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第四章机械加工质量分析与控制优质、高产、低消耗是企业发展的必由之路。优质就是高的产品质量。高产就是生产效率高。低消耗就是成本低。产品的质量与零件的加工质量、产品的装配质量密切相关，而零件的加工质量是保证产品质量的基础。它包括零件的加工精度和表

面质量两方面。零件的加工精度包括尺寸精度、形状精度和相互位置精度。第一节机械加工精度概述一、加工精度与加工误差理想几何参数➢表面——绝对平面、圆柱面等；➢位置——绝对平行、垂直、同轴等；➢尺寸——位于公差

带中心。1.加工精度2.加工误差二、尺寸、形状和位置精度间的关系三、获得加工精度的方法1.获得尺寸精度的方法试切法定尺寸刀具法调整法自动控制法2.获得形状精度的方法刀尖轨迹法成形刀具法展成法3.获得位置

精度的方法直接找正划线找正夹具定位四、原始误差原始误差的种类•工艺系统的几何误差•工艺系统受力变形引起的误差•工艺系统热变形引起的误差•工件的残余应力引起的误差•伺服进给系统位移误差等原始误差产生加工误差的根源

，它包括：工艺系统静误差•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•外力作用点变化•外力方向变化•外力大小变化机床几何误差工艺系统几何误差原理误差调整误差测量误差定位误差工艺系统动误差工艺系统力变

形工艺系统热变形工艺系统内应力变形刀具几何误差夹具几何误差•机床热变形•工件热变形•刀具热变形四、研究机械加工精度的方法分析计算法统计分析法是在掌握各种原始误差对加工精度影响规律的基础上，分析工件加工中所出现的误差可能是哪一种或哪几种主要原始误差所引起的，并找出原始误差与加工误

差之间的影响关系，通过估算来确定工件加工误差的大小，再通过试验测试来加以验证。是对具体加工条件下得到的几何参数进行实际测量，然后运用数理统计学方法对这些测试数据进行分析处理，找出工件加工误差的规律和性质，进而控制加工质量。•加工精度•尺寸

精度•形状精度•位置精度•加工误差•与理想零件的偏离•加工精度的另一描述•工艺系统•机床•刀具•夹具•工件•原始误差•工艺系统的误差•产生加工误差的根源•包括工艺系统静误差、动误差•研究加工精度方法•分析计算法

•统计分析法第二节工艺系统的几何误差一、原理误差例如滚齿用的齿轮滚刀，就有两种误差，一是为了制造方便，采用阿基米德蜗杆代替渐开线基本蜗杆而产生的刀刃齿廓近似造形误差；二是由于滚刀切削刃数有限，切削是不连续的，因而滚切出的齿轮齿形不是光滑的渐开线，而是折线。成形车刀、成形铣刀也采用了近似

的刀具轮廓。采用近似的成形运动和刀具刃形，不但可以简化机床或刀具的结构，而且能提高生产效率和加工的经济效益。二、机床几何误差机床几何误差的来源▪机床制造▪磨损▪安装机床几何误差的组成①主轴回转误差②导轨误差③传动链误差机床的几何误差

组成机床几何误差机床传动链误差机床主轴回转误差机床导轨误差•轴向窜动•径向跳动•角度摆动•水平面内直线度•垂直面内直线度•前后导轨的平行度•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（扭曲）现以卧式车床为例，说明导轨误差是怎样影响工件的加工精度的。（1）导轨在水平面内直线度误差的影响当导轨在水平面内的直线度误差为△y时,引起工件在半径方向的误差为（图4－9）：△R=△yΔYΔYoDΔR水平面导轨水平面内直线度图4

－9导轨在水平面内直线度误差（2）导轨在垂直面内直线度误差的影响设：△Z=△Y=0.01mm，R=50mm，则由于法向原始误差而产生的加工误差△R=△Y=0.01mm,由于切向原始误差产生的加工误差△R≈△Z2/d=0.000001mm此值完全可以忽略不计。由

于△Z2数值很小，因此该误差对工件的尺寸精度和形状精度影响甚小。垂直平面导轨垂直面直线度ΔZdΔRΔZ图4－10导轨在垂直面内直线度误差Rd/2对平面磨床，龙门刨床及铣床等，导轨在垂直面内的直线度误差会引起工件相对于砂轮（刀具）产生法向位移，其误差将直接

反映到被加工工件上，造成形状误差（图7-11）。结论：图龙门刨床导轨垂直面内直线度误差1－刨刀2－工件3－工作台4－床身导轨（3）前后导轨平行度误差的影响床身前后导轨有平行度误差（扭曲）时，会使车床溜板在沿床身移动时发生偏斜，从而使刀尖相对工件产生偏移，使工件产生形状误差

