機械加工精度課件

第六章機械加工精度第一節(jié)

機械加工精度的概念第二節(jié)

獲得加工精度的方法

第三節(jié)

影響加工精度的因素第四節(jié)加工誤差的分析與控制1第六章機械加工精度第一節(jié)機械加工精度的概念1第一節(jié)機械加工精度的概念2第一節(jié)機械加工精度的概念2加工精度

零件在加工后的實際幾何參數(shù)(尺寸、幾何形狀和表面相互位置)與理想零件的幾何參數(shù)相符合的程度。其符合程度愈高，則加工精度愈高，其差別稱為加工誤差。

3加工精度零件在加工后的實際幾何參數(shù)(尺344機械加工誤差的分類在零件加工過程中，雖然有很多原始誤差不同程度地以不同形式反映到被加工零件上造成各種誤差，但從它們的性質(zhì)上來分，有系統(tǒng)誤差和隨機誤差。5機械加工誤差的分類在零件加工過程中，雖然有很第二節(jié)獲得加工精度的方法

1.試切法2.調(diào)整法3.定尺寸刀具法4.主動測量法6第二節(jié)獲得加工精度的方法1.試切法6第三節(jié)影響加工精度的因素機械加工中，機床、夾具、刀具和工件組成的工藝系統(tǒng)在完成任何一個加工過程中，都將有許多原始誤差影響零件的加工精度。它們是機床的幾何誤差，包括微量進給誤差、成形運動誤差及磨損誤差；工件的安裝誤差；測量誤差以及加工中各種力和切削熱所引起的誤差等。這些誤差可分為兩部分：一部分與工藝系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)有關(guān)；一部分與切削過程有關(guān)。7第三節(jié)影響加工精度的因素機械加工中，機床、1.原理誤差加工中采用了近似加工方法，近似成形運動，近似刀具刀刃輪廓所產(chǎn)生的加工誤差，稱為原理誤差。例如，用成形刀具加工復雜的曲面時，因制造完全符合理論曲線輪廓的刀具刃口，有時十分困難。成形刀具的刃口往往采用圓弧、直線等簡單的線形代替曲線的輪廓，從而產(chǎn)生原理誤差。

81.原理誤差加工中采用了近似加工方法，近似成形992.工藝系統(tǒng)的制造精度和

磨損對加工精度的影響102.工藝系統(tǒng)的制造精度和

磨損對加工精度的影響1.機床的制造精度和磨損

導軌誤差直線運動主要由機床的導軌來實現(xiàn)，因此機床床身導軌的制造誤差、工作臺與床身導軌之間的配合誤差是影響直線運動精度的主要因素。導軌的各項誤差將直接地反映到被加工表面的形狀誤差中。

111.機床的制造精度和磨損

導軌誤差121213131414磨床導軌在水平面內(nèi)的直線度誤差使工件在水平方向產(chǎn)生位移Δ，引起被加工零件在半徑方向的誤差ΔR。當磨削長工件時，剛性較差的工作臺是貼合在床身導軌上做往復運動，其運動軌跡受導軌直線度誤差的影響，造成工件的圓柱度誤差。

15磨床導軌在水平面內(nèi)的直線度誤差使工件在15

磨床導軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差將引起工件相對砂輪的切向位移h，造成工件半徑方向的誤差ΔR＝h2/2R，對零件的形狀精度影響甚小。16磨床導軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差16但對平面磨床、龍門刨床及銑床等，導軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差會引起工件相對砂輪(刀具)的法向位移，誤差將直接反映到被加工零件上，造成形狀誤差。17但對平面磨床、龍門刨床及銑床17磨床兩導軌的平行度誤差(扭曲)使工作臺移動時產(chǎn)生橫向傾斜，工作中心變動因而引起工件的形狀誤差。

18磨床兩導軌的平行度誤差(扭曲)使工作18機床的安裝對導軌的原有精度影響也很大，尤其對床身較長的龍門刨床，因床身較長、剛性差，在本身自重作用下容易產(chǎn)生變形。如果安裝的不正確或不堅實，都會使床身產(chǎn)生較大的變形。19機床的安裝對導軌的原有精度影響也19①主軸的回轉(zhuǎn)誤差當主軸工作時，理論上其回轉(zhuǎn)軸線在空間的位置應(yīng)當穩(wěn)定不變，但是，由于主軸部件的加工和安裝誤差及其受力、受熱變形的影響，使主軸每一瞬間的回轉(zhuǎn)軸心線的空間位置處于變動狀態(tài)，相對于理想位置產(chǎn)生了偏移，其偏移量就是主軸回轉(zhuǎn)誤差。20①主軸的回轉(zhuǎn)誤差當主軸工作時，理論上其回轉(zhuǎn)軸線在主軸回轉(zhuǎn)誤差可分為三種基本型式：軸向竄動、純徑向跳動和純角度擺動。

21主軸回轉(zhuǎn)誤差可分為三種基本型式：軸向竄動、純徑向跳動主軸純徑向跳動：鏜床鏜孔的情況22主軸純徑向跳動：22車削時，主軸的純徑向跳動對工件的圓度的影響很小。假定主軸軸心沿著y坐標軸做簡諧直線運動

23車削時，主軸的純徑向跳動對工件的23主軸的純軸向竄動對內(nèi)、外圓加工沒有影響，但所加工的端面卻與內(nèi)外圓不垂直。

24主軸的純軸向竄動對內(nèi)、外圓加工沒有影242525主軸的純角度擺動也因加工方法而異。車削加工時，仍然能夠得到一個圓的工件，但工件成錐形。鏜孔時，由于主軸的純角度擺動形成回轉(zhuǎn)軸心線與工作臺導軌不平行，鏜出的孔將成橢圓形。26主軸的純角度擺動也因加工方法而26

