现代过程装备制造技术-10机械加工精度

1、10 机械加工精度SIT10.1 概述概述10.2 工艺系统的几何误差工艺系统的几何误差10.3 工艺系统的受力变形工艺系统的受力变形10.4 工艺系统的热变形工艺系统的热变形10.5 工艺残余应力引起的变形工艺残余应力引起的变形SIT10.1 概述概述 通常形状误差限制在位置公差内通常形状误差限制在位置公差内 ，位置公差限制在尺寸公差内位置公差限制在尺寸公差内表面粗糙度表面粗糙度波度波度纹理方向纹理方向伤痕伤痕（划痕、裂纹、砂眼等）（划痕、裂纹、砂眼等）加工精度加工精度表面质量表面质量表面几何形状精度表面几何形状精度表面缺陷层表面缺陷层表层加工硬化表层加工硬化表层金相组织变表层金相组织变化表

2、层残余应力化表层残余应力尺寸精度尺寸精度形状精度形状精度位置精度位置精度SIT10.1 概述概述v加工精度加工精度：零件加工后实际几何参数与理想几：零件加工后实际几何参数与理想几何参数（尺寸、形状和表面间的相互位置）符何参数（尺寸、形状和表面间的相互位置）符合程度。合程度。v加工误差加工误差：零件的实际几何参数与理想几何参：零件的实际几何参数与理想几何参数的偏差。数的偏差。v两者关系两者关系：从不同角度来评定加工零件的几何：从不同角度来评定加工零件的几何参数。加工精度的高低是由加工误差的小大来参数。加工精度的高低是由加工误差的小大来表示的，保证和提高加工精度问题，实际上是表示的，保证和提高加工

3、精度问题，实际上是限制和降低加工误差问题。限制和降低加工误差问题。SIT10.1 概述概述v尺寸精度：限制加工表面与其基准间尺寸误差尺寸精度：限制加工表面与其基准间尺寸误差不超过一定的范围；不超过一定的范围；v几何形状精度：限制加工表面宏观几何形状误几何形状精度：限制加工表面宏观几何形状误差，如圆度、圆柱度、平面度、直线度等；差，如圆度、圆柱度、平面度、直线度等；SIT10.1 概述概述v相互位置精度：限制加工表面与其基准面的相相互位置精度：限制加工表面与其基准面的相互位置误差，如平行度、垂直度、同轴度、位互位置误差，如平行度、垂直度、同轴度、位置度等。置度等。v尺寸精度、形状精度和位置精度的

4、关系：尺寸精度、形状精度和位置精度的关系： 通常通常形状公差限制在位置公差形状公差限制在位置公差内，而内，而位置误差一般限位置误差一般限制在尺寸公差之内制在尺寸公差之内。当尺寸精度要求高时，相应的位。当尺寸精度要求高时，相应的位置精度、形状精度也要求高。但形状精度或位置精度置精度、形状精度也要求高。但形状精度或位置精度要求高时，相应的尺寸精度不一定要求高，这要根据要求高时，相应的尺寸精度不一定要求高，这要根据零件的功能要求来决定。零件的功能要求来决定。 SIT10.1 概述概述v机械加工工艺系统机械加工工艺系统 在机械加工时，在机械加工时，机床、刀具，夹具和工件机床、刀具，夹具和工件构构成一个

5、完整的系统，为工艺系统。成一个完整的系统，为工艺系统。 v原始误差原始误差 工艺系统中凡是直接引起加工误差的因素都工艺系统中凡是直接引起加工误差的因素都称为原始误差。称为原始误差。（几何误差）SIT10.2 工艺系统的几何误差工艺系统的几何误差10.2.1 原理误差原理误差10.2.2 机床的几何误差机床的几何误差10.2.3 装夹误差和夹具误差装夹误差和夹具误差10.2.4 刀具误差刀具误差10.2.5 调整误差调整误差SIT10.2.1 原理误差原理误差v原理误差是由于采用了原理误差是由于采用了近似的成形运动或近似的近似的成形运动或近似的刀刃轮廓刀刃轮廓而产生的。而产生的。v原理误差多出现

