第5章 机械加工精度

1、第五章第五章 机械加工精度机械加工精度学习目的与要求学习目的与要求（1）掌握机械加工精度的概念以及加工精度与加工误差的关）掌握机械加工精度的概念以及加工精度与加工误差的关系系（2）熟悉工艺系统的原始误差种类及其对加工精度的影响，）熟悉工艺系统的原始误差种类及其对加工精度的影响，（3）掌握加工误差问题的综合分析与解决）掌握加工误差问题的综合分析与解决（4）掌握加工误差的基本计算方法）掌握加工误差的基本计算方法（5）熟悉提高和保证加工精度的途径、常用方法）熟悉提高和保证加工精度的途径、常用方法主要内容主要内容第第5 5章章 机械加工精度机械加工精度5.1 5.1 机械加工精度概述机械加工精度概述5

2、.2 5.2 工艺系统的制造精度和磨损对工件精度的影响工艺系统的制造精度和磨损对工件精度的影响5.3 5.3 工艺系统的受力变形及其对工件精度的影响工艺系统的受力变形及其对工件精度的影响5.4 5.4 工艺系统的热变形及其对工件精度的影响工艺系统的热变形及其对工件精度的影响5.5 5.5 保证和提高加工精度的途径保证和提高加工精度的途径5.6 5.6 加工误差的统计分析法加工误差的统计分析法5.7 5.7 点图分析法点图分析法5.8 5.8 质量管理图质量管理图一、精度的概念一、精度的概念 加工精度：加工精度： 加工误差：加工误差： 理想零件参数：理想零件参数：尺寸、形状、位置尺寸、形状、位置

3、5.1 机械加工精度概述机械加工精度概述机器质量机器质量零件质量零件质量精度精度表面质量表面质量材料材料加工精度加工精度加工误差加工误差理想零件理想零件实际加工实际加工零件几何参数零件几何参数理想零件理想零件几何要素几何要素偏离程度偏离程度符合程度符合程度二、获得加工精度的方法二、获得加工精度的方法 1、 2、试切法试切法自动控制法自动控制法获得尺寸精度获得尺寸精度尺寸刀具法尺寸刀具法调整法调整法非成形运动法：非成形运动法：刮、研和对磨刮、研和对磨成形运动法成形运动法获得形状精度获得形状精度点成形运动法：点成形运动法：轨迹法轨迹法成形法成形法线成形运动法线成形运动法展成法展成法试切法加工试切法

4、加工调整法加工调整法加工定尺寸刀具定尺寸刀具法加工法加工轨迹法加工轨迹法加工成形法加工成形法加工展成法加工展成法加工找正法找正法夹具夹具获得位置精度获得位置精度机床装夹面机床装夹面3、三、影响加工精度的因素三、影响加工精度的因素 1、原理误差：、原理误差：采用近似加工原理或近似刀具切削刃形采用近似加工原理或近似刀具切削刃形状状 2、安装误差：、安装误差：定位误差、夹紧误差、夹具本身误差定位误差、夹紧误差、夹具本身误差 3、调整误差：、调整误差：调整方法与调整时的测量误差等调整方法与调整时的测量误差等 4、测量误差：、测量误差：量具本身、方法、温度量具本身、方法、温度 5、工艺系统的制造精度和磨

5、损、工艺系统的制造精度和磨损 6、工艺系统的受力变形、工艺系统的受力变形 切削力、传动力、重力、离心力、夹紧力切削力、传动力、重力、离心力、夹紧力 7、工艺系统的受热变形、工艺系统的受热变形 切削热、环境、运动、电机切削热、环境、运动、电机 5-2 工艺系统的制造精度和磨损工艺系统的制造精度和磨损 对加工精度的影响对加工精度的影响 制造误差制造误差磨损误差磨损误差机床误差机床误差( (来源来源) )安装误差安装误差回转运动回转运动( (主轴主轴) )误差误差直线运动直线运动( (导轨导轨) )误差误差机床误差机床误差( (种类种类) )传动误差传动误差几何误差几何误差( (位置位置) )一、机

6、床主轴的回转精度及其对工件精度的影响一、机床主轴的回转精度及其对工件精度的影响1、主轴回转精度的概念、主轴回转精度的概念回转动态过程回转动态过程 机床主轴在转动时，主轴的各个截面上必有它的回转机床主轴在转动时，主轴的各个截面上必有它的回转 中心，各截面的回转中心的连线即为回转轴线。中心，各截面的回转中心的连线即为回转轴线。 理想回转中心：理想回转中心：在主轴回转时，在主轴的任一截面在主轴回转时，在主轴的任一截面上只有一点上只有一点O其速度始终为其速度始终为V0，此即为理想回转，此即为理想回转中心，理想回转中心是固定不变的，各个截面理想中心，理想回转中心是固定不变的，各个截面理想回转中心的连线即

7、为理想回转轴线。回转中心的连线即为理想回转轴线。 瞬时回转中心：瞬时回转中心：由于各种因素的影响，由于各种因素的影响，实际仅存在实际仅存在的一个时刻变动的回转中心，即瞬时回转中心。的一个时刻变动的回转中心，即瞬时回转中心。 瞬时回转轴线：瞬时回转轴线：各个截面的瞬时回转中心连线。各个截面的瞬时回转中心连线。 平均回转轴线平均回转轴线 机床主轴在回转时，其理想主轴是不存在的，由于瞬时回机床主轴在回转时，其理想主轴是不存在的，由于瞬时回转轴线的空间位置时刻在做周期性变化，所以一般把瞬时转轴线的空间位置时刻在做周期性变化，所以一般把瞬时回转轴线的平均空间位置回转轴线的平均空间位置平均轴线，作为机床的

8、理想平均轴线，作为机床的理想回转轴线。回转轴线。误差敏感方向：误差敏感方向： 如图如图5.95.9，在车床上加工外圆柱面，在，在车床上加工外圆柱面，在Y Y方向的误差会全部方向的误差会全部的反映在工件的径向尺寸上面。而的反映在工件的径向尺寸上面。而Z Z方向的误差，由于方方向的误差，由于方向的不同，则基本上是可以忽略不计的。向的不同，则基本上是可以忽略不计的。 故此有所谓的误差敏感方向。经过刀具刀刃的切削点又垂故此有所谓的误差敏感方向。经过刀具刀刃的切削点又垂直于已加工表面的方向。直于已加工表面的方向。 误差敏感方向上的误差对工件加工精度影响很大，而垂直误差敏感方向上的误差对工件加工精度影响很

