机械制造技术基础 第六章

1、关键知识点：关键知识点： 机械加工精度 机械加工表面质量 加工误差分析 第六章第六章 机械加工质量机械加工质量6.16.1机械加工质量的基本概念机械加工质量的基本概念尺寸精度尺寸精度宏观几何形状精度：宏观几何形状精度：圆度、圆柱度、平面度等位置精度：位置精度：同轴度、平行度、圆跳动等加工加工精度精度表面表面质量质量物理机械性能物理机械性能表层冷作硬化表层金相组织变化表层残余应力制造质量制造质量微观几何形状误差：微观几何形状误差：表面粗糙度波度波度机械加工质量机械加工质量是指机器零件的加工精度和表面质量。6.1.1 6.1.1 加工精度与工件获得精度的方法加工精度与工件获得精度的方法加工精度与加

2、工误差加工精度与加工误差加工精度：加工精度：指零件加工后的实际几何参数指零件加工后的实际几何参数( (尺寸、形状和位置尺寸、形状和位置) )与理想几何与理想几何参数的参数的符合程度符合程度。加工误差：加工误差：指零件加工后的实际几何参数指零件加工后的实际几何参数( (尺寸、形状和位置尺寸、形状和位置) )与理想几何与理想几何参数的参数的偏离程度。偏离程度。关系：关系：同一问题两种不同的说法：加工精度在数值上通过加工误差的大小来同一问题两种不同的说法：加工精度在数值上通过加工误差的大小来表示，表示，加工精度加工精度越越高高，误差越小，反之加工精度越低，误差就越大。，误差越小，反之加工精度越低，误

3、差就越大。尺寸精度、形状精度和位置精度尺寸精度、形状精度和位置精度尺寸精度：尺寸精度：加工后，零件的实际尺寸与零件理想尺寸的加工后，零件的实际尺寸与零件理想尺寸的符合符合程度。程度。 形状精度：形状精度：加工后，零件表面的实际几何形状与理想的几何形状的相符合程度。加工后，零件表面的实际几何形状与理想的几何形状的相符合程度。 位置精度：位置精度：加工后，零件有关表面之间的实际位置与理想位置的符合程度。加工后，零件有关表面之间的实际位置与理想位置的符合程度。 关系：关系： 三者之间既有区别又有联系。通常，形状公差应限制在位置公差之内，三者之间既有区别又有联系。通常，形状公差应限制在位置公差之内，而

4、位置误差又要限制在尺寸公差之内。而位置误差又要限制在尺寸公差之内。加工精度加工精度试切法：试切测量调整再试切试切测量调整再试切精度精度。调整法：预调好刀具和工件在机床上的相对位置预调好刀具和工件在机床上的相对位置定尺寸刀具法：常用于孔、螺纹和成形表面的加工常用于孔、螺纹和成形表面的加工自动控制法：测量装置、进给装置和控制系统等组成一个测量装置、进给装置和控制系统等组成一个自动控制的加工系统自动控制的加工系统 尺寸精度位置精度划线找正法获得加工精度的方法获得加工精度的方法轨迹法：刀具与工件相对运动轨迹直接找正法形状精度夹具定位法成形法：成形刀具展成法：刀具与工件作展成运动获得加工精度的方法获得加

5、工精度的方法相切法：旋转类刀具 尺寸精度尺寸精度（1）试切法）试切法（2）调整法）调整法（3）定尺寸刀具法）定尺寸刀具法 零件加工表面尺寸由刀具零件加工表面尺寸由刀具确定，孔（钻、扩、铰）确定，孔（钻、扩、铰）；键槽（键槽铣刀）；成；键槽（键槽铣刀）；成形刀具（成型表面）形刀具（成型表面） （4）自动控制法）自动控制法 数控加工（尺寸测量装置数控加工（尺寸测量装置+进给机构进给机构+控制装置控制装置加工过程中的尺寸测量加工过程中的尺寸测量+刀具补偿调整刀具补偿调整）机械加工精度的获得方法机械加工精度的获得方法a）b）试切法与调整法 形状精度形状精度（1）成形运动法：刀具相对于工件有规律的切削成

6、）成形运动法：刀具相对于工件有规律的切削成形运动形运动 例：轨迹法、展成法、相切法和成形刀具法例：轨迹法、展成法、相切法和成形刀具法（2）非成形运动法：通过表面形状检验，人工修整）非成形运动法：通过表面形状检验，人工修整加工加工 机械加工精度的获得方法机械加工精度的获得方法 将工件直接放在机床上，工人可用百分表、划针、将工件直接放在机床上，工人可用百分表、划针、直角尺等或目测对被加工表面进行找正，确定工件直角尺等或目测对被加工表面进行找正，确定工件在机床上相对刀具的正确位置之后再夹紧。在机床上相对刀具的正确位置之后再夹紧。 直接找正直接找正法法 多用于单件、多用于单件、小批生产小批生产, ,精

7、度取精度取决于工人的技术决于工人的技术水平水平, ,费时间、生费时间、生产率低。产率低。 按图纸要求。在工件表面按图纸要求。在工件表面上划出位置线以及加工线和上划出位置线以及加工线和找正线，装夹工件时，首先找正线，装夹工件时，首先在机床上按找正线找正工件在机床上按找正线找正工件的位置，然后夹紧工件。的位置，然后夹紧工件。 按划线找按划线找适用于单件、中小批生产中适用于单件、中小批生产中复杂铸件或铸造精度较低的复杂铸件或铸造精度较低的粗加工工序。装夹精度较低，粗加工工序。装夹精度较低，一般在一般在0.20.5mm之间之间。 广泛用于成批生产和广泛用于成批生产和大量生产中。对于某大量生产中。对于某

