机械制造技术基础chapter5课件

1、 优质、高产、低消耗是企业发展的必由之路。 优质就是高的产品质量。 高产就是生产效率高。 低消耗就是成本低。 产品的质量与零件的加工质量、产品的装配质量密切相关，而零件的加工质量是保证产品质量的基础。它包括零件的加工精度和表面质量两方面。 零件的加工精度包括尺寸精度、形状精度和相互位置精度。 第一节第一节 机械加工精度的基本概念机械加工精度的基本概念一、加工精度与加工误差一、加工精度与加工误差 加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状及各表面相互位置等参数）与理想几何参数的符合程形状及各表面相互位置等参数）与理想几何参数的符合程度。度。符合程

2、度越高，加工精度就越高。反之，越低。符合程度越高，加工精度就越高。反之，越低。 理想几何参数理想几何参数表面表面绝对平面、圆柱面等；绝对平面、圆柱面等；位置位置绝对平行、垂直、同绝对平行、垂直、同 轴等；轴等；尺寸尺寸位于公差带中心位于公差带中心。1.加工精度加工精度 加工误差是指零件加工后的实际几何参数对加工误差是指零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度，所以，加工误差的大理想几何参数的偏离程度，所以，加工误差的大小反映了加工精度的高低。小反映了加工精度的高低。 实际加工时不可能也没有必要把零件做得与理想零实际加工时不可能也没有必要把零件做得与理想零件完全一致，而总会有一定的偏差，

3、即加工误差。只要件完全一致，而总会有一定的偏差，即加工误差。只要这些误差在规定的范围内，即能满足机器使用性能的要这些误差在规定的范围内，即能满足机器使用性能的要求。求。2.加工误差加工误差加工精度包括三个方面：加工精度包括三个方面：尺寸精度：指加工后零件的实际尺寸与零件尺寸的公差带中心的相符合程度。形状精度：指加工后的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：指加工后零件有关表面之间的实际位置与理想位置相符合程度。三、获得加工精度的方法三、获得加工精度的方法1、获得尺寸精度的方法、获得尺寸精度的方法： 试切法试切法：通过试切通过试切 测量测量 调整调整再试切再试切直到直到被

4、加工部分达到尺寸要求为止。被加工部分达到尺寸要求为止。试切一小段 特点：特点： 费时费力费时费力; ; 与操作工人水平有关与操作工人水平有关; ; 适用于单件小批生产适用于单件小批生产; ; 调整法加工时调整刀具位置用。调整法加工时调整刀具位置用。 ( (2) )定尺寸刀具法：定尺寸刀具法： 零件加工尺寸决定于刀具尺寸。零件加工尺寸决定于刀具尺寸。 特点：特点： 尺寸精度决定于：尺寸精度决定于： a）刀具）刀具 的种类和精度；的种类和精度； b）刀具的安装精度；）刀具的安装精度； c）机床的精度。）机床的精度。 生产率较高，在孔加工中广泛使用。生产率较高，在孔加工中广泛使用。 应用：应用：孔加

5、工广泛使用。孔加工广泛使用。 ( (2) )调整法：调整法： 预先调整好刀具和工件在机床上的相对置，预先调整好刀具和工件在机床上的相对置，并在一批零件的加工过程中始终保持这个位置不并在一批零件的加工过程中始终保持这个位置不变，以保证被加工零件尺寸的方法。变，以保证被加工零件尺寸的方法。 特点：特点： 尺寸稳定尺寸稳定 ; 生产率高生产率高 ; 加工精度与操作工人的水平关系不大，主要加工精度与操作工人的水平关系不大，主要决定于调整精度。决定于调整精度。 应用：应用：广泛于成批及大量生产广泛于成批及大量生产。 ( (3) )自动控制法：自动控制法： 这种方法是把测量装置，进这种方法是把测量装置，进

6、给装置和控制系统等组成一给装置和控制系统等组成一个自动控制的加工系统。个自动控制的加工系统。 特点：特点： 自动化程度高，精度高；自动化程度高，精度高； 适用于批量或大量生产。适用于批量或大量生产。减振器减振器测头测头工件工件百分表百分表 磨削自动测量磨削自动测量 返回本章目录返回本章目录2. 获得形状精度的方法获得形状精度的方法 （1）轨迹法 （2）成形法 （3）展成法 3. 获得位置精度的方法获得位置精度的方法 （1）根据工件加工过的表面进行找正的方法； （2）工件的位置精度由夹具来保证。 5.2.1 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械加工时，机床、夹具、机械加工时

7、，机床、夹具、 刀具和工件构成一个相互联系的统一系统。刀具和工件构成一个相互联系的统一系统。 原始误差原始误差工艺系统中存在的各种误差。工艺系统中存在的各种误差。 原始误差原始误差（原因）（原因） 加工误差加工误差（结果（结果） 返回本章目录返回本章目录 图图5-4 原始误差原始误差原原始始误误差差原理误差原理误差工件装夹误差工件装夹误差机床误差机床误差夹具误差夹具误差刀具误差刀具误差度量误差度量误差工艺系统受力变形工艺系统受力变形工艺系统热变形工艺系统热变形内应力变形误差内应力变形误差调整误差调整误差刀具磨损刀具磨损 返回本章目录返回本章目录 5.2.2 影响加工精度的因素影响加工精度的因素

8、 一、一、 原理误差原理误差由于采用了由于采用了近似的加工运动近似的加工运动或或 近似的刀具轮廓近似的刀具轮廓而产生的。而产生的。 例例: : 滚刀用阿基米德蜗杆代替渐开线蜗杆滚刀用阿基米德蜗杆代替渐开线蜗杆 （近似的刀具轮廓）（近似的刀具轮廓）； 模数铣刀铣齿模数铣刀铣齿（近似的刀具轮廓）（近似的刀具轮廓）； 用公制丝杆车蜗杆或英制螺纹。用公制丝杆车蜗杆或英制螺纹。 （近似的加工运动）（近似的加工运动） 返回本章目录返回本章目录 二、机床误差二、机床误差 机床误差来自三方面：机床误差来自三方面： 制造制造； 安装安装；磨损磨损。 对加工误差影响大的机床误对加工误差影响大的机床误 差有三个部分

