第四章机械加工精度

1、第四章第四章 机械加工质量机械加工质量 生产任何一种机械产品，都要求在保证质量的前提下，生产任何一种机械产品，都要求在保证质量的前提下，做到高效率、低消耗。做到高效率、低消耗。产品的质量是第一位的，产品的质量是第一位的，没有质量，没有质量，高效率、低成本就失去了意义。高效率、低成本就失去了意义。产品质量是指用户对产品的产品质量是指用户对产品的满意程度。满意程度。 它有三层含意：一是产品的设计质量；二是产品的它有三层含意：一是产品的设计质量；二是产品的制造质量；三是服务。制造质量；三是服务。 以往强调较多的往往是制造质量，现代的质量观，以往强调较多的往往是制造质量，现代的质量观，主要站在用户的立

2、场上衡量。主要站在用户的立场上衡量。 当今，服务也占据越来越重要的地位。当今，服务也占据越来越重要的地位。 4.1 4.1 机械加工质量概述机械加工质量概述 产品的制造质量主要与零件制造质产品的制造质量主要与零件制造质量、产品的装配质量有关，零件的制造量、产品的装配质量有关，零件的制造质量是保证产品质量的基础。质量是保证产品质量的基础。 零件的机械制造质量包括零件的机械制造质量包括零件几何零件几何精度精度和零件表面层的和零件表面层的物理机械性能（材物理机械性能（材料力学性能）料力学性能）两个方面。两个方面。 零件的零件的几何误差几何误差包括尺寸误差、几何形状包括尺寸误差、几何形状误差和位置误差

3、。几何形状误差又可分为宏观误差和位置误差。几何形状误差又可分为宏观几何形状误差、波度和微观几何形状误差，参几何形状误差、波度和微观几何形状误差，参见图见图1 1。 图图1 1 微观几何形状误差、波度与宏观几何形状误差微观几何形状误差、波度与宏观几何形状误差 表面粗糙度表面粗糙度是加工表面的微观几何形状误差，其波是加工表面的微观几何形状误差，其波距距 (L(L3 3) ) 与波高与波高 (H(H3 3) ) 之比一般小于之比一般小于5050。 波距波距 (L(L2 2) ) 与波高与波高 (H(H2 2) ) 之比在之比在501000501000范围内的几范围内的几何形状误差，称为何形状误差，称

4、为波度波度。 波距波距 (L(L1 1) ) 与波高与波高 (H(H1 1) ) 之比大于之比大于10001000的几何形状误的几何形状误差，称为差，称为宏观几何形状误差宏观几何形状误差。 零件表面层物理机械性能方面的质量主要零件表面层物理机械性能方面的质量主要是指表面层材料的冷作硬化、金相组织的变化、是指表面层材料的冷作硬化、金相组织的变化、残余应力。残余应力。 本章将机械制造质量分成加工精度和表面本章将机械制造质量分成加工精度和表面质量两个方面来研究。前者包括尺寸精度、宏质量两个方面来研究。前者包括尺寸精度、宏观几何形状精度和位置精度；后者包括表面粗观几何形状精度和位置精度；后者包括表面粗

5、糙度、波度和表面层材料物理机械性能。糙度、波度和表面层材料物理机械性能。 4.1.14.1.1机械加工误差与机械加工精度机械加工误差与机械加工精度1.1.加工精度与加工误差加工精度与加工误差 所谓所谓加工精度加工精度是指零件加工后的实际是指零件加工后的实际几何参数与理想几何参数的符合程度。几何参数与理想几何参数的符合程度。 零件加工后的实际几何参数对理想几零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度，称为何参数的偏离程度，称为加工误差加工误差。只要求满足规定的公差要求即可。只要求满足规定的公差要求即可。 有关加工精度与加工误差的理解，应注意以下有关加工精度与加工误差的理解，应注意以下几个方

6、面内容：几个方面内容： (1) “(1) “理想几何参数理想几何参数”的正确含义即，对于尺寸是的正确含义即，对于尺寸是图纸规定尺寸的平均值；对于形状和位置，则是绝图纸规定尺寸的平均值；对于形状和位置，则是绝对正确的形状和位置，如绝对的圆和绝对的平行等对正确的形状和位置，如绝对的圆和绝对的平行等等。等。 (2) (2) 加工精度是由零件图纸或工艺文件以公差加工精度是由零件图纸或工艺文件以公差T T给给定的，而加工误差则是零件加工后的实际测得的偏定的，而加工误差则是零件加工后的实际测得的偏离值离值。一般说，当。一般说，当 T T时，就保证了加工精度。时，就保证了加工精度。 一批零件的加工误差是指一

7、批零件加工后一批零件的加工误差是指一批零件加工后, ,其几何其几何参数的分散范围。参数的分散范围。(3)(3)零件三个方面的几何参数，就是加工精度和加零件三个方面的几何参数，就是加工精度和加工误差的三个方面的向容。即，加工精度包括工误差的三个方面的向容。即，加工精度包括尺寸精度尺寸精度、形状精度形状精度 和和位置精度位置精度。 在精密加工中，形状精度往往占主导地位。在精密加工中，形状精度往往占主导地位。三者之间的关系：三者之间的关系：（1 1）当尺寸精度要求高时，相应的位置精度和形状精度也要）当尺寸精度要求高时，相应的位置精度和形状精度也要求高。形状公差应限制在位置公差内，位置公差应限制在尺求

8、高。形状公差应限制在位置公差内，位置公差应限制在尺寸公差内。寸公差内。（2 2）当形状精度要求高时，相应的位置精度和尺寸精度不）当形状精度要求高时，相应的位置精度和尺寸精度不一定要求高。一定要求高。加工精度与加工成本和生产效率的关系加工精度与加工成本和生产效率的关系一般地，加工精度要求一般地，加工精度要求 ，加工成本，加工成本 ，生产效率，生产效率 。研究加工精度的目的研究加工精度的目的 研究加工精度的目的、就是弄清各种原始误差对加工精研究加工精度的目的、就是弄清各种原始误差对加工精度影响的规律，掌握控制加工误差的方法，以获得预期的加度影响的规律，掌握控制加工误差的方法，以获得预期的加工精度，

