表面压应力有利于提高耐蚀性，表面粗糙度值与配合质量良好，对耐疲劳性有影响，对耐蚀性有影响，对配合质量有影响，纹理形式与方向，圆弧状、凹坑状较好，适当硬化可提高耐磨性，结论是降低表面粗糙度值能够改善零件的使用性能，第五章工件的机械加工。

25、在车床上，针对质量55课堂练习p67的短套工件内孔进行半精镗加工，加工前内孔圆度误差是0.4mm，加工后要求圆度误差达到0.01mm，已知车床主轴刚度用Js表示，刀架刚度J架为3000N/mm，尾座刚度J尾用Js表示，CFC为2500，试分析计算在只考虑机床刚度影响时，一次经给圆度精度能否达到图样要求，若达不到要求，可常用何种工艺措施，第五章工件的机械加工质量，解，1求工艺系统的刚度Js，因此时只考虑机床刚，所以机床刚就等于工艺系统刚，即Jjc等于Js，在车床上加工时，机床的刚会随刀具位置变化而变化，但一般取刀具位于工件中点处的刚代表，即教材中的式3.5，56，第五章工件的机械加工质量，2求误差复映系数，3求工件误差w，结论，一次进给不能满足要求，可通过减小进给量f，从而减小误差复映系数，根据式3.14，有。