1、第四章第四章 机械加工精度及表面质量分析机械加工精度及表面质量分析第一节第一节 机械加工精度概述机械加工精度概述 第二节第二节 影响加工误差的因素影响加工误差的因素 第三节第三节 加工误差的统计分析加工误差的统计分析 第四节第四节 提高加工精度的途径提高加工精度的途径 第五节第五节 机械加工后的表面质量机械加工后的表面质量第六节第六节 机械加工后的表面粗糙度和表面层机械加工后的表面粗糙度和表面层物理机械性能的影响因素物理机械性能的影响因素 第七节第七节 控制加工表面质量的工艺途径控制加工表面质量的工艺途径 第一节第一节 机械加工精度概述机械加工精度概述 一、加工精度一、加工精度1、加工精度是指
2、零件加工后的实际几何参数、加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数的符（尺寸、形状和位置）与理想几何参数的符合程度。符合程度越高，加工精度越高。一合程度。符合程度越高，加工精度越高。一般机械加工精度是在零件工作图上给定的，般机械加工精度是在零件工作图上给定的，其包括：其包括：1）尺寸精度：加工后零件的实际尺寸与零尺寸精度：加工后零件的实际尺寸与零件理想尺寸相符的程度。件理想尺寸相符的程度。2）形状精度：加工后零件的实际形状与零形状精度：加工后零件的实际形状与零件理想形状相符的程度。件理想形状相符的程度。3）位置精度：加工后零件的实际位置与零位置精度：加工后零件的实
3、际位置与零件理想位置相符的程度。件理想位置相符的程度。2、获得加工精度的方法：、获得加工精度的方法：1）试切法：即试切试切法：即试切-测量测量-再试切再试切-直至测直至测量结果达到图纸给定要求的方法。如图量结果达到图纸给定要求的方法。如图a2）定尺寸刀具法：用刀具的相应尺寸来保定尺寸刀具法：用刀具的相应尺寸来保证加工表面的尺寸。如证加工表面的尺寸。如:孔加工、成形刀具孔加工、成形刀具3）调整法：按零件规定的尺寸预先调整好调整法：按零件规定的尺寸预先调整好刀具与工件的相对位置来保证加工表面尺寸刀具与工件的相对位置来保证加工表面尺寸的方法。如图的方法。如图b 3、加工误差：实际加工不可能做得与理想
4、零、加工误差：实际加工不可能做得与理想零件完全一致，总会有大小不同的偏差，零件件完全一致，总会有大小不同的偏差，零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度，称为加工误差。加工误差的大小表离程度，称为加工误差。加工误差的大小表示了加工精度的高低。示了加工精度的高低。生产实际中用控制加工误差的方法来保证加生产实际中用控制加工误差的方法来保证加工精度。工精度。4、误差的敏感方向：误差的敏感方向：加工误差对加工精度加工误差对加工精度影响最大的方向，为误差的敏感方向。影响最大的方向，为误差的敏感方向。例如：车削外圆柱面，加工误差敏感方向为例如：车削外圆柱面，加
5、工误差敏感方向为外圆的直径方向。外圆的直径方向。二、加工经济精度二、加工经济精度 由于在加工过程中有很多因素影响加工由于在加工过程中有很多因素影响加工精度，所以同一种加工方法在不同的工作条精度，所以同一种加工方法在不同的工作条件下所能达到的精度是不同的。任何一种加件下所能达到的精度是不同的。任何一种加工方法，只要精心操作，细心调整，并选用工方法，只要精心操作，细心调整，并选用合适的切削参数进行加工，都能使加工精度合适的切削参数进行加工，都能使加工精度得到较大的提高，但这样会降低生产率，增得到较大的提高，但这样会降低生产率，增加加工成本。加工误差加加工成本。加工误差与加工成本与加工成本C成反比成
6、反比关系。某种加工方法的加工经济精度不应理关系。某种加工方法的加工经济精度不应理解为某一个确定值，而应理解为一个范围，解为某一个确定值，而应理解为一个范围，在这个范围内都可以说是经济的。在这个范围内都可以说是经济的。三、研究机械加工精度的方法三、研究机械加工精度的方法因素分析法和统计因素分析法和统计分析法。分析法。因素分析法：通过分析、计算或实验、测试等方因素分析法：通过分析、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。一般法，研究某一确定因素对加工精度的影响。一般不考虑其它因素的同时作用，主要是分析各项误不考虑其它因素的同时作用，主要是分析各项误差单独的变化规律；差单独的变化规