9、大，而垂直于该方向的误差则影响很小。于该方向的误差则影响很小。 误差敏感方向与机床的结构布局有关。误差敏感方向与机床的结构布局有关。主轴回转精度：主轴回转精度：主轴回转轴线在回转时相对其平均轴主轴回转轴线在回转时相对其平均轴线的变动量在误差敏感方向的最大位移值。线的变动量在误差敏感方向的最大位移值。径向跳动径向跳动轴向跳动轴向跳动摆动摆动2、主轴回转精度的分析、主轴回转精度的分析主轴径向跳动分析主轴径向跳动分析 在分析主轴径向跳动的时候，一般根据切削力的方向在分析主轴径向跳动的时候，一般根据切削力的方向是否变化，分为两种情况：是否变化，分为两种情况： 工件回转类工件回转类 工件安装在机床主轴上

10、，随同主轴一块回转，而切削工件安装在机床主轴上，随同主轴一块回转，而切削力的方向则不变。结果就是滚动轴承内环（或滑动轴力的方向则不变。结果就是滚动轴承内环（或滑动轴承轴颈）的每一点均为承载点，而外环则不然。承轴颈）的每一点均为承载点，而外环则不然。工件回转类工件回转类机床机床刀具回转类刀具回转类轴颈轴颈轴承轴承主轴安装主轴安装孔孔轴承精度轴承精度主轴精度主轴精度影响因素影响因素主轴孔精度主轴孔精度滑动轴承滑动轴承滚动轴承滚动轴承轴承轴承静压静压动压动压 这样对于滚动轴承而言，其的内环其精度的高低直接影响这样对于滚动轴承而言，其的内环其精度的高低直接影响主轴的回转精度。主轴的回转精度。 而轴承的

11、外环，其精度的高低对主轴的回转精度影响就不而轴承的外环，其精度的高低对主轴的回转精度影响就不大了。大了。 对滑动轴承亦是如此，主轴轴颈的精度高低是起到决定性对滑动轴承亦是如此，主轴轴颈的精度高低是起到决定性的作用，而轴瓦内孔的精度则影响不大。的作用，而轴瓦内孔的精度则影响不大。 刀具回转类刀具回转类 这时刀具安装在主轴上面，并随同主轴一块旋转，所以切这时刀具安装在主轴上面，并随同主轴一块旋转，所以切削力的方向是回转的。削力的方向是回转的。结果就是滚动轴承外环（或滑动轴结果就是滚动轴承外环（或滑动轴承的轴瓦）的每一点均为承载点，而内环则不然。即外环承的轴瓦）的每一点均为承载点，而内环则不然。即外

12、环精度的高低直接影响机床主轴的回转精度，内环精度对主精度的高低直接影响机床主轴的回转精度，内环精度对主轴回转精度的影响就较小。轴回转精度的影响就较小。 对滑动轴承亦是如此，轴瓦内孔的精度高低是起到决定性对滑动轴承亦是如此，轴瓦内孔的精度高低是起到决定性的作用，而主轴轴颈的精度则影响不大。的作用，而主轴轴颈的精度则影响不大。工件回转类工件回转类刀具回转类刀具回转类主轴几何轴线主轴几何轴线径向跳动产生径向跳动产生的加工误差的加工误差 滚动轴承滚动轴承此外，此外，造成主轴轴向窜动的原因造成主轴轴向窜动的原因工件回转类：工件回转类：内环外道内环外道外环内道外环内道刀具回转类：刀具回转类：外环内道外环内

13、道内环外道内环外道滚动轴承尺寸、形状：滚动轴承尺寸、形状：低频一半，变形一部分低频一半，变形一部分间隙间隙轴颈：轴颈：内环变形内环变形箱体孔：箱体孔：外环变形外环变形安装面：安装面：倾斜倾斜轴向推力轴承定位轴向推力轴承定位影响为轴承滚道的端面跳动影响为轴承滚道的端面跳动轴承间隙轴承间隙对主轴轴线位置的影响对主轴轴线位置的影响推力轴承推力轴承端面跳动的影响端面跳动的影响B B滚动轴承滚动轴承与上述类似，同时滚动体影响与上述类似，同时滚动体影响A A滑动滑动 轴承轴承00座窜00颈窜 颈座颈窜 颈座窜座 定圈定圈动圈动圈主轴回转轴线的轴向跳动将产生加工端面的平面主轴回转轴线的轴向跳动将产生加工端面

14、的平面度误差度误差主轴轴向跳动引起的加工误差主轴轴向跳动引起的加工误差3、主轴回转精度的测量、主轴回转精度的测量 表测法表测法 双向测量法（捷克双向测量法（捷克VUOSO）刀具回转）刀具回转 当没有回转误差时，间隙变化为当没有回转误差时，间隙变化为 示波器上为示波器上为回转轴回转轴敏感方向敏感方向缺点缺点几何轴偏心几何轴偏心动态动态cossinewtewtxycossinSkewtSkewtxy22xySSkecoscos()sinsin()ewtwtewtwtxycoscos()sinsin()SkewtkwtSkewtkwtxy示波器上光点的向径示波器上光点的向径 为常数。为常数。当主轴有

15、偏差当主轴有偏差时时示波器上，示波器上，向径为向径为222(coscos()sinsin()k eewtwtwtwt坐标变换，使坐标变换，使x与与e重合重合 是是 与与 的和，的和，即示波器银屏变化即示波器银屏变化 不能反映误不能反映误差，只有差，只有e=0 或或 才能真正反映。才能真正反映。李沙育图李沙育图，其半径差为主轴回转精度。，其半径差为主轴回转精度。222cosk ee-eee0cosre这种方法适合刀具回转型机床的主轴这种方法适合刀具回转型机床的主轴回转精度测量，如回转精度测量，如镗镗，而不适合车床，而不适合车床测量镗床测量镗床主轴回转精度主轴回转精度钢球安装偏心钢球安装偏心对测量

