加工误差分析与精度保证课件.ppt

1、加工误差分析与精度保证加工误差分析与精度保证【目的和要求】了解机械加工质量的相关概念，掌握影响机械加工质量的因素和规律。初步具备能够理论联系实际分析机械加工精度和表面质量问题的能力。【重点、难点】本课题教学重点是原始误差对加工精度的影响，影响表面质量的工艺因素，保证零件加工精度和提高表面质量的措施。难点是深刻理解相关理论并掌握分析解决加工质量问题的途径和方法。1：影响零件加工质量的因素及分析：影响零件加工质量的因素及分析零件的加工质量是保证机械产品工作性能和产品寿命的基础。衡量机械加工质量的指标有两方面加工精度表面质量一、机械加工精度和加工误差 在机械加工过程中，由于各种因素的影响，使刀具和工

2、件间的正确位置发生偏移，因而加工出来的零件不可能与理想的要求完全符合，两者的符合程度可用机械加工精度和加工误差来表示。是指零件加工后的是指零件加工后的实际几何参数实际几何参数(尺寸、形状和位置尺寸、形状和位置)与与理想几何参数的符合程度。理想几何参数的符合程度。1、机械加工精度：、机械加工精度：2、加工误差：、加工误差：是指零件加工后的实际几何参数是指零件加工后的实际几何参数(尺寸、形状和位置尺寸、形状和位置)与与理想几何参数的理想几何参数的偏离程度偏离程度。加工精度越高，则加工误差越小，。加工精度越高，则加工误差越小，反之越大。反之越大。1：影响零件加工质量的因素及分析：影响零件加工质量的因

3、素及分析 从保证产品的使用性能分析，没有必要把每个零件都加工得绝对准确，从保证产品的使用性能分析，没有必要把每个零件都加工得绝对准确，可以允许有一定的加工误差，只要加工误差不超过图样规定的偏差，即为可以允许有一定的加工误差，只要加工误差不超过图样规定的偏差，即为合格品。合格品。1：影响零件加工质量的因素及分析：影响零件加工质量的因素及分析 加工精度的高低是以国家有关公差标准来表示的。加工精度的高低是以国家有关公差标准来表示的。保证和提高加工精度实际上就是限制和降低加工误差。保证和提高加工精度实际上就是限制和降低加工误差。3、机械加工精度包含的内容、机械加工精度包含的内容尺寸精度尺寸精度形状精度

4、形状精度位置精度位置精度机械加工精度机械加工精度 限制加工表面与其基准间尺寸误差不限制加工表面与其基准间尺寸误差不超过一定的范围（公差）。超过一定的范围（公差）。限制加工表面宏观几何形状误差。限制加工表面宏观几何形状误差。限制加工表面与其基准间的相互位限制加工表面与其基准间的相互位置误差。置误差。1：影响零件加工质量的因素及分析：影响零件加工质量的因素及分析三者之间的关系：三者之间的关系：（1 1）当尺寸精度要求高时，相应的位置精度和形状精度也）当尺寸精度要求高时，相应的位置精度和形状精度也要求高。形状公差应限制在位置公差内，位置公差应限制要求高。形状公差应限制在位置公差内，位置公差应限制在尺

5、寸公差内。在尺寸公差内。（2 2）当形状精度要求高时，相应的位置精度和尺寸精度）当形状精度要求高时，相应的位置精度和尺寸精度不一定要求高。不一定要求高。1：影响零件加工质量的因素及分析：影响零件加工质量的因素及分析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(钻头、铰刀）钻头、铰刀）调整法调整法 自动控制法（闭环加工系统）自动控制法（闭环加工系统）4 4、获得加工精度的方法、获得加工精度的方法1：影响零件加工质量的因素及分析：影响零件加工质量的因素及分析 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.