9、必要时能指出进一步提高加工精度的途径。工精度，必要时能指出进一步提高加工精度的途径。研究加工精度的方法研究加工精度的方法因素分析法统计分析法 在实际生产中，常常结合起来应用。一是在实际生产中，常常结合起来应用。一是先用统计分析法寻找误差的出现规律，初先用统计分析法寻找误差的出现规律，初步判断产生加工误差的可能原因，然后运步判断产生加工误差的可能原因，然后运用单因素分析法进行分析、试验，以便迅用单因素分析法进行分析、试验，以便迅速、有效地找出影响加工精度的主要原因。速、有效地找出影响加工精度的主要原因。 4.1.2表面层金属的力学物理性能和化学性能表面层金属的力学物理性能和化学性能 1)表面层金

10、属的冷作硬化表面层金属的冷作硬化 2)表面层金属的金相组织表面层金属的金相组织 3)表面层金属的残余应力表面层金属的残余应力 二、加工表面质量对机器零件使用性能的影响（一）表面质量对耐磨性的影响 1表面粗糙度对耐磨性的影响 一般说来，表面粗糙度值越小，其耐磨性越好。但是表面粗糙度值太小，因接触面容易发生分子粘接，且润滑液不易储存，磨损反而增加。因此，就磨损而言，存在一个最优表面粗糙度值。 2.2.表面纹理对耐磨性的影响表面纹理对耐磨性的影响 一般来说，圆弧状、凹坑状表面纹理的耐磨性好；一般来说，圆弧状、凹坑状表面纹理的耐磨性好；尖峰状的表面纹理由于摩擦副接触面压强大，耐磨性较差。尖峰状的表面纹

11、理由于摩擦副接触面压强大，耐磨性较差。 在运动副中，两相对运动零件表面的刀纹方向均与在运动副中，两相对运动零件表面的刀纹方向均与运动方向相同时，耐磨性较好；两者的刀纹方向均与运动运动方向相同时，耐磨性较好；两者的刀纹方向均与运动方向垂直时，耐磨性最差。方向垂直时，耐磨性最差。 3 3冷作硬化对耐磨性的影响冷作硬化对耐磨性的影响 一般都能使耐磨性有所提高。一般都能使耐磨性有所提高。 但并不是冷作硬化的程度越高，但并不是冷作硬化的程度越高，耐磨性越高耐磨性越高（二）表面质量对耐疲劳性的影响（二）表面质量对耐疲劳性的影响1 1表面粗糙度对耐疲劳性的影响表面粗糙度对耐疲劳性的影响 表面粗糙度值越小，表

12、面缺陷越少，工件耐疲劳性越好；反之，表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲劳性越好；反之，加工表面越粗糙，表面的纹痕越深，纹底半径越小，其抵抗疲劳破坏加工表面越粗糙，表面的纹痕越深，纹底半径越小，其抵抗疲劳破坏的能力越差。的能力越差。 表面粗糙度对耐疲劳性的影响还与材料对应力集中的敏感程度和表面粗糙度对耐疲劳性的影响还与材料对应力集中的敏感程度和材料的强度极限有关材料的强度极限有关 。钢对应力集中最为敏感，铸铁和有色金属对。钢对应力集中最为敏感，铸铁和有色金属对应力集中的敏感性较弱。应力集中的敏感性较弱。 2 2表面层金属的力学物理性质对耐疲劳性的影响表面层金属的力学物理性质对耐疲劳性的影响

13、1 1）表面层金属的冷作硬化的影响：）表面层金属的冷作硬化的影响： 能够阻止疲劳裂纹的生长，可提高能够阻止疲劳裂纹的生长，可提高零件的耐疲劳强度。零件的耐疲劳强度。2 2）表面层金属的残余应力的影响：）表面层金属的残余应力的影响： 拉伸残余应力将使耐疲劳强度下降；拉伸残余应力将使耐疲劳强度下降；压缩残余应力则可使耐疲劳强度提高。压缩残余应力则可使耐疲劳强度提高。 （三）表面质量对耐蚀性的影响（三）表面质量对耐蚀性的影响 1 1表面粗糙度的影响表面粗糙度的影响 ：表面粗糙度值越大，加工表面与气：表面粗糙度值越大，加工表面与气体、液体接触的面积越大，腐蚀物质越容易沉积于凹玩中，体、液体接触的面积越

14、大，腐蚀物质越容易沉积于凹玩中，耐蚀性能就越差。耐蚀性能就越差。 2 2表面层力学物理性质的影响：零件表面层有残余压应力表面层力学物理性质的影响：零件表面层有残余压应力时，能够阻止表面裂纹的进一步扩大，有利于提高零件表时，能够阻止表面裂纹的进一步扩大，有利于提高零件表面抵抗腐蚀的能力。面抵抗腐蚀的能力。 （四）表面质量对零件配合质量的影响（四）表面质量对零件配合质量的影响 1 1、 对于间隙配合表面对于间隙配合表面 ：原有间隙将因急剧的初期磨损而：原有间隙将因急剧的初期磨损而改变，表面粗糙度越大，变化量就越大，从而从而影响配合改变，表面粗糙度越大，变化量就越大，从而从而影响配合的稳定性。的稳定