7、律；统计分析法：运用数理统计方法对生产中一批工统计分析法：运用数理统计方法对生产中一批工件的实测结果进行数据处理，用以控制工艺过程件的实测结果进行数据处理，用以控制工艺过程的正常进行。主要是研究各项误差综合的变化规的正常进行。主要是研究各项误差综合的变化规律，只适合于大批、大量的生产条件。律，只适合于大批、大量的生产条件。四、原始误差四、原始误差 由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺系统（简称工艺系统）会有各种各样的工工艺系统（简称工艺系统）会有各种各样的误差产生，这些误差在各种不同的具体工作条误差产生，这些误差在各种不同的具体工作条件下都会以各种不同
8、的方式（或扩大、或缩小）件下都会以各种不同的方式（或扩大、或缩小）反映为工件的加工误差。反映为工件的加工误差。工艺系统中凡是能直接引起加工误差的因素都工艺系统中凡是能直接引起加工误差的因素都称为原始误差。工艺系统的原始误差主要有：称为原始误差。工艺系统的原始误差主要有：1、加工前的误差（原理误差、调整误差、工、加工前的误差（原理误差、调整误差、工艺系统的几何误差、定位误差）艺系统的几何误差、定位误差）2、加工过程中的误差（工艺系统的受力变形、加工过程中的误差（工艺系统的受力变形引起的加工误差、工艺系统的受热变形引起的引起的加工误差、工艺系统的受热变形引起的加工误差）加工误差）3、加工后的误差（
9、工件内应力重新分布引起、加工后的误差（工件内应力重新分布引起的变形以及测量误差）等。的变形以及测量误差）等。第二节第二节 影响加工误差的因素影响加工误差的因素 一、加工前的误差（原理误差、机床调整误差、定位一、加工前的误差（原理误差、机床调整误差、定位误差、工艺系统的几何误差）误差、工艺系统的几何误差）（一）、（一）、加工原理误差：加工原理误差：定义：由于采用近似的加工运动或近似的刀具轮廓定义：由于采用近似的加工运动或近似的刀具轮廓所产生的加工误差，为加工原理误差。所产生的加工误差，为加工原理误差。（1）采用近似的刀具轮廓形状：采用近似的刀具轮廓形状：例如：模数铣刀例如：模数铣刀铣齿轮。铣齿轮
10、。（2）采用近似的加工运动：采用近似的加工运动：例如：车削蜗杆时，例如：车削蜗杆时，由于蜗杆螺距由于蜗杆螺距Pg=m，而，而=3.1415926，是无理数，是无理数，所以螺距值只能用近似值代替。因而，刀具与工件所以螺距值只能用近似值代替。因而，刀具与工件之间的螺旋轨迹是近似的加工运动。之间的螺旋轨迹是近似的加工运动。在曲线或曲面的数控加工中，刀具相对于在曲线或曲面的数控加工中，刀具相对于工件的成形运动是近似的；又如滚齿用的齿轮滚工件的成形运动是近似的；又如滚齿用的齿轮滚刀有两种误差：一是为了制造方便，采用阿基米刀有两种误差：一是为了制造方便，采用阿基米德蜗杆或法向直廓蜗杆代替渐开线基本蜗杆而产
11、德蜗杆或法向直廓蜗杆代替渐开线基本蜗杆而产生的刀刃齿廓形误差；二是由于滚刀刀齿有限，生的刀刃齿廓形误差；二是由于滚刀刀齿有限，实际上加工出的齿形是条由微小折线段组成的曲实际上加工出的齿形是条由微小折线段组成的曲线，和理论上的光滑渐开线有差异，从而产生加线，和理论上的光滑渐开线有差异，从而产生加工原理误差。工原理误差。采用近似的成形运动或近似的刀刃轮廓，采用近似的成形运动或近似的刀刃轮廓，虽然会带来加工原理误差，但往往可简化机床结虽然会带来加工原理误差，但往往可简化机床结构或刀具形状，提高生产效率，且能得到满足要构或刀具形状，提高生产效率，且能得到满足要求的加工精度。因此，只要这种方法产生的误差
12、求的加工精度。因此，只要这种方法产生的误差不超过规定的精度要求，在生产中仍能得到广泛不超过规定的精度要求，在生产中仍能得到广泛的应用。的应用。（二）（二）机床调整误差：机床调整误差：机床调整：是指使刀具的切削刃与定位机床调整：是指使刀具的切削刃与定位基准保持正确位置的过程。基准保持正确位置的过程。（1）进给机构的调整误差：主要指进刀进给机构的调整误差：主要指进刀位置误差；位置误差；（2）定位元件的位置误差：使工件与机定位元件的位置误差：使工件与机床之间的位置不正确，而产生误差；床之间的位置不正确，而产生误差；（3）模板（或样板）的制造误差：使对模板（或样板）的制造误差：使对刀不准确。刀不准确。