6、获得位置精度的方法获得位置精度的方法 划线找正划线找正 夹具定位夹具定位1：影响零件加工质量的因素及分析：影响零件加工质量的因素及分析4、加工精度与加工成本和生产效率的关系、加工精度与加工成本和生产效率的关系一般地，加工精度要求一般地，加工精度要求，加工成本，加工成本，生产效率，生产效率。5、研究加工精度的目的、研究加工精度的目的 研究加工精度的目的、就是弄清各种原始误差对加工精研究加工精度的目的、就是弄清各种原始误差对加工精度影响的规律，掌握控制加工误差的方法，以获得预期的加度影响的规律，掌握控制加工误差的方法，以获得预期的加工精度，必要时能指出进一步提高加工精度的途径。工精度，必要时能指出

7、进一步提高加工精度的途径。1：影响零件加工质量的因素及分析：影响零件加工质量的因素及分析6、研究加工精度的方法、研究加工精度的方法因素分析法因素分析法统计分析法统计分析法 在实际生产中，常常结合起来应用。一是先用统计分析法寻找误差的在实际生产中，常常结合起来应用。一是先用统计分析法寻找误差的出现规律，初步判断产生加工误差的可能原因，然后运用单因素分析出现规律，初步判断产生加工误差的可能原因，然后运用单因素分析法进行分析、试验，以便迅速、有效地找出影响加工精度的主要原因。法进行分析、试验，以便迅速、有效地找出影响加工精度的主要原因。是在掌握各种原始误差对加工精度影是在掌握各种原始误差对加工精度影

8、响规律的基础上，分析工件加工中所出现响规律的基础上，分析工件加工中所出现的误差可能是哪一种或哪几种主要原始误的误差可能是哪一种或哪几种主要原始误差所引起的，并找出原始误差与加工误差差所引起的，并找出原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之间的影响关系，通过估算来确定工件加工误差的大小，再通过试验测试来加以验工误差的大小，再通过试验测试来加以验证。证。是对具体加工条件下得到的几何参数进行是对具体加工条件下得到的几何参数进行实际测量，然后运用数理统计学方法对这些测实际测量，然后运用数理统计学方法对这些测试数据进行分析处理，找出工件加工误差的规试数据进行分析处理，找出工件加工误差的规

9、律和性质，进而控制加工质量。律和性质，进而控制加工质量。1：影响零件加工质量的因素及分析：影响零件加工质量的因素及分析影影响响加加工工精精度度的的主主要要因因素素 工艺系统受力变形引起的加工误差工艺系统受力变形引起的加工误差工艺系统热变形产生的误差工艺系统热变形产生的误差工件内应力引起的误差工件内应力引起的误差让刀变形让刀变形夹紧变形夹紧变形加工原理误差加工原理误差 机床误差机床误差 夹具误差夹具误差刀具误差刀具误差机床的热变形机床的热变形 工件的热变形工件的热变形1：影响零件加工质量的因素及分析：影响零件加工质量的因素及分析2 2：1 1、加工原理误差 加工原理是指加工表面的形成原理加工原理

10、是指加工表面的形成原理。加工原理误差加工原理误差是由于采用了近似的切削运动或近似的切削刃形状所产生的是由于采用了近似的切削运动或近似的切削刃形状所产生的加工误差加工误差。为了获得规定的加工表面，要求切削刃完全符合理论曲线的形状，刀具和工件之间必须作相对准确的切削运动。但往往为了简化机床或刀具的设计与制造，降低生产成本，提高生产率和方便使用而采用了近似的加工原理，在允许的范围内存在一定的原理误差。视频2 2：2 2、机床误差、机床误差 机床误差机床误差是指在无切削负荷下，来自机床本身制造误是指在无切削负荷下，来自机床本身制造误差、安装误差和磨损差、安装误差和磨损.机床主轴回转误差机床导轨导向误差

11、机床传动链的误差机床误差 2 2：2.1 2.1 主轴回转误差主轴回转误差 （1 1）主轴回转误差的概念）主轴回转误差的概念 将主轴实际回转轴线对理想回转轴线漂移在误差敏感方向上主轴实际回转轴线对理想回转轴线漂移在误差敏感方向上的最大变动量称为的最大变动量称为主轴回转误差主轴回转误差。（2 2）主轴回转运动误差的形式）主轴回转运动误差的形式 轴向窜动对车、镗削加工精度的影响轴向窜动对车、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响，但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线产生垂直度误加工端面时，会使加工的端面与内外圆轴线产生垂直度

12、误差。差。主轴每转一周，要沿轴向窜动一次，使得切出的端面主轴每转一周，要沿轴向窜动一次，使得切出的端面产生平面度误差。当加工螺纹时，会产生螺距误差。产生平面度误差。当加工螺纹时，会产生螺距误差。2 2：2 2：车削加工时工件每一横截面内的圆度误差很小，但轴平面有车削加工时工件每一横截面内的圆度误差很小，但轴平面有圆柱度误差（锥度）。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工作使得主轴回转轴线与工作台导轨

