第五章汽车零件机械加工质量

1、汽汽 车车 制制 造造 工工 艺艺 学学第第1 1章章汽车制造工艺过程概述汽车制造工艺过程概述 第第2 2章章工件的定位和机床夹具工件的定位和机床夹具第第3 3章章汽车零件的加工精度与表面质量汽车零件的加工精度与表面质量 第第4 4章章汽车零件的机械加工工艺规程制定汽车零件的机械加工工艺规程制定第第5 5章章尺寸链原理与应用尺寸链原理与应用第第6 6章章汽车零件加工方法与典型零件工艺分析汽车零件加工方法与典型零件工艺分析 第第3 3章章 汽车零件的加工精度与表面质量汽车零件的加工精度与表面质量 3.1 3.1 机械加工精度机械加工精度3.2 3.2 影响加工精度的因素影响加工精度的因素3.3

2、3.3 加工误差的统计分析加工误差的统计分析3.4 3.4 机械加工表面质量机械加工表面质量 尺寸精度尺寸精度形状精度形状精度位置精度位置精度（通常形状误差限制在位置误差内（通常形状误差限制在位置误差内，位置误差限制在尺寸公差内），位置误差限制在尺寸公差内）表面粗糙度表面粗糙度波度波度纹理方向纹理方向缺陷（划痕、裂纹、砂眼等）缺陷（划痕、裂纹、砂眼等）加工精度表面质量表面几何形状精表面几何形状精度度表面缺陷层表面缺陷层表层加工硬化表层加工硬化表层金相组织变化表层金相组织变化表层残余应力表层残余应力机械加工质量机械加工质量的概念加工精度： 零件实际几何参数零件实际几何参数( (尺寸、形状、位置尺

3、寸、形状、位置) )与理想与理想（设计）几何参数的接近程度。（设计）几何参数的接近程度。圆、圆柱、平面、圆、圆柱、平面、锥面、直线锥面、直线平行、垂直、同平行、垂直、同轴，对称和角度轴，对称和角度平均尺寸平均尺寸加工误差： 零件实际几何参数与理想几何参数的偏离数值零件实际几何参数与理想几何参数的偏离数值。3.1 3.1 机械加工精度机械加工精度 3.1.1 3.1.1 加工精度与加工误差加工精度与加工误差 零件的理想几何参数，对尺寸而言，就是平均尺寸，零件的理想几何参数，对尺寸而言，就是平均尺寸，对表面几何形状而言，就是绝对的圆、圆柱、平面、锥面、对表面几何形状而言，就是绝对的圆、圆柱、平面、

4、锥面、直线等，对表面之间的相互位置而言，就是绝对的平行、直线等，对表面之间的相互位置而言，就是绝对的平行、垂直、同轴，对称和一定的角度等。垂直、同轴，对称和一定的角度等。 加工精度与加工误差都是评价加工表面几何参数的术加工精度与加工误差都是评价加工表面几何参数的术语。加工精度用公差等级衡量，等级值越小，其精度越高，语。加工精度用公差等级衡量，等级值越小，其精度越高，加工误差用数值表示，数值越大，其误差越大。加工精度加工误差用数值表示，数值越大，其误差越大。加工精度高，就是加工误差小，反之亦然。高，就是加工误差小，反之亦然。即：即：加工精度的高低是由加工误差的小大来表示的。加工精度的高低是由加工

5、误差的小大来表示的。 尺寸、形状和相互位置的关系尺寸、形状和相互位置的关系表面形状误差表面形状误差尺寸公差尺寸公差(30(305050）表面位置误差表面位置误差尺寸公差尺寸公差( 65658585） 配合要求高或有特殊功用的零件，其几何形状和相配合要求高或有特殊功用的零件，其几何形状和相互位置精度，则往往有更高的要求。互位置精度，则往往有更高的要求。尺寸、形状和相互位置的关系零件的尺寸、形状和相互位置精度，三者之间是零件的尺寸、形状和相互位置精度，三者之间是有区别也有联系。有区别也有联系。一般，尺寸精度一般，尺寸精度 ，形状、位置精度，形状、位置精度 如为保证轴颈的直径尺寸精度，则轴颈的圆度误

6、如为保证轴颈的直径尺寸精度，则轴颈的圆度误差不应超出其直径的尺寸公差；差不应超出其直径的尺寸公差；如当两个表面自身的平面度很差时，就很难保证如当两个表面自身的平面度很差时，就很难保证其两表面之间的平行度。其两表面之间的平行度。3.2.1 3.2.1 原始误差与加工误差的关系原始误差与加工误差的关系 在机械加工中不允许产生加工误差是做不到的，在机械加工中不允许产生加工误差是做不到的，从零件的功能看，一般也是不必要的。所以，只要加从零件的功能看，一般也是不必要的。所以，只要加工误差在零件图要求的公差范围内，就认为保证了加工误差在零件图要求的公差范围内，就认为保证了加工精度。工精度。 机械加工中，零

7、件的实际几何参数的形成主要取机械加工中，零件的实际几何参数的形成主要取决于工件和刀具在切削过程中的相互位置。而工件和决于工件和刀具在切削过程中的相互位置。而工件和刀具的相互位置取决于机床和夹具。因此，刀具的相互位置取决于机床和夹具。因此，在机械加在机械加工中，工件、刀具、机床和夹具形成了加工的系统，工中，工件、刀具、机床和夹具形成了加工的系统，通常把这一系统称为工艺系统通常把这一系统称为工艺系统。 3.2 3.2 影响加工精度的因素影响加工精度的因素 工艺系统实际上不可避免的存在着种种误工艺系统实际上不可避免的存在着种种误差，这些误差必将直接影响工件加工后的精度。差，这些误差必将直接影响工件加

8、工后的精度。就是说工艺系统的误差通过加工过程直接反映就是说工艺系统的误差通过加工过程直接反映到工件上，而形成加工误差。通常把工艺系统到工件上，而形成加工误差。通常把工艺系统的误差称为的误差称为原始误差原始误差。加工误差与原始误差是。加工误差与原始误差是一个因果关系。一个因果关系。 除了上述形成原始误差的工艺系统误差以除了上述形成原始误差的工艺系统误差以外，影响加工误差的还有其它许多因素，所以外，影响加工误差的还有其它许多因素，所以也可以把产生加工误差的来源扩大为机械制造也可以把产生加工误差的来源扩大为机械制造系统。可以把机械制造系统视为工艺系统。系统。可以把机械制造系统视为工艺系统。 机械制造

