机械制造工艺全套课件

第一章机械加工工艺的基本概念1.1产品的生产过程及工艺过程1.2生产纲领与生产类型1.3工艺规程的格式、内容及制订1.1产品的生产过程及工艺过程机械产品制造是将原材料或半成品转变为成品所进行的全部过程，其生产过程主要包括以下几个阶段：①生产技术准备。如产品和专用工艺装备的设计、制造，以及生产计划的编制、生产资料的准备等。②毛坯制造。毛坯制造一般在锻压和铸造等车间进行。③零件的机械加工。如铸造、锻造、冲压、焊接、切削加工、热处理、表面处理等，一般可在机械加工、冲压、焊接等车间进行。④产品装配。如部件装配、总装配、调试检查等，一般在装配车间进行。除此以外还包括生产辅助工作，如生产计划的制订、工艺规程的编制、设备的维修，以及原材料和半成品的供应、运输和保管等。1.1.1产品的生产过程1.1.2工艺过程及其组成1．工序一个或一组工人在同一个工作地点（或同一台机床上），对同一个或同时对几个工件连续完成的那部分工艺过程，称为工序。工序是工艺过程的基本单元。由此可见，判别是否为同一工序的主要依据是：①工作地点和加工对象是否变动；②加工过程是否连续，这两个条件缺一不可。一般来说，同一零件，同样的加工内容可以有不同的工序安排。想一想下图中可以有几种工序安排？工序号工序内容设

备1

加工小端面，对小端面钻中心孔；粗车小端外圆，对小端倒角；加工大端面，对大端面钻中心孔；粗车大端外圆，对大端倒角；精车外圆车床2

铣键槽，手工去毛刺铣床工序号工序内容设

备1

加工小端面，对小端面钻中心孔；粗车小端外圆，对小端倒角车床2

加工大端面，对大端面钻中心孔；粗车大端外圆，对大端倒角车床3

精车外圆车床4

铣键槽，手工去毛刺铣床表1-1阶梯轴第一种工序安排方案表1-2阶梯轴第二种工序安排方案显然，该零件在表1-2所示的工序中完成时，其精度和生产效率均较高。2．装夹与安装工件在加工前，先要将工件装夹。确定工件在机床上或夹具中占有正确位置的过程称为定位。工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作称为夹紧。将工件在机床上或夹具中定位、夹紧的过程称为装夹。工件经一次装夹后所完成的那一部分工序称为一个安装。在一道工序中，工件可能被装夹一次或多次，才能完成加工。3．工位为了完成一定的工序内容，一次安装工件后，通过各种回转工作台、回转夹具或移动夹具，使工件与夹具或设备的可动部分一起相对刀具或设备的固定部分变换位置，则把每一个加工位置称为工位。在一个安装中，可能只有一个工位，也可以需要有几个工位。下图所示是通过立轴式回转工作台使工件变换加工位置，即多工位加工，该图中共有4个工位。工位1—装卸工件工位2—钻孔工位3—扩孔工位4—铰孔4．工步在加工表面、切削刀具、切削进给量和切削速度都不变的情况下，所连续完成的那部分工序内容，称为一个工步。加工表面、切削刀具、切削进给量和切削速度中，只要有一个因素改变，即为一个新的工步。一道工序可有一个或几个工步。5．进给在一个工步中，当需要切去的金属层很厚，或为了提高加工精度和表面粗糙度时，往往需要对同一表面进行多次切削，则每进行一次切削就是一次进给。因此，一个工步可能只有一次进给，也可能有几次进给。1.2生产纲领与生产类型1．生产纲领生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。计划期通常定为一年，所以生产纲领也称为年生产纲领。年生产纲领是设计或修改工艺规程的重要依据，是车间设计的基本文件。零件的产量除了要计入计划所需数量外，还要计入备品和废品的数量。因此，零件的年产量应按下式计算：2．生产类型单件生产批量生产大量生产1.3工艺规程的格式、内容及制订2．机械加工工艺规程的格式工艺规程没有规定的格式，各企业根据本企业产品的生产类型和零件的复杂程度自行确定，但其基本内容是相同的。通常，机械加工工艺规程被填写成卡片（表格）形式，这3种形式可根据生产类型、零件的精密程度和工艺过程的自动化进行选择。机械加工工序卡机械加工工艺过程卡机械加工

工艺卡1.3工艺规程的格式、内容及制订3．制订工艺规程的原则和依据制订工艺规程的基本原则，是在保证加工出的零件符合零件图上的所有技术要求的前提下，尽量降低生产成本，提高生产效率。因此，在制订工艺规程时，应从工厂的实际条件出发，充分利用现有生产条件，尽可能采用国内、外先进的工艺技术和经验。制订工艺规程时，应主要依据下列基本原始资料：①产品的装配图样和零件图样。②产品及零件的质量验收标准。③产品的生产纲领。④企业现有生产条件，包括零件毛坯生产条件、机械加工技术水平、机床及其设备的性能，以及技术工人的水平。⑤相关手册、图册、标准，以及类似产品的工艺资料。⑥国内、外同类产品的有关工艺资料。工艺规程的制订，既要符号企业生产实际，又要考虑新工艺和新技术的应用，要积极引用先进的工艺技术，要有发展和创新意识，不能墨守成规。1.3工艺规程的格式、内容及制订4．制订工艺规程的步骤制订工艺规程的一般步骤如下：①熟悉和分析制订工艺规程的主要依据，确定零件的生产纲领和生产类型。②分析零件工作图和产品装配图，进行零件结构工艺性分析。③确定毛坯，包括选择毛坯类型及其制造方法。④拟定工艺路线，即从毛坯到零件的加工走向，这是制订工艺规程的关键一步。⑤确定各工序的主要内容，包括各工序需用的机床、工艺设备（如夹具、刀具、量具和量仪等）、加工余量、工序尺寸及其公差。⑥确定各主要工序的技术要求及检验方法。⑦确定各工序的切削用量和时间定额，并进行技术经济分析，选择最佳工艺方案。⑧填写工艺文件。1.3工艺规程的格式、内容及制订5．制订工艺规程的注意事项选择机床和工艺装备时，应考虑：①机床精度与工件精度应相适应；②机床规格与工件的外形尺寸相适应；③选择的机床应与现有加工条件相适应，如机床负荷的平衡状况等；④如果没有现成机床可供选用，经过技术经济分析后，也可提出专用机床的设计任务书或改造旧机床。夹具的选择刀具的选择量具和量仪的选择在确定工艺设备

时，应注意THEEND第二章机械加工工艺规程2.1零件结构及零件图的工艺分析2.2毛坯的选择2.3定位基准的选择2.4工艺路线的拟定2.5加工余量的确定2.6工序尺寸及公差的确定2.7时间定额和提高生产率的工艺途径2.1零件结构及零件图的工艺分析零件结构工艺性分析主要包括零件要素是否合理、能否方便加工，以及零件的尺寸及公差标注得是否合理等内容。零件要素是指组成零件的各加工面，零件要素工艺性直接影响零件的工艺性。零件要素的工艺性具有综合性，必须全面、综合地分析。以零件要素的切削加工工艺性为例，其工艺要求归纳起来有以下几点：①各要素的形状应尽可能简单，加工面积尽可能小，规格应尽量统一。②组成要素不同，加工方法也不相同，但应尽可能采用通用设备和标准刀具，且保证刀具易进入、退出和顺利通过加工表面。③加工表面与非加工表面要明显分开。④零件外形应有便于装夹的基准。⑤零件要有足够的刚度，以便高速或强力切削，同时要注意节省材料。2.1.1零件结构工艺性分析主要要求结构工艺性良好工艺性的特点不