13、不平行，台导轨不平行，使镗出的孔呈椭圆形，使镗出的孔呈椭圆形，如图所示。如图所示。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，取决于不同的加工内容。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。2 2：纯角度摆动纯角度摆动O O工件孔中心线工件孔中心线 OmOm主轴回转中心线主轴回转中心线2 2：2.2 2.2 导轨误差导轨误差 机床导轨是机床主要部件的相对位置及运动的基准，导机床导轨是机床主要部件的相对位置及运动的基准，导轨误差将直接影响加工精度。轨误差将直接影响加工精度。(1)(1)导轨在垂直面内的直线度误差导轨在垂直面内的直线

14、度误差 卧式车床或外圆磨床的导轨垂直面内有直线度误差卧式车床或外圆磨床的导轨垂直面内有直线度误差ZZ，使刀尖运动轨迹产生直线度误差使刀尖运动轨迹产生直线度误差ZZ，由于是，由于是误差非敏感方向误差非敏感方向，零件的加工误差零件的加工误差RZ2RZ22R2R可忽略不计。可忽略不计。而平面磨床、龙门刨床这时是而平面磨床、龙门刨床这时是误差敏感方向误差敏感方向，所以导轨，所以导轨误差将直接反映到被加工的零件上。误差将直接反映到被加工的零件上。2 2：导轨在垂直面内直线度误差导轨在垂直面内直线度误差2 2：(2)导轨在水平面内的直线度误差导轨在水平面内的直线度误差 卧式车床或外圆磨床的导轨水平面内有直

15、线度误差Y，将使刀尖的直线运动轨迹产生同样的直线度误差Y，由于是误差误差敏感方向敏感方向，工件的加工误差RY，造成零件的圆柱度误差。对平面磨床和龙门刨床，导轨水平方向为误差非敏感方向误差非敏感方向，加工误差可忽略。2 2：导轨在水平面内直线度误差导轨在水平面内直线度误差2 2：2.3 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，间有严格的传动比要求。要满足这一要求，机床内联机床内联系传动链系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

16、动链误差定义 指传动链始末两端执行指传动链始末两端执行元件间相对运动的误差。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。它的大小它的大小对车、磨、铣螺纹，滚、插、磨（展成法磨齿）对车、磨、铣螺纹，滚、插、磨（展成法磨齿）齿轮等加工会影响分度精度，造成加工表面的形齿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。状误差，如螺距精度、齿距精度等。2 2：如普通车刀、单刃镗刀和面铣刀等）的制如普通车刀、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，造误差对加工精度没有直接影响，但磨损后

17、对但磨损后对工件尺寸或形状精度有一定影响工件尺寸或形状精度有一定影响 成形刀具（如成形车刀、成形铣刀、盘形齿成形刀具（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轮铣刀等）的误差主要影响被加工面的形状精度度3、工艺系统其它几何误差、工艺系统其它几何误差（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 展成法刀具（如齿轮滚刀、插齿刀等）加工齿展成法刀具（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影响齿轮加工精度 定尺寸刀具（如钻头、铰刀、圆孔拉

18、刀等）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。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。刀具的安装和使用不当，也会影响加工精度。2 2：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2 2：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、夹具体等零件的）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。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。）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。）夹具在

19、使用过程中工作表面的磨损。（2）夹具误差和工件安装误差）夹具误差和工件安装误差2 2：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 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 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 3）测量人员主观因素的影响（视力、测量力大）测量人员主观因素的影响（视力、测量力大小等）小等）（4 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2 2：（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

20、整夹具安装调整夹具安装调整 大批量生产时常采用大批量生产时常采用行程挡块、靠模、凸轮行程挡块、靠模、凸轮作为定程机构，其制造作为定程机构，其制造精度和调整精度产生调精度和调整精度产生调整误差整误差样件、样板的制造精度样件、样板的制造精度和安装精度、对刀精度和安装精度、对刀精度产生调整误差产生调整误差测量误差测量误差进给机构位移误差（爬进给机构位移误差（爬行现象）行现象）加工余量的影响（余量加工余量的影响（余量很小时，刀刃打滑）很小时，刀刃打滑）影响工件在机床影响工件在机床上占有正确的加工位置上占有正确的加工位置2 2：（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

