机械制造工艺学(精度)

1、 机械制造工艺学机械制造工艺学教师：马丽心教师：马丽心 哈尔滨商业大学轻工学院哈尔滨商业大学轻工学院一一 重新认识机械制造业重新认识机械制造业n机械制造是一门有着悠久历史的学科，是国家建设和社机械制造是一门有着悠久历史的学科，是国家建设和社会发展的支柱学科之一。会发展的支柱学科之一。n机械制造已经不是传统意义上的机械制造，即所谓的机械制造已经不是传统意义上的机械制造，即所谓的机机械加工械加工。它是集机械、电子、光学、信息科学、材料科它是集机械、电子、光学、信息科学、材料科学、生物科学、激光学、管理学等最新成就为一体的一学、生物科学、激光学、管理学等最新成就为一体的一个新兴技术与新兴工业。个新兴

2、技术与新兴工业。n1、什么是工艺？什么是工艺？ 使事物按照一定的经验、规律、次序和方法进行使事物按照一定的经验、规律、次序和方法进行，是一种人为所规定的事物演变过程。是一种人为所规定的事物演变过程。n 2、机械制造工艺、机械制造工艺 使各种原材料、半成品成为机械产品的过程。使各种原材料、半成品成为机械产品的过程。它它既是构思和想法，又是实际的方法和手段，并落实在既是构思和想法，又是实际的方法和手段，并落实在由工件、刀具、机床、夹具所构成的工艺系统中。所由工件、刀具、机床、夹具所构成的工艺系统中。所以它包含和涉及的范围很广，需要多门学科知识的支以它包含和涉及的范围很广，需要多门学科知识的支持，同

3、时又和生产实际联系十分紧密。持，同时又和生产实际联系十分紧密。二二 本课程研究的对象和任务本课程研究的对象和任务 3 3、 机械制造工艺学的研究对象机械制造工艺学的研究对象(1) 研究如何研究如何科学地、最优地生产科学地、最优地生产各种机械装备、机械产品各种机械装备、机械产品的一门技术学科。的一门技术学科。(2) 研究在机械制造研究在机械制造(机械制造广义包括：铸造、锻、焊、热机械制造广义包括：铸造、锻、焊、热处理，机械加工、机械装配）中处理，机械加工、机械装配）中优质、高产、低耗地优质、高产、低耗地生生产机械装备的原理和方法的科学。即从产机械装备的原理和方法的科学。即从质量质量（精度、寿（精

4、度、寿命）、命）、劳动生产率劳动生产率（先进的工艺方法和装备、先进的生（先进的工艺方法和装备、先进的生产组织和管理方法）、产组织和管理方法）、经济性经济性（通过经济分析或经济论（通过经济分析或经济论证加以确定）方面控制机械制造。这三方面证加以确定）方面控制机械制造。这三方面是企业的核是企业的核心和灵魂。因此企业制造常以工艺作为突破口。心和灵魂。因此企业制造常以工艺作为突破口。 4 4、 工艺与设计、制造的关系工艺与设计、制造的关系 只有掌握工艺知识，才能只有掌握工艺知识，才能得到经济、合理、可行的设计得到经济、合理、可行的设计方案，才能能保证方便、经济、方案，才能能保证方便、经济、高效、高质地

5、制造产品。高效、高质地制造产品。 5 5、本课程的任务、本课程的任务1) 掌握工艺的基本理论、掌握机械加工和装配工艺规程制定的原则、掌握工艺的基本理论、掌握机械加工和装配工艺规程制定的原则、步骤和方法，结合具体条件制定出工艺上可行、经济上合理的工步骤和方法，结合具体条件制定出工艺上可行、经济上合理的工艺规程；艺规程；2) 了解影响加工质量的各项因素，学会分析研究加工质量的方法；了解影响加工质量的各项因素，学会分析研究加工质量的方法；3) 掌握机床夹具设计的原理和方法；掌握机床夹具设计的原理和方法；4) 了解当前制造技术的发展，培养学生具有善于分析、总结实际生了解当前制造技术的发展，培养学生具有

6、善于分析、总结实际生产中的先进经验，善于分析地吸收国内外新技术、新工艺和新方产中的先进经验，善于分析地吸收国内外新技术、新工艺和新方法，并应用于解决实际问题的能力；法，并应用于解决实际问题的能力；5) 培养学生对具体工艺问题进行综合分析和试验的科学方法，并能培养学生对具体工艺问题进行综合分析和试验的科学方法，并能对具体问题提出保证或改善产品质量、提高生产效率和降低产品对具体问题提出保证或改善产品质量、提高生产效率和降低产品成本的工艺路线。成本的工艺路线。 三、本课程的特点及学习方法三、本课程的特点及学习方法1 1 课程的特点课程的特点2 2 学习方法学习方法(1)理论联系实际，具体问题具体分析

7、，不能死记；结合实际分理论联系实际，具体问题具体分析，不能死记；结合实际分析问题；析问题；(2)钻研基本内容，理解问题的实质和概念，认真对待练习，掌钻研基本内容，理解问题的实质和概念，认真对待练习，掌握基本规律，做到举一反三；握基本规律，做到举一反三；(3)掌握知识的同时，注意能力的培养。掌握知识的同时，注意能力的培养。 n现场实践性现场实践性n分析对比性分析对比性n技术测量性技术测量性n结构工艺性结构工艺性 第第1章章 加工精度加工精度1.1.1 1.1.1 加工精度与加工质量加工精度与加工质量 1 加工精度与加工误差加工精度与加工误差 加工精度加工精度是指零件加工后的实际几何参数是指零件加

