第29讲 机械加工精度

1、2929th th机械 机械加工精度加工精度 1加工精度与加工误差加工精度与加工误差 加工精度加工精度 尺寸精度 形状精度 位置精度 加工精度：加工精度：零件加工后实际几何参数与零件加工后实际几何参数与理想几何参数理想几何参数接近接近程度。程度。 2929th th机械 机械加工精度加工精度 加工误差：加工误差：零件加工后实际几何参数与零件加工后实际几何参数与理想几何理想几何参数参数偏离偏离程度程度。 几何参数几何参数 尺寸 几何形状 相互位置 加工误差越小则加工精度越高， 但理想与现实不可能完全一致， 即误差不可避免。 原始原始 误差误差 与工艺系统原始状与工艺系统原始状 态有关的原始误差态

2、有关的原始误差 ( (几何误差几何误差) )，加工，加工 前就存在前就存在 与工艺过程有关的与工艺过程有关的 原始误差原始误差( (动误差动误差) ) ，加工过程中产生，加工过程中产生 原理误差原理误差 定位误差定位误差 调整误差调整误差 刀具误差刀具误差 夹具误差夹具误差 机床几何误差机床几何误差 工艺系统受力变形（包括夹紧变形）工艺系统受力变形（包括夹紧变形） 工艺系统受热变形工艺系统受热变形 刀具磨损刀具磨损 测量误差测量误差 工件残余应力引起的变形工件残余应力引起的变形 工件相对于刀具工件相对于刀具静止状态静止状态下下 的误差的误差 工件相对于工件相对于 刀具刀具运动状运动状 态态下的

3、误差下的误差 主轴回转误差主轴回转误差 导轨导向误差导轨导向误差 传动误差传动误差 2929th th机械 机械加工精度加工精度 2影响加工精度的误差影响加工精度的误差 原始误差：原始误差：引起加工误差的本根原因是引起加工误差的本根原因是工艺系统工艺系统存在着误差，将工艺系存在着误差，将工艺系 统的误差称为原始误差。统的误差称为原始误差。 b b）端面圆跳动）端面圆跳动 a a）径向圆跳动）径向圆跳动 c c）倾角摆动）倾角摆动 图图 主轴回转误差基本形式主轴回转误差基本形式 主轴回转误差主轴回转误差 机床的几何误差机床的几何误差 2929th th机械 机械加工精度加工精度 影响圆度与圆柱度

4、 影响端面形状精度、轴 向尺寸精度 影响形状精度 如车外圆会产生锥度 车端面会产生平面度误差 图5-4： 2 0 2 Y Y R R （5-2） X RX （5-3） 显然： XY RR 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。对加工精度影响同。对加工精度影响最大最大的方的方 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 表面过切削点的表面过切削点的法线法线方向。方向。 误差敏感方向误差敏感方向 R Y R R R =X 图5-4 误差敏感方向 Y R0 X a） Y R0 X

5、 b） 2929th th机械 机械加工精度加工精度 主轴回转误差对加工精度的影响主轴回转误差对加工精度的影响 主轴径向圆跳动对加工精度的影响（镗孔）主轴径向圆跳动对加工精度的影响（镗孔） 考虑最简单的情况，主轴回转中心在考虑最简单的情况，主轴回转中心在X X方向上作简谐方向上作简谐 直线运动，其频率与直线运动，其频率与主轴相同，振幅为主轴相同，振幅为e e。 式中式中 R R 刀尖回转半径；刀尖回转半径； 主轴转角。主轴转角。 () cos sin XRe YR （5-1） 显然，式（显然，式（5-15-1）为一椭圆。）为一椭圆。 图图 径向跳动对镗孔精度影响径向跳动对镗孔精度影响 2929

6、th th机械 机械加工精度加工精度 刀尖的坐标值为：刀尖的坐标值为： 导轨副运动件实际运动方向与理想运动方向的偏差导轨副运动件实际运动方向与理想运动方向的偏差 （1 1）导轨导轨在水平面内的直线在水平面内的直线度误差度误差 导轨导向误差导轨导向误差 2929th th机械 机械加工精度加工精度 使工件在纵向截面与横向截面内分别产生形状误差 与尺寸误差 （2 2）导轨导轨在垂直面内的直线在垂直面内的直线度误差度误差 2929th th机械 机械加工精度加工精度 工件与刀具之间 产生法向位移（误差敏感方向），造成水平面 上的形状误差被加工端面不平，相对位置 误差端面与圆柱面不垂直。 工件与刀具之

7、间产 生切向位移，车外 圆时，对外圆的形 状精度影响较小。 （3 3）前后）前后导轨平行导轨平行度误差（扭曲）度误差（扭曲） XX 图图5-6 5-6 导轨扭曲引起的加工误差导轨扭曲引起的加工误差 H H RR D D B B X X Y Y H RH B （5-4） 2929th th机械 机械加工精度加工精度 导轨扭曲对工件加工精度的影响显著 影响导轨导向精度的主要因素影响导轨导向精度的主要因素 2929th th机械 机械加工精度加工精度 机床传动误差对加工精度的影响机床传动误差对加工精度的影响 图图5-7 5-7 齿轮机床传动链齿轮机床传动链 z z7 7 = = z z8 8 = =

8、 16 16 z z1 1 = 64 64 z zn n = = 9696 z z5 5 = = z z6 6 = = 23 23 z z3 3 = = z z4 4 = = 2323 b b z z 2 2 = = 1616 z zn-1 n-1 = = 1 1 i ic c e e f f a a c c d d 以齿轮机床传动链为以齿轮机床传动链为例，系例，系 统引起的转角误差为：统引起的转角误差为： 式式中中k kj j 该元件至末端元件的该元件至末端元件的传动比传动比 ，第，第j j 个传动元件的个传动元件的误差传递系数误差传递系数，表，表 明第明第j j个传动元件对末端元件转角误差

