機械加工精度的概念

1、機械加工精度的概念加工精度與加工誤差 加工精度是指零件加工后的實際幾何參數(shù)（尺寸、形狀 和位置）與理想幾何參數(shù)的符合程度。實際加工不可能做得與理想零件完全一致， 總會有大小不同的偏差，零件加工后的實際幾何參數(shù)對理想幾何參數(shù)的偏離程 度，稱為加工誤差。加工經(jīng)濟精度 由于在加工過程中有很多因素影響加工精度， 所以同一種加工方法在不同 概述1 .加工精度與加工誤差加工精度指零件加工后的實際幾何數(shù)（尺寸、形狀和位置）與理想幾何參數(shù)的符合 程度。實際加工不可能做得與理想零件完全一致，總會有大小不同的偏差，零件加工后的實際幾何參數(shù)對理想幾何參數(shù)的偏離程度，稱為加工誤差。2 .加工經(jīng)濟精度由于在加工過程中有

2、很多因素影響加工精度， 所以同一種加工方法在不同的工作 條件下所能達到的精度是不同的。任何一種加工方法，只要精心操作，細心調整， 并選用合適的切削參數(shù)進行加工，都能使加工精度得到較大的提高，但樣會降低 生產(chǎn)率，增加加工成本。加工誤差 6與加工成本C成反比關系。某種加工方法 的加工經(jīng)濟精度不應理解為某一個確定值， 而應理解為一個范圍，在這個范圍內 都可以說是經(jīng)濟的。3 .原始誤差由機床、夾具、刀具和工件組成的 機械加工工藝系統(tǒng)（簡稱工藝系統(tǒng)）會有各種各 樣的誤差產(chǎn)生，這些誤差在各種不同的具體工作條件下都會以各種不同的方式 （或擴大、或縮小）反映為工件的加工誤差。工藝系統(tǒng)的原始誤差主要有工藝系統(tǒng)的

3、幾何誤差、定位誤差、工藝系統(tǒng)的受力變 形引起的加工誤差、工藝系統(tǒng)的受熱變形引起的加工誤差、 工件內應力重新分布 引起的變形以及原理誤差、調整誤差、測量誤差等。4 .研究機械加工精度的方法a）研究機械加工精度的方法分析計算法和統(tǒng)計分析法。b）采用滑動軸承時主軸的徑向圓跳動 二、工藝系統(tǒng)集合誤差1機床的幾何誤差加工中刀具相對于工件的成形運動一般都是通過機床完成的，因此，工件的加工精度在很大程度上取決于機床的精度。機床制造誤差對工件加工精度影響較大的 有：主軸回轉誤差、導軌誤差和傳動鏈誤差。機床的磨損將使機床工作精度下降。 主軸回轉誤差機床主軸是裝夾工件或刀具的基準， 并將運動和動力傳給工件或刀具，

4、主軸回轉 誤差將直接影響被加工工件的精度。主軸回轉誤差是指主軸各瞬間的實際回轉軸線相對其平均回轉軸線的變動量。它可分解為徑向圓跳動、軸向竄動和角度擺動三種基本形式。產(chǎn)生主軸徑向回轉誤差的主要原因有： 主軸幾段軸頸的同軸度誤差、軸承本身的 各種誤差、軸承之間的同軸度誤差、主軸繞度等。但它們對主軸徑向回轉精度的 影響大小隨加工方式的不同而不同。譬如，在采用滑動軸承結構為主軸的車床上車削外圓時，切削力F的作用方向可認為大體上時不變的，見右圖，在切削力F的作用下，主軸頸以不同的部位和軸 承內徑的某一固定部位相接觸，此時主軸頸的圓度誤差對主軸徑向回轉精度影響 較大，而軸承內徑的圓度誤差對主軸徑向回轉精度

