机械制造工艺与装备 课件 第3章-机械加工精度

机械制造工艺与装备

第三章-机械加工精度(1)MACHININGACCURACY机械加工精度概述《机械制造工艺与装备》

机械加工精度概述加工精度的概念机械加工精度，是指零件在加工后的实际几何参数与理想几何参数相符合的程度理想几何参数尺寸——位于公差带中心；形状——绝对平面、圆柱面等；位置——绝对平行、垂直、同轴等。实际值与理论值相符合的程度高，加工精度也高；反之则加工精度低机械加工精度包括尺寸精度、形状精度、位置精度三项内容机械加工精度概述尺寸精度指用来限制加工表面与其基准间的尺寸误差不超过一定范围的尺寸公差要求形状精度指用来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，不超过一定范围的几何形状公差要求位置精度指用来限制加工表面与其基准之间相互位置误差，如平行度、垂直度、同轴度、位置度等，不超过一定范围的相互位置公差要求机械加工精度概述加工误差加工误差是指零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度，所以，加工误差的大小反映了加工精度的高低。实际加工时不可能也没有必要把零件做得与理想零件完全一致，而总会有一定的偏差，即加工误差。只要这些误差在规定的范围内，即能满足机器使用性能的要求。尺寸、形状和位置精度间的关系独立原则是处理形位公差和尺寸公差关系的基本原则，即尺寸精度和形位精度应分别满足使用要求；通常，零件的形状误差约占相应尺寸公差的30％～50％；位置误差约为尺寸公差的65％～85％；在一般情况下，尺寸精度高，其形状和位置精度也高。机械加工精度概述获得加工精度的方法获得尺寸精度试切法调整法定尺寸刀具法自动控制法（自动测量和数字控制）获得形状精度非成形运动法：刮、研和对磨仿形法成形运动法点成形运动法：轨迹法

线成形运动法成形法展成法获得位置精度找正法夹具机床装夹面机械加工精度概述试切法通过试切—测量—调整—再试切，反复进行到工件尺寸达到规定要求为止获得尺寸精度的方法调整法先调整刀具和工件位置，在一批零件加工过程中保持不变，以保证工件被加工尺寸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机械加工精度概述刀尖轨迹法通过刀尖运动的轨迹获得形状精度获得形状精度的方法成形法利用成形刀具来加工获得形状精度展成法利用工件和刀具的展成切削运动机械加工精度概述获得位置精度的方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。夹具定位法在机床上安装好夹具，工件放在夹具中定位。机床控制法利用机床的相对位置精度保证位置精度。机械加工精度概述小结加工精度与加工误差尺寸精度：试切法、调整法、

定尺寸刀具法形状精度：刀尖轨迹法、

成形法、展成法位置精度：找正法、夹具、

机床装夹面主讲教师：感谢您们的观看Thankyouforwatching主讲教师：机械制造工艺与装备

精品在线开放课程第三章-机械加工精度(2)MACHININGACCURACY影响加工精度的因素及其分析《机械制造工艺与装备》

影响加工精度的因素及其分析工艺系统由机床、夹具、刀具和工件构成的一个完整系统(统一体)原始误差工艺系统中的误差加工前就存在的工艺系统本身的误差加工过程中因工艺系统受力变形等引起的误差加工后的误差(残余应力引起变形或度量误差)车刀沿刀尖轨迹影响加工精度的因素及其分析影响加工精度的因素及其分析工艺系统各个环节的误差最终会反映到工件误差，是误差的根源。影响加工精度的因素及其分析加工原理误差（理论误差）在加工中采用了近似的加工运动、近似的刀具轮廓和近似的加工方法而产生的原始误差近似的加工方法带来的误差例如，用尖车刀车外圆，也不是光滑的圆柱面，而是一个螺旋面影响加工精度的因素及其分析近似的刀具轮廓带来的加工误差例如用模数铣刀铣齿轮，由于：铣刀的成形面不是纯粹的渐开线；模数相同而齿数不同的渐开线齿轮齿形是不同的，一把铣刀铣一组齿数的齿轮，故存在原理误差；再如，用齿轮滚刀加工齿轮时，滚刀也是采用阿基米德基本蜗杆或法向直廓蜗杆代替渐开线蜗杆。影响加工精度的因素及其分析近似的刀具和工件的运动联系所带来的误差例如，车模数螺纹(即蜗杆螺纹)时传动比I==只要能保证加工精度和零件的使用性能，一定的原理误差是允许的。这种误差不应超过相应公差的10~15%。影响加工精度的因素及其分析小结工艺系统中的误差加工前：原理误差、工件安装误差、

