1、第七章第七章 机械加工质量机械加工质量n对任何一台机器或仪器，为保证它们的使用性能，必然对其对任何一台机器或仪器，为保证它们的使用性能，必然对其组成零件提出许多方面的质量要求。机械加工精度、机械加组成零件提出许多方面的质量要求。机械加工精度、机械加工表面质量，则是许多质量要求的两个主要方面。工表面质量，则是许多质量要求的两个主要方面。n第一节第一节 机械加工精度机械加工精度n一、概述一、概述n（一）机械加工精度及加工误差概念（一）机械加工精度及加工误差概念n1、加工精度、加工精度n指零件加工后实际的几何参数（尺寸、形状、相互位置）与指零件加工后实际的几何参数（尺寸、形状、相互位置）与理想零件的
2、几何参数的符合程度。符合程度愈高，加工精度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。愈高。n2、加工误差、加工误差n指零件加工后实际的几何参数与理想零件的几何参数的不符指零件加工后实际的几何参数与理想零件的几何参数的不符合程度。合程度。n（二）影响加工精度的主要因素（二）影响加工精度的主要因素n由机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统存在各由机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统存在各种误差，这些误差会在不同的具体条件下，以不同的种误差，这些误差会在不同的具体条件下，以不同的程度反映到加工零件上去，而造成加工误差。这种造程度反映到加工零件上去，而造成加工误差。这种造成加工误差的工艺
3、系统原有误差，称为原始误差。成加工误差的工艺系统原有误差，称为原始误差。n 造成加工误差的原始误差造成加工误差的原始误差：n 1、原理误差、原理误差n 2、工艺系统的制造误差与磨损、工艺系统的制造误差与磨损n 3、工艺系统受力变形产生的误差、工艺系统受力变形产生的误差n 4、工艺系统受热变形产生的误差、工艺系统受热变形产生的误差n 5、测量误差与调整误差、测量误差与调整误差n二、影响加工精度的误差因素二、影响加工精度的误差因素n（一）原理误差（一）原理误差n指采用了近似的加工方法，所产生的误差。指采用了近似的加工方法，所产生的误差。n如：如：1 1、滚齿、滚齿，由于滚刀的刀刃数有限，加工出来的
4、齿轮，由于滚刀的刀刃数有限，加工出来的齿轮齿形是有限个刀刃切成的折线；另，由于滚刀制造困难，采齿形是有限个刀刃切成的折线；另，由于滚刀制造困难，采用阿基米德基本蜗杆代替渐开线基本蜗杆，由此产生的加工用阿基米德基本蜗杆代替渐开线基本蜗杆，由此产生的加工误差，则属于原理误差。误差，则属于原理误差。2 2、成形法铣齿、成形法铣齿，由于铣刀分八个刀号，每一个刀号在，由于铣刀分八个刀号，每一个刀号在相应组内齿数最少的可获得精确地齿形，其它齿数只能获得相应组内齿数最少的可获得精确地齿形，其它齿数只能获得近似的齿形。因此，铣齿产生的加工误差也属于原理误差。近似的齿形。因此，铣齿产生的加工误差也属于原理误差。
5、(二二)工艺系统的制造误差与磨损对加工精度的影响工艺系统的制造误差与磨损对加工精度的影响n1 1、机床制造误差与磨损的影响、机床制造误差与磨损的影响n1 1）机床主轴的回转误差）机床主轴的回转误差n机床工作时，由于主轴部件在制造、装配过程中，机床工作时，由于主轴部件在制造、装配过程中，存在各种误差，使得主轴回转轴线的空间位置在每存在各种误差，使得主轴回转轴线的空间位置在每一瞬间都处于变动状态，而产生回转误差。如图一瞬间都处于变动状态，而产生回转误差。如图7-7-1 1所示：所示：n（1 1）主轴的回转误差的三种基本形式）主轴的回转误差的三种基本形式n径向跳动径向跳动-瞬时回转轴线沿平均回转轴线
6、的径向跳瞬时回转轴线沿平均回转轴线的径向跳 动运动。动运动。n轴向窜动轴向窜动-瞬时回转轴线沿平均回转轴线方向的轴瞬时回转轴线沿平均回转轴线方向的轴向运动。向运动。n角度摆动角度摆动-瞬时回转轴线与平均回转轴线成一倾斜瞬时回转轴线与平均回转轴线成一倾斜角，但其交点位置是固定不变的运动。角，但其交点位置是固定不变的运动。图图7-1n（2 2）主轴回转运动误差概念）主轴回转运动误差概念n指主轴的实际回转轴线相对其平指主轴的实际回转轴线相对其平n均回转轴线的变动范围。变动范围愈小，其回转精均回转轴线的变动范围。变动范围愈小，其回转精度愈高。度愈高。n（3 3）影响主轴回转运动误差的因素及分析）影响主