8、些零件，即使批量不些零件，即使批量不大，但是为了达到某大，但是为了达到某些特殊的加工要求，些特殊的加工要求，仍需要设计制造专用仍需要设计制造专用夹具。夹具。该方法方便、迅速、该方法方便、迅速、精度高且稳定。精度高且稳定。 在夹具中装夹在夹具中装夹波度（介于宏观与微观之间）： 1000HL5022微观几何形状误差：表面粗糙度Ra/m： 50HL33宏观几何形精度：1000HL11加工表面质量指表面粗糙度、波度及表面层的物理机械性能加工表面质量指表面粗糙度、波度及表面层的物理机械性能几何形状误差示意图6.1.2 加工表面质量 无氧铜镜面三维形貌及表面轮廓曲线加工纹理方向及其符号标注吸附层 8nm基

9、体材料纤维层压缩区 几十几百微米热影响区显微硬度残余应力加工表面层沿深度变化示意图6.1.2 加工表面质量概念加工表面质量概念 表面层金属冷作硬化表面层金属冷作硬化 表面层金属金相组织变化表面层金属金相组织变化 q 表面层金属残余应力表面层金属残余应力零件表面质量表面粗糙度表面波度表面物理力学性能的变化表面微观几何形状特征表面层冷作硬化表面层残余应力表面层金相组织的变化 表面质量的内容6.1.2加工表面质量的基本概念二、表面质量对零件使用性能的影响二、表面质量对零件使用性能的影响1、 表面质量对耐磨性的影响表面质量对耐磨性的影响零件磨损三个阶段：初期磨损阶段；正常磨损阶段；剧烈磨损阶段磨损过程

10、的基本规律零件耐磨性的影响因素： 摩擦副的材料；润滑条件；表面质量(接触面积)。表面粗糙度的最佳值与机器零件的工作情况有关表面粗糙度的最佳值与机器零件的工作情况有关，载荷加大时，磨损曲线向上、向右移动，最佳表面粗糙度值也随之右移。 初期磨损量与粗糙度的关系初期磨损量与粗糙度的关系 （1）表面粗糙度对零件耐磨性的影响）表面粗糙度对零件耐磨性的影响 v 表面粗糙度太大和太小都不耐磨表面粗糙度太大和太小都不耐磨l表面粗糙度太大，接触表面的实际压强增大，粗糙不平的凸峰相互咬合、挤裂、切断，故磨损加剧；l表面粗糙度太小，也会导致磨损加剧。因为表面太光滑，存不住润滑油，接触面间不易形成油膜，容易发生分子粘

11、结而加剧磨损。（2）表面层的冷作硬化对零件耐磨性的影响）表面层的冷作硬化对零件耐磨性的影响l 加工表面的冷作硬化，一般能提加工表面的冷作硬化，一般能提高零件的耐磨性。高零件的耐磨性。因为它使磨擦副表面层金属的显微硬度提高，塑性降低，减少了摩擦副接触部分的弹性变形和塑性变形。l 并非冷作硬化程度越高，耐磨性并非冷作硬化程度越高，耐磨性就越高。就越高。这是因为过分的冷作硬化，将引起金属组织过度“疏松”，在相对运动中可能会产生金属剥落，在接触面间形成小颗粒，使零件加速磨损。1、 表面质量对耐磨性的影响T7A钢车削后不同冷硬度与耐磨性的关系HB磨损量(m)（3）表面纹理对零件耐磨性的影响）表面纹理对零

12、件耐磨性的影响 表面纹理的形状和刀纹方向对耐磨性也有影响，表面纹理的形状和刀纹方向对耐磨性也有影响，原因是纹理形状和刀纹方向影响有效接触面积和润原因是纹理形状和刀纹方向影响有效接触面积和润滑液的存留，一般，圆弧状、凹坑状表面纹理的耐滑液的存留，一般，圆弧状、凹坑状表面纹理的耐磨性好，尖峰状的耐磨性差。磨性好，尖峰状的耐磨性差。在运动副中，两相对运动零件的刀纹方向和运动在运动副中，两相对运动零件的刀纹方向和运动方向相同时，耐磨性较好，两者的刀纹方向和运动方向相同时，耐磨性较好，两者的刀纹方向和运动方向垂直时，耐磨性最差。方向垂直时，耐磨性最差。（1）表面粗糙度对零件疲劳强度的影响）表面粗糙度对零

13、件疲劳强度的影响 对承受交变载荷零件的疲劳强度影响很大。在交变载荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位、划痕和裂纹等容易引起应力集中引起应力集中，产生疲劳裂纹。 表面粗糙度越大，抗疲劳破坏的能力越差。表面粗糙度越大，抗疲劳破坏的能力越差。表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲劳性越好耐疲劳性越好；反之，加工表面越粗糙，表面的纹痕越深，纹底半径越小，其抗疲劳破坏的能力越差。2、 表面质量对零件疲劳强度的影响表面质量对零件疲劳强度的影响（2）表面层冷作硬化与残余应力对零件疲劳强度的影响）表面层冷作硬化与残余应力对零件疲劳强度的影响 l 适度的表面层冷作硬化能提高零件的

14、疲劳强度。适度的表面层冷作硬化能提高零件的疲劳强度。l 残余应力有拉应力和压应力之分残余应力有拉应力和压应力之分: 残余拉应力残余拉应力容易使已加工表面产生裂纹并使其扩展而降低疲劳强度 残余压应力残余压应力则能够部分地抵消工作载荷施加的拉应力，延缓疲劳裂纹的扩展，从而提提高零件的疲劳强度高零件的疲劳强度。3. 表面质量对零件配合质量的影响表面质量对零件配合质量的影响p表面粗糙度对配合质量的影响表面粗糙度对配合质量的影响表面粗糙度对零件配合精度的影响表面粗糙度对零件配合精度的影响 表面粗糙度较大，则降低了配合精度。表面粗糙度较大，则降低了配合精度。表面残余应力对零件工作精度的影响表面残余应力对零