15、性。 2 2、对于过盈配合表面：表面粗糙度越大，两表面相配合时、对于过盈配合表面：表面粗糙度越大，两表面相配合时表面凸峰易被挤掉，这会使过盈量减少，影响配合的可靠性。表面凸峰易被挤掉，这会使过盈量减少，影响配合的可靠性。 机械加工精度取决于由机床、刀具、夹具和工件机械加工精度取决于由机床、刀具、夹具和工件构成的构成的机械加工工艺系统。机械加工工艺系统。 机械加工工艺系统的误差称为机械加工工艺系统的误差称为原始误差。原始误差。原始误原始误差通过刀具刀尖差通过刀具刀尖-工件之间的运动轨迹直接影响机工件之间的运动轨迹直接影响机械加工精度。械加工精度。4.1.34.1.3机械加工工艺系统的原始误差机械

16、加工工艺系统的原始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态有关的原始误差(几何误差几何误差)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)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误差机床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静止状态下工件相对于刀具静止状态下的误差的误差工件相对于工件相对于刀具运动状刀具运动状态下的误差态下的误差主轴回转误差主轴回转误差导

17、轨导向误差导轨导向误差传动误差传动误差4.1.4 4.1.4 误差的敏感方向误差的敏感方向 加工误差一般在工序尺寸方向测量。当加工误差一般在工序尺寸方向测量。当原始误差方向与工序尺寸方向一致时，原始误差方向与工序尺寸方向一致时，其对加工精度的影响最大，这个方向称其对加工精度的影响最大，这个方向称为为误差的敏感方向误差的敏感方向。 例：例：外圆车削外圆车削 原始误差方向为原始误差方向为加工加工表面法线方向表面法线方向时时(=0)，加工误差最，加工误差最大，此为加工误差的大，此为加工误差的敏感方向。敏感方向。 当原始误差的方向恰为加工表面的法向方当原始误差的方向恰为加工表面的法向方向向(0)时，引

18、起的加工误差最大；时，引起的加工误差最大； 当原始误差的方向恰为加工表面的切线方向当原始误差的方向恰为加工表面的切线方向(90)引起的加工误差最小。引起的加工误差最小。 把对加工精度影响最大的那个方向称为误差的敏把对加工精度影响最大的那个方向称为误差的敏感方向，对加工精度影响最小的那个方向则称为误差感方向，对加工精度影响最小的那个方向则称为误差的不敏感方向。的不敏感方向。 4.15 机械加工精度获得的方法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再试切，反复进行到工件尺寸达到规定试切，反复进行到工件尺寸达到规定要求为止要求为止 调整法调整法：先调整好

19、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，以保证工件被加工尺寸 定尺寸刀具法定尺寸刀具法：通过刀具的相应尺寸保证加工表面的尺寸精度 主动测量法主动测量法：边加工边测量加工尺寸，并将所测结果与设计尺寸比较，将测量装置纳入工艺系统 自动控制法自动控制法：将测量、进给装置和控制系统组成一个自动加工系统，通过自动测量和数字控制装置，在达到尺寸精度后，由控制系统自动控制机床加工获得形状精度的方法获得形状精度的方法 刀尖轨迹法刀尖轨迹法：通过刀尖运动的轨迹来获得形状精度的方法 仿形法仿形法：刀具依照仿形装置进给获得工件形状精度的方法 成形法成形法：利用成形刀具对工件加工获得形

20、状精度的方法 展成法展成法：利用工件和刀具的展成切削运动进行加工的方法获得位置精度的方法获得位置精度的方法 直接找正定位法直接找正定位法：用划针或百分表直接在机床上找正工件位置 划线找正定位法划线找正定位法：先按零件图在毛坯上划好线，再以所的划线为基准找正它在机床的位置 夹具定位法夹具定位法：在机床上安装好夹具，工件放在夹具中定位 机床控制法机床控制法：利用机床的相对位置精度保证位置精度第一节第一节 机械加工精度机械加工精度（二）加工经济精度（二）加工经济精度 由于在加工过程中有很多因素影响由于在加工过程中有很多因素影响加工精度，所以同一种加工方法在不同加工精度，所以同一种加工方法在不同的工作

21、条件下所能达到的精度是不同的。的工作条件下所能达到的精度是不同的。 加工经济精度加工经济精度指的是，在正常加工指的是，在正常加工条件下所能保证的加工精度。条件下所能保证的加工精度。 某种加工方法的加工经济精度应理某种加工方法的加工经济精度应理解为一个范围解为一个范围。 第一节第一节 机械加工精度机械加工精度 加工误差加工误差与加工成本与加工成本C C成反比关系。成反比关系。用同一种加用同一种加工方法，如工方法，如欲获得较高欲获得较高的精度的精度 ，成，成本就要提高；本就要提高；反之亦然。反之亦然。 图图5-2 5-2 加工成本与加加工成本与加工误差之间的关系工误差之间的关系 机械加工精度取决于

22、由机床、刀具、夹具和工件机械加工精度取决于由机床、刀具、夹具和工件构成的机械加工工艺系统。构成的机械加工工艺系统。 机械加工工艺系统的误差称为原始误差。原始误机械加工工艺系统的误差称为原始误差。原始误差通过刀具刀尖差通过刀具刀尖- -工件之间的运动轨迹直接影响机工件之间的运动轨迹直接影响机械加工精度。械加工精度。4.1.3 4.1.3 机械加工工艺系统的原始误差机械加工工艺系统的原始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态有关的原始误差(几何误差几何误差)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)原理误差原理误差定位误差定位误差调整误差调整误

23、差刀具误差刀具误差夹具误差夹具误差机床误差机床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静止状态下的工件相对于刀具静止状态下的误差误差工件相对于工件相对于刀具运动状刀具运动状态下的误差态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第一节第一节 机械加工精度机械加工精度 但上述关系只是在一定范围内才比但上述关系只是在一定范围内才比较明显，如图较明显，如图5-25-2中之中之ABAB段。而段。而A A点左侧点左侧之曲线几乎与