（鼓形、鞍形、锥度）。从图4-11可知，车床前后导轨扭曲的最终结果反映在工件上，于是产生了加工误差△y。从几何关系中可得出：△y≈H△/B一般车床H≈2B/3，外圆磨床H≈B，因此该项原始误差△对加工精度的影响很大。图4－11车床导轨扭曲对工

件形状精度影响2、机床主轴回转误差（1）机床主轴回转误差的概念主轴回转误差的基本形式•轴向窜动•纯径向跳动•纯角度摆动下面以在镗床上镗孔、车床上车外圆为例来说明主轴回转误差对加工精度的影响。车间所有机床，我们分为：工件回转类刀具回转类误差敏感方向不变镗床车床加工时误差敏感方向和切削力方向随主轴回转

而不断变化（2）主轴回转误差对加工精度的影响①主轴的纯径向跳动对车削和镗削加工精度的影响镗削加工：镗刀回转，工件不转假设由于主轴的纯径向跳动而使轴线在y坐标方向作简谐运动（图4-4），其频率与主轴转速相同，简谐幅值为A；则:Y=Acosφ（φ＝ω

t）且主轴中心偏移最大（等于A）时，镗刀尖正好通过水平位置1处。当镗刀转过一个φ角时（位置1’），刀尖轨迹的水平分量和垂直分量分别计算得：y=Acosφ+Rcosφ=(A+R)cosφZ=Rsinφ将上两式平方相加得:y2/(A+R)2+Z2/R2=1表明此时镗出的孔为椭圆形。A

ARφOm11，AcosφO234ORsinφ(A+R）cosφ图4－4镗孔时纯径向跳动对加工精度的影响车床加工：工件回转，刀具移动假设主轴轴线沿y轴作简谐运动（图4-5），在工件的1处（主轴中心偏移最大之处）切出的半径比在工件的2、4处切出的半径小一个幅值A；在工件的3处切出的半径比在工件的2

、4处切出的半径大一个幅值A。这样，上述四点工件的直径都相等，其它各点直径误差也很小，所以车削出的工件表面接近于一个真圆。Y2+Z2=R2+A2Sin2φ由此可见，主轴的纯径向跳动对车削加工工件的圆度

影响很小。图4－5车削时纯径向跳动对加工精度的影响②轴向窜动对车、镗削加工精度的影响图4－6主轴轴向窜动对端面加工精度的影响③角度摆动对车、镗削加工精度的影响主轴纯角度摆动对加工精度的影响，取决于不同的加工内容。图4－7主轴纯角度摆动对镗孔精度的影响（3）提高主

轴回转精度的措施1）提高主轴的轴承精度。2）减少机床主轴回转误差对加工精度的影响。3）对滚动轴承进行预紧，以消除间隙。4）提高主轴箱体支承孔、主轴轴颈和与轴承相配合的零件有关表面的加工精度。讨论◼镗床上镗孔时，工作台进给（图示），即工件直线进给运动，镗杆旋转运动。导轨在水平

面、垂直面内的直线度误差对加工精度有何影响？◼答：孔径没有误差，有圆柱度误差。轴线不直。因为误差敏感方向不断变化。讨论◼若镗杆进给，即镗杆既旋转又移动（图示），导轨误差对加工精度有无影响？◼答：不会产生孔的形状误差，但会产生孔的位置误差。讨论

◼刨平面时，导轨误差对加工精度有何影响？◼答：产生加工表面的直线度误差、平面度误差。◼若刨削刚性很差的薄板时，会产生何种加工误差？◼答：无形状误差，但有尺寸误差。思考题◼端铣时，若主轴回转轴线与工件进给方向不垂直，

会产生何种加工误差？误差大小？3、机床传动链误差（1）机床传动链误差定义指传动链始末两端执行元件间相对运动的误差。（2）机床传动链误差描述传动链末端元件产生的转角误差。它的大小对车、磨、铣螺纹，滚、插、磨（展成法磨齿）齿轮等加工会影响分度精度，造成加工表

面的形状误差，如螺距精度、齿距精度等。例如，车螺纹时，要求主轴与传动丝杠的转速比恒定（图示），即iTTiiiiTzzzzzzzzS===432186427531Z1Z2（3）驱动丝杠误差的产生2112zzi=1122i=12图车螺

纹的传动误差示意图S－工件导程；T－丝杠导程；Z1～Z8－各齿轮齿数若齿轮Z1有转角误差δ1，造成Z2的转角误差为：δ12＝i12δ1Z1δ1δ1n=i1nδ1Z2δ2δ2n=i2nδ2………………Znδnδnn=innδn在任一时

