发布时间 : 星期三 文章(机械制造行业)第二章机械加工精度更新完毕开始阅读05623c3d0342a8956bec0975f46527d3250ca645
5）使热变形指向无害加工精度的方向 例如车细长轴时，为使工件有伸缩的余地，可将轴的一端夹紧，另一端架上中心架，使热变形指向尾端；又例如外圆磨削，为使工件有伸缩的余地，采用弹性顶尖等。
五、工件内应力对加工精度的影响 1．产生内应力的原因
内应力也称为残余应力，是指外部载荷去除后仍残存在工件内部的应力。有残余应力的工件处于一种很不稳定的状态，它的内部组织有要恢复到稳定的状态强烈倾向，即使在常温下这种变化也在不断的进行，直到残余应力完全消失为止。在这个过程中，零件的形状逐渐变化，从而逐渐丧失原有的加工精度。残余应力产生的实质原因是由于金属内部组织发生了不均匀的体积变化，而引起体积变化的原因主要有以下方面：
⑴ 毛坯制造中产生的残余应力 在铸、锻、焊接以及热处理等热加工过程中，由于工件各部分厚度不均，冷却速度和收缩程度不一致，以及金相组织转变时的体积变化等，都会使毛坯内部产生残余应力，而且毛坯结构越复杂、壁厚越不均，散热的条件差别越大，毛坯内部产生的残余应力也越大。具有残余应力的毛坯暂时处于平衡状态，当切去一层金属后，这种平衡便被打破，残余应力重新分布，工件就会出现明显地变形，直至达到新的平衡为止。
⑵ 冷校直带来的残余应力 某些刚度低的零件，如细长轴、曲轴和丝杠等，由于机加工产生弯曲变形不能满足精度要求，常采用冷校直工艺进行校直。校直的方法是在弯曲的反方向加外力，如图2-11a）所示。在外力F的作用下，工件的内部残余应力的分布如图2-11b）所示，在轴线以上产生压应力（用负号表示），在轴线以下产生拉应力（用正号表示）。在轴线和两条双点划线之间是弹性变形区域，在双点划线之外是塑性变形区域。当外力F去除后，外层的塑性变形区域阻止内部弹性变形的恢复，使残余应力重新分布，如图2-11c）所示。这时，冷校直虽然减小了弯曲，但工件却处于不稳定状态，如再次加工，又将产生新的变形。因此，高精度丝杠的加工，不允许冷校直，而是用多次人工时效来消除残余应力。 （沿用吴拓主编《机械制造工程》（第2版）机械工业出版社2005年9月图3-28） a）冷校直方法 b）加载时残余应力的分布 c）卸载后残余应力的分布 图2-11 冷校直引起的残余应力 ⑶ 切削加工产生的残余应力
加工表面在切削力和切削热的作用下，会出现不同程度的塑性变形和金相组织的变化，同时也伴随有金属体积的改变，因而必然产生内应力，并在加工后引起工件变形。 2．消除或减少内应力的措施
⑴ 合理设计零件结构 在零件结构设计中应尽量简化结构，保证零件各部分厚度均匀，以减少铸、锻件毛坯在制造中产生的内应力；
⑵ 增加时效处理工序 一是对毛坯或在大型工件粗加工之后，让工件在自然条件下停留一段时间再加工，利用温度的自然变化使之多次热胀冷缩，进行自然时效。二是通过热处理工艺进行人工时效，例如对铸、锻、焊接件进行退火或回火；零件淬火后进行回火；对精度要求高的零件，如床身、丝杠、箱体、精密主轴等，在粗加工后进行低温回火，甚至对丝杠、精密主轴等在精加工后进行冰冷处理等。三是对一些铸、锻、焊接件以振动的形式将机械能加到工件上，进行振动时效处理，引起工件内部晶格蠕变，使金属内部结构状态稳定，消除内应力。
⑶ 合理安排工艺过程 将粗、精加工分开在不同工序中进行，使粗加工后有足够的时间变形，让残余应力重新分布，以减少对精加工的影响。对于粗、精加工需要在一道工序中来完成的大型工件，也应在粗加工后松开工件，让工件的变形恢复后，再用较小的夹紧力夹紧工件，进行精加工。
第三节 加工误差的综合分析
前面讨论了各种工艺因素产生加工误差的规律，并介绍了一些加工误差的分析方法。在生产实际中，影响加工精度的工艺因素是错综复杂的。对于某些加工误差问题，不能仅用单因素分析法来解决，而需要用概率统计方法进行综合分析，找出产生加工误差的原因，加以消除。
一、加工误差的性质
根据一批工件加工误差出现的规律，可将影响加工精度的误差因素按其性质分为两类： ⑴ 系统误差 在顺序加工的一批工件中，若加工误差的大小和方向都保持不变或按一定规律变化，这类误差统称为系统误差。前者称为常值系统误差，后者称为变值系统误差。例如，加工原理误差，机床、刀具、夹具的制造误差，工艺系统的受力变形，调整误差等引起的加工误差均与加工时间无关，其大小和方向在一次调整中也基本不变，因此都属于常值系
统误差。机床、夹具、量具等磨损速度很慢，在一定时间内也可看作是常值系统误差。机床、刀具和夹具等在尚未达到热平衡前的热变形误差和刀具的磨损等，都是随加工时间而规律变化的，属于变值系统误差。
⑵ 随机误差 在顺序加工的一批工件中，其加工误差的大小和方向的变化是无规律的，称为随机误差。例如，毛坯误差的复映、残余应力引起的变形误差和定位、夹紧误差等都属于随机误差。应注意的是，在不同的场合误差表现出的性质也是不同的。例如，对于机床在一次调整后加工出的一批工件而言，机床的调整误差为常值系统误差；但对多次调整机床后加工出的工件而言，每次调整时产生的调整误差就不可能是常值的，因此对于经多次调整所加工出来的大批工件，调整误差为随机误差。
二、加工误差的数理统计方法 1．实际分布曲线（直方图）
将零件按尺寸大小以一定的间隔范围分成若干组，同一尺寸间隔内的零件数称为频数mi，零件总数n；频率为mi/n。以频数或频率为纵坐标，以零件尺寸为横坐标，画出直方图，进而画成一条折线，即为实际分布曲线，如图2-12所示。该分布曲线直观地反映了加工精度的分布状况。 （沿用吴拓主编《机械制造工程》（第2版）机械工业出版社2005年9月图3-29） 图2-12 直方图 2．理论分布曲线（正态分布曲线）
实践证明，当被测量的一批零件（机床上用调整法一次加工出来的一批零件）的数目足够大而尺寸间隔非常小时，则所绘出的分布曲线非常接近“正态分布曲线”。
正态分布曲线如图2-13所示，其方程（表达式）为：
y?1?(x?x)2?2?e2?2 （2—4）
其中：y——纵坐标，某尺寸的概率密度；
x——横坐标，实际尺寸；
x——全部实际尺寸的算术平均值；
?——标准差，均方差；
?2——方差。
（沿用吴拓主编《机械制造工程》（第2版）机械工业出版社2005年9月图3-30） 图2-13 正态分布曲线 利用正态分布曲线可以分析产品质量；可以判断加工方法是否合适；可以判断废品率的大小，从而指导下一批的生产。
令
?x?x??z，则有
???z??1z?2??e0?z22dz （2—5）
各种不同z值的函数φ（z）值如表2-2所示。
表2-2 ??z??1z?2??e0?z22dz之值