21、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形状精度、刀具磨损严重影响工件的形状精度、尺寸精度尺寸精度2 2：3 3：工艺系统受力变形引起的加工误差：工艺系统受力变形引起的加工误差工艺系统：工艺系统：机床、夹具、机床、夹具、工件、刀具工件、刀具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工艺系统受力变形现象工艺系统受力变形现象外力：外力：切削力、切削力、传动力、惯性力、传动力、惯性力、夹紧力、重力夹紧力、重力图图 受力变形对工件精度的影响受力变形对工件精度的影响

22、 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，就必须由此看来，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分的变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。形。3 3：工艺系统受力变形引起的加工误差工艺系统受力变形引起的加工误差1、工艺系统的刚度、工艺系统的刚度 工艺系统整体抵抗变形的能力。工艺系统整体抵抗变形的能力。（1）工艺系统刚度的概念工艺系统刚度的概念3 3：工艺系统受力变形引起的加工误差工艺系统受力变形引起的加工误差负负 刚刚 度度 现现 象象 若出现变形方向与受力方向不一致的情况，工艺系统若出现变形方向与

23、受力方向不一致的情况，工艺系统就处于负刚度状态。就处于负刚度状态。负刚度现象对保证加工质量是不利的。负刚度现象对保证加工质量是不利的。3 3：工艺系统受力变形引起的加工误差工艺系统受力变形引起的加工误差（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薄弱零件本身的影响薄弱零件本身的影响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)轴承套轴承套两零件结合面间的接触情况两零件结合面间的接触情况3 3：工艺系统受力变形引起的加工误差工艺系统受力变形引起的加工

24、误差接触刚度接触刚度 实验研究表明，两个相实验研究表明，两个相接触的表面间受力作用时，接触的表面间受力作用时，两表面的接触变形两表面的接触变形y是表面是表面压强压强p的递增函数。的递增函数。因此，机床部件接合表因此，机床部件接合表面间刚度可较确切地用面间刚度可较确切地用接触接触刚度刚度来表示，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的比值称的比值称为接触刚度为接触刚度kjkj=dp/dy表面接触变形与压强的关系表面接触变形与压强的关系3 3：工艺系统受力变形引起的加工误差工艺系统受力变形引起的加工误差（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

25、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。以车削短圆柱工件外圆为例。由于毛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化越大，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为而使毛坯椭圆形状误差复映到加工后工件

26、表面的现象称为“误差复映误差复映”。3 3：工艺系统受力变形引起的加工误差工艺系统受力变形引起的加工误差 工艺系统的刚度越大工艺系统的刚度越大,复映系数越小复映系数越小,毛坯误差复映到工毛坯误差复映到工件上去的部分就越少。件上去的部分就越少。经加工之后工件的误差比加工前的误差减小经加工之后工件的误差比加工前的误差减小,经多道工经多道工序或多次走刀加工之后序或多次走刀加工之后,工件的误差就会减小到工件公差所许工件的误差就会减小到工件公差所许可的范围内。可的范围内。3 3：工艺系统受力变形引起的加工误差工艺系统受力变形引起的加工误差 增加走刀次数增加走刀次数,可减小误差复映可减小误差复映,提高加工

27、精度提高加工精度,但生产率降但生产率降 低了。低了。提高工艺系统刚度，对减小误差复映系数具有重要意义。提高工艺系统刚度，对减小误差复映系数具有重要意义。毛坯的各种形状误差毛坯的各种形状误差（圆度、圆柱度、同轴度、平面度等（圆度、圆柱度、同轴度、平面度等）都会以一定的复映系数，复映成工件的加工误差。）都会以一定的复映系数，复映成工件的加工误差。毛坯材料的不均匀，毛坯材料的不均匀，HB有变化，同样会引起背向力的变有变化，同样会引起背向力的变化，产生加工误差，分析方法同误差复映规律。化，产生加工误差，分析方法同误差复映规律。讨论：讨论：3 3：工艺系统受力变形引起的加工误差工艺系统受力变形引起的加工

