第一机械加工精度

第一机械加工精度第一页，共九十五页，编辑于2023年，星期一认识机械制造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。传统机械制造指机械加工。如今机械制造已发展成集机械、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新兴技术。第二页，共九十五页，编辑于2023年，星期一

1工艺是一种人为规定的使事物按照一定的规律、次序和方法进行演变的过程。

2机械制造工艺使各种原材料、半成品成为机械产品的过程。

3机械制造工艺学的研究对象（1）科学地、最优地生产各种机械装备、机械产品。（2）在机械制造(广义机械制造包括：铸造、锻、焊、热处理、机械加工、机械装配）过程中优质、高产、低耗地生产机械装备的原理和方法。

课程研究的对象第三页，共九十五页，编辑于2023年，星期一

4本课程的任务

（1）掌握工艺的基本理论、工艺规程制定的原则、步骤和方法，能结合具体条件制定出工艺上可行、经济上合理的工艺规程；（2）了解影响加工质量的各项因素，学会分析加工质量的方法；（3）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，培养学生分析、总结实际生产中的先进经验，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；（5）培养学生对具体工艺问题进行综合分析和试验的能力，并能针对具体零件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。

课程的任务第四页，共九十五页，编辑于2023年，星期一课程的特点

现场实践性

分析对比性

技术测量性

结构工艺性

第五页，共九十五页，编辑于2023年，星期一参考文献1孙正烈，机械制造工艺学.中国地质大学2汪太平，机械制造基础，安徽工程科技学院2王启平.机械制造工艺学.哈尔滨工业大学3王先逵，机械制造工艺学，清华大学4候书林，机械制造基础，北京大学5李旦，机床专用夹具图册，哈尔滨工业大学6赵家齐，机械制造工艺学课程设计指导书，机械工业出版社7李旦，机械制造工艺学试题精选与答题技巧，哈尔滨工业大学8中国第一汽车集团公司生产实习教程，哈尔滨工业大学第六页，共九十五页，编辑于2023年，星期一第1章加工精度1.1加工精度概述1.2工艺系统几何误差及原理误差1.3工艺系统受力变形引起的加工误差1.4工艺系统热变形引起的加工误差1.5工件残余应力引起的加工误差1.6提高加工精度的工艺措施1.7加工误差的综合分析第七页，共九十五页，编辑于2023年，星期一1.1加工精度概述

1.1.1加工精度与加工质量

1.1.2获得加工精度的方法

1.1.3研究加工精度的方法

1.1.4加工误差的来源第1章加工精度第八页，共九十五页，编辑于2023年，星期一

1加工精度与加工误差

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：零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度。

2质量内容

(1)设计质量

(2)制造质量

(3)服务质量

1.1.1加工精度与加工质量返回第1章加工精度第九页，共九十五页，编辑于2023年，星期一

1获得尺寸精度的方法

（1）试切法（图1-1）：边加工边测量，直到达到加工精度要求。

①

多次走刀、停车、测量，生产率低。

②

加工精度取决于操作者水平，用于单件小批生产。（2）调整法（图1-2）：也叫定程法，先用试切法或用样板、样件、对刀元件等确定刀具、夹具与工件之间的位置。

①

安装、加工简单，生产率高，加工质量易于保证。

②

对操作者技术水平要求不高，用于大批量生产。1.1.2获得加工精度的方法第1章加工精度第十页，共九十五页，编辑于2023年，星期一图1-1试切法返回1.1.2获得加工精度的方法第1章加工精度第十一页，共九十五页，编辑于2023年，星期一图1-2调整法1.1.2获得加工精度的方法第1章加工精度第十二页，共九十五页，编辑于2023年，星期一（3）定尺寸刀具法（图1-3）采用一定精度的定尺寸刀具进行加工。工件精度取决于刀具本身的精度。（4）自动获得法（自动测量法）（图1-4）

①

把检测、调整、切削等机构组成一个系统,控制工件尺寸。

②

数字控制把进刀量、工作台位移量数字脉冲化，以信号控制切削过程。可与流水线、自动线配合，加工精度与生产率高。1.1.2获得加工精度的方法第1章加工精度第十三页，共九十五页，编辑于2023年，星期一图1-3定尺寸刀具法