7、轴回转运动误差的因素及分析n主要影响因素有：主轴部件各组成零件的制造误差主要影响因素有：主轴部件各组成零件的制造误差及装配误差；也与加工方法有关。及装配误差；也与加工方法有关。n如：滑动轴承支承的主轴部件如图如：滑动轴承支承的主轴部件如图7-27-2所示：所示：n对于车磨类机床对于车磨类机床n主轴所受的切削力方向基本是不变的。切削时，主主轴所受的切削力方向基本是不变的。切削时，主轴颈被压向轴承孔内表面的某一固定部位，轴颈被压向轴承孔内表面的某一固定部位，n其主轴颈在转动时，将其轴颈上的圆度误差传递给其主轴颈在转动时，将其轴颈上的圆度误差传递给工件导致在加工的工件上产生相同的圆度误差。而轴工件导
8、致在加工的工件上产生相同的圆度误差。而轴承孔内表面的圆度误差对加工精度的影响则极小。承孔内表面的圆度误差对加工精度的影响则极小。图图7-2n对于镗床类机床对于镗床类机床n主轴轴承孔内表面所受切削力的方向是随镗刀的旋主轴轴承孔内表面所受切削力的方向是随镗刀的旋转而变化的。因此，使主轴轴颈上某一固定部位与转而变化的。因此，使主轴轴颈上某一固定部位与轴承孔的不同部位相接触，这样，轴承孔的圆度误轴承孔的不同部位相接触，这样，轴承孔的圆度误差将传递给工件，而主轴轴颈的误差则影响不大。差将传递给工件，而主轴轴颈的误差则影响不大。n对于对于滚动轴承支承的主轴部件，其回转精度不仅与滚动轴承支承的主轴部件，其回
9、转精度不仅与滚动轴承本身的精度有关，还在很大程度上与轴承滚动轴承本身的精度有关，还在很大程度上与轴承相配合件的精度有关。相配合件的精度有关。n（4 4）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n车削：车削时，支承轴颈的圆度误差，会引起主轴车削：车削时，支承轴颈的圆度误差，会引起主轴的径向跳动，主轴的径向跳动对工件的圆度影响较的径向跳动，主轴的径向跳动对工件的圆度影响较小；而对工件的径向尺寸则有不同的影响。如图小；而对工件的径向尺寸则有不同的影响。如图7-7-3 3所示：所示：n假定主轴轴心沿假定主轴轴心沿Y Y轴作简谐直线运动，在工件轴作简谐直线运动，在工件1 1处处（主轴中
10、心偏移最大处）切出的半径比（主轴中心偏移最大处）切出的半径比2 2、4 4处切出处切出的半径小一个幅值的半径小一个幅值A A；而在而在3 3处切出的半径比处切出的半径比2 2、4 4处处切出的半径大一个幅值切出的半径大一个幅值A A。那么，那么，1 1、2 2、3 3、4 4各点的各点的半径均相等，所以，车出的工件表面近似一个真圆。半径均相等，所以，车出的工件表面近似一个真圆。n主轴径向跳动的方向，对工件径向尺寸产生不同的主轴径向跳动的方向，对工件径向尺寸产生不同的影响。主轴回转轴心线的任一方向的径向跳动，可以影响。主轴回转轴心线的任一方向的径向跳动，可以分解为沿刀尖处加工表面法线方向跳动分量
11、分解为沿刀尖处加工表面法线方向跳动分量和切和切向分量向分量Z Z。n切向分量产生的半径误差切向分量产生的半径误差RR：n 整理、整理、n略去略去RR，得：得：nR=R=设设=0.01mm,=0.01mm,nR=50mm,R=50mm,则：则：nR=0.000001mmR=0.000001mm。n此值可以略去不计。此值可以略去不计。222RRRZRZ22图图7-4n而而Y Y方向上的误差将方向上的误差将1 1：1 1的反映到工件的半径上的反映到工件的半径上去。如误差仍为去。如误差仍为yy=0.01mm=0.01mm，则在工件则在工件Y Y方向上方向上造成的半径误差就是造成的半径误差就是0.01m
12、m0.01mm。是切线方向上误差是切线方向上误差的的10104 4倍，因此，称法线方向为误差的敏感方向。倍，因此，称法线方向为误差的敏感方向。如图如图7-47-4所示：所示：图图7-4n镗孔时，主轴的径向跳动使轴心线在镗孔时，主轴的径向跳动使轴心线在Y Y坐标方向上，坐标方向上，作振幅为作振幅为A A的简谐运动。设主轴中心线偏的简谐运动。设主轴中心线偏n移最大（等于移最大（等于A A）时，镗刀尖正时，镗刀尖正n好通过水平位置好通过水平位置1 1，当镗刀转过，当镗刀转过n一个一个角时，刀尖轨迹的水平分角时，刀尖轨迹的水平分n量和垂直分量分别为：量和垂直分量分别为：Y=Y=Acos+RcosAco
