机械制造技术基础--第5章

1、1第一节第一节 机械加工精度的基本概念机械加工精度的基本概念第二节第二节 影响加工精度的因素及其分析影响加工精度的因素及其分析第三节第三节 加工误差的综合分析加工误差的综合分析第四节第四节 机械加工表面质量机械加工表面质量第五节第五节 机械加工工程中振动的基本概念机械加工工程中振动的基本概念2尺寸精度尺寸精度形状精度形状精度位置精度位置精度（通常形状误差限制在位置公差内，位（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）置公差限制在尺寸公差内）表面粗糙度表面粗糙度波度波度纹理方向纹理方向伤痕伤痕加工精度加工精度表面质量表面质量表面几何形状精度表面几何形状精度表面缺陷层表面缺陷层表层加

2、工硬化表层加工硬化表层金相组织变化表层金相组织变化表层残余应力表层残余应力加工质量加工质量3一、加工精度与加工误差一、加工精度与加工误差 加工精度是指零件加工后的实际几何参数加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状及各表面相互位置等参数）与图样（尺寸、形状及各表面相互位置等参数）与图样规定的理想零件的几何参数的符合程度。规定的理想零件的几何参数的符合程度。符合程符合程度越高，加工精度就越高。反之，越低。度越高，加工精度就越高。反之，越低。 零件的形状公差和位置公差一般应为相应尺寸公差的零件的形状公差和位置公差一般应为相应尺寸公差的1/31/31/21/2左右，在同一要素上给出的形状公差

3、值应小于位置公差值。左右，在同一要素上给出的形状公差值应小于位置公差值。 加工误差是指零件加工后的实际几何参数对加工误差是指零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度。所以，加工误差的大理想几何参数的偏离程度。所以，加工误差的大小反映了加工精度的高低。小反映了加工精度的高低。4二、加工经济精度二、加工经济精度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 加工经济精度是指在正常生产条件下（采用符合质量加工经济精度是指在正常生产条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人，不延长加标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人，不延长加工时间）所能保证的加工精度，如图中

4、之工时间）所能保证的加工精度，如图中之ABAB范围。范围。5定尺寸刀具加工定尺寸刀具加工试切法切削轴试切法切削轴三、零件获得加工精度的方法三、零件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 试切法试切法 定尺寸刀具法定尺寸刀具法 调整法调整法 自动控制法自动控制法6获得形状精度的方法获得形状精度的方法 轨迹法轨迹法 成形刀具法成形刀具法 展成法展成法获得位置精度的方法获得位置精度的方法 直接装夹法直接装夹法 找正装夹法找正装夹法 夹具装夹法夹具装夹法7 在机械加工时，机床、夹具、刀具和工件就构成在机械加工时，机床、夹具、刀具和工件就构成一个完整的系统。工艺系统中的误差是造成零件加工

5、一个完整的系统。工艺系统中的误差是造成零件加工误差的根源，故称为原始误差。误差的根源，故称为原始误差。例：活塞加工中例：活塞加工中以止口定位、顶以止口定位、顶部夹紧的精镗销部夹紧的精镗销孔工序的加工过孔工序的加工过程，分析影响工程，分析影响工件和刀具间相互件和刀具间相互位置的种种因素位置的种种因素。1-1-对刀误差；对刀误差；2-2-夹紧误差；夹紧误差；3-3-定位误差；定位误差；4-4-导轨误差导轨误差8工工艺艺系系统统原原始始误误差差工艺系统原始工艺系统原始状态有关的原状态有关的原始误差始误差( (工艺系工艺系统静误差统静误差) )与工艺过程有与工艺过程有关的原始误差关的原始误差( (工艺

6、系统动误工艺系统动误差差) )原理误差原理误差定位误差定位误差调整误差调整误差刀具误差刀具误差夹具误差夹具误差机床误差机床误差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刀具磨损刀具磨损测量误差测量误差工件残余应力引起的变形工件残余应力引起的变形主轴回转误差主轴回转误差导轨导向误差导轨导向误差传动误差传动误差9一、原理误差一、原理误差 原理误差是指由于采用了近似的加工方法、近原理误差是指由于采用了近似的加工方法、近似的成形运动或近似的刀具轮廓而产生的误差。似的成形运动或近似的刀具轮廓而产生的误差。 例如滚齿用的齿轮滚刀，就有两种误差，一是为了制造方便，例如滚齿用的齿轮滚刀，

7、就有两种误差，一是为了制造方便，采用阿基米德蜗杆代替渐开线基本蜗杆而产生的刀刃齿廓近似造形采用阿基米德蜗杆代替渐开线基本蜗杆而产生的刀刃齿廓近似造形误差；二是由于滚刀切削刃数有限，切削是不连续的，因而滚切出误差；二是由于滚刀切削刃数有限，切削是不连续的，因而滚切出的齿轮齿形不是光滑的渐开线，而是折线。的齿轮齿形不是光滑的渐开线，而是折线。 成形车刀、成形铣刀也采用了近似的刀具轮廓。成形车刀、成形铣刀也采用了近似的刀具轮廓。 采用近似的成形运动和刀具刃形，不但可以简化机床或刀具的采用近似的成形运动和刀具刃形，不但可以简化机床或刀具的结构，而且能提高生产效率和加工的经济效益。结构，而且能提高生产效