13、（三）（三）装夹误差：装夹误差：定义：工件在装夹过程中产生的误差，为装定义：工件在装夹过程中产生的误差，为装夹误差。夹误差。装夹误差包括装夹误差包括定位误差定位误差和和夹紧误差夹紧误差。定位误差是指一批工件采用调整法加工时因定位误差是指一批工件采用调整法加工时因定位不正确而引起的尺寸或位置的最大变动定位不正确而引起的尺寸或位置的最大变动量。定位误差由量。定位误差由基准不重合误差和定位副制基准不重合误差和定位副制造不准确误差造不准确误差造成。造成。1、基准不重合误差、基准不重合误差 在零件图上用来确定某一表面尺寸、位在零件图上用来确定某一表面尺寸、位置所依据的基准称为设计基准。置所依据的基准称为
14、设计基准。在工序图上用来确定本工序被加工表面在工序图上用来确定本工序被加工表面加工后的尺寸、位置所依据的基准称为工序加工后的尺寸、位置所依据的基准称为工序基准。基准。一般情况下，工序基准应与设计基准重一般情况下，工序基准应与设计基准重合。在机床上对工件进行加工时，须选择工合。在机床上对工件进行加工时，须选择工件上若干几何要素作为加工（或测量）时的件上若干几何要素作为加工（或测量）时的定位基准（或测量基准），如果所选用的定定位基准（或测量基准），如果所选用的定位基准（或测量基准）与设计基准不重合，位基准（或测量基准）与设计基准不重合，就会产生基准不重合误差。就会产生基准不重合误差。基准不重合误差
15、基准不重合误差等于定位基准相对于设计基准在工序尺寸方等于定位基准相对于设计基准在工序尺寸方向上的最大变动量（公差）。向上的最大变动量（公差）。图示零件，设图示零件，设e面已加工好，今在铣床上用调整面已加工好，今在铣床上用调整法加工法加工f面和面和g面。在加工面。在加工f面时若选面时若选e面为定位基准，面为定位基准，则则f面的设计基准和定位基准都是面的设计基准和定位基准都是e面，基准重合，面，基准重合，没有基准不重合误差，尺寸没有基准不重合误差，尺寸A的制造公差为的制造公差为TA。加工加工g面时，定位基准有两种不同的选择方案，面时，定位基准有两种不同的选择方案，一种方案（方案一种方案（方案）加工
16、时选用）加工时选用f面作为定位基准，面作为定位基准，定位基准与设计基准重合，没有基准不重合误差，定位基准与设计基准重合，没有基准不重合误差，尺寸尺寸B的制造公差为的制造公差为TB；但这种定位方式的夹具结；但这种定位方式的夹具结构复杂，夹紧力的作用方向与铣削力方向相反，不构复杂，夹紧力的作用方向与铣削力方向相反，不够合理，操作也不方便。够合理，操作也不方便。另一种方案（方案另一种方案（方案）是选用）是选用e面作为定位基准面作为定位基准来加工来加工g面，此时，工序尺寸面，此时，工序尺寸C是直接得到的，尺寸是直接得到的，尺寸B是间接得到的，由于定位基准是间接得到的，由于定位基准e与设计基准与设计基准
17、f不重合不重合而给而给g面加工带来的基准不重合误差等于设计基准面加工带来的基准不重合误差等于设计基准f面相对于定位基准面相对于定位基准e面在尺寸面在尺寸B方向上的最大变动量方向上的最大变动量TA。定位基准与设计基准不重合时所产生的基准不定位基准与设计基准不重合时所产生的基准不重合误差，只有在采用调整法加工时才会产生，在重合误差，只有在采用调整法加工时才会产生，在试切法加工中不会产生。试切法加工中不会产生。2、定位副制造不准确误差、定位副制造不准确误差 工件在夹具中的正确位置是由夹具上的定位元件工件在夹具中的正确位置是由夹具上的定位元件来确定的。夹具上的定位元件不可能按基本尺寸制来确定的。夹具上
18、的定位元件不可能按基本尺寸制造得绝对准确，它们的实际尺寸（或位置）都允许造得绝对准确，它们的实际尺寸（或位置）都允许在分别规定的公差范围内变动。同时，工件上的定在分别规定的公差范围内变动。同时，工件上的定位基准面也会有制造误差。工件定位面与夹具定位位基准面也会有制造误差。工件定位面与夹具定位元件共同构成定位副，元件共同构成定位副，由于定位副制造得不准确和由于定位副制造得不准确和定位副间的配合间隙引起的工件最大位置变动量，定位副间的配合间隙引起的工件最大位置变动量，称为定位副制造不准确误差。称为定位副制造不准确误差。如图所示工件的孔装夹在水平放置的心轴上如图所示工件的孔装夹在水平放置的心轴上铣削
19、平面，要求保证尺寸铣削平面，要求保证尺寸h，由于定位基准与设，由于定位基准与设计基准重合，故无基准不重合误差；但由于工件计基准重合，故无基准不重合误差；但由于工件的定位基面（内孔的定位基面（内孔D）和夹具定位元件（心轴）和夹具定位元件（心轴d1）皆有制造误差，如果心轴制造得刚好为皆有制造误差，如果心轴制造得刚好为d1min，而工件得内孔刚好为而工件得内孔刚好为Dmax（如图示），当工件（如图示），当工件在水平放置得心轴上定位时，工件内孔与心轴在在水平放置得心轴上定位时，工件内孔与心轴在P点接触，工件实际内孔中心的最大下移量点接触，工件实际内孔中心的最大下移量ab（Dmaxd1min）/2，ab
