机械制造工程学 课件 第四章机械加工精度

1、第4章机械加工精度4.1概述4.2工艺系统的几何误差4.3工艺系统的受力变形4.4工艺系统受热变形引起的误差4.5内应力对加工精度的影响4.6加工误差的统计分析法4.7提高加工精度的途径1.加工精度与加工误差 所谓加工精度是指零件加工后的实际几何参数 (尺寸、形状和位置) 与理想几何参数的符合 程度。实际值愈接近理想值，加工精度就愈高。 实际加工不可能把零件做得与理想零件完全一致，总会有大小不同的偏差，零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度，称为加工误差。4.1概述4.1.1加工精度与加工误差的概念3. 3. 误差敏感方向的概念误差敏感方向的概念原始误差对加工误差的影响程度，主要取决

2、于原始误差对加工误差的影响程度，主要取决于原始误差是否作用在加工误差的敏感方向上。所谓原始误差是否作用在加工误差的敏感方向上。所谓敏感方向是指切削平面的法线方向，即法向分量。敏感方向是指切削平面的法线方向，即法向分量。作用在敏感方向上的原始误差将以作用在敏感方向上的原始误差将以1:11:1的关系转的关系转化为加工误差。它对加工误差影响最大。其它方向化为加工误差。它对加工误差影响最大。其它方向的原始误差对加工误差的影响都不同程度地减小。的原始误差对加工误差的影响都不同程度地减小。根据敏感方向的特点，可将机床分为两大类：根据敏感方向的特点，可将机床分为两大类：一类是敏感方向固定的机床，如车床。因刀

3、具是一类是敏感方向固定的机床，如车床。因刀具是固定的，切削时其切削平面固定不变，故其敏感方向固定的，切削时其切削平面固定不变，故其敏感方向保持不变。保持不变。另一类是敏感方向变化的机床，如镗床。因刀具另一类是敏感方向变化的机床，如镗床。因刀具是回转的，切削时其切削平面将随刀尖的旋转而变化是回转的，切削时其切削平面将随刀尖的旋转而变化的，故其敏感方向是变化的。因此对这类机床的主轴的，故其敏感方向是变化的。因此对这类机床的主轴回转精度要求要严格一些。回转精度要求要严格一些。 4.加工经济精度图4-1 加工成本与加工误差之间的关系指在正常加工条件下指在正常加工条件下( (采用符合质量标准的加工设采用

4、符合质量标准的加工设备、工艺装备和标准技术等级的工人）所能保证的加工备、工艺装备和标准技术等级的工人）所能保证的加工精度和表面质量。精度和表面质量。 零件的加工精度包括零件的加工精度包括 尺寸精度、形状精度、位置精度尺寸精度、形状精度、位置精度 通常尺寸精度要求高形位精度要求也越高通常尺寸精度要求高形位精度要求也越高 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 用于单件小批生产用于单件小批生产 2 2）调整法）调整法 用于成批大量生产用于成批大量生产 3 3）定尺寸刀具法）定尺寸刀具法 生产率高，刀具制造复杂生产率高，刀具制造

5、复杂 4 4）自动控制法）自动控制法 切削测量补偿调整切削测量补偿调整4.1.2获得加工精度的方法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 调整法可以分为静调整法（静调整法又称样件法）和动调整法（按试调整法可以分为静调整法（静调整法又称样件法）和动调整法（按试切零件进行调整，直接测量试切零件的尺寸）两类。切零件进行调整，直接测量试切零件的尺寸）两类。 试切法镗孔时的静调整法对刀铣削时的静调整法对刀车刀千分表V型块镗刀杆镗刀工件加工面铣刀厚薄规尺寸加工要求尺寸对刀块主动测量法主动测量法支架千分表砂轮工件（2 2）获得形

6、状精度的方法）获得形状精度的方法 1 1）轨迹法）轨迹法 利用刀尖运动轨迹形成工件表面形状利用刀尖运动轨迹形成工件表面形状 2 2）成形刀具法）成形刀具法 由刀刃的形状形成工件表面形状由刀刃的形状形成工件表面形状 3 3）仿形法）仿形法 刀具按照仿形装置进给对工件进行加工刀具按照仿形装置进给对工件进行加工 4 4）展成法）展成法 由切削刃包络面形成工件表面形状由切削刃包络面形成工件表面形状（3 3）获得相互位置精度的方法）获得相互位置精度的方法 主要由机床精度、夹具精度和工件的装夹精度来保证主要由机床精度、夹具精度和工件的装夹精度来保证 由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺系统 (简称工

7、艺系统) 会有各种各样的误差产生，这些误差在各种不同的具体工作条件下都会以各种不同的方式 (或扩大、或缩小) 反映为工件的加工误差。工艺系统的误差是“因”，是根源；工件的加工误差是 “果”，是表现；因此，我们把工艺系统的误差称为原始误差。4.1.3原始误差的概念及种类原始误差可由施行方法、机械实体、切削过程三个原始误差可由施行方法、机械实体、切削过程三个部分组成，即原始误差可分为三大类十二项：部分组成，即原始误差可分为三大类十二项：施行方法误差包括以下四项原始误差：施行方法误差包括以下四项原始误差：原理误差、安装误差、调整误差、测量误差原理误差、安装误差、调整误差、测量误差机械实体误差包括以下

