第6章 机械加工精度

1、12 尺寸精度形状精度位置精度（通常形状误差限制在位置公差内，位置公差限制在尺寸公差内）表面粗糙度波度纹理方向伤痕（划痕、裂纹、砂眼等）加工精度表面质量表面几何形状精度表面缺陷层表层加工硬化表层金相组织变化表层残余应力加工质量包含的内容第一节第一节 机械加工精度概述机械加工精度概述 3第一节第一节 机械加工精度概述机械加工精度概述 加工精度：零件加工后实际几何参数与理想零件的几何参数（尺寸、形状和表面间的相互位置）符合程度一、加工精度概念一、加工精度概念p 加工精度内容加工精度内容：零件表面之间的实际尺寸与理想尺寸之间的符合程度零件表面之间的实际尺寸与理想尺寸之间的符合程度.实际形状与表面理想

2、形状之间的符合程度实际形状与表面理想形状之间的符合程度.实际位置与表面之间理想位置的符合程度实际位置与表面之间理想位置的符合程度.p 尺寸精度、形状精度和位置精度三者之间关系尺寸精度、形状精度和位置精度三者之间关系： 通常形状公差限制在位置公差内，而位置误差一般限制在尺寸公差之内。当尺寸精度要求高时，相应的位置精度、形状精度也要求高。但形状精度或位置精度要求高时，相应的尺寸精度不一定要求高，这要根据零件的功能要求来决定。 4第一节第一节 机械加工精度概述机械加工精度概述 q加工误差：零件的实际几何参数与理想零件几何参零件的实际几何参数与理想零件几何参数的偏差。数的偏差。加工精度与加工误差两者间

3、关系加工精度与加工误差两者间关系 ： 两者从不同角度来评定加工零件的几何参数。两者从不同角度来评定加工零件的几何参数。加工加工精度的高低是由加工误差的小大来表示的精度的高低是由加工误差的小大来表示的，保证和提，保证和提高加工精度问题，实际上是限制和降低加工误差问题。高加工精度问题，实际上是限制和降低加工误差问题。 一、加工精度概念一、加工精度概念5加工成本与加工误差之间的关系加工成本与加工误差之间的关系一种加工方法介于一种加工方法介于A、B之间的精度为经济之间的精度为经济加工加工精度精度成本增加，加工成本增加，加工误差较小不明显误差较小不明显误差增大，加工最误差增大，加工最低成本不变低成本不变

4、p加工经济精度 在正常的加工条件下（符合在正常的加工条件下（符合质量标准的设备、具有标准技术质量标准的设备、具有标准技术等级的工人、不延长工时）所能等级的工人、不延长工时）所能保证的加工精度。保证的加工精度。第一节第一节 机械加工精度概述机械加工精度概述 6二二、获得加工精度的方法获得加工精度的方法1.获得尺寸精度的方法获得尺寸精度的方法1)试切法试切法2)调整法调整法 3)定尺寸刀具法定尺寸刀具法 4)自动控制法自动控制法 2.获得形状精度的方法获得形状精度的方法1)成形刀具法成形刀具法2)轨迹法轨迹法3)展成法展成法3.获得位置精度的方法获得位置精度的方法 1)直接找正法直接找正法 2)划

5、线找正法划线找正法 3)夹具定位法夹具定位法7 1.获得尺寸精度的方法获得尺寸精度的方法 先先试切试切部分加工表面，部分加工表面，测量测量后，适当后，适当调整调整刀具刀具相对工件的位置，相对工件的位置，再试切再试切，再测量再测量，当被加工尺寸，当被加工尺寸达到要求后，再达到要求后，再切削整个待加工面。切削整个待加工面。 1)1)试切法试切法试切法效率低，精度主要取决于工人技术，用于单件小批生产。试切测量调整车刀8利用机床上的定程装置、对刀装置或预先调整好的刀架，使刀具相对机床或夹具满足位置精度要求，然后加工一批工件。该法需要采用夹具实现装夹。2)2)调整法：调整法：调整法生产效率高，加工精度较

6、稳定，常用于中批以上的生产。调整法铣槽 1.获得尺寸精度的方法获得尺寸精度的方法9用具有一定尺寸精度的刀具（如绞刀、扩孔钻、钻头等）来保证被加工工件尺寸精度的方法（如钻孔）。3)3)定尺寸刀具法：定尺寸刀具法：定尺寸刀具法：生产率较高，操作简便，加工精度较稳定。 钻头的尺寸保证了加工孔的尺寸 1.获得尺寸精度的方法获得尺寸精度的方法10 工件达到要求的尺寸时，自动停止加工。又分自动测量和数字控制两种，前者机床上具有自动测量工件尺寸的装置，在达到要求时，停止进刀。后者是根据预先编制好的机床数控程序实现进刀的。4)4)自动控制法：自动控制法：自动控制法生产率高，加工精度稳定，目前机械加工的发展方向

