第29讲机械加工精度

29th机械加工精度1．加工精度与加工误差加工精度尺寸精度形状精度位置精度◆

加工精度：零件加工后实际几何参数与理想几何参数接近程度。29th机械加工精度◆

加工误差：零件加工后实际几何参数与理想几何参数偏离程度。几何参数尺寸几何形状相互位置加工误差越小则加工精度越高，但理想与现实不可能完全一致，即误差不可避免。原始误差与工艺系统原始状态有关的原始误差(几何误差)，加工前就存在与工艺过程有关的原始误差(动误差)，加工过程中产生原理误差定位误差调整误差刀具误差夹具误差机床几何误差工艺系统受力变形（包括夹紧变形）工艺系统受热变形刀具磨损测量误差工件残余应力引起的变形工件相对于刀具静止状态下的误差工件相对于刀具运动状态下的误差主轴回转误差导轨导向误差传动误差原始误差分类29th机械加工精度2．影响加工精度的误差◆

原始误差：引起加工误差的本根原因是工艺系统存在着误差，将工艺系统的误差称为原始误差。

主轴回转误差是指主轴实际回转线对其理想回转轴线的漂移。为便于研究，可将主轴回转误差分解为径向圆跳动、端面圆跳动和倾角摆动三种基本型式。b）端面圆跳动a）径向圆跳动c）倾角摆动图主轴回转误差基本形式主轴回转误差机床的几何误差29th机械加工精度影响圆度与圆柱度影响端面形状精度、轴向尺寸精度影响形状精度如车外圆会产生锥度车端面会产生平面度误差

图5-4：（5-2）（5-3）显然：

工艺系统原始误差方向不同，对加工精度的影响程度也不同。对加工精度影响最大的方向，称为误差敏感方向。误差敏感方向一般为已加工表面过切削点的法线方向。误差敏感方向ΔRΔYRRΔR=ΔX图5-4误差敏感方向ＯYR0Xa）ＯYR0Xb）29th机械加工精度◆主轴回转误差对加工精度的影响★

主轴径向圆跳动对加工精度的影响（镗孔）考虑最简单的情况，主轴回转中心在X方向上作简谐直线运动，其频率与主轴相同，振幅为e。式中R

——

刀尖回转半径；φ——

主轴转角。（5-1）

显然，式（5-1）为一椭圆。图径向跳动对镗孔精度影响29th机械加工精度刀尖的坐标值为：◎导轨副运动件实际运动方向与理想运动方向的偏差（1）导轨在水平面内的直线度误差导轨导向误差29th机械加工精度使工件在纵向截面与横向截面内分别产生形状误差与尺寸误差（2）导轨在垂直面内的直线度误差29th机械加工精度工件与刀具之间产生法向位移（误差敏感方向），造成水平面上的形状误差——被加工端面不平，相对位置误差——端面与圆柱面不垂直。工件与刀具之间产生切向位移，车外圆时，对外圆的形状精度影响较小。（3）前后导轨平行度误差（扭曲）ΔX图5-6导轨扭曲引起的加工误差HδΔRDαBXY（5-4）

29th机械加工精度导轨扭曲对工件加工精度的影响显著◆影响导轨导向精度的主要因素机床制造误差机床安装误差导轨磨损29th机械加工精度◆机床传动误差对加工精度的影响图5-7齿轮机床传动链z7=z8=16z1=64zn=96z5=z6=23z3=z4=23bz2=16zn-1=1icefacd以齿轮机床传动链为例，系统引起的转角误差为：式中kj

