机械制造第五章

1、机械制造质量分析与控制机械制造质量分析与控制第五章第五章 机械制造质量分析与控制机械制造质量分析与控制第一节第一节 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 内容提要内容提要概述主要内容：概述主要内容：一、加工精度与加工误差一、加工精度与加工误差 二、加工经济精度二、加工经济精度 三、零件获得加工精度的方法三、零件获得加工精度的方法 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优质、高产、低消耗优质、高产、低消

2、耗机械制造企业的追求：机械制造企业的追求：产品的质量产品的质量是第一位的，没有质量，高效率、低消耗就是第一位的，没有质量，高效率、低消耗就失去了意义。失去了意义。看到这些产品，第一印象是高质量第一节第一节 机械加工精度的基本概念机械加工精度的基本概念产品质量的基础是零件的产品质量的基础是零件的加工质量加工质量加工精度加工精度加工表面质量加工表面质量加工质量的加工质量的指标指标：本章主题本章主题：加工精度及表面质量的分析与控制：加工精度及表面质量的分析与控制三坐标测量加工精度表面质量要求高第一节第一节 机械加工精度的基本概念机械加工精度的基本概念加工精度和加工误差加工精度和加工误差概念概念：加工

3、精度：加工精度：零件加工后的实际几何参数与理想几何参数的符合程度。加工误差：加工误差：零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度。实际加工中只要求满足规定的公差要求即可实际加工中只要求满足规定的公差要求即可第一节第一节 机械加工精度的基本概念机械加工精度的基本概念1）理想几何参数：对于形状和位置，则是绝对正确的形状和位置，如绝对的平面和绝对的平行等；对于尺寸而言，就是零件尺寸的公差带中心。加工精度和加工误差的理解加工精度和加工误差的理解：零件图中的加工精度标注第一节第一节 机械加工精度的基本概念机械加工精度的基本概念2) 加工精度是由零件图纸或工艺文件以公差T给定的，而加工误差则是零件加

4、工后的实际测得的偏离值。一般说，当加工误差T时，就保证了加工精度。一批零件尺寸的加工误差分布与加工精度要要求加工误差 与加工成本C成反比关系。用同一种加工方法，如欲获得较高的精度 ，就会降低生产率，增加生产成本；反之亦然。 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加工经济精度加工经济精度加工成本与加工误差之间的关系第一节第一节 机械加工精度的基本概念机械加工精度的基本概念上述成本与误差反比关系在一定范围内才比较明显，如右图中AB段。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，加工误差增大，加工最低成本不变最低成本不变在A点左侧，即使成本提高的很多，但精度

5、提高很少乃至不能提高。在B点右侧，即使工件精度要求很低，也必须耗费一定的最低成本。 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零件获得加工精度的方法零件获得加工精度的方法尺寸精度、形状精度和位置精度。零件加工精度包括：加工精度：零件加工后的实际几何参数(尺寸、形状和表面间相互位置)，与理想几何参数的符合程度。其偏离程度称为加工误差。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获得形状精度的方法获得形状精度的方法利用切削运动中刀具刀尖的运动轨迹形成被加工表面的形状。这种加工方法所能

6、达到的精度，主要取决于这种成形运动的精度。1)1)轨迹法：轨迹法：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。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利用成形刀具刀刃的几何形状切出工件的形状。这种方法所能达到的精度，主要取决于刀刃的形状精度和刀具的装夹精度。 2)2)成形法：成形法：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，主要取决于机床展成运动的传

7、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。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获得位置精度的方法获得位置精度的方法零件位置精度的获得主要取决于工件的定位（装夹）和加工方法。工件在工件在一次装夹一次装夹下下加工多个表面加工多个表面时，这些表面之间的时，这些表面之间的相互位置精度一般较高，主要相互位置精度一般较高，主要取决于机床的精度取决于机床的精度。利用利用组合刀具组合刀具或一把刀具上的几个刀刃，同时加工工或一把刀具上的几个刀刃，同时加工工件上的件上的

8、多个表面多个表面，则这些表面之间的相互位置精度一般，则这些表面之间的相互位置精度一般也较高，主要也较高，主要取决于刀具的精度取决于刀具的精度。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获得尺寸精度的方法获得尺寸精度的方法先试切部分加工表面，测量后，适当调整刀具相对工件的位置，再试切，再测量，当被加工尺寸达到要求后，再切削整个待加工面。 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）。2

9、)2)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。3)3)调整法：调整法：调整法生产效率高，加工精度较稳定，常用于中批以上的生产调整法铣槽（第四章详细叙述）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

10、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数控机床自动控制原理框图第五章第五章 机械制造质量分析与控制机械制造质量分析与控制第一节第一节 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 内容概要内容概要原理误差；原理误差；机床误差；机床误差；调整误差；调整误差；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；工艺系统热变形引起

