1、第第6章章 机械加工精度影响因素及控制机械加工精度影响因素及控制尺寸精度尺寸精度形状精度形状精度位置精度位置精度波纹度波纹度几何精度几何精度表面层物理机械性能表面层物理机械性能表层材料的冷作硬化表层材料的冷作硬化表层材料的金相组织变化表层材料的金相组织变化表层材料的残余应力表层材料的残余应力微观几何形状精度微观几何形状精度宏观几何形状精度宏观几何形状精度圆度、圆柱度、直圆度、圆柱度、直线度、平面度等线度、平面度等（表面粗糙度）（表面粗糙度）6.1 机械加工精度的概念及其获得方法机械加工精度的概念及其获得方法6.1.1 机械加工精度的概念机械加工精度的概念 机械加工精度是指零件经机械加工后的实际
2、机械加工精度是指零件经机械加工后的实际几何参数（尺寸，形状、表面相互位置）与零件几何参数（尺寸，形状、表面相互位置）与零件的理想几何参数相符合的程度。符合的程度愈高，的理想几何参数相符合的程度。符合的程度愈高，加工精度也愈高。实际加工的零件不可能做得与加工精度也愈高。实际加工的零件不可能做得与理想零件完全一致，经加工后零件的实际几何参理想零件完全一致，经加工后零件的实际几何参数与零件的理想几何参数的偏离的程度，称为加数与零件的理想几何参数的偏离的程度，称为加工误差。工误差。6.1.2 机械加工精度获得方法机械加工精度获得方法（1）尺寸精度获得方法）尺寸精度获得方法 1试切法试切法 试切法切削轴
3、试切法切削轴MovieCh4（加工精度）（加工精度）试切法试切法.swf2）定尺寸刀具法）定尺寸刀具法定尺寸刀具加工定尺寸刀具加工3 3）调整法）调整法调整法是按零件规定的尺寸预先调整好刀具调整法是按零件规定的尺寸预先调整好刀具 与工件的相对机床的位置，并在一批零件的与工件的相对机床的位置，并在一批零件的 加工过程中保持这个位置不变，以保证工件加工过程中保持这个位置不变，以保证工件 被加工尺寸。然后进行加工。被加工尺寸。然后进行加工。(MovieCh4MovieCh4（加工精度）（加工精度）调整法调整法.swfswf)4 4）自动控制法）自动控制法 自动控制法是用尺寸测量装置、进给装置和自动控
4、制法是用尺寸测量装置、进给装置和 控制系统组成一个自动加工控制系统，使加控制系统组成一个自动加工控制系统，使加 工过程中的测量、补偿调整和切削加工自动工过程中的测量、补偿调整和切削加工自动 完成以保证加工尺寸精度的方法。完成以保证加工尺寸精度的方法。5 5）主动控制法）主动控制法 （MovieCh4MovieCh4（加工精度）（加工精度）主动测量法主动测量法.swf.swf）6.1.3 形状和相互位置精度形状和相互位置精度 获得几何形状精度的方法：获得几何形状精度的方法：（1 1）轨迹法：）轨迹法：通过刀尖运动的轨迹来获得通过刀尖运动的轨迹来获得形状精度的方法形状精度的方法车锥孔车锥孔Movi
5、eCh2（机床夹具）（机床夹具）轨迹法轨迹法.swf（2）仿形法：）仿形法：刀具依照仿形装置进给获得刀具依照仿形装置进给获得工件形状精度的方法工件形状精度的方法仿形车削仿形车削成形车削成形车削MovieCh2MovieCh2（机床夹具）（机床夹具）成形法成形法.swfswf3）成形法：利用成形刀具对工件加工获得形状精）成形法：利用成形刀具对工件加工获得形状精度的方法度的方法n4）相切法：利用回转形状的刀具对工件加工）相切法：利用回转形状的刀具对工件加工获得形状精度的方法获得形状精度的方法n（MovieCh2（机床夹具）（机床夹具）相切法相切法.swf）（5 5）展成法：）展成法：利用工件和刀具
6、的展成切削运利用工件和刀具的展成切削运动进行加工的方法动进行加工的方法（MovieCh2MovieCh2（机床夹具）（机床夹具）展成法展成法.swfswf）获得相互位置精度的方法：获得相互位置精度的方法：直接找正定位法直接找正定位法：用划针或百分表直接在机床上用划针或百分表直接在机床上找正工件位置找正工件位置划线找正定位法：划线找正定位法：先按零件图在毛坯上划好线，先按零件图在毛坯上划好线，再以所的划线为基准找正它在机床的位置再以所的划线为基准找正它在机床的位置夹具定位法：夹具定位法：在机床上安装好夹具，工件放在夹在机床上安装好夹具，工件放在夹具中定位具中定位机床控制法：机床控制法：利用机床的