8、率和加工的经济效益。10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垂直面内的直线度垂直面内的直线度水平面内的直线度水平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、机床几何误差二、机床几何误差11 床身导轨在垂直面内有直线度误差如图示，会引起刀尖产生床身导轨在垂直面内有直线度误差如

9、图示，会引起刀尖产生切向位移切向位移z z，造成工件在半径方向产生的误差，造成工件在半径方向产生的误差R R为：为：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222)(RRRZ DRRzz222 12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 y时时, ,引起工件在半径方向引起工件在半径方向的误差为：的误差为：R R= = y ymmDmmzy40;1 . 0 mmR00025. 0401 . 02 RmmR 4001 . 0假设：则：13 对平面磨床，龙门刨床对平面磨床，龙门刨床及铣床等，导轨

10、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，造成形状误被加工工件上，造成形状误差（图）。差（图）。 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产生在加工表面法向方向Y Y（误差敏感方向），对加工（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精度有直接影响；产生在加工表面切向方向Z Z（误差非（误差非敏感方向）敏感方向） ，可忽略不计。，可忽略不计。 龙门刨床导轨垂直面内

11、直线度误差龙门刨床导轨垂直面内直线度误差 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14前后导轨平行度误差的影响前后导轨平行度误差的影响 从图可知，车床前后从图可知，车床前后导轨扭曲的最终结果反映导轨扭曲的最终结果反映在工件上，于是产生了加在工件上，于是产生了加工误差工误差y y。从几何关系中。从几何关系中可得出：可得出： y:Hy:H:A:A即即 yHyH/A/A 一般车床一般车床H2A/3H2A/3，外，外圆磨床圆磨床HAHA，因此该项原，因此该项原始误差对加工精度的影响始误差对加工精度的影响很大。很大。15机床主轴回转误差机床主轴回转误差主轴回转误差的基本形式主轴回转误差

12、的基本形式16 工件回转类工件回转类刀具回转类刀具回转类误差敏感误差敏感方向不变方向不变加工时误差敏感加工时误差敏感方向和切削力方方向和切削力方向随主轴回转而向随主轴回转而不断变化不断变化下面以在镗床上镗孔、车床上车外圆为例来说明主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。轴回转误差对加工精度的影响。机床机床17车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 车床加工：工件回转，刀车床加工：工件回转，刀具移动。具移动。假设主轴轴线沿假设主轴轴线沿y轴轴作简谐运动，在工件的作简谐运动，在工件的1处处（主轴中心偏移最大之处）切（主轴中心偏移最大之处）

13、切出的半径比在工件的出的半径比在工件的2、4处切处切出的半径小一个幅值出的半径小一个幅值A；在工；在工件的件的3处切出的半径比在工件处切出的半径比在工件的的2、4处切出的半径大一个幅处切出的半径大一个幅值值A。这样上述四点工件的直。这样上述四点工件的直径都相等，其它各点直径误差径都相等，其它各点直径误差也很小，所以车削出的工件表也很小，所以车削出的工件表面接近于一个真圆。面接近于一个真圆。 由此可见，主轴纯径向跳动对车削加工工件的圆度影响很小。由此可见，主轴纯径向跳动对车削加工工件的圆度影响很小。主轴的纯径向跳动对车削和镗削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18镗孔时纯径

14、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 Y=Acos+Rcos Y=Acos+Rcos=(A+R)cos; Z=Rsin;=(A+R)cos; 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。 镗削加工：镗刀回镗削加工：镗刀回转，工件不转。转，工件不转。假设由假设由于主轴纯径向跳动而使于主轴纯径向跳动而使轴线在轴线在y y坐标方向作简谐坐标方向作简谐运动，其频率与主轴转运动，其频率与主轴转速相同，简谐幅值为速相同，简谐幅值为A A； 则则:Y

15、 = Acos(:Y = Acos(tt) )当镗刀转过一个当镗刀转过一个角时角时（位置（位置11），刀尖轨迹），刀尖轨迹的水平分量和垂直分量的水平分量和垂直分量分别计算得：分别计算得：19 产生径向圆跳动误差的主要原因有：主轴支承轴颈的圆度误差、产生径向圆跳动误差的主要原因有：主轴支承轴颈的圆度误差、轴承工作表面的圆度误差等、轴承孔之间的同轴度误差。若机床主轴承工作表面的圆度误差等、轴承孔之间的同轴度误差。若机床主轴采用滑动轴承结构如图轴采用滑动轴承结构如图a a所示，此时主轴支承轴颈的圆度误差将所示，此时主轴支承轴颈的圆度误差将直接反映为主轴径向圆跳动直接反映为主轴径向圆跳动d d，而轴承

16、内径的圆度误差则影响不，而轴承内径的圆度误差则影响不大；在镗床上镗孔时如图大；在镗床上镗孔时如图b b所示，轴承内表面的圆度误差将直接反所示，轴承内表面的圆度误差将直接反映为主轴径向圆跳动映为主轴径向圆跳动d d，而主轴支承轴颈的圆度误差则影响不大。，而主轴支承轴颈的圆度误差则影响不大。 若机床主轴采用滚动轴承结构，在车床上车外圆时，滚动轴承若机床主轴采用滚动轴承结构，在车床上车外圆时，滚动轴承内环外滚道的圆度误差对主轴径向圆跳动影响较大；在镗床上镗孔内环外滚道的圆度误差对主轴径向圆跳动影响较大；在镗床上镗孔时，轴承外环内滚道的圆度误差对主轴径向圆跳动影响较大。滚动时，轴承外环内滚道的圆度误差