9、个传动元件对末端元件转角误差 影响影响程度。程度。 机床传动误差机床传动误差 2929th th机械 机械加工精度加工精度 传动误差：传动误差：传动链传动链首末首末两端传动元件之间两端传动元件之间相对运动的误差相对运动的误差，由传动链，由传动链 中传动元件的制造误差，安装误差引起。中传动元件的制造误差，安装误差引起。 想一想 根据传动比的大小如何判断转角误差 被放大还是缩小？ 提高传动精度措施提高传动精度措施 2929th th机械 机械加工精度加工精度 原始原始 误差误差 与工艺系统原始状与工艺系统原始状 态有关的原始误差态有关的原始误差 ( (几何误差几何误差) )，加工，加工 前就存在前

10、就存在 与工艺过程有关的与工艺过程有关的 原始误差原始误差( (动误差动误差) ) ，加工过程中产生，加工过程中产生 原理误差原理误差 定位误差定位误差 调整误差调整误差 刀具误差刀具误差 夹具误差夹具误差 机床几何误差机床几何误差 工艺系统受力变形（包括夹紧变形）工艺系统受力变形（包括夹紧变形） 工艺系统受热变形工艺系统受热变形 刀具磨损刀具磨损 测量误差测量误差 工件残余应力引起的变形工件残余应力引起的变形 工件相对于刀具工件相对于刀具静止状态静止状态下下 的误差的误差 主轴回转主轴回转误差：三种基本形式误差：三种基本形式 导轨导轨导向误差：三种基本形式导向误差：三种基本形式 传动误差：误

11、差传递系数传动误差：误差传递系数 2929th th机械 机械加工精度加工精度 一般刀具一般刀具普通车刀、平面铣刀普通车刀、平面铣刀 ）的加工误差对加工精度）的加工误差对加工精度没有直没有直 接影响接影响。 定尺寸刀具定尺寸刀具（钻头、绞刀等）（钻头、绞刀等） 尺寸误差尺寸误差影响加工尺寸误差影响加工尺寸误差 成形刀具和展成刀具成形刀具和展成刀具形状误差形状误差 影响加工形状影响加工形状误差误差 2 2、刀具误差、刀具误差 2929th th机械 机械加工精度加工精度 刀具误差：刀具误差：刀具的制造、安装和磨损刀具的制造、安装和磨损 产生的误差。刀具误差对加工精度的影产生的误差。刀具误差对加工

12、精度的影 响与刀具的种类有关。响与刀具的种类有关。 刀具磨损影响加工尺寸误差或形状误差刀具磨损影响加工尺寸误差或形状误差 L L0.050.05 6 6F F7 7 1010 F F7 7 k k 6 6 2020 H H 7 7 g g 6 6 Y Y Z Z 图图5-9 5-9 钻径向孔的夹具钻径向孔的夹具 通常要求定位误差和夹具制造通常要求定位误差和夹具制造 误差不大于工件相应公差的误差不大于工件相应公差的1/31/3。 3 3、夹具误差、夹具误差 1 1）定位误差；）定位误差； 2 2）刀具导向（对刀）误差；）刀具导向（对刀）误差； 3 3）夹紧误差；）夹紧误差； 4 4）夹具）夹具制

13、造、安装误差制造、安装误差； 5 5）夹具工作表面磨损；夹具工作表面磨损； 2929th th机械 机械加工精度加工精度 2929th th机械 机械加工精度加工精度 调整误差：调整误差：在每一道加工工序中，需对机床、夹在每一道加工工序中，需对机床、夹 具、刀具间的相对位置进行调整时产生的误差。具、刀具间的相对位置进行调整时产生的误差。 （1） 试切法（单件小批生产）试切法（单件小批生产） 试切试切-测量测量-调整吃刀量调整吃刀量-再再试试切切-测量测量 直到达到加工精度要求直到达到加工精度要求 （2）调整法（成批大量生产）调整法（成批大量生产） 先通过试切法（或者标准样块）调整先通过试切法（

14、或者标准样块）调整好刀具和工件在机床上的相对位置，好刀具和工件在机床上的相对位置， 并在一批零件的加工并在一批零件的加工过程中，保持这种相对位置不变。优点：效率高。过程中，保持这种相对位置不变。优点：效率高。 测量误差。 试切时与正式切削时切削厚度不同 造成的误差。 机床进给机构的位移误差。 2929th th机械 机械加工精度加工精度 调整法的误差来源有：调整法的误差来源有： 和试切法有关的误差。 定程机构误差。大批量生产中广泛采用行程挡块、靠模、 凸轮等定程机构保证加工尺寸。 样件或样板误差。 测量有限试件造成的误差。 原始原始 误差误差 与工艺系统原始状与工艺系统原始状 态有关的原始误差

15、态有关的原始误差 ( (几何误差几何误差) )，加工，加工 前就存在前就存在 与工艺过程有关的与工艺过程有关的 原始误差原始误差( (动误差动误差) ) ，加工过程中产生，加工过程中产生 原理误差原理误差 定位误差定位误差 调整误差调整误差 刀具误差刀具误差 夹具误差夹具误差 机床几何误差机床几何误差 工艺系统受力变形（包括夹紧变形）工艺系统受力变形（包括夹紧变形） 工艺系统受热变形工艺系统受热变形 刀具磨损刀具磨损 测量误差测量误差 工件残余应力引起的变形工件残余应力引起的变形 工件相对于刀具工件相对于刀具静止状态静止状态下下 的误差的误差 主轴回转主轴回转误差：三种基本形式误差：三种基本形