9、系统（工艺系统）由三部分组成：施行方法、机械实体、切削过程三个部分。因此原始误差可分为三大类十二项：施行方法误差：原理误差、安装误差、调整误差、测量误差机械实体误差：机床误差、夹具误差、刀具误差、毛坯误差切削过程误差：工艺系统受力变形误差、工艺系统受热变形误差、工艺系统磨损误差、内应力变形误差3.2.2 3.2.2 原理误差原理误差 由于采用了近似的加工方法、近似的成形运动、近似由于采用了近似的加工方法、近似的成形运动、近似的刀具轮廓而产生的原始误差。的刀具轮廓而产生的原始误差。 如：用滚刀滚切渐开线齿面时产生的齿形误差。如：用滚刀滚切渐开线齿面时产生的齿形误差。原因：滚刀切削刃数有限，切削不

10、连续，因而实际滚切出的齿轮齿原因：滚刀切削刃数有限，切削不连续，因而实际滚切出的齿轮齿形不是光滑的渐开线，而是折线。形不是光滑的渐开线，而是折线。 用成形铣刀铣削齿面时产生的齿形误差；用成形铣刀铣削齿面时产生的齿形误差； 铣刀不是纯铣刀不是纯粹的渐开线粹的渐开线例：在曲线获曲面的数控加工中，由于数控例：在曲线获曲面的数控加工中，由于数控铣床一般不具有空间插补功能。如曲线的加铣床一般不具有空间插补功能。如曲线的加工是由许多很短的折线段逼近得到，逼近的工是由许多很短的折线段逼近得到，逼近的精度可由每根线段的长度来控制。在三坐标精度可由每根线段的长度来控制。在三坐标联动的数控铣床上加工区面，实际上是

11、一面联动的数控铣床上加工区面，实际上是一面一面的空间直线逼近空间曲面。即整个曲面一面的空间直线逼近空间曲面。即整个曲面是由大量加工出的小直线来逼近。因此，在是由大量加工出的小直线来逼近。因此，在曲线或曲面加工中，刀具相对于工件地成形曲线或曲面加工中，刀具相对于工件地成形运行是近似的。运行是近似的。3.2.33.2.3 机床误差机床误差通常一定精度的机床只能加工出一定精度的工件通常一定精度的机床只能加工出一定精度的工件机床导轨的导向误差；机床导轨的导向误差；机床主轴的回转误差；机床主轴的回转误差；机床传动链的传动误差。机床传动链的传动误差。1 1机床几何误差机床几何误差 导轨的导向误差；主轴的回

12、转误差；传动链的传动误差导轨的导向误差；主轴的回转误差；传动链的传动误差 1 1）导轨的导向误差）导轨的导向误差导轨是机床中确定主要部件相对位置的基准，也是运动基导轨是机床中确定主要部件相对位置的基准，也是运动基准，它的各项误差直接影响被加工工件的精度。准，它的各项误差直接影响被加工工件的精度。 （1 1）导轨在水平面内的直线度误差）导轨在水平面内的直线度误差 （2 2）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 （3 3） 两导轨间的平行度误差两导轨间的平行度误差（1 1）导轨在水平面内的直线度误差）导轨在水平面内的直线度误差当导轨向后凸出时，工件上产生鼓形加工误差。当导轨向后凸

13、出时，工件上产生鼓形加工误差。当导轨向前凸出时，工件上产生鞍形加工误差；当导轨向前凸出时，工件上产生鞍形加工误差；（2 2）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2()2ZRR0.1,40Zmm Dmm假设假设: :2(0.1)0.0002540Rmm202YYRRXRX 显然：XYRR 工艺系统原始误差方向不同工艺系统原始误差方向不同，对加工精度的影响程度也不，对加工精度的影响程度也不同。对加工精度影响最大的方同。对加工精度影响最大的方向，称为误差敏感方向。向，称为误差敏感方向。 误差敏感方向一般为已加工误差敏感方向一般为已加工表面过切削点的法线方向。表面过切削点的法线方向。

14、RYRRR =X图. 误差敏感方向YR0Xa）YR0Xb）在敏感方向上的原始误差将以在敏感方向上的原始误差将以1:11:1的关系转化为加工误差。它对加的关系转化为加工误差。它对加工误差影响最大。其它方向的原始误差对加工误差的影响都不同程工误差影响最大。其它方向的原始误差对加工误差的影响都不同程度地减小。度地减小。 原始误差引起工件相对于刀具产生相对位移，若原始误差引起工件相对于刀具产生相对位移，若产生在加工表面法向方向（误差敏感方向），对加工产生在加工表面法向方向（误差敏感方向），对加工精度有直接影响；产生在加工表面切向方向（误差非精度有直接影响；产生在加工表面切向方向（误差非敏感方向）敏感方

15、向） ，可忽略不计。，可忽略不计。结论：结论： 图图 龙门刨床导轨垂直面龙门刨床导轨垂直面 内直线度误差内直线度误差 1刨刀刨刀 2工件工件 3工作台工作台 4床身导轨床身导轨平面磨床、龙门刨床这时是平面磨床、龙门刨床这时是误差敏感方向，所以导轨误误差敏感方向，所以导轨误差将直接反映到被加工的零差将直接反映到被加工的零件上，造成形状误差。件上，造成形状误差。前后导轨的平行度误差前后导轨的平行度误差 床身前后导轨有平行度误差（扭曲）时，会使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

16、误差（鼓形、对工件产生偏移，使工件产生形状误差（鼓形、鞍形、锥度）。鞍形、锥度）。一般车床一般车床:H/B=2/3磨床磨床:H=B23ZYHZYBYZ （3） 两导轨间的平行度误差两导轨间的平行度误差前后导轨扭曲前后导轨扭曲引起工件形状误差（鼓形，马鞍型，锥度）引起工件形状误差（鼓形，马鞍型，锥度） 若车床导轨与主轴回转轴线在水平面内有平行度误差，车出的若车床导轨与主轴回转轴线在水平面内有平行度误差，车出的内外圆柱面就产生锥度；若在垂直面内有平行度误差，则圆柱面成内外圆柱面就产生锥度；若在垂直面内有平行度误差，则圆柱面成双曲线回转体（图双曲线回转体（图) ) 。 主轴回转误差是指主轴实际回转线