——该元件至末端元件的传动比，第j个传动元件的误差传递系数，表明第j个传动元件对末端元件转角误差影响程度。

机床传动误差29th机械加工精度◆

传动误差：传动链首末两端传动元件之间相对运动的误差，由传动链中传动元件的制造误差，安装误差引起。想一想根据传动比的大小如何判断转角误差被放大还是缩小？

缩短传动链长度采用降速传动，降速比越大（即传动比越小）提高传动元件的制造精度与安装精度对传动误差进行补偿—人为加入误差（与传动误差大小相等方向相反）◆提高传动精度措施29th机械加工精度原始误差与工艺系统原始状态有关的原始误差(几何误差)，加工前就存在与工艺过程有关的原始误差(动误差)，加工过程中产生原理误差定位误差调整误差刀具误差夹具误差机床几何误差工艺系统受力变形（包括夹紧变形）工艺系统受热变形刀具磨损测量误差工件残余应力引起的变形工件相对于刀具静止状态下的误差主轴回转误差：三种基本形式导轨导向误差：三种基本形式传动误差：误差传递系数原始误差分类29th机械加工精度一般刀具普通车刀、平面铣刀）的加工误差对加工精度没有直接影响。定尺寸刀具（钻头、绞刀等）尺寸误差影响加工尺寸误差成形刀具和展成刀具形状误差影响加工形状误差2、刀具误差29th机械加工精度◆

刀具误差：刀具的制造、安装和磨损产生的误差。刀具误差对加工精度的影响与刀具的种类有关。刀具磨损影响加工尺寸误差或形状误差L±0.05φ6F7φ10F7k6φ20H7g6YZ图5-9钻径向孔的夹具

夹具误差影响加工位置精度。与夹具有关的影响位置误差因素包括：

通常要求定位误差和夹具制造误差不大于工件相应公差的1/3。3、夹具误差1）定位误差；2）刀具导向（对刀）误差；3）夹紧误差；4）夹具制造、安装误差；5）夹具工作表面磨损；……29th机械加工精度4、调整误差

29th机械加工精度◆

调整误差：在每一道加工工序中，需对机床、夹具、刀具间的相对位置进行调整时产生的误差。（1）试切法（单件小批生产）试切-测量-调整吃刀量-再试切-测量直到达到加工精度要求（2）调整法（成批大量生产）先通过试切法（或者标准样块）调整好刀具和工件在机床上的相对位置，并在一批零件的加工过程中，保持这种相对位置不变。优点：效率高。测量误差。试切时与正式切削时切削厚度不同造成的误差。机床进给机构的位移误差。29th机械加工精度调整法的误差来源有：和试切法有关的误差。定程机构误差。大批量生产中广泛采用行程挡块、靠模、凸轮等定程机构保证加工尺寸。样件或样板误差。测量有限试件造成的误差。原始误差与工艺系统原始状态有关的原始误差(几何误差)，加工前就存在与工艺过程有关的原始误差(动误差)，加工过程中产生原理误差定位误差调整误差刀具误差夹具误差机床几何误差工艺系统受力变形（包括夹紧变形）工艺系统受热变形刀具磨损测量误差工件残余应力引起的变形工件相对于刀具静止状态下的误差主轴回转误差：三种基本形式导轨导向误差：三种基本形式传动误差：误差传递系数原始误差分类29th机械加工精度刚度与工艺系统刚度（5-7）注意：ΔX是总切削力综合作用的结果。◆

刚度：材料或结构在受力时抵抗弹性变形的能力。（5-6）力力方向上的变形量刚度◆工艺系统刚度：在加工误差敏感方向上工艺系统所受外力与变形量的比值。法向切削分力工艺系统的刚度法向方向的变形量（5-8）式中k——

工艺系统刚度；

kjc

——

机床刚度；

kjj

——

夹具刚度；

kd

——

刀具刚度；

kg

——

工件刚度。工艺系统受力变形等于工艺系统各组成部分受力变形之迭加。工艺系统刚度计算29th机械加工精度1、工艺系统刚度对加工精度的影响

◆机床变形引起的加工误差（车床两顶尖车削短粗光轴）（5-9）图5-10变形随受力点变化规律XtjXwzXdjΔXFpABB′CZLFAFBXz（1）切削力作用点位置变化引起工件形状误差C′图5-11机床受力变形引起的加工误差1—理想的工件形状2—机床变形后加工出的工件形状A′尾座位移刀架位移主轴箱位移切削点处工件轴线位移刀架位移工艺系统总位移刀具与工件的变形可忽略，主要考虑机床（主轴箱、尾座、刀架的变形）。（5-10）◆工件变形引起的加工误差（车床两顶尖车削细长轴）式中Xg