16、式 导轨导轨导向误差：三种基本形式导向误差：三种基本形式 传动误差：误差传递系数传动误差：误差传递系数 2929th th机械 机械加工精度加工精度 刚度与工艺刚度与工艺系统刚度系统刚度 p F k X （5-7） 注意：注意：XX是总切削力综合作用的结果。是总切削力综合作用的结果。 刚度：刚度：材料或结构在受力时材料或结构在受力时抵抗弹性变形的能力抵抗弹性变形的能力。 F k X （5-6） 力 力方向上的变形量 刚度 工艺系统刚度：工艺系统刚度：在加工在加工误差敏感方向上误差敏感方向上工艺系统所受外力与变形量的比值。工艺系统所受外力与变形量的比值。 法向切削分力 工艺系统的刚度 法向方向的

17、变形量 1 1111 jcjjdg k kkkk （5-8） 式中式中 k k 工艺系统刚度；工艺系统刚度； k kjc jc 机床刚度；机床刚度； k kjj jj 夹具刚度；夹具刚度； k kd d 刀具刚度；刀具刚度； k kg g 工件刚度。工件刚度。 工艺系统受力变形等于工艺系统各组成部分受力变形之迭加工艺系统受力变形等于工艺系统各组成部分受力变形之迭加。 工艺系统刚度计算工艺系统刚度计算 2929th th机械 机械加工精度加工精度 机床变形引起的加工机床变形引起的加工误差（车床两顶尖车削短粗光轴）误差（车床两顶尖车削短粗光轴） jcdjz XXX（5-9） 图图5-10 5-10

18、 变形随受力点变化规律变形随受力点变化规律 X Xtj tj X Xwz wz X Xdj dj XX F Fp p A A B B BB C C Z Z L L F FA AF FB B X Xz z C C 图图5-11 5-11 机床受力变形引起的加工机床受力变形引起的加工误差误差 11理想的工件形状理想的工件形状 22机床变形后加工出的工件形状机床变形后加工出的工件形状 A A 尾座位移 刀架位移 主轴箱位移 切削点处工件轴线位移 刀架位移 工艺系统总位移 刀具与工件的变 形可忽略，主要 考虑机床（主轴 箱、尾座、刀架 的变形）。 （5-10） 2 2 3 p g FLZZ X E J

19、L 工件变形引起的加工工件变形引起的加工误差（车床两顶尖车削细长轴）误差（车床两顶尖车削细长轴） 式中式中 X Xg g 工件变形；工件变形； E E 工件材料弹性模量；工件材料弹性模量； J J 工件截面惯性矩；工件截面惯性矩； F Fp p，L L，Z Z 含义同前。含义同前。 图图5-12 5-12 工件受力变形引工件受力变形引 起的加工误差起的加工误差 2929th th机械 机械加工精度加工精度 工件的变形为主 要因素。 图图5-14 5-14 误差复映现象误差复映现象 a ap p1 1 1 1 a ap p2 2 2 2 毛坯外形毛坯外形 工件外形工件外形 由于工艺系统受力变形由

20、于工艺系统受力变形 ，使毛坯误差部分反映，使毛坯误差部分反映 到工件上，此种现象称到工件上，此种现象称 为为“误差复映误差复映” 2929th th机械 机械加工精度加工精度 切削深度由a ap p1 1变化到a ap2 p2时， 切削分力由F Fp p最大变到最小， 工艺系统产生变形，使得刀具相对于工 件产生1 1 到2 2 的位移加工后的零 件也存在圆度误差。 毛坯存在圆度误差 机械加工中，误差复映系数机械加工中，误差复映系数通常远小于通常远小于1 1。可通过。可通过多次多次 走刀走刀，消除误差复映的影响。，消除误差复映的影响。 123n （5-155-15） 误差复映程度可用误差复映系数

21、来误差复映程度可用误差复映系数来表示。表示。 gm （5-145-14） 2929th th机械 机械加工精度加工精度 式中式中 g g 工件圆度误差；工件圆度误差； m m 毛坯圆度误差； 毛坯圆度误差； 误差复映误差复映系数，系数，总是小于总是小于1 1， 且与系统刚度成反比且与系统刚度成反比。 a ap p1 1 1 1 a ap p2 2 2 2 毛坯外形毛坯外形 工件外形工件外形 C k 增大系统刚度可降低误差复映系数 （3 3）夹紧力）夹紧力、重力、传动力和惯性力引起的加工误差、重力、传动力和惯性力引起的加工误差 夹紧力影响夹紧力影响 【例例】薄壁套夹紧变形薄壁套夹紧变形 2929

22、th th机械 机械加工精度加工精度 专用专用 卡爪卡爪 开口过开口过 渡环渡环 毛坯夹紧后镗孔后松开后 图5-17 龙门铣横梁变形 【例】龙门铣横梁 重力影响 解决1：重量转移 解决2：变形补偿 2929th th机械 机械加工精度加工精度 附加梁 惯性力与传动力影响惯性力与传动力影响 2929th th机械 机械加工精度加工精度 v合理设计零部件结构和截面形状 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5-21支座零件不同安装方法 v采用合理装夹和加工方式 提高工艺系统刚度 2 2、 减小受力变形对加工精度影响措施减

23、小受力变形对加工精度影响措施 2929th th机械 机械加工精度加工精度 工 件 钻头 钻模板 钻套 n f 原始原始 误差误差 与工艺系统原始状与工艺系统原始状 态有关的原始误差态有关的原始误差 ( (几何误差几何误差) )，加工，加工 前就存在前就存在 与工艺过程有关的与工艺过程有关的 原始误差原始误差( (动误差动误差) ) ，加工过程中产生，加工过程中产生 原理误差原理误差 定位误差定位误差 调整误差调整误差 刀具误差刀具误差 夹具误差夹具误差 机床几何误差机床几何误差 工艺系统受力变形（包括夹紧变形）工艺系统受力变形（包括夹紧变形） 工艺系统受热变形工艺系统受热变形 刀具磨损刀具磨