8、工后的实际几何参数（尺寸、形状及各表面相互位置等参数）（尺寸、形状及各表面相互位置等参数）与理想几与理想几何参数的符合程度。何参数的符合程度。符合程度越高，加工精度就越符合程度越高，加工精度就越高。反之，越低。高。反之，越低。 加工误差加工误差是指零件加工后的实际几何参数对理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，想几何参数的偏离程度，所以，加工误差的大小反所以，加工误差的大小反映了加工精度的高低。映了加工精度的高低。 满足使用要求前提下，加工精度愈低愈有利于满足使用要求前提下，加工精度愈低愈有利于制造。制造。 1.1加工精度概述加工精度概述 2 质量内容质量内容 设计质量设计质

9、量: 反映用户希望，使用条件、操作习惯、心理。 制造质量制造质量: (1) 零件质量零件质量: 几何方面几何方面-尺寸、形状、位置、表面粗糙度。 物理方面物理方面-材质、强度、刚度、金相组织、表层性能。 (2)装配质量装配质量: 各装配间隙与过盈，工作精度，噪声等。 (3)外观质量外观质量: 操作舒适，美观，包装。 (4)环保要求环保要求: 在现代社会特别强调环境保护，在产品设计、 制造以至于 产品报废后零部件的拆卸和回收，都要考虑 环保的要求。 服务质量服务质量:有使用、保养说明书,是否实行三包。 n1.1.2 1.1.2 获得加工精度的方法获得加工精度的方法n一 获得尺寸精度的方法 1 试

10、切法试切法n 边加工边测量，直到达到加工精度要求。如图边加工边测量，直到达到加工精度要求。如图5-1所示，在车床所示，在车床上用试切法车外圆，先在工件上车出上用试切法车外圆，先在工件上车出35mm长，停车测量，补充调长，停车测量，补充调刀，合格后自动走刀车完全程。刀，合格后自动走刀车完全程。 特点特点 n1）多次走刀、停车、测量，生产率低。）多次走刀、停车、测量，生产率低。n2）加工精度取决于操作者水平。用于单件小批生产。）加工精度取决于操作者水平。用于单件小批生产。n2 调整法（定程法）（图调整法（定程法）（图5-2）n 先用试切法或用样板、样件、对刀元件等确定刀具、夹具与工件先用试切法或用

11、样板、样件、对刀元件等确定刀具、夹具与工件之间的位置。对一批工件进行加工，中间只装夹工件，抽样检测。直之间的位置。对一批工件进行加工，中间只装夹工件，抽样检测。直到超差时才补充调刀。到超差时才补充调刀。 特点特点n1）安装、加工都简单，生产率高，加工质量易于保证。）安装、加工都简单，生产率高，加工质量易于保证。n2）对操作者技术水平要求不高。用于大批量生产。）对操作者技术水平要求不高。用于大批量生产。 图5-1 试切法 图5-2 调整法 返回n3 定尺寸刀具法定尺寸刀具法n 采用一定精度的定尺寸刀具进行加工。如采用钻头、采用一定精度的定尺寸刀具进行加工。如采用钻头、扩孔钻、双刃镗刀（图扩孔钻、

12、双刃镗刀（图5-3）、铰刀、拉刀加工孔；用丝）、铰刀、拉刀加工孔；用丝锥、板牙加工螺纹；键槽铣刀加工键槽等等。锥、板牙加工螺纹；键槽铣刀加工键槽等等。 特点特点:工件精度取决于刀具本身的精度。工件精度取决于刀具本身的精度。n4 自动获得法自动获得法（主动测量法）（主动测量法）n1）自动测量）自动测量 把检测、调整、切削等机构组成一个系统，把检测、调整、切削等机构组成一个系统，控制工件尺寸。控制工件尺寸。n2）数字控制）数字控制 把进刀量、工作台位移量数字脉冲化，以信把进刀量、工作台位移量数字脉冲化，以信号控制切削过程。用于数控机床。（图号控制切削过程。用于数控机床。（图5-4） 特点特点:可与

13、流水线、自动线配合，加工精度与生产率高。可与流水线、自动线配合，加工精度与生产率高。图5-3 定尺寸刀具法 返回返回n二二 获得形状精度的方法获得形状精度的方法 n1 轨迹法轨迹法:依靠刀具与工件之间的相对运动轨迹获得工件依靠刀具与工件之间的相对运动轨迹获得工件的形状。如车外圆、车锥体（图的形状。如车外圆、车锥体（图5-5）、刨削、端铣、靠）、刨削、端铣、靠模仿形加工等。模仿形加工等。n2 成形法成形法:利用刀具刃口形状获得工件的形状精度。如利利用刀具刃口形状获得工件的形状精度。如利用成形车刀车球面用成形车刀车球面(图图5-6），利用成形刨刀刨工件的成形），利用成形刨刀刨工件的成形面，拉削成形

14、面，切螺纹等。面，拉削成形面，切螺纹等。n3 展成法展成法:利用刀具与工件之间严格的啮合运动形成的包利用刀具与工件之间严格的啮合运动形成的包络线形成工件的形状。如滚齿（图络线形成工件的形状。如滚齿（图5-7）、插齿等。）、插齿等。图5-5 轨迹法车锥体 返回图5-6 用成形车刀车球面 返回图5-7 展成法滚齿 返回n 获得位置精度的方法获得位置精度的方法有两种：一次安装法和多有两种：一次安装法和多次安装法。次安装法。n1 一次安装法一次安装法 n 在一次安装中把位置在一次安装中把位置精度要求高的表面加工出精度要求高的表面加工出来（来（图图5-8），主要靠机），主要靠机床各部件之间的位置精度床各