20、就是定位副制造不就是定位副制造不准确而引起的误差。准确而引起的误差。基准不重合误差的方向和定位副制造基准不重合误差的方向和定位副制造不准确误差的方向可能不相同，定位误不准确误差的方向可能不相同，定位误差取为基准不重合误差和定位副制造不差取为基准不重合误差和定位副制造不准确误差的矢量和。准确误差的矢量和。（四）工艺系统几何误差（四）工艺系统几何误差 1 1、机床的几何误差、机床的几何误差 加工中刀具相对于工件的成形运动一般加工中刀具相对于工件的成形运动一般都是通过机床完成的，因此，工件的加工都是通过机床完成的，因此，工件的加工精度在很大程度上取决于机床的精度。精度在很大程度上取决于机床的精度。机
21、床制造误差对工件加工精度影响较机床制造误差对工件加工精度影响较大的有：大的有：主轴回转误差、导轨误差和传动主轴回转误差、导轨误差和传动链误差链误差。机床的磨损将使机床工作精度下。机床的磨损将使机床工作精度下降。降。（1 1）主轴回转误差）主轴回转误差 机床主轴是装夹工件或刀具的基准，并机床主轴是装夹工件或刀具的基准，并将运动和动力传给工件或刀具，主轴回转误将运动和动力传给工件或刀具，主轴回转误差将直接影响被加工工件的精度。差将直接影响被加工工件的精度。主轴回转误差是指主轴各瞬间的实际回主轴回转误差是指主轴各瞬间的实际回转轴线相对其平均回转轴线的变动量。它可转轴线相对其平均回转轴线的变动量。它可
22、分解为分解为径向圆跳动、轴向窜动和角度摆动径向圆跳动、轴向窜动和角度摆动三三种基本形式。种基本形式。产生产生主轴径向回转误差主轴径向回转误差的主要原因有：的主要原因有：主轴几段轴颈的同轴度误差、轴承本身的各主轴几段轴颈的同轴度误差、轴承本身的各种误差、轴承之间的同轴度误差、主轴绕度种误差、轴承之间的同轴度误差、主轴绕度等。但它们对主轴径向回转精度的影响大小等。但它们对主轴径向回转精度的影响大小随加工方式的不同而不同。随加工方式的不同而不同。采用滑动轴承时主轴的径向圆跳动采用滑动轴承时主轴的径向圆跳动 譬如，在采用滑动轴承结构为主轴的车床上车削外圆时，譬如，在采用滑动轴承结构为主轴的车床上车削外
23、圆时，切削力切削力F的作用方向可认为大体上时不变的，见图的作用方向可认为大体上时不变的，见图a，在切削，在切削力力F的作用下，主轴颈以不同的部位和轴承内径的某一固定部的作用下，主轴颈以不同的部位和轴承内径的某一固定部位相接触，此时主轴颈的圆度误差对主轴径向回转精度影响位相接触，此时主轴颈的圆度误差对主轴径向回转精度影响较大，而轴承内径的圆度误差对主轴径向回转精度的影响则较大，而轴承内径的圆度误差对主轴径向回转精度的影响则不大；不大；在镗床上镗孔时，由于切削力在镗床上镗孔时，由于切削力F的作用方的作用方向随着主轴的回转而回转，在切削力向随着主轴的回转而回转，在切削力F的作用的作用下，主轴总是以其
24、轴颈某一固定部位与轴承内下，主轴总是以其轴颈某一固定部位与轴承内表面的不同部位接触，因此，轴承内表面的圆表面的不同部位接触，因此，轴承内表面的圆度误差对主轴径向回转精度影响较大，而主轴度误差对主轴径向回转精度影响较大，而主轴颈圆度误差的影响则不大。图中的颈圆度误差的影响则不大。图中的d表示径向表示径向跳动量。跳动量。产生产生轴向窜动轴向窜动的主要原因是主轴轴肩端面和的主要原因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。轴承承载端面对主轴回转轴线有垂直度误差。不同的加工方法，主轴回转误差所引起的的不同的加工方法，主轴回转误差所引起的的加工误差也不同。主轴回转误差产生的加工加工误差也不
25、同。主轴回转误差产生的加工误差误差:1）径向跳动：影响工件圆度；径向跳动：影响工件圆度；2）轴向窜动：影响轴向尺寸，加工螺纹时轴向窜动：影响轴向尺寸，加工螺纹时影响螺距值；影响螺距值；3）角度摆动：影响圆柱度角度摆动：影响圆柱度；提高主轴回转精度的措施：提高主轴回转精度的措施：主要是要消除轴承的间隙主要是要消除轴承的间隙;适当提高主轴适当提高主轴及箱体的制造精度，选用高精度的轴承，及箱体的制造精度，选用高精度的轴承，提高主轴部件的装配精度，对高速主轴提高主轴部件的装配精度，对高速主轴部件进行平衡，对滚动轴承进行预紧等，部件进行平衡，对滚动轴承进行预紧等，均可提高机床主轴的回转精度。均可提高机床
