机械加工精度及其控制(1)汇编

1、1尺寸精度形状精度位置精度（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）表面粗糙度波度纹理方向伤痕（划痕、裂纹、砂眼等）表面几何形状精度表面缺陷层表层加工硬化表层金相组织变化表层残余应力加工质量包含的内容加工质量包含的内容2 在机械加工过程中，由于各种因素的影响，使刀具和工件间的正确位置发生偏移，因而加工出来的零件不可能与理想的要求完全符合，两者的符合程度可用机械加工精度和加工误差来表示。 零件加工后实际几何参数与理想几何参数接近程度。符合程度越高，加工精度越高，实际生产中零件不可能与理想的要求完全符合。 指加工后的实际几何参数（尺寸，形状和表面间的相互位置）对理想几何参数的偏离程

2、度，从保证产品使用性能分析允许有一定的加工误差。 3 两者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表示的，保证和提高加工精度问题，实际上是限制和降低加工误差问题。 机械加工精度包含的内容机械加工精度包含的内容尺寸精度形状精度位置精度机械加工精度三者之间的关系：（1）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寸公差内。（2）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。 4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 ，加工成本 ，生产效率 。研究加工精度的目的 研究加工精度的目的、就是

3、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，以获得预期的加工精度，必要时能指出进一步提高加工精度的途径。5三、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 定尺寸刀具法定尺寸刀具法 调整法调整法 自动控制法自动控制法6 2. 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 成形刀具法成形刀具法 展成法展成法 3. 获得位置精度的方法获得位置精度的方法 直接找正直接找正 划线找正划线找正 夹具定位夹具定位7二、影响加工精度的因素 零件的尺寸、几何形状和表面间的相互位置的形成，归根到底取决于工件和刀具在切削过程间的相互

4、位置。由于工艺系统存在各种原始误差，它们以不同的方式和程度反映为加工误差。由此可见：1、原始误差机床夹具刀具工件亦称机械加工工艺系统构成了机械加工系统故：工艺系统误差称为原始误差。工艺系统误差是“因”，是根源；加工误差是“果”，是表现。 82 2、零件加工中的各种误差、零件加工中的各种误差调整误差定位误差夹紧误差制造误差测量误差因残余应力产生的误差加工原理误差机加工前，对机床、夹具、刀具调整中；由切削力、惯性力、刀具磨损、切削热等引起；工件加工、测量好后；由于采用了近似的加工方法。机加工中的原始误差可归纳为：910工件相对于刀具静止状态下的误差与工艺系统原始状态有关的原始误差(几何误差)与工艺

5、过程有关的原始误差(动误差)原理误差定位误差调整误差刀具误差夹具误差机床误差工艺系统受力变形（包括夹紧变形）工艺系统受热变形刀具磨损测量误差工件残余应力引起的变形工 件 相 对于 刀 具 运动 状 态 下的误差主轴回转误差导轨导向误差传动误差原始误差构成原始误差构成三、误差的敏感方向 在加工过程中，各种原始误差的影响会使刀具和工件间正确的几何关系遭到破坏，引起加工误差，各种原始误差的大小和方向各不相同，而加工误差则必须在工序尺寸方向度量。因此不同的原始误差对加工精度有不同的影响。 当原始误差的方向与工序尺寸方向一致时，其对加工精度的影响最大。下面以外圆车削为例说明两者的关系。11 如图，车削时

6、工件的回转轴线为O，刀尖正确位置在A。设某一瞬时由于各种原始误差的影响，使刀尖位移到A，AA即为原始误差，它与OA间的夹角为，由此引起工件加工后的半径由R0OA变为ROA，故半径上的加工误差R 为： 当原始误差的方向恰为加工表面的法向方向(0)时，引起的加工误差最大；可以看出：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。 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的不敏感方向。 1213四四 研究加工精度的方法研究加工精度的方法 1、单因素分析法、单因素分析法运用物理学和力学原理，分析研究某一个或某几个因素对加工精度的影响。通

7、常分析、计算、测试、实验，得出单因素与加工误差间的关系。2、统计分析法、统计分析法以生产一批工件的实例结果为基础，运用数理统计方法进行数据处理。14用以控制工艺过程的正常进行，当发生质量问题是可以从中判断误差性质，找出误差出现的规律。实际生产中，两种方法常常结合应用。先用统计分析法寻找误差的出现规律，初步判断加工误差的可能原因，再适用单因素等分析，试验，以便迅速有效地找出影响加工精度的主要原因。15 “行切法” 空间曲面数控加工8SR hRshXYZ1617Z轴Y轴力传感器数据采集卡X轴18 注意：采用近似的成形运动或近似的切削刃轮廓，虽然会带来加工原理误差，但往往可简化机床或刀具的结构，提高

