4-机械加工质量分析与控制3.25

1、 生产任何一种机械产品，都要求在保证质量的生产任何一种机械产品，都要求在保证质量的前提下，做到高效率、低消耗。产品的质量是第前提下，做到高效率、低消耗。产品的质量是第一位的，没有质量，高效率、低成本就失去了意一位的，没有质量，高效率、低成本就失去了意义义 产品质量是指用户对产品的满意程度。产品质量是指用户对产品的满意程度。有三层含意：一是产品的有三层含意：一是产品的设计质量设计质量；二是产品的；二是产品的制造质量制造质量；三是；三是服务服务。第四章第四章 机械加工质量分析与控制机械加工质量分析与控制制造质量，它主要指产品的制造与设计的符合程度。设计质量，主要反映所设计的产品，与用户 (顾客)

2、的期望之间的符合程度。服务主要包括售前的服务，售后的培训、维修、安装等。 零件的机械制造质量包括机械加工精度和零件表面质量两个方面。零件的机械加工精度包括尺寸误差、几何形状误差和位置误差。几何形状误差又可分为宏观几何形状误差、波度和微观几何形状误差。零件表面质量主要是指表面层材料的冷作硬化、金相组织的变化、残余应力。第一节第一节 机械加工精度机械加工精度1.1.加工精度与加工误差加工精度与加工误差 加工精度加工精度: : 指零件经机械加工后指零件经机械加工后, , 其几何参数其几何参数( (尺寸、尺寸、形状、表面相互位置形状、表面相互位置) )的实际值与理想几何参数的符合程度的实际值与理想几何

3、参数的符合程度. . 零件的的加工精度包括零件的的加工精度包括: 尺寸精度、形状精度和相互位尺寸精度、形状精度和相互位置精度置精度, 三者之间是既有区别又有联系的三者之间是既有区别又有联系的. 通常通常, 形状公差应形状公差应限制在位置公差之内限制在位置公差之内, 而位置误差又要限制在尺寸公差之内而位置误差又要限制在尺寸公差之内. 当尺寸精度要求高时当尺寸精度要求高时, 相应的位置、形状精度也要求高相应的位置、形状精度也要求高. 有时有时形状精度要求高时形状精度要求高时, 相应的位置精度和尺寸精度有相应的位置精度和尺寸精度有时不一定要求高时不一定要求高, 这要根据零件的功能要求来决定这要根据零

4、件的功能要求来决定. 一一. .概述概述 加工误差加工误差: 指零件经机械加工后指零件经机械加工后, 其几何参数其几何参数(尺寸、形状、表面相互质量尺寸、形状、表面相互质量)的实际值与理想几的实际值与理想几何参数的符合程度何参数的符合程度. 加工精度和加工误差是同一个问题的两个说加工精度和加工误差是同一个问题的两个说法法, 加工精度以加工误差的形式体现出来加工精度以加工误差的形式体现出来, 加工加工精度高精度高, 加工误差就低加工误差就低 实际加工时不可能也没有必要把零件做得与理想零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。只要件完全一致，而总会有

5、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这些误差在规定的范围内，即能满足机器使用性能的要求。求。 就是通过试切、测量、调整、再试切就是通过试切、测量、调整、再试切, , , , 反复进行到被加工尺寸达到要求为止的加工方法反复进行到被加工尺寸达到要求为止的加工方法. . 这种方法的效率低这种方法的效率低, , 操作者的技术水平要求高操作者的技术水平要求高, , 主主要适用于单件、小批生产要适用于单件、小批生产. . 3.3.获得加工精度的方法获得加工精度的方法 1 1）获得尺寸精度的方法）获得尺寸精度的方法 (1)(1)试切法试切法 先调整好刀具和工件在机床上

6、的相对位置先调整好刀具和工件在机床上的相对位置, , 并并在一批零件的加工过程中保持这个位置不变在一批零件的加工过程中保持这个位置不变, , 以保以保证被加工尺寸的方法证被加工尺寸的方法. . 调整法广泛用于各类半自动、调整法广泛用于各类半自动、自动机床和自动线上自动机床和自动线上, , 适用于成批、大量的生产适用于成批、大量的生产. . (2)(2)调整法调整法 用刀具的相应尺寸来保证工件被加工部位尺寸用刀具的相应尺寸来保证工件被加工部位尺寸的方法的方法, , 如铰孔、拉孔和攻螺纹等如铰孔、拉孔和攻螺纹等. . 这种方法的加这种方法的加工精度工精度, , 主要决定于刀具的制造、刃磨质量和切削

7、主要决定于刀具的制造、刃磨质量和切削用量用量. . 其优点是生产率较高其优点是生产率较高, , 但刀具制造较复杂但刀具制造较复杂, , 常用于孔、螺纹和成形表面的加工常用于孔、螺纹和成形表面的加工. . (3)(3)定尺寸刀具法定尺寸刀具法(4)(4)自动控制法自动控制法 这种方法是用度量装置、进给机构和控制系统构这种方法是用度量装置、进给机构和控制系统构成加工过程的自动循环成加工过程的自动循环, , 即自动完成加工中的切削、即自动完成加工中的切削、度量、补偿调整等一系列的工作度量、补偿调整等一系列的工作, , 当工件达到要求的当工件达到要求的尺寸时尺寸时, , 机床自动退刀机床自动退刀, ,

8、 停止加工停止加工. . 成形刀具法成形刀具法: : 加工精度主要取决于刀刃的形加工精度主要取决于刀刃的形状精度状精度 轨迹法轨迹法: : 加工精度则与机床的精度关系密切加工精度则与机床的精度关系密切. . 例如例如, , 车削圆柱类零件时车削圆柱类零件时, , 其圆度、圆柱度其圆度、圆柱度等形状精度等形状精度, , 主要决定于主轴的回转精度、主要决定于主轴的回转精度、导轨的导向精度以及主轴回转轴心线与导轨导轨的导向精度以及主轴回转轴心线与导轨之间的相互位置精度之间的相互位置精度 展成法展成法: : 常用于各种齿轮加工常用于各种齿轮加工, , 其形状精度其形状精度与刀具精度以及机床传动精度有关