——

工件变形；

E

——

工件材料弹性模量；

J

——

工件截面惯性矩；

Fp，L，Z——

含义同前。

由于工件变形，使工件加工后成鼓形（图5-12）图5-12工件受力变形引起的加工误差29th机械加工精度工件的变形为主要因素。

以椭圆截面车削为例说明（图5-14）图5-14误差复映现象ap1Δ1ap2Δ2毛坯外形工件外形由于工艺系统受力变形，使毛坯误差部分反映到工件上，此种现象称为“误差复映”（2）切削力大小变化引起的加工误差

误差复映29th机械加工精度切削深度由ap1变化到ap2时，切削分力由Fp最大变到最小，工艺系统产生变形，使得刀具相对于工件产生Δ1

到Δ2

的位移——加工后的零件也存在圆度误差。毛坯存在圆度误差

误差复映系数机械加工中，误差复映系数通常远小于1。可通过多次走刀，消除误差复映的影响。（5-15）误差复映程度可用误差复映系数来表示。（5-14）29th机械加工精度式中Δg

——

工件圆度误差；

Δm

——

毛坯圆度误差；

ε

——

误差复映系数，总是小于1，且与系统刚度成反比。

ap1Δ1ap2Δ2毛坯外形工件外形增大系统刚度可降低误差复映系数（3）夹紧力、重力、传动力和惯性力引起的加工误差◆夹紧力影响【例】薄壁套夹紧变形

29th机械加工精度专用卡爪开口过渡环毛坯夹紧后镗孔后松开后图5-17龙门铣横梁变形【例】龙门铣横梁◆重力影响

解决1：重量转移

解决2：变形补偿29th机械加工精度附加梁◆惯性力与传动力影响

高速旋转的零部件，由于质量不平衡将产生周期性的惯性力（离心力），其方向随着转动不断变化，并产生加工误差（主要是圆度误差）。改善措施：平衡配重传动力与离心力一样，在工件的转动中不断改变方向，造成圆度误差。改善措施：采用双爪拨盘29th机械加工精度合理设计零部件结构和截面形状提高连接表面接触刚度（↓表面粗糙度，改进接触质量，予加载荷）采用辅助支承（中心架，跟刀架，镗杆支承等）图5-21支座零件不同安装方法减小载荷及其变化采用合理装夹和加工方式变形转移、补偿和校正提高工艺系统刚度2、减小受力变形对加工精度影响措施29th机械加工精度工件钻头钻模板钻套nf原始误差与工艺系统原始状态有关的原始误差(几何误差)，加工前就存在与工艺过程有关的原始误差(动误差)，加工过程中产生原理误差定位误差调整误差刀具误差夹具误差机床几何误差工艺系统受力变形（包括夹紧变形）工艺系统受热变形刀具磨损测量误差工件残余应力引起的变形工件相对于刀具静止状态下的误差主轴回转误差：三种基本形式导轨导向误差：三种基本形式传动误差：误差传递系数原始误差分类29th机械加工精度在精密加工和大件加工中，工艺系统热变形引起的加工误差占总误差的约40～70%。

温度场——工艺系统各部分温度分布热平衡——单位时间内，系统传入的热量与传出的热量相等，系统各部分温度保持在一相对稳定的数值上，此时工艺系统稳定。工艺系统热源内部热源外部热源切削热工件、刀具、切屑摩擦热电机、轴承、齿轮环境热源气温室温辐射热日光、照明、暖气工艺系统热变形工艺系统热源29th机械加工精度

体积大，热容量大，温升不高，达到热平衡时间长结构复杂，温度场和变形不均匀，对加工精度影响显著车床受热变形形态机床热变形特点车床热变形（图5-22）1、机床热变形对加工精度影响29th机械加工精度主要是主轴箱内齿轮、轴承摩擦发热，电机发热。主轴箱、床身温度升高主轴抬高倾斜、床身凸起

