建筑工程类第5章机械加工精度(课堂讲义)

1、第五章第五章 机械加工精度机械加工精度5.1 概概 述述零件的加工质量是保证机械产品工作性能和产品寿命的基础。零件的加工质量是保证机械产品工作性能和产品寿命的基础。衡量进行加工质量的指标有两方面衡量进行加工质量的指标有两方面加工精度加工精度表面质量表面质量本章的任务是讨论零件的机械加工精度问题。本章的任务是讨论零件的机械加工精度问题。一、机械加工精度和加工误差一、机械加工精度和加工误差 在机械加工过程中，由于各种因素的影响，使刀具和工件在机械加工过程中，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

2、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。来表示。 从保证产品的使用性能分析，没有必要把每个零件都加工得绝对准确，从保证产品的使用性能分析，没有必要把每个零件都加工得绝对准确，可以允许有可以允许有定的加工误差，只要加工误差不超过图样规定的偏差，即为定的加工误差，只要加工误差不超过图样规定的偏差，即为合格品。合格品。 是指零件加工后的是指零件加工后的实际几何参数实际几何参数(尺寸、形状和位置尺寸、形状和位置)与与理想几何参数的符合程度。理想几何参数的符合程度。1、机械加工精度：、机械加工精度：2、加工误差：、加工误差： 是指

3、零件加工后的实际几何参数是指零件加工后的实际几何参数(尺寸、形状和位置尺寸、形状和位置)与与理想几何参数的理想几何参数的偏离程度偏离程度。加工精度越高，则加工误差越小，。加工精度越高，则加工误差越小，反之越大。反之越大。 加工精度的高低是以国家有关公差标准来表示的。加工精度的高低是以国家有关公差标准来表示的。保证和保证和提高加工精度实际上就是限制和降低加工误差。提高加工精度实际上就是限制和降低加工误差。3、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尺寸精度形状精度形状精度位置精度位置精度机械加工精度机械加工精度三者之间的关系：三者之间的关系：（1）当尺寸精度要求高时，相应的位置精度

4、和形状精度也要）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。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）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。一定要求高。 4、加工精度与加工成本和生产效率的关系、加工精度与加工成本和生产效率的关系一般地，加工精度要求一般地，加工精度要求 ，加工成本，加工成本 ，生产效率，生产效率 。5、研究加工精度的目的、研究加工精度的目的 研究加工精度的目的、就是弄清各种原始误差对加工精研究加工精度的目的、就是弄清各种

5、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。工精度，必要时能指出进一步提高加工精度的途径。6、研究加工精度的方法、研究加工精度的方法因素分析法因素分析法统计分析法统计分析法 在实际生产中，常常结合起来应用。一是在实际生产中，常常结合起来应用。一是先用统计分析法寻找误差的出现规律，初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，以便迅用单因素分析法进行分析、试验，以便迅速、有效地找出影

6、响加工精度的主要原因。速、有效地找出影响加工精度的主要原因。 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位置。由于工艺系到底取决于工件和刀具在切削过程间的相互位置。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：差。由此可见：1、原始误差、原始误差机床机床夹具夹具刀具刀具工件工件亦称机械加亦称机械加工工艺系统工工艺系统构成了机械加工系统构成了机械加工系统故：工艺系统误差称为故：工艺系统误差称为

7、原始误差。原始误差。工艺系统误差是工艺系统误差是“因因”，是根源；，是根源；加工误差是加工误差是“果果”，是表现，是表现。 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调整误差定位误差定位误差夹紧误差夹紧误差制造误差制造误差测量误差测量误差因残余应力产生的误差因残余应力产生的误差加工原理误差加工原理误差机加工前，对机床、夹具、刀具调整中；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；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；工件加工、测量好后；由于采用了近似的加工方法。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：机加工中的

8、原始误差可归纳为：原始原始误差误差工艺工艺系统系统加工加工过程过程工艺系工艺系统制造统制造和磨损和磨损工艺系统工艺系统热效应热效应机床的制造和磨损机床的制造和磨损夹具的制造和磨损夹具的制造和磨损刀具的制造和磨损刀具的制造和磨损工艺系统受力变形工艺系统受力变形工艺系统受热变形工艺系统受热变形工件残余应力变形工件残余应力变形调整误差调整误差定位误差、夹紧误差定位误差、夹紧误差制造误差制造误差测量误差测量误差加工原理误差加工原理误差三、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

9、大小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。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，其对加工相当原始误差的方向与工序尺寸方向一致时，其对加工相度的影响最大。度的影响最大。下面以外圆车削为例说明两者的关系。下面以外圆车削为例说明两者的关系。 如图，车削时工件的回转轴线为如图，车削时工件的回转轴线为O，刀尖正确位置在，刀尖正确位置在A。设某一瞬时由。设某一瞬时由于各种原始误差的影响，使刀尖位移到于各