9、与刀具精度以及机床传动精度有关2 2）获得形状精度的方法）获得形状精度的方法3 3）获得相互位置精度的方法）获得相互位置精度的方法 零件的相互位置精度零件的相互位置精度, , 主要由机床精度、夹具精度主要由机床精度、夹具精度和工件的装夹精度来保证和工件的装夹精度来保证. . 例如例如, , 在平面上钻孔在平面上钻孔, , 孔中孔中心线对平面的垂直度心线对平面的垂直度, , 取决于钻头进给方向与工作台或取决于钻头进给方向与工作台或夹具定位面的垂直度夹具定位面的垂直度. . 3） 位置精度的获得方法位置精度的获得方法（1）一次装夹获得法）一次装夹获得法 （2）多次装夹获得法）多次装夹获得法装夹的方

10、式：装夹的方式：直接找正装夹、划线找正装夹、夹具装夹。直接找正装夹、划线找正装夹、夹具装夹。4.4.原始误差原始误差 机械加工中零件的尺寸、形状和相互位置误差机械加工中零件的尺寸、形状和相互位置误差, , 主要主要是由于工件与刀具在切削运动中相互位置发生了变动而造是由于工件与刀具在切削运动中相互位置发生了变动而造成的成的. . 由于工件和刀具安装在夹具和机床上由于工件和刀具安装在夹具和机床上, , 因此因此, , 机床、机床、夹具、刀具和工件构成了一个完整的工艺系统夹具、刀具和工件构成了一个完整的工艺系统. . 工艺系统中的种种误差工艺系统中的种种误差, , 是造成零件加工误差的根源是造成零件

11、加工误差的根源, , 故称之为故称之为原始误差原始误差. . 从大的方向可分为从大的方向可分为: : (1) (1)与工艺系统本身结构状态有关的与工艺系统本身结构状态有关的静态误差静态误差 (2) (2)与切削过程有关的与切削过程有关的动态误差动态误差 加工中可能出现的原始误差加工中可能出现的原始误差, , 可列举如下图可列举如下图: : 原始误差产生加工误差的根源，它包括：原始误差产生加工误差的根源，它包括：工艺系统静误差工艺系统静误差主轴回转误差导轨误差传动链误差一般刀具定尺寸刀具成形刀具展成法刀具 试切法调整法外力作用点变化外力方向变化外力大小变化机床几何误差机床几何误差工艺系统几何误差

12、工艺系统几何误差原理误差原理误差调整误差调整误差测量误差测量误差定位误差定位误差工艺系统动误差工艺系统动误差工艺系统力变形工艺系统力变形工艺系统热变形工艺系统热变形工艺系统内应力变形工艺系统内应力变形刀具几何误差刀具几何误差夹具几何误差夹具几何误差机床热变形工件热变形刀具热变形原始误差原始误差加工前加工前加工中加工中加工后加工后原理误差原理误差调整误差调整误差夹具误差夹具误差工件装夹误差工件装夹误差机床误差机床误差刀具误差刀具误差工艺系统力变形工艺系统力变形工艺系统热变形工艺系统热变形刀具磨损刀具磨损内应力引起的变形内应力引起的变形测量误差测量误差4-2 4-2 原理误差与工艺系统几何误差对原

13、理误差与工艺系统几何误差对加工精度的加工精度的影响影响v一、原理误差一、原理误差v二、二、工艺系统原始误差对机械加工精度的影响及其控制工艺系统原始误差对机械加工精度的影响及其控制( (一）工艺系统原始误差对尺寸精度的影响及其控制一）工艺系统原始误差对尺寸精度的影响及其控制( (二）工艺系统原始误差对形状精度的影响及其控制二）工艺系统原始误差对形状精度的影响及其控制( (三）工艺系统原始误差对位置精度的影响及其控制三）工艺系统原始误差对位置精度的影响及其控制 原理误差原理误差是由于采用了近似的成形运动或刀是由于采用了近似的成形运动或刀刃形状而产生的刃形状而产生的. . 如如: : (1)(1)滚

14、切渐开线齿形就存在两项原理误差滚切渐开线齿形就存在两项原理误差: : 一一是为便于制造是为便于制造, , 用阿基米德基本蜗杆或法向直廓用阿基米德基本蜗杆或法向直廓基本蜗杆基本蜗杆, , 来代替渐开线基本蜗杆而产生的误差；来代替渐开线基本蜗杆而产生的误差；另一个是由于滚刀刀刃数有限另一个是由于滚刀刀刃数有限, , 而是由若干短线而是由若干短线组成的折线；模数铣刀分组组成的折线；模数铣刀分组, , (2) (2)又如在加工正弦曲线的内曲面时又如在加工正弦曲线的内曲面时, , 用曲柄用曲柄滑块机构来获得近似的正弦曲线滑块机构来获得近似的正弦曲线, , 也存在原理误也存在原理误差差. . (一)原理误

15、差 理论上应当采用理想的加工原理理论上应当采用理想的加工原理, , 来获得精来获得精确的加工表面确的加工表面. . 会使机床的结构复杂会使机床的结构复杂, , 难以保证难以保证机床的刚度和精度机床的刚度和精度, , 或者使刀刃的轮廓不易制造或者使刀刃的轮廓不易制造或精度很低或精度很低. . 这样不仅不能保证加工精度这样不仅不能保证加工精度, , 甚至甚至还会降低加工效率还会降低加工效率. . 这时如采用近似的加工方法这时如采用近似的加工方法, , 因此因此, , 只要能把加工误差限制在规定的范围内只要能把加工误差限制在规定的范围内( (一般一般, , 原理误差应小于工件公差值的原理误差应小于工