24、纵坐标平行，即使成本提之曲线几乎与纵坐标平行，即使成本提高的很多，但精度提高得却很少乃至不高的很多，但精度提高得却很少乃至不能提高。相反，能提高。相反，B B点右侧曲线几乎与横坐点右侧曲线几乎与横坐标平行，即使工件精度要求很低，也必标平行，即使工件精度要求很低，也必须耗费一定的最低成本。须耗费一定的最低成本。 第一节第一节 机械加工精度机械加工精度（三）原始误差（三）原始误差 由机床、夹具、刀具和工件组成的由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺系统机械加工工艺系统 会有各种各样的误差会有各种各样的误差产生，这些误差在各种不同的具体工作条产生，这些误差在各种不同的具体工作条件下都会以各种不同

25、的方式件下都会以各种不同的方式 反映为工件反映为工件的加工误差。工艺系统的误差是的加工误差。工艺系统的误差是“因因”，是根源；工件的加工误差是是根源；工件的加工误差是 “ “果果”，是，是表现；因此，我们把工艺系统的误差称为表现；因此，我们把工艺系统的误差称为原始误差原始误差。 第一节第一节 机械加工精度机械加工精度 主要有：工艺系统的几何误差、定位主要有：工艺系统的几何误差、定位误差、工艺系统的受力变形引起的加工误差、工艺系统的受力变形引起的加工误差、工艺系统的受热变形引起的加工误差、工艺系统的受热变形引起的加工误差、工件内应力重新分布引起的变形误差、工件内应力重新分布引起的变形以及原理误差

26、、调整误差、测量误差。以及原理误差、调整误差、测量误差。 加工原理误差是由于在机械加工中，采加工原理误差是由于在机械加工中，采用了近似的加工运动或形状近似的刀具用了近似的加工运动或形状近似的刀具廓形而产生的误差。廓形而产生的误差。 (1). 采用了近似的加工运动方法所造成的采用了近似的加工运动方法所造成的误差误差 (2). 采用了形状近似的刀具所造成的误差采用了形状近似的刀具所造成的误差 (1). 采用了近似的加工运动方法所造成的误差采用了近似的加工运动方法所造成的误差 例如，用展成法切削齿轮，当用滚刀切削齿轮例如，用展成法切削齿轮，当用滚刀切削齿轮时，是利用展成原理，由于滚刀的刀刃数有限，时

27、，是利用展成原理，由于滚刀的刀刃数有限，所切成的齿形，不是光滑的渐开线，而是一条所切成的齿形，不是光滑的渐开线，而是一条接近于光滑渐开线的折线，故用接近于光滑渐接近于光滑渐开线的折线，故用接近于光滑渐开线的折线来代替理想光滑的渐开线就产生了开线的折线来代替理想光滑的渐开线就产生了原理误差。原理误差。 再如，车削或磨削模数蜗杆，其导程再如，车削或磨削模数蜗杆，其导程t=m，其中其中m是模数，而是模数，而是无理数，在选用配换齿是无理数，在选用配换齿轮时，只能将轮时，只能将化成近似的分数来进行计算，化成近似的分数来进行计算，采用了近似的传动比，即采用了近似的成形运采用了近似的传动比，即采用了近似的成

28、形运动，从而产生了原理误差。动，从而产生了原理误差。 (2). 采用了形状近似的刀具所造成的误差采用了形状近似的刀具所造成的误差 例如滚齿时，滚刀应由渐开线基本蜗杆例如滚齿时，滚刀应由渐开线基本蜗杆来制造，而在生产实际中，为使滚刀制来制造，而在生产实际中，为使滚刀制造方便，故采用阿基米德蜗杆来代替，造方便，故采用阿基米德蜗杆来代替，即采用了近似的刀具轮廓，这时用阿基即采用了近似的刀具轮廓，这时用阿基米德滚刀来滚切齿轮，就产生了原理误米德滚刀来滚切齿轮，就产生了原理误差。差。 第一节第一节 机械加工精度机械加工精度 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工艺系统静误

29、差静误差和工艺系统和工艺系统动误差动误差。 如果按加工工作进程划分为，工艺如果按加工工作进程划分为，工艺系统的原始误差又可划分为加工前就存系统的原始误差又可划分为加工前就存在的、加工进行中产生的和加工后才出在的、加工进行中产生的和加工后才出现的三类。现的三类。 第一节第一节 机械加工精度机械加工精度4.4.误差敏感方向误差敏感方向 工艺系统的原始误差使工件与工艺系统的原始误差使工件与刀刃间的相对位置改变时引起了加刀刃间的相对位置改变时引起了加工误差。加工误差的大小，则决定工误差。加工误差的大小，则决定于原始误差的大小和方向。于原始误差的大小和方向。 第一节第一节 机械加工精度机械加工精度由由

30、Y 引起的加工误差引起的加工误差第一节第一节 机械加工精度机械加工精度z图图5-3 5-3 由由 引起的加工引起的加工误差误差第一节第一节 机械加工精度机械加工精度 由此可见，原始误差所引起的刀刃由此可见，原始误差所引起的刀刃与工件间的相对位移，如果产生在加工与工件间的相对位移，如果产生在加工表面的法线方向，则对加工误差有直接表面的法线方向，则对加工误差有直接的影响；如果产生在加工表面的切线方的影响；如果产生在加工表面的切线方向上，就可以忽略不计。我们把加工表向上，就可以忽略不计。我们把加工表面的法向称之为面的法向称之为误差的敏感方向误差的敏感方向。 在无特殊说明的情况下，在无特殊说明的情况下

31、，Y Y向为误差向为误差敏感方向，敏感方向，Z Z向则为误差非敏感方向。向则为误差非敏感方向。第一节第一节 机械加工精度机械加工精度5.5.研究机械加工精度的方法研究机械加工精度的方法 主要有分析计算法和统计分析法。主要有分析计算法和统计分析法。 分析计算法分析计算法是在掌握各原始误差对是在掌握各原始误差对加工精度影响规律的基础上，分析工件加工精度影响规律的基础上，分析工件加工中所出现的误差可能是哪一个或哪加工中所出现的误差可能是哪一个或哪几个主要原始误差所引起的，并找出原几个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影响关系，进始误差与加工误差之间的影响关系，进而通过估算来确定工件