返回1.1.2获得加工精度的方法第1章加工精度第十四页，共九十五页，编辑于2023年，星期一图1-4数字控制示意图

1.1.2获得加工精度的方法第1章加工精度第十五页，共九十五页，编辑于2023年，星期一

2获得形状精度的方法

（1）轨迹法: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1-5）、刨削、端铣、靠模仿形加工等。

图1-5轨迹法车锥体图1-6用成形车刀车球面1.1.2获得加工精度的方法第1章加工精度（2）成形法: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（图1-6），利用成形刨刀刨工件的成形面，拉削成形面，切螺纹等。

第十六页，共九十五页，编辑于2023年，星期一

（3）展成法: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、插齿等，见图1-7。图1-7展成法加工齿轮1.1.2获得加工精度的方法第1章加工精度第十七页，共九十五页，编辑于2023年，星期一

（1）一次安装法

一次安装中把位置精度要求高的表面加工出来，见图1-8。

3获得位置精度的方法图1-8一次安装法

1.1.2获得加工精度的方法第1章加工精度第十八页，共九十五页，编辑于2023年，星期一图1-9多次安装法

（2)多次安装法

在多次安装中完成各个表面的加工，如图1-9所示。返回1.1.2获得加工精度的方法第1章加工精度第十九页，共九十五页，编辑于2023年，星期一

1误差因素分析法

利用因果图进行测试、分析、计算，找出导致误差的主要因素。如图1-10所示。

2统计分析法

(1)分布曲线法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，见图1-11。

(2)点图法边加工、边间歇抽样检测，以抽样组平均尺寸为纵座标，以组序号为横座标作出工件尺寸的分布点，可建立无废品系统，见图1-12

。1.1.3研究加工精度的方法第1章加工精度图1-11分布曲线法

第二十页，共九十五页，编辑于2023年，星期一图1-10误差因素分析法

第1章加工精度1.1.3研究加工精度的方法返回第二十一页，共九十五页，编辑于2023年，星期一第1章加工精度1.1.3研究加工精度的方法图1-12点图法

第二十二页，共九十五页，编辑于2023年，星期一（1）

找出主要致差因素后，可按下式进行合成求出系统综合误差：（2）当各个因素呈现函数关系时可对各误差因素求偏导数，以全微分表示误差的关系：

3误差合成计算公式1.1.3研究加工精度的方法第1章加工精度返回第二十三页，共九十五页，编辑于2023年，星期一

1产品的制造过程

（图1-13）

2十大原始误差：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：加工原理误差；工件安装误差；机床制造误差与磨损；夹具误差；刀具制造误差与磨损；工艺系统受力变形；工艺系统受热变形；工件内应力引起的变形；度量误差；调整误差。1.1.4加工误差的来源第1章加工精度返回第二十四页，共九十五页，编辑于2023年，星期一第1章加工精度1.1.4加工误差的来源图1-13产品的制造过程返回第二十五页，共九十五页，编辑于2023年，星期一1.2工艺系统几何误差及原理误差

1.2.1原理误差

1.2.2机床几何误差

1.2.3工艺系统其它几何误差第1章加工精度第二十六页，共九十五页，编辑于2023年，星期一

例1铣制齿轮（图1-14）

模数铣刀铣齿轮时，齿形是基圆半径的函数，同模数，齿数不同，渐开线形状也不一样。实际中不可能实现每种模数、每种齿数都有对应的铣刀。图1-14铣制齿轮1.2.1原理误差第1章加工精度

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。

第二十七页，共九十五页，编辑于2023年，星期一

例2滚切齿轮（图1-15）

渐开线齿形理想表面为连续的渐开线，滚刀刀齿不连续齿形实际上是一系列的折线组成的。图1-15滚切齿轮1.2.1原理误差第1章加工精度第二十八页，共九十五页，编辑于2023年，星期一

例3车制蜗杆（图1-16)

在车床上车制蜗杆时，机床挂轮比：i=i1*i2*i3=P/T=πm/T

其中：P—工件蜗杆导程

m—蜗轮模数

T—车床丝杆螺距图1-16车制蜗杆返回1.2.1原理误差第1章加工精度第二十九页，共九十五页，编辑于2023年，星期一图1-17机床几何误差分类机床几何误差机床传动链误差机床主轴回转误差机床导轨误差轴向窜动径向跳动角度摆动水平面内直线度垂直面内直线度前后导轨的平行度内联传动链始末两端传动元件间相对运动误差1.2.2机床几何误差第1章加工精度第三十页，共九十五页，编辑于2023年，星期一