好好加工面积应尽量小①减少加工量②减少材料及切削工具的消耗量钻孔的入端和出端应避免斜面①避免刀具损坏②提高孔的精度③提高生产率避免斜孔①几个孔的轴线平行，便于同时加工②减少加工量③简化夹具结构零件的整体结构工艺性主要要求结构工艺性良好工艺性的特点不

好好键槽的尺寸和方位应相同①可在一次装夹中加工出全部键槽②提高生产率结构应便于加工小孔与其他表面的距离应该适当，便于引进刀具尽量不要设计成方形凹坑方形凹坑的四角加工时无法清角，影响配合零件的整体结构工艺性主要要求结构工艺性良好工艺性的特点不

好好退刀槽尺寸应相同①可减少刀具②减少换刀时间需磨削的轴上应设砂轮越程槽磨削时可以清根位置相近的螺纹，其尺寸应尽量一致便于加工和装配销孔较深时，孔的一端应留空刀①钻头耗损小，且不易偏斜②钻孔时间短零件的整体结构工艺性零件图样上的尺寸标注，既要满足设计要求，又要便于加工。零件的技术要求主要有以下几个方面：①加工表面的尺寸精度。②主要加工表面的形状精度。③主要加工表面间的相互位置精度。④各表面的粗糙度以及表面质量要求。⑤热处理要求及其他要求。2.1.2零件图的工艺分析工艺性不好工艺性好2.2毛坯的选择常见毛坯的种类及适用范围铸件适用于形状复杂的零件毛坯，其适用范围广，成本低，但铸件的机械性能、质量和生产条件差。锻件是采用压力加工的方法，通过改变金属材料纤维组织的分布而形成的，其机械性能好，生产率也较高，适用于对机械性能要求较高的中、大型单件，或大批量生产的重要中、小零件。型材主要通过热轧或冷拉而成。热轧的型材精度低，价格较冷拉的便宜，适用于一般零件的毛坯；冷拉的型材尺寸小，精度高，易于实现自动送料，但价格贵，多用于批量较大，且在自动机床上进行加工的情形。焊接件是根据需要将型材或钢板焊接而成的毛坯件，它制作方便、简单，但需要经过热处理才能进行机械加工，适用于单件小批量生产中制造大型毛坯，制造简便、加工周期短、毛坯重量轻；但焊接件抗振动性差，机械加工前需先经时效处理以消除内应力。2．选择毛坯时应考虑的因素①零件的材料及其力学性能。当零件的材料选定后，毛坯的类型也就大致确定了。例如，材料为铸铁的零件，自然应选择铸造毛坯；材料是钢材，且力学性能要求高时，可选锻造毛坯；当力学性能要求较低时，可选型材或铸钢。②零件的形状和尺寸。形状复杂的毛坯，常采用铸造方法。薄壁件一般不能用砂型铸造，尺寸大的铸件宜用砂型铸造。一般用途的阶梯轴，各段直径相差不大、力学性能要求不高时，可选棒料做毛坯；各段直径相差较大，为了节省材料，应选择锻件。③生产类型。大量生产应采用精度和生产率都比较高的毛坯制造方法。这时，毛坯制造增加的费用可由材料消耗的减少和机械加工费用的减少来补偿。单件小批生产则应采用木模手工造型。④现有生产条件。选择毛坯类型时，应结合本企业的具体生产条件，如现场毛坯制造的实际水平和能力、外协的可能性等。⑤充分考虑利用新技术、新工艺和新材料的可能性。尽量采用精密铸造、精密锻造、冷挤压、粉末冶金和工程塑料等新工艺、新技术和新材料，以节约材料和能源，减少机械加工余量，提高经济效益。3．毛坯形状和尺寸的确定毛坯形状和尺寸的确定原则是，尽可能使毛坯的形状及尺寸与零件的要求相符合，以减少不必要的加工量和材料成本。确定毛坯的形状和尺寸时，应注意以下几点：①为了便于工件的定位安装，有些铸件毛坯需铸出工艺凸台。②装配后需要形成同一工作表面的两个或两个以上的相关零件，常常将这些分离零件先在一个整体毛坯上加工，待加工到一定阶段后再切割分离。③为了提高机械加工的生产率，常常将若干个形状规则的小零件先合在一个毛坯中铸造或锻造，待加工到一定程度后，再分别切割分离成为单个零件。④对于薄壁环形件的毛坯，为减少装夹变形，也常在同一个毛坯上同时加工多个工件。2.3定位基准的选择2.3.1设计基准和工艺基准设计基准是指零件图上用来确定其他点、线、面位置关系所采用的基准。如图所示的轴套零件，其端面A是端面B和端面C的设计基准，轴线是外圆和内孔的设计基准。轴套零件的设计基准2.3.1设计基准和工艺基准工艺基准是指在加工或装配过程中所使用的基准。工艺基准按用途不同可分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。工序基准：工序图上用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸、形状和位置的基准，即工序图上的基准。如图所示零件，加工B面的工序基准是C面。定位基准：加工时用于工件定位的基准，它是工件上与夹具定位元件直接接触的点、线、面。如图所示，加工B面时若采用C面定位，则工件的装夹非常不方便；若采用A面定位，则工件很好装夹，故加工B面时的定位基准为A面。测量基准：测量工件已加工表面的尺寸和位置时所采用的基准。装配基准：装配时用来确定零件或部件在产品中相对位置的基准。工序基准与定位基准2.3.2定位基准的选择选择定位基准时应注意：①各加工表面应有足够的加工余量，非加工表面的尺寸和位置应符合设计要求；②为保证工件定位稳定、可靠，定位基面应有足够大的接触面积和分布面积。1）基准重合原则应尽可能选择设计基准作为定位基准，即基准重合，这样可以避免基准不重合引起的误差。如图所示工件，B面的设计基准为C面，若以C面定位加工B面，则设计基准与定位基准重合，产生的误差为对刀误差，该误差较小。如果工件以A面定位加工B面，则装夹方便、夹具结构简单，但基准不重合，其误差由两部分合成。一部分是由于尺寸A1的变动会对A0产生影响，另一部分误差为对刀引起的误差，故增大了加工误差。这种增大误差定位方法，有可能造成该工件不能满足其工作性能。工序基准与定位基准2.3.2定位基准的选择2）基准统一原则尽可能采用同一个定位基准加工工件上的各个表面，即基准统一。例如，轴类零件大多数工序都采用两端中心孔定位（即以轴心线为定位基准），以保证各主要加工表面的尺寸精度和位置精度。如图所示飞机传动盘零件的加工，在加工过程中始终以轴线和端面B为定位基准。采用基准统一原则的优点是可以简化工艺规程的制订、减少夹具数量、节约夹具设计和制造费用。同时，由于减少了基准间的相互转换，更有利于保证各表面间的相互位置精度。飞机传动盘零件图2.3.2定位基准的选择3）互为基准原则对工件上两个精度要求较高的表面进行加工时，可将这两个表面互相作为基准反复进行加工，以保证位置精度要求。如图所示的钻套，以外圆表面定位磨削内孔，反过来又可以以内孔定位磨削外圆，这样可以获得内、外圆柱面有较高的同轴度要求。钻套零件图2.3.2定位基准的选择4）自为基准原则当某些加工表面的精加工余量小而均匀时，可选择该加工表面本身作为定位基准，即自为基准原则。遵循自为基准原则，只是提高加工面本身的精度，不能提高加工面的位置精度。例如，生产中常采用钳工划线，后续工序操作者按线找正后装夹加工，这是最常见的自为基准实例。如图所示是在导轨磨床上，以自为基准原则磨削床身导轨，其方法是先用百分表找正工件的导轨面，然后磨削导轨面，以及保证导轨面余量均匀，或满足对导轨面的质量要求。自为基准磨削床身导轨2.3.2定位基准的选择5）准确可靠原则所选精基准应保证工件定位准确、稳定，以及夹具设计简单、操作方便、夹紧可靠。精基准应该是精度较高、表面粗糙度值较小、支承面积较大的表面。上述5条原则中，应首先考虑前2条原则。当用夹具装夹时，选择的精基准面还应使夹具结构简单，操作方便。2.3.2定位基准的选择粗基准是用未经加工的毛坯表面作为定位基准的。确定毛坯件后，零件进入机械加工过程的第一道工序时所选的定位基准必然是毛坯表面，即粗基准。粗基准的选择主要考虑如何保证加工表面与非加工表面间的位置、尺寸要求、加工表面的加工余量是否均匀和足够，以及减少装夹次数等，具体可按下列原则选择。①为了保证重要加工表面加工余量均匀，应选择重要加工表面作为粗基准。②为了保证非加工表面与加工表面之间的相对位置精度要求，应选择非加工表面作为粗基准。③有多个表面需要一次加工时，为了保证各加工面都有足够的加工余量，应选择精度要求最高，或者加工余量最小的表面作为粗基准。④粗基准在同一尺寸方向上通常只允许使用一次。由于粗基准是毛面，其表面一般较粗糙，形状误差也较大，如果重复使用就会造成较大的定位误差。⑤选作粗基准的表面应平整光洁，要避开锻造飞边和铸造浇冒口、分型面、毛刺等缺陷，且应有一定面积，以保证定位稳定、夹紧可靠。2.4工艺路线的拟订除选择定位基准外，拟定工艺路线的主要内容还应包括确定各加工表面的加工方法、表面加工的先后顺序、工序集中与分散的程度，以及选择设备与工艺装备等，它是制订工艺规程的关键步骤。选择表面加工方法，就是为零件上每一个有质量要求的表面选择一套合理的加工方法。选择时，应从质量要求、生产率及经济成本等多方面考虑。为了正确选择加工方法，应了解各种加工方法的特点，并掌握加工经济精度及经济表面粗糙度的概念。