工艺第三章 机械加工精度

工艺第三章机械加工精度第1页，共38页，2023年，2月20日，星期一机械加工精度的基本概念第三节第二节第一节影响加工精度的因素及其分析加工误差的综合分析结束第三章机械加工精度第四节重型工件的切削加工录像第三章机械加工精度第2页，共38页，2023年，2月20日，星期一第一节机械加工精度的基本概念机械加工精度、机械加工表面质量是质量要求的两个主要方面。本章介绍机械加工精度的相关内容1、加工精度零件加工后的几何参数（尺寸、形状、相互位置）与理想零件的几何参数的符合程度。（符合程度愈高，加工精度愈高）2、加工误差零件加工后的几何参数与理想零件几何参数的偏差。（偏差越大，加工误差愈大）

由此可见：“加工精度”和“加工误差”是从两个角度来评价同一个事物。提高加工精度实际上就是减小加工误差。第三章机械加工精度第3页，共38页，2023年，2月20日，星期一在机械加工过程中，机床、夹具、刀具和工件组成了一个完整的系统，我们称之为工艺系统。工艺系统存在各种误差，这些误差会造成零件的加工误差。把这种工艺系统的误差称为原始误差。第三章机械加工精度第二节影响加工精度的因素及其分析第4页，共38页，2023年，2月20日，星期一一、原理误差

原理误差是由于采用近似的加工运动或刀具轮廓而产生的。

为了得到规定的零件表面，都必须在工件和刀具的运动之间建立一定的联系，这种运动联系一般称之为加工原理。例如滚切齿轮，必须使工件和滚刀之间有准确的展成运动。

从理论上讲，应采用合乎理想的完全准确的运动联系，以求获得完全准确的成形表面。但是采用理论上完全准确的加工原理有时间会使得机床的结构极为复杂，造成制造上的困难；或者由于环节过多，增加了机构运动中的误差，反而得不到高的加工精度。第三章机械加工精度第二节影响加工精度的因素及其分析第5页，共38页，2023年，2月20日，星期一

而采用近似的加工原理往往还可以提高生产率和使工艺过程更为经济。因此，只要能够达到精度要求的加工方法，就是一个好的加工方法。二、机床误差

机床误差包括：机床的制造、安装和磨损。主要体现在以下几个方面：1导轨误差：导轨的直线度和平行度2主轴误差：主轴本身的回转精度及其对导轨的平行度3传动链误差：传动系统产生的误差4刀架和溜板对主轴轴线的平行度和垂直度

第三章机械加工精度第二节影响加工精度的因素及其分析第6页，共38页，2023年，2月20日，星期一三、调整误差

在加工过程中，总要对机床进行各种调整。由于调整不可能绝对准确，也就带来了一项原始误差，称之为调整误差调整误差包括：机床的调整误差、夹具的调整误差和刀具的调整误差。四、工艺系统的受力变形1工艺系统受力变形的现象在车床上加工一根细长轴时，由于工件的刚性太差，受到切削力作用后，工件就会朝着与刀具相反的方向变形，越到中间变形越大，实际切深也就越小，所以产生腰鼓形的加工误差。第三章机械加工精度第二节影响加工精度的因素及其分析第7页，共38页，2023年，2月20日，星期一在车床上加工短粗轴时，工件的刚性很好，在切削力的作用下工件并没有变形，刀具却产生了“让刀”的现象；受力变形恢复后，即使不进刀，甚至把刀架稍稍后退一点再走刀，刀尖仍然可以切到金属。第三章机械加工精度第二节影响加工精度的因素及其分析第8页，共38页，2023年，2月20日，星期一

可以说：在这种情况下控制加工精度问题，实际上主要就是控制工艺系统受力变形的问题。工艺系统受力变形在磨削加工中显得更突出。在精磨的最后几个行程中，砂轮并没有再向工件进刃，即所谓“无进给磨削”或“光磨”，但依然磨出火花，先多后少，直至无火花为止。这就是用多次无进给的行程来消除工艺系统的受力变形，以保证工件的加工精度和表面粗糙度。