9、：差有三个部分： 1 1）主轴回转误差）主轴回转误差; ; 2 2）导轨误差）导轨误差; ; 3 3）传动链误差。）传动链误差。 返回本章目录返回本章目录机床的几何误差组成机床的几何误差组成机床几何误差机床几何误差机床传动链误差机床传动链误差机床主轴回转误差机床主轴回转误差机床导轨误差机床导轨误差轴向窜动径向跳动角度摆动水平面内直线度垂直面内直线度前后导轨的平行度内联传动链始末两端传动元件间相对运动误差1、机床导轨误差、机床导轨误差 机床导轨是机床中确定某些主要部件相对位置的机床导轨是机床中确定某些主要部件相对位置的基准，也是某些主要部件的运动基准。基准，也是某些主要部件的运动基准。 机床导轨

10、误差的基本形式机床导轨误差的基本形式水平面内的直线度水平面内的直线度垂直面内的直线度垂直面内的直线度前后导轨的平行度前后导轨的平行度（扭曲）（扭曲） 现以卧式车床为例，说明导轨误差是怎样影响工件现以卧式车床为例，说明导轨误差是怎样影响工件的加工精度的。的加工精度的。（1）导轨在水平面内直线度误差的影响导轨在水平面内直线度误差的影响 当导轨在水平面内的直线度误差为当导轨在水平面内的直线度误差为y时时,引起工件在引起工件在半径方向的误差为（图半径方向的误差为（图59）：）： R=y 由此可见：床身导轨在水平面内如果有直线度误差，使工件由此可见：床身导轨在水平面内如果有直线度误差，使工件在纵向截面和

11、横向截面内分别产生形状误差和尺寸误差。在纵向截面和横向截面内分别产生形状误差和尺寸误差。 当导轨向后凸出时，工件上产生鞍形加工误差；当导轨向后凸出时，工件上产生鞍形加工误差；当导轨向前凸出时，工件上产生鼓形加工误差。当导轨向前凸出时，工件上产生鼓形加工误差。YYoDR水平面水平面导轨水平面内直线度导轨水平面内直线度图图59 导轨在水平面内直线度误差导轨在水平面内直线度误差 床身导轨在垂直面内有直线度误差（图床身导轨在垂直面内有直线度误差（图5-10），会引起），会引起刀尖产生切向位移刀尖产生切向位移Z，造成工件在半径方向产生的误差为：，造成工件在半径方向产生的误差为： RZ2/d（2）导轨在垂

12、直面内直线度误差的影响导轨在垂直面内直线度误差的影响设：设：Z=Y=0.01mm ，R=50mm ， 则由于法向原始误差而产生的加工误差则由于法向原始误差而产生的加工误差 R= Y =0.01mm, 由于切向原始误差产生的加工误差由于切向原始误差产生的加工误差 R Z2/d =0.000001mm 此值完全可以忽略不计。由于此值完全可以忽略不计。由于Z2数值很小，因此该误差对数值很小，因此该误差对工件的尺寸精度和形状精度影响甚小。工件的尺寸精度和形状精度影响甚小。 垂直平面垂直平面导轨垂直面直线度导轨垂直面直线度ZdRZ图图510 导轨在垂直面内直线度误差导轨在垂直面内直线度误差Rd/2 对平

13、面磨床，龙门刨床对平面磨床，龙门刨床及铣床等，导轨在垂直面内及铣床等，导轨在垂直面内的直线度误差会引起工件相的直线度误差会引起工件相对于砂轮（刀具）产生法向对于砂轮（刀具）产生法向位移，其误差将直接反映到位移，其误差将直接反映到被加工工件上，造成形状误被加工工件上，造成形状误差（图差（图7-117-11）。）。 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）敏感方向

14、） ，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（3）前后）前后导轨平行度误差的影响导轨平行度误差的影响 床身前后导轨有平行度误差（扭曲）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时，会使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，偏斜，从而使刀尖相对工件产生偏移，使工件产生形状误差（鼓形、鞍形、锥使工件产生形状误差（鼓形、鞍形、锥度）。度）。 从图从图4-114-11可知，车床前后导轨扭曲的最终结果可知，车床前后导轨扭曲的最终结

15、果反映在工件上，于是产生了加工误差反映在工件上，于是产生了加工误差y y。从几何。从几何关系中可得出：关系中可得出： yHyH/B/B 一般车床一般车床H2B/3H2B/3，外圆磨床，外圆磨床HBHB，因此该项，因此该项原始误差原始误差对加工精度的影响很大。对加工精度的影响很大。图图411 车床导轨扭曲对工件形状精度影响车床导轨扭曲对工件形状精度影响2、机床主轴回转误差、机床主轴回转误差（1）机床主轴回转误差的概念）机床主轴回转误差的概念 主轴的实际回转轴线对其理想回转轴线（一般用平均主轴的实际回转轴线对其理想回转轴线（一般用平均回转轴线来代替）产生的偏移量。回转轴线来代替）产生的偏移量。主轴

16、回转误差的基本形式主轴回转误差的基本形式 轴向窜动轴向窜动 纯径向跳动纯径向跳动 纯角度摆动纯角度摆动 实际上主轴回转误差是上述三种形式误差的合成。由于主轴实际实际上主轴回转误差是上述三种形式误差的合成。由于主轴实际回转轴线在空间的位置是在不断变化的，由上述三种运动所产生的位回转轴线在空间的位置是在不断变化的，由上述三种运动所产生的位移（即误差）是一个瞬时值。移（即误差）是一个瞬时值。 下面以在镗床上镗孔、车床上车外圆为例来下面以在镗床上镗孔、车床上车外圆为例来说明主轴回转误差对加工精度的影响。说明主轴回转误差对加工精度的影响。车间车间所有机床，我们分为：所有机床，我们分为： 工件回转类工件回