16、的影响对测量的影响单向测量法（美国单向测量法（美国LRL法）法） 测定车床主轴回转测定车床主轴回转精度的方法精度的方法yxesinecosS0020sinsin(1)sin(1)cosSkekek Skek SSkek S1 22120(1)SSkek Ske0Rkekk es 传感器传感器传感器传感器 K K0 0KK传感器传感器示波器输入信号示波器输入信号向径为向径为当当 S=0 S=0 时，时，当当 S0 S0 时时放大放大K倍倍放大放大K0倍倍4、获得高圆度工件的方法、获得高圆度工件的方法 高精度主轴车床高精度主轴车床 补偿补偿 使主轴误差不反映到工件上使主轴误差不反映到工件上 二、直

17、线运动精度对工件精度的影响二、直线运动精度对工件精度的影响 1、机床导轨精度指标、机床导轨精度指标 导轨在水平面内的直线度导轨在水平面内的直线度 导轨在垂直平面内的直线度导轨在垂直平面内的直线度 前后导轨的平行度（扭曲）前后导轨的平行度（扭曲） 2、机床导轨误差对加工精度的影响、机床导轨误差对加工精度的影响 普通车床普通车床 水平面直线度：水平面直线度：1 1：1 1 影响纵截面形状影响纵截面形状 垂直面直线度：垂直面直线度：属误差不敏感方向，属误差不敏感方向， 影响较小。影响较小。 扭曲影响：扭曲影响：可分解为水平、垂直可分解为水平、垂直YRRRZ22车床导轨扭曲对工件形状的影响车床导轨扭曲

18、对工件形状的影响BHRY对于车床，对于车床，H/BH/B为为0.670.67对于磨床，对于磨床，H/BH/B为为1 1外圆磨床：外圆磨床：与车床相同。但由于要求高，采用与车床相同。但由于要求高，采用工作台工作台转角转角龙门刨床：龙门刨床：就地刨就地刨镗：镗：固定镗固定镗浮动镗：浮动镗：不影响不影响水平：水平：影响影响垂直：垂直：影响影响3、导轨运动误差的来源导轨运动误差的来源新机床导轨的制造精度新机床导轨的制造精度磨损磨损材料表面处理，润滑材料表面处理，润滑安装精度安装精度地基，地基， 找正找正三、机床的几何精度对加工精度的影响三、机床的几何精度对加工精度的影响 几何精度几何精度各成形运动在空

19、间的相互位置准确性各成形运动在空间的相互位置准确性 车外圆车外圆误差具体形状具体分析误差具体形状具体分析相交线（不在同一平面内）相交线（不在同一平面内）双曲面双曲面回转轴线与导轨水平面不平行回转轴线与导轨水平面不平行锥度锥度车端面车端面若工件的回转轴线与导轨不垂直，若工件的回转轴线与导轨不垂直， 则端面变成为锥面则端面变成为锥面外凸锥面外凸锥面 面，内内凹锥面。面，内内凹锥面。镗孔镗孔在镗孔时，在镗孔时，若镗杆的回转轴线与工作台若镗杆的回转轴线与工作台的导轨不平行，如图所示。的导轨不平行，如图所示。当为镗杆进给时，则孔的当为镗杆进给时，则孔的轴线与镗杆的轴线一致，即所得到的孔为一倾斜的圆柱面。

20、轴线与镗杆的轴线一致，即所得到的孔为一倾斜的圆柱面。当为工作台进给时，则孔的轴线与工作台的导轨一致，而当为工作台进给时，则孔的轴线与工作台的导轨一致，而得到的孔为一椭圆柱面。短轴为得到的孔为一椭圆柱面。短轴为d d* *coscos，长轴为，长轴为d d。圆度误。圆度误差为差为d(1-cosd(1-cos)/2)/2。铣平面铣平面当用端铣刀铣平面时，如铣刀的轴线与工作当用端铣刀铣平面时，如铣刀的轴线与工作台导轨存在一角度误差，如图所示。则加工台导轨存在一角度误差，如图所示。则加工表面为一凹曲面，如下图。表面为一凹曲面，如下图。当铣刀轴线与工件的对称面共面时，误差为：当铣刀轴线与工件的对称面共面

21、时，误差为：sin41122RBR四、机床的传动精度及对加工精度的影响四、机床的传动精度及对加工精度的影响 1、机床传动精度分析、机床传动精度分析 在加工具有导程、分齿等要求的加工表面时，要求刀具与工在加工具有导程、分齿等要求的加工表面时，要求刀具与工件之间存在严格准确的传动速比关系。例如在加工螺纹、丝件之间存在严格准确的传动速比关系。例如在加工螺纹、丝杠、蜗杆、齿轮等，要求车床主轴到刀具的进给传动链，或杠、蜗杆、齿轮等，要求车床主轴到刀具的进给传动链，或滚齿机的滚刀到工作台的传动链具有较高的传动精度。这种滚齿机的滚刀到工作台的传动链具有较高的传动精度。这种成形运动间的传动链称坐内传动链。成形

22、运动间的传动链称坐内传动链。 传动精度与构成传动链的各个传动元件的制造、安装精度及传动精度与构成传动链的各个传动元件的制造、安装精度及磨损有关。也与传动元件在传动链中所处的位置有关磨损有关。也与传动元件在传动链中所处的位置有关与与该传动元件的传动比有关，传动比即为此传动元件的传动误该传动元件的传动比有关，传动比即为此传动元件的传动误差关于传动链传动误差的权重系数。差关于传动链传动误差的权重系数。 这样对于减速传动，传动链的末端元件的制造、安装精度对这样对于减速传动，传动链的末端元件的制造、安装精度对传动精度的影响较大，而增速传动则相反。传动精度的影响较大，而增速传动则相反。 提高传动精度的方法