24、损 测量误差测量误差 工件残余应力引起的变形工件残余应力引起的变形 工件相对于刀具工件相对于刀具静止状态静止状态下下 的误差的误差 主轴回转主轴回转误差：三种基本形式误差：三种基本形式 导轨导轨导向误差：三种基本形式导向误差：三种基本形式 传动误差：误差传递系数传动误差：误差传递系数 2929th th机械 机械加工精度加工精度 在精密加工和大件加工中，工艺系统热变形引起的加工在精密加工和大件加工中，工艺系统热变形引起的加工 误差占总误差的约误差占总误差的约404070%70%。 v 温度场温度场工艺系统各部分温度分布工艺系统各部分温度分布 v 热平衡热平衡单位时间内，系统传入的热量与传出的热

25、量单位时间内，系统传入的热量与传出的热量 相等，系统各部分温度保持在一相对稳定的数值相等，系统各部分温度保持在一相对稳定的数值上，此时上，此时 工艺系统稳定。工艺系统稳定。 工艺系统热源 内部热源 外部热源 切削热 工件、刀具、切屑 摩擦热 电机、轴承、齿轮 环境热源 气温 室温 辐射热 日光、照明、暖气 工艺系统热变形工艺系统热变形 工艺系统热源工艺系统热源 2929th th机械 机械加工精度加工精度 v 体积大，热容量大，温升不高，达到热平衡时间长 v 结构复杂，温度场和变形不均匀，对加工精度影响显著 车床受热变形形态 （图5-22） 1、机床热变形对加工精度影响 2929th th机械

26、 机械加工精度加工精度 主要是主轴箱内齿轮、轴承摩擦发热， 电机发热。 主轴箱、床身温度升高 主轴抬高倾斜、床身凸起 v 立铣（图a） 图5-23 立式铣床、外圆磨床受热变形 a）铣床受热变形形态b）外圆磨床受热变形形态 v 外圆磨（图b） （图5-23） 2929th th机械 机械加工精度加工精度 同车床一样，主要是主轴箱和电动 机发热，导致主轴箱倾斜，床身变 形。 砂轮主轴轴承发热，液压系统发热， 导致砂轮架移位，导轨变形。 2、 刀具和工件热变形 特点 变形曲线（图5-24） max 1 c e （4-16） 式中 热伸长量，用于表示刀具受热伸长变形量的大小； max 达到热平衡热伸长

27、量； 切削时间； c 时间常数（热伸长量为热平衡热伸长量约63%的时 间，常取34分钟）。 (min) 图5-24 车刀热变形曲线 连续切削升温曲线 冷却曲线 间断切削升温曲线 （m） max b0c 0.63max 2929th th机械 机械加工精度加工精度 圆柱类工件热变形圆柱类工件热变形 5 5级丝杠累积误差全长级丝杠累积误差全长5m5m，可见热变形的严重性，可见热变形的严重性 53 1.11040014.410() 4.4() LLt mm m 式中式中 LL， DD 长度和直径热变形量；长度和直径热变形量； L L，D D 工件原有长度和直径；工件原有长度和直径； 工件材料线膨胀系

28、数；工件材料线膨胀系数； tt 温升。温升。 LLt （5-175-17） DDt （5-185-18） 2929th th机械 机械加工精度加工精度 轴类零件在车削或磨削时一般受热均匀，其长度 与直径都将胀大。 3、减小热变形对加工精度影响的措施 例例：立式平面磨床立柱前壁温 度高，产生后倾。 解决解决：采用热空气加热立柱后 壁（图5-26）。 图5-26 均衡立柱前后壁温度场 v隔离热源、分离热源。 v 充分冷却、强制冷却、加强散热。 v减少切削热和磨削热，粗、精加工分开。 图5-27 支承距影响热变形 L1L2 v 热对称结构（变速箱内齿轮、 轴承对称分布） v合理选择装配基准（图5-2

29、6） v高速空运转 v人为加热 v 恒温 v 人体隔离 2929th th机械 机械加工精度加工精度 支撑距离大，热变形大 原始原始 误差误差 与工艺系统原始状与工艺系统原始状 态有关的原始误差态有关的原始误差 ( (几何误差几何误差) )，加工，加工 前就存在前就存在 与工艺过程有关的与工艺过程有关的 原始误差原始误差( (动误差动误差) ) ，加工过程中产生，加工过程中产生 原理误差原理误差 定位误差定位误差 调整误差调整误差 刀具误差刀具误差 夹具误差夹具误差 机床几何误差机床几何误差 工艺系统受力变形（包括夹紧变形）工艺系统受力变形（包括夹紧变形） 工艺系统受热变形工艺系统受热变形 刀

30、具磨损刀具磨损 测量误差测量误差 工件残余应力引起的变形工件残余应力引起的变形 工件相对于刀具工件相对于刀具静止状态静止状态下下 的误差的误差 主轴回转主轴回转误差：三种基本形式误差：三种基本形式 导轨导轨导向误差：三种基本形式导向误差：三种基本形式 传动误差：误差传递系数传动误差：误差传递系数 2929th th机械 机械加工精度加工精度 38 图图4-35 冷校直引起的残余应力冷校直引起的残余应力 压 拉 加载 压 压 拉 拉 卸载 v时效处理 v设计合理零件结构 v 避免冷校直 v粗、精加工分开 v 毛坯制造和热处理产生的 残余应力（图4-34） v 冷校直带来的残余应力（ 图4-35）

31、 v切削加工带来的残余应力 2929th th机械 机械加工精度加工精度 原始原始 误差误差 与工艺系统原始状与工艺系统原始状 态有关的原始误差态有关的原始误差 ( (几何误差几何误差) )，加工，加工 前就存在前就存在 与工艺过程有关的与工艺过程有关的 原始误差原始误差( (动误差动误差) ) ，加工过程中产生，加工过程中产生 原理误差原理误差 定位误差定位误差 调整误差调整误差 刀具误差刀具误差 夹具误差夹具误差 机床几何误差机床几何误差 工艺系统受力变形（包括夹紧变形）工艺系统受力变形（包括夹紧变形） 工艺系统受热变形工艺系统受热变形 刀具磨损刀具磨损 测量误差测量误差 工件残余应力引起