11、的加工误差；工艺系统热变形引起的加工误差；内应力引起的变形；内应力引起的变形；保证和提高加工精度的途径。保证和提高加工精度的途径。 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机械加工工艺系统：机械加工工艺系统：在机械加工时，在机械加工时，机床机床、夹具夹具、刀具刀具和和工件工件就构成的一个完整的系统。就构成的一个完整的系统。加工工艺系统误差是加工工艺系统误差是根源根源，加工误差是，加工误差是表现；表现；分析分析原始误差原始误差和和加工误差加工误差之间的之间的定性与定量关系定性与定量关系，是保，是保证和提高零件加工精度的必要的证和提高零件加工精度的必要的理论基础理论基础。

12、 原始误差：原始误差：加工工艺系统的误差加工工艺系统的误差概念概念：原始误差与加工误差原始误差与加工误差：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加工过程中可能出现的原始误差加工过程中可能出现的原始误差第二节第二节 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一、原理误差一、原理误差采用采用近似的加工运动近似的加工运动或或近似的刀具轮廓近似的刀具轮廓产生原因产生原因为了得到规定的零件表面，在为了得到规定的零件表面，在工件工件和和刀具刀具的的运动之间运动之间建建立的某种立的某种联系联系加工原理加工原理螺纹加工，主轴转速与车刀进给速度的联系由传动机构保证成形铣削，

13、铣刀轨迹由靠模保证第二节第二节 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，完全准确的运动联系准确的运动联系，完美完美的刀刃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，成本过高，并非完全必要并非完全必要原理误差合理性原理误差合理性磨凸轮轴，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二、机床误差二、机床误差机床误差的三个方面：机床误差的三个方面：机床本身的机床本身的制造制造、磨损磨损和和安装安装

14、 静误差静误差：在在没有切削载荷没有切削载荷的情况下测得的各项误差的情况下测得的各项误差;床身导轨在垂直面和水平面内的直线度和平行度；主轴轴线对床身导轨的平行度；主轴的回转精度；传动链精度；刀架各溜板移动时，对主轴轴线的平行度和垂直度。车床的各项静误差：车床的各项静误差：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 静误差对加工精度影响的分析静误差对加工精度影响的分析导轨误差主轴误差传动链误差1)导轨误差导轨误差u主要分析对加工精度影响重要的以下三点：主要分析对加工精度影响重要的以下三点：导轨是机床上确定各机床部件相对位置关系的基准，也是机床运动的基准。尾架导轨刀架导轨第

15、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卧式车床刀架导轨直线度误差 为水平面误差； 为垂直面误差；21当导轨垂直面内出现误差 加工工件直径误差：22tan/2,Rocoaac 2tan/2/2/2R 很小，故22/2RR 可见卧式车床导轨垂直面内的误差对加工误差影响较小第二节第二节 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当导轨水平面内出现误差 加工工件直径误差：11R 可见卧式车床导轨水平面内的误差对加工误差影响较大可见卧式车床导轨水平面内的误差对加工误差影响较大120.1,mm 40Dmm20.10.00025,40Rmm0.1400RmmR假设则所以不

16、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。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在垂直面内的直线度（弯曲）在垂直面内

17、的直线度（弯曲）在水平面内的直线度（弯曲）在水平面内的直线度（弯曲）前后导轨的平行度（扭曲）前后导轨的平行度（扭曲） 车床和磨床的床身导轨误差的三个方面车床和磨床的床身导轨误差的三个方面导轨在垂直面内的直线度导轨在水平面内的直线度第二节第二节 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导轨扭曲形成的加工误差前后导轨存在平行度误差(扭曲)时，刀架运动时会产生摆动，刀尖的运动轨迹是一条空间曲线，使工件产生形状误差。当误差为3的时候，由几何关系可求得y(H/B)3。一般车床的H2/3B，外圆磨床HB。车床导轨的平行度误差对加工精度的影响很大。 机床导轨的几何精度，不但决定于它的制造精度和使

18、用的磨损情况，而且还和机床的安装情况有很大关系第二节第二节 工件在夹具中的定位工件在夹具中的定位(3)自位支承 支承本身的位置在定位过程中，能自动适应工件定位基准面位置变化的一类支承。自位支承能增加与工件定位面的接触点数目，使单位面积压力减小，故多用于刚度不足的毛坯表面或不连续的平面的定位。一个定位支承点，一个定位支承点，限制一个自由度。限制一个自由度。第二节第二节 工件在夹具中的定位工件在夹具中的定位(4)辅助支承 在生产中，有时为了提高工件的刚度和定位稳定性，常采用辅助支承。如图所示阶梯零件，当用平面1定位铣平面2时，于工件右部底面增设辅助支承3，可避免加工过程中工件的变形。无定位作用无定

19、位作用第四章第四章 习题习题 4-12n有一批如图有一批如图a所示的工件，所示的工件，除孔外其余各除孔外其余各表面均已加工表面均已加工合格。今按图合格。今按图b的方案用盖的方案用盖板式钻模一次板式钻模一次装夹后依次加装夹后依次加工孔工孔I和孔和孔II。盖板式钻模用盖板式钻模用心轴与工件孔心轴与工件孔相配定位。试相配定位。试分析计算两个分析计算两个孔心距的定位孔心距的定位误差。误差。 第五章第五章 机械制造质量分析与控制机械制造质量分析与控制第一节第一节 机械加工精度的基本概念机械加工精度的基本概念产品质量的基础是零件的产品质量的基础是零件的加工质量加工质量加工精度加工精度加工表面质量加工表面质