7、相对位置精度保证位置利用机床的相对位置精度保证位置精度精度6.1.4 三种精度之间的关系三种精度之间的关系 一般情况下，形状精度最高，位置精一般情况下，形状精度最高，位置精 度次之，尺寸精度最低。度次之，尺寸精度最低。机械加工时，由机械加工时，由机床、夹具、刀具机床、夹具、刀具和工件和工件构成的统一体称为工艺系统构成的统一体称为工艺系统系统。系统。由于工艺系统本身的结构和状态由于工艺系统本身的结构和状态以及加工过程中的物理力学现象以及加工过程中的物理力学现象而产生的各种误差称为原始误差。而产生的各种误差称为原始误差。6.2 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素u原始误差与加工精度的关系
8、原始误差与加工精度的关系RYRRR=X202YYRRXRX 显然：显然：XYRR 误差敏感方向YR0Xa）YR0Xb）误差敏感方向误差敏感方向影响加工精度最大的那个方向影响加工精度最大的那个方向（即通过刀刃的（即通过刀刃的加工表面的法向加工表面的法向）。）。当原始误差当原始误差方向方向恰为恰为加工表面法线方向加工表面法线方向时，时，引起的加工误差为引起的加工误差为最大最大；当原始误差的当原始误差的方向方向恰为恰为加工表面的切线方向加工表面的切线方向 时，引起的加工误差为时，引起的加工误差为最小最小；当原始误差的方向与误差敏感方向一致时，当原始误差的方向与误差敏感方向一致时，对加工精度的影响最大
9、。对加工精度的影响最大。u原始误差与加工精度的关系原始误差与加工精度的关系原原始始误误差差工艺系统的制造误差工艺系统的制造误差 （几何误差）（几何误差）刀具制造误差刀具制造误差夹具制造误差夹具制造误差机床制造误差机床制造误差工艺系统受力变形（包括夹紧变形）工艺系统受力变形（包括夹紧变形）工艺系统受热变形工艺系统受热变形工件残余应力引起的变形工件残余应力引起的变形工件相对于刀具静止状态下工件相对于刀具静止状态下的误差的误差工件相对于工件相对于刀具运动状刀具运动状态下的误差态下的误差主轴回转误差主轴回转误差导轨导向误差导轨导向误差传动误差传动误差与工艺过程有关的与工艺过程有关的原始误差原始误差(动
10、误差动误差)加工原理误差加工原理误差其他原始误差其他原始误差定位误差定位误差调整误差调整误差测量误差测量误差刀具磨损刀具磨损6.2.1 加工原理误差加工原理误差 在加工中由于采用近似的加工运动方在加工中由于采用近似的加工运动方式或近似的刀具切刃形状而产生的误差。式或近似的刀具切刃形状而产生的误差。如在普通车床上车削蜗杆；在卧式铣床上如在普通车床上车削蜗杆；在卧式铣床上用模数铣刀铣齿轮。用模数铣刀铣齿轮。用模数铣刀铣齿轮时的齿形误差用模数铣刀铣齿轮时的齿形误差（1）机床的几何误差）机床的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误差机床制造误差主轴回转误差主轴回转误差导轨误差导轨误差传
11、动链误差传动链误差 1).1).主轴回转误差主轴回转误差主轴的实际回转轴线对其主轴的实际回转轴线对其理想回转轴线理想回转轴线的变动量。的变动量。2 2）将）将动力或运动传递动力或运动传递给工件或刀具。给工件或刀具。主轴各瞬时实际回转轴线的平均位置主轴各瞬时实际回转轴线的平均位置 径向跳动、轴向跳动和角度摆动径向跳动、轴向跳动和角度摆动三种基本型式三种基本型式 1 1）装夹工件、刀具或夹具的装夹工件、刀具或夹具的基准基准；主轴轴肩端面的平面度及其与回转轴线有垂主轴轴肩端面的平面度及其与回转轴线有垂直度误差；直度误差；轴承承载端面与回转轴线有垂直度误差。轴承承载端面与回转轴线有垂直度误差。车端面车