26、主轴的回转精度。（2 2）导轨误差）导轨误差导轨是机床上确定各机床部件相对位置关系的基准，导轨是机床上确定各机床部件相对位置关系的基准，也是机床运动的基准。车床导轨的精度要求主要有也是机床运动的基准。车床导轨的精度要求主要有以下三个方面：以下三个方面：在水平面内的直线度；在垂直面内在水平面内的直线度；在垂直面内的直线度；前后导轨的平行度（扭曲）。的直线度；前后导轨的平行度（扭曲）。a）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：卧式车床导轨在：卧式车床导轨在水平面内的直线度误差水平面内的直线度误差1将直接反映在被加工工件将直接反映在被加工工件表面的法线方向（加工误差的敏感方向）上，对
27、加表面的法线方向（加工误差的敏感方向）上，对加工精度的影响最大。工精度的影响最大。b）导轨在垂直平面内的直线度误差导轨在垂直平面内的直线度误差：卧式车床：卧式车床导轨在垂直面内的直线度误差导轨在垂直面内的直线度误差2可引起被加工可引起被加工工件的形状误差和尺寸误差。但工件的形状误差和尺寸误差。但2对加工精度对加工精度的影响要比的影响要比1小得多。由上图小得多。由上图2可知若因可知若因2而而使刀尖由使刀尖由a下降至下降至b，不难推得工件半径，不难推得工件半径R的变化的变化量。量。c)前后导轨存在平行度误差（扭曲）前后导轨存在平行度误差（扭曲）时，刀架运时，刀架运动时会产生摆动，刀尖的运动轨迹是一
28、条空间曲动时会产生摆动，刀尖的运动轨迹是一条空间曲线，使工件产生形状误差。由图可见，当前后导线，使工件产生形状误差。由图可见，当前后导轨有了扭曲误差轨有了扭曲误差3之后，由几何关系可求得之后，由几何关系可求得y（H/B）3。一般车床的。一般车床的H/B2/3，外圆磨，外圆磨床的床的H/B1，车床和外圆磨床前后导轨的平行度，车床和外圆磨床前后导轨的平行度误差对加工精度的影响很大。误差对加工精度的影响很大。d）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：若车床与主轴回转轴线在水平面内有平行度误车床与主轴回转轴线在水平面内有平行度误差，车出的内外圆柱面就产生锥度；若车床差，车出
29、的内外圆柱面就产生锥度；若车床与主轴回转轴线在垂直面内有平行度误差，与主轴回转轴线在垂直面内有平行度误差，则圆柱面成双曲回转体。因是非误差敏感方则圆柱面成双曲回转体。因是非误差敏感方向，故可略。向，故可略。除了导轨本身的制造误差外，导轨的不均匀除了导轨本身的制造误差外，导轨的不均匀磨损和安装质量，也使造成导轨误差的重要磨损和安装质量，也使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因素。导轨磨损是机床精度下降的主要原因之一。之一。（3 3）传动链误差）传动链误差 传动链误差是指机床内联系传动链始末两端传传动链误差是指机床内联系传动链始末两端传动元件间相对运动的误差。一般用传动链末端
30、元件动元件间相对运动的误差。一般用传动链末端元件的转角误差来衡量。的转角误差来衡量。内联系传动链：内联系传动链：两端件之间的相对运动量有严格两端件之间的相对运动量有严格要求的传动链，为内联系传动链。要求的传动链，为内联系传动链。例如：车削螺例如：车削螺纹的加工，主轴与刀架的相对运动关系不能严格保纹的加工，主轴与刀架的相对运动关系不能严格保证时，将直接影响螺距的精度。证时，将直接影响螺距的精度。减少传动链传动误差的措施：减少传动链传动误差的措施：1）减少传动件的数目，缩短传动链：传动元件越减少传动件的数目，缩短传动链：传动元件越少，传动累积误差就越小，传动精度就少，传动累积误差就越小，传动精度就
31、 越高。越高。2）传动比越小，传动元件的误差对传动精度的影传动比越小，传动元件的误差对传动精度的影响就越小：特别是传动链尾端的传动元件的传动比响就越小：特别是传动链尾端的传动元件的传动比越小，传动链的传动精度就越高。越小，传动链的传动精度就越高。2 2、刀具的几何误差、刀具的几何误差 刀具误差对加工精度的影响随刀具种类的不同而刀具误差对加工精度的影响随刀具种类的不同而不同。不同。采用定尺寸刀具、成形刀具、展成刀具加工时，采用定尺寸刀具、成形刀具、展成刀具加工时，刀具的制造误差会直接影响工件的加工精度；而刀具的制造误差会直接影响工件的加工精度；而对一般刀具（如车刀等），其制造误差对工件加对一般刀