外圓磨削時，磨床前后頂尖都不轉(zhuǎn)動，起定心作用，避免了工件主軸回轉(zhuǎn)誤差的影響。27外圓磨削時，磨床前后頂尖都不272828

砂輪架主軸的回轉(zhuǎn)誤差，不僅引起工件的直徑尺寸誤差，而且還會引起棱圓度、波度以及表面粗糙度。29砂輪架主軸的回轉(zhuǎn)誤差，不僅29303031313.工藝系統(tǒng)的受力變形(1)

工藝系統(tǒng)受力變形的現(xiàn)象用頂尖支承車削細長軸時，工件由于切削力的作用而發(fā)生彎曲變形，加工后則產(chǎn)生鼓形的圓柱度誤差。在磨內(nèi)孔時采用橫向切入磨法，由于內(nèi)圓磨頭主軸彎曲變形，磨出的孔將產(chǎn)生帶錐度的圓柱度誤差。323.工藝系統(tǒng)的受力變形(1)工藝系統(tǒng)受力變形的現(xiàn)象32工藝系統(tǒng)的受力變形是機械加工精度中的一項很重要的原始誤差。

33工藝系統(tǒng)的受力變形是機械加工精度中的一項很重要的原始誤機床部件剛度在機械加工過程中，工藝系統(tǒng)受力后產(chǎn)生變形對加工精度影響很大。當車刀車削工件時，在刀刃上和工件上分別受到大小相等、方向相反的切削力的作用，其中切削力的一分力FY對加工精度的影響最大。

34機床部件剛度在機械加工過程中，工藝系統(tǒng)受力后產(chǎn)3在切削力的作用下，由于工藝系統(tǒng)的受力變形，刀具和工件相對退讓。設(shè)讓刀距離為y，則工藝系統(tǒng)在Y方向的剛度是

k＝FY/y。35在切削力的作用下，由于工藝系統(tǒng)的受力3536363737工件一端在車床卡盤夾緊時，根據(jù)材料力學公式，剛度為：38工件一端在車床卡盤夾緊時，38工件在兩頂尖間加工，由經(jīng)驗可知，可將工件看成兩端架在自由支承上的簡支粱。當?shù)毒咛幱诠ぜ虚g位置時，變形達到最大值，則：

39工件在兩頂尖間加工，由經(jīng)驗可知，可將394040414142424343影響部件剛度的因素如下。

①

接觸變形

零件連接表面存在宏觀幾何形狀誤差和微觀幾何形狀誤差，所以，真正處于接觸狀態(tài)的只是少部分凸蜂。因此接觸點處的接觸應(yīng)力大，會產(chǎn)生較大的接觸變形。這種接觸變形中既有表層的彈性變形又有塑性變形。這就是部件剛度曲線不呈直線，加載與卸載曲線不重合，部件剛度低于同尺寸實體零件剛度的一個原因。44影響部件剛度的因素如下。①接觸變形零件連接表面存在宏②

摩擦的影響

在加載時，零件與零件的接觸面間的摩擦力阻止變形的增加。在卸載時，摩擦力又阻止變形的減少。加載曲線和卸載曲線不相重合。45②摩擦的影響在加載時，零件與零件的45③受力方向的影響

機床在工作時所受到的力是多方向的，其變形也是多方向的。刀刃在y方向的實際位移是切削分力Fx，F(xiàn)y，F(xiàn)z共同作用的結(jié)果，因此剛度也發(fā)生變化。46③受力方向的影響機床在工作時所受到的46④

間隙的影響

部件中各零件間存在間隙時，只要施加很小的力就能使零件相互錯動。在剛度試驗中如果在正反兩個方向加載荷，就可以發(fā)現(xiàn)間隙對變形的影響。

47④間隙的影響部件中各零件間存在間隙47⑤

薄弱零件本身的變形

機床部件中，某些薄弱零件的剛度很低，因而對部件的剛度影響較大。48⑤薄弱零件本身的變形機床部件中，某些薄弱零件的剛度很低工藝系統(tǒng)在受力情況下產(chǎn)生的變形的疊加。

y系統(tǒng)＝y(tǒng)機床+y刀具+y工件+y夾具49工藝系統(tǒng)在受力情況下產(chǎn)生的49所以工藝系統(tǒng)剛度的一般式為：當知道了工藝的各個組成部分的剛度后，就可求出工藝系統(tǒng)剛度。

50所以工藝系統(tǒng)剛度的一般式為：50（3）工藝系統(tǒng)受力變形對

加工精度的影響51（3）工藝系統(tǒng)受力變形對

加工精度的影響51切削力對加工精度的影響

在切削加工中，往往由于被加工表面的幾何形狀誤差或材料的硬度不均勻引起切削力變化，從而造成工件的加工誤差。52切削力對加工精度的影響在切削加工中，往往由于被加工表由于毛坯的圓度誤差，使車削時刀具的切深在變化。因此，切削分力FY也隨切深的變化由FYmax變到FYmin。工藝系統(tǒng)變形也由y1變到y(tǒng)2。這樣就使毛坯的圓度誤差又復映到加工后的工件表面上。這種現(xiàn)象稱為“誤差復映”。