1机床主轴的回转运动误差

（1）主轴回转运动误差的概念

理想回转中心：在主轴的任一截面，主轴回转时只有一点速度始终为零。瞬时回转中心：主轴在实际回转过程中，在一个位置或某时刻的回转中心，称为瞬时回转中心。主轴的回转运动误差：主轴的瞬时回转轴线相对其平均回转轴线在规定测量平面内的变动量。1.2.2机床几何误差第1章加工精度图1-18主轴回转中心与主轴回转精度第三十一页，共九十五页，编辑于2023年，星期一

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。影响端面形状和轴向尺寸精度。

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。影响圆柱面的精度。

角度摆动（角向漂移）——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。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。（2）主轴回转运动误差的形式

1.2.2机床几何误差第1章加工精度图1-19主轴回转运动误差a轴向漂移b径向漂移c角向漂移第三十二页，共九十五页，编辑于2023年，星期一

工件回转类刀具回转类误差敏感方向不变镗床

车床加工时误差敏感方向和切削力方向随主轴回转而不断变化（3）主轴回转误差对加工精度的影响1.2.2机床几何误差第1章加工精度第三十三页，共九十五页，编辑于2023年，星期一

车床加工：工件回转刀具移动

图1-20车削时纯径向跳动对加工精度的影响①主轴的纯径向跳动对车削和镗削加工精度的影响1.2.2机床几何误差第1章加工精度第三十四页，共九十五页，编辑于2023年，星期一AARφOm11，AcosφO234ORsinφ(A+R）cosφ

图1-21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1.2.2机床几何误差第1章加工精度第三十五页，共九十五页，编辑于2023年，星期一②轴向窜动对车、镗削加工精度影响图1-22轴向窜动对端面的影响图1-23螺距误差

加工端面时，会使加工的端面与内外圆轴线产生垂直度误差。另外主轴每转一周，要沿轴向窜动一次，使得切出的端面产生平面度误差，见图1-22。当加工螺纹时，会产生螺距误差，见图1-23。

1.2.2机床几何误差第1章加工精度第三十六页，共九十五页，编辑于2023年，星期一车外圆：得到圆形工件，但产生圆柱度误差（锥体），车端面：产生平面度误差，镗孔时：由于主轴的纯角度摆动使得主轴回转轴线与工作台导轨不平行，使镗出的孔呈椭圆形，见图1-24所示。

图1-24主轴纯角度摆动对镗孔精度的影响1.2.2机床几何误差第1章加工精度③角度摆动对车、镗削加工精度影响第三十七页，共九十五页，编辑于2023年，星期一主轴的误差轴承的误差轴承的间隙与轴承配合零件的误差主轴系统的径向不等刚度和热变形等（4）影响主轴回转运动误差的主要因素不同类型的机床，影响因素也不相同（5）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轴承的回转精度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静压轴承提高轴承组件的接触刚度提高箱体支承孔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1.2.2机床几何误差第1章加工精度第三十八页，共九十五页，编辑于2023年，星期一

②

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。③

使主轴的回转精度不反映到工件上：两个固定顶尖支承，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，如图1-25。又如图1-26镗孔时把误差转移到镗模上。图1-25用固定顶尖支承磨外圆图1-26用镗模镗孔1.2.2机床几何误差第1章加工精度第三十九页，共九十五页，编辑于2023年，星期一ΔYΔYoDΔR水平面导轨水平面内直线度图1－27导轨在水平面内直线度误差

2机床导轨误差

（1）机床导轨误差的各种形式①导轨在水平面内直线度误差的影响

△R=△y

1.2.2机床几何误差第1章加工精度第四十页，共九十五页，编辑于2023年，星期一垂直平面导轨垂直面直线度ΔZΔRΔZ图1－28导轨在垂直面内直线度误差DRD/2②导轨在垂直面内直线度误差设：△Z=△Y=0.01mm，R=50mm，法向原始误差而产生的加工误差△R=△Y=0.01mm,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△Z2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。第1章加工精度第四十一页，共九十五页，编辑于2023年，星期一结论：原始误差引起工件相对于刀具产生相对位移。如平面磨床，龙门刨床及铣床等，导轨在垂直面内直线度误差会引起工件相对砂轮（刀具）产生法向位移（误差敏感方向），对加工精度有直接影响；如在切向方向（误差非敏感方向），可忽略不计。1－刨刀2－工件3－工作台4－床身导轨图1-29龙门刨床导轨垂直面内直线度误差1.2.2机床几何误差第1章加工精度第四十二页，共九十五页，编辑于2023年，星期一第1章加工精度1.2.2机床几何误差③前后导轨平行度误差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，使工件产生形状误差（鼓形、鞍形、锥度）图1-30车床导轨扭曲对工件形状精度影响图1-30车床前后导轨扭曲产生了加工误差△y：