32、具（如车刀等），其制造误差对工件加工精度无直接影响。工精度无直接影响。任何刀具在切削过程中，都不可避免地要产生磨任何刀具在切削过程中，都不可避免地要产生磨损，并由此引起工件尺寸和形状地改变。正确地损，并由此引起工件尺寸和形状地改变。正确地选用刀具材料和选用新型耐磨地刀具材料，合理选用刀具材料和选用新型耐磨地刀具材料，合理地选用刀具几何参数和切削用量，正确地刃磨刀地选用刀具几何参数和切削用量，正确地刃磨刀具，正确地采用冷却液等，均可有效地减少刀具具，正确地采用冷却液等，均可有效地减少刀具的尺寸磨损。的尺寸磨损。必要时还可采用补偿装置对刀具尺寸磨损进行自必要时还可采用补偿装置对刀具尺寸磨损进行自动
33、补偿。动补偿。、夹具的几何误差夹具的几何误差 夹具的作用时使工件相当于刀具和机床夹具的作用时使工件相当于刀具和机床具有正确的位置，因此夹具的制造误差对工具有正确的位置，因此夹具的制造误差对工件的加工精度（特别是位置精度）有很大影件的加工精度（特别是位置精度）有很大影响。响。夹具误差包括：夹具误差包括：（1）夹具各元件之间的位置误差；夹具各元件之间的位置误差；（2）夹具中各定位元件的磨损。夹具中各定位元件的磨损。如图钻床夹具中，钻套轴心线如图钻床夹具中，钻套轴心线f至夹具定位平面至夹具定位平面c间的距离误差，间的距离误差，影响工件孔影响工件孔a至底面至底面B尺寸尺寸L的精度；的精度；钻套轴心线钻
34、套轴心线f至夹具定位平面至夹具定位平面c间的平行度误差，间的平行度误差，影响工件孔轴心线影响工件孔轴心线a至底面至底面B的平行度；的平行度；夹具定位平面夹具定位平面c与夹具体底面与夹具体底面d的垂直度误差，的垂直度误差，影响工件孔轴心线影响工件孔轴心线a与底面与底面B间的尺寸精度和平行度；间的尺寸精度和平行度；钻套孔的直径误差亦将影响工件孔钻套孔的直径误差亦将影响工件孔a至底面至底面B的尺寸精度和平行度。的尺寸精度和平行度。二、二、加工过程中存在的误差：加工过程中存在的误差：（一）工艺系统受力变形引起的误差（一）工艺系统受力变形引起的误差 1 1、工艺系统刚度、工艺系统刚度k k系系 机械加工
35、工艺系统在机械加工工艺系统在切削力、夹紧力、惯性力、切削力、夹紧力、惯性力、重力、传动力重力、传动力等的作用下，会产生相应的变形，从等的作用下，会产生相应的变形，从而破坏了刀具和工件之间的正确的相对位置，使工而破坏了刀具和工件之间的正确的相对位置，使工件的加工精度下降。件的加工精度下降。如图如图a示，车细长轴时，工件在切削力的作用示，车细长轴时，工件在切削力的作用下会发生变形，使加工出的轴出现中间粗两头细的下会发生变形，使加工出的轴出现中间粗两头细的情况；又如在内圆磨床上进行切入式磨孔时，如图情况；又如在内圆磨床上进行切入式磨孔时，如图b，由于内圆磨头轴比较细，磨削时因磨头轴受力，由于内圆磨头
36、轴比较细，磨削时因磨头轴受力变形，而使工件孔呈锥形。变形，而使工件孔呈锥形。工艺系统刚度工艺系统刚度k系系:垂直作用于工件加垂直作用于工件加工表面（加工误差敏感方向）的径向切工表面（加工误差敏感方向）的径向切削分力削分力Fy与工艺系统在该方向上的变形与工艺系统在该方向上的变形y之间的比值，称为工艺系统刚度之间的比值，称为工艺系统刚度k系系,k系系=Fy/y式中的变形式中的变形y不只是由径向切削不只是由径向切削分力分力Fy所引起，垂直切削分力所引起，垂直切削分力Fz与走刀与走刀方向切削分力方向切削分力Fx也会使工艺系统在也会使工艺系统在y方向方向产生变形，故产生变形，故 y=yFx+yFy+yF
37、z 2 2、工件刚度、工件刚度 工艺系统中如果工件刚度相对于机床、刀具、工艺系统中如果工件刚度相对于机床、刀具、夹具来说比较低，在切削力的作用下，工件由夹具来说比较低，在切削力的作用下，工件由于刚度不足而引起的变形对加工精度的影响就于刚度不足而引起的变形对加工精度的影响就比较大，其最大变形量可按材料力学（简支梁比较大，其最大变形量可按材料力学（简支梁或悬臂梁）有关公式估算。或悬臂梁）有关公式估算。3 3、刀具刚度、刀具刚度 外圆车刀在加工表面法线（外圆车刀在加工表面法线（y）方向上的）方向上的刚度很大，其变形可以忽略不计。刚度很大，其变形可以忽略不计。镗直径较小的内孔，刀杆刚度很差，刀杆镗直径
