第3章机械加工精度

1、第3章 机械加工精度3.1概述零件的机械加工质量包括加工精度和表面质量。一.加工精度加工精度:零件加工后,其实际尺寸、几何形状、相互位置与理想零件的符合程度。加工误差：零件加工后,其实际尺寸、几何形状、相互位置与理想零件的符合程度。一般都是通过控制加工误差来保证加工精度。3.1概述二.加工精度的指标（1）尺寸精度：直径、长度、表面间距（2）几何形状精度：直线度、平面度、圆度、圆柱度、线轮廓度和面轮廓度（3）相互位置精度：平行度、垂直度、同轴度、对称度、位置度、圆跳动、全跳动 零件的加工精度越高,零件的质量也越高;但零件的加工精度越高,加工成本越高。在满足零件使用要求的前提下，可以允许零件有一定

2、程度的加工误差。设计人员根据零件的使用要求，合理地规定零件的加工精度，不能盲目追求高精度。3.2影响加工误差的主要因素影响加工误差的主要因素（1）机床的制造误差与磨损（2）夹具的制造误差与磨损（3）刀具的制造误差与磨损（4）工艺系统受力变形（5）工艺系统受热变形（6）工件残余应力引起的变形（7）加工原理的误差（8）工件的定位误差（9）调整误差（10）测量误差3.2影响加工误差的主要因素一.机床的制造误差与磨损 1.主轴回转误差:主轴的实际回转轴心线相对于理论轴心线位置的最大偏移量。 （ 1）主轴回转误差运动 实际上，主轴回转时，这三种误差是同时存在的，主轴回转误差运动是这三种误差的合成运动。主

3、轴的这种误差运动成为主轴的漂移。3.2影响加工误差的主要因素（2）主轴回转误差对零件加工精度的影响： 主轴的轴向窜动，会影响加工工件端面的形状精度。加工螺纹时，则要影响螺距精度。 径向跳动主要影响加工工件圆柱面的形状精度。 角向摆动对工件圆柱面及端面的形状精度都有影响。（3）主轴回转误差产生的根源： 支承主轴的轴承有误差 轴承间隙的影响 与轴承配合的零件误差的影响 其他影响3.2影响加工误差的主要因素（4）提高主轴回转误差的措施 提高主轴部件的制造精度和装配质量。 对滚动轴承进行预紧。 可以使工件的运动与定位分离，即使主轴只起传动作用，工件的回转精度完全由定位元件保证，从而可较大地提高工件的回

4、转精度、减小加工误差。 可以通过适当的选择装配进一步减小主轴的回转误差。3.2影响加工误差的主要因素2.机床导轨误差（1）导轨误差 机床导轨是机床各主要部件相对位置和运动的基准，它的精度既直接影响溜板的运动精度，又直接影响机床成形运动间的相互几何关系。 导轨在垂直平面内的直线度 导轨在水平平面内的直线度 导轨扭曲 导轨与主轴中心轴在水平面内的平行度 导轨与主轴中心线在垂直面内的平行度3.2影响加工误差的主要因素3.2影响加工误差的主要因素（2）导轨误差对工件加工精度的影响222)(RRRz22)(2RRRz)2(2RRz3.2影响加工误差的主要因素yR车外圆时 会使工件产生圆柱度误差。必须严格

5、控制车床导轨在水平面内的直线度误差。y3.2影响加工误差的主要因素 当车床导轨与主轴中心线在水平面内有平行度误差时，工件会被车成圆锥体，而不是圆柱体。 当车床导轨与主轴中心线在垂直面内有平行度误差时，车出来的工件是双曲面回转体。（3）机床导轨误差产生的原因： 机床导轨的制造误差 机床的安装不良 导轨磨损3.2影响加工误差的主要因素（4）减小导轨误差的措施 机床安装时要有良好的基础，必须进行严格的测量和校正。 机床使用期间定期复校和调整，以减小机床导轨的扭曲变形。 加强机床的日常保养和维护，保持机床的清洁，运动部件要经常加润滑油，以减小机床零部件的磨损。3.机床传动链误差 （1）定义：内联系传动

6、链始、末两端传动元件间的相对运动的误差。3.2影响加工误差的主要因素（2）机床传动链误差产生的原因 由于传动链中各传动元件，如齿轮、蜗轮、蜗杆、丝杠、螺母等的制造误差、装配误差和磨损引起的误差。（3）机床传动链误差对工件加工精度的影响 对螺纹加工和利用展成法加工齿轮等工件的加工精度有很大的影响。（4）减小机床传动链误差的措施 尽可能缩短传动链，即减小传动元件的数量。 减小各传动元件装配时的几何偏心，提高装配精度。3.2影响加工误差的主要因素 合理分配传动链中各传动副的传动比，传动链末端传动副的降速比取得越大，则传动链中其余各传动元件误差的影响就越小。 采用校正装置，在传动链中人为地加入一个误差