立铣（图a）图5-23立式铣床、外圆磨床受热变形a）铣床受热变形形态b）外圆磨床受热变形形态

外圆磨（图b）其他机床热变形（图5-23）29th机械加工精度同车床一样，主要是主轴箱和电动机发热，导致主轴箱倾斜，床身变形。砂轮主轴轴承发热，液压系统发热，导致砂轮架移位，导轨变形。2、刀具和工件热变形

体积小，热容量小，达到热平衡时间较短温升高，变形不容忽视（达0.03～0.05mm）◆特点◆变形曲线（图5-24）（4-16）式中ξ——

热伸长量，用于表示刀具受热伸长变形量的大小；

ξmax——

达到热平衡热伸长量；

τ——

切削时间；

τc

——

时间常数（热伸长量为热平衡热伸长量约63%的时间，常取3～4分钟）。τ(min)图5-24车刀热变形曲线连续切削升温曲线冷却曲线间断切削升温曲线ξ（μm）ξmaxτb0τc0.63ξmax刀具热变形29th机械加工精度◆圆柱类工件热变形5级丝杠累积误差全长≤5μm，可见热变形的严重性式中ΔL，ΔD

——

长度和直径热变形量；

L，D

——

工件原有长度和直径；

α——

工件材料线膨胀系数；

Δt

——

温升。

长度：（5-17）（5-18）

直径：

例：长400mm丝杠，加工过程温升1℃，热伸长量为：工件热变形29th机械加工精度轴类零件在车削或磨削时一般受热均匀，其长度与直径都将胀大。3、减小热变形对加工精度影响的措施例：立式平面磨床立柱前壁温度高，产生后倾。解决：采用热空气加热立柱后壁（图5-26）。图5-26均衡立柱前后壁温度场隔离热源、分离热源。充分冷却、强制冷却、加强散热。减少切削热和磨削热，粗、精加工分开。减少热源发热和隔离热源均衡温度场图5-27支承距影响热变形L1L2

热对称结构（变速箱内齿轮、轴承对称分布）合理选择装配基准（图5-26）高速空运转人为加热

恒温人体隔离采用合理结构加速达到热平衡控制环境温度29th机械加工精度支撑距离大，热变形大原始误差与工艺系统原始状态有关的原始误差(几何误差)，加工前就存在与工艺过程有关的原始误差(动误差)，加工过程中产生原理误差定位误差调整误差刀具误差夹具误差机床几何误差工艺系统受力变形（包括夹紧变形）工艺系统受热变形刀具磨损测量误差工件残余应力引起的变形工件相对于刀具静止状态下的误差主轴回转误差：三种基本形式导轨导向误差：三种基本形式传动误差：误差传递系数原始误差分类29th机械加工精度38工件残余应力引起的加工误差图4-35冷校直引起的残余应力压拉加载压压拉拉卸载时效处理设计合理零件结构避免冷校直粗、精加工分开残余应力来源

毛坯制造和热处理产生的残余应力（图4-34）减小残余应力措施

冷校直带来的残余应力（图4-35）切削加工带来的残余应力29th机械加工精度原始误差与工艺系统原始状态有关的原始误差(几何误差)，加工前就存在与工艺过程有关的原始误差(动误差)，加工过程中产生原理误差定位误差调整误差刀具误差夹具误差机床几何误差工艺系统受力变形（包括夹紧变形）工艺系统受热变形刀具磨损测量误差工件残余应力引起的变形工件相对于刀具静止状态下的误差主轴回转误差：三种基本形式导轨导向误差：三种基本形式传动误差：误差传递系数原始误差分类29th机械加工精度判断题1.误差复映是由于工艺系统受力变形所引起的。正确2．误差复映指的是机床的几何误差反映到被加工工件上的现象。错误3．减小误差复映的有效方法是提高工艺系统的刚度。正确填空题1．加工精度包括