2.4.1表面加工方法的选择1．加工经济精度和经济表面粗糙度任何一个表面的加工，影响其表面精度的因素很多。每种加工方法（车、铣、刨、钻、镗、磨、铰等）在不同的工作条件下，所能达到的精度会有所不同。例如，选择较合适的切削用量，细心调整，精心操作，就可以减小零件的加工误差和表面粗糙度，提高加工精度。但是，这样会降低生产率，增加成本。反之，若通过增加切削用量而提高生产率，虽然成本能降低，但会增加加工误差而使精度下降。统计资料表明，各种加工方法的加工误差与加工成本之间的关系如图所示。由该图中可以看出：对同一种加工方法来说，当加工误差小到一定程度（A点的左侧）时，加工成本会提高很多，但加工精度不易提高；当加工误差大到一定的程度（B点的右侧），加工成本也很难降下来。因此，曲线AB段的精度属于经济精度范围。所谓经济精度和经济表面粗糙度，是指在正常加工条件下所能保证的加工精度和表面粗糙度。各种加工方法所能达到的经济精度和经济表面粗糙度等级，以及各种典型表面的加工方法，读者可查阅机械加工手册。加工误差与加工成本间的关系2．选择加工方法时的注意事项①工件的结构形状和尺寸。例如，对于IT7级精度的孔，采用镗、铰、拉和磨削等都可达到要求。但箱体上的孔一般不宜采用拉或磨削，而常常选择镗削（孔径大时）或铰孔（孔径小时）。②工件材料的性质。例如，淬火钢精加工应采用磨床加工；为避免磨削时碎削堵塞砂轮，有色金属的精加工应采用金刚镗或高速精细车、精细铣等加工方法。③生产类型、生产率及经济性问题。选择加工方法要与生产类型相适应，并考虑生产率和经济性。大批量生产时，应采用生产率高、质量稳定的专用设备和专用工艺装备加工；单件小批生产时，只能采用通用设备、通用工艺装备和一般加工方法。例如孔的加工，批量较大时可采用拉削；单件小批生产时，则采用钻、扩、镗或铰孔。④具体生产条件。应充分利用企业的现有设备和工艺手段，节约资源。同时，应重视新技术和新工艺，充分挖掘企业潜力，设法提高企业的工艺水平。2.4.2加工阶段的划分粗加工阶段：高效地切除各加工表面的大部分余量，使毛坯在形状和尺寸上接近成品。半精加工阶段：消除粗加工留下的误差，为主要表面的精加工做准备，并完成一些次要表面的加工。精加工阶段：要求的加工精度较高，各表面的加工余量和切削用量都比较小，保证各主要表面达到图纸规定的质量要求。精密、光整加工阶段：对精度要求很高的零件，在工艺过的最后安排珩磨或研磨、精密磨、超精加工或其他特种加工方法加工。2.4.2加工阶段的划分原因依据各加工阶段依据图样上的表面粗糙度值Ra进行划分。各加工阶段主要是根据零件加工表面的尺寸公差等级、表面粗糙度、热处理要求等划分的。①可保证零件的加工质量。②有利于合理使用设备。③便于安排必要的热处理工序，使热处理与切削加工工序配合更合理。④便于及时发现毛坯的缺陷。2.4.3加工顺序的安排先主后次就近不就远先粗后精先面后孔2345基准面先行11．机械加工工序的安排原则①基准面先行。工艺路线开始加工的表面应该是作为基准的精基准面，然后再以精基准面定位，加工其他面。例如，精度要求较高的轴类零件，其第一道机械加工工序就是铣端面，打中心孔，然后以顶尖孔定位加工其他表面。又如，箱体类零件也是先加工定位基准面，再加工其他平面或孔系。此外，为保证一定的定位精度，当加工面的精度要求很高时，精加工前一般应先精修一下精基准。②先粗后精。在安排加工顺序时，应先安排粗加工，中间根据需要安排半精加工，最后安排精加工和光整加工。精度要求较高的工件，为减少粗加工变形对精加工的影响，粗、精加工应分阶段进行，以消除残余应力。③先主后次。通常将装配基面、工作表面等视为主要表面，将键槽、紧固用的光孔和螺孔等视为次要表面。次要表面一般加工量较少，加工比较方便。若把次要表面的加工穿插在各加工阶段进行，就能使加工阶段更加明显，又增加了阶段间的时间间隔，便于工件有足够时间让残余应力重新分布，以便在后续工序中纠正其变形。④先面后孔。对于箱体、支架和连杆等工件，应先加工平面后加工孔。这是因为平面的轮廓平整，安放和定位比较稳定可靠，若先加工好平面，就能以平面定位加工孔，既能保证加工时孔有稳定可靠的定位基准，又有利于保证孔与平面间的位置精度要求。⑤就近不就远。加工顺序的安排还要考虑车间、设备的布置情况，有条件时，尽可能将同工种工序相继安排。2．热处理工序的安排1）预备热处理预备热处理的目的是消除毛坯制造过程中产生的内应力，改善金属材料的切削加工性能，为最终热处理做准备，属于预备热处理的有退火、正火和时效处理等。2）最终热处理最终热处理的目的是提高金属材料的力学性能或零件表层的力学性能，属于最终热处理的有淬火－回火、渗碳淬火－回火、渗氮等。对于仅仅要求改善力学性能的工件，有时正火和调质等也作为最终热处理。除上述热处理工序外，有时需要对表面进行涂镀或发蓝等表面处理。3．辅助工序的安排辅助工序包括工件的检验、去毛刺、清洗、去磁和防锈等。辅助工序也是机械加工的必要工序，安排不当或遗漏，会给后续工序和装配带来困难，影响产品质量，甚至使机器不能使用。例如，未去净的毛刺将影响装夹精度、测量精度、装配精度，以及工人安全；研磨和珩磨后没有清洗过的工件会带入残存的砂粒，从而加剧工件在使用过程中的磨损；用磁力夹紧的工件没有安排去磁工序，会使带有磁性的工件进入装配线，影响装配质量。①去毛刺工序的安排。一般情况下，单件生产中，刨、铣、磨、钻等表面的毛刺可由相应工种的操作者去除。成批生产中，对于车削回转表面的毛刺均由车工去除；对于车削非回转表面，或刨、铣、磨、钻等表面的毛刺均由钳工去除。②检验工序的安排。检验工序有一般的质量检验和特种检验。例如，零件表层的裂纹缺陷应采用磁力探伤或荧光检验；零件内部缺陷应采用X射线、γ射线或超声波；零件材料化学成分应采用分光检验；零件材料致密性应采用耐压试验、气密性试验或渗透试验等。检验是必不可少的工序，对保证产品质量和防止产生废品起到重要作用。一般情况下，每道工序应有“三检”，即生产者自检、班组长或工段长互检，以及专职检验员检验。除了工序中自检外，还需要在下列场合单独安排检验工序：①粗加工阶段结束后。②转换车间的前后，特别是进入热处理工序的前后。③重要工序之前或加工工时较长的工序前后。④特种性能检验，如磁力探伤、密封性检验等之前。⑤全部加工工序结束之后。2.4.4确定工序集中与分散的程度工序集中与工序分散是拟订工艺路线时，确定工序数目（或工序内容多少）的两种不同原则，它和设备类型的选择有密切关系。同一个工件，同样的加工内容，可以安排两种不同形式的工艺规程。工序集中：是指零件的加工集中在少数几道工序内完成，每道工序的加工内容较多，但总工序数目、夹具数目和工件的安装次数也相应减少。其中，采用技术措施集中的称为机械集中，如采用多刃、多刀、多轴或数控机床加工等；采用人为组织措施集中的称为组织集中，如普通车床的顺序加工。工序分散：是指零件的加工分散在较多的工序内完成，每道工序的加工内容很少，有时甚至每道工序只有一个工步。工序集中有利于保证各加工面间的相互位置精度要求，节约装夹工作的时间，减少工件的搬动次数；工序分散可使每个工序使用的设备和夹具比较简单，调整、对刀也比较容易，对操作工人的技术水平要求较低。工序集中与工序分散各有利弊，选择时应根据企业的生产规模、产品的生产类型、现有的生产条件、零件的结构特点和技术要求进行综合分析后选定，一般的选定方法为：①批量小的工件，为简化生产计划，多将工序适当集中。②结构简单的工件，可采用工序分散；反之，采用工序集中。③重型零件，为减少装卸运输工作量，应采用工序集中；反之，采用工序分散。④刚性较差且精度较高的精密工件，其工序应适当分散。⑤大批大量生产的工件，可采用机械集中。随着科学技术的发展和先进制造技术的进步，工件的工序逐步倾向于工序集中。2.5加工余量的确定工艺路线拟订之后要进行工序设计，即确定各工序的具体内容，如确定夹具、刀具、量具和量仪等工艺装备，确定加工余量、工序尺寸及其公差等。其中，工序尺寸的确定除了与工件的设计尺寸有关外，还与各工序的加工余量有密切关系。1．加工余量的概念加工余量是指在加工过程中所切去的金属层厚度。加工余量有加工总余量和工序余量之分。工序余量：是相邻两工序的工序尺寸之差，即在一道工序中从一定加工表面上切除的材料层的厚度。加工总余量：是毛坯尺寸与零件图样上的设计尺寸之差，也是工件上某一加工表面所有工序余量之和，可用下式表示：为了便于加工，工序尺寸都按“入体原则”标注成极限偏差，即被包容面的工序尺寸取上偏差为零；包容面的工序尺寸取下偏差为零。毛坯尺寸则按双向布置上、下偏差。①公称余量。公称余量是指两相邻工序公称尺寸的差值，如图2-16所示，被包容面和包容面的公称余量Z可用下式表示。对于被包容面：Z=上道工序公称尺寸-本道工序公称尺寸对于包容面：