38、较小的内孔，刀杆刚度很差，刀杆受力变形对孔加工精度就有很大影响。刀杆变受力变形对孔加工精度就有很大影响。刀杆变形也可以按材料力学有关公式估算。形也可以按材料力学有关公式估算。4 4、机床部件刚度、机床部件刚度 1）机床部件刚度）机床部件刚度 机床部件由许多零件组成，机床部件刚度迄机床部件由许多零件组成，机床部件刚度迄今尚无合适的简易计算方法，目前主要还是今尚无合适的简易计算方法，目前主要还是用实验方法来测定机床部件刚度。分析实验用实验方法来测定机床部件刚度。分析实验曲线可知，机床部件刚度具有以下特点：曲线可知，机床部件刚度具有以下特点：（1）变形与载荷不成线性关系；）变形与载荷不成线性关系；（
39、2）加载曲线和卸载曲线不重合，卸载曲线）加载曲线和卸载曲线不重合，卸载曲线滞后于加载曲线。两曲线线间所包容的面积滞后于加载曲线。两曲线线间所包容的面积就是加载和卸载循环中所损耗的能量，它消就是加载和卸载循环中所损耗的能量，它消耗于摩擦力所作的功和接触变形功；耗于摩擦力所作的功和接触变形功；（3）第一次卸载后，变形恢复不到第一次加载）第一次卸载后，变形恢复不到第一次加载的起点，这说明有残余变形存在，经多次加载卸的起点，这说明有残余变形存在，经多次加载卸载后，加载曲线起点才和卸载曲线终点重合，残载后，加载曲线起点才和卸载曲线终点重合，残余变形才逐渐减小到零；余变形才逐渐减小到零；（4）机床部件的实
40、际刚度远比我们按实验估算）机床部件的实际刚度远比我们按实验估算的要小。的要小。2）影响机床部件刚度的因素）影响机床部件刚度的因素（1）结合面接触变形的影响）结合面接触变形的影响（2）摩擦力的影响）摩擦力的影响（3）低刚度零件的影响）低刚度零件的影响（4）间隙的影响）间隙的影响 5 5、工艺系统刚度及其对加工精度的影响、工艺系统刚度及其对加工精度的影响 在机械加工过程中，机床、夹具、刀具和工在机械加工过程中，机床、夹具、刀具和工件在切削力作用下，都将分别产生变形件在切削力作用下，都将分别产生变形y机机、y夹夹、y刀刀、y工工，致使刀具和被加工表面的相对，致使刀具和被加工表面的相对位置发生变化，使
41、工件产生加工误差。工艺位置发生变化，使工件产生加工误差。工艺系统刚度的倒数等于其各组成部分刚度的倒系统刚度的倒数等于其各组成部分刚度的倒数和。数和。工艺系统刚度对加工精度的影响主要有以下几种工艺系统刚度对加工精度的影响主要有以下几种情况：情况：1)由于工艺系统刚度变化引起的误差由于工艺系统刚度变化引起的误差工艺系统的刚度随受力点位置的变化而变化。工艺系统的刚度随受力点位置的变化而变化。例例如：用三爪卡盘夹紧工件车削外圆的加工，如：用三爪卡盘夹紧工件车削外圆的加工，随悬随悬臂长度的增加，刚度将越来越小。因而，臂长度的增加，刚度将越来越小。因而，车出的车出的外圆将呈锥形。外圆将呈锥形。2)由于切削
42、力变化引起的误差由于切削力变化引起的误差 加工过程中，由于工件的加工余量发生变化、工加工过程中，由于工件的加工余量发生变化、工件材质不均等因素引起的切削力变化，使工艺系件材质不均等因素引起的切削力变化，使工艺系统变形发生变化，从而产生加工误差。统变形发生变化，从而产生加工误差。若毛坯若毛坯A有椭圆形状误差（如图）。让刀具调整到图上双点划有椭圆形状误差（如图）。让刀具调整到图上双点划线位置，由图可知，在毛坯椭圆长轴方向上的背吃刀量为线位置，由图可知，在毛坯椭圆长轴方向上的背吃刀量为ap1，短轴方向上的背吃刀量为短轴方向上的背吃刀量为ap2。由于背吃刀量不同，切削力不。由于背吃刀量不同，切削力不同
43、，工艺系统产生的让刀变形也不同，对应于同，工艺系统产生的让刀变形也不同，对应于ap1产生的让刀产生的让刀变形为变形为y1，对应于，对应于ap2产生的让刀变形为产生的让刀变形为y2,故加工出来的工故加工出来的工件件B仍然存在椭圆形状误差。由于毛坯存在圆度误差仍然存在椭圆形状误差。由于毛坯存在圆度误差毛毛ap1-ap2，因而引起了工件的圆度误差，因而引起了工件的圆度误差工工y1-y2，且，且毛毛愈大，愈大，工愈大，这种现象称为加工过程中的工愈大，这种现象称为加工过程中的毛坯误差复映毛坯误差复映现象现象。工与工与毛之比值毛之比值称为误差复映系数，它是误差复映称为误差复映系数，它是误差复映程度的度量。
44、程度的度量。尺寸误差（包括尺寸分散）和形状误差都存在复映现象。如尺寸误差（包括尺寸分散）和形状误差都存在复映现象。如果我们知道了某加工工序的复映系数，就可以通过测量毛坯果我们知道了某加工工序的复映系数，就可以通过测量毛坯的误差值来估算加工后工件的误差值。的误差值来估算加工后工件的误差值。3)由于夹紧变形引起的误差由于夹紧变形引起的误差 工件在装夹过程中，如果工件刚度较低或工件在装夹过程中，如果工件刚度较低或夹紧力的方向和施力点选择不当，将引起工件夹紧力的方向和施力点选择不当，将引起工件变形，造成相应的加工误差。变形，造成相应的加工误差。特别是薄壁套、特别是薄壁套、薄板件，薄板件，夹紧力常常会引