10、种原始误差的影响，使刀尖位移到A，AA即为原始误差即为原始误差，它与，它与OA间间的夹角为的夹角为，由此引起工件加工后的半径由，由此引起工件加工后的半径由R0OA变为变为ROA，故半径上，故半径上的加工误差的加工误差R 为：为： 当原始误差的方向恰为加工表面的法向方向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；时，引起的加工误差最大；可以看出：可以看出：当原始误差的方向恰为加工表面的切线方向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。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把对加工精度影响最大的那个方向称为误差的敏感方向误差的敏感方

11、向，对加工精度影响最小的那个方向则称为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。误差的不敏感方向。 加工原理误差是指采用了近似的成形运动或近似的切加工原理误差是指采用了近似的成形运动或近似的切削刃轮廓进行加工而产生的误差。削刃轮廓进行加工而产生的误差。一、加工原理误差一、加工原理误差如：如：1、在数控机床上采用、在数控机床上采用“行切法行切法”加工复杂形面。加工复杂形面。XYZRshRhs8 5.2 5.2 工艺系统的几何精度对加工精度的影响工艺系统的几何精度对加工精度的影响2、车削模数蜗杆、车削模数蜗杆 由于蜗杆的螺距等于蜗轮的齿距由于蜗杆的螺距等于蜗轮的齿距(即即m，其中，其中m

12、是模数，而是模数，而是一个无是一个无理数理数314159)，但是车床配换齿轮的齿数是有限的。因此，但是车床配换齿轮的齿数是有限的。因此，在选择配换在选择配换齿轮时，只能将齿轮时，只能将化为近似的分数值计算，这样就会引起刀具相对工件的成化为近似的分数值计算，这样就会引起刀具相对工件的成形运动形运动(螺旋运动螺旋运动)不准确，造成螺距误差。不准确，造成螺距误差。但是，这种螺距误差可通过配换但是，这种螺距误差可通过配换齿轮的合理选配而减小。齿轮的合理选配而减小。 滚齿加工用的齿轮滚刀有两种误差：滚齿加工用的齿轮滚刀有两种误差： 一是切削刃齿廓近似造形误差，一是切削刃齿廓近似造形误差，由于制造上的困难

13、，采用阿基米德基本由于制造上的困难，采用阿基米德基本蜗杆或法向直廓基本蜗杆代替渐开线基本蜗杆；蜗杆或法向直廓基本蜗杆代替渐开线基本蜗杆； 二是由于滚刀刀齿数有限，二是由于滚刀刀齿数有限，实际上加工出的齿形是一条折线，和理论上实际上加工出的齿形是一条折线，和理论上的光滑渐开线有差异。的光滑渐开线有差异。 3、滚齿加工、滚齿加工 注意：注意：采用近似的成形运动或近似的切削刃轮廓，虽然会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，提高生带来加工原理误差，但往往可简化机床或刀具的结构，提高生产效率，有时反而能得到较高的加工精度。因此，只要具误差产效率，有

14、时反而能得到较高的加工精度。因此，只要具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。不超过规定的精度要求、在生产中仍能得到广泛的应用。 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。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工艺系统的调整的基本方式 (1)试切法调整试切法调整(2)调整法调整调整法调整 (1)试切法调整 1)测量误差。测量误差。由量具本身精度度、测量方法及使用条件引起。由量具本身精度度、测量方法及使用条件引

15、起。 2)进给机构的位移误差。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，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常常出现进给机构的“爬行爬行”现象，其结果使刀具的实际位移与刻度盘上的现象，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。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。试切时与正式切削时切削层厚度不同的影响。精加工时，切精加工时，切削刃只起挤压作用而不起切削作用，但正式切削时的深度较大工件。削刃只起挤压作用而不起切削作用，但正式切削时的深度较大工件。应用：应用：单件小批生产中。单件小批生产中。 方法：方法：对工件

16、进行试切对工件进行试切测量测量调整调整再试切，直到达到要再试切，直到达到要求的精度为止。求的精度为止。这时，引起调整误差的因素有：这时，引起调整误差的因素有：(2)调整法调整影响调整精度的因素有：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，）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。时，也要以试切为依据。2）用定程机构调整时，）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；造精度和刚度；3）用样件或样板调整时，）用样件或样板调整时，调整

17、精度取决于祥件或样板的制造、安装和对刀调整精度取决于祥件或样板的制造、安装和对刀精度；精度；4）工艺系统初调好以后，）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(称为抽样件数称为抽样件数)不可能太多，不可能太多，不能完全反映整批工件切削过程中的各种随机误差，不能完全反映整批工件切削过程中的各种随机误差，故试切加工几个工件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。的平均尺寸与总体尺寸不能完全符合，也造成加工误差。三、机床误差 机床的制

