机械加工质量控制课件.pptx

1、机械加工质量控制优质、高产、低消耗是企业发展的必由之路。 优质就是高的产品质量。 高产就是生产效率高。 低消耗就是成本低。 产品的质量与零件的加工质量、产品的装配质量密切相关，而零件的加工质量是保证产品质量的基础。它包括零件的加工精度和表面质量两方面。 零件的加工精度包括尺寸精度、形状精度和相互位置精度。 第一节 机械加工精度概 述一、加工精度与加工误差 加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状及各表面相互位置等参数）与理想几何参数的符合程度。状及各表面相互位置等参数）与理想几何参数的符合程度。符合程度越高，加工精度就越高。反之，越低。符合

2、程度越高，加工精度就越高。反之，越低。 理想几何参数理想几何参数表面表面绝对平面、圆柱面等；绝对平面、圆柱面等；位置位置绝对平行、垂直、同绝对平行、垂直、同 轴等；轴等；尺寸尺寸位于公差带中心位于公差带中心。1.加工精度加工精度 加工误差是指零件加工后的实际几何参数对加工误差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，所以，加工误差的大理想几何参数的偏离程度，所以，加工误差的大小反映了加工精度的高低。小反映了加工精度的高低。 实际加工时不可能也没有必要把零件做得与理想零件实际加工时不可能也没有必要把零件做得与理想零件完全一致，而总会有一定的偏差，即加工误差。只要这完全一致，而总会有一

3、定的偏差，即加工误差。只要这些误差在规定的范围内，即能满足机器使用性能的要求。些误差在规定的范围内，即能满足机器使用性能的要求。2.加工误差加工误差二、尺寸、形状和位置精度间的关系 独立原则是处理形位公差和尺寸公差关系的基本原则，独立原则是处理形位公差和尺寸公差关系的基本原则，即尺寸精度和形位精度按照使用要求分别满足；在一般即尺寸精度和形位精度按照使用要求分别满足；在一般情况下，尺寸精度高，其形状和位置精度也高；通常，情况下，尺寸精度高，其形状和位置精度也高；通常，零件的形状误差约占相应尺寸公差的零件的形状误差约占相应尺寸公差的3050；位置；位置误差约为尺寸公差的误差约为尺寸公差的6585。

4、三、获得加工精度的方法1.获得尺寸精度的方法获得尺寸精度的方法 试切法试切法 定尺寸刀具法定尺寸刀具法 调整法调整法 自动控制法自动控制法 2. 获得形状精度的方法获得形状精度的方法 刀尖轨迹法刀尖轨迹法 成形刀具法成形刀具法 展成法展成法 3. 获得位置精度的方法获得位置精度的方法 直接找正直接找正 划线找正划线找正 夹具定位夹具定位四、原始误差 由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺系统由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺系统的误差是工件产生加工误差的根源。我们把工艺系统的各的误差是工件产生加工误差的根源。我们把工艺系统的各种误差称之为原始误差。种误差称之为原始误差。 原始误差的

5、种类原始误差的种类工艺系统的几何误差工艺系统的几何误差工艺系统受力变形引起的误工艺系统受力变形引起的误差差工艺系统热变形引起的误差工艺系统热变形引起的误差工件的残余应力引起的误差工件的残余应力引起的误差伺服进给系统位移误差等伺服进给系统位移误差等原始误差产生加工误差的根源，它包括：原始误差产生加工误差的根源，它包括：工艺系统静误差工艺系统静误差主轴回转误差导轨误差传动链误差一般刀具定尺寸刀具成形刀具展成法刀具 试切法调整法外力作用点变化外力方向变化外力大小变化机床几何误差机床几何误差工艺系统几何误差工艺系统几何误差原理误差原理误差调整误差调整误差测量误差测量误差定位误差定位误差工艺系统动误差工

6、艺系统动误差工艺系统力变形工艺系统力变形工艺系统热变形工艺系统热变形工艺系统内应力变形工艺系统内应力变形刀具几何误差刀具几何误差夹具几何误差夹具几何误差机床热变形工件热变形刀具热变形四、研究机械加工精度的方法分析计算法统计分析法 是在掌握各种原始误差对加工精是在掌握各种原始误差对加工精度影响规律的基础上，分析工件加工度影响规律的基础上，分析工件加工中所出现的误差可能是哪一种或哪几中所出现的误差可能是哪一种或哪几种主要原始误差所引起的，并找出原种主要原始误差所引起的，并找出原始误差与加工误差之间的影响关系，始误差与加工误差之间的影响关系，通过估算来确定工件加工误差的大小，通过估算来确定工件加工误