53由于毛坯的圓度誤差，使車削時刀具的切深在變化。因此，切削分力毛坯圓度的最大誤差

車削后工件的圓度誤差

Δ1＝y(tǒng)1－y2

54毛坯圓度的最大誤差54ε表示加工誤差與毛坯誤差之間的比例關(guān)系，說明了“誤差復映”的規(guī)律，故稱“誤差復映系數(shù)”。它定量地反映了工件經(jīng)加工后毛坯誤差減小的程度。從上式看出，工藝系統(tǒng)剛度k越高，ε越小，復映到工件的誤差也越小。55ε表示加工誤差與毛坯誤差之間的比例55當一次走刀不能滿足加工要求時，可進行第二次或多次走刀，進一步消除Δ1復映的誤差。多次走刀總復映的誤差已降到很小，加工誤差也逐漸達到所允許的范圍。56當一次走刀不能滿足加工要求時，可進56575758585959606061616262636364646565工件不同安裝方法對工藝系統(tǒng)剛度影響。66工件不同安裝方法對工藝系統(tǒng)剛度影響。66②

提高零部件剛度

采取措施提高機床零件和部件剛度，能減小工藝系統(tǒng)受力變形。

67②提高零部件剛度采取措施提高機床零673.工藝系統(tǒng)的熱變形683.工藝系統(tǒng)的熱變形68(1)機床熱變形對加工精度的影響各種機床的結(jié)構(gòu)和工作條件的差別很大，所以引起熱變形的主要熱源也大不相同。普通車床、銑床、臥式鏜床等來自機床的主傳動系統(tǒng)；龍門刨床、立式車床等則來自液壓系統(tǒng)。實踐證明，臥式車床部件中受熱最多而變形最大的是主軸箱。

69(1)機床熱變形對加工精度的影響各種機床的結(jié)構(gòu)和7070717172727373(2)刀具熱變形對加工精度的影響刀具產(chǎn)生熱變形的主要熱源是切削熱。盡管切削熱僅有一小部分傳到刀具上，因刀具體積小，熱慣性小，所以刀具工作表面的溫度還是很高。在一般情況下，刀具受熱的伸長量可以達0.03～0.05mm。刀具伸長影響加工精度，對加工中小零件來說一般只影響其尺寸精度，而在加工大型零件時(如加工長軸外圓等)還會影響其形狀精度。74(2)刀具熱變形對加工精度的影響刀具產(chǎn)生熱變形的主要熱刀具熱變形在切削初期增長很快，然后變慢，不久即達到熱平衡狀態(tài)(即此時之后其變形不再增加)。75刀具熱變形在切削初期增長很快，然后變75刀具能夠迅速達到熱平衡，而刀具的磨損又能與刀具受到伸長進行部分的補償，故刀具變形對加工精度的影響并不顯著。76刀具能夠迅速達到熱平衡，而刀具的76從結(jié)構(gòu)設(shè)計上采取的技術(shù)措施

熱對稱結(jié)構(gòu)設(shè)計有利于減少機床熱變形。圖為“加工中心”機床立柱結(jié)構(gòu)，采取雙立柱結(jié)構(gòu)對稱設(shè)計，是有效減少變形的實例。

77從結(jié)構(gòu)設(shè)計上采取的技術(shù)措施熱對稱結(jié)構(gòu)設(shè)77合理布置支承位置有利于減小熱變形的影響。78合理布置支承位置有利于減小熱變形的影響。78797980808181第四節(jié)加工誤差的分析與控制

加工誤差的性質(zhì)

在零件加工過程中，雖然有很多原始誤差不同程度地以不同形式反映到被加工零件上造成各種誤差，但從它們的性質(zhì)上來分，有系統(tǒng)誤差和隨機誤差。82第四節(jié)加工誤差的分析與控制加工誤①

系統(tǒng)誤差在順次加工一批工件時，所產(chǎn)生的大小和方向不變或按加工順序作規(guī)律性變化的誤差，統(tǒng)稱為系統(tǒng)誤差。83①系統(tǒng)誤差在順次加工一批工件時，所產(chǎn)生的大小83機床、夾具、刀具和量具本身的制造誤差引起的加工誤差稱常值系統(tǒng)誤差。機床、夾具和刀具等在熱平衡前的熱變形，加工過程中刀具磨損及工藝系統(tǒng)的受力變形等因素均隨時間的變化而作規(guī)律性的變化，故這些因素引起的加工誤差稱變值系統(tǒng)誤差。

84機床、夾具、刀具和量具本身的制造誤84②

隨機誤差在相同的工藝過程條件下，加工一批零件產(chǎn)生大小和方向不同且無變化規(guī)律的加工誤差。毛坯的誤差復映、工件的定位誤差、夾緊誤差、多次調(diào)整引起的誤差、內(nèi)應(yīng)力引起的誤差等都屬于隨機誤差。

85②隨機誤差在相同的工藝過程條件下，加工一85雖然引起的隨機誤差因素很多，它們的作用情況又是錯綜復雜的，但可以用數(shù)理統(tǒng)計的方法找出隨機誤差的規(guī)律，并用來控制和掌握隨機誤差。

86雖然引起的隨機誤差因素很多，它們8687878888實驗分布曲線上頻率的最大值處于這批零件的算術(shù)平均的位置。平均尺寸的橫坐標位置就是這批零件的分布中心(或誤差聚集中心)。整批零件中最大尺寸和最小尺寸之差，就是尺寸分散范圍。

