第七章机械制造质量分析与控制130523

1、机械制造技术基础第七章机械制造质量分析与控制主讲：肖新华27.1概述7.1.1TQCSEo 为了适应变化多端的市场需求，提高企业竞争力，现代制造企业必须实现TQCSE：T： Time to marketQ： QualityC： CostS： ServiceE： Environment37.1概述7.1.2产品质量产品质量（大制造）有三层含义：产品质量（大制造）有三层含义： 设计质量设计质量:主要反映所设计的产品，与用户 (顾客) 的期望之间的符合程度。 制造质量制造质量:主要指产品的制造与设计的符合程度。包括零件的制造质量和产品装配质量。 服务服务:主要包括售前的服务，售后的培训、维修、安装、

2、技术支持等。 204060080设计加工采购销售对成本的影响占成本的比重47.1概述7.1.3零件的制造质量零件的制造质量几何精度表面质量尺寸精度形状精度位置精度宏观几何形状精度(圆度、圆柱度、直线度、平面度)介于宏观与微观之间波度微观几何形状精度（表面粗糙度（表面光洁度）同轴度、平行度、垂直度圆跳动、全跳动表面几何形状特征物理力学性能冷作硬化金相组织变化残余应力5波度（介于宏观与微观之间）： 7.1概述几何形状精度1000HL5022表面粗糙度Ra/m： 宏观几何形精度（圆度、圆柱度、直线度、平面度等）：50HL331000HL11微观几何形状误差67.1概述表面层物理力学性能o 表面层材料

3、冷作硬化（简称冷硬）：零件在机械加工中表面产生强烈的冷态塑性变形后引起的强度和硬度都有所提高的现象。（折断铁丝）o 表面层金相组织的变化：由于切削热引起工件表面温升过高，表面层金属发生金相组织变化的现象。（磨削烧伤）o 表面层残余应力：加工过程中切削变形和切削热的影响，工件表面产生残余应力。（长轴变弯）77.2机械加工精度7.2.0概述1. 加工精度与加工误差加工精度：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、形状和尺寸、形状和位置位置)与理想几何参数的符合程度。与理想几何参数的符合程度。注：注：o 尺寸精度、形状精度和相互位置精度尺寸精度、形状精度和相互位置精度, , 三者

4、之间是既有三者之间是既有区别又有联系的区别又有联系的. . 通常通常, , 形状公差应限制在位置公差之内形状公差应限制在位置公差之内, , 而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. . 当尺寸精度要求高当尺寸精度要求高时时, , 相应的位置、形状精度也要求高相应的位置、形状精度也要求高. . 但但形状精度要求高形状精度要求高时时, , 相应的位置精度和尺寸精度有时不一定要求高相应的位置精度和尺寸精度有时不一定要求高, , 这要这要根据零件的使用性能要求来决定根据零件的使用性能要求来决定. . 如：如： 玩具、艺术品玩具、艺术品 纺织机械零件纺织机械零件87.2 机械加

5、工精度7.2.0概述加工误差：加工误差：零件加工后的实际几何参数（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）对理）对理想几何参数的偏离程度。想几何参数的偏离程度。加工误差越小，加上精度越高。加工误差越小，加上精度越高。 加工精度和加工误差的理解：“理想几何参数”的正确含义：对于尺寸：是图样规定尺寸的平均值，如 的理想尺寸就是 。对于形状和位置：是指绝对正确的形状和位置，如绝对的圆和绝对的平行等等。加工精度是由零件图样或工艺文件以公差T给定，而加工误差则是零件加工后的实际测得的偏离量。一批零件的加工误差是指一批零件加工后，其几何参数的分散范围。mm402 . 01 . 040.

6、15mm97.2 机械加工精度7.2.0概述2. 加工经济精度 影响加工精度的因素很多，如机床精度、装卡、调整、刀具磨损、工人的操作水平等等。 加工经济精度：指在正常加工条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装配和标准技术等级的工人、不延长加工时间）所等保证的加工精度。加工成本与加工误差的之间的关系107.2 机械加工精度7.2.0概述117.2 机械加工精度7.2.0概述127.2 机械加工精度7.2.0概述137.2 机械加工精度 7.2.0概述3.获得加工精度的方法一 获得尺寸精度的方法获得尺寸精度的方法 （1）试切法（2）调整法（3）定尺寸刀具法（4）自动控制法 14 7.2 机械加工精

7、度 7.2.0概述（1）试切法 就是通过试切、测量、调整、再试切就是通过试切、测量、调整、再试切, , , , 反复反复进行直到被加工尺寸达到要求为止的加工方法进行直到被加工尺寸达到要求为止的加工方法. . 这种方这种方法的效率低法的效率低, , 操作者的技术水平要求高操作者的技术水平要求高, , 主要适用于单主要适用于单件、小批生产。件、小批生产。（试切法动画试切法动画）157.2 机械加工精度 7.2.0概述（2）调整法 先调整好刀具和工件在机床上的相对位置，并在一批零件的加工过程中保持这个位置不变，以保证被加工尺寸的方法。调整法广泛用于各类半自动、自动机床和自动线上，适用于成批、大量的生

8、产。1）静调整法 2）动调整法 167.2 机械加工精度 7.2.0概述（3）定尺寸刀具法 用刀具的相应尺寸来保证工件被加工尺寸的方法，如铰孔、拉孔和攻螺纹等。这种方法的加工精度，主要决定于刀具的制造、刃磨质量和切削用量。其优点是生产率较高，但刀具制造较复杂，常用于孔、螺纹和成形表面的加工。 177.2 机械加工精度 7.2.0概述（4）自动控制法 是用度量装置、进给机构和控制系统构成加工过程的自动循环, 即自动完成加工中的切削、度量、补偿调整等一系列的工作, 当工件达到要求的尺寸时, 机床自动退刀, 停止加工。随着机械制造业和电子计算机技术的发展，现在可以对测量数值进行数字显示和处理。加工加