6、于螺纹、齿轮等复杂曲面加工；原理误差多出现于螺纹、齿轮等复杂曲面加工；v应用近似加工，在理论误差可以满足加工精度要应用近似加工，在理论误差可以满足加工精度要求的前提下求的前提下(10%-15%尺寸公差尺寸公差)，是提高生产，是提高生产率和经济性的有效工艺方法。率和经济性的有效工艺方法。SIT10.2.2 机床的几何误差机床的几何误差v机床的几何误差通过成形运动反映到工件表面机床的几何误差通过成形运动反映到工件表面上。成形运动大部分由回转运动和直线运动所上。成形运动大部分由回转运动和直线运动所组成。组成。1. 主轴误差2. 导轨误差3. 传动键误差“误差敏感方向”10.2.2 机床的几何误差机床

7、的几何误差SIT10.2.2 机床的几何误差机床的几何误差1. 主轴误差主轴误差 主轴回转精度是指主轴的实际回转轴线主轴回转精度是指主轴的实际回转轴线相对相对其理想回转轴线其理想回转轴线的在误差敏感方向上的最大的在误差敏感方向上的最大变动量。变动量。 主轴理想回转轴线主轴理想回转轴线认为是主轴的瞬时认为是主轴的瞬时几何轴线的几何轴线的平均回平均回转轴线转轴线。SIT10.2.2 机床的几何误差机床的几何误差v轴向窜动、径向跳动和倾角摆动轴向窜动、径向跳动和倾角摆动SIT10.2.2 机床的几何误差机床的几何误差v影响主轴回转精度的主要因素影响主轴回转精度的主要因素 滑动轴承滑动轴承 工件回转类

8、机床：如车床工件回转类机床：如车床切削力及误差敏感方向切削力及误差敏感方向不变，轴径不圆引起主轴径向不变，轴径不圆引起主轴径向跳动跳动 刀具回转类机床：刀具回转类机床：如镗床如镗床切削力切削力及误差敏感方向随及误差敏感方向随主轴回转而相应变主轴回转而相应变化，轴承孔不圆引化，轴承孔不圆引起主轴径向跳动起主轴径向跳动SIT10.2.2 机床的几何误差机床的几何误差v影响主轴回转精度的主要因素影响主轴回转精度的主要因素 滚动轴承滚动轴承 主要受轴承内外环滚道的圆度、坡度、滚动体尺寸误主要受轴承内外环滚道的圆度、坡度、滚动体尺寸误差等影响差等影响v提高主轴回转精度的措施提高主轴回转精度的措施 提高主

9、轴部件的精度提高主轴部件的精度 对滚动轴承选择装配，通过调节使误差相互抵消或补对滚动轴承选择装配，通过调节使误差相互抵消或补偿偿 使主轴的回转误差不反映到工件上去使主轴的回转误差不反映到工件上去SIT10.2.2 机床的几何误差机床的几何误差2. 导轨误差导轨误差 水平面内的直线度误差（弯曲）水平面内的直线度误差（弯曲） 垂直平面内的直线度误差（弯曲）垂直平面内的直线度误差（弯曲） 前后导轨之间的平行度误差（扭曲）前后导轨之间的平行度误差（扭曲）v 水平面内的直线度误差水平面内的直线度误差（弯曲）（弯曲） 车削、磨削时，为车削、磨削时，为误差敏感方向，引误差敏感方向，引起圆柱度误差起圆柱度误差