16、件公差值的10%10%15%), 15%), 可以采用近似的加工方法可以采用近似的加工方法. . ( (一一）工艺系统原始误差对尺寸精度的影响及其控制）工艺系统原始误差对尺寸精度的影响及其控制v1、尺寸测量精度、尺寸测量精度v2、微量进给精度、微量进给精度v3、微薄切削层的极限厚度、微薄切削层的极限厚度v4、工件的定位和刀具的调整精度、工件的定位和刀具的调整精度1、影响形状精度的主要因素、影响形状精度的主要因素( (二）工艺系统原始误差对形状精度的影响及其控制二）工艺系统原始误差对形状精度的影响及其控制*机床的几何精度（成形运动法）各成形运动之间的相互位置关系精度成形运动本身精度各成形运动之间

17、的运动精度*成形刀具的制造安装精度*加工表面形状检测精度（非成形运动法）2、机床导轨误差、机床导轨误差 机床导轨是机床中确定某些主要部件相对位置的机床导轨是机床中确定某些主要部件相对位置的基准，也是某些主要部件的运动基准。基准，也是某些主要部件的运动基准。 机床导轨误差的基本形式机床导轨误差的基本形式水平面内的直线度水平面内的直线度垂直面内的直线度垂直面内的直线度前后导轨的平行度前后导轨的平行度（扭曲）（扭曲） 现以卧式车床为例，说明导轨误差是怎样影响工件现以卧式车床为例，说明导轨误差是怎样影响工件的加工精度的。的加工精度的。( (二）工艺系统原始误差对形状精度的影响及其控制二）工艺系统原始误

18、差对形状精度的影响及其控制（1）导轨在水平面内直线度误差的影响导轨在水平面内直线度误差的影响 当导轨在水平面内的直线度误差为当导轨在水平面内的直线度误差为y时时,引起工件在引起工件在半径方向的误差为（图半径方向的误差为（图49）：）： R=y 由此可见：床身导轨在水平面内如果有直线度误差，使工件由此可见：床身导轨在水平面内如果有直线度误差，使工件在纵向截面和横向截面内分别产生形状误差和尺寸误差。在纵向截面和横向截面内分别产生形状误差和尺寸误差。 当导轨向后凸出时，工件上产生鞍形加工误差；当导轨向后凸出时，工件上产生鞍形加工误差；当导轨向前凸出时，工件上产生鼓形加工误差。当导轨向前凸出时，工件上

19、产生鼓形加工误差。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图图49 导轨在水平面内直线度误差导轨在水平面内直线度误差 床身导轨在垂直面内有直线度误差（图床身导轨在垂直面内有直线度误差（图4-10），会引起会引起刀尖产生切向位移刀尖产生切向位移Z，造成工件在半径方向产生的误差为：造成工件在半径方向产生的误差为： RZ2/d（2）导轨在垂直面内直线度误差的影响导轨在垂直面内直线度误差的影响设：设：Z=Y=0.01mm ，R=50mm ， 则由于法向原始误差而产生的加工误差则由于法向原始误差而产生的加工误差 R= Y =0.01mm, 由于切向原始误差产生的加工误差由于切向原始误差

20、产生的加工误差 R Z2/d =0.000001mm 此值完全可以忽略不计。由于此值完全可以忽略不计。由于Z2数值很小，因此该误差对数值很小，因此该误差对工件的尺寸精度和形状精度影响甚小。工件的尺寸精度和形状精度影响甚小。 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图图410 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/2 对平面磨床，龙门刨床对平面磨床，龙门刨床及铣床等，导轨在垂直面内及铣床等，导轨在垂直面内的直线度误差会引起工件相的直线度误差会引起工件相对于砂轮（刀具）产生法向对于砂轮（刀具）产生法向位移，其误差将直接反映到位移，其误差将直接反映到被加工工件上，造成

21、形状误被加工工件上，造成形状误差（图差（图7-117-11）。）。 原始误差引起工件相对于刀具产生相对位移，若原始误差引起工件相对于刀具产生相对位移，若产生在加工表面法向方向（误差敏感方向），对加工产生在加工表面法向方向（误差敏感方向），对加工精度有直接影响；产生在加工表面切向方向（误差非精度有直接影响；产生在加工表面切向方向（误差非敏感方向）敏感方向） ，可忽略不计。，可忽略不计。结论：结论： 图图 龙门刨床导轨垂直面龙门刨床导轨垂直面 内直线度误差内直线度误差 1刨刀刨刀 2工件工件 3工作台工作台 4床身导轨床身导轨（3）前后）前后导轨平行度误差的影响导轨平行度误差的影响 床身前后导轨有

22、平行度误差（扭曲）床身前后导轨有平行度误差（扭曲）时，会使车床溜板在沿床身移动时发生时，会使车床溜板在沿床身移动时发生偏斜，从而使刀尖相对工件产生偏移，偏斜，从而使刀尖相对工件产生偏移，使工件产生形状误差（鼓形、鞍形、锥使工件产生形状误差（鼓形、鞍形、锥度）。度）。 从图从图4-114-11可知，车床前后导轨扭曲的最终结果可知，车床前后导轨扭曲的最终结果反映在工件上，于是产生了加工误差反映在工件上，于是产生了加工误差y y。从几何从几何关系中可得出：关系中可得出： yHyH/B/B 一般车床一般车床H2B/3H2B/3，外圆磨床外圆磨床HBHB，因此该项因此该项原始误差对加工精度的影响很大。原

23、始误差对加工精度的影响很大。图图411 车床导轨扭曲对工件形状精度影响车床导轨扭曲对工件形状精度影响2、机床主轴回转误差、机床主轴回转误差（1）机床主轴回转误差的概念）机床主轴回转误差的概念 主轴的实际回转轴线对其理想回转轴线（一般用平均主轴的实际回转轴线对其理想回转轴线（一般用平均回转轴线来代替）产生的偏移量。回转轴线来代替）产生的偏移量。主轴回转误差的基本形式主轴回转误差的基本形式 轴向窜动轴向窜动 纯径向跳动纯径向跳动 纯角度摆动纯角度摆动 实际上主轴回转误差是上述三种形式误差的合成。由于主轴实际实际上主轴回转误差是上述三种形式误差的合成。由于主轴实际回转轴线在空间的位置是在不断变化的，