刻，各齿轮的转角误差反映到丝杠的总误差为：==+++=njjnjnnnni121Σ传到丝杠上的转角误差为δ1n，即：（3）减少传动链误差的措施1）尽量缩短传动链。2）提高传动件的制造和安装精度，尤其是末端零件的精度。3）尽可能

采用降速运动，且传动比最小的一级传动件应在最后。4）消除传动链中齿轮副的间隙。5）采用误差校正机构图丝杠加工误差校正装置1－工件2－螺母3－母丝杠4－杠杆5－校正尺6－触头7－校正曲线1、刀具误差一般刀具定尺寸刀具成形刀具展成法刀具如普通车刀、单刃镗刀和面铣刀等）的制造误差对加工精度没有

直接影响，但磨损后对工件尺寸或形状精度有一定影响定尺寸刀具（如钻头、铰刀、圆孔拉刀等）的尺寸误差直接影响被加工工件的尺寸精度。刀具的安装和使用不当，也会影响加工精度。成形刀具（如成形车刀、成形铣刀、盘

形齿轮铣刀等）的误差主要影响被加工面的形状精度展成法刀具（如齿轮滚刀、插齿刀等）加工齿轮时，刀刃的几何形状及有关尺寸精度会直接影响齿轮加工精度三、工艺系统其它几何误差图例车刀的尺寸磨损图例车刀磨损过程2、夹具误差和工件安装误差图例钻孔

夹具误差对加工精度的影响3、测量误差（1）量具、量仪和测量方法本身的误差（2）环境条件的影响（温度、振动等）（3）测量人员主观因素的影响（视力、测量力大小等）（4）正确选择和使用量具，以保证测量精度4、调整误差试切法调整定程机构调整样板、样

件调整夹具安装调整大批量生产时常采用行程挡块、靠模、凸轮作为定程机构，其制造精度和调整精度产生调整误差样件、样板的制造精度和安装精度、对刀精度产生调整误差•测量误差•进给机构位移误差（爬行现象）•加工余量的影响（余量很

小时，刀刃打滑）影响工件在机床上占有正确的加工位置5、工艺系统磨损引起的误差磨损破坏了成形运动，改变了工件与刀具的相对位置和速比，产生加工误差刀具磨损严重影响工件的形状精度、尺寸精度工艺系统：机床、夹具、工件、刀

具外力：切削力、传动力、惯性力、夹紧力、重力产生加工误差（举例）破坏了刀具、工件间相对位置四、工艺系统受力变形引起的加工误差工艺系统受力变形现象图受力变形对工件精度的影响a)车长轴b）磨内孔（一）工艺系统的刚度1.工艺系

统刚度的概念负刚度现象•刀架系统在Fp力作用下引起同向变形y（图7-15a）；•在Fc力作用下引起的变形y与Fp方向相反（图7-15b）。图车削加工中的负刚度现象2、系统刚度与环节刚度工艺系统的刚度是由组成工艺系统各部件的刚度决定的。工

艺系统的总变形量为：yxt=yjc+ydj+yjj+ygjkxt=Fp/yxt,kjc=Fp/yjc，kdj=Fp/ydj,kjj=Fp/yjj，kgj=Fp/ygj工艺系统刚度的一般式为：kxt=1/(1/kjc+1/kdj+

1/kj+1/kgj)（4-7）3.机床部件刚度特点图单向静载测定车床刚度1－心轴2、3、6－千分表4－测力环5－螺旋加力器图4－15车床刀架部件的刚度曲线Ⅰ－一次加载Ⅱ－二次加载Ⅲ－三次加载（1）机床部件刚度的特点1）背向力Fp与刀架变形ydj不是线性关系。2）加载曲线与卸载曲线不重合。3）加载

曲线与卸载曲线不封闭（卸载后由于存在残余变形，曲线回不到原点）。4）部件的实际刚度远比按实体结构的估计值小。（2）影响机床部件刚度的因素①连接表面间的接触变形（图示）②薄弱零件本身的影响（图4－16）③接合面间的间隙④接合面间摩擦力的影响两零件结合面间的接触情况接触刚度图表面接触变形与压

强的关系图4－16机床部件刚度的薄弱环节a)溜板中的楔铁b)轴承套（二）工艺系统受力变形对加工精度的影响1、切削力作用位置变化引起的加工误差根据材料力学的挠度计算公式，其切削点工件的变形量为：yw=Fp(L-x)2x2/3EIL(4-18)从上式的计算结果和车削的实际情况都

可证实，切削后的工件呈鼓形，其最大直径在通过轴线中点的横截面内。1）工件的刚度及其变形2）工件短而粗即此时工艺系统刚度主要取决于机床刚度当刀具切削到工件的任意位置C时（图示），工艺系统的总变形y系统为：yxt