28、误差 在车床或磨床类机床上加工轴类零件时，常用单爪拨盘带动工件旋在车床或磨床类机床上加工轴类零件时，常用单爪拨盘带动工件旋转，如图所示。转，如图所示。（3）切削过程中受力方向变化引起的加工误差）切削过程中受力方向变化引起的加工误差1）由于传动力引起的误差）由于传动力引起的误差 结论：结论：在单爪拨盘传动下车削出来的工件是一个正园柱，并不产生加工误差。在单爪拨盘传动下车削出来的工件是一个正园柱，并不产生加工误差。3 3：工艺系统受力变形引起的加工误差工艺系统受力变形引起的加工误差2）由于惯性力引起的误差）由于惯性力引起的误差 在高速切削时，如果工艺系统中有不平衡的高速旋转在高速切削时，如果工艺系

29、统中有不平衡的高速旋转的构件存在，就会产生离心力。它和传动力一样，在工件的构件存在，就会产生离心力。它和传动力一样，在工件的每一转中不断变更方向，引起工件几何轴线作上述相同的每一转中不断变更方向，引起工件几何轴线作上述相同形式的摆角运动，故理论上讲也不会造成工件圆度误差。形式的摆角运动，故理论上讲也不会造成工件圆度误差。但是要注意的是当不平衡质量的离心力大于切削力时，车但是要注意的是当不平衡质量的离心力大于切削力时，车床主轴轴颈和轴承内孔表面的接触点就会不断地变化，轴床主轴轴颈和轴承内孔表面的接触点就会不断地变化，轴承孔的圆度误差将传给工件的回转轴心。承孔的圆度误差将传给工件的回转轴心。因此可

30、采用因此可采用配重平衡配重平衡的方法来消除这种影响，必要时的方法来消除这种影响，必要时亦可适当亦可适当降低主轴转速，降低主轴转速，以减小离心力的影响以减小离心力的影响。3 3：工艺系统受力变形引起的加工误差工艺系统受力变形引起的加工误差4、工艺系统其它外力作用引起的加工误差、工艺系统其它外力作用引起的加工误差1）由于机床部件或工件本身重量以及它们在移动中位）由于机床部件或工件本身重量以及它们在移动中位置变化而引起的加工误差置变化而引起的加工误差图图 机床部件自重引起的横梁变形机床部件自重引起的横梁变形3 3：工艺系统受力变形引起的加工误差工艺系统受力变形引起的加工误差套筒夹紧变形误差套筒夹紧变

31、形误差工件工件 开口过渡环开口过渡环2）由于夹紧力引起的加工误差）由于夹紧力引起的加工误差3 3：工艺系统受力变形引起的加工误差工艺系统受力变形引起的加工误差 图图 薄片工件的磨削薄片工件的磨削a)毛坯翘曲毛坯翘曲 b)电磁工件台吸紧电磁工件台吸紧 c)磨后松开，工件翘曲磨后松开，工件翘曲d)磨削凸面磨削凸面 e)磨削凹面磨削凹面 f)磨后松开，工件平直磨后松开，工件平直3 3：工艺系统受力变形引起的加工误差工艺系统受力变形引起的加工误差1 1、工艺系统的热变形、工艺系统的热变形工艺系统热源工艺系统热源内部热源内部热源外部热源外部热源切削热切削热摩擦热摩擦热环境热环境热辐射热辐射热电机、轴承、

32、齿轮、油泵等电机、轴承、齿轮、油泵等工件、刀具、切屑、切削液工件、刀具、切屑、切削液气温、室温变化、热、冷风等气温、室温变化、热、冷风等日光、照明、暖气、体温等日光、照明、暖气、体温等 机械加工过程中，工艺系统在各种热源的影响下，产生复杂机械加工过程中，工艺系统在各种热源的影响下，产生复杂的变形，破坏了工件与刀具相对位置和相对运动的准确性，引的变形，破坏了工件与刀具相对位置和相对运动的准确性，引起加工误差。起加工误差。据统计，由于热变形引起的加工误差约占总加工误差的据统计，由于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。工艺系统的热变形不仅严

33、重地影响加工精度，而且还影响加工效率的提高。还影响加工效率的提高。4 4：工艺系统热变形产生的误差：工艺系统热变形产生的误差2 2、机床热变形引起的加工误差、机床热变形引起的加工误差 机床受热源的影响，各部分温升将发生变化由于热源分机床受热源的影响，各部分温升将发生变化由于热源分布的不均匀和机床结构的复杂性，机床各部件将发生不同程度布的不均匀和机床结构的复杂性，机床各部件将发生不同程度的热变形，破坏了机床原有的几何精度，从而降低了机床的加的热变形，破坏了机床原有的几何精度，从而降低了机床的加工精度。工精度。（1）车床类机床车床类机床后果：后果：主轴箱和床身的温度上升，造成机床主轴抬高和倾斜。主

