第七章机械加工精度课件.ppt

1、 7.1 机械加工精度的基本概念机械加工精度的基本概念第第七七章章 机械加工精度机械加工精度 产品质量是企业的生命线产品质量是企业的生命线.按现代质量观按现代质量观,它包括它包括设计质量、制造质量和服务质量设计质量、制造质量和服务质量.零件制造质量是保证产品质量的基础零件制造质量是保证产品质量的基础.加工质量指标分加工质量指标分加工精度加工精度和和加工表面质量加工表面质量.加工精度加工精度指零件加工后实际几何参数指零件加工后实际几何参数(尺寸、形状和位置尺寸、形状和位置)与理想几何参数相符合的程度。符合程度愈高，加工精度与理想几何参数相符合的程度。符合程度愈高，加工精度愈高。愈高。加工误差加工

2、误差指零件加工后实际几何参数指零件加工后实际几何参数(尺寸、形状和位尺寸、形状和位置置)与理想几何参数的偏离程度。与理想几何参数的偏离程度。7.1.1 7.1.1 加工精度与加工误差加工精度与加工误差常用加工误差的大小来评价加工精度的高低常用加工误差的大小来评价加工精度的高低加工误差越小，加工精度越高加工误差越小，加工精度越高 零件的加工精度包括零件的加工精度包括 尺寸精度、形状精度、位置精度尺寸精度、形状精度、位置精度 通常尺寸精度要求高形位精度要求也越高通常尺寸精度要求高形位精度要求也越高 获得加工精度的方法获得加工精度的方法 （1 1）获得尺寸精度的方法）获得尺寸精度的方法 1 1）试切

3、法）试切法 用于单件小批生产用于单件小批生产 2 2）调整法）调整法 用于成批大量生产用于成批大量生产 3 3）定尺寸刀具法）定尺寸刀具法 生产率高，刀具制造复杂生产率高，刀具制造复杂 4 4）自动控制法）自动控制法 切削测量补偿调整切削测量补偿调整（2 2）获得形状精度的方法）获得形状精度的方法 1 1）轨迹法）轨迹法 利用刀尖运动轨迹形成工件表面形状利用刀尖运动轨迹形成工件表面形状 2 2）成形刀具法）成形刀具法 由刀刃的形状形成工件表面形状由刀刃的形状形成工件表面形状 3 3）展成法）展成法 由切削刃包络面形成工件表面形状由切削刃包络面形成工件表面形状（3 3）获得相互位置精度的方法）获

4、得相互位置精度的方法 主要由机床精度、夹具精度和工件的装夹精度来保证主要由机床精度、夹具精度和工件的装夹精度来保证 本章学习目的：本章学习目的：了解各种因素对加工精度的影响规律，找出了解各种因素对加工精度的影响规律，找出 提高加工精度的途径，以保证零件的加工质量。提高加工精度的途径，以保证零件的加工质量。7.1.2 7.1.2 研究加工精度方法研究加工精度方法1.1.因素分析法因素分析法采用分析计算或实验、测试等方法，研采用分析计算或实验、测试等方法，研究某一确定因素对加工精度的影响（究某一确定因素对加工精度的影响（单因素分析法单因素分析法不不考虑其它因素的同时作用）。考虑其它因素的同时作用）

5、。2.2.统计分析法统计分析法运用数理统计方法研究各项误差综合的运用数理统计方法研究各项误差综合的变化规律，只适用大批、大量生产。变化规律，只适用大批、大量生产。7.2 7.2 影响加工精度的因素影响加工精度的因素机械加工工艺系统组成：机械加工工艺系统组成：工件、刀具、夹具、机床。工件、刀具、夹具、机床。原始误差原始误差工艺系统中能直接引起加工误差的因素。工艺系统中能直接引起加工误差的因素。原始误差原始误差是造成零件加工误差的根源。其存在使工艺系是造成零件加工误差的根源。其存在使工艺系统各组成部分之间的相互位置关系或速度关系偏离了理统各组成部分之间的相互位置关系或速度关系偏离了理想状态。想状态

6、。根据原始误差产生的时间，根据原始误差产生的时间，原始误差原始误差可分为可分为加工前误差加工前误差、加工中误差和加工后误差、加工中误差和加工后误差。工艺系统静误差工艺系统静误差在无切削载荷情况下即存在的原始在无切削载荷情况下即存在的原始误差（即加工前即存在）。误差（即加工前即存在）。工艺系统动误差工艺系统动误差在有切削负荷情况下产生的原始误在有切削负荷情况下产生的原始误差（即在加工过程中产生的）。差（即在加工过程中产生的）。原原始始误误差差 加工前误差加工前误差加工中误差加工中误差加工后误差加工后误差调整误差调整误差机床误差机床误差刀具制造误差刀具制造误差夹具误差夹具误差加工原理误差加工原理误