5、的影響則不大；在鏈床上鏈孔時，由于切削力F的作用方向隨著主軸的回轉而回轉， 在切削力F的作用下，主 軸總是以其軸頸某一固定部位與軸承內表面的不同部位接觸，因此，軸承內表面的圓度誤差對主軸徑向回轉精度影響較大， 而主軸頸圓度誤差的影響則不大。圖 中的6 d表小徑向跳動量。產(chǎn)生軸向竄動的主要原因是主軸軸肩端面和軸承承載端面對主軸回轉軸線有垂 直度誤差。不同的加工方法，主軸回轉誤差所引起的的加工誤差也不同。 在車床上加工外圓 和內孔時，主軸徑向回轉誤差可以引起工件的圓度和圓柱度誤差， 但對加工工件 端面則無直接影響。主軸軸向回轉誤差對加工外圓和內孔的影響不大， 但對所加 工端面的垂直度及平面度則有較

6、大的影響。 在車螺紋時,主軸向回轉誤差可使被 加工螺紋的導程產(chǎn)生周期性誤差。適當提高主軸及箱體的制造精度，選用高精度的軸承，提高主軸部件的裝配精度， 對高速主軸部件進行平衡，對滾動軸承進行預緊等，均可提高機床主軸的回轉精 度。導軌誤差導軌是機床上確定各機床部件相對位置關系的基準， 也是機床運動的基準。車床 導軌的精度要求主要有以下三個方面： 在水平面內的直線度；在垂直面內的直線 度；前后導軌的平行度（扭曲）。臥式車床導軌在水平面內的直線度誤差 1 將直接反映在被加工工件表面的法線 方向（加工誤差的敏感方向）上，對加工精度的影響最大。臥式蕩駁脊煽讓怪泵 婺詰鬧畢叨任蟋??？引起被加工工件的形狀誤差

7、和尺寸誤差。但對加工精 度的影響要比小得多。由右圖2可知，若因而使刀尖由a下降至b,不難 推得工件半徑R的變化量。當前后導軌存在平行度誤差（扭曲）時，刀架運動時會產(chǎn)生擺動，刀尖的運動軌跡 是一條空間曲線、使工件產(chǎn)牛形狀誤差。由右圖可見，當前后導軌有了扭曲誤差 3之后，由幾何關系可求得ay H/B）43。一般車床的H/B磴/3,車床前后導軌 的平行度誤差對加工精度的影響很大。臥式車床導軌直線度誤差臥式車床導軌垂直面內直線度誤差對加工精度的影響臥式車床導軌扭曲對加工精度的影響除了導軌本身的制造誤差外，導軌的不均勻磨損和安裝質量，也使造成導軌誤差 的重要因素。導軌磨損是機床精度下降的主要原因之一。傳

8、動鏈誤差傳動鏈誤差是指傳動鏈始末兩端傳動元件間相對運動的誤差。一般用傳動鏈末端元件的轉角誤差來衡量。工件在夾具中裝夾示意圖2 .刀具的幾何誤差刀具誤差對加工精度的影響隨刀具種類的不同而不同。采用定尺寸刀具成形刀具 展成刀具加工時，刀具的制造誤差會直接影響工件的加工精度；而對一般刀具（如 車刀等），其制造誤差對工件加工精度無直接影響。任何刀具在切削過程中，都不可避免地要產(chǎn)生磨損，并由此引起工件尺寸和形狀 地改變。正確地選用刀具材料和選用新型耐磨地刀具材料，合理地選用刀具幾何 參數(shù)和切削用量，正確地刃磨刀具，正確地采用冷卻液等，均可有效地減少刀具 地尺寸磨損。必要時還可采用補償裝置對刀具尺寸磨損進