17、对主轴径向圆跳动影响较大。滚动体的尺寸误差将直接影响主轴径向圆跳动误差的大小。体的尺寸误差将直接影响主轴径向圆跳动误差的大小。20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、主轴的轴向窜动对内、外圆的加工精度没有影响，外圆的加工精度没有影响，但加工端面时，会使加工的但加工端面时，会使加工的端面与内外圆轴线产生垂直端面与内外圆轴线产生垂直度误差。度误差。 主轴每转一周，要沿轴主轴每转一周，要沿轴向窜动一次，使得切出的端向窜动一次，使得切出的端面产生平面度误差，如图示。面产生平面度误差，如图示。当加工螺纹时，会产生螺距当加工螺纹时，会产生螺距误差。误差。

18、轴向窜动对车削端面的影响轴向窜动对车削端面的影响21 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，如图所示。如图所示。 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镗孔精度的影响主轴纯角度摆动对镗孔精度的影响22机床传动链误差机床传动链误差111184156422828282823232080Ki

19、fcixcnjjjnK22228415642282828282323KifeixcnnjjjnjjnK11j njK 23三、调整误差三、调整误差调调 整整 误误 差差机床的调整机床的调整夹具的调整夹具的调整刀具的调整刀具的调整工艺系统：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、传动力、切削力、传动力、惯性力、夹紧力、重力惯性力、夹紧力、重力破坏刀具、工件间相对位置破坏刀具、工件间相对位置现场加工中工艺系统受力变形的现象现场加工中工艺系统受力变形的现象四、工艺系统受力变形对加工精度的影响四、工艺系统受力变形对加工精度的影响现象一：现象一：车细长轴时的腰车细长轴时

20、的腰鼓形误差鼓形误差现象二：现象二：旧机床的旧机床的“让刀让刀”现象三：现象三：“无进给磨削无进给磨削”25 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) 车细长轴车细长轴 b） 磨内孔磨内孔 由此看来，工艺系统的受力变形是机械加工精度中由此看来，工艺系统的受力变形是机械加工精度中一项很重要的原始误差，为了保证和提高工件的加工一项很重要的原始误差，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。有关组成部分的变形。26机床部件刚度及其特点机床部件刚度及其特点 工艺系统的刚度表示工艺系统整体抵抗其变

21、形的能力。工艺系统的刚度表示工艺系统整体抵抗其变形的能力。其大小为：垂直作用于工件加工表面的径向切削分力其大小为：垂直作用于工件加工表面的径向切削分力Fy与与工艺系统在该方向上的变形工艺系统在该方向上的变形y的比值，即的比值，即k=Fy/y 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：工艺系统的总变形量为： y系统系统= y机床机床+y刀具刀具+y夹具夹具+y工件工件 而而所以所以工工件件工工件件夹夹具具夹夹具具刀刀具具刀刀具具机机床床机机床床系系统统系系统统，ykykykykykyyyyyFFFFF 工工件件夹夹具

22、具刀刀具具机机床床系系统统kkkkk11111 若已知工艺系统各组成部分的刚度，就可以求出工艺若已知工艺系统各组成部分的刚度，就可以求出工艺系统的刚度。工艺系统刚度主要取决于薄弱环节的刚度。系统的刚度。工艺系统刚度主要取决于薄弱环节的刚度。工艺系统的刚度工艺系统的刚度27例如装夹在卡盘中的棒料以及压紧在车床方刀架上的车刀，可以按照悬臂梁公式把它们的刚度计算出来（刀在工件最右端时变形最大）3min3max133lEIkEIlFyy ；又如支承在两顶尖间加工的棒料，切削位置在中间点时，工件变形最大，可以用两支点梁的公式求出它的刚度：3min3max24848lEIkEIlFyy ； 式中 l-工件

23、(刀具)长度(mm)； E-材料的弹性模量(Nmm2)，； I-工件(刀具)的截面惯性矩(mm4)； y1max-外力作用在梁端点的最大位移(mm)； y2max-外力作用在梁中点的最大位移(mm)。28静刚度测量静刚度测量机床部件刚度的测定机床部件刚度的测定车床刀架部件静刚度曲线车床刀架部件静刚度曲线29 非线形关系，不完全是弹性变形 部件实测刚度远比按实体结构估算值小。图中第一次加载时刀架的部件实测刚度远比按实体结构估算值小。图中第一次加载时刀架的平均刚度值约为平均刚度值约为4.64.610103 3N/mmN/mm，这只相当于一个截面积为，这只相当于一个截面积为30mm30mm30mm3

24、0mm、悬伸长度为、悬伸长度为200mm200mm的铸铁悬臂梁的刚度，而刀架的实体结构尺寸要的铸铁悬臂梁的刚度，而刀架的实体结构尺寸要比此尺寸大得多。比此尺寸大得多。存在残余变形，反复加载卸载后残余变形0 加载和卸载曲线不重合，所围面积表示克服摩擦和接触塑性变形所作功30连接表面的接触变形连接表面的接触变形薄弱零件本身的变形薄弱零件本身的变形间隙的影响间隙的影响摩擦的影响摩擦的影响施力方向的影响施力方向的影响影响机床部件刚度的因素影响机床部件刚度的因素 接触刚度接触刚度 粗糙度粗糙度 材料硬度材料硬度机床刚度的薄弱环节机床刚度的薄弱环节表面的接触情况表面的接触情况31工艺系统的变形随施力点位置