23、：提高传动精度的方法： 1、提高传动元件的制造、安装精度，尤其是影响较大的传、提高传动元件的制造、安装精度，尤其是影响较大的传动元件。动元件。 2、采用较短的传动链进行传动。、采用较短的传动链进行传动。五、机床的定位精度对工件精度的影响五、机床的定位精度对工件精度的影响 定位精度：定位精度：工作台从一个位置移动到另一个位置的准确度工作台从一个位置移动到另一个位置的准确度 1、进给机构的传动精度、进给机构的传动精度 主要取决于选用的进给机构型式及进给机构的传动精度主要取决于选用的进给机构型式及进给机构的传动精度2、进给与测量分开时的测量精度、进给与测量分开时的测量精度 原理误差原理误差阿贝误差阿

24、贝误差被测的与实际的不在一条直线被测的与实际的不在一条直线上产生的误差上产生的误差3、爬行误差、爬行误差 解决办法解决办法动动静系数不一样静系数不一样刚度刚度摩擦系数摩擦系数提高系统刚度提高系统刚度电致伸缩电致伸缩摩擦系数摩擦系数动静相等；滚动、低塑料动静相等；滚动、低塑料调整速度调整速度六、刀具、夹具、量具的制造精度和磨损对工六、刀具、夹具、量具的制造精度和磨损对工件影响件影响 1、刀具的制造精度和磨损的影响、刀具的制造精度和磨损的影响 尺寸刀具和成形刀具的制造精度和尺寸磨损对加尺寸刀具和成形刀具的制造精度和尺寸磨损对加工精度的影响工精度的影响 钻头、绞刀、镗刀块、拉刀钻头、绞刀、镗刀块、拉

25、刀影响尺寸影响尺寸磨损后磨损后不能重修复不能重修复 滚刀、插刀、成形车刀滚刀、插刀、成形车刀影响形状影响形状重磨重磨 一般刀具的磨损对加工精度的影响一般刀具的磨损对加工精度的影响 如车刀、镗刀、铣刀等，制造精度不会影响加工尺如车刀、镗刀、铣刀等，制造精度不会影响加工尺寸，但磨损则产生影响寸，但磨损则产生影响一：一：起始磨损，非线性起始磨损，非线性 二：二：正常磨损，正常磨损，三：三：快速（剧烈）磨损快速（剧烈）磨损三个阶段三个阶段减少影响方法减少影响方法尺寸补偿尺寸补偿选用耐磨刀具材料选用耐磨刀具材料复合氮化硅，立方氮化硅复合氮化硅，立方氮化硅降低切削速度，延长刀具寿命降低切削速度，延长刀具寿

26、命 砂轮的磨损及修复（快、与硬度有关）砂轮的磨损及修复（快、与硬度有关）2、夹具的制造精度和磨损、夹具的制造精度和磨损 夹具的制造精度和磨损影响工件的精度夹具的制造精度和磨损影响工件的精度3、量具、量具 测量误差为工件公差的测量误差为工件公差的 ，最多，最多外圆磨床，直径大外圆磨床，直径大对工件尺寸形状影响小对工件尺寸形状影响小内圆磨床，直径小内圆磨床，直径小磨损对工件精度影响大磨损对工件精度影响大齿轮磨床，大平面磨床齿轮磨床，大平面磨床磨损对工件精度影响大磨损对工件精度影响大11106135-3 工艺系统的工艺系统的受力变形及其对工件精度的影响受力变形及其对工件精度的影响 一、基本概念一、基

27、本概念 1、变形现象、变形现象 车棒车棒车长轴车长轴磨孔磨孔2、概念、概念 刚度：刚度：物体或构件受外力后抵抗变形的能力物体或构件受外力后抵抗变形的能力 工艺系统的刚度：工艺系统的刚度：在误差敏感方向上的分力在误差敏感方向上的分力p py y与在与在此方向上刀具对工件的全部变形（位移）量此方向上刀具对工件的全部变形（位移）量y y的比值的比值 静刚度：静刚度：在静态条件下静力与变形的比值在静态条件下静力与变形的比值 动刚度：动刚度：某一频率范围内产生单位振幅所需的激振某一频率范围内产生单位振幅所需的激振力幅值力幅值yspky二、机床部件刚度特点及影响因素二、机床部件刚度特点及影响因素车床刚度的

28、单向静测定车床刚度的单向静测定1、部件变形过程与刚度曲线特点、部件变形过程与刚度曲线特点 （1）加载变形曲线）加载变形曲线不成线性不成线性 有预紧力，当载荷有预紧力，当载荷 有刚性很差的零件，当该有刚性很差的零件，当该 大于力时，大于力时，K变小变小 零件变形减小时，零件变形减小时，K增大增大 （2）正反加卸载变形曲线）正反加卸载变形曲线 不重合不重合凸pyy凹pyy塑性变形摩擦力等消耗能量塑性变形摩擦力等消耗能量最大间隙最大间隙磁磁滞滞564123 （2）正反加卸载变形曲线）正反加卸载变形曲线 不重合不重合 （3）多次重复加载变形曲线）多次重复加载变形曲线 第一次加载第一次加载“磁滞磁滞”现

29、象严重，以后减小现象严重，以后减小 加、卸载曲线接近，起始点重合加、卸载曲线接近，起始点重合塑性变形摩擦力等消耗能量塑性变形摩擦力等消耗能量最大间隙最大间隙磁磁滞滞564123（4）部件刚度曲线特点）部件刚度曲线特点 力和变形不是直线性，不符合胡克定律力和变形不是直线性，不符合胡克定律部件变部件变形不纯粹是弹性变形形不纯粹是弹性变形 加载与卸载曲线不重合加载与卸载曲线不重合 当载荷去除后，变形不能恢复原点当载荷去除后，变形不能恢复原点有塑性变形。有塑性变形。反复加载后，残余变形减到反复加载后，残余变形减到0，重合，重合 部件刚度远比想象小部件刚度远比想象小接触变形接触变形克服摩擦力克服摩擦力损