24、由上述三种运动所产生的位回转轴线在空间的位置是在不断变化的，由上述三种运动所产生的位移（即误差）是一个瞬时值。移（即误差）是一个瞬时值。常把主轴回转误差分解为径向跳动,轴向窜动和角度摆动 下面以在镗床上镗孔、车床上车外圆为例来下面以在镗床上镗孔、车床上车外圆为例来说明主轴回转误差对加工精度的影响。说明主轴回转误差对加工精度的影响。车间车间所有机床，我们分为：所有机床，我们分为： 工件回转类工件回转类刀具回转类刀具回转类误差敏感方向不变加工时误差敏感方向和切削力方向随主轴回转而不断变化（2）主轴回转误差对加工精度的影响）主轴回转误差对加工精度的影响主轴的纯径向跳动对车削和镗削加工精度的影响主轴的

25、纯径向跳动对车削和镗削加工精度的影响镗削加工：镗刀回转，工件不转镗削加工：镗刀回转，工件不转 假设由于主轴的纯径向跳动而使轴线在假设由于主轴的纯径向跳动而使轴线在y y坐标方向作简谐坐标方向作简谐运动（图运动（图4-44-4），其频率与主轴转速相同，简谐幅值为其频率与主轴转速相同，简谐幅值为A A； 则则: : Y Y = Acos = Acos （ tt） 且主轴中心偏移最大（等于且主轴中心偏移最大（等于A A）时，镗刀尖正好通过水平时，镗刀尖正好通过水平位置位置1 1处。处。 当镗刀转过一个当镗刀转过一个角时（位置角时（位置11），刀尖轨迹的水平分），刀尖轨迹的水平分量和垂直分量分别计算得

26、：量和垂直分量分别计算得： y=Acos+Rcos=(A+R)cos y=Acos+Rcos=(A+R)cos Z=Rsin Z=Rsin将上两式平方相加得将上两式平方相加得: : y y2 2/(A+R)/(A+R)2 2+Z+Z2 2/R/R2 2=1=1 表明此时镗出的孔为椭圆形。表明此时镗出的孔为椭圆形。AAROm11，AcosO234ORsin(A+R）cos图图44 镗孔时纯径向跳动对加工精度的影响镗孔时纯径向跳动对加工精度的影响车床加工：工件回转，刀具移动车床加工：工件回转，刀具移动 假设主轴轴线沿假设主轴轴线沿y轴作简谐运动（图轴作简谐运动（图4-5），在工件的在工件的1处（主

27、轴中心偏移最大之处）切出的半径比在工件的处（主轴中心偏移最大之处）切出的半径比在工件的2、4处切出的半径小一个幅值处切出的半径小一个幅值A；在工件的在工件的3处切出的半径比处切出的半径比在工件的在工件的2、4处切出的半径大一个幅值处切出的半径大一个幅值A。 这样，上述四点工件的直径都相等，其它各点直径这样，上述四点工件的直径都相等，其它各点直径误差也很小，所以车削出的工件表面接近于一个真圆。误差也很小，所以车削出的工件表面接近于一个真圆。 Y2+Z2=R2+A2Sin2 由此可见，主轴的纯径向跳动对车削加工工件的圆由此可见，主轴的纯径向跳动对车削加工工件的圆度影响很小。度影响很小。图图45 车

28、削时纯径向跳动对加工精度的影响车削时纯径向跳动对加工精度的影响轴向窜动对车、镗削加工精度的影响轴向窜动对车、镗削加工精度的影响 主轴的轴向窜动对内、外圆的加工精度没有主轴的轴向窜动对内、外圆的加工精度没有影响，但加工端面时，会使加工的端面与内外圆影响，但加工端面时，会使加工的端面与内外圆轴线产生垂直度误差。轴线产生垂直度误差。 主轴每转一周，要沿轴向窜动一次，使得切主轴每转一周，要沿轴向窜动一次，使得切出的端面产生平面度误差（图出的端面产生平面度误差（图4-6）。当加工螺纹）。当加工螺纹时，会产生螺距误差。时，会产生螺距误差。 图图46 主轴轴向窜动对端面加工精度的影响主轴轴向窜动对端面加工精

29、度的影响 车削加工时工件每一横截面内的圆度误差很小，但轴车削加工时工件每一横截面内的圆度误差很小，但轴平面有圆柱度误差（锥度）。平面有圆柱度误差（锥度）。 车外圆：得到圆形工件，但产生圆柱度误差（锥体）车外圆：得到圆形工件，但产生圆柱度误差（锥体） 车端面：产生平面度误差车端面：产生平面度误差 镗孔时，由于主轴的纯角度摆动镗孔时，由于主轴的纯角度摆动 使得主轴回转轴线与使得主轴回转轴线与工作台导轨不平行，工作台导轨不平行，使镗出的孔呈椭圆形，使镗出的孔呈椭圆形，如图如图4-7所示。所示。 角度摆动对车、镗削加工精度的影响角度摆动对车、镗削加工精度的影响 主轴纯角度摆动对加工精度的影响，取决于不

30、同主轴纯角度摆动对加工精度的影响，取决于不同的加工内容。的加工内容。图图47 主轴纯角度摆动对镗孔精度的影响主轴纯角度摆动对镗孔精度的影响（3）提高主轴回转精度的措施）提高主轴回转精度的措施1）提高主轴的轴承精度。）提高主轴的轴承精度。2）减少机床主轴回转误差对加工精度的影响。）减少机床主轴回转误差对加工精度的影响。3）对滚动轴承进行预紧，以消除间隙。）对滚动轴承进行预紧，以消除间隙。4）提高主轴箱体支承孔、主轴轴颈和与轴承）提高主轴箱体支承孔、主轴轴颈和与轴承相配合的零件有关表面的加工精度。相配合的零件有关表面的加工精度。3、机床传动链误差、机床传动链误差 在车螺纹、插齿、滚齿等加工时，刀具