7、差工件装夹误差工件装夹误差工艺系统受力变形工艺系统受力变形刀具磨损刀具磨损残余应力引起变形残余应力引起变形测量误差测量误差工艺系统热变形工艺系统热变形RYRRR=X202YYRRR XRRX 显然：XYRR 图7-2 误差敏感方向YR0Xa）YR0Xb）加工原理加工表面的形成原理。加工原理误差指由于采用了近似的切削运动或近似的切削刃形状进行加工而产生的加工误差。式中 R 球头刀半径；h 允许的残留高度。例例2：用阿基米德蜗杆滚刀滚切渐开线齿轮例例1：在数控铣床上采用球头刀铣削复杂形面零件(图7-4)SRh图7-4空间曲面数控加工8SR h（4-3）7.2.2.1 7.2.2.1 主轴回转误差主

8、轴回转误差 1）主轴回转误差）主轴回转误差 主轴回转误差概念主轴回转误差概念 主轴回转时实际回转轴线与理想回转轴线的偏移量主轴回转时实际回转轴线与理想回转轴线的偏移量（在误差敏感方向上的最大变动量）。（在误差敏感方向上的最大变动量）。三种基本形式：三种基本形式：a.纯径向跳动纯径向跳动 b.b.纯角度摆动纯角度摆动 c.c.轴向窜动轴向窜动 来自机床本身的制造误差、安装误差与磨损。来自机床本身的制造误差、安装误差与磨损。造成主轴回转误差的主要因素（与主轴部件的制造精度有关）造成主轴回转误差的主要因素（与主轴部件的制造精度有关）a.主轴轴颈与支承座孔的圆度误差、波度和同轴度；止推面或主轴轴颈与支

9、承座孔的圆度误差、波度和同轴度；止推面或轴肩与回转轴线的垂直度误差。轴肩与回转轴线的垂直度误差。b.滑动轴承轴颈和轴承孔的圆度、波度和同轴度误差，端面与滑动轴承轴颈和轴承孔的圆度、波度和同轴度误差，端面与回转轴线的垂直度误差。滚动轴承滚道的圆度、波度，滚动体的回转轴线的垂直度误差。滚动轴承滚道的圆度、波度，滚动体的圆度误差和尺寸误差，滚道与轴承内孔的同轴度误差，轴承间隙圆度误差和尺寸误差，滚道与轴承内孔的同轴度误差，轴承间隙及止推滚动轴承的滚道与回转轴线的垂直度误差等。及止推滚动轴承的滚道与回转轴线的垂直度误差等。但它们对主轴回转精度的影响大小随加工方式而不同但它们对主轴回转精度的影响大小随加

10、工方式而不同滚动轴承结构复杂，影响主轴精度因素也较复杂滚动轴承结构复杂，影响主轴精度因素也较复杂除轴承本身精度外，与配合件精度有很大关系如主轴轴除轴承本身精度外，与配合件精度有很大关系如主轴轴颈、支承座孔等精度颈、支承座孔等精度主轴采用滑动轴承的车床类，主轴受力方向一定，主轴颈主轴采用滑动轴承的车床类，主轴受力方向一定，主轴颈圆度误差影响较大，轴承内径圆度误差没影响圆度误差影响较大，轴承内径圆度误差没影响镗床主轴受力随镗刀旋转方向不断变化轴承孔误差影响大镗床主轴受力随镗刀旋转方向不断变化轴承孔误差影响大AB影响主轴回转精度的主要因素内外滚道圆度误差、滚动体形状及尺寸误差图7-8 轴径不圆引起车

11、床主轴径向跳动滑动轴承图7-9 轴承孔不圆引起镗床主轴径向跳动滚动轴承图7-5 径向跳动对车外圆精度影响12345678仍考虑最简单的情况，主轴回转中心在X方向上作简谐直线运动，其频率与主轴转速相同，幅值为2e。则刀尖运动轨迹接近于正圆（图7-7）。思考：主轴回转中心在X方向上作简谐直线运动，其频率为主轴转速两倍，被车外圆形状如何？结论：结论：主轴径向跳动对加工表面的圆度误差影响很小e 主轴径向圆跳动对加工精度的影响（车外圆）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，其频率与主轴转速相同，幅值为2e。则刀尖的坐标

12、值为：e图7-6 径向跳动对镗孔精度影响式中 R 刀尖回转半径；主轴转角。()cossinXReYR显然，上式为一椭圆。结论：结论：主轴径向跳动对加工表面的圆度误差影响较大产生产生轴向窜动主要原因轴向窜动主要原因是主轴轴肩端面和轴承承载端面是主轴轴肩端面和轴承承载端面对主轴回转轴线有垂直度误差。对主轴回转轴线有垂直度误差。主轴主轴不同形式的不同形式的回转误差引起的加工误差不同回转误差引起的加工误差不同 车床上加工外圆内孔时，车床上加工外圆内孔时，主轴径向跳动主轴径向跳动引起工件圆度和引起工件圆度和圆柱度误差，对工件端面无影响；圆柱度误差，对工件端面无影响；轴向窜动轴向窜动对圆柱表面影响不大，对