9、行自動補償。3 .夾具的幾何誤差夾具的作用時使工件相當于刀具和機床具有正確的位置，因此夾具的制造誤差對 工件的加工精度（特別使位置精度）有很大影響。如右圖鉆床夾具中，鉆套軸心線 f至夾具定位平面c間的距離誤差 跋旃 It至底面B尺寸L的精度；鉆套軸 心線f至夾具定位平面c間的平行度誤差，影響工件孔軸心線a至底面B的平行 度；夾具定位平面c與夾具體底面d底的垂直度誤差，影響工件孔軸心線 a與底 面B間的尺寸精度和平行度；鉆套孔的直徑誤差亦將影響工件孔a至底面B的尺寸精度和平行度。三、定位誤差定位誤差是指一批工件采用調整法加工時因定位不正確而引起的尺寸或位置的 最大變動量。定位誤差由基準不重合誤差

10、和定位副制造不準確誤差造成。a）零件圖b）加工f面c）加工g面方案Id）加工g面方案n基準不重合誤差分析示例1 .基準不重合誤差在零件圖上用來確定某一表面尺寸、 位置所依據(jù)的基準稱為設計基準。在工序圖 上用來確定本工序被加工表面加工后的尺寸、位置所依據(jù)的基準稱為工序基準。 一般情況下，工序基準應與設計基準重合。在機床上對工件進行加工時，須選擇 工件上若干幾何要素作為加工時的定位基準（或測量基準），如果所選用的定位基 準（或測量基準）與設計基準不重合，就會產(chǎn)生基準不重合誤差?；鶞什恢睾险`差 等于定位基準相對于設計基準在工序尺寸方向上的最大變動量。圖示零件，設e面已加工好，今在銃床上用調整法加工

11、f面和g面。在加工f面 時若選e面為定位基準，則f面的設計基準和定位基準都是 e面，基準重合，沒 有基準不重合誤差，尺寸 A 的制造公差為 TA 。加工 g 面時，定位基準有兩種不同的選擇方案，一種方案（方案I ）加工時選用f面作為定位基準，定位基準與設 計基準重合，沒有基準不重合誤差，尺寸 B的制造公差為TB;但這種定位方式 的夾具結構復雜， 夾緊力的作用方向與銑削力方向相反， 不夠合理， 操作也不方 便。另一種方案（方案R）是選用e面作為定位基準來加工g面，此時，工序尺寸 C 是直接得到的，尺寸 B 是間接得到的，由于定位基準e 與設計基準f 不重合而給 g 面加工帶來的基準不重合誤差等于

12、設計基準f 面相對于定位基準e 面在尺寸B 方向上的最大變動量TA。定位基準與設計基準不重合時所產(chǎn)生的基準不重合誤差， 只有在采用調整法加工 時才會產(chǎn)生，在試切法加工中不會產(chǎn)生。a） 孔和定位心軸不存在間隙時b） 孔和定位心軸存在間隙時由定位副制造不準確引起的誤差2 .定位副制造不準確誤差工件在夾具中的正確位置是由夾具上的定位元件來確定的。 夾具上的定位元件不可能按基本尺寸制造得絕對準確，它們得實際尺寸（或位置）都允許在分別規(guī)定得公差范圍內變動。 同時， 工件上的定位基準面也會有制造誤差。 工件定位面與夾具定位元件共同構成定位副， 由于定位副制造得不準確和定位副間的配合間隙引起的工件最大位置變

13、動量，稱為定位副制造不準確誤差。右圖所示工件的孔裝夾在水平放置的心軸上銃削平面，要求保證尺寸h,由于定位基準與設計基準重合，故無基準不重合誤差；但由于工件的定位基面（內孔D）和夾具定位元件（心軸d1）皆有制造誤差，如果心軸制造得剛好為dimin,而工件得內孔剛好為Dmax磔圖示），當工件在水平放置得心軸上定位時，工件內孔與 心軸在P點接觸，工件實際內孔中心得最大下移量ab=（Dmax d1min）/2, Aab就是定位副制造不準確而引起的誤差?；鶞什恢睾险`差的方向和定位副制造不準確誤差的方向可能不相同， 定位誤差取 為基準不重合誤差和定位副制造不準確誤差的矢量和。四、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差