＝yx+y刀架通过推证可知工艺系统在工件切削点处的变形量为:y系统=Fp［1/k刀+1/k头(L-x/x)2+1/k尾(x/L)2］(4-16)可以看出:y系统=f(x)，是一个二次抛物线方程，变形大小随刀具在x方向位置变化,使车出

的工件呈抛物线形状（图4－20）。图4－19工艺系统受力变形随切削位置而变化图4－20刚度变化造成工件误差1－理想的工件形状；2－k头≠k尾时车出的工件形状3）工艺系统刚度及总变形综合上述两种情况，工艺系统的总变形量为式（4-16）和式

（4-18）的叠加Y系统=Fp［1/k刀架+1/k头(L-x/x)2+1/k尾(x/L)2+(L-x)2x2/3EIL］工艺系统的刚度为Kxt=Fp/yxt=1/［1/k刀架+1/k头(L-x/x)2+1/k尾(x/L)2+(

L-x)2x2/3EIL］可以看出Kxt=f(x)由于在工件加工的不同位置，Kxt不同，使加工后工件的径向尺寸不同，从而产生形状误差。2、切削力大小变化引起的加工误差（误差复映）以车削短圆柱工件外圆为例，如图4-18所示。由于毛坯存在的圆度误差△m=ap1-ap2引

起了工件产生圆度误差△w=y1-y2且△m越大，△w越大，这种由于工艺系统受力变形的变化而使毛坯椭圆形状误差复映到加工后工件表面的现象称为“误差复映”。图4－18毛坯形状误差复映1＜称为误差复映系数，mw=f、ap、vc－分别为进给量、背吃刀量和切削速度；pFKpFC、pppFFF

nyx、、CKvfCppFpFpFncyF=1pFxppcaF)(),(222111yacFyacFpPpp−=−=式中－与切削条件有关；－指数；，所以在一次走刀加工中，切削速度、进给量及其它切削条件设

为不变，即C为常数，在车削加工中，即pFKpFncvpFyfpFxpapFCpF981.0=中车削力的计算公式－根据表12由于y1、y2相对ap1、ap2而言数值较小，可忽略不计，即有mxtppxtxtPxtpwpppp

kCaakCkFFFyycaFcaF=−=−=−===)(,2121212211所以xtkC=由上式可知,工艺系统的刚度kxt越大,复映系数ε越小,毛坯误差复映到工件上去的部分就越少。一般ε<<1,经加

工之后工件的误差比加工前的误差减小,经多道工序或多次走刀加工之后,工件的误差就会减小到工件公差所许可的范围内。若经过n次走刀加工后，则误差复映为△w=ε1ε2…εn△m总的误差复映系数εz=ε1ε2…εn在粗加

工时,每次走刀的进给量f一般不变,假设误差复映系数均为ε,则n次走刀就有εz=εn讨论：3、切削过程中受力方向变化引起的加工误差1）由于传动力引起的误差结论：在单爪拨盘传动下车削出来的工件是一个正园柱，并不产生加工误差。图4－21单爪拨

盘传动下工件的受力分析图4－22单爪拨盘传动下工件的变形分析2）由于惯性力引起的误差4、工艺系统其它外力作用引起的加工误差1）由于机床部件或工件本身重量以及它们在移动中位置变化而引起的加工误差（图）2）由于夹紧力引起的

加工误差（图4-23）图机床部件自重引起地横梁变形图4－23套筒夹紧变形误差Ⅰ－工件Ⅱ－开口过渡环图4－24薄片工件的磨削a)毛坯翘曲b)电磁工件台吸紧c)磨后松开，工件翘曲b)d)磨削凸面e)磨削凹面f)磨后松开，工件平直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、减振性和工艺性。此外，还有滚动导轨和静压导轨。（1）提高接触刚度（2）提高零部件刚度减小受力变形（3）合理安装工件减小夹紧

变形4．减少摩擦防止微量进给时的“爬行”五、减小工艺系统受力变形的措施（5）合理使用机床（6）合理安排工艺，粗精分开（7）转移或补偿弹性变形减少工艺系统受力变形五、工艺系统热变形引起的加工误差（一）概述1.工艺系统的热源•电机、轴承、齿轮、油泵等•工件

、刀具、切屑、切削液•气温、室温变化、热、冷风等热源切削热摩擦热外部热源内部热源环境温度热辐射•日光、照明、暖气、体温等2.工艺系统的热平衡热平衡•当单位时间内传入和散发的热量相等时，工艺系统达到了热平衡状态。•而工艺系统的热变形也就达到某