18、造误差、安装误差以及使用中的磨损都直接影响机床的制造误差、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：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导轨导向误差机床主轴回转误差机床主轴回转误差机床传动链的误差机床传动链的误差机床误差机床误差 1、机床导轨误差、机床导轨误差 机床导轨误差多达机床导轨误差多达21项。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。是影响直线运动的主要因素，直接影响工件的加工质量。 机床导轨误差机床导轨误差 机床导轨误差多达机床

19、导轨误差多达21项。项。3 6+3=21 。导轨在水平面内直线度误差导轨在水平面内直线度误差导轨在垂直面内直线度误差导轨在垂直面内直线度误差导轨面间平行度（扭曲）误差导轨面间平行度（扭曲）误差导轨对主轴回转轴线的平行度或垂直度误差导轨对主轴回转轴线的平行度或垂直度误差 （1）直线导轨导向精度的主要内容有：）直线导轨导向精度的主要内容有： 1)磨床导轨在水平面内直线度误差的影响磨床导轨在水平面内直线度误差的影响 引起工件在半引起工件在半径方向上的误差。当磨削长外圆时，造成圆柱度误差。径方向上的误差。当磨削长外圆时，造成圆柱度误差。 2)磨床导轨在垂直面内直线度误差的影响磨床导轨在垂直面内直线度误

20、差的影响 由于磨床导轨由于磨床导轨在垂直面内存在误差，磨削外圆时，工件沿砂轮切线方向产生在垂直面内存在误差，磨削外圆时，工件沿砂轮切线方向产生位移位移(误差非敏感方向误差非敏感方向)，此时工件产生圆柱度误差。此时工件产生圆柱度误差。 对平面磨床、龙门刨床、铣床等法向方向的位移对平面磨床、龙门刨床、铣床等法向方向的位移(误差敏误差敏感方向感方向)，将直接反映被加工件的表面形成的形状误差。，将直接反映被加工件的表面形成的形状误差。 3)导轨面间平行平行度（扭曲）误差的影响导轨面间平行平行度（扭曲）误差的影响 如车床两导轨如车床两导轨的平行度误差的平行度误差(扭曲扭曲)使床鞍产生横向倾斜，刀具产生位

21、移，因使床鞍产生横向倾斜，刀具产生位移，因而引起工件形状误差。而引起工件形状误差。 4)导轨对主轴回转轴线的平行度或垂直度误差的影响导轨对主轴回转轴线的平行度或垂直度误差的影响 。 造成加工表面下凹。造成加工表面下凹。 实际应用中，为防止实际应用中，为防止“扫刀扫刀”，往往将主轴与进给方，往往将主轴与进给方向倾斜一微小角度（向倾斜一微小角度（30”）。）。2、机床主轴的回转运动误差1主轴回转运动误差的概念主轴回转运动误差的概念 理想回转中心：理想回转中心：机床主轴做回转运动时，主轴的各个截面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，主轴回转时若只有必然有它的回转

22、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。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：瞬时回转中心：主轴在实际回转过程中，在一个位置或时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。的连线叫瞬时回转轴线。 主轴的回转运动误差：主轴的回转运动误差：是指主轴的瞬时回转轴线相对其平均是指主轴的瞬时回转轴线相对其平均回转轴线回转轴线(瞬时回转轴线的对称中心瞬时回转轴线的对称中心)，在规定测量平面内的变，在规定测量平面内的变动量

23、。变动量越小，主轴回转精度越高；反之越低。动量。变动量越小，主轴回转精度越高；反之越低。2主轴回转运动误差的形式主轴回转运动误差的形式 端面圆跳动（轴向漂移）端面圆跳动（轴向漂移）径向圆跳动（径向漂移）径向圆跳动（径向漂移）角度摆动（角向漂移）角度摆动（角向漂移）主轴的回转运动主轴的回转运动误差的基本形式误差的基本形式 注意：注意：实际中常是这几种误实际中常是这几种误差的合成。差的合成。 端面圆跳动端面圆跳动瞬时回转轴线沿瞬时回转轴线沿平均回转轴线方向的轴向运动。它主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。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

24、瞬时回转轴线始终平行于平均回转轴线方向的径向运终平行于平均回转轴线方向的径向运动动b。它主要影响圆柱面的精度。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瞬时回转轴线与平均回转轴线成一倾斜角度，但其交点均回转轴线成一倾斜角度，但其交点位置固定不变的运动。在不同横截面位置固定不变的运动。在不同横截面内，轴心运动误差轨迹相似，它影响内，轴心运动误差轨迹相似，它影响圆柱面与端面加工精度。圆柱面与端面加工精度。 3. 主轴回转误差对加工精度的影响（1）端面圆跳动）端面圆跳动1）对圆柱面的加工）对圆柱面的加工无影响；无影响；2）对加工端面的影响）对加工端面的影响3）对螺纹加工的影响）对螺纹