7、.数控机床自动控制原理框图 1.获得尺寸精度的方法获得尺寸精度的方法11 2.获得形状精度的方法获得形状精度的方法1)1)成形刀具法：成形刀具法：成形铣刀刀刃几何形状铣出工件表面形状；精度由刀具形状和装夹决定。典型：齿轮成形加工 用成形刀具加工工件的成形表面以达到所要求的形状精度。取决于刀刃的形状精度。12 2.获得形状精度的方法获得形状精度的方法2)2)轨迹法：轨迹法：依靠刀具与工件的相对运动轨迹来获得工件形状的。车刀刀尖1的运动轨迹形成了工件的表面形状，车刀运动的精度决定了工件的形状精度。13 利用刀具和工件作展成切削运动，刀刃在被加工面上的包络面形成的成形表面。这种加工方法所能达到的精度

8、，主要取决于机床展成运动的传动链精度与刀具的制造精度。3)3)展成法：展成法： 滚齿法加工齿轮，滚刀刀刃在被切齿轮上形成的包络线即为齿形，滚刀主运动与被切齿轮转速必须符合设定要求，以保证加工精度。 2.获得形状精度的方法获得形状精度的方法1)1)直接找正法直接找正法 3.获得位置精度的方法获得位置精度的方法2)2)划线找正法划线找正法 3.获得位置精度的方法获得位置精度的方法工件在夹具上装夹（滚齿夹具）3)3)夹具定位法夹具定位法 3.获得位置精度的方法获得位置精度的方法171.工艺系统工艺系统: 在机械加工时，在机械加工时，机床、刀具，夹具和工件机床、刀具，夹具和工件构成一个构成一个完整的系

9、统，为工艺系统。完整的系统，为工艺系统。 2.工艺系统误差工艺系统误差与与加工误差加工误差的关系的关系 (因果关系因果关系) 工艺系统中的种种误差，在不同的具体条件下，工艺系统中的种种误差，在不同的具体条件下，以不同的程度以不同的程度复映复映到工件上，形成工件的加工误差。到工件上，形成工件的加工误差。 工艺系统的误差是工艺系统的误差是”因因”,是根源；加工误差是是根源；加工误差是“果果”，是表现。，是表现。 三三. . 影响加工精度的因素影响加工精度的因素( (原始误差原始误差) )18工件相对于刀具运动状态下的误差主轴回转误差导轨导向误差传动误差 工艺系统的误差称为原始误差。原始误差与工艺系

10、统原始状态有关的原始误差(静误差)与工艺过程有关的原始误差(动误差)原理误差定位误差调整误差刀具误差夹具误差机床误差工艺系统受力变形（包括夹紧变形）工艺系统受热变形刀具磨损测量误差工件残余应力引起的变形工件相对于刀具静止状态下的误差原始误差构成三、影响加工精度的因素三、影响加工精度的因素( (原始误差原始误差) )19活塞销孔精镗工序中的原始误差定位误差F设计基准定位基准热变形对刀误差夹紧误差菱形销导轨误差三、影响加工精度的因素三、影响加工精度的因素( (原始误差原始误差) )20RyYRRRx =X202YYRRXRX 显然：XYRR 5.误差敏感方向误差敏感方向误差敏感方向YR0Xa）YR

11、0Xb）三、影响加工精度的因素三、影响加工精度的因素( (原始误差原始误差) )21四、研究加工精度的方法四、研究加工精度的方法1.通过分析计算或实验、测试等方法通过分析计算或实验、测试等方法 2.统计分析法统计分析法 第二节第二节 机械加工工艺系统原有误差的影响分析机械加工工艺系统原有误差的影响分析 一、原理误差一、原理误差 二、调整误差二、调整误差 三、三、 机床误差机床误差 四、刀具误差四、刀具误差 五、夹具误差五、夹具误差2223磨凸轮轴，砂轮进给精度不能无限提高，存在近似滚齿时，滚刀包络线形成折线表面，并非光滑渐开线24 如果采用如果采用理想的加工原理理想的加工原理，完全，完全准确的

12、运动联系准确的运动联系，完美的刀刃完美的刀刃或或靠模形状靠模形状，则不存在原理误差，但其，则不存在原理误差，但其成本过高，并非完全必要。成本过高，并非完全必要。原理误差合理性原理误差合理性25 调整的作用调整的作用：使刀具与工件之间达到正确的相：使刀具与工件之间达到正确的相对位置。对位置。 调整误差调整误差：采用任何调整方法及使用任何调整：采用任何调整方法及使用任何调整工具都不可能调整得绝对准确，难免带来工具都不可能调整得绝对准确，难免带来些原些原始误差，这就是调整误差。始误差，这就是调整误差。 调整方法：调整方法：试切法调整试切法调整和调整法调整调整法调整。26行程挡块、靠模行程挡块、靠模及

13、凸轮等机构的制造误差、安装误差及凸轮等机构的制造误差、安装误差、磨损、刚度。、磨损、刚度。样件或样板的样件或样板的制造误差、安装误差和对刀精度。制造误差、安装误差和对刀精度。a）b）试切法与调整法（图 a）（图 b）27机床误差组成机床误差组成机床几何误差机床几何误差机床传动链误差机床传动链误差机床主轴回转误差机床主轴回转误差机床导轨误差机床导轨误差轴向窜动轴向窜动径向跳动径向跳动倾角摆动倾角摆动水平面内直线度水平面内直线度垂直面内直线度垂直面内直线度前后导轨的平行度前后导轨的平行度内联传动链始末内联传动链始末两端传动元件间两端传动元件间相对运动误差相对运动误差28主轴回转误差概念主轴回转误差