32、的加工误差的大而通过估算来确定工件的加工误差的大小，再通过试验测试来加以验证。小，再通过试验测试来加以验证。第一节第一节 机械加工精度机械加工精度 统计分析法统计分析法 ：对具体加工条件下加：对具体加工条件下加工得到的几何参数进行实际测量，然后工得到的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律行分析处理，找出工件加工误差的规律和性质，进而控制加工质量。和性质，进而控制加工质量。第一节第一节 机械加工精度机械加工精度 对比：对比：分析计算法分析计算法主要是在对单项主要是在对单项原始误差进行分析计算的基础上进行的

33、，原始误差进行分析计算的基础上进行的，统计分析法统计分析法则是对有关的原始误差进行则是对有关的原始误差进行综合分析的基础上进行的。综合分析的基础上进行的。分析计算法分析计算法主要是分析各项误差单独的变化规律；主要是分析各项误差单独的变化规律；统计分析法统计分析法主要是研究各项误差综合时主要是研究各项误差综合时变化规律，只适用于大批大量的生产条变化规律，只适用于大批大量的生产条件。件。第一节第一节 机械加工精度机械加工精度 两种方法常常结合起来应用，可两种方法常常结合起来应用，可先用统计分析法寻找加工误差产生的先用统计分析法寻找加工误差产生的规律，初步判断产生加工误差的可能规律，初步判断产生加工

34、误差的可能原因；然后运用计算分析法进行分析、原因；然后运用计算分析法进行分析、试验，找出影响工件加工精度的主要试验，找出影响工件加工精度的主要原因。原因。第一节第一节 机械加工精度机械加工精度二、工艺系统几何误差二、工艺系统几何误差1.1.机床的几何误差机床的几何误差 加工中刀具相对于工件的成形运动加工中刀具相对于工件的成形运动一般都是通过机床完成的，因此，工件一般都是通过机床完成的，因此，工件的加工精度在很大程度上取决于机床的的加工精度在很大程度上取决于机床的精度。精度。 机床制造误差对工件加工精度影响机床制造误差对工件加工精度影响较大的有：主轴回转误差、导轨误差和较大的有：主轴回转误差、导

35、轨误差和传动链误差。传动链误差。第一节第一节 机械加工精度机械加工精度（1 1）主轴回转误差主轴回转误差 定义：主轴各瞬间的实际回转轴线定义：主轴各瞬间的实际回转轴线相对其平均回转轴线的变动量。相对其平均回转轴线的变动量。 可分解为可分解为径向圆跳动径向圆跳动、轴向窜动轴向窜动和和角度摆动角度摆动三种基本形式。三种基本形式。第一节第一节 机械加工精度机械加工精度 在实际中多表现为漂移。在实际中多表现为漂移。漂移漂移是指是指主轴回转轴线在每一转内的每一瞬时的主轴回转轴线在每一转内的每一瞬时的变动方位和变动量都是变化的一种现象变动方位和变动量都是变化的一种现象。 产生主轴产生主轴径向回转误差径向回

36、转误差的主要原因的主要原因有：主轴几段轴颈的同轴度误差、轴承有：主轴几段轴颈的同轴度误差、轴承本身的各种误差、轴承之间的同轴度误本身的各种误差、轴承之间的同轴度误差、主轴挠度等。但它们对主轴径向回差、主轴挠度等。但它们对主轴径向回转精度的影响大小随加工方式的不同而转精度的影响大小随加工方式的不同而不同。不同。第一节第一节 机械加工精度机械加工精度 产生轴向窜动的主要原因是主轴轴产生轴向窜动的主要原因是主轴轴肩端面和轴承承载端面对主轴回转轴线肩端面和轴承承载端面对主轴回转轴线有垂直度误差。有垂直度误差。图图5-4 5-4 采用滑动轴承时主轴的径向圆跳动采用滑动轴承时主轴的径向圆跳动a a）工件回

37、转型）工件回转型 b b）刀具回转型）刀具回转型第一节第一节 机械加工精度机械加工精度 不同的加工方法，主轴回转误差所不同的加工方法，主轴回转误差所引起的加工误差也不同。如下表所示引起的加工误差也不同。如下表所示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）第一节第一节 机械加工精度机械加工精度 提高机床主轴的提高机床主轴的回转精度回转精度的途径

38、：的途径：适当提高主轴及箱体的制造精度，选用适当提高主轴及箱体的制造精度，选用高精度的轴承，提高主轴部件的装配精高精度的轴承，提高主轴部件的装配精度，对高速主轴部件进行平衡，对滚动度，对高速主轴部件进行平衡，对滚动轴承进行预紧等。轴承进行预紧等。 生产实际中，从工艺方面采取转移生产实际中，从工艺方面采取转移主轴回转误差的措施，消除主轴回转误主轴回转误差的措施，消除主轴回转误差对加工精度的影响，也是十分有效的。差对加工精度的影响，也是十分有效的。 第一节第一节 机械加工精度机械加工精度导轨误差导轨误差 导轨是机床上确定各机床部件相对位导轨是机床上确定各机床部件相对位置关系的基准，也是机床运动的基