机床误差、夹具误差、

刀具误差、调整误差。加工中：受力变形、热变形、

刀具磨损。加工后：内应力引起的变形、度量误差，主讲教师：感谢您们的观看Thankyouforwatching主讲教师：机械制造工艺与装备

精品在线开放课程第三章-机械加工精度(3)MACHININGACCURACY工艺系统几何误差（工件误差、定位误差、夹具误差）对加工精度的影响《机械制造工艺与装备》

工艺系统几何误差对加工精度的影响工件误差定位基面加工面l右图为在工件上加工一个台阶面的工序简图,本道工序中要求保证尺寸mm。用调整法保证尺寸精度时,通常是保证定位基准表面与加工表面之间的尺寸,这里,工件以下底面和左侧面定位进行加工。然而,一批工件总存在着制造误差,在本道工序中体现为

1mm。当H为极限尺寸Hmin时,加工表面的工序尺寸为l1,如图3(a)所示。而当H为极限尺寸Hmax时,加工表面的工序尺寸为l2，如图(b)所示。由于l2-l1

=Hmax-Hmin=δH，所以本道工序中台阶面存在着加工误差△l=l2-l1=δH。该加工误差的实质是由定位基准与设计基准不重合所形成的误差,故称为基准不重合误差。工艺系统几何误差对加工精度的影响工件定位误差(间隙最大)(间隙最小)定位心轴待加工工件(套筒)A1A2铣刀铣刀刀具高度：A1=A2工艺系统几何误差对加工精度的影响夹具误差钻套衬套衬套安装孔衬套安装孔轴线至定位表面距离的制造误差衬套安装孔轴线至定位表面距离的制造误差钻套与衬套之间的配合间隙钻套内外圆的同轴度误差工艺系统几何误差对加工精度的影响夹具的制造误差主要是定位元件、夹紧元件、导向元件、分度元件、夹具体等的制造误差；夹具安装、工件装夹等误差对精度影响也很大；夹具的磨损主要是定位元件和导向元件的磨损；为减少夹具误差对精度的影响，夹具的制造误差必须小于工件的公差；且应及时更换易损件。夹具误差夹具的制造、安装误差以及磨损对加工精度的影响工艺系统几何误差对加工精度的影响小结工艺系统的三种几何误差对加工精度的影响工件误差工件定位误差夹具误差分析误差产生原因，提高加工精度。，主讲教师：感谢您们的观看Thankyouforwatching主讲教师：机械制造工艺与装备

精品在线开放课程第三章-机械加工精度（4）MACHININGACCURACY工艺系统几何误差（机床误差）对加工精度的影响《机械制造工艺与装备》

工艺系统几何误差对加工精度的影响机床几何误差包括机床本身各部件的制造误差、安装误差和使用过程中磨损机床主轴误差机床主轴是用来安装工件或刀具并将运动和动力传递给工件或刀具的重要零件，它是工件或刀具的位置基准和运动基准，它的回转精度是机床精度的主要指标之一，其误差直接影响着工件精度的高低。工艺系统几何误差对加工精度的影响主轴回转误差回转运动的精度取决于其回转中心相对刀具或工件的位置精度，即取决于机床主轴的回转精度主轴回转误差有三种：主轴的径向跳动、主轴的轴向窜动、主轴的角度摆动工艺系统几何误差对加工精度的影响主轴回转误差的敏感方向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称为误差的非敏感方向不同类型的机床，主轴回转误差的敏感方向是不同的工艺系统几何误差对加工精度的影响影响主轴回转精度的因素滑动轴承轴颈或滚动轴承滚道圆度误差滚动轴承内环的壁厚误差滑动轴承轴颈、轴承套或滚动轴承滚道的波度滚动轴承滚子的圆度误差和尺寸偏差轴承间隙以及切削中的受力变形轴承定位端面与轴心线垂直度误差轴承端面之间的平行度误差锁紧螺母端面的跳动等工艺系统几何误差对加工精度的影响机床导轨误差导轨是确定主要部件相对位置的基准，也是运动基准，各项误差直接影响被加工工件的精度对导轨的精度主要要求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（扭曲）工艺系统几何误差对加工精度的影响如车削时导轨在水平面内弯曲，向前凸出，则出现鼓形误差；向后凸出，则出现鞍形误差工艺系统几何误差对加工精度的影响机床导轨在垂直面内的直线度对加工精度的影响机床导轨扭曲对工件形状的影响工艺系统几何误差对加工精度的影响传动链误差产生的原因：传动元件的制造误差、传动元件的装配误差、使用过程中的磨损减少传动链误差影响的措施缩短传动链采用降速传动提高传动链的制造精度和装配精度设法消除传动链的间隙采用误差校正机构提高传动精度工艺系统几何误差(机床误差)对加工精度的影响小结机床误差对加工精度的影响主轴误差导轨误差传动链误差，主讲教师：感谢您们的观看Thankyouforwatching主讲教师：机械制造工艺与装备精品在线开放课程第三章-机械加工精度（5）MACHININGACCURACY工艺系统几何误差（刀具误差、度量、调整以及安装误差）对加工精度的影响《机械制造工艺与装备》