13、端面垂直度平面度影对圆柱表面影响不大，对端面垂直度平面度影响大，车削螺纹时会造成导程的周期性误差；响大，车削螺纹时会造成导程的周期性误差；纯角度摆动纯角度摆动会造成车削外圆或内孔的锥度误差；在镗孔会造成车削外圆或内孔的锥度误差；在镗孔时，会使镗出的孔为椭圆形。时，会使镗出的孔为椭圆形。纯角度摆动纯角度摆动会造成车削外圆或内孔的锥度误差；在镗孔会造成车削外圆或内孔的锥度误差；在镗孔时，若工件进给会使镗出的孔为椭圆形。时，若工件进给会使镗出的孔为椭圆形。提高主轴及支承座孔的加工精度，选用高精度轴承，提高提高主轴及支承座孔的加工精度，选用高精度轴承，提高主轴部件装配精度、预紧和平衡等，提高主轴回转精

14、度。主轴部件装配精度、预紧和平衡等，提高主轴回转精度。7.2.2.2 7.2.2.2 机床导轨误差机床导轨误差 导轨精度要求主要有以下三方面：导轨精度要求主要有以下三方面：在水平面内的直线度在水平面内的直线度（以卧式车床为例）（以卧式车床为例）1将直接反映在工件加工表面法线方向（误差敏感方向）将直接反映在工件加工表面法线方向（误差敏感方向）上，误差上，误差R=1，对加工精度影响最大。，对加工精度影响最大。刀尖在水平面内的运动轨迹造成工件轴向形状误差。刀尖在水平面内的运动轨迹造成工件轴向形状误差。在垂直面内的直线度在垂直面内的直线度 对工件的尺寸和形状误差影响比对工件的尺寸和形状误差影响比1小得

15、多小得多对卧式车床对卧式车床R 22/D 若设若设2=0.10.1mm,D=40=40mm，则则R=0.00025=0.00025mm，误差非敏感方向，误差非敏感方向影响可忽略不计。影响可忽略不计。而而对平面磨床、龙门刨床误差将直接反映在工件上。对平面磨床、龙门刨床误差将直接反映在工件上。导轨与主轴回转轴线的平行度误差导轨与主轴回转轴线的平行度误差 若车床导轨与主轴回转轴线若车床导轨与主轴回转轴线在水平面内在水平面内存在的平行度误差，存在的平行度误差，车出的内外圆柱面产生锥度。车出的内外圆柱面产生锥度。导轨与主轴回转轴线的平行度误差导轨与主轴回转轴线的平行度误差 若车床导轨与主轴回转轴线若车床

16、导轨与主轴回转轴线在垂直面内在垂直面内存在的平行度误差，存在的平行度误差，车出的内外圆柱面成双曲回转体度（误差非敏感方向）。车出的内外圆柱面成双曲回转体度（误差非敏感方向）。前后导轨的平行度（扭曲）前后导轨的平行度（扭曲）卧式车床或外圆磨床若前后导轨存在平行度误差时，卧式车床或外圆磨床若前后导轨存在平行度误差时，刀具和工件之间相对位置发生变化，刀尖运动轨迹是一刀具和工件之间相对位置发生变化，刀尖运动轨迹是一条空间曲线，使工件产生形状误差。条空间曲线，使工件产生形状误差。若扭曲误差为若扭曲误差为3,则工件误差则工件误差R X(H/B)3 一般车床一般车床H/B2/3，外圆磨床外圆磨床H/B1，扭

17、曲误差对加工精度影响很大扭曲误差对加工精度影响很大除导轨制造误差外，导轨的不均匀磨损和安装质量，也除导轨制造误差外，导轨的不均匀磨损和安装质量，也是造成导轨误差的重要因素。导轨磨损是机床精度下降是造成导轨误差的重要因素。导轨磨损是机床精度下降的主要原因之一。可采用耐磨合金铸铁、镶钢导轨、贴的主要原因之一。可采用耐磨合金铸铁、镶钢导轨、贴塑导轨、滚动导轨导轨表面淬火等措施。塑导轨、滚动导轨导轨表面淬火等措施。7.2.2.2 7.2.2.2 机床导轨误差机床导轨误差 7.2.2.3 7.2.2.3 机床传动链误差机床传动链误差 传动链误差传动链误差指机床内联系传动链始末两端的传动元件指机床内联系传

18、动链始末两端的传动元件间相对运动的误差。间相对运动的误差。一般用传动链末端元件的转角误差来衡量。产生的原因一般用传动链末端元件的转角误差来衡量。产生的原因 是传动链中各传动元件的制造误差、装配误差及磨损等。是传动链中各传动元件的制造误差、装配误差及磨损等。若传动齿轮若传动齿轮 i 在某一时刻产生转角误差为在某一时刻产生转角误差为i，则它所，则它所造成传动链末端元件的转角误差：造成传动链末端元件的转角误差：wi=Ki i Ki 为该轴到末端元件的总传动比，称为误差传递系数，为该轴到末端元件的总传动比，称为误差传递系数，若若Ki大于大于1 1则误差被扩大；反之，若则误差被扩大；反之，若Ki小于小于