20、量加工质量的加工质量的指标指标：本章主题本章主题：加工精度及表面质量的分析与控制：加工精度及表面质量的分析与控制三坐标测量加工精度表面质量要求高第一节第一节 机械加工精度的基本概念机械加工精度的基本概念加工精度和加工误差加工精度和加工误差概念概念：加工精度：加工精度：零件加工后的实际几何参数与理想几何参数的符合程度。加工误差：加工误差：零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度。尺寸精度、形状精度和位置精度。零件加工精度包括：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加工过程中可能出现的原始误差加工过程中可能出现的原始误差第二节第二节 影响加工精度的因素及其分析影

21、响加工精度的因素及其分析二、机床误差二、机床误差 静误差静误差：在在没有切削载荷没有切削载荷的情况下测得的各项误差的情况下测得的各项误差; 静误差对加工精度影响的分析静误差对加工精度影响的分析导轨误差主轴误差传动链误差u主要分析对加工精度影响重要的以下三点：主要分析对加工精度影响重要的以下三点：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1)导轨误差导轨误差导轨是机床上确定各机床部件相对位置关系的基准，也是机床运动的基准。尾架导轨刀架导轨第二节第二节 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在垂直面内的直线度（弯曲）在垂直面内的直线度（弯曲）在水平面内的直线度

22、（弯曲）在水平面内的直线度（弯曲）前后导轨的平行度（扭曲）前后导轨的平行度（扭曲） 车床和磨床的床身导轨误差的三个方面车床和磨床的床身导轨误差的三个方面导轨在垂直面内的直线度导轨在水平面内的直线度导轨扭曲形成的加工误差第二节第二节 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。误差的敏感方向误差的敏感方向卧式车床刀架导轨直线度误差 为水平面误差； 为垂直面误差；21第二节第二节 影响加工精度的因素及其分析影响加

23、工精度的因素及其分析垂直平面内的直线度误差：采用与导轨相配合的桥板、水平仪，在导轨纵向上分段检测，记下水平仪的读数，画出曲线图，再计算其误差大小和判断凹凸程度。前后导轨的平行度误差：采用桥板和水平仪，在导轨的几个横向上检测，取其最大代数差。水平面内的直线度误差：采用桥板和准直仪导轨三项误差的常规检查方法导轨三项误差的常规检查方法以上三种检查方法都较费工时。对于车床而言，导轨垂直方向的原始误差既然对加工误差的影响可以忽略不计，因此可采用更简单的方法。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桥形平尺桥形平尺千分表千分表床身床身桥板桥板磁力表座磁力表座推拉桥板推拉桥板在床身

24、之外，平行于导轨面放置一桥型平尺，将磁力表座固定在桥板上，千分表表头抵向桥型平尺的工作表面上，在导轨的全长上推拉桥板，千分表读数的最大代数差就是导轨的综合原始误差。一种检测机床导轨精度的方法一种检测机床导轨精度的方法第二节第二节 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2)主轴误差主轴误差概念概念后轴承后轴承前轴承前轴承轴颈圆心称轴颈圆心称主轴轴心主轴轴心主轴轴心连线主轴轴心连线称称几何轴线几何轴线理想轴线理想轴线对于主轴的要求，就是在运转的情况下，能保持对于主轴的要求，就是在运转的情况下，能保持轴心线轴心线的的位置稳定不变位置稳定不变，也就是，也就是回转精度回转精度；实际上主轴在

25、每一瞬时；实际上主轴在每一瞬时回转轴线的空间位置都是变动的，即存在着回转轴线的空间位置都是变动的，即存在着回转误差回转误差。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主轴旋转过程中，几何轴线的主轴旋转过程中，几何轴线的位置不断变化位置不断变化，在任何瞬，在任何瞬间，间，主轴主轴一方面一方面绕绕自己的自己的几何轴线旋转几何轴线旋转，另一方面这根，另一方面这根几何轴线几何轴线还还相对相对于主轴于主轴理想回转轴线理想回转轴线作作相对运动相对运动。主轴误差的描述主轴误差的描述运动形式可分解为：运动形式可分解为：纯轴向窜动纯轴向窜动纯径向移动纯径向移动纯角度摆动纯角度摆动x第二节

26、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主轴轴心和几何轴线的位置变动主轴轴心和几何轴线的位置变动第二节第二节 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主轴回转误主轴回转误差的基本形差的基本形式式车床上车削车床上车削镗床上镗削镗床上镗削内、外圆内、外圆端面端面螺纹螺纹孔孔端面端面径向圆跳动径向圆跳动近似真圆近似真圆 （理论上为心（理论上为心脏线形）脏线形）无影响无影响椭圆孔椭圆孔（每转跳动一（每转跳动一次时）次时）无影响无影响纯轴向窜动纯轴向窜动无影响无影响平面度、垂平面度、垂直度（端面直度（端面凸轮形）凸轮形）螺距误螺距误差差无影响无影响平面度平面度垂直度垂直度