15、件工作精度的影响 表面层有较大的残余应力，就会影响零件精表面层有较大的残余应力，就会影响零件精度的稳定性。度的稳定性。p表表面残余应力面残余应力对配合质量的影响对配合质量的影响4. 表面质量对零件耐腐蚀性能的影响表面质量对零件耐腐蚀性能的影响p表面粗糙度对零件耐腐蚀性能的影响表面粗糙度对零件耐腐蚀性能的影响 减小零件表面粗糙度，可以提高零件的耐腐蚀性能。减小零件表面粗糙度，可以提高零件的耐腐蚀性能。因为零件表面越粗糙，越容易积聚腐蚀性物质，凹谷越深，渗透与腐蚀因为零件表面越粗糙，越容易积聚腐蚀性物质，凹谷越深，渗透与腐蚀作用越强烈。作用越强烈。 q表面残余应力对零件耐腐蚀性能的影响表面残余应力

16、对零件耐腐蚀性能的影响 零件表面残余压应力使零件表面紧密，腐蚀性物质不零件表面残余压应力使零件表面紧密，腐蚀性物质不易进入，可增强零件的耐腐蚀性；易进入，可增强零件的耐腐蚀性；表面残余拉应力则降低零件耐腐蚀性。表面残余拉应力则降低零件耐腐蚀性。如如减小表面粗糙度减小表面粗糙度可提高零件的接触刚度、密封性和测量精度；可提高零件的接触刚度、密封性和测量精度；对滑动零件，可降低其摩擦系数，从而减少发热和功率损失。对滑动零件，可降低其摩擦系数，从而减少发热和功率损失。5. 表面质量对零件使用性能还有其它方面的影响表面质量对零件使用性能还有其它方面的影响零件表面质量粗糙度太大、太小都不耐磨适度冷硬能提高

17、耐磨性对疲劳强度的影响对耐磨性的影响对耐腐蚀性能的影响对配合精度的影响粗糙度越大，疲劳强度越差适度冷硬、残余压应力能提高疲劳强度粗糙度越大、配合精度降低残余应力越大，配合精度降低粗糙度越大，耐腐蚀性越差压应力提高耐腐蚀性，拉应力反之则降低耐腐蚀性二、表面质量对零件使用性能的影响二、表面质量对零件使用性能的影响机床机床夹具夹具刀具刀具工件工件工艺工艺系统系统6.2.1 6.2.1 原始误差与加工误差原始误差与加工误差工艺系统：工艺系统：机床机床、夹具夹具、刀具刀具和和工件工件等组成的系统等组成的系统。 原始误差：原始误差：工艺系统工艺系统的误差，是的误差，是直接引起加工误差的直接引起加工误差的原

18、因。原因。加工误差：加工误差： 工艺系统误差导致的结果工艺系统误差导致的结果 原原始始误误差差 加工前误差加工前误差加工中误差加工中误差加工后误差加工后误差调整误差调整误差机床误差机床误差刀具制造误差刀具制造误差夹具误差夹具误差工件装夹误差工件装夹误差工艺系统受力变形工艺系统受力变形刀具磨损刀具磨损残余应力引起变形残余应力引起变形测量误差测量误差工艺系统热变形工艺系统热变形工艺系统工艺系统静误差静误差 工艺系统工艺系统动误差动误差 原理误差原理误差27研究加工精度的方法研究加工精度的方法 运用物理学和力学原理，分析研究某一个或某几个因素对加工精度的影响。 通过分析、计算、测试、实验，得出单因素

19、与加工误差间的关系。 以生产一批工件的实例结果为基础，运用数理统计方法进行数据处理。用以控制工艺过程的正常进行，当发生质量问题时可以从中判断误差性质，找出误差出现的规律。1、单因素分析法、单因素分析法2、统计分析法、统计分析法 实际生产中，两种方法常常结合应用。先用统计分析法寻找误差的出现规律，初步判断加工误差的可能原因，再适用单因素法进行分析，试验，以便迅速有效地找出影响加工精度的主要原因。 6.2.26.2.2影响加工精度的因素影响加工精度的因素（）（）原理误差原理误差 由于采用了近似的加工运动或近似的刀具轮廓而产生的由于采用了近似的加工运动或近似的刀具轮廓而产生的误差误差。如用阿基米德蜗

20、杆近似地代替渐开线蜗杆的原理误差；用齿轮模数铣刀对齿轮如用阿基米德蜗杆近似地代替渐开线蜗杆的原理误差；用齿轮模数铣刀对齿轮表面成形铣削；另外车床车削模数螺纹，由于传动链不能直接产生表面成形铣削；另外车床车削模数螺纹，由于传动链不能直接产生，只能近似，只能近似，由此而产生螺距就是原理误差而造成的。由此而产生螺距就是原理误差而造成的。6.2.16.2.1影响加工精度的因素影响加工精度的因素（）（）机床误差机床误差 （一（一）主轴回转误差）主轴回转误差 （二）导轨误差（二）导轨误差 （三）传动链误差（三）传动链误差 机床的制造精度、安装精度和使用过程中的磨损机床的制造精度、安装精度和使用过程中的磨损

21、是机床误差的根源。是机床误差的根源。（一）机床导轨误差机床导轨误差 机床导轨副是机床中确定各主要部件位置关系机床导轨副是机床中确定各主要部件位置关系的基准，的基准，是实现直线运动的主要部件是实现直线运动的主要部件。机床导轨的精度要求主要有以下三个方面：机床导轨的精度要求主要有以下三个方面： 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 1 1 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 2 前后导轨前后导轨的平行度误差（的平行度误差（扭曲扭曲度）度） 3 331.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 1 此项误差使刀尖在水平面内产生位移此项误差使刀尖在水平

22、面内产生位移y , 造成工件在半径方向的误差造成工件在半径方向的误差Ry (这这时时Ry=y), 使工件表面产生圆柱度误差使工件表面产生圆柱度误差. 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 22020202202)(zZzRRRRRRzR Rzz2(2R0), 设设y= z=0.1mm, R0=20mm则：则：Ry= y=0.1mm, Rz=0.1/400 mm, Ry400Rz.34误差敏感方向误差敏感方向 202YYRRXRX 显然：XYRR 对加工精度影响最大的方向，对加工精度影响最大的方向，称为误差敏感方向。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