19、1 1误差被缩小。误差被缩小。各传动件对工件精度影响的总和为：各传动件对工件精度影响的总和为：=wi=Ki i 减少传动链误差的措施：减少传动链误差的措施：尽可能缩短传动链，减少传动元件数目；尽可能缩短传动链，减少传动元件数目；尽量尽量采用降速传动，误差被缩小；采用降速传动，误差被缩小；提高传动元件、特别是末端元件的制造和提高传动元件、特别是末端元件的制造和 装配精度；装配精度；消除传动间隙；消除传动间隙；采用误差补偿机构或自动补偿装置。采用误差补偿机构或自动补偿装置。（3 3）刀具的几何误差）刀具的几何误差 包括刀具切削部、装夹部的制造误差及刀具安装误差包括刀具切削部、装夹部的制造误差及刀具

20、安装误差 定尺寸刀具定尺寸刀具 刀具尺寸精度直接影响工件尺寸精度刀具尺寸精度直接影响工件尺寸精度 成形刀具成形刀具 刀具形状精度直接影响工件形状精度刀具形状精度直接影响工件形状精度 展成刀具展成刀具 刀刃形状精度会影响工件加工精度刀刃形状精度会影响工件加工精度 一般刀具一般刀具 制造精度对工件加工精度无直接影响制造精度对工件加工精度无直接影响（4 4）夹具的几何误差）夹具的几何误差 包括夹具制造误差、安装误差及磨损包括夹具制造误差、安装误差及磨损 对工件尺寸精度和位置精度影响很大对工件尺寸精度和位置精度影响很大（5 5）定位误差）定位误差 包括基准不重合误差、定位副制造不准确误差包括基准不重合

21、误差、定位副制造不准确误差 直接影响工件的尺寸精度和位置精度直接影响工件的尺寸精度和位置精度（6 6）调整误差）调整误差 在工序在工序的调整工作中所存在的误差即调整误差的调整工作中所存在的误差即调整误差 一次调整后存在的误差对这一批零件的影响是不变的。一次调整后存在的误差对这一批零件的影响是不变的。但但大批量加工中存在多次调大批量加工中存在多次调 整，不可能每次完全相同。整，不可能每次完全相同。对全部零件来说，每次调整对全部零件来说，每次调整 误差为偶然性误差。机床调误差为偶然性误差。机床调 整误差可理解为零件尺寸分整误差可理解为零件尺寸分 布曲线中心的最大偏移量。布曲线中心的最大偏移量。加工

22、中不产生废品的加工中不产生废品的条件：条件：fb+tT7.2.3.7.2.3.工艺系统的受力变形工艺系统的受力变形工艺系统受力变形引起的加工误差实例工艺系统受力变形引起的加工误差实例工件刚性差（薄件、圆环）装夹不当会产生受力变形工件刚性差（薄件、圆环）装夹不当会产生受力变形静刚度（或静柔度）静刚度（或静柔度）静态条件下考虑和测量的刚度（或柔度静态条件下考虑和测量的刚度（或柔度)。注意：注意：静刚度是工艺系统本身的属性，与外力无关（在线性范围内）。静刚度是工艺系统本身的属性，与外力无关（在线性范围内）。工艺系统刚度概念工艺系统刚度概念工艺系统抵抗变形的能力可用工艺系统刚度工艺系统抵抗变形的能力可

23、用工艺系统刚度 k系系来描述。来描述。垂直作用于工件加工表面的径向切削分力垂直作用于工件加工表面的径向切削分力Fy与工艺系统在与工艺系统在该方向上的变形该方向上的变形y（由由Fx、Fy和和Fz共同产生共同产生）之间的比值之间的比值，称为工艺系统，称为工艺系统刚度刚度 k系系 k系系=Fy /y y=yFx+yFy+yFz 柔度柔度 w=1/k=y/Fy（1）零件的刚度）零件的刚度 若零件刚度相对于机床、刀具、夹具来说比较低，其变形若零件刚度相对于机床、刀具、夹具来说比较低，其变形 对加工精度影响比较大，最大变形量按材料力学公式估算。对加工精度影响比较大，最大变形量按材料力学公式估算。长轴两顶尖

24、装夹按简支梁计算（见教材公式（长轴两顶尖装夹按简支梁计算（见教材公式（7.9），三爪），三爪卡盘装夹按悬臂梁计算（见教材公式（卡盘装夹按悬臂梁计算（见教材公式（7.10）。）。（2）刀具的刚度）刀具的刚度 外圆刀具在加工表面法线方向上的刚度很大变形可忽略；外圆刀具在加工表面法线方向上的刚度很大变形可忽略；镗小孔刀杆刚度很差，变形对加工精度影响很大，刀杆变镗小孔刀杆刚度很差，变形对加工精度影响很大，刀杆变 形按材料力学公式估算。形按材料力学公式估算。（3）机床部件刚度）机床部件刚度 机床结构形状复杂，刚度计算主要通过实验方法来测定。机床结构形状复杂，刚度计算主要通过实验方法来测定。机床部件刚度特