27、纯角度摆动纯角度摆动近似圆柱近似圆柱 （理（理论上为锥形）论上为锥形）影响极小影响极小椭圆柱孔椭圆柱孔（每转摆动一（每转摆动一次时）次时）平面度平面度（马鞍（马鞍形）形） 机床主轴回转误差产生的加工误差机床主轴回转误差产生的加工误差 不同的加工方法，主轴回转误差所引起的加工误差也不同不同的加工方法，主轴回转误差所引起的加工误差也不同 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(a) 车床类机床 (b)镗床类机床在车床一类机床上，主轴的受力方向一定，孔表面接触点几乎不变。这时主轴轴颈的圆度误差将传给工件，而

28、轴套孔的误差则对加工精度的影响较小。在镗床一类机床上，作用在主轴上的切削力是随镗刀而旋转的，轴表面接触点变，因此轴套孔的圆度误差将传给工件，而与轴颈圆度误差对加工精度影响较小 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主轴配合件对回转精度的影响主轴配合件对回转精度的影响(a)孔与滚道不同轴 （b)滚道不圆 (c)滚道有波度 (d)滚动体的不同与尺寸差 轴承滚道对回转精度的影响轴承滚道对回转精度的影响第二节第二节 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 主轴轴颈的精度对回转精度的影响主轴轴颈的精度对回转精度的影响(a)安装前内环的孔和 (b)主轴轴颈的 (c

29、)装上轴颈后的内环滚道的形状误差 形状误差 滚道的形状误差第二节第二节 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主轴回转精度的测量主轴回转精度的测量传统测量方法：传统测量方法：将一根精密心棒插将一根精密心棒插入主轴孔，在其周入主轴孔，在其周围表面的两处及端围表面的两处及端部打表部打表 。传统方法存在一定不足，当前先进的测量方法是通过传统方法存在一定不足，当前先进的测量方法是通过传感传感器器在主轴以在主轴以工作速度工作速度旋转的情况下进行采样，然后进行旋转的情况下进行采样，然后进行分分析处理析处理，得出得出主轴的各项主轴的各项误差误差 第二节第二节 影响加工精度的因素及其分析影响加工

30、精度的因素及其分析2)传动链误差传动链误差齿轮、蜗轮、螺纹、丝杆等表面的形成，要求刀具和工件之间有严格的运动关系。这种相连的运动关系是由机床的传动系统即传动链来保证的传动链误差的概念：传动链误差的概念：传动链始末两端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。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如此复杂的传动机构，各零件加工误差，安装误差都将造成传动链误差第二节第二节 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尽可能缩短传动链，减少误差源数尽可能缩短传动链，减少误差源数n。尽可能采用降速传动；尽可能使末端传动副采用大的降尽可能采用降速

31、传动；尽可能使末端传动副采用大的降速比；末端传动元件应尽可能地制造得精确些。速比；末端传动元件应尽可能地制造得精确些。提高传动元件的制造精度和装夹精度，尽可能地提高传提高传动元件的制造精度和装夹精度，尽可能地提高传动链中升速传动元件的精度。动链中升速传动元件的精度。提高传动链的传动精度的措施：提高传动链的传动精度的措施：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三、调整误差三、调整误差在机械加工的每一个工序中，总是要进行这样或那样的调整工作。由于调整不可能绝对地准确，也就带来了一项原始误差，即调整误差；在活塞加工中，就存在着许多工艺系统的调整问题，例如： r机床的调整；

32、机床的调整；r夹具的调整；夹具的调整；r刀具的调整。刀具的调整。 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不同的调整方式，有不同的误差来源：不同的调整方式，有不同的误差来源：试切法调整；试切法调整；按定程机构调整；按定程机构调整；按样件或样板调整。按样件或样板调整。试切法调整试切法调整广泛用在单件、小批生产中。广泛用在单件、小批生产中。这种调整方式产生调整误差的来源有三个方面：这种调整方式产生调整误差的来源有三个方面：q 度量误差度量误差量具本身的误差和使用条件下的误差量具本身的误差和使用条件下的误差(如温度影响，使用者的细致程度如温度影响，使用者的细致程度)掺入到测

33、量所得的掺入到测量所得的读数之中，在无形中扩大了加工误差；读数之中，在无形中扩大了加工误差；q 加工余量的影响加工余量的影响在切削加工中，刀刃所能切掉在切削加工中，刀刃所能切掉的最小切屑厚度是有一定限度的的最小切屑厚度是有一定限度的 ，锐利的刀刃可，锐利的刀刃可达达 ，已钝化的刀刃只能达到，已钝化的刀刃只能达到 ，切屑厚，切屑厚度再小时刀刃就度再小时刀刃就“咬咬”不住金属而打滑，光起挤压作不住金属而打滑，光起挤压作用。用。 5 m20 50 m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q微进给误差微进给误差在试切的最后一刀时，总是要微量调在试切的最后一刀时，总是要微量调