25、加工的影响如图（如图（a）如图（如图（b）（2）径向圆跳动）径向圆跳动使工件产生圆度误差，但影响程度因加工方法的不同而异。如：使工件产生圆度误差，但影响程度因加工方法的不同而异。如：1)镗孔时镗孔时设设原始误差：原始误差：主轴径向回转误差主轴径向回转误差表现为表现为y向简谐运动。向简谐运动。h=Acos在任一时刻刀尖在任一时刻刀尖a的位置为：的位置为：1)(2222RZRAy将以上两式平方后，相加得：将以上两式平方后，相加得：分析：分析：这是椭圆的参数方程，加工出的孔呈椭圆形，这是椭圆的参数方程，加工出的孔呈椭圆形，圆度误差为圆度误差为A。2) 车削时车削时22222sinARzy222Rzy

26、略去二次误差略去二次误差2A 4. 主轴回转运动误差的影响因素主轴的误差主轴的误差轴承的误差轴承的误差轴承的间隙轴承的间隙与轴承配合零件的误差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，主轴系统的径向不等刚度和热变形等，影响主轴回转运动影响主轴回转运动误差的主要因素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。对于不同类型的机床，其影响因素也各不相同。4提高主轴回转精度的措施(1)提高主轴部件的制造精度提高主轴部件的制造精度首先应提高轴首先应提高轴承的回转精度承的回转精度选用高精度的滚动轴承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多油楔动压轴承采用高精度的

27、静压轴承采用高精度的静压轴承提高箱体支承孔的加工精度提高箱体支承孔的加工精度主轴轴颈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与轴承相配合表面的加工精度其次应提高轴承其次应提高轴承组件的接触刚度组件的接触刚度 常采用两个固定顶尖支承，常采用两个固定顶尖支承，主轴只起传动作用主轴只起传动作用。工件的回。工件的回转精度完全取决于顶尖和中心孔的形状误差和同轴度误差，而转精度完全取决于顶尖和中心孔的形状误差和同轴度误差，而提高顶尖和中心孔的精度要比提高主轴部件的精度容易且经济提高顶尖和中心孔的精度要比提高主轴部件的精度容易且经济得多。得多。(2)对滚动轴承进行预紧对滚动轴承进行预紧可消除间

28、隙可消除间隙增加轴承刚度增加轴承刚度均化滚动体的误差均化滚动体的误差(3)使主轴的回转精度不反映到工件上使主轴的回转精度不反映到工件上如下图如下图 对滚动轴对滚动轴承适当预紧承适当预紧 微量过盈可使轴承内、微量过盈可使轴承内、外圈和滚动体的弹性变形相外圈和滚动体的弹性变形相互制约，这样既增加轴承刚互制约，这样既增加轴承刚度，又对滚动体的误差起均度，又对滚动体的误差起均化作用，因而可提高主轴的化作用，因而可提高主轴的回转精度。回转精度。 外圆磨床磨削外外圆磨床磨削外圆柱面时，采用固定圆柱面时，采用固定顶尖支承。顶尖支承。 在镗床上加工箱体类在镗床上加工箱体类零件上的孔时，采用前、零件上的孔时，采

29、用前、后导向套的镗模，刀杆与后导向套的镗模，刀杆与主轴浮动联接，所以刀杆主轴浮动联接，所以刀杆的回转精度与机床主轴回的回转精度与机床主轴回转精度也无关，仅转精度也无关，仅由刀杆由刀杆和导套的配合质量决定。和导套的配合质量决定。三、机床传动链误差三、机床传动链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。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。 在螺纹加工或用展成法加工齿轮等工件时，必须保证工件与在螺纹加工或用展成法加工齿轮等工件时，必须保证工件与刀具间有严格的运动关系，传动链的传动误差影响其加工精度的刀具间有严格的运动关系，传动链的传动误差影响其加工精度的主要因素

30、。主要因素。1. 传动链的传动误差传动链的传动误差 例如：在该齿机上用单头滚刀加工直齿轮时，要求滚刀与例如：在该齿机上用单头滚刀加工直齿轮时，要求滚刀与工件之间具有严格的运动关系：工件之间具有严格的运动关系：滚刀转一转，工件转过一个齿滚刀转一转，工件转过一个齿。这种运动关系是由刀具与工件间的传动链来保证的。这种运动关系是由刀具与工件间的传动链来保证的。 由于各传动件在传动链中所处的位置不同，它们对工件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加工精度(即末端件的转角误差即末端件的转角误差)的影响程度是不同的。如的影响程度是不同的。如传传动链是升速传动，则传动元件的转角误差将被扩大