8、生产效率，有时反而能得到较高的加工精度。因此，只要其误差不超过规定的精度要求、在生产中仍能得到广泛的应用。 19二、调整误差二、调整误差 在机械加工的每一工序中。总是要对工艺系统进行这样或那样的调整工作。不可能绝对地准确，因而产生调整误差。 工艺系统的调整的基本方式 (1)试切法调整(2)调整法调整 20(1)试切法调整试切法调整 1)测量误差。由量具本身精度度、测量方法及使用条件引起。 2)进给机构的位移误差。在微量调整刀具的位置、低速微量进给中，常常出现进给机构的“爬行”现象，其结果使刀具的实际位移与刻度盘上的数值不一致、造成加工误差。 3)试切时与正式切削时切削层厚度不同的影响。精加工时

9、，切削刃只起挤压作用而不起切削作用。应用：单件小批生产中。 方法：对工件进行试切测量调整再试切，直到达到要求的精度为止。这时，引起调整误差的因素有：21(2)调整法调整调整法调整影响调整精度的因素有：1）上述影响试切法调整精度的因素，因为采用调整法对工艺系统进行调整时，也要以试切为依据。2）用定程机构调整时，调整精度取决于行程挡块、靠模及凸轮等机构的制造精度和刚度；3）用样件或样板调整时，调整精度取决于祥件或样板的制造、安装和对刀精度；4）工艺系统初调好以后，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。由于试切加工的工件数(称为抽样件数)不可能太多，不能完全反映整批工件切削过程

10、中的各种随机误差，故试切加工几个工件的平均尺寸与总体尺寸不能完全符合，也造成加工误差。22三、机床误差三、机床误差 机床的制造误差、安装误差以及使用中的磨损都直接影响工件的加工精度。机床误差可归纳为：机床导轨导向误差机床主轴回转误差机床传动链的误差机床误差 1、机床导轨误差 机床导轨误差多达 21项。 机床导轨是实现直线运动的主要部件，其制造和装配精度是影响直线运动的主要因素，直接影响工件的加工质量。 2324一）、机床导轨导向误差1 导轨导向精度及其对加工精度的影响 导轨导向精度： 机床导轨副的运动件实际运动方向和理想运动方向的符合程度。两者之间的偏差值称为导向误差。 导轨是机床中确定主要部

11、件相对位置的基准，也是运动的基准，它的各项误差直接影响被加工工件的精度。 包括： 导轨在水平面内的直线度， 导轨在垂直面内的直线度， 前后导轨平行度（扭曲）， 导轨与主轴回转轴线的平行度（或垂直度）。25导轨导向误差对不同的加工方法和加工对象，将会产生不同的加工误差。在分析导轨导向误差对加工精度影响时，主要应考虑导轨误差引起刀具与工件在误差敏考虑导轨误差引起刀具与工件在误差敏感方向的相对位移感方向的相对位移。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导轨在水平面内直线度误差导轨在水平面内直线度误差2627导轨在水平面内的直线度（弯曲）导轨在水平面内的直线度（弯曲） 对于车床和外

12、圆磨床由于刀尖相对于工件回转轴线在加工表面径向方向的变化属敏感方向，故其对零件的形状精度影响很大。yR 车床导轨在水平面内有弯曲后，纵向进给中刀具相对工件轴线不能平行。因而工件表面上形成形状误差。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 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/22829导轨在垂直面内的直线度（弯曲）导轨在垂直面内的直线度（弯曲） 垂直面内直线度误差对车床的影响较小，可以忽略不计。但对于龙门刨床、龙门铣床及导轨磨床来说，导轨在垂直面内的直线度误差将直接反映到工件上。 R2ZRR0RRR2ZRZ)RR(RZR2222222222 则则：项项忽忽略略3

13、0前后导轨的平行度（扭前后导轨的平行度（扭曲）曲）以车床为例BHyHyBtgHyBtgsinsin,很小，车床：车床： 磨床：磨床：3221BHBH 312导轨导向精度的影响因素 1）导轨的制造误差 2）导轨的安装误差：对长度较长的龙门刨床、龙门铣床和导轨磨床。他们的床身导轨为一细长结构、刚性较差，在本身自重作用下就容易变形，若安装不正确或地基不良，都会造成导轨弯曲变形。 3)导轨的磨损：由于使用程度不同及受力不均，机床使用一段时间后，导轨全长上各段的磨损量不等。并且在同一横截面上个导轨面的磨损量也不相等。323、提高导轨导向精度的措施 制造误差机床设计制造时，应从结构、润滑、防护装置、采取措

14、施提高导向精度。 安装误差机床安装时，应校正好水平和保证地基质量。 磨损误差使用时，注意调整导轨配合间隙，同时保证良好的润滑和维护。2、机床主轴的回转运动误差、机床主轴的回转运动误差 理想回转中心：机床主轴做回转运动时，主轴的各个截面必然有它的回转中心，在主轴的任一截面，主轴回转时若只有一点速度始终为零，则这一点即为理想回转中心。 瞬时回转中心：主轴在实际回转过程中，在一个位置或时刻的回转中心，称为瞬时回转中心，主轴各截面瞬时回转中心的连线叫瞬时回转轴线。 33341）回转精度： 机床主轴在回转时实际回转轴线对理想回转轴线的相一致程度。2）回转误差： 机床主轴在回转时实际回转轴线对理想回转轴线