13、s+Rcos=(=(A+R)cosA+R)cos Z=Z=RsinRsin 将以上两式平方后，相加得：将以上两式平方后，相加得：为一椭圆方程，即镗出的孔为一椭圆。如图为一椭圆方程，即镗出的孔为一椭圆。如图7-57-5所示：所示：1)(2222RZRAyn镗削镗削（5 5）主轴的角摆动对工件加工精度的影响）主轴的角摆动对工件加工精度的影响 车削：径向截面仍然是一圆形，而轴向则是一个车削：径向截面仍然是一圆形，而轴向则是一个圆锥形截面。圆锥形截面。镗削：由于主轴的角摆动形成的回转轴线与工作镗削：由于主轴的角摆动形成的回转轴线与工作台导轨不平行，镗出的孔将为椭圆形。如图台导轨不平行，镗出的孔将为椭圆
14、形。如图7-67-6所所示：示：图图7-67-6n（6）主轴的轴向窜动对加工精度的影响）主轴的轴向窜动对加工精度的影响n对外圆与内孔的形状精度没有影响，而对端面与内、外对外圆与内孔的形状精度没有影响，而对端面与内、外圆垂直度有一定的影响。当主轴每转一周，就要沿轴向窜动圆垂直度有一定的影响。当主轴每转一周，就要沿轴向窜动 一次，在向前窜动的半周中形成右螺旋面；在向前窜动的半一次，在向前窜动的半周中形成右螺旋面；在向前窜动的半周中形成左螺旋面，最终切出的端面呈类似端面凸轮的形状；周中形成左螺旋面，最终切出的端面呈类似端面凸轮的形状；如图如图7-7所示：所示：当加工螺纹时，则将产生螺距的周期误差。当
15、加工螺纹时，则将产生螺距的周期误差。n（7）提高主轴回转精度的措施）提高主轴回转精度的措施n提高主轴支承轴承的精度并进行精细的提高主轴支承轴承的精度并进行精细的调整安装。调整安装。图图7-7n如使用精密滚动轴承、或液体、气体静压轴承；主如使用精密滚动轴承、或液体、气体静压轴承；主轴部件装配时，应合理地确定各相关零件的精度，采轴部件装配时，应合理地确定各相关零件的精度，采用轴颈与轴承圈误差抵消法或角度选配法精细的调整用轴颈与轴承圈误差抵消法或角度选配法精细的调整安装并尽量消除轴承间隙，即可保证和提高主轴的回安装并尽量消除轴承间隙，即可保证和提高主轴的回转精度。转精度。n采用双死顶尖装夹工件，可减
16、小机床主轴回转误差采用双死顶尖装夹工件，可减小机床主轴回转误差对工件加工精度的影响。对工件加工精度的影响。n2 2）导轨误差）导轨误差n（1 1）机床导轨的制造精度）机床导轨的制造精度n导轨在水平面的直线度；导轨在水平面的直线度；n导轨在垂直面的直线度；导轨在垂直面的直线度；（2 2）导轨误差对加工精度的影响）导轨误差对加工精度的影响n以车床车削为例以车床车削为例n车床导轨在水平面内直线度误差的影响车床导轨在水平面内直线度误差的影响图图7-8n前后导轨在垂直面的平行度。如图前后导轨在垂直面的平行度。如图7-87-8所示：所示：n车削外圆表面，径向误差为车削外圆表面，径向误差为r=y,1:1反映
17、到工件加工表反映到工件加工表面上来；轴向误差为圆锥度误差。面上来；轴向误差为圆锥度误差。n车床导轨在垂直平面内直线度误差的影响车床导轨在垂直平面内直线度误差的影响n对径向尺寸的影响可以忽略；轴向截面则为一双曲面。如图对径向尺寸的影响可以忽略；轴向截面则为一双曲面。如图7-9所示：所示：n前后导轨在垂直面的平行度误差的影响前后导轨在垂直面的平行度误差的影响n如图如图7-10所示，横溜板将产生横向所示，横溜板将产生横向n倾斜，刀具产生位移，从而引倾斜，刀具产生位移，从而引n起工件的形状误差。起工件的形状误差。n由几何关系知：由几何关系知：BAy图图7-9图图7-10n一般对于车床一般对于车床 ，磨
18、床，磨床ABAB，因此该项误差因此该项误差对加工精度的影响是不可忽视的。对加工精度的影响是不可忽视的。在镗床上镗孔时，如果工作台进给方向与镗刀杆的在镗床上镗孔时，如果工作台进给方向与镗刀杆的回转轴线不平行，则镗出的孔为一椭圆。回转轴线不平行，则镗出的孔为一椭圆。如图如图7-117-11所示：所示：BA3221cos),cos1(2很小因刀d刀故d22图图7-11（3 3）提高导轨精度的措施）提高导轨精度的措施n在导轨的设计制造时，应从结构、材料、润滑方式、在导轨的设计制造时，应从结构、材料、润滑方式、防护装置等方面进行优化，提高其制造精度及耐磨防护装置等方面进行优化，提高其制造精度及耐磨性。性
19、。n在使用过程中，应精心维护，注意润滑，避免导轨在使用过程中，应精心维护，注意润滑，避免导轨非正常磨损与损伤。非正常磨损与损伤。n3 3）机床传动链误差）机床传动链误差n（1 1）引起机床传动链误差的原因）引起机床传动链误差的原因n机床的运动是通过某些传动机构实现的。如滚齿机机床的运动是通过某些传动机构实现的。如滚齿机的分齿机构车床车削螺纹时工件与丝杠间的传动挂的分齿机构车床车削螺纹时工件与丝杠间的传动挂轮机构。轮机构。n它们都是通过齿轮副、蜗轮、蜗杆、丝杠、丝母等它们都是通过齿轮副、蜗轮、蜗杆、丝杠、丝母等传动副多级传动来实现的。那么，这些元件本身存在传动副多级传动来实现的。那么，这些元件本