△y≈H△/B车床H≈2B/3，外圆磨床H≈B，因此该项原始误差△对加工精度的影响很大。第四十三页，共九十五页，编辑于2023年，星期一水平面不平行

垂直面内不平a车成锥体

b车成双曲线体图1-31车削时导轨误差对工件的影响导轨与主轴不平行

1.2.2机床几何误差第1章加工精度第四十四页，共九十五页，编辑于2023年，星期一

机床导轨的形状很多，如矩形、三角形、燕尾形等；导轨的组合形式也很多，如双矩形、双三角形、矩形与三角形等，见图1-32。（2）提高机床导轨精度的措施

图1-32导轨形状和组合形式

1.2.2机床几何误差①选择合理导轨形状和组合形式第1章加工精度②提高机床导轨的制造精度和配合件接触精度。③均化误差、防止导轨磨损，如图1-33静压导轨或贴塑导轨（聚四氟乙烯）。图1-33静压导轨第四十五页，共九十五页，编辑于2023年，星期一

3机床传动链误差

（1）机床的传动链误差的影响

保持工件与刀具严格的运动关系，严格控制传动链首末端件的相对运动误差，特别是末端件的精度。如车螺纹、铣螺旋槽、滚齿、插齿等。1.2.2机床几何误差第1章加工精度第四十六页，共九十五页，编辑于2023年，星期一例如：在车床上加工丝杆，若第一齿轮有转角误差△Φ1，试分析对工件螺距误差的影响,见图1-34。解：

i=Z1/Z2=Φ1/Φ2=n2/n1

△Ф5=i4×i3×i2×i1×△φ1

T/2π=△P/△φ5∴△P=T/2π(i4×i3×i2×i1×△φ1)（2）减少传动链误差的措施

①传动比i<1，即采用降速设计，最大降速比应放在最后，以便减少误差。

②传动链愈短愈好。

③提高传动元件的精度，特别是末端件的精度。

④采用误差补偿机构。式中：T——机床丝杆螺距；

△P——工件螺距误差；

i——传动比。图1-34传动链误差返回1.2.2机床几何误差第1章加工精度第四十七页，共九十五页，编辑于2023年，星期一刀具误差一般刀具定尺寸刀具成形刀具展成刀具制造误差对加工精度没有直接影响，但磨损后对工件尺寸或形状精度有一定影响

尺寸误差直接影响工件的尺寸精度。影响被加工面的形状精度刀刃的几何形状及有关尺寸精度直接影响零件加工精度1.2.3工艺系统其它几何误差第1章加工精度第四十八页，共九十五页，编辑于2023年，星期一

（1）刀具制造误差对加工精度的影响

可调刀具

——磨损后可调整进刀量进行补偿。

不可调刀具——

定尺寸刀具、成形刀具、展成法刀具的制造误差对加工精度都有直接影响。

（2）刀具磨损误差对加工精度的影响

无论是可调刀具还是不可调刀具，对加工精度都有影响，见图1-35。

1刀具误差

1.2.3工艺系统其它几何误差第1章加工精度图1-35磨损曲线第四十九页，共九十五页，编辑于2023年，星期一

2夹具误差（制造误差与磨损）（1）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。（2）夹具装配后，以上各种元件工作面间的相对尺寸误差。（3）夹具在使用过程中工作表面的磨损。例：图1-36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。

图1-36钻孔加工1.2.3工艺系统其它几何误差第1章加工精度第五十页，共九十五页，编辑于2023年，星期一（1）量具、量仪和测量方法本身的误差（2）环境条件的影响（3）测量人员主观因素的影响（4）正确选择和使用量具（5）单次测量的误差3测量误差测量误差1.2.3工艺系统其它几何误差第1章加工精度4调整误差试切法调整定程机构调整样板、样件调整安装调整调整误差返回第五十一页，共九十五页，编辑于2023年，星期一工艺系统：机床、夹具、工件、刀具外力：切削力、传动力、惯性力、夹紧力、重力产生加工误差破坏了刀具、工件间相对位置1.3工艺系统受力变形引起的加工误差第1章加工精度第五十二页，共九十五页，编辑于2023年，星期一1.3工艺系统受力变形引起的加工误差

