第8章机械加工精度

1、机械加工精度的含义机械加工精度的含义8.1影响机械加工精度的因素及分析影响机械加工精度的因素及分析 8.2保证和提高加工精度的主要途径保证和提高加工精度的主要途径8.3加工误差的统计分析方法加工误差的统计分析方法8.4零件是构成机械产品的基本单元，零件的机械加零件是构成机械产品的基本单元，零件的机械加工精度是保证产品质量的基础，决定着产品的使用工精度是保证产品质量的基础，决定着产品的使用性能和寿命。本章介绍机械加工精度的含义、尺寸性能和寿命。本章介绍机械加工精度的含义、尺寸精度、形状精度和位置精度及获得加工精度的方法；精度、形状精度和位置精度及获得加工精度的方法；各种主要影响加工精度的工艺因素

2、及其分析和提高各种主要影响加工精度的工艺因素及其分析和提高加工精度的主要方法；机械加工误差的统计分析方加工精度的主要方法；机械加工误差的统计分析方法等内容。法等内容。在机械加工中，根据生产条件和生产批量的不同，可采用以下一些在机械加工中，根据生产条件和生产批量的不同，可采用以下一些方法获得加工精度。方法获得加工精度。1 1获得尺寸精度的方法获得尺寸精度的方法（1 1）试切法试切法就是在工件加工过程中不断对已加工表面的尺）试切法试切法就是在工件加工过程中不断对已加工表面的尺寸进行测量，并相应调整刀具相对工件加工表面的位置进行试切，直到寸进行测量，并相应调整刀具相对工件加工表面的位置进行试切，直到

3、达到尺寸精度要求的加工方法。达到尺寸精度要求的加工方法。（2 2）调整法是按试切好的工件尺寸、标准件或对刀块等调整好刀）调整法是按试切好的工件尺寸、标准件或对刀块等调整好刀具相对工件定位基准的位置，并在保持此准确位置不变的情况下，对一具相对工件定位基准的位置，并在保持此准确位置不变的情况下，对一批工件进行加工的方法称为调整法批工件进行加工的方法称为调整法。 图图8-1 8-1 试切法试切法 图图8-2 8-2 铣削时的调整法对刀铣削时的调整法对刀（3 3）定尺寸刀具法）定尺寸刀具法在机械加工过程中，通过刀具的尺寸精度保证被加工工件的尺寸在机械加工过程中，通过刀具的尺寸精度保证被加工工件的尺寸精

4、度，这种方法称为定尺寸刀具法。如用拉刀、钻头、铰刀加工孔均精度，这种方法称为定尺寸刀具法。如用拉刀、钻头、铰刀加工孔均属于定尺寸刀具法。这种加工方法加工精度较稳定，生产效率高，操属于定尺寸刀具法。这种加工方法加工精度较稳定，生产效率高，操作简便，是常用的孔和槽的加工方法。作简便，是常用的孔和槽的加工方法。（4 4）自动控制法）自动控制法在加工过程中，通过由尺寸测量装置、动力进给装置和控制机构在加工过程中，通过由尺寸测量装置、动力进给装置和控制机构等组成的自动控制系统，使加工过程中的尺寸测量、刀具的补偿调整等组成的自动控制系统，使加工过程中的尺寸测量、刀具的补偿调整和切削加工等一系列工作自动完成

5、，在达到尺寸精度时自动停止加工和切削加工等一系列工作自动完成，在达到尺寸精度时自动停止加工的一种方法。如数控机床的切削加工，这种方法加工精度稳定，生产的一种方法。如数控机床的切削加工，这种方法加工精度稳定，生产效率高，是机械制造业的发展方向。效率高，是机械制造业的发展方向。 2. 2. 获得形状精度的方法获得形状精度的方法（1 1）刀尖轨迹法通过刀尖的运动轨迹来获得形状精度的方法称为）刀尖轨迹法通过刀尖的运动轨迹来获得形状精度的方法称为刀尖轨迹法。所获得的形状精度取决于刀具和工件间相对成形运动的刀尖轨迹法。所获得的形状精度取决于刀具和工件间相对成形运动的精度。如铣削、车削、刨削等。精度。如铣削

6、、车削、刨削等。（2 2）成形法利用成形刀具对工件进行加工获得形状精度的方法称）成形法利用成形刀具对工件进行加工获得形状精度的方法称成形法。成形法加工的形状精度取决于成形刀具的形状精度和其它成成形法。成形法加工的形状精度取决于成形刀具的形状精度和其它成形运动精度。形运动精度。（3 3）仿形法刀具按照仿形装置进给规律对工件进行加工的方法称）仿形法刀具按照仿形装置进给规律对工件进行加工的方法称为仿形法。仿形法所得到的形状精度取决于仿形装置的精度以及其它为仿形法。仿形法所得到的形状精度取决于仿形装置的精度以及其它成形运动的精度。如仿形铣、仿形车等。成形运动的精度。如仿形铣、仿形车等。（4 4）展成法

7、利用刀具和工件作展成切削运动形成包络面，从而获）展成法利用刀具和工件作展成切削运动形成包络面，从而获得形状精度的方法称为展成法得形状精度的方法称为展成法( (或称包络法）。如滚齿、插齿等。或称包络法）。如滚齿、插齿等。如图如图8-38-3所示为表面形状与成形运动关系的几个实例。所示为表面形状与成形运动关系的几个实例。(a) (b) (c)(a) (b) (c)(d) (d) (e)(e)图图8-3 8-3 表面形状与成形运动关系表面形状与成形运动关系(a) (a) 点刃车刀车外圆柱面点刃车刀车外圆柱面 (b) (b) 宽刃车刀车外圆柱面宽刃车刀车外圆柱面 (c) (c) 砂轮磨外圆柱面砂轮磨外