注意：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。它不但严重地影响着加工后工件的精度；而且还影响着表面质量；限制了切削用量和生产率的提高。第三章机械加工精度第二节影响加工精度的因素及其分析第9页，共38页，2023年，2月20日，星期一2机床部件刚度及其特点

为了分析计算工艺系统受力变形对加工精度的影响，引进一个概念：工艺系统的刚度。如图3-26所示，当车刀切削工件时，在刀刃上和工件上分别受到大小相等，方向相反的切削力的作用，而切削力的分力Fy对加工精度的影响最大。在切削力的作用下，刀具和工件相互退让，设让刀距离为y，则工艺系统在Y方向的刚度是：k=Fy/y

第三章机械加工精度第二节影响加工精度的因素及其分析第10页，共38页，2023年，2月20日，星期一3环节变形的综合性和叠加性（自学）4工艺系统的刚度及其对加工精度的影响

机械加工时，机床的有关部件、夹具、刀具和工件在切削力的作用下都有变形，导致刀刃和加工表面在y方向的相对位置发生变化，产生了加工误差。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：

1）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部分的刚度影响之外，还有一个特点就是随着受力点的位置的变化而变化，加工后工件在各个横截面上的尺寸也不相同，造成了工件的形状误差。第三章机械加工精度第二节影响加工精度的因素及其分析第11页，共38页，2023年，2月20日，星期一第三章机械加工精度第二节影响加工精度的因素及其分析第12页，共38页，2023年，2月20日，星期一2）误差复映规律：

由于毛坯加工余量和材料硬度的变化，引起切削力和系统受力变形的变化，因而产生了工件的尺寸误差和形状误差。图示一个偏心毛坯。在加工过程中，由于切削深度的变化，引起了切削力的变化，从而使工艺系统的受力变形也发生变化。所以加工偏心毛坯之后得到的工件仍然是略有偏心的。这种现象称为误差复映。第三章机械加工精度第二节影响加工精度的因素及其分析第13页，共38页，2023年，2月20日，星期一

令：ε=△工件/△毛坯，可推出公式：ε=C/K系统

该式表示了加工误差与毛坯误差之间的比例关系，说明了“误差复映”的规律。ε定量地反映了毛坯误差经加工所减小的程度，称之为“误差复映系数”。可以看出，工艺系统刚度越高，ε越小，即复映在工件上的误差越小。

可以把误差复映的概念，推广到下列几点：①每一件毛坯的形状误差如圆度、同轴度都以一定的复映系数复映成工件的加工误差，这是由于切削余量不均引起的。第三章机械加工精度第二节影响加工精度的因素及其分析第14页，共38页，2023年，2月20日，星期一

②在一般情况下，由于工艺系统刚度比较高，复映系数远小于1，在2～3次走刀以后，毛坯误差下降很快，所以在一般车削时，只有在粗加工时用误差复映规律估算加工误差才有实际意义。但是在工艺系统刚度低的场合下，误差复映的现象比较明显，需要从实际的复映系数着手分析提高加工精度的途径。③在大批大量生产中，都是采用定尺寸调整法加工。对一批尺寸大小有参差的毛坯而言，每件毛坯的加工余量都不一样，由于误差复映的结果，也就造成了一批工件的“尺寸分散”。为了保持尺寸分散不超出允许的公差范围，就有必要查明误差复映的大小。第三章机械加工精度第二节影响加工精度的因素及其分析第15页，共38页，2023年，2月20日，星期一

3)毛坯材料硬度的不均匀将使切削力产生变化，工艺系统的受力变形也随着起了变化，从而产生了加工误差。如图所示：毛坯中夹杂了“硬点”以后，切削时就会“让刀”，在工件表面形成圆度误差。铸件和锻件在冷却过程中的不均匀常常是造成毛坯硬度不均匀的根源。第三章机械加工精度第二节影响加工精度的因素及其分析第16页，共38页，2023年，2月20日，星期一