17、对其理想回转轴线主轴回转误差是指主轴实际回转线对其理想回转轴线的漂移。的漂移。误差产生原因：误差产生原因： 由于主轴部件中轴承、轴颈、轴承座孔等的制造误差和配由于主轴部件中轴承、轴颈、轴承座孔等的制造误差和配合质量，润滑条件，以及回转时的动力因素的影响。瞬时合质量，润滑条件，以及回转时的动力因素的影响。瞬时回转轴线的空间位置在周期性变化。回转轴线的空间位置在周期性变化。2)2)主轴回转误差主轴回转误差机床主轴是工件或刀具的位置基准和运动基准，它的误差机床主轴是工件或刀具的位置基准和运动基准，它的误差直接影响加工精度，对主轴的要求集中到一点就是：在运直接影响加工精度，对主轴的要求集中到一点就是：

18、在运动时能保持轴心线的位置不变。动时能保持轴心线的位置不变。主轴的回转误差主轴的回转误差主轴回转精度不但与主轴部件的制造精度有关，还和受力变形有关主轴回转精度不但与主轴部件的制造精度有关，还和受力变形有关为便于研究，可将主轴回转误差分解为径向圆为便于研究，可将主轴回转误差分解为径向圆跳动、端面圆跳动和倾角摆动三种基本型式。跳动、端面圆跳动和倾角摆动三种基本型式。 （1 1）主轴的纯径向跳动）主轴的纯径向跳动 （2 2）主轴的纯轴向窜动）主轴的纯轴向窜动 （3 3）主轴的纯角度摆动）主轴的纯角度摆动 （1 1）主轴的纯径向跳动）主轴的纯径向跳动实际回转轴线始终平行于理想回转轴线，在一个平面内作实

19、际回转轴线始终平行于理想回转轴线，在一个平面内作等幅的跳动。等幅的跳动。不同形式的主轴回转误差对加工精度的影响不同，同一形不同形式的主轴回转误差对加工精度的影响不同，同一形式的回转误差在不同的加工方式（如车削和镗削）中对加式的回转误差在不同的加工方式（如车削和镗削）中对加工精度的影响也不一样工精度的影响也不一样工件旋转，刀具不转。主轴轴心沿工件旋转，刀具不转。主轴轴心沿y坐标作简谐直坐标作简谐直线运动，线运动，y=Acos,振幅值为振幅值为A。车削出出的工件表面接近真圆车削出出的工件表面接近真圆1234主轴中心向右主轴中心向右偏心最大偏心最大敏感方向固定对车外圆尺寸精度的影响敏感方向固定对车外

20、圆尺寸精度的影响考虑最简单的考虑最简单的情况，主轴回情况，主轴回转中心在转中心在Y Y方方向上作简谐直向上作简谐直线运动，其频线运动，其频率与主轴转速率与主轴转速相同，幅值为相同，幅值为2A2A。则刀尖的。则刀尖的坐标值为：坐标值为：镗轴和刀具旋转，镗轴和刀具旋转，工件不转工件不转y=(A+R)cosz=Rsin敏感方向变化对镗孔尺寸精度的影响敏感方向变化对镗孔尺寸精度的影响工件回转类机床： 切削力的方向大致不变，在切削切削力的方向大致不变，在切削力的作用下，主轴轴径以不同部位与力的作用下，主轴轴径以不同部位与轴承孔的某一固定部位接触，这时主轴承孔的某一固定部位接触，这时主轴轴径的形状误差（轴

21、轴径的形状误差（轴径的圆度轴径的圆度）是）是影响回转精度的主要因素。影响回转精度的主要因素。 刀具回转类机床 切削力的切削力的方向随主轴回方向随主轴回转而变化，主转而变化，主轴轴径以某一轴轴径以某一固定位置与轴固定位置与轴承孔的不同位承孔的不同位置相接触，这置相接触，这时轴承孔的形时轴承孔的形状精度（状精度（轴承轴承孔的圆度孔的圆度）是）是影响回转精度影响回转精度的主要因素。的主要因素。 不同加工方法主轴精度对工件影响不同不同加工方法主轴精度对工件影响不同（2 2）主轴的纯轴向窜动）主轴的纯轴向窜动实际回转轴线始终沿理想回转轴线作等幅的窜动。实际回转轴线始终沿理想回转轴线作等幅的窜动。螺旋面螺

22、旋面车削螺纹，会产生车削螺纹，会产生单个螺距内的周期单个螺距内的周期误差误差（3 3）主轴的纯角度摆动）主轴的纯角度摆动实际回转轴线与理想回转轴线始终成一个倾角实际回转轴线与理想回转轴线始终成一个倾角当主轴具有纯角度摆动时，车削加工仍然能够得到一个圆当主轴具有纯角度摆动时，车削加工仍然能够得到一个圆的工件，但工件有锥度，而在镗削加工时，镗出的孔则将的工件，但工件有锥度，而在镗削加工时，镗出的孔则将是椭圆形。是椭圆形。镗孔时镗孔时纯角度摆动对直径尺寸的影响纯角度摆动对直径尺寸的影响 提高主轴回转精度的措施提高主轴回转精度的措施提高主轴部件的制造精度提高主轴部件的制造精度 首先应提高轴承的回转精度

23、如采用：精密滚动轴承，首先应提高轴承的回转精度如采用：精密滚动轴承，多油楔动压和静压滑动轴承。多油楔动压和静压滑动轴承。 其次是提高箱体支承孔、主轴轴颈和与轴承相配合有其次是提高箱体支承孔、主轴轴颈和与轴承相配合有关表而的加工精度。此外，还可在装配时先测出滚动轴承关表而的加工精度。此外，还可在装配时先测出滚动轴承及主轴锥孔的径向圆跳动，然后调节径向圆跳动的方位，及主轴锥孔的径向圆跳动，然后调节径向圆跳动的方位，使误差相互补偿或抵消，以减少轴承误差对主轴回转精度使误差相互补偿或抵消，以减少轴承误差对主轴回转精度的影响。的影响。对滚动轴承进行预紧，消除间隙对滚动轴承进行预紧，消除间隙 对滚动轴承适