89實驗分布曲線上頻率的最大值處于這批零89從實驗分布曲線可以歸納出一些隨機誤差的規(guī)律：隨機誤差有大有小，它們對稱分布在尺寸分布中心的左右；距尺寸分布中心越近的隨機誤差，出現(xiàn)的可能性越大，反之越??；隨機誤差在實用中可以認為有一定的分散范圍。90從實驗分布曲線可以歸納出一些隨機誤差的規(guī)律：90實踐證明，在一般無某種優(yōu)勢因素影響的情況下，在機床上用調(diào)整法加工一批零件時得到的實驗分布曲線符合正態(tài)分布曲線規(guī)律。圖中以尺寸分布中心為坐標原點，其方程式為：

91實踐證明，在一般無某種優(yōu)勢因素影響91曲線方程的縱坐標y代表尺寸分布曲線的分布密度，分布密度等于以尺寸間隔值除以頻數(shù)所得的商。橫坐標x表示各零件實測尺寸相對于平均尺寸的偏差值。x即等于圖中的，σ為均方根偏差，其值為92曲線方程的縱坐標y代表尺寸分布曲線的分92對曲線下的面積進行積分可得：

即曲線下的面積等于1，亦即相當于所有各種尺寸之和占這批零件數(shù)的100％。

93對曲線下的面積進行積分可得：939494欲求任意尺寸范圍內(nèi)的零件數(shù)占全部零件數(shù)的百分比(即頻率)，可通過相應(yīng)的定積分求得。例如，在范圍內(nèi)的面積，可求積分如下95欲求任意尺寸范圍內(nèi)的零件數(shù)占全部零件數(shù)的百分比(即頻率)9696由上述部分定積分表的數(shù)值可知，隨機誤差出現(xiàn)在x＝3σ以外的概率僅占0.27％，這個數(shù)值很小，故可認為隨機誤差的實用分布范圍就是3σ。

97由上述部分定積分表的數(shù)值可知，隨機979898

通過測量一批零件加工后的實際尺寸，做出尺寸分布曲線，然后按此曲線來判斷這種加工方法所產(chǎn)生的誤差大小。

99通過測量一批零件加工后的實際尺寸，9910010010110110210210.98~11.0210.993~11.01711.0075~11.09010310.98~11.0210310.98~11.02

10.993~11.017

11.0075~11.09010410.98~11.02

10.993~11.017

11.0

用分布曲線法分析研究加工誤差時，不能反映出零件加工的先后順序，因此就不能把按一定規(guī)律變化的系統(tǒng)誤差和隨機誤差區(qū)分開；而且還需要在全部零件加工完之后才能繪制出分布曲線，不能在加工過程中提供控制工藝過程的資料。

105用分布曲線法分析研究加工誤差時，不能反映出零件加工的先后2.點圖法點圖法是在一批零件的加工過程中，依次測量每個零件的加工尺寸，并記入以順次加工的零件號為橫坐標，零件加工尺寸為縱坐標的圖表中，這樣對一批零件的加工結(jié)果便可畫成點圖。

1062.點圖法點圖法是在一批零件的加工過程中，106107107在車床上采用調(diào)整法加工一批大尺寸的軸頸。由于加工所使用的刀具磨損比較顯著，若還是采取分布曲線進行計算，則會發(fā)現(xiàn)此工序的隨機誤差部分6σ過大。

108在車床上采用調(diào)整法加工一批大尺寸的軸頸。由于加工所使用的第三節(jié)提高加工精度

和表面質(zhì)量的途徑109第三節(jié)提高加工精度

和表面質(zhì)量的途徑109一、提高加工精度的途徑1.查明原因直接消除2.誤差補償或抵消法3.誤差轉(zhuǎn)移法4.誤差分組法5.積極控制法6.“就地加工”法7.誤差平均法110一、提高加工精度的途徑1.查明原因直接消除1101.查明原因直接消除這種方法是在查明產(chǎn)生加工誤差的主要因素后，設(shè)法對這些因素進行直接消除或減小。例如，為消除細長軸在車削時所產(chǎn)生的誤差，可以采取下列措施。①

采用反向進給切削。

1111.查明原因直接消除這種方法是在查明產(chǎn)生加工誤差的主要因②

在靠近卡盤一端的工件上，車出一縮頸部分，縮頸直徑d＝D/2(D為工件坯料直徑)。工件在縮頸部分的直徑減少后，柔性增加，起到萬向接頭的作用，消除了由于坯料本身的彎曲而在卡盤強制夾持下軸心線隨之歪斜的影響。

112②在靠近卡盤一端的工件上，車出一縮頸112113113通過以上措施，基本上消除了軸向切削力引起的彎曲變形。如果再加以彈簧頂尖，可進一步消除熱變形所引起的熱伸長的危害。114通過以上措施，基本上消除了軸向切1142.誤差補償或抵消法這是人為地造成一種新的與原始誤差大小相等、方向相反的誤差，去抵消工藝系統(tǒng)中原來固有的原始誤差，來達到補償?shù)窒颊`差的一種做法。1152.誤差補償或抵消法這是人為地造成一種新的與原在加工過程中，對工件預加載荷，使工件在變形狀態(tài)下進行加工，使加工的條件和裝配、使用時的條件一致，從而達到精度要求。例如在磨削M131W萬能外圓磨床床身導軌時，預先將等重量的液壓箱、橫向進給機構(gòu)及前罩部件安裝在床身上再進行磨削。116在加工過程中，對工件預加載荷，使工1161171173.誤差轉(zhuǎn)移法