32、的变形工件残余应力引起的变形 工件相对于刀具工件相对于刀具静止状态静止状态下下 的误差的误差 主轴回转主轴回转误差：三种基本形式误差：三种基本形式 导轨导轨导向误差：三种基本形式导向误差：三种基本形式 传动误差：误差传递系数传动误差：误差传递系数 2929th th机械 机械加工精度加工精度 判断题 1.误差复映是由于工艺系统受力变形所引起的。正确 2误差复映指的是机床的几何误差反映到被加工工件上的现象。错误 3减小误差复映的有效方法是提高工艺系统的刚度。正确 填空题 1加工精度包括 尺寸 精度、 形状 精度和 相互位置 精度三个方面。 2加工表面的 法线 方向称为误差敏感方向。 选择题 1工

33、件在车床三爪卡盘上一次装夹车削外圆及端面，加工后检验发现端面与外 圆不垂直，其可能原因是（ C ）。 A车床主轴径向跳动 B车床主轴回转轴线与纵导轨不平行 C车床横导轨与主轴回转轴线不垂直 D三爪卡盘装夹面与车削主轴回转轴线不同轴 2薄壁套筒零件安装在车床三爪卡盘上，以外圆定位车内孔，加工后发现孔有 较大圆度误差，其主要原因是（ A ）。 A工件夹紧变形 B工件热变形 C刀具受力变形 D刀具热变形 3车削细长轴时，由于工件刚度不足造成在工件轴向截面上的形状是（ C ）。 A矩形 B梯形 C鼓形 D鞍形 3030th th加工误差的分析 加工误差的分析 原始原始 误差误差 与工艺系统原始状与工艺

34、系统原始状 态有关的原始误差态有关的原始误差 ( (几何误差几何误差) )，加工，加工 前就存在前就存在 与工艺过程有关的与工艺过程有关的 原始误差原始误差( (动误差动误差) ) ，加工过程中产生，加工过程中产生 原理误差原理误差 定位误差定位误差 调整误差调整误差 刀具误差刀具误差 夹具误差夹具误差 机床几何误差机床几何误差 工艺系统受力变形（包括夹紧变形）工艺系统受力变形（包括夹紧变形） 工艺系统受热变形工艺系统受热变形 刀具磨损刀具磨损 测量误差测量误差 工件残余应力引起的变形工件残余应力引起的变形 工件相对于刀具工件相对于刀具静止状态静止状态下下 的误差的误差 主轴回转主轴回转误差：

35、三种基本形式误差：三种基本形式 导轨导轨导向误差：三种基本形式导向误差：三种基本形式 传动误差：误差传递系数传动误差：误差传递系数 工艺系统所产生的原始误差往往是多种误差同时存在的，对加工精度工艺系统所产生的原始误差往往是多种误差同时存在的，对加工精度 的影响也是错综复杂的，需要用到数理统计学方法进行分析解决。的影响也是错综复杂的，需要用到数理统计学方法进行分析解决。 系统性误差系统性误差：在顺序加工一批工件中，其大小和方向均不改变（常值系在顺序加工一批工件中，其大小和方向均不改变（常值系 统误差），或按一定规律变化的加工误差统误差），或按一定规律变化的加工误差（变值系统误差）。（变值系统误差

36、）。 常值系统性误差：如机床、夹具、刀具的制造误差，调整误差，工艺系常值系统性误差：如机床、夹具、刀具的制造误差，调整误差，工艺系 统在均匀切削力作用下的受力变形等因素引起的加工误差。统在均匀切削力作用下的受力变形等因素引起的加工误差。 变值系统性误差：如机床、夹具、刀具等在变值系统性误差：如机床、夹具、刀具等在热平衡前的热变形热平衡前的热变形引起的加引起的加 工误差。工误差。 加工误差加工误差 系统性误差系统性误差 常值常值系统性误差系统性误差 变值变值系统性误差系统性误差 随机性（偶然）误差随机性（偶然）误差 1加工误差的统计性质加工误差的统计性质 (min) 车刀热变形曲线 连续切削升温

37、曲线 冷却曲线 间断切削升温曲线 （m） ma x b0c 0.63max 机床、夹具、量具的磨损所产生的误差-常值系统性误差。 刀具磨损所产生的误差-变值系统性误差。 随机性误差随机性误差：在顺序加工一批工件中，其大小和方向不同且不规律变化在顺序加工一批工件中，其大小和方向不同且不规律变化 的加工误差的加工误差。 随机误差符合统计学规律。随机误差符合统计学规律。 随机误差是工艺系统中大量随机误差是工艺系统中大量不确定（随机）因素共同作用而引起不确定（随机）因素共同作用而引起的如毛的如毛 坯误差（余量大小不一、材料硬度不均匀）、定位误差（基准面精度不坯误差（余量大小不一、材料硬度不均匀）、定位

38、误差（基准面精度不 一）、夹紧误差（力的大小不一）、多次调整误差、残余应力引起的变形一）、夹紧误差（力的大小不一）、多次调整误差、残余应力引起的变形 误差等造成的加工误差。误差等造成的加工误差。 系统误差和随机误差的划分不是绝对的，同一原始误差在不同条件下引 起的可能是随机误差，也可能是系统误差，如调整误差。 想一想 调整工艺系统的方式？什么调整方式下产生的调整误调整工艺系统的方式？什么调整方式下产生的调整误 差是系统误差？是随机误差？差是系统误差？是随机误差？ 内容回顾内容回顾 调整误差：调整误差：在每一道加工工序中，需对机床、夹在每一道加工工序中，需对机床、夹 具、刀具间的相对位置进行调整