尺寸

精度、

形状

精度和相互位置精度三个方面。2．加工表面的

法线

方向称为误差敏感方向。选择题1．工件在车床三爪卡盘上一次装夹车削外圆及端面，加工后检验发现端面与外圆不垂直，其可能原因是（C）。A．车床主轴径向跳动

B．车床主轴回转轴线与纵导轨不平行C．车床横导轨与主轴回转轴线不垂直

D．三爪卡盘装夹面与车削主轴回转轴线不同轴2．薄壁套筒零件安装在车床三爪卡盘上，以外圆定位车内孔，加工后发现孔有较大圆度误差，其主要原因是（A）。A．工件夹紧变形B．工件热变形C．刀具受力变形D．刀具热变形3．车削细长轴时，由于工件刚度不足造成在工件轴向截面上的形状是（C）。A．矩形B．梯形C．鼓形D．鞍形30th加工误差的分析原始误差与工艺系统原始状态有关的原始误差(几何误差)，加工前就存在与工艺过程有关的原始误差(动误差)，加工过程中产生原理误差定位误差调整误差刀具误差夹具误差机床几何误差工艺系统受力变形（包括夹紧变形）工艺系统受热变形刀具磨损测量误差工件残余应力引起的变形工件相对于刀具静止状态下的误差主轴回转误差：三种基本形式导轨导向误差：三种基本形式传动误差：误差传递系数原始误差分类工艺系统所产生的原始误差往往是多种误差同时存在的，对加工精度的影响也是错综复杂的，需要用到数理统计学方法进行分析解决。◆

系统性误差：在顺序加工一批工件中，其大小和方向均不改变（常值系统误差），或按一定规律变化的加工误差（变值系统误差）。常值系统性误差：如机床、夹具、刀具的制造误差，调整误差，工艺系统在均匀切削力作用下的受力变形等因素引起的加工误差。变值系统性误差：如机床、夹具、刀具等在热平衡前的热变形引起的加工误差。加工误差系统性误差常值系统性误差变值系统性误差随机性（偶然）误差1．加工误差的统计性质τ(min)

车刀热变形曲线连续切削升温曲线冷却曲线间断切削升温曲线ξ（μm）ξmaxτb0τc0.63ξmax机床、夹具、量具的磨损所产生的误差-常值系统性误差。刀具磨损所产生的误差-变值系统性误差。◆

随机性误差：在顺序加工一批工件中，其大小和方向不同且不规律变化的加工误差。随机误差符合统计学规律。随机误差是工艺系统中大量不确定（随机）因素共同作用而引起的如毛坯误差（余量大小不一、材料硬度不均匀）、定位误差（基准面精度不一）、夹紧误差（力的大小不一）、多次调整误差、残余应力引起的变形误差等造成的加工误差。系统误差和随机误差的划分不是绝对的，同一原始误差在不同条件下引起的可能是随机误差，也可能是系统误差，如调整误差。想一想调整工艺系统的方式？什么调整方式下产生的调整误差是系统误差？是随机误差？调整误差

内容回顾◆

调整误差：在每一道加工工序中，需对机床、夹具、刀具间的相对位置进行调整时产生的误差。（1）试切法（单件小批生产）试切-测量-调整吃刀量-再试切-测量直到达到加工精度要求（2）调整法（成批大量生产）先通过试切法（或者标准样块）调整好刀具和工件在机床上的相对位置，并在一批零件的加工过程中，保持这种相对位置不变。优点：效率高。多次调整机床→每次产生的调整误差大小与方向各不相同，为随机性误差一次调整机床→该批零件产生同样的加工误差，常值系统性误差。统计分析方法以大量的实测数据为基础，用数理统计的分析方法处理这些数据，找出这些数据的分布规律。2．加工误差的统计分析方法分布图分析法（1）实际分布图—直方图在一批零件的加工完成后，其尺寸是分散的，把测得的数据记录下来，将整批工件按尺寸大小进行分组，每一组中的零件尺寸处在一定的间隔范围内。以工件尺寸为横坐标，以频数（落于尺寸间隔内工件的数量）即可作出该工序工件加工尺寸的实际分布图一直方图。用频率密度作纵坐标，避免了尺寸间隔不同，直方图不美观。此时，直方图上所有矩形面积之和为1。连接直方图中每一直方宽度的中点（组中值）得到一条折线，即实际分布曲线。所有样本的平均尺寸。还可标注出样本含量n、样本平均值μ，以及样本的标准差σ（反映样本尺寸的分散程度，