12、端面可以引起所加工端面的垂直度、平可以引起所加工端面的垂直度、平面度误差和面度误差和轴向尺寸精度误差轴向尺寸精度误差；加工螺纹加工螺纹产生螺距误差。产生螺距误差。主轴实际回转轴线沿平均回转轴线的方向作主轴实际回转轴线沿平均回转轴线的方向作纯纯轴向轴向蹿动蹿动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l 径向跳动产生的原因径向跳动产生的原因加加工工方方式式不不同同主轴各段轴颈的同轴度误差；主轴各段轴颈的同轴度误差；轴承误差（圆度）轴承误差（圆度）；轴承之间的同轴度误差、轴承之间的同轴度误差、主轴轴颈误差（圆度）；主轴轴颈误差（圆度）；主轴挠度主轴挠度影影响响也也不不同同主轴
13、实际回转轴线相对于平均回转轴线在径向的变动量主轴实际回转轴线相对于平均回转轴线在径向的变动量工件回转型工件回转型(车削）车削）：切削力作用切削力作用方向是不变的方向是不变的主轴轴颈的圆度误差主轴轴颈的圆度误差将在回转过程中引起轴将在回转过程中引起轴线位置产生瞬时变化，线位置产生瞬时变化，对主轴径向回转精度对主轴径向回转精度影响较大；影响较大；轴承内孔径的圆度误差轴承内孔径的圆度误差对主轴径向回转精度对主轴径向回转精度影响较小。影响较小。轴承的内孔圆度误差轴承的内孔圆度误差将使主轴在回转的过程将使主轴在回转的过程中产生径向跳动，中产生径向跳动，引起镗孔的圆度误差引起镗孔的圆度误差；主轴轴颈的圆度
14、误差主轴轴颈的圆度误差对主轴径向回转精度影对主轴径向回转精度影响响较小较小。刀具回转型刀具回转型 ：切削力作用方向是变化的：切削力作用方向是变化的工件回转，刀具移动工件回转，刀具移动12345678A假设主轴轴线沿假设主轴轴线沿X轴作简谐运动：轴作简谐运动：x=Acos X2+Y2=R2+A2Sin2 车削出的工件表面接近于一个真圆。车削出的工件表面接近于一个真圆。车削加工时，径向跳动对工件的车削加工时，径向跳动对工件的圆度圆度影响很影响很小；但与定位基准有同轴度误差小；但与定位基准有同轴度误差,并产生并产生圆柱度圆柱度误差。误差。l径向跳动对加工精度的影响：径向跳动对加工精度的影响：考虑最简
15、单的情况，主轴回转中心在考虑最简单的情况，主轴回转中心在X X方向上作简谐方向上作简谐直线运动，其频率与主轴转速相同，幅值为直线运动，其频率与主轴转速相同，幅值为A A。当镗刀转过一个当镗刀转过一个角时（位置角时（位置1），刀尖轨迹的水平），刀尖轨迹的水平分量和垂直分量分别计算得：分量和垂直分量分别计算得：X=(A+R)cos Y=Rsin。将上两式平方相加得将上两式平方相加得:X2/(A+R)2+Y2/R2=1镗出的孔为椭圆形镗出的孔为椭圆形AAROm11，AcosO234OY=RsinX=(A+R）cos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主轴径向回转误差可以引
16、起工件的圆度误差主轴径向回转误差可以引起工件的圆度误差和圆柱度误差；和圆柱度误差；l径向跳动对加工精度的影响：径向跳动对加工精度的影响：主轴实际回转轴线相对于平均回转轴线成倾斜一个角主轴实际回转轴线相对于平均回转轴线成倾斜一个角度作摆动度作摆动角度摆动可视为径向圆跳动与角度摆动可视为径向圆跳动与的综合。的综合。凡引起凡引起径向圆跳动径向圆跳动与与的因素均会影的因素均会影响主轴的角度摆动。响主轴的角度摆动。l 角度摆动对加工精度的影响：角度摆动对加工精度的影响：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）。轴平面有圆柱度误差（
17、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 使得主轴回转轴线使得主轴回转轴线与工作台导轨不平行，与工作台导轨不平行，使镗出的孔呈椭圆形使镗出的孔呈椭圆形（5 5）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。（1 1）提高主轴及箱体的制造精度；提高主轴及箱体的制造精度；（2 2）选用高精度轴承；选用高精度轴承；（3 3）提高主轴部件装配精度；提高主轴部件装配精度；（4 4）对高速主轴部件要进行动平衡对高速主轴部件要进行