24、当预紧以消除间隙，甚至产生微量过盈。对滚动轴承适当预紧以消除间隙，甚至产生微量过盈。由于轴承内外圈和滚动体弹性变形的相互制约，既增加了由于轴承内外圈和滚动体弹性变形的相互制约，既增加了轴承刚度，又对轴承内外圈滚道和滚动体的误差起均化作轴承刚度，又对轴承内外圈滚道和滚动体的误差起均化作用，因而可提高主轴的回转精度。用，因而可提高主轴的回转精度。使主轴回转误差不反映到工件上（误差转移）使主轴回转误差不反映到工件上（误差转移） 直接保证工件在加工过直接保证工件在加工过程中的回转精度而不依赖于程中的回转精度而不依赖于主轴，是保证工件形状精度主轴，是保证工件形状精度的最简单而又有效的方法。的最简单而又有

25、效的方法。 如采用两固定顶尖支承如采用两固定顶尖支承磨削外圆柱面。磨削外圆柱面。 在镗床上加工箱体类在镗床上加工箱体类零件孔。采用前后导向零件孔。采用前后导向套的镗模。套的镗模。3 3）传动链的传动误差）传动链的传动误差加工螺旋面、齿轮、蜗轮等成形表面时，刀具和零件之间加工螺旋面、齿轮、蜗轮等成形表面时，刀具和零件之间精确的运动关系精确的运动关系是由机床传动系统即传动链来保证的。是由机床传动系统即传动链来保证的。如：用滚齿机加工直齿轮时，要求滚刀和工件之间具有严如：用滚齿机加工直齿轮时，要求滚刀和工件之间具有严格的运动关系。即：滚刀转一转，工件转过一个齿，这种格的运动关系。即：滚刀转一转，工件

26、转过一个齿，这种运动关系是由刀具与工件的传动链来保证的。若有传动链运动关系是由刀具与工件的传动链来保证的。若有传动链误差，则使工件的齿距或齿厚产生误差误差，则使工件的齿距或齿厚产生误差. .再如：车螺纹时再如：车螺纹时，要求工件转过一转，刀具跟踪移动一个导程，若有传动，要求工件转过一转，刀具跟踪移动一个导程，若有传动链误差，则使工件产生导程误差。链误差，则使工件产生导程误差。传动链误差：传动链误差：是指机床内联系传动链始末两端传动元件之间相对运动的是指机床内联系传动链始末两端传动元件之间相对运动的误差。或传动链误差是指刀具与工件间的速比有误差。误差。或传动链误差是指刀具与工件间的速比有误差。

27、当传动链中各传动元件如齿轮、蜗轮、蜗杆、丝当传动链中各传动元件如齿轮、蜗轮、蜗杆、丝杆、螺母等有制造误差，装配误差和磨损时，就杆、螺母等有制造误差，装配误差和磨损时，就会破坏正确的运动关系，使被加工工件产生误差。会破坏正确的运动关系，使被加工工件产生误差。 传动链误差是由传动链中某些环节的误差引起的。传动链误差是由传动链中某些环节的误差引起的。而各个环节的误差是由元件的制造误差和装配质而各个环节的误差是由元件的制造误差和装配质量、磨损程度、结构的刚度、惯性等因素决定的。量、磨损程度、结构的刚度、惯性等因素决定的。缩短传动链长度缩短传动链长度 提高末端元件的制造精度与安装精度提高末端元件的制造精

28、度与安装精度采用校正装置对传动误差进行补偿采用校正装置对传动误差进行补偿采用频谱分析方法，找出影响传动精度的误差环采用频谱分析方法，找出影响传动精度的误差环节节末端元件转角误差末端元件转角误差 提高传动精度措施：提高传动精度措施：4)4)刀具几何误差（刀具制造误差与磨损）刀具几何误差（刀具制造误差与磨损） 刀具的制造与磨损误差对加工精度的影响，随刀刀具的制造与磨损误差对加工精度的影响，随刀具的种类不同而不同。具的种类不同而不同。 （1 1）对于定尺寸刀具：刀具的尺寸误差直接影响）对于定尺寸刀具：刀具的尺寸误差直接影响工件表面的尺寸误差。如麻花钻、扩孔钻、绞刀、丝工件表面的尺寸误差。如麻花钻、扩

29、孔钻、绞刀、丝锥、镗刀、键槽铣刀、圆孔拉刀等。锥、镗刀、键槽铣刀、圆孔拉刀等。 （2 2）对于成形刀具：刀具的形状误差直接影响工）对于成形刀具：刀具的形状误差直接影响工件表面的形状误差。如成形车刀、成形铣刀及成形砂件表面的形状误差。如成形车刀、成形铣刀及成形砂轮等。轮等。 （3 3）对于用展成法加工的刀具：刀具的形状误差将）对于用展成法加工的刀具：刀具的形状误差将直接影响加工表面的形状误差；如齿轮滚刀和插齿刀等。直接影响加工表面的形状误差；如齿轮滚刀和插齿刀等。 （4 4）对于一般刀具：是靠刀尖轨迹产生加工表面的，）对于一般刀具：是靠刀尖轨迹产生加工表面的，刀尖位置是由调整达到的，所以刀具的误

30、差对工件精度刀尖位置是由调整达到的，所以刀具的误差对工件精度没有直接影响。但这些刀具的几何参数和形状不适当，没有直接影响。但这些刀具的几何参数和形状不适当，将影响加工表面的粗糙度，波纹度等表面层质量。如车将影响加工表面的粗糙度，波纹度等表面层质量。如车刀、镗刀、立铣刀、盘铣刀等。刀、镗刀、立铣刀、盘铣刀等。 （5 5）砂轮磨损）砂轮磨损 5) 5) 夹具几何误差（夹具的制造误差与磨损）夹具几何误差（夹具的制造误差与磨损） 夹具本身的制造误差和它们之间的相互位置误差夹具本身的制造误差和它们之间的相互位置误差以及使用过程中的磨损，构成了夹具误差。以及使用过程中的磨损，构成了夹具误差。 夹具误差将直