σ越大，误差越大）实际分布曲线正太分布曲线（2）理论分布图—正态分布曲线当所测量的一批零件的数目足够大而尺寸间隔非常小，加工误差由许多相互独立且无明显主导作用的随机因素引起的，则所绘出的实际分布曲线非常接近“正态分布曲线"实际分布曲线正太分布曲线表明实际加工误差主要由随机误差引起。正态分布曲线（高斯曲线）

数学期望μ---反映加工尺寸的平均值。标准差σ---反映加工尺寸的分散程度。纵坐标为分布的概率密度相当于直方图上的频率密度标准正态分布：数学期望μ=0，标准差σ=1正态分布曲线的特性对称性。曲线关于x=μ左右对称，工件尺寸大于μ与小于μ的概率相等。集中性。工件尺寸向x=μ集中，从曲线上表现为x=μ时概率密度最大，曲线出现极大值。有界性。工件尺寸在μ-3σ≤

x≤μ+3σ范围内的概率为99.73%，落在此范围之外的可忽略，故可将μ±3σ作为曲线的边界。在已知所要求的加工公差带宽度T的前提下，选择加工方法所选择的加工方法的标准偏差σ应满足6σ≤T想一想如果已知某种加工方法所加工出的零件尺寸服从正态分布，且标准偏差为σ，求加工方法的加工精度？正态分布图的应用(1)利用±3σ的概念确定加工方法能达到的加工精度给定的加工方法，如果加工后工件尺寸服从正态分布，其分散范围为±3σ，则6σ为该加工方法的加工精度。(2)利用±3σ的概念确定工序能力与等级◆

工序能力：工序处于稳定状态时，加工误差正常波动的幅度。若加工尺寸服从正态分布，即加工尺寸在μ-3σ≤

x≤μ+3σ范围内波动，加工误差在[-3σ,+3σ]范围内波动,即工序能力为6σ。◆

工序能力等级：工序能满足加工精度要求的程度，用工序能力系数Cp表示工序能力系数Cp越大，加工方法稳定加工出合格零件的能力越强。

一般情况下避免出现Cp≤

1，因为此时工艺能力不足，会出现不合格品。等级的划分参考书P134表4-7估算合格率与疵品率

若尺寸误差的波动范围大于所要求的公差带范围，将会有疵品产生。判断是否会出现废品：工序能力系数Cp<

1时，即T

<6σ时，会出现疵品。尺寸合格，面积表示合格率尺寸不合格，面积表示疵品率如何计算合格率①转换为标准正态分布。②用积分方式求解面积。加工孔，可修复的疵品加工外圆，可修复的疵品若已知z的大小，可通过书P135表4-8查询积分结果（4）判断加工误差的性质加工过程没有变值系统性误差正态分布若公差带中心与正态分布中心μ不重合存在常值系统性误差若刀具尺寸磨损的影响显著，变值系统误差占主导地位时众多正态分布曲线组合的结果不影响曲线的形状，只影响其算数平均值。若在两台机床上分别调整加工出的工件混在一起，测量绘制的曲线会出现双峰分布。车削一批小轴，要求其外圆尺寸Ф200-0.1。某种加工后，根据测量结果，其尺寸分布曲线符合正态分布，已求得标准差值