8、圆柱面 (d) (d) 盘铣刀铣外圆柱面盘铣刀铣外圆柱面 (e) (e) 滚齿加工滚齿加工1 1工件工件2 2包络线包络线3 3包络线中心包络线中心3. 3. 获得位置精度的方法获得位置精度的方法工件各表面的位置精度主要由机床精度、夹具精度和工件各表面的位置精度主要由机床精度、夹具精度和刀具相对工件的安装精度保证。刀具相对工件的安装精度保证。例如：在车床上车削工件端面时，其端面和轴线的垂例如：在车床上车削工件端面时，其端面和轴线的垂直度决定于横溜板进给方向与主轴回转轴线的垂直度；在直度决定于横溜板进给方向与主轴回转轴线的垂直度；在平面上钻孔，孔中心线对平面的垂直度则取决于钻床钻头平面上钻孔，孔

9、中心线对平面的垂直度则取决于钻床钻头进给方向与工作台或夹具定位面的垂直度。进给方向与工作台或夹具定位面的垂直度。工件的安装方法有一次装夹法和多次装夹法。在多次工件的安装方法有一次装夹法和多次装夹法。在多次装夹法中，可根据工件的不同装夹方式分为直接装夹法、装夹法中，可根据工件的不同装夹方式分为直接装夹法、找正装夹法和夹具装夹法。找正装夹法和夹具装夹法。 8.2.38.2.3加工原理误差对加工精度的影响加工原理误差对加工精度的影响8.2.48.2.4刀具的制造误差与磨损对加工精度的影响刀具的制造误差与磨损对加工精度的影响8.2.58.2.5工艺系统受力变形对加工精度的影响工艺系统受力变形对加工精度

10、的影响1 1工艺系统的原始误差及分类工艺系统的原始误差及分类在机械加工时，由机床、夹具、刀具和工件构成的系统称为工艺在机械加工时，由机床、夹具、刀具和工件构成的系统称为工艺系统。系统。造成零件加工后尺寸、形状或位置加工误差的工艺系统各环节中造成零件加工后尺寸、形状或位置加工误差的工艺系统各环节中所存在的误差称为原始误差。所存在的误差称为原始误差。为了保证和提高零件的加工精度，必须采取措施消除或减少原始为了保证和提高零件的加工精度，必须采取措施消除或减少原始误差对加工精度的影响，将加工误差控制在允许的变动范围内。误差对加工精度的影响，将加工误差控制在允许的变动范围内。影响原始误差的因素很多，大致

11、可划分为三个部分：影响原始误差的因素很多，大致可划分为三个部分：一是与工艺系统本身的初始状态有关的因素，主要有加工原理误一是与工艺系统本身的初始状态有关的因素，主要有加工原理误差、机床几何误差、夹具和刀具误差、工件误差、定位和安装调整误差、机床几何误差、夹具和刀具误差、工件误差、定位和安装调整误差等；差等；二是与切削过程有关的因素，主要有工艺系统的受力变形、工艺二是与切削过程有关的因素，主要有工艺系统的受力变形、工艺系统的热变形、工艺系统磨损等；系统的热变形、工艺系统磨损等；三是与加工后的状况有关的因素，主要有工艺系统残余应力及测三是与加工后的状况有关的因素，主要有工艺系统残余应力及测量误差等

12、。量误差等。图图8-4 8-4 工艺系统原工艺系统原始误差的分类始误差的分类2 2原始误差对加工误差的影响原始误差对加工误差的影响机械加工过程中，由于各种原始误差的影响，使刀具机械加工过程中，由于各种原始误差的影响，使刀具和工件间的正确相对位置被破坏，从而在工件上产生加工和工件间的正确相对位置被破坏，从而在工件上产生加工误差。不同的原始误差对加工精度的影响程度不同，当原误差。不同的原始误差对加工精度的影响程度不同，当原始误差的方向与加工表面工序尺寸的方向一致时，对加工始误差的方向与加工表面工序尺寸的方向一致时，对加工精度影响最大。精度影响最大。为便于分析原始误差对加工精度的影响，将对加工精为便

13、于分析原始误差对加工精度的影响，将对加工精度影响最大的方向，一般为被加工表面的法向方向，称为度影响最大的方向，一般为被加工表面的法向方向，称为误差的误差的敏感方向敏感方向。而将对加工精度影响最小的方向，一般为被加工表面而将对加工精度影响最小的方向，一般为被加工表面的切向方向，称为误差的的切向方向，称为误差的非敏感方向非敏感方向。机床的制造误差包括机床各零部件的几何误差、安装误差和使用机床的制造误差包括机床各零部件的几何误差、安装误差和使用过程中的磨损。主要介绍机床主轴回转运动误差、机床导轨直线运动过程中的磨损。主要介绍机床主轴回转运动误差、机床导轨直线运动误差及机床传动链误差。误差及机床传动链

14、误差。1. 1. 机床主轴回转运动误差对加工精度的影响机床主轴回转运动误差对加工精度的影响（1 1）主轴回转运动误差的概念）主轴回转运动误差的概念机械加工时，要求机床主轴具有一定的回转运动精度，即加工过机械加工时，要求机床主轴具有一定的回转运动精度，即加工过程中主轴回转中心相对刀具或工件的位置精度。程中主轴回转中心相对刀具或工件的位置精度。当主轴回转时，理论上其回转轴线在空间的位置应当稳定不变，当主轴回转时，理论上其回转轴线在空间的位置应当稳定不变，但实际上由于各种因素，其位置总是变动的，即存在着回转误差。但实际上由于各种因素，其位置总是变动的，即存在着回转误差。主轴回转运动误差就是主轴的实际

15、回转轴线相对于平均回转轴线主轴回转运动误差就是主轴的实际回转轴线相对于平均回转轴线( (瞬时回转轴线的对称中心线瞬时回转轴线的对称中心线) )的最大变动量。的最大变动量。主轴回转运动误差可分解为图主轴回转运动误差可分解为图8-58-5所示的三种基本形式：所示的三种基本形式：即轴向窜动即轴向窜动( (端面圆跳动端面圆跳动) )、径向圆跳动和角度摆动。、径向圆跳动和角度摆动。图图8-5 8-5 主轴回转误差的基本形式及其综合误差主轴回转误差的基本形式及其综合误差(a)(a)轴向窜动轴向窜动 (b)(b)纯径向圆跳动纯径向圆跳动 (c)(c)纯角度摆动纯角度摆动 (d)(d)主轴综合误差主轴综合误差