14、概念29AB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内外滚道圆度误差、滚动体形状及尺寸误差都将影响主轴回转精度。主轴轴承间隙增大会使轴向窜动与径向圆跳动量增大。轴径不圆引起车床主轴径向跳动滑动轴承（注意切削力的方向）轴承孔不圆引起镗床主轴径向跳动滚动轴承30推力轴承 推力轴承滚道端面误差推力轴承滚道端面误差会造成主轴会造成主轴。 若只有一个端面滚道存在若只有一个端面滚道存在误差，对误差，对影响很小影响很小（图（图a）；只有当两个滚道）；只有当两个滚道端面均存在误差时，才会引端面均存在误差时，才会引起较大的跳动量（图起较大的跳动量（图b）。a） b）0止推轴承端面误差对主轴轴向窜动的

15、影响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31动压滑动轴承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 轴承间隙增大会使油膜厚度变化大，轴心轨轴承间隙增大会使油膜厚度变化大，轴心轨迹变动量加大，这会使主轴径向回转误差增大，迹变动量加大，这会使主轴径向回转误差增大，主轴轴线漂移量增大。主轴轴线漂移量增大。 由于存在误差敏感方向，加工不同表面时，主轴的径向跳动所引起的加工误差也不同。 车床上加工外圆或内孔时，主轴的径向跳动将引起工件的圆度误差，但对于端面加工没有直接影响； 车端面时，主轴的轴向窜动将造成工件端面的平面度误差，以及端面相对于内、外圆的垂直度误差； 车螺纹时，会造

16、成螺距误差。主轴的轴向窜动对加工外圆或内孔的影响不大； 镗孔时，由于主轴的纯角度摆动，由于主轴的纯角度摆动 使得主轴回转轴线与工作台使得主轴回转轴线与工作台导轨不平行，导轨不平行，使镗出的孔呈椭圆形。使镗出的孔呈椭圆形。主轴的角度摆动对加工误差的影响：不仅影响工件加工表面的圆度误差，而且影响工件加工表面的圆柱度误差。 q主轴回转误差对零件的加工精度的影响主轴回转误差对零件的加工精度的影响主轴纯角度摆动对镗孔精度的影响 思考题 工厂常用图示方法测量主轴回转精度。这种方法存在什么工厂常用图示方法测量主轴回转精度。这种方法存在什么问题？问题？1）不能把不同性质的误差区分开来，如）不能把不同性质的误差

17、区分开来，如测量心轴本身的误测量心轴本身的误差差，主轴锥孔误差主轴锥孔误差，锥孔与主轴回转轴线的，锥孔与主轴回转轴线的不同轴误差不同轴误差等。等。2）不能反映主轴在工作转速下的回转精度。）不能反映主轴在工作转速下的回转精度。 35，提高主轴回转精度的措施 磨床采用死顶尖支承 机床导轨是机床中确定某些主要部件相对位置的基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。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

18、为例，说明导轨误差是怎样影响工件的现以卧式车床为例，说明导轨误差是怎样影响工件的加工精度的。加工精度的。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（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：半径方向的误差为： R=y（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 由此可见：床身导轨在水平面内如果有直线度误差，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使工件在纵向截面和横向截面内分

19、别产生形状误差和尺寸误差。寸误差。 垂直平面垂直平面导轨垂直面直线度导轨垂直面直线度ZdRZRd/2（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 床身导轨在垂直面内有直线度误差，会引起刀尖产生切床身导轨在垂直面内有直线度误差，会引起刀尖产生切向位移向位移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

20、工误差由于切向原始误差产生的加工误差 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。 所以不同方向的误差对加工误差的影响是不同的，即存在误差的敏感方向。41原始误差所引起的刀刃与工件间的相对位移，如果产生在加工表面的法线方向，则对加工误差有直接的影响；如果产生在加工表面的切线方向，就可以忽略不计。把加工表面的法向称之为误差的敏感方向。误差的敏感方向如转塔车床如转塔车床刀具垂直安装，刀具垂直安装，此时导轨此时导轨垂直平面垂直平面内的误内的

21、误差直接影响加工精度，是差直接影响加工精度，是误差的敏感方向误差的敏感方向。42 前后导轨有了扭曲误差之后，由几何关系可求得y(H/B)。 一般车床的H/B2/3，外圆磨床H/B=1，因此导轨扭曲引起的加工误差不容忽视。（3）导轨扭曲）导轨扭曲43导轨导向误差对加工精度的影响机床导轨的几何精度，不但决定于它的制造精度和使用的磨损情况，而且还和机床的安装情况有很大关系44q影响机床导轨误差的因素（导轨、溜板的制造误差以及机床的装配误（导轨、溜板的制造误差以及机床的装配误差）；差）；（机床安装不正确；刚性较差的长床身在自重（机床安装不正确；刚性较差的长床身在自重的作用下容易产生变形；地基不牢固）；