15、部件之间的位置精度来保证。来保证。 n如在一次安装中车削齿坯如在一次安装中车削齿坯端面、外圆和内孔，以保端面、外圆和内孔，以保证工件端面与孔轴线的垂证工件端面与孔轴线的垂直度、外圆与孔的同轴度。直度、外圆与孔的同轴度。三三 获得位置精度的方法获得位置精度的方法图5-8 一次安装法 5-9 多次安装法多次安装法 2 多次安装法多次安装法 在多次安装中完成各个表面的加工。如较复杂的箱体加工，在多次安装中完成各个表面的加工。如较复杂的箱体加工，往往要经过多道工序的加工，其位置精度要靠机床和夹具共同往往要经过多道工序的加工，其位置精度要靠机床和夹具共同保证。如图保证。如图5-9所示，箱体铣轴承孔端面和

16、镗轴承孔两道工序所示，箱体铣轴承孔端面和镗轴承孔两道工序在不同组合机床上进行，必须靠机床和夹具保证位置精度。在不同组合机床上进行，必须靠机床和夹具保证位置精度。n1.1.3 1.1.3 研究加工精度的方法研究加工精度的方法n一一 误差因素分析法误差因素分析法n 利用因果图（鱼刺图）进行测试、分析、计算，找出导致误差利用因果图（鱼刺图）进行测试、分析、计算，找出导致误差主要因素。如图主要因素。如图5-10所示，某厂生产车床，加工尾座孔时发现出现所示，某厂生产车床，加工尾座孔时发现出现锥度超差，为了找出致差原因，列出了可能导致这一误差的所有项目，锥度超差，为了找出致差原因，列出了可能导致这一误差的

17、所有项目，然后逐个排除，找出原因。然后逐个排除，找出原因。n二二 统计分析法统计分析法n 利用统计分析原理对测试结果进行处理，找出误差规律。利用统计分析原理对测试结果进行处理，找出误差规律。n1 1 分布曲线法（图分布曲线法（图5-115-11） 一批工件加工完后进行测量，利用测量数据作出分布曲线，对加一批工件加工完后进行测量，利用测量数据作出分布曲线，对加工精度进行分析，求出合格率和废品率及中心偏移量工精度进行分析，求出合格率和废品率及中心偏移量,指导以后加工。指导以后加工。n2 2 点图法（图点图法（图5-125-12） n 边加工、边间歇抽样检测，以抽样组平均尺寸为纵座标，以组序边加工、

18、边间歇抽样检测，以抽样组平均尺寸为纵座标，以组序号为横座标作出工件尺寸的分布点，对工件精度进行分析，平行指导号为横座标作出工件尺寸的分布点，对工件精度进行分析，平行指导加工过程，可建立无废品系统。加工过程，可建立无废品系统。图5-10 误差因素分析法 返回返回返回n1 找出主要致差因素后，可按找出主要致差因素后，可按下式进行合成求出系统综合误下式进行合成求出系统综合误差：差：n2 当各个因素呈现函数关系时当各个因素呈现函数关系时可对各误差因素求偏导数，以可对各误差因素求偏导数，以全微分表示误差的关系：全微分表示误差的关系： 误差合成计算公式误差合成计算公式n1.1.4 1.1.4 加工误差的来

19、源加工误差的来源n1 产品的制造过程产品的制造过程 加工精度是在生产过程中获得的，误差是在加工过程中形成的，所加工精度是在生产过程中获得的，误差是在加工过程中形成的，所以致差原因及其对策要到制造过程中去找（图以致差原因及其对策要到制造过程中去找（图5-13） 2 十大原始误差十大原始误差n 在机械加工中，机床、夹具、刀具和工件组成了工艺系统。工艺系在机械加工中，机床、夹具、刀具和工件组成了工艺系统。工艺系统产生的误差称为原始误差。归纳起来可分为十大误差：统产生的误差称为原始误差。归纳起来可分为十大误差：n 1 加工原理误差；加工原理误差；n 2 工件安装误差；工件安装误差；n 3 机床制造误差

20、与磨损；机床制造误差与磨损；n 4 夹具误差；夹具误差；n 5 刀具制造误差与磨损；刀具制造误差与磨损；n 6 工艺系统受力变形；工艺系统受力变形；n 7 工艺系统受热变形；工艺系统受热变形；n 8 工件内应力引起的变形；工件内应力引起的变形；n 9 度量误差；度量误差；n 10调整误差。调整误差。n下面分别讲解这些误差对加工精度的影响。下面分别讲解这些误差对加工精度的影响。图5-13 产品的制造过程 返回n1.2 1.2 工艺系统几何误差及原理误差工艺系统几何误差及原理误差n 1.2.1 1.2.1 原理误差（方法误差）原理误差（方法误差）n 利用近似的加工运动或近似的刀具轮廓进行加工，形成

21、利用近似的加工运动或近似的刀具轮廓进行加工，形成的误差称为原理误差。又称理论误差。的误差称为原理误差。又称理论误差。 n 理论上完全正确的加工方法，或很难实现；或机床结理论上完全正确的加工方法，或很难实现；或机床结构复杂，刚度差，制造精度低；或加工效率低；或理论刀构复杂，刚度差，制造精度低；或加工效率低；或理论刀具难以制造，精度低。虽然有时机床和刀具符合理论，其具难以制造，精度低。虽然有时机床和刀具符合理论，其加工精度反而比采用近似的还低。所以，只要加工误差不加工精度反而比采用近似的还低。所以，只要加工误差不超过零件的公差要求，理论近似的机床和刀具是可用的超过零件的公差要求，理论近似的机床和刀