14、a） 車細軸b） 磨內圓 受力變形對工件精度的影響 1.基本概念 機械加工工藝系統(tǒng)在切削力、夾緊力、慣性力、重力、傳動力等的作用下，會產(chǎn) 生相應的變形， 從而破壞了刀具和工件之間的正確的相對位置， 使工件的加工精 度下降。如右圖a示，車細長軸時，工件在切削力的作用下會發(fā)生變形，使加工 出的軸出現(xiàn)中間粗兩頭細的情況；又如在內圓磨床上進行切入式磨孔時， 右圖b, 由于內圓磨頭軸比較細，磨削時因磨頭軸受力變形，而使工件孔呈錐形。垂直作用于工件加工表面（加工誤差敏感方向）的徑向切削分力Fy與工藝系統(tǒng)在該方向上的變形y之間的比值，稱為工藝系統(tǒng)剛度 k系，卜系二5丫/丫式中的變形y不只是由徑向切削分力Fy

15、所引起，垂直切削分力Fz與走刀方向切 削分力Fx也會使工藝系統(tǒng)在y方向產(chǎn)生變形，故y=yFx+yFy+yFz2 .工件剛度工藝系統(tǒng)中如果工件剛度相對于機床、刀具、夾具來說比較低，在切削力的作用 下，工件由于剛度不足而引起的變形對加工精度的影響就比較大， 其最大變形量 可按材料力學有關公式估算。3 .刀具剛度外圓車刀在加工表面法線（y）方向上的剛度很大，具變形可以忽略不計。鍵直徑較 小的內孔，刀桿剛度很差，刀桿受力變形對孔加工精度就有很大影響。 刀桿變形 也可以按材料力學有關公式估算。4機床部件剛度機床部件剛度機床部件由許多零件組成，機床部件剛度迄今尚無合適的簡易計算方法， 目前主 要還是用實驗

16、方法來測定機床部件剛度。分析實驗曲線可知，機床部件剛度具有 以下特點：變形與載荷不成線性關系；加載曲線和卸載曲線不重合，卸載曲線滯后于加載曲線。兩曲線線間所包容的面 積就是載加載和卸載循環(huán)中所損耗的能量，它消耗于摩擦力所作的功和接觸變形第一次卸載后，變形恢復不到第一次加載的起點， 這說明有殘余變形存在，經(jīng)多 次加載卸載后，加載曲線起點才和卸載曲線終點重合，殘余變形才逐漸減小到零； 機床部件的實際剛度遠比我們按實體估算的要小。影響機床部件剛度的因素結合面接觸變形的影響摩擦力的影響低剛度零件的影響間隙的影響5 .工藝系統(tǒng)剛度及其對加工精度的影響在機械加工過程中，機床、夾具、刀具和工件在切削力作用下

17、，都將分別產(chǎn)生變形y機、y夾、y刀、y工，致使刀具和被加工表面的相對位置發(fā)生變化，使工 件產(chǎn)生加工誤差。工藝系統(tǒng)剛度的倒數(shù)等于其各組成部分剛度的倒數(shù)和。工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響主要有以下幾種情況：由于工藝系統(tǒng)剛度變化引起的誤差由于切削力變化引起的誤差毛坯形狀誤差的復映加工過程中，由于工件的加工余量發(fā)生變化工件材質不均等因素引起的切削力變 化，使工藝系統(tǒng)變形發(fā)生變化，從而產(chǎn)生加工誤差。若毛坯A有橢圓形狀誤差（如右圖）。讓刀具調整到圖上雙點劃線位置，由圖可知， 在毛坯橢圓長軸方向上的背吃刀量為 ap1,短軸方向沙內的背吃刀量為ap2。由 于背吃刀量不同，切削力不同，工藝系統(tǒng)產(chǎn)生的讓刀變形也不同