17、转类刀具回转类刀具回转类误差敏感方向不变加工时误差敏感方向和切削力方向随主轴回转而不断变化（2）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的纯径向跳动对车削和镗削加工精度的影响主轴的纯径向跳动对车削和镗削加工精度的影响镗削加工：镗刀回转，工件不转镗削加工：镗刀回转，工件不转 假设由于主轴的纯径向跳动而使轴线在假设由于主轴的纯径向跳动而使轴线在y y坐标方向作简谐坐标方向作简谐运动（图运动（图5-45-4），其频率与主轴转速相同，简谐幅值为），其频率与主轴转速相同，简谐幅值为A A； 则则: : Y Y = Acos = Acos （ tt） 且主轴中心偏移最大（等于且主轴中

18、心偏移最大（等于A A）时，镗刀尖正好通过水平）时，镗刀尖正好通过水平位置位置1 1处。处。 当镗刀转过一个当镗刀转过一个角时（位置角时（位置11），刀尖轨迹的水平分），刀尖轨迹的水平分量和垂直分量分别计算得：量和垂直分量分别计算得： y=Acos+Rcos=(A+R)cosy=Acos+Rcos=(A+R)cos Z=Rsin Z=Rsin将上两式平方相加得将上两式平方相加得: : y y2 2/(A+R)/(A+R)2 2+Z+Z2 2/R/R2 2=1=1 表明此时镗出的孔为椭圆形。表明此时镗出的孔为椭圆形。AAROm11，AcosO234ORsin(A+R）cos图图54 镗孔时纯径向

19、跳动对加工精度的影响镗孔时纯径向跳动对加工精度的影响车床加工：工件回转，刀具移动车床加工：工件回转，刀具移动 假设主轴轴线沿假设主轴轴线沿y轴作简谐运动（图轴作简谐运动（图4-5），在工件的），在工件的1处（主轴中心偏移最大之处）切出的半径比在工件的处（主轴中心偏移最大之处）切出的半径比在工件的2、4处切出的半径小一个幅值处切出的半径小一个幅值A；在工件的；在工件的3处切出的半径比处切出的半径比在工件的在工件的2、4处切出的半径大一个幅值处切出的半径大一个幅值A。 这样，上述四点工件的直径都相等，其它各点直径这样，上述四点工件的直径都相等，其它各点直径误差也很小，所以车削出的工件表面接近于一个

20、真圆。误差也很小，所以车削出的工件表面接近于一个真圆。 Y2+Z2=R2+A2Sin2 由此可见，主轴的纯径向跳动对车削加工工件的由此可见，主轴的纯径向跳动对车削加工工件的圆圆度度影响很小。影响很小。图图45 车削时纯径向跳动对加工精度的影响车削时纯径向跳动对加工精度的影响轴向窜动对车、镗削加工精度的影响轴向窜动对车、镗削加工精度的影响 主轴的轴向窜动对内、外圆的加工精度没有主轴的轴向窜动对内、外圆的加工精度没有影响，但加工端面时，会使加工的端面与内外圆影响，但加工端面时，会使加工的端面与内外圆轴线产生垂直度误差。轴线产生垂直度误差。 主轴每转一周，要沿轴向窜动一次，使得切主轴每转一周，要沿轴

21、向窜动一次，使得切出的端面产生平面度误差（图出的端面产生平面度误差（图4-6）。当加工螺纹）。当加工螺纹时，会产生螺距误差。时，会产生螺距误差。 图图46 主轴轴向窜动对端面加工精度的影响主轴轴向窜动对端面加工精度的影响 车削加工时工件每一横截面内的圆度误差很小，但轴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（锥度）。平面有圆柱度误差（锥度）。 车外圆：得到圆形工件，但产生圆柱度误差（锥体）车外圆：得到圆形工件，但产生圆柱度误差（锥体） 车端面：产生平面度误差车端面：产生平面度误差 镗孔时，由于主轴的纯角度摆动镗孔时，由于主轴的纯角度摆动 使得主轴回转轴线与使得主轴回转轴线

22、与工作台导轨不平行，使镗出的孔呈椭圆形，如图工作台导轨不平行，使镗出的孔呈椭圆形，如图4-7所示。所示。 角度摆动对车、镗削加工精度的影响角度摆动对车、镗削加工精度的影响 主轴纯角度摆动对加工精度的影响，取决于不同主轴纯角度摆动对加工精度的影响，取决于不同的加工内容。的加工内容。图图47 主轴纯角度摆动对镗孔精度的影响主轴纯角度摆动对镗孔精度的影响（3）提高主轴回转精度的措施）提高主轴回转精度的措施1）提高主轴的轴承精度。）提高主轴的轴承精度。2）减少机床主轴回转误差对加工精度的影响。）减少机床主轴回转误差对加工精度的影响。3）对滚动轴承进行预紧，以消除间隙。）对滚动轴承进行预紧，以消除间隙。

23、4）提高主轴箱体支承孔、主轴轴颈和与轴承）提高主轴箱体支承孔、主轴轴颈和与轴承相配合的零件有关表面的加工精度。相配合的零件有关表面的加工精度。3、机床传动链误差、机床传动链误差 在车螺纹、插齿、滚齿等加工时，刀具与工件之在车螺纹、插齿、滚齿等加工时，刀具与工件之间有严格的传动比要求。要满足这一要求，间有严格的传动比要求。要满足这一要求，机床内联机床内联系传动链系传动链的误差必须控制在允许的范围内。的误差必须控制在允许的范围内。（1）机床传动链误差定义）机床传动链误差定义 指传动链始末两端指传动链始末两端执行元件间相对运动的误执行元件间相对运动的误差。差。（2）机床传动链误差描述）机床传动链误差