30、失能量损失能量2、影响部件刚度的因素、影响部件刚度的因素 接触变形接触变形 个别薄弱环节个别薄弱环节 连接夹紧力的影响连接夹紧力的影响 摩擦力摩擦力 间隙影响间隙影响 变形的复合性变形的复合性两零件接触面接触情况两零件接触面接触情况间隙对刚度影响曲线间隙对刚度影响曲线机床刚度中薄弱环节机床刚度中薄弱环节11111kkkkk刀具系统夹具工件机床+yyyyy刀具系统夹具工件机床+ypky系统系统、ypky机床机床、ypky夹具夹具、ypky刀具刀具、ypky工件工件 11111kkkkk刀具系统夹具工件机床+三、工艺系统的刚度三、工艺系统的刚度 工艺系统总变形及合成刚度为工艺系统总变形及合成刚度为

31、 而而因此，有因此，有四、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 1、由于切削力产生的系统变形对加工精度的影响由于切削力产生的系统变形对加工精度的影响 （1）由于切削点位置的变化引起的刚度、变形变化而产生）由于切削点位置的变化引起的刚度、变形变化而产生的形状误差的形状误差,在线弹性的范围内，可以应用叠加原理在线弹性的范围内，可以应用叠加原理分别分别讨论各个因素单独存在的情况，然后再求和。讨论各个因素单独存在的情况，然后再求和。 工件短粗，刚度高工件短粗，刚度高视工件为刚体，而仅考虑机床、刀视工件为刚体，而仅考虑机床、刀具的变形。具的变形。 如右图所示，当如右图所示

32、，当刀具处在任意的位置刀具处在任意的位置时，床头、尾架的变时，床头、尾架的变形与受力状况。形与受力状况。P P尾尾 受力：受力：变形：变形：任意任意点处点处的变的变形：形：()ylxPPly头yxPPly尾()yssPPlxyKKl头头头头yssPPxyKKl尾尾尾尾()()xxlxxyyyyyylll尾尾头头头22-lxKPlxlKPysysyx尾头此时刀架变形为此时刀架变形为因此，因此， 当当 当当 当当ysPyK刀架刀架22()( )yyyxsssPPPlxxyyyKlKlK刀架机床头头刀架0,yyssPPxyKK机床头刀架,yyssPPxl yKK机床尾刀架,244yyysssPPPl

33、xyKKK机床尾头刀架刀架尾头机床ssssKlxKlxlKK11-1122工件细长工件细长视机床为刚体，而仅考虑工件、刀具的变视机床为刚体，而仅考虑工件、刀具的变形形 和和 时，时， 时，最大，为时，最大，为 刚度在该工件轴向的各个位置是不同的刚度在该工件轴向的各个位置是不同的加工后工件各横截面的直径尺寸也不同加工后工件各横截面的直径尺寸也不同形状误差（锥度、鼓形、鞍形等）形状误差（锥度、鼓形、鞍形等）3322221()( ) ()33yyPlPlxlxx lxyEIllEIl0 x xl10y 2lx 3148yPlyEI（2）由于工件加工余量不均或其他原因）由于工件加工余量不均或其他原因

34、导致导致切削力变化切削力变化变形变化变形变化引起形状尺寸误差引起形状尺寸误差 对于对于椭圆型毛坯：切深大椭圆型毛坯：切深大切削力大切削力大切削变形也切削变形也大大加工后的误差亦呈椭圆状。加工后的误差亦呈椭圆状。 在1处，加工余量ap1，变形y1。在2处，加工余量ap2，变形y2。由于切削量的不同，加工时的切削力是不同的，在系统刚度不变的前提下，系统所产生的变形也是不同的。 由于切削力可以表示为： ， 以及： ，故此有： 误差复映系数： ， 多次加工： 。系统KFyy/ 毛坯系统系统系统工KfCaaKfCyayaKfCyyFyppFyppFy75. 02175. 0221175. 021-系统毛

35、坯工KfCFy75. 0niinn121.*毛坯工75. 0faCFpFyy毛坯的形状误差，圆度、圆柱度、平面度等误差都毛坯的形状误差，圆度、圆柱度、平面度等误差都以一定比例复映成工件的加工误差，这是由余量不均以一定比例复映成工件的加工误差，这是由余量不均引起的引起的 采用多次走刀减小误差复映采用多次走刀减小误差复映调整法加工时，毛坯大小不一调整法加工时，毛坯大小不一工件尺寸分散工件尺寸分散计计算误差复映算误差复映误差复映误差复映 例例：在车床上镗一短孔。现知在加工前内孔有圆度误差在车床上镗一短孔。现知在加工前内孔有圆度误差0.4mm，车床床头刚度，车床床头刚度 ，刀架刚度，刀架刚度 ，以及，

36、以及 、 在仅考虑机床的影响因素时，需几次走刀才能将加工后的在仅考虑机床的影响因素时，需几次走刀才能将加工后的圆度误差控制在圆度误差控制在0.01mm之内。之内。 解：系统刚度解：系统刚度 ， 因为因为 ， 。 一次走刀后圆度误差为一次走刀后圆度误差为 当切削条件不变时，两次走刀即可满足加工的要求。当切削条件不变时，两次走刀即可满足加工的要求。 mmNK/3000刀架2/1000mmNCFyrmmf/0.05mmNK/40000头mmNKKKKK/7 .27903000400003000*40000*刀架头刀架头系统mm4 . 0毛坯毛坯系统工KfCFy75. 0mmKfCFy015156.

37、04 . 0*7 .279005. 0*100075. 075. 0毛坯系统工2、由于夹紧力、重力等产生的系统变形对加工精度影响、由于夹紧力、重力等产生的系统变形对加工精度影响 （1）由于工件的夹紧变形引起的加工误差）由于工件的夹紧变形引起的加工误差床身导轨面床身导轨面应用应用 薄板零件的磨削薄板零件的磨削（2）由于重力所引起的加工误差）由于重力所引起的加工误差重力引起机床变形重力引起机床变形五、由于内应力产生变形对加工精度影响五、由于内应力产生变形对加工精度影响 内应力：内应力：零件在没有外加载荷作用下，加工后内零件在没有外加载荷作用下，加工后内部存在的应力成为残余内应力，称为部存在的应力成