39、时产生的误差。具、刀具间的相对位置进行调整时产生的误差。 （1） 试切法（单件小批生产）试切法（单件小批生产） 试切试切-测量测量-调整吃刀量调整吃刀量-再再试试切切-测量测量 直到达到加工精度要求直到达到加工精度要求 （2）调整法（成批大量生产）调整法（成批大量生产） 先通过试切法（或者标准样块）调整先通过试切法（或者标准样块）调整好刀具和工件在机床上的相对位置，好刀具和工件在机床上的相对位置， 并在一批零件的加工并在一批零件的加工过程中，保持这种相对位置不变。优点：效率高。过程中，保持这种相对位置不变。优点：效率高。 多次调整机床每次产生的调整误差大小与方向各不相同，为随机性误差 一次调整

40、机床该批零件产生同样的加工误差，常值系统性误差。 统计分析方法以大量的实测数据为基础，用数理统计的分析方法处理这些统计分析方法以大量的实测数据为基础，用数理统计的分析方法处理这些 数据，找出这些数据的分布规律数据，找出这些数据的分布规律。 2加工误差的统计分析方法加工误差的统计分析方法 （1 1）实际分布图）实际分布图直方图直方图 在一批零件的加工完成后，其尺寸是分散的，把测得的数据记录下来，将在一批零件的加工完成后，其尺寸是分散的，把测得的数据记录下来，将 整批工件按尺寸大小进行分组，每一组中的零件尺寸处在一定的间隔范围内。以整批工件按尺寸大小进行分组，每一组中的零件尺寸处在一定的间隔范围内

41、。以 工件尺寸为横坐标，以频数（落于尺寸间隔内工件的数量）即可作出该工序工件工件尺寸为横坐标，以频数（落于尺寸间隔内工件的数量）即可作出该工序工件 加工尺寸的实际分布图一直方图。加工尺寸的实际分布图一直方图。 频数 频率 样本容量 频率 频率密度 组距 用频率密度作纵坐标，避免了尺寸间隔 不同，直方图不美观。此时，直方图上 所有矩形面积之和为1。 连接直方图中每一直方宽度的连接直方图中每一直方宽度的 中点（组中值）得到一条折线，中点（组中值）得到一条折线， 即实际分布曲线。即实际分布曲线。 所有样本的平均尺寸。所有样本的平均尺寸。 还可标注出样本含量还可标注出样本含量n、 样本平均值样本平均值

42、 ， 以及样本的标准差以及样本的标准差（反映样本尺寸的（反映样本尺寸的 分散程度，分散程度， 越大，误差越大）越大，误差越大） 2 1 1 n n i i x 实际分布曲实际分布曲 线线 正太分布曲正太分布曲 线线 （2 2）理论分布图）理论分布图正态分布曲线正态分布曲线 当所测量的一批零件的当所测量的一批零件的数目足够大数目足够大而而尺寸间隔非常小，尺寸间隔非常小，加工误差由加工误差由许许 多相互独立且无明显主导作用的多相互独立且无明显主导作用的随机因素随机因素引起的，则所绘出的实际分布曲引起的，则所绘出的实际分布曲 线非常接近线非常接近“正态分布曲线正态分布曲线 实际分布曲线实际分布曲线

43、正太分布曲线正太分布曲线 表明实际加工误差主要由随机误差引起。 数学期望数学期望 -反映加工尺寸的平均值。反映加工尺寸的平均值。 标准差标准差 -反映加工尺寸的分散程度。反映加工尺寸的分散程度。 2 1 - 2 1 ( ) 2 = x f xe 纵坐标为分布的概率密度纵坐标为分布的概率密度 相当于直方图上的频率密度相当于直方图上的频率密度 标准正态分布：数学期望标准正态分布：数学期望 =0，标准差，标准差 =1 对称性。曲线关于对称性。曲线关于x= 左右对称，工件尺寸大于左右对称，工件尺寸大于与小于与小于的概率相等。的概率相等。 集中性。工件尺寸向集中性。工件尺寸向x= 集中，从曲线上表现为集

44、中，从曲线上表现为x= 时概率密度最大，曲时概率密度最大，曲 线出现极大值。线出现极大值。 有界性。工件尺寸在有界性。工件尺寸在 -3 x +3 范围内的概率为范围内的概率为99.73%，落在此，落在此 范围之外的可忽略，故可范围之外的可忽略，故可将将3 作为曲线的边界作为曲线的边界。 在已知所要求的加工公差带宽度在已知所要求的加工公差带宽度T的前提下，的前提下， 选择加工方法选择加工方法 所选择的加工方法的标准偏差所选择的加工方法的标准偏差应满足应满足6 T 想一想 如果已知某种加工方法所加工出的如果已知某种加工方法所加工出的 零件尺寸服从正态分布，且标准偏零件尺寸服从正态分布，且标准偏 差

45、为差为，求加工方法的加工精度？，求加工方法的加工精度？ (1) 利用利用3 的概念的概念确定加工方法能达到的加工精度确定加工方法能达到的加工精度 给定的加工方法，如果加工后工件尺寸服从正态分布，其分散范围为给定的加工方法，如果加工后工件尺寸服从正态分布，其分散范围为 3 ，则，则6 为该加工方法的加工精度。为该加工方法的加工精度。 (2) 利用利用3 的概念确定工序能力与等级的概念确定工序能力与等级 工序能力：工序能力：工序处于工序处于稳定状态稳定状态时，加工误差正常波动的幅度。时，加工误差正常波动的幅度。 若加工尺寸服从正态分布，即加工尺寸在若加工尺寸服从正态分布，即加工尺寸在-3 x +3