39、准。置关系的基准，也是机床运动的基准。 车床导轨的精度要求主要有以下三车床导轨的精度要求主要有以下三个方面：在水平面内的直线度；在垂直个方面：在水平面内的直线度；在垂直面内的直线度；前后导轨的平行度面内的直线度；前后导轨的平行度 ( (扭扭曲曲) )。 第一节第一节 机械加工精度机械加工精度 卧式车床导轨卧式车床导轨在水平面内的直线在水平面内的直线度误差将直接反映度误差将直接反映在被加工工件表面在被加工工件表面的法线方向的法线方向 ( (加工加工误差的敏感方向误差的敏感方向) )上，上，对加工精度的影响对加工精度的影响最大最大。图图5-5 5-5 卧式车床导轨卧式车床导轨直线度误差直线度误差第

40、一节第一节 机械加工精度机械加工精度 卧式车床导轨卧式车床导轨在垂直面内的直线度在垂直面内的直线度误差（见图误差（见图5-55-5）可）可引起被加工工件的形引起被加工工件的形状误差和尺寸误差。状误差和尺寸误差。但对加工精度的影响但对加工精度的影响要比小得多，可忽略要比小得多，可忽略不计。不计。 图图5-6 5-6 卧式车床导轨垂直面内卧式车床导轨垂直面内 直线度误差对工件加工精度的直线度误差对工件加工精度的影响影响第一节第一节 机械加工精度机械加工精度 当前后导轨存在平行度误差当前后导轨存在平行度误差 ( (扭曲扭曲) ) 时，刀架运动时会产生摆动，刀尖的运动时，刀架运动时会产生摆动，刀尖的运

41、动轨迹是一条空间曲线，使工件产生形状误轨迹是一条空间曲线，使工件产生形状误差。差。第一节第一节 机械加工精度机械加工精度当导轨倾斜产生的误差为H时,引起工件半径上的加工误差R为R:H=H:B,式中：H为车床中心高;B为车床导轨间的宽度。一般机床H=2/3B。因此，车床车床前后导轨的平行度误差对前后导轨的平行度误差对加工精度的影响很大。加工精度的影响很大。第一节第一节 机械加工精度机械加工精度 除了导轨本身的制造误差外，导轨的除了导轨本身的制造误差外，导轨的不均匀磨损和安装质量，也是造成导轨误不均匀磨损和安装质量，也是造成导轨误差的重要因素。差的重要因素。 导轨磨损导轨磨损是机床精度下降的主要原

42、因是机床精度下降的主要原因之一。可采用耐磨合金铸铁、镶钢导轨、之一。可采用耐磨合金铸铁、镶钢导轨、贴塑导轨、滚动导轨、导轨表面淬火等措贴塑导轨、滚动导轨、导轨表面淬火等措施提高导轨的耐磨性。施提高导轨的耐磨性。 第一节第一节 机械加工精度机械加工精度传动链误差传动链误差 传动链误差传动链误差是指传动链始末两端是指传动链始末两端传动元件间相对运动的误差。一般用传动元件间相对运动的误差。一般用传动链末端元件的转角误差来衡量。传动链末端元件的转角误差来衡量。第一节第一节 机械加工精度机械加工精度 若某一传动轴是齿轮在某一时若某一传动轴是齿轮在某一时刻产生转角误差刻产生转角误差i i，则它所造成，则它

43、所造成的传动链末端元件（工作台或工件）的传动链末端元件（工作台或工件）的转角误差的转角误差wiwi为为wiwi=K=Ki i i i 式中式中K Ki i为该轴到末端元件的总传动为该轴到末端元件的总传动比，也称为误差传递系数，如果比，也称为误差传递系数，如果K Ki i大大于于1 1（升速传动）则误差被扩大；反（升速传动）则误差被扩大；反之，如果之，如果K Ki i小于小于1 1 （降速传动）则误（降速传动）则误差被缩小。差被缩小。第一节第一节 机械加工精度机械加工精度图图5-8 5-8 滚齿机传动系统图滚齿机传动系统图第一节第一节 机械加工精度机械加工精度提高传动链的传动精度的措施：提高传动

44、链的传动精度的措施：1)1)尽可能缩短传动链，减少误差源数尽可能缩短传动链，减少误差源数n n。2)2)尽可能采用降速传动；尽可能使末端传尽可能采用降速传动；尽可能使末端传动副采用大的降速比；末端传动元件应动副采用大的降速比；末端传动元件应尽可能地制造得精确些。尽可能地制造得精确些。3)3)提高传动元件的制造精度和装夹精度，提高传动元件的制造精度和装夹精度，尽可能地提高传动链中升速传动元件的尽可能地提高传动链中升速传动元件的精度。精度。第一节第一节 机械加工精度机械加工精度 此外，还可以采用传动误差补偿此外，还可以采用传动误差补偿装置来提高传动链的传动精度。装置来提高传动链的传动精度。2.2.

45、刀具的几何误差刀具的几何误差 刀具误差对加工精度的影响随刀具刀具误差对加工精度的影响随刀具种类的不同而不同。种类的不同而不同。 第一节第一节 机械加工精度机械加工精度(1)(1)定尺寸刀具的尺寸和形状误差，将直接定尺寸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。定尺寸刀影响工件的尺寸和形状精度。定尺寸刀具两侧刀刃刃磨不对称，或安装有几何具两侧刀刃刃磨不对称，或安装有几何偏心时，还可能引起加工表面的尺寸扩偏心时，还可能引起加工表面的尺寸扩张张( (又称又称正扩切正扩切) )。第一节第一节 机械加工精度机械加工精度 这类刀具的耐用度较高，在加工批这类刀具的耐用度较高，在加工批量不大时的磨

46、损量很小，影响可以忽略不量不大时的磨损量很小，影响可以忽略不计。但在加工余量过小或工件壁厚较薄的计。但在加工余量过小或工件壁厚较薄的情况下，用磨钝了的刀具加工后，工件的情况下，用磨钝了的刀具加工后，工件的加工表面会发生收缩现象加工表面会发生收缩现象( (负扩切负扩切) )。对于。对于钝化的钻头上还会使被加工孔的轴线偏斜钝化的钻头上还会使被加工孔的轴线偏斜和孔径扩张。和孔径扩张。第一节第一节 机械加工精度机械加工精度(2)(2)成形刀具的形状误差将直接决定工件的成形刀具的形状误差将直接决定工件的形状精度。形状精度。 这类刀具的耐用度较高，在加工批这类刀具的耐用度较高，在加工批量不大时的磨损亦很小