Z=本道工序公称尺寸-上道工序公称尺寸（a）被包容面（轴）

（b）包容面（孔）图2-16工序余量与工序尺寸及其公差的关系②余量公差。由于工序尺寸有公差，因此加工余量也必然在某一公差范围内变化。如图2-16所示，余量公差的大小等于工序最大余量与工序最小余量之差，也等于本道工序的工序尺寸公差与上道工序的工序尺寸公差之和，即（a）被包容面（轴）

（b）包容面（孔）图2-16工序余量与工序尺寸及其公差的关系2．影响加工余量的因素影响加工余量的因素比较复杂，其主要的影响因素有以下几个方面：①上道工序的表面粗糙度Ra和缺陷层厚度Da。②上道工序的尺寸公差Ta。③上道工序的几何误差ρa。④本道工序的装夹误差

。综合上述各种影响因素，加工余量的计算公式如下（参见图2-18所示）。图2-18单边余量与双边余量3．确定加工余量的方法确定加工余量的方法有以下3种。经验估算法：根据工艺人员和工人的长期实际生产经验，采用类比法估计加工余量的大小。该方法简单易行，但有时因经验所限，为防止余量不够产生废品，估计的余量一般偏大。该方法多用于单件小批生产。分析计算法：以一定试验资料和计算公式为依据，对影响加工余量的诸多因素进行逐项分析计算，以确定加工余量的大小。该方法所确定的加工余量经济合理，但要有可靠的实验数据和资料，计算比较繁琐，仅在贵重材料或大批大量生产中采用。查表修正法：以有关工艺手册和资料所推荐的加工余量为基础，结合实际加工情况进行修正，以确定加工余量的大小。该方法应用较广，查表时应注意表中数值是单边余量还是双边余量。2.6工序尺寸及公差的确定2.6.1基准重合时工序尺寸及公差的确定当工序基准、定位基准或测量基准与设计基准重合时，工序尺寸及其公差的确定比较简单。根据与被加工对象关联尺寸的多少，工序尺寸及公差的确定方法有以下两种。1）单一工序的工序尺寸及公差单一工序的工序尺寸及公差的确定，主要是要保证被加工对象的位置尺寸。如图2-19所示，Φ16孔的孔心位置是以B，C面作为设计基准的。因此，要在板料上钻Φ16的孔，应以B，C面为定位基准确定定位尺寸（65±0.20，25±0.10），即基准重合。图2-19单一工序的工序尺寸及公差2）多道相关联工序的工序尺寸及公差同一加工表面上，多道相关联工序的工序尺寸及公差的确定，主要采用倒推法来计算，其具体步骤为：①根据零件图上的设计尺寸要求，确定加工过程。②以设计尺寸为最终工序尺寸，由后向前逐个确定各工序的加工余量，可分别得到各工序的公称尺寸（包括毛坯尺寸）。③按经济精度和经济粗糙度，确定各工序的工序尺寸、公差及表面粗糙度。④确定各工序尺寸的极限偏差，按“入体原则”标注工序尺寸。⑤计算毛坯到零件的总余量。2.6.2基准不重合时工序尺寸及公差的确定1．工艺尺寸链的概念在零件的加工过程中，由相互连接的尺寸形成封闭的尺寸环，称为尺寸链。如图2-21（a）所示，零件图样上标注的设计尺寸为A1和A2。以D面定位加工B面，即可得到尺寸A1；以D面定位，按尺寸A0对刀加工C面，即可间接保证尺寸A2的要求，则尺寸A1，A2和A0是在加工过程中，由相互联系的尺寸形成的尺寸链，如图2-21（b）所示。由此可见，尺寸链是由一个自然形成（或间接得到）的尺寸与若干个直接得到的尺寸组成，其具有封闭性和关联性。封闭性：各尺寸按一定顺序首尾相接构成封闭尺寸图形，如图2-21所示。关联性：尺寸链中的某一个尺寸变动，必将引起其他尺寸的变动。（a）