15、的漂移。3）误差产生原因： 由于主轴部件中轴承、轴颈、轴承座孔等的制造误差和配合质量，润滑条件，以及回转时的动力因素的影响。瞬时回转轴线的空间位置在周期性变化。2主轴回转运动误差的形式 端面圆跳动（轴向漂移）径向圆跳动（径向漂移）角度摆动（角向漂移）主轴的回转运动误差的基本形式 注意：实际中常是这几种误差的合成。35 端面圆跳动端面圆跳动瞬时回转轴线沿平均回转轴线方向的轴向运动。它主要影响端面形状和轴向尺寸精度。 径向圆跳动径向圆跳动瞬时回转轴线始终平行于平均回转轴线方向的径向运动。它主要影响圆柱面的精度。 角度摆动角度摆动瞬时回转轴线与平均回转轴线成一倾斜角度，但其交点位置固定不变的运动。在

16、不同横截面内，轴心运动误差轨迹相似，它影响圆柱面与端面加工精度。3637主轴端面圆跳动对加工精度的影响主轴端面圆跳动对加工精度的影响1）对圆柱面的加工无影响；2）对加工端面的影响如图（a）3）对螺纹加工的影响如图（b）38 主轴径向圆跳动对加工精度的影响（镗孔） 考虑最简单的情况，主轴回转中心在y方向上作简谐直线运动，其频率与主轴转速相同，幅值为2e。则刀尖的坐标值为：e径向跳动对镗孔精度影响式中 R 刀尖回转半径； 主轴转角。() cossinXReYR显然，上式为一椭圆。39 径向跳动对车外圆精度影响径向跳动对车外圆精度影响12345678仍考虑最简单的情况，主轴回转仍考虑最简单的情况，主

17、轴回转中心在中心在X方向上作简谐直线运动方向上作简谐直线运动，其频率与主轴转速相同，幅值，其频率与主轴转速相同，幅值为为2e。则刀尖运动轨迹接近于正。则刀尖运动轨迹接近于正圆（图圆（图4-7）。）。e 主轴径向圆跳动对加工精度的影响（车外圆）主轴径向圆跳动对加工精度的影响（车外圆）40主轴倾角摆动对加工精度的影响 主轴回转运动误差的影响因素主轴回转运动误差的影响因素主轴的误差轴承的误差轴承的间隙与轴承配合零件的误差主轴系统的径向不等刚度和热变形等，影响主轴回转运动误差的主要因素对于不同类型的机床，其影响因素也各不相同。4142 滑动轴承图1 轴径不圆引起车床主轴径向跳动AB车床类机床（图1）

18、切削力的方向大体不变，主轴径以不同部件与轴承内孔的某一固定部位相接触。因此影响主轴回转精度的主要是主轴轴径的圆度主轴轴径的圆度。轴承对于回转误差的影响43镗床类机床（图2） 切削力随主轴回转而回转，主轴径总是以固定部位与轴承孔内表面的不同部位接触，因此轴承轴承孔的圆度孔的圆度对主轴回转精度影响最大。图2 轴承孔不圆引起镗床主轴径向跳动44AB 轴径不圆引起车床主轴径轴径不圆引起车床主轴径向跳动向跳动 轴承孔不圆引起镗床主轴径轴承孔不圆引起镗床主轴径向跳动向跳动45滚动轴承滚动轴承 内外滚道圆度误差、滚动体形状及尺寸内外滚道圆度误差、滚动体形状及尺寸误差。误差。46影响主轴轴向精度的主要因素影响

19、主轴轴向精度的主要因素推力轴承推力轴承滚道端面平面度误差及滚道端面平面度误差及与回转轴线的垂直度误与回转轴线的垂直度误差。差。其他因素其他因素 轴承孔、轴径圆度轴承孔、轴径圆度误差；轴承孔同轴度误误差；轴承孔同轴度误差；轴肩、隔套差；轴肩、隔套端面平端面平面度误差及与回转轴线面度误差及与回转轴线的垂直度误差；装配质的垂直度误差；装配质量等。量等。a） b）0止推轴承端面误差对主轴轴向窜止推轴承端面误差对主轴轴向窜动的影响动的影响47与轴承配合的零件误差的影响轴承间隙的影响 轴承间隙对回转精度也有影响，如轴承间隙过大，会使主轴工作时油膜厚度增大油膜承载能力降低，当工作条件(载荷、转速等)变化时，