23、工表面过切削点的法线方向。表面过切削点的法线方向。RYRYR0ya）误差敏感方向RR =yYR0yb） 前后导轨前后导轨的平行度误差（的平行度误差（扭曲扭曲度）度） 3 由于导轨发生了扭曲由于导轨发生了扭曲, , 使使刀尖相对于工件在水平和垂直刀尖相对于工件在水平和垂直两个方向上产生偏移两个方向上产生偏移. . 设车床设车床中心高为中心高为H, H, 导轨宽度为导轨宽度为B, B, 则则导轨扭曲量导轨扭曲量引起工件半径的引起工件半径的变化量变化量RRy y为为: : BHRBHRyy: 通常通常, 车床车床H/B2/3；外圆磨床；外圆磨床H/B1, 可见此项误差对加工精可见此项误差对加工精度影

24、响很大度影响很大, 会导致工件产生圆柱度误差会导致工件产生圆柱度误差. 362 2、导轨导向精度的影响因素、导轨导向精度的影响因素 1 1）导轨的制造误差）导轨的制造误差 2 2）导轨的安装误差：）导轨的安装误差：对长度较长的龙门刨床、龙门铣床和导轨磨床。他们的床身导轨为一细长结构、刚性较差，在本身自重作用下就容易变形，若安装不正确或地基不良，都会造成导轨弯曲变形。 3)3)导轨的磨损：导轨的磨损：由于使用程度不同及受力不均，机床使用一段时间后，导轨全长上各段的磨损量不等。并且在同一横截面上个导轨面的磨损量也不相等。373 3、提高导轨导向精度的措施、提高导轨导向精度的措施制造误差制造误差 机

25、床设计制造时设计制造时，应从结构、润滑、防护装置、采取措施提高导向精度。安装误差安装误差 机床安装时安装时，应校正好校正好水平和保证地基质量。磨损误差磨损误差 使用时，注意调整调整导轨配合间隙配合间隙，同时保证良好的润滑和维护。38（二）主轴的回转误差（二）主轴的回转误差 1 1回转精度：回转精度： 机床主轴在回转时实际回转轴线对理想回转轴线的相符合程度。 回转误差：回转误差： 机床主轴在回转时实际回转轴线对理想回转轴线的漂移漂移。 机床主轴是用来装加工件或刀具，并传递主要切削运动的重要零件，其回转精度主要影响零件加工表面的几何形状精几何形状精度，位置精度和表面粗糙度度，位置精度和表面粗糙度。

26、2 2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。3 3理想回转轴线：理想回转轴线：客观存在，但无法确定，通常是以平均回转轴线来代替。394 4分类：分类：b）端面圆跳动a）径向圆跳动c）倾角摆动主轴回转误差基本形式主轴回转误差基本形式405.5.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 主轴径向圆跳动主轴径向圆跳动对加工精度的影响（镗孔镗孔） 考虑最简单的情况，主轴回转中心在y方向上作简谐直线运动，其频率与主轴转速相同，幅值为2e。则刀尖的坐标值为：e径向跳动

27、对镗孔精度影响式中 R 刀尖回转半径； 主轴转角。() cossinXReYR显然，镗出的孔为一椭圆镗出的孔为一椭圆。4142径向跳动对车外圆精度影响12345678 仍考虑最简单的情况，主轴回转中心在y方向上作简谐直线运动，其频率与主轴转速相同，幅值为2e。则刀尖运动轨迹接近于正圆。结论：结论：主轴主轴径向跳动对径向跳动对车外圆时，基本不影响加车外圆时，基本不影响加工表面的加工误差工表面的加工误差e 主轴径向圆跳动主轴径向圆跳动对加工精度的影响（车外圆车外圆）4344主轴端面圆跳动对加工精度的影响主轴端面圆跳动对加工精度的影响 主轴角度摆动对加工误差的影响与主轴径向跳动对加工误差的影响相似，

28、主要区别在于主轴的角度摆动不仅影响工件加工表面的圆度误差，而且影响工件加工表面的圆柱度误差。圆柱只有圆柱度误差，没有圆度误差圆柱既有圆柱度误差，又有圆度误差圆主轴角度摆动主轴角度摆动46AB影响主轴回转精度的主要因素影响主轴回转精度的主要因素图1 轴径不圆引起车床主轴径向跳动滑动轴承镗床类镗床类切削力随主轴回转而回转，主轴径总是以固定部位与轴承孔内表面的不同部位接触，因此轴承孔的圆度对主轴回转精度影响最大，轴颈圆度影响不大。图2 轴承孔不圆引起镗床主轴径向跳动车床类车床类切削力的方向大体不变，主轴轴颈以不同的部位与轴承内孔的某一固定部位相接触。因此影响主轴回转精度的，主要是轴承处主轴轴颈的圆度

29、，轴承孔的圆度影响不大。1）轴承误差的影响）轴承误差的影响473）与轴承配合的零件误差的影响）与轴承配合的零件误差的影响2）轴承间隙的影响）轴承间隙的影响 轴承间隙对回转精度也有影响，如轴承间隙过大，会使主轴工作时油膜厚度增大油膜承载能力降低，当工作条件(载荷、转速等)变化时，油楔厚度变化较大，主轴轴线漂移量增大。 由于轴承内、外圈或轴瓦很薄，受力后容易变形，因此与之相配合的轴颈或箱体支承孔的圆度误差，会使轴承圈或轴瓦发生变形而产生圆度误差。与轴承圈端面配合的零件如轴肩、过渡套、袖承端盖、螺母等的有关端面，如果有平面度误差或与主轴回转轴线不垂直，会使轴承圈滚道倾斜，造成主轴回转轴线的径向、轴向