18、，對應于ap1產(chǎn)生的讓刀為y1,對應于ap2產(chǎn)生的讓刀為y2,故加工出來的工件B仍然存在橢圓 形狀誤差。由于毛坯存在圓度誤差毛=ap1-ap2因而引起了工件的圓度誤差 H=y1-y2,且毛愈大，工愈大，這種現(xiàn)象稱為加工過程中的毛坯誤差復映 現(xiàn)象。工與毛之比值 £稱為誤差復映系數(shù)，它是誤差復映程度的度量。 尺寸誤差（包括尺寸分散）和形狀誤差都存在復映現(xiàn)象。如果我們知道了某加工工 序的復映系數(shù)，就可以通過測量毛坯的誤差值來估算加工后工件的誤差值。 由于夾緊變形引起的誤差工件在裝夾過程中，如果工件剛度較低或夾緊力的方向和施力點選擇不當，將引起工件變形，造成相應的加工誤差。其它作用力的影響6

19、 .減小工藝系統(tǒng)受力變形的途徑由前面對工藝系統(tǒng)剛度的論述可知， 若要減少工藝系統(tǒng)變形，就應提高工藝系統(tǒng) 剛度，減少切削力并壓縮它們的變動幅值。提高工藝系統(tǒng)剛度提高工件和刀具的剛度提高機床剛度采用合理的裝夾方式和加工方式減小切削力及其變化合理地選擇刀具材料，增大前角和主偏角，對工件材料進行合理的熱處理以改善 材料地加工性能等，都可使切削力減小。五、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響比較大， 特別是在精密加工和大件加工中，由 熱變形所引起的加工誤差有時可占工件總誤差的 40%70%。機床、刀具和工件 受到各種熱源的作用，溫度會逐漸升高，同時它們也通過各種傳熱方式向周圍的 物質

20、和空間散發(fā)熱量。當單位時間傳入的熱量與其散出的熱量相等時，工藝系統(tǒng)就達到了熱平衡狀態(tài)。1 .工藝系統(tǒng)的熱源一一內部熱源和外部熱源2 .減小工藝系統(tǒng)熱變形的途徑減少發(fā)熱和隔熱 改善散熱條件 均衡溫度場改進機床結構加快溫度場的平衡控制環(huán)境溫度六、內應力重新分布引起的誤差1 .基本概念沒有外力作用而存在于零件內部的應力，稱為內應力。工件上一旦產(chǎn)生內應力之后， 就會使工件金屬處于一種高能位的不穩(wěn)定狀態(tài)， 它本能地要向低能位的穩(wěn)定狀態(tài)轉化， 并伴隨有變形發(fā)生， 從而使工件喪失原有的加工精度。2 .內應力的產(chǎn)生熱加工中內應力的產(chǎn)生鑄件因內應力而引起的變形在熱處理工序中由于工件壁厚不均勻、 冷卻不均、 金相

21、組織的轉變等原因， 使工件產(chǎn)生內應力。 圖示一個內外壁厚相差較大的鑄件。 澆鑄后， 鑄件將逐漸冷卻至室溫。由于壁1 和壁 2 比較薄，散熱較易，所以冷卻比較快。壁 3 比較厚，所以冷卻比較慢。當壁1 和壁 2從塑性狀態(tài)冷到彈性狀態(tài)時，壁3 的溫度還比較高，尚處于塑性狀態(tài)。 所以壁 1 和壁 2 收縮時壁 3 不起阻擋變形的作用， 鑄件內部不產(chǎn)生內應力。但當壁3 也冷卻到彈性狀態(tài)時，壁1 和壁 2 的溫度已經(jīng)降低很多，收縮速度變得很慢。但這時壁3 收縮較快，就受到了壁1 和壁 2 的阻礙。因此，壁 3 受拉應力的作用，壁1 和 2 受壓應力作用，形成了相互平衡的狀態(tài)。如果在這個鑄件的壁1 上開一個口， 則壁 1 的壓應力消失， 鑄件在壁 3 和 2 的內應力作用下，壁