7、差的大小，再通过试验测试来加以验证。再通过试验测试来加以验证。 是对具体加工条件下得到的几何是对具体加工条件下得到的几何参数进行实际测量，然后运用数理统参数进行实际测量，然后运用数理统计学方法对这些测试数据进行分析处计学方法对这些测试数据进行分析处理，找出工件加工误差的规律和性质，理，找出工件加工误差的规律和性质，进而控制加工质量。进而控制加工质量。 加工精度加工精度尺寸精度形状精度位置精度 加工误差加工误差与理想零件的偏离加工精度的另一描述 工艺系统工艺系统机床刀具夹具工件 原始误差原始误差工艺系统的误差产生加工误差的根源包括工艺系统静误差、动误差分析计算法统计分析法 第二节 工艺系统的几何

8、误差一、原理误差一、原理误差 原理误差是指由于采用了近似的加工方法、近似的成原理误差是指由于采用了近似的加工方法、近似的成形运动或近似的刀具轮廓而产生的误差。形运动或近似的刀具轮廓而产生的误差。 例如滚齿用的齿轮滚刀，就有两种误差，一是为了制造方便，采例如滚齿用的齿轮滚刀，就有两种误差，一是为了制造方便，采用阿基米德蜗杆代替渐开线基本蜗杆而产生的刀刃齿廓近似造形误差；用阿基米德蜗杆代替渐开线基本蜗杆而产生的刀刃齿廓近似造形误差；二是由于滚刀切削刃数有限，切削是不连续的，因而滚切出的齿轮齿形二是由于滚刀切削刃数有限，切削是不连续的，因而滚切出的齿轮齿形不是光滑的渐开线，而是折线。不是光滑的渐开线

9、，而是折线。 成形车刀、成形铣刀也采用了近似的刀具轮廓。成形车刀、成形铣刀也采用了近似的刀具轮廓。 采用近似的成形运动和刀具刃形，不但可以简化机床或刀具的结采用近似的成形运动和刀具刃形，不但可以简化机床或刀具的结构，而且能提高生产效率和加工的经济效益。构，而且能提高生产效率和加工的经济效益。二、机床几何误差二、机床几何误差机床几何误差的来源机床几何误差的来源机床制造机床制造磨损磨损安装安装机床几何误差的组成机床几何误差的组成主轴回转误差主轴回转误差导轨误差导轨误差传动链误差传动链误差机床的几何误差组成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

10、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、机床导轨误差、机床导轨误差 机床导轨是机床中确定某些主要部件相对位置的基机床导轨是机床中确定某些主要部件相对位置的基准，也是某些主要部件的运动基准。准，也是某些主要部件的运动基准。 机床导轨误差的基本形式机床导轨误差的基本形式水平面内的直线度水平面内的直线度垂直面内的直线度垂直面内的直线度前后导轨的平行度前后导轨的平行度（扭曲）（扭曲） 现以卧式车床为例，说明导轨误差是怎样影响工件现以卧式车床为例，说明导轨误差是怎样影响工件的加工精度的。的加工精度的。（1）导轨在水平面

11、内直线度误差的影响导轨在水平面内直线度误差的影响 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（图图49）：）： R=y 由此可见：床身导轨在水平面内如果有直线度误差，使工件由此可见：床身导轨在水平面内如果有直线度误差，使工件在纵向截面和横向截面内分别产生形状误差和尺寸误差。在纵向截面和横向截面内分别产生形状误差和尺寸误差。 当导轨向后凸出时，工件上产生鞍形加工误差；当导轨向后凸出时，工件上产生鞍形加工误差；当导轨向前凸出时，工件上产生鼓形加工误差。当导轨向前凸出时，工件上产生鼓形加工误差。YYoDR水平面水平面导轨

12、水平面内直线度导轨水平面内直线度图图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 床身导轨在垂直面内有直线度误差（床身导轨在垂直面内有直线度误差（图图4-10），会引起会引起刀尖产生切向位移刀尖产生切向位移Z，造成工件在半径方向产生的误差为：造成工件在半径方向产生的误差为： RZ2/d（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 =0.0000