轉(zhuǎn)移工藝系統(tǒng)的幾何誤差、受力變形和熱變形產(chǎn)生的誤差。1183.誤差轉(zhuǎn)移法轉(zhuǎn)移工藝系統(tǒng)的幾何誤差、受力變111191194.誤差分組法

在加工中，對于毛坯誤差、定位誤差而引起的工序誤差，可采取分組配合來保證原有的精度。1204.誤差分組法在加工中，對于毛坯誤差、定位例如：某廠在制造Y7520W型磨齒機的交換齒輪時，產(chǎn)生了齒輪心軸與工件定位孔的配合間隙問題。當配合間隙過大，剃齒后的工件產(chǎn)生幾何偏心誤差，將使齒圈跳動超差，同時剃齒時容易產(chǎn)生振動引起齒面紋度，增大工件時的噪聲。為了限制配合間隙，保證工件孔和心軸有高的同軸度，采用了多檔尺寸的剃齒心軸，并對工件孔進行分組和心軸對配，減少了由間隙而產(chǎn)生的定位誤差，提高了剃齒工序的加工精度。

121例如：某廠在制造Y7520W型磨齒機的交換齒輪121工件的制造公差并未放大，只是因誤差進行了分組，而保證了裝配精度，即保證了剃齒心軸和被剃齒輪間很高的同軸度，減少了齒圈跳動。122工件的制造公差并未放大，只是因誤差進行1225.積極控制法

積極控制法的特點是能在加工循環(huán)中利用測量裝置連續(xù)地測出工件實際尺寸(或形狀及位置精度)，隨時給刀具以附加的補償量用以控制刀具和工件間的相對位置，直至實際值與調(diào)定值的差值不超過公差為止。這是現(xiàn)代機械加工中的自動測量和自動補償?shù)囊环N形式。

1235.積極控制法積極控制法的特點是能在加工循環(huán)柴油機高壓燃油泵柱塞副，是一對很精密的偶件。柱塞和柱塞套本身的幾何形狀精度在0.0005mm以內(nèi)，而軸與孔的配間隙為0.0015～0.003mm以內(nèi)，在工件配磨前，先用標準偶件調(diào)整儀器，應(yīng)用加工過程中的自動配磨裝置進行加工。

124柴油機高壓燃油泵柱塞副，是一對很精密的124“就地加工”法在加工精密絲杠時，為了保證前后頂尖和跟刀架套內(nèi)孔的同軸度，采用頭架項尖自磨、尾架墊板刮研、跟刀架導套自鏜的“就地加工”法。125“就地加工”法在加工精密絲杠時，為了保證前后第六章機械加工精度第一節(jié)

機械加工精度的概念第二節(jié)

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第三節(jié)

影響加工精度的因素第四節(jié)加工誤差的分析與控制126第六章機械加工精度第一節(jié)機械加工精度的概念1第一節(jié)機械加工精度的概念127第一節(jié)機械加工精度的概念2加工精度

零件在加工后的實際幾何參數(shù)(尺寸、幾何形狀和表面相互位置)與理想零件的幾何參數(shù)相符合的程度。其符合程度愈高，則加工精度愈高，其差別稱為加工誤差。

128加工精度零件在加工后的實際幾何參數(shù)(尺31294機械加工誤差的分類在零件加工過程中，雖然有很多原始誤差不同程度地以不同形式反映到被加工零件上造成各種誤差，但從它們的性質(zhì)上來分，有系統(tǒng)誤差和隨機誤差。130機械加工誤差的分類在零件加工過程中，雖然有很第二節(jié)獲得加工精度的方法

1.試切法2.調(diào)整法3.定尺寸刀具法4.主動測量法131第二節(jié)獲得加工精度的方法1.試切法6第三節(jié)影響加工精度的因素機械加工中，機床、夾具、刀具和工件組成的工藝系統(tǒng)在完成任何一個加工過程中，都將有許多原始誤差影響零件的加工精度。它們是機床的幾何誤差，包括微量進給誤差、成形運動誤差及磨損誤差；工件的安裝誤差；測量誤差以及加工中各種力和切削熱所引起的誤差等。這些誤差可分為兩部分：一部分與工藝系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)有關(guān)；一部分與切削過程有關(guān)。132第三節(jié)影響加工精度的因素機械加工中，機床、1.原理誤差加工中采用了近似加工方法，近似成形運動，近似刀具刀刃輪廓所產(chǎn)生的加工誤差，稱為原理誤差。例如，用成形刀具加工復雜的曲面時，因制造完全符合理論曲線輪廓的刀具刃口，有時十分困難。成形刀具的刃口往往采用圓弧、直線等簡單的線形代替曲線的輪廓，從而產(chǎn)生原理誤差。

1331.原理誤差加工中采用了近似加工方法，近似成形13492.工藝系統(tǒng)的制造精度和

磨損對加工精度的影響1352.工藝系統(tǒng)的制造精度和

磨損對加工精度的影響1.機床的制造精度和磨損

導軌誤差直線運動主要由機床的導軌來實現(xiàn)，因此機床床身導軌的制造誤差、工作臺與床身導軌之間的配合誤差是影響直線運動精度的主要因素。導軌的各項誤差將直接地反映到被加工表面的形狀誤差中。

1361.機床的制造精度和磨損

導軌誤差137121381313914磨床導軌在水平面內(nèi)的直線度誤差使工件在水平方向產(chǎn)生位移Δ，引起被加工零件在半徑方向的誤差ΔR。當磨削長工件時，剛性較差的工作臺是貼合在床身導軌上做往復運動，其運動軌跡受導軌直線度誤差的影響，造成工件的圓柱度誤差。