20、身存在着制造、安装误差，以及工作过程中的磨损所造成的着制造、安装误差，以及工作过程中的磨损所造成的误差。将引起传递与运动的不准确而影响工件的加工误差。将引起传递与运动的不准确而影响工件的加工精度。精度。n例如，如图例如，如图7-127-12所示，滚齿机分齿机构中各传动件所示，滚齿机分齿机构中各传动件制造、安装误差，会引起齿轮转角不均匀而产生分齿制造、安装误差，会引起齿轮转角不均匀而产生分齿误差。误差。n车床车削螺纹时，工件至传动丝杠间，各传动元件车床车削螺纹时，工件至传动丝杠间，各传动元件的制造、安装误差，将会引起加工螺纹的螺距误差。的制造、安装误差，将会引起加工螺纹的螺距误差。图图7-12缩
21、短传动链，减少传动元件数目。从而减少误差缩短传动链，减少传动元件数目。从而减少误差来源；来源；提高传动元件，特别是末端传动元件的制造和安提高传动元件，特别是末端传动元件的制造和安装精度；装精度；消除间隙，传动元件间的间隙会造成瞬时速度不消除间隙，传动元件间的间隙会造成瞬时速度不均；均；采用误差校正机构。如图采用误差校正机构。如图7-137-13所示，车螺纹的误所示，车螺纹的误差校正机构。当瞬时刀具进给速度过快，则通过可差校正机构。当瞬时刀具进给速度过快，则通过可转动螺母转动螺母2 2在校正尺寸在校正尺寸1 1的作用下，使其与丝杠间同的作用下，使其与丝杠间同向产生一个附加转动，从而使刀具恢复到准
22、确的进向产生一个附加转动，从而使刀具恢复到准确的进给速度。反之亦然。给速度。反之亦然。（2 2）提高机床传动精度的措施）提高机床传动精度的措施图图7-132 2、刀具、夹具的制造与磨损误差、刀具、夹具的制造与磨损误差n1 1）刀具误差）刀具误差n（1 1）一般刀具（车刀、镗刀和刨刀等）其制造误）一般刀具（车刀、镗刀和刨刀等）其制造误差对工件加工精度没有直接影响；差对工件加工精度没有直接影响；n（2 2）定尺寸刀具（钻头、铰刀和拉刀等）其制造）定尺寸刀具（钻头、铰刀和拉刀等）其制造误差将直接影响工件加工精度。误差将直接影响工件加工精度。n（3 3）成形刀具（成形车刀或成形铣刀）其制造误）成形刀具
23、（成形车刀或成形铣刀）其制造误差将直接影响工件的形状精度。差将直接影响工件的形状精度。n（4 4）刀具磨损将影响工件加工精度。如加工一根）刀具磨损将影响工件加工精度。如加工一根长轴时，车刀磨损将使轴产生锥度。调整法加工时长轴时，车刀磨损将使轴产生锥度。调整法加工时刀具磨损将使一批工件产生尺寸分散刀具磨损将使一批工件产生尺寸分散。n（5 5）成形刀具的磨损将引起被加工表面的形状误）成形刀具的磨损将引起被加工表面的形状误差。差。n2 2）夹具的制造及工件的安装误差）夹具的制造及工件的安装误差n（1 1）夹具误差）夹具误差n组成夹具各元件的制造误差及夹具中定位元件间组成夹具各元件的制造误差及夹具中定
24、位元件间的位置误差将会产生定位误差，使被加工零件产生的位置误差将会产生定位误差，使被加工零件产生加工误差。加工误差。n（2 2）工件安装误差）工件安装误差n工件的定位、夹紧不当，会使工件偏离正确位置工件的定位、夹紧不当，会使工件偏离正确位置而产生加工误差。而产生加工误差。（三）工艺系统受力变形对加工精度的影响三）工艺系统受力变形对加工精度的影响n1 1、基本概念、基本概念n机械加工时，在切削力、传动力、惯性力、夹紧力机械加工时，在切削力、传动力、惯性力、夹紧力以及重力的作用下，工艺系统将产生相应的变形和以及重力的作用下，工艺系统将产生相应的变形和振动。这种变形和振动破坏了工件和刀具之间的准振动
25、。这种变形和振动破坏了工件和刀具之间的准确位置与速度关系，也破坏了切削过程的稳定性。确位置与速度关系，也破坏了切削过程的稳定性。从而造成了被加工零件的各种误差及表面粗糙度。从而造成了被加工零件的各种误差及表面粗糙度。例如，在加工细长轴时，在切削力作用下，工件因例如，在加工细长轴时，在切削力作用下，工件因弹性变形产生弹性变形产生“让刀让刀”现象，中部变形最大，切深现象，中部变形最大，切深最小，而两端变形最小，切深减小不大，而车出轴最小，而两端变形最小，切深减小不大，而车出轴的外圆柱面呈腰鼓形误差。如图的外圆柱面呈腰鼓形误差。如图7-147-14所示。为反映所示。为反映工艺系统受力变形对加工精度的