工艺系统几何误差对加工精度的影响刀具的制造误差刀具的制造误差对加工精度的影响，根据刀具的种类不同而不同。定尺寸刀具以刀具尺寸误差为主；成形刀具以刀具形状误差为主刀具的磨损分为三个阶段：刀具的制造误差与磨损初始磨损正常磨损急剧磨损工艺系统几何误差对加工精度的影响减少刀具制造误差影响的措施提高刀具制造精度合理选择刀具材料合理选择切削用量合理选择刀具几何参数合理选择冷却润滑准确刃磨，减少磨损度量、调整以及安装误差度量误差引起度量误差的原因量具本身的误差测量方法引起测量力引起温度引起消除或减少度量误差的措施提高量具精度，合理选择量具注意操作方法注意测量条件度量、调整以及安装误差调整误差工艺系统的调整问题有：机床的调整、夹具的调整、刀具的调整不同的调整方式，有不同的误差来源试切法调整度量误差：试切调整过程中由于度量失误或不准而引起误差加工余量的影响：最小切削厚度太小，以致刀刃打滑，不起切削作用微量进给误差：最后一刀容易出现爬行度量、调整以及安装误差各定程机构的调整机构的制造精度机构的灵敏度调整的准确性样件或样板的调整样板本身的误差（制造和安装误差）对刀误差样件或样板的磨损度量、调整以及安装误差安装误差定位误差基准不重合引起定位元件和定位面的制造误差元件配合间隙引起夹紧误差夹紧机构的夹紧力不当引起夹紧方式不当引起夹紧状态不良引起工艺系统几何误差对加工精度的影响小结刀具误差度量误差调整误差安装误差，主讲教师：感谢您们的观看Thankyouforwatching主讲教师：机械制造工艺与装备精品在线开放课程第三章-机械加工精度（6）MACHININGACCURACY工艺系统受力变形对加工精度的影响（切削力作用点变化、切削力大小变化）《机械制造工艺与装备》

工艺系统受力变形对加工精度的影响加工过程中的力切削力传动力夹紧力重力惯性力控制力干扰力工艺系统受力变形对加工精度的影响变形现象车长轴车棒薄弱环节磨孔工艺系统受力变形对加工精度的影响车削细长轴时，工件在切削力的作用下会发生变形。车细长轴的变形FyFx工艺系统的刚度工艺系统刚度工艺系统受外力作用后抵抗变形的能力在上述力的作用下，工艺系统受力变形，刀具和工件相对退让。设刀具相对工件在切削接触点法线方向的相对位移量为y，则工艺系统的刚度是工艺系统的刚度Fy引起的变形y:工艺系统在切削分力Fy的作用下，变形y是各个组成部分变形的叠加(包括机床变形yjc、夹具变形yjj、刀具变形ydj、工件变形yg)j由于机床刚度kic=Fy/yjc,夹具刚度kjj=Fy/yjj,刀具刚度kd=Fy/ydj工件刚度kg=Fy/yg,将各部分刚度表达式代人式(3-14)中,经整理可得工艺系统刚度的一般表达式切削力作用点变化引起的加工误差在切削过程中，工艺系统的刚度会随着切削力作用点位置的变化而变化，因此使工艺系统受力变形也随之变化，引起工件形状误差车削加工时，由于工艺系统沿工件轴向方向各点的刚度不同，因此会使工件各轴向截面直径尺寸不同，使车出的工件沿轴向产生形状误差（出现鼓形、鞍形、锥形）切削力作用点变化引起的加工误差❶工件短粗，刚度高→鞍形F1F2主轴箱头架受到的分力尾座受到的分力Fy刀架受到的分力yx假设工件刚性好ytjydjywz主轴箱头架位移刀架位移尾座位移x切削力作用点变化引起的加工误差两端支撑点受力：两端支撑点位移：(两端支撑点位移带动工件平移直接引起的)工件上x点的位移：代入以上两式刀架位移：x点机床总位移：切削力作用点变化引起的加工误差x点机床总位移：小结：车削短粗型工件时，会出现中间细两端粗的鞍形。切削力作用点变化引起的加工误差❷工件细长→鼓形如果在两顶尖间车削刚性差的细长轴工件,则工艺系统中的工件变形必须考虑。假设此时不考虑机床和刀具的变形,工件变形可按简支梁计算：显然，当x=0或x=L时，yg=0;当x=—时,工件变形最大,此时yg=——。因此，加工后的工件呈鼓形。L2FyL348EI切削力大小变化引起的加工误差切削力变化：由于工件加工余量不均或材料硬度不均