10、SIT10.2.2 机床的几何误差机床的几何误差v 垂直平面内的直线度误差（弯曲）垂直平面内的直线度误差（弯曲） 车削、磨削时，为非误差敏感方向，对加工精度影响车削、磨削时，为非误差敏感方向，对加工精度影响很小很小 刨削、平面磨削时，为误差敏感方向，引起平面度或刨削、平面磨削时，为误差敏感方向，引起平面度或直线度误差直线度误差SIT10.2.2 机床的几何误差机床的几何误差v 前后导轨之间的平行度误差（扭曲）前后导轨之间的平行度误差（扭曲） 两导轨不平行对加工精度的影响较大，引起工件的形两导轨不平行对加工精度的影响较大，引起工件的形状误差（鞍形、鼓形、锥形等）状误差（鞍形、鼓形、锥形等） Ry

11、=H/B 一般车床中一般车床中H 2/3 B 外圆磨床外圆磨床H Bv 安装水平的调整安装水平的调整v 及时修复磨损及时修复磨损SIT10.2.2 机床的几何误差机床的几何误差3. 传动键误差传动键误差 在加工齿轮、蜗轮蜗杆、螺纹及丝杆等零件的传动表在加工齿轮、蜗轮蜗杆、螺纹及丝杆等零件的传动表面时，一般通过机床的范成运动来完成。这种运动是面时，一般通过机床的范成运动来完成。这种运动是由机床传动系统中有关传动链来实现的。由机床传动系统中有关传动链来实现的。 传动链的首末两端传动元件之间相对运动的误差即传传动链的首末两端传动元件之间相对运动的误差即传动键误差。动键误差。 减少传动链误差措施减少传

12、动链误差措施 减少传动链中的元件数，即缩短传动链；减少传动链中的元件数，即缩短传动链； 提高传动元件，特别是终端传动元件的制造和装配精度；提高传动元件，特别是终端传动元件的制造和装配精度； 尽量减小传动链中齿轮副或螺旋副中存在的传动间隙；尽量减小传动链中齿轮副或螺旋副中存在的传动间隙； 采用误差补偿办法。采用误差补偿办法。SIT10.2.2 机床的几何误差机床的几何误差4. 定程误差定程误差 是指工作台从一个位置移动到另一个位置或者重复是指工作台从一个位置移动到另一个位置或者重复移动到规定的位置时，其实际移动位置相对于名义移动到规定的位置时，其实际移动位置相对于名义位置的偏移量。位置的偏移量。

13、 主要影响工件的尺寸精度和被加工表面间的位置精主要影响工件的尺寸精度和被加工表面间的位置精度。度。 主要来源于机床的进给传动机构和定程装置。主要来源于机床的进给传动机构和定程装置。SIT10.2.3 装夹误差和夹具误差装夹误差和夹具误差v装夹误差包含定位和夹紧产生的误差。装夹误差包含定位和夹紧产生的误差。v夹具误差夹具误差 定位元件、导向元件、分度机构和夹具体等的制造误定位元件、导向元件、分度机构和夹具体等的制造误差；差； 夹具装配后各元件的相对位置误差；夹具装配后各元件的相对位置误差； 夹具工作表面磨损产生的误差。夹具工作表面磨损产生的误差。v主要影响工件加工表面的位置精度。主要影响工件加工

14、表面的位置精度。SIT10.2.4 刀具误差刀具误差v刀具误差主要为刀具的制造和磨损误差。刀具误差主要为刀具的制造和磨损误差。v定尺寸刀具（钻头、绞刀、键槽铣刀、浮动镗定尺寸刀具（钻头、绞刀、键槽铣刀、浮动镗刀块等）的尺寸误差影响加工尺寸误差；成形刀块等）的尺寸误差影响加工尺寸误差；成形刀具和展成刀具形状误差影响加工形状误差。刀具和展成刀具形状误差影响加工形状误差。v刀具磨损影响工件尺寸或形状误差。刀具磨损影响工件尺寸或形状误差。车刀后刀面磨损车刀后刀面磨损对加工尺寸影响对加工尺寸影响刀具磨损过程刀具磨损过程SIT10.2.5 调整误差调整误差v 调整调整误差误差：由于调整不准确而产生的误差。