13、01mm 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，因此该误差对数值很小，因此该误差对工件的尺寸精度和形状精度影响甚小。工件的尺寸精度和形状精度影响甚小。 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 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，造成形状误被加工工件上，造成形状误差（图差（图7

14、-117-11）。）。 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：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）前后导轨平行度误差的影响导轨平行度误差的影响 床身前后导轨有平行度误差（扭曲）床身前后导轨有平行度误差（

15、扭曲）时，会使车床溜板在沿床身移动时发生时，会使车床溜板在沿床身移动时发生偏斜，从而使刀尖相对工件产生偏移，偏斜，从而使刀尖相对工件产生偏移，使工件产生形状误差（鼓形、鞍形、锥使工件产生形状误差（鼓形、鞍形、锥度）。度）。 从从图图4-114-11可知，车床前后导轨扭曲的最终结果可知，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反映在工件上，于是产生了加工误差y y。从几何从几何关系中可得出：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，因此该项因此该项原始误差对加工精度的影响很大。原始误差对加工精度的影响很大。图图411 车床

16、导轨扭曲对工件形状精度影响车床导轨扭曲对工件形状精度影响2、机床主轴回转误差、机床主轴回转误差（1）机床主轴回转误差的概念）机床主轴回转误差的概念 主轴的实际回转轴线对其理想回转轴线（一般用平均主轴的实际回转轴线对其理想回转轴线（一般用平均回转轴线来代替）产生的偏移量。回转轴线来代替）产生的偏移量。主轴回转误差的基本形式主轴回转误差的基本形式 轴向窜动轴向窜动 纯径向跳动纯径向跳动 纯角度摆动纯角度摆动 实际上主轴回转误差是上述三种形式误差的合成。由于主轴实际实际上主轴回转误差是上述三种形式误差的合成。由于主轴实际回转轴线在空间的位置是在不断变化的，由上述三种运动所产生的位回转轴线在空间的位置

17、是在不断变化的，由上述三种运动所产生的位移（即误差）是一个瞬时值。移（即误差）是一个瞬时值。 下面以在镗床上镗孔、车床上车外圆为例来下面以在镗床上镗孔、车床上车外圆为例来说明主轴回转误差对加工精度的影响。说明主轴回转误差对加工精度的影响。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方向不变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（2）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镗削加工：镗刀回转，工件不转镗削加工：镗刀回转，工件不转

18、假设由于主轴的纯径向跳动而使轴线在假设由于主轴的纯径向跳动而使轴线在y y坐标方向作简谐坐标方向作简谐运动（运动（图图4-44-4），其频率与主轴转速相同，简谐幅值为其频率与主轴转速相同，简谐幅值为A A； 则则: : Y Y = Acos = Acos （ tt） 且主轴中心偏移最大（等于且主轴中心偏移最大（等于A A）时，镗刀尖正好通过水平时，镗刀尖正好通过水平位置位置1 1处。处。 当镗刀转过一个当镗刀转过一个角时（位置角时（位置1 1），刀尖轨迹的水平分），刀尖轨迹的水平分量和垂直分量分别计算得：量和垂直分量分别计算得： y=Acos+Rcos=(A+R)cos y=Acos+Rcos

19、=(A+R)cos Z=Rsin Z=Rsin将上两式平方相加得将上两式平方相加得: : y y2 2/(A+R)/(A+R)2 2+Z+Z2 2/R/R2 2=1=1 表明此时镗出的孔为椭圆形。表明此时镗出的孔为椭圆形。AAROm11，AcosO234ORsin(A+R）cos图图44 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车床加工：工件回转，刀具移动车床加工：工件回转，刀具移动 假设主轴轴线沿假设主轴轴线沿y轴作简谐运动（轴作简谐运动（图图4-5），在工件的在工件的1处（主轴中心偏移最大之处）切出的半径比在工件的处（主轴中心偏移最大之处）切出的半径比在工件的2、4

20、处切出的半径小一个幅值处切出的半径小一个幅值A；在工件的在工件的3处切出的半径比在处切出的半径比在工件的工件的2、4处切出的半径大一个幅值处切出的半径大一个幅值A。 这样，上述四点工件的直径都相等，其它各点直径这样，上述四点工件的直径都相等，其它各点直径误差也很小，所以车削出的工件表面接近于一个真圆。误差也很小，所以车削出的工件表面接近于一个真圆。 Y2+Z2=R2+A2Sin2 由此可见，主轴的纯径向跳动对车削加工工件的圆由此可见，主轴的纯径向跳动对车削加工工件的圆度影响很小。度影响很小。图图45 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轴向窜动对车、镗削加工精度的影