26、影响，下面引入一工艺系统受力变形对加工精度的影响，下面引入一个重要概念个重要概念工艺系统刚度。工艺系统刚度。图图7-14n由材料力学知，任一物体在外由材料力学知，任一物体在外力的作用下，总要产力的作用下，总要产生变形，其变形量生变形，其变形量Y Y的大小与外力的大小与外力P P和物体本身的刚和物体本身的刚度有关。如图度有关。如图7-157-15所示，即：所示，即：图图7-15yPK n对与由多个零部件组成的工艺系统来讲，其受力变对与由多个零部件组成的工艺系统来讲，其受力变形将是复杂地。形将是复杂地。n以车外圆为例，如图以车外圆为例，如图7-167-16所示：切削力所示：切削力FrFr是一个空是
27、一个空间力，刀架部件在间力，刀架部件在FxFx、FyFy、FzFz各切削分力作用下产生各切削分力作用下产生相应的变形。相应的变形。nFyFy-将使刀架部件主要产生将使刀架部件主要产生Y Y向（法向）的变形位移；向（法向）的变形位移；nFxFx、FzFz-两个切削分力将使刀架部件产生弯曲和扭转两个切削分力将使刀架部件产生弯曲和扭转变形，而间接产生法向（变形，而间接产生法向（y y）的变形位移。的变形位移。图图7-16n因此，刀架部件总的变形，应是有因此，刀架部件总的变形，应是有FxFx、FyFy、FzFz三个三个切削分力综合作用的结果。为切实反映工艺系统刚度切削分力综合作用的结果。为切实反映工艺
28、系统刚度对加工精度的影响，把工艺系统刚度定义为：加工表对加工精度的影响，把工艺系统刚度定义为：加工表面面Y Y向（法向力）切削分力向（法向力）切削分力FyFy与在各切削分力作用下与在各切削分力作用下所产生所产生Y Y向（法向）综合变形向（法向）综合变形Y Y综综之比。之比。n即即n2 2、机床部件受力变形的特点、机床部件受力变形的特点n在工艺系统中，只有工件和和刀具一般是简单构件，在工艺系统中，只有工件和和刀具一般是简单构件，其刚度及变形问题是一般的材料力学问题；但对于机其刚度及变形问题是一般的材料力学问题；但对于机床及刀架部件来讲，则是有许多零件组成的复杂床及刀架部件来讲，则是有许多零件组成
29、的复杂综系YFKy图图7-17n构件，其刚度及变形问题将是十分复杂地。构件，其刚度及变形问题将是十分复杂地。n例如刀架部件，如图例如刀架部件，如图7-177-17所示：为便于计算，可所示：为便于计算，可以将其简化为以将其简化为99999090200200mmmm的铸铁悬臂梁，对的铸铁悬臂梁，对其刚度进行粗略计算。由材料力学公式，其刚度进行粗略计算。由材料力学公式，3333/LEIEILFFyFKyyy计倍多小比采用单向测力装置实测计测计8/103:/1046.220129102.1320),(12912),/(102.14534744327KmmNKmmNKcmLcmBHIcmNEn这说明，由
30、许多零件组成的构件其刚度与变形与简这说明，由许多零件组成的构件其刚度与变形与简单构件相比差别较大。具体原因有以下几个方面：单构件相比差别较大。具体原因有以下几个方面：n接触面间存在接触变形（接触变形与受力不是线接触面间存在接触变形（接触变形与受力不是线性关系）；性关系）；n薄弱零件本身的变形则较大；薄弱零件本身的变形则较大；n间隙的影响。构件由于装配间隙的影响，将产生间隙的影响。构件由于装配间隙的影响，将产生较大的变形。较大的变形。n3 3、工艺系统刚度算式、工艺系统刚度算式n设工艺系统受力总变形为设工艺系统受力总变形为Y Y系系，各组成部分的变形为，各组成部分的变形为Y Y机床机床（Y Y头
31、架头架、Y Y尾架尾架）、）、Y Y刀架刀架、Y Y工件工件、Y Y夹具夹具。n则则工件刀架夹具机床系刀架工件刀架刀架夹具夹具机床机床系系工件刀架夹具机床系所以工艺系统刚度为而KKKKKyFKyFKyFKyFKyFKyyyyyyyyyy11111:,4 4、工艺系统刚度对零件加工精度的影响、工艺系统刚度对零件加工精度的影响n1 1）切削力引起的加工误差）切削力引起的加工误差n（1 1）切削力着力点位置变化对加工精度的影响）切削力着力点位置变化对加工精度的影响n如图如图7-187-18所示：在车床上采用双顶尖装夹车外圆（不所示：在车床上采用双顶尖装夹车外圆（不考虑工件的变形）。加工时，当刀架距床
