新版机械制造工艺ch4机械加工精度控制ppt课件

1、第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社第4章 机械加工精度控制4.1 影响机械加工精度的要素4.2 工艺系统的几何误差及磨损4.3 工艺系统受力变形4.4 工艺系统热变形4.5 其他影响加工精度的要素及其改良措施4.6 加工误差的统计学分析4.7 控制加工精度的途径第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社4.1影响机械加工精度的要素加工精度是零件机械加工质量的重要目的，直接影响整台机器的加工精度是零件机械加工质量的重要目的，直接影响整台机器的任务性能和运用寿命。任务性能和运用寿命。深化研讨影响加工精度的各种要素及其规律，探求提高和保证加深化研讨

2、影响加工精度的各种要素及其规律，探求提高和保证加工误差的措施和方法是机械制造工艺学研讨的重要内容。工误差的措施和方法是机械制造工艺学研讨的重要内容。第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社1.影响机械加工精度的要素影响机械加工精度的要素研讨提高加工精度的工艺措施要从减少加工误差入手。研讨提高加工精度的工艺措施要从减少加工误差入手。加工误差是指零件加工的实践几何参数相对理想几何参数的偏加工误差是指零件加工的实践几何参数相对理想几何参数的偏离程度。离程度。按照几何参数类型可将加工误差分类为尺寸加工误差、外形加按照几何参数类型可将加工误差分类为尺寸加工误差、外形加工误差和位置

3、加工误差。工误差和位置加工误差。尺寸加工误差、外形加工误差和位置加工误差分别是加工零件尺寸加工误差、外形加工误差和位置加工误差分别是加工零件的实践尺寸、外形和位置相对理想的尺寸、外形和位置的偏向。的实践尺寸、外形和位置相对理想的尺寸、外形和位置的偏向。在机械加工中，零件的尺寸、几何外形和外表间相对位置的构在机械加工中，零件的尺寸、几何外形和外表间相对位置的构成，取决于工件和刀具在切削过程中的相互位置关系，而工件安装成，取决于工件和刀具在切削过程中的相互位置关系，而工件安装在夹具上，夹具和刀具安装于机床之上，机床、夹具、刀具和工件在夹具上，夹具和刀具安装于机床之上，机床、夹具、刀具和工件组成工艺

4、系统。组成工艺系统。直接或间接影响机械加工工艺系统的要素都将影响机械加工精直接或间接影响机械加工工艺系统的要素都将影响机械加工精度。度。 第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社将工艺系统中可以直接引起加工误差的要素统称为原始误差。将工艺系统中可以直接引起加工误差的要素统称为原始误差。原始误差中的一部分与工艺系统的初始形状有关，即零件未加工之原始误差中的一部分与工艺系统的初始形状有关，即零件未加工之前工艺系统本身就具有的某些误差要素，称为与工艺系统的初始形状有前工艺系统本身就具有的某些误差要素，称为与工艺系统的初始形状有关的原始误差，或称几何误差。关的原始误差，或称几何

5、误差。而另一部分原始误差与加工过程有关，即遭到力、热、磨损等缘由而另一部分原始误差与加工过程有关，即遭到力、热、磨损等缘由的影响，工艺系统原有精度遭到破坏而产生的附加误差要素，称为与加的影响，工艺系统原有精度遭到破坏而产生的附加误差要素，称为与加工过程有关的原始误差，或动误差。工过程有关的原始误差，或动误差。机械加工过程中能够出现的原始误差如图机械加工过程中能够出现的原始误差如图4.1所示。所示。 第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社原始误差产生加原始误差产生加工误差的根源工误差的根源工艺系统静误差工艺

6、系统静误差主轴回转误差主轴回转误差导轨误差导轨误差传动链误差传动链误差普通刀具普通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 试切法试切法调整法调整法外力作用点变化外力作用点变化外力方向变化外力方向变化外力大小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工艺系统几何误差原理误差原理误差调整误差调整误差丈量误差丈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机床热变形工件热变形工件热变形刀具热变形刀具热变形第4章

7、机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社dRR+ RRYoDRZ原始误差与加工误差的关系原始误差与加工误差的关系( (以车削为例以车削为例) )切向误差切向误差 径向误差径向误差第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社2. 加工误差及误差敏感方向加工误差及误差敏感方向以图以图4.2车削外圆为例，工件车削外圆为例，工件的回转中心为的回转中心为O，刀尖的理想位，刀尖的理想位置在置在A处，工件理想半径处，工件理想半径R0OA。假设各种原始误差的综合影假设各种原始误差的综合影响使刀尖的位置偏离到，实践加响使刀尖的位置偏离到，实践加工工件半径工工件半径R OA 。

8、AA即为即为原始误差原始误差，它与，它与OA间的夹角为间的夹角为。因此工件半径上因此工件半径上(即工序尺寸即工序尺寸方向上方向上)的加工误差的加工误差R 为为02002202coscos2RRRROAAOR第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社分析可知，当原始误差的方分析可知，当原始误差的方向为加工外表的法向方向时，即向为加工外表的法向方向时，即0，引起的加工误差最大，引起的加工误差最大.。当原始误差的方向为加工外当原始误差的方向为加工外表的切线方向时，即表的切线方向时，即90，引，引起的加工误差最小，通常可以忽起的加工误差最小，通常可以忽略。略。022RR022RR