24、描述 传动链末端元件产生的转角误差。传动链末端元件产生的转角误差。它的大小它的大小对车、磨、铣螺纹，滚、插、磨（展成法磨齿）对车、磨、铣螺纹，滚、插、磨（展成法磨齿）齿轮等加工会影响分度精度，造成加工表面的形齿轮等加工会影响分度精度，造成加工表面的形状误差，如螺距精度、齿距精度等。状误差，如螺距精度、齿距精度等。 例如，车螺纹时，要求主轴与传动丝杠的转速比恒定例如，车螺纹时，要求主轴与传动丝杠的转速比恒定（图示），即（图示），即iTTiii iTzzzzzzzzS432186427531 图图 车螺纹的传动误差示意图车螺纹的传动误差示意图S工件导程；工件导程；T丝杠导程；丝杠导程；Z1Z8各齿

25、轮齿数各齿轮齿数若齿轮若齿轮Z1有转角误差有转角误差1，造成，造成Z2的转角误差为：的转角误差为：12i121Z1 1 1n=i1n1Z2 2 2n=i2n2Zn n nn=innn在任一时刻，各齿轮的转角误差反映到丝杠的总误差为：在任一时刻，各齿轮的转角误差反映到丝杠的总误差为：njjnjnnnni121传到丝杠上的转角误差为传到丝杠上的转角误差为1n，即：，即：（3）减少传动链误差的措施）减少传动链误差的措施1）尽量缩短传动链。）尽量缩短传动链。 2）提高传动件的制造和安装精度，尤其是末端）提高传动件的制造和安装精度，尤其是末端零件的精度。零件的精度。 3）尽可能采用降速运动，且传动比最小

26、的一级）尽可能采用降速运动，且传动比最小的一级传动件应在最后。传动件应在最后。 4）消除传动链中齿轮副的间隙。）消除传动链中齿轮副的间隙。 5）采用误差校正机构）采用误差校正机构 三、三、调整误差调整误差 调整调整 是指使刀具切削刃与工件定位基准间是指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。在从切削开始到切削终了都保持正确的相对位置。调整包括：调整包括： 机床调整机床调整; ; 夹具调整夹具调整; ; 刀具调整。刀具调整。调整误差是原始误差的一种，是不可避免的。调整误差是原始误差的一种，是不可避免的。 1 1、试切法加工的调整误差、试切法加工的调整误差 原因：原

27、因： （1 1）测量误差）测量误差 （2 2）微量进给产生的误差）微量进给产生的误差微量进给误差的微量进给误差的消除办法：消除办法： a）微量进给微量进给先退刀再快速引进到需先退刀再快速引进到需要的刻度值处；要的刻度值处； b）微量进给用微量进给用轻轻敲击手轮，用振轻轻敲击手轮，用振动消除爬行现象。动消除爬行现象。试切层很薄试切层很薄时刀刃打滑时刀刃打滑新切到部分厚新切到部分厚刀刃不打滑刀刃不打滑a)精加工：精加工：试切最后一刀余量小，试切最后一刀余量小，打滑打滑, ,新切部分余量大新切部分余量大 于试切余量，不打滑，于试切余量，不打滑，尺寸变小。尺寸变小。新切到部分厚新切到部分厚受力变形大受

28、力变形大试切层薄试切层薄受力变形小受力变形小 b)粗加工粗加工：试切余量小于切削余量试切余量小于切削余量, 得到比试切尺寸大一些。得到比试切尺寸大一些。因为余量大，切削力大，因为余量大，切削力大，刀具后退多。刀具后退多。 （3）加工余量的影响）加工余量的影响 2 2、调整法加工时的调整误差、调整法加工时的调整误差 在大批大量生产中广泛采用行程档块、在大批大量生产中广泛采用行程档块、靠模、凸轮等机构控制刀具的轨迹和行程。靠模、凸轮等机构控制刀具的轨迹和行程。 影响因素有：影响因素有： 定程机构的制造精度和调整精度；定程机构的制造精度和调整精度； 定程机构（离合器、电器开关和控制定程机构（离合器、

29、电器开关和控制 阀）的灵敏度；阀）的灵敏度； 刀具样板和靠模的精度。刀具样板和靠模的精度。工艺系统：工艺系统：机床、夹具、机床、夹具、工件、刀具工件、刀具外力：外力：切削力、传切削力、传动力、惯性力、夹动力、惯性力、夹紧力、重力紧力、重力产生加工误差产生加工误差破坏了刀具、工破坏了刀具、工件间相对位置件间相对位置四、工艺系统受力变形对加工精度的影响四、工艺系统受力变形对加工精度的影响工艺系统受力变形现象工艺系统受力变形现象工艺系统在加工过程中受工艺系统在加工过程中受: : 切削力切削力; 惯性力；惯性力； 重力；重力； 夹紧力夹紧力 力作用力作用产生工艺系统变形产生工艺系统变形加工误差加工误差

30、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 由此看来，为了保证和提高工件的加工精度，就由此看来，为了保证和提高工件的加工精度，就必须深入研究并控制以至消除工艺系统及其有关组成必须深入研究并控制以至消除工艺系统及其有关组成部分的变形。部分的变形。（一）工艺系统的刚度（一）工艺系统的刚度 工艺系统整体抵抗其变形的能力。其大小为：工艺系统整体抵抗其变形的能力。其大小为： 背向力背向力Fp （旧标准中为径向切削分力（旧标准中为径向切削分力Fy）与工艺系统在该方向）与工艺系统在该方向上的变形上的变形yxt的比值，即的比值，即kxt=Fp/yxt 注意：