31、；反之，动链是升速传动，则传动元件的转角误差将被扩大；反之，则转角误差将被缩小。则转角误差将被缩小。 如图所示的机床传动系统，可具体表示为如图所示的机床传动系统，可具体表示为9614646232323231664)(fcdgnii 2传动链误差的传递系数传动链误差的传递系数传动链误差一般可用传动链末端元件的转角误差来衡量。传动链误差一般可用传动链末端元件的转角误差来衡量。11119614646232323231664kiifcn 假设滚刀轴均匀旋转，若齿轮假设滚刀轴均匀旋转，若齿轮Z1有转角误差有转角误差1，而其他各，而其他各传动件无误差，则传到末端件所产生的传动件无误差，则传到末端件所产生的

32、转角误差转角误差1n为：为： 由于所有的传动件都存在误差，因此，由于所有的传动件都存在误差，因此，各传动件对工件精各传动件对工件精度影响的总和度影响的总和为各传动元件所引起末端元件转角误差的叠为各传动元件所引起末端元件转角误差的叠加：加： 同理，可求得其它齿轮转角误差同理，可求得其它齿轮转角误差i，对末端件所产生的转，对末端件所产生的转角误差为角误差为in。 如果考虑到传动链中各传动元件的转角误差如果考虑到传动链中各传动元件的转角误差都是都是独立的随机变量独立的随机变量，则传动链末端元件的总转，则传动链末端元件的总转角误差可用概率法进行估算：角误差可用概率法进行估算： 3减少传动链传动误差的措

33、施减少传动链传动误差的措施1)尽可能缩短传动链；尽可能缩短传动链；2)减少各传动元件装配时的几减少各传动元件装配时的几何偏心何偏心，提高装配精度；，提高装配精度；3)提高传动链末端元件的制造精度；提高传动链末端元件的制造精度； 在一般的降速传动链中，末端在一般的降速传动链中，末端元件的误差影响最大。元件的误差影响最大。 在传动链中按降速比递增的原则分配备传动副的传动比；在传动链中按降速比递增的原则分配备传动副的传动比；传动链末端传动副的降速比取得越大，则传动链中其余各传动传动链末端传动副的降速比取得越大，则传动链中其余各传动元件误差的影响就越小；元件误差的影响就越小；4)传动比传动比i应小；应

34、小； 校正装置的实质是在原传动链中人为地加入一误差，其大校正装置的实质是在原传动链中人为地加入一误差，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。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)采用校正装置采用校正装置 注意注意：采用机械式的校正：采用机械式的校正装置只能校正机床静态的装置只能校正机床静态的传动误差。如果要校正机传动误差。如果要校正机床静态及动态传动误差，床静态及动态传动误差，则需采用计算机控制的传则需采用计算机控制的传动误差补偿装置。动误差补偿装置。 6)采用数控技术采用数控技术 如开放式数控系统中的电子齿轮如开放式数控系统中的电子齿轮三、其他几何误

35、差 一般刀具一般刀具(如普通车刀、单刃镗如普通车刀、单刃镗刀和平面铣刀等刀和平面铣刀等)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。1、刀具误差、刀具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机加机加工中工中常用常用的刀的刀具有：具有： 定尺寸刀具定尺寸刀具(如钻头、铰刀、拉如钻头、铰刀、拉刀等刀等)的尺寸误差直接影响加工工件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。当将产生跳动，也将影响加工相应。 成形刀具成形刀具(如成形车刀、成形如成形车刀、成形铣刀及齿轮刀具等铣刀及齿轮刀

36、具等)的制造误差和的制造误差和磨损，主要影响被加工表面的形磨损，主要影响被加工表面的形状精度。状精度。1）定位元件、刀具导向元件、）定位元件、刀具导向元件、分度机构和夹具体的制造误差分度机构和夹具体的制造误差2）夹具元件装配误差）夹具元件装配误差3）夹具在长期使用过程中工作）夹具在长期使用过程中工作表面的磨损表面的磨损 2、工件的装夹误差与夹具制造、磨损、工件的装夹误差与夹具制造、磨损工件装夹误差工件装夹误差是指定位误差和夹紧误差。是指定位误差和夹紧误差。夹具制造、磨夹具制造、磨损损1）工件在加工过程中要用各种量具、量仪等进行检验测量，）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

37、测量结果对工件进行试切或调整机床。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）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。程度等，都直接影响加工误差。3、测量误差、测量误差因此，要正确地选择和使用量具，以保证测量精度。因此，要正确地选择和使用量具，以保证测量精度。 5.3 5.3 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、基本概念一、基本概念工艺系统加工工艺系统加工中受到的力有：中受到的力有：切削力切削力传动力传动力惯性力惯性力夹紧力夹紧力重力等重力等 工艺系统在这些力的作用下，

38、将产生相应的变形。这种变形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。生加工误差。例如例如1、（2）在内圆磨床上用横向）在内圆磨床上用横向切入磨孔时，磨出的孔会产切入磨孔时，磨出的孔会产生带有锥度的圆柱度误差，生带有锥度的圆柱度误差，如图（如图（b）所示。）所示。（1）车削细长轴时，工件在）车削细长轴时，工件在切削力作用下的弯曲变形，加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工后会产生鼓形的圆柱度误差如图（如图（a）所示。）所示。（a）（b）2、工艺系统受

