第六章副本副本

机械制造技术基础2/6/2023第六章机械加工精度2/6/2023

本章学习目的：

了解各种因素对加工精度的影响规律，找出提高加工精度的途径，以保证零件的加工质量。2/6/20236-1加工质量的基本概念

机械加工精度产品质量是企业的生命线按现代质量观它包括设计质量、制造质量和服务质量零件制造质量是保证产品质量的基础一、加工精度的基本概念

加工精度指零件加工后实际几何参数(尺寸、形状和位置)与理想几何参数相符的程度。符合程度愈高，加工精度愈高。实际值与理想值之差称为加工误差。（是一个具体数值）加工质量指标分加工精度和加工表面质量2/6/20236-1加工质量的基本概念常用加工误差的大小来评价加工精度的高低加工误差越小，加工精度越高，加工精度是相对概念，只有高低之分。

零件的加工精度包括

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

所谓理想的数值

尺寸精度——指公差带中心如理想值是φ30.015mm

形状精度、位置精度——应是绝对准确

机械加工的经济精度

某种加工方法能经济地达到的精度，称为经济精度。注意区分经济精度和机床能达到的精度2/6/20236-1加工质量的基本概念二获得加工精度的方法

（1）获得尺寸精度的方法1）试切法(试切—测量—再试切)用于单件小批生产2）调整法（调整好刀具与工件的位置）用于成批大量生产3）定尺寸刀具法(如钻孔,铰孔)生产率高，刀具制造复杂4）自动控制法切削测量补偿调整（2）获得形状精度的方法1）轨迹法取决于机床的运动2）成形刀具法由刀刃的形状形成工件表面形状(取决于刀具)3）展成法由切削刃包络面形成工件表面形状(取决于机床运动和刀具)2/6/2023（3）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1）一次安装法取决于机床的运动精度2）多次安装法取决于机床的精度外还决定于安装精度6-1加工质量的基本概念工件的安装方式：直接找正安装划线找正安装采用夹具定位安装2/6/20236-1加工质量的基本概念三加工表面质量1.加工表面质——机械零件加工后的表面层状态。指表面粗糙度微观误差波距＜1mm表面波度微观与宏观之间波距1～10mm表面层的物理机械性能（冷作硬化，表面层金相组织变化，表面残余应力）2/6/20232.表面质量对使用性能的影响（1）表面质量对零件耐磨性的影响粗糙度小，金属亲和力增加，不易形成润滑油膜——磨损增加粗糙度大，接触面积小——磨损所以存在一个最佳粗糙度一般来说表面粗糙度值越小耐磨性越好。但表面加工硬化使表层硬度增加耐磨性提高。但硬化过度会使表层剥落，加快零件的磨损。表面金相组织的变化会导致表层硬度发生变化，影响零件的耐磨性。表面粗糙度对耐磨性的影响：表面粗糙度与初期磨损的关系2/6/2023（2）表面质量对疲劳强度的影响（4）表面质量对配合质量的影响（3）表面质量对耐腐蚀性的影响表面粗糙度值越大，抗疲劳破坏能力越差；表面残余拉应力促使裂纹扩展，压应力阻止裂纹扩展；表层加工硬化适度会提高疲劳强度，过大易产生裂纹表面粗糙度值越大，抗腐蚀性越差；表层加工硬化及金相组织变化易产生内应力，导致应力腐蚀开裂，降低零件腐蚀性，而压应力有利微裂纹闭合表面粗糙度值越大，零件配合精度越低。（5）其他影响（密封性，接触刚度等）2/6/2023一、原始误差与加工误差影响加工精度的因素——原始误差工艺系统的误差，是造成零件加工误差的根源，故称之为原始误差“机床—夹具—工件—刀具”构成一个完整的系统，称为工艺系统。6-2机械加工精度工艺系统的误差是“因”——加工误差是“果”1.原始误差2/6/2023

原始误差

加工前误差加工中误差加工后误差调整误差机床误差刀具制造误差夹具误差加工原理误差工件装夹误差工艺系统受力变形刀具磨损残余应力引起变形测量误差工艺系统热变形2/6/20232.原始误差与加工误差的关系6-2机械加工精度AB理想—刀应在A点实际—刀安装在B点原始误差加工误差ΔR0原始误差的方向为加工表面的法线方向时（φ=0）ΔR=δ—误差敏感方向原始误差的方向为加工表面的切线方向时（φ=900）——误差不敏感方向2/6/20236-2机械加工精度1加工原理误差

由于采用了近似的成形运动或刃形所产生的误差，多为形状误差二、影响加工精度的因素1）机床导轨误差

导轨精度要求主要有以下三方面：

1）机床导轨误差2）主轴回转误差３）机床传动链误差2机床的误差2/6/2023

①在水平面内的直线度（以卧式车床为例）Δ1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ΔR=Δ1，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。2/6/2023②在垂直面内的直线度