（b）图2-21零件加工过程中的尺寸链2．尺寸链的组成组成尺寸链的各个尺寸都称为尺寸链的环。如图2-21中的A1，A2和A0都是尺寸链的环。环又分为封闭环和组成环。封闭环：是指加工过程中自然得到（或间接得到）的尺寸。如图2-21中的A0为封闭环。封闭环用下标“0”表示。每个尺寸链只能有一个封闭环，且封闭环一定是间接得到的尺寸。组成环：是指尺寸链中对封闭环有影响的全部环。这些环中任一环的变动必然引起封闭环的变动。如图2-21中的A1和A2均为组成环。尺寸链中的组成环，按其对封闭环的影响又可分为增环和减环。增环：当其余组成环不变，而该组成环增大（或减小）引起封闭环随之增大（或减小）的环，称为增环。如图2-21中的A1是增环，可标记为

。减环：当其余组成环不变，而该组成环增大（或减小）引起封闭环随之减小（或增大）的环，称为增环。如图2-21中的A2是减环，可标记为

。按应用场合不同，尺寸链可分为分工艺尺寸链、设计尺寸链和装配尺寸链。按各环空间位置不同，尺寸链可分为分直线尺寸链、平面尺寸链和空间尺寸链。图2-22回路法判别增、减环3．增、减环的判断对于环数较多的尺寸链，有时利用定义判断增、减环比较困难。在这种情况下，可采用画箭头的方法快速判断增、减环，称为回路法。判断方法为：在绘制的尺寸链图上先给封闭环任意一个方向，并在该封闭环的上或下侧画出箭头，然后沿箭头所指的方向依次绕尺寸链一圏，并给各组成环标上与绕行方向相同的箭头。凡与封闭环箭头同向的为减环，反向的是增环。图2-21所示零件增、减环的判别方法如图2-22所示。从该图中可以看出，A0与A1的方向相反，故A1为增环；A0与A2的方向相同，故A2为减环。4．工艺尺寸链的建立1）封闭环的确定确定封闭环要根据零件的加工方案，找出间接或最后获得的尺寸，定为封闭环。大多数情况下，封闭环可能是零件设计尺寸中的一个尺寸，或者是加工余量值。正确确定封闭环是计算工艺尺寸链的关键。如果封闭环确定错误，则整个尺寸链的计算结果将会发生错误。2）组成环的查找从封闭环两端开始，同步按照工艺过程的顺序，分别向前查找该表面最近一次加工的工序尺寸，再查找该工序尺寸的基准，接着找出该工序尺寸另一端表面的最后一次工序尺寸，直至两边汇合为止，所经过的尺寸均为组成环。2.6.3工艺尺寸链的计算1．工艺尺寸链的计算方法工艺尺寸链的计算方法有极值法和概率法两种。极值法：是指按各增环均为最大（或最小）极限尺寸，而减环均为最小（或最大）极限尺寸，来计算封闭极限尺寸的。该方法的优点是简便、可靠，缺点是当封闭环公差较小、组成环数目较多时，会使组成环的公差过于严格。概率法：是用概率论原理来进行尺寸链计算的。采用该方法能克服极值法的缺点，主要用于环数较多（多于4环），且采用大批大量自动化生产中。1）极值法①封闭环的基本尺寸等于所有增环的基本尺寸之和减去所有减环的基本尺寸之和，即②封闭环极限尺寸的计算。最大极限尺寸：最小极限尺寸：或③封闭环上、下极限偏差的计算。上极限偏差：下极限偏差：④封闭环的公差等于所有组成环公差之和，因此，封闭环的公差最大，即2）概率法按概率法计算时，各环的尺寸用平均尺寸或平均偏差代入计算。①各环平均尺寸计算：②各环平均偏差计算：③封闭环公差计算：2．工艺尺寸链的计算形式工艺尺寸链的计算形式有正计算、反计算和中间计算3种。正计算：即已知组成环，求封闭环，具体是指根据各组成环的基本尺寸和公差（或偏差）来计算封闭环的基本尺寸及公差（或偏差）。正计算主要用于审核图纸、验证设计的正确性，以及验证工序图上所标省政府的工艺尺寸及公差是否能满足设计图纸上相应的设计尺寸和公差要求。正计算的结果是唯一的。反计算：即已知封闭环，求组成环，具体是指根据设计要求的封闭环基本尺寸、公差（或偏差）及各组成环的基本尺寸，计算各组成环的公差（或偏差）。反计算常用于产品设计、加工和装配工艺计算方面。反计算的实质是如何将封闭环的公差合理地分配给各个组成环，其解不是唯一的。中间计算：即已知封闭环和部分组成环，求其余组成环，具体是指根据封闭环及部分组成环的基本尺寸及公差（或偏差），来计算尺寸链中余下的一个或几个组成环的基本尺寸及公差（或偏差）。中间计算在工艺设计中应用较多，如基准的换算、工序尺寸的确定等，其解可能是唯一的，也可能不唯一。2.6.4直线尺寸链在工艺过程中的应用计算工序尺寸问题的一般步骤为：①根据题意，按照零件各表面间的相互联系画出尺寸链简图。②确定封闭环。③确定增、减环。④利用公式，根据已知条件求出未知尺寸。⑤通过分析、计算，判断工艺过程的合理性。若不合理，找出原因并进行修正。1．测量基准与设计基准不重合时工艺尺寸链的建立和计算在工件的加工过程中，有时会遇到一些表面加工之后按设计尺寸不便直接测量的情况，因此需要在零件上另选一容易测量的表面作为测量基准进行测量，以间接保证设计尺寸的要求，这时就需要进行工序的换算。【例】

如图2-26所示零件，各尺寸均按设计要求加工完毕，C平面最后加工，为便于测量，选择母线B作为测量基准，试求出测量尺寸L及其上、下偏差。图2-26分析

图2-26中，C面的设计基准是

30外圆的上母线，测量时以下母线B为测量基准，则基准不重合。值得注意的是，因直径尺寸的基准在圆心，因此应折算成半径尺寸来画尺寸链。2．定位基准与设计基准不重合时工序尺寸的换算采用调整法加工零件时，若所选的定位基准与设计基准不重合，那么该加工表面的设计尺寸就不能由加工直接得到，这时就需要进行工序尺寸的换算，以保证设计尺寸的精度要求，并将计算的工序尺寸标注在工序图上。当定位基准与设计基准不重合时，其工序尺寸的计算步骤为：①找出封闭环（多为设计尺寸）；②寻找并建立尺寸链（找到基准重合处）；③计算工序尺寸及公差。【例】

如图2-27所示零件，其A，B，D三个面都已加工完成，本工序要求加工缺口C面，设计基准为B面，设计尺寸为mm。加工时，为方便定位，选择了A面定位，试确定定位尺寸L及其极限偏差。图2-27分析

C面的设计基准为B面，但用B面的定位又不易实现。为此，以A面定位加工C面，则基准不重合，需确定图2-27中的工序尺寸L。3．从尚需继续加工的表面上标注工序尺寸在工件的加工过程中，有时一个基准面的加工会同时影响两个设计尺寸的数值。这时，需要直接保证其中公差要求较严的一个设计尺寸，而另一个设计尺寸需由该工序前面的某一工序的合理工序尺寸间接保证。为此，需要对中间工序尺寸进行计算。【例】图2-28（a）所示为一齿轮内孔的局部简图及其设计尺寸，其工艺过程如下：①镗内孔至尺寸49.7mm，如图2-28（b）所示；②插键槽至尺寸L3，如图2-28（c）所示；③淬火热处理；④磨内孔，保证内孔尺寸50mm，同时保证键槽深度尺寸mm。试确定插键槽的深度尺寸L3及其极限偏差。图2-28（a）工序图