15、：由于调整不准确而产生的误差。v 工艺系统调整方法工艺系统调整方法试切法试切法 以试切、测量、调整、再试切的循环方法，得到刀具与工件的以试切、测量、调整、再试切的循环方法，得到刀具与工件的正确位置，以获得加工表面的尺寸精度。正确位置，以获得加工表面的尺寸精度。 影响因素：测量误差；微进给机构的位移误差；切削层太薄引影响因素：测量误差；微进给机构的位移误差；切削层太薄引起的误差。起的误差。 特点：生产效率低，只适用单件小批生产。特点：生产效率低，只适用单件小批生产。调整法调整法 预先调整好刀具与工件的相对位置。预先调整好刀具与工件的相对位置。 影响因素：影响试切法的所有因素；定程机构、样件或样板

16、的影响因素：影响试切法的所有因素；定程机构、样件或样板的误差误差 特点：生产效率高，大指量生产应用较多。特点：生产效率高，大指量生产应用较多。SIT作业作业11. 说明加工精度、加工误差和公差的概念以及它说明加工精度、加工误差和公差的概念以及它们之间的区别。们之间的区别。2. 说明工艺系统的误差的内容。说明工艺系统的误差的内容。3. 试分析采用滑动轴承对车床加工的形状误差影试分析采用滑动轴承对车床加工的形状误差影响最大的因素。响最大的因素。 P303 10-5SIT10.3 工艺系统的受力变形工艺系统的受力变形10.3.1 基本概念基本概念10.3.2 工艺系统受力变形对加工精度的影响工艺系统

17、受力变形对加工精度的影响10.3.3 减小工艺系统受力变形的途径减小工艺系统受力变形的途径SIT10.3.1 基本概念基本概念v工艺系统受力变形工艺系统受力变形v工艺系统的刚度工艺系统的刚度 在误差敏感方向上工艺系统在误差敏感方向上工艺系统所受外力与变形量之比。所受外力与变形量之比。v工艺系统的柔度工艺系统的柔度(N/mm)yxtxtFKy(mm/N)xtxtyyWFSIT10.3.1 基本概念基本概念v工艺系统的法向总变形量工艺系统的法向总变形量v工艺系统的刚度工艺系统的刚度v工艺系统刚度计算说明工艺系统刚度计算说明 工件、刀具形状简单，其刚度可用材料力学公式计算工件、刀具形状简单，其刚度可

18、用材料力学公式计算 机床部件、夹具等，其刚度多采用实验方法确定计算机床部件、夹具等，其刚度多采用实验方法确定计算时可适当简化（忽略变形小的部分）时可适当简化（忽略变形小的部分）(mm)xtjcjjdjgyyyyy11111xtjcjjdjgKKKKK下标下标jc为机床，为机床，jj为夹具，为夹具，dj为刀具，为刀具，g为工件。为工件。SIT1. 切削力作用点位置不同引起的误差切削力作用点位置不同引起的误差v 工件刚度很高，受力变形很小。工艺系统的总位移取决工件刚度很高，受力变形很小。工艺系统的总位移取决于机床头、尾架和刀架的变形。于机床头、尾架和刀架的变形。10.3.2 工艺系统受力变形对加工

19、精度的影响工艺系统受力变形对加工精度的影响xxxjtwjtjtjwjxlxxyyyyyyylll;AyBylxxFFFFll;ABtjwjjwjFFyyKtK22yyxtjwjFFlxxyKlKlydjdjFyK22111xtdjxydjtjwjlxxyyyFKKlKl引起工件成鞍形引起工件成鞍形SIT10.3.2 工艺系统受力变形对加工精度的影响工艺系统受力变形对加工精度的影响1. 切削力作用点位置不同引起的切削力作用点位置不同引起的误差误差v 工件刚度很低时，工艺系统的变形量工件刚度很低时，工艺系统的变形量取决于工件变形量的大小。取决于工件变形量的大小。v 一般情况下，机床、夹具、刀具和工