8、四项原始误差：机械实体误差包括以下四项原始误差：机床误差、夹具误差、刀具误差、毛坯误差机床误差、夹具误差、刀具误差、毛坯误差切削过程误差包括以下四项原始误差：切削过程误差包括以下四项原始误差：工艺系统受力变形误差、工艺系统受热变形误差、工艺系统受力变形误差、工艺系统受热变形误差、工艺系统磨损误差、内应力变形误差工艺系统磨损误差、内应力变形误差 分析计算法分析计算法是在掌握各原始误差对加工精度影响规律的基是在掌握各原始误差对加工精度影响规律的基础上，分析工件加工中所出现的误差可能是哪一个或哪几础上，分析工件加工中所出现的误差可能是哪一个或哪几个主要原始误差所引起的，并找出原始误差与加工误差之个主

9、要原始误差所引起的，并找出原始误差与加工误差之间的影响关系，进而通过估算来确定工件的加工误差的大间的影响关系，进而通过估算来确定工件的加工误差的大小，再通过试验测试来加以验证。小，再通过试验测试来加以验证。 统计分析法统计分析法是对具体加工条件下加工得到的几何参数进行是对具体加工条件下加工得到的几何参数进行实际测量，然后运用数理统计学方法对这些测试数据进行实际测量，然后运用数理统计学方法对这些测试数据进行分析处理，找出工件加工误差的规律和性质，进而控制加分析处理，找出工件加工误差的规律和性质，进而控制加工质量。分析计算法主要是在对单项原始误差进行分析计工质量。分析计算法主要是在对单项原始误差进

10、行分析计算的基础上进行的，统计分析法则是对有关的原始误差进算的基础上进行的，统计分析法则是对有关的原始误差进行综合分析的基础上进行的。行综合分析的基础上进行的。4.1.4研究机械加工精度的方法 加工原理误差加工原理误差（理论误差） 原理误差原理误差即在加工中采用了近即在加工中采用了近似的加工运动、近似的刀具轮廓和似的加工运动、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而产生的原始误差4.2.1加工原理误差4.2工艺系统的几何误差近似的刀具轮廓带来的误差 例如用模数铣刀铣齿轮，由于：铣刀的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；模数相同而成形面不是纯粹的渐开线

11、；模数相同而齿数不同的渐开线齿轮齿形是不同的，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，故存在原一把铣刀铣一组齿数的齿轮，故存在原理误差理误差 再如，用齿轮滚刀加工齿轮时，滚刀也再如，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杆代替渐开线蜗杆近似的加工方法带来的误差 例如，用尖车刀车外圆，也不是例如，用尖车刀车外圆，也不是光滑的圆柱面，而是一个螺旋面光滑的圆柱面，而是一个螺旋面近似的刀具和工件的运动联系所带来的加工误差 例如车模数螺纹时，例如车模数螺纹时， 传动比传动比I = = 只要能保证加工精度和零件的

12、使用性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误差不应超过相应公差的1015%。PP机床丝杆螺距工件螺距14231zzzz机床的误差机床的误差 1）主轴回转误差）主轴回转误差 主轴回转误差概念主轴回转误差概念 主轴回转时实际回转轴线与理想回转轴线的偏移量主轴回转时实际回转轴线与理想回转轴线的偏移量 三种基本形式：三种基本形式： a. 纯径向跳动纯径向跳动 b.b.纯角度摆动纯角度摆动 c.c.轴向窜动轴向窜动 4.2.2机床误差 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 轴承本身误差、轴承间隙、轴承间同轴

13、度误差，各段轴轴承本身误差、轴承间隙、轴承间同轴度误差，各段轴 颈、轴孔的同轴度误差主轴系统的刚度和热变形等。颈、轴孔的同轴度误差主轴系统的刚度和热变形等。 但它们对主轴回转精度的影响大小随加工方式而不同但它们对主轴回转精度的影响大小随加工方式而不同主轴采用滑动轴承的车床类，主轴受力方向一定，主轴颈主轴采用滑动轴承的车床类，主轴受力方向一定，主轴颈圆度误差影响较大，轴承内径圆度误差没影响圆度误差影响较大，轴承内径圆度误差没影响镗床主轴受力随镗刀旋转方向不断变化轴承孔误差影响大镗床主轴受力随镗刀旋转方向不断变化轴承孔误差影响大滚动轴承结构复杂，影响主轴精度因素也较复杂滚动轴承结构复杂，影响主轴精

14、度因素也较复杂除轴承本身精度外，与配合件精度有很大关系如主轴轴除轴承本身精度外，与配合件精度有很大关系如主轴轴颈、支承座孔等精度颈、支承座孔等精度产生产生轴向窜动主要原因轴向窜动主要原因是主轴轴肩端面和轴承承载端面是主轴轴肩端面和轴承承载端面对主轴回转轴线有垂直度误差。对主轴回转轴线有垂直度误差。主轴主轴不同形式的不同形式的回转误差引起的加工误差不同回转误差引起的加工误差不同 车床上加工外圆内孔时，车床上加工外圆内孔时，主轴径向跳动主轴径向跳动引起工件圆度和引起工件圆度和圆柱度误差，对工件端面无影响；圆柱度误差，对工件端面无影响； 轴向窜动轴向窜动对圆柱表面影响不大，对端面垂直度平面度影对圆柱