22、的作用下容易产生变形；地基不牢固）；（使用程度不同及受力不均，导轨沿全长上各段（使用程度不同及受力不均，导轨沿全长上各段的磨损量不等，就引起导轨在水平面和垂直面内产生位移及的磨损量不等，就引起导轨在水平面和垂直面内产生位移及倾斜）。倾斜）。45q提高导轨导向精度的措施提高机床导轨、溜板的提高机床导轨、溜板的制造精度及安装精度制造精度及安装精度。提高导轨的耐磨性提高导轨的耐磨性 可采用耐磨合金铸铁、镶钢导轨可采用耐磨合金铸铁、镶钢导轨、贴塑导轨、滚动导轨、静压导轨、导轨表面淬火等措、贴塑导轨、滚动导轨、静压导轨、导轨表面淬火等措施，以延长导轨寿命。施，以延长导轨寿命。机床必须安装正确，地基牢固机

23、床必须安装正确，地基牢固 机床在安装时应有良机床在安装时应有良好的地基，并严格进行测量和校正。使用期间还应定期好的地基，并严格进行测量和校正。使用期间还应定期复校和调整。复校和调整。46q传动链的传动误差，是指传动链的传动误差，是指内联系内联系的传动链中首末两的传动链中首末两端传动元件之间相对运动的误差。一般用传动链末端端传动元件之间相对运动的误差。一般用传动链末端元件的转角误差来衡量。元件的转角误差来衡量。齿轮机床传动链z7 = z8 = 16z1 = 64zn = 96z5 = z6 = 23z3 = z4 = 23bz2 = 16zn-1 = 1icefacd47 缩短传动链长度 提高末

24、端元件的制造精度与安装精度 采用降速传动对传动误差进行补偿提高传动精度措施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、单刃镗刀和面铣刀等）的制造误差对加工精度没有直接影响，但磨损后对工件尺寸或形状精度有一定影响 定尺寸刀具（如钻头、铰刀、圆孔拉刀等）的尺寸误差直接影响被加工工件的尺寸精度。刀具的安装和使用不当，也会影响加工精度。 成形刀具（如成形车刀、成形铣刀、盘形齿轮铣刀等）的误差主要影响被加工面的形状精度 展成法刀具（如齿轮滚刀、插齿刀等）加工齿轮时，刀刃的几何形状及有关尺寸精度会直接影响齿轮加工精度。图例 车刀的尺寸磨损图

25、例 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、夹具体等零）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。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寸误）夹具装配后，以上各种元件工作面间的相对尺寸误差。差。3）夹具在使用过程中工作表面的磨损。）夹具在使用过程中工作表面的磨损。 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。精加工时（精加工时（IT6IT8），夹具主要尺寸的公差一般可规定为），夹具主要尺寸的公差一般可规定为被加工零件相应尺寸公差的被加工零件相应尺寸公差的1/2l/3；粗加工时（

26、粗加工时（IT11以下），因工件尺寸公差较大，夹具的精度以下），因工件尺寸公差较大，夹具的精度则可规定为零件相应尺寸公差的则可规定为零件相应尺寸公差的l/51/10。 钻套轴心线至夹具定位平面钻套轴心线至夹具定位平面间的距离误差，影响工件孔间的距离误差，影响工件孔a至至底面底面B的尺寸的尺寸L的精度；的精度； 钻套轴心线钻套轴心线f与夹具定位平面与夹具定位平面c间的平行度误差，影响工件孔轴间的平行度误差，影响工件孔轴心线与底面心线与底面B的平行度；的平行度； 夹具定位平面夹具定位平面c与夹具体底面与夹具体底面d的垂直度误差，影响工件孔轴的垂直度误差，影响工件孔轴心线心线a与底面与底面B间的尺寸

27、精度和平间的尺寸精度和平行度；行度； 钻套孔的直径误差亦将影响钻套孔的直径误差亦将影响工件孔工件孔a至底面至底面B的尺寸精度和平的尺寸精度和平行度。行度。52第三节第三节 机械加工工艺系统动态误差的影响分析机械加工工艺系统动态误差的影响分析 一一、机械加工工艺系统受力变形引起的误差、机械加工工艺系统受力变形引起的误差 二二、机械加工工艺系统受热变形引起的误差、机械加工工艺系统受热变形引起的误差 三三、残余应力重新分布引起的误差、残余应力重新分布引起的误差工艺系统：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

28、、重力产生加工误差产生加工误差破坏了刀具、工破坏了刀具、工件间相对位置件间相对位置工艺系统受力变形现象工艺系统受力变形现象一、机械加工工艺系统受力变形引起的误差一、机械加工工艺系统受力变形引起的误差受力变形对工件精度的影响 a) 车长轴 b） 磨内孔 由此看来，为了保证和提高工件的加工精度，就必须深由此看来，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消除工艺系统及其有关组成部分的变形。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。55一、机械加工工艺系统受力变形引起的误差一、机械加工工艺系统受力变形引起的误差工艺系统刚度定义q 工艺系统刚度计算公式q用实验方法来测定机床部件刚

29、度p机床部件刚度特点p影响机床部件刚度的因素q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p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p夹紧变形引起的误差夹紧变形引起的误差q其它作用力的影响其它作用力的影响p受力方向变化引起的加工误差受力方向变化引起的加工误差56一、机械加工工艺系统受力变形引起的误差一、机械加工工艺系统受力变形引起的误差在加工误差敏感方向上工艺系统所受外力与变形量之比q 工艺系统刚度定义式中 k工艺系统刚度； Fp吃刀抗力； y 工艺系统位移（切削合力作用下的位移）。yFkp 注意：注意：变形变形y是总切削力的三个分力综合作用的结果。是总切削