25、的变化情况工艺系统的变形随施力点位置的变化情况切削力作用点位置变化引起工件形状误差切削力作用点位置变化引起工件形状误差工艺系统受力变形对加工精度的影响工艺系统受力变形对加工精度的影响xxyy 头头座座lxyyyyx）（头头座座尾尾座座头头座座 lxyyx）（头头座座尾尾座座 lxlFFyA lxFFyB 22)()(lxkFlxlkFyyyx尾尾座座头头座座 )(1)(1122lxklxlkkFyyyyx尾尾座座头头座座刀刀架架刀刀架架系系统统 22)(1)(111lxklxlkkyFky尾尾座座头头座座刀刀架架系系统统系系统统 头头座座头头座座kFyA 尾尾座座尾尾座座kFyB 刀刀架架刀刀

26、架架kFyy )11(min尾尾座座头头座座刀刀架架kkkFyy )11(max尾尾座座刀刀架架kkFyy )11(minmax尾尾座座头头座座尾尾座座kkkFyyy ；32 例：已知卧式车床的例：已知卧式车床的k k头座头座=300000N/mm=300000N/mm，k k尾座尾座=56600N/mm=56600N/mm，k k刀架刀架=30000N/mm=30000N/mm，径向切削分力，径向切削分力F Fy y=4000N=4000N，设工件刚度、刀具刚度、夹，设工件刚度、刀具刚度、夹具刚度相对较大，试计算加工一长为具刚度相对较大，试计算加工一长为l l的光轴由于工艺系统刚度发的光轴由

27、于工艺系统刚度发生变化引起的圆柱度误差。生变化引起的圆柱度误差。 解：工艺系统最小变形解：工艺系统最小变形y yminmin和最大变形和最大变形y ymaxmax： mmmmkkkFyy144. 0)566003000001300001(4000)11(min 尾尾座座头头座座刀刀架架mmmkkFyy204. 0)566001300001(4000)11(max 尾尾座座刀刀架架 由于工艺系统刚度变化引起的工件圆柱度误差：由于工艺系统刚度变化引起的工件圆柱度误差： mmmmmmyy06. 0144. 0204. 0minmax 33根据材料力学的计算公式，根据材料力学的计算公式，在切削点处的位

28、移为：在切削点处的位移为： lxxlEIFyy22)(3 工工件件 综合以上两例的分析，可以推广到一般的情况，即工艺系统的综合以上两例的分析，可以推广到一般的情况，即工艺系统的总位移为以上两种情况的位移的叠加：总位移为以上两种情况的位移的叠加： 3)()(1)(112222EIlxxllxklxlkkFyy 尾尾座座头头座座刀刀架架系系统统EIlxxllxklxlkkyFky3)()(1)(1112222 尾座尾座头座头座刀架刀架系统系统系统系统34车削时毛坯形状的误差复映车削时毛坯形状的误差复映 由于毛坯存在的圆度误差由于毛坯存在的圆度误差m m=a=ap1p1-a-ap2 p2 ，引起了工

29、件产生圆度误引起了工件产生圆度误差差w w=y=y1 1 -y-y2 2 ，且且m m越大，越大，w w越大，这种由于工艺系统受力变形的越大，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为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为“误误差复映差复映”。 车削一具有椭圆形状误差车削一具有椭圆形状误差的毛坯件的毛坯件A A，让刀具预先调整，让刀具预先调整到图上双点划线的位置，到图上双点划线的位置， 毛坯椭圆长轴方向的背吃刀量毛坯椭圆长轴方向的背吃刀量为为a ap1p1，短轴方向的背吃刀量为，短轴方向的背吃刀量为a ap2p2。由于背吃刀量不同，切削。由

30、于背吃刀量不同，切削力不同，工艺系统的变形也不力不同，工艺系统的变形也不同，切削力大时，变形大。同，切削力大时，变形大。 切削力大小变化引起的加工误差（误差复映）切削力大小变化引起的加工误差（误差复映）35）（系系统统系系统统毛毛坯坯工工件件kFkFaaaayyyypppp212121211 式中为式中为F Fy y径向切削力，根据径向切削力，根据切削原理，切削分力可表示为：切削原理，切削分力可表示为： 令令, C, C为常数，在车削加工中，为常数，在车削加工中，x xFyFy1，故有，故有 pyCaF 系系统统系系统统系系统统毛毛坯坯工工件件）（kCkCakCaaapppp 21211 则则

31、）（总总.321 CKvfCyyFyFyFnyF yyFyFyFyFnyxpFyKvfaCF 36 例：在车床上用硬质合金刀具半精镗大直径短孔，加工前内孔例：在车床上用硬质合金刀具半精镗大直径短孔，加工前内孔的圆度误差为的圆度误差为0.5mm0.5mm，要求加工后圆度误差小于，要求加工后圆度误差小于0.01mm0.01mm；已知主轴；已知主轴箱刚度箱刚度k k主轴主轴=40000N/mm=40000N/mm，k k刀架刀架=3000N/mm=3000N/mm，走刀量走刀量f f0.05mm/r0.05mm/r，工，工件材料硬度为件材料硬度为190HBS190HBS；如只考虑机床刚度对加工精度的