32、头顶尖考虑工件的变形）。加工时，当刀架距床头顶尖X X处，处，在切削力在切削力FyFy的作用下，作用在的作用下，作用在n床头顶尖、床尾顶尖床头顶尖、床尾顶尖n上的分力为：上的分力为：LXFFLXLFFyByA)(LXKFKFyLXLKFKFyyByA尾架尾架尾架头架头架头架);(在切削点在切削点X处的工艺系统变形为：处的工艺系统变形为：22)()()()(;LXKFLXLKFLXyyyyLXyyyyyyxyyx尾架头架头架尾架头架头架尾架头架刀刀架的变形为：架的变形为：刀架刀架KFyy工艺系统总变形为工艺系统总变形为：刀架尾架头架系KFLXKFLXLKFyyyy22)()(n在该力作用下，床头
33、、床尾处的变形分别为：在该力作用下，床头、床尾处的变形分别为：n工艺系统刚度为：工艺系统刚度为：刀架尾架头架系系KLXKLXLKyFKy1)(1)(1122例：设例：设Fy=300N、K头架头架=6104N/mm、K尾架尾架=5104N/mm、K刀架刀架=4104N/mm，试求沿工件长度上工艺系统变形，及引起试求沿工件长度上工艺系统变形，及引起的圆柱度误差。的圆柱度误差。解：由解：由 刀架尾架头架系KFLXKFLXLKFyyyy22)()(系yX0125.000111.061L0104.031L0103.021L0107.032L0108.065L0135.0L圆柱度误差：圆柱度误差：0.01
34、35-0.0103=0.0032mm，呈双曲线形状误差。呈双曲线形状误差。如图如图7-19所示：所示：n例：车细长轴。设例：车细长轴。设Fy=300N,工件尺寸为工件尺寸为30600mm,E=2105N/mm,I=0.0491d4，床头、刀架、夹床头、刀架、夹具的变形忽略不计。试计算工件各点的变形量及圆柱度误差。具的变形忽略不计。试计算工件各点的变形量及圆柱度误差。n解：由公式解：由公式LXLXEIFyy22)(3工件工件yX00052.061L132.031L17.021L132.032L052.065L0L图图7-19n工件的圆柱度误差为：工件的圆柱度误差为：0.17-0=0.170.17
35、-0=0.17mmmm。为对称腰为对称腰鼓形误差。如图鼓形误差。如图7-207-20所示：所示：图图7-20（2）切削力大小变化的影响）切削力大小变化的影响在加工过程中，由于工件的加工余在加工过程中，由于工件的加工余量不均或工件材料的硬度不均，将量不均或工件材料的硬度不均，将引起切削力大小的变化，导致工艺引起切削力大小的变化，导致工艺系统受力变形随切削力大小的变化系统受力变形随切削力大小的变化而变化，造成加工误差。而变化，造成加工误差。如图如图7-21所示，所示，由于工件加工前存在圆度误差，在切削时，切深由于工件加工前存在圆度误差，在切削时，切深将不一致（将不一致（apap1 1apap2 2
36、），），因此工艺系统的受力变形因此工艺系统的受力变形量也不一致（量也不一致（y y1 1yy2 2），），这样，在加工后，工件上这样，在加工后，工件上仍留有较小的圆度误差。把工件加工前的误差仍留有较小的圆度误差。把工件加工前的误差前前，以类似的形状反映到加工后的工件上去的这一，以类似的形状反映到加工后的工件上去的这一规律，称为误差复映规律。规律，称为误差复映规律。误差复映的程度是以误差复映系数误差复映的程度是以误差复映系数表示的。表示的。由于由于1 1、2 2、3 3-都小于都小于1 1，随着走刀次数的增，随着走刀次数的增加，工件上的误差将逐次减小，加，工件上的误差将逐次减小，n n次走刀后，
37、工件次走刀后，工件上的误差：上的误差：一般一般2 23 3次走刀后，加工误差也就降低到尺寸公差允次走刀后，加工误差也就降低到尺寸公差允许的范围内。许的范围内。n2 2）夹紧力引起的加工误差）夹紧力引起的加工误差n当工件的刚度较差时，因夹紧时的变形所引起的加当工件的刚度较差时，因夹紧时的变形所引起的加工误差是影响加工精度的主要问题。如图工误差是影响加工精度的主要问题。如图7-227-22所示所示前前nniin3211图图7-22n3 3）离心力（或惯性力）对加工精度的影响）离心力（或惯性力）对加工精度的影响n在加工过程中，高速回转的零部件（夹具、工件、在加工过程中，高速回转的零部件（夹具、工件、