20、一般情况下，机床、夹具、刀具和工件变形共同影响：件变形共同影响：223yxtgFlxxyyEIl22221113xtydjtjwjlxxlxxyFKKlKlEIl引起工件成鼓形引起工件成鼓形SITv 在毛坯材料硬度均匀，刀具几何形状、切削条件和进在毛坯材料硬度均匀，刀具几何形状、切削条件和进给量一定的情况下，则给量一定的情况下，则 所以所以v 工艺系统变形量工艺系统变形量v 车削工件的圆度误差为车削工件的圆度误差为10.3.2 工艺系统受力变形对加工精度的影响工艺系统受力变形对加工精度的影响2. 误差复映误差复映v 由于工艺系统受力变形，使毛坯误由于工艺系统受力变形，使毛坯误差部分反映到工件上

21、，此种现象称差部分反映到工件上，此种现象称为误差复映。为误差复映。v 切削力切削力FyFyxyyFypFC afFyyFyCfC11pxtCayKypFCa22pxtCayK1212gppmmxtxtCCyyaaKK SIT10.3.2 工艺系统受力变形对加工精度的影响工艺系统受力变形对加工精度的影响2. 误差复映误差复映v 误差复映系数误差复映系数v 机械加工中，误差复映系数通常小于机械加工中，误差复映系数通常小于1。可多次走刀来。可多次走刀来消除误差复映程度。消除误差复映程度。v 误差复映发生情况的讨论误差复映发生情况的讨论 毛坯的毛坯的形状误差或相互位置误差形状误差或相互位置误差都会复映

22、为工件的加都会复映为工件的加工误差；工误差； 工艺系统刚度高时，只需在粗加工时考虑；工艺系统刚度高时，只需在粗加工时考虑； 批量生产中用批量生产中用调整法加工工件调整法加工工件时，毛坯时，毛坯尺寸形状差异尺寸形状差异较大或硬度不均较大或硬度不均，也会产生此类误差。，也会产生此类误差。gmxtCK12n SIT10.3.2 工艺系统受力变形对加工精度的影响工艺系统受力变形对加工精度的影响3. 其他作用力产生的加工误差其他作用力产生的加工误差a.传动力的影响传动力的影响 0时，传动力与切削力相反，使工件靠时，传动力与切削力相反，使工件靠近刀具，工件被多切去，形成最小半径；近刀具，工件被多切去，形成

23、最小半径； 180时，则相反。时，则相反。 工件产生心形曲线的形状误差。离床头越近工件产生心形曲线的形状误差。离床头越近，传动力影响越大。，传动力影响越大。 解决：采用双拨销解决：采用双拨销的拨盘传动，使两的拨盘传动，使两头产生的传动力互头产生的传动力互相平衡，可避免此相平衡，可避免此误差。误差。SIT10.3.2 工艺系统受力变形对加工精度的影响工艺系统受力变形对加工精度的影响3. 其他作用力产生的加工误差其他作用力产生的加工误差b.惯性力的影响惯性力的影响 旋转的零部件不平衡会产生离心力，类似于传动力，产生相近旋转的零部件不平衡会产生离心力，类似于传动力，产生相近的误差规律。的误差规律。

24、解决：对重平衡，即在不平衡质量的反向加装重块。解决：对重平衡，即在不平衡质量的反向加装重块。c.夹紧力的影响夹紧力的影响 当工件刚性很差时，夹紧方法不当会引起棱圆状的形状误差。当工件刚性很差时，夹紧方法不当会引起棱圆状的形状误差。 解决：加开口过渡环，均布夹紧力。解决：加开口过渡环，均布夹紧力。SIT10.3.2 工艺系统受力变形对加工精度的影响工艺系统受力变形对加工精度的影响3. 其他作用力产生的加工误差其他作用力产生的加工误差d.机床零部件和工件本身重量的机床零部件和工件本身重量的影响影响 产生平面度误差、锥度误差。产生平面度误差、锥度误差。 解决：调整靠模板斜来补偿；增加支承。解决：调整