39、力对其性能的影响、工艺系统受力对其性能的影响是加工中一项很重要的原始误差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不仅严重影响工件的加工精度而且还影响加工表面质量而且还影响加工表面质量限制加工生产率的提高限制加工生产率的提高2、工艺系统受力对其性能的影响、工艺系统受力对其性能的影响3、工艺系统承受受力变形能力的评价、工艺系统承受受力变形能力的评价 从材料力学知道，任何一个受力物体总要产生一些变形。物从材料力学知道，任何一个受力物体总要产生一些变形。物体承受受力变形的能力可由静刚度体承受受力变形的能力可由静刚度(简称刚度简称刚度)来表示。来表示。静刚度可表示为：静刚度可表示为： 切削

40、加工中，在各种外力作用下，工艺系统各部分将在各切削加工中，在各种外力作用下，工艺系统各部分将在各个受力方向产生相应的变形。个受力方向产生相应的变形。 工件和刀具的法向切削分力工件和刀具的法向切削分力Fy与在总切削力的作用下，工与在总切削力的作用下，工艺系统在该方向上的相对位移艺系统在该方向上的相对位移yxt的比值，即：的比值，即：工艺系统刚度：工艺系统刚度： 对于工艺系统受力变形，主要研究误差敏感方向。对于工艺系统受力变形，主要研究误差敏感方向。因此，因此，工艺系统刚度工艺系统刚度Axt定义为：定义为： 由于法向位移是在总切削力作用下工艺系统综合变形的结由于法向位移是在总切削力作用下工艺系统综

41、合变形的结果，因此有可能出现变形方向与果，因此有可能出现变形方向与Fy的方向不一致的情况。当的方向不一致的情况。当Fy与与yxt方向相反时，即出现方向相反时，即出现负刚度负刚度。负刚度现象对保证加工质量。负刚度现象对保证加工质量是不利的，应尽量避免，如图所示。是不利的，应尽量避免，如图所示。 负刚度现象：负刚度现象：刨削刨削车削车削二、工艺系统刚度的计算工艺系统的刚度：yxt=yjc+yjj+yd+yg而：而：gdjjjckkkkk11111yFky工艺系统某点法向总变形工艺系统某点法向总变形三、工艺系统受力变形对加工精度的影响 在车床顶尖间车削在车床顶尖间车削粗粗而短而短的光轴，由于车刀和的

42、光轴，由于车刀和工件变形极小，此时，工工件变形极小，此时，工艺系统的总变形完全取决艺系统的总变形完全取决于于主轴箱、尾座主轴箱、尾座(包括顶尖包括顶尖)和刀架的变形。和刀架的变形。1、车短轴、车短轴 （一）受力点位置变化引一）受力点位置变化引起的形状误差起的形状误差 假定条件：假定条件： 工件短而粗，车刀悬伸长度很短，工件和刀具的刚度很好，其受力变工件短而粗，车刀悬伸长度很短，工件和刀具的刚度很好，其受力变形比机床的变形小，可忽略不计。（单因素法）形比机床的变形小，可忽略不计。（单因素法） FA，Fy，FB之间的关系符合力矩平衡之间的关系符合力矩平衡 计算得：计算得：)(1)(1)(122xy

43、kLxkLxLkFyjcdjwztjyjc计算结果说明机床的总变形是随着切削力作用点（机床的总变形是随着切削力作用点（x）的变化）的变化的的在在x0和和xL的情况下，工件变形较大的情况下，工件变形较大在在 时，机床变形最小时，机床变形最小变形大的地方，从工件上切去的金属层薄，变变形大的地方，从工件上切去的金属层薄，变形小的地方，切除的金属层厚形小的地方，切除的金属层厚所以，机床受力变形而使得加工出来的工件呈所以，机床受力变形而使得加工出来的工件呈两端粗，中间细的马鞍型。两端粗，中间细的马鞍型。Lkkkxwztjwz)(工件加工结果2、车细长轴、车细长轴 在两顶尖间车削细长在两顶尖间车削细长轴，

44、由于工件细长、刚度轴，由于工件细长、刚度小，在切削力作用下其变小，在切削力作用下其变形大大超过机床、夹具和形大大超过机床、夹具和刀具所产生的变形。因此，刀具所产生的变形。因此，机床、夹具和刀具的受力机床、夹具和刀具的受力变形可略去不计，变形可略去不计，工艺系工艺系统的变形完全取决于工件统的变形完全取决于工件的变形。的变形。在两顶尖装夹刚性差的细长轴在两顶尖装夹刚性差的细长轴，假设不考虑机，假设不考虑机床刀具变形，即可由公式得出：床刀具变形，即可由公式得出：当当x0或或xL时，变形最小，为时，变形最小，为0当当xL/2时，工件刚度最小，变形最大时，工件刚度最小，变形最大加工结果：加工结果：工件呈