31、注意：这里变形这里变形yxt是总切削力的三个分力切向力是总切削力的三个分力切向力Fc、背向力、背向力Fp、进给力进给力Ff（旧标准中为（旧标准中为Fz、Fy、Fx）综合作用的结果。）综合作用的结果。 1. 工艺系统刚度的概念工艺系统刚度的概念2、系统刚度与环节刚度、系统刚度与环节刚度 工艺系统的刚度是由组成工艺系统各部件的刚度决定工艺系统的刚度是由组成工艺系统各部件的刚度决定的。工艺系统的总变形量为：的。工艺系统的总变形量为： yxt= yjc+ydj+yjj+ygjkxt=Fp/yxt, kjc= Fp/yjc ， kdj= Fp/ydj , kjj= Fp/yjj， kgj= Fp/ygj

32、 工艺系统刚度的一般式为：工艺系统刚度的一般式为： kxt= 1/(1/kjc+1/ kdj+1/ kj+1/ kgj) 若已知工艺系统各组成部分的刚度（即环节刚度），若已知工艺系统各组成部分的刚度（即环节刚度），就可以求出工艺系统的刚度。就可以求出工艺系统的刚度。3. 机床部件刚度特点机床部件刚度特点 机床结构复杂，组成的零部件多，各零部机床结构复杂，组成的零部件多，各零部件之间有不同的联接和运动方式，因而机床部件之间有不同的联接和运动方式，因而机床部件的刚度问题就比较复杂。它的计算至今还没件的刚度问题就比较复杂。它的计算至今还没有合适的方法，需要通过实验来测定。有合适的方法，需要通过实验来

33、测定。 下图为单向加载时车床刚度测定示意图。下图为单向加载时车床刚度测定示意图。主轴部件、尾座及刀架的变形可分别从千分表主轴部件、尾座及刀架的变形可分别从千分表2、3和和6读出。读出。 这种方法测得的这种方法测得的y方向位移是背向力方向位移是背向力Fp作用作用下引起的变形。下引起的变形。 图图 单向静载测定车床刚度单向静载测定车床刚度 1心轴心轴 2、3、6千分表千分表 4测力环测力环 5螺旋加力器螺旋加力器 图图415 车床刀架部件的刚度曲线车床刀架部件的刚度曲线 一次加载一次加载 二次加载二次加载 三次加载三次加载（1）机床部件刚度的特点）机床部件刚度的特点1） 背向力背向力Fp与刀架变形

34、与刀架变形ydj不是线性关系。不是线性关系。2） 加载曲线与卸载曲线不重合。加载曲线与卸载曲线不重合。3） 加载曲线与卸载曲线不封闭（卸载后加载曲线与卸载曲线不封闭（卸载后 由于存在残余变形，曲线回不到原点）。由于存在残余变形，曲线回不到原点）。4）部件的实际刚度远比按实体结构的估计）部件的实际刚度远比按实体结构的估计 值小。值小。 图图4-15是以是以Fp为纵坐标，刀架变形为纵坐标，刀架变形ydj为横坐标的某车为横坐标的某车床刀架部件的刚度实测曲线。实验中进行了三次加载床刀架部件的刚度实测曲线。实验中进行了三次加载卸卸载循环，由图可以看出，机床部件的刚度曲线有以下特点载循环，由图可以看出，机

35、床部件的刚度曲线有以下特点：（2）影响机床部件刚度的因素）影响机床部件刚度的因素 连接表面间的接触变形连接表面间的接触变形（图示）（图示） 薄弱零件本身的影响薄弱零件本身的影响（图（图516） 接合面间的间隙接合面间的间隙 接合面间摩擦力的影响接合面间摩擦力的影响两零件结合面间的接触情况两零件结合面间的接触情况接接 触触 刚刚 度度 实验研究表明，两个相接触的表面间受力作用时，两表面的接触实验研究表明，两个相接触的表面间受力作用时，两表面的接触变形变形y是表面压强是表面压强p的递增函数（图）。的递增函数（图）。 因此，机床部件接合表面间刚度可较确切地用因此，机床部件接合表面间刚度可较确切地用接

36、触刚度接触刚度来表示，来表示，即压强的微分即压强的微分dp与位移的微分与位移的微分dy的比值称为接触刚度的比值称为接触刚度kjkj =dp/dy图图 表面接触变形与压强的关系表面接触变形与压强的关系图图516 机床部件刚度的薄弱环节机床部件刚度的薄弱环节 a) 溜板中的楔铁溜板中的楔铁 b) 轴承套轴承套（二）工艺系统受力变形对加工精度的影响（二）工艺系统受力变形对加工精度的影响1、切削力作用位置变化引起的加工误差、切削力作用位置变化引起的加工误差 根据材料力学的挠度计算公式，其切削点根据材料力学的挠度计算公式，其切削点工件的变形量为：工件的变形量为： yw=Fp(L-x)2x2/3E I L

37、 (5-18) 从上式的计算结果和车削的实际情况都可从上式的计算结果和车削的实际情况都可证实，切削后的工件呈鼓形，其最大直径在通证实，切削后的工件呈鼓形，其最大直径在通过轴线中点的横截面内。过轴线中点的横截面内。1） 工件细而长工件细而长2） 工件短而粗工件短而粗 即此时工艺系即此时工艺系统刚度主要取决统刚度主要取决于机床刚度于机床刚度 当刀具切削到工件的任意位置当刀具切削到工件的任意位置 C时（图示），工艺系统的总时（图示），工艺系统的总变形变形 y系统系统为：为： yxtyx+y刀架刀架 通过推证可知工艺系统在工件切削点处的变形量为通过推证可知工艺系统在工件切削点处的变形量为: y系统=F