25、靠模板斜来补偿；增加支承。SIT10.3.3 减小工艺系统受力变形的途径减小工艺系统受力变形的途径1. 提高工艺系统的刚度提高工艺系统的刚度a.合理设计结构合理设计结构 尽可能减少壁厚，加大轮廓尺寸。设计大型零件时，力求做尽可能减少壁厚，加大轮廓尺寸。设计大型零件时，力求做成四方壁的形式、截面封闭、少开孔。适当的部件增添隔板成四方壁的形式、截面封闭、少开孔。适当的部件增添隔板或加强筋。或加强筋。b.提高连接表面的接触提高连接表面的接触刚度刚度 降低连接表面的粗糙度和几何形状误差；降低连接表面的粗糙度和几何形状误差； 预加载荷，以消除配合面间的间隙，使一开始就有较大的实预加载荷，以消除配合面间的

26、间隙，使一开始就有较大的实际接触面积。际接触面积。SIT10.3.3 减小工艺系统受力变形的途径减小工艺系统受力变形的途径1. 提高工艺系统的刚度提高工艺系统的刚度c.设置辅助支承设置辅助支承d.采用合理的装夹和加工采用合理的装夹和加工方式方式SIT10.3.3 减小工艺系统受力变形的途径减小工艺系统受力变形的途径2. 转移或补偿弹性变形转移或补偿弹性变形3. 采取适当的工艺措施采取适当的工艺措施 合理选择刀具的几何参数和切削用量合理选择刀具的几何参数和切削用量 毛坯分组，使加工余量均匀毛坯分组，使加工余量均匀SIT10.4 工艺系统的热变形工艺系统的热变形10.4.1 概述概述10.4.2

27、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10.4.3 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10.4.4 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10.4.5 减小工艺系统热变形的途径减小工艺系统热变形的途径SITv 工艺系统因温度升高而产生变形，使工件和刀具之间的工艺系统因温度升高而产生变形，使工件和刀具之间的相对位置发生变化。热变形引起的加工误差占总误差的相对位置发生变化。热变形引起的加工误差占总误差的50%，在精密加工中约占，在精密加工中约占4070%。v 切削热是刀具和工件热变形的主要热源；摩擦热是机床切削热是刀具和工件热变形的主要热源；摩擦热是机

28、床热变形的主要热源。它们都会成为二次热源。热变形的主要热源。它们都会成为二次热源。v 温度场与工艺系统的热平衡温度场与工艺系统的热平衡 热平衡：单位时间内系统传入热量与传出热量相等热平衡：单位时间内系统传入热量与传出热量相等 稳定温度场、非稳定温度场稳定温度场、非稳定温度场10.4.1 概述概述工艺系统热源内部热源外部热源切削热摩擦热环境热源辐射热SIT10.4.2 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v 机床主要热源是机床主要热源是空载功耗空载功耗。v 车床的热变形车床的热变形 车床的主要热源是主轴箱轴承的摩擦热和主轴箱中油车床的主要热源是主轴箱轴承的摩擦热和主轴箱中油池的发

29、热。池的发热。 垂直方向安装刀具的自垂直方向安装刀具的自动车床和转塔车床，主动车床和转塔车床，主轴箱热变形对加工精度轴箱热变形对加工精度影响大。影响大。v 其它机床的热变形其它机床的热变形SIT10.4.3 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v 刀具的主要热源是刀具的主要热源是切削热切削热。v 刀具的体积和热容量小，达刀具的体积和热容量小，达到热平衡时间较短。到热平衡时间较短。v 加工细长轴时，对工件的加加工细长轴时，对工件的加工精度有明显影响。工精度有明显影响。v 车刀热伸长量车刀热伸长量max1ceSIT10.4.4 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v 工件的主要热源是工件的主要热源是切削热切削热，对大型件或精，对大型件或精密零件不能忽视密零件不能忽视外部热源外部热源。v 工件受热均匀工件受热均匀 主要影响尺寸精度。主要影响尺寸精度。 靠近主轴箱的工件直径比靠近尾架的直靠近主