45、鼓形工件呈鼓形LxxLEIFyyg22)(3 工艺系统刚度随受力点位置变化而异的例于很多，例如立工艺系统刚度随受力点位置变化而异的例于很多，例如立式车床、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异，枕内的轴等，其刚度均随刀架位置或滑枕伸出长度不同而异，分析时应具体分析。分析时应具体分析。镗床镗床铣床铣床 在车床上加工短轴，工艺系统刚度变化不大，可近似地作在车床上加工短轴，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为常数。这时，由于被加工表面的

46、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差。而引起切削力变化、使受力变形不一致而产生加工误差。（二）误差复映规律（二）误差复映规律工件就形成圆度误差，这种现象称为工件就形成圆度误差，这种现象称为“误差复映误差复映”。以车削为例，工件毛坯存在圆度误差以车削为例，工件毛坯存在圆度误差(例如椭圆例如椭圆)，如图所示。，如图所示。由于工件毛坯存在圆度误差由于工件毛坯存在圆度误差车削时使切削深度在车削时使切削深度在ap1与与ap2之间变化。之间变化。切削分力切削分力f也随切削深度也随切削深度a的变化由最的变化由最大大ymax变到最小变到最小ymin工艺系统将产生相应的变形工

47、艺系统将产生相应的变形1、误差复映、误差复映2、误差复映系数毛坯圆度的最大误差毛坯圆度的最大误差车削后工件的圆度误差车削后工件的圆度误差称为误差复映系数称为误差复映系数而而又又所以所以则：则：xtmwkA定义：定义： 复映系数定量地反映了毛坯误差经过复映系数定量地反映了毛坯误差经过加工后减少的程度，它与工艺系统刚度成加工后减少的程度，它与工艺系统刚度成反比，与径向切削力系数反比，与径向切削力系数A成正比。成正比。 可见，要减少工件的复映误差，可增可见，要减少工件的复映误差，可增加工艺系统刚度或减少径向切削力系数。加工艺系统刚度或减少径向切削力系数。 当毛坯误差较大，一次进给不能满足加工精度要求

48、时，需当毛坯误差较大，一次进给不能满足加工精度要求时，需要多次进给来消除毛坯误差要多次进给来消除毛坯误差m复映到工件上。设第一次进给量复映到工件上。设第一次进给量为为f1，毛坯误差为，毛坯误差为m1 ，则由上式可得到第一次进给后工件的误，则由上式可得到第一次进给后工件的误差差w1为：为：3、误差复映规律的应用、误差复映规律的应用第二次进给后工件的误差为：第二次进给后工件的误差为：同理，第同理，第n次进给后工件次进给后工件的误差为：的误差为： 由于由于总是小于总是小于1，而且是，而且是个远远小个远远小于于1的系数，小数相乘更小。因此一般的系数，小数相乘更小。因此一般IT7要求的工件经过要求的工件

49、经过23次进给后，可能次进给后，可能使使m复映到工件上的误差减小到公差允复映到工件上的误差减小到公差允许值的范围内。许值的范围内。误差复映规律的应用：误差复映规律的应用：1、估算加工后的工件误差、估算加工后的工件误差2、根据工件的公差值与毛坯误差值来、根据工件的公差值与毛坯误差值来确定加工次数。确定加工次数。例：已知一工艺系统的误差复映系数为例：已知一工艺系统的误差复映系数为0.25，工件在本，工件在本工序前有圆度误差工序前有圆度误差0.45mm，若本工序形状精度规定允，若本工序形状精度规定允差差0.01mm，问至少进给几次方能使形状精度合格？，问至少进给几次方能使形状精度合格？解：解：即为加

50、工次数解出即而系统总nmgn,0222. 0)25. 0(,25. 00222. 045. 001. 0?374. 2602. 0653. 125. 0log0222. 0log0222. 0log101025. 0n（三）其它力引起的加工误差 (1)夹紧力引起的加工误差夹紧力引起的加工误差 被加工被加工工件在装夹过程中，由于刚度较低工件在装夹过程中，由于刚度较低或着力点不当，都会引起工件的变或着力点不当，都会引起工件的变形，造成加工误差。特别是薄壁套、形，造成加工误差。特别是薄壁套、薄板等零件，易于产生加工误差。薄板等零件，易于产生加工误差。薄壁套加工改进措施薄壁套加工改进措施薄壁套加工过程