种程度的稳定。不稳态温度场温度场稳态温度场热平衡物体中各点的温度分布称为温度场,T=f(x,y,z,t)当物体未达热平衡时，各点温度不仅是坐标位置的函数，也是时间的函数。这种温度场称为不稳态温度场物体达到热平衡

后，各点温度将不再随时间而变化，只是其坐标位置的函数。这种温度场称为稳态温度场机床在开始工作的一段时间内，其温度场处于不稳定状态，其精度也是很不稳定的，工作一定时间后，温度才逐渐趋于稳定，其精度也比较稳定。因此，精密加工应在热平衡状态下进

行。在生产中，必须注意:（二）机床热变形对加工精度的影响各类机床其结构、工作条件及热源形式均不相同，因此机床各部件的温升和热变形情况是不一样的。1.车、铣、钻、镗类机床主轴箱中的齿轮、轴承摩擦发热、润

滑油发热。（图）图车床的热变形2.龙门刨床、牛头刨床、立式车床类机床导轨副的摩擦热3.各种磨床砂轮主轴轴承的发热和液压系统的发热（图例）（图例）牛头刨床滑枕热变形及结构改进示意图a)原滑枕截面图b)原滑枕热变形示意图c)滑枕热对称结构外园磨床的热变形示意图1

－床身2－导轨3－工件4－砂轮5－砂轮架6－螺母（三）工件热变形对加工精度的影响1.工件均匀受热△L=αL△t式中α——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，单位为mm；△t——工件温升，单位为℃。实例➢在精密丝

杆加工中，工件的热伸长会产生螺距的累积误差。➢在较长的轴类零件加工中，将出现锥度误差。例如：在磨削400mm长的丝杠螺纹时，每磨一次温度升高1℃，则被磨丝杠将伸长△L=1.17×10-5×400×1mm=0.0047

mm而5级丝杠的螺距累积误差在400mm长度上不允许超过5μm左右。因此，热变形对工件加工精度影响很大。2.工件不均匀受热工件凸起量f可按图例所示图形进行估算。由于中心角φ很小，其中性层的长度可近似认

为等于原长L，则f=L/2tan(φ/4）≈Lφ/8且（R+H）φ-Rφ=αΔtLφ=αΔtL/H所以f≈αΔtL2/8H图例薄板磨削时的弯曲变形（四）刀具热变形对加工精度的影响图示为车削时车刀的热变形与切削时间的关系

曲线。曲线A——车刀连续工作时的热伸长曲线；曲线B——切削停止后，车刀温度下降曲线；曲线C——传动作间断切削的热变形切削。车外圆时，车刀热变形会使工件产生圆柱度误差（喇叭口）。加工内孔又如何？图车刀热变形曲线τ1—刀具加热至热平衡时间τ2—刀具加热至热平衡时

间τ0—刀具间断切削至热平衡时间（五）减少工艺系统热变形的主要途径1．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，如图所示。有时可采用强制冷却法，吸收热源热量，控制机床温升和热变形。合理安排工艺、粗精分

开。1)采用热对称结构2)合理选择机床零部件的安装基准(图7-35)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（如图所示）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17℃2．均衡温度场3．改进机床布局和结构设计4．保持工艺系统的热平衡5．控制环境温度6.热

位移补偿图7－31采用隔热罩减少热变形图7－33用热空气均衡立柱前后壁的温度场图7－35车床上主轴箱两种结构的热位移六、工件残余应力引起的加工误差（一）内应力的产生及其对加工精度的影响什么是残余应力◼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。产生原因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，促使这种变化的因素主要来自热加工或冷加工。残余应力对零件的影响影响◼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，在机器使用中也会逐渐产生变形，从而影响整台机器的质量。1、毛坯制造中产生的残余应力图4－30铸件残余应力引起的变形图7-36所示为一个内外壁厚相差较大的铸件，在浇铸后的冷却过程中产生残余应力的

情况。2、冷校直引起的残余应力现象原因◼在外力F的作用下，工件内部的应力重新分布，如图4-31b所示，在轴心线以上的部分产生压应力（用负号表示），在轴心线以下的部分产生拉应力（用正号表示）。在轴心线和两条虚线之间，是弹性变形区域，在虚线以外是塑性变

形区域。◼冷校直工艺方法是在一些长棒料或细长零件弯曲的反方向施加外力F以达到校直目的，如图4-31a所示。影响措施◼当外力F去除后，弹性变形本可完全恢复，但因塑性变形部分的阻止而恢复不了，使残余应力重新分布而达到平衡，如图4-31c

所示。◼对精度要求较高的细长轴（如精密丝杠），不允许采用冷校直来减小弯曲变形，而采用加大毛坯余量，经过多次切削和时效处理来消除内应力，或采用热校直。图4－31冷校直引起的内应力2、切削加工中引起的残余应力➢内部有残余