46、 范围内波动，加工范围内波动，加工 误差在误差在-3 , +3 范围内波动范围内波动,即即工序能力为工序能力为6。 工序能力等级：工序能力等级：工序能满足加工精度要求的程度，用工序能力系数工序能满足加工精度要求的程度，用工序能力系数Cp表示表示 p 6 T C 工序能力系数工序能力系数Cp 越大，加工方法稳定加越大，加工方法稳定加 工出合格零件的能力越强工出合格零件的能力越强。 一般情况下一般情况下 避免出现避免出现Cp 1，因为此时工艺能力不足，因为此时工艺能力不足， 会出现不合格品。会出现不合格品。 等级的划分参考书等级的划分参考书P134表表4-7 (3) 估算合格率与疵品率估算合格率与

47、疵品率 若尺寸误差的波动范围大于所要求的公差带范围，将会有疵品产生。若尺寸误差的波动范围大于所要求的公差带范围，将会有疵品产生。 判断是否会出现废品：工序能力系数判断是否会出现废品：工序能力系数 Cp 1时，即时，即T 6时，会出现疵品。时，会出现疵品。 尺寸合格，面尺寸合格，面 积表示合格率积表示合格率 尺寸不合格，面积尺寸不合格，面积 表示疵品率表示疵品率 加工孔，可修复加工孔，可修复 的疵品的疵品 加工外圆，可修加工外圆，可修 复的疵品复的疵品 ()x z 若已知z的大小，可通过书 P135 表4-8查询积分结果 2 z（ ） 2 0.5-z（ ） 1 -z（ ） 1 0.5- -z（

48、） （4）判断加工误差的性质）判断加工误差的性质 加工过程没有变值系统性误差加工过程没有变值系统性误差 正态分布正态分布 若公差带中心与正态若公差带中心与正态 分布中心分布中心不重合不重合 存在常值系统性误差存在常值系统性误差 若刀具尺寸磨损的影响显著，若刀具尺寸磨损的影响显著， 变值系统误差占主导地位时变值系统误差占主导地位时 众多正态分布曲线组合的结果众多正态分布曲线组合的结果 不影响曲线的形状，只影不影响曲线的形状，只影 响其算数平均值。响其算数平均值。 若在两台机床上分别调整加若在两台机床上分别调整加 工出的工件混在一起，测量工出的工件混在一起，测量 绘制的曲线会出现双峰分布。绘制的曲

49、线会出现双峰分布。 车削一批小轴，要求其外圆尺寸200-0.1 。某种加工后，根据测量结果，其尺寸 分布曲线符合正态分布，已求得标准差值 =0.025，分散中心大于公差带中心， 其偏移量为0.025mm。 1）作出正态分布曲线与尺寸公差联系图； 2）该批工件是否存在常值系统性误差，若存在是多大？随机性误差是多大？ 3）计算工艺能力系数，判断所选加工方法是否合适？ 4）计算疵品率及判断这些疵品可否修复？ 5）可采取什么改进措施以消除废品，调整机床还是换加工精度更高的加工方式？ 此题非常重要，非常重要，非常重要，我都写了三遍你还此题非常重要，非常重要，非常重要，我都写了三遍你还 不记下来？不记下来

50、？ 2 z（ ） 2 0.5-z（ ） 1 -z（ ） 1 0.5- -z（ ） 判断题 1. 毛坯的圆度误差可以通过多次走刀来消除。知识点回顾 2细长轴加工时出现鼓形圆柱度误差主要是由于工件受力变形所致。知识点回顾 选择题 1工件材料相同，车削时温升基本相等，其热变形伸长量主要取决于（）。 A、工件长度 B、材料热膨胀系数 C、刀具磨损程度 D、进给量 2制造误差不直接影响加工精度的刀具是( )。 A、外圆车刀 B、成型车刀 C、钻头 D、拉刀 3、加工误差的性质可分为系统性误差和随机性误差，( )属于随机性误差。 A、刀具磨损 B、工件热变形 C、材料硬度变化 课后作业：课后作业：P147

51、 4-17 P147 4-17 补充：曲线顶峰位置偏于公差带补充：曲线顶峰位置偏于公差带 中值的左侧，中值的左侧，偏移量偏移量0.025mm0.025mm 本周五交此次作业本周五交此次作业 机械加工中，误差复映系数机械加工中，误差复映系数通常远小于通常远小于1 1。可通过。可通过多次多次 走刀走刀，消除误差复映的影响。，消除误差复映的影响。 123n （5-155-15） 误差复映程度可用误差复映系数来误差复映程度可用误差复映系数来表示。表示。 gm （5-145-14） 式中式中 g g 工件圆度误差；工件圆度误差； m m 毛坯圆度误差； 毛坯圆度误差； 误差复映误差复映系数，系数，总是小

52、于总是小于1 1， 且与系统刚度成反比且与系统刚度成反比。 a ap p1 1 1 1 a ap p2 2 2 2 毛坯外形毛坯外形 工件外形工件外形 C k 增大系统刚度可降低误差复映系数 内容回顾内容回顾 返回返回 机床变形引起的加工机床变形引起的加工误差（车床两顶尖车削短粗光轴）误差（车床两顶尖车削短粗光轴） jcdjz XXX（5-9） 图图5-10 5-10 变形随受力点变化规律变形随受力点变化规律 X Xtj tj X Xwz wz X Xdj dj XX F Fp p A A B B BB C C Z Z L L F FA AF FB B X Xz z C C 图图5-11 5-

53、11 机床受力变形引起的加工机床受力变形引起的加工误差误差 11理想的工件形状理想的工件形状 22机床变形后加工出的工件形状机床变形后加工出的工件形状 A A 尾座位移 刀架位移 主轴箱位移 切削点处工件轴线位移 刀架位移 工艺系统总位移 刀具与工件的变 形可忽略，主要 考虑机床（主轴 箱、尾座、刀架 的变形）。 内容回顾内容回顾 （5-10） 2 2 3 p g FLZZ X E JL 工件变形引起的加工工件变形引起的加工误差（车床两顶尖车削细长轴）误差（车床两顶尖车削细长轴） 式中式中 X Xg g 工件变形；工件变形； E E 工件材料弹性模量；工件材料弹性模量； J J 工件截面惯性矩