（b）镗孔工序

（c）插键槽

（d）尺寸链图4．保证渗碳、渗氮层深度的工序尺寸有些零件的表面需要进行渗碳、渗氮处理，而且在精加工后还要保证规定的渗层深度。为此，必须正确确定精加工前的渗层深度尺寸。【例】图2-29所示为某零件内孔的加工，其孔径为145mm，要求内孔表面渗碳，渗碳层深度（单边）为0.3～0.5mm，其加工工艺过程为：①磨内孔至尺寸144.76mm；②渗碳热处理；③磨内孔至尺寸145mm，并且保留渗碳层深度0.3～0.5mm。试求渗碳热处理时渗碳层的深度t及其极限偏差。（a）

（b）

（c）图2-29分析

本题要确定的是工艺过程中间的一个尺寸。零件最后工序得到两个尺寸，其中，孔径145是直接得到的尺寸，为组成环；单边渗碳层深度0.3～0.5（此处取

）是间接获得的尺寸，为封闭环。2.7时间定额和提高生产率的工艺途径制订工艺规程的根本任务在于在保证产品质量的前提下，提高劳动生产率和降低生产成本，即做到高产、优质、低消耗。为达到这一目的，在制订工艺规程时需确定劳动消耗工艺定额，简称劳动定额，它是劳动生产率指标。劳动定额可用产量定额和时间定额来表示，常用时间定额作为劳动定额指标。1．时间定额工时定额是指一定的生产条件下，规定生产一件产品或完成一道工序所必需的时间，它是安排生产计划、核算生产成本的重要依据，也是设计、扩建工厂或车间时计算设备和工人数量的依据。合理的时间定额对调动工人的生产积极性、保证工人规范化生产，以及进行生产计划管理等都有重要的意义。制订的时间定额要防止过紧和过松两种倾向。完成零件一道工序的时间定额称为单件时间，用TP表示，单位为min。单件时间由下列部分组成：（1）基本时间Tb；（2）辅助时间Ta；（3）布置工作场地时间Ts；（4）生理和自然需要时间Tr

；（5）准备与终结时间Te。2．提高机械加工生产率的工艺措施劳动生产率是一个综合技术经济指标，它与产品设计、生产组织、生产管理和工艺设计等都有密切关系。这里讨论提高机械加工生产率的问题，主要是从工艺技术角度出发，研究如何通过减少时间定额寻求提高生产率的工艺途径。（1）缩短基本时间；（2）缩短辅助时间；

（3）缩短布置工作场地时间；（4）缩短准备与终结时间THEEND第三章机械加工质量3.1机械加工精度3.2机械加工表面质量3.1机械加工精度1．加工精度与加工误差机械加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状及表面间的相互位置）与理想几何参数的符合程度。而加工后，零件的实际几何参数与理想几何参数的偏差程度即为加工误差从保证产品的使用性能分析，允许有一定的加工误差；从加工的角度分析，加工后实际几何参数与理想几何参数绝对符合也是不可能的，也允许有一定的加工误差。只要加工误差不超过图样规定的偏差，即为合格品。分析和研究加工误差产生的原因，掌握其变化规律，是保证和提高零件加工精度的主要措施。3.1.1概述2．影响加工精度的因素原始误差与工艺系统初始状态有关与切削过程的物理因素变化有关工件相对于刀具在静止状态下已存在的误差机床传动误差工件的装夹误差机床主轴回转误差夹具误差调整误差刀具误差机床导轨导向误差工件残余应力引起的变形工艺系统受热变形工艺系统受力变形刀具磨损测量误差工件相对于刀具在运动状态下已存在的误差加工原理误差在切削加工中，各种原始误差的大小和方向各不相同，对加工精度的影响也是不相同的。因此，在分析原始误差对加工精度的影响的时候，应该找出对加工误差影响最大的方向（即误差的敏感方向）和对加工误差影响最小的方向（即误差的不敏感方向）。研究加工精度的方法有两种：单因素分析法和统计分析法。在实际生产中，常常将这两种方法结合起来应用，一般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，然后运用单因素分析法进行分析、试验，以便很快地、有效地找出影响加工精度的主要原因。3．研究加工精度的方法3.1机械加工精度1．加工原理误差因采用了近似的成形运动或近似的刀刃轮廓进行加工而产生的误差称为加工原理误差。2．机床几何误差机床的几何误差主要是机床主轴回转误差、机床导轨导向误差和传动链传动误差。1）机床主轴回转误差（1）概念主轴回转误差是指主轴的瞬时回转轴线对其理论回转轴线在规定测量平面内的变动量。3.1.2

工艺系统的几何误差（2）对加工精度的影响主轴回转误差直接影响被加工工件的加工精度，如工件表面的几何形状精度、位置精度和表面粗糙度。主轴回转误差有三种基本形式：径向圆跳动、端面圆跳动和角度摆动。如图3-2所示。图3-3主轴纯径向圆跳动对车削圆度的影响如图3-3所示，主轴的径向圆跳动主要影响工件圆柱面的精度。车削时，假设主轴的径向圆跳动是在与其实际轴线垂直的y方向上作简谐直线运动，工件表面

在与车刀相固连的坐标系（Om；x，y，z）中的坐标为图3-2主轴回转误差的基本形式（a）径向圆跳动（b）端面圆跳动（c）角度摆动图3-4主轴纯径向圆跳动所以有

，略去二次误差

，则有镗削时，如图3-4所示，刀尖切到a′1处时，a′1在与加工表面相固连的直角坐标系（Om；x，y，z）中的坐标为此式表明，镗刀镗出的孔是椭圆形的，圆度误差为A。图3-5主轴纯端面圆跳动主轴的端面圆跳动对圆柱面的加工精度没有影响，但在加工端面时，它会影响端面形状和轴向尺寸精度。如图3-5所示。端面对轴线的垂直度误差随切削半径的减小而增大，其关系为在加工螺纹时，主轴的端面圆跳动会使加工的螺纹产生螺距的周期性误差。（3）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主要有主轴误差（如主轴支承轴颈的圆度误差、同轴度误差等）、轴承误差（如滑动轴承内孔或滚动轴承滚道的圆度误差、轴承的间隙、轴承配合的误差等）、主轴系统的径向不等刚度及热变形。对于不同类型的机床，其影响因素也各不相同。对工件回转类机床（如车床、外圆磨床等），因切削力的方向不变，主轴回转时，作用在支承上的作用力方向也不变，因此轴承孔与主轴轴颈接触点的位置基本不变，因而，主轴的支承轴颈的圆度误差影响较大，而轴承孔的圆度误差影响较小，如图3-6（a）所示；对于刀具回转类机床（如钻床、镗床等），刀具与主轴一起旋转，切削力方向随旋转方向而改变，此时轴承孔的圆度误差影响较大，主轴承支承轴颈的圆度误差影响较小，如图3-6（b）所示。图3-6两类主轴回转误差的影响（a）工件回转类机床（b）刀具回转类机床①提高主轴部件的制造精度。②对滚动轴承进行预紧，使其消除间隙，甚至产生微量过盈。③使主轴的回转误差不反映到工件上，如在外圆磨床上采用两固定顶尖支承，主轴只起传动作用，工件的回转精度完全由顶尖和顶尖孔的精度决定，而不依赖于主轴的回转精度。这是保证工件形状精度的最简单又有效的方法。（4）提高主轴回转精度的措施2）机床导轨误差（1）导轨在水平面内直线度误差的影响，如图3-7所示。（2）导轨在垂直面内直线度误差的影响，如图3-8所示。（3）前后导轨的平行度误差的影响，如图3-9所示。（4）导轨对主轴回转轴线平行度的影响图3-7磨床导轨在水平面内的直线度误差图3-8磨床导轨在垂直面内直线度误差图3-9车床前、后导轨间的平行度误差3）机床传动链误差（1）概念所谓传动链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。例如，在滚齿机上用单头滚刀加工直齿轮，这种工件与刀具间严格的运动关系由刀具与工件间的传动链来保证。如图3-10所示，其传动关系可具体表示为图3-10滚齿机传动链图