22、具是可用的例1 铣制齿轮（图5-14 ）n 用模数铣刀铣齿轮时，因为齿形用模数铣刀铣齿轮时，因为齿形是基圆半径的函数，同模数，齿数不是基圆半径的函数，同模数，齿数不同，渐开线形状也不一样。即每种模同，渐开线形状也不一样。即每种模数、每种齿数都应有相对应的铣刀。数、每种齿数都应有相对应的铣刀。这是一个排列组合问题，数量大得无这是一个排列组合问题，数量大得无法办得到。实际上每种模数用法办得到。实际上每种模数用815把刀管所有的齿数。必然带来误差。把刀管所有的齿数。必然带来误差。图5-14铣制齿轮n例例2 滚切齿轮滚切齿轮（图（图5-15）n 渐开线齿形理想表面为渐开线齿形理想表面为连续的渐开线，但

23、是，由于连续的渐开线，但是，由于滚刀刀齿不连续（若连续即滚刀刀齿不连续（若连续即为普通蜗杆，无切削能力）为普通蜗杆，无切削能力）,使每个刀齿之间总有一定距使每个刀齿之间总有一定距离。所以齿形实际上是一系离。所以齿形实际上是一系列的折线组成的。列的折线组成的。图5-15滚切齿轮n例例3 车制蜗杆车制蜗杆（图（图5-16 )n 在车床上车制蜗杆时，在车床上车制蜗杆时，机床挂轮比机床挂轮比i=i1*i2*i3=P/T=m/T，式中式中为无理数，不可能有精为无理数，不可能有精确值。必然导致工件误差。确值。必然导致工件误差。nP 工件蜗杆导程工件蜗杆导程nm 蜗轮模数，蜗轮模数，nT 车床丝杆螺距车床丝

24、杆螺距图5-16车制蜗杆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角度摆动角度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两内联传动链始末两端传动元件间相对端传动元件间相对运动误差运动误差1.2.21.2.2机床几何误差机床几何误差机床主轴的回转运动误差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，主轴的各个截面必然有它的回转中心，在主轴的任一截面，主轴回转时若只

25、有一点速度始终为零，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。 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回转轴线(瞬时回转轴线的对称中心)，在规定测量平面内的变动量。变动量越小，主轴回转精度越高；反之越低。 端面跳动端面跳动（轴向漂移）瞬时回转轴线沿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。 径向跳动径向跳动（径向漂移）瞬时回转轴线始终平行于平均回转轴线方向的径向运动。它主要影响圆柱面的精度。 角度摆动角度摆动（角向漂

26、移）瞬时回转轴线与平均回转轴线成一倾斜角度，但其交点位置固定不变的运动。在不同横截面内，轴心运动误差轨迹相似，它影响圆柱面与端面加工精度。 注意：实际中常是这几种误差的合成注意：实际中常是这几种误差的合成2主轴回转运动误差的形式主轴回转运动误差的形式 车间车间所有机床，我们分为：所有机床，我们分为： 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3 3主轴回转误差对加工精度的影响主轴回转误差对加工精度的影响车床加工：工件回转，刀具移动车床加工：工件回转，刀具移动 此时，

27、主轴的纯径向此时，主轴的纯径向跳动对车削加工工件的圆跳动对车削加工工件的圆度影响很小。度影响很小。a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AAROm11，AcosO234ORsin(A+R）cos 镗孔时纯径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镗削加工：镗刀回转，工件不转，镗削加工：镗刀回转，工件不转，镗出的孔为椭圆形。镗出的孔为椭圆形。轴向窜动对车、镗削加工精度影响轴向窜动对车、镗削加工精度影响 主轴的轴向窜动对内、外圆的主轴的轴向窜动对内、外圆的加工精度没有影响，

28、但加工端面时，加工精度没有影响，但加工端面时，会使加工的端面与内外圆轴线产生垂会使加工的端面与内外圆轴线产生垂直度误差。另外直度误差。另外主轴每转一周，要沿主轴每转一周，要沿轴向窜动一次，使得切出的端面产生轴向窜动一次，使得切出的端面产生平面度误差（见上图平面度误差（见上图a）。当加工螺）。当加工螺纹时，会产生螺距误差（见上图纹时，会产生螺距误差（见上图b）。）。 a主轴轴向窜动对端主轴轴向窜动对端面加工精度的影响面加工精度的影响b螺距误差螺距误差角度摆动对车、镗削加工精度影响角度摆动对车、镗削加工精度影响 车削加工时工件每一横截面内的车削加工时工件每一横截面内的圆度误差很小，但轴平面有圆柱度

29、误圆度误差很小，但轴平面有圆柱度误差（锥度）。差（锥度）。车外圆：得到圆形工件，车外圆：得到圆形工件，但产生圆柱度误差（锥体但产生圆柱度误差（锥体),车端面：车端面：产生平面度误差产生平面度误差,镗孔时镗孔时:由于主轴的由于主轴的纯角度摆动纯角度摆动 使得主轴回转轴线与工使得主轴回转轴线与工作台导轨不平行，使镗出的孔呈椭圆作台导轨不平行，使镗出的孔呈椭圆形，形，如下图所示。如下图所示。 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主轴系统的径向不等刚度和热变