38、p1/k刀+1/k头(L-x/L)2+1/k尾(x/L)2 (5-16) 可以看出可以看出 : y系统系统 =f(x)，是一个二次抛物线方程，变形大小随，是一个二次抛物线方程，变形大小随刀具在刀具在x方向位置变化方向位置变化,使车出的工件呈抛物线形状（图使车出的工件呈抛物线形状（图520）。）。图图519 工艺系统受力变形随切削位置而变化工艺系统受力变形随切削位置而变化图图520 刚度变化造成工件误差刚度变化造成工件误差 1理想的工件形状；理想的工件形状； 2k头头k尾尾时车出的工件形状时车出的工件形状3）工艺系统刚度及总变形）工艺系统刚度及总变形 综合上述两种情况，工艺系统的总变形量为综合上

39、述两种情况，工艺系统的总变形量为式（式（5-16）和式（）和式（5-18）的叠加）的叠加 Y系统系统=Fp1/k刀架刀架+1/k头头(L-x/L)2+1/k尾尾(x/L)2 +(L-x)2x2/3EIL工艺系统的刚度为工艺系统的刚度为Kxt=Fp/yxt=1/ 1/k刀架刀架+1/k头头(L-x/L)2+1/k尾尾(x/L)2 +(L-x)2x2/3EIL可以看出可以看出 Kxt=f(x) 由于在工件加工的不同位置，由于在工件加工的不同位置， Kxt不同，使加不同，使加工后工件的径向尺寸不同，从而产生形状误差。工后工件的径向尺寸不同，从而产生形状误差。2、切削力、切削力 大小变化引起的加工误差

40、（误差复映）大小变化引起的加工误差（误差复映） 在加工过程中，由于工件加工余量或材料硬度不均匀，在加工过程中，由于工件加工余量或材料硬度不均匀，都会引起背向力的变化，从而使工艺系统受力变形不一致都会引起背向力的变化，从而使工艺系统受力变形不一致而产生加工误差。而产生加工误差。 以车削短圆柱工件外圆为例，如图以车削短圆柱工件外圆为例，如图5-18所示。所示。由于毛坯存在的圆度误差由于毛坯存在的圆度误差m=ap1-ap2引起了工件产生圆度误差引起了工件产生圆度误差w=y1 -y2 且且m越大，越大，w越大，这种由于工艺系统受力变形的变越大，这种由于工艺系统受力变形的变化而使毛坯椭圆形状误差复映到加

41、工后工件表面的现象称化而使毛坯椭圆形状误差复映到加工后工件表面的现象称为为“误差复映误差复映”。毛坯误差的复映毛坯误差的复映 工件余量或材料硬度不均匀，会引起切削力变化，工件余量或材料硬度不均匀，会引起切削力变化，使工艺系统受力变形发生变化，从而造成工件的尺寸使工艺系统受力变形发生变化，从而造成工件的尺寸误差和形状误差。误差和形状误差。毛坯（余量、硬度）不均匀毛坯（余量、硬度）不均匀切削力变化切削力变化变形变化变形变化尺寸和形状误差尺寸和形状误差图图518 毛坯形状误差复映毛坯形状误差复映以椭圆车削为例说明误差复映可用误差复映系数来表示：误差复映：由于工艺系统受力变形量的变化，使毛坯误差部分地

42、反映到工件上，此种现象称为“误差复映” 工毛1212121ppppCyyFFaakk工毛系系利用误差复映系数可由毛坯误差估算加工后的工件误差利用误差复映系数可由毛坯误差估算加工后的工件误差Ck系机械加工中，误差复映系数通常小于1，定量地反映了毛坯误差经加工后减小的程度。可通过多次走刀，消除误差复映的影响。123n 由以上分析，还可以把误差复映概念做如下推广：由以上分析，还可以把误差复映概念做如下推广： a.在工艺系统弹性变形条件下在工艺系统弹性变形条件下, ,毛坯的各种误毛坯的各种误差差( (圆度、圆柱度、同轴度、平直度误差等圆度、圆柱度、同轴度、平直度误差等),),都都会由于余量不均而引起切

43、削力变化，并以一定的会由于余量不均而引起切削力变化，并以一定的复映系数复映成工件的加工误差。复映系数复映成工件的加工误差。 b.毛坯材料硬度的不均匀将使切削力产生变毛坯材料硬度的不均匀将使切削力产生变化化,引起工艺系统受力变形的变化引起工艺系统受力变形的变化,从而产生加工从而产生加工误差。而铸件和锻件在冷却过程中的不均匀是造误差。而铸件和锻件在冷却过程中的不均匀是造成毛坯硬度不均匀的根源。成毛坯硬度不均匀的根源。 返回本章目录返回本章目录 c.由于误差复映系数通常小于由于误差复映系数通常小于1,多次加工多次加工后后,减少很快减少很快,所以当工艺系统的刚度足够时所以当工艺系统的刚度足够时,只有粗

44、加工时用误差复映规律估算才有现实只有粗加工时用误差复映规律估算才有现实意义意义;在工艺系统刚度较低的场合在工艺系统刚度较低的场合,如镗一定深如镗一定深度的小直径孔、车细长轴和磨细长轴等度的小直径孔、车细长轴和磨细长轴等,则误则误差复映现象比较明显差复映现象比较明显,有时需要从实际反映的有时需要从实际反映的复映系数着手分析提高加工精度的途径。复映系数着手分析提高加工精度的途径。返回本章目录返回本章目录 d.在大批大量生产中在大批大量生产中,一般采用调整法加工。一般采用调整法加工。即刀具调到一定切削深度后即刀具调到一定切削深度后,对对 同一批零件一次走同一批零件一次走刀加工到该工序所要求的尺寸。这