9、工测量工件尺寸测量工件尺寸与预设的工件与预设的工件尺寸比较尺寸比较相等？相等？停机停机YN调整进给机构调整进给机构187.2 机械加工精度 7.2.0概述二、获得形状精度的方法二、获得形状精度的方法（1）成形刀具法）成形刀具法（2）轨迹法）轨迹法（3）展成法）展成法（4）仿形法）仿形法197.2 机械加工精度 7.2.0概述（1）成形刀具法）成形刀具法:用与工件的最终表面轮廓相匹配的成用与工件的最终表面轮廓相匹配的成形刀具或成形砂轮等加工出成形面，如成形车削、成形铣形刀具或成形砂轮等加工出成形面，如成形车削、成形铣削等，加工精度主要取决于刀刃的形状精度。削等，加工精度主要取决于刀刃的形状精度。

10、 207.2 机械加工精度 7.2.0概述（2）轨迹法：）轨迹法：依靠刀尖与工件的相对运动轨迹来依靠刀尖与工件的相对运动轨迹来获得所要求的加工表面几何形状。加工精度与机床获得所要求的加工表面几何形状。加工精度与机床的精度关系密切。例如的精度关系密切。例如 车削圆柱类零件时车削圆柱类零件时, 其圆度其圆度、圆柱度等形状精度、圆柱度等形状精度, 主要决定于主轴的回转精度主要决定于主轴的回转精度、导轨的导向精度以及主轴回转轴心线与导轨之间、导轨的导向精度以及主轴回转轴心线与导轨之间的相互位置精度。的相互位置精度。 217.2 机械加工精度 7.2.0概述（3）展成法：）展成法：又称范成法，加工时切削

11、工具与工件做相对展成又称范成法，加工时切削工具与工件做相对展成运动，两者之间保持确定的速比关系，所得加工表面就是刀刃在这种运运动，两者之间保持确定的速比关系，所得加工表面就是刀刃在这种运动中的包络面，如齿轮加工中的滚齿、插齿、剃齿、珩齿等。动中的包络面，如齿轮加工中的滚齿、插齿、剃齿、珩齿等。 其形状其形状精度与刀具精度以及机床传动精度有关精度与刀具精度以及机床传动精度有关滚滚齿齿过过程程227.2 机械加工精度 7.2.0概述（4）仿形法：）仿形法：使刀具按照仿形装置来调整进给量和背使刀具按照仿形装置来调整进给量和背吃刀量，从而对工件进行加工的一种方法。吃刀量，从而对工件进行加工的一种方法。

12、 237.2 机械加工精度 7.2.0概述三、获得相互位置精度的方法三、获得相互位置精度的方法（1）直接找正法。这种方法在加工前使用辅助工具和量具对工件进行找正定位，然后夹紧进行加工。（2）使用夹具定位法。这种方法依靠夹具上的定位元件对工件基准面定位，然后夹紧进行加工，从而保证位置精度。使用夹具定位操作简单，效率高，精度比较稳定。在大批量生产中广泛采用这种方法。定位精度主要由夹具精度决定。（3）使用机床夹紧面定位法。这种方法直接利用机床的装夹面对工件定位，然后夹紧进行加工。例如在磨削平面时，将工件放于磁力工作台上，靠磁力进行夹紧，即可保证被磨表面与基准面的平行度。247.2 机械加工精度 7.

13、2.0概述257.2 机械加工精度7.2.0概述4. 原始误差工艺系统：工艺系统：由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工系统。系统。原始误差：原始误差：工艺系统的误差在各种不同的具体工作条件工艺系统的误差在各种不同的具体工作条件下会以不同的方式（或扩大、或缩小）反映为工件的加下会以不同的方式（或扩大、或缩小）反映为工件的加工误差。工误差。 一般将工艺系统的原始误差划分为一般将工艺系统的原始误差划分为工艺系统静误差工艺系统静误差和和工艺系统动误差工艺系统动误差。静误差是在无切削载荷的情况下就有。静误差是在无切削载荷的情况下就有的误差。动误差是在切削过程中由于

14、受力变形、热变形、的误差。动误差是在切削过程中由于受力变形、热变形、刀具磨损以及振动等产生的。刀具磨损以及振动等产生的。267.2 机械加工精度7.2.0概述测量误差内应力引起的变形加工后工艺系统受热变形工艺系统受力变形刀具磨损加工中刀具制造误差夹具误差机床误差调整误差装卡误差原理误差加工前工艺系统静误差工艺系统动误差与初始状态有关与工艺过程有关原始误差原始误差277.2 机械加工精度7.2.0概述5. 误差敏感方向不同方向的原始误差对工不同方向的原始误差对工件加工误差的影响程度是不件加工误差的影响程度是不一样的。以在卧式车床上车一样的。以在卧式车床上车削外圆为例削外圆为例:yzAAAyB 1

15、）当在）当在y方向存在原始误差方向存在原始误差y时，产生轴的直径误差为时，产生轴的直径误差为d=2 y；2）当在）当在z方向存在原始误差方向存在原始误差z时，产生轴的直径误差为时，产生轴的直径误差为d z2 /(2R0)。 287.2 机械加工精度7.2.0概述 设设y= z=0.1mm, R=20mm, 那么那么d1=2*Ry= 2*y=0.2mm； d2= z2 /(2R0) =0.01/（2*20） =0.00025 d1 400 d2误差敏感方向：误差敏感方向：原始误差的方向在原始误差的方向在加工表面的法向加工表面的法向时，对工件的加工误差影响最大。因此，我们把加时，对工件的加工误差影

16、响最大。因此，我们把加工表面的法向称为误差敏感方向。工表面的法向称为误差敏感方向。 Y方向就是在卧式车床上车削外圆时的误差敏方向就是在卧式车床上车削外圆时的误差敏感方向。感方向。297.2 机械加工精度7.2.0概述6. 研究机械加工精度的方法研究机械加工精度的方法o 分析计算法：分析计算法： 在掌握各种原始误差对加工精度影响规律的基础上，分析加工过程中在掌握各种原始误差对加工精度影响规律的基础上，分析加工过程中所出现的误差可能是哪一种或哪几种主要原始误差所引起的，并找出原始所出现的误差可能是哪一种或哪几种主要原始误差所引起的，并找出原始误差与加工误差之间的关系，进而通过估算来确定工件的加工误