30、力的三个分力综合作用的结果。5711111jcjjdgkkkkk式中 k 工艺系统刚度； kjc 机床刚度； kjj 夹具刚度； kd 刀具刚度； kg 工件刚度。q 工艺系统刚度计算公式一、机械加工工艺系统受力变形引起的误差一、机械加工工艺系统受力变形引起的误差58工艺系统刚度计算说明一、机械加工工艺系统受力变形引起的误差一、机械加工工艺系统受力变形引起的误差q用实验方法来测定机床部件刚度 机床结构复杂，组成的零部件多，各零部件之间有不同机床结构复杂，组成的零部件多，各零部件之间有不同的联接和运动方式，因而机床部件的刚度问题就比较复杂。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

31、计算至今还没有合适的方法，需要通过它的计算至今还没有合适的方法，需要通过实验来测定实验来测定。 为单向加载时车床刚度测定示意为单向加载时车床刚度测定示意图。主轴部件、尾座及刀架的变形图。主轴部件、尾座及刀架的变形可分别从千分表可分别从千分表2、3和和6读出。读出。 这种方法测得的这种方法测得的y方向位移是方向位移是背向力背向力Fp作用下引起的变形。作用下引起的变形。 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 4测力环测力环 5螺旋加力器螺旋加力器 千分表千分表 一、机械加工工艺系统受力变形引起的误差一、机械加工工艺系统受力变形引起的误差60车床刀架部件静刚度试验

32、一次加载 二次加载 三次加载变形与载荷不成线性关系变形与载荷不成线性关系；加加载曲线和卸载曲线不重合，卸载载曲线和卸载曲线不重合，卸载曲线滞后于加载曲线。曲线滞后于加载曲线。第一次卸载后，变形恢复不到第一次卸载后，变形恢复不到第一次加载的起点，第一次加载的起点，这说明有残这说明有残余变形存在，经余变形存在，经多次加载卸载后多次加载卸载后，加载曲线起点才和卸载曲线终，加载曲线起点才和卸载曲线终点重合，残余变形才逐渐减小到点重合，残余变形才逐渐减小到零零；机床部件刚度比按实体估算值机床部件刚度比按实体估算值小许多，表明其变形受多种因素小许多，表明其变形受多种因素影响影响p机床部件刚度特点p影响机床

33、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（图示图示） 接合面间的间隙接合面间的间隙接合面间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 结合面的实际接触面积只是名义接触面积的一小部结合面的实际接触面积只是名义接触面积的一小部分，在外力作用下，实际接触区的分，在外力作用下，实际接触区的接触应力很大接触应力很大，产生，产生了较大的了较大的接触变形接触变形。 表现：表现：表面愈粗糙表面愈粗糙，表面宏观几何形状误差愈大，表面宏观几何形状误差愈大，实实际接触面积愈小，接触刚度愈小际接触面积愈小，接触刚

34、度愈小；材料硬度高，接触刚；材料硬度高，接触刚度就大；表面纹理方向相同时，接触变形较小，接触刚度就大；表面纹理方向相同时，接触变形较小，接触刚度就较大。度就较大。 在机床部件中，个别薄弱零件对刚度的影响很大。如在机床部件中，个别薄弱零件对刚度的影响很大。如内圆磨头的轴就是内圆磨头的轴就是部件刚度的薄弱环内圆磨头的轴就是内圆磨头的轴就是部件刚度的薄弱环节。节。p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，其根据材料力学的挠度计算公式，其切削点工切削点工件的变形量件的变形量为：为： （6-1） 从上式的计算结果和车削的实际情况都可证实，切削后从上式

35、的计算结果和车削的实际情况都可证实，切削后的的细长工件呈鼓形细长工件呈鼓形，其最大直径在通过轴线中点的横截面内。，其最大直径在通过轴线中点的横截面内。1） 工件的刚度及其变形工件的刚度及其变形工件受力变形引起的加工误差细长工件：工件刚度低，机床、夹具、刀具在受力下的变形细长工件：工件刚度低，机床、夹具、刀具在受力下的变形可忽略，工艺系统的位移完全取决于工件的变形。可忽略，工艺系统的位移完全取决于工件的变形。LxxLEIFyPg22)(32） 工件短而粗工件短而粗 即此时工艺系统刚度主即此时工艺系统刚度主要取决于机床刚度要取决于机床刚度 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

36、，工艺系统的总变形时，工艺系统的总变形 y系统系统为：为： p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变形随受力点变化规律xtjxwzxdjxFpAABBCCzLFAFBxz其中 yjc 机床总变形； Fp 吃刀抗力； ktj 机床前顶尖处刚度； kwz 机床后顶尖处刚度； kdj 机床刀架刚度； L 工件全长； x 刀尖至工件左端距离。2） 工件短而粗工件短而粗 即此时工艺系统刚度主即此时工艺系统刚度主要取决于机床刚度要取决于机床刚度.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: （6-2） 可以看出可以看出 : y系统系

37、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置变化,使车出的工件呈抛物线形状。使车出的工件呈抛物线形状。p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机床受力变形引起的加工误差djwztjPjckLxkLxLkFy11122 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圆柱度误差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式（综合上述两种情况，工艺系统的总变形量为式（6-1）和式（和式（