45、时刀加工到该工序所要求的尺寸。这时,毛坯的毛坯的“尺尺寸分散寸分散”使每件毛坯的加工余量不等使每件毛坯的加工余量不等,而造成一批而造成一批工件的工件的“尺寸分散尺寸分散”。要使一批零件尺寸分散在。要使一批零件尺寸分散在公差范围内公差范围内,必须控制毛坯的尺寸公差。必须控制毛坯的尺寸公差。返回本章目录返回本章目录通过提高导轨等结合面的刮研质量、形状精度并降低表面粗糙度，都能增加接触面积，有效地提高接触刚度。预加载荷，也可增大接触刚度加工细长轴时，采用中心架或跟刀架来提高工件的刚度。采用导套、导杆等辅助支承来加强刀架的刚度。对刚性较差的工件选择合适的夹紧方法，能减小夹紧变形，提高加工精度 采用塑料

46、滑动导轨，其摩擦特性好，有效防止低速爬行，运行平稳，定位精度高，具有良好的耐磨性、减振性和工艺性。此外，还有滚动导轨和静压导轨。（1）提高）提高 接触刚度接触刚度（2）提高零部）提高零部件刚度减小受力件刚度减小受力变形变形（3）合理安）合理安装工件减小装工件减小夹紧变形夹紧变形4减少摩擦减少摩擦防止微量进给防止微量进给时的时的“爬行爬行”五、减小工艺系统受力变形的措施五、减小工艺系统受力变形的措施（5）合理使）合理使 用机床用机床（6）合理安排）合理安排工艺，粗精分开工艺，粗精分开（7）转移或）转移或补偿弹性变形补偿弹性变形减少工艺系统减少工艺系统受力变形受力变形六、工艺系统热变形引起的加工误

47、差六、工艺系统热变形引起的加工误差（一）概（一）概 述述 工艺系统在各种热源作用下，会产生相应的热变形，从而破坏工艺系统在各种热源作用下，会产生相应的热变形，从而破坏工件与刀具间正确的相对位置，造成加工误差。工件与刀具间正确的相对位置，造成加工误差。 据统计，由于热变形引起的加工误差约占总加工误差的据统计，由于热变形引起的加工误差约占总加工误差的40%70%。工艺系统的热变形不仅严重地影响加工精度，而且还。工艺系统的热变形不仅严重地影响加工精度，而且还影响加工效率的提高。影响加工效率的提高。 实现数控加工后，加工误差不能再由人工进行补偿，全靠机床实现数控加工后，加工误差不能再由人工进行补偿，全

48、靠机床自动控制，因此热变形的影响就显得特别重要。自动控制，因此热变形的影响就显得特别重要。 工艺系统热变形的问题已成为机械加工技术发展的一个重大研工艺系统热变形的问题已成为机械加工技术发展的一个重大研究课题。究课题。 1. 工艺系统的热源工艺系统的热源电机、轴承、齿轮、油泵等工件、刀具、切屑、切削液气温、室温变化、热、冷风等热源热源切削热切削热摩擦热摩擦热外部热源外部热源内部热源内部热源环境温度环境温度热辐射热辐射日光、照明、暖气、体温等 2. 工艺系统的热平衡工艺系统的热平衡 工艺系统受各种热源的影响，其温度会逐渐工艺系统受各种热源的影响，其温度会逐渐升高。同时，它们也通过各种传热方式向周围

49、散升高。同时，它们也通过各种传热方式向周围散发热量。发热量。 热热 平平 衡衡 当单位时间内传入和散发当单位时间内传入和散发的热量相等时，工艺系统达的热量相等时，工艺系统达到了热平衡状态。到了热平衡状态。 而工艺系统的热变形也就而工艺系统的热变形也就达到某种程度的稳定。达到某种程度的稳定。 机床在开始工作的一段时间内，其机床在开始工作的一段时间内，其温度场处于不稳定状态，其精度也是很温度场处于不稳定状态，其精度也是很不稳定的，工作一定时间后，温度才逐不稳定的，工作一定时间后，温度才逐渐趋于稳定，其精度也比较稳定。渐趋于稳定，其精度也比较稳定。 因此，因此，精密加工应在热平衡状态下精密加工应在热

50、平衡状态下进行。进行。在生产中，必须注意在生产中，必须注意:（二）（二） 机床热变形对加工精度的影响机床热变形对加工精度的影响 机床热变形会使机床的静态几何精度发生变化而影响机床热变形会使机床的静态几何精度发生变化而影响加工精度，其中主轴部件、床身、导轨、立柱、工作台等加工精度，其中主轴部件、床身、导轨、立柱、工作台等部件的热变形，对加工精度影响最大。部件的热变形，对加工精度影响最大。 各类机床其结构、工作条件及热源形式均不相同，因此各类机床其结构、工作条件及热源形式均不相同，因此机床各部件的温升和热变形情况是不一样的。机床各部件的温升和热变形情况是不一样的。1. 车、铣、钻、镗类机床车、铣、

51、钻、镗类机床主轴箱中的齿轮、主轴箱中的齿轮、轴承摩擦发热、轴承摩擦发热、润滑油发热。润滑油发热。（图）（图）图图 车床的热变形车床的热变形2.龙门刨床、牛头刨床、立式车床类机床龙门刨床、牛头刨床、立式车床类机床导轨副的摩擦热导轨副的摩擦热3.各各 种种 磨磨 床床 砂轮主轴轴砂轮主轴轴承的发热和液压承的发热和液压系统的发热系统的发热（图例）（图例）（图例）（图例） 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 外园磨床的热变形示意图外园磨床的热变形示意图1床身床

52、身 2导轨导轨 3工件工件 4砂轮砂轮 5砂轮架砂轮架 6螺母螺母 （三（三 ）工件热变形对加工精度的影响）工件热变形对加工精度的影响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，加工时（如车对于一些形状简单、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，工件热变形量可按下式估算：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： 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。实实 例

53、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，每磨长的丝杠螺纹时，每磨一次温度升高一次温度升高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长度上长度上不允许超过不允许超过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。2. 工件不均匀受热工件不均匀受热 在刨