17、差的大小，误差与加工误差之间的关系，进而通过估算来确定工件的加工误差的大小，再通过实验测试来加以验证。再通过实验测试来加以验证。 o 统计分析法：统计分析法： 是对具体加工条件下加工得到的工件几何参数进行实际测量，然后运是对具体加工条件下加工得到的工件几何参数进行实际测量，然后运用数理统计学方法对这些测试数据进行分析处理，找出工件加工误差的规用数理统计学方法对这些测试数据进行分析处理，找出工件加工误差的规律和性质，进而控制加工精度。律和性质，进而控制加工精度。307.2 机械加工精度7.2.0概述分析计算法与统计分析法比较：分析计算法与统计分析法比较： 分析计算法是在对单项原始误差进行分析计算

18、的分析计算法是在对单项原始误差进行分析计算的基础上进行的，适用于分析各项误差单独的变化基础上进行的，适用于分析各项误差单独的变化规律；规律； 统计分析法是在对有关的原始误差进行综合分析统计分析法是在对有关的原始误差进行综合分析的基础上进行的，适用于研究各项误差综合的变的基础上进行的，适用于研究各项误差综合的变化规律，且只适用于大批大量生产条件；化规律，且只适用于大批大量生产条件；在实际生产中，两种方法常常结合起来。先用统计分析法寻找出加工误在实际生产中，两种方法常常结合起来。先用统计分析法寻找出加工误差产生的规律，初步判断误差产生的原因；然后运用分析计算法进行分析、差产生的规律，初步判断误差产

19、生的原因；然后运用分析计算法进行分析、试验，找出影响加工精度的主要原因。试验，找出影响加工精度的主要原因。317.2 机械加工精度7.2.1加工原理误差加工原理加工原理是指加工表面的形成原理。加工原理误差是由于采用了近似的成形运动或刀刃形状而产生的误差。为了获得规定的加工表面，要求切削刃完全符合理论曲线的形状，刀具和工件之间必须作准确的相对切削运动。但在实际加工中，普遍采用近似的加工原理来进行加工： (1)(1)滚切渐开线齿形就存在两项原理误差滚切渐开线齿形就存在两项原理误差: : 一是为了便于制造一是为了便于制造, , 用阿基米德基本蜗杆或法向直廓基本蜗杆用阿基米德基本蜗杆或法向直廓基本蜗杆

20、, , 来代替渐开线基本蜗杆来代替渐开线基本蜗杆而产生的误差；另一个是由于滚刀刀刃数有限而产生的误差；另一个是由于滚刀刀刃数有限, , 而是由若干短线组而是由若干短线组成的折线；成的折线； (2) (2)成形法铣齿成形法铣齿时，采用模数铣刀进行铣齿也存在加工原理时，采用模数铣刀进行铣齿也存在加工原理误差。误差。327.2 机械加工精度7.2.1加工原理误差刀号 12加工齿数范围 12131416标准齿轮铣刀的模数、压力角和加工的齿数范围都标记在铣刀的端面上。由于每种编号的刀齿形状均按加工齿数范围中的最小齿数设计，因此，加工该范围内其他齿数的齿轮时，就会有一定的齿廓误差。 337.2 机械加工精

21、度7.2.1加工原理误差理论上应当采用理想的加工原理, 来获得精确的加工表面。会使机床的结构复杂, 难以保证机床的刚度和精度, 或者使刀刃的轮廓不易制造或精度很低. 这样不仅不能保证加工精度, 甚至还会降低加工效率， 往往采用近似的加工方法。 因此, 只要能把加工误差限制在规定的范围内(一般, 原理误差应小于工件公差值的10%15%), 可以采用近似的加工方法.347.2 机械加工精度7.2.2工艺系统几何误差一一机床的几何误差机床的几何误差机械加工中刀具相对于工件的成形运动是通过机械加工中刀具相对于工件的成形运动是通过机床完成的，因此工件的精度在很大程度上取决于机床完成的，因此工件的精度在很

22、大程度上取决于机床的精度。机床的精度。机床误差是由机床的制造误差、安装误差和使用中的磨损引起的。对加工精度影响较大的有：1.主轴回转误差主轴回转误差2.导轨误差导轨误差 3.传动链误差传动链误差357.2 机械加工精度7.2.2工艺系统几何误差1.主轴回转误差主轴回转误差机床主轴是装卡工件或刀具的基准，并将运动机床主轴是装卡工件或刀具的基准，并将运动和动力传给工件或刀具，其精度将直接影响被加工和动力传给工件或刀具，其精度将直接影响被加工工件的精度。工件的精度。主轴回转误差：主轴回转误差：主轴实际回转轴线对理想回转主轴实际回转轴线对理想回转轴线的变动量。轴线的变动量。可分解为：可分解为：径向圆跳

23、动轴向窜动角度摆动367.2 机械加工精度7.2.2工艺系统几何误差径向圆跳动轴向窜动377.2 机械加工精度7.2.2工艺系统几何误差 实际上主轴回转误差是径向圆跳动、轴向串动、角度摆动三种基本形式同时存在的，主轴在每一瞬间的变动方向和变动量都是变化的，这种现象称为“主轴漂移”。 角度摆动38径向圆跳动 主轴回转误差与轴承的误差、轴径误差主轴回转误差与轴承的误差、轴径误差、轴、轴承间隙、轴承与孔的配合以及主轴转速有关。承间隙、轴承与孔的配合以及主轴转速有关。可将机床分成可将机床分成工工件回转类件回转类（如车（如车床、外圆磨床等床、外圆磨床等）和）和刀具回转类刀具回转类（如镗床、钻床（如镗床、