9、022RR022RR原始误差对加工精度影响最大的方向称为误差的敏感方向，而原始误原始误差对加工精度影响最大的方向称为误差的敏感方向，而原始误差对加工精度影响最小的方向称为误差的不敏感方向。普通加工外表的法差对加工精度影响最小的方向称为误差的不敏感方向。普通加工外表的法线方向为误差敏感方向，而加工外表的切线方向为误差非敏感方向。通常线方向为误差敏感方向，而加工外表的切线方向为误差非敏感方向。通常在研讨工艺系统的加工精度时，主要研讨误差敏感方向的精度。在研讨工艺系统的加工精度时，主要研讨误差敏感方向的精度。 原始误差方向与工序尺寸方向相正交时，原始误差对加工方向的精度原始误差方向与工序尺寸方向相正

10、交时，原始误差对加工方向的精度几乎没有影响。几乎没有影响。第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社加工中引起机床误差的缘由主要有机床的制造误差、安装误差及加工中引起机床误差的缘由主要有机床的制造误差、安装误差及其磨损等三个方面。其磨损等三个方面。这里着重分析对工件加工精度影响较大的主轴回转误差、导轨导这里着重分析对工件加工精度影响较大的主轴回转误差、导轨导向误差和传动链误差。向误差和传动链误差。4.2工艺系统的几何误差及磨损4.2.1机床误差机床误差第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社1机床主轴回转运动误差机床主轴回转运动误差1) 主轴回转误

11、差的概念主轴回转误差的概念机床主轴回转时，在主轴的任一截面上速度一直为零的点为理想回机床主轴回转时，在主轴的任一截面上速度一直为零的点为理想回转中心。理想的回转中心在空间相对刀具或工件的位置是固定不变的。转中心。理想的回转中心在空间相对刀具或工件的位置是固定不变的。主轴各截面回转中心的连线称为回转轴线。主轴各截面回转中心的连线称为回转轴线。主轴回转误差是指主轴实践回转轴线相对于理想回转轴线的最大变主轴回转误差是指主轴实践回转轴线相对于理想回转轴线的最大变动量。动量。显然变动量越小，即主轴回转误差越小，主轴回转精度越高；反之显然变动量越小，即主轴回转误差越小，主轴回转精度越高；反之越低。越低。主

12、轴理想的回转轴线是一条在空间位置不变的回转轴线。主轴理想主轴理想的回转轴线是一条在空间位置不变的回转轴线。主轴理想的回转轴线是客观存在的，但现实中难以确定其位置，通常以主轴各瞬的回转轴线是客观存在的，但现实中难以确定其位置，通常以主轴各瞬时回转轴线的平均位置作为主轴轴线，也称为平均轴线。时回转轴线的平均位置作为主轴轴线，也称为平均轴线。 第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社2) 主轴回转误差的表现方式主轴回转误差的表现方式为便于分析和研讨，主轴回转运动误差可以分解为三种根本方式：为便于分析和研讨，主轴回转运动误差可以分解为三种根本方式：轴向跳动、径向跳动、角度摆动。

13、轴向跳动、径向跳动、角度摆动。轴向跳动：瞬时回转轴线沿平均回转轴线方向的轴向运动，如图轴向跳动：瞬时回转轴线沿平均回转轴线方向的轴向运动，如图4.3(a)所示。主轴的轴向跳动对工件的圆柱面加工没有影响，主要影响所示。主轴的轴向跳动对工件的圆柱面加工没有影响，主要影响端面外形、轴向尺寸精度端面垂直度。主轴存在轴向跳动误差时，车削端面外形、轴向尺寸精度端面垂直度。主轴存在轴向跳动误差时，车削加工螺纹会将使加工后的螺旋产生螺距误差。加工螺纹会将使加工后的螺旋产生螺距误差。径向跳动：瞬时回转轴线一直平行于平均回转轴线方向的径向运动径向跳动：瞬时回转轴线一直平行于平均回转轴线方向的径向运动，如图，如图4

14、.3(b)所示。主轴的纯径向跳动会使工件产生圆柱度误差，对加所示。主轴的纯径向跳动会使工件产生圆柱度误差，对加工端面根本没有影响。但加工方法不同，所引起的加工误差方式和程度工端面根本没有影响。但加工方法不同，所引起的加工误差方式和程度也不同。也不同。 第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社纯角度摆动：瞬时回转轴线与平均回转轴线方向成一倾斜角度，但纯角度摆动：瞬时回转轴线与平均回转轴线方向成一倾斜角度，但其交点位置固定不变的运动，如图其交点位置固定不变的运动，如图4.3(c)所示。所示。主轴的角度摆动不仅影响工件加工外表的圆柱度误差，而且影响工主轴的角度摆动不仅影响工件

15、加工外表的圆柱度误差，而且影响工件端面误差。件端面误差。实践上，主轴回转误差是三种根本方式误差综协作用的结果，见图实践上，主轴回转误差是三种根本方式误差综协作用的结果，见图4.3(d)。 第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社3) 影响主轴回转精度的主要要素影响主轴回转精度的主要要素可以产生主轴回转误差要素较多，主要来可以产生主轴回转误差要素较多，主要来自于零件加工和整机装配。因主轴构造不同，自于零件加工和整机装配。因主轴构造不同，要素也不同，主轴回转误差亦不同，往往需求要素也不同，主轴回转误差亦不同，往往需求详细问题详细分析。详细问题详细分析。这里主要讨论主轴径向误

16、差的影响。为了这里主要讨论主轴径向误差的影响。为了讨论问题方便将主轴构造简化处置，将其处置讨论问题方便将主轴构造简化处置，将其处置成轴孔与轴颈配合的简单构造。成轴孔与轴颈配合的简单构造。 车床、外圆磨床等工件回转类机床切削加工过车床、外圆磨床等工件回转类机床切削加工过程中，切削力的方向相对机床床身大致不变，相对程中，切削力的方向相对机床床身大致不变，相对主轴孔大致不变，所以主轴转动过程中主轴轴颈的主轴孔大致不变，所以主轴转动过程中主轴轴颈的圆周不同部位都将有时机与主轴孔的某一固定部位圆周不同部位都将有时机与主轴孔的某一固定部位相接触。相接触。这种情况使得主轴颈的圆度误差对加工误差影这种情况使得