32、影响，问此；如只考虑机床刚度对加工精度的影响，问此镗孔工序能否达到预定的加工要求？镗孔工序能否达到预定的加工要求？ 解：解： mmNmmNkkkkkkk/2790/43000300040000111 刀刀架架主主轴轴刀刀架架主主轴轴系系统统刀刀架架主主轴轴系统系统系统系统kKvfCkCyyFyFyFnyF 查表查表2-22-2得：得： 1, 0,75. 0,530 yyyyFFFFKnyC02. 0279005. 053075. 0 mmmm01. 05 . 002. 0 毛毛坯坯工工件件 计算结果表明，该镗孔工序能够达到预定的加工要求。计算结果表明，该镗孔工序能够达到预定的加工要求。 37夹

33、紧力影响夹紧力影响套筒夹紧变形后误差套筒夹紧变形后误差 图所示用三爪卡盘夹持薄壁套筒，在车床上车内孔。图所示用三爪卡盘夹持薄壁套筒，在车床上车内孔。为减小此类误差，可用开口环夹紧薄壁环（如图为减小此类误差，可用开口环夹紧薄壁环（如图d d）或圆）或圆弧面卡爪夹紧（如图弧面卡爪夹紧（如图e e）。由于夹紧力在薄壁环内均匀分）。由于夹紧力在薄壁环内均匀分布，故可减小由于工件夹紧变形引起的加工误差。布，故可减小由于工件夹紧变形引起的加工误差。其他作用力引起的加工误差其他作用力引起的加工误差38薄片工件的磨削薄片工件的磨削a) 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

34、翘曲磨后松开，工件翘曲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39 龙门铣横梁变形龙门铣横梁变形【例】【例】龙门铣横梁龙门铣横梁在横梁上再安装一根附加横梁，使在横梁上再安装一根附加横梁，使横梁承受的重量转移到附加梁上横梁承受的重量转移到附加梁上龙门铣横梁变形补偿龙门铣横梁变形补偿机床部件和工件本身质量质量的影响机床部件和工件本身质量质量的影响 解决解决1 1：重量转移重量转移 解决解决2 2：变形补偿变形补偿40 常用的提高接触刚度方法：常用的提高接触刚度方法：改善工艺系统主要零件接改善工艺系统主要零件接触面的配合质量；在接触面间预加载荷。触面

35、的配合质量；在接触面间预加载荷。减小工艺系统受力变形的措施减小工艺系统受力变形的措施提高工艺系统中零件间的配合表面质量，以提高接触刚度提高工艺系统中零件间的配合表面质量，以提高接触刚度设置辅助支承提高部件刚度设置辅助支承提高部件刚度采用辅助支承提高机床部件的刚度采用辅助支承提高机床部件的刚度41 提高工件的刚度提高工件的刚度增加支承提高工件的刚度增加支承提高工件的刚度a a）采用中心架）采用中心架 b b）采用跟刀架）采用跟刀架42合理装夹工件，减小夹紧变形合理装夹工件，减小夹紧变形铣角铁时的两种装夹铣角铁时的两种装夹43 工艺系统在各种热源作用下，会产生相应的热变形，工艺系统在各种热源作用下

36、，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。从而破坏工件与刀具间正确的相对位置，造成加工误差。五、工艺系统热变形引起的加工误差五、工艺系统热变形引起的加工误差工艺系统的热变形及其热源工艺系统的热变形及其热源电机、轴承、齿电机、轴承、齿轮、油泵等轮、油泵等工件、刀具、工件、刀具、切屑、切削液切屑、切削液气温、室温变气温、室温变化、热、冷风等化、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、日光、照明、暖气、体温等暖气、体温等44工艺系统的热平衡工艺系统的热平衡 工艺系统受各种热源的影响，其温度会逐渐工

37、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升高。同时，它们也通过各种传热方式向周围散发热量。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。45机床的热变形及其对加工精度影响机床的热变形及其对加工精度影响 车床受热变形车床受热变形a a） 车床受热变形使床车床受热变形使床身及导轨向上凸起身及导轨向上凸起b b） 温升与变形曲线温升与变形曲线46v 立铣（图a）立式铣床、外

38、圆磨床、导轨磨床受热变形立式铣床、外圆磨床、导轨磨床受热变形a a）铣床受热变形形态）铣床受热变形形态b b）外圆磨床受热变形形态）外圆磨床受热变形形态c c）导轨磨床受热变形形态）导轨磨床受热变形形态v 外圆磨（图b）v 导轨磨（图c）47图c）支承距影响热变形v 热对称结构（图热对称结构（图a a）图b）主轴箱的两种装配结构的热位移v 合理选择装配基准（图合理选择装配基准（图c c）v 避开加工误差的敏感避开加工误差的敏感方向（图方向（图b b）结构措施结构措施减小机床热变形对加工精度影响的措施减小机床热变形对加工精度影响的措施 图a）立柱热对称结构48图图a a）均衡立柱前后壁温度场）均