31、与工件之在车螺纹、插齿、滚齿等加工时，刀具与工件之间有严格的传动比要求。要满足这一要求，间有严格的传动比要求。要满足这一要求，机床内联机床内联系传动链系传动链的误差必须控制在允许的范围内。的误差必须控制在允许的范围内。（1）机床传动链误差定义）机床传动链误差定义 指传动链始末两端指传动链始末两端执行元件间相对运动的误执行元件间相对运动的误差。差。（2）机床传动链误差描述）机床传动链误差描述 传动链末端元件产生的转角误差。传动链末端元件产生的转角误差。它的大小它的大小对车、磨、铣螺纹，滚、插、磨（展成法磨齿）对车、磨、铣螺纹，滚、插、磨（展成法磨齿）齿轮等加工会影响分度精度，造成加工表面的形齿轮

32、等加工会影响分度精度，造成加工表面的形状误差，如螺距精度、齿距精度等。状误差，如螺距精度、齿距精度等。 例如，车螺纹时，要求主轴与传动丝杠的转速比恒定例如，车螺纹时，要求主轴与传动丝杠的转速比恒定（图示），即（图示），即iTTiii iTzzzzzzzzS432186427531Z1Z2（3）驱动丝杠误差的产生）驱动丝杠误差的产生2112zzi1122i12 图图 车螺纹的传动误差示意图车螺纹的传动误差示意图S工件导程；工件导程；T丝杠导程；丝杠导程；Z1Z8各齿轮齿数各齿轮齿数若齿轮若齿轮Z1有转角误差有转角误差1，造成造成Z2的转角误差为：的转角误差为：12i121Z1 1 1n=i1n1

33、Z2 2 2n=i2n2Zn n nn=innn在任一时刻，各齿轮的转角误差反映到丝杠的总误差为：在任一时刻，各齿轮的转角误差反映到丝杠的总误差为：njjnjnnnni121传到丝杠上的转角误差为传到丝杠上的转角误差为1n，即：即：（3）减少传动链误差的措施）减少传动链误差的措施1）尽量缩短传动链。）尽量缩短传动链。 2）提高传动件的制造和安装精度，尤其是末端）提高传动件的制造和安装精度，尤其是末端零件的精度。零件的精度。 3）尽可能采用降速运动，且传动比最小的一级）尽可能采用降速运动，且传动比最小的一级传动件应在最后。传动件应在最后。 4）消除传动链中齿轮副的间隙。）消除传动链中齿轮副的间隙

34、。 5）采用误差校正机构）采用误差校正机构图图 丝杠加工误差校正装置丝杠加工误差校正装置1工件工件 2螺母螺母 3母丝杠母丝杠 4杠杆杠杆 5校正尺校正尺 6触头触头 7校正曲线校正曲线1、刀具、刀具 误差误差一般刀具一般刀具定尺寸刀具定尺寸刀具成形刀具成形刀具展成法刀具展成法刀具 如普通车刀、单刃如普通车刀、单刃镗刀和面铣刀等）的制镗刀和面铣刀等）的制造误差对加工精度没有造误差对加工精度没有直接影响，直接影响，但磨损后对但磨损后对工件尺寸或形状精度有工件尺寸或形状精度有一定影响一定影响 定尺寸刀具（如钻定尺寸刀具（如钻头、铰刀、圆孔拉刀等）头、铰刀、圆孔拉刀等）的尺寸误差直接影响被的尺寸误差

35、直接影响被加工工件的尺寸精度。加工工件的尺寸精度。刀具的安装和使用不当，刀具的安装和使用不当，也会影响加工精度。也会影响加工精度。 成形刀具（如成形车成形刀具（如成形车刀、成形铣刀、盘形齿刀、成形铣刀、盘形齿轮铣刀等）的误差主要轮铣刀等）的误差主要影响被加工面的形状精影响被加工面的形状精度度 展成法刀具（如齿轮展成法刀具（如齿轮滚刀、插齿刀等）加工齿滚刀、插齿刀等）加工齿轮时，刀刃的几何形状及轮时，刀刃的几何形状及有关尺寸精度会直接影响有关尺寸精度会直接影响齿轮加工精度齿轮加工精度三、工艺系统原始误差对工件精度三、工艺系统原始误差对工件精度影响影响图例图例 车刀的尺寸磨损车刀的尺寸磨损图例图例

36、 车刀磨损过程车刀磨损过程 夹具的误差主要是指：夹具的误差主要是指：1）定位元件、刀具导向元件、分度机构、夹具体）定位元件、刀具导向元件、分度机构、夹具体等零件的制造误差。等零件的制造误差。2）夹具装配后，以上各种元件工作面间的相对尺）夹具装配后，以上各种元件工作面间的相对尺寸误差。寸误差。3）夹具在使用过程中工作表面的磨损。（图例）夹具在使用过程中工作表面的磨损。（图例） 工件的安装误差包括定位误差和夹紧误差。工件的安装误差包括定位误差和夹紧误差。具体内容在机械制造装备课程中讲述。具体内容在机械制造装备课程中讲述。2、夹具误差和工件安装误差、夹具误差和工件安装误差图例图例 钻孔夹具误差对加工

37、精度的影响钻孔夹具误差对加工精度的影响3、测量误差、测量误差（1）量具、量仪和测量方法本身的误差）量具、量仪和测量方法本身的误差（2）环境条件的影响（温度、振动等）环境条件的影响（温度、振动等）（3）测量人员主观因素的影响（视力、测量）测量人员主观因素的影响（视力、测量 力大小等）力大小等）（4）正确选择和使用量具，以保证测量精度）正确选择和使用量具，以保证测量精度4、调整误差调整误差试切法调整试切法调整定程机构调整定程机构调整样板、样件调整样板、样件调整夹具安装调整夹具安装调整 大批量生产时常采用大批量生产时常采用行程挡块、靠模、凸轮行程挡块、靠模、凸轮作为定程机构，其制造作为定程机构，其制