17、主轴颈的圆度误差对加工误差影响较大，而主轴孔的圆度误差影响较小。响较大，而主轴孔的圆度误差影响较小。如图如图4.4(a)所示，假设主轴孔为理想轴孔，主所示，假设主轴孔为理想轴孔，主轴颈为椭圆形时，主轴径向跳动误差为轴颈为椭圆形时，主轴径向跳动误差为。第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社镗床等刀具回转类机床切削加工过镗床等刀具回转类机床切削加工过程中，切削力的方向相对主轴镗刀杆程中，切削力的方向相对主轴镗刀杆大致不变，所以主轴转动过程中主轴大致不变，所以主轴转动过程中主轴轴颈的的某一固定部位将一直与主轴孔轴颈的的某一固定部位将一直与主轴孔圆周不同部位相接触。圆周不同部

18、位相接触。这种情况使得主轴孔的圆度误差对这种情况使得主轴孔的圆度误差对加工误差影响较大，而主轴颈的圆度误加工误差影响较大，而主轴颈的圆度误差影响较小，如图差影响较小，如图4.4(b)所示所示,主轴径向主轴径向跳动误差为跳动误差为。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和装配精度。提高主轴部件的制造精度和装配精度。(2) 当主轴采用滚动轴承时，应对其适当预紧，使消除轴承间隙当主轴采用滚动轴承时，应对其适当预紧，使消除轴承间隙，添加轴承刚度，均化误差，可提高主轴的回转精度。，添加轴承刚度，均化误差，可提高主轴的回转精度。(3) 采用运动和定位分别的主轴构造

19、，可减小主轴误差对零件加采用运动和定位分别的主轴构造，可减小主轴误差对零件加工的影响，使主轴的回转精度不反映到工件上去。实践消费中，通常工的影响，使主轴的回转精度不反映到工件上去。实践消费中，通常采用两个固定顶尖支承定位加工，主轴只起传动作用，如外圆磨床。采用两个固定顶尖支承定位加工，主轴只起传动作用，如外圆磨床。 第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社2导轨导向误差导轨导向误差导轨是机床实现成形运动法加工的基准。导轨误差直接影响加工导轨是机床实现成形运动法加工的基准。导轨误差直接影响加工精度。导轨导向误差是指机床导轨副的运动件实践运动方向与理想运精度。导轨导向误差是

20、指机床导轨副的运动件实践运动方向与理想运动方向的偏向值。动方向的偏向值。在机床的精度规范中，直线导轨的导向精度普通包括导轨在程度在机床的精度规范中，直线导轨的导向精度普通包括导轨在程度面内的直线度、导轨在垂直面内的直线度、前后导轨的平行度面内的直线度、导轨在垂直面内的直线度、前后导轨的平行度 (即扭曲即扭曲度度)等。等。第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社1) 导轨在程度面内直线度误差的影响导轨在程度面内直线度误差的影响卧式车床在程度面内存在直线度误差卧式车床在程度面内存在直线度误差Y ，见图，见图4.5(a)，那么车刀，那么车刀尖的直线运动轨迹也要产生直线度误差尖

21、的直线运动轨迹也要产生直线度误差Y，从而呵斥工件圆柱度误，从而呵斥工件圆柱度误差，差，R=Y，如图，如图4.5(b)所示。所示。这阐明程度方向是卧式车床加工误差对导轨误差的敏感方向。这阐明程度方向是卧式车床加工误差对导轨误差的敏感方向。第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社外圆磨床情况与卧式车床类似。外圆磨床情况与卧式车床类似。而平面磨床、龙门刨床的加工误差对导轨误差的敏感方向在铅锤而平面磨床、龙门刨床的加工误差对导轨误差的敏感方向在铅锤方向上，故平面磨床、龙门刨床、铣床等设备加工误差对导轨在程度方向上，故平面磨床、龙门刨床、铣床等设备加工误差对导轨在程度面内的直线度

22、误差不敏感。面内的直线度误差不敏感。第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社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 卧式车床在垂直面内存在直线度误差卧式车床在垂直面内存在直线度误差Z ，见图，见图a，那么车刀尖的，那么车刀尖的直线运动轨迹也要产生直线度误差直线运动轨迹也要产生直线度误差Z，从而呵斥工件圆柱度误差，从而呵斥工件圆柱度误差，R =Z2/(2R)= Z2/d, 见图见图b阐明卧式车床对导轨在垂直面内直线度误差不敏感。阐明卧式车床对导轨在垂直面内直线度误差不敏感。第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社外圆磨床

23、情况与卧式车床类似。外圆磨床情况与卧式车床类似。由于平面磨床、龙门刨床的加工误差对导轨误差的敏感方向在铅由于平面磨床、龙门刨床的加工误差对导轨误差的敏感方向在铅锤方向上，所以平面磨床、龙门刨床、铣床等设备的导轨在垂直面内锤方向上，所以平面磨床、龙门刨床、铣床等设备的导轨在垂直面内的直线度误差将直接反映被加工件的外表，呵斥加工误差。的直线度误差将直接反映被加工件的外表，呵斥加工误差。第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社3) 导轨面间平行度误差的导轨面间平行度误差的影响影响卧式车床两导轨间存在平卧式车床两导轨间存在平行度误差时，将使床鞍产生横行度误差时，将使床鞍产生横向