140磨床導軌在水平面內(nèi)的直線度誤差使工件在15

磨床導軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差將引起工件相對砂輪的切向位移h，造成工件半徑方向的誤差ΔR＝h2/2R，對零件的形狀精度影響甚小。141磨床導軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差16但對平面磨床、龍門刨床及銑床等，導軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差會引起工件相對砂輪(刀具)的法向位移，誤差將直接反映到被加工零件上，造成形狀誤差。142但對平面磨床、龍門刨床及銑床17磨床兩導軌的平行度誤差(扭曲)使工作臺移動時產(chǎn)生橫向傾斜，工作中心變動因而引起工件的形狀誤差。

143磨床兩導軌的平行度誤差(扭曲)使工作18機床的安裝對導軌的原有精度影響也很大，尤其對床身較長的龍門刨床，因床身較長、剛性差，在本身自重作用下容易產(chǎn)生變形。如果安裝的不正確或不堅實，都會使床身產(chǎn)生較大的變形。144機床的安裝對導軌的原有精度影響也19①主軸的回轉(zhuǎn)誤差當主軸工作時，理論上其回轉(zhuǎn)軸線在空間的位置應(yīng)當穩(wěn)定不變，但是，由于主軸部件的加工和安裝誤差及其受力、受熱變形的影響，使主軸每一瞬間的回轉(zhuǎn)軸心線的空間位置處于變動狀態(tài)，相對于理想位置產(chǎn)生了偏移，其偏移量就是主軸回轉(zhuǎn)誤差。145①主軸的回轉(zhuǎn)誤差當主軸工作時，理論上其回轉(zhuǎn)軸線在主軸回轉(zhuǎn)誤差可分為三種基本型式：軸向竄動、純徑向跳動和純角度擺動。

146主軸回轉(zhuǎn)誤差可分為三種基本型式：軸向竄動、純徑向跳動主軸純徑向跳動：鏜床鏜孔的情況147主軸純徑向跳動：22車削時，主軸的純徑向跳動對工件的圓度的影響很小。假定主軸軸心沿著y坐標軸做簡諧直線運動

148車削時，主軸的純徑向跳動對工件的23主軸的純軸向竄動對內(nèi)、外圓加工沒有影響，但所加工的端面卻與內(nèi)外圓不垂直。

149主軸的純軸向竄動對內(nèi)、外圓加工沒有影2415025主軸的純角度擺動也因加工方法而異。車削加工時，仍然能夠得到一個圓的工件，但工件成錐形。鏜孔時，由于主軸的純角度擺動形成回轉(zhuǎn)軸心線與工作臺導軌不平行，鏜出的孔將成橢圓形。151主軸的純角度擺動也因加工方法而26

外圓磨削時，磨床前后頂尖都不轉(zhuǎn)動，起定心作用，避免了工件主軸回轉(zhuǎn)誤差的影響。152外圓磨削時，磨床前后頂尖都不2715328

砂輪架主軸的回轉(zhuǎn)誤差，不僅引起工件的直徑尺寸誤差，而且還會引起棱圓度、波度以及表面粗糙度。154砂輪架主軸的回轉(zhuǎn)誤差，不僅2915530156313.工藝系統(tǒng)的受力變形(1)

工藝系統(tǒng)受力變形的現(xiàn)象用頂尖支承車削細長軸時，工件由于切削力的作用而發(fā)生彎曲變形，加工后則產(chǎn)生鼓形的圓柱度誤差。在磨內(nèi)孔時采用橫向切入磨法，由于內(nèi)圓磨頭主軸彎曲變形，磨出的孔將產(chǎn)生帶錐度的圓柱度誤差。1573.工藝系統(tǒng)的受力變形(1)工藝系統(tǒng)受力變形的現(xiàn)象32工藝系統(tǒng)的受力變形是機械加工精度中的一項很重要的原始誤差。

158工藝系統(tǒng)的受力變形是機械加工精度中的一項很重要的原始誤機床部件剛度在機械加工過程中，工藝系統(tǒng)受力后產(chǎn)生變形對加工精度影響很大。當車刀車削工件時，在刀刃上和工件上分別受到大小相等、方向相反的切削力的作用，其中切削力的一分力FY對加工精度的影響最大。

159機床部件剛度在機械加工過程中，工藝系統(tǒng)受力后產(chǎn)3在切削力的作用下，由于工藝系統(tǒng)的受力變形，刀具和工件相對退讓。設(shè)讓刀距離為y，則工藝系統(tǒng)在Y方向的剛度是

k＝FY/y。160在切削力的作用下，由于工藝系統(tǒng)的受力351613616237工件一端在車床卡盤夾緊時，根據(jù)材料力學公式，剛度為：163工件一端在車床卡盤夾緊時，38工件在兩頂尖間加工，由經(jīng)驗可知，可將工件看成兩端架在自由支承上的簡支粱。當?shù)毒咛幱诠ぜ虚g位置時，變形達到最大值，則：

164工件在兩頂尖間加工，由經(jīng)驗可知，可將3916540166411674216843影響部件剛度的因素如下。

①

接觸變形

零件連接表面存在宏觀幾何形狀誤差和微觀幾何形狀誤差，所以，真正處于接觸狀態(tài)的只是少部分凸蜂。因此接觸點處的接觸應(yīng)力大，會產(chǎn)生較大的接觸變形。這種接觸變形中既有表層的彈性變形又有塑性變形。這就是部件剛度曲線不呈直線，加載與卸載曲線不重合，部件剛度低于同尺寸實體零件剛度的一個原因。169影響部件剛度的因素如下。①接觸變形零件連接表面存在宏②