15、表面影响不大，对端面垂直度平面度影响大，车削螺纹时会造成导程的周期性误差；响大，车削螺纹时会造成导程的周期性误差； 纯角度摆动纯角度摆动会造成车削外圆或内孔的锥度误差；在镗孔会造成车削外圆或内孔的锥度误差；在镗孔时，会使镗出的孔为椭圆形。时，会使镗出的孔为椭圆形。纯角度摆动纯角度摆动会造成车削外圆或内孔的锥度误差；在镗孔会造成车削外圆或内孔的锥度误差；在镗孔时，若工件进给会使镗出的孔为椭圆形。时，若工件进给会使镗出的孔为椭圆形。提高主轴及支承座孔的加工精度，选用高精度轴承，提高提高主轴及支承座孔的加工精度，选用高精度轴承，提高主轴部件装配精度、预紧和平衡等，提高主轴回转精度。主轴部件装配精度、

16、预紧和平衡等，提高主轴回转精度。2 2）机床导轨误差）机床导轨误差 导轨精度要求主要有以下三方面：导轨精度要求主要有以下三方面： 在水平面内的直线度在水平面内的直线度（以卧式车床为例）（以卧式车床为例）1将直接反映在工件加工表面法线方向（误差敏感方向）将直接反映在工件加工表面法线方向（误差敏感方向）上，误差上，误差R =1 ，对加工精度影响最大。，对加工精度影响最大。刀尖在水平面内的运动轨迹造成工件轴向形状误差。刀尖在水平面内的运动轨迹造成工件轴向形状误差。 在垂直面内的直线度在垂直面内的直线度 对工件的尺寸和形状误差影响比对工件的尺寸和形状误差影响比1小得多小得多对卧式车床对卧式车床R 22

17、/D 若设若设2= = 0.10.1mm, ,D=40=40mm，则则R =0.00025=0.00025mm，影响可忽略不计。而对平面磨床、龙，影响可忽略不计。而对平面磨床、龙门刨床误差将直接反映在工件上。门刨床误差将直接反映在工件上。导轨在垂直面内的直线度的特殊情况为斜坡状，导轨在垂直面内的直线度的特殊情况为斜坡状，加工的工件轴向形状为鞍形。加工的工件轴向形状为鞍形。 前后导轨的平行度（扭曲）前后导轨的平行度（扭曲） 卧式车床或外圆磨床若前后导轨存在平行度误差时，卧式车床或外圆磨床若前后导轨存在平行度误差时，刀具和工件之间相对位置发生变化，刀尖运动轨迹是一刀具和工件之间相对位置发生变化，刀

18、尖运动轨迹是一条空间曲线，使工件产生形状误差。条空间曲线，使工件产生形状误差。 若扭曲误差为若扭曲误差为3,工件误差工件误差R(H/B)3 ，一般车床，一般车床H/B2/3，外圆磨床，外圆磨床H/B1，误差对加工精度影响很大，误差对加工精度影响很大除导轨制造误差外，导轨的不均匀磨损和安装质量，也除导轨制造误差外，导轨的不均匀磨损和安装质量，也是造成导轨误差的重要因素。导轨磨损是机床精度下降是造成导轨误差的重要因素。导轨磨损是机床精度下降的主要原因之一。可采用耐磨合金铸铁、镶钢导轨、贴的主要原因之一。可采用耐磨合金铸铁、镶钢导轨、贴塑导轨、滚动导轨导轨表面淬火等措施。塑导轨、滚动导轨导轨表面淬火

19、等措施。两导轨间的平行度误差两导轨间的平行度误差）机床传动链误差）机床传动链误差 指机床内传动链始末两端的传动元件间相对运动的误差，指机床内传动链始末两端的传动元件间相对运动的误差， 一般用传动链末端元件的转角误差来衡量。产生的原因一般用传动链末端元件的转角误差来衡量。产生的原因 是传动链中各传动元件的制造误差、装配误差及磨损等。是传动链中各传动元件的制造误差、装配误差及磨损等。若传动齿轮若传动齿轮 i 在某一时刻产生转角误差为在某一时刻产生转角误差为i，则它所，则它所造成传动链末端元件的转角误差：造成传动链末端元件的转角误差：wi =Ki i Ki 为该轴到末端元件的总传动比，称为误差传递系

20、数，为该轴到末端元件的总传动比，称为误差传递系数，若若Ki大于大于1 1则误差被扩大；反之，若则误差被扩大；反之，若Ki小于小于1 1误差被缩小。误差被缩小。各传动件对工件精度影响的总和为：各传动件对工件精度影响的总和为： = wi= Ki i 减少传动链误差的措施：减少传动链误差的措施： 尽可能缩短传动链，减少传动元件数目；尽可能缩短传动链，减少传动元件数目； 尽量尽量采用降速传动，误差被缩小；采用降速传动，误差被缩小； 提高传动元件、特别是末端元件的制造和提高传动元件、特别是末端元件的制造和 装配精度；装配精度； 消除传动间隙；消除传动间隙；采用误差补偿机构或自动补偿装置。采用误差补偿机构