38、刀具）的不平衡，将产生离心力刀具）的不平衡，将产生离心力F FQ Q，F FQ Q在每一转中不在每一转中不断改变方向，它在断改变方向，它在y y（法向）分力大小的变化，将会法向）分力大小的变化，将会使工艺系统的受力变形也随之变化，从而产生加工使工艺系统的受力变形也随之变化，从而产生加工误差。如图误差。如图7-237-23所示所示图图7-23n例：当毛坯重力例：当毛坯重力W=100NW=100N，主轴转速主轴转速n=1000r/min,n=1000r/min,不平衡质量不平衡质量m m，到旋转中心的距离（偏心距）到旋转中心的距离（偏心距）=5mm=5mm，工艺系统刚度工艺系统刚度K K系系=3=
39、310104 4N/mm,N/mm,试计算在试计算在半径方向上的加工误差。半径方向上的加工误差。解：离心力解：离心力)(93.558)60100014.32(59800100)602(222NngmFQ在半径上的加工误差：在半径上的加工误差：mmKFKFFKFFyyrQQyQy037.010393.558224minmax系系系4 4）传动力（拨动力）引起的加工误差）传动力（拨动力）引起的加工误差采用双顶尖拨盘卡箍装夹工件，在车床或磨床上采用双顶尖拨盘卡箍装夹工件，在车床或磨床上加工时，对于单爪拨盘在每转一转过程中，传动力加工时，对于单爪拨盘在每转一转过程中，传动力不断改变方向，将影响到切削力
40、随之变化，从而产不断改变方向，将影响到切削力随之变化，从而产生加工误差。生加工误差。n如图如图7-24所示，根据力矩平衡条件：所示，根据力矩平衡条件：nM-工件转动时需克服的磨擦力矩工件转动时需克服的磨擦力矩n-传动力臂长度传动力臂长度n传动力传动力FC在在Y方向上的分力：方向上的分力：n加工后的工件形状如图加工后的工件形状如图7-25所示：所示：nFCY与与FY有时同向，有时反向。有时同向，有时反向。n导致切削力的不相等，从而引起导致切削力的不相等，从而引起n工艺系统在两个方向上的变形不相等，使工件产生加工误差。工艺系统在两个方向上的变形不相等，使工件产生加工误差。MrFFzccoscosM
41、rFFFzccy图图7-24图图7-25n5 5）机床部件自重引起的加工误差）机床部件自重引起的加工误差n如图所示，摇臂钻床。由于摇臂和其上主轴部件的如图所示，摇臂钻床。由于摇臂和其上主轴部件的重量，将引起机床有关部件变形，使主轴回转轴线重量，将引起机床有关部件变形，使主轴回转轴线与工作台不垂直，因而，会造成钻孔轴线的倾斜。与工作台不垂直，因而，会造成钻孔轴线的倾斜。n5 5、提高工艺系统刚度的措施、提高工艺系统刚度的措施n1 1）在机床结构上）在机床结构上n对于机床部件自重的影响如图对于机床部件自重的影响如图7-267-26所示摇臂钻床，所示摇臂钻床，在立柱内加偏心套或使摇臂略向上倾，则可以
42、补偿在立柱内加偏心套或使摇臂略向上倾，则可以补偿了主轴箱摇臂自重而下垂引起的加工误差。了主轴箱摇臂自重而下垂引起的加工误差。图图7-26n2 2）提高接触刚度）提高接触刚度n机床及各部件都是由许多零件装配而成的，提高各机床及各部件都是由许多零件装配而成的，提高各零部件间零部件间n接触刚度则可以提高其整体刚度。例如通过提高各接触刚度则可以提高其整体刚度。例如通过提高各零部件接触面的加工形状精度，降低表面粗糙度，零部件接触面的加工形状精度，降低表面粗糙度，并预加载荷，消除配合间隙。都能提高各装配连接并预加载荷，消除配合间隙。都能提高各装配连接面的接触刚度。面的接触刚度。n3）设置辅助支承提高机床或
43、工件的刚度）设置辅助支承提高机床或工件的刚度n（1）为提高六角车床刀架刚度常设置辅助支承，如图）为提高六角车床刀架刚度常设置辅助支承，如图7-27所示。所示。图图7-27图图7-28（2）加工细长轴）加工细长轴加中心架、跟刀架均可提高工件加工时的刚度。如图加中心架、跟刀架均可提高工件加工时的刚度。如图7-28所示。所示。4 4）采用合理地装夹方法减小装夹变形）采用合理地装夹方法减小装夹变形n薄壁钢套采用刚性开口环夹紧或端面夹紧，则可以减小装薄壁钢套采用刚性开口环夹紧或端面夹紧，则可以减小装夹变形。如图夹变形。如图7-29所示。所示。n薄板磨削时，可用环氧树脂粘贴在磨床工作台面上，代替薄板磨削时
44、，可用环氧树脂粘贴在磨床工作台面上，代替电磁工作台吸紧。电磁工作台吸紧。n如图如图7-30所示。所示。图图7-29图图7-30n（四）工艺系统受热变形对加工精度的影响（四）工艺系统受热变形对加工精度的影响n工艺系统在各种热源的影响下，将产生变形。从而工艺系统在各种热源的影响下，将产生变形。从而改变了各部件间的相对位置，造成加工误差。改变了各部件间的相对位置，造成加工误差。n1 1、工艺系统热源、工艺系统热源n1)1)切削热切削热n在加工过程中，切削层金属的变形、刀在加工过程中，切削层金属的变形、刀工、刀工、刀屑屑之间的摩擦，将会产生大量的热。这些热量传入工之间的摩擦，将会产生大量的热。这些热量