24、钻床等）。把主轴轴等）。把主轴轴承形式分为承形式分为滑动滑动轴承轴承和和滚动轴承滚动轴承。39 径向圆跳动滑动轴承支撑滑动轴承支撑o 车削时，径向切削力方向基本不变，主轴颈以不同的部位和轴承内表面的某一固定部位接触。o 镗削时，径向切削力方向随主轴旋转而变化，主轴颈以同一部位和轴承内表面的不同部位接触。工件回转型刀具回转型车床主轴滑动轴承Fp镗床主轴滑动轴承Fp主轴的支撑轴颈的圆度误差影响较大轴承孔的圆度误差影响较大40 径向圆跳动滚动轴承支撑滚动轴承支撑一般应该是轴承外圈与箱体孔过盈配合一般应该是轴承外圈与箱体孔过盈配合, 而内圈与轴为过盈配合；也就是说它们之间而内圈与轴为过盈配合；也就是说

25、它们之间相对静止相对静止, 影响因素一共三个影响因素一共三个: (1)滚动体滚动体 (2)外圈内滚道外圈内滚道 (3)内圈外滚道内圈外滚道41滚道误差滚道误差1.车床（工件回转）类: 若内圈外滚道有形状误差, 不管外圈内滚道有无形状误差, 则工件有形状误差；与外圈内滚道无关，即只与内圈有关。2.镗床（刀具回转）类: 若外圈内滚道有形状误差, 不管内圈外滚道有无形状误差, 工件有形状误差；与外圈内滚道有关，即只与外圈有关 滚动体误差滚动体误差若滚动体有误差, 不管上述哪种情况, 工件都有误差 径向圆跳动滚动轴承支撑滚动轴承支撑42轴向轴向窜窜动动 （1）滑动轴承主轴滑动轴承主轴的轴向窜动，主要是

26、主轴轴颈的轴的轴向窜动，主要是主轴轴颈的轴向承载面或轴承的承载端面面与主轴回转轴线之间的垂直向承载面或轴承的承载端面面与主轴回转轴线之间的垂直度误差引起的。窜动量取决于这两者中精度较高的一个；度误差引起的。窜动量取决于这两者中精度较高的一个；因此，通常以较易获得的主轴轴线与端面的垂直度来保证因此，通常以较易获得的主轴轴线与端面的垂直度来保证主轴有较小的轴向窜动。主轴有较小的轴向窜动。43轴向轴向窜窜动动（2）滚动轴承主轴滚动轴承主轴的轴向窜动，的轴向窜动，取决于止推轴承两个滚取决于止推轴承两个滚道的精度和滚动体的精度。两个滚道与轴线的垂直度对主轴轴道的精度和滚动体的精度。两个滚道与轴线的垂直度

27、对主轴轴向窜动的影响与滑动轴承相向窜动的影响与滑动轴承相似，窜动量决定于两者中精度较似，窜动量决定于两者中精度较高的一个。滚动体的形状误差和高的一个。滚动体的形状误差和尺寸一致性也会影响主轴的轴向尺寸一致性也会影响主轴的轴向窜动，形状误差会造成轴向间隙窜动，形状误差会造成轴向间隙的变化尺不一致会使滚动体承的变化尺不一致会使滚动体承载不均而降低刚度，从而产生窜载不均而降低刚度，从而产生窜动。动。 447.2 机械加工精度7.2.2工艺系统几何误差o 机床主轴回转误差产生的加工误差主轴回转误差的基本形式车床上车削镗床上镗削 内、外圆端面螺纹孔端面径向圆跳动 近似真圆（理论上为心脏线形）无影响 椭圆

28、孔 （每转跳动一次时）无影响纯轴向窜动无影响平面度、垂直度（端面凸轮形）螺距误差无影响平面度 垂直度纯角度摆动 近似圆柱 （理论上为锥形）影响极小 椭圆柱孔 （每转摆动一次时） 平面度 （马鞍形）457.2 机械加工精度7.2.2工艺系统几何误差o 提高主轴回转精度的措施 提高主轴部件的制造精度 提高轴承精度、箱体支承孔、主轴轴颈和与轴承相配合零件的表面加工精度。 对滚动轴承进行预紧 通过预紧可以消除轴承间隙，可增加轴承刚度，使内外滚道和滚动体的误差均匀化。 采用误差转移法 采用专用的工装夹具直接保证工件精度，使主轴的回转误差不反映到工件上。如：外圆磨削用死顶尖，用镗模镗孔等。467.2 机械

29、加工精度7.2.2工艺系统几何误差2.导轨误差 机床导轨是机床主要部件的安装基准和运动基准，也是工件的主要定位基准，导轨误差将直接影响工件的加工精度。 n 直线运动导轨导向误差分为： 导轨在水平面内的直线度误差； 导轨在垂直平面内的直线度误差； 两导轨间的平行度误差（扭曲）。477.2 机械加工精度7.2.2工艺系统几何误差导轨在水平面内的直线度误差卧式车床导轨水平面内直线度误差对工件加工精度的影响（d=2y）487.2 机械加工精度7.2.2工艺系统几何误差导轨在垂直平面内的直线度误差卧式车床导轨垂直平面内直线度误差对工件加工精度的影响20z()Rd497.2 机械加工精度7.2.2工艺系统

30、几何误差两导轨间的平行度误差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刀尖相对于工件在水平和垂直两个方向上产生和垂直两个方向上产生偏移。则导轨扭曲量偏移。则导轨扭曲量引引起工件半径的变化量起工件半径的变化量Ry为为: BHRBHRyy:ABCABC507.2 机械加工精度7.2.2工艺系统几何误差o 通常通常, 车床车床H/B2/3；外圆磨床外圆磨床H/B1, 可见可见此项误差对加工精度影响很大此项误差对加工精度影响很大, 会导致工件产生圆会导致工件产生圆柱度误差。柱度误差。 导轨导向精度导轨导向精度, 除受导轨制造误差的影响外除受导轨制造误差的影响外, 还受机床安装是否