31、接或间接引起刀具与工件之间的相夹具误差将直接或间接引起刀具与工件之间的相对位置误差，从而造成工件的加工误差。对位置误差，从而造成工件的加工误差。 对加工误差的影响程度取决于元件误差的方向和对加工误差的影响程度取决于元件误差的方向和工件位置误差的敏感方向。夹具误差包括定位误差、工件位置误差的敏感方向。夹具误差包括定位误差、夹紧误差、磨损误差、对刀或导引误差以及夹具的安夹紧误差、磨损误差、对刀或导引误差以及夹具的安装误差。装误差。对于对于IT5IT7级精度的零件级精度的零件,夹具精度一般是零件精度的夹具精度一般是零件精度的1/21/3 。对于对于IT8级精度以下的零件级精度以下的零件,夹具精度一般

32、是零件精度的夹具精度一般是零件精度的1/51/10 。3.2.4工艺系统受力变形的误差对加工精度的影响工艺系统受力变形的误差对加工精度的影响 机械加工过程中，工艺系统在切削力，夹紧力，传动机械加工过程中，工艺系统在切削力，夹紧力，传动力、惯性力，重力作用下会产生变形，破坏刀具和零件之力、惯性力，重力作用下会产生变形，破坏刀具和零件之间的正确位置关系，使零件产生误差。间的正确位置关系，使零件产生误差。如车削细长轴，加工薄壁零件内孔，砂轮无进给磨削等。如车削细长轴，加工薄壁零件内孔，砂轮无进给磨削等。超精密加工中最难解决的一个问题：装夹变形。超精密加工中最难解决的一个问题：装夹变形。 工艺系统的受

33、力变形是指工艺系统在切削力、传动工艺系统的受力变形是指工艺系统在切削力、传动力、惯性力，重力，夹紧力作用下形成的力、惯性力，重力，夹紧力作用下形成的变形。这些变形变形。这些变形通常按弹性变形来近似处理和研究。受力变形主要取决于通常按弹性变形来近似处理和研究。受力变形主要取决于两大因素：一是工艺系统的刚度，二是力源。两大因素：一是工艺系统的刚度，二是力源。 刚度：指物体受外力作用时抵抗变形的能力。刚度：指物体受外力作用时抵抗变形的能力。在机械加工中，由于工艺系统的实际情况较为复杂，在机械加工中，由于工艺系统的实际情况较为复杂，在切削过程中的受力是三个方向的力在切削过程中的受力是三个方向的力( )

34、( )，同时，工艺系统受力变形不单是构件的弹性变形，它同时，工艺系统受力变形不单是构件的弹性变形，它还包括工艺系统各组成元件之间的接触变形，位移、还包括工艺系统各组成元件之间的接触变形，位移、间隙消除等。因此，工艺系统刚度是一个特定的概念，间隙消除等。因此，工艺系统刚度是一个特定的概念，它是按实际受力情况、敏感方向、考虑到力与位移方它是按实际受力情况、敏感方向、考虑到力与位移方向的一致性来定义的。向的一致性来定义的。 工艺系统刚度：指工件加工表面在切削法向分力工艺系统刚度：指工件加工表面在切削法向分力Fy的作用下，刀具相当于工件在该方向上位移的作用下，刀具相当于工件在该方向上位移y y的比值的

35、比值 K KyFKy zyxFFF; 瞬时刚度瞬时刚度：物体受力后产生变形，力和变形之间的关系物体受力后产生变形，力和变形之间的关系不一定是线性的，上述刚度是指平均刚度，瞬时刚度是不一定是线性的，上述刚度是指平均刚度，瞬时刚度是指物体在受力方向上某一时刻的力变化与在该方向上产指物体在受力方向上某一时刻的力变化与在该方向上产生的变形变化量的比值。生的变形变化量的比值。FyKy静刚度：在静态条件下测量的刚度。静刚度：在静态条件下测量的刚度。2 2工件和刀具的刚度工件和刀具的刚度简单工件和刀具的刚度可按材料力学的有关公式求得其近简单工件和刀具的刚度可按材料力学的有关公式求得其近似值。似值。悬臂梁公式

36、：悬臂梁公式： ； 简支梁公式：简支梁公式： ； EI3LF3yy 3yLEI3yFK EI48LFy3y 3yLEI48yFK E E工件材料的弹性模量，工件材料的弹性模量，N Nmmmm；I I工件截面的惯性矩，工件截面的惯性矩，mmmm。 L L工件长度，工件长度，mmmm；y y工件的变形。工件的变形。3 3机床（夹具）部件的刚度机床（夹具）部件的刚度1) 1) 机床部件的变形曲线及其特点机床部件的变形曲线及其特点 （三次加载与卸载变形曲线的特点）（三次加载与卸载变形曲线的特点）（1 1）变形曲线是非线形的。不符合虎克定律，反映出）变形曲线是非线形的。不符合虎克定律，反映出部件的变形不

37、仅仅是弹性变形。部件的变形不仅仅是弹性变形。（2 2）加载曲线与卸载曲线不重合。表明在加卸载过程）加载曲线与卸载曲线不重合。表明在加卸载过程中有能量消耗。中有能量消耗。（3 3）卸载后变形曲线不能回到起始点。表明在变形过）卸载后变形曲线不能回到起始点。表明在变形过程中存在塑性变形和残余变形。程中存在塑性变形和残余变形。（4 4）部件的变形曲线与单个构件的变形曲线相差较大。）部件的变形曲线与单个构件的变形曲线相差较大。2 2）影响机床部件刚度的主要因素）影响机床部件刚度的主要因素（1 1）接触变形（接触表面质量）的影响）接触变形（接触表面质量）的影响接触面间的变形与零件的表面粗糙度接触面间的变形