38、6-2）的叠加）的叠加 :工艺系统的刚度为工艺系统的刚度为:可以看出可以看出: 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。EILxxLkLxkLxLkFyyydjwztjPgjc3)(1)(1)(12222EILxxLkLxkLxLkyyFkdjwztjgjcP3111122226970工件变形引起的加工误差工件受力变形引起的加工误差LxxLEIFyPg22)(3dkkg和机床受力变形引起的加工误差71误差复映现象ap11ap22毛坯外形工件外形p切削力大小变化引起的加工误

39、差切削力大小变化引起的加工误差 在加工过程中，由于工件加工余量或材料硬度不均匀，都在加工过程中，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而产会引起背向力的变化，从而使工艺系统受力变形不一致而产生加工误差。生加工误差。72CHBfCPFFpnyFpp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nFyyFyxFypFyyHBfaCF 为一常数为一常数切削力切削力 由于毛坯存在的圆度误差由于毛坯存在的圆度误差 m=ap1ap2引起了工件产生圆度误差引起了工件产生圆度误差 g=1 2 且且m越大，越大，g越大，这种由于越大，这种由于工艺系统受力变

40、形的工艺系统受力变形的变化变化而使而使毛坯椭圆形状误差毛坯椭圆形状误差复映复映到到加工后工件表面加工后工件表面的现象的现象称为称为“误差复映误差复映”。73 误差复映程度可用误差复映系数 来表示，误差复映系数与系统刚度成反比。kCmg 123n mppppgkCaakCFFk2121211可得： 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,假设假设误差复映系数均为误差复映系数均为,则则n次走刀就有：次走刀就有： z=n增加走刀次数增加走刀次数，可减小误差复映，提高加工精度，但生可减小误差复映，提高加工精度，但生产率降低了。产率降低了。 提高工艺系统刚度提高工艺系统

41、刚度，对减小误差复映系数具有重要意义。，对减小误差复映系数具有重要意义。 毛坯的各种形状误差（圆度、圆柱度、同轴度、平面度毛坯的各种形状误差（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。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变有变化，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。化，产生加工误差，分析方法同误差复映规律。讨论：讨论：75 以上分析可知，工件毛坯有形状误差或相互位置误差时，加工后会有同类加工误差出现。在成批生产中用调整法加工一批工件时，如毛坯直径大小不一或硬

42、度不均匀，同样会有类似情况发生。 以上分析仅考虑静刚度，实际上加工过程受多种因素影响，例如毛坯的椭圆形及相应切深变化，使均值切削力迭加有频率为2倍于工件转速的简谐激振力，并使系统产生强迫振动。因而实际结果会与上述分析有所不同。 76p受力方向变化引起的加工误差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 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。工件旋转。 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，并不产在单爪拨盘传动下车削

43、出来的工件是一个正园柱，并不产生加工误差。生加工误差。2）由于惯性力引起的误差）由于惯性力引起的误差 在高速切削时，如果工艺系统中有不平衡的在高速切削时，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。它和传高速旋转的构件存在，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，引动力一样，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，故起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。但是要注意理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，车床的是当不平衡质量的离心力大于切削力时，车床主

44、轴轴颈和轴承内孔表面的接触点就会不断地变主轴轴颈和轴承内孔表面的接触点就会不断地变化，轴承孔地园度误差将传给工件地回转轴心。化，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，以减小离心力的降低主轴转速，以减小离心力的影响。影响。 p受力方向变化引起的加工误差受力方向变化引起的加工误差78a） b）薄壁套夹紧变形例：薄壁套夹紧变形解决：加开口套p由于夹紧变形引起的误差由于夹紧变形引起的误差毛坯翘曲 b) 电磁工件台吸紧 c) 磨后松开，工件翘曲d) 磨削凸面 e) 磨削凹面 f)

45、磨后松开，工件平直薄壁工件磨削例：薄壁工件磨削 解决：加橡皮垫p由于夹紧变形引起的误差由于夹紧变形引起的误差80龙门铣横梁变形例：龙门铣横梁龙门铣横梁变形转移龙门铣横梁变形补偿q其它作用力的影响其它作用力的影响解决1：重量转移 解决2：变形补偿通过提高导轨等结合面的刮研质量、形状精度并降低表面粗糙度，都能增加接触面积，有效地提高接触刚度。预加载荷，也可增大接触刚度加工细长轴时，采用中心架或跟刀架来提高工件的刚度。采用导套、导杆等辅助支承来加强刀架的刚度。对刚性较差的工件选择合适的夹紧方法，能减小夹紧变形，提高加工精度 采用塑料滑动导轨，其摩擦特性好，有效防止低速爬行，运行平稳，定位精度高，具有

46、良好的耐磨性、减振性和工艺性。此外，还有滚动导轨和静压导轨。（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”（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受减少工艺系统受力变形力变形82支座零件不同安装方法83二、工艺系统受热变形引起的误差二、工艺系统受热变形引起的误差q工件均匀受热圆柱类工件热变形q工件不均匀受热板类工件单面加工时的热变形