1.3.1工艺系统的刚度

1.3.2工艺系统受力变形对加工精度的影响第1章加工精度第五十三页，共九十五页，编辑于2023年，星期一

工艺系统整体抵抗其变形的能力。即：作用在物体上的外力Fp与由此引起的该方向上的位移yxt的比值，即kxt=Fp/yxt负刚度现象a刀架系统在Fp力作用下引起同向变形y若出现变形方向与Fp方向不一致的情况，如Fp与yxt方向相反，工艺系统就处于负刚度状态，见图1-37。b在Fc力作用下引起的变形y与Fp方向相反

1工艺系统刚度的概念图1-37负刚度现象1.3.1工艺系统的刚度第1章加工精度第五十四页，共九十五页，编辑于2023年，星期一

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：yxt=yjc+ydj+yjj+ygjkxt=Fp/yxt，kjc=Fp/yjc，kdj=Fp/ydj,kjj=Fp/yjj，kgj=Fp/ygj

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），就可以求出工艺系统的刚度。2系统刚度与环节刚度1.3.1工艺系统的刚度第1章加工精度第五十五页，共九十五页，编辑于2023年，星期一（1）机床部件刚度的特点(1)外力Fp与刀架变形ydj非线性。(2)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。(4)部件的实际刚度远比按实体结构的估计值小。Ⅰ－次加载，Ⅱ－二次加载，Ⅲ－三次加载图1-38车床刀架部件的刚度曲线

图1-38中是以Fp为纵坐标，刀架变形ydj为横坐标的某车床刀架部件的刚度实测曲线。进行了三次加载—卸载循环，机床部件的刚度曲线有以下特点：1.3.1工艺系统的刚度第1章加工精度第五十六页，共九十五页，编辑于2023年，星期一（2）影响机床部件刚度的因素图1-40机床部件刚度的薄弱环节

图1-39两零件结合面间的接触情况a溜板中的楔铁b轴承套①连接表面间的接触变形，见图1-39②薄弱零件本身的影响，见图1-40③接合面间的间隙④接合面间摩擦力的影响返回1.3.1工艺系统的刚度第1章加工精度第五十七页，共九十五页，编辑于2023年，星期一

1切削力作用位置变化引起的加工误差（1）车短轴工艺系统的总变形完全取决于主轴箱、尾座(包括顶尖)和刀架的变形，见图1-41。（2）车细长轴在切削力作用下细长轴变形大大超过机床、夹具和刀具所产生的变形，见图1-42。图1-41车短轴图1-42车削细长轴1.3.2工艺系统受力变形对加工精度的影响第1章加工精度第五十八页，共九十五页，编辑于2023年，星期一2切削力大小变化引起的加工误差（误差复映）图1-43切削时误差复映1.3.2工艺系统受力变形对加工精度的影响第1章加工精度第五十九页，共九十五页，编辑于2023年，星期一3切削过程中受力方向变化引起的加工误差（1）传动力引起的误差

图1-44单爪拨盘传动下工件的受力分析（2）惯性力引起的误差

高速切削时，有不平衡的高速旋转构件存在时。可采用配重平衡的方法来消除，必要时适当降低主轴转速，减小离心力的影响。1.3.2工艺系统受力变形对加工精度的影响第1章加工精度第六十页，共九十五页，编辑于2023年，星期一4工艺系统其它外力作用引起的加工误差

（1）机床部件或工件本身重量及它们在移动中位置变化引起的误差，见图1-45。

图1-45机床部件自重引起地横梁变形1.3.2工艺系统受力变形对加工精度的影响第1章加工精度第六十一页，共九十五页，编辑于2023年，星期一

Ⅰ－工件Ⅱ－开口过渡环图1-47套筒夹紧引起变形误差

（2）由于夹紧力引起的加工误差a毛坯翘曲b电磁工件台吸紧c磨后松开，工件翘曲d磨削凸面e磨削凹面f磨后松开，工件平直图1-48薄片工件的磨削图1-46夹紧力的作用点选择1.3.2工艺系统受力变形对加工精度的影响第1章加工精度第六十二页，共九十五页，编辑于2023年，星期一提高导轨等结合面的刮研质量、形状精度，增加接触面积，有效地提高接触刚度。加工细长轴时，采用中心架或跟刀架来提高工件的刚度。采用导套、导杆等辅助支承来加强刀架的刚度。对刚性较差的工件选择合适夹紧方法，能减小夹紧变形，提高精度。