38、造精度和调整精度产生调精度和调整精度产生调整误差整误差样件、样板的制造精度样件、样板的制造精度和安装精度、对刀精度和安装精度、对刀精度产生调整误差产生调整误差测量误差测量误差进给机构位移误差（爬进给机构位移误差（爬行现象）行现象）加工余量的影响（余量加工余量的影响（余量很小时，刀刃打滑）很小时，刀刃打滑） 影响工件在机床上影响工件在机床上占有正确的加工位置占有正确的加工位置5、工艺系、工艺系统磨损引统磨损引起的误差起的误差 磨损破坏了成形运动，改变了工件与磨损破坏了成形运动，改变了工件与刀具的相对位置和速比，产生加工误差刀具的相对位置和速比，产生加工误差 刀具磨损严重影响工件的刀具磨损严重影响

39、工件的形状精度、尺寸精度形状精度、尺寸精度工艺系统：工艺系统：机床、夹具、机床、夹具、工件、刀具工件、刀具外力：外力：切削力、传切削力、传动力、惯性力、夹动力、惯性力、夹紧力、重力紧力、重力产生加工误差产生加工误差（举例）（举例）破坏了刀具、工破坏了刀具、工件间相对位置件间相对位置第三节、工艺系统受力变形引起的加工误差第三节、工艺系统受力变形引起的加工误差工艺系统受力变形现象工艺系统受力变形现象图图 受力变形对工件精度的影响受力变形对工件精度的影响 a) 车长轴车长轴 b） 磨内孔磨内孔 由此看来，为了保证和提高工件的加工精度，就由此看来，为了保证和提高工件的加工精度，就必须深入研究并控制以至

40、消除工艺系统及其有关组成必须深入研究并控制以至消除工艺系统及其有关组成部分的变形。部分的变形。（一）工艺系统的刚度（一）工艺系统的刚度 工艺系统整体抵抗其变形的能力。其大小为：工艺系统整体抵抗其变形的能力。其大小为： 背向力背向力Fp （旧标准中为径向切削分力旧标准中为径向切削分力Fy）与工艺系统在该方向与工艺系统在该方向上的变形上的变形yxt的比值，即的比值，即kxt=Fp/yxt 注意：注意：这里变形这里变形yxt是总切削力的三个分力是总切削力的三个分力Fc、Fp、Ff（旧标准旧标准中为中为Fz、Fy、Fx）综合作用的结果。综合作用的结果。 1. 工艺系统刚度的概念工艺系统刚度的概念2、系

41、统刚度与环节刚度、系统刚度与环节刚度 工艺系统的刚度是由组成工艺系统各部件的刚度决定工艺系统的刚度是由组成工艺系统各部件的刚度决定的。工艺系统的总变形量为：的。工艺系统的总变形量为： yxt= yjc+ydj+yjj+ygjkxt=Fp/yxt, kjc= Fp/yjc ， kdj= Fp/ydj , kjj= Fp/yjj， kgj= Fp/ygj 工艺系统刚度的一般式为：工艺系统刚度的一般式为： kxt= 1/(1/kjc+1/ kdj+1/ kj+1/ kgj) （4 - 7） 若已知工艺系统各组成部分的刚度（即环节刚度），若已知工艺系统各组成部分的刚度（即环节刚度），就可以求出工艺系统

42、的刚度。就可以求出工艺系统的刚度。3. 机床部件刚度特点机床部件刚度特点 机床结构复杂，组成的零部件多，各零部机床结构复杂，组成的零部件多，各零部件之间有不同的联接和运动方式，因而机床部件之间有不同的联接和运动方式，因而机床部件的刚度问题就比较复杂。它的计算至今还没件的刚度问题就比较复杂。它的计算至今还没有合适的方法，需要通过实验来测定。有合适的方法，需要通过实验来测定。 下图为单向加载时车床刚度测定示意图。下图为单向加载时车床刚度测定示意图。主轴部件、尾座及刀架的变形可分别从千分表主轴部件、尾座及刀架的变形可分别从千分表2、3和和6读出。读出。 这种方法测得的这种方法测得的y方向位移是背向力

43、方向位移是背向力Fp作用作用下引起的变形。下引起的变形。 图图 单向静载测定车床刚度单向静载测定车床刚度 1心轴心轴 2、3、6千分表千分表 4测力环测力环 5螺旋加力器螺旋加力器 图图415 车床刀架部件的刚度曲线车床刀架部件的刚度曲线 一次加载一次加载 二次加载二次加载 三次加载三次加载（1）机床部件刚度的特点）机床部件刚度的特点1） 背向力背向力Fp与刀架变形与刀架变形ydj不是线性关系。不是线性关系。2） 加载曲线与卸载曲线不重合。加载曲线与卸载曲线不重合。3） 加载曲线与卸载曲线不封闭（卸载后加载曲线与卸载曲线不封闭（卸载后 由于存在残余变形，曲线回不到原点）。由于存在残余变形，曲线

44、回不到原点）。4）部件的实际刚度远比按实体结构的估计）部件的实际刚度远比按实体结构的估计 值小。值小。 图图4-15是以是以Fp为纵坐标，刀架变形为纵坐标，刀架变形ydj为横坐标的某车为横坐标的某车床刀架部件的刚度实测曲线。实验中进行了三次加载床刀架部件的刚度实测曲线。实验中进行了三次加载卸卸载循环，由图可以看出，机床部件的刚度曲线有以下特点载循环，由图可以看出，机床部件的刚度曲线有以下特点：（2）影响机床部件刚度的因素）影响机床部件刚度的因素 连接表面间的接触变形连接表面间的接触变形（图示）（图示） 薄弱零件本身的影响薄弱零件本身的影响（图（图416） 接合面间的间隙接合面间的间隙 接合面间