38、与零件的表面粗糙度, ,几何形状几何形状, ,接触面积接触面积大小及材料的物理机械性能有关大小及材料的物理机械性能有关. .（2 2）刚度较差的零件的影响）刚度较差的零件的影响如如: :机器或部件中的镶条机器或部件中的镶条, ,键等连接零件。键等连接零件。（3 3）预紧力的影响）预紧力的影响（4 4）摩擦力的影响）摩擦力的影响加载时，连接表面间的摩擦力阻止变形增加，卸载时，摩加载时，连接表面间的摩擦力阻止变形增加，卸载时，摩擦力阻止变形恢复。擦力阻止变形恢复。（5 5）间隙的影响）间隙的影响有间隙时，在较小的力作用下，就会产生较大的位移，表有间隙时，在较小的力作用下，就会产生较大的位移，表现刚

39、度很底。现刚度很底。 零件之间的间隙，挤掉其间的油膜层的变形，接着是部件零件之间的间隙，挤掉其间的油膜层的变形，接着是部件中薄弱零件变形如图中薄弱零件变形如图 刀架溜板中楔铁变形，最后才是其它组成零件本身的弹性刀架溜板中楔铁变形，最后才是其它组成零件本身的弹性变形和相互接触面的接触变形。变形和相互接触面的接触变形。5 5切削力对加工精度的影响切削力对加工精度的影响1 1）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1 1）切削力作用位置的变化对加工精度的影响）切削力作用位置的变化对加工精度的影响 当工件刚性较好而机床刚性较差时当工件刚性较好而机床刚性较差时 当

40、机床刚性较好而工件刚性较差时当机床刚性较好而工件刚性较差时图图 受力变形对工件精度的影响受力变形对工件精度的影响 a) 车长轴车长轴 b） 磨内孔磨内孔工件孔呈工件孔呈锥形锥形2 2）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 由于工艺系统受力变形，使毛坯误差部分反映到工件上由于工艺系统受力变形，使毛坯误差部分反映到工件上，或切削力大小的变化而引起的加工误差此种现象称为，或切削力大小的变化而引起的加工误差此种现象称为“误差复映误差复映”。最大最大弹性弹性变形变形最大切最大切削深度削深度最小最小弹性弹性变形变形最最小小切切削深度削深度图. 误差复映现象ap11ap22毛坯外

41、形工件外形毛坯椭圆误差毛坯椭圆误差吃刀量不同吃刀量不同让刀变形不同让刀变形不同切削力变化切削力变化加工误差称为误差复映现象。加工误差称为误差复映现象。 用误差复映系数用误差复映系数表示。表示。 毛毛 a aP1P1 a aP2P2 工工 1 1 2 2 1212ppaa 吃刀量吃刀量让刀让刀变形变形n321. 工序数工序数n n 误差复映系数误差复映系数加工精度加工精度6 6传动力对加工精度的影响传动力对加工精度的影响传动力对工件径向截面形状误差的影响在靠近拨盘处较大传动力对工件径向截面形状误差的影响在靠近拨盘处较大, ,距越远距越远, ,影响较小影响较小. .7 7夹紧力对加工精度的影响夹紧

42、力对加工精度的影响8 8重力对加工精度的影响重力对加工精度的影响图. 龙门铣横梁变形【例】龙门铣横梁图. 龙门铣横梁变形转移图. 龙门铣横梁变形补偿重力影响 解决1：重量转移 解决2：变形补偿9 9内应力对加工精度的影响内应力对加工精度的影响具有内应力的零件处于一种不稳定状态，它内部的组织有具有内应力的零件处于一种不稳定状态，它内部的组织有强烈的倾向要恢复到一个稳定的没有应力的状态，即使在强烈的倾向要恢复到一个稳定的没有应力的状态，即使在常温下，零件也会不断的缓慢地进行这种变化，直到残余常温下，零件也会不断的缓慢地进行这种变化，直到残余应力安全松弛为主，在这一过程中，零件将会翘曲变形，应力安全

43、松弛为主，在这一过程中，零件将会翘曲变形，原有的加工精度会逐渐丧失。原有的加工精度会逐渐丧失。例：机床床身铸件，为提高导轨面的耐磨性，采用局部激例：机床床身铸件，为提高导轨面的耐磨性，采用局部激冷的工艺使他冷却更快一些，这样可以获得高的硬度，但冷的工艺使他冷却更快一些，这样可以获得高的硬度，但铸件内应力更大，导轨表面铸件内应力更大，导轨表面 经粗加工刨去一层，引起内经粗加工刨去一层，引起内应力重新分布，产生弯曲变形，新平衡过程需较长时间，应力重新分布，产生弯曲变形，新平衡过程需较长时间，导轨精加工后除去大部分变形，但内部还在变化，合格的导轨精加工后除去大部分变形，但内部还在变化，合格的导轨面丧

44、失原有的精度。导轨面丧失原有的精度。(2)(2)毛坯制造中产生的内应力毛坯制造中产生的内应力例例1 1： 下图表示一个内外壁厚相差较下图表示一个内外壁厚相差较大的铸件，浇注后，冷却过程如大的铸件，浇注后，冷却过程如下：下： 壁壁A A、C C较薄，散热容易，较薄，散热容易，冷却快。壁冷却快。壁B B冷却慢，当冷却慢，当A A、C C从从塑性状态冷却到弹性状态时，塑性状态冷却到弹性状态时，B B还处于塑性状态，这时还处于塑性状态，这时A A、C C收缩收缩时时B B不起阻挡变形的作用，铸件不起阻挡变形的作用，铸件内部不会产生内应力。当内部不会产生内应力。当B B冷却冷却到弹性状态时，到弹性状态时

45、，A A、C C的温度已经的温度已经降低很多，收缩速度很慢，但降低很多，收缩速度很慢，但B B收缩快，所以收到收缩快，所以收到A A、C C的阻碍，的阻碍，壁壁B B受拉应力，受拉应力，A A、C C受压应力，受压应力，以保持平衡。在以保持平衡。在A A上开一小口，上开一小口，A A上压应力消失，在上压应力消失，在C C、B B内应力作内应力作用力，内应力重新分布，达到平用力，内应力重新分布，达到平衡，工件翘曲。衡，工件翘曲。(3(3）冷校直过程中产生的内应力）冷校直过程中产生的内应力冷校直后的工件虽然减少了冷校直后的工件虽然减少了弯曲，但是依然处于不稳定弯曲，但是依然处于不稳定状态，还会产生