34、整一下车刀（或砂轮）的径向进给量。这时常会出现整一下车刀（或砂轮）的径向进给量。这时常会出现进给机构的进给机构的“爬行爬行”现象，结果刀具的实际径向移动现象，结果刀具的实际径向移动比手轮上转动的刻度数要偏大或偏小些，以致难于控比手轮上转动的刻度数要偏大或偏小些，以致难于控制尺寸的精度，造成了加工误差。制尺寸的精度，造成了加工误差。 操作工人深刻了解爬行现象是在极低的进给速度下才产生的，操作工人深刻了解爬行现象是在极低的进给速度下才产生的，因此常常采用了两种措施：因此常常采用了两种措施：v一种是在微量进给以前先退出刀具，然后再快速引进一种是在微量进给以前先退出刀具，然后再快速引进刀具到新的手轮刻

35、度值，中间不加停顿，使进给机构刀具到新的手轮刻度值，中间不加停顿，使进给机构滑动面间不产生静摩擦；滑动面间不产生静摩擦；v另一种是另一种是轻轻敲击手轮轻轻敲击手轮，用振动消除静摩擦。，用振动消除静摩擦。 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按定程机构调整按定程机构调整在大批量生产中广泛采用行程挡块、靠模、凸轮等机构保证加工精度。这时候，这些机构的制造精度和调整，以及与它们配合使用离合器、电气开关、控制阀等的灵敏度就成了影响误差的主要因素；按样件或样板调整按样件或样板调整在大批量生产中用多刀加工时，常用专门样件来调整刀刃间的相对位置，如活塞槽半精车和精车时就是如此。

36、 第五章第五章 机械制造质量分析与控制机械制造质量分析与控制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加工过程中可能出现的原始误差加工过程中可能出现的原始误差重点讲解重点讲解原理误差；原理误差；机床误差；机床误差；调整误差；调整误差；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；工艺系统热变形引起的加工误差；工艺系统热变形引起的加工误差；内应力引起的变形；内应力引起的变形；保证和提高加工精度的途径。保证和提高加工精度的途径。 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

37、1 1、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： 在车床上加工一根在车床上加工一根细长轴细长轴时，时，可以看到在纵向走刀过程中切可以看到在纵向走刀过程中切屑的厚度起了变化，屑的厚度起了变化，越到中间，越到中间，切屑层越薄切屑层越薄，加工出来的工件，加工出来的工件出现了出现了两头细中间粗的腰鼓形两头细中间粗的腰鼓形误差误差；旧车床上旧车床上加工刚性很好的工件时加工刚性很好的工件时，经过粗车一刀后，再要精车，经过粗车一刀后，再要精车的话，有时候的话，有时候不但不把刀架横向进给一点不但不把刀架横向进给一点，反而要把它反向退反而要把它反向退回一点回一点，才能保证精车时切去

38、极薄的一层以满足加工精度和表，才能保证精车时切去极薄的一层以满足加工精度和表面粗糙度的要求；面粗糙度的要求；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2 2、机床部件刚度及其特点、机床部件刚度及其特点在切削力的作用下，刀具在切削力的作用下，刀具( (由于工艺系统的受力变由于工艺系统的受力变形形) )和工件相对退让；设和工件相对退让；设让刀距离为让刀距离为y，则工艺系，则工艺系统在统在Y方向的刚度是：方向的刚度是： yFky由于切削过程中切削力是不断地变化的，工由于切削过程中切削力是不断地变化的，工艺系统在动态下产生的变形不同于静态下的艺系统在动态下产生的变形不同于静态下

39、的变形，这样就有静刚度和动刚度的区别。变形，这样就有静刚度和动刚度的区别。 工艺系统的刚度工艺系统的刚度第二节第二节 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工艺系统的刚度的计算工艺系统的刚度的计算p若有一根棒料装夹在卡盘若有一根棒料装夹在卡盘中，则可以按照材料力学中中，则可以按照材料力学中的的悬臂梁公式悬臂梁公式，把这根棒料，把这根棒料的的刚度刚度k，直接计算出来：，直接计算出来：33yF lyEI33yFEIkyl如图表示在顶尖间加工棒料时如图表示在顶尖间加工棒料时工件的受力变形。根据经验得工件的受力变形。根据经验得知，可以把它知，可以把它近似地当作两端近似地当作两端架在自由支

40、承上的梁架在自由支承上的梁。 由材料力学可知，由材料力学可知，当载荷施加当载荷施加在梁的中间时，产生的弹性位在梁的中间时，产生的弹性位移为最大：移为最大：348yF lyEI43348480000EIdkll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p遇到由遇到由若干零件组成的部件若干零件组成的部件时，刚度问题就比较复时，刚度问题就比较复杂。迄今还没有合适的计算方法，需要用杂。迄今还没有合适的计算方法，需要用实验的方法实验的方法来加以测定。来加以测定。 在车床两顶尖之间，安装在车床两顶尖之间，安装一根短一根短而粗的心轴，而粗的心轴，并在刀架上装上并在刀架上装上一个一个螺