54、；工件截面惯性矩； F Fp p，L L，Z Z 含义同前。含义同前。 图图5-12 5-12 工件受力变形引工件受力变形引 起的加工误差起的加工误差 工件的变形为主 要因素。 返回返回 圆柱类工件热变形圆柱类工件热变形 式中式中 LL， DD 长度和直径热变形量；长度和直径热变形量； L L，D D 工件原有长度和直径；工件原有长度和直径； 工件材料线膨胀系数；工件材料线膨胀系数； tt 温升。温升。 LLt （5-175-17） DDt （5-185-18） 轴类零件在车削或磨削时一般受热均匀，其长度 与直径都将胀大。 返回返回 内容回顾内容回顾 一般刀具一般刀具普通车刀、平面铣刀普通车刀

55、、平面铣刀 ）的加工误差对加工精度）的加工误差对加工精度没有直没有直 接影响接影响。 定尺寸刀具定尺寸刀具（钻头、绞刀等）（钻头、绞刀等） 尺寸误差尺寸误差影响加工尺寸误差影响加工尺寸误差 成形刀具和展成刀具成形刀具和展成刀具形状误差形状误差 影响加工形状影响加工形状误差误差 刀具刀具误差误差 刀具误差：刀具误差：刀具的制造、安装和磨损刀具的制造、安装和磨损 产生的误差。刀具误差对加工精度的影产生的误差。刀具误差对加工精度的影 响与刀具的种类有关。响与刀具的种类有关。 刀具磨损影响加工尺寸误差或形状误差刀具磨损影响加工尺寸误差或形状误差 内容回顾内容回顾 返回返回 系统性误差系统性误差：在顺序

56、加工一批工件中，其大小和方向均不改变（常值系在顺序加工一批工件中，其大小和方向均不改变（常值系 统误差），或按一定规律变化的加工误差统误差），或按一定规律变化的加工误差（变值系统误差）。（变值系统误差）。 常值系统性误差：如机床、夹具、刀具的制造误差，调整误差，工艺系常值系统性误差：如机床、夹具、刀具的制造误差，调整误差，工艺系 统在均匀切削力作用下的受力变形等因素引起的加工误差。统在均匀切削力作用下的受力变形等因素引起的加工误差。 变值系统性误差：如机床、夹具、刀具等在热平衡前的热变形变值系统性误差：如机床、夹具、刀具等在热平衡前的热变形引起的加引起的加 工误差。工误差。 加工误差加工误差

57、系统性误差系统性误差 常值常值系统性误差系统性误差 变值变值系统性误差系统性误差 随机性（偶然）误差随机性（偶然）误差 加工误差的统计性质加工误差的统计性质 机床、夹具、量具的磨损所产生的误差-常值系统性误差。 刀具磨损所产生的误差-变值系统性误差。 内容回顾内容回顾 随机性误差随机性误差：在顺序加工一批工件中，其大小和方向不同且不规律变化在顺序加工一批工件中，其大小和方向不同且不规律变化 的加工误差的加工误差。 随机误差是工艺系统中大量随机误差是工艺系统中大量不确定（随机）因素共同作用而引起不确定（随机）因素共同作用而引起的如毛的如毛 坯误差坯误差（余量大小不一、材料硬度不均匀）（余量大小不

58、一、材料硬度不均匀）、定位误差（基准面精度不、定位误差（基准面精度不 一）、夹紧误差（力的大小不一）、多次调整误差、残余应力引起的变形一）、夹紧误差（力的大小不一）、多次调整误差、残余应力引起的变形 误差等造成的加工误差。误差等造成的加工误差。 随机误差符合统计学规律。随机误差符合统计学规律。 系统误差和随机误差的划分不是绝对的，同一原始误差在不同条件下引 起的可能是随机误差，也可能是系统误差，如调整误差。 返回返回 3030th th机械表面加工质量 机械表面加工质量 表 面 质 量 表面几何特征 表面缺陷层（表面物 理力学性能） 表层加工硬化 表层金相组织变化 表层残余应力 表面粗糙度 微

59、观误差 波距1mm 波度 微观与宏观之间 波距110mm 纹理方向 伤痕（划痕、裂纹、砂眼等） 1加工表面质量的概念加工表面质量的概念 零件加工质量零件加工质量 加工精度加工精度 尺寸精度尺寸精度 形状精度形状精度 位置精度位置精度表面质量表面质量 表面质量表面质量：表示加工表面微观几何形状偏差，或表面层物理力学性能。：表示加工表面微观几何形状偏差，或表面层物理力学性能。 宏观宏观 表面质量表面质量对使用性能的影响对使用性能的影响 （1 1）表面质量对零件耐磨性的影响）表面质量对零件耐磨性的影响 零件磨损三个阶段：零件磨损三个阶段： 初期磨损阶段初期磨损阶段 正常磨损阶段正常磨损阶段 剧烈磨损

60、阶段剧烈磨损阶段 一般来说表面粗糙一般来说表面粗糙 度值越小耐磨性越度值越小耐磨性越 好。但太小不易储好。但太小不易储 油接触面发生分子油接触面发生分子 粘接，磨损增加。粘接，磨损增加。 表面加工硬化表面加工硬化使表使表 层硬度增加耐磨性层硬度增加耐磨性 提高。但硬化过度提高。但硬化过度 会使表层剥落，加会使表层剥落，加 快零件的磨损。快零件的磨损。 表面金相组织的变表面金相组织的变 化化会导致表层硬度会导致表层硬度 发生变化，影响零发生变化，影响零 件的耐磨性。件的耐磨性。 Ra太大或太小都不耐磨太大或太小都不耐磨 （2 2）表面质量对疲劳强度的影响）表面质量对疲劳强度的影响 （4 4）表面