47、q刀具热变形的特点q刀具热变形的变形曲线 工艺系统在各种热源作用下，会产生相应的热变形，从而工艺系统在各种热源作用下，会产生相应的热变形，从而破坏工件与刀具间正确的相对位置，造成加工误差。破坏工件与刀具间正确的相对位置，造成加工误差。 据统计，在精加工时，由于热变形引起的加工误差约占总据统计，在精加工时，由于热变形引起的加工误差约占总加工误差的加工误差的40%70%。工艺系统的热变形不仅严重地影响加工。工艺系统的热变形不仅严重地影响加工精度，而且还影响加工效率的提高。精度，而且还影响加工效率的提高。 实现数控加工后，加工误差不能再由人工进行补偿，全靠实现数控加工后，加工误差不能再由人工进行补偿

48、，全靠机床自动控制，因此热变形的影响就显得特别重要。机床自动控制，因此热变形的影响就显得特别重要。 工艺系统热变形的问题已成为机械加工技术发展的一个重工艺系统热变形的问题已成为机械加工技术发展的一个重大研究课题。大研究课题。二、工艺系统受热变形引起的误差二、工艺系统受热变形引起的误差电机、轴承、齿轮、电机、轴承、齿轮、油泵等油泵等工件、刀具、切屑、工件、刀具、切屑、切削液切削液气温、室温变化、气温、室温变化、热、冷风等热、冷风等热源热源切削热切削热摩擦热摩擦热外部热源外部热源内部热源内部热源环境温度环境温度热辐射热辐射日光、照明、暖气、日光、照明、暖气、体温等体温等 工艺系统受各种热源的影响，

49、其温度会逐渐升高。同工艺系统受各种热源的影响，其温度会逐渐升高。同时，它们也通过各种传热方式向周围散发热量。时，它们也通过各种传热方式向周围散发热量。 热热 平平 衡衡 当单位时间内传入和散发当单位时间内传入和散发的热量相等时，工艺系统达的热量相等时，工艺系统达到了热平衡状态。到了热平衡状态。 而工艺系统的热变形也就而工艺系统的热变形也就达到某种程度的稳定。达到某种程度的稳定。 不稳态温度场不稳态温度场温度场温度场稳态温度场稳态温度场热平衡热平衡物体中各点的温度分布称为温度场, T=f( x , y, z ,t )当物体未达热平衡时，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

50、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，只是其坐标位置的函数。这种温度场称为稳态温度场 机床在开始工作的一段时间内，其温度场处于不稳定状态，其精度也是很不稳定的，工作一定时间后，温度才逐渐趋于稳定，其精度也比较稳定。 因此，精密加工应在热平衡状态下进行。在生产中，必须注意在生产中，必须注意:89q工件均匀受热圆柱类工件热变形531.1 1040014.410()4.4()LLtmmm式中 L， D 长度和直径热变形量； L，D 工件原有长度和直径； 工件材料线膨胀系数； t 温升。LLtDDt90式中 X 变形挠度； L，S 工件原有长度和厚度； 工件材料线膨胀系数； t 温

51、升。28LtXSq工件不均匀受热：板类工件单面加工时的热变形平面加工热变形X/ 4LS221.120003886000.022 ()LtXSmm此值已大于精密导轨平直度要求。结果：加工时上表面升温，工件向上拱起，磨削时将中凸部分磨平，冷却后工件下凹。例：高600mm，长2000mm的床身，若上表面温升为3，则变形量为：91 车床受热变形a） 车床受热变形形态b） 温升与变形曲线92立式铣床、外圆磨床、导轨磨床受热变形a）铣床受热变形形态b）外圆磨床受热变形形态c）导轨磨床受热变形形态93q刀具热变形的特点q刀具热变形的变形曲线max1ce式中 热伸长量； max 达到热平衡热伸长量； 切削时间

52、； c 时间常数（热伸长量为热平衡热伸长量约63%的时间，常取34分钟）。94 图图 车刀热变形曲线车刀热变形曲线 1 刀具加热至热平衡时间刀具加热至热平衡时间 2 刀具加热至热平衡时间刀具加热至热平衡时间 0 刀具间断切削至热平衡时间刀具间断切削至热平衡时间连续切削升温曲线间断切削升温曲线冷却曲线95强制冷却96例例：磨床油箱置于床身内，其发热使导轨中凹解决解决：导轨下加回油槽例例：立式平面磨床立柱前壁温度高，产生后倾。解决解决：采用热空气加热立柱后壁均衡立柱前后壁温度场97加工中心热对称结构立柱98恒温:精密机床恒温精度一般控制在 l，精密级为 0.5，超精密级为 0.0l。v高速空运转v

53、人为加热99（一）（一）残残 余应力产生的原因余应力产生的原因三、工件残余应力引起的误差三、工件残余应力引起的误差 （二）（二）残余应力对加工精度的影响残余应力对加工精度的影响（三）（三）减少内应力引起变形的措施减少内应力引起变形的措施（一）残（一）残 余应力产生的原因余应力产生的原因什么是残什么是残 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。残余应力是由金属内部的相邻宏观或微观组织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化而产生的，促使这种发生了不均匀的体积