采用塑料滑动导轨，其摩擦特性好，有效防止低速爬行，定位精度高，具有良好的耐磨性、减振性和工艺性。（1）提高接触刚度（2）提高零部件刚度减小受力变形（3）合理安装工件减小夹紧变形（4）减少摩擦防止微量进给时的“爬行”5减小工艺系统受力变形的措施（5）合理使用机床（6）合理安排工艺，粗精分开（7）转移或补偿弹性变形（8）减少工艺系统受力变形返回第六十三页，共九十五页，编辑于2023年，星期一1.4工艺系统热变形引起的加工误差

1.4.1概述

1.4.2机床热变形对加工精度的影响

1.4.3工件热变形对加工精度的影响

1.4.4刀具热变形对加工精度的影响

1.4.5减少工艺系统热变形的主要途径第1章加工精度第六十四页，共九十五页，编辑于2023年，星期一据统计，热变形引起的加工误差约占总加工误差的40%~70%。工艺系统的热变形不仅严重地影响加工精度，而且还影响加工效率的提高。实现数控加工后，加工误差不能再由人工进行补偿，全靠机床自动控制，因此热变形的影响就显得特别重要。

1.4.1概述第1章加工精度第六十五页，共九十五页，编辑于2023年，星期一电机、轴承、齿轮、油泵等工件、刀具、切屑、切削液气温、室温变化、冷、热风等热源切削热摩擦热外部热源内部热源环境温度热辐射日光、照明、暖气、体温等图1-49工艺系统的热源返回1.4.1概述第1章加工精度第六十六页，共九十五页，编辑于2023年，星期一1车、铣、钻、镗类机床主轴箱中的齿轮、轴承摩擦发热、润滑油发热。

机床热变形会使机床的静态几何精度发生变化而影响加工精度，其中主轴部件、床身、导轨、立柱、工作台等部件的热变形，对加工精度影响最大。图1-50车、铣、钻、镗床类热变形1.4.2机床热变形对加工精度的影响第1章加工精度第六十七页，共九十五页，编辑于2023年，星期一2龙门刨床、牛头刨床、立式车床类机床导轨副的摩擦热3各种磨床主要热源是砂轮架、头架和液压系统及冷却液。图1-51牛头刨床滑枕热变形图1-52升降台铣床图1-53外圆磨床图1-54圆台平面磨床第1章加工精度第六十八页，共九十五页，编辑于2023年，星期一

大型机床如龙门刨、龙门铣、立式车床、导轨磨床等，内部热源影响大，环境热的影响也大，见图1-55。图1-55龙门刨、铣床的变形返回1.4.2机床热变形对加工精度的影响第1章加工精度4大型机床热变形对加工的影响第六十九页，共九十五页，编辑于2023年，星期一1工件均匀受热

△L=αL△t式中α——工件材料的热膨胀系数，单位为1/℃；L——工件在热变形方向的尺寸，单位为mm；△t——工件温升，单位为℃。例如：在磨削400mm长的丝杠螺纹时，每磨一次温度升高1℃，则被磨丝杠将伸长△L=1.17×10-5×400×1mm=0.0047mm，而5级丝杠的螺距累积误差在400mm长度上不允许超过5μm左右。故热变形对工件加工精度影响很大。形状简单、对称的零件，如轴、套筒等，加工时切削热能较均匀地传入工件，工件热变形量可按下式估算：1.4.3工件热变形对加工精度的影响第1章加工精度第七十页，共九十五页，编辑于2023年，星期一

在刨削、铣削、磨削加工平面时，工件单面受热，上下平面间产生温差，导致工件向上凸起，凸起部分被工具切去，加工完毕冷却后，加工表面就产生了中凹，造成了几何形状误差。2工件不均匀受热返回1.4.3工件热变形对加工精度的影响第1章加工精度第七十一页，共九十五页，编辑于2023年，星期一刀具热变形主要是由切削热引起的，见图1-56。A——车刀连续工作时的热伸长曲线；B——切削停止后，车刀温度下降曲线C——间断切削的热变形。图1-56车刀的热变形与切削时间的关系曲线返回1.4.4刀具热变形对加工精度的影响第1章加工精度第七十二页，共九十五页，编辑于2023年，星期一1减少发热和隔离热源