31、正确还受机床安装是否正确, 地基是否坚固地基是否坚固, 导轨的润滑导轨的润滑状况状况, 磨损的均匀性磨损的均匀性, 导轨的热变形以及运动部件的导轨的热变形以及运动部件的重心移动和过大切削力引起的导轨弹性变形等因素重心移动和过大切削力引起的导轨弹性变形等因素的影响的影响. 517.2 机械加工精度7.2.2工艺系统几何误差 镗床上镗孔时，工作台进给，即工件直线进给运动，镗杆旋转运动。导轨在水平面、垂直面内的直线度误差对加工精度有何影响？镗杆既旋转又移动，导轨直线度误差对加工精度的影响又如何？ 527.2 机械加工精度7.2.2工艺系统几何误差3. 传动链误差传动链误差 指传动链中首、末两端传动元

32、件之间相对运动的指传动链中首、末两端传动元件之间相对运动的误差。它是误差。它是螺纹、齿轮、蜗轮以及其他按螺纹、齿轮、蜗轮以及其他按展成原理展成原理加加工时，影响加工精度的主要因素。工时，影响加工精度的主要因素。例如在滚齿时，齿轮毛坯安装在工作台上，它与蜗轮同轴回转。由于传动链中各传动元件不可能制造得绝对准确，每个传动件的误差都将通过传动链影响被加工齿轮的加工精度（齿间距）。由于传动件在传动链中所处的位置不同，对工件加工精度的影响也有所不同。537.2 机械加工精度7.2.2工艺系统几何误差精密滚齿机传动原理图精密滚齿机传动原理图假设齿轮假设齿轮Z1有转角误差有转角误差1K1反映了齿轮的反映了齿

33、轮的Z1转角误差对转角误差对终端工作台转角精度的影响程终端工作台转角精度的影响程度，称为度，称为误差传递系数。误差传递系数。实际上，所有传动元件的都可实际上，所有传动元件的都可能存在误差，并通过传动链反能存在误差，并通过传动链反映为工件的加工误差。映为工件的加工误差。总的传动链误差总的传动链误差547.2 机械加工精度7.2.2工艺系统几何误差车螺纹传动系统图车螺纹传动系统图 工件导程与丝杠导程的关系可用公式工件导程与丝杠导程的关系可用公式1表示表示557.2 机械加工精度7.2.2工艺系统几何误差o提高传动链传动精度的主要措施提高传动链传动精度的主要措施 尽可能缩短传动链 采用降速传动（即i

34、1） 提高传动元件，尤其是末端传动元件的加工和装配精度。 采用传动误差校正机构以及微机控制的传动误差自动补偿装置等 567.2 机械加工精度7.2.2工艺系统几何误差二二刀具的几何误差刀具的几何误差 刀具几何误差对加工精度的影响随刀具种类的不同而刀具几何误差对加工精度的影响随刀具种类的不同而不同。不同。u采用采用定尺寸刀具定尺寸刀具（如钻头、绞刀、镗刀块、孔拉刀、丝锥、板牙、（如钻头、绞刀、镗刀块、孔拉刀、丝锥、板牙、键槽铣刀）加工时，刀具的尺寸和形状误差将直接影响工件的尺键槽铣刀）加工时，刀具的尺寸和形状误差将直接影响工件的尺寸和形状精度；寸和形状精度；u采用采用成形刀具成形刀具（如成形车刀

35、、成形铣刀、模数铣刀）加工时、刀（如成形车刀、成形铣刀、模数铣刀）加工时、刀具的形状误差将直接决定工件的形状精度；具的形状误差将直接决定工件的形状精度；铣齿加工过程铣齿加工过程u采用采用展成车刀展成车刀（如滚刀、插齿刀、花剑滚刀）加工时，刀具的形（如滚刀、插齿刀、花剑滚刀）加工时，刀具的形状及安装、调整误差影响加工表面的形状精度；状及安装、调整误差影响加工表面的形状精度；滚齿加工过程滚齿加工过程、插齿加工过程插齿加工过程u一般刀具一般刀具（如普通车刀、单刃镗刀、面铣刀、刨刀）的制造误差（如普通车刀、单刃镗刀、面铣刀、刨刀）的制造误差对加工精度没有直接影响。加工大型工件，持续切削时间长的情对加工

36、精度没有直接影响。加工大型工件，持续切削时间长的情况下，需要考虑刀具磨损对加工精度的影响。况下，需要考虑刀具磨损对加工精度的影响。577.2 机械加工精度7.2.2工艺系统几何误差刀具磨损曲线刀具磨损曲线刀具的尺寸磨损与切削路径的关系切削初期（ss0）：刀具磨损较剧烈，0称初期磨损量。正常切削期（s0ssx）:当磨损量达到0以后, 刀刃产生急剧磨损, 以致不能切削, 故在此之前必须磨刀。 切削路程切削路程磨损量磨损量587.2 机械加工精度7.2.2工艺系统几何误差刀具磨损对工件的加工精度的影响：刀具磨损对工件的加工精度的影响： 刀具的磨损，除了对切削性能、加工表面质量有不良影响外，也直接影响

37、加工精度。特别是在加工大型工件时，对工件的尺寸和形状精度影响不可忽视。如车削外圆时，刀具的逐渐磨损会使工件产生锥度误差。597.2 机械加工精度7.2.2工艺系统几何误差三三夹具的几何误差夹具的几何误差 夹具的作用是使工件相对于刀具夹具的作用是使工件相对于刀具和机床占有正确的位置，夹具的几何和机床占有正确的位置，夹具的几何误差对工件的加工精度（特别是位置误差对工件的加工精度（特别是位置精度）有很大影响。精度）有很大影响。 影响工件孔轴线影响工件孔轴线a与底面与底面B间尺寸间尺寸L和平行度的因素有：和平行度的因素有：1.钻套轴线与夹具定位元件支钻套轴线与夹具定位元件支承平面承平面C间的距离和平行