51、薄壁套加工过程改进措施改进措施 (2)重力引起的加工误差重力引起的加工误差 在工艺系统中，由于零部件的自在工艺系统中，由于零部件的自重也会产生变形。如龙门铣床、龙门刨床刀架横粱的变形，铣重也会产生变形。如龙门铣床、龙门刨床刀架横粱的变形，铣镗床镗杆伸长而下垂变形等，都会造成加工误差。镗床镗杆伸长而下垂变形等，都会造成加工误差。 (3 ) 惯性力引起的加工误差惯性力引起的加工误差 在高速切削时，如果工艺系在高速切削时，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。离心统中有不平衡的高速旋转的构件存在，就会产生离心力。离心力在工件的每一转中不断变更方向，当不平衡质量的离心力大力在工件

52、的每一转中不断变更方向，当不平衡质量的离心力大于切削力时，车床主轴轴颈和轴套内孔表面的接触点就会不停于切削力时，车床主轴轴颈和轴套内孔表面的接触点就会不停地变化，轴套孔的圆度误差将传给工件的回转轴心。地变化，轴套孔的圆度误差将传给工件的回转轴心。四、机床部件刚度测量五、影响机床部件刚度的因素 零件表面总是存在若宏观和零件表面总是存在若宏观和微观的形状误差，连接表面之间微观的形状误差，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接触处将产生较大的接触应力而引起接触变形。引起接触变形。1连接

53、表面接触变形的影响连接表面接触变形的影响 试验表明，接触变形试验表明，接触变形y与压强与压强F的关系如图所示，接触刚度将随载的关系如图所示，接触刚度将随载荷的增加而增大。荷的增加而增大。 如果部件中有某些刚度很低的零件时，受力后这些低刚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。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，不易如图所示，由于床鞍部件中的楔铁细长、刚性差，不易加工平直，使用接触不良，故在外力作用下最易变形。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部件中薄

54、弱零件的影响 零件配合面间的间隙的影响，主要反映在载荷经常变化的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。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零件间间隙的影响4零件间的摩擦力的影响零件间的摩擦力的影响 如图所示，如果载荷是单向的，那么在第一次加载消除间如图所示，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。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，摩擦载时，摩擦力阻止变形增加，而卸载时，摩擦力又阻

55、止变形减少。因此，卸载曲线不与加裁力又阻止变形减少。因此，卸载曲线不与加裁曲线相重合，如图所示曲线相重合，如图所示(表面间的塑性变形也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是使加裁和卸载曲线不重合的原因之一)。零件间间隙和零件间间隙和摩擦力的影响摩擦力的影响六、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。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一般地

56、，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。工艺系统刚度的关键。1提高接触刚度提高接触刚度1、改善工艺系、改善工艺系统主要零件接触统主要零件接触面的配合质量；面的配合质量； 常用常用方法方法2、在接触面、在接触面间预加载荷。间预加载荷。 刮研或研磨配合面，提高配合表面的刮研或研磨配合面，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、顶尖与中心孔机床导轨副、锥体与锥孔、顶尖与中心孔等。等。 可消除配合面间的间隙触面积，减少可消除配合

57、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。受力后的变形量。如各类轴承的调整中。2提高工件的刚度 适用场合：适用场合：在加工中，由于工件本身的刚度较低，特别是叉在加工中，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。架类、细长轴等零件，容易变形。 措施：措施：在这种情况下，如何提高工件的刚度是提高加工精度在这种情况下，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，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。以增大工件在切削时的刚度。3提高机床部件的刚度 在切削加工中有时由于机床部在切削

58、加工中有时由于机床部件刚度低而产生变形和振动，影响加件刚度低而产生变形和振动，影响加工精度和生产率的提高。工精度和生产率的提高。 图图b所示是采用转动所示是采用转动导向支承套，用加强杆和导向支承套，用加强杆和导向支承套提高部件的刚导向支承套提高部件的刚度。度。 图图a所示是在转塔机床所示是在转塔机床上采用固定导向支承套。上采用固定导向支承套。图图a图图b 4合理装夹工件以减少夹紧变形合理选择装夹位置合理选择装夹位置采用辅助支承采用辅助支承方法方法 5.4 5.4 工艺系统的热变形对加工精度的影响工艺系统的热变形对加工精度的影响 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在机械加工过程

59、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。差。一、概述一、概述 据统计，在精密加工中，由于热变形引起的加工误差约占据统计，在精密加工中，由于热变形引起的加工误差约占总加工误差的总加工误差的40一一70。高效、高精度、自动化加工技术的发。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。进一步发展的一个重要的研究课题。1、引起工艺系统受热变形的热源：、引起工艺系

60、统受热变形的热源：系统内部热源系统内部热源 (切削热和摩擦热切削热和摩擦热) 系统外部热源系统外部热源 (如太阳辐射热如太阳辐射热) 导热传热导热传热 对流传热对流传热辐射传热辐射传热2、热的传递方式：、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，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。变形也就相应地趋于稳定。这就是我们要追求