45、摩擦力的影响接合面间摩擦力的影响两零件结合面间的接触情况两零件结合面间的接触情况接接 触触 刚刚 度度 实验研究表明，两个相接触的表面间受力作用时，两表面的接触实验研究表明，两个相接触的表面间受力作用时，两表面的接触变形变形y是表面压强是表面压强p的递增函数（图）。的递增函数（图）。 因此，机床部件接合表面间刚度可较确切地用因此，机床部件接合表面间刚度可较确切地用接触刚度接触刚度来表示，来表示，即压强的微分即压强的微分dp与位移的微分与位移的微分dy的比值称为接触刚度的比值称为接触刚度kjkj =dp/dy图图 表面接触变形与压强的关系表面接触变形与压强的关系图图416 机床部件刚度的薄弱环节

46、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（二）工艺系统受力变形对加工精度的影响（二）工艺系统受力变形对加工精度的影响1、切削力作用位置变化引起的加工误差、切削力作用位置变化引起的加工误差 根据材料力学的挠度计算公式，其切削点根据材料力学的挠度计算公式，其切削点工件的变形量为：工件的变形量为： yw=Fp(L-x)2x2/3E I L (4-18) 从上式的计算结果和车削的实际情况都可从上式的计算结果和车削的实际情况都可证实，切削后的工件呈鼓形，其最大直径在通证实，切削后的工件呈鼓形，其最大直径在通过轴线中点的横截面内。过轴线中点的横截面内。1） 工件的刚度及其

47、变形工件的刚度及其变形2） 工件短而粗工件短而粗 即此时工艺系即此时工艺系统刚度主要取决统刚度主要取决于机床刚度于机床刚度 当刀具切削到工件的任意位置当刀具切削到工件的任意位置 C时（图示），工艺系统的总时（图示），工艺系统的总变形变形 y系统系统为：为： yxtyx+y刀架刀架 通过推证可知工艺系统在工件切削点处的变形量为通过推证可知工艺系统在工件切削点处的变形量为: y系统=Fp1/k刀+1/k头(L-x/x)2+1/k尾(x/L)2 (4-16) 可以看出可以看出 : y系统系统 =f(x)，是一个二次抛物线方程，变形大小随是一个二次抛物线方程，变形大小随刀具在刀具在x方向位置变化方向位

48、置变化,使车出的工件呈抛物线形状（图使车出的工件呈抛物线形状（图420）。）。图图419 工艺系统受力变形随切削位置而变化工艺系统受力变形随切削位置而变化图图420 刚度变化造成工件误差刚度变化造成工件误差 1理想的工件形状；理想的工件形状； 2k头头k尾尾时车出的工件形状时车出的工件形状3）工艺系统刚度及总变形）工艺系统刚度及总变形 综合上述两种情况，工艺系统的总变形量为综合上述两种情况，工艺系统的总变形量为式（式（4-16）和式（）和式（4-18）的叠加）的叠加 Y系统系统=Fp1/k刀架刀架+1/k头头(L-x/x)2+1/k尾尾(x/L)2 +(L-x)2x2/3EIL工艺系统的刚度为

49、工艺系统的刚度为Kxt=Fp/yxt=1/ 1/k刀架刀架+1/k头头(L-x/x)2+1/k尾尾(x/L)2 +(L-x)2x2/3EIL可以看出可以看出 Kxt=f(x) 由于在工件加工的不同位置，由于在工件加工的不同位置， Kxt不同，使加不同，使加工后工件的径向尺寸不同，从而产生形状误差。工后工件的径向尺寸不同，从而产生形状误差。2、切削力、切削力 大小变化引起的加工误差（误差复映）大小变化引起的加工误差（误差复映） 在加工过程中，由于工件加工余量或材料硬度不均匀，在加工过程中，由于工件加工余量或材料硬度不均匀，都会引起背向力的变化，从而使工艺系统受力变形不一致都会引起背向力的变化，从

50、而使工艺系统受力变形不一致而产生加工误差。而产生加工误差。 以车削短圆柱工件外圆为例，如图以车削短圆柱工件外圆为例，如图4-18所示。所示。由于毛坯存在的圆度误差由于毛坯存在的圆度误差m=ap1-ap2引起了工件产生圆度误差引起了工件产生圆度误差w=y1 -y2 且且m越大，越大，w越大，这种由于工艺系统受力变形的变越大，这种由于工艺系统受力变形的变化而使毛坯椭圆形状误差复映到加工后工件表面的现象称化而使毛坯椭圆形状误差复映到加工后工件表面的现象称为为“误差复映误差复映”。图图418 毛坯形状误差复映毛坯形状误差复映1称为误差复映系数，mw f、ap 、vc 分别为进给量、背吃刀量和切削速度；

51、 pFKpFC、pppFFFnyx、CKvfCppFpFpFncyF1pFxppcaF )(),(222111yacFyacFpPpp式中与切削条件有关；指数；，所以在一次走刀加工中，切削速度、进给量及其它切削条件设为不变，即C为常数，在车削加工中，即pFKpFncvpFyfpFxpapFCpF981.0中车削力的计算公式根据表12由于y1、y2相对ap1、ap2而言数值较小，可忽略不计，即有 mxtppxtxtPxtpwppppkCaakCkFFFyycaFcaF)(,2121212211所以xtkC 由上式可知由上式可知,工艺系统的刚度工艺系统的刚度kxt越大越大,复映系数复映系数越小越小

52、,毛坯误差复映毛坯误差复映到工件上去的部分就越少。到工件上去的部分就越少。 一般一般1,经加工之后工件的误差比加工前的误差减小经加工之后工件的误差比加工前的误差减小,经多道工序经多道工序或多次走刀加工之后或多次走刀加工之后,工件的误差就会减小到工件公差所许可的范围内。工件的误差就会减小到工件公差所许可的范围内。 若经过若经过n次走刀加工后，则误差复映为次走刀加工后，则误差复映为 w=12nm 总的误差复映系数总的误差复映系数 z=12n 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