39、衡立柱前后壁温度场v和隔离热源和隔离热源v均衡温度场均衡温度场v充分冷却和强制冷却，改善散热条件充分冷却和强制冷却，改善散热条件 。图图b b）采用隔热罩减少热变形）采用隔热罩减少热变形工艺措施工艺措施49车刀热变形曲线车刀热变形曲线曲线曲线AA车刀连续工作时的热伸长曲线；车刀连续工作时的热伸长曲线；曲线曲线BB切削停止后，车刀温度下降曲线；切削停止后，车刀温度下降曲线；曲线曲线CC车刀作间断切削的热变形切削。车刀作间断切削的热变形切削。 车外圆时，车刀热变形会使工件产生圆柱度误差（喇叭口）。车外圆时，车刀热变形会使工件产生圆柱度误差（喇叭口）。加工内孔又如何？加工内孔又如何？刀具热变形对加工

40、精度的影响刀具热变形对加工精度的影响50工件均匀受热工件均匀受热 L=LL=LT T式中式中 工件材料的热膨胀系数，单位为工件材料的热膨胀系数，单位为1/1/； LL工件在热变形方向的尺寸，单位为工件在热变形方向的尺寸，单位为mmmm； TT工件温升，单位为工件温升，单位为。工件热变形对加工精度的影响工件热变形对加工精度的影响 例如：在磨削例如：在磨削3m3m长的丝杠时，每磨一次温度升高长的丝杠时，每磨一次温度升高33，则被磨丝杠将伸长：则被磨丝杠将伸长：L=L=（1.21.21010-5-5300030003 3）mm=0.1mmmm=0.1mm 而而6 6级丝杠的螺距累积误差在级丝杠的螺距

41、累积误差在3m3m长度上不允许超过长度上不允许超过0.02mm0.02mm左右。因此，热变形对工件加工精度影响很大。左右。因此，热变形对工件加工精度影响很大。51 为了减少工件热变形，可以采为了减少工件热变形，可以采取下列措施：取下列措施： 在切削区域施加充分的冷却液。在切削区域施加充分的冷却液。 提高切削速度或进给量。提高切削速度或进给量。 工件在精加工前得到足够的冷却。工件在精加工前得到足够的冷却。 刀具和砂轮不能过分磨钝。刀具和砂轮不能过分磨钝。 使工件在夹紧状态下有伸缩的自由。使工件在夹紧状态下有伸缩的自由。 在刨削、铣削、磨削加工平面时，工件单面受热，上下平面在刨削、铣削、磨削加工平

42、面时，工件单面受热，上下平面间产生温差，导致工件向上凸起，凸起部分被工具切去，加工完间产生温差，导致工件向上凸起，凸起部分被工具切去，加工完毕冷却后，加工表面就产生了中凹，造成了几何形状误差。毕冷却后，加工表面就产生了中凹，造成了几何形状误差。工件不均匀受热工件不均匀受热52六、工件内应力引起的变形六、工件内应力引起的变形 内应力是指在没有外部载荷的情况下，存在于工件内应力是指在没有外部载荷的情况下，存在于工件内部的应力，又称残余应力。残余应力是由金属内部的内部的应力，又称残余应力。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，相邻宏观或微观组织发生了不均匀的体积变化

43、而产生的，促使这种变化的因素主要来自热加工或冷加工。促使这种变化的因素主要来自热加工或冷加工。存在残余应力的零件，始终处于一种不稳定状态，其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没有内应力的状态倾向。内部组织有要恢复到一种没有内应力的状态倾向。在内应力变化的过程中，零件产生相应的变形，原有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。的加工精度受到破坏。用这些零件装配成机器，在机器使用中也会逐渐产生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。变形，从而影响整台机器的质量。53铸件残余应力引起的变形铸件残余应力引起

44、的变形毛坯制造中产生的残余应力毛坯制造中产生的残余应力 在铸造、锻造、焊接及热处理过程中，由于工件各部分冷在铸造、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。会产生残余应力。54冷校直引起的内应力冷校直引起的内应力n在外力在外力F的作用下，工件内部的作用下，工件内部的应力重新分布，在轴心线以的应力重新分布，在轴心线以上的部分产生压应力（用负号上的部分产生压应力（用负号表示），在轴心线以下的部分表示），在轴心线以下的部分产生拉应力（用正号表示）。产生拉应力（用正号表示）。在轴

45、心线和两条虚线之间，是在轴心线和两条虚线之间，是弹性变形区域，在虚线以外是弹性变形区域，在虚线以外是塑性变形区域。塑性变形区域。n冷校直工艺方法是在一些长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棒料或细长零件弯曲的反方向施加外力施加外力F以达到校直目的以达到校直目的.n当外力当外力F去除后，弹性变形本去除后，弹性变形本可完全恢复，但因塑性变形部可完全恢复，但因塑性变形部分的阻止而恢复不了，使残余分的阻止而恢复不了，使残余应力重新分布而达到平衡。应力重新分布而达到平衡。冷校直带来的内应力冷校直带来的内应力55切削带来的内应力切削带来的内应力 工件在切削加工时，其表面层在切削力和切削热的

46、作用下，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，从而产生残余应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艺因素决定。力。这种残余应力的分布情况由加工时的工艺因素决定。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。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、精等不同阶段在拟定工艺规程时，要将加工划分为粗、精等不同阶段进行，避免在粗加工后内应力重新分布所产生的变形发生在进行，避免在粗加