46、新的弯曲变状态，还会产生新的弯曲变形。形。冷校直引起的内应力冷校直引起的内应力 减小内应力变形误差的途径减小内应力变形误差的途径改进零件结构改进零件结构 设计零件时，尽量做到壁厚均匀，结构对称，以减少内设计零件时，尽量做到壁厚均匀，结构对称，以减少内应力的产生。应力的产生。增设消除内应力的热处理工序增设消除内应力的热处理工序 铸件、锻件、焊接件在进入机械加工之前，应进行退火、铸件、锻件、焊接件在进入机械加工之前，应进行退火、回火等热处理；对箱体、床身、主轴等重要零件，在机回火等热处理；对箱体、床身、主轴等重要零件，在机械加工工艺中尚需适当按排时效处理工序。械加工工艺中尚需适当按排时效处理工序。

47、合理安排工艺过程合理安排工艺过程 粗加工和精加工宜分阶段进行。粗加工和精加工宜分阶段进行。1010提高工艺系统刚度的措施提高工艺系统刚度的措施1 1）提高机床构件的刚度）提高机床构件的刚度在机床设计时要注意支撑件在机床设计时要注意支撑件, ,传动件及主轴系统本身刚度传动件及主轴系统本身刚度的提高。的提高。2 2）提高工件的安装刚度）提高工件的安装刚度如：采用辅助支撑的方法；各别采用过定位。如：采用辅助支撑的方法；各别采用过定位。3 3）提高刀具的安装刚度）提高刀具的安装刚度刀具悬伸缩短，刀杆粗些。多刀加工时注意整个刀具系统刀具悬伸缩短，刀杆粗些。多刀加工时注意整个刀具系统刚度。刚度。4 4）提

48、高零件配合表面的接触刚度）提高零件配合表面的接触刚度降低表面粗糙度，提高形状精度及物理机械性能。降低表面粗糙度，提高形状精度及物理机械性能。如：提高机床导轨的刮研质量，修研中心孔。如：提高机床导轨的刮研质量，修研中心孔。5 5）减少接触表面的面积）减少接触表面的面积 6 6）合理装夹工件）合理装夹工件, ,减少夹紧变形减少夹紧变形v提高连接表面接触刚度（表面粗糙度，改进接触质量，予加载荷） v采用辅助支承（中心架，跟刀架，镗杆支承等）图4-33 支座零件不同安装方法图4-32 转塔车床导向杆v采用合理装夹和加工方式3.2.5 3.2.5 工艺系统受热变形对加工精度的影响工艺系统受热变形对加工精

49、度的影响1 1工艺系统的热源工艺系统的热源 1 1）工艺系统内部热源：）工艺系统内部热源： 切削热和摩擦热切削热和摩擦热 2 2）工艺系统外部热源）工艺系统外部热源: : 环境温度和热辐射环境温度和热辐射 2 2工件的热变形工件的热变形1) 1) 工件均匀受热工件均匀受热 对于一些形状简单、对称的零件，如轴、套筒等，加工对于一些形状简单、对称的零件，如轴、套筒等，加工时（如车削、磨削）切削热能较均匀地传入工件，工件热变时（如车削、磨削）切削热能较均匀地传入工件，工件热变形量可按下式估算：形量可按下式估算： L=Lt式中式中 工件材料的热膨胀系数，单位为工件材料的热膨胀系数，单位为1/； L工件

50、在热变形方向的尺寸，单位为工件在热变形方向的尺寸，单位为mm； t工件温升，单位为工件温升，单位为。均匀变形与非均匀变形。均匀变形与非均匀变形。实实 例例 在精密丝杆加工中，工件的在精密丝杆加工中，工件的热伸长会产生螺距的累积误差。热伸长会产生螺距的累积误差。在较长的轴类零件加工中，在较长的轴类零件加工中，将出现锥度误差。将出现锥度误差。 例如：在磨削例如：在磨削400mm长的丝杠螺纹时，每磨一次长的丝杠螺纹时，每磨一次温度升高温度升高1，则被磨丝杠将伸长，则被磨丝杠将伸长L=1.1710-54001mm=0.0047mm 而而5级丝杠的螺距累积误差在级丝杠的螺距累积误差在400mm长度上不允

51、长度上不允许超过许超过5m左右。左右。 因此，因此，热变形对工件加工精度影响很大。热变形对工件加工精度影响很大。工件受热产生均匀变形工件受热产生均匀变形影响尺寸精度。影响尺寸精度。 但不影响形状精度但不影响形状精度 非均匀变形非均匀变形影响形状精度。影响形状精度。 在刨削、铣削、磨削加工平面在刨削、铣削、磨削加工平面时，工件单面受热，上下平面间产时，工件单面受热，上下平面间产生温差，导致工件向上凸起，凸起生温差，导致工件向上凸起，凸起部分被工具切去，加工完毕冷却后，部分被工具切去，加工完毕冷却后，加工表面就产生了中凹，造成了几加工表面就产生了中凹，造成了几何形状误差。何形状误差。2)工件不均匀

52、受热工件不均匀受热工件凸起量工件凸起量可根据图形可根据图形进行估算进行估算3 3刀具的热变形刀具的热变形16-20min0.03-0.05mm指数曲线运转时间 / h0 1 2 3 450150100200位移 /m20406080温升 / YX前轴承温升图. 车床受热变形a） 车床受热变形形态b） 温升与变形曲线（图4-36）v 立铣（图a）图4-37 立式铣床、外圆磨床、导轨磨床受热变形a）铣床受热变形形态b）外圆磨床受热变形形态c）导轨磨床受热变形形态v 外圆磨（图b）v 导轨磨（图c）（图4-37） 主轴承盖加工主轴承盖加工 设备：左右工位双面组合铣床设备：左右工位双面组合铣床 精度：