53、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，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： 在

54、车床或磨床类机床上加工轴类零件时，常用单爪拨在车床或磨床类机床上加工轴类零件时，常用单爪拨盘带动工件旋转，如图盘带动工件旋转，如图4-21所示。所示。3、切削过程中受力方向变化引起的加工误差、切削过程中受力方向变化引起的加工误差1）由于传动力引起的误差）由于传动力引起的误差 结论：结论： 在单爪拨盘传动下车削出来的工件是一个正园柱，并不产生加工误差。在单爪拨盘传动下车削出来的工件是一个正园柱，并不产生加工误差。图图421 单爪拨盘传动下工件的受力分析单爪拨盘传动下工件的受力分析图图422 单爪拨盘传动下工件的变形分析单爪拨盘传动下工件的变形分析2）由于惯性力引起的误差）由于惯性力引起的误差 在

55、高速切削时，如果工艺系统中有不平衡的高在高速切削时，如果工艺系统中有不平衡的高速旋转的构件存在，就会产生离心力。它和传动速旋转的构件存在，就会产生离心力。它和传动力一样，在工件的每一转中不断变更方向，引起力一样，在工件的每一转中不断变更方向，引起工件几何轴线作上述相同形式的摆角运动，故理工件几何轴线作上述相同形式的摆角运动，故理论上讲也不会造成工件园度误差。但是要注意的论上讲也不会造成工件园度误差。但是要注意的是当不平衡质量的离心力大于切削力时，车床主是当不平衡质量的离心力大于切削力时，车床主轴轴颈和轴承内孔表面的接触点就会不断地变化，轴轴颈和轴承内孔表面的接触点就会不断地变化，轴承孔地园度误

56、差将传给工件地回转轴心。轴承孔地园度误差将传给工件地回转轴心。 因此可采用因此可采用配重平衡配重平衡的方法来消除这种影响，的方法来消除这种影响，必要时亦可适当必要时亦可适当降低主轴转速，降低主轴转速，以减小离心力的以减小离心力的影响影响。 4、工艺系统其它外力作用引起的加工误差、工艺系统其它外力作用引起的加工误差1）由于）由于机床部件或工件本身重量以及它们在移机床部件或工件本身重量以及它们在移动中位置变化而引起的加工误差动中位置变化而引起的加工误差（图）（图） 2）由于夹紧力引起的加工误差）由于夹紧力引起的加工误差（图（图4-23） 图图 机床部件自重引起地横梁变形机床部件自重引起地横梁变形

57、图图423 套筒夹紧变形误差套筒夹紧变形误差 工件工件 开口过渡环开口过渡环 图图424 薄片工件的磨削薄片工件的磨削毛坯翘曲毛坯翘曲 b) 电磁工件台吸紧电磁工件台吸紧 c) 磨后松开，工件翘曲磨后松开，工件翘曲a)d) 磨削凸面磨削凸面 e) 磨削凹面磨削凹面 f) 磨后松开，工件平直磨后松开，工件平直通过提高导轨等通过提高导轨等结合面的刮研质结合面的刮研质量、形状精度并量、形状精度并降低表面粗糙度，降低表面粗糙度，都能增加接触面都能增加接触面积，有效地提高积，有效地提高接触刚度。预加接触刚度。预加载荷，也可增大载荷，也可增大接触刚度接触刚度加工细长轴时，加工细长轴时，采用中心架或采用中心

58、架或跟刀架来提高跟刀架来提高工件的刚度。工件的刚度。采用导套、导采用导套、导杆等辅助支承杆等辅助支承来加强刀架的来加强刀架的刚度。刚度。对刚性较差对刚性较差的工件选择的工件选择合适的夹紧合适的夹紧方法，能减方法，能减小夹紧变形，小夹紧变形，提高加工精度提高加工精度 采用塑料滑动采用塑料滑动导轨，其摩擦特性导轨，其摩擦特性好，有效防止低速好，有效防止低速爬行，运行平稳，爬行，运行平稳，定位精度高，具有定位精度高，具有良好的耐磨性、减良好的耐磨性、减振性和工艺性。此振性和工艺性。此外，还有滚动导轨外，还有滚动导轨和静压导轨。和静压导轨。（1）提高）提高 接触刚度接触刚度（2）提高零部）提高零部件刚

59、度减小受力件刚度减小受力变形变形（3）合理安）合理安装工件减小装工件减小夹紧变形夹紧变形4减少摩擦减少摩擦防止微量进给防止微量进给时的时的“爬行爬行”五、减小工艺系统受力变形的措施五、减小工艺系统受力变形的措施（5）合理使）合理使 用机床用机床（6）合理安排）合理安排工艺，粗精分开工艺，粗精分开（7）转移或）转移或补偿弹性变形补偿弹性变形减少工艺系统减少工艺系统受力变形受力变形六、六、 工件残余应力引起的加工误差工件残余应力引起的加工误差（一）内应力的产生及其对加工精度的影响（一）内应力的产生及其对加工精度的影响什么是残什么是残 余余 应应 力力n残余应力是指在没残余应力是指在没有外部载荷的情

60、况下，有外部载荷的情况下，存在于工件内部的应存在于工件内部的应力，又称内应力。力，又称内应力。产生原产生原 因因残余应力是由金属内部的相邻宏观残余应力是由金属内部的相邻宏观或微观组织发生了不均匀的体积变或微观组织发生了不均匀的体积变化而产生的，促使这种变化的因素化而产生的，促使这种变化的因素主要来自热加工或冷加工。主要来自热加工或冷加工。残余应力对零件的影响影响残余应力对零件的影响影响n存在残余应力的零件，始终处于一种不稳定状态，存在残余应力的零件，始终处于一种不稳定状态，其内部组织有要恢复到一种新的稳定的没有内应力其内部组织有要恢复到一种新的稳定的没有内应力状态的倾向。状态的倾向。n在内应力