38、度误间的距离和平行度误差；差；2.夹具定位元件支承平面夹具定位元件支承平面C与夹与夹具体底面具体底面d的垂直度误差；的垂直度误差；3.钻套孔的直径误差等。钻套孔的直径误差等。607.2 机械加工精度7.2.2工艺系统几何误差三三夹具的几何误差夹具的几何误差1）定位元件、刀具导向元件、分度机构、夹具体等零件的制造）定位元件、刀具导向元件、分度机构、夹具体等零件的制造误差。误差。2）夹具装配后，以上各种元件工作面间的相对位置误差。）夹具装配后，以上各种元件工作面间的相对位置误差。3）夹具在使用过程中工作表面的磨损。夹具元件磨损将使夹具）夹具在使用过程中工作表面的磨损。夹具元件磨损将使夹具的误差增大

39、。为保证工件加工精度，夹具中的定位元件、导的误差增大。为保证工件加工精度，夹具中的定位元件、导向元件、对刀元件等关键易损元件均需选用高性能耐磨材料向元件、对刀元件等关键易损元件均需选用高性能耐磨材料制造。制造。4)装夹误差：装夹误差包括定位误差和夹紧误差两个部分。装夹误差：装夹误差包括定位误差和夹紧误差两个部分。617.2 机械加工精度7.2.3调整误差1.试切法的误差来源：1）测量误差：由于量具本身的误差、测量方法或以及使用条件的误差(如温度影响、操作者的细致程度)等都会影响读数的准确性，从而产生测量误差。2）加工余量的影响以车外圆为例，精加工时正式切削部分的尺寸比试切部分要小；以车外圆为例

40、，粗加工时正式切削部分的尺寸比试切部分要大；3）微进给误差在试切最后一刀时，总是要调整刀具的径向进给量。这时会出现进给机构的“爬行”现象，结果刀具的实际径向移动比手轮上转动的刻度数要偏大或偏小，造成加工误差。 627.2 机械加工精度7.2.3调整误差精车精车粗车粗车正式切削层厚度比试切部分要大 正式切削层厚度比试切部分要大 637.2 机械加工精度7.2.3调整误差2.调整法的误差来源：1)定程机构误差：在大批大量生产中广泛采用行程挡块、靠模、凸轮等机构来保证加工尺寸。这时候，这些定程机构的制造精度和调整精度，以及与它们配合使用的离合器、电气开关、控制阀等的灵敏度就成为调整误差的主要来源。

41、2)样件或样板的误差 包括样件或样板的制造误差、安装误差和对刀误差。3)测量件数有限造成的误差工艺系统初调好以后，一般要试切几个工件，并以其平均尺寸作为判断调整是否准确的依据。若不准确，还需进一步微调。647.2 机械加工精度7.2.4工艺系统受力变形引起的误差o 机械加工过程中，工艺系统在切削力、夹紧力、传动力、重力和惯性力等外力作用下，会产生变形，破坏刀具和零件之间的正确位置关系，使零件产生加工误差。 657.2 机械加工精度7.2.4工艺系统受力变形引起的误差1.工艺系统刚度 工件加工表面的法向切削分力Fp与工艺系统在该方向上的变形y之间的比值，称为工艺系统刚度。yFkp系注意注意:y是

42、在是在Fp、Fc、Ff同时作用下产生的沿法向同时作用下产生的沿法向的变形的变形. 由于工艺系统中的各个环节在外力作用下都会产生变由于工艺系统中的各个环节在外力作用下都会产生变形形, 故工艺系统沿加工表面法向变形值的总和故工艺系统沿加工表面法向变形值的总和y系统为系统为 工工件件夹夹具具刀刀具具机机床床系系yyyyy667.2 机械加工精度7.2.4工艺系统受力变形引起的误差 根据刚度定义知：根据刚度定义知： ， ， ， 将它们代入上式得将它们代入上式得 可知，可知，工艺系统刚度的倒数等于系统各组成环节刚度工艺系统刚度的倒数等于系统各组成环节刚度的倒数之和的倒数之和。若已知各组成环节的刚度，即可

43、求得工艺。若已知各组成环节的刚度，即可求得工艺系统刚度。系统刚度。工艺系统刚度主要取决于薄弱环节的刚度工艺系统刚度主要取决于薄弱环节的刚度。工工件件夹夹具具刀刀具具机机床床系系kkkkk11111工工件件工工件件yFkp/机机床床机机床床yFkp/刀刀具具刀刀具具yFkp/夹夹具具夹夹具具yFkp/677.2 机械加工精度7.2.4工艺系统受力变形引起的误差工艺系统刚度的计算工艺系统刚度的计算工件、刀具的刚度可按材料力学进行计算；工件、刀具的刚度可按材料力学进行计算；夹具一般总是固定在机床上使用，可视为机床夹具一般总是固定在机床上使用，可视为机床的一部分；的一部分； 机床由许多零部件组成，其刚

44、度迄今尚无合机床由许多零部件组成，其刚度迄今尚无合适的计算方法，目前主要通过实验方法来测量适的计算方法，目前主要通过实验方法来测量机床部件刚度。静测定法是一种最简单的测定机床部件刚度。静测定法是一种最简单的测定方法。方法。687.2 机械加工精度7.2.4工艺系统受力变形引起的误差2.机床部件静刚度的测定机床部件静刚度的测定主主2yFpk主轴箱刚度：尾座刚度：尾尾2yFpk刀架刚度：pFyk刀架刀架697.2 机械加工精度7.2.4工艺系统受力变形引起的误差车床刀架部件的刚度曲线车床刀架部件的刚度曲线 刚度曲线非直线刚度曲线非直线, 说明不纯为弹性说明不纯为弹性变形变形, 存在塑性变形；存在塑

45、性变形； 加载与卸载曲线不重合加载与卸载曲线不重合, 有能量损有能量损耗，加载曲线与卸载曲线所围成的耗，加载曲线与卸载曲线所围成的面积为克服摩擦和塑性变形的所做面积为克服摩擦和塑性变形的所做的功；的功； 初次加载，卸载曲线不能回到坐标初次加载，卸载曲线不能回到坐标原点。说明有残余变形存在。经多原点。说明有残余变形存在。经多次加载卸载以后，残余变形才逐渐次加载卸载以后，残余变形才逐渐减小到零。加载卸载曲线的起点重减小到零。加载卸载曲线的起点重合合 实测值比想象的要小的多实测值比想象的要小的多. 707.2 机械加工精度7.2.4工艺系统受力变形引起的误差3. 影响机床部件刚度的因素接触变形接触变