4）工艺系统中其它作用力的变化引起某些环节的受力变形的变化，因此产生了加工误差。

机械加工中除了切削力作用于工艺系统之外，还作用着其它的力，如传动力、惯性力、夹紧力、工件的重量、机床移动部件的重量等，这些力也能使工艺系统中某些环节的受力变形发生变化，从而造成加工误差。第三章机械加工精度第二节影响加工精度的因素及其分析第17页，共38页，2023年，2月20日，星期一在实际生产中出现的加工精度问题往往是综合性很强的工艺问题，其影响因素也比较复杂。因此，如何运用已学到的基本知识，对生产实际中的加工精度问题进行综合的分析和提出解决问题的对策，并在实际中获得成效，是培养工艺能力的一项重要环节。一、误差的性质各种加工误差，按它们在一批零件中出现的规律来看，可以分为两大类：系统性误差和随机性误差。第三章机械加工精度第三节加工误差的综合分析第18页，共38页，2023年，2月20日，星期一1系统性误差：零件的误差大小和方向或是保持不变，或是按照一定的规律而变化。前者称为常值系统性误差，后者称为变值系统性误差。

原理误差、机床、刀具、夹具、量具的制造误差、调整误差，工艺系统的静力变形都是常值系统性误差，它们和加工的顺序、加工时间没有关系。机床、夹具和量具的磨损值在一定时间内可以看作是常值系统性误差。机床、刀具的热变形、刀具的磨损都随着加工时间而有规律地变化，因此属于变值系统性误差。第三章机械加工精度第三节加工误差的综合分析第19页，共38页，2023年，2月20日，星期一2随机误差：零件的误差大小和方向是不规律地变化着的。毛坯误差的复映、定位误差、夹紧误差、多次调整的误差、内应力引起的变形误差等都是随机性误差。随机性误差从表面上看来似乎没有什么规律，但是应用数理统计方法可以找出一批工件加工误差的某些规律，然后在工艺上采取措施来加以控制。第三章机械加工精度第三节加工误差的综合分析第20页，共38页，2023年，2月20日，星期一不同性质误差的解决途径也不一样。

一般来说：对于常值系统性误差，可以在查明其大小和方向后，通过相应的调整或检修工艺装备的办法来解决。还可以用人为的常值误差去抵偿系统的常值误差。对变值系统性误差，可以在摸清其变化规律后，通过自动连续补偿、自动周期补偿等办法来解决。随机性误差没有明显的变化规律，很难完全消除只能对其产生的根源采取适当的措施以缩小其影响。第三章机械加工精度第三节加工误差的综合分析第21页，共38页，2023年，2月20日，星期一二、加工误差的统计分析法对于生产中因复杂因素而出现的加工误差，不能用单因素估算方法来衡量，更不能从单个工件的检查来得结论，需要用统计分析的方法。常用的方法有：分布曲线法和点图法。1分布曲线法

检查一批精镗后的活塞销孔直径，图纸规定的尺寸及公差为Φ28-0.015，抽查件数为100。把测量所得的数据按尺寸大小分组，每组的尺寸间隔为0.002mm，则可列表如下：第三章机械加工精度第三节加工误差的综合分析第22页，共38页，2023年，2月20日，星期一

其中：n为测量的件数。如果用每组的件数m或频率m/n做纵坐标，以尺寸x为横坐标，就可以作成图示的折线图。第三章机械加工精度第三节加工误差的综合分析第23页，共38页，2023年，2月20日，星期一

实际测量结果表示：一部分工件巳超出了公差范围成了废品。但是从图中也可以看出，这批工件的分散范围0.012mm比公差带0.015mm小，如果能够设法将分散中心调整到公差范围中心，工件就完全合格。

所以该误差是常值系统误差。第三章机械加工精度第三节加工误差的综合分析第24页，共38页，2023年，2月20日，星期一

在绘制一批工件的尺寸分布图时，若工件的数量增加很多而尺寸间隔很小时，作出的实际分布曲线就非常接近光滑的曲线。因此，在研究加工误差问题时，经常用数理统计学中一些“理论分布曲线”来近似地代替实际分布曲线，这样做有很大的方便和好处。应用最广的是正态分布曲线(或称高斯曲线)。实践证明：在加工进行情况正常(机床、夹具、刀具在良好)的状态下，一批工件的实际尺寸分布将按正态分布曲线分布，如图所示：第三章机械加工精度第三节加工误差的综合分析第25页，共38页，2023年，2月20日，星期一