分离热源、采用隔热措施，改善摩擦条件，减少热量产生，如图1-57。有时采用强制冷却法，吸收热源热量，控制机床温升和热变形。合理安排工艺、粗精分开。采用热对称结构，合理选择机床零部件的安装基准(图1-59)寻求各部件热变形的规律，建立热变形位移数字模型，并存入计算机中进行实施加工前使机床高速空转，达到热平衡时再加工。减小温差，均衡关键件的温升，避免弯曲变形(图1-58)恒温车间、使用门帘、取暖装置均匀布置；恒温精度一般控制在±1℃以内，精密级较高的机床为±0.5℃。恒温室平均温度一般为20℃，在夏季取23℃，在冬季可取17℃。2均衡温度场3改进机床布局和结构设计4保持工艺系统的热平衡5控制环境温度6热位移补偿1.4.5减少工艺系统热变形的主要途径返回第1章加工精度第七十三页，共九十五页，编辑于2023年，星期一图1-57采用隔热罩减少热变形图1-58用热空气均衡立柱前后壁的温度场

工件与刀具的热变形属于系统误差，可经过计算进行补偿和修正，机床热变形是复杂的，见图1-57、图1-58、图1-59。

图1-59车床上主轴箱两种结构的热位移返回1.4.5减少工艺系统热变形的主要途径第1章加工精度第七十四页，共九十五页，编辑于2023年，星期一什么是残余应力残余应力是指在没有外部载荷的情况下，存在于工件内部的应力，又称内应力。产生原因残余应力是由金属内部的相邻宏观或微观组织发生了不均匀的体积变化而产生的，主要来自热加工或冷加工。1.5工件残余应力引起的加工误差第1章加工精度第七十五页，共九十五页，编辑于2023年，星期一切削加工磨削加工产生内应力原因毛坯制造热处理冷校直

减少内应力引起变形的措施1．合理设计零件结构应尽量简化结构，减小零件各部分尺寸差异，以减少铸锻件毛坯在制造中产生的残余应力。2．增加消除残余应力的专门工序对铸、锻、焊接件进行退火或回火；工件淬火后进行回火；对精度要求高的零件在粗加工或半精加工后进行时效处理。

3．合理安排工艺过程尽可能将粗、精加工分在不同工序中进行。返回1.5工件残余应力引起的加工误差第1章加工精度第七十六页，共九十五页，编辑于2023年，星期一细长轴加工采用跟刀架防止工件弯曲变形，采用反拉法切削不限制工件热伸长，改进刀具角度和切削用量，采用大前角和大主偏角，小切深、大进给量

图1-601减少误差法2误差补偿法人为地造出一种新的原始误差，去抵消原来工艺系统中存在的原始误差，如图1-61、图1-62。3误差分组法按工件尺寸大小分n组，每组尺寸误差就缩减原来的1/n。按各组的误差范围调整刀具位置，减小尺寸分散范围。1.6提高加工精度的工艺措施第1章加工精度4误差转移法把原始误差从误差敏感方向转移到误差的非敏感方向。5就地加工法半精加工时留有加工余量，装配后利用机床本身装上刀具进行加工，即“就地加工”法，也称自身加工修配法。6误差均分法利用有密切联系的表面之间的相互比较和相互修正或者利用互为基准进行加工，以达到高的加工精度。第七十七页，共九十五页，编辑于2023年，星期一图1-61通过导轨凸起补偿横梁变形1－工件2－丝杠螺母3－车床丝杠4－杠杆5－校正尺6－滚柱7－工作尺面图1-62螺纹加工校正机构a正向进给b反向进给图1－60反拉法切削细长轴

返回1.6提高加工精度的工艺措施第1章加工精度第七十八页，共九十五页，编辑于2023年，星期一

在横梁上加一附加梁承担铣头重量，变形主要在附加梁上，减少主梁的变形，见图1-63。

双镗模支承镗孔，使机床主轴的误差不影响工件的加工精度，见图1-64。图1-63横梁上加一附加梁图1-64误差转移返回1.6提高加工精度的工艺措施第1章加工精度第七十九页，共九十五页，编辑于2023年，星期一1.7加工误差的综合分析

1.7.1加工误差的性质及分类

1.7.2加工误差的统计分析方法第1章加工精度第八十页，共九十五页，编辑于2023年，星期一加工一批工件时，误差的大小和方向保持不变者。如原理误差和机床、刀具、夹具的制造误差，一次调整误差以及工艺系统因受力点位置变化引起的误差.加工误差随机误差系统误差常值误差变值误差加工一批工件时，误差的大小和方向呈有规律变化者。如由于刀具磨损引起的加工误差，机床、刀具、工件受热变形引起的加工误差等。加工一批工件时，误差的大小和方向呈无规律变化。如加工余量不均匀或材料硬度不均匀引起的毛坯误差复映，定位误差及夹紧力大小不一引起的夹紧误差，多次调整误差，残余应力引起的变形误差等.返回1.7.1加工误差的性质及分类第1章加工精度第八十一页，共九十五页，编辑于2023年，星期一