30、漂移。箱体前后支承孔、主轴前后支承轴颈的同轴度会使轴承内外圈滚道相对倾斜，同样也会引起主轴回转轴线的漂移。484）主轴转速的影响）主轴转速的影响 由于主轴部件质量不平衡、机床各种随机振动以及回转轴线的不稳定随主轴转速增加而增加，使主轴在某个转速范围内的回转精度较高，超过这个范围时，误差就较大。5）主轴系统的径向不等刚度和热变形）主轴系统的径向不等刚度和热变形 主轴系统的刚度，在不同方向上往往不等，当主轴上所受外力方向随主轴回转而变化时，就会因变形不一致而使主轴轴线漂移。 机床工作时，主轴系统的温度将升高，使主轴轴向膨胀和径向位移。由于轴承径向热变形不相等，前后轴承的热变形也不相同，在装卸工件和

31、进行测量时主轴必须停车而使温度发生变化，这些都会引起主轴回转轴线的位置变化和漂移而影响主轴回转精度。497 7、提高主轴回转精度的措施、提高主轴回转精度的措施1 1）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的影响。2 2）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

32、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用，因而可提高主轴的回转精度。503 3）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程中的回转精度而不依赖于主轴，是保证工件形状精度的最简单而又有效的方法。 如采用两固定顶尖支承磨削外圆柱面。 在镗床上加工箱体类零件孔。采用前后导向套的镗模。511 1传动链精度（误差）：传动链精度（误差）： 传动链的传动误差是指内联系的传动链中首末两端传动元件之间相对运动的误差，它是螺纹、齿轮、蜗轮及其它按展成原理加工时，影响加工精度的主要因素。例. 用滚齿机加工直齿轮时，要求滚刀和工件之间具有

33、严格的运动关系。即：滚刀转一转，工件转过一个齿，这种运动关系是由刀具与工件的传动链来保证的。 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，就会破坏正确的运动关系，是被加工工件产生误差。例如例如Y3150EY3150E范成链第一对齿轮有转角误差时，传到工件的误差为：范成链第一对齿轮有转角误差时，传到工件的误差为： 2. 减小传动链误差的措施：减小传动链误差的措施： 采用降速传动，前端误差被缩小。采用降速传动，前端误差被缩小。减少传动链中的元件数目，即缩短传动链，可以减少误差来源。减少传动链中的元件数目，即缩短传动链，可以减少误差来源。提高传动元件特别是末端元

34、件的制造和装配精度，可减少传动链误差提高传动元件特别是末端元件的制造和装配精度，可减少传动链误差减小末端传动副的传动比，有利于提高传动精度。减小末端传动副的传动比，有利于提高传动精度。消除间隙可以可减小反向死区对运动精度的影响。消除间隙可以可减小反向死区对运动精度的影响。ln12828284212828285672uu x合（）调整误差调整误差调整调整使刀具切削刃与工件定位基准间在从切削开始到切削终了都保持正使刀具切削刃与工件定位基准间在从切削开始到切削终了都保持正确的相对位置确的相对位置。包括机床，夹具，刀具的调整 误差。不同的方式，产生误差原因不同。1)1)试切法加工的调整误差试切法加工的

35、调整误差 试切法用于单件小批生产。产生误差的原因有：度量误差，加工余量的影响（吃刀量小打滑现象）和微进给误差（爬行刀具实际的移动比手轮上转动的刻度数偏大或偏小）。2) 2) 调整法加工的调整误差调整法加工的调整误差大批大量生产中，采用行程挡块，靠模，凸轮行程挡块，靠模，凸轮等机构控制刀具的轨迹和控制刀具的轨迹和行程行程。也使用对刀装置对刀装置来调整刀具与工件的相对位置。这些装置和机构的制制造精度和调整精度造精度和调整精度，以及与它们配合使用的离合器、电器开关和控制阀等的离合器、电器开关和控制阀等的灵敏度灵敏度就成了影响调整误差的主要因素。 （4 4）工艺系统受力变形）工艺系统受力变形 工艺系统

36、在加工过程中，受到工艺系统在加工过程中，受到切削力、惯性力、重力、夹紧力切削力、惯性力、重力、夹紧力等等外力的作用。外力的作用。力力 系统变形，系统变形， 加工误差。加工误差。例如：例如： 在磨削中，为了消除工艺系统力变形对加工精度的影响，常采用在磨削中，为了消除工艺系统力变形对加工精度的影响，常采用“无进给磨无进给磨削削”或称或称“光磨光磨”的办法，即的办法，即磨削的最后几次行程中，砂轮不再向工件进刀磨削的最后几次行程中，砂轮不再向工件进刀。虽然不进刀，但依然磨出火花。随着行程次数的增加，火花逐渐减少，以至消失，虽然不进刀，但依然磨出火花。随着行程次数的增加，火花逐渐减少，以至消失，火花消失

37、表明工艺系统受力产生的弹性变形得到了恢复。光磨不但可以保证加工火花消失表明工艺系统受力产生的弹性变形得到了恢复。光磨不但可以保证加工精度，而且有利于降低表面粗糙度。由此可见，工艺系统的受力变形是机械加工精度，而且有利于降低表面粗糙度。由此可见，工艺系统的受力变形是机械加工精度中一项重要的原始误差。精度中一项重要的原始误差。 （4 4）工艺系统受力变形）工艺系统受力变形1）工艺系统刚度：）工艺系统刚度：加工表面法向切削力与工艺系统的法向加工表面法向切削力与工艺系统的法向变形变形 的比值的比值 pFk工艺系统的总变形量工艺系统的总变形量：系机刀夹工工艺系统的工艺系统的刚度计算：刚度计算：11111

38、kkkkk刀工系夹机工件、刀具的刚度可简化后按材料力学公式进行计算；工件、刀具的刚度可简化后按材料力学公式进行计算；机床部件静刚度主要通过测定获得机床部件静刚度主要通过测定获得pFk主主主轴箱刚度：主轴箱刚度：尾座刚度：尾座刚度：pFk尾尾刀架刚度：刀架刚度：pFk刀架刀架静态测定法：静态测定法： 在机床不工作状态，模拟车削时的受力的受力情况对机床施加静载荷，然后测出机床部件在不同载荷下的变形，作出各部件的刚度特性曲线并计算刚度。57 右图是对一车床进行3次加载和卸载循环，绘制了他的刚度曲线。车床刀架变形曲线y（m）10203040500123F（KN）v 非线形关系，不完全是弹性变形v 加载