16、（2）主轴回转运动误差对加工精度的影响）主轴回转运动误差对加工精度的影响切削加工过程中，机床主轴的回转运动误差使刀具和工件间的相切削加工过程中，机床主轴的回转运动误差使刀具和工件间的相对位置不断改变，从而在工件上引起加工误差。刀具相对工件加工表对位置不断改变，从而在工件上引起加工误差。刀具相对工件加工表面的位移方向不同时，对加工精度的影响程度是不同。面的位移方向不同时，对加工精度的影响程度是不同。主轴的径向圆跳动误差主要影响工件外圆面的圆柱度。图主轴的径向圆跳动误差主要影响工件外圆面的圆柱度。图8-6为车为车削外圆表面时，刀具与工件在不同方向上的相对位移对工序尺寸产生削外圆表面时，刀具与工件在

17、不同方向上的相对位移对工序尺寸产生的影响。图的影响。图8-6(b)中刀具在工件的加工表面法线方向上发生了大小为中刀具在工件的加工表面法线方向上发生了大小为Y的相对位移，这时，工件半径上出现的加工误差，即刀具的相对位移，这时，工件半径上出现的加工误差，即刀具的法向相对位移的法向相对位移Y按按1 1的比例转化为加工误差的比例转化为加工误差R。这个方向上的相。这个方向上的相对位移对加工精度影响很大为误差敏感方向。图对位移对加工精度影响很大为误差敏感方向。图8-6(a)表示在切向发生表示在切向发生了大小为了大小为Z的相对位移。由几何关系可得：，展开的相对位移。由几何关系可得：，展开并整理，即并整理，即

18、 (8-1)222)(ZRRRYRRZR22主轴的轴向窜动误差主要影响主轴的轴向窜动误差主要影响被加工工件的端面形状和轴向尺寸被加工工件的端面形状和轴向尺寸精度，而对工件内、外圆的加工精精度，而对工件内、外圆的加工精度没有影响。如在加工工件端面时，度没有影响。如在加工工件端面时，被加工的端面与内外圆轴线产生垂被加工的端面与内外圆轴线产生垂直度误差，同时主轴每转一周，要直度误差，同时主轴每转一周，要沿轴向窜动沿轴向窜动次，使得切出的端面次，使得切出的端面产生平面度误差，如图产生平面度误差，如图8-78-7示。所示。所以当加工螺纹时必然会产生螺距的以当加工螺纹时必然会产生螺距的周期误差。周期误差。

19、图图8-78-7主轴轴向窜动对端面主轴轴向窜动对端面加工的影响加工的影响主轴角度摆动误差主要影响被加工工件的圆柱度和端面加工精度。主轴角度摆动误差主要影响被加工工件的圆柱度和端面加工精度。其对加工精度的影响，取决于不同的加工内容。如车削加工时工件每其对加工精度的影响，取决于不同的加工内容。如车削加工时工件每一横截面内的圆度误差很小，但轴平面有圆柱度误差一横截面内的圆度误差很小，但轴平面有圆柱度误差( (锥度锥度) )。镗孔时，。镗孔时，由于主轴的角度摆动使主轴回转轴线与工作台导轨不平行，则镗出的由于主轴的角度摆动使主轴回转轴线与工作台导轨不平行，则镗出的孔呈椭圆形，如图孔呈椭圆形，如图8-88

20、-8所示。所示。 图图8-8 8-8 纯角度摆动对镗孔的影响纯角度摆动对镗孔的影响 O O工件孔轴心线工件孔轴心线 O Om m主轴回转轴心线主轴回转轴心线（3 3）影响主轴回转运动误差的因素）影响主轴回转运动误差的因素 影响主轴回转运动误差的主要因素是主轴几何误差、轴承几何误差、影响主轴回转运动误差的主要因素是主轴几何误差、轴承几何误差、轴承间隙、轴承孔误差及主轴系统的热变形等。对于工件回转类机床和轴承间隙、轴承孔误差及主轴系统的热变形等。对于工件回转类机床和刀具回转类机床，因切削力方向的变化不同，其影响因素各不相同。刀具回转类机床，因切削力方向的变化不同，其影响因素各不相同。（4 4）提高

21、主轴回转运动精度的措施）提高主轴回转运动精度的措施为了提高主轴的回转精度，需提高主轴部件的制造精度，其中由于为了提高主轴的回转精度，需提高主轴部件的制造精度，其中由于轴承是影响主轴回转运动精度的关键部件，因此对于精密机床宜采用精轴承是影响主轴回转运动精度的关键部件，因此对于精密机床宜采用精密滚动轴承并进行预紧，多油楔动压和静压滑动轴承。还可通过提高主密滚动轴承并进行预紧，多油楔动压和静压滑动轴承。还可通过提高主轴支承轴径、箱体支承孔的加工精度来提高主轴的回转精度。轴支承轴径、箱体支承孔的加工精度来提高主轴的回转精度。可采取措施减小机床主轴回转运动误差对加工精度的影响。可采取措施减小机床主轴回转

22、运动误差对加工精度的影响。例如，在外圆磨床上采用死顶尖磨削外圆，如图例如，在外圆磨床上采用死顶尖磨削外圆，如图8-98-9所示。由于顶所示。由于顶尖不随主轴回转，因此，主轴回转误差对工件回转精度无影响，故工件尖不随主轴回转，因此，主轴回转误差对工件回转精度无影响，故工件回转精度高，加工精度高。这是磨削外圆时消除机床主轴回转误差对加回转精度高，加工精度高。这是磨削外圆时消除机床主轴回转误差对加工精度影响的主要方法。工精度影响的主要方法。当用死顶尖定位时，两顶尖或两中心孔的同轴度、顶尖和中心孔的当用死顶尖定位时，两顶尖或两中心孔的同轴度、顶尖和中心孔的形状误差、接触精度等，都会不同程度地影响工件的