应力的工件在切去表面的一层金属后，残余应力要重新分布，从而引起工件的变形。➢在拟定工艺规程时，要将加工划分为粗、精等不同阶段进行，以使粗加工后内应力重新分布所产生的变形在精加工阶段去除。➢对质量和体积均很大的笨重零

件，即使在同一台重型机床进行粗精加工也应该在粗加工后将被夹紧的工作松开，使之有充足时间重新分布内应力，在使其充分变形后，然后重新夹紧进行精加工。切削加工磨削加工产生内应力原因毛坯制造热处理冷校直减少内应力

引起变形的措施1．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时效处理（

自然、人工、振动时效处理）查明产生加工误差的主要因素后，设法对其直接进行消除或减弱，如细长轴加工用跟刀架会导致工件弯曲变形，现采用反拉法切削工件受拉不受压不会因偏心压缩而产生弯曲变形一、减少误差法二、误差补偿法误差补偿法是人为地造出一种新的原始误差，去抵消原

来工艺系统中存在的原始误差，尽量使两者大小相等、方向相反而达到使误差抵消得尽可能彻底的目的。如图7-39、图7-40三、误差分组法误差分组法是把毛坯或上工序加工的工件尺寸经测量按大小分为n组，每组尺寸误差就缩减为原来

的1/n。然后按各组的误差范围分别调整刀具位置，使整批工件的尺寸分散范围大大缩小。图7－38反拉法切削细长轴a)正向进给b)反向进给图7－39通过导轨凸起补偿横梁变形图7－40螺纹加工校正机构1－工件2－丝杠螺母3－车床丝杠4－杠杆5－

校正尺6－滚柱7－工作尺面四、误差转移法误差转移法就是把原始误差从误差敏感方向转移到误差的非敏感方向。例如图7-41，转塔车床的转位刀架采用“立刀”安装法;图7-42所示为利用镗模进行镗孔，主轴与镗杆浮动联接。五、就地加工法全部零件按经济精度制造，然后装配成部件或产品，且各零部件

之间具有工作时要求的相对位置，最后以一个表面为基准加工另一个有位置精度要求的表面，实现最终精加工，这就是“就地加工”法，也称自身加工修配法。六、误差均分法误差均分法就是利用有密切联系的表面之间的相互比较和相互修正或者利用互为基准进行加工，以达到

很高的加工精度。图7－41立轴转塔车床刀架转位误差的转移一、加工误差的性质及分类常值误差变值误差•在顺序加工一批工件时，误差的大小和方向保持不变者，称为常值系统性误差。如原理误差和机床、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

变化引起的误差等都属常值系统误差。•在顺序加工一批工件时，误差的大小和方向呈有规律变化者，称为变值系统性误差。如由于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等都属于变值系统性误差。加工误差随机误差系统误差•在顺序加工一批工件时，误差的大小和方向呈无规律变化者，称为随机性误

差。如加工余量不均匀或材料硬度不均匀引起的毛坯误差复映，定位误差及夹紧力大小不一引起的夹紧误差，多次调整误差，残余应力引起的变形误差等都属于随机性误差第三节加工误差的综合分析不同性质误差的解决途径对随机性误差，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。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的方法消除。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，以及用一种常值系统性误差去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。二、加工误差的统计分析方法加工误差的统计分析法就是以生产现场对工件进行实际测量所得的数据为基础，应用数理统计的方法，分析一批工件的情况，从而找出产生误差的原因以及误差性质，以便提出解决问题的方法。在机械加工中，经常采用的统计分析法主要有分布图分析法和点图

分析法。（一）分布曲线法1.实际分布图——直方图（1）直方图的作法与步骤1）收集数据在一定的加工条件下，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（抽取零件的个数）一般取100件左右，测量各零件的尺寸，并找出其中的最大值xmin和最小值xmin。2）分组将抽取的样

本数据分成若干组，组数过多，分布图会被频数的随即波动所歪曲；组数太少，分布特征将被掩盖。4）统计频数分布将各组的尺寸频数、频率和频率密度填入表中。5）绘制直方图按表列数据以频率密度为纵坐标，组距为横坐标画出直方图

，如图7-43所示。3）确定组距组界及分组h=(xmax-xmin)/(k-1)第一组上界值：s1=xmin+h/2第一组下界值：x1=xmin-h/2图4－43活塞销孔直径尺寸分布图抽取工件100个，经测量：φmax=Φ28.004mm