39、和卸载曲线不重合，所围面积表示克服摩擦和接触塑性变形所作功v 存在残余变形，反复加载卸载后残余变形0v 机床部件刚度比按实体估算值小许多，表明其变形受多种因素影响2）工艺系统变形对加工精度的影响：）工艺系统变形对加工精度的影响：由于工艺系统刚度变化引起的误差（随位由于工艺系统刚度变化引起的误差（随位置变化）置变化）22p111l xxFklklk 机床尾头刀架考虑工件刚度情况：考虑工件刚度情况：2222111()()( )3plxxlxxFklklkEIL工机尾头刀架工艺系统变形对加工精度的影响例子工艺系统变形对加工精度的影响例子机床受力变形引起机床导轨与主轴回转轴线在垂直面内的平行度误差机床

40、受力变形引起机床导轨与主轴回转轴线在垂直面内的平行度误差产生的加工误差产生的加工误差60工件变形引起的加工误差工件为悬臂梁时工件为悬臂梁时：EILFyyg33max3max3LEIyFKy加工后工件形状为加工后工件形状为：61工件为简支梁时：当x=0或x=L时，yg=0，变形最小当x=L/2时，变形最大，EIlFYyg483max式中 yg 工件变形； E 工件材料弹性模量； I 工件截面惯性矩； Fy工件受到的切削力 x 受力点到支承点的距离 L工件的长度62夹紧力影响【例1】薄壁套夹紧变形 解决：加开口套专用专用卡爪卡爪开口过开口过渡环渡环提高刀具在加工中的刚度提高刀具在加工中的刚度孔加工

41、刀具（钻头、铰刀、镗刀）孔加工刀具（钻头、铰刀、镗刀）在使用中，通过增设附加支承（钻套在使用中，通过增设附加支承（钻套、镗套）来提高刀具刚度、镗套）来提高刀具刚度.镗杆nf镗刀工件镗套工件钻头钻模板钻套nf 图图424 薄片工件的磨削薄片工件的磨削毛坯翘曲毛坯翘曲 b) 电磁工件台吸紧电磁工件台吸紧 c) 磨后松开，工件翘曲磨后松开，工件翘曲d) 磨削凸面磨削凸面 e) 磨削凹面磨削凹面 f) 磨后松开，工件平直磨后松开，工件平直【例2】薄壁工件磨削65【例】龙门铣横梁龙门铣横梁变形龙门铣横梁变形补偿重力影响解决：变形补偿66 切削加工中，由于毛坯本身的误差（形状或位置）使切削深度不断变化，从

42、而引起切削力的变化，促使工艺系统产生相应的变形，因而工件表面上保留了与毛坯表面类似的形状和位置误差，但加工后残留的误差比毛坯误差从数值上大大减少了，这一现象称为“误差复映”67切削力大小变化对加工精度的影响切削力大小变化对加工精度的影响68讨论：讨论：=工工 /毛毛= C /k系系 总是小于总是小于1，有修正误差的能力，有修正误差的能力 多次进给多次进给=1232. k系系越大，越大，就越小，复映到工件上的误差越小就越小，复映到工件上的误差越小3. C减小，减小， 就越小，应采取减小就越小，应采取减小Fy的措施的措施694、增加走刀次数，可大大减小工件的复映误差：、增加走刀次数，可大大减小工件

43、的复映误差：毛坯11g毛坯21212gg毛坯321323gg 若近似假设近似假设每次走刀后的误差复映系数都相同，则车外圆时，工件的圆度误差与走刀次数工件的圆度误差与走刀次数x的关系为：的关系为：毛坯xg）为毛坯的圆度误差（毛坯21ppaa其中其中70v减少误差复映的方法减少误差复映的方法1 1）增大工艺系统刚度；）增大工艺系统刚度；2 2）减少进给量）减少进给量f f，减小切削力；，减小切削力；3 3）增加走刀次数；）增加走刀次数；4 4）减小毛坯误差值。）减小毛坯误差值。71五、减小受力变形对加工精度影响措施五、减小受力变形对加工精度影响措施1）合理的结构设计：）合理的结构设计： 设计工艺装

44、备时，尽量减少连接面数目，注意刚度的匹配，防止局部低刚度环节出现，设计基础件、支承件时，合理设计零部件结构和截面形状。 2）提高连接表面接触刚度）提高连接表面接触刚度 提高机床部件中零件接合表面的接触质量 给机床部件预加载荷 提高工件定位基准的精度和降低表面粗糙度值。3）采用辅助支承）采用辅助支承（中心架，跟刀架，镗杆支承等）1、提高工艺系统刚度、提高工艺系统刚度724）采用合理装夹和加工方式）采用合理装夹和加工方式支座零件不同安装方法2、减小载荷及其变化、减小载荷及其变化（5） 工件内应力对加工精度影响工件内应力对加工精度影响工件内应力工件内应力 外部载荷去除后仍残存在工件内部的应力为内应力

45、 内应力是由于材料内部宏观或微观的组织发生不均匀的体积变化而造成 内应力往往处于一种不稳定的平衡状态。在外部因素作用下，内应力重新分配，工件变形，破坏原有的加工精度。举例：铸件残余应力形成过程BAC铸件：B部分比A、C部分厚A、C部分冷却快，先凝固；B部分冷却慢，后凝固。先凝固的A、C部分阻止B部分凝固收缩。B受拉应力，A、C受压应力使用时，A部开口：A内压应力消失，B、C内应力重新分配，铸件变形75例： 机床床身铸件，为提高导轨面的耐磨性，采用局部激冷采用局部激冷的工艺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 经粗经粗加工刨去一层，引起内应力重加工刨去一层，引