54、削、铣削、磨削加工平面时，工件单面受热，上在刨削、铣削、磨削加工平面时，工件单面受热，上下平面间产生温差，导致工件向上凸起，凸起部分被工具下平面间产生温差，导致工件向上凸起，凸起部分被工具切去，加工完毕冷却后，加工表面就产生了中凹，造成了切去，加工完毕冷却后，加工表面就产生了中凹，造成了几何形状误差。几何形状误差。图例图例 薄板磨削时的弯曲变形薄板磨削时的弯曲变形 （四（四 ）刀具热变形对加工精度的影响）刀具热变形对加工精度的影响 刀具热变形主要是由切削热引起的。切削加工时虽然刀具热变形主要是由切削热引起的。切削加工时虽然大部分切削热被切屑带走，传入刀具的热量并不多，但由大部分切削热被切屑带走

55、，传入刀具的热量并不多，但由于刀具体积小，热容量小，导致刀具切削部分的温升急剧于刀具体积小，热容量小，导致刀具切削部分的温升急剧升高，刀具热变形对加工精度的影响比较显著。升高，刀具热变形对加工精度的影响比较显著。图示为车削时车刀的热变形与切削时间的关系曲线。图示为车削时车刀的热变形与切削时间的关系曲线。曲线曲线A 车刀连续工作时的热伸长曲线；车刀连续工作时的热伸长曲线；曲线曲线B 切削停止后，车刀温度下降曲线；切削停止后，车刀温度下降曲线；曲线曲线C 间断切削的热变形。间断切削的热变形。 图图 车刀热变形曲线车刀热变形曲线 1 刀具加热至热平衡时间刀具加热至热平衡时间 2 刀具加热至热平衡时间

56、刀具加热至热平衡时间 0 刀具间断切削至热平衡时间刀具间断切削至热平衡时间（五）（五） 减少工艺系统热变形的主要途径减少工艺系统热变形的主要途径1减少发热和隔离热源减少发热和隔离热源 分离热源、采用隔热措施，改善摩擦条件，减少热量产生，如。有时可采用强制冷却法，吸收热源热量，控制机床温升和热变形。合理安排工艺、粗精分开。1) 采用热对称结构2) 合理选择机床零部件的安装基准寻求各部件热变形的规律建立热变形位移数字模型并存入计算机中进行实时补偿加工前使机床高速空转，达到热平衡时再切削加工1）减小温差；2）均衡关键件的温升，避免弯曲变形）恒温车间、使用门帘、取暖装置均匀布置；恒温精度一般控制在1以

57、内，精密级较高的机床为0.5。恒温室平均温度一般为20，在夏季取23，在冬季可取172均衡温度场均衡温度场3改进机床布局和结构设计改进机床布局和结构设计4保持工艺系统的热平衡保持工艺系统的热平衡5控制环境温度控制环境温度6.热位移补偿热位移补偿七、七、 工件残余应力引起的加工误差工件残余应力引起的加工误差（一）内应力的产生及其对加工精度的影响（一）内应力的产生及其对加工精度的影响什么是残什么是残 余余 应应 力力n残余应力是指在没有残余应力是指在没有外部载荷的情况下，外部载荷的情况下，存在于工件内部的应存在于工件内部的应力，又称内应力力，又称内应力。产生原产生原 因因残余应力是由金属内部的相邻

58、宏观残余应力是由金属内部的相邻宏观或微观组织发生了不均匀的体积变或微观组织发生了不均匀的体积变化而产生的，促使这种变化的因素化而产生的，促使这种变化的因素主要来自热加工或冷加工。主要来自热加工或冷加工。在铸造、锻造、焊接及热处理过程中，由于工件各部分在铸造、锻造、焊接及热处理过程中，由于工件各部分冷却收缩不均匀以及金相组织转变时的体积变化，在毛坯冷却收缩不均匀以及金相组织转变时的体积变化，在毛坯内部就会产生残余应力。内部就会产生残余应力。(图）图）1、毛坯制造中产生的残余应力、毛坯制造中产生的残余应力毛坯的结构越复杂，各部分壁厚越不均匀以及散热条件毛坯的结构越复杂，各部分壁厚越不均匀以及散热条

59、件相差越大，毛坯内部产生的残余应力就越大。相差越大，毛坯内部产生的残余应力就越大。具有残余应力的毛坯，其内部应力暂时处于相对平衡状具有残余应力的毛坯，其内部应力暂时处于相对平衡状态，虽在短期内看不出有什么变化，但当加工时切去某些态，虽在短期内看不出有什么变化，但当加工时切去某些表面部分后，这种平衡就被打破，内应力重新分布，并建表面部分后，这种平衡就被打破，内应力重新分布，并建立一种新的平衡状态，工件明显地出现变形。立一种新的平衡状态，工件明显地出现变形。铸件残余应力引起的变形铸件残余应力引起的变形图示为一个内外壁厚相差较大的铸件，在浇铸后的冷却图示为一个内外壁厚相差较大的铸件，在浇铸后的冷却过

60、程中产生残余应力的情况。过程中产生残余应力的情况。 2、冷校直引起的残余应力、冷校直引起的残余应力现现 象象原原 因因n在外力在外力F的作用下，工件内部的应力重新分布，的作用下，工件内部的应力重新分布，如图如图4-31b所示，在轴心线以上的部分产生压所示，在轴心线以上的部分产生压应力（用负号表示），在轴心线以下的部分产应力（用负号表示），在轴心线以下的部分产生拉应力（用正号表示）。在轴心线和两条虚生拉应力（用正号表示）。在轴心线和两条虚线之间，是弹性变形区域，在虚线以外是塑性线之间，是弹性变形区域，在虚线以外是塑性变形区域。变形区域。n冷校直工艺方法是在一些长棒料或细长零件冷校直工艺方法是在一