23、回转精度，故应严形状误差、接触精度等，都会不同程度地影响工件的回转精度，故应严格控制。格控制。图图8-9 8-9 外圆磨床上采用固定顶尖磨削外圆柱面外圆磨床上采用固定顶尖磨削外圆柱面2. 机床导轨误差对加工精度的影响机床导轨误差对加工精度的影响机床导轨是确定机床工作台、刀架、尾座等主要部件相对位置和运机床导轨是确定机床工作台、刀架、尾座等主要部件相对位置和运动的基准。它的各项误差将直接影响工件的加工精度。机床导轨的误差动的基准。它的各项误差将直接影响工件的加工精度。机床导轨的误差有导轨在水平面内的直线度、在垂直面内的直线度以及前后导轨的平行有导轨在水平面内的直线度、在垂直面内的直线度以及前后导

24、轨的平行度误差，导轨的各项误差将综合反映到工件的加工误差中。度误差，导轨的各项误差将综合反映到工件的加工误差中。（1）外圆磨床）外圆磨床(或车床或车床)导轨在平面内的直线度误差的影响导轨在平面内的直线度误差的影响如图如图8-10所示，造成工件的圆柱度误差。所示，造成工件的圆柱度误差。 (a) (a) 导轨水平面内的误差导轨水平面内的误差 (b) (b) 工件产生的误差工件产生的误差图图8-10 8-10 磨床导轨在水平面内的直线度误差磨床导轨在水平面内的直线度误差（2 2）外圆磨床）外圆磨床( (或车床或车床) )导轨在垂直面内的直线度误差的影响导轨在垂直面内的直线度误差的影响如图如图8-11

25、8-11所示，外圆磨床所示，外圆磨床( (或车床或车床) )导轨在垂直面内的直线度误差，导轨在垂直面内的直线度误差，将引起工件相对砂轮将引起工件相对砂轮( (或车刀或车刀) )的切向位移，由于该方向对于磨削的切向位移，由于该方向对于磨削外圆来说是误差的非敏感方向，因此对工件的加工精度影响很小。外圆来说是误差的非敏感方向，因此对工件的加工精度影响很小。而对铣床、平面磨床、龙门刨床等，导轨在垂直面内的直线度误差，而对铣床、平面磨床、龙门刨床等，导轨在垂直面内的直线度误差，会引起工件相对刀具的法向位移，该方向对于铣平面、平面磨、龙门刨会引起工件相对刀具的法向位移，该方向对于铣平面、平面磨、龙门刨床来

26、说是误差的敏感方向，因此对工件垂直方向的尺寸精度、平行度和床来说是误差的敏感方向，因此对工件垂直方向的尺寸精度、平行度和平面度等影响较大。平面度等影响较大。h(a) (a) 导轨垂直面内的误差导轨垂直面内的误差 (b) (b) 工件产生的误差工件产生的误差图图8-11 8-11 磨床导轨在垂直面内的直线度误差磨床导轨在垂直面内的直线度误差（3 3）车床两导轨的平行度误差的影）车床两导轨的平行度误差的影响响 车床两导轨的平行度误差（扭曲车床两导轨的平行度误差（扭曲变形）使机床工作台运动时产生横向变形）使机床工作台运动时产生横向倾斜，刀具相对于工件的运动将变成倾斜，刀具相对于工件的运动将变成一条空

27、间曲线，一条空间曲线， 因而引起工件的形位因而引起工件的形位误差。图误差。图8-118-11为车削或磨削外圆时，为车削或磨削外圆时，机床导轨的扭曲会使工件产生圆柱度机床导轨的扭曲会使工件产生圆柱度误差。当前后导轨发生了扭曲误差误差。当前后导轨发生了扭曲误差之后，由几何关系可求得。之后，由几何关系可求得。一般车床、外圆磨床一般车床、外圆磨床，故机床前后导轨的平行度误差，故机床前后导轨的平行度误差对加工精度的影响很大。对加工精度的影响很大。图图8-11 8-11 车床导轨的扭曲车床导轨的扭曲)/(BHY 3/2/BH1/BH3. 3. 机床传动链误差对加工精度的影响机床传动链误差对加工精度的影响

28、对于某些加工方式，如车削或磨削螺纹、滚齿、插齿及磨齿等加工，对于某些加工方式，如车削或磨削螺纹、滚齿、插齿及磨齿等加工，要求刀具与工件之间有严格的传动比要求。要求刀具与工件之间有严格的传动比要求。如在进行单头滚刀滚齿时，要求滚刀每转一转，工件转过一个齿轮如在进行单头滚刀滚齿时，要求滚刀每转一转，工件转过一个齿轮齿；车螺纹时，要求工件每转一转，刀具进给一个导程等。为满足这一齿；车螺纹时，要求工件每转一转，刀具进给一个导程等。为满足这一传动要求，机床传动链的传动误差必须控制在允许的公差范围内。传动要求，机床传动链的传动误差必须控制在允许的公差范围内。机床传动链误差，是指内联系的传动链中始末两端执行

29、元件间相对机床传动链误差，是指内联系的传动链中始末两端执行元件间相对运动的误差，它是由于传动链中的传动元件存在制造误差和装配误差引运动的误差，它是由于传动链中的传动元件存在制造误差和装配误差引起的，使用过程中的磨损也会产生传动链误差。起的，使用过程中的磨损也会产生传动链误差。各传动元件在传动链中的位置不同，对传动链误差的影响程度不同。各传动元件在传动链中的位置不同，对传动链误差的影响程度不同。是按展成原理加工工件是按展成原理加工工件( (如螺纹、齿轮、蜗轮等如螺纹、齿轮、蜗轮等) )时影响加工精度的主要时影响加工精度的主要因素。因素。通过对机床传动链误差的分析及实践经验的总结得知，提高机床传通

30、过对机床传动链误差的分析及实践经验的总结得知，提高机床传动链的精度可采取以下措施：动链的精度可采取以下措施：减少机床传动链中的元件数，缩短传动链，传动元件数量越少则减少机床传动链中的元件数，缩短传动链，传动元件数量越少则误差来源越少。误差来源越少。提高传动件，尤其是末端元件的制造精度和装配精度。提高传动件，尤其是末端元件的制造精度和装配精度。尽可能采用降速运动。因为传动件在同样原始误差的情况下，采尽可能采用降速运动。因为传动件在同样原始误差的情况下，采用降速运动时，其对加工误差的影响较小。速度降得越多，对加工误差用降速运动时，其对加工误差的影响较小。速度降得越多，对加工误差的影响越小。的影响越