46、形: 接触表面都有粗糙度接触表面都有粗糙度, 实际接触是实际接触是“峰峰”与与“峰峰”间的接触间的接触, 在力的作用下在力的作用下, 即有弹性变形又有塑性即有弹性变形又有塑性变形变形, 但经过多次加载与卸载后基本趋于稳定但经过多次加载与卸载后基本趋于稳定, 从而从而曲线基本重合；曲线基本重合；薄弱环节：薄弱环节： 串联系统的刚度取决于薄弱环节串联系统的刚度取决于薄弱环节, 刀架上的用于刀架上的用于调整间隙的楔铁调整间隙的楔铁(薄而长薄而长), 不受力时发生扭曲变形不受力时发生扭曲变形, 受受力后消除力后消除, 力去掉后又恢复力去掉后又恢复717.2 机械加工精度7.2.4工艺系统受力变形引起的

47、误差 间隙的影响间隙的影响: : 在实际加工中若仅是单向受力在实际加工中若仅是单向受力, , 零件间的间零件间的间隙对部件刚度没有什么影响隙对部件刚度没有什么影响. . 若用镗头或行星式若用镗头或行星式磨头加工孔时磨头加工孔时, , 刀杆受力方向经常改变刀杆受力方向经常改变, , 则间隙则间隙引起的变形对加工精度有着较大的影响引起的变形对加工精度有着较大的影响. . 不过不过, , 机床在运转过程中机床在运转过程中, , 随着零件的温升随着零件的温升, , 连接面间连接面间的间隙逐渐减小会使刚度增大的间隙逐渐减小会使刚度增大. . 727.2 机械加工精度7.2.4工艺系统受力变形引起的误差

48、摩擦力的影响 在加载时零件接触面间的摩擦力阻止变形的增加, 卸载时摩擦力阻止变形的回复. 这也是图中加载、卸载曲线不一致的原因之一737.2 机械加工精度7.2.4工艺系统受力变形引起的误差4.工艺系统刚度对加工精度的影响一切削力作用点变化引起的误差二切削力变化引起的误差三夹紧变形引起的误差四其他作用力的影响（如重力、惯性力、传动力等）747.2 机械加工精度7.2.4工艺系统受力变形引起的误差一切削力作用点变化引起的误差 在机械加工过程中，工艺系统的刚度随着切削力作用位置的变化而变化，刚度的变化使得工艺系统变形产生原始误差，最终产生工件的加工误差。757.2 机械加工精度7.2.4工艺系统受

49、力变形引起的误差 以在车床顶尖间加工光轴为例，可按下面三种情况来讨论：1）只考虑机床变形引起的加工误差2）只考虑工件变形引起的加工误差3）机床变形和工件变形共同引起的加工误差767.2 机械加工精度7.2.4工艺系统受力变形引起的误差1）机床变形引起的加工误差假设条件： 工件粗而短，其受力变形量可以略而不计； 车刀悬伸也很短，受力后的弯曲变形在法向的分量也可忽略不计； 假定工件的加工余量均匀，加工过程中的切削力保持不变，即刀架的变形保持不变。777.2 机械加工精度7.2.4工艺系统受力变形引起的误差机床变形对加工精度的影响22pxLxk1LxLk1k1Fyyy尾主刀架刀架系对上式求导，就可求

50、得ymin。另=K主/k尾，当x=L/（1+）时得ymin鞍形787.2 机械加工精度7.2.4工艺系统受力变形引起的误差【例7-1】经测试某车床的k主=300000N/mm，k尾 =56600 N/mm，k刀架 =30000 N/mm，在加工长度为 L的刚性轴时，径向切削分力 ，计算该轴加工后的圆柱度误差。 解：x0ll/2/mm0.01470.02040.01540.0144变形大的地方，从工件上切去的金属层薄；变形小的地方，切去的金属层厚。因此，机床受力变形使加工出来的工件产生两端粗、中间细的马鞍形圆柱度误差，误差大小为系max系min (0.02040.0144)0.006mm400N

51、yF )1/(l797.2 机械加工精度7.2.4工艺系统受力变形引起的误差2）工件变形引起的加工误差假设条件：工件为细长轴，刚度较差；机床和刀具的变形可忽略。变形量可用公式计算：求导知EIlxxl3Fyy22p工系0yyl0）系（）系（16lyy4max2/ l）系（）系（工件加工后呈鼓形807.2 机械加工精度7.2.4工艺系统受力变形引起的误差3）机床变形和工件变形共同引起的加工误差 3EILxx-LLxk1LxLk1k1Fyyyy2222px）（尾主刀架工刀架系 在测出车床头架、尾座和刀架的平均刚度，并确定了工件的材料与尺寸时，已知刀具的几何角度、切削用量等参数，可确定切削力Fp时，即

52、可估算不同x值处工件半径尺寸的变化，求出工件加工后的圆柱度误差。 817.2 机械加工精度7.2.4工艺系统受力变形引起的误差二切削力变化引起的误差 在加工过程中，由于工件的加工余量发生变化、工件材质不均匀等因素引起切削力变化，使工艺系统发生变形，从而产生加工误差。 ap1:长轴的背吃刀量 ap2:短轴的背吃刀量 y1:对长轴的让刀量 y2:对短轴的让刀量827.2 机械加工精度7.2.4工艺系统受力变形引起的误差误差复映由于毛坯存在圆度误差毛= ap1- ap2，引起工件的圆度误差工= 1- 2 ，这种现象称为毛坯误差复映。 工与毛之比称为误差复映系数。毛工837.2 机械加工精度7.2.4