34、轴箱和床身的温度上升，造成机床主轴抬高和倾斜。主要热源：主要热源：是主轴箱轴承的摩擦热和主轴箱中油池的发热；是主轴箱轴承的摩擦热和主轴箱中油池的发热；例如：例如：4 4：工艺系统热变形产生的误差：工艺系统热变形产生的误差结果：如图所示为车床空运转时，主轴的温升和位移的测量结果。主轴在水平方向的位移仅10m垂直方向的位移却高达180 200 m。4 4：工艺系统热变形产生的误差：工艺系统热变形产生的误差（2）外圆磨床外圆磨床如图所示是外圆磨床温度分布和热变形的测量结果。如图所示是外圆磨床温度分布和热变形的测量结果。机床工作台机床工作台与砂轮架间与砂轮架间的热变形的热变形当采用切入式当采用切入式定

35、程磨削时，定程磨削时，被磨工件直径被磨工件直径的变化，可达的变化，可达100 m。两者基本相符两者基本相符4 4：工艺系统热变形产生的误差：工艺系统热变形产生的误差（3）大型机床大型机床如导轨磨床、外圆磨床、龙门铣床等的长床身部件如导轨磨床、外圆磨床、龙门铣床等的长床身部件表面温度比床身底面温度高表面温度比床身底面温度高形成温差形成温差床身产生弯曲变形。床身产生弯曲变形。4 4：工艺系统热变形产生的误差：工艺系统热变形产生的误差（4）几种机床的热变形趋势平面磨床车床铣床双端面磨床4 4：工艺系统热变形产生的误差：工艺系统热变形产生的误差3、工件热变形对加工精度的影响、工件热变形对加工精度的影响

36、（1）工件均匀受热工件均匀受热 对于一些形状简单、对称的零件，如轴、套筒等，加工时（如车对于一些形状简单、对称的零件，如轴、套筒等，加工时（如车削、磨削）切削热能较均匀地传入工件，工件热变形量可按下式估算：削、磨削）切削热能较均匀地传入工件，工件热变形量可按下式估算：L=Lt式中式中 工件材料的热膨胀系数，单位为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，单位为工件在热变形方向的尺寸，单位为mm；t工件温升，单位为工件温升，单位为。4 4：工艺系统热变形产生的误差：工艺系统热变形产生的误差实实 例例 在精密丝杆加工中，工件的热伸长会产生螺距的累积误差。在精密丝杆加工中，工件的热

37、伸长会产生螺距的累积误差。在较长的轴类零件加工中，将出现锥度误差。在较长的轴类零件加工中，将出现锥度误差。例如：在磨削例如：在磨削400mm长的丝杠螺纹时，每磨一次温度长的丝杠螺纹时，每磨一次温度升高升高1，则被磨丝杠将伸长，则被磨丝杠将伸长L=1.1710-54001mm=0.0047mm 而而5级丝杠的螺距累积误差在级丝杠的螺距累积误差在400mm长度上不允许超过长度上不允许超过5m左右。左右。因此因此，热变形对工件加工精度影响很大。热变形对工件加工精度影响很大。4 4：工艺系统热变形产生的误差：工艺系统热变形产生的误差（2）工件不均匀受热工件不均匀受热 在刨削、铣削、磨削加工平面时，工件

38、单面受热，上下平面间产在刨削、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，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。加工表面就产生了中凹，造成了几何形状误差。工件凸起量工件凸起量 f 可按图所示图形进行估算。由于中心角可按图所示图形进行估算。由于中心角很小，其很小，其中性层的长度可近似认为等于原长中性层的长度可近似认为等于原长L，则，则 f=L/2 tan(/4）L/8 且且 （R+H）-R=tL =tL/H 所以所以 f tL2/8H图图 薄板磨削时的弯曲变形薄板磨