，φmin=Φ27.992mm，取0.02mm作为尺寸间隔进行分组，统计每组的工件数，将所得的结果列表7-1。精镗活塞销孔，图纸要求：下面通过实例来说明直方图的作法：表工件频数分布表（2）直方图的观察与分析直方图作出后，通过观察

图形可以判断生产过程是否稳定，估计生产过程的加工质量及产生废品的可能性。1）尺寸分散范围小于允许公差T，且分布中心与公差带中心重合，则两边都有余地，不会出废品。2）若工件尺寸分散范围虽然也小于其尺寸公差带T，但两中心不重合（分布中心与公差带中心

），此时有超差的可能性，应设法调整分布中心，使直方图两侧均有余地，防止废品产生。3）若工件尺寸分散范围恰好等于其公差带T，这种情况下稍有不慎就会产生废品，故应采取适当措施减小分散范围。4）若工件尺寸分散范围大于其公差带T，则必有废品产生，此时应设法减小加工误差

或选择其它加工方法。2.理论分布图——正态分布曲线当采用该曲线代表加工尺寸的实际分布曲线时，上式各参数的意义为：y——分布曲线的纵坐标，表示工件的分布密度（频率密度）；x——分布曲线的横坐标，表示工件的尺寸或

误差；n——一批工件的数目（样本数）。x——工件的平均尺寸（分散中心），==niixnx1;1σ——一批零件的均方根差，;)(112=−=niixxn（1）正态分布曲线方程）＞＜＋＜0,(21222)(−=−

−xeyxxx➢算术平均值（2）正态分布曲线的特征参数➢正态分布曲线的特征参数有两个，即x和σ是确定曲线位置的参数。它决定一批工件尺寸分散中心的坐标位置。若x改变时，整个曲线沿χ轴平移，但曲线形状不变，如图4-33a所示。➢使x产生变化的主要原因是常值

系统误差的影响。图4－33正态分布曲线及其特征（3）正态分布曲线的特点①曲线对称于直线x②曲线与x轴围成的面积代表了一批工件的全部，即100%，其相对面积为1。在±3σ范围内，曲线围成的面积为0.9973。实际生产中常常认为加工一批工件尺寸全部在±3σ范围内，即：正态分布曲线的分散范围为

±3σ，工艺上称该原则为6σ准则。±3σ（或6σ）的概念在研究加工误差时应用很广。6σ的大小代表了某种加工方法在一定的条件（如毛坯余量、机床、夹具、刀具等）下所能达到的加工精度。所以在一般情况下，应使所选择的加工方法的标准偏差σ与公差带宽度T

之间具有下列关系：6σ≤T但考虑到系统误差及其它因素的影响，应当使6σ小于公差带宽度T，才能可靠地保证加工精度。3.非正态分布曲线1）锯齿形直方图的矩形高低相间，形如锯齿，见图例a。出现该图形的主要原因可能是测量方法不当或读数不准，也可能是数据分组不当所致。2）对称性中间直方最高，其

左右直方逐渐降低且基本呈对称分布，见图例b。该图形属正常图形。3）偏向形直方顶端偏向一侧，图形不对称，见图例c。出现该图形的主要原因可能是工艺系统产生显著的热变形，如刀具受热伸长会使加工的孔偏大，图形右偏；使加工的轴偏小，图形左偏，或因为操作者加工习惯所致。有时端跳、径跳等形位误差也服从

这种分布。4）孤岛形在远离分布中心的地方又出现小直方，见图例d。出现该图形的主要原因是加工条件有变动，也可能因毛刺影响测量结果的准确性。5）双峰形分布图具有两个顶峰，见图例e。产生这种图形的主要原因可能是经过两次

不同的调整加工的工件混在一起。6）平顶形靠近中间的几个直方高度相近，呈平顶状，见图例f。产生这种图形的主要原因是生产过程中某种缓慢变动倾向的影响，如加工中刀具的显著磨损。图7－44常见的几种非正态分布图形

a)锯齿形b)对称形c)偏向形d)孤岛形e)双峰形f)平顶形4.分布曲线法的应用1）确定给定加工方法的精度对于给定的加工方法，服从正态分布，其分散范围为±3σ（6σ）；则:6σ即为该加工方法的加工精度。2）判断加工误差的性质❖如果实际分布曲线基本符合正态分布，则说明加工过

程中无变值系统误差（或影响很小）；❖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；否则存在常值系统误差，其大小为‖LM-x‖。❖若实际分布曲线不服从正态分布，可根据直方图分析判断变值系统误差的类型，分析产生误差的原因并采取有效措施加

以抑制和消除。3）判断工序能力及其等级❑工序能力是指某工序能否稳定地加工出合格产品的能力。❑把工件尺寸公差T与分散范围6σ的比值称为该工序的工序能力系数CP，用以判断生产能力。CP按下式计算：CP=T/6σ❑根据工序能力系数C