53、主轴承盖两面之间的尺寸精度为：精度：主轴承盖两面之间的尺寸精度为：0.025mm0.025mm 存在问题：铣床主轴轴承热变形，产生主轴热存在问题：铣床主轴轴承热变形，产生主轴热伸长，加工伸长，加工2 2小时后，精度产生超差。小时后，精度产生超差。 改进改进： （1 1）在主轴轴承外圈加装水套，利用煤油循环在主轴轴承外圈加装水套，利用煤油循环冷却。冷却。 （2 2）增加主轴微调装置。）增加主轴微调装置。（1 1）从结构上采取的措施）从结构上采取的措施 1 1）采用热对称结构）采用热对称结构 2 2）采用必要的隔热和散热措施）采用必要的隔热和散热措施 3 3）采用热补偿的方式以减少影响）采用热补偿

54、的方式以减少影响（2 2）从工艺上采取的措施）从工艺上采取的措施 1)1)减少热源。减少热源。如：将一些热源电机，变速箱液压装置的油箱放置在机床外部。如：将一些热源电机，变速箱液压装置的油箱放置在机床外部。 1 1）控制环境温度）控制环境温度 2 2）采用热平衡措施）采用热平衡措施 3 3）大型设备季节性的调整）大型设备季节性的调整5 5减小热变形对加工精度影响的措施减小热变形对加工精度影响的措施 牛头刨床滑枕热变形及结构改进示意图牛头刨床滑枕热变形及结构改进示意图 a) 原滑枕截面图原滑枕截面图 b)原滑枕热变形示意图原滑枕热变形示意图 c) 滑枕热对称结构滑枕热对称结构1 1）采用热对称结

55、构）采用热对称结构2 2）采用必要的隔热和散热措施）采用必要的隔热和散热措施图图 采用隔热罩减少热变形采用隔热罩减少热变形2 2）采用必要的隔热和散热措施）采用必要的隔热和散热措施图. 平面磨床补偿油沟3）采用热补偿的方式以减少影响）采用热补偿的方式以减少影响均衡温度场均衡温度场 如图所示的端面如图所示的端面磨床，立柱前壁因靠磨床，立柱前壁因靠近主轴箱而温升较高，近主轴箱而温升较高，采用风扇将主轴箱内采用风扇将主轴箱内的热空气经软管通过的热空气经软管通过立柱后壁空间排出，立柱后壁空间排出，使立柱前后壁的温度使立柱前后壁的温度大致相等，减小立柱大致相等，减小立柱的弯曲变形。的弯曲变形。均衡立柱前

56、后壁的温度场均衡立柱前后壁的温度场3）采用热补偿的方式以减少影响）采用热补偿的方式以减少影响在线测量与在线补偿在线测量与在线补偿高压油泵偶件自动配磨装置示意图柱塞销柱塞销柱塞柱塞 3.2.6 3.2.6 其它因素对加工精度的影响其它因素对加工精度的影响一、测量误差一、测量误差2 2测量仪器精度的影响测量仪器精度的影响 测量仪器的工作原理，制造精度，测量精度。测量仪器的工作原理，制造精度，测量精度。考虑考虑“阿贝原则阿贝原则”。3.3.测量条件的影响测量条件的影响 1 1）人为因素）人为因素 测量力、视力、分辨力、技术水平、责任心等测量力、视力、分辨力、技术水平、责任心等。 2 2）测量环境）测

57、量环境 温度、湿度、洁净度、磁场、振动等温度、湿度、洁净度、磁场、振动等。二、调整误差二、调整误差 试切法调整、对刀调整、挡块和行程开关调整产生误差试切法调整、对刀调整、挡块和行程开关调整产生误差3.3.1 3.3.1 加工误差的性质与分类加工误差的性质与分类 1. 1. 系统性误差系统性误差 顺次加工一批工件时所产生的大小和方向不变或顺次加工一批工件时所产生的大小和方向不变或按一定规律变化的误差。系统性误差又分为常值系统按一定规律变化的误差。系统性误差又分为常值系统性误差和变值系统性误差。性误差和变值系统性误差。 1 1）常值系统性误差）常值系统性误差 大小和方向保持不变的误差。它不随时间等

58、因素大小和方向保持不变的误差。它不随时间等因素变化。如原理误差，调整误差、机械实体误差引起的变化。如原理误差，调整误差、机械实体误差引起的加工误差等都是常值系统性误差。加工误差等都是常值系统性误差。3.3 3.3 加工误差的统计分析加工误差的统计分析2 2）变值系统性误差）变值系统性误差 大小和方向按一定规律变化的误差。它可大小和方向按一定规律变化的误差。它可以是线性变化，也可以是非线性变化。例如刀以是线性变化，也可以是非线性变化。例如刀具在正常磨损阶段的磨损量与切削路程长度是具在正常磨损阶段的磨损量与切削路程长度是近似线性的关系，该原始误差及其引起的加工近似线性的关系，该原始误差及其引起的加

59、工误差都是线性变值系统性误差。而刀具的热伸误差都是线性变值系统性误差。而刀具的热伸长，在未达到热平衡状态时，其伸长量与时间长，在未达到热平衡状态时，其伸长量与时间呈指数曲线关系，这种原始误差及其加工误差呈指数曲线关系，这种原始误差及其加工误差为非线性的变值系统性误差。为非线性的变值系统性误差。2. 2. 随机性误差随机性误差 顺次加工一批工件所产生的大小，方向无规律变顺次加工一批工件所产生的大小，方向无规律变化的误差称为随机性误差。如毛坯误差、定位误差、化的误差称为随机性误差。如毛坯误差、定位误差、夹紧误差，内应力变形等引起的加工误差都是随机性夹紧误差，内应力变形等引起的加工误差都是随机性误差

60、。随机性误差只能通过数理统计方法来揭示其总误差。随机性误差只能通过数理统计方法来揭示其总体规律，然后采取措施加以控制。一般来讲，减小随体规律，然后采取措施加以控制。一般来讲，减小随机误差是困难的，随着科技的发展，随机误差的部分机误差是困难的，随着科技的发展，随机误差的部分原因将逐渐被获知，从而转变为系统性误差。在很多原因将逐渐被获知，从而转变为系统性误差。在很多情况下，标志随机性加工误差的标准偏差统计值中隐情况下，标志随机性加工误差的标准偏差统计值中隐含变值系统性误差，如果能通过点图法、相关分析法含变值系统性误差，如果能通过点图法、相关分析法或四价中心矩阵法将其揭示出来，并采取针对性措施或四价