21、响轴向窜动对车、镗削加工精度的影响 主轴的轴向窜动对内、外圆的加工精度没有影主轴的轴向窜动对内、外圆的加工精度没有影响，但加工端面时，会使加工的端面与内外圆轴响，但加工端面时，会使加工的端面与内外圆轴线产生垂直度误差。线产生垂直度误差。 主轴每转一周，要沿轴向窜动一次，使得切出主轴每转一周，要沿轴向窜动一次，使得切出的端面产生平面度误差（的端面产生平面度误差（图图4-6）。当加工螺纹时，）。当加工螺纹时，会产生螺距误差。会产生螺距误差。 图图46 主轴轴向窜动对端面加工精度的影响主轴轴向窜动对端面加工精度的影响 车削加工时工件每一横截面内的圆度误差很小，但轴车削加工时工件每一横截面内的圆度误差

22、很小，但轴平面有圆柱度误差（锥度）。平面有圆柱度误差（锥度）。 车外圆：得到圆形工件，但产生圆柱度误差（锥体）车外圆：得到圆形工件，但产生圆柱度误差（锥体） 车端面：产生平面度误差车端面：产生平面度误差 镗孔时，由于主轴的纯角度摆动镗孔时，由于主轴的纯角度摆动 使得主轴回转轴线与使得主轴回转轴线与工作台导轨不平行，工作台导轨不平行，使镗出的孔呈椭圆形，使镗出的孔呈椭圆形，如如图图4-7所示。所示。 角度摆动对车、镗削加工精度的影响角度摆动对车、镗削加工精度的影响 主轴纯角度摆动对加工精度的影响，取决于不同的主轴纯角度摆动对加工精度的影响，取决于不同的加工内容。加工内容。图图47 主轴纯角度摆动

23、对镗孔精度的影响主轴纯角度摆动对镗孔精度的影响（3）提高主轴回转精度的措施）提高主轴回转精度的措施1）提高主轴的轴承精度。）提高主轴的轴承精度。2）减少机床主轴回转误差对加工精度的影响。）减少机床主轴回转误差对加工精度的影响。3）对滚动轴承进行预紧，以消除间隙。）对滚动轴承进行预紧，以消除间隙。4）提高主轴箱体支承孔、主轴轴颈和与轴承）提高主轴箱体支承孔、主轴轴颈和与轴承相配合的零件有关表面的加工精度。相配合的零件有关表面的加工精度。讨论 镗床上镗孔时，工作台进给（图示），即工件直线进给运动，镗杆旋转运动。导轨在水平面、垂直面内的直线度误差对加工精度有何影响？ 答：孔径没有误差，有圆柱度误差。

24、轴线不直。因为误差敏感方向不断变化。讨论 若镗杆进给，即镗杆既旋转又移动（图示），导轨误差对加工精度有无影响？ 答：不会产生孔的形状误差，但会产生孔的位置误差。讨论 刨平面时，导轨误差对加工精度有何影响？ 答：产生加工表面的直线度误差、平面度误差。 若刨削刚性很差的薄板时，会产生何种加工误差？ 答：无形状误差，但有尺寸误差。思考题 端铣时，若主轴回转轴线与工件进给方向不垂直，会产生何种加工误差？误差大小？3、机床传动链误差、机床传动链误差 在车螺纹、插齿、滚齿等加工时，刀具与工件之间在车螺纹、插齿、滚齿等加工时，刀具与工件之间有严格的传动比要求。要满足这一要求，有严格的传动比要求。要满足这一要

25、求，机床内联系机床内联系传动链传动链的误差必须控制在允许的范围内。的误差必须控制在允许的范围内。（1）机床传动链误差定义）机床传动链误差定义 指传动链始末两端执指传动链始末两端执行元件间相对运动的误差。行元件间相对运动的误差。（2）机床传动链误差描述）机床传动链误差描述 传动链末端元件产生的转角误差。传动链末端元件产生的转角误差。它的大小对它的大小对车、磨、铣螺纹，滚、插、磨（展成法磨齿）齿车、磨、铣螺纹，滚、插、磨（展成法磨齿）齿轮等加工会影响分度精度，造成加工表面的形状轮等加工会影响分度精度，造成加工表面的形状误差，如螺距精度、齿距精度等。误差，如螺距精度、齿距精度等。 例如，车螺纹时，要