切削力变化→变形变化→从而导致产生形状尺寸误差

对于椭圆毛坯：切深大→力大→变形大→椭圆切削力大小变化引起的加工误差误差复映❶毛坯的形状误差，圆度、圆柱度、平面度等都以一定误差复映成工件的加工误差—即误差复映，这是由余量不均引起的❷采用多次走刀减小误差复映❸调整法加工时，毛坯大小不一→工件尺寸分散→需要计算误差复映切削力大小变化引起的加工误差误差复映规律详解误差复映系数ε：定量反映毛坯误差经过加工后减少的程度当加工过程有多次走刀时，每次走刀的复映系数为ε1、ε2、ε3…，则总复映系数ε总=ε1ε2ε3…可简化为ε总≈（ε1）n切削力大小变化引起的加工误差例举一个工艺系统，其误差复映系数为0.25，工件在本工序前的圆度误差0.5mm，为保证本工序0.01mm的形状精度，本工序最少走刀几次？解：0.5×(0.25)n≤0.01解得n=3由于ε≤1，所以经过多次走刀，则可能使毛坯误差复映到工件上的误差减少到公差带允许值的范围内；小结工艺系统的刚度切削力作用点变化引起的加工误差切削力大小变化引起的加工误差掌握工艺系统受力变形对加工精度的影响，学以致用，精益求精。工艺系统受力变形对加工精度的影响主讲教师：感谢您们的观看Thankyouforwatching主讲教师：机械制造工艺与装备

精品在线开放课程第三章-机械加工精度(7)MACHININGACCURACY工艺系统物理变形（二）夹紧力、残余应力、重力引起的加工误差《机械制造工艺与装备》

夹紧力引起的加工误差镗孔夹紧后镗孔后松开后开口过渡环专用卡爪夹紧力不当引起的误差三爪卡盘夹紧力引起的加工误差橡皮垫(0.5mm)薄板磨削残余应力引起的加工误差残余应力：零件在没有外加载荷作用下，加工后内部存在的应力称为残余内应力。工件在铸、锻、切削后内部应力处于一种很不稳定的相对平衡状态。一旦外界条件变化→平衡破坏→变形→破坏原有精度外界条件温度冷加工振动残余应力引起的加工误差产生内应力的原因残余应力产生的实质原因是由于金属内部组织发生了不均匀的体积变化毛坯制造及热处理过程中产生的残余应力冷校直带来的残余应力切削加工产生的残余应力残余应力引起的加工误差(壁厚收缩速度快)(壁薄收缩速度慢)(壁薄收缩速度慢)铸件冷却进入弹性阶段后，出现内应力

铸件冷却过程中开口后，平衡打破，应力重新分布粗加工刨去表面后，平衡打破，应力重新分布残余应力引起的加工误差消除内应力的措施改变加工工艺和加工用量人工时效（热处理）和自然时效敲击振动合理设计结构采用特殊加工手段重力引起的加工误差由于重力所引起的加工误差工艺系统中有些零部件在自身重力作用下产生的变形也会造成加工误差，例如龙门铣床等的横梁在刀架自重下引起的变形将造成工件的平面度误差。夹紧力、残余应力引起的加工误差小结夹紧力引起的加工误差残余应力引起的加工误差重力引起的加工误差掌握工艺系统受力变形对加工精度的影响，学以致用，精益求精。主讲教师：感谢您们的观看Thankyouforwatching主讲教师：机械制造工艺与装备