21、或自动补偿装置。 包括刀具切削部、装夹部的制造误差及包括刀具切削部、装夹部的制造误差及刀具安装误差刀具安装误差 定尺寸刀具定尺寸刀具 刀具尺寸精度直接影响工件尺寸精度刀具尺寸精度直接影响工件尺寸精度 成形刀具成形刀具 刀具形状精度直接影响工件形状精度刀具形状精度直接影响工件形状精度 展成刀具展成刀具 刀刃形状精度会影响工件加工精度刀刃形状精度会影响工件加工精度 一般刀具一般刀具 制造精度对工件加工精度无直接影响制造精度对工件加工精度无直接影响4.2.3刀具的制造误差及磨损 在工序在工序的调整工作中所存在的误差即调整误差的调整工作中所存在的误差即调整误差 一次调整后存在的误差对这一批零件的影响是

22、不变的。一次调整后存在的误差对这一批零件的影响是不变的。 但但大批量加工中存在多次调大批量加工中存在多次调 整，不可能每次完全相同。整，不可能每次完全相同。 对全部零件来说，每次调整对全部零件来说，每次调整 误差为偶然性误差。机床调误差为偶然性误差。机床调 整误差可理解为零件尺寸分整误差可理解为零件尺寸分 布曲线中心的最大偏移量。布曲线中心的最大偏移量。加工中不产生废品的加工中不产生废品的条件：条件：fb+ +tT4.2.4调整误差 夹具的作用是使工件相对于刀具和机床具有正确的位置，因此夹具的制造误差对工件的加工精度 (特别是位置精度) 有很大影响。图5-10 工件在夹具中装夹示意4.2.5夹

23、具误差1.1.基本概念基本概念4.3工艺系统的受力变形4.3.1工艺系统刚度2.工艺系统刚度工艺系统刚度工艺系统抵抗变形的能力可用工艺系统刚度工艺系统抵抗变形的能力可用工艺系统刚度 k系系来描述。来描述。垂直作用于工件加工表面的径向切削分力垂直作用于工件加工表面的径向切削分力Fy与工艺系统在与工艺系统在该方向上的变形该方向上的变形y之间的比值，称为工艺系统刚度之间的比值，称为工艺系统刚度 k系系 k系系= Fy / y y = yFx+ yFy+ yFz刀具刚度刀具刚度 外圆刀具在加工表面法线方向上的刚度很大变形可忽略；外圆刀具在加工表面法线方向上的刚度很大变形可忽略； 镗小孔刀杆刚度很差，变

24、形对加工精度影响很大，刀杆变镗小孔刀杆刚度很差，变形对加工精度影响很大，刀杆变 形按材料力学公式估算。形按材料力学公式估算。零件刚度零件刚度 若零件刚度相对于机床、刀具、夹具来说比较低，其变形若零件刚度相对于机床、刀具、夹具来说比较低，其变形 对加工精度影响比较大，最大变形量按材料力学公式估算。对加工精度影响比较大，最大变形量按材料力学公式估算。长轴两顶尖装夹按简支梁计算，三爪卡盘装夹按悬臂梁计算长轴两顶尖装夹按简支梁计算，三爪卡盘装夹按悬臂梁计算工件和刀具的刚度工件和刀具的刚度可按材料力学的有关公式求得其近似值。可按材料力学的有关公式求得其近似值。悬臂梁公式：悬臂梁公式： ； 简支梁公式：简

25、支梁公式： ； EILFyy333yLEI3yFK EILFyy4833yLEI48yFK 3.工艺系统刚度的测定及计算工艺系统刚度的测定及计算 （1）机床部件刚度）机床部件刚度 机床结构形状复杂，刚度计算主要通过实验方法来测定。机床结构形状复杂，刚度计算主要通过实验方法来测定。 变形与载荷不成线性关系；变形与载荷不成线性关系； 加载与卸载曲线不重合；加载与卸载曲线不重合； 有残余变形存在；实际刚度比估算的小有残余变形存在；实际刚度比估算的小机床部件的变形曲线及其特点机床部件的变形曲线及其特点（三次加载与卸载变形曲线的特点）（三次加载与卸载变形曲线的特点） 变形曲线是非线性的。不符合虎克定律，

26、反映出变形曲线是非线性的。不符合虎克定律，反映出部件的变形不仅仅是弹性变形。部件的变形不仅仅是弹性变形。 加载曲线与卸载曲线不重合。表明在加卸载过程加载曲线与卸载曲线不重合。表明在加卸载过程中有能量消耗。中有能量消耗。 卸载后变形曲线不能回到起始点。表明在变形过卸载后变形曲线不能回到起始点。表明在变形过程中存在塑性变形和残余变形。程中存在塑性变形和残余变形。 部件的变形曲线与单个构件的变形曲线相差较大。部件的变形曲线与单个构件的变形曲线相差较大。 （2）影响机床部件刚度的因素）影响机床部件刚度的因素 结合面接触变形结合面接触变形接触表面间的名义压强的增量与接触变形的增量之比称为接触表面间的名义