38、为残余内应力，称为。 工件在铸、锻、切削后内部应力相互平衡工件在铸、锻、切削后内部应力相互平衡 一旦外界条件变化一旦外界条件变化平衡破坏平衡破坏变形变形 冷加工冷加工温度温度振动振动平衡破坏平衡破坏变形变形外界条件外界条件1、内应力的产生、内应力的产生 毛坯：工件壁厚不均匀，而使冷却速度不均匀。毛坯：工件壁厚不均匀，而使冷却速度不均匀。 工件切削内应力工件切削内应力 热处理热处理 校直校直2、内应力的减少和消除法、内应力的减少和消除法 时效处理：天然、人工时效处理：天然、人工 铸、锻件结构，应壁厚均匀，不能差太多铸、锻件结构，应壁厚均匀，不能差太多 零件的结构主要考虑刚度问题零件的结构主要考虑

39、刚度问题 机械加工时，注意减少切削力机械加工时，注意减少切削力 尽量不采用冷校直尽量不采用冷校直六、机床刚度的测定六、机床刚度的测定 1、机床刚度的静测定法、机床刚度的静测定法 单向加载测定法：单向加载测定法：不能反映切削状态；只加载不能反映切削状态；只加载 力，力，而而 都对刚度有影响都对刚度有影响 三向加载测定法：三向加载测定法：三向加载，三向测力三向加载，三向测力yPxyzPPP、 2 2、用生产法测定车床刚度、用生产法测定车床刚度按误差复映原理进行的按误差复映原理进行的111111144111KKKKKKKKKK刀系头头刀尾系中头刀尾系尾0.75pCsK系 3 3、接触刚度的测定、接触

40、刚度的测定七、提高工艺系统刚度的措施七、提高工艺系统刚度的措施 1、选用合理的零部件结构和断面形状选用合理的零部件结构和断面形状 封闭式箱型结构、空心结构（断面面积不变）封闭式箱型结构、空心结构（断面面积不变）2、提高连接表面的接触刚度、提高连接表面的接触刚度 提高连接面几何形状精度降低表面粗糙度，施加预载荷提高连接面几何形状精度降低表面粗糙度，施加预载荷3、采用正确的装夹方式、采用正确的装夹方式4、提高加工时刀具的刚度、提高加工时刀具的刚度 悬伸短、刀杆、导向套、导向杆悬伸短、刀杆、导向套、导向杆5、减小接触面、减小接触面 6、工件刚度低时，缩短切削力与支承点的距离、工件刚度低时，缩短切削力

41、与支承点的距离 车中心架、跟刀架车中心架、跟刀架5-4 工艺系统热变形及加工精度的影响工艺系统热变形及加工精度的影响 一、工艺系统热源与热平衡一、工艺系统热源与热平衡 1、工艺系统热源、工艺系统热源2 2、工艺系统热平衡、工艺系统热平衡 散出热量散出热量= =传入热量传入热量热平衡热平衡温度不变温度不变变形稳定变形稳定加工热：加工热：切削热、磨削热切削热、磨削热内部热源内部热源外部热源外部热源摩擦热：摩擦热：支承副、传动副、离合器、电机、液压系统支承副、传动副、离合器、电机、液压系统辐射热：辐射热：阳光、取暖设备、人体阳光、取暖设备、人体环境温度：环境温度：气温、室温变化、冷风、热风气温、室温

42、变化、冷风、热风二、机床热变形对加工精度的影响二、机床热变形对加工精度的影响 1、机床的温升与热平衡机床的温升与热平衡 机床各部件达到热平衡的时间不同，热容量大的需要的机床各部件达到热平衡的时间不同，热容量大的需要的时间长时间长 2、各类机床热变形及其对加工精度的影响、各类机床热变形及其对加工精度的影响 （1）车、铣、镗床类机床的热变形）车、铣、镗床类机床的热变形 主轴箱发热主轴箱发热箱体、机床发生变形和翘曲，从而主轴箱体、机床发生变形和翘曲，从而主轴的位移和倾斜的位移和倾斜（2）磨床的热变形）磨床的热变形 砂轮轴承和液压系统砂轮轴承和液压系统（3）导轨磨床、龙门刨床的热变形）导轨磨床、龙门刨

43、床的热变形 床身的热变形床身的热变形砂轮轴承砂轮轴承砂轮砂轮工件工件工件直径工件直径液压系统液压系统床身各处温度不同床身各处温度不同床身弯曲和倾斜床身弯曲和倾斜主轴前后轴承温升不同主轴前后轴承温升不同砂轮倾斜砂轮倾斜3 3、减少机床热变形对加工影响的措施、减少机床热变形对加工影响的措施 （1）结构设计措施）结构设计措施 热对称结构设计热对称结构设计单柱改双柱单柱改双柱 使关键件热变形在误差不敏感方向移动使关键件热变形在误差不敏感方向移动 合理安排支承位置，使热位移有效部分缩短合理安排支承位置，使热位移有效部分缩短 对发热大的热源采用足够的冷却措施对发热大的热源采用足够的冷却措施 改善轴承的润滑

44、条件改善轴承的润滑条件 隔离热源隔离热源 油池和冷却液箱独立油池和冷却液箱独立变形变形 均衡关键件温升均衡关键件温升 （2）工艺措施）工艺措施 安装机床的区域保持恒定环境温度安装机床的区域保持恒定环境温度 均布加热器，取暖，门帘，不靠窗照射均布加热器，取暖，门帘，不靠窗照射 机床达到热平衡状态后再加工机床达到热平衡状态后再加工 空转一段时间空转一段时间热平衡热平衡不断续加工不断续加工 精密机床精密机床恒温室恒温室 严格控制切削用量以减少工件发热严格控制切削用量以减少工件发热三、工件热变形对加工精度的影响三、工件热变形对加工精度的影响 1、工件热变形及其对加工影响、工件热变形及其对加工影响 传入

45、工件的热量多少传入工件的热量多少受热是否均匀受热是否均匀工件的受热体积工件的受热体积三种因素三种因素典型工件的热变形分析典型工件的热变形分析 薄片状零件的热变形薄片状零件的热变形 轴类零件的热变形轴类零件的热变形 长径比大的零件，如丝杠、细长轴等，受热伸长，长径比大的零件，如丝杠、细长轴等，受热伸长，不能忽视不能忽视2、减少工件热变形对加工精度影响的措施、减少工件热变形对加工精度影响的措施 充分冷却，降低切削温度充分冷却，降低切削温度 提高切削速度和进给量提高切削速度和进给量 工件精加工前充分冷却工件精加工前充分冷却 经常刃磨和修正刀具和砂轮经常刃磨和修正刀具和砂轮 使工件在紧张状态下有伸缩自