20、油楔厚度变化较大，主轴轴线漂移量增大。 由于轴承内、外圈或轴瓦很薄，受力后容易变形，因此与之相配合的轴颈或箱体支承孔的圆度误差，会使轴承圈或轴瓦发生变形而产生圆度误差。与轴承圈端面配合的零件如轴肩、过渡套、袖承端盖、螺母等的有关端面，如果有平面度误差或与主轴回转轴线不垂直，会使轴承圈滚道倾斜，造成主轴回转轴线的径向、轴向漂移。箱体前后支承孔、主轴前后支承轴颈的同轴度会使轴承内外圈滚道相对倾斜，同样也会引起主轴回转轴线的漂移。4 4提高主轴回转精度的措施提高主轴回转精度的措施(1)提高主轴部件的制造精度首先应提高轴承的回转精度选用高精度的滚动轴承采用高精度的多油楔动压轴承采用高精度的静压轴承提高

21、箱体支承孔的加工精度主轴轴颈的加工精度与轴承相配合表面的加工精度其次应提高轴承组件的接触刚度48(2)(2)对滚动轴承进行预紧对滚动轴承进行预紧可消除间隙增加轴承刚度均化滚动体的误差 对滚动轴承适当预紧微量过盈可使轴承内、外圈和滚动体的弹性变形相互制约，这样既增加轴承刚度，又对滚动体的误差起均化作用，因而可提高主轴的回转精度。4950（三）机床传动链误差 1.传动链精度分析 传动链的传动误差是指内联系的传动链中首末两端传动元件之间相对运动的误差。例： 用滚齿机加工直齿轮时，要求滚刀和工件之间具有严格的运动关系。即：滚刀转一转，工件转过一个齿，这种运动关系是由刀具与工件的传动链来保证的。 当传动

22、链中各传动元件如齿轮、蜗轮、蜗杆、丝杆、螺母等有制造误差，装配误差和磨损时，就会破坏正确的运动关系，使被加工工件产生误差。51机床传动误差对加工精度的影响机床传动误差对加工精度的影响 齿轮机床传动链齿轮机床传动链z7 = z8 = 16z1 = 64zn = 96z5 = z6 = 23z3 = z4 = 23bz2 = 16zn-1 = 1icefacd111sinnnjjjnjjjjkktk （2-6） 以齿轮机床传动链为例：以齿轮机床传动链为例：式中式中 传动链总的转角误差；传动链总的转角误差； j第第j个传动元件的转角误差；个传动元件的转角误差； kj 第第j个传动元件的误差传递系个传

23、动元件的误差传递系数，其数值等于该元件至末端元件的传数，其数值等于该元件至末端元件的传动比；动比； n 传动链末端元件角速度；传动链末端元件角速度； j 第第j个传动元件转角误差的初相个传动元件转角误差的初相角。角。52 传动链误差的频谱分析传动链误差的频谱分析a)A1A2Aib)（频率）（频率）A（幅值）（幅值）12i2.传动精度的测量与信号处理3 3减少传动链传动误差的措施减少传动链传动误差的措施1)尽可能缩短传动链；2)减少各传动元件装配时的几何偏心，提高装配精度；3)提高传动链末端元件的制造精度； 在一般的降速传动链中，末端元件的误差影响最大。53 校正装置的实质是在原传动链中人为地加

24、入一误差，其大小与传动链本身的误差相等而方向相反，从而使之相互抵消。 5) 5)采用校正装置采用校正装置 注意：采用机械式的校正装置只能校正机床静态的传动误差。如果要校正机床静态及动态传动误差，则需采用计算机控制的传动误差补偿装置。5455L0.056F710F7k620H 7g 6YZ 钻钻径向孔的夹具径向孔的夹具 通常要求定位误差和夹具通常要求定位误差和夹具制造误差不大于工件相应制造误差不大于工件相应公差的公差的1/3。1）定位误差；）定位误差；2）刀具导向（对刀）误差；）刀具导向（对刀）误差；3）夹紧误差；）夹紧误差；4）夹具制造误差；）夹具制造误差；5）夹具安装误差；）夹具安装误差；三

25、、其他几何误差三、其他几何误差 一般刀具(如普通车刀、单刃镗刀和平面铣刀等)的制造误差，对加工精度没有直接影响。刀具误差一般刀具定尺寸刀具成形展成刀具机加工中常用的刀具有： 定尺寸刀具(如钻头、铰刀、拉刀等)的尺寸误差直接影响加工工件的尺寸精度。刀具在安装使用中不当将产生跳动，也将影响加工相应。 成形刀具(如成形车刀、成形铣刀及齿轮刀具等)的制造误差和磨损，主要影响被加工表面的形状精度。561）工件在加工过程中要用各种量具、量仪等进行检验测量，再根据测量结果对工件进行试切或调整机床。2）量具本身的制造误差、测量时的接触力、温度、目测正确程度等，都直接影响加工误差。测量误差测量误差因此，要正确地

26、选择和使用量具，以保证测量精度。5758 2.3 工艺系统的受力变形对加工精度的影响工艺系统的受力变形对加工精度的影响一、基本概念工艺系统加工中受到的力有：切削力传动力惯性力夹紧力重力等 工艺系统在这些力的作用下，将产生相应的变形。这种变形将破坏切削刃和工件之间已调整好的正确的位置关系，从而产生加工误差。1、59（2）在内圆磨床上用横向切入磨孔时，磨出的孔会产生带有锥度的圆柱度误差，如图（b）所示。（1）车削细长轴时，工件在切削力作用下的弯曲变形，加工后会产生鼓形的圆柱度误差如图（a）所示。（a）（b）60是加工中一项很重要的原始误差不仅严重影响工件的加工精度而且还影响加工表面质量限制加工生产