41、旋加力器螺旋加力器，在加力器和心轴之间，在加力器和心轴之间放放一个测力环一个测力环；转动加力器的转动加力器的加力螺钉加力螺钉，刀架与，刀架与心轴之间便产生了作用力，力的大心轴之间便产生了作用力，力的大小由测力环中的小由测力环中的千分表千分表3 3读出读出；在这个力的作用下，在这个力的作用下，刀架的位移刀架的位移可以由装在床身上的可以由装在床身上的千分表千分表4 4直接测直接测出，出，头架和尾架的位移则可由千分头架和尾架的位移则可由千分表表1 1和和2 2测出测出。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下图为一台旧车床下图为一台旧车床刀架部件的静刚度曲线。刀架部件的静

42、刚度曲线。 试验时载荷逐渐加大，再逐渐减少，反复三次试验时载荷逐渐加大，再逐渐减少，反复三次。图中所示。图中所示就是三次加载卸载的曲线。就是三次加载卸载的曲线。 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1 1）力和变形的关系不是直线关系，不符合虎克定律，这反映）力和变形的关系不是直线关系，不符合虎克定律，这反映了部件的变形不纯粹是弹性变形；了部件的变形不纯粹是弹性变形；3 3）当载荷去除后，变形恢复不到起点，这说明部件的变）当载荷去除后，变形恢复不到起点，这说明部件的变形不仅有弹性变形，而且还产生了不能恢复的塑性变形；形不仅有弹性变形，而且还产生了不能恢复的塑性变形；

43、2 2）加载曲线与卸载曲线不重合，它们间包容的面积代表了）加载曲线与卸载曲线不重合，它们间包容的面积代表了在加载卸载的循环中所损失的能量，也就是消耗在克服部件在加载卸载的循环中所损失的能量，也就是消耗在克服部件内零件之间的摩擦力和接触面塑性变形所作的功；内零件之间的摩擦力和接触面塑性变形所作的功；4 4）部件的实际刚度远比我们想象的要小。）部件的实际刚度远比我们想象的要小。 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上述试验说明了上述试验说明了部件的受力变形和单个零件的受力变部件的受力变形和单个零件的受力变形是大有区别的形是大有区别的。后者是零件本身的弹性变形后者是零件

44、本身的弹性变形，而前，而前者则除了者则除了零件本身的弹性变形以外零件本身的弹性变形以外，还有其它因素，还有其它因素，根据研究，影响部件刚度的因素有：根据研究，影响部件刚度的因素有： 接触变形接触变形( (零件与零件间接触点的变形）；零件与零件间接触点的变形）；表面的接触情况表面的接触情况一般情况下，表面愈粗糙，接触刚度愈小，表面宏观几何形状误差愈大，实际接触面积愈小，接触刚度愈小；材料硬度高，屈服极限也高，塑性变形就小，接触刚度就大；表面纹理方向相同时，接触变形较小，接触刚度就大。 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薄弱零件本身的变形；薄弱零件本身的变形；p（a

45、）所示为刀架和其它溜板中常用）所示为刀架和其它溜板中常用的的楔铁楔铁。由于。由于结构薄而长，刚度很差，结构薄而长，刚度很差，再加上不易做得平直，接触不良再加上不易做得平直，接触不良，因此，因此在外力作用下，楔铁容易发生很大的变在外力作用下，楔铁容易发生很大的变形，使刀架的刚度大为降低；形，使刀架的刚度大为降低；pb)所示为所示为轴承套和轴颈、壳体的接触轴承套和轴颈、壳体的接触情况情况。由于轴承套本身的形状误差而形。由于轴承套本身的形状误差而形成局部接触。在外力的作用下，成局部接触。在外力的作用下，轴承套轴承套就象弹簧一样，产生了较大的变形就象弹簧一样，产生了较大的变形，使，使这个轴承部件的刚度

46、大为降低；这个轴承部件的刚度大为降低；p只有在只有在薄弱环节完全压平以后薄弱环节完全压平以后，部，部件的刚度才逐渐提高，这类部件的刚件的刚度才逐渐提高，这类部件的刚度曲线如图（度曲线如图（c）所示，其）所示，其刚度具有先刚度具有先低后高的特征低后高的特征。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间隙的影响：间隙的影响： p在刚度试验中如果在在刚度试验中如果在正反两个正反两个方向加载荷方向加载荷，便可发现，便可发现间隙对变间隙对变形的影响，形的影响，如图所示。如图所示。p在加工过程中，如果是在加工过程中，如果是单向受单向受力力，使零件始终靠在一面，那么，使零件始终靠在一