39、削时的弯曲变形4 4：工艺系统热变形产生的误差：工艺系统热变形产生的误差4、刀具热变形对加工精度的影响、刀具热变形对加工精度的影响 刀具热变形主要是由切削热引起的。切削加工时虽然大刀具热变形主要是由切削热引起的。切削加工时虽然大部分切削热被切屑带走，传入刀具的热量并不多，但由于刀部分切削热被切屑带走，传入刀具的热量并不多，但由于刀具体积小，热容量小，导致刀具切削部分的温升急剧升高，具体积小，热容量小，导致刀具切削部分的温升急剧升高，刀具热变形对加工精度的影响比较显著。刀具热变形对加工精度的影响比较显著。图示为车削时车刀的热变形与切削时间的关系曲线。图示为车削时车刀的热变形与切削时间的关系曲线。

40、曲线曲线A 车刀连续工作时的热伸长曲线；车刀连续工作时的热伸长曲线；曲线曲线B 切削停止后，车刀温度下降曲线；切削停止后，车刀温度下降曲线；曲线曲线C 传动作间断切削的热变形切削。传动作间断切削的热变形切削。图图 车刀热变形曲线车刀热变形曲线 1 刀具加热至热平衡时间刀具加热至热平衡时间 2 刀具加热至热平衡时间刀具加热至热平衡时间 0 刀具间断切削至热平衡时间刀具间断切削至热平衡时间4 4：工艺系统热变形产生的误差：工艺系统热变形产生的误差5、工件残余应力引起的变形 残余应力残余应力(又称内应力内应力)是指当外部载荷去除以后，仍然残是指当外部载荷去除以后，仍然残存在工件内部的应力。存在工件内

41、部的应力。残余应力的产生残余应力的产生:1)1)毛坯制造及热处理过程中产生的毛坯制造及热处理过程中产生的残余应力残余应力 铸、锻、焊及热处理过程中，由于工件各部分不均匀的热胀冷缩以及金相组织转变时的体积改变，工件内部会产生很大的内应力。工件结构越复杂、壁厚相差越大、散热条件越差，内应力就越大。后续加工中再切去金属，工件内部的应力将重新分布，从而导致产生加工误差。2)2)工件冷校直产生的工件冷校直产生的残余残余应力应力 细长轴类零件加工时，通常采用冷校直的方法纠正弯曲变形。为使工件变直，部分材料的应力必须超过其弹性极限，即产生塑性变形。外力去除后，工件内弹性变形部分要恢复原有形状，而塑性变形后的

42、材料已不能恢复。两部分材料互相牵制，应力重新分布，达到新的平衡状态。这时，将会在工件内部产生内应力。如果在后续加工中再切去一层金属，工件内部的应力将重新分布而导致弯曲，因此而产生几何形状误差。3)3)机械加工产生残余应力机械加工产生残余应力机械加工过程中，由于切削力和切削热的综合作用，会使表面层金属晶格发生变形或使金相组织变化，从而会造成表面层的残余应力。4 4：工艺系统热变形产生的误差：工艺系统热变形产生的误差4 4：工艺系统热变形产生的误差：工艺系统热变形产生的误差4 4：工艺系统热变形产生的误差：工艺系统热变形产生的误差5 5：加工误差的综合分析加工误差的综合分析1 1、加工误差的性质及

43、分类、加工误差的性质及分类加工加工误差误差随机误差随机误差系统误差系统误差常值误差常值误差变值误差变值误差在顺序加工一批工件时，误差的大小和方向保持不变者，称为常值系统性误差。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等都属常值系统误差。在顺序加工一批工件时，误差的大小和方向呈无规律变化者，称为随机性误差。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都属于随机性误差在顺序加工一批工件时，误差的大小和方向呈有规律变化者，称为变值系统性误差。如由于刀具磨损引起的加工

44、误差，机床、刀具、工件受热变形引起的加工误差等都属于变值系统性误差。不同性质误差的不同性质误差的 解决途径解决途径 对随机性误差，从表面上看似乎没有规律，对随机性误差，从表面上看似乎没有规律，但是应用数理统计的方法可以找出一批工件加但是应用数理统计的方法可以找出一批工件加工误差的总体规律，查出产生误差的根源，在工误差的总体规律，查出产生误差的根源，在工艺上采取措施来加以控制。工艺上采取措施来加以控制。对于变值系统性误差，在查明其大小和对于变值系统性误差，在查明其大小和方向随时间变化的规律后，可采用自动连续补方向随时间变化的规律后，可采用自动连续补偿或自动周期补偿的方法消除。偿或自动周期补偿的方