24、倾斜，引起刀架和工件的相向倾斜，引起刀架和工件的相对位置发生偏斜，刀尖的运动对位置发生偏斜，刀尖的运动轨迹是一条空间曲线，从而引轨迹是一条空间曲线，从而引起工件产生外形误差。起工件产生外形误差。根据图根据图4.7几何关系，可知几何关系，可知因导轨平行度误差所引起的工因导轨平行度误差所引起的工件半径的加工误差件半径的加工误差R=H/B普通车床普通车床H/B约为约为2/3，外，外圆磨床圆磨床H/B约为约为1，因此导轨间，因此导轨间的平行度误差对加工精度影响的平行度误差对加工精度影响很大。很大。 第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社 假设车床导轨与主轴回转轴线在程度面内有

25、平行度误差，假设车床导轨与主轴回转轴线在程度面内有平行度误差，车出的内外圆柱面就产生锥度；车出的内外圆柱面就产生锥度； 假设在垂直面内有平行度误差，那么圆柱面成双曲线回假设在垂直面内有平行度误差，那么圆柱面成双曲线回转体转体, ,因是误差非敏感方向故可略。因是误差非敏感方向故可略。 第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社4)导轨误差产生的缘由导轨误差产生的缘由导轨误差主要来自于机床安装、机床制造、机床变形导轨误差主要来自于机床安装、机床制造、机床变形(在重力作在重力作用下，以及机床运用中的磨损。用下，以及机床运用中的磨损。机床的安装机床的安装(包括安装地基和安装方法包

26、括安装地基和安装方法)对导轨的原有精度影响非对导轨的原有精度影响非常大，普通远大于导轨的制造误差。常大，普通远大于导轨的制造误差。特别是龙门刨床、龙门铣床和导轨磨床等，其床身导轨的刚性较特别是龙门刨床、龙门铣床和导轨磨床等，其床身导轨的刚性较差，在自重的作用下容易产生变形，导致工件产生加工误差。此外，差，在自重的作用下容易产生变形，导致工件产生加工误差。此外，导轨的不均匀磨损也是呵斥导轨误差的重要要素。导轨的不均匀磨损也是呵斥导轨误差的重要要素。第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社3机床传动链误差机床传动链误差1) 机床传动链误差含义机床传动链误差含义机床传动链误差

27、是指机床内部传动机构传动过程中出现传动链首机床传动链误差是指机床内部传动机构传动过程中出现传动链首末两端传动元件间相对运动的误差。末两端传动元件间相对运动的误差。传动链误差普通不影响圆柱面和平面的加工精度，但对齿轮、蜗传动链误差普通不影响圆柱面和平面的加工精度，但对齿轮、蜗轮蜗杆、螺纹和丝杆等加工有较大影响。轮蜗杆、螺纹和丝杆等加工有较大影响。 第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社例如车削单头螺纹时，见图例如车削单头螺纹时，见图4.8，要求工件旋转一周，相应刀具挪，要求工件旋转一周，相应刀具挪动一个螺距动一个螺距S ，这种运动关系是由刀具与工件间的传动链来保证的，即

28、，这种运动关系是由刀具与工件间的传动链来保证的，即经过坚持总传动比恒定实现。总传动比反映了误差传送的程度，故也称经过坚持总传动比恒定实现。总传动比反映了误差传送的程度，故也称为误差传送系数。为误差传送系数。 TiTzzzzzzzzSf87654321第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社2) 传动链误差产生的缘由传动链误差产生的缘由(1) 传动链元件数量影响传动误差大小。每添加一个传动元件，必传动链元件数量影响传动误差大小。每添加一个传动元件，必然会带来一部分传动误差。然会带来一部分传动误差。(2) 传动副的加工和装配精度影响传动误差。特别是保证末端传动传动副的加工和

29、装配精度影响传动误差。特别是保证末端传动件的精度，并尽量减小传动链中的齿轮副或螺旋副中存在的间隙，防件的精度，并尽量减小传动链中的齿轮副或螺旋副中存在的间隙，防止传动速比的不稳定和不均匀；止传动速比的不稳定和不均匀；(3) 采用减速传动链有助于减小传动误差。按降速比递增的原那么采用减速传动链有助于减小传动误差。按降速比递增的原那么分配各传动副的传动比。传动链末端传动副的减速比越大，那么传动分配各传动副的传动比。传动链末端传动副的减速比越大，那么传动链中其他各传动元件的误差影响越小，从而减小末端传动元件转角误链中其他各传动元件的误差影响越小，从而减小末端传动元件转角误差的影响。为此，可添加蜗轮的

30、齿数或加大母丝杆的螺距，这都有利差的影响。为此，可添加蜗轮的齿数或加大母丝杆的螺距，这都有利于减小传动链误差。于减小传动链误差。第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社4.2.2 夹具制造误差及磨损夹具制造误差及磨损夹具主要用于在机床上安装工件时，使工件相对于切削工具占有正夹具主要用于在机床上安装工件时，使工件相对于切削工具占有正确的相对位置。假设夹具存在误差，工件与切削刀具间的正确位置关系确的相对位置。假设夹具存在误差，工件与切削刀具间的正确位置关系将能够遭到破坏，从而能够影响机械加工精度。将能够遭到破坏，从而能够影响机械加工精度。夹具误差主要来源于夹具的定位元件、导