45、传入工件和刀具，并由切屑和冷却液带到机床的其它部位，件和刀具，并由切屑和冷却液带到机床的其它部位，形成次生热源。形成次生热源。n2 2）摩擦热）摩擦热n机床在工作状态下，各运动副，如齿轮副，丝杠机床在工作状态下，各运动副，如齿轮副，丝杠丝母、导轨副之间的相对运动，由于摩擦的存在，丝母、导轨副之间的相对运动，由于摩擦的存在，均要产生摩擦热。均要产生摩擦热。n3 3）环境温度及幅射热）环境温度及幅射热n环境温度：冬、夏，白天、夜晚及室内不同位置环境温度：冬、夏，白天、夜晚及室内不同位置将会产生温差变化。将会产生温差变化。n幅射热：日光、灯光、取暖设备、人体均会产生幅射热：日光、灯光、取暖设备、人体
46、均会产生幅射热。幅射热。n2 2、热变形引起的加工误差、热变形引起的加工误差n1 1）工件热变形引起的加工误差）工件热变形引起的加工误差n工件均匀受热，将引起工件体积的均匀膨胀。如轴工件均匀受热，将引起工件体积的均匀膨胀。如轴零件均匀受热。轴向伸长为：零件均匀受热。轴向伸长为：L=L=L Ltt 径向变形为：径向变形为：d=d=d dtt 式中式中:-:-工件材料的线膨胀系数。工件材料的线膨胀系数。tt-工件的温升。工件的温升。n工件受热不均，如磨削板类零件的上平面，由于工工件受热不均，如磨削板类零件的上平面，由于工件单面受热，就会在磨削过程中产生向上的翘曲变形件单面受热，就会在磨削过程中产生
47、向上的翘曲变形yy，磨削后冷却则造成中凹的形状误差。其中凹量磨削后冷却则造成中凹的形状误差。其中凹量的大小，可根据下图的大小，可根据下图7-317-31所示的几何关系求出。所示的几何关系求出。n由于中心角由于中心角很小，故中性层的弦长可近似为原长很小，故中性层的弦长可近似为原长L，于是于是n作作AE/CD，BE可近似等于可近似等于L的热伸长量的热伸长量L，则则BE L =(2-1)L=L84sin2LLyHLLHLABBE88,图图7-31n机床热变形引起的加工误差机床热变形引起的加工误差n对于车床，由于主轴箱各轴系部件轴承、传动副的对于车床，由于主轴箱各轴系部件轴承、传动副的摩擦热及油池发热
48、，将造成主轴的抬高及倾斜；摩擦热及油池发热，将造成主轴的抬高及倾斜；n对于大型机床，如导轨磨床，龙门铣床若床身上面对于大型机床，如导轨磨床，龙门铣床若床身上面温度升高，将使床身产生弯曲变形，呈中凸形，在温度升高，将使床身产生弯曲变形，呈中凸形，在被加工零件上产生形状误差。被加工零件上产生形状误差。n3 3）刀具热变形引起的加工误差）刀具热变形引起的加工误差n在切削加工过程中，传入刀具的热量虽然很少，但在切削加工过程中，传入刀具的热量虽然很少，但刀具的体积小，热容量小，故有相当程度的温升，刀具的体积小，热容量小，故有相当程度的温升，引起刀具的热伸长并造成加工误差。引起刀具的热伸长并造成加工误差。
49、n以车刀为例，开始时刀具的热伸长量增长较快，随以车刀为例，开始时刀具的热伸长量增长较快，随后趋缓，最后达到热平衡。伸长量由下式计算：后趋缓，最后达到热平衡。伸长量由下式计算：)()()1(maxmaxstmmectt切削时间长量车刀达到热平衡时的伸nt tc c时间常数（时间常数（s s）,其值与刀具质量其值与刀具质量m m、比热比热c c、截截面面积面面积A A及表面放热系数及表面放热系数ss有关。根据实验有关。根据实验t tc c=180-=180-360 s-360 s。由于刀具在切削过程中磨损的存在，与热伸长量由于刀具在切削过程中磨损的存在，与热伸长量基本抵消，总体对加工精度影响不大。
50、基本抵消，总体对加工精度影响不大。n4 4）环境温度的影响）环境温度的影响环境温度对一般精度的加工来讲影响不大，而对于环境温度对一般精度的加工来讲影响不大，而对于精密加工其影响则不可忽视。因此，坐标镗床、精精密加工其影响则不可忽视。因此，坐标镗床、精密磨床均安装在恒温车间，以减少环境温度变化对密磨床均安装在恒温车间，以减少环境温度变化对机床精度的影响而产生的加工误差。机床精度的影响而产生的加工误差。n3 3、减少工艺系统热变形的措施、减少工艺系统热变形的措施n1 1）在结构上采取措施）在结构上采取措施n（1 1）注意结构的对称性，在变速箱的结构中，注）注意结构的对称性，在变速箱的结构中，注意传