27、压强的增量与接触变形的增量之比称为接触刚度。零件表面越粗糙，形状误差越大，材料硬度低，接触刚度。零件表面越粗糙，形状误差越大，材料硬度低，接触刚度越小。接触刚度越小。 薄弱零件本身的变形薄弱零件本身的变形 连接表面间的间隙连接表面间的间隙 接触表面间的摩擦接触表面间的摩擦 变形滞后现象变形滞后现象 连接件夹紧力的影响连接件夹紧力的影响 （3 3）工艺系统刚度的计算）工艺系统刚度的计算 总变形总变形 y系系 = y机机+ y夹夹+ y刀刀+ y工工 k系系= Fy / y系系，k机机= Fy / y机机 ， k夹夹= Fy / y夹夹 ， k刀刀= Fy / y刀刀 ， k工工= Fy / y工

28、工 所以，所以， k系系= 1/(1/ k机机+ 1/ k夹夹+ 1/ k刀刀+ 1/ k工工) 工艺系统刚度比刚度最小环节的刚度还要差工艺系统刚度比刚度最小环节的刚度还要差切削力位置的变化对加工精度的影响切削力位置的变化对加工精度的影响 设刀具工件刚度很大设刀具工件刚度很大 总变形总变形 y系系= y刀架刀架+ yx4.3.2工艺系统受力变形对加工精度的影响设刀具工件刚度很大设刀具工件刚度很大 总变形总变形 y系系= y刀架刀架+ yx y主主=FA/k主主=Fy(l-x) /(l k主主)，y尾尾=FB /k尾尾=Fyx /(l k尾尾) y系系= y刀架刀架+ yx=Fy 当当x = 0

29、时，时， y系系= ？;当当 x = l 时，时， y系系= ？ 当当 x = k尾尾l /(k主主+ k尾尾)时，时，y系系min= Fy ly尾尾- y主主xyx- y主主=yx =y尾尾x ll-x l+y主主1 k刀架刀架+1 k主主1 k尾尾x l2l-x l2+若工件刚性较差应考虑其变形，按简支梁计算若工件刚性较差应考虑其变形，按简支梁计算 y工工= y系系= y刀架刀架+yx+y工工Fy 3EI(l-x)2x2l1 k刀架刀架+1 k主主+ k尾尾讨论：讨论：1. 在在 x 处工件半径处工件半径 Rx=R+ y刀架刀架+yx+y工工 半径误差半径误差R= Rx-R= y刀架刀架+

30、yx+y工工= y系系2. 一次走刀中若一次走刀中若 y系系为常量，不会造成工件形状为常量，不会造成工件形状 误差和尺寸不一误差和尺寸不一3.若工件刚性大若工件刚性大l/D5，可不考虑，可不考虑 y工工， y系系是是 x 的二次函数的二次函数 圆柱度误差圆柱度误差 = ymax- ymin4. 若工件为细长轴刚性很差，系统变形主要是工若工件为细长轴刚性很差，系统变形主要是工 件变形，当件变形，当 x=l/2时，时， y工工max=Fyl3/(48EI) 切削力大小变化对加工精度的影响切削力大小变化对加工精度的影响毛毛 = ap1 ap2工工 = y1 y2误差复映系数误差复映系数=工工 /毛毛

31、 Fy=Cy f yapxHBSn =C apx C ap Fy1= C (ap1 y1 ) C ap1 Fy2= C (ap2 y2 ) C ap2 工工 = y1 y2=(Fy1- Fy2)/k系系 = (C ap1 C ap2) /k系系=工工 /毛毛= C(ap1 ap2) /(k系系(ap1 ap2)= C /k系系1. =工工 /毛毛= C /k系系 总是小于总是小于1，有修正误差的能力，有修正误差的能力 多次进给多次进给=1232. k系系越大，越大，就越小，复映到工件上的误差越小就越小，复映到工件上的误差越小3. C减小，减小， 就越小，应采取减小就越小，应采取减小Fy的措施的

32、措施讨论：讨论：工艺系统中其它作用力对加工精度的影响工艺系统中其它作用力对加工精度的影响 传动力对加工精度的影响传动力对加工精度的影响 夹紧力对加工精度的影响夹紧力对加工精度的影响 重力对加工精度的影响重力对加工精度的影响4.3.3 4.3.3 减小工艺系统受力变形的途径减小工艺系统受力变形的途径1 1）提高零件配合表面的接触刚度）提高零件配合表面的接触刚度2 2）提高刀具与工件的安装刚度）提高刀具与工件的安装刚度3 3）提高机床构件的刚度）提高机床构件的刚度4 4）合理装夹工件）合理装夹工件, ,减少夹紧变形减少夹紧变形2.2.减小切削力及其变化减小切削力及其变化1.1.提高工艺系统刚度提高

33、工艺系统刚度工艺系统在各种热源的影响下会产生很复杂的变形，工艺系统在各种热源的影响下会产生很复杂的变形，导致工件产生加工误差导致工件产生加工误差 1）内部热源）内部热源 包括包括切削热、摩擦热和派生热源切削热、摩擦热和派生热源2）外部热源）外部热源 包括包括环境温度、辐射热环境温度、辐射热4.4工艺系统受热变形引起的误差4.4.1工艺系统的热源 1）工件均匀受热）工件均匀受热 车镗轴套类零件圆柱面，长度及径向受热变形。车镗轴套类零件圆柱面，长度及径向受热变形。 若在受热时测量达到规定尺寸，冷却后尺寸变小，若在受热时测量达到规定尺寸，冷却后尺寸变小， 可能出现尺寸超差。可能出现尺寸超差。 2）工