7、，使它与传动链本身的误差相等、方向相反，从而使之相互抵消。二、夹具的制造误差和磨损 影响加工表面的位置精度或尺寸精度。 设计夹具时严格控制表面的尺寸和形位公差。 用作定位和导向面的材料要耐磨性好、强度高， 减小夹具在使用过程中所产生的磨损或损伤。3.2影响加工误差的主要因素三、刀具的制造误差和磨损1.成形刀具 采用成形刀具加工时，刀具切削刃在切削基面上的投影就是加工表面的母线形状。因此，成形刀具切削刃的形状误差和磨损直接影响加工表面的形状精度。2.用展成法加工的刀具 加工表面是刀刃在相对啮合运动中的包络线，刀刃的形状必须是加工表面的共轭曲线。刀刃的形状误差及磨损同样会影响加工表面的形状精度。3

8、.2影响加工误差的主要因素3、以刀尖轨迹法加工的刀具（1）定径刀具 钻头、绞刀、丝锥、板牙、拉刀等定径刀具加工时，刀具的有关尺寸就是工件被加工表面的加工尺寸。因此，刀具的尺寸误差与磨损直接影响工件的尺寸精度。（2）单刃刀具：车刀、镗刀、刨刀等 加工表面的形状主要由机床运动精度保证，加工表面的尺寸主要由调整决定，因此，刀具的制造误差对加工精度无直接影响。 一般单刃刀具的耐用性较低，在一次调整中就有显著的磨损，因此，在加工较大表面时，即一次走刀需较长时间时，刀具的磨损会严重影响工件的形状精度；用调整法加工一批工件时，刀具的磨损会对工件的尺寸精度有很大的影响。3.2影响加工误差的主要因素四、工艺系统

9、受力变形 工艺系统是由机床、刀具、夹具和工件组成的一个整体。1.工艺系统的刚度 简称系统刚度。 工艺系统的变形 机床刚度 刀具刚度 工件刚度xtyxtyF /jyjyFk/dydyFk/gygyFk/gdjxtyyyy3.2影响加工误差的主要因素2.工艺系统受力变形对加工精度的影响 以在车床上车外圆为例，设刀具变形量为零。（1）机床的变形3.2影响加工误差的主要因素刀具在任意点A距尾座x处时，有受力及力矩平衡式：xRxLRFRRwzctywzct)(,LxFRLxLFRyctywz/ )(djydjwzywzwzwzctyctctctkFyLxLkFkRyLxkFkRy/ )(/(/)/)(/

10、(/1/ )(/)/(22djwzxtyjkkLxLkLxFy3.2影响加工误差的主要因素（2）工件的变形LxLxEJFyyg/ )()3/(223.2影响加工误差的主要因素 工件的刚度（3）系统变形 系统刚度在工件全长上是一个变量，与之相对应的系统变形量在工件上也是一个变量。所以需在工件全长上取若干个点，求出在各点的系统变形量，然后得出系统变形曲线。系统变形曲线的形状，完全反映了加工后工件母线的形状。 )(/322xLxEJLkggjxtyyy3.2影响加工误差的主要因素（4）毛坯误差的复映75. 075. 0,faCFfaCFFFpfzypfzzzy按金属切削原理公式令工件加工后的半径差系

11、统变形量g21yygxtyxtkFy/3.2影响加工误差的主要因素xtppfzxtyygkaafCkFF/ )(/ )(2175. 021xtfzppmkfCaa/),(75. 021mg为误差复映系数（ ）10毛坯误差的复映规律：只有毛坯有误差，工件加工后必定有误差。由于工件误差与毛坯误差是相对应的，因此可以把工件误差看成是毛坯误差的复映。工件误差值必定小于毛坯误差值。3.2影响加工误差的主要因素3.影响工艺系统刚度的因素（1）连接表面的接触变形（2）零件的摩擦（3）连接件的预紧力（4）配合间隙（5）零件的刚度4.提高工艺系统刚度的措施（1）合理的结构设计（2）提高连接表面的接触刚度（3）采

12、用合理的装夹方式（4）合理使用机床（5）合理安排工艺3.2影响加工误差的主要因素五、工艺系统的热变形 1.工艺系统的热源 内部热源和外部热源（1）摩擦热：主要影响机床的变形。（2）切削热：主要影响工件和刀具的变形。（3）环境温度（4）辐射热 2.工件受热变形对加工精度的影响（1）工件均匀受热（2）工件不均匀受热:车长轴、磨削、铣削、刨削薄片3.2影响加工误差的主要因素 3.刀具受热变形对加工精度的影响 刀具在切削过程中，由于受到切削热的作用，要产生热伸长。由于刀具的伸长，破坏了已调整好的工件与刀具之间的正确位置，致使切削深度增大，最终影响工件的尺寸和形状精度。3.2影响加工误差的主要因素 大多

13、数切削加工都可以 被认为是间断切削。 4.机床受热变形对加工精度的影响 机床受热变形的部位，主要发生在主轴部件和床身。机床受热后，会产生主轴抬高和偏移现象，床身导轨也会因受热伸长而向上凸起。3.2影响加工误差的主要因素六、工件残余应力引起的变形 工件在切削时，由于切削温度升高，金属的切除等原因，使得工件内部原有的应力平衡状态遭到破坏，于是，工件的内应力要重新分布，以达到新的平衡。这一过程被称为内应力的重新分布过程，其外部表现就是工件的变形。 要减小工件的残余应力，可增加消除内应力的专门工序，如退火、回火和时效处理等；对工件的粗精加工分开进行，使粗加工后有一定的时问让残余应力重新分布，以减小对精