25、点：机床部件刚度特点：变形与载荷不成线性关系；变形与载荷不成线性关系；加载与卸载曲线不重合；加载与卸载曲线不重合；有残余变形存在；有残余变形存在；实际刚度比估算的小。实际刚度比估算的小。影响机床部件刚度的因素影响机床部件刚度的因素 结合面间的接触变形结合面间的接触变形接触表面间的名义压强的增量与接触变形的增量之比称为接触表面间的名义压强的增量与接触变形的增量之比称为接触刚度。零件表面越粗糙，形状误差越大，材料硬度低，接触刚度。零件表面越粗糙，形状误差越大，材料硬度低，接触刚度越小。接触刚度越小。低刚度零件本身的变形低刚度零件本身的变形 连接表面间的间隙连接表面间的间隙 接触表面间的摩擦接触表面

26、间的摩擦 变形滞后现象变形滞后现象 受力方向及作用力矩受力方向及作用力矩 y 是是Fx、Fy、Fz 综合结果综合结果（4）工艺系统的刚度）工艺系统的刚度 总变形总变形 y系系=y机机+y夹夹+y刀刀+y工工 刚度刚度 k系系=Fy /y系系，k机机=Fy /y机机，k夹夹=Fy /y夹夹，k刀刀=Fy /y刀刀，k工工=Fy /y工工 所以，所以，k系系=1/(1/k机机+1/k夹夹+1/k刀刀+1/k工工)特点特点1：工艺系统刚度比刚度最小环节的刚度还要差。工艺系统刚度比刚度最小环节的刚度还要差。7.2.3.2 工艺系统受力对加工精度的影响工艺系统受力对加工精度的影响 切削力位置的变化对加工

27、精度的影响切削力位置的变化对加工精度的影响特点特点2：工艺系统各环节的刚度和整个工艺系统的刚度是随受工艺系统各环节的刚度和整个工艺系统的刚度是随受力点的位置变化而变化的。力点的位置变化而变化的。讨论：讨论：1.工艺系统刚度在沿工件轴向的各个位置是工艺系统刚度在沿工件轴向的各个位置是不同的（即与不同的（即与 x 有关）。有关）。3.若工件粗而短（若工件粗而短（l/D5）时，工件刚性大，可）时，工件刚性大，可不考虑不考虑 y工工，工艺系统总变形，工艺系统总变形 Y系系是完全取决于是完全取决于机床头架、尾架、顶尖、刀架和刀具的变形，机床头架、尾架、顶尖、刀架和刀具的变形，是是 x的二次函数。的二次函

28、数。圆柱度误差圆柱度误差 =Ymax-Ymin2.若工件为细长轴时，工件刚性很差，系统变形主若工件为细长轴时，工件刚性很差，系统变形主要是工件变形，要是工件变形，当当 x=l/2时，时，Y工工max=Fyl3/(48EI)；工件加工后呈工件加工后呈腰鼓形腰鼓形。工件加工后呈工件加工后呈鞍形鞍形。切削力大小变化对加工精度的影响切削力大小变化对加工精度的影响毛毛=ap1 ap2工工=y1 y2误差复映系数误差复映系数=工工/毛毛 Fy=Cy f yapxKFy =C apx C ap Fy1=C(ap1 y1)Fy2=C(ap2 y2)y1 y2=(Fy1-Fy2)/K系系=C(ap1 ap2)-

29、(y1 y2)/K系系即有即有 y1 y2=C(ap1 ap2)/（K系系C）=工工/毛毛=C/（K系系C）所以所以 工工=毛毛1.=工工/毛毛=C/（K系系C）总是小于总是小于1，有修正误差的能力，有修正误差的能力 多次进给多次进给=1232.K系系越大，越大，就越小，复映到工件上的误差越小就越小，复映到工件上的误差越小3.C减小，减小，就越小，应采取减小就越小，应采取减小Fy的措施的措施讨论：讨论：机床部件、工件重量对加工精度的影响机床部件、工件重量对加工精度的影响其它作用力其它作用力对加工精度的影响对加工精度的影响 传动力（拨杆）、离心力改变方向会使工艺系传动力（拨杆）、离心力改变方向会

30、使工艺系 统产生相应变形统产生相应变形减少工艺系统受力变形的途径减少工艺系统受力变形的途径 减小切削力及其变化；减小切削力及其变化；提高系统中零件的配合质量；提高系统中零件的配合质量；缩短切削力作用点和支撑点的距离，设置辅助支承缩短切削力作用点和支撑点的距离，设置辅助支承（如车削细长轴时采用跟刀架）提高部件刚度。（如车削细长轴时采用跟刀架）提高部件刚度。7.2.4.7.2.4.工艺系统的热变形工艺系统的热变形工艺系统在各种热源的影响下会产生很复杂的变形，破工艺系统在各种热源的影响下会产生很复杂的变形，破坏了工件于刀具相对位置和相对运动的准确性，导致工坏了工件于刀具相对位置和相对运动的准确性，导

31、致工件产生加工误差件产生加工误差（1）工艺系统的热源）工艺系统的热源 1）内部热源）内部热源 包括包括切削热、摩擦热和派生热源切削热、摩擦热和派生热源2）外部热源）外部热源 包括包括环境温度、辐射热环境温度、辐射热主要是主轴部件、床身导轨及两者相对位置的热变形主要是主轴部件、床身导轨及两者相对位置的热变形7.2.4.1 机床热变形对加工精度的影响机床热变形对加工精度的影响7.2.4.2 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特点圆柱类工件热变形 5级丝杠累积误差全长5m，可见热变形的严重性。531.1 1040014.410()4.4()LLtmmm式中 L，D 长度和直径热变形