31、小。消除传动链中各齿轮副的间隙及减少各传动元件装配时的几何偏消除传动链中各齿轮副的间隙及减少各传动元件装配时的几何偏心，提高装配精度。心，提高装配精度。采用误差校正机构对传动链误差进行补偿。校正机构的实质是在采用误差校正机构对传动链误差进行补偿。校正机构的实质是在原传动链中人为地加入某种误差，其大小与传动链本身产生的误差相等原传动链中人为地加入某种误差，其大小与传动链本身产生的误差相等而矢量方向相反，从而使之相互抵消。而矢量方向相反，从而使之相互抵消。加工原理误差是由于采用了近似的成形运动或近似的刀具轮廓而产加工原理误差是由于采用了近似的成形运动或近似的刀具轮廓而产生的误差。因为它是在加工原理

32、上存在的误差，故称加工原理误差。生的误差。因为它是在加工原理上存在的误差，故称加工原理误差。一般情况下，为了获得规定的加工表面，刀具和工件之间必须作相一般情况下，为了获得规定的加工表面，刀具和工件之间必须作相对准确的成形运动。但在生产实践中，采用理论上完全精确的成形运动对准确的成形运动。但在生产实践中，采用理论上完全精确的成形运动是不可能实现的，所以在这种情况下常常采用近似的成形运动，获得较是不可能实现的，所以在这种情况下常常采用近似的成形运动，获得较高的加工精度，提高生产效率。另外，用成形刀具加工复杂的曲面时，高的加工精度，提高生产效率。另外，用成形刀具加工复杂的曲面时，常采用圆弧、直线等简

33、单的线型替代。常采用圆弧、直线等简单的线型替代。例如：在滚齿加工时，滚齿刀具就有两种误差，一是为了制造方便，例如：在滚齿加工时，滚齿刀具就有两种误差，一是为了制造方便，采用阿基米德蜗杆或法向直廓蜗杆代替渐开线基本蜗杆，产生了刀刃齿采用阿基米德蜗杆或法向直廓蜗杆代替渐开线基本蜗杆，产生了刀刃齿廓近似造型误差；二是由于滚刀刀齿有限，实际上加工出的齿形是一条廓近似造型误差；二是由于滚刀刀齿有限，实际上加工出的齿形是一条由微小折线段组成的曲线，和理论上的光滑渐开线有差异，这些都会产由微小折线段组成的曲线，和理论上的光滑渐开线有差异，这些都会产生加工原理误差。生加工原理误差。由于加工原理误差的存在，会在

34、一定程度上造成工件的加工误差，由于加工原理误差的存在，会在一定程度上造成工件的加工误差，但可简化机床结构或刀具形状，因此在保证加工精度的情况下，在生产但可简化机床结构或刀具形状，因此在保证加工精度的情况下，在生产中得到广泛的应用。中得到广泛的应用。1 1、刀具制造误差对加工精度的影响、刀具制造误差对加工精度的影响定尺寸刀具定尺寸刀具( (如钻头、铰刀、键槽铣刀等如钻头、铰刀、键槽铣刀等) )的尺寸精度将直接影响工的尺寸精度将直接影响工件的尺寸精度。件的尺寸精度。成型刀具成型刀具( (如成型车刀、成型铣刀等如成型车刀、成型铣刀等) )的形状精度将直接影响工件的的形状精度将直接影响工件的形状精度。

35、形状精度。展成刀具展成刀具( (如齿轮滚刀、花键滚刀、插齿刀等如齿轮滚刀、花键滚刀、插齿刀等) )的刀刃形状必须是加的刀刃形状必须是加工表面的共轭曲线，因此刀刃的形状误差将影响工件的形状精度。工表面的共轭曲线，因此刀刃的形状误差将影响工件的形状精度。图图8-12 8-12 刀具的磨损过程刀具的磨损过程一般刀具一般刀具( (如车刀、铣刀、镗刀如车刀、铣刀、镗刀) )的制造精度对加工精度没有直接影响。的制造精度对加工精度没有直接影响。2 2刀具磨损对加工精度的影响刀具磨损对加工精度的影响 刀具在切削加工过程中都要产生刀具在切削加工过程中都要产生磨损，从而引起工件的尺寸和形位误磨损，从而引起工件的尺

36、寸和形位误差。图差。图8-128-12所示，刀具的磨损过程所示，刀具的磨损过程分为三个阶段。分为三个阶段。1. 1. 工艺系统刚度的概念工艺系统刚度的概念 机械加工工艺系统在传动力、切削力、重力、惯性力、夹紧力等的机械加工工艺系统在传动力、切削力、重力、惯性力、夹紧力等的作用下，会产生相应的变形，从而破坏了刀具和工件之间的正确相对位作用下，会产生相应的变形，从而破坏了刀具和工件之间的正确相对位置，产生加工误差，使工件的加工精度下降。图置，产生加工误差，使工件的加工精度下降。图8-13(a)8-13(a)所示，车削细所示，车削细长轴时，工件在切削力的作用下会发生变形，加工的轴中间粗两头细，长轴时

37、，工件在切削力的作用下会发生变形，加工的轴中间粗两头细，产生了鼓形的圆柱度误差；图产生了鼓形的圆柱度误差；图8-13(b)8-13(b)所示，在内圆磨床上进行切入式所示，在内圆磨床上进行切入式磨孔时，由于内圆磨头固定轴较细，磨削加工时因磨头固定轴受力变形，磨孔时，由于内圆磨头固定轴较细，磨削加工时因磨头固定轴受力变形，而使工件内孔呈圆锥形误差。而使工件内孔呈圆锥形误差。 (a) (b)(a) (b)图图 8-13 8-13 工艺系统受力变形引起的加工误差工艺系统受力变形引起的加工误差(a)(a)腰鼓形圆柱度误差（工件变形）腰鼓形圆柱度误差（工件变形）(b)(b)带有锥度的圆柱度误差（砂轮轴变形