27、率的提高2、工艺系统受力对其性能的影响6162工艺系统刚度： 指工艺系统抵抗其变形的外力的能力。是指工件加工表面在切削力法向分力Fp的作用下，刀具相对工件在该方向位移y的比值。 yFkp3、工艺系统承受变形能力的评价6311111jcjjdgkkkkk（4-8）式中式中 k 工艺系统刚度；工艺系统刚度； kjc 机床刚度；机床刚度； kjj 夹具刚度；夹具刚度； kd 刀具刚度；刀具刚度； kg 工件刚度。工件刚度。 工艺系统受力变形等于工艺系统各组成部分受力变工艺系统受力变形等于工艺系统各组成部分受力变形之迭加。由此可导出工艺系统刚度与工艺系统各组成形之迭加。由此可导出工艺系统刚度与工艺系统

28、各组成部分刚度之间的关系：部分刚度之间的关系：64 机床变形引起的加工误差机床变形引起的加工误差式中式中 Yjc 机床总变形；机床总变形； Fp 吃刀抗力；吃刀抗力； ktj 机床前顶尖处刚度；机床前顶尖处刚度； kwz 机床后顶尖处刚度；机床后顶尖处刚度； kdj 机床刀架刚度；机床刀架刚度； L 工件全长；工件全长； x 刀尖至工件左端距离。刀尖至工件左端距离。图图2-20 变形随受力点变化规律变形随受力点变化规律YtjYwzYdjXFpAABBCCXLFAFBYz xykLxkLxLkFyjcdjwztjPjc)1(112 在车床顶尖间车削粗而短的光轴，由于车刀和工件变形极小，此时，工艺

29、系统的总变形完全取决于主轴箱、尾座(包括顶尖)和刀架的变形。1、车短轴6566 机床受力变形引起的加工误差机床受力变形引起的加工误差2 2、车细长轴、车细长轴 在两顶尖间车削细长轴，由于工件细长、刚度小，在切削力作用下其变形大大超过机床、夹具和刀具所产生的变形。因此，机床、夹具和刀具的受力变形可略去不计，工艺系统的变形完全取决于工件的变形。6768工件变形引起的加工误差工件变形引起的加工误差 工件受力变形引起的加工件受力变形引起的加工误差工误差 在车床上加工短轴，工艺系统刚度变化不大，可近似地作为常数。这时，由于被加工表面的形状误差或材料硬度不均匀而引起切削力变化、使受力变形不一致而产生加工误

30、差。工件就形成圆度误差，这种现象称为“误差复映”。以车削为例，工件毛坯存在圆度误差(例如椭圆)，如图所示。由于工件毛坯存在圆度误差车削时使切削深度在ap1与ap2之间变化。切削分力也随切削深度的变化由最大ymax变到最小ymin工艺系统将产生相应的变形6970 由于工艺系统受力变形，使毛坯误差部分反映到工件由于工艺系统受力变形，使毛坯误差部分反映到工件上，此种现象称为上，此种现象称为“误差复映误差复映”。71 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。可通过多。可通过多次走刀，消除误差复映的影响。次走刀，消除误差复映的影响。123n 误差复映程度可用误差复映系数来表示

31、，误差复映误差复映程度可用误差复映系数来表示，误差复映系数与系统刚度成反比。系数与系统刚度成反比。kCmg 在粗加工时在粗加工时,每次走刀的进给量每次走刀的进给量f一般不变一般不变,假设误差假设误差复映系数均为复映系数均为,则则n次走刀就有次走刀就有 z=n 增加走刀次数增加走刀次数,可减小误差复映可减小误差复映,提高加工精度提高加工精度,但生产但生产率降率降 低了。低了。 提高工艺系统刚度，对减小误差复映系数具有重要意提高工艺系统刚度，对减小误差复映系数具有重要意义。义。 毛坯的各种形状误差毛坯的各种形状误差（圆度、圆柱度、同轴度、平面（圆度、圆柱度、同轴度、平面度等）都会以一定的复映系数，

32、复映成工件的加工误差。度等）都会以一定的复映系数，复映成工件的加工误差。 毛坯材料的不均匀，毛坯材料的不均匀，HB有变化，同样会引起背向力的有变化，同样会引起背向力的变化，产生加工误差，分析方法同误差复映规律。变化，产生加工误差，分析方法同误差复映规律。讨论：讨论：7273夹紧力影响夹紧力影响a） b）薄壁套夹紧变形薄壁套夹紧变形薄壁工件磨削薄壁工件磨削【例例1】薄壁套筒夹紧变形薄壁套筒夹紧变形 解决：解决：加开口套加开口套【例例2】薄壁工件磨削薄壁工件磨削 解决：解决：加橡皮垫加橡皮垫74龙门铣横梁变形龙门铣横梁变形【例例】龙门铣横梁龙门铣横梁龙门铣横梁变形转移龙门铣横梁变形转移龙门铣横梁变