P的大小，共分为五个等级，如表7-2所示。❑工序能力系数CP>1时,公差带T大于尺寸分散范围6σ,具备了工序不产生废品的必要条件,但不是充分条件。❑要不出废品，还必须保证调整的正确性，即x与LM要重合。只有当CP大于1，同时T-2‖

x-LM‖大于6σ时，才能确保不出废品。❑当CP＜1时，尺寸分散范围6σ超出公差带T，此时不论如何调整，必将产生部分废品。❑当CP=1，公差带T与尺寸分散范围6σ相等，在各种常值系统误差的影响下，该工序也将产生部分废品。由分布函数

的定义可知，正态分布函数是正态分布概率密度函数的积分：dxexxxx−−−=2)(2121)(φ（x）——正态分布曲线上下积分限间包含的面积，它表征了随机变量x落在区间（－∞，x）上的概率。令,xxz−=则有：dzezzz−=02221

)(Φ(z)为右图中阴影线部分的面积。对于不同z值的φ(z)，可由表查出4）估算工序加工的合格率及废品率分布曲线与x轴所包围的面积代表了一批零件的总数。如果尺寸分散范围超出零件的公差带，则肯定有废品产生，如图4-35所示的阴影部分。若尺寸落在Lmin、Lmax范围内，工件的概

率即空白部分的面积就是加工工件的合格率。图4－35废品率计算5.分布图分析法的缺点❖分布图分析法不能反映误差的变化趋势。❖加工中，由于随机性误差和系统性误差同时存在，在没有考虑到工件加工先后顺序的情况下，很难把随机性误差和变值系统性误差区分开来。❖由于

在一批工件加工结束后，才能得出尺寸分布情况，因而不能在加工过程中起到及时控制质量的作用。2．点图分析法（1）点图的形式1）个值点图❖按加工顺序逐个地测量一批工件的尺寸，以工件序号为横坐标，以工件的加工尺寸为纵坐标，就可作出个值点图（图7-47）。❖个值点图反映了工件逐个的尺寸变化与

加工时间的关系。若点图上的上、下极限点包络成二根平滑的曲线，并作这两根曲线的平均值曲线，就能较清楚地揭示出加工过程中误差的性质及其变化趋势，如图7-48所示。❖平均值曲线O－O’表示每一瞬时的分散中心，反映了变值系统性误差随时间变化的规律.❖其起始点O位

置的高低表明常值系统性误差的大小。整个几何图形将随常值系统性误差的大小不同，而在垂直方向处于不同位置。❖上下限AA’和BB’间的宽度表示在随机性误差作用下加工过程的尺寸分散范围，反映了随机性误差的变化规律。图7－47个值点图图7－48个值点图上反映误差变化趋势－R点图❖为了能直接反映出

加工中系统性误差和随机性误差随加工时间的变化趋势，实际生产中常用样组点图来代替个值点图。➢前者控制工艺过程质量指标的分布中心，反映了系统性误差及其变化趋势；➢后者控制工艺过程质量指标的分散程度，反映了随机性误差及其变化趋势。1）X➢样组点图的种类很多，最常用的是X

－R点图（平均值—极差点图）。➢它由X点图和R点图结合而成。➢单独的点图或R点图不能全面反映加工误差的情况，必须结合起来应用。X设现抽取顺次加工的m个工件为第i组，则第i样组的平均值Xi和极差Ri值为

式中ximax和ximim分别为第i样组中工件的最大尺寸和最小尺寸。以样组序号为横坐标，分别以Xi和Ri为纵坐标，就可以分别作出X点图和R点图，如图7-49所示。X-R点图的绘制：❖是以小样本顺序随机抽样为基础。在加工

过程中，每隔一定的时间，随机抽取几件为一组作为一个小样本。❖每组工件数（即小样本容量）m=2～10件，一般取m=4～5件，共抽取k=20～25组，共80～100个工件的数据。❖在取得这些数据的基础上，再计算每组的平均值Xi和极差Ri。minmax11iiimiiixxRxmx−===图7

－49X－R点图（2）点图分析法的应用❖点图分析法是全面质量管理中用以控制产品加工质量的主要方法之一，它是用于分析和判断工序是否处于稳定状态所使用的带有控制界限的图，又称管理图。❖X-R点图主要用于工艺验证、分析加工误差以及对加工过程的质量控制。❖工艺验证就是判定现行工艺或准备投产的新工

艺能否稳定地保证产品的加工质量要求。❖工艺验证的主要内容是通过抽样检查，确定其工序能力和工序能力系数，并判别工艺过程是否稳定。