30、形等和热变形等4 4 影响主轴回转运动误差的主要因素影响主轴回转运动误差的主要因素 对于不同类型的机床，对于不同类型的机床，其影响因素也各不相同其影响因素也各不相同5 5提高主轴回转精度的措施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提高轴承的回转精度提高轴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静压轴承采用高精度的静压轴承提高轴承组件的接触刚度提高轴承组件的接触刚度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

31、面的加工精度 常采用两个固定顶尖支承，主轴只起传动作用。工件的回转精度完全常采用两个固定顶尖支承，主轴只起传动作用。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，而提高顶尖和中心孔的精度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得多。如下图要比提高主轴部件的精度容易且经济得多。如下图(2)对滚动轴承进行预紧对滚动轴承进行预紧可消除间隙；增加轴承刚度；均化滚动体的误差可消除间隙；增加轴承刚度；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YYoDR水平面水平面导轨水平面内直线度导轨水平面内直

32、线度图图49 导轨在水平面内直线度误差导轨在水平面内直线度误差 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 一一 机床导轨误差的各种形式机床导轨误差的各种形式（1 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机床导轨误差机床导轨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ZDRZ图图410 导轨在垂直面内直线度误差导轨在垂直面内直线度误差RD/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设：设：Z=Y=0.01mm ，R=50mm ， 则由于法向原始误差而

33、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。误差对工件的尺寸精度和形状精度影响甚小。 对平面磨床，龙门刨床对平面磨床，龙门刨床及铣床等，导轨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

34、状误被加工工件上，造成形状误差。差。 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（误差敏感方向），对加工产生在加工表面法向方向（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（误差非精度有直接影响；产生在加工表面切向方向（误差非敏感方向）敏感方向） ，可忽略不计。，可忽略不计。结论： 图图 龙门刨床导轨垂直面龙门刨床导轨垂直面 内直线度误差内直线度误差 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（3）前后导轨平行度误差的影响 床身前后导轨有平行度误差（扭曲）时，床身前后导轨有平行度误差（扭曲）时，会使

35、车床溜板在沿床身移动时发生偏斜，使会使车床溜板在沿床身移动时发生偏斜，使刀尖相对工件产生偏移，使工件产生形状误刀尖相对工件产生偏移，使工件产生形状误差（鼓形、鞍形、锥度）差（鼓形、鞍形、锥度） 从图可知，车床前后导轨扭曲的最终结从图可知，车床前后导轨扭曲的最终结果反映在工件上，于是产生了加工误差果反映在工件上，于是产生了加工误差y y。从几何关系中可得出：从几何关系中可得出： yHyH/B/B 一般车床一般车床H2B/3H2B/3，外圆磨床，外圆磨床HBHB，因此，因此该项原始误差该项原始误差对加工精度的影响很大。对加工精度的影响很大。 车床导轨扭曲对车床导轨扭曲对 工件形状精度影响工件形状精

36、度影响 以磨床为例以磨床为例, ,设机床中心高为设机床中心高为H H，导轨宽度，导轨宽度为为B B，则扭曲引起工件直径的变化量为，则扭曲引起工件直径的变化量为y （磨床（磨床H=BH=B）水平面不平行 垂直面内不平 a) 车成锥体 b) 车成双曲线体 图5-22 导轨误差导致的误差 导轨与主轴不平行导轨与主轴不平行 以车削为例，导轨在水平面不平行,将导致工件车成锥体。导轨在垂直面内不平行，将使工件车成双曲线回转体。（见图5-22）1 1 选择合理导轨形状和组合形式选择合理导轨形状和组合形式 n 机床导轨的形状很多，如机床导轨的形状很多，如矩形、三角形、燕尾形等；导矩形、三角形、燕尾形等；导轨的

37、组合形式也很多，如双矩轨的组合形式也很多，如双矩形、双三角形、矩形与三角形形、双三角形、矩形与三角形等。其中以等。其中以90的双三角形的双三角形导轨的直线运动精度及精度保导轨的直线运动精度及精度保持性较好。这种导轨的磨损主持性较好。这种导轨的磨损主要在垂直方向上，对一些在垂要在垂直方向上，对一些在垂直方向不敏感的机床如车床，直方向不敏感的机床如车床，可以长期保持原始精度。可以长期保持原始精度。 二二 提高机床导轨精度的措施提高机床导轨精度的措施 n 机床传动链误差机床传动链误差n 一一 机床的传动链误差的影响机床的传动链误差的影响 n 在需要保持工件与刀具严格的运动关系的内联系传动中，必须严格

38、控制传在需要保持工件与刀具严格的运动关系的内联系传动中，必须严格控制传动链首末端件的相对运动误差，特别是动链首末端件的相对运动误差，特别是末端件末端件的精度。的精度。 如车螺纹、铣螺旋如车螺纹、铣螺旋槽、滚齿、插齿等等，都要求保持工件与刀具严格的运动关系。槽、滚齿、插齿等等，都要求保持工件与刀具严格的运动关系。n2 提高机床导轨的制造精度和配合件接触精度。提高机床导轨的制造精度和配合件接触精度。 对于对于高精度的机床导轨，还要安排刮研。高精度的机床导轨，还要安排刮研。 n3 采用均化误差、防止导轨磨损的静压导轨或贴塑导采用均化误差、防止导轨磨损的静压导轨或贴塑导轨轨 （ 聚四氟乙烯，消除爬行现