Δ２对工件的尺寸和形状误差影响比Δ1小得多对卧式车床ΔR≈Δ22/D若设Δ2=

0.1mm,D=40mm，则ΔR

=0.00025mm，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。2/6/2023③前后导轨的平行度（扭曲）——产生双曲面形状误差除导轨制造误差外，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。2/6/20236-2机械加工精度

2）主轴回转误差①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

三种基本形式：

a.纯径向跳动——镗、车影响不同b.轴向窜动——对孔、外园无影响，对端面加工，车螺纹有影响c.纯角度摆动——主要影响形状精度

2/6/2023图6-7纯径向跳动对镗孔圆度的影响误差敏感方向误差不敏感方向2/6/2023图6-8车削时纯径向跳动对圆度的影响2/6/2023当镗刀转过一个φ角时，刀尖轨迹的水平分量和垂直分量各为：则有：2/6/2023３）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，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。若传动齿轮i在某一时刻产生转角误差为Δφi，则它所造成传动链末端元件的转角误差：Δφwi=KiΔφiKi

为该轴到末端元件的总传动比，称为误差传递系数，若Ki大于1则误差被扩大；反之，若Ki小于1误差被缩小。各传动件对工件精度影响的总和为：

Δφ∑=∑Δφwi=

∑KiΔφi2/6/2023减少传动链误差的措施：①尽可能缩短传动链，减少传动元件数目；②尽量采用降速传动，误差被缩小；③提高传动元件、特别是末端元件的制造和装配精度；④消除传动间隙；⑤采用误差补偿机构或自动补偿装置。2/6/20233调整误差——工艺系统没有调整到正确的位置而产生的误差不同的调整方式有不同的误差来源：试切法调整：度量误差，微进给误差用样件调整：静态时调整，动态时产生误差图6-9试切调整a)精加工b)粗加工2/6/20234工艺系统的受力变形1）工艺系统的受力变形的现象：工艺系统受力（切削力F）—产生弹性变形—工件与刀刃产生了相对位移—改变了原来调整的位置—产生加工误差2)工艺系统的刚度——工艺系统抵抗欲使其变形的能力工艺系统刚度Kst定义为：2/6/2023工艺系统的变形应为机床有关部件、夹具、刀具和工件在总切削力作用下，使刀尖和加工表面在误差敏感方向产生的相对位移的代数和，可以记为：2/6/2023式中Yst——工艺系统受力后Y方向的总位移；Yjc、Yjj、Yd、Yg——机床、夹具、刀具、工件受力后Y方向的位移。如果已知各组成部分的位移和在位移方向的受力Fp，则可求出各部分的刚度分别为：2/6/2023故，工艺系统刚度为：2/6/2023图6-10工艺系统的位移随施力点位置变化的情况2/6/20233）误差复映规律由于毛坯加工余量和材料、硬度的不均匀，引起切削力的改变，使工艺系统的受力变形也随之改变，使毛坯（或上工序）的误差以一定的比例复映到加工后的零件——称为误差复映规律ε总是小于1，有修正误差的能力多次进给ε=ε1ε2ε3…2/6/20235其他原始误差的影响工艺系统的热变形（精加工时要认真考虑）工件热变形刀具热变形机床热变形夹具误差刀具误差度量误差

工件内应力引起的变形——外部载荷去除以后，仍存在工件内部的应力2/6/2023内应力产生的原因及消除措施1、铸锻焊、热处理等因工件壁厚不均热胀冷缩不均及金相组织变化等导致体积变化，毛坯产生内应力2、切削时也会产生内应力3、冷校直产生的内应力消除措施：结构合理时效处理常用人工时效、振动时效和自然时效等方法。粗精加工分开

工件若产生内应力处于不稳定状态会逐渐变形2/6/2023三、提高加工精度的措施(1)直接减小或消除原始误差如：车细长轴——增加跟刀架、中心架、反向走刀图6-17车细长轴的误差原因及采取的措施2/6/2023（2）误差补偿法利用原有误差或制造误差来抵消原始误差。如龙门铣床因铣削头自重产生下凹变形，刮研横梁导轨使上凸；加工曲轴时前后刀架同时切削，径向力方向相反；精磨磨床床身导轨预加载荷，用配重代替工作时的部件补偿或抵消原始误差——人为的制造某种误差以抵消原始误差2/6/2023（3）误差转移法如镗孔时镗杆与主轴采用浮动连接，使用镗模将机床误差转移到新装置上加以控制；六角车床采用垂直装刀——转塔刀架的转位误差转移到误差不敏感方向2/6/2023(4)均分与均化原始误差均分：按毛坯误差的大小分为n组，每组误差为原来的1/n，按各组分别调整加工均化：利用密切联系的表面相互比较，相互检查，从中找出差距后，相互纠正（偶件对研）或相互加工（平板合研）(5)“就地加工”达到最终精度（自干自）(6)主动测量与闭环控制2/6/2023四、加工误差的综合分析一.误差的性质——分为两大类1）系统误差