σ=0.025，分散中心大于公差带中心，其偏移量为0.025mm。1）作出正态分布曲线与尺寸公差联系图；2）该批工件是否存在常值系统性误差，若存在是多大？随机性误差是多大？3）计算工艺能力系数，判断所选加工方法是否合适？4）计算疵品率及判断这些疵品可否修复？5）可采取什么改进措施以消除废品，调整机床还是换加工精度更高的加工方式？此题非常重要，非常重要，非常重要，我都写了三遍你还不记下来？判断题1.毛坯的圆度误差可以通过多次走刀来消除。知识点回顾2．细长轴加工时出现鼓形圆柱度误差主要是由于工件受力变形所致。知识点回顾选择题1．工件材料相同，车削时温升基本相等，其热变形伸长量主要取决于（）。A、工件长度B、材料热膨胀系数C、刀具磨损程度D、进给量2．制造误差不直接影响加工精度的刀具是()。A、外圆车刀B、成型车刀C、钻头D、拉刀3、加工误差的性质可分为系统性误差和随机性误差，()属于随机性误差。A、刀具磨损B、工件热变形C、材料硬度变化课后作业：P1474-17补充：曲线顶峰位置偏于公差带中值的左侧，偏移量0.025mm本周五交此次作业

误差复映系数机械加工中，误差复映系数通常远小于1。可通过多次走刀，消除误差复映的影响。（5-15）误差复映程度可用误差复映系数来表示。（5-14）式中Δg

——

工件圆度误差；

Δm

——

毛坯圆度误差；

ε

——

误差复映系数，总是小于1，且与系统刚度成反比。

ap1Δ1ap2Δ2毛坯外形工件外形增大系统刚度可降低误差复映系数内容回顾返回◆机床变形引起的加工误差（车床两顶尖车削短粗光轴）（5-9）图5-10变形随受力点变化规律XtjXwzXdjΔXFpABB′CZLFAFBXz切削力作用点位置变化引起工件形状误差C′图5-11机床受力变形引起的加工误差1—理想的工件形状2—机床变形后加工出的工件形状A′尾座位移刀架位移主轴箱位移切削点处工件轴线位移刀架位移工艺系统总位移刀具与工件的变形可忽略，主要考虑机床（主轴箱、尾座、刀架的变形）。内容回顾（5-10）◆工件变形引起的加工误差（车床两顶尖车削细长轴）式中Xg

——

工件变形；

E

——

工件材料弹性模量；

J

——

工件截面惯性矩；

Fp，L，Z——

含义同前。

由于工件变形，使工件加工后成鼓形（图5-12）图5-12工件受力变形引起的加工误差工件的变形为主要因素。返回◆圆柱类工件热变形式中ΔL，ΔD

——

长度和直径热变形量；

L，D

——

工件原有长度和直径；

α——

工件材料线膨胀系数；

Δt

——

温升。

长度：（5-17）（5-18）

直径：工件热变形轴类零件在车削或磨削时一般受热均匀，其长度与直径都将胀大。返回内容回顾一般刀具普通车刀、平面铣刀）的加工误差对加工精度没有直接影响。定尺寸刀具（钻头、绞刀等）尺寸误差影响加工尺寸误差成形刀具和展成刀具形状误差影响加工形状误差刀具误差◆

刀具误差：刀具的制造、安装和磨损产生的误差。刀具误差对加工精度的影响与刀具的种类有关。刀具磨损影响加工尺寸误差或形状误差内容回顾返回◆

系统性误差：在顺序加工一批工件中，其大小和方向均不改变（常值系统误差），或按一定规律变化的加工误差（变值系统误差）。常值系统性误差：如机床、夹具、刀具的制造误差，调整误差，工艺系统在均匀切削力作用下的受力变形等因素引起的加工误差。变值系统性误差：如机床、夹具、刀具等在热平衡前的热变形引起的加工误差。加工误差系统性误差常值系统性误差变值系统性误差随机性（偶然）误差加工误差的统计性质机床、夹具、量具的磨损所产生的误差-常值系统性误差。刀具磨损所产生的误差-变值系统性误差。内容回顾◆