39、象聚四氟乙烯，消除爬行现象 ） 二二 提高机床导轨精度的措施提高机床导轨精度的措施 n例如：在车床上加工丝杆，若第一齿例如：在车床上加工丝杆，若第一齿轮有转角误差轮有转角误差1，试分析对工件，试分析对工件螺距误差的影响。（见图螺距误差的影响。（见图5-26）解：解： i=Z1/Z2=1/2=n2/n1n 5=i4i3i2i11n T/2=P/5 P= T/2(i4i3i2i11)n 二二 减少传动链误差的措施减少传动链误差的措施 实际上，各个齿轮和机床丝杆都有误实际上，各个齿轮和机床丝杆都有误差。为减少传动误差可采取以下措施：差。为减少传动误差可采取以下措施：1、传动比、传动比i1，即，即采用

40、降速设计采用降速设计，最大降，最大降速比应放在最后，以便减少误差。速比应放在最后，以便减少误差。2、传动链愈短愈好传动链愈短愈好。数控机床之所以精度。数控机床之所以精度高，传动链比普通机床短，是其重要原因高，传动链比普通机床短，是其重要原因之一。之一。3、提高传动元件的精度，特别是、提高传动元件的精度，特别是末端件的末端件的精度。精度。4、采用、采用误差补偿机构误差补偿机构。人为加入一大小相。人为加入一大小相等、方向相反的误差去抵消它，如校正尺。等、方向相反的误差去抵消它，如校正尺。式中：式中：T机床丝杆螺距；机床丝杆螺距； P工件螺距误差；工件螺距误差； i传动比。传动比。刀刀具具误误差差一

41、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、单刃如普通车刀、单刃镗刀和面铣刀等的制造镗刀和面铣刀等的制造误差对加工精度没有直误差对加工精度没有直接影响，但磨损后对工接影响，但磨损后对工件尺寸或形状精度有一件尺寸或形状精度有一定影响定影响 定尺寸刀具（如钻定尺寸刀具（如钻头、铰刀、圆孔拉刀等）头、铰刀、圆孔拉刀等）的尺寸误差直接影响被的尺寸误差直接影响被加工工件的尺寸精度。加工工件的尺寸精度。刀具的安装和使用不当，刀具的安装和使用不当，也会影响加工精度。也会影响加工精度。 成形刀具（如成形成形刀具（如成形车刀、成形铣刀、盘形车刀、成形铣刀、盘形齿轮铣刀等）

42、的误差主齿轮铣刀等）的误差主要影响被加工面的形状要影响被加工面的形状精度精度 展成法刀具（如齿轮展成法刀具（如齿轮滚刀、插齿刀等）加工齿滚刀、插齿刀等）加工齿轮时，刀刃的几何形状及轮时，刀刃的几何形状及有关尺寸精度会直接影响有关尺寸精度会直接影响齿轮加工精度齿轮加工精度1.2.3工艺系统其它几何误差工艺系统其它几何误差n 一一 刀具制造误差对加工精度的影响刀具制造误差对加工精度的影响 n可调刀具可调刀具 因磨损后可调整进刀量进行补偿因磨损后可调整进刀量进行补偿,所以无直接影响（如车刀、刨刀、单刃镗刀等）。所以无直接影响（如车刀、刨刀、单刃镗刀等）。 n不可调刀具不可调刀具 定尺寸刀具：如钻头、

43、铰刀、拉刀等；成形刀具：如圆球车刀、模数铣刀等；展成定尺寸刀具：如钻头、铰刀、拉刀等；成形刀具：如圆球车刀、模数铣刀等；展成法刀具：如齿轮滚刀、插齿刀等这三类刀具的制造误差对加工精度都有直接影响。法刀具：如齿轮滚刀、插齿刀等这三类刀具的制造误差对加工精度都有直接影响。n二二 刀具磨损误差对加工精度的影响刀具磨损误差对加工精度的影响n 刀具在调定后，加工过程中产生磨损，无论是可调刀具还是不可调刀具，对加工精度都有影响。刀具在调定后，加工过程中产生磨损，无论是可调刀具还是不可调刀具，对加工精度都有影响。n 特别是可调性单刃刀具，耐用度都比较低，自动化机床在刀具调好后，往往加工成批零件，若不特别是可

44、调性单刃刀具，耐用度都比较低，自动化机床在刀具调好后，往往加工成批零件，若不注意，将造成大批废品。注意，将造成大批废品。刀具误差刀具误差 夹夹 具具 误误 差（差（制造误差与磨损制造误差与磨损）夹具的误差主要有：夹具的误差主要有：1）定位元件、刀具导向元件、分度机构、夹具体）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。等零件的制造误差。2）夹具装配后，以上各种元件工作面间的相对尺）夹具装配后，以上各种元件工作面间的相对尺寸误差。寸误差。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 例中以钻模套作刀具导引件，引导钻头加工孔，保证两孔的位置精度与孔距精度。 若定

45、位销和挡块磨损较大，连杆的位置将发生偏斜。引起钻孔后孔的轴线也偏斜。若钻套磨损较大，孔距误差将增大，轴线也可能偏斜，钻出的孔不平行。结论：在大批量生产中，应严格控制夹具的制造误差与磨损，尤其是定位元件与刀具导引件。夹具的相关公差应取工件公差的1/31/5。 测量误差（1）量具、量仪和测量方法本身的误差）量具、量仪和测量方法本身的误差（2）环境条件的影响（温度、振动等）环境条件的影响（温度、振动等）（3）测量人员主观因素的影响（视力、测量）测量人员主观因素的影响（视力、测量 力大小、对比标准及运算等）力大小、对比标准及运算等）（4）正确选择和使用量具，以保证测量精度）正确选择和使用量具，以保证测