54、变化而产生的，促使这种变化的因素主要来自热加工或冷加工。变化的因素主要来自热加工或冷加工。三、工件残余应力引起的误差三、工件残余应力引起的误差在铸造、锻造、焊接及热处理过程中，由于工件各部分冷却收缩不均匀以及金相组织转变时的体积变化，在毛坯内部就会产生残余应力。例如：一个内外壁厚相差较大的铸件，在浇铸后的冷却过例如：一个内外壁厚相差较大的铸件，在浇铸后的冷却过程中产生残余应力的情况。程中产生残余应力的情况。毛坯的结构越复杂，各部分壁厚越不均匀以及散毛坯的结构越复杂，各部分壁厚越不均匀以及散热条件相差越大，毛坯内部产生的残余应力就越大。热条件相差越大，毛坯内部产生的残余应力就越大。具有残余应力的

55、毛坯，其内部应力暂时处于相具有残余应力的毛坯，其内部应力暂时处于相对平衡状态，虽在短期内看不出有什么变化，但对平衡状态，虽在短期内看不出有什么变化，但当加工时切去某些表面部分后，这种平衡就被打当加工时切去某些表面部分后，这种平衡就被打破，内应力重新分布，并建立一种新的平衡状态，破，内应力重新分布，并建立一种新的平衡状态，工件明显地出现变形。工件明显地出现变形。原原 因因n在外力在外力F的作用下，工件内部的应力重新分布，在的作用下，工件内部的应力重新分布，在轴心线以上的部分产生压应力（用负号表示），在轴心线以上的部分产生压应力（用负号表示），在轴心线以下的部分产生拉应力（用正号表示）。在轴心线以

56、下的部分产生拉应力（用正号表示）。在轴心线和两条虚线之间，是弹性变形区域，在虚线轴心线和两条虚线之间，是弹性变形区域，在虚线以外是塑性变形区域。以外是塑性变形区域。n冷校直工艺方法是在一些长棒料或细长零件弯曲的冷校直工艺方法是在一些长棒料或细长零件弯曲的反方向施加外力反方向施加外力F以达到校直目的，如以达到校直目的，如图图所示。所示。现现 象象冷校直引起的残余应力压拉加载压压拉拉卸载影影 响响 措措 施施n当外力当外力F去除后，弹性变形本可完全去除后，弹性变形本可完全恢复，但因塑性变形部分的阻止而恢复恢复，但因塑性变形部分的阻止而恢复不了，使残余应力重新分布而达到平衡。不了，使残余应力重新分布

57、而达到平衡。n对精度要求较高的细长轴（如精密丝对精度要求较高的细长轴（如精密丝杠），杠），不允许采用冷校直不允许采用冷校直来减小弯曲变来减小弯曲变形，而采用加大毛坯余量，经过多次切形，而采用加大毛坯余量，经过多次切削和时效处理来消除内应力，或采用热削和时效处理来消除内应力，或采用热校直。校直。 工件在切削加工时，其表面层在切削力和切削热的工件在切削加工时，其表面层在切削力和切削热的作用下，会产生不同程度的塑性变形，引起体积改变，从作用下，会产生不同程度的塑性变形，引起体积改变，从而产生残余应力。这种残余应力的分布情况由加工时的工而产生残余应力。这种残余应力的分布情况由加工时的工艺因素决定。艺因

58、素决定。内部有残余应力的工件在切去表面的一层金属后，残余应力要重新分布，从而引起工件的变形。在拟定工艺规程时，要将加工划分为粗、精等不同阶段进行，以使粗加工后内应力重新分布所产生的变形在精加工阶段去除。对质量和体积均很大的笨重零件，即使在同一台重型机床进行粗精加工也应该在粗加工后将被夹紧的工作松开，使之有充足时间重新分布内应力，在使其充分变形后，然后重新夹紧进行精加工。（二）残余应力对加工精度的影响（二）残余应力对加工精度的影响n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状态的倾向。n在内应力变化的过程中，零件产生相应的变形，原有的加工精度受到破坏

59、。n用这些零件装配成机器，在机器使用中也会逐渐产生变形，从而影响整台机器的质量。（三）减少内应力引起变形的措施（三）减少内应力引起变形的措施1 1合理设计零件结构，合理设计零件结构，应尽量简化结构，减小零件各应尽量简化结构，减小零件各部分尺寸差异，以减少铸锻件毛坯在制造中产生的残部分尺寸差异，以减少铸锻件毛坯在制造中产生的残余应力。余应力。2增加消除残余应力的专门工序，增加消除残余应力的专门工序，对铸、锻、焊接件对铸、锻、焊接件进行退火或回火；工件淬火后进行回火；对精度要求进行退火或回火；工件淬火后进行回火；对精度要求高的零件在粗加工或半精加工后进行时效处理（自然、高的零件在粗加工或半精加工后

60、进行时效处理（自然、人工、振动时效处理）人工、振动时效处理）3合理安排工艺过程，合理安排工艺过程， 在安排零件加工工艺过程中，在安排零件加工工艺过程中，尽可能将粗、精加工分在不同工序中进行。尽可能将粗、精加工分在不同工序中进行。108第四节第四节 提高加工精度的方提高加工精度的方法法 误差补偿法109第四节第四节 提高加工精度的方提高加工精度的方法法把影响加工精度把影响加工精度的原始误差的原始误差转移转移到不影响或少影到不影响或少影响加工精度的方响加工精度的方向上向上。转移原始误差转移原始误差a）b）转塔车床刀架转位误差的转移110图6-17 车细长轴的误差原因及采取的措施直接减小误差法直接减