31、向元件、夹详细等的加工夹具误差主要来源于夹具的定位元件、导向元件、夹详细等的加工与装配误差，还包括运用过程中发生的任务外表磨损。与装配误差，还包括运用过程中发生的任务外表磨损。为减小因夹具制造精度而引起的加工误差，在设计夹具时，应严厉为减小因夹具制造精度而引起的加工误差，在设计夹具时，应严厉控制与工件加工精度有关的构造尺寸和要求。控制与工件加工精度有关的构造尺寸和要求。精加工用夹具的有关尺寸公差普通取工件公差的精加工用夹具的有关尺寸公差普通取工件公差的1/2 l/5，粗加工用夹具普通取工件公差的粗加工用夹具普通取工件公差的1/5 l/10。而对于容易磨损的元件，如定位元件与导向元件等，均应采用

32、较为而对于容易磨损的元件，如定位元件与导向元件等，均应采用较为耐磨的资料进展制造，且便于磨损后改换。耐磨的资料进展制造，且便于磨损后改换。第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社4.2.3刀具制造误差及磨损刀具制造误差及磨损刀具的种类不同，对加工精度的影响也不同。刀具的种类不同，对加工精度的影响也不同。(1) 定尺寸刀具定尺寸刀具(如钻头、铰刀、拉刀、槽铣刀等如钻头、铰刀、拉刀、槽铣刀等)的尺寸精度将直接的尺寸精度将直接影响工件的尺寸精度。影响工件的尺寸精度。(2) 成形刀具成形刀具(如成形车刀、成形铣刀、成形砂轮等如成形车刀、成形铣刀、成形砂轮等)的切削刃外形精的切削

33、刃外形精度将直接影响加工外表外形精度。度将直接影响加工外表外形精度。(3) 展成加工展成加工(如齿轮加工、花键加工等如齿轮加工、花键加工等)时，刀具切削刃外形精度和时，刀具切削刃外形精度和有关尺寸精度都会影响加工精度。有关尺寸精度都会影响加工精度。(4) 普通刀具普通刀具(如普通车刀、单刃镗刀和平面铣刀等如普通车刀、单刃镗刀和平面铣刀等)的制造误差对加的制造误差对加工精度没有直接影响。工精度没有直接影响。在切削过程中，刀具不可防止地要产生磨损，使原有的尺寸和外形发在切削过程中，刀具不可防止地要产生磨损，使原有的尺寸和外形发生变化，从而引起加工误差。在精加工以及大型工件加工时，刀具磨损对生变化，

34、从而引起加工误差。在精加工以及大型工件加工时，刀具磨损对加工精度能够会有较大的影响。刀具磨损磨损往往是影响工序加工精度稳加工精度能够会有较大的影响。刀具磨损磨损往往是影响工序加工精度稳定性的重要要素。定性的重要要素。 第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社4.3 工艺系统的受力变形工艺系统的受力变形在机械加工过程中，工艺系统遭到切削力、夹紧力、惯性力和重力在机械加工过程中，工艺系统遭到切削力、夹紧力、惯性力和重力等作用，会产生相应的变形和振动，使得工件和刀具之间已调整好的等作用，会产生相应的变形和振动，使得工件和刀具之间已调整好的正确的相对位置发生变动，从而呵斥工件的

35、尺寸、外形和位置等方面正确的相对位置发生变动，从而呵斥工件的尺寸、外形和位置等方面的加工误差。的加工误差。工艺系统的受力变形亦会影响加工外表质量，甚至导致工艺系统产工艺系统的受力变形亦会影响加工外表质量，甚至导致工艺系统产生振动，而且在某种程度上还能够制约消费率的提高。生振动，而且在某种程度上还能够制约消费率的提高。第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社1. 工艺系统刚度的概念工艺系统刚度的概念从资料力学可知，任何一个物体在外力作用下，总要产生一定的变从资料力学可知，任何一个物体在外力作用下，总要产生一定

36、的变形。作用力形。作用力(单位单位N)与力作用下产生的相应变形与力作用下产生的相应变形(单位单位mm)的比值称为物的比值称为物体的刚度，用表示体的刚度，用表示(单位单位N/mm)，即，即 工艺系统各部分在切削力作用下，将在各个受力方向产生相应变形工艺系统各部分在切削力作用下，将在各个受力方向产生相应变形。为了真实反映工艺系统刚度对零件加工精度的实践影响，将法向切。为了真实反映工艺系统刚度对零件加工精度的实践影响，将法向切削分力与在总切削力作用下工艺系统在该方向所产生的变形的法向位削分力与在总切削力作用下工艺系统在该方向所产生的变形的法向位移量之比定义为工艺系统刚度，移量之比定义为工艺系统刚度，

37、 即即 4.3.1 工艺系统刚度工艺系统刚度yFK xtyxtyFK第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社在实践加工中，法向切削分力与法向位移有能够方向相反，计在实践加工中，法向切削分力与法向位移有能够方向相反，计算刚度为负值，即出现负刚度景象。算刚度为负值，即出现负刚度景象。如图如图4.9所示，在车床上加工工件外圆时，车刀在切削力所示，在车床上加工工件外圆时，车刀在切削力F作用作用下将主要产生变形，使车刀尖在程度方向产生位移，位移下将主要产生变形，使车刀尖在程度方向产生位移，位移yy方向与方向与切削力程度切削力程度Fy方向分力方向相反，故工艺系统刚度为负值。方向分力

38、方向相反，故工艺系统刚度为负值。负刚度景象对加工质量是不利的，应尽量防止。负刚度景象对加工质量是不利的，应尽量防止。 第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社2工艺系统刚度的计算工艺系统刚度的计算工艺系统在某一处的法向总变形是各个组成部分在同一处的法向变工艺系统在某一处的法向总变形是各个组成部分在同一处的法向变形量的迭加形量的迭加 yxt=yjc+yjj+yd+ygyxt 法向总变形，法向总变形，mm；yjc 机床的受力变形，机床的受力变形，mm；yjj 夹具的受力变形，夹具的受力变形，mm；yd 刀具的受力变形，刀具的受力变形，mm；yg 工件的受力变形，工件的受力变