摩擦的影響

在加載時，零件與零件的接觸面間的摩擦力阻止變形的增加。在卸載時，摩擦力又阻止變形的減少。加載曲線和卸載曲線不相重合。170②摩擦的影響在加載時，零件與零件的45③受力方向的影響

機床在工作時所受到的力是多方向的，其變形也是多方向的。刀刃在y方向的實際位移是切削分力Fx，F(xiàn)y，F(xiàn)z共同作用的結(jié)果，因此剛度也發(fā)生變化。171③受力方向的影響機床在工作時所受到的46④

間隙的影響

部件中各零件間存在間隙時，只要施加很小的力就能使零件相互錯動。在剛度試驗中如果在正反兩個方向加載荷，就可以發(fā)現(xiàn)間隙對變形的影響。

172④間隙的影響部件中各零件間存在間隙47⑤

薄弱零件本身的變形

機床部件中，某些薄弱零件的剛度很低，因而對部件的剛度影響較大。173⑤薄弱零件本身的變形機床部件中，某些薄弱零件的剛度很低工藝系統(tǒng)在受力情況下產(chǎn)生的變形的疊加。

y系統(tǒng)＝y(tǒng)機床+y刀具+y工件+y夾具174工藝系統(tǒng)在受力情況下產(chǎn)生的49所以工藝系統(tǒng)剛度的一般式為：當知道了工藝的各個組成部分的剛度后，就可求出工藝系統(tǒng)剛度。

175所以工藝系統(tǒng)剛度的一般式為：50（3）工藝系統(tǒng)受力變形對

加工精度的影響176（3）工藝系統(tǒng)受力變形對

加工精度的影響51切削力對加工精度的影響

在切削加工中，往往由于被加工表面的幾何形狀誤差或材料的硬度不均勻引起切削力變化，從而造成工件的加工誤差。177切削力對加工精度的影響在切削加工中，往往由于被加工表由于毛坯的圓度誤差，使車削時刀具的切深在變化。因此，切削分力FY也隨切深的變化由FYmax變到FYmin。工藝系統(tǒng)變形也由y1變到y(tǒng)2。這樣就使毛坯的圓度誤差又復映到加工后的工件表面上。這種現(xiàn)象稱為“誤差復映”。

178由于毛坯的圓度誤差，使車削時刀具的切深在變化。因此，切削分力毛坯圓度的最大誤差

車削后工件的圓度誤差

Δ1＝y(tǒng)1－y2

179毛坯圓度的最大誤差54ε表示加工誤差與毛坯誤差之間的比例關(guān)系，說明了“誤差復映”的規(guī)律，故稱“誤差復映系數(shù)”。它定量地反映了工件經(jīng)加工后毛坯誤差減小的程度。從上式看出，工藝系統(tǒng)剛度k越高，ε越小，復映到工件的誤差也越小。180ε表示加工誤差與毛坯誤差之間的比例55當一次走刀不能滿足加工要求時，可進行第二次或多次走刀，進一步消除Δ1復映的誤差。多次走刀總復映的誤差已降到很小，加工誤差也逐漸達到所允許的范圍。181當一次走刀不能滿足加工要求時，可進56182571835818459185601866118762188631896419065工件不同安裝方法對工藝系統(tǒng)剛度影響。191工件不同安裝方法對工藝系統(tǒng)剛度影響。66②

提高零部件剛度

采取措施提高機床零件和部件剛度，能減小工藝系統(tǒng)受力變形。

192②提高零部件剛度采取措施提高機床零673.工藝系統(tǒng)的熱變形1933.工藝系統(tǒng)的熱變形68(1)機床熱變形對加工精度的影響各種機床的結(jié)構(gòu)和工作條件的差別很大，所以引起熱變形的主要熱源也大不相同。普通車床、銑床、臥式鏜床等來自機床的主傳動系統(tǒng)；龍門刨床、立式車床等則來自液壓系統(tǒng)。實踐證明，臥式車床部件中受熱最多而變形最大的是主軸箱。

194(1)機床熱變形對加工精度的影響各種機床的結(jié)構(gòu)和19570196711977219873(2)刀具熱變形對加工精度的影響刀具產(chǎn)生熱變形的主要熱源是切削熱。盡管切削熱僅有一小部分傳到刀具上，因刀具體積小，熱慣性小，所以刀具工作表面的溫度還是很高。在一般情況下，刀具受熱的伸長量可以達0.03～0.05mm。刀具伸長影響加工精度，對加工中小零件來說一般只影響其尺寸精度，而在加工大型零件時(如加工長軸外圓等)還會影響其形狀精度。199(2)刀具熱變形對加工精度的影響刀具產(chǎn)生熱變形的主要熱刀具熱變形在切削初期增長很快，然后變慢，不久即達到熱平衡狀態(tài)(即此時之后其變形不再增加)。200刀具熱變形在切削初期增長很快，然后變75刀具能夠迅速達到熱平衡，而刀具的磨損又能與刀具受到伸長進行部分的補償，故刀具變形對加工精度的影響并不顯著。201刀具能夠迅速達到熱平衡，而刀具的76從結(jié)構(gòu)設(shè)計上采取的技術(shù)措施

熱對稱結(jié)構(gòu)設(shè)計有利于減少機床熱變形。圖為“加工中心”機床立柱結(jié)構(gòu)，采取雙立柱結(jié)構(gòu)對稱設(shè)計，是有效減少變形的實例。