26、求主轴与传动丝杠的转速比恒定例如，车螺纹时，要求主轴与传动丝杠的转速比恒定（图示图示），即），即iTTiii iTzzzzzzzzS432186427531Z1Z2（3）驱动丝杠误差的产生）驱动丝杠误差的产生2112zzi1122i12 图图 车螺纹的传动误差示意图车螺纹的传动误差示意图S工件导程；工件导程；T丝杠导程；丝杠导程；Z1Z8各齿轮齿数各齿轮齿数若齿轮若齿轮Z1有转角误差有转角误差1，造成造成Z2的转角误差为：的转角误差为：12i121Z1 1 1n=i1n1Z2 2 2n=i2n2Zn n nn=innn在任一时刻，各齿轮的转角误差反映到丝杠的总误差为：在任一时刻，各齿轮的转角误

27、差反映到丝杠的总误差为：njjnjnnnni121传到丝杠上的转角误差为传到丝杠上的转角误差为1n，即：即：（3）减少传动链误差的措施）减少传动链误差的措施1）尽量缩短传动链。）尽量缩短传动链。 2）提高传动件的制造和安装精度，尤其是末端）提高传动件的制造和安装精度，尤其是末端零件的精度。零件的精度。 3）尽可能采用降速运动，且传动比最小的一级）尽可能采用降速运动，且传动比最小的一级传动件应在最后。传动件应在最后。 4）消除传动链中齿轮副的间隙。）消除传动链中齿轮副的间隙。 5）采用误差校正机构）采用误差校正机构图图 丝杠加工误差校正装置丝杠加工误差校正装置1工件工件 2螺母螺母 3母丝杠母丝

28、杠 4杠杆杠杆 5校正尺校正尺 6触头触头 7校正曲线校正曲线1、刀具、刀具 误差误差一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、单刃镗刀和面铣刀等）的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 定尺寸刀具（如钻头、铰刀、圆孔拉刀等）的尺寸误差直接影响被加工工件的尺寸精度。刀具的安装和使用不当，也会影响加工精度。 成形刀具（如成形车刀、成形铣刀、盘形齿轮铣刀等）的误差主要影响被加工面的形状精度 展成法刀具（如齿轮滚刀、插齿刀等）加工齿轮时，刀刃的几何形状及有关尺寸精度会直接影响齿轮加工精度三、工艺系统其它几何误差三、工艺系统

29、其它几何误差图例图例 车刀的尺寸磨损车刀的尺寸磨损图例图例 车刀磨损过程车刀磨损过程 夹具的误差主要是指：夹具的误差主要是指：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。（图例图例） 工件的安装误差包括定位误差和夹紧误差。具工件的安装误差包括定位误差和夹紧误差。具体内容在机械制造装备课程中讲述。体内容在机械制造装备课程中讲述。2、夹具误差和工件安

30、装误差、夹具误差和工件安装误差图例图例 钻孔夹具误差对加工精度的影响钻孔夹具误差对加工精度的影响3、测量误差、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 力大小等）力大小等）（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，以保证测量精度4、调整误差调整误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、样件调整夹具安装调整夹具安装调整 大批量生产时常采用行程挡块、靠模、凸轮作为定程机构，其制

31、造精度和调整精度产生调整误差样件、样板的制造精度和安装精度、对刀精度产生调整误差测量误差进给机构位移误差（爬行现象）加工余量的影响（余量很小时，刀刃打滑） 影响工件在机床上占有正确的加工位置5、工艺系、工艺系统磨损引统磨损引起的误差起的误差 磨损破坏了成形运动，改变了工件与磨损破坏了成形运动，改变了工件与刀具的相对位置和速比，产生加工误差刀具的相对位置和速比，产生加工误差 刀具磨损严重影响工件的刀具磨损严重影响工件的形状精度、尺寸精度形状精度、尺寸精度工艺系统：工艺系统：机床、夹具、机床、夹具、工件、刀具工件、刀具外力：外力：切削力、传切削力、传动力、惯性力、夹动力、惯性力、夹紧力、重力紧力、