47、工后内应力重新分布所产生的变形发生在精加工阶段或精加工之后。精加工阶段或精加工之后。对质量和体积均很大的笨重零件，即使在同一台重型机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床进行粗精加工也应该在粗加工后将被夹紧的工作松开粗加工后将被夹紧的工作松开，使，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。新夹紧进行精加工。56细长轴车削时的受力情况和变形状况细长轴车削时的受力情况和变形状况轴向力轴向力压弯压弯工件一端被夹紧工件一端被夹紧切削轴向力切削轴向力弯曲弯曲高速回转高速回转离心力离心力加剧

48、变形，导致振动加剧变形，导致振动切削热，两端固定切削热，两端固定热身长热身长轴向力轴向力加剧加剧七、保证和提高加工精度的途径七、保证和提高加工精度的途径直接消除或减少原始误差直接消除或减少原始误差57大进给量反向切削法加工细长轴大进给量反向切削法加工细长轴进给方向由卡盘向尾座方向，后面采用浮动活顶尖进给方向由卡盘向尾座方向，后面采用浮动活顶尖采用大进给量和大主偏角车刀采用大进给量和大主偏角车刀: : 消除径向振动消除径向振动采用浮动活顶尖缓解工件热伸长采用浮动活顶尖缓解工件热伸长; ;减小弯曲变形减小弯曲变形将工件的卡盘端车出一缩颈，消除轴心线歪斜影响将工件的卡盘端车出一缩颈，消除轴心线歪斜影

49、响58补偿或抵消原始误差的方法补偿或抵消原始误差的方法 人为的造成一种新原始误差去抵消原来的误差，正误差用人为人为的造成一种新原始误差去抵消原来的误差，正误差用人为的负误差去抵消，负误差用人为的正误差去抵消，两者大小相等，的负误差去抵消，负误差用人为的正误差去抵消，两者大小相等，方向相反。方向相反。用人为误差抵消装配后因自重产生变形用人为误差抵消装配后因自重产生变形精加工磨床床身导轨时预加载荷抵消装配后部件自重变形精加工磨床床身导轨时预加载荷抵消装配后部件自重变形前后双刀架对刀前后双刀架对刀: :使切削力抵消使切削力抵消对刀切削示意图对刀切削示意图龙门铣床横梁的变形与刮研龙门铣床横梁的变形与刮

50、研59分组调整或均分误差的方法分组调整或均分误差的方法 例如，在例如，在V V型块上铣削一个轴类工件的小平面，如图示，要求型块上铣削一个轴类工件的小平面，如图示，要求保证尺寸保证尺寸h h的公差为的公差为0.02mm0.02mm。工件采用经锻工艺，其尺寸分散范围。工件采用经锻工艺，其尺寸分散范围D=0.05mmD=0.05mm，怎样才能满足要求？，怎样才能满足要求？ 解：解：mmmmDdw035. 0205. 02sin2 即毛坯的定位误差已经超出公差要求。即毛坯的定位误差已经超出公差要求。 现采用分组调整的方法，将毛坯分为现采用分组调整的方法，将毛坯分为4组，则各组毛坯误差组，则各组毛坯误差

51、D=0.0125mmD=0.0125mm，计算得其毛坯定位误差为，计算得其毛坯定位误差为0.0088mm0.0088mm，占工件公差的，占工件公差的44%44%，比较合适。，比较合适。 这个方法的实质就是：把毛坯按误差的大小分为这个方法的实质就是：把毛坯按误差的大小分为n n组，每组毛组，每组毛坯误差的范围就缩小为原来的坯误差的范围就缩小为原来的1/n1/n。然后按各组分别调整刀具相对。然后按各组分别调整刀具相对于工件的位置，使各组工件的尺寸分散范围中心基本上一致。于工件的位置，使各组工件的尺寸分散范围中心基本上一致。 60转位误差在垂直面内，影响非常小转位误差在垂直面内，影响非常小变形转移或

52、误差转移的方法变形转移或误差转移的方法 横梁变形的转移横梁变形的转移转塔车床的转塔车床的“立刀立刀”安装安装法法立轴转塔车床刀架转位误差的转移立轴转塔车床刀架转位误差的转移a)a)水平水平 b)b)垂直垂直六角转塔的转位误六角转塔的转位误差差就处于就处于Z Z方向，方向，而非误差的敏感方而非误差的敏感方向，由向，由而产生的而产生的加工误差加工误差y y就小到就小到可以忽略不计。可以忽略不计。 61“就地加工就地加工”达到最终精度的方法达到最终精度的方法 如转塔车床的转塔刀架上有如转塔车床的转塔刀架上有6 6个安装刀杆的大孔，采用自己加个安装刀杆的大孔，采用自己加工自己保证与机床主轴回转件同轴。

53、工自己保证与机床主轴回转件同轴。六角车床转塔上六个孔和平面的加工与检验六角车床转塔上六个孔和平面的加工与检验62 在现场中，经常看到一些几何精度要求很高的轴和孔在现场中，经常看到一些几何精度要求很高的轴和孔采用研磨方法来达到。研具本身并不要求具有很高的精度，采用研磨方法来达到。研具本身并不要求具有很高的精度，但它却能在和工件作相对的运动中对工件进行微量的切削。但它却能在和工件作相对的运动中对工件进行微量的切削。最初是工件和研具的表面粗糙中最高点相接触，在一定的最初是工件和研具的表面粗糙中最高点相接触，在一定的压力下，高点先磨损，然后接触面扩大，高低不平处逐渐压力下，高点先磨损，然后接触面扩大，