46、起内应力重新分布，产生弯曲变形，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，合格的导轨面丧失原有的精度。 合理设计工件结构：各部壁厚均匀，结构对合理设计工件结构：各部壁厚均匀，结构对称称 采取热处理措施采取热处理措施 铸、锻、焊接零件毛坯在加工前安排时效、退火和回火； 重要零件加工过程中安排时效：粗、精加工之间安排时效 采取喷丸、振动等措施采取喷丸、振动等措施 合理安排工艺过程粗、精加工分开合理安排工艺过程粗、精加工分开 时效处理时效处理减小工件内应力的措施减小工件内应力的措施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度的影响工艺系统热

47、源工艺系统热源 内部热源内部热源 动力源（电机、液压系统）产生热量动力源（电机、液压系统）产生热量 传动系统摩擦生热传动系统摩擦生热 切削过程产生热量切削过程产生热量 （车削（车削30%、钻削、钻削50%、磨削、磨削80%的切削热传递给工件）的切削热传递给工件） 外部热源外部热源 阳光、照明、取暖设备阳光、照明、取暖设备精密机床要求恒温环境精密机床要求恒温环境受热变形影响受热变形影响机床热变形的影响机床热变形的影响工件热变形的影响工件热变形的影响刀具热变形的影响刀具热变形的影响 机床体积大，热容量大，达到热平衡的时间长；机床体积大，热容量大，达到热平衡的时间长； 机床各部分受热变形不均匀，破坏

48、原有的位置精度。机床各部分受热变形不均匀，破坏原有的位置精度。车、铣、镗床：主轴箱发热；车、铣、镗床：主轴箱发热；磨床：磨头轴承和液压系统磨床：磨头轴承和液压系统机床热变形的影响机床热变形的影响 车床主轴发热使主轴箱在垂直面向内和水平向内发生偏移和倾斜。在垂直向内，主轴箱的温升使主轴升高，又因主轴前轴承的发热量大于后轴承的发热量，主轴前端比后端高，由于主轴箱热量传给床身，床身导轨向上台起，故而加剧了主轴的倾斜。车床受热变形a） 车床受热变形形态运转时间 / h0 1 2 3 450150100200位移 /m20406080温升 / Yy前轴承温升b） 温升与变形曲线79龙门刨床、导轨磨床等机

49、床 床身热变形是影响加工精度的主要因素：因其床身较长、导轨稍有温差，就会产生较大的弯曲变形。 床身上下表面产生温差的原因，不仅是由于工作台运动时导轨摩擦发热所知，环境温度的影响也很大。导轨磨床受热变形80双端面磨床： 切削热喷向床身中部的顶面，使其局部受热而产生中凸变形。使两砂轮的端面产生倾斜。 81立铣床受热变形形态立式平面磨床： 主轴承和主电机的发热传到立柱，使立柱内侧温度高于外侧，因而引起立柱的弯曲变形。 工件热变形的影响工件热变形的影响 热胀冷缩产生尺寸误差 车、磨轴类零件时的热伸长公式 受热不均匀CC1mmLLLLoo工件平均温升，工件热膨胀系数，工件热变形方向尺寸，尺寸误差/加工中

50、加工后刀具热变形的影响曲线：刀具热变形的影响曲线：A：车刀热伸长曲线B：车刀冷缩短曲线C：加工一批短小轴件的刀具热伸长曲线 tm：加工时间 ts：装卸时间控制工艺系统热变形的措施控制工艺系统热变形的措施减少热量产生和传入加强散热能力均衡温度场控制环境温度：恒温室热补偿措施结构上：隔离电机、液压系统等热源结构上：隔离电机、液压系统等热源 缩短传动链，减少摩擦生热缩短传动链，减少摩擦生热 正确选择切削用量、磨削用量正确选择切削用量、磨削用量及时刃磨刀具、修整砂轮及时刃磨刀具、修整砂轮采用高效冷却方式（喷雾冷却、冷冻采用高效冷却方式（喷雾冷却、冷冻机强制冷却）机强制冷却）机床结构设计：热对称结构、热

51、补偿结构机床结构设计：热对称结构、热补偿结构热变形发生在误差非敏感方向热变形发生在误差非敏感方向预热预热eg：精密丝杠磨削，利用公式求工件热伸长引起的螺距误差，：精密丝杠磨削，利用公式求工件热伸长引起的螺距误差，采用校正机构，改变切削参数采用校正机构，改变切削参数85例例1：磨床油箱置于床身内，其发热使导轨中凹解决解决：导轨下加回油槽平面磨床补偿油沟86例例2：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4-41）。均衡立柱前后壁温度场加工中心热对称结构立柱车床主轴箱定位面位置选择y-zyzz查明产生加工误差的主要因素后，设法对其直接进行查明产生加工误差的主要因素

52、后，设法对其直接进行消除或减弱，如细长轴加工用跟刀架会导致工件弯曲消除或减弱，如细长轴加工用跟刀架会导致工件弯曲变形变形，现采用反拉法切削工件受拉不受压不会因偏心现采用反拉法切削工件受拉不受压不会因偏心压缩而产生弯曲变形压缩而产生弯曲变形一、直接减小或一、直接减小或消除原始误差消除原始误差二、补偿或抵消二、补偿或抵消原始误差原始误差误差补偿法是在充分掌握误差变化规律的条件下，人误差补偿法是在充分掌握误差变化规律的条件下，人为地造出一种新的原始误差，去抵消原来工艺系统中为地造出一种新的原始误差，去抵消原来工艺系统中存在的原始误差，尽量使两者大小相等、方向相反而存在的原始误差，尽量使两者大小相等、