传动链传动误差一般可用传动链末端元件的转角误差来衡量。由于各传动件在传动链中所处的位置不同，它们对工件加工精度（即末端件的转角误差）的影响也不同。设滚刀轴均匀旋转，若齿轮z1有转角误差

，而其他各传动件无误差，则传到末端件（亦即第n个传动元件）上所产生的转角误差

为各传动件对工件精度影响的总和

为各传动元件所引起末端元件转角误差的迭加，即如果考虑到传动链中各传动元件的转角误差都是独立的随机变量，则传动链末端元件的总转角误差可用概率法估算，即（2）传动链误差的传递系数（3）减少传动链误差的措施为了减少机床传动链传动误差对工件加工精度的影响，可以采取减少传动环节（即减少传动元件个数）以缩短传动链；提高传动副（特别是末端元件）的制造和装配精度以减少传动间隙；在传动链中按降速比递增的原则分配各传动副的传动比；采用误差校正装置消除误差等措施。

3．其他几何误差1）刀具误差机械加工中常用的刀具有三类：一般刀具、定尺寸刀具和成形刀具。夹具的误差主要指：①定位元件、刀具导向元件、分度机构及夹具体等的制造误差；②夹具上各元件的工作面间的相对尺寸误差；③夹具在使用过程中工作表面的磨损。2）夹具误差工件在加工过程中要用各种量具、量仪进行测量，而量具本身的制造误差、测量时的接触力、示值读识的正确程度以及环境温度等，都会直接影响加工误差。因此，要正确地选择和使用量具，以保证测量精度。3）测量误差3.1机械加工精度1．基本概念工艺系统是指在切削加工中由机床、刀具、夹具和工件组成的封闭系统。例如，车削细长轴时，在切削力作用下，工件产生弯曲变形，使加工后的轴出现中间粗两头细的圆柱度误差，如图3-11（a）所示。又如，在内圆磨床上用横向切入法磨孔时，磨头主轴弯曲变形会使磨出的孔出现带有锥度的圆柱度误差，如图3-11（b）所示。图3-11工艺系统受力变形引起的加工误差（a）（b）3.1.3工艺系统的受力变形根据刚度的定义，机床刚度

，夹具刚度

，刀具刚度

及工件刚度

分别为工艺系统的受力变形是加工中一项很重要的原始误差，而工艺系统受力变形通常是弹性变形。工艺系统抵抗弹性变形的能力用刚度k来描述。工艺系统在法向分力Fy上的位移量

是工艺系统各组成部分在切削力的结果，即代入式上式得此式表明，当知道工艺系统各个组成部分的刚度，即可求出系统刚度。用刚度一般式来求解工艺系统刚度时，应针对具体情况加以分析与简化，对加工精度影响很小的可略去不计。2．工艺系统受力变形对加工精度的影响1）切削力作用点位置变化引起的形状误差（1）在车床两顶尖间车削短而粗的光轴图3-12工艺系统变形随受力点变化而变化如图3-12所示，工艺系统总变形显然，当

时，

；当

时，

；当

时，

。还可以求出当

时，工艺系统刚度最大，变形最小，即再求得上述数据中最大值与最小值的差值，就得到车削时圆柱度误差。其中x0（主轴箱处）LLLL（中点）LL

L（尾座）yxt0.01250.01110.01040.01020.01030.01070.01180.0125

表3-1沿工件长度的变形mm【例】设

，

，

，

，工件长

，则沿工件长度上系统的位移如表3-1所示。工件的圆柱度误差为，根据表3-1中数据，可做出该零件加工的变形曲线，。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，因此机床受力变形后使加工出来的工件呈中间细、两端粗的鞍形，如图3-13所示。图3-13工件在顶尖上车削后的形状（2）在车床两顶尖间车削刚性差的细长轴在切削力作用下，工件的变形大大超过机床、夹具和刀具的变形量，此时不考虑机床夹具与刀具的变形，工艺系统的变形完全取决于工件的变形。其变形量可由材料力学公式来计算，即在分析切削力着力点对工艺系统的影响时，若要考虑机床和工件同时变形，则工艺系统的总变形为二者的叠加。工艺系统刚度随受力点位置变化而变化的例证很多，如立式车床、龙门刨床、龙门铣床等的横梁及刀架，大型铣镗床滑枕内的轴等，其刚度均随刀架位置或滑枕伸出长度不同而不同，如图3-14所示，其分析方法与上例相同。显然，当

或

时，

；当

时，工件刚度最小，变形最大，

。因此，加工后工件呈鼓形，图3-14工艺系统随受力点位置变化而变形的情况2）切削力大小变化引起的加工误差当毛坯误差较大，一次进给不能满足加工精度要求时，可增加走刀次数来减小工件的复映误差。设ε1，ε2，ε3，…分别为第一次、第二次、第三次、……走刀时的误差复映系数，则图3-15零件形状误差的复映在切削加工中，由于被加工表面的几何形状等原因，往往会引起切削力的变化，从而造成工件的加工误差。以车削为例，假设工件毛坯存在圆度误差（如椭圆），使切削时刀具的切削深度在ap1与ap2之间变化，如图3-15所示，现对其进行分析。由于毛坯形状误差或材料硬度不均匀而引起切削力变化，使工件产生相应误差的现象叫做“误差复映”。毛坯圆度的最大误差为由以上分析可知，毛坯有形状误差（如圆度、圆柱度、直线度等）或相对位置误差（如偏心等）以及毛坯硬度或材质不均匀，加工后仍然会产生同类误差的解决方法就是通过多次走刀来提高加工精度。车削后工件的圆度误差3）其他力引起的加工误差图3-17惯性力引起的加工误差图3-16着力点不当引起的加工误差

①夹紧力引起的加工误差。如图3-16所示。

③惯性力引起的加工误差。高速切削时，工艺系统中的高速旋转的不均衡的零部件（包括刀具、夹具及工件等）将产生离心力。离心力在工件的每一转中不断变更方向，引起Fy的大小变化，使工艺系统的受力也随之变化而产生加工误差。如图3-17所示的加工将产生圆度误差。