14、加工的影响。此外，零件的结构设计要合理，尽量简化零件结构，零件壁厚尽量均匀，提高零件的刚性，这些措施均可减小零件的残余应力。3.2影响加工误差的主要因素七、加工原理的误差 加工原理误差是指采用了近似的加工方法进行加工而产生的加工误差。八、定位误差 九、调整误差 在工艺系统调整中所产生的误差。十、测量误差 测量误差是指在工件的测量中所产生的误差。测量误差主要产生于测量器具和测量方法本身的误差，以及测量人员的主观原因。测量器具本身有其使用条件，当使用不符合要求时，则测量结果必然有误差。就测量者而言，视力、测量器具的使用方法等，都会影响测量结果。3.3加工误差的统计分析一、实验误差 1.系统误差：

15、误差的大小和方向随时间按某一确定规律变化。 （1）常值误差：误差的大小和方向固定不变。 加工原理误差，机床、刀具、夹具的制造误差，机床的受力变形等引起的加工误差。机床、夹具、量具等磨损引起的加工误差。钻刀、绞刀、滚齿刀等。 （2）变值系统误差：误差的大小和方向随时间发生变化。机床、刀具未达到热平衡时，热变形引起的加工误差。砂轮、车刀、端铣刀、单刃镗刀等3.3加工误差的统计分析2.随机误差： 误差的大小和方向以不可预定的方式变化。 毛坯误差的复映、工件的定位误差、工件残余应 力引起的变形所产生的误差。3.过失误差：操作人员过失引起的误差。 该误差只能通过操作规程或制度加以避免。注意：系统误差和随

16、机误差在不同场合、不同定义域可以相互转化。二、实验数据的性质 实验数据是一种随机变量。3.3加工误差的统计分析1.数学期望（均值） 随机变量的统计平均值。反映随机变量取值的均衡度。2.方差 随机变量对数学期望的离散程度。反映数据的散布特征。3.标准差)(xENiiNxxE1/)()(xDNxExxDNii/)()(12)(xD3.3加工误差的统计分析三、实验数据的统计推断 1.母体、个体和子样（1）母体：研究对象的全体。（2）个体：组成母体的基本单元。（3）子样：从母体中抽取N个个体，则称为容量为N的子样。通常N30。2.母体和子样的均值、方差及标准差ssNNXn2212) 1/(3.3加工误

17、差的统计分析NiiNiiNiiNiiNXxNXxNXxNNsNxX122121221) 1/()() 1/()(/)() 1/(/3.实际分布图与理论分布图（1）实际分布图（直方图）频数：在一批零件的检测中，出现同一尺寸的工件数目。频率：频数与子样总数之比。3.3加工误差的统计分析3.3加工误差的统计分析（2）理论分布图 正态分布曲线 正态分布曲线是母体的 统计图。标准正态分布2)(2121)(xexy22121)(xexy大量的实验、统计和分析表明，在影响零件加工精度的因素中没有变值系统误差，且所有影响因素中无任何因素占优势时，则零件的尺寸分布服从正态分布规律。3.3加工误差的统计分析 非正

18、态分布将两次调整下加工出来的零件作为一次分析的样本,则可能由于每次调整时常值系统误差的不同,如常值系统误差大于2.2 ,就会得到双峰曲线。若加工刀具磨损比较显著，就会形成平顶分布。当工艺系统存在显著的热变形，分布曲线往往不对称，加工轴时偏左，加工孔时偏右。3.3加工误差的统计分析四.分布图在工艺分析中的应用 1.判断加工误差的性质 一般使用零件尺寸的直方图与正态分布曲线。（1）如果零件尺寸的直方图与正态分布曲线基本相符，则说明加工过程中基本没有变值系统误差。3.3加工误差的统计分析 当 ，即曲线的均值与设计规定的公差带中心重合，说明加工过程中没有常值系统误差。 当 ，即曲线的均值与设计规定的公

19、差带不重合，说明加工过程中存在常值系统误差。 如果均值 不变， 改变，则曲线形状改变。 当 减小，曲线形状陡峭，随机误差减小。 当 增大，曲线形状平坦，随机误差增大。（2）如果零件尺寸的直方图与正态分布曲线不相符，则说明加工过程中有变值系统误差。两者差异越大，存在变值系统误差的可能性就越高。 对于加工过程中出现的常值系统误差和变值系统误差，应寻找产生这些误差的根源，采取相应措施予以消除。mAmA3.3加工误差的统计分析2.判断工艺能力 加工工艺所能加工出产品质量的实际能力。6pC3.3加工误差的统计分析3.估计产品的废品率3.3加工误差的统计分析五.点图分析法（1）个值点图 反映每个工件的尺寸变化与加工时间的关系。 平均线 表示每一个瞬时的分散中心，其变化反映了变值系统误差随时间变化的规律。 其始点O则可看出常值系统误