46、量精度（5）单次测量的误差）单次测量的误差n 合理选择测量工具与测量方法，合理使用测量工具，尽可合理选择测量工具与测量方法，合理使用测量工具，尽可能满足能满足阿贝原则阿贝原则测测 量量 误误 差差调调整整误误差差试切法调整试切法调整定程机构调整定程机构调整样板、样件调整样板、样件调整安装调整安装调整 大批量生产时常采用大批量生产时常采用行程挡块、靠模、凸轮行程挡块、靠模、凸轮作为定程机构，其制造作为定程机构，其制造精度和调整精度产生调精度和调整精度产生调整误差整误差样件、样板的制造精度样件、样板的制造精度和安装精度、对刀精度和安装精度、对刀精度产生调整误差产生调整误差测量误差测量误差进给机构位

47、移误差（爬进给机构位移误差（爬行现象）行现象）加工余量的影响（余量加工余量的影响（余量很小时，刀刃打滑）很小时，刀刃打滑） 调整误差：加工时机床、夹具、刀具、工件的相对位置未调整误差：加工时机床、夹具、刀具、工件的相对位置未 调准确而产生的误差，主要产生于调整法加工。调准确而产生的误差，主要产生于调整法加工。 1机床上安装夹具、工件、刀具，确定它们与机床的位置；机床上安装夹具、工件、刀具，确定它们与机床的位置； 2调整刀具与工件定位基准的距离；调整刀具与工件定位基准的距离； 3试切工件检查尺寸，反复调整合格。试切工件检查尺寸，反复调整合格。调调 整整 误误 差差工艺系统：工艺系统： 机床、夹具

48、、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1.31.3工艺系统受力变形引起的加工误差工艺系统受力变形引起的加工误差工艺系统受力变形现象工艺系统受力变形现象 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) 车长轴车长轴 b） 磨内孔磨内孔1.3.11.3.1工艺系统的刚度工艺系统的刚度1. 1. 工艺系统刚度的概念工艺系统刚度的概念 工艺系统整体抵抗其变形的能工艺系统整体抵抗其变形的能力。其大小为：作用在物体上的外力。其大小为：作用在物

49、体上的外力力Fp 与由此引起的该方向上的位与由此引起的该方向上的位移移yxt的比值，即的比值，即kxt=Fp/yxt负负 刚刚 度度 现现 象象刀架系统在刀架系统在Fp力力作用下引起同向作用下引起同向变形变形y，图，图a） 若出现变形方向与若出现变形方向与Fp方向不一致的方向不一致的情况，如情况，如Fp与与yxt方向相反，工艺系统方向相反，工艺系统就处于负刚度状态。就处于负刚度状态。在在Fc力作用下引起力作用下引起的变形的变形y与与Fp方向方向相反，图相反，图b） 负刚度现象对保证加工质量是负刚度现象对保证加工质量是不利的，此时车刀的刀尖将扎入工件不利的，此时车刀的刀尖将扎入工件（扎刀）的外圆

50、表面，引起刀具的破（扎刀）的外圆表面，引起刀具的破损和振动，应尽量避免。损和振动，应尽量避免。 注意：注意：这里变形这里变形yxt是总切削是总切削力的三个分力力的三个分力Fc、Fp、Ff综合综合作用的结果。作用的结果。2 2、系统刚度与环节刚度、系统刚度与环节刚度 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（位移）变形量为：统的总（位移）变形量为： yxt= yjc+ydj+yjj+ygjkxt=Fp/yxt， kjc= Fp/yjc ， kdj= Fp/ydj , kjj= Fp/yjj， kgj= Fp/ygj 工

51、艺系统刚度的一般式为工艺系统刚度的一般式为： kxt= 1/(1/kjc+1/ kdj+1/ kj+1/ kgj) 若已知工艺系统各组成部分的刚度（即环节刚度），就可以求出工艺若已知工艺系统各组成部分的刚度（即环节刚度），就可以求出工艺系统的刚度。系统的刚度。（1 1）机床部件刚度的特点）机床部件刚度的特点1） 外力外力Fp与刀架变形与刀架变形ydj不是线性关系。不是线性关系。2） 加载曲线与卸载曲线不重合。加载曲线与卸载曲线不重合。3） 加载曲线与卸载曲线不封闭（卸载后加载曲线与卸载曲线不封闭（卸载后 由于存在残余变形，曲线回不到原点）。由于存在残余变形，曲线回不到原点）。4）部件的实际刚度

52、远比按实体结构的估）部件的实际刚度远比按实体结构的估计值小。计值小。车床刀架部件的刚度曲线车床刀架部件的刚度曲线一次加载一次加载 二次加载二次加载 三次加载三次加载 图中是以图中是以Fp为纵坐标，刀架变形为纵坐标，刀架变形ydj为横坐标的某车床刀架部件的刚为横坐标的某车床刀架部件的刚度实测曲线。实验中进行了三次加度实测曲线。实验中进行了三次加载载卸载循环，由图可以看出，机卸载循环，由图可以看出，机床部件的刚度曲线有以下特点：床部件的刚度曲线有以下特点：（2 2）影响机床部件刚度的因素）影响机床部件刚度的因素 连接表面间的接触变形连接表面间的接触变形薄弱零件本身的影响薄弱零件本身的影响接合面间的

53、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机床部件刚度的薄弱环节机床部件刚度的薄弱环节 a) 溜板中的楔铁溜板中的楔铁 b) 轴承套轴承套两零件结合面间的接触情况两零件结合面间的接触情况1.3.21.3.2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 1、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1）车短轴）车短轴 在车床顶尖间车削在车床顶尖间车削粗而短粗而短的光轴，的光轴，由于车刀和工件变形极小，此时，工艺由于车刀和工件变形极小，此时，工艺系统的总变形完全取决于系统的总变形完全取决于主轴箱、尾座主轴箱、尾座(包括顶尖包括顶尖)和刀架