53、方向相反而达到使误差抵消得尽可能彻底的目的。达到使误差抵消得尽可能彻底的目的。6.2.3 提高加工精度的措施提高加工精度的措施三、误差转移法三、误差转移法误差转移法就是把原始误差从误差敏感方向转移到误差误差转移法就是把原始误差从误差敏感方向转移到误差的非敏感方向。例如，转塔车床的转位刀架采用的非敏感方向。例如，转塔车床的转位刀架采用“立立刀刀”安装法安装法; 利用镗模进行镗孔，主轴与镗杆浮动联接。利用镗模进行镗孔，主轴与镗杆浮动联接。图图 反拉法切削细长轴反拉法切削细长轴 a) 正向进给正向进给 b) 反向进给反向进给通过导轨凸起补偿横梁变形通过导轨凸起补偿横梁变形螺纹加工校正机构螺纹加工校正

54、机构1工件工件2丝杠螺母丝杠螺母 3车床丝杠车床丝杠 4杠杆杠杆 5校正尺校正尺 6滚柱滚柱 7工作尺面工作尺面立轴转塔车床刀架转位误差的转移立轴转塔车床刀架转位误差的转移五、就地加工法五、就地加工法全部零件按经济精度制造，然后装配成部件或产品，且全部零件按经济精度制造，然后装配成部件或产品，且各零部件之间具有工作时要求的相对位置，最后以一个各零部件之间具有工作时要求的相对位置，最后以一个表面为基准加工另一个有位置精度要求的表面，实现最表面为基准加工另一个有位置精度要求的表面，实现最终精加工，这就是终精加工，这就是“就地加工就地加工”法，也称自身加工修配法。法，也称自身加工修配法。六、主动测量

55、六、主动测量与闭环控制与闭环控制加工过程中随时测量出工件实际尺寸，根据测量结果控加工过程中随时测量出工件实际尺寸，根据测量结果控制刀具与工件的相对位置，实现闭环控制。制刀具与工件的相对位置，实现闭环控制。四、误差分组法四、误差分组法误差分组法是把毛坯或上工序加工的工件尺寸经测量误差分组法是把毛坯或上工序加工的工件尺寸经测量按大小分为按大小分为n组，每组尺寸误差就缩减为原来的组，每组尺寸误差就缩减为原来的1/n。然后按各组的误差范围分别调整刀具位置，使整批工然后按各组的误差范围分别调整刀具位置，使整批工件的尺寸分散范围大大缩小。件的尺寸分散范围大大缩小。956.2.4 机械机械加工误差的加工误差

56、的综合综合分析分析方法方法 前面分析了影响加工精度的原始误差，从原始误差中找出影响加工误差的规律，实际上加工误差是一综合误差。 同一加工误差产生的原因可以是多种多样的同一加工误差产生的原因可以是多种多样的，实际上分析问题总是从加工误差着手，根据原始误差作用规律寻找原始误差，现在一般采用统计分析的方法分析加工误差，找出规律，然后在这些规律中寻找原始误差的影响，从而消除原始误差。961、系统误差、系统误差 在连续加工一批工件时，其大小和方向均不改变，或按一定规律变化的加工误差。常值系统误差系统误差其大小和方向均不改变。如机床、夹具、刀具的制造误差，工艺系统在均匀切削力作用下的受力变形，调整误差，机

57、床、夹具、量具的磨损等因素引起的加工误差。变值系统误差误差大小和方向按一定规律变化。如机床、夹具、刀具在热平衡前的热变形，刀具磨损等因素引起的加工误差。 按数理统计的理论，各种加工误差按他们在一批零件中出现的规律，可分为两大类：系统误差和随机误差。97在连续加工一批工件时，其大小和方向随机变化的加工误差。 随机误差是工艺系统中大量随机因素共同作用而引起的。 随机误差服从统计学规律。 如毛坯余量或硬度不均，引起切削力的随机变化而造成的加工误差；定位误差；夹紧误差；残余应力引起的变形等。2、随机误差、随机误差98解决途径解决途径常值性误差常值性误差调整变值性误差变值性误差自动周期补偿随机误差随机误

58、差尽量减小尽量减小99定义：以生产现场内对许多工件进行检查的数据为基础，运用数理统计的方法，从中找出规律性的东西，进而获得解决问题的途径。过程：母体试样数据作图结论措施抽样测定处理分析研究处理1003、实验分布图（直方图）的绘制方法、实验分布图（直方图）的绘制方法基本概念： 样本样本：用于抽取测量的一批工件 样本容量样本容量n n ：抽取样本的件数；样本容量通常取 n = 50200 随机变量随机变量x x：任意抽取的零件的加工尺寸。 极差极差R R：抽取的样本尺寸的最大值和最小值之差。 R=Xmax-Xmin 组距组距d d：将样本尺寸按大小顺序排列，并分为k组，组距为d 1KRd101频数

59、频数m mi i：同一尺寸或同一误差组的零件数量mi称为频数。频率频率f fi i：频数与样本容量的比值。nmfii平均值平均值 ：表示样本的尺寸分散中心。标准差标准差S S：反映了一批工件的尺寸分散程度11niixxn2111niisxxnx102绘制步骤1）采集数据）采集数据 样本容量通常取 n = 502002）确定分组数、组距、组界、组中值）确定分组数、组距、组界、组中值 按表2-2初选分组数 k； 确定组距 d： 取整，dd 确定分组数 k：maxmin11xxRdkk 确定各组组界、组中值（第一组以Xmin为组中值） 统计各组频数1Rkdkjddjx32121min， 103-14

60、.5-8.55-3.5y y （频数）（偏差值）（平均偏差）（平均偏差）-15-10-5（公差带中心）（公差带中心）（公差带下限）（公差带下限）（公差带上限）（公差带上限）3）计算样本平均值和标准差）计算样本平均值和标准差:4）画直方图）画直方图：以工件尺寸（误差）为横坐标，以频数或频率为纵坐标。104从实验分布曲线可以看出： 工件尺寸的工件尺寸的分散范围分散范围是是 ； 存在常值系统误差：存在常值系统误差： 样本零件的尺寸基本符合正态分布规律。样本零件的尺寸基本符合正态分布规律。)(minmaxXX105正态分布正态分布 式中 和 分别为 正态分布随机变量总体平均值和标准差。 平均值 =0，