随机性误差：在顺序加工一批工件中，其大小和方向不同且不规律变化的加工误差。随机误差是工艺系统中大量不确定（随机）因素共同作用而引起的如毛坯误差（余量大小不一、材料硬度不均匀）、定位误差（基准面精度不一）、夹紧误差（力的大小不一）、多次调整误差、残余应力引起的变形误差等造成的加工误差。随机误差符合统计学规律。系统误差和随机误差的划分不是绝对的，同一原始误差在不同条件下引起的可能是随机误差，也可能是系统误差，如调整误差。返回30th机械表面加工质量表面质量表面几何特征表面缺陷层（表面物理力学性能）表层加工硬化表层金相组织变化表层残余应力表面粗糙度微观误差波距＜1mm波度微观与宏观之间波距1～10mm纹理方向伤痕（划痕、裂纹、砂眼等）1．加工表面质量的概念零件加工质量加工精度尺寸精度形状精度位置精度表面质量◆

表面质量：表示加工表面微观几何形状偏差，或表面层物理力学性能。宏观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零件磨损三个阶段：初期磨损阶段正常磨损阶段剧烈磨损阶段一般来说表面粗糙度值越小耐磨性越好。但太小不易储油接触面发生分子粘接，磨损增加。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。Ra太大或太小都不耐磨（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Ra越大，缺陷处应力集中，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。Ra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，拉应力促使腐蚀开裂，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。减小f

、κr

、κr′及加大rε

，可减小Rmax，从而降低Ra2．影响表面粗糙度的因素及改善措施切削加工中几何因素——刀具几何形状的复映直线刃车刀（图a）圆弧刃车刀（图b）影响因素及措施：fκrRmaxvfⅠⅡrεb）RmaxⅠⅡfa）vf几何因素、物理因素、工艺系统的振动三方面。残留面积（1）工件材料工件材料塑性越好，塑性变形越大，易产生积屑瘤和鳞刺，Ra越大。适当增大刀具前角，提高刃磨质量，合理选择切削液，抑制积屑瘤和鳞刺。（2）切削用量对Ra的影响程度vc→f→ap（联想对切削温度的影响）切削速度对Ra的影响与是否产生切屑瘤有关。进给量的大小影响残留面积的大小，减小f，有利于降低Ra切削加工中物理因素图5-40磨削用量对表面粗糙度的影响vw

=40(m/min)f=2.36(m/min)ap=0.01(mm)v=50(m/s)f=2.36(m/min)ap

=0.01(mm)v(m/s),vw(m/min)Ra(μm)0304050600.51.0a）ap(mm)00.010.40.8Ra(μm)00.20.60.020.030.04b）磨削用量影响

图5-39光磨次数-Ra关系Ra(μm)01020300.020.040.06光磨次数粗粒度砂轮(WA60KV)细粒度砂轮(WA/GCW14KB)

砂轮速度v↑，Ra↓

工件速度vw↑，Ra↑

砂轮纵向进给f↑，Ra

↑

磨削深度ap↑，Ra

↑光磨次数↑，Ra↓

砂轮磨粒细砂轮硬度适中砂轮精细修整冷却润滑液砂轮影响Ra↓

磨粒过细，砂轮堵塞，Ra↑砂轮硬度过大，磨粒不脱落，砂轮过软，磨削作用减弱，Ra↑3．影响加工表面物理力学性能的因素表面质量表面几何特征表面缺陷层（表面物理力学性能）表层加工硬化表层金相组织变化表层残余应力产生：表层材料塑性变形剪切滑移、晶格畸变、晶粒伸长纤维化而引起的表面层强度与硬度的增强。也称冷做硬化现象。特点：此硬化是不稳定的，在一定温度下会回复现象与恢复现象。表层加工硬化冷做硬化的程度取决于：产生塑性变形的力（正相关）变形速度（正相关）变形时的温度（负相关）00.20.40.60.81.0磨损宽度VB(mm)100180260340硬度(HV)50钢，v

=40(m/min)f=0.12～0.2(mm/z)图5-42后刀面磨损对冷硬影响图5-41f和v对冷硬的影响硬度(HV)0f(mm/r)0.20.40.60.8v=170(m/min)135(m/min)100(m/min)50(m/min)100200300400工件材料：