32、重力产生加工误差产生加工误差（举例举例）破坏了刀具、工破坏了刀具、工件间相对位置件间相对位置四、工艺系统受力变形引起的加工误差四、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图图 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 由此看来，为了保证和提高工件的加工精度，就必由此看来，为了保证和提高工件的加工精度，就必须深入研究并控制以至消除工艺系统及其有关组成部须深入研究并控制以至消除工艺系统及其有关组成部分的变形。分的变形。（一）工艺系统的刚度（一）工艺系统的刚度 工艺系统整体抵抗其变形的能力。其大小为：工艺系统整体抵抗其变形

33、的能力。其大小为： 背向力背向力Fp （旧标准中为径向切削分力旧标准中为径向切削分力Fy）与工艺系统在该方向与工艺系统在该方向上的变形上的变形yxt的比值，即的比值，即kxt=Fp/yxt 注意：注意：这里变形这里变形yxt是总切削力的三个分力是总切削力的三个分力Fc、Fp、Ff（旧标准中旧标准中为为Fz、Fy、Fx）综合作用的结果。综合作用的结果。 1. 工艺系统刚度的概念工艺系统刚度的概念负负 刚刚 度度 现现 象象 若出现变形方向与若出现变形方向与Fp方向不一致的情况，如方向不一致的情况，如Fp与与yxt方方向相反，工艺系统就处于负刚度状态。向相反，工艺系统就处于负刚度状态。 刀架系统在

34、刀架系统在Fp力作用下引力作用下引起同向变形起同向变形y（图图7-15a）；）；在在Fc力作用下引起的变形力作用下引起的变形y与与Fp方向相反（图方向相反（图7-15b）。）。 负刚度现象对保证加工质量是不利的，此时车刀的刀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（扎刀）的外圆表面，引起刀具的破损和振尖将扎入工件（扎刀）的外圆表面，引起刀具的破损和振动，应尽量避免。动，应尽量避免。 图图 车削加工中的负刚度现象车削加工中的负刚度现象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

35、统的总变形量为：的。工艺系统的总变形量为： 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：工艺系统刚度的一般式为： kxt= 1/(1/kjc+1/ kdj+1/ kj+1/ kgj) （4 - 7） 若已知工艺系统各组成部分的刚度（即环节刚度），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。就可以求出工艺系统的刚度。3. 机床部件刚度特点机床部件刚度特点 机床结构复杂，组成的零部件多，各零部件机床结构复杂，组成的零部件多

36、，各零部件之间有不同的联接和运动方式，因而机床部件之间有不同的联接和运动方式，因而机床部件的刚度问题就比较复杂。它的计算至今还没有的刚度问题就比较复杂。它的计算至今还没有合适的方法，需要通过实验来测定。合适的方法，需要通过实验来测定。 下下图图为单向加载时车床刚度测定示意图。主为单向加载时车床刚度测定示意图。主轴部件、尾座及刀架的变形可分别从千分表轴部件、尾座及刀架的变形可分别从千分表2、3和和6读出。读出。 这种方法测得的这种方法测得的y方向位移是背向力方向位移是背向力Fp作用作用下引起的变形。下引起的变形。 图图 单向静载测定车床刚度单向静载测定车床刚度 1心轴心轴 2、3、6千分表千分表

37、 4测力环测力环 5螺旋加力器螺旋加力器 图图415 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（1）机床部件刚度的特点）机床部件刚度的特点1） 背向力背向力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）部件的实际刚度远比按实体结构的估计）部件的实际刚度远比按实体结构的估计 值小。值小。 图图4-15是以是以Fp为纵坐标，刀

38、架变形为纵坐标，刀架变形ydj为横坐标的某车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载床刀架部件的刚度实测曲线。实验中进行了三次加载卸卸载循环，由图可以看出，机床部件的刚度曲线有以下特点：载循环，由图可以看出，机床部件的刚度曲线有以下特点：（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（图示图示） 薄弱零件本身的影响薄弱零件本身的影响（图图416） 接合面间的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两零件结合面间的接触情况两零件结合面间的接触情况接接 触触 刚刚 度度 实验研究表明，两个相接触的表面间受力作用

39、时，两表面的接触实验研究表明，两个相接触的表面间受力作用时，两表面的接触变形变形y是表面压强是表面压强p的递增函数（的递增函数（图图）。）。 因此，机床部件接合表面间刚度可较确切地用因此，机床部件接合表面间刚度可较确切地用接触刚度接触刚度来表示，来表示，即压强的微分即压强的微分dp与位移的微分与位移的微分dy的比值称为接触刚度的比值称为接触刚度kjkj =dp/dy图图 表面接触变形与压强的关系表面接触变形与压强的关系图图416 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（二）工艺系统受力变形对加工精度的影响（二）工艺系统受力变形对加工精度