45、起很显著的加工误差。夹紧力常常会引起很显著的加工误差。在夹紧前，薄壁套筒的内外圆是正圆形，用三爪在夹紧前，薄壁套筒的内外圆是正圆形，用三爪自定心卡盘夹紧后则薄壁套筒呈三棱形，如图自定心卡盘夹紧后则薄壁套筒呈三棱形，如图a所示；所示；镗孔后，薄壁套筒的内孔呈圆形，如图镗孔后，薄壁套筒的内孔呈圆形，如图b所示；松开卡所示；松开卡爪后，工件由于弹性恢复，使已镗圆的孔产生了三棱爪后，工件由于弹性恢复，使已镗圆的孔产生了三棱圆形的圆度误差，如图圆形的圆度误差，如图c所示。为了减少工件夹紧变形，所示。为了减少工件夹紧变形，提高加工精度，可以采取如下措施：增大接触面积，提高加工精度，可以采取如下措施：增大接
46、触面积，使各点受力均匀，如图使各点受力均匀，如图d所示为采用开口过渡环，图所示为采用开口过渡环，图e所示为采用专用卡爪；还可采用轴向夹紧或采用弹性所示为采用专用卡爪；还可采用轴向夹紧或采用弹性套筒夹紧。套筒夹紧。4)其它作用力的影响其它作用力的影响 如；机床自重（如：龙门铣和龙门如；机床自重（如：龙门铣和龙门刨床）刨床）6 6、减小工艺系统受力变形的途径、减小工艺系统受力变形的途径 由前面对工艺系统刚度的论述可知，若要减少工艺由前面对工艺系统刚度的论述可知，若要减少工艺系统变形，就应提高工艺系统刚度，减少切削力并系统变形，就应提高工艺系统刚度，减少切削力并压缩它们的变动幅值。具体如下：压缩它们
47、的变动幅值。具体如下：1）提高工艺系统刚度）提高工艺系统刚度（1）提高工件和刀具的刚度）提高工件和刀具的刚度:减小刀具、工件的悬减小刀具、工件的悬伸长度：以提高工艺系统的刚度；伸长度：以提高工艺系统的刚度；（2）减小机床间隙，提高机床刚度：采用预加载荷，）减小机床间隙，提高机床刚度：采用预加载荷，使有关配合产生预紧力，而消除间隙。使有关配合产生预紧力，而消除间隙。（3）采用合理的装夹方式和加工方式）采用合理的装夹方式和加工方式2）减小切削力及其变化）减小切削力及其变化合理地选择刀具材料，增大前角和主偏角，提高毛合理地选择刀具材料，增大前角和主偏角，提高毛坯制造精度、对工件材料进行合理的热处理以
48、改善坯制造精度、对工件材料进行合理的热处理以改善材料地加工性能等，都可使切削力减小。材料地加工性能等，都可使切削力减小。图所示为磨削薄板工件，当磁力将工件吸向工作台表图所示为磨削薄板工件，当磁力将工件吸向工作台表面时，工件将产生弹性变形（如图面时，工件将产生弹性变形（如图a、b所示）；磨完所示）；磨完后，由于弹性恢复，已磨完的表面又产生翘曲（如图后，由于弹性恢复，已磨完的表面又产生翘曲（如图c所示）。改进的办法是在工件和磁力吸盘之间垫橡皮所示）。改进的办法是在工件和磁力吸盘之间垫橡皮垫垫(厚厚)（如图（如图d、e所示），工件受作力作用，橡皮垫被所示），工件受作力作用，橡皮垫被压缩，减少了工件夹
49、紧的变形；再以磨好的一面作为压缩，减少了工件夹紧的变形；再以磨好的一面作为定位基准磨另一面。这样经过多次正反面交替磨削即定位基准磨另一面。这样经过多次正反面交替磨削即可得平面度较高的平面（如图可得平面度较高的平面（如图f所示）。所示）。（二）工艺系统受热变形引起的误差二）工艺系统受热变形引起的误差 工艺系统热变形对加工精度的影响比较大，特别是工艺系统热变形对加工精度的影响比较大，特别是在精密加工和大件加工中，由热变形所引起的加工在精密加工和大件加工中，由热变形所引起的加工误差有时可占工件总误差的误差有时可占工件总误差的40%70%。机床、刀具和工件受到各种热源的作用，温度会逐机床、刀具和工件受
50、到各种热源的作用，温度会逐渐升高，同时它们也通过各种传热方式向周围的物渐升高，同时它们也通过各种传热方式向周围的物质和空间散发热量。质和空间散发热量。当单位时间传入的热量与其散出的热量相等时，工当单位时间传入的热量与其散出的热量相等时，工艺系统就达到了热平衡状态。艺系统就达到了热平衡状态。1 1、工艺系统的热源、工艺系统的热源内部热源和外部热源内部热源和外部热源内部热源：如系统内部的摩擦热（由轴承副、齿轮内部热源：如系统内部的摩擦热（由轴承副、齿轮副等产生）、切削热等；副等产生）、切削热等；外部热源：如外部环境温度、阳光辐射等。外部热源：如外部环境温度、阳光辐射等。2 2、工艺系统受热变形引起