32、量；L，D 工件原有长度和直径；工件材料线膨胀系数；t 温升。LLt（7-17）DDt（7-18）7.2.4.3 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 1）工件均匀受热）工件均匀受热 车镗轴套类零件圆柱面，长度及径向受热变形。车镗轴套类零件圆柱面，长度及径向受热变形。若在受热时测量达到规定尺寸，冷却后尺寸变小，若在受热时测量达到规定尺寸，冷却后尺寸变小，可能出现尺寸超差。可能出现尺寸超差。2）工件不均匀受热）工件不均匀受热 铣、刨、磨平面等，工件单面受热产生弯曲变形铣、刨、磨平面等，工件单面受热产生弯曲变形 磨削细长轴时工件温升逐渐增加磨削细长轴时工件温升逐渐增加控制工艺系统热

33、变形的措施控制工艺系统热变形的措施（1 1）减少发热和采取隔热；）减少发热和采取隔热；（2 2）强制冷却，均衡温度场；）强制冷却，均衡温度场；（3 3）从结构上采取措施减少热变形；）从结构上采取措施减少热变形；（4 4）控制环境温度。）控制环境温度。7.2.5 7.2.5 工件残余应力引起的变形工件残余应力引起的变形 毛坯制造中的铸、锻、焊、热处理等因工件壁厚不均热毛坯制造中的铸、锻、焊、热处理等因工件壁厚不均热胀冷缩不均及金相组织变化等导致体积变化，毛坯产生内胀冷缩不均及金相组织变化等导致体积变化，毛坯产生内应力，处于暂时平衡状态，切削时平衡状态被打破。应力，处于暂时平衡状态，切削时平衡状态

34、被打破。工件若产生内应力处于不稳定状态会逐渐变形工件若产生内应力处于不稳定状态会逐渐变形v 毛坯制造和热处理产生的残余应力毛坯制造和热处理产生的残余应力7.2.5 7.2.5 工件残余应力引起的变形工件残余应力引起的变形工件若产生内应力处于不稳定状态会逐渐变形工件若产生内应力处于不稳定状态会逐渐变形v 冷校直带来的残余应力冷校直带来的残余应力v切削加工带来的残余应力切削加工带来的残余应力压拉加载压压拉拉卸载图7-24 冷校直引起的残余应力v 设计合理零件结构v 粗、精加工分开v 避免冷校直v 时效处理（常用人工时效常用人工时效、振动时效和天然时效等方、振动时效和天然时效等方法法）7.3 7.3

35、 加工误差的统计分析加工误差的统计分析7.3.1 加工误差的分类加工误差的分类按性质，加工误差可分为系统误差和随机误差。按性质，加工误差可分为系统误差和随机误差。7.3.1.1 系统误差系统误差大小和方向基本保持不变或按零件加工大小和方向基本保持不变或按零件加工 顺序有规律变化的加工误差。顺序有规律变化的加工误差。常值系统误差常值系统误差大小和方向基本保持不变的加工误差。大小和方向基本保持不变的加工误差。如原理误差，机床、刀具、夹具、量具制造和调整误差，工如原理误差，机床、刀具、夹具、量具制造和调整误差，工艺系统的静力变形、达到热平衡后的工艺系统热变形误差等。艺系统的静力变形、达到热平衡后的工

36、艺系统热变形误差等。变值系统误差变值系统误差按零件加工顺序有规律变化的加工误差。按零件加工顺序有规律变化的加工误差。如温升过程中的工艺系统热变形误差、刀具的正常磨损等。如温升过程中的工艺系统热变形误差、刀具的正常磨损等。7.3.1.2 随机误差随机误差大小和方向不规则变化的加工误差。大小和方向不规则变化的加工误差。如定位误差、夹紧误差、内应力变形引起的误差如定位误差、夹紧误差、内应力变形引起的误差;毛坯余量毛坯余量或硬度不均，引起切削力的随机变化而造成的加工误差等。或硬度不均，引起切削力的随机变化而造成的加工误差等。随机误差是工艺系统中大量随机因素共同作用的结果。随机误差是工艺系统中大量随机因

37、素共同作用的结果。随机误差符合随机误差符合统计规律统计规律。随机误差的特点：随机误差的特点：1）在一定的加工条件下，随机误差的数值总在一定范围内）在一定的加工条件下，随机误差的数值总在一定范围内波动；波动；2）绝对值相等的正误差和负误差出现的概率相等；）绝对值相等的正误差和负误差出现的概率相等；3）误差绝对值越小出现的概率越大，误差绝对值越大出现）误差绝对值越小出现的概率越大，误差绝对值越大出现的概率越小。的概率越小。对系统误差可遵循其规律加以调整或补偿来消除；对系统误差可遵循其规律加以调整或补偿来消除；对随机误差只能缩小其变动范围无法完全消除。对随机误差只能缩小其变动范围无法完全消除。7.3