34、件不均匀受热）工件不均匀受热 铣、刨、磨平面等，工件单面受热产生弯曲变形铣、刨、磨平面等，工件单面受热产生弯曲变形 磨削细长轴时工件温生逐渐增加磨削细长轴时工件温生逐渐增加4.4.2工艺系统热变形对加工精度的影响工件的热变形工件的热变形均匀变形与非均匀变形均匀变形与非均匀变形3）刀具热变形对加工精度的影响）刀具热变形对加工精度的影响主要是主轴部件、床身导轨及两者相对位置的热变形主要是主轴部件、床身导轨及两者相对位置的热变形4）机床热变形对加工精度的影响）机床热变形对加工精度的影响1.减少发热和隔热 2.改善散热条件3.均衡温度场4.改进机床结构（1）采用热对称结构（2）合理选择装配基准（3）合

35、理设计零部件的相对位置4.4.3减小工艺系统热变形的途径牛头刨床滑枕热变形及结构改进示意图牛头刨床滑枕热变形及结构改进示意图a a) ) 原滑枕截面图原滑枕截面图 b)b)原滑枕热变形示意图原滑枕热变形示意图 c) c) 滑枕热对称结构滑枕热对称结构(5)加快温度场的平衡(6)控制环境温度4.4.3减小工艺系统热变形的途径 没有外力作用而存在于零件内部的应力，称为内应力。 工件上一旦产生内应力之后，就会使工件金属处于一种高能位的不稳定状态，它本能地要向 低能位的稳定状态转化，并伴随有变形发生，从而使工件丧失原有的加工精度。4.5、内应力对加工精度的影响1.基本概念几种产生内应力的工艺过程 1.

36、毛坯制造中产生的内应力毛坯制造中产生的内应力 铸造、锻造、焊接和热处理过程中，铸造、锻造、焊接和热处理过程中，因热胀冷缩不匀以及金相组织转变因热胀冷缩不匀以及金相组织转变 2.冷校直带来的内应力冷校直带来的内应力4.5.1 4.5.1 毛坯制造中产生的内应力毛坯制造中产生的内应力4.5.2 4.5.2 冷校直过程中产生的内应力冷校直过程中产生的内应力4.5.3 切削加工的附加应力切削加工的附加应力 切除金属后，破坏了原有的内应力平衡切除金属后，破坏了原有的内应力平衡 高温、高压下，局部表面层因不均匀的高温、高压下，局部表面层因不均匀的塑性变形而产生内应力塑性变形而产生内应力4.5.4 工件热处

37、理时的内应力工件热处理时的内应力减小内应力变形误差的途径 (1)改进零件结构 在设计零件时，尽量做到壁厚均匀，结构对称，以减少内应力的产生。 (2)增设消除内应力的热处理工序 铸件、锻件、焊接件在进入机械加工之前，应进行退火、回火等热处理，加速内应力变形的进程；对箱体、床身、主轴等重要零件，在机械加工工艺中尚需适当按排时效处理工序。 (3)合理安排工艺过程 粗加工和精加工宜分阶段进行，使工件在粗加工后有一定的时间来松弛内应力。（1）加工误差的分类）加工误差的分类1）系统误差）系统误差 常值系统误差：常值系统误差：原理机床刀夹量具制造调整误差原理机床刀夹量具制造调整误差 变值系统误差：变值系统误

38、差：机床刀具热变形、刀具磨损机床刀具热变形、刀具磨损2）随机误差）随机误差: 误差复映定位夹紧操作误差内应力变形误差复映定位夹紧操作误差内应力变形对系统误差可循其规律加以调整或补偿来消除对系统误差可循其规律加以调整或补偿来消除对随机误差只能缩小其变动范围无法完全消除对随机误差只能缩小其变动范围无法完全消除4.6加工误差的统计分析法1.1.系统性误差系统性误差顺次加工一批工件时所产生的大小和方向不变或顺次加工一批工件时所产生的大小和方向不变或按一定规律变化的误差。系统性误差又分为常值系统按一定规律变化的误差。系统性误差又分为常值系统性误差和变值系统性误差。性误差和变值系统性误差。 1 1）常值系

39、统性误差）常值系统性误差 大小和方向保持不变的误差。它不随时间等因素大小和方向保持不变的误差。它不随时间等因素变化。如原理误差，调整误差、机械实体误差引起的变化。如原理误差，调整误差、机械实体误差引起的加工误差等都是常值系统性误差。加工误差等都是常值系统性误差。2 2）变值系统性误差）变值系统性误差大小和方向按一定规律变化的误差。它可以线线大小和方向按一定规律变化的误差。它可以线线性变化，也可以是非线性变化。例如刀具在正常磨损性变化，也可以是非线性变化。例如刀具在正常磨损阶段的磨损量与切削路程长度是近似线性的关系，该阶段的磨损量与切削路程长度是近似线性的关系，该原始误差及其引起的加工误差都是线