常值系统误差：连续加工一批零件时，误差大小、方向保持不变（原理机床刀夹量具制造调整误差）变值系统误差：误差大小、方向按一定规律变化（与加工时间，顺序有关。象机床刀具热变形、刀具磨损）2）随机误差:连续加工一批零件时，误差大小、方向无规律变化（多次调整误差，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随机误差只能缩小其变动范围，控制在公差范围内2/6/2023二、加工误差的统计分析法1、分布曲线法（1）实际分布曲线用调整法精镗活塞销孔，抽检100件，按孔径大小分组，每组间隔0.002mm，图纸要求分布曲线法点图法x2/6/2023图6-18活塞销孔直径实际分布折线图超出公差带上限，成为废品分散范围＜公差带范围（0.012）（0.015）将分散中心移到公差带中心，即将镗刀的伸出量减少0.0054整批零件就会合格用调整法加工一批零件,实际分布曲线非常接近正态分布曲线∴可用正态分布曲线代替实际分布曲线2/6/2023（2）理论分布曲线

正态分布曲线方程两个特征参数：算术平均值x(分散中心、对称中心)和标准偏差σ2/6/2023正态分布曲线的特点①曲线呈吊钟形，中间多，两边少为对称中心，两边各占50%

且处有最大值③σ影响曲线形状的参数σ↓曲线瘦高，分散范围小，即加工误差小，加工精度高σ↑曲线扁、平，加工误差大，加工精度低xx2/6/2023⑤图中阴影面积F可利用概率密度积分表计算F可查表④曲线与X轴永不相交；工件尺寸落在±3σ范围内的概率为99.73%，基本上可以代表某种加工方法所能达到的精度。6σ—随机误差是一个重要判断依据T≥6σ说明这种加工方法可行T＜6σ说明这种加工方法不可行若分散中心和公差带中心不重合，则存在常值系统误差Δ系Δ系=│-dm│xxF1F22/6/20232/6/20232/6/2023（3）分布图法的应用①判断加工误差性质系统误差、随机误差②判别该工序的工艺能力工艺能力系数Cp——指满足加工精度的程度Cp＞1.67为特级说明工艺能力过高，不一定经济1.67≥Cp＞1.33为一级说明工艺能力足够1.33≥Cp＞1为二级说明工艺能力勉强，密切注意加工过程1≥Cp＞0.67为三级说明工艺能力不够，会出少量不合格品Cp＜0.67为四级说明工艺能力不足，必须加以改进2/6/2023③确定合格品率和不合格品率合格品：F1F2不合格品：P1=0.5-F1P2=0.5-F2④要废品最少=dm

要不出现不可修复废品，分散范围进入公差带内xF1F2或2/6/2023例题1例：在无心磨上加工销轴,要求外径，抽样后测得σ=0.005mm,其尺寸符合正态分布，试分析该工序的加工质量2/6/2023例2：轴Φ20-0.1，σ=0.025，符合正态分布曲线，顶峰位置与公差带中心相差0.03mm，偏右。求常值系统误差、随机误差，合格率、不合格率0解：①公差带中心dm=19.95②尺寸分布中心=dm+ε=19.95+0.03=19.98③常值系统误差Δ系=-dm=ε=0.03④随机误差6σ=

6×

0.025=0.15或±3σ=±0.075xx2/6/2023⑤计算合格率、不合格率

6σ=0.15＞T=0.1，

Cp=T/6σ=0.1/0.15=0.67工艺能力为三级，工艺能力不够，肯定会出现废品工件极限尺寸dmin=xA=19.9，dmax=xB=20zA=(-xA)/σ=(19.98-19.9)/0.025=3.2F(zA)=0.49931zB=(xB-)/σ=(20-19.98)/0.025=0.8F(zB)=0.2881合格率=F(zA)+F(zB)=0.49931+0.2881=0.78741=78.741%废品率0.5-0.49931=0.069%不可修复

0.5-0.2881=21.19%可修复xx2/6/2023例题3例：用某种方法加工一批零件的外园，若加工尺寸按正态分布，图纸要求尺寸为φ20±0.007mm，加工后发现有8%的工件为废品，且其中一半废品的尺寸小于零件的下偏差，试确定该加工方法所能达到的加工精度。（用加工误差的数值表示）2/6/2023

（4）分布图分析法缺点1）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；

3）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；4）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。点图分析法计算简单，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。2/6/20233.工艺过程的点图分析（1）均值-极差点图（—R图）—由均值点图和极差点图R组成

按加工顺序,定期抽检一组(m个零件)（4～6），共有K组;横坐标为工件组序号。①计算每组均值和极差Ri：