33、形补偿龙门铣横梁变形补偿重力影响 解决解决1 1：重量转移重量转移 解决解决2 2：变形补偿变形补偿751.静态测定法刚度的静态测定法是在机床不工作状态下，模拟切削时的受力情况，对机床施加静载荷，然后测出机床各部件在不同载荷下的变形，就可以作出各部件的刚度特性曲线并计算出其刚度下图为一台中心高200mm车床的刀架部件刚度实测曲线。实验中进行了三次加载-卸载循环。76车床刀架变形曲线车床刀架变形曲线X（m）10203040500123F（KN）v加载和卸载曲线不重合，加载和卸载曲线不重合，所围面积表示克服摩擦和所围面积表示克服摩擦和接触塑性变形所作功。接触塑性变形所作功。v存在残余变形，反复加载

34、存在残余变形，反复加载卸载后残余变形卸载后残余变形0。v机床部件刚度比按实体估机床部件刚度比按实体估算值小许多，表明其变形算值小许多，表明其变形受多种因素影响。受多种因素影响。由图我们得到下列特点：v非线形关系，不完全是非线形关系，不完全是 弹性变形。弹性变形。772. 工作状态测定法工作状态测定法 工作状态测定法是根据误差复映规律。323132313222122212121112111HHhhHHhhHHhh332211/,/,/CkCkCkxtxtxt三处系统的刚度份别是：下面以在车床顶间装夹刚度极大的心轴为例：由于心轴刚度很大，其变形可忽略，车刀的变形也可忽略，故上面算得的三处系统刚度，

35、就是三处的机床刚度。列出方程组：78djtjxt3djwztjxt2djtjxt1k1k1k1k14k14k1k1k1k1k1解此方程组可的处车床主轴箱、尾座和刀架的刚度分别是： 21231112121,111,111xtxtxtdjdjxtwzdjxttjkkkkkkkkkk79 零件表面总是存在宏观和微观的形状误差，连接表面之间的实际接触面积只是名义接触面积的一部分在外力作用下，这些接触处将产生较大的接触应力而引起接触变形。1连接表面接触变形的影响80 如果部件中有某些刚度很低的零件时，受力后这些低刚度零件会产生很大的变形，使整个部件的刚度降低。 如图所示，由于床鞍部件中的楔铁细长、刚性差

36、，不易加工平直，使用接触不良，故在外力作用下最易变形。2部件中薄弱零件的影响图图416 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8182 零件配合面间的间隙的影响，主要反映在载荷经常变化的铣镗床、铣床上。当载荷方向改变时，间隙引起位移。3零件间间隙的影响4零件间的摩擦力的影响 如果载荷是单向的，那么在第一次加载消除间隙后，对加工精度影响较小。 摩擦力对接触刚度的影响是这样的：当加载时，摩擦力阻止变形增加，而卸载时，摩擦力又阻止变形减少。因此，卸载曲线不与加裁曲线相重合， (表面间的塑性变形也是使加裁和卸载曲线不重合的原因之一)。六、减少工

37、艺系统受力变形的措施六、减少工艺系统受力变形的措施 减少工艺系统受力变形，是机械加工中保证产品质量和提高生产率的主要途径之一，根据生产实际情况，可采取以下几方面措施。 一般地，部件的接触刚度低于实际零件的刚度，提高接触刚度是提高工艺系统刚度的关键。1提高接触刚度1、改善工艺系统主要零件接触面的配合质量； 常用方法2、在接触面间预加载荷。 刮研或研磨配合面，提高配合表面的形状精度，减小表面粗糙度值，使实际接触面增加，从而有效地提高接触刚度。如机床导轨副、锥体与锥孔、顶尖与中心孔等。 可消除配合面间的间隙触面积，减少受力后的变形量。如各类轴承的调整中。832 2提高工件的刚度提高工件的刚度 适用场

38、合：在加工中，由于工件本身的刚度较低，特别是叉架类、细长轴等零件，容易变形。 措施：在这种情况下，如何提高工件的刚度是提高加工精度的关键。其主要措施是缩小切削力的作用点到支承之间的距离，以增大工件在切削时的刚度。84 4 4合理装夹工件以减少夹紧变形合理装夹工件以减少夹紧变形8586 5 5减小加工中的载荷及其变化减小加工中的载荷及其变化 减小切削力减小切削力: : 合理选择刀具的几何参数合理选择刀具的几何参数 合理选择加工用量合理选择加工用量 分组毛坯分组毛坯87 在机械加工过程中，工艺系统在各种热源的影响下常产生复杂的变形，破坏工件与切削刃相对的正确位置，从而产生加工误差。 据统计，在精密