47、，对加工精度的量不大时的磨损亦很小，对加工精度的影响可忽略不计。影响可忽略不计。 刀具的安装差所引起的工件形状误刀具的安装差所引起的工件形状误差不可忽视。差不可忽视。第一节第一节 机械加工精度机械加工精度(3)(3)展成刀具刀刃的形状及有关尺寸，以及展成刀具刀刃的形状及有关尺寸，以及其安装、调整不正确时，会影响加工表面其安装、调整不正确时，会影响加工表面的形状精度。在加工批量不大时的磨损很的形状精度。在加工批量不大时的磨损很小，可以忽略不计。小，可以忽略不计。 (4)(4)一般刀具的制造误差，对工件的加工一般刀具的制造误差，对工件的加工精度没有直接的影响。因为加工表面的形精度没有直接的影响。因

48、为加工表面的形状主要由机床运动精度来保证，加工表面状主要由机床运动精度来保证，加工表面的尺寸主要由调整决定。的尺寸主要由调整决定。 第一节第一节 机械加工精度机械加工精度 普通圆柱铣刀和立铣刀的刀刃形状普通圆柱铣刀和立铣刀的刀刃形状误差对工件的形状精度有一定影响。但这误差对工件的形状精度有一定影响。但这些刀具制造时较容易保证其刃形精度，故些刀具制造时较容易保证其刃形精度，故其对加工精度的影响往往可忽略不计。其对加工精度的影响往往可忽略不计。 一般刀具耐用度低，在一次调整加一般刀具耐用度低，在一次调整加工中的磨损量较显著，特别是在加工大型工中的磨损量较显著，特别是在加工大型工件，加工持续时间长的

49、情况下更为严重，工件，加工持续时间长的情况下更为严重，对工件尺寸及形状精度的影响不可忽视。对工件尺寸及形状精度的影响不可忽视。第一节第一节 机械加工精度机械加工精度 在用调整法车削短小的轴件时，车在用调整法车削短小的轴件时，车刀的磨损，对一个工件来说其影响可以刀的磨损，对一个工件来说其影响可以忽略不计。但对一批工件来说，工件的忽略不计。但对一批工件来说，工件的直径将逐件增大，使整批工件的尺寸分直径将逐件增大，使整批工件的尺寸分散范围增大。散范围增大。 精细车和精细镗时进给量很小，刀精细车和精细镗时进给量很小，刀具磨损对加工精度的影响就更大。必须具磨损对加工精度的影响就更大。必须采用高耐用度的刀

50、具，如金刚石刀具等。采用高耐用度的刀具，如金刚石刀具等。第一节第一节 机械加工精度机械加工精度图图5-9 5-9 刀具的尺刀具的尺寸磨损与切削路程寸磨损与切削路程的关系的关系第一节第一节 机械加工精度机械加工精度 正确地选用刀具材料和选用新型耐正确地选用刀具材料和选用新型耐磨的刀具材料，合理地选用刀具几何参数磨的刀具材料，合理地选用刀具几何参数和切削用量，正确地刃磨刀具，正确地采和切削用量，正确地刃磨刀具，正确地采用冷却润滑液等，均可有效地减少刀具尺用冷却润滑液等，均可有效地减少刀具尺寸磨损。寸磨损。 必要时还可采用补偿装置对刀具尺必要时还可采用补偿装置对刀具尺寸磨损进行寸磨损进行自动补偿自动

51、补偿。 第一节第一节 机械加工精度机械加工精度3.3.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夹具的作用是使工件相对于刀具和机床具有正确的位置，夹具的制具和机床具有正确的位置，夹具的制造误差对工件的加工精度造误差对工件的加工精度 ( (特别是特别是位置精度位置精度) ) 有很大影响有很大影响 。第一节第一节 机械加工精度机械加工精度 钻套轴心线钻套轴心线f f至夹具定至夹具定位平面位平面c c间的距离误差，间的距离误差，影响工件孔影响工件孔a a至底面至底面B B的的尺寸尺寸L L的精度；钻套轴的精度；钻套轴心线心线f f与夹具定位平面与夹具定位平面c c间的平行度误差，影响间

52、的平行度误差，影响工件孔轴心线工件孔轴心线a a与底面与底面B B的平行度；夹具定位平的平行度；夹具定位平面面c c与夹具体底面与夹具体底面d d的垂的垂直度误差，影响工件孔直度误差，影响工件孔轴心线轴心线a a与底面与底面B B间的尺间的尺寸精度和平行度；钻套寸精度和平行度；钻套孔的直径误差也将影响孔的直径误差也将影响工件孔工件孔a a至底面至底面B B的尺寸的尺寸精度和平行度。精度和平行度。图5-10 工件在夹具中装夹示意图第一节第一节 机械加工精度机械加工精度 夹具磨损夹具磨损使夹具的误差增大，从使夹具的误差增大，从而使工件的加工误差也相应增大。必而使工件的加工误差也相应增大。必须注意提

53、高夹具易磨损件的耐磨性。须注意提高夹具易磨损件的耐磨性。磨损到一定限度后须及时予以更换。磨损到一定限度后须及时予以更换。第一节第一节 机械加工精度机械加工精度 夹具设计时，凡影响工件精度的有夹具设计时，凡影响工件精度的有关技术要求必须给出严格的公差。精加工关技术要求必须给出严格的公差。精加工用夹具一般取工件上相应尺寸公差的用夹具一般取工件上相应尺寸公差的1/21/31/21/3；粗加工用夹具一般取工件上相；粗加工用夹具一般取工件上相应尺寸公差的应尺寸公差的1/51/101/51/10。第一节第一节 机械加工精度机械加工精度三、调整误差三、调整误差 在活塞加工中，就存在着许多工艺在活塞加工中，就