18、动平衡;2 2）机床导轨误差机床导轨误差导轨在水平面内的直线度导轨在水平面内的直线度导轨在垂直面内的直线度导轨在垂直面内的直线度前后导轨的平行度（扭曲）前后导轨的平行度（扭曲）机床导轨精度要求：机床导轨精度要求：l确定各主要部件位置关系的基准确定各主要部件位置关系的基准;l是实现直线运动的主要部件是实现直线运动的主要部件。影响直线运动的主要因素影响直线运动的主要因素 直接影响工件的加工精度。直接影响工件的加工精度。导轨误差对加工精度的影响导轨误差对加工精度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 y时时,引起工件引起工件在半径方向的误差为：在半径方向的误差为：R=R
19、=y y l车、磨削外圆时，车、磨削外圆时，为误差敏感方向，对加工为误差敏感方向，对加工精度影响最大；精度影响最大；导轨向外凸导轨向外凸 导轨向内凹导轨向内凹 工件产生腰鼓形误差；工件产生腰鼓形误差；工件产生鞍形误差；工件产生鞍形误差；l铣削、刨削平面时，铣削、刨削平面时，为误差非敏感方向，对为误差非敏感方向，对加工精度影响最小。加工精度影响最小。（以卧式车床为例）（以卧式车床为例）图示幻灯片 36YYoDR=Y水平面水平面导轨水平面内直线度导轨水平面内直线度导轨在水平面内直线度误差导轨在水平面内直线度误差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 床身导轨在垂直面内有直线度误差，会
20、引起刀床身导轨在垂直面内有直线度误差，会引起刀尖产生切向位移尖产生切向位移Z Z，造成工件在半径方向产生的，造成工件在半径方向产生的误差为：误差为：RZ2/D设：设：Z=Y=0.1mm，D=40mm，则由于水平面内原始误差而产生的加工误差：则由于水平面内原始误差而产生的加工误差：R=Y=0.1mm,由于垂直面内原始误差产生的加工误差：由于垂直面内原始误差产生的加工误差：R Z2/D=0.00025mm图图示示垂直平面垂直平面导轨垂直面直线度导轨垂直面直线度ZdR Z2/DZ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 对对平面磨床，龙门刨床平面磨床，龙门刨床及铣床及铣床等，等，误差
21、敏感方向为误差敏感方向为加工表面的法线方向，加工表面的法线方向，导轨在垂直面内的直线度误导轨在垂直面内的直线度误差会引起工件相对于砂轮差会引起工件相对于砂轮（刀具）产生法向位移，其（刀具）产生法向位移，其误差将直接反映到被加工工误差将直接反映到被加工工件上，造成形状误差。件上，造成形状误差。龙门刨床导轨垂直面内直线度误差龙门刨床导轨垂直面内直线度误差 1刨刀刨刀 2工件工件 3工作台工作台 4床身导轨床身导轨原始误差原始误差引起工件相对于刀具产生相对位移，若产生引起工件相对于刀具产生相对位移，若产生在在加工表面法向方向加工表面法向方向（误差敏感方向），（误差敏感方向），对加工精度对加工精度有直
22、接影响有直接影响；产生在加工表面切向方向（误差非敏感；产生在加工表面切向方向（误差非敏感方向）方向），可忽略不计。，可忽略不计。前后导轨平行度误差的影响前后导轨平行度误差的影响床身前后导轨有平行床身前后导轨有平行度误差（扭曲）时，度误差（扭曲）时，会使车床溜板在沿床会使车床溜板在沿床身移动时发生偏斜，身移动时发生偏斜，从而使从而使刀尖相对工件刀尖相对工件产生偏移，使工件产产生偏移，使工件产生形状误差生形状误差（鼓形、（鼓形、鞍形、锥度）鞍形、锥度）。从几何关系中可得出：从几何关系中可得出：y(H/B)一般车床一般车床H2B/3，外圆磨，外圆磨床床HB，因此该项原始误差对加工因此该项原始误差对加
23、工精度的影响很大。精度的影响很大。车床前后导轨扭曲的最终结果反映在工件上，车床前后导轨扭曲的最终结果反映在工件上，将产生加工误差将产生加工误差y y。机床制造精度；机床制造精度；导轨磨损：使用过程中的磨损及磨损不均匀导轨磨损：使用过程中的磨损及磨损不均匀（2班制工作班制工作9个月个月0.03mm）；）；机床安装质量（机床安装质量（重型机床因自重导轨下沉重型机床因自重导轨下沉23mm）提高导轨精度的措施提高导轨精度的措施提高机床导轨、溜板的制造精度及安装精度提高机床导轨、溜板的制造精度及安装精度采用耐磨合金铸铁导轨、镶钢导轨、贴塑导轨、滚采用耐磨合金铸铁导轨、镶钢导轨、贴塑导轨、滚动导轨等动导轨