39、加工中，由于热变形引起的加工误差约占总加工误差的40一70。高效、高精度、自动化加工技术的发展，使工艺系统热变形问题变得更为突出，已成为机械加工技术进一步发展的一个重要的研究课题。881 1、引起工艺系统受热变形的热源：、引起工艺系统受热变形的热源：系统内部热源 (切削热和摩擦热) 系统外部热源 (如太阳辐射热) 导热传热 对流传热辐射传热2、热的传递方式： 当单位时间内的热量传入与传出相等时，温度不再升高，这时工艺系统就达到热平衡状态。在热平衡状态下，工艺系统各部分的温度就保持在一相对固定的数值上，因而各部分的热变形也就相应地趋于稳定。这就是我们要追求的目标。一方面，工艺系统受热源影响，温度

40、逐渐升高；另一方面，热量通过各种传导方式向周围散发。892.摩擦热 主要由机床和液压系统中的运动部分产生的，如电动机、轴承、齿轮等传动副、导轨副、液压泵、阀等运动部分产生的摩擦热。摩擦热是机床热变形的主要热源。 工艺系统的外部热源，主要是环境温度的变化和热的辐射，大型和精密工件的加工受此影响较大。3.外部热源904 4、不稳态温度场与稳态温度场、不稳态温度场与稳态温度场 由于作用于工艺系统各组成部分的热源，其发热的数量、位置和作用时间各不相同，各部分的热容量、散热条件也不一样，因此各部分的温升不等。即使是同一物体，处于不同空间位置上的各点在不同时间的温度也是不等的。物体中各点温度的分布称为温度

41、场。当物体未达到热平衡时，各点温度不仅是坐标位置的函数，也是时间的函数。这种温度场称为不稳不稳态温度场。态温度场。 物体达到热平衡后，各点温度将不再随时间而变化，而只是其坐标位置的函数，这种温度场则称为稳态温度场稳态温度场。此时的工艺系统稳定，利于保证工件的加工精度。9192ABOABOnrnr93圆柱类工件热变形圆柱类工件热变形 5级丝杠累积误差全长级丝杠累积误差全长5m，可见热变形的严重性。，可见热变形的严重性。531.1 1040014.410()4.4()LLtmmm式中式中 L， D 长度和直径热变形量；长度和直径热变形量； L，D 工件原有长度和直径；工件原有长度和直径； 工件材料

42、线膨胀系数；工件材料线膨胀系数； t 温升。温升。LLtDDt94式中式中 X 变形挠度；变形挠度； L，S 工件原有长度和厚度；工件原有长度和厚度； 工件材料线膨胀系数；工件材料线膨胀系数； t 温升。温升。28LtXS板类工件单面加工时的热变形板类工件单面加工时的热变形 平面加工热变形平面加工热变形X/ 4LS221.120003886000.022 ()LtXSmm此值已大于精密导轨平直度要求此值已大于精密导轨平直度要求结果结果：加工时上表面升温，工件向加工时上表面升温，工件向上拱起，磨削时将中凸部分磨平，上拱起，磨削时将中凸部分磨平，冷却后工件下凹。冷却后工件下凹。例例：高高600mm

43、，长，长2000mm的床身，的床身，若上表面温升为若上表面温升为3，则变形量为：，则变形量为：95特点特点变形曲线变形曲线max1ce（2-16）式中式中 热伸长量；热伸长量； max 达到热平衡热伸长量；达到热平衡热伸长量； 切削时间；切削时间； c 时间常数（热伸长量为热平衡热伸长量约时间常数（热伸长量为热平衡热伸长量约63%的时间，的时间，常取常取34分钟）。分钟）。(min)车刀热变形曲线车刀热变形曲线连续切削升温曲线连续切削升温曲线冷却曲线冷却曲线间断切削升温曲线间断切削升温曲线（m）maxb0c0.63max机床热变形引起的加工误差机床热变形引起的加工误差 机床受热源的影响，各部分

44、温升将发生变化由于热源分布的不均匀和机床结构的复杂性，机床各部件将发生不同程度的热变形，破坏了机床原有的几何精度，从而降低了机床的加工精度。v 体积大，热容量大，温升不高，达到热平衡时间长；体积大，热容量大，温升不高，达到热平衡时间长；v 结构复杂，温度场和变形不均匀，对加工精度影响显著。结构复杂，温度场和变形不均匀，对加工精度影响显著。9697热态几何精度热态几何精度机床达到热平衡状态时的几何精度机床达到热平衡状态时的几何精度机床空转达到热平衡的时间及其能够达到机床空转达到热平衡的时间及其能够达到的热态几何精度是衡量精加工机床质量的的热态几何精度是衡量精加工机床质量的重要指标重要指标98运转