40、性变值系统性误原始误差及其引起的加工误差都是线性变值系统性误差。而刀具的热伸长，在未达到热平衡状态时，其伸差。而刀具的热伸长，在未达到热平衡状态时，其伸长量与时间呈指数曲线关系，这种原始误差及其加工长量与时间呈指数曲线关系，这种原始误差及其加工误差为非线性的变值系统性误差。误差为非线性的变值系统性误差。2. 2. 随机性误差随机性误差 顺次加工一批工件所产生的大小，方向无规律变顺次加工一批工件所产生的大小，方向无规律变化的误差称为随机性误差。化的误差称为随机性误差。如毛坯误差、定位误差、夹紧误差，内应力变形如毛坯误差、定位误差、夹紧误差，内应力变形等引起的加工误差都是随机性误差。随机性误差只能

41、等引起的加工误差都是随机性误差。随机性误差只能通过数理统计方法来揭示其总体规律，然后采取措施通过数理统计方法来揭示其总体规律，然后采取措施加以控制。加以控制。在多数情况下，标志随机性加工误差的标准偏差在多数情况下，标志随机性加工误差的标准偏差统计值中隐含统计值中隐含变值系统性误差变值系统性误差，如果能通过点图法、，如果能通过点图法、相关分析法将其揭示出来，并采取针对性措施加以消相关分析法将其揭示出来，并采取针对性措施加以消除，其值是可以减小的。除，其值是可以减小的。 大量生产实践表明，在调整好的机床上加工一批工件，如加工进行大量生产实践表明，在调整好的机床上加工一批工件，如加工进行情况正常，其

42、实际加工尺寸的分布大都遵循正态分布规律。其方程式为情况正常，其实际加工尺寸的分布大都遵循正态分布规律。其方程式为22121xxey式中式中 y-尺寸分布的概率密度；尺寸分布的概率密度； x-样件尺寸；样件尺寸； x-样件平均尺寸样件平均尺寸(分散范围中心分散范围中心)； -均方根差均方根差(分散程度分散程度)； n -样件数样件数niixnx1121)(1xxnnii4.6.1 分布曲线法（分布曲线法（概率密度函数概率密度函数-正态分布曲线或称高斯曲线）正态分布曲线或称高斯曲线） 正态分布曲线所包含的总面积代表了全部工件。正态分布曲线所包含的总面积代表了全部工件。图中阴影部分的面积图中阴影部分

43、的面积F1表示尺寸从表示尺寸从x 到到x 的工件的概率。的工件的概率。 在实际计算时，我们可以直接采用前人已经作出的积分表。在实际计算时，我们可以直接采用前人已经作出的积分表。xxxxdxeF221121 xx xx xx xx xxFFFFF0.000.010.020.030.04 0.00000.00400.00800.01200.0160 0.200.220.240.260.28 0.07930.08710.09480.10230.1103 0.600.620.640.660.68 0.22570.23240.23890.24540.2517 1.001.051.101.151.20 0

44、.34130.35310.36430.37490.3849 2.002.102.202.302.40 0.47740.48210.48610.48930.4918 表7-2 标准正态分布概率密度函数积分表正态分布曲线的特点：正态分布曲线的特点： 曲线对称于曲线对称于 ，以，以 为中点的正负偏差概率相为中点的正负偏差概率相等。等。 曲线与曲线与X X轴之间所围成的面积等于轴之间所围成的面积等于1 1。 为正态分布随机变量总体的算术平均值。代表为正态分布随机变量总体的算术平均值。代表了一批工件加工尺寸的算术平均值，决定了一批工件了一批工件加工尺寸的算术平均值，决定了一批工件加工尺寸的分布中心及其坐

45、标位置。加工尺寸的分布中心及其坐标位置。 为正态分布随机变量的均方差。决定了正态分为正态分布随机变量的均方差。决定了正态分布曲线的形状和分散范围。布曲线的形状和分散范围。XX X即图中阴影面积即图中阴影面积可利用概率密度可利用概率密度积分表计算积分表计算3） 工件尺寸在某区间内的概率工件尺寸在某区间内的概率工件尺寸落在工件尺寸落在 3范围内的概范围内的概率为率为 99.73%若尺寸分布中心与若尺寸分布中心与公差中心重合，公差中心重合，不不产生废品的条件是产生废品的条件是：T 6若中心不重合存在常值系统误差若中心不重合存在常值系统误差系系，T 6系系x如果某工序加工出的一批工件，其尺寸分布符合正

46、态分布曲线时，工件如果某工序加工出的一批工件，其尺寸分布符合正态分布曲线时，工件加工误差在加工误差在3以内的工件数可达总数的以内的工件数可达总数的99.73(=2*0.49865)，也就是，也就是工件尺寸在工件尺寸在3以外的工件数只占总数的以外的工件数只占总数的0.27，这在实际生产中是完，这在实际生产中是完全允许的。因此，全允许的。因此，3(或或6)在研究加工误差时应用很广，是一个很重在研究加工误差时应用很广，是一个很重要的概念。要的概念。它表示某种加工方法所产生的工件尺寸分散范围，即加工误它表示某种加工方法所产生的工件尺寸分散范围，即加工误差，也可差，也可表示某种加工方法的平均经济加工精度