由于随机性误差的存在，一批工件加工尺寸的实际数值是各不相同的，这种现象称为尺寸分散。

在一批零件的加工过程中，测量各零件的加工尺寸，把测得的数据记录下来，按尺寸大小将整批工件进行分组，每一组中的零件尺寸处在一定的间隔范围内。同一尺寸间隔内的零件数量称为频数，频数与该批零件总数之比称为频率。

以工件尺寸为横坐标，以频数或频率为纵坐标，即可作出该工序工件加工尺寸的实际分布图——直方图。1分布曲线法（1）实际分布图——直方图

1.7.2加工误差的统计分析方法第1章加工精度第八十二页，共九十五页，编辑于2023年，星期一

①直方图的作法与步骤

在一定的加工条件下，按一定的抽样方式抽取一个样本（一批零件），样本容量（零件的个数）一般取100件左右，测量各零件的尺寸，并找出其中的最大值xmax和最小值xmin，进行数据收集；

按要求进行分组；确定每组间隔的距离；统计频数：按表列数据以频率密度为纵坐标，组距为横坐标画出直方图。1.7.2加工误差的统计分析方法第1章加工精度第八十三页，共九十五页，编辑于2023年，星期一例1：在磨床上加工一批销轴，抽检100件以0.002mm为组距分成10组作出分布表，组界为横坐标，频率密度为纵坐标，便可绘出直方图，见图1-65。例2：精镗活塞销孔，抽取工件100个，经测量：φmax=Φ28-0.005mm，φmin=Φ28-0.017mm，最大尺寸与最小尺寸之差即为分散范围，27.955-27.983=0.012mm=12µm，按实测尺寸的大小顺序分成六组，统计每组的工件数，将所得的结果列表。组界频数频率频率密度-22～-2030.030.015-20～

-18120.120.06-18～

-16370.370.185-16～

-14350.350.175-14～-12110.110.055-12～-1020.020.010图1-65直方图第1章加工精度1.7.2加工误差的统计分析方法第八十四页，共九十五页，编辑于2023年，星期一②直方图的观察与分析

a尺寸分散范围小于允许公差T，且分布中心与公差带中心重合，则两边都有余地，不会出废品。b若工件尺寸分散范围虽然也小于其尺寸公差带T，但两中心不重合，应设法调整分布中心，使直方图两侧均有余地，防止废品产生。c若工件尺寸分散范围恰好等于其公差带T，这种情况下稍有不慎就会产生废品，故应采取适当措施减小分散范围。d若工件尺寸分散范围大于其公差带T，则必有废品产生，此时应设法减小加工误差或选择其它加工方法。1.7.2加工误差的统计分析方法第1章加工精度图1-66误差分析曲线第八十五页，共九十五页，编辑于2023年，星期一

当采用该曲线代表加工尺寸的实际分布曲线时，各参数的意义：

y——分布曲线的纵坐标，表示工件的分布密度（频率密度）；

x——分布曲线的横坐标，表示工件的尺寸或误差；

n——一批工件的数目（样本数）。——工件的平均尺寸（分散中心），σ——

一批零件的均方根差，①正态分布曲线方程（2）理论分布图——正态分布曲线

大量实践表明，在用调整法加工时，当所取工件数量足够多，且无任何优势误差因素的影响，则所得一批工件尺寸的实际分布曲线便非常接近正态分布曲线。1.7.2加工误差的统计分析方法第1章加工精度第八十六页，共九十五页，编辑于2023年，星期一曲线技术特征：

a单峰中凸，反映绝对值愈小的误差出现的概率愈大，即工件处于公差带中间的件数多，处于上下限附近的极少，见图1-67；b对称,说明了等值异号的误差出现的概率相等；c定宽,反映实际尺寸不超过某一范围，近似认为在±3σ内。图1-67曲线技术特征1.7.2加工误差的统计分析方法第1章加工精度第八十七页，共九十五页，编辑于2023年，星期一

图1-68正态分布曲线及其特征正态分布曲线的特征参数有两个，即和σ。算术平均值是确定曲线位置的参数。它决定一批工件尺寸分散中心的坐标位置。改变时，整个曲线沿χ轴平移，但曲线形状不变。若使产生变化的主要原因是常值系统误差的影响。工序标准偏差σ决定了分布曲线的形状和分散范围。

σ大小实际反映了随机性误差的影响程度，随机性误差越大则σ越大。第1章加工精度②正态分布曲线的特征参数第八十八页，共九