1）曲线成钟形，中间高，两边低。这表示尺寸靠近分散中心的工件占大部分，而尺寸远离分散中心的工件是极少数。

2）工件尺寸大于x和小于x的相同范围内的频率是相等的

3）表示正态分布曲线形状的参数是σ。σ越大曲线越平坦，尺寸越分散，加工精度就越低；σ越小曲线越陡峭，尺寸越集中，加工精度就越高。

4）可以查出：工件尺寸在±3σ以外的频率只占0.27％，可以忽略。一般都取正态分布曲线的分散范围为±3σ。第三章机械加工精度第三节加工误差的综合分析第26页，共38页，2023年，2月20日，星期一

±3σ的概念在研究加工误差问题时应用很广。简单地说，6σ的大小代表了某一种加工方法所能达到的加工精度。所以在一般情况下应该使公差带的宽度T和均方根误差σ之间具有下列关系：T≥6σ。刀具磨损会使分布曲线的位置移动及σ逐渐加大。所以在外圆加工中，开始加工时应使尺寸分散范围接近公差带的下限；在孔加工中，开始加工时应使尺寸分散范围接近公差带上限。这样在刀具磨损过程中，工件的尺寸分散范围逐渐向上限(外圆加工)或向下限(孔加工)移动，可以保持在比较长的加工时间内使工件尺寸不超出公差带。第三章机械加工精度第三节加工误差的综合分析第27页，共38页，2023年，2月20日，星期一在机械加工中，工件实际尺寸的分布情况，有时也出现并不近似于正态的分布，如图a)、b)所示。而图C）则是不分正负的形位误差呈不对称分布，称之为偏态分布，即加工误差偏向于接近零的一边。第三章机械加工精度第三节加工误差的综合分析第28页，共38页，2023年，2月20日，星期一2点图法

点图法：按工件的加工顺序定期测量工件的尺寸，以其序号为横坐标，以其尺寸为纵坐标，做出加工过程中误差变化的全貌。第三章机械加工精度第三节加工误差的综合分析第29页，共38页，2023年，2月20日，星期一

该图是按自动车床上加工出来的工件直径的测量结果而画出的。用两根平滑的曲线AA、BB画出点子的上、下限，AA和BB两线之间的宽度代表了在随机性误差作用下尺寸的分散情况。从图中可以看出：随着加工过程的进行，尺寸分散越来越大。这是由于刀具逐渐钝化，切削力随着逐渐增大，由毛坯误差复映而引起的随机性误差也逐渐增大。平均值曲线OO表示变值系统误差的变化，其产生的根源是刀具的热变形和磨损两项因素的综合。第三章机械加工精度第三节加工误差的综合分析第30页，共38页，2023年，2月20日，星期一加工初期，车刀热伸长较快，起主导作用，使加工出的工件尺寸越来越小。待刀具的热变形达到平衡状态，刀具的磨损就起了主导作用，加工出的工件直径就越来越大。从图中还可以看出，在测量到第50号工件时，尺寸有了超差。这是在换刀以后产生的常值系统性误差。常值系统性误差只影响曲线上下的位置，而不影响其形状或分散范围。点图的用法有多种。下面主要阐述点图在工艺验证和加工过程误差分析两方面的用途。第三章机械加工精度第三节加工误差的综合分析第31页，共38页，2023年，2月20日，星期一1)工艺验证：

为了确定准备投产的工艺能否保证加工质量要求或对现行的工艺进行定期、不定期的检查，查明工艺能力和工艺稳定性。（1）工艺能力：是用工艺能力系数Cp来表示的。

Cp

=T/6σ。

根据工艺能力系数Cp的大小，可以将工艺分成5个等级：Cp>1.67为特级。这说明工艺能力过高，加工方案不一定经济；第三章机械加工精度第三节加工误差的综合分析第32页，共38页，2023年，2月20日，星期一1.67>Cp>1.33为一级。这说明工艺能力足够，可以允许一定的波动；1.33≥Cp>1.0为二级。这说明工艺能力勉强，须密切注意1.0≥Cp>0.67为三级。这说明工艺能力不足