45、法消除。对于常值系统性误差，在查明其大小和方对于常值系统性误差，在查明其大小和方向后，采取相应的调整或检修工艺装备，以及向后，采取相应的调整或检修工艺装备，以及用一种常值系统性误差去补偿原来的常值系统用一种常值系统性误差去补偿原来的常值系统性误差，即可消除或控制误差在公差范围之内。性误差，即可消除或控制误差在公差范围之内。5 5：加工误差的综合分析加工误差的综合分析2 2、分布曲线法、分布曲线法实际分布图实际分布图直方图直方图 加工一批工件，由于随机性误差的存在，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

46、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。连接直方图中每一直方宽度的中点（组中值）得到一条折线，即实际分布曲线实际分布曲线。5 5：加工误差的综合分析加工误差的综合分析 当采用该曲线代表加工尺寸的实际分布曲线时，上式各参数的意当采用该曲线代表加工尺寸的实际分布曲线时，上式各参数的意义为：义为：y y 分布曲线的纵坐标，表示工件的分布密度（频率密度）；分布曲线的纵坐标，表示工件的分布密度（频率密度）；x x分布曲线的横坐标，表

47、示工件的尺寸或误差；分布曲线的横坐标，表示工件的尺寸或误差；n n一批工件的数目（样本数）。一批工件的数目（样本数）。x工件的平均尺寸（分散中心），工件的平均尺寸（分散中心），niixnx1;1 一批零件的均方根差，一批零件的均方根差，;)(112niixxn（1 1）正态分布曲线方程）正态分布曲线方程）0,(21222)(xeyxx5 5：加工误差的综合分析加工误差的综合分析x算术平均值算术平均值（2 2）正态分布曲线的特征参数）正态分布曲线的特征参数正态分布曲线的特征参数有两个，即正态分布曲线的特征参数有两个，即x和和是确定曲线位置的参数是确定曲线位置的参数。它决定一批工。它决定一批工件尺

48、寸分散中心的坐标位置。若件尺寸分散中心的坐标位置。若x改变时，整个曲线改变时，整个曲线沿沿轴平移，但曲线形状不变，如图所示。轴平移，但曲线形状不变，如图所示。5 5：加工误差的综合分析加工误差的综合分析工序标准偏差决定了分布曲线的形状和分散范围。当算术平均值保持不变时，值越小则曲线形状越 陡，尺寸分散范围越小，加工精度越高；值越大则曲线形状越平坦，尺寸分散范围越大，加工精度越低，如图所示。的大小实际反映了随机性误差的影响程度，随机性误差越大则越大。使x产生变化的主要原因是常值系统误差的影响。5 5：加工误差的综合分析加工误差的综合分析（3 3）正态分布曲线的特点）正态分布曲线的特点曲线对称于直

49、线曲线对称于直线x曲线与曲线与x x轴围成的面积代表了一批工件的全部，即轴围成的面积代表了一批工件的全部，即100%100%，其相对面积为其相对面积为1 1。在在33范围内，曲线围成的面积为范围内，曲线围成的面积为0.99730.9973。实际生产中常常认为加工一批工件尺寸全部在实际生产中常常认为加工一批工件尺寸全部在3 3 范围内，即：范围内，即：正态分布曲线的分散范围为正态分布曲线的分散范围为3 3，工艺上，工艺上称该原则为称该原则为66准则。准则。5 5：加工误差的综合分析加工误差的综合分析33（或（或66）的概念在研究加工误差时应用很广。）的概念在研究加工误差时应用很广。66的大小代表

50、了某种加工方法在一定的条件（如毛坯余的大小代表了某种加工方法在一定的条件（如毛坯余量、机床、夹具、刀具等）下所能达到的加工精度。量、机床、夹具、刀具等）下所能达到的加工精度。所以在一般情况下，应使所选择的加工方法的标准偏差所以在一般情况下，应使所选择的加工方法的标准偏差与公差带宽度与公差带宽度T T之间具有下列关系：之间具有下列关系：6T6T 但考虑到系统误差及其它因素的影响，应当使但考虑到系统误差及其它因素的影响，应当使66小于小于公差带宽度公差带宽度T T，才能可靠地保证加工精度。，才能可靠地保证加工精度。5 5：加工误差的综合分析加工误差的综合分析分布曲线法的应用分布曲线法的应用n判断加