38、）带有锥度的圆柱度误差（砂轮轴变形）作用于工件加工表面法向（即加工误差敏感方向）的切削分力作用于工件加工表面法向（即加工误差敏感方向）的切削分力FyFy与与工艺系统在该方向上的变形量工艺系统在该方向上的变形量y y之间的比值，称为工艺系统刚度之间的比值，称为工艺系统刚度k k，即，即 (8-2)(8-2) 其中，变形量其中，变形量y y是工件和刀具在是工件和刀具在FyFy方向上产生的相对位移，不只是方向上产生的相对位移，不只是FyFy作用的结果，而是工艺系统各方向受力同时作用下的综合结果。作用的结果，而是工艺系统各方向受力同时作用下的综合结果。工艺系统由机床的有关部件、夹具、刀具和工件组成，工

39、艺系统工艺系统由机床的有关部件、夹具、刀具和工件组成，工艺系统在某一处的法向在某一处的法向( (加工误差敏感方向加工误差敏感方向) )总变形总变形y y是由工艺系统各个组成环是由工艺系统各个组成环节在同一处的法向变形位移的叠加。即节在同一处的法向变形位移的叠加。即 (8-3)(8-3)式中：式中：y yjcjc机床的受力变形；机床的受力变形；y yjjjj夹具的受力变形；夹具的受力变形；y ydd刀具的受力变形；刀具的受力变形；y ygg工件的受力变形。工件的受力变形。yFkygdjjjcyyyyy而机床刚度而机床刚度k kjcjc、夹具刚度、夹具刚度k kjjjj、刀具刚度、刀具刚度k kd

40、 d及工件刚度及工件刚度k kg g可分别为可分别为则工艺系统刚度可表达为：则工艺系统刚度可表达为： (8-4)(8-4)由上式可知，当确定工艺系统的各组成部分的刚度后，即可求得整由上式可知，当确定工艺系统的各组成部分的刚度后，即可求得整个工艺系统的刚度。个工艺系统的刚度。当工件、刀具的形状比较简单时，其刚度可以用材料力学中的有关当工件、刀具的形状比较简单时，其刚度可以用材料力学中的有关公式进行计算。例如装夹在卡盘中的棒料以及压紧在车床刀架上的车刀，公式进行计算。例如装夹在卡盘中的棒料以及压紧在车床刀架上的车刀，可以按照悬臂梁公式计算刚度。可以按照悬臂梁公式计算刚度。对于由若干个零件组成的机床

41、部件、夹具及刀架，其刚度多采用实对于由若干个零件组成的机床部件、夹具及刀架，其刚度多采用实验的方法测定，而很难用纯粹的计算方法求出。验的方法测定，而很难用纯粹的计算方法求出。gygdydjjyjjjcyjckFkkFkkFkyFk;gdjjjckkkkk111112. 2. 影响工艺系统刚度的因素影响工艺系统刚度的因素（1 1）连接表面接触变形的影响，如图）连接表面接触变形的影响，如图8-148-14所示。所示。实验表明，接触变形实验表明，接触变形y y与压强与压强p p之间的关系如图之间的关系如图8-158-15所示，接触刚度将所示，接触刚度将随载荷的增加而增大。随载荷的增加而增大。图图8-

42、14 8-14 零件表面接触情况零件表面接触情况 图图8-15 8-15 接触变形接触变形y y与压强与压强p p之间的关系之间的关系（2 2）部件中薄弱零件的影响）部件中薄弱零件的影响当部件中存在某些刚度很低的元件时，受力后这些低刚度的元件会当部件中存在某些刚度很低的元件时，受力后这些低刚度的元件会产生很大的变形，使整个部件的刚度降低，对部件刚度影响最大。如图产生很大的变形，使整个部件的刚度降低，对部件刚度影响最大。如图8-168-16所示机床部件中刚度薄弱环节的影响所示机床部件中刚度薄弱环节的影响（3 3）工件的间隙和摩擦力的影响）工件的间隙和摩擦力的影响工件接触面间的间隙对机床部件刚度的

43、影响，主要表现在加工时载工件接触面间的间隙对机床部件刚度的影响，主要表现在加工时载荷方向经常变化的铣床和镗床上。荷方向经常变化的铣床和镗床上。摩擦力对部件接触刚度的影响是：当载荷变动时影响较为显著。加摩擦力对部件接触刚度的影响是：当载荷变动时影响较为显著。加载时，摩擦力阻止变形增加；而卸载荷时，摩擦力又阻止变形恢复。载时，摩擦力阻止变形增加；而卸载荷时，摩擦力又阻止变形恢复。 图图8-168-16机床部件中刚度薄弱环节的影响机床部件中刚度薄弱环节的影响3.受力变形对加工精度的影响受力变形对加工精度的影响（1）切削力大小的变化对加工精度的影响）切削力大小的变化对加工精度的影响图图8-17所示，车

44、削工件毛坯的圆度误差为所示，车削工件毛坯的圆度误差为m时，引起切削深度在时，引起切削深度在p1和和p2之间变化。同时切削力之间变化。同时切削力FP随切削深度随切削深度ap的变化在最大值的变化在最大值FPmax和最小值和最小值FPmin之间变化，工艺系统产生相应的变形由之间变化，工艺系统产生相应的变形由y1变化到变化到y2（刀尖（刀尖相对工件在法线方向的位移变化），因此，形成了加工后工件的圆度误相对工件在法线方向的位移变化），因此，形成了加工后工件的圆度误差差w。这种工件切削加工后所具有的与加工前相类似的误差的现象，称。这种工件切削加工后所具有的与加工前相类似的误差的现象，称为为“误差复映误差复

45、映”现象。现象。图图8-178-17 零件毛坯形状误差的复映零件毛坯形状误差的复映1 1毛坯表面毛坯表面 2 2工件表面工件表面误差复映的大小可用刚度计算公式求得，假设毛坯圆度的最大误差误差复映的大小可用刚度计算公式求得，假设毛坯圆度的最大误差为：，加工后工件的圆度误差为：，为：，加工后工件的圆度误差为：， 则则“误差误差复映系数复映系数”为为: (8-5)误差复映系数误差复映系数表示了加工误差与毛坯误差之间的比例关系，即表示了加工误差与毛坯误差之间的比例关系，即“误差复映误差复映”的规律，定量地反映了工件经加工后毛坯误差减小的程度。的规律，定量地反映了工件经加工后毛坯误差减小的程度。正常情况