47、面，那么间隙对位移没有什么影响间隙对位移没有什么影响。p但如果象镗头、行星式内圆磨但如果象镗头、行星式内圆磨头等头等受力方向经常改变的轴承受力方向经常改变的轴承，则则间隙引起的位移对加工精度的间隙引起的位移对加工精度的影响就比较重要了影响就比较重要了。 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摩擦的影响：摩擦的影响：在在加载加载时，零件与时，零件与零件的接触面间的零件的接触面间的摩擦力摩擦力阻止变形的阻止变形的增加增加。在。在卸载卸载时，时，摩擦力又摩擦力又阻止变形阻止变形的减少的减少。因此在图。因此在图中显示出中显示出加载曲线加载曲线和卸载曲线不相重和卸载曲线不相重

48、合合。p先不考虑的先不考虑的 影响，影响，图中所示的刀架在切图中所示的刀架在切削时受到两个方向的削时受到两个方向的力力 、 ，产生了两，产生了两个方向的变形个方向的变形y、z； p部件的变形和单个零件的变形不同，部件的变形和单个零件的变形不同，Y Y方向的位移方向的位移，不但和，不但和 有关，而且和切削分力有关，而且和切削分力 、 的大小都有关系；的大小都有关系； 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施力方向的影响施力方向的影响 yFzFxF a) b)xFyFzF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yFp图图(a)中表示，中表示，

49、不仅使不仅使刀架产生了刀架产生了Y方向的变形，方向的变形，而且也产生了而且也产生了Z方向的变方向的变形形 ；p同样的，在图同样的，在图 (b)中，中， 力也将使刀架产生力也将使刀架产生Y和和Z两个方向的变形。换句话两个方向的变形。换句话说，变形说，变形y不只是由于不只是由于 而产生的，而是在而产生的，而是在Fy、Fz综合作用下产生的，变形综合作用下产生的，变形Z也是一样也是一样 ;zFyFyFzFyFp像图像图(a)那样受力的情况，那样受力的情况， 对对燕尾导轨面的力矩燕尾导轨面的力矩就有使就有使刀架向后倾侧的倾向刀架向后倾侧的倾向；而图；而图(b)的受力情况，的受力情况， 就有使就有使刀刀架

50、向前倾侧的倾向架向前倾侧的倾向(在图中为在图中为了表示醒目起见，只绘出了了表示醒目起见，只绘出了刀具倾侧的情况，而没有把刀具倾侧的情况，而没有把刀架倾侧的情况画出来刀架倾侧的情况画出来)。 p所以刀刃在所以刀刃在Y方向的实际位移，是切削分力方向的实际位移，是切削分力Fx、Fy、Fz共同作共同作用的结果。因此前面所述关于工艺系统的刚度的定义也需修改用的结果。因此前面所述关于工艺系统的刚度的定义也需修改为：为：()()yxyzFYyFFFY切削力沿 方向的分力在 、 、 共同作用下的 方向的变形第二节第二节 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p为了更精确地测定机床部为了更精确地测

51、定机床部件的刚度，可采用件的刚度，可采用带有三向带有三向加力的测力装置加力的测力装置，如图所示。，如图所示。在这个装置的半圆形角铁式在这个装置的半圆形角铁式的框架的框架1 1上，上，每隔每隔1515有一有一螺孔螺孔。依照所模拟的和的比。依照所模拟的和的比例，例，把加力螺杆把加力螺杆2 2旋入相应旋入相应螺孔螺孔。螺杆。螺杆2 2和固定在刀架和固定在刀架上的受力杆上的受力杆4 4之间放置之间放置测力测力环环3 3。再依照所模拟的。再依照所模拟的F Fx x和和F Fy y的比例，把车头主轴转动，的比例，把车头主轴转动，通过拨杆通过拨杆5 5把测定装置回转把测定装置回转到相应的角度。到相应的角度。

52、三向测力装置三向测力装置 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p如图表示同一车床刀架如图表示同一车床刀架在在FyFy和和FzFz不同比例下的刚不同比例下的刚度曲线度曲线。它说明了在单向。它说明了在单向作用力下测定的刚度和在作用力下测定的刚度和在三向作用力下测定的刚度三向作用力下测定的刚度是不同的。图中诸曲线具是不同的。图中诸曲线具有下列有下列Fy:Fz的数值的数值: : /0.3yZAFF ；/0.5yZBFF ；/0.8yZFF C；yFD仅有力。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为什么在刚度确定的主要公式中只用了一个的力？既为什

53、么在刚度确定的主要公式中只用了一个的力？既然实际上的变形同时受到然实际上的变形同时受到Fx、Fy、Fz的影响，为什么的影响，为什么不用合力来计算：不用合力来计算：222xyzFFFF在一般的弹性变形中，我们过去已经习惯于变形与作用力方在一般的弹性变形中，我们过去已经习惯于变形与作用力方向一致的概念，而在加工误差问题上，我们只着眼于垂直于向一致的概念，而在加工误差问题上，我们只着眼于垂直于加工表面的法向变形加工表面的法向变形y y0 0 。要同时兼顾到上述两点，用这个表要同时兼顾到上述两点，用这个表达式达式k k= =FyFy/ /y y还是比较合适的。只是要理解还是比较合适的。只是要理解y y