39、形，mm；根据工艺系统刚度定义，机床刚度、夹具刚度、刀具刚度及工件刚根据工艺系统刚度定义，机床刚度、夹具刚度、刀具刚度及工件刚度可分别写为度可分别写为 jcyjcyFKjjyj jyFKdydyFKgygyFK 第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社工艺系统刚度的计算公式工艺系统刚度的计算公式 如下：如下：薄弱环节刚度是主导系统刚度的，而刚度很大环节的影响可以忽薄弱环节刚度是主导系统刚度的，而刚度很大环节的影响可以忽略，所以计算工艺系统刚度时应把握主导要素，从而对问题进展简化略，所以计算工艺系统刚度时应把握主导要素，从而对问题进展简化。例如外圆车削时，车刀本身在切削力

40、作用下的变形对加工误差的例如外圆车削时，车刀本身在切削力作用下的变形对加工误差的影响很小，可略去不计；影响很小，可略去不计；再如镗孔时，工件再如镗孔时，工件(如箱体零件如箱体零件)的刚度普通较大，其受力变形很的刚度普通较大，其受力变形很小，也可忽略不计。小，也可忽略不计。由于整个工艺系统的刚度取决于薄弱环节的刚度，故而通常采用由于整个工艺系统的刚度取决于薄弱环节的刚度，故而通常采用单向载荷测定法寻觅工艺系统中刚度薄弱的环节，而后采取相应措施单向载荷测定法寻觅工艺系统中刚度薄弱的环节，而后采取相应措施提高薄弱环节的刚度，即可明显提高整个工艺系统的刚度。提高薄弱环节的刚度，即可明显提高整个工艺系统

41、的刚度。 gdjjjcgydyj jyjcyyxtyxtKKKKyFyFyFyFFyFK11111第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社3. 影响工艺系统刚度的要素影响工艺系统刚度的要素 影响工艺系统刚度的要素主要有影响工艺系统刚度的要素主要有以下几个方面。以下几个方面。(1) 衔接外表间的接触变形衔接外表间的接触变形 衔接衔接零件间接合面的实践接触面积只是名零件间接合面的实践接触面积只是名义接触面积的一部分，如图义接触面积的一部分，如图4.10所示所示。在外力作用下，这些接触处将产生。在外力作用下，这些接触处将产生较大的接触应力，因此就有较大的接较大的接触应力，因此

42、就有较大的接触变形产生，甚至能够产生部分塑性触变形产生，甚至能够产生部分塑性变形。变形与接触压强关系如图变形。变形与接触压强关系如图4.11所示。所示。 实践上，衔接外表的接触刚度除与法向载荷大小有关外，还与接触实践上，衔接外表的接触刚度除与法向载荷大小有关外，还与接触外表资料、硬度、外表租糙度、外表纹理方向，以及外表几何外形误差外表资料、硬度、外表租糙度、外表纹理方向，以及外表几何外形误差等要素有关。等要素有关。(2) 部件中薄弱零件本身的变形部件中薄弱零件本身的变形 假设部件中存在某些刚度很低的薄假设部件中存在某些刚度很低的薄弱零件，受力后这些低刚度零件将会产生很大的变形，从而使整个部件弱

43、零件，受力后这些低刚度零件将会产生很大的变形，从而使整个部件的刚度降低。的刚度降低。 第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社4. 工艺系统刚度的测定工艺系统刚度的测定实践中，通常采用实验方法测定工艺系统的总刚度。实践中，通常采用实验方法测定工艺系统的总刚度。单向静载测定法是一种静刚度测试方法。单向静载测定法是一种静刚度测试方法。这种方法是在机床静止形状下，对机床施加静载荷以模拟切削过这种方法是在机床静止形状下，对机床施加静载荷以模拟切削过程中的受力情况，根据机床各部件在不同静载荷下的变形作出刚度特程中的受力情况，根据机床各部件在不同静载荷下的变形作出刚度特性曲线，从而

44、确定各部件的刚度。性曲线，从而确定各部件的刚度。 第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社单向静载测定车床静刚度的实验单向静载测定车床静刚度的实验安装见右图。安装见右图。在车床上采用双顶尖定位安装大在车床上采用双顶尖定位安装大刚度短轴，螺旋加力器安装在刀架上刚度短轴，螺旋加力器安装在刀架上，短轴和螺旋加力器之间装有测力环，短轴和螺旋加力器之间装有测力环。当转动螺旋加力器的螺钉，刀架与。当转动螺旋加力器的螺钉，刀架与短轴之间便产生相互作用力，力的数短轴之间便产生相互作用力，力的数值可由测力环中的千分表值可由测力环中的千分表3读出，而读出，而主轴箱、尾座和刀架的受力变形可分

45、主轴箱、尾座和刀架的受力变形可分别从相应的千分表别从相应的千分表1、2和和4读出。读出。调整螺旋加力器的加载力作用点调整螺旋加力器的加载力作用点和大小可以模拟切削加工时工艺系统和大小可以模拟切削加工时工艺系统静态受力的情况，经过延续的加载和静态受力的情况，经过延续的加载和卸载可获得车床静刚度的实测曲线。卸载可获得车床静刚度的实测曲线。 第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社图图4.13 为车床刀架部件的三次加为车床刀架部件的三次加载载卸载循环的实验曲线，由图可以卸载循环的实验曲线，由图可以看出机床部件刚度曲线有以下特点。看出机床部件刚度曲线有以下特点。(1) 受力变形