38、.2 分布曲线法分布曲线法1）数据采集 抽取样本（样本总数n）测量 记录。随机误差和变值系统误差的存在 尺寸分散。2）分组：确定分组数：按尺寸大小分成k组（k值要适当，参考表7.2)确定组距(组间隔)X：确定各组组界、组中值maxminXXRXkk 统计各组频数（即各组的零件数量m）计算各组频率m/n或频率密度m/(nX)3）绘制等宽直方图 横坐标为零件尺寸，纵坐标为频数或频率密度。4）绘制实际分布曲线 连接直方图中每组的中点（组中值）得到一条折线。7.3.2.1 正态分布曲线方程 式中Y正态分布的概率密度；正态分布曲线的均值；正态分布曲线的标准偏差（均方根偏差）。两个特征参数：均值均值和标准

39、偏差和标准偏差。（7-17）22()212XYe7.3.2 分布曲线法分布曲线法实际生产中，用样本平均值 和样本标准偏差S作为理论均值和标准偏差的估算值。2111niiSXXn（7-19）X11niiXXn（7-18）正态分布曲线对称于直线正态分布曲线对称于直线X，在，在X处概率密度函处概率密度函数有最大值数有最大值 。7.3.2 分布曲线法分布曲线法7.3.2.2 正态分布曲线的特性 X=处有拐点，且处有拐点，且。max12Y1122maxmax10.62XYeYeY X 时，曲线趋近时，曲线趋近X轴。轴。应用：应用：尺寸靠近分散中心（均值尺寸靠近分散中心（均值）的工件占大部分，尺寸远离分散

40、的工件占大部分，尺寸远离分散中心的工件是极少数，且工件尺中心的工件是极少数，且工件尺寸大于寸大于和小于和小于的频率相等。的频率相等。正态分布曲线下的面积正态分布曲线下的面积A代表了工件（样本）总数，为代表了工件（样本）总数，为100。1Ydx7.3.2 分布曲线法分布曲线法7.3.2.2 正态分布曲线的特性 不变，改变不变，改变值值，正态分布曲线形状不变但沿正态分布曲线形状不变但沿X移动移动，即即决定了正态分布曲线的位置。决定了正态分布曲线的位置。不变，改变不变，改变值值，正态分布曲线中心位置不变但形状发正态分布曲线中心位置不变但形状发生变化生变化，即，即决定了正态分布曲线形状。决定了正态分布

41、曲线形状。图图7.26(b)改错改错应用：应用：随机误差引起尺寸分散（即决定随机误差引起尺寸分散（即决定的大小），常值系统误差决的大小），常值系统误差决定尺寸分散带中心位置（即决定均值定尺寸分散带中心位置（即决定均值的大小），变值系统误的大小），变值系统误差则使尺寸分散带中心位置随时间按一定规律移动差则使尺寸分散带中心位置随时间按一定规律移动。7.3.2 分布曲线法分布曲线法7.3.2.2 正态分布曲线的特性 正态分布曲线下所包含的全部面积（正态分布曲线下所包含的全部面积（A1）代表一批加）代表一批加工零件实际尺寸的分布范围（工零件实际尺寸的分布范围（100）。如）。如C点代表零件点代表零件规

42、定的最小极限尺寸规定的最小极限尺寸Amin，D点代表零件规定的最大极限点代表零件规定的最大极限尺寸尺寸Amax，即，即CD代表零件的公差带，则分布曲线下面代表零件的公差带，则分布曲线下面C、D两点之间的面积代表加工零件的合格率。分布曲线下两点之间的面积代表加工零件的合格率。分布曲线下面其余部分的面积则为加工零件的废品率。面其余部分的面积则为加工零件的废品率。应用：应用：加工外圆时，加工外圆时，C点左边部分相点左边部分相当于不可修复的废品（因为直当于不可修复的废品（因为直径太小），径太小），D点右边部分相当点右边部分相当于可修复的废品。于可修复的废品。加工内孔时，情况正相反。加工内孔时，情况正相

43、反。7.3.2 分布曲线法分布曲线法7.3.2.2 正态分布曲线的特性 正态分布曲线由正态分布曲线由到到X的面积可表示为的面积可表示为（公式改错）（公式改错）应用：应用：若工件公差为若工件公差为T，且在加工时且在加工时调整尺寸分布中心与公差带中调整尺寸分布中心与公差带中点重合，则不产生废品的条件点重合，则不产生废品的条件为为22()212XXXAYdXedX积分值可查表积分值可查表7.37.3。当当X 3 时，时，2A99.73%，即工件尺寸在，即工件尺寸在 3 以外的以外的概率只占概率只占0.27。6T7.3.2 分布曲线法分布曲线法7.3.2.2 正态分布曲线的特性 应用：应用：若若T6

44、，仍有仍有产生废品的可能。不产生废品的条件应该为产生废品的可能。不产生废品的条件应该为62T 系统32T系统7.3.2 分布曲线法分布曲线法7.3.2.2 正态分布曲线的特性 3(或或6)是一个对加工误差研究很重要的概念。是一个对加工误差研究很重要的概念。6代表了某一种加工方法在规定的条件下所能达到的加代表了某一种加工方法在规定的条件下所能达到的加工精度，即工精度，即加工能力加工能力。应用：应用：实际生产中，应根据实际工艺能力来选择合适的加工方法，以保证工件公实际生产中，应根据实际工艺能力来选择合适的加工方法，以保证工件公差的要求。差的要求。常用常用工艺能力系数工艺能力系数Cp来衡量工艺能力：