202從結(jié)構(gòu)設(shè)計上采取的技術(shù)措施熱對稱結(jié)構(gòu)設(shè)77合理布置支承位置有利于減小熱變形的影響。203合理布置支承位置有利于減小熱變形的影響。78204792058020681第四節(jié)加工誤差的分析與控制

加工誤差的性質(zhì)

在零件加工過程中，雖然有很多原始誤差不同程度地以不同形式反映到被加工零件上造成各種誤差，但從它們的性質(zhì)上來分，有系統(tǒng)誤差和隨機誤差。207第四節(jié)加工誤差的分析與控制加工誤①

系統(tǒng)誤差在順次加工一批工件時，所產(chǎn)生的大小和方向不變或按加工順序作規(guī)律性變化的誤差，統(tǒng)稱為系統(tǒng)誤差。208①系統(tǒng)誤差在順次加工一批工件時，所產(chǎn)生的大小83機床、夾具、刀具和量具本身的制造誤差引起的加工誤差稱常值系統(tǒng)誤差。機床、夾具和刀具等在熱平衡前的熱變形，加工過程中刀具磨損及工藝系統(tǒng)的受力變形等因素均隨時間的變化而作規(guī)律性的變化，故這些因素引起的加工誤差稱變值系統(tǒng)誤差。

209機床、夾具、刀具和量具本身的制造誤84②

隨機誤差在相同的工藝過程條件下，加工一批零件產(chǎn)生大小和方向不同且無變化規(guī)律的加工誤差。毛坯的誤差復映、工件的定位誤差、夾緊誤差、多次調(diào)整引起的誤差、內(nèi)應(yīng)力引起的誤差等都屬于隨機誤差。

210②隨機誤差在相同的工藝過程條件下，加工一85雖然引起的隨機誤差因素很多，它們的作用情況又是錯綜復雜的，但可以用數(shù)理統(tǒng)計的方法找出隨機誤差的規(guī)律，并用來控制和掌握隨機誤差。

211雖然引起的隨機誤差因素很多，它們862128721388實驗分布曲線上頻率的最大值處于這批零件的算術(shù)平均的位置。平均尺寸的橫坐標位置就是這批零件的分布中心(或誤差聚集中心)。整批零件中最大尺寸和最小尺寸之差，就是尺寸分散范圍。

214實驗分布曲線上頻率的最大值處于這批零89從實驗分布曲線可以歸納出一些隨機誤差的規(guī)律：隨機誤差有大有小，它們對稱分布在尺寸分布中心的左右；距尺寸分布中心越近的隨機誤差，出現(xiàn)的可能性越大，反之越小；隨機誤差在實用中可以認為有一定的分散范圍。215從實驗分布曲線可以歸納出一些隨機誤差的規(guī)律：90實踐證明，在一般無某種優(yōu)勢因素影響的情況下，在機床上用調(diào)整法加工一批零件時得到的實驗分布曲線符合正態(tài)分布曲線規(guī)律。圖中以尺寸分布中心為坐標原點，其方程式為：

216實踐證明，在一般無某種優(yōu)勢因素影響91曲線方程的縱坐標y代表尺寸分布曲線的分布密度，分布密度等于以尺寸間隔值除以頻數(shù)所得的商。橫坐標x表示各零件實測尺寸相對于平均尺寸的偏差值。x即等于圖中的，σ為均方根偏差，其值為217曲線方程的縱坐標y代表尺寸分布曲線的分92對曲線下的面積進行積分可得：

即曲線下的面積等于1，亦即相當于所有各種尺寸之和占這批零件數(shù)的100％。

218對曲線下的面積進行積分可得：9321994欲求任意尺寸范圍內(nèi)的零件數(shù)占全部零件數(shù)的百分比(即頻率)，可通過相應(yīng)的定積分求得。例如，在范圍內(nèi)的面積，可求積分如下220欲求任意尺寸范圍內(nèi)的零件數(shù)占全部零件數(shù)的百分比(即頻率)22196由上述部分定積分表的數(shù)值可知，隨機誤差出現(xiàn)在x＝3σ以外的概率僅占0.27％，這個數(shù)值很小，故可認為隨機誤差的實用分布范圍就是3σ。

222由上述部分定積分表的數(shù)值可知，隨機9722398

通過測量一批零件加工后的實際尺寸，做出尺寸分布曲線，然后按此曲線來判斷這種加工方法所產(chǎn)生的誤差大小。

224通過測量一批零件加工后的實際尺寸，9922510022610122710210.98~11.0210.993~11.01711.0075~11.09022810.98~11.0210310.98~11.02

10.993~11.017

11.0075~11.09022910.98~11.02

10.993~11.017

11.0

用分布曲線法分析研究加工誤差時，不能反映出零件加工的先后順序，因此就不能把按一定規(guī)律變化的系統(tǒng)誤差和隨機誤差區(qū)分開；而且還需要在全部零件加工完之后才能繪制出分布曲線，不能在加工過程中提供控制工藝過程的資料。

230用分布曲線法分析研究加工誤差時，不能反映出零件加工的先后2.點圖法點圖法是在一批零件的加工過程中，依次測量每個零件的加工尺寸，并記入以順次加工的零件號為橫坐標，零件加工尺寸為縱坐標的圖表中，這樣對一批零件的加工結(jié)果便可畫成點圖。

2312.點圖法點圖法是在一批零件的加工過程中，106232107在車床上采用調(diào)整法加工一批大尺寸的軸頸。由