46、与作用力不呈线性关受力变形与作用力不呈线性关系，反映刀架变形不纯粹是弹性变形系，反映刀架变形不纯粹是弹性变形；(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，卸载曲线滞后于加载曲线。两曲线间卸载曲线滞后于加载曲线。两曲线间的包络面积代表了加载的包络面积代表了加载卸载循环中卸载循环中所损耗的能量，这部分能量主要用以所损耗的能量，这部分能量主要用以抑制部件内零件间的摩擦和接触塑性抑制部件内零件间的摩擦和接触塑性变形所作的功；变形所作的功；(3) 卸载曲线不会到原点，这阐明有剩余变形存在。经反复加载、卸载卸载曲线不会到原点，这阐明有剩余变形存在。经反复加载、卸载后，剩余变形逐渐减小并接近

47、于零，加载曲线与卸载曲线封锁；后，剩余变形逐渐减小并接近于零，加载曲线与卸载曲线封锁；(4) 机床部件的实践刚度远比按实体估算的要小。机床部件的实践刚度远比按实体估算的要小。这种静载测定法构造简单，易于操作，但很难模拟实践切削加工时的这种静载测定法构造简单，易于操作，但很难模拟实践切削加工时的切削力，与机床加工时的受力情况出入较大，故普通只用于定性比较机床部切削力，与机床加工时的受力情况出入较大，故普通只用于定性比较机床部件的刚度。件的刚度。 第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社4.3.2工艺系统受力变形对加工精度的影响机械加工过程中，工艺系统的受力机械加工过程中，

48、工艺系统的受力变形将呵斥工件加工误差。变形将呵斥工件加工误差。例如，图例如，图a在车削细长轴时往往会出在车削细长轴时往往会出现腰鼓形误差；现腰鼓形误差；加工直径和长度尺寸都很大的内孔加工直径和长度尺寸都很大的内孔如图如图b所示，经常会出现锥度。所示，经常会出现锥度。工艺系统的机床、夹具、刀具及工工艺系统的机床、夹具、刀具及工件等受力后都会产生变形，下面将逐一件等受力后都会产生变形，下面将逐一分析这些环节的受力变形对加工精度的分析这些环节的受力变形对加工精度的影响。影响。 第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社1. 切削力作用点位置变化引切削力作用点位置变化引起的工件外

49、形误差起的工件外形误差在切削过程中，工艺系统的刚在切削过程中，工艺系统的刚度随切削力的作用点位置不同而变度随切削力的作用点位置不同而变化，因此工艺系统的受力变形也是化，因此工艺系统的受力变形也是变化的，使得加工后获得的工件外变化的，使得加工后获得的工件外表存在形变误差。表存在形变误差。1机床变形机床变形各种不同的机床，其刚度对加各种不同的机床，其刚度对加工精度影响不同。工精度影响不同。以车床顶尖间加工光轴为例，假定工件短而粗，即工件的刚度很大，以车床顶尖间加工光轴为例，假定工件短而粗，即工件的刚度很大，其受力变形可忽略不计，因此工艺系统的总变形取决于主轴箱、尾座其受力变形可忽略不计，因此工艺系

50、统的总变形取决于主轴箱、尾座(包括包括顶尖顶尖)和刀架的变形，如图和刀架的变形，如图4.15(a)。 车刀在切削工件的不同部位时，切削力对机床有关部件施加载荷大小车刀在切削工件的不同部位时，切削力对机床有关部件施加载荷大小不同，所以主轴箱和尾座等部分受力变形不同。车刀在切削工件左端时，不同，所以主轴箱和尾座等部分受力变形不同。车刀在切削工件左端时，切削力集中作用在主轴箱上，使它变形最大；而切削工件右端时，切削力切削力集中作用在主轴箱上，使它变形最大；而切削工件右端时，切削力集中作用在尾座上，尾座的变形最大，刀架也有一定变形。集中作用在尾座上，尾座的变形最大，刀架也有一定变形。 第4章 机械加工

51、精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社设工件长度为设工件长度为L，当加工中车刀进给到图示位置，当加工中车刀进给到图示位置x时，即车刀至主时，即车刀至主轴箱的间隔为轴箱的间隔为x，在切削分力作用下，主轴箱受作用力，在切削分力作用下，主轴箱受作用力FA，相应变形量，相应变形量为为yzx；尾座受力；尾座受力FB，相应变形量为，相应变形量为ywz；刀架受力；刀架受力Fy，相应变形量为，相应变形量为ydj。工件轴线位移到。工件轴线位移到AB，刀具切削点在工件轴线的位移，刀具切削点在工件轴线的位移yx为为 思索刀架变形思索刀架变形ydj与与yx方向相反，所以机床变形量方向相反，所以机床变形量yj

52、c为为 知主轴箱刚度知主轴箱刚度Kzx、尾座刚度、尾座刚度Kwz及刀架刚度及刀架刚度Kdj，根据刚度定义，根据刚度定义可知各部分的变形量可知各部分的变形量 LxLKFKFyzxyzxAzxLxKFKFywzywzBwzjdyjdKFyjdxjcyyyLxyyyxyyjdwzzxzxx)(第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社阐明随着切削力作用点位置的变化，工艺系统的变形是变化的，阐明随着切削力作用点位置的变化，工艺系统的变形是变化的，由此引起的加工误差也随之变化，从而使得加工出来的工件外表产生由此引起的加工误差也随之变化，从而使得加工出来的工件外表产生形变误差。形变误