45、时间运转时间 / h0 1 2 3 450150100200位移位移 /m20406080温升温升 / YX前轴承温升前轴承温升车床受热变形车床受热变形a） 车床受热变形形态车床受热变形形态b） 温升与变形曲线温升与变形曲线1. 1. 车床类机床车床类机床主要热源：是主轴箱轴承的摩擦热和主轴箱中油池的发热；后果：主轴箱和床身的温度上升，造成机床主轴抬高和倾斜。2. 2. 磨床磨床如图所示是外圆磨床温度分布和热变形的测量结果。机床工作台与砂轮架间的热变形当采用切入式定程磨削时，被磨工件直径的变化，可达100 m 。两者基本相符993. 3. 大型机床大型机床如导轨磨床、外圆磨床、龙门铣床等的长床

46、身部件表面温度比床身底面温度高形成温差床身产生弯曲变形。100101v 立铣（图立铣（图a）立式铣床、外圆磨床、导轨磨床受热变形立式铣床、外圆磨床、导轨磨床受热变形a）铣床受热变形形态）铣床受热变形形态b）外圆磨床受热变形形态）外圆磨床受热变形形态c）导轨磨床受热变形形态）导轨磨床受热变形形态v 外圆磨（图外圆磨（图b）v 导轨磨（图导轨磨（图c）102例例1：磨床油箱置于床身内，磨床油箱置于床身内，其发热使导轨中凸其发热使导轨中凸解决解决：导轨下加回油槽导轨下加回油槽平面磨床补偿油沟平面磨床补偿油沟例例2：立式平面磨床立柱前壁立式平面磨床立柱前壁温度高，产生后倾。温度高，产生后倾。解决解决：

47、采用热空气加热立柱后采用热空气加热立柱后壁。壁。均衡立柱前后壁温度场均衡立柱前后壁温度场v 减少切削热和磨削热，粗、减少切削热和磨削热，粗、精加工分开。精加工分开。v隔离热源。隔离热源。v充分冷却和强制冷却。充分冷却和强制冷却。103v 热对称结构热对称结构v 热补偿结构热补偿结构(主轴热补偿主轴热补偿)。v合理选择装配基准。合理选择装配基准。v高速空运转；高速空运转；v人为加热。人为加热。v 恒温；恒温；v 人体隔离。人体隔离。104补充：内应力定义： 外部作用力去除后工件内存留的应力特点： 具有内应力的零件处于一种不稳定状态，它内部的组织有强烈的倾向要恢复到一个稳定的没有应力的状态，即使在

48、常温下，零件也会不断的缓慢地进行这种变化，直到残余应力安全松弛为主，在这一过程中，零件将会翘曲变形，原有的加工精度会逐渐丧失。六、残余应力引起的变形六、残余应力引起的变形1051）毛坯制造和热处理产生的残余应力原因： 在铸、锻、焊、热处理等加工过程中，由于各部分冷热收缩不均匀，以及金相组织的体积变化，使毛坯内部产生相当大的残余应力。例1： 下图表示一个内外壁厚相差较大的铸件，浇注后，冷却过程如下： 壁A、C较薄，散热容易，冷却快。壁B冷却慢，当A、C从塑性状态冷却到弹性状态时，B还处于塑性状态，这时A、C收缩时B不起阻挡变形的作用，铸件内部不会产生内应力。1、产生残余应力的原因106 当B冷却

49、到弹性状态时，A、C的温度已经降低很多，收缩速度很慢，但B收缩快，所以受到A、C的阻碍，壁B受拉应力，A、C受压应力，以保持平衡。 在C上开一小口，C上压应力消失，在A、B内应力作用力，内应力重新分布，达到平衡，工件翘曲。107例2： 机床床身铸件，为提高导轨面的耐磨性，采用局部激冷的工艺使他冷却更快一些，这样可以获得高的硬度，但铸件内应力更大，导轨表面经粗加工刨去一层，引起内应力重新分布，产生弯曲变形，新平衡过程需较长时间，导轨精加工后除去大部分变形，但内部还在变化，合格的导轨面丧失原有的精度。1082）冷校直带来的残余应力冷校直方法：在细长轴原有变形的相反方向上加力F，使工件向相反方向弯曲

50、，产生塑性变形，达到校直的目的细长轴弯曲原因，经轧制的材料存在内应力，经车削后，此内应力重新分布产生弯曲。冷校直方法F3）切削加工带来的残余应力 3 3 、减少或消除残余应力的措施、减少或消除残余应力的措施1合理设计零件结构2对工件进行热处理和时效处理3. 合理安排工艺过程例如：对铸、锻、焊接件进行退火或回火；零件淬火后进行回火；对精度要求高的零件，如床身、丝杆、箱体、精密主轴等，在粗加工后进行时效处理。例如：粗、精加工分开在不同工序中进行，留有一定时间让残余应力重新分布；在加工大型工件时，粗、精加工往往在一个工序中来完成，这时应在粗加工后松开工件，让工件有自由变形的可能，然后再用较小的夹紧力夹紧工件后进行精加工。109110从误差减少的技术上考虑，主要采取的措施有两个：从误差减少的技术上考虑，主要采取的措施有两个：1 1） 误差预防误差预防2 2） 误差补偿误差补偿111合理采用先进工艺和设备