54、高低不平处逐渐接近，几何形状的精度也逐渐提高。这种表面间相对研擦接近，几何形状的精度也逐渐提高。这种表面间相对研擦和磨损的过程，也就是误差不断地减少的过程，称之为误和磨损的过程，也就是误差不断地减少的过程，称之为误差平均的方法。差平均的方法。 误差平均法的实质是：利用有密切联系的表面相互比误差平均法的实质是：利用有密切联系的表面相互比较，相互检查，从对比中找出差距以后，或是相互纠正较，相互检查，从对比中找出差距以后，或是相互纠正( (如偶件的对研如偶件的对研) )或是互为基准进行加工。或是互为基准进行加工。误差平均的方法误差平均的方法实时检测，动态补偿的方法实时检测，动态补偿的方法63常值误差

55、常值误差变值误差变值误差 误差的大小和方向保持误差的大小和方向保持不变。如原理误差，机床、不变。如原理误差，机床、刀具、夹具、量具的制造误刀具、夹具、量具的制造误差，一次调整误差以及工艺差，一次调整误差以及工艺系统的静力变形。系统的静力变形。 误差的大小和方向按一误差的大小和方向按一定规律变化。如机床和刀具定规律变化。如机床和刀具的热变形和刀具磨损。的热变形和刀具磨损。加工加工误差误差随机随机误差误差系统系统误差误差 在顺序加工一批工件时，误差的大在顺序加工一批工件时，误差的大小和方向都是随机变化的。如毛坯误差小和方向都是随机变化的。如毛坯误差的复映，夹紧误差，多次调整误差，残的复映，夹紧误差

56、，多次调整误差，残余应力引起的变形误差等都属于随机性余应力引起的变形误差等都属于随机性误差。误差。一、加工误差的性质一、加工误差的性质第三节第三节 加工误差的综合分析加工误差的综合分析64 检查一批精镗后的活塞销孔直径，抽查件数为检查一批精镗后的活塞销孔直径，抽查件数为100100，测量的结，测量的结果如表所示。图纸规定的尺寸及公差为果如表所示。图纸规定的尺寸及公差为 。0015. 028 分布曲线法分布曲线法二、加工误差的统计分析方法二、加工误差的统计分析方法 表中表中n n是测量的工件数。如果用每组件数的频率作为纵坐标，是测量的工件数。如果用每组件数的频率作为纵坐标，以尺寸范围的中点以尺寸

57、范围的中点x x为横坐标，就可以作成如图所示的折线图。为横坐标，就可以作成如图所示的折线图。 65活塞销孔实际直径尺寸分布折线图活塞销孔实际直径尺寸分布折线图 分散范围分散范围= =最大孔径最大孔径- -最小孔径最小孔径=(28.004-27.992)mm=0.012mm;=(28.004-27.992)mm=0.012mm; 问题：问题：分散范围分散范围0.012mm0.012mm比比公差范围公差范围0.015mm0.015mm小，但还是有小，但还是有18%18%的工件超出了公差上限的工件超出了公差上限。mmnmx9979.27分散范围中心mm9925.272015. 028 公公差差范范围

58、围中中心心mmmm0054. 0)9925.279979.27( 系系统统 解决方法：消除常值系统性误差，即镗孔时将镗刀伸出量调整解决方法：消除常值系统性误差，即镗孔时将镗刀伸出量调整得短一些。得短一些。 66 再如在无心磨床上用贯穿法磨削活塞销，其公差为再如在无心磨床上用贯穿法磨削活塞销，其公差为 ，公差范围为公差范围为0.009mm0.009mm。设加工后量得的工件尺寸分布如图。设加工后量得的工件尺寸分布如图。活塞销实际直径尺寸分布折线图活塞销实际直径尺寸分布折线图 尺寸分散范围尺寸分散范围0.0160.016大于公大于公差范围差范围0.0090.009，常值系统误差，常值系统误差27.9

59、980-27.9945=0.0035mm27.9980-27.9945=0.0035mm，即使把分散范围中心调整到与即使把分散范围中心调整到与公差范围中心重合公差范围中心重合, ,也还是要产也还是要产生不合格品。生不合格品。001. 0010. 028 要解决这类精度问题，不要解决这类精度问题，不但要把系统误差减小，而且还但要把系统误差减小，而且还要设法减小随机性误差。要设法减小随机性误差。 67式中式中 n工件的数目（应足够多）。工件的数目（应足够多）。x工件的平均尺寸（分散中心），工件的平均尺寸（分散中心）， niixnx1;1均方根差，均方根差，;)(112 niixxn 正态分布曲线方

60、程：正态分布曲线方程：）0,(2)(exp21)(22 xxxxy 正态分布曲线下面所包含的全部面正态分布曲线下面所包含的全部面积代表了全部工件，即积代表了全部工件，即100%100%。 dxxxxxFxx 222)(exp21),( 图中阴影部分的面积图中阴影部分的面积F F为尺寸从为尺寸从 到到X X间的工件的频率：间的工件的频率：x6869均方根误差均方根误差决定了分布曲线的形状和分散范围决定了分布曲线的形状和分散范围。值越小值越小则曲线形状越陡，尺寸分散范围越小，则曲线形状越陡，尺寸分散范围越小，加工精度越高加工精度越高；x算术平均值算术平均值正态分布曲线的特征参数正态分布曲线的特征参