53、差。Kzx=6107N/m，Kdj=4107N/m，Kwz=300N，两顶尖间隔，两顶尖间隔=600mm，那么沿工件长度方向上的受力变形曲线如图，那么沿工件长度方向上的受力变形曲线如图4.15(b)所示。所示。车床刚度沿光轴的长度方向是变化的，加工所得的工件母线呈抛车床刚度沿光轴的长度方向是变化的，加工所得的工件母线呈抛物线状，因此工件外形就成为两端粗、中间细的旋转抛物体形。物线状，因此工件外形就成为两端粗、中间细的旋转抛物体形。 第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社2工件的变形工件的变形工件的变形对加工工件的变形对加工精度的影响需求根据详精度的影响需求根据详细情况

54、进展分析。当工细情况进展分析。当工件、刀具外形比较简单件、刀具外形比较简单时，其刚度可按资料力时，其刚度可按资料力学中的有关公式进展估学中的有关公式进展估算。算。以车床上顶尖间加工长轴为例，工件刚度很低时，机床、夹具和刀以车床上顶尖间加工长轴为例，工件刚度很低时，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量大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量大小。小。当加工中车刀进给到图当加工中车刀进给到图4.16(a)所示所示x位置时，工件的轴线将在切削力位置时，工件的轴线将在切削力作用下产生弯曲。根据资料力学中的挠度计算公式，可求得工件在此切作用下产

55、生弯曲。根据资料力学中的挠度计算公式，可求得工件在此切削点的变形量削点的变形量ygLxxLEIFyyg22)(3第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社假设假设Fy=300N，工件尺寸工件尺寸30mm600mm，E=2105 N/mm3，那么沿工件长度方向上的受力变那么沿工件长度方向上的受力变形曲线如图形曲线如图4.16(b)所示。所示。 第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社3工艺系统的总变形工艺系统的总变形假设同时思索机床变形和工件变形，将上述两种情况下的变形量假设同时思索机床变形和工件变形，将上述两种情况下的变形量进展叠加，那么在切削点处

56、刀具相对于工件的位移量为进展叠加，那么在切削点处刀具相对于工件的位移量为 此时工艺系统的刚度为此时工艺系统的刚度为 这阐明工艺系统的刚度也是随受力点位置变化而变化的。这阐明工艺系统的刚度也是随受力点位置变化而变化的。 LxxLEIFKLxKLxLKFyyyyjdwzzxygjcxt2222)(3111LxxLEIKLxKLxLKKjdwzzxxt2222)(311111第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社2. 切削力大小变化引起的加工误差切削力大小变化引起的加工误差切削加工过程中，工艺系统在切削力作用下产生的变形大小取决切削加工过程中，工艺系统在切削力作用下产生的变

57、形大小取决于切削力，但在加工余量不均匀、资料硬度不均匀或机床、夹具和刀于切削力，但在加工余量不均匀、资料硬度不均匀或机床、夹具和刀具等在不同部位时的刚度不同的影响下切削力将会发生变化，导致相具等在不同部位时的刚度不同的影响下切削力将会发生变化，导致相应的受力变形量变化，从而使工件加工后存在相应误差。应的受力变形量变化，从而使工件加工后存在相应误差。这种景象称为这种景象称为“误差复映。误差复映。 第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社以车削外圆为例，如图以车削外圆为例，如图4.17所所示，设毛坯的资料硬度均匀，但存示，设毛坯的资料硬度均匀，但存在椭圆形圆度误差。车削加工

58、时首在椭圆形圆度误差。车削加工时首先按加工外表尺寸要求将刀尖调整先按加工外表尺寸要求将刀尖调整到虚线位置，即调整一定的切深。到虚线位置，即调整一定的切深。由于毛坯外形误差，工件在每由于毛坯外形误差，工件在每一转中，切深是不断变化的，最大一转中，切深是不断变化的，最大切深为切深为ap1，最小切深为，最小切深为ap2，相应，相应地处的切削力地处的切削力Fy1最大，相应变形最大，相应变形最大最大y1；Fy2处的切削力最小，相处的切削力最小，相应变形应变形y2也最小。因此，车削加工也最小。因此，车削加工时的切削力变化将引起受力变形不时的切削力变化将引起受力变形不一致。一致。最终加工后，毛坯的椭圆形圆度

59、误差仍以一定的比例保管在工件上，最终加工后，毛坯的椭圆形圆度误差仍以一定的比例保管在工件上，构成圆度误差构成圆度误差g=y1-y2。 第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社设工艺系统的刚度为设工艺系统的刚度为K，那么工件的圆度，那么工件的圆度误差误差 根据切削原理，切削力可用如下的阅历公根据切削原理，切削力可用如下的阅历公式进展计算式进展计算 CFy为与刀具几何参数及切削条件有关的为与刀具几何参数及切削条件有关的系数；系数；ap为切深，单位为切深，单位mm；f为进给量，单位为进给量，单位mm；为资料硬度，单位为资料硬度，单位GPa；xFy为指数系数；为指数系数；yFy

60、为指数系数；为指数系数；nFy为指数系数。为指数系数。车削加工时，因此最大切削力和最小切削车削加工时，因此最大切削力和最小切削力可分别写为力可分别写为 FyFyFynyxpFyyHBfaCF)(11FyFyFynyxpFyyHBfaCF)(22FyFyFynyxpFyyHBfaCF)(KFFyygyy2121第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社通常以加工前后误差的比值衡量误差复映的程度，并定义通常以加工前后误差的比值衡量误差复映的程度，并定义为误差复为误差复映系数，其表示为映系数，其表示为 由于由于g总是小于总是小于m，所以误差复映系数，所以误差复映系数是一个小于是