精品在线开放课程第三章-机械加工精度(8)MACHININGACCURACY工艺系统物理变形（三）工艺系统的热变形及对加工精度的影响《机械制造工艺与装备》

工艺系统的热变形及对加工精度的影响工艺系统受热升温而使工件、刀具及机床的许多部分会因温度升高而产生复杂变形改变工件、刀具、机床间的相互位置破坏刀具与工件间相互运动的正确性改变已调整好的加工尺寸引起切削深度和切削力改变破坏传动链的精度工艺系统的热变形及对加工精度的影响工艺系统的热源热源内部热源外部热源摩擦热：支承副、传动副、离合器、电机、液压系统加工热：切削热、磨削热环境温度：气温、室温、变化、冷风、热风辐射热：阳光、取暖设备、人体对工艺系统加工精度影响最大的是大尺寸构件受热不均、温差较大时引起的弯曲变形。实践证明，工艺系统的热变形问题重点在机床和工件上。工艺系统的热变形及对加工精度的影响机床的热变形对加工精度的影响机床的温升与热平衡机床各部件达到热平衡的时间不同，热容量大的需要的时间长各类机床热变形及其对加工精度的影响❶车、铣、镗床类机床的热变形主轴箱发热→箱体、床身发生变形和翘曲，主轴抬高和倾斜工艺系统的热变形及对加工精度的影响❷磨床的热变形砂轮轴承和液压系统砂轮轴承→砂轮→工件→工件直径主轴前后轴承温升不同→砂轮倾斜液压系统→床身各处温度不同→床身弯曲和倾斜❸导轨磨床、龙门刨床的热变形、床身的热变形工艺系统的热变形及对加工精度的影响减少机床热变形对加工影响的措施结构设计措施热对称结构设计→单柱改双柱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对发热大的热源采用足够的冷却措施工艺措施安装机床的区域保持恒定环境温度均布加热器，取暖，门帘，不靠窗照射机床达到热平衡状态后再加工空转一段时间→热平衡→不断续加工精密机床→恒温室严格控制切削用量以减少工件发热工艺系统的热变形及对加工精度的影响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传入工件的热量多少工件的受热体积受热是否均匀三种因素①薄片状零件的热变形②轴类零件的热变形③长径比大的零件，如丝杠、细长轴等，受热伸长，不能忽视典型工件工艺系统的热变形及对加工精度的影响2）减少工件热变形对加工精度影响的措施①充分冷却，降低切削温度②提高切削速度和进给量③工件精加工前充分冷却④经常刃磨和修正刀具和砂轮⑤使工件在紧张状态下有伸缩自由工艺系统的热变形及对加工精度的影响小结工艺系统的热源机床热变形对加工精度的影响工件热变形对加工精度的影响了解工艺系统热变形对加工精度的影响，学以致用，保证产品质量。主讲教师：感谢您们的观看Thankyouforwatching主讲教师：机械制造工艺与装备精品在线开放课程第三章-机械加工精度（9）MACHININGACCURACY加工误差的综合分析《机械制造工艺与装备》

加工误差的性质系统性误差当连续加工一批零件时，误差的大小和方向或是保持不变，或是按一定规律变化。前者称为常值系统性误差，后者称为变值系统性误差。系统性误差常值系统性误差变值系统性误差加工误差的性质常值系统性误差原理误差系统受力变形刀具、夹具、量具、机床的制造误差变值系统性误差工艺系统热变形刀具、夹具、量具、机床磨损(一次性)调整误差加工误差的性质随机性误差加工一批零件时，误差的大小和方向无规律地变化的这类误差随机性误差定位误差夹紧误差多次调整引起的误差内应力引起的误差加工误差的数理统计分析法

实际分布曲线即直方图将零件按尺寸大小以一定的间隔范围分成若干组，同一尺寸间隔(即组距)内的零件数称为频数mi，零件总数(即样本容量)n；频率为mi/n。以频数或频率为纵坐标，以零件尺寸为横坐标，画出直方图，进而画成一条折线，即为实际分布曲线。为了使分布图能反映某一工序的加工精度，而不受组距和样本容量的影响，往往以频率密度为纵坐标，尺寸为横坐标，来画出直方图，这里的频率密度等于频率与组距的比值。加工误差的数理统计分析法(1)(2)(3)加工误差的数理统计分析法

(公差带)(样本平均值)加工误差的数理统计分析法实际分布曲线（图中折线）直观地反映了加工精度的分布状况分析观察：尺寸偏大、偏小者很少，大多数居中。加工误差的数理统计分析法理论分布曲线实践证明，当被测量的一批零件（机床上用调整法一次加工出来的一批零件）的数目足够大而尺寸间隔非常小时，则所绘出的分布曲线非常接近“正态分布曲线”正态分布曲线的方程为加工误差的数理统计分析法研究表明，工件尺寸落在正态分布曲线的6σ范围内的概率为99.73%，因而利用正态分布曲线可以分析产品质量；可以判断加工方法是否合适；可以判断废品率的大小，从而指导下一批的生产。