②重力引起的加工误差。工艺系统中有关零部自身的重力也会引起相应变形，如龙门铣床横梁变形、摇臂钻床的摇臂变形、镗床镗杆下垂变形等，都会造成加工误差。3．机床部件刚度1）机床部件刚度的测定机床由许多零件组成，受力时各零件的弹性变形不相同，使机床整体受力变形变得复杂。测定方法有静态测定法和工件状态测定法两种。2）影响机床部件刚度的因素（1）连接表面间的接触变形由于零件表面存在着宏观的几何形状误差与微观的表面粗糙度，因此，零件间实际接触状态为表面间相对凸起的峰点面接触，所以实际接触面积只是理论接触面积的一小部分。当外力作用时，接触面上将产生较大的接触应力而引起接触变形，其中既有表面层的弹性变形，也有局部塑性变形。试验表明，接触表面间载荷增大，压强增大，接触变形也增大，接触刚度也将随之增大。同时连接表面间的接触刚度受接触表面材料、硬度、表面的纹理方向等诸多因素的影响。（3）部件中薄弱零件的变形部件中的薄弱零件受力后会产生很大的变形，使整个部件的刚度降低。（2）零件间的摩擦力和接合面的间隙机床部件受力变形时，零件接触表面间会发生相对错动，加载时摩擦力阻碍变形发生；卸载时摩擦力阻碍变形恢复。配合件受单向载荷后，间隙消除，表面相互接触刚度增大，对加工精度影响减小。4．减小工艺系统受力变形的措施1）提高连接表面的接触刚度部件由零件连接而成，实体零件的刚度一般都大大高于部件接触面的接触刚度，所以，提高接触刚度是提高工艺系统刚度的关键。2）提高工件的刚度加工中，切削力引起的加工误差，往往是由于工件本身刚度不足或其各部位刚度不均匀而产生的，特别是叉架类、细长轴等零件，其本身的刚度较低，非常容易变形。所以，如何提高工件的刚度是提高加工精度的关键。如图3-18所示。图3-18增加支承提高工件刚度（a）采用跟刀架（b）采用中心架图3-19提高部件刚度的装置3）提高机床部件的刚度在切削加工中，有时由于机床部件刚度低而产生变形和振动，影响加工精度。提高机床部件刚度的方法通常是采用一些辅助装置。如图3-19所示。图3-20工件夹紧变形引起的加工误差4）合理装夹工件在工件装夹时，要根据工件的结构特点，选择适合的装夹方法装夹工件，以减小夹紧变形。例如，加工套类工件时，若装夹不当，夹紧时，套筒由于弹性变形而成为三棱形，如图3-20所示。又如磨削薄片工件，若毛坯翘曲，当磁力将工件夹紧时，工件产生弹性变形，磨完后松开工件，弹性恢复又使磨平的工件表面翘曲。改进的办法是在工件与磁力吸盘之间加垫薄橡皮垫。当工件被吸紧时，橡皮垫被压缩，使工件变形减小；再以磨好的表面定位，磨另一面。如图3-21所示。图3-21薄片工件的磨削（a）毛坯翘曲（b）吸盘吸紧（c）磨后松开（f）磨后松开（d）磨削凸面（e）磨削凹面5．工件残余应力引起的变形1）残余应力的产生图3-22铸件残余应力的形成及变形（1）毛坯制造和热处理中产生的残余应力图3-22所示为一个截面内厚外薄的铸件在浇铸后的冷却过程中产生残余应力的情况。图3-23冷校直引起的残余应力（2）冷校直引起的残余应力如图3-23（a）所示，工件在反向外力F作用下，产生反向弯曲。这时工件上层受压应力，下层受拉应力，应力分布情况如图3-23（b）所示，表层为塑性变形区，里层为弹性变形区。除去外力后，弹性区开始恢复，使残余应力重新分布，如图3-23（c）所示。冷校直后虽然减小了弯曲，但工件处于不稳定状态，当再次进行加工时，又会产生新的变形。（a）冷校直方法（b）加载时残余应力的分布（c）卸载后残余应力的分布2）减少或消除残余应力的措施

①合理设计零件结构。在零件结构设计中，尽量简化结构，缩小各部分厚薄差异，增大零件刚度，减少残余应力的产生。

③合理安排工艺过程。安排机械加工工艺时，把粗、精加工分开在不同的工序中进行，使粗加工后有一定的时间让工件的残余应力重新分布，减小对精加工的影响。加工大型工件时，粗、精加工往往在一个工序中完成，这时应在粗加工之后松开工件，让工件有自由变形的可能，再用较小的夹紧力夹紧工件进行精加工。

②采用消除残余应力的热处理工序。对铸、锻、焊接件进行退火或回火；对淬火件进行回火；对床身、丝杠、箱体、精密主轴等精度要求高的零件，粗加工后进行时效处理。（3）切削加工所引起的残余应力工件在切削加工中，由于切削力和摩擦力的作用，工件表面层金属会发生塑性变形而产生残余应力。3.1机械加工精度3.1.4工艺系统的热变形1．内部热源

2)摩擦热

摩擦热主要是机床传动系统（包括液压传动系统）中运动部件产生的，如电动机、轴承、齿轮、丝杠副、导轨副、液压泵、液压阀等各运动部件产生的摩擦热1)切削热切削热是切削过程中切削层金属的弹性变形、塑性变形以及刀具与工件、切屑间的摩擦所产生的，是切削过程中最主要的热源。切削热由切屑、工件、刀具、夹具、机床及周围介质传出。各部分传出的热量与切削条件及各部分材料的导热性能有关。2．外部热源工艺系统的外部热源主要是环境温度变化和热辐射对机床热变形的影响。它对大型精密工件的加工有较大影响。由于作用于工艺系统各组成部分的热源的发热量及位置不同，作用时间也不相同，而工艺系统各部分的热容量与散热条件也不一样，因此，系统的各部分的温升是不相同的。即使是同一物体上处于不同空间位置的各点，在不同时间其温度也是不相同的。物体中各点温度的分布称为温度场。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，而是其坐标位置的函数，这种温度场则称为稳态温度场。处于稳态温度场时引起的加工误差是有规律的，有利于保证工件的加工精度。3．减少工艺系统热变形的主要措施①减少热源的发热及其影响。②

加强散热能力。③均衡温度场。④采用合理的机床部件结构。⑤加速达到并保持热平衡状态。⑥控制环境温度。3.1机械加工精度3.1.5提高加工精度的工艺措施如刚度差的细长轴类工件在加工时容易产生弯曲变形和振动，为减小其受力弯曲而产生的加工误差，可采取下列措施：尾座顶尖用弹性顶尖，减少进给力和热应力导致的工件压弯；采用反向进给方式，工件在Fx力作用下，能向右伸长；使用跟刀架增加刚度；采用较大主偏角的车刀及较大的进给量，增大Fx，以抑制振动，使切削平稳，如图3-24所示。图3-24不同进给方向车削细长轴的比较1．减少或消除原始误差在切削加工中，提高机床、夹具、刀具的精度和刚度，减小工艺系统受力、受热变形等，都可以直接减小原始误差。为了有效地提高加工精度，首先要查明影响加工精度的主要原始误差，再根据该项误差及加工的具体情况采取相应的措施。2．转移原始误差转移原始误差就是将原始误差从误差的敏感方向转移到误差的非敏感方向上，这样在未减少原始误差的条件下，也可以获得较高的加工精度。例如，转塔车床转塔刀架转位误差的转移，如图3-25所示。3．补偿或抵消原始误差补偿或抵消误差，是人为地造成一种新的原始误差，去抵消加工过程中原有的原始误差，从而达到减小加工误差，提高加工精度的目的。误差补偿是一种有效而经济的方法，结合现代计算机技术，能够达到很好的效果，在实际生产中得到了广泛运用。图3-25转塔车床转塔刀架转位误差的转移3.1机械加工精度3.1.6加工误差的统计分析法1．加工误差的性质1）系统性误差根据误差的大小和方向的不同，系统性误差可分为常值系统性误差和变值系统性误差。2）随机性误差在顺序加工一批工件时，误差的大小和方向不同且呈无规则变化的称为随机性误差。对于随机性误差，从表面上看似没有什么规律，但应用数理统计的方法，可以找出一批工件加工时误差的总体规律，查出产生这些误差的原因，然后在工艺上采取相应的解决措施。常用的误差统计分析方法有分布图分析法和点图分析法。2．分布图分析法1）实际分布图——直方图直方图是以工件尺寸（组距为单位长）为横坐标，以频率密度为纵坐标的表示该工序加工尺寸的实际分布图。如图3-26所示。通过观察直方图图形，判断生产过程是否稳定，估计生产过程的加工质量及产生废品的可能性，分析误差产生的原因、误差与基本尺寸偏移的程度，找出解决的办法。要进一步分析该工序的加工精度问题，必须找出频率密度和加工尺寸间的关系，因此必须研究理论分布曲线。图3-26直方图（1）正态分布正态分布曲线的形状如图3-27所示，其概率密度的函数表达式为2）理论分布图——正态分布曲线图图3-27正态分布曲线图3