53、工艺系统受力变形引起的误差误差复映系数由工艺系统刚度的定义知： 由切削原理知： 一次进给加工中，工件硬度、进给量及其他切削条件设为不变，即：系系工KFKFyy21yy21p2p1yyaakFF21系nxpyypHBafCF CHBfCnyy847.2 机械加工精度7.2.4工艺系统受力变形引起的误差误差复映系数C为常数，在车削加工中，x1，所以： 即 因为y1，y2远小于ap1，ap2，所以： 所以pxppCaCaF)yC(aF1p1p1系系kCaakaaCp2p1p2p1)yC(aF2p2p2y1y1CaF y2y2CaF857.2 机械加工精度7.2.4工艺系统受力变形引起的误差几点说明：

54、1. 与工艺系统刚度成反比；2. 多次进给时，总的复映系数3. 由于y总是小于ap，所以小于1，多次走刀可很小；由于毛坯误差引起的加工误差可降到允许的范围内；4. 采用调整法加工时，由于每件毛坯的加工余量都不一样，误差复映后的加工误差也不一样，造成了一批工件“尺寸分散”。n21总867.2 机械加工精度7.2.4工艺系统受力变形引起的误差【练习7-6】 已知一工艺系统的误差复映系数为0.25，工件在本工序前有圆度误差0.45mm，若本工序形状精度规定允许误差0.01mm，问至少走刀几次才能使形状精度合格？解：mm125.105.40*5.201毛28mm0 . 05.1120*5.2012mm

55、007. 0280 . 0*5.2023走刀3次877.2 机械加工精度7.2.4工艺系统受力变形引起的误差三夹紧力引起的误差工件在夹紧过程中，如果刚度较低或夹紧力着力点不当，会使工件产生变形，造成加工误差。887.2 机械加工精度7.2.4工艺系统受力变形引起的误差四其他作用力的影响 重力 惯性力 传动力 897.2 机械加工精度7.2.4工艺系统受力变形引起的误差5. 减小工艺系统受力变形的途径 提高工艺系统刚度1）提高工件和刀具的刚度2）提高机床刚度3）采用合理的装卡和加工方式 减小切削力及其变化 合理选择刀具参数（增大前角、主偏角）和切削用量。907.2 机械加工精度7.2.5工艺系统

56、受热变形引起的误差工艺系统热变形对加工精度的影响比较大，特别是在精密加工和大件加工中，热变形所引起的加工误差有时可占总误差的40%70%一、工艺系统的热源（1）内部热源1）切削热2）磨擦热和能量损耗 3）派生热源 （2）外部热源 1）环境温度 2）辐射热917.2 机械加工精度7.2.5工艺系统受热变形引起的误差1）切削热切削热是切削加工过程中最主要的热源，它对工件加工精度的影响最为直接。在切削过程中，消耗于切削的弹、塑性变形及刀具与工件、切屑之间摩擦的能量，绝大部分转化为切削热。这些切削热将传入工件、刀具、切屑和周围介质。 车削切削热的分配示意图 927.2 机械加工精度7.2.5工艺系统受

57、热变形引起的误差2）磨擦热和能量损耗工艺系统中的摩擦热，是因为机床运动副（如齿轮副、轴承副、导轨副、丝杠螺母副、离合器等）相对运动而产生的。机床动力装置（如电动机、液压马达等）工作时因能量损耗而发热。尽管这部分热比切削热少，但是它们有时会使工艺系统的某个关键部位产生较大的变形，破坏工艺系统原有的精度。3）派生热源工艺系统内部的部分热量通过切屑、切削液、润滑液等带到机床其它部位，使工艺系统产生热变形，这部分热量成为派生热。937.2 机械加工精度7.2.5工艺系统受热变形引起的误差二、工件热变形对加工精度的影响 工件热变形的热源主要是切削热，对有些大型件、精密件，环境温度也有很大的影响。传入工件

58、的热量越多、工件的质量越小则热变形越大。 1.工件均匀受热 工件热变形量： LL式中：L-工件热变形方向的尺寸（mm） -工件的热膨胀系数（1/C） -工件的平均温升（ C ）947.2 机械加工精度7.2.5工艺系统受热变形引起的误差例：在磨削400mm长刚制丝杠的螺扣时，若被磨丝杠的温度比机床母丝杠高1 oC，且已知被磨丝杠的热膨胀系数=1.17X10-5，求被磨丝杠的热变形量。解：而5级精度丝杠的螺距累积误差在400mm长度上不允许超过5um。如果温度在升高一点这个丝杠就变成废品了。由此可见热变形对精密加工的影响很大。68um. 400468mm. 01400101.17tLL-5957

59、.2 机械加工精度7.2.5工艺系统受热变形引起的误差2.工件不均匀受热 L-工件长度； H-工件厚度8HLf2967.2 机械加工精度7.2.5工艺系统受热变形引起的误差三、刀具热变形对加工精度的影响o 主要热源是切削热。刀头体积小主要热源是切削热。刀头体积小,热容量小，温度高热容量小，温度高, 局部局部温度可达温度可达1000摄氏度以上摄氏度以上.o 粗加工时粗加工时, 刀具热变形量可达刀具热变形量可达0.030.05mm, 对加工对加工精度影响一般可以不考虑精度影响一般可以不考虑. o 间断切削时间断切削时, 刀具有短暂的冷却时间刀具有短暂的冷却时间, 热变形量还要小一热变形量还要小一些

60、些. o 但在车削长轴时但在车削长轴时, 刀具的热伸长刀具的热伸长, 会使工件产生锥度误差会使工件产生锥度误差. 971. 刀具热变形量在切削初期刀具热变形量在切削初期增加很快增加很快,随后较为缓慢随后较为缓慢,然后然后便趋于热平衡状态便趋于热平衡状态, 此后此后, 热热变形量的变化就很小变形量的变化就很小.2.3.7.2 机械加工精度7.2.5工艺系统受热变形引起的误差三、刀具热变形对加工精度的影响12 10987.2 机械加工精度7.2.5工艺系统受热变形引起的误差四、机床热变形对加工精度的影响 使机床产生热变形的热源主要是使机床产生热变形的热源主要是摩擦热摩擦热、传动热传动热和和外界热源