54、存在着许多工艺系统的调整问题。例如：系统的调整问题。例如： 机床的调整机床的调整 夹具的调整夹具的调整 刀具的调整刀具的调整 在机械加工的每一个工序中，总是在机械加工的每一个工序中，总是要进行这样或那样的调整工作。由于调要进行这样或那样的调整工作。由于调整不可能绝对地准确，也就带来了一项整不可能绝对地准确，也就带来了一项原始误差，即原始误差，即调整误差调整误差。第一节第一节 机械加工精度机械加工精度 不同的调整方式，有不同的误差来源：不同的调整方式，有不同的误差来源： 1.1.试切法调整试切法调整广泛用在单件、小批生广泛用在单件、小批生产中。这种调整方式产生调整误差的来产中。这种调整方式产生调

55、整误差的来源有三个方面：源有三个方面： (1)(1)度量误差度量误差 量具本身的误差和使用条件下的误量具本身的误差和使用条件下的误差掺入到测量所得的读数之中，无形中差掺入到测量所得的读数之中，无形中扩大了加工误差。扩大了加工误差。第一节第一节 机械加工精度机械加工精度 (2) (2) 加工余量的影响加工余量的影响 切削加工中刀刃所能切掉的最小切切削加工中刀刃所能切掉的最小切屑厚度有一定限度，切屑厚度再小时刀屑厚度有一定限度，切屑厚度再小时刀刃就刃就“咬咬”不住金属而打滑，光起挤压不住金属而打滑，光起挤压作用。精加工最后所得的工件尺寸要比作用。精加工最后所得的工件尺寸要比试切部分的尺寸小些试切部

56、分的尺寸小些( (镗孔时则相反镗孔时则相反) )。粗加工试切时情况刚好相反。粗加工试切时情况刚好相反。 图图5-11 5-11 试切调整试切调整第一节第一节 机械加工精度机械加工精度(3)(3)微进给误差微进给误差在试切最后一刀时，总在试切最后一刀时，总是要调整一下车刀是要调整一下车刀 ( (或砂轮或砂轮) ) 的径向进给的径向进给量。这时常会出现进给机构的量。这时常会出现进给机构的“爬行爬行”现现象，结果刀具的实际径向移动比手轮上转象，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些，以致难于控动的刻度数要偏大或偏小些，以致难于控制尺寸的精度，造成了加工误差。制尺寸的精度，造成了加工

57、误差。第一节第一节 机械加工精度机械加工精度 减小误差的两种措施：一种是在微减小误差的两种措施：一种是在微量进给以前先退出刀具，然后再快速引量进给以前先退出刀具，然后再快速引进刀具到新的手轮刻度值，中间不加停进刀具到新的手轮刻度值，中间不加停顿，使进给机构滑动面间不产生摩擦；顿，使进给机构滑动面间不产生摩擦；另一种是轻轻敲击手轮，用振动消除静另一种是轻轻敲击手轮，用振动消除静摩擦。摩擦。 这时的调整误差取决于操作者的操作这时的调整误差取决于操作者的操作水平。水平。第一节第一节 机械加工精度机械加工精度2.2.按定程机构调整按定程机构调整 在大批大量生产中广泛应用行程挡在大批大量生产中广泛应用行

58、程挡块、靠模、凸轮等机构保证加工精度。块、靠模、凸轮等机构保证加工精度。这时候，这些机构的制造精度和调整，这时候，这些机构的制造精度和调整，以及与它们配合使用的离合器、电气开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了影响误差关、控制阀等的灵敏度就成了影响误差的主要因素。的主要因素。第一节第一节 机械加工精度机械加工精度3.3.按样件或样板调整按样件或样板调整 1)1)在大批大量生产中用多刀加工时，常用在大批大量生产中用多刀加工时，常用专门样件来调整刀刃间的相对位置。专门样件来调整刀刃间的相对位置。2) 2) 当工件形状复杂，尺寸和重量都比较大当工件形状复杂，尺寸和重量都比较大

59、的时候，采用样板对刀。的时候，采用样板对刀。3)3)在一些铣床夹具上常装有对刀块，专门在一些铣床夹具上常装有对刀块，专门供铣刀对刀之用。供铣刀对刀之用。 这时样板本身的误差和对刀误差成这时样板本身的误差和对刀误差成了调整误差的主要因素。了调整误差的主要因素。 第一节第一节 机械加工精度机械加工精度四、工艺系统受力变形引起的误差四、工艺系统受力变形引起的误差1.1.基本概念基本概念 机械加工工艺系统在切削力、夹紧机械加工工艺系统在切削力、夹紧力、惯性力、重力、传动力等的作用下，力、惯性力、重力、传动力等的作用下，会产生相应的变形，从而破坏了刀具和工会产生相应的变形，从而破坏了刀具和工件之间的正确

60、的相对位置，使工件的加工件之间的正确的相对位置，使工件的加工精度下降。精度下降。 第一节第一节 机械加工精度机械加工精度 例如，在车细长轴时例如，在车细长轴时 ( (图图5-12a)5-12a)，工件在切削力的作用下会发生变形，使加工件在切削力的作用下会发生变形，使加工出的轴出现中间粗两头细的情况工出的轴出现中间粗两头细的情况; ;在内在内圆磨床上进行切人式磨孔时圆磨床上进行切人式磨孔时 ( (图图5-12b) 5-12b) ，由于内圆磨头轴比较细，磨削时因磨头轴由于内圆磨头轴比较细，磨削时因磨头轴受力变形，而使工件孔呈锥形。受力变形，而使工件孔呈锥形。图图5-12 5-12 受力变形对工件精