46、下，工艺系统刚度越大，误差复映系数正常情况下，工艺系统刚度越大，误差复映系数值越小，加工后工件值越小，加工后工件的圆度误差越小。的圆度误差越小。当工件毛坯误差较大，一次走刀加工不能满足加工精度要求时，需当工件毛坯误差较大，一次走刀加工不能满足加工精度要求时，需进行多次走刀切削，逐步消除由毛坯误差进行多次走刀切削，逐步消除由毛坯误差m复映到工件上的误差。经复映到工件上的误差。经多次走刀切削加工后总的误差复映系数多次走刀切削加工后总的误差复映系数值为值为: （8-6)由于工艺系统存在一定的强度和刚度，因此工件加工后的误差由于工艺系统存在一定的强度和刚度，因此工件加工后的误差w总小于毛坯误差总小于毛

47、坯误差m，即误差复映系数，即误差复映系数是小是小1的值，经过几次走刀切削的值，经过几次走刀切削后，后，值就减到很小，确保工件的加工误差降低到公差范围内，保证加值就减到很小，确保工件的加工误差降低到公差范围内，保证加工精度。工精度。21ppmaa21yywmwn.321（2）切削力作用点位置的变化对加工精度的影响）切削力作用点位置的变化对加工精度的影响 工艺系统的刚度除了受到各组成部分的刚度影响外，还随受力点的工艺系统的刚度除了受到各组成部分的刚度影响外，还随受力点的位置变化而变化，现以车床两顶尖装夹加工光轴为例进行讨论，假设在位置变化而变化，现以车床两顶尖装夹加工光轴为例进行讨论，假设在切削过

48、程中切削力的大小保持不变。切削过程中切削力的大小保持不变。在两顶尖间车削短而粗的光轴。在两顶尖间车削短而粗的光轴。因而刀具切削点处工件轴线的位移因而刀具切削点处工件轴线的位移yx为图为图8-18机床的变形对加工精机床的变形对加工精度的影响度的影响（8-7）式中：式中：L工件长度；工件长度；x车刀至主轴箱的距离。车刀至主轴箱的距离。图图8-188-18机床的变形对加工精度的影响机床的变形对加工精度的影响Lxtyyyyxx)(tjwztjtj考虑到刀架的变形考虑到刀架的变形ydj与与yx的方向相反，所以机床总的变形为的方向相反，所以机床总的变形为yjcyxydj （8-8）由刚度定义可知由刚度定义

49、可知 （8-9） 式中：式中： ktj、kwz、kdj分别为主轴箱、尾座、刀架的刚度。分别为主轴箱、尾座、刀架的刚度。可得机床工艺系统的总变形为可得机床工艺系统的总变形为 （8-10）由上式可知，随着切削力作用点位置的变化，工艺系统的变形量是由上式可知，随着切削力作用点位置的变化，工艺系统的变形量是变化的。这是由于机床系统的刚度随切削力作用点位置的变化而变化所变化的。这是由于机床系统的刚度随切削力作用点位置的变化而变化所致，工艺系统的总位移的最大值和最小值之差就是工件的圆柱度误差。致，工艺系统的总位移的最大值和最小值之差就是工件的圆柱度误差。djdjwzwzwztjtjtj;kFyLxkFkF

50、yLxLkFkFyyyByAdj2wz2tjjc111kLxkLxLkFyy现举例说明机床工艺系统刚度对加工精度的影响。经试验测得某台现举例说明机床工艺系统刚度对加工精度的影响。经试验测得某台车床各部件刚度为车床各部件刚度为ktj6104Nmm，kwz =5104 Nmm，kdj 4104 Nmm，车削一刚性较大的轴，工件长度，车削一刚性较大的轴，工件长度L600mm，测得切，测得切削力削力Fy=300N。则沿工件长度方向上机床工艺系统的受力变形如表。则沿工件长度方向上机床工艺系统的受力变形如表8-1所示。所示。表表8-18-1短轴工艺系统刚度随工件长度的变化情况短轴工艺系统刚度随工件长度的变

51、化情况xO（主轴箱（主轴箱处）处）L/6L/35L/11L/2（中点）（中点）2L/35L/6L(尾座处）尾座处）yjc0.01250.01110.01040.01020.01030.01070.01180.0135 由表中数据可知变形大的地方，从工件上切去的金属层薄；变形小由表中数据可知变形大的地方，从工件上切去的金属层薄；变形小的地方，切去的金属层厚，而使加工出来的工件呈两端粗、中间细的马的地方，切去的金属层厚，而使加工出来的工件呈两端粗、中间细的马鞍形。切削加工后工件轴向最大直径误差（即圆柱度误差）为：鞍形。切削加工后工件轴向最大直径误差（即圆柱度误差）为：0.01350.01350.0

52、1020.01020.0033mm0.0033mm。在两顶尖间车削细而长的光轴在两顶尖间车削细而长的光轴工艺系统的总变形完全取决于工件的变形，工件位移量的最大值和工艺系统的总变形完全取决于工件的变形，工件位移量的最大值和最小值之差就是工件的圆柱度误差。当车刀以径向力最小值之差就是工件的圆柱度误差。当车刀以径向力F Fy y进给到图进给到图8-198-19所所示的示的x x位置时，即可由材料力学公式获得工件在切削点的变形量为位置时，即可由材料力学公式获得工件在切削点的变形量为 （8-118-11）式中：式中：EE工件材料的弹性模量，工件材料的弹性模量，N Nmmmm2 2，对于钢材对于钢材E E

53、2 2105105N Nmmmm2 2； II棒料截面惯性矩，棒料截面惯性矩，I Idd4 4 / 64(mm / 64(mm 4 4) )。图图8-19 8-19 车削细长轴时工件的变形情况车削细长轴时工件的变形情况EILxxLFyy3)(22g例如，假设切削力例如，假设切削力FyFy300N300N，工件直径尺寸为，工件直径尺寸为30 mm30 mm，长度为，长度为600 600 mmmm，E E2 2105N105Nmmmm2 2，则沿工件长度上的变形情况如表，则沿工件长度上的变形情况如表22所示。所示。表表8-2长轴工艺系统刚度随工件长度的变化情况长轴工艺系统刚度随工件长度的变化情况x