54、的变形。和刀架的变形。2）车细长轴）车细长轴 在两顶尖间车削细长轴，由于工件细长、在两顶尖间车削细长轴，由于工件细长、刚度小，在切削力作用下其变形大大超过机床、刚度小，在切削力作用下其变形大大超过机床、夹具和刀具所产生的变形。因此，机床、夹具夹具和刀具所产生的变形。因此，机床、夹具和刀具的受力变形可略去不计，和刀具的受力变形可略去不计，工艺系统的变工艺系统的变形完全取决于工件的变形。形完全取决于工件的变形。2 2、切削力、切削力 大小变化引起的加工误差（误差复映）大小变化引起的加工误差（误差复映）n 加工中发现，毛坯横截面加工中发现，毛坯横截面若有椭圆形误差，想车成圆形，若有椭圆形误差，想车成

55、圆形，走一次刀后测量，工件还是椭圆走一次刀后测量，工件还是椭圆形。毛坯的轴向若为阶梯形，想形。毛坯的轴向若为阶梯形，想车成光轴，走一次刀后发现，工车成光轴，走一次刀后发现，工件还是阶梯形。毛坯误差依然存件还是阶梯形。毛坯误差依然存在，只不过误差的大小不同。在，只不过误差的大小不同。毛毛坯误差按递减规律传给工件叫毛坯误差按递减规律传给工件叫毛坯误差复映规律。坯误差复映规律。 增加走刀次数增加走刀次数,可减小误差复映可减小误差复映,提高提高加工精度加工精度,但生产率降低了。但生产率降低了。 提高工艺系统刚度，对减小误差复映具提高工艺系统刚度，对减小误差复映具有重要意义。有重要意义。 毛坯的各种形状

56、误差毛坯的各种形状误差（圆度、圆柱度、（圆度、圆柱度、同轴度、平面度等）都会以一定的复映系同轴度、平面度等）都会以一定的复映系数，复映成工件的加工误差。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，同样有变化，同样会引起背向力的变化，产生加工误差，分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。析方法同误差复映规律。3 3、切削过程中受力方向变化引起的加工误差、切削过程中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 图图 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2）由于惯性力引起的误差）由于惯性力引起的误差

57、在高速切削时，如果工艺系统中在高速切削时，如果工艺系统中有不平衡的高速旋转的构件存在，就有不平衡的高速旋转的构件存在，就会产生离心力。它和传动力一样，在会产生离心力。它和传动力一样，在工件的每一转中不断变更方向，当不工件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，车平衡质量的离心力大于切削力时，车床主轴轴颈和轴承内孔表面的接触点床主轴轴颈和轴承内孔表面的接触点就会不断地变化，轴承孔就会不断地变化，轴承孔的的园度误差园度误差将传给工件的回转轴心。将传给工件的回转轴心。 因此可采用因此可采用配重平衡配重平衡的方法来消的方法来消除这种影响，必要时可适当除这种影响，必要时可适当降低主轴降

58、低主轴转速，转速，以减小离心力的影响以减小离心力的影响。 在车床或磨床类机床上加工在车床或磨床类机床上加工轴类零件时，常用单爪拨盘带动轴类零件时，常用单爪拨盘带动工件旋转。在单爪拨盘传动下车工件旋转。在单爪拨盘传动下车削出来的工件是一个正园柱，不削出来的工件是一个正园柱，不产生加工误差。产生加工误差。4 4、工艺系统其它外力作用引起的加工误差、工艺系统其它外力作用引起的加工误差1）由于机床部件或工件本身重量以及它们在移动中位置变化而引起的加工误差）由于机床部件或工件本身重量以及它们在移动中位置变化而引起的加工误差 机床部件自重引起地横梁变形机床部件自重引起地横梁变形 套筒夹紧引起变形误差套筒夹

59、紧引起变形误差 工件工件 开口过渡环开口过渡环2）由于夹紧力引起的加工误差）由于夹紧力引起的加工误差 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 铣削连杆端面时，铣削连杆端面时，F直接加在杆直接加在杆身上，由于杆身刚度差，夹紧后两头身上，由于杆身刚度差，夹紧后两头上翘，用铣刀加工平以后，松开工件，上翘，用铣刀加工平以后，松开工件，弹性恢复，引起两孔端面不平行弹性恢复，引起两孔端面不平行 夹紧力的作用点选择夹紧力的作用点选择 通过提高导轨等通过

60、提高导轨等结合面的刮研质结合面的刮研质量、形状精度并量、形状精度并降低表面粗糙度，降低表面粗糙度，都能增加接触面都能增加接触面积，有效地提高积，有效地提高接触刚度。预加接触刚度。预加载荷，也可增大载荷，也可增大接触刚度接触刚度加工细长轴时，加工细长轴时，采用中心架或采用中心架或跟刀架来提高跟刀架来提高工件的刚度。工件的刚度。采用导套、导采用导套、导杆等辅助支承杆等辅助支承来加强刀架的来加强刀架的刚度。刚度。对刚性较差对刚性较差的工件选择的工件选择合适的夹紧合适的夹紧方法，能减方法，能减小夹紧变形，小夹紧变形，提高加工精度提高加工精度 采用塑料滑动采用塑料滑动导轨，其摩擦特性导轨，其摩擦特性好，