46、由使工件在紧张状态下有伸缩自由四、刀具的热变形及对加工精度的影响四、刀具的热变形及对加工精度的影响 1、刀具连续工作时的热变形刀具连续工作时的热变形 2、刀具断续加工时的热变形刀具断续加工时的热变形五、减少工艺系统热变形办法五、减少工艺系统热变形办法 1、减少热源产生热量减少热源产生热量 采用低速小用量切削采用低速小用量切削减少切削热和摩擦热减少切削热和摩擦热 2、控制热源的影响、控制热源的影响 采用冷却、恒温等手段采用冷却、恒温等手段 3、从结构上减少变形、从结构上减少变形 机床：机床： 工件：尽量避免薄壁、薄片、空心等易热变形的结构工件：尽量避免薄壁、薄片、空心等易热变形的结构（实心容量大

47、）（实心容量大） 刀具：减少悬伸长度，控制热变形方向不在敏感方向刀具：减少悬伸长度，控制热变形方向不在敏感方向 4、进行综合补偿及校正、进行综合补偿及校正5-5 保证和提高加工材料精度的途径保证和提高加工材料精度的途径 一、直接消除或减小原始误差的方法一、直接消除或减小原始误差的方法细长轴车削时的受力情况和变形状况细长轴车削时的受力情况和变形状况径向力径向力顶弯顶弯跟刀架跟刀架轴向力轴向力压弯压弯工件一端被夹紧工件一端被夹紧切削轴向力切削轴向力弯曲弯曲高速回转高速回转离心力离心力加剧变形，导致振动加剧变形，导致振动切削热，两端固定切削热，两端固定热身长热身长轴向力轴向力加剧加剧大进给量反向切削

48、法加工细长轴大进给量反向切削法加工细长轴进给方向由卡盘向尾座方向，后面采用浮动活顶尖进给方向由卡盘向尾座方向，后面采用浮动活顶尖采用大进给量和大主偏角车刀采用大进给量和大主偏角车刀 采用浮动活顶尖缓解工件热伸长采用浮动活顶尖缓解工件热伸长 将工件的卡盘端车出一缩颈，消除轴心线歪斜影响将工件的卡盘端车出一缩颈，消除轴心线歪斜影响二、补偿或抵消原始误差的方法二、补偿或抵消原始误差的方法 人为的造成一种新原始误差去抵消原来的误差，正误人为的造成一种新原始误差去抵消原来的误差，正误差用人为的负误差去抵消，负误差用人为的正误差去抵差用人为的负误差去抵消，负误差用人为的正误差去抵消，两者大小相等，方向相反

49、。消，两者大小相等，方向相反。 用人为误差抵消装配后因自重产生变形用人为误差抵消装配后因自重产生变形 精加工磨床床身导轨时预加载荷抵消装配后部件自重精加工磨床床身导轨时预加载荷抵消装配后部件自重变形变形 前后双刀架对刀前后双刀架对刀三、分组调整或均分误差法三、分组调整或均分误差法四、变形转移或误差转移四、变形转移或误差转移 1、转移变形、转移变形 2、转移误差、转移误差 六角车床六角车床“力刀力刀”安安装装横梁横梁变形转移变形转移五、就地加工达到最终精度的方法五、就地加工达到最终精度的方法5-6 加工误差的统计分析加工误差的统计分析一、加工误差的性质及分析方法一、加工误差的性质及分析方法 1、

50、分析加工误差的目的及方法分析加工误差的目的及方法研究某一主要因素对加工精度的影响研究某一主要因素对加工精度的影响单一因素单一因素分析法分析法根据加工误差的表现形式及变化规律分析其产生根据加工误差的表现形式及变化规律分析其产生的原因的原因统计分析法统计分析法 2、加工误差的性质、加工误差的性质 系统性误差系统性误差常值性系统误差、变值性系统误差常值性系统误差、变值性系统误差 随机性误差随机性误差 常值系统误差常值系统误差查明大小和方向查明大小和方向相应调整或检修相应调整或检修工艺装配或补偿工艺装配或补偿 变值系统误差变值系统误差摸清规律摸清规律自动连续补偿或自动周自动连续补偿或自动周期补偿期补偿

51、 随机性误差随机性误差只能找到根源，对其采取的措施以缩只能找到根源，对其采取的措施以缩短其影响短其影响解决途径解决途径二、分布图分析法二、分布图分析法 1、实际分布图实际分布图频数分布直方图频数分布直方图 分散范围分散范围=最大尺寸最大尺寸-最小尺寸最小尺寸 分散范围小于公差带分散范围小于公差带本工序的加工精度的能力满足加本工序的加工精度的能力满足加工的要求工的要求 尺寸分散中心与公差带中心偏离尺寸分散中心与公差带中心偏离说明系统存在常值系说明系统存在常值系统误差，易于产生废品。统误差，易于产生废品。注意注意组距（分组数）选择组距（分组数）选择频数作纵坐标时，图行高矮受组距影响频数作纵坐标时，

52、图行高矮受组距影响频数作纵坐标时，工件总数也影响图形高矮频数作纵坐标时，工件总数也影响图形高矮纵坐标改用频率密度纵坐标改用频率密度=频率频数频率密度组距工件总数 组距2、正态分布正态分布 随机事件的分布随机事件的分布正态分布正态分布 相互独立的若干个随机事件和的随机事件相互独立的若干个随机事件和的随机事件正态分布正态分布 对加工来说，若随机误差是由很多相互独立的随机因素所对加工来说，若随机误差是由很多相互独立的随机因素所构组成，其中没有一个起决定作用的非正态分布的随机因素，构组成，其中没有一个起决定作用的非正态分布的随机因素，那么加工中随机误差也符合正态分布那么加工中随机误差也符合正态分布 正