54、O（主轴箱处）（主轴箱处）L/6L/3L/2（中点）（中点）2L/35L/6L(尾座处）尾座处）yjc00.0520.1320.170.1320.0520由表中数据可知工件轴向最大直径误差（圆柱度误差）为：由表中数据可知工件轴向最大直径误差（圆柱度误差）为：0.170.170 00.17 mm0.17 mm。该圆柱度误差表现为腰鼓形圆柱度误差。该圆柱度误差表现为腰鼓形圆柱度误差。工艺系统刚度随受力点位置变化而异的例子很多，如立式车床，工艺系统刚度随受力点位置变化而异的例子很多，如立式车床，龙门刨床、龙门铣床等的横梁及刀架，其刚度均随刀架位置或滑枕伸龙门刨床、龙门铣床等的横梁及刀架，其刚度均随刀

55、架位置或滑枕伸出长度不同而异。出长度不同而异。（3 3）重力、夹紧力和惯性力对加工精度的影响）重力、夹紧力和惯性力对加工精度的影响重力对加工精度的影响重力对加工精度的影响在工艺系统中，因零部件自重会产生变形，如镗床镗杆伸长下垂在工艺系统中，因零部件自重会产生变形，如镗床镗杆伸长下垂变形，龙门刨床、龙门铣床刀架横梁的变形等，都会产生加工误差。变形，龙门刨床、龙门铣床刀架横梁的变形等，都会产生加工误差。夹紧力对加工精度的影响夹紧力对加工精度的影响工件在装夹时，由于工件刚度较低，夹紧力作用点或作用方向不工件在装夹时，由于工件刚度较低，夹紧力作用点或作用方向不当，都会引起工件产生相应的变形，造成加工误

56、差。如对薄板、薄壁套当，都会引起工件产生相应的变形，造成加工误差。如对薄板、薄壁套等工件的加工。等工件的加工。惯性力对加工精度的影响惯性力对加工精度的影响在机械高速切削时，如果工艺系统中有不平衡的高速旋转的构件在机械高速切削时，如果工艺系统中有不平衡的高速旋转的构件存在，就会产生离心力。离心力在每一转中不断地变更方向。因此，离存在，就会产生离心力。离心力在每一转中不断地变更方向。因此，离心力有时和法向切削分力同向，有时反向，从而破坏了工艺系统各成形心力有时和法向切削分力同向，有时反向，从而破坏了工艺系统各成形运动部件的位置精度，产生了加工误差。运动部件的位置精度，产生了加工误差。4 4提高工艺

57、系统刚度的主要措施提高工艺系统刚度的主要措施提高工艺系统刚度，是减少工艺系统受力变形，保证产品加工质量提高工艺系统刚度，是减少工艺系统受力变形，保证产品加工质量和提高生产率的有效措施。在生产实际中，提高工艺系统刚度可采取以和提高生产率的有效措施。在生产实际中，提高工艺系统刚度可采取以下措施：下措施：合理设计工艺装备的结构，减少连接表面的数目，同时加强各元合理设计工艺装备的结构，减少连接表面的数目，同时加强各元件刚度的匹配，提高工艺系统的刚度，减少受力变形。件刚度的匹配，提高工艺系统的刚度，减少受力变形。提高工艺系统中零件间配合质量以提高接触刚度。如机床导轨副提高工艺系统中零件间配合质量以提高接

58、触刚度。如机床导轨副的刮研、配研顶尖锥体同主轴和尾座套筒锥孔的配合面等。的刮研、配研顶尖锥体同主轴和尾座套筒锥孔的配合面等。设置辅助支承以提高工艺系统刚度。如车削细长轴时采用跟刀架设置辅助支承以提高工艺系统刚度。如车削细长轴时采用跟刀架来提高工件的刚度。来提高工件的刚度。给工艺系统中有关部件以预加载荷，可消除接合面间的间隙，增给工艺系统中有关部件以预加载荷，可消除接合面间的间隙，增加实际接触面积，提高接触刚度，减少受力变形。此措施常用在各类轴加实际接触面积，提高接触刚度，减少受力变形。此措施常用在各类轴承、滚珠丝杠螺母副的调整。承、滚珠丝杠螺母副的调整。 合理装夹工件，提高工艺系统刚度，减少夹

59、紧变形。合理装夹工件，提高工艺系统刚度，减少夹紧变形。对薄板或薄壁套类工件，夹紧时要特别注意选择适当的夹紧方法，对薄板或薄壁套类工件，夹紧时要特别注意选择适当的夹紧方法，以减小夹紧变形。如图以减小夹紧变形。如图8-208-20和图和图8-218-21所示的装夹加工情况所示的装夹加工情况(a) (b) (c) (d) (e)(a) (b) (c) (d) (e)图图8-20 8-20 薄壁套类薄壁套类工件夹紧变形及改善措施工件夹紧变形及改善措施(a)(a)用普通三爪卡盘直接夹紧套筒用普通三爪卡盘直接夹紧套筒(b)(b)将孔镗圆将孔镗圆(c)(c)松开套筒后，孔变形松开套筒后，孔变形(d)(d)采

60、用开口夹具夹紧套筒采用开口夹具夹紧套筒(e)(e)采用弧形三爪直接夹紧，可避免变形采用弧形三爪直接夹紧，可避免变形图图8-21 8-21 薄板类工件磨削加工的装夹方式薄板类工件磨削加工的装夹方式(a)(a)毛坯翘曲毛坯翘曲(b)(b)吸盘吸紧吸盘吸紧(c)(c)磨后松开磨后松开(d)(d)磨削凸面磨削凸面(e)(e)磨削凹面磨削凹面 (f)(f)磨后松开磨后松开1. 1. 工艺系统的热源及热平衡工艺系统的热源及热平衡引起工艺系统热变形的热源有系统内部热源和外部热源。引起工艺系统热变形的热源有系统内部热源和外部热源。系统内部热源主要指切削热和摩擦热。切削热是由于切削过程中，系统内部热源主要指切削