47、或工序能力表示某种加工方法的平均经济加工精度或工序能力P，即工序，即工序能力能力P=6。 工序能力的大小由工序能力系数工序能力的大小由工序能力系数Cp表示。表示。 Cp=T6 式中式中 T-工件尺寸的公差；工件尺寸的公差； -加工尺寸的均方根误差。加工尺寸的均方根误差。当样件数当样件数n很小时，很小时，的估计值为的估计值为niixxnS12)(11正态分布曲线图的应用正态分布曲线图的应用1 1）判别加工误差的性质）判别加工误差的性质 对常值系统误差的判别对常值系统误差的判别2 2）判断工艺能力及其系数）判断工艺能力及其系数 加工精度的验证加工精度的验证 工艺能力系数验证工艺能力系数验证 根据的

48、大小将工艺能力分为根据的大小将工艺能力分为5 5个等级个等级3 3）估算废品率及不可修复废品率）估算废品率及不可修复废品率 6 6TCppC例：例：轴轴20-0.1，= 0.025，xT = -(0.03) 求常值系统误差、随机误差，合格率、不合格率求常值系统误差、随机误差，合格率、不合格率x0解：解： 公差带中心公差带中心 xT = 19.95 尺寸分布中心尺寸分布中心 = xT += 19.95 +0.03 = 19.98 常值系统误差常值系统误差系系 = - xT = 0.03 随机误差随机误差 6= 6 0.025 = 0. 15 或或3=0.075xx 计算合格率、不合格率计算合格率

49、、不合格率 6= 0. 15 T = 0.1， Cp=T /6= 0.1/0. 15 =0.67工件极限尺寸工件极限尺寸 xmin= xA= 19.9 ， xmax= xB= 20 zA =( - xA)/= (19.98 -19.9)/0.025=3.2 (zA)= 0.49931 zB =( xB - )/= (20 -19.98)/0.025 =0.8 (zB)= 0.2881合格率合格率=(zA)+(zB)= 0.49931+0.2881=0.78741=78.741%废品率废品率 0.5-0.49931=0.069% 0.5-0.2881=21.19% 可修复可修复xx 4） 利用分

50、布曲线进行误差分析利用分布曲线进行误差分析非正态分布曲线非正态分布曲线5 5）分布曲线法特点）分布曲线法特点 1）采用大样本，较接近实际地反映工艺过程总体；）采用大样本，较接近实际地反映工艺过程总体； 2）能将常值系统误差从误差中区分开；）能将常值系统误差从误差中区分开； 3）在全部样本加工后绘出曲线，不能反映先后顺）在全部样本加工后绘出曲线，不能反映先后顺 序，不能将变值系统误差从误差中区分开；序，不能将变值系统误差从误差中区分开； 4）不能及时提供工艺过程精度的信息，事后分析；）不能及时提供工艺过程精度的信息，事后分析； 5）计算复杂，只适合工艺过程稳定的场合。）计算复杂，只适合工艺过程稳

51、定的场合。点图分析法点图分析法 计算简单，能及时提供主动控制信息，计算简单，能及时提供主动控制信息，可用于稳定过程、也可用于不稳定过程。可用于稳定过程、也可用于不稳定过程。 4.6.2 点图点图（1）逐点点图）逐点点图 依次测量每件尺寸记入横坐标为零件号纵为尺寸的图表中依次测量每件尺寸记入横坐标为零件号纵为尺寸的图表中按加工顺序逐个地测量一批工件的尺寸（或误差），按加工顺序逐个地测量一批工件的尺寸（或误差），以工件序号（或工件的组序序号）为横坐标，以测量的工件以工件序号（或工件的组序序号）为横坐标，以测量的工件尺寸（或误差）为纵坐标而构成点图。从个值点图中反映出尺寸（或误差）为纵坐标而构成点图

52、。从个值点图中反映出每个工件（或每组）的尺寸（或误差）的变化与加工时间的每个工件（或每组）的尺寸（或误差）的变化与加工时间的关系，能较清楚地表示出加工过程中加工误差地性质及其变关系，能较清楚地表示出加工过程中加工误差地性质及其变化趋势。并可区别变值系统误差与随机误差及其变化趋势化趋势。并可区别变值系统误差与随机误差及其变化趋势（2）均值）均值-极差点图极差点图 采用顺序小样本（采用顺序小样本（46） ，由小样本均值点图和极差点，由小样本均值点图和极差点 图组成，横坐标为小样本组序号。具体作法如下：图组成，横坐标为小样本组序号。具体作法如下： 定期测小样本尺寸；定期测小样本尺寸； 计算均值计算均

53、值 和极差和极差R： R =xmax- xmin 确定中心线确定中心线 和和 R 小样本组小样本组20 30 确定上下控制线确定上下控制线 ，定期描点，定期描点xx点图上、下控制线的确定点图上、下控制线的确定1221=+=-kiixxkUCLxARLCLxAR 中 线 上控制限下控制限R 图：1121=kiiRRkUCLDRLCLDR上控制限 下控制限 中 线 图： x-xR均值点图反映了质量指标分布中心均值点图反映了质量指标分布中心(系统误差系统误差)的变化的变化 极差点图反映了质量指标分布范围极差点图反映了质量指标分布范围(随机误差随机误差)的变化的变化（3）均值）均值-极差点图分析极差点图分析 生产过程稳定的标志：生产过程稳定的标志： 没有点子超出控制线；没有点子超出控制线；