53、态分布的概率密度：正态分布的概率密度：其中，其中，均值（数学期望），均值（数学期望），标准差。标准差。0222exp21)(xxg正态分布由均值、标准差两个参数确定，均值决定分布正态分布由均值、标准差两个参数确定，均值决定分布曲线的位置，标准差决定分布曲线的形状。如下图所示，曲线的位置，标准差决定分布曲线的形状。如下图所示，标准差增大，分布曲线向平缓方向变化，标准差增大，分布曲线向平缓方向变化，标准差减少，标准差减少，分布曲线向陡峭方向变化。均值增大，分布曲线将向右分布曲线向陡峭方向变化。均值增大，分布曲线将向右平移，均值减少，分布曲线将向左平移。平移，均值减少，分布曲线将向左平移。标准正态分

54、布：标准正态分布：一般正态分布，利用坐标变换，一般正态分布，利用坐标变换， 可将一般正态分可将一般正态分布转换为标准正态分布。而标准正态分布概率是可以由概布转换为标准正态分布。而标准正态分布概率是可以由概率积分表查询的。率积分表查询的。一般正态分布概率：一般正态分布概率：标准正态分布概率：标准正态分布概率：01，2212ge（ ）=x dxxdxxgxGxxxx222exp212121 ddxgGxxxx2exp2122121正态分布的特点：正态分布的特点：分布曲线对称于均值，均值的变化使分布曲线沿横坐标平分布曲线对称于均值，均值的变化使分布曲线沿横坐标平移，而不会使分布曲线的形状发生变化，标

55、准差的变化移，而不会使分布曲线的形状发生变化，标准差的变化使分布曲线的形状发生变化，而不会使分布曲线沿横坐使分布曲线的形状发生变化，而不会使分布曲线沿横坐标移动。标移动。分布曲线两端与分布曲线两端与x x轴相交于无穷远轴相交于无穷远分布曲线下与分布曲线下与x轴之间的总面积为轴之间的总面积为1 1，在对称与均值轴的，在对称与均值轴的6 6范围内，概率值为范围内，概率值为99.73%99.73%。对于标准正态分布，均值为对于标准正态分布，均值为0 0，故此分布曲线是对称于，故此分布曲线是对称于原点的。所以积分表一般仅给出大于零的那部分。原点的。所以积分表一般仅给出大于零的那部分。3、分布图的作用与

56、缺点分布图的作用与缺点（1）作用作用 判断工艺能否满足加工精度要求判断工艺能否满足加工精度要求 判断超差原因判断超差原因常值系统性误差还是随机误差常值系统性误差还是随机误差（2）缺点缺点 没有考虑工件加工先后顺序没有考虑工件加工先后顺序 必须等一批工件加工完才能画图，不主动控制精度必须等一批工件加工完才能画图，不主动控制精度 如出现问题，无法对本批零件采取措施，而只能对如出现问题，无法对本批零件采取措施，而只能对下一批零件起作用，不便积累控制资料下一批零件起作用，不便积累控制资料 计算量大计算量大6T4、正态分布图的应用正态分布图的应用（1）判断某一工艺过程能否保证加工精度要求判断某一工艺过程

57、能否保证加工精度要求 工艺能力和工艺能力系数工艺能力和工艺能力系数 一个工序的尺寸分散范围代表了该工序的工艺能力一个工序的尺寸分散范围代表了该工序的工艺能力 工艺能力系数工艺能力系数 ：工件加工公差：工件加工公差 与工艺能力与工艺能力 的比值。的比值。当公差带的中心与随机量的均值重合时当公差带的中心与随机量的均值重合时机械加工机械加工系统不纯在常值系统误差，这时随机量在（系统不纯在常值系统误差，这时随机量在（3）的概率为的概率为99.6799.67 。故以此来定义工艺能力系数。故以此来定义工艺能力系数。 T6ppc 绝大多数的零件加工合格绝大多数的零件加工合格 加工能力较强，遇到外来因素影响加

58、工能力较强，遇到外来因素影响不合格品不合格品 加工能力不足加工能力不足但应注意：工艺能力系数高，仅说明该工艺系统具有较但应注意：工艺能力系数高，仅说明该工艺系统具有较高的加工能力，此时并不代表该系统在加工时一定就是高的加工能力，此时并不代表该系统在加工时一定就是废品率很低，因为此时还与常值系统误差、变值系统误废品率很低，因为此时还与常值系统误差、变值系统误差等有关。差等有关。61,1,1,ppppTcccc工艺工艺能力系数值能力系数值工艺工艺等级名称等级名称说说 明明C CP P1.671.67特级工艺特级工艺工艺能力过高，可以允许有工艺能力过高，可以允许有异常波动，或作相应考虑异常波动，或作

59、相应考虑1.67C1.67CP P1.331.33一级工艺一级工艺工艺能力足够，可以工艺能力足够，可以有一定的异常波动有一定的异常波动1.33C1.33CP P1.001.00二级工艺二级工艺工艺能力勉强，工艺能力勉强，必须密切注意必须密切注意1.00C1.00CP P0.670.67三级工艺三级工艺工艺能力不足，工艺能力不足，可能出少量不合格品可能出少量不合格品0.67C0.67CP P四级工艺四级工艺工艺能力很差，工艺能力很差，必须加以改进必须加以改进工艺等级工艺等级T/2T/2AmaxAmin（2 2）合格率与不合格品率的确定）合格率与不合格品率的确定某小轴的尺寸为某小轴的尺寸为 ，其分

60、布服从正态分布，且均值，其分布服从正态分布，且均值，标准，标准差差。现估计其合格率及废品率。现估计其合格率及废品率。首先做变换首先做变换 ， ，得到标准正态分布的，得到标准正态分布的积分限积分限 、 。再由标准正态积分表查的积分值。再由标准正态积分表查的积分值 、 合格率：合格率： + + 。不合格率：不合格率：1- - 1- - 。合格率与不合格率之和为一，合格率与不合格率之和为一，即为必然事件即为必然事件ESEIAmax1Amin2A2212G 1G 1G 2G 2G 1G 可修复与不可修复废品率可修复与不可修复废品率 对于实际的加工而言，有些废品是可以修复的，而另外一对于实际的加工而言，