54、是在是在FxFx、FyFy、FzFz共同作用下产生的。共同作用下产生的。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3、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p工艺系统在受力情况下的总位移是各个组成部分位移工艺系统在受力情况下的总位移是各个组成部分位移y机床机床、y夹具夹具、y刀具刀具、y工件工件的迭加：的迭加： +yyyyy刀具系统夹具工件机床 kyFy系统系统yFky机床机床yFky夹具夹具 yFky刀具刀具 yFky工件工件1k 1111kkkk系统刀具夹具工件机床当知道了工艺系统的各个组成部分的刚度以后，就可以求出整个工艺系统的刚度。当

55、知道了工艺系统的各个组成部分的刚度以后，就可以求出整个工艺系统的刚度。 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工艺系统刚度对加工精度的影响，可以归纳为下列工艺系统刚度对加工精度的影响，可以归纳为下列几种常见的形式：几种常见的形式：由于受力点位置的变化而产生的工件形状误差；由于受力点位置的变化而产生的工件形状误差；由于切削力变化引起的加工误差由于切削力变化引起的加工误差-误差复映规律；误差复映规律；其它作用力引起工艺系统受力变形的变化所产生的加其它作用力引起工艺系统受力变形的变化所产生的加工误差。工误差。 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

56、分析q由于受力点位置的变化而产生的工件形状误差；由于受力点位置的变化而产生的工件形状误差；工艺系统的刚度除了受到各组成工艺系统的刚度除了受到各组成部分的刚度的影响之外，还有一个部分的刚度的影响之外，还有一个很大的特点，那就是很大的特点，那就是随着受力点的随着受力点的位置的变化而变化位置的变化而变化；为了说明这个问题，以在车床顶为了说明这个问题，以在车床顶尖间加工的尖间加工的光轴光轴为例。先假定为例。先假定工件工件短而粗，刚度很高短而粗，刚度很高，它在受力下的，它在受力下的变形比之机床、夹具、刀具的变形变形比之机床、夹具、刀具的变形小到可以忽略不计，则工艺系统的小到可以忽略不计，则工艺系统的总位

57、移完全总位移完全取决于机床头尾座取决于机床头尾座( (包包括顶尖括顶尖) )和刀架（包括刀具和刀架（包括刀具) )的位移；的位移；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当车刀走到如图示的位置时，在当车刀走到如图示的位置时，在切削力的作用下（图中仅表示出切削力的作用下（图中仅表示出) )，头座由头座由A A位移到位移到AA，尾座由，尾座由B B位移位移到到BB，刀架由，刀架由C C位移到位移到CC，它们，它们的位移分别为的位移分别为y y头座、头座、y y尾座、尾座、y y刀刀架。此时工件的轴心线由架。此时工件的轴心线由ABAB位移到位移到AABB，则在切削点处的位移

58、，则在切削点处的位移y yx x为：为：xyyx头座由于由于xxyyl尾 座头 座所以所以 xyyyylx头座尾座头座第二节第二节 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设设F FA A、F FB B为所引起的在头、尾座处的作用力，则为所引起的在头、尾座处的作用力，则AylxFFlByxFFl代入上式，得到代入上式，得到22()yyFFlxxyklklx头座尾座又因又因 yFyk刀 架刀 架第二节第二节 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工艺系统的总位移工艺系统的总位移22111()xylxxyyyFkklkl系统刀架刀架头座尾座300yFN设设60000/kN

59、 mm头座50000/kN mm尾座k40000 /N mm刀架顶尖间距离 600mm沿工件长度上工艺系统的位移如下表沿工件长度上工艺系统的位移如下表 0.01350.01180.01070.01030.01040.01110.0125y系统(mm)（尾座处） (工件中间)0(头座处)x16l13l12l23l56ll工件轴向最大直径误差工件轴向最大直径误差(鞍形鞍形)为：为：20.01350.010320.0064yymm尾座中间第二节第二节 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再假定再假定工件细而长，刚度很低工件细而长，刚度很低，机床、夹具、刀具在受力下的机床、夹具、刀具在

60、受力下的变形可以忽略不计，则工艺系变形可以忽略不计，则工艺系统的位移完全统的位移完全取决于工件的变取决于工件的变形形，如图，如图 (b)(b)所示。当车刀走所示。当车刀走到图示的位置时，在切削力作到图示的位置时，在切削力作用下工件的中心线产生弯曲。用下工件的中心线产生弯曲。根据材料力学的计算公式，在根据材料力学的计算公式，在切削点处的位移为：切削点处的位移为：22()3yFlxxyEIl工件第二节第二节 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仍设仍设 工件尺寸为工件尺寸为 300FN30 600mm522 10/EN mm则沿工件长度上的位移有如下表：则沿工件长度上的位移有如下表