40、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 根据材料力学的挠度计算公式，其切削点根据材料力学的挠度计算公式，其切削点工件的变形量为：工件的变形量为： yw=Fp(L-x)2x2/3E I L (4-18) 从上式的计算结果和车削的实际情况都可从上式的计算结果和车削的实际情况都可证实，切削后的工件呈鼓形，其最大直径在通证实，切削后的工件呈鼓形，其最大直径在通过轴线中点的横截面内。过轴线中点的横截面内。1） 工件的刚度及其变形工件的刚度及其变形2） 工件短而粗工件短而粗 即此时工艺系即此时工艺系统刚度主要取决统刚度主要取决于机床刚度于机床刚度 当刀具切削到工件的任

41、意位置当刀具切削到工件的任意位置 C时（时（图示图示），工艺系统的总），工艺系统的总变形变形 y系统系统为：为： yxtyx+y刀架刀架 通过推证可知工艺系统在工件切削点处的变形量为通过推证可知工艺系统在工件切削点处的变形量为: y系统=Fp1/k刀+1/k头(L-x/x)2+1/k尾(x/L)2 (4-16) 可以看出可以看出 : y系统系统 =f(x)，是一个二次抛物线方程，变形大小随是一个二次抛物线方程，变形大小随刀具在刀具在x方向位置变化方向位置变化,使车出的工件呈抛物线形状（使车出的工件呈抛物线形状（图图420）。）。图图419 工艺系统受力变形随切削位置而变化工艺系统受力变形随切削

42、位置而变化图图420 刚度变化造成工件误差刚度变化造成工件误差 1理想的工件形状；理想的工件形状； 2k头头k尾尾时车出的工件形状时车出的工件形状3）工艺系统刚度及总变形）工艺系统刚度及总变形 综合上述两种情况，工艺系统的总变形量为式综合上述两种情况，工艺系统的总变形量为式（4-16）和式（）和式（4-18）的叠加）的叠加 Y系统系统=Fp1/k刀架刀架+1/k头头(L-x/x)2+1/k尾尾(x/L)2 +(L-x)2x2/3EIL工艺系统的刚度为工艺系统的刚度为Kxt=Fp/yxt=1/ 1/k刀架刀架+1/k头头(L-x/x)2+1/k尾尾(x/L)2 +(L-x)2x2/3EIL可以看

43、出可以看出 Kxt=f(x) 由于在工件加工的不同位置，由于在工件加工的不同位置， Kxt不同，使加不同，使加工后工件的径向尺寸不同，从而产生形状误差。工后工件的径向尺寸不同，从而产生形状误差。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） 在加工过程中，由于工件加工余量或材料硬度不均匀，在加工过程中，由于工件加工余量或材料硬度不均匀，都会引起背向力的变化，从而使工艺系统受力变形不一致都会引起背向力的变化，从而使工艺系统受力变形不一致而产生加工误差。而产生加工误差。 以车削短圆柱工件外圆为例，如以车削短圆柱工件外圆为例，如图图4-18所示。所示。由于毛

44、坯存在的圆度误差由于毛坯存在的圆度误差m=ap1-ap2引起了工件产生圆度误差引起了工件产生圆度误差w=y1 -y2 且且m越大，越大，w越大，这种由于工艺系统受力变形的变越大，这种由于工艺系统受力变形的变化而使毛坯椭圆形状误差复映到加工后工件表面的现象称化而使毛坯椭圆形状误差复映到加工后工件表面的现象称为为“误差复映误差复映”。图图418 毛坯形状误差复映毛坯形状误差复映1称为误差复映系数，mw f、ap 、vc 分别为进给量、背吃刀量和切削速度； pFKpFC、pppFFFnyx、CKvfCppFpFpFncyF1pFxppcaF )(),(222111yacFyacFpPpp式中与切削条