45、来衡量工艺能力：6pTC 工序能力系数 工序等级 说 明 CP1.67 特级 工艺能力过高，不一定经济1.67 CP 1.33 一级 工艺能力足够1.33 CP 1.00 二级 工艺能力勉强，必须密切注意1.00 CP 0.67 三级 工艺能力不足，可能出少量废品 0.67 CP 四级 工艺能力很差，必须改进表7-2 工序能力等级7.3.2 分布曲线法分布曲线法7.3.2 分布曲线法分布曲线法7.3.2 分布曲线法分布曲线法1.11pC 6T废品产生的原因：废品产生的原因：常值系统误差常值系统误差系统系统0.0054的存在。的存在。措施：措施：调短镗刀的伸出量，以减小镗刀受力变形产生的加工误差

46、调短镗刀的伸出量，以减小镗刀受力变形产生的加工误差，从而将尺寸分散中心调整到公差带中心位置，工件就完，从而将尺寸分散中心调整到公差带中心位置，工件就完全合格。全合格。（图7-30）分布曲线法的缺点：分布曲线法的缺点：a.分布曲线只有在一批零件加工完成后才能绘出来，不能在加工过程中分布曲线只有在一批零件加工完成后才能绘出来，不能在加工过程中为控制工艺过程提供资料，以便根据需要调整机床，保证加工精度。为控制工艺过程提供资料，以便根据需要调整机床，保证加工精度。b.分布曲线法不能反映加工尺寸随零件加工的先后顺序（时间）变化的分布曲线法不能反映加工尺寸随零件加工的先后顺序（时间）变化的情况，因而不能把

47、变值系统误差和随机误差区分出来。情况，因而不能把变值系统误差和随机误差区分出来。点图法的好处：点图法的好处：点图法能反映加工尺寸的变化与零件加工的先后顺序（时间）的关系。点图法能反映加工尺寸的变化与零件加工的先后顺序（时间）的关系。点图的绘制：点图的绘制：横坐标横坐标零件的加工顺序号；零件的加工顺序号；纵坐标纵坐标加工后的零件尺寸加工后的零件尺寸XRR 图：XRXXR图：X 11miiXXmmaxminiiRXXX单值点图的缺点：单值点图的缺点：必须逐个测量每个工件必须逐个测量每个工件 费时费力。费时费力。（平均值极差点图）（平均值极差点图）X X和和R R的波动反映了工件平均值的变化趋势和随

48、机误差的分散程度。的波动反映了工件平均值的变化趋势和随机误差的分散程度。1U1XXXXkiiXXkA R图的平均线（中线）图的上、下控制限kii1U1RRRkRRDR图的平均线（中线）图的上控制线 A、D 数值见教材211页表7-5。工艺过程稳定性 点子正常波动工艺过程稳定；点子异常波动工艺过程不稳定稳定性判别没有点子超出控制限大部分点子在中心线上下波动，小部分点子靠近控制限点子变化没有明显规律性(如上升、下降倾向，或周期性波动）v 同时满足为稳定XR 7.4.1 7.4.1 减小误差法减小误差法采取措施减小或消除加工误差。采取措施减小或消除加工误差。图图7.32(b):跟刀架跟刀架图图7.3

49、2(a):尾顶尖尾顶尖图图7.32(a):中心架中心架7.4.1 7.4.1 减小误差法减小误差法图图7.33(a)、(b):改变工件装夹方法。改变工件装夹方法。图7-56 以弹性变形补偿热变形v 以弹性变形补偿热变形（图7-56）图7-58 以热变形补偿热变形图7-57 龙门铣横梁变形补偿附加夹紧力v 以热变形补偿热变形（图7-58）v 以几何误差补偿受力变形（图7-57）7.4.2 7.4.2 误差补偿法误差补偿法人为制造一种新的误差去抵消工艺系统人为制造一种新的误差去抵消工艺系统中原有的原始误差，或用一种原始误差抵消另一种原始误差。中原有的原始误差，或用一种原始误差抵消另一种原始误差。二

50、者大小相等，方向相反。7.4.3 7.4.3 误差分组法误差分组法根据待加工工件误差的大小分组调整加工，使各组工根据待加工工件误差的大小分组调整加工，使各组工件的尺寸分散中心基本一致，整批工件加工后的尺寸分件的尺寸分散中心基本一致，整批工件加工后的尺寸分散范围就小很多。散范围就小很多。齿轮加工问题：齿轮加工问题：定位方法：心轴与工件孔定位。如配合间隙过大定位方法：心轴与工件孔定位。如配合间隙过大 加工后产生加工后产生几何偏心。几何偏心。解决方法：夹具采用多档尺寸的心轴与工件孔分组选配，可减小解决方法：夹具采用多档尺寸的心轴与工件孔分组选配，可减小由于配合间隙而产生的定位误差，从而提高加工精度。