45、件有关；指数；，所以在一次走刀加工中，切削速度、进给量及其它切削条件设为不变，即C为常数，在车削加工中，即pFKpFncvpFyfpFxpapFCpF981.0中车削力的计算公式根据表12由于y1、y2相对ap1、ap2而言数值较小，可忽略不计，即有 mxtppxtxtPxtpwppppkCaakCkFFFyycaFcaF)(,2121212211所以xtkC 由上式可知由上式可知,工艺系统的刚度工艺系统的刚度kxt越大越大,复映系数复映系数越小越小,毛坯误差复映毛坯误差复映到工件上去的部分就越少。到工件上去的部分就越少。 一般一般1时时,公差带公差带T大于尺寸分散范围大于尺寸分散范围6,具备

46、了工序不产生具备了工序不产生废品的必要条件废品的必要条件,但不是充分条件。但不是充分条件。q要不出废品，还必须保证调整的正确性，即要不出废品，还必须保证调整的正确性，即 x 与与LM要重合。只有当要重合。只有当CP大于大于1，同时，同时T-2x - LM大于大于6时，才能确保不出废品。时，才能确保不出废品。q当当CP1时，尺寸分散范围时，尺寸分散范围6超出公差带超出公差带T，此时不论如何调整，必将此时不论如何调整，必将产生部分废品。产生部分废品。q当当CP=1，公差带公差带T与尺寸分散范围与尺寸分散范围6相等，在各种常值系统误差的影相等，在各种常值系统误差的影响下，该工序也将产生部分废品。响下

47、，该工序也将产生部分废品。 由分布函数的定义可知，正态分布函数是正态分由分布函数的定义可知，正态分布函数是正态分布概率密度函数的积分：布概率密度函数的积分：dxexxxx2)(2121)(（x） 正态分布曲线上下积分限间包含的面积，它表征了正态分布曲线上下积分限间包含的面积，它表征了 随机变量随机变量x落在区间（落在区间（，x）上的概率。上的概率。令令,xxz则有：则有：dzezzz02221)( (z)为右图中阴影线部分为右图中阴影线部分的面积。对于不同的面积。对于不同 z值的值的(z)，可由可由表表查出查出4）估算工序加工的合格率及废品率估算工序加工的合格率及废品率 分布曲线与分布曲线与x

48、轴所包围的面积代表了一轴所包围的面积代表了一批零件的总数。如果尺寸分散范围超出零件批零件的总数。如果尺寸分散范围超出零件的公差带，则肯定有废品产生，如的公差带，则肯定有废品产生，如图图4-35所所示的阴影部分。示的阴影部分。 若尺寸落在若尺寸落在Lmin、Lmax范围内，工件的概范围内，工件的概率即空白部分的面积就是加工工件的合格率。率即空白部分的面积就是加工工件的合格率。图图435 废品率计算废品率计算5. 分布图分析法的缺点分布图分析法的缺点 v分布图分析法不能反映误差的变化趋势。分布图分析法不能反映误差的变化趋势。v 加工中，由于随机性误差和系统性误差同加工中，由于随机性误差和系统性误差

49、同时存在，在没有考虑到工件加工先后顺序的时存在，在没有考虑到工件加工先后顺序的情况下，很难把随机性误差和变值系统性误情况下，很难把随机性误差和变值系统性误差区分开来。差区分开来。v由于在一批工件加工结束后，才能得出尺由于在一批工件加工结束后，才能得出尺寸分布情况，因而不能在加工过程中起到及寸分布情况，因而不能在加工过程中起到及时控制质量的作用。时控制质量的作用。2 2点图分析法点图分析法（1）点图的形式）点图的形式1） 个值点图个值点图 v按加工顺序逐个地测量一批工件按加工顺序逐个地测量一批工件的尺寸，以工件序号为横坐标，以的尺寸，以工件序号为横坐标，以工件的加工尺寸为纵坐标，就可作工件的加工

50、尺寸为纵坐标，就可作出个值点图出个值点图（图图7-47）。v个值点图反映了工件逐个的尺寸变化与加工时间的关系。个值点图反映了工件逐个的尺寸变化与加工时间的关系。若点图上的上、若点图上的上、下极限点包络成二根平滑的曲线，并作这两根曲线的平均值曲线，就能较下极限点包络成二根平滑的曲线，并作这两根曲线的平均值曲线，就能较清楚地揭示出加工过程中误差的性质及其变化趋势，如清楚地揭示出加工过程中误差的性质及其变化趋势，如图图7-48所示所示。v平均值曲线平均值曲线OO表示每一瞬时的分散中心，反映了变值系统性误差随表示每一瞬时的分散中心，反映了变值系统性误差随时间变化的规律时间变化的规律.v其起始点其起始点