24、等采用静压导轨，利用压力油或压力空气的均化作用，采用静压导轨，利用压力油或压力空气的均化作用，可有效提高工作台的直线运动精度和精度保持性。可有效提高工作台的直线运动精度和精度保持性。在车螺纹、插齿、滚齿等加工时，刀具与工件在车螺纹、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，之间有严格的传动比要求。要满足这一要求，机床机床内联系传动链内联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。传动链误差是指传动链始末两端传动元件传动链误差是指传动链始末两端传动元件间相对运动的误差。间相对运动的误差。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
25、。滚、插、磨（展成法磨齿）齿轮等加工滚、插、磨（展成法磨齿）齿轮等加工齿距精度齿距精度车、磨、铣螺纹车、磨、铣螺纹螺距精度螺距精度举例：举例：以滚齿机为例加以说明以滚齿机为例加以说明 1n18028282842eac1i2028282856fbd72 差11K若滚刀上的齿轮若滚刀上的齿轮Z1有转角误差有转角误差 ，造成工作台的转角误差造成工作台的转角误差 为：为：11n若传动链中第若传动链中第i个元件有转角误差个元件有转角误差j该元件造成工作台的转角误差该元件造成工作台的转角误差 为：为：jnjnjjk图示图示kj该元件至工作台之间的传动比该元件至工作台之间的传动比误差误差传递系数传递系数kj
26、1（升速传动），误差被放大（升速传动），误差被放大kj1（降速传动），误差被缩小（降速传动），误差被缩小12j1knnnnnjj jnjjk 减减少传动环节少传动环节，缩短传动链缩短传动链，以减少误差来以减少误差来源源。提高提高传动元件传动元件，特别是提高特别是提高（如车床丝杠螺母副、滚齿机分度蜗如车床丝杠螺母副、滚齿机分度蜗轮）轮）的的制制造精度和装配精度。造精度和装配精度。传动链中按降速比递增的原则分配各传动副传动链中按降速比递增的原则分配各传动副的传动比的传动比。传动链末端传动副的传动链末端传动副的降速传动比降速传动比越越大大，则传动链中其余各传动元件误差对传动精则传动链中其余各传动元件
27、误差对传动精度的影响就越小。度的影响就越小。使工件相对于刀具和机床使工件相对于刀具和机床具有正确的位置。具有正确的位置。l夹具夹具误差误差主要是指夹具的定位元件、主要是指夹具的定位元件、导向元件及夹具体等导向元件及夹具体等零件零件的的加工与装配误差加工与装配误差 l夹具误差影响工件的尺寸精度与夹具误差影响工件的尺寸精度与位置精度位置精度夹具的制造精度夹具的制造精度夹具的磨损夹具的磨损精加工时取工件公差的精加工时取工件公差的1/21/3;粗加工时取工件公差的粗加工时取工件公差的1/51/10。（3）刀具误差刀具误差图例图例 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l提高制造
28、精度，正确刃磨刀具；提高制造精度，正确刃磨刀具；l正确选择刀具材料、刀具几何参数、切正确选择刀具材料、刀具几何参数、切削用量；削用量；l采用冷却润滑液；采用冷却润滑液；l采用误差补偿装置。采用误差补偿装置。一批工件采用一批工件采用调整法调整法加工时因加工时因定位不准定位不准确确而引起的而引起的 尺寸或位置的最大变动量尺寸或位置的最大变动量。调整法调整法 -按试切好的工件或标准样件或对刀按试切好的工件或标准样件或对刀装置等，调整刀具相对于工件加工表面的位装置等，调整刀具相对于工件加工表面的位置，并在加工过程中保持这一位置，从而获置，并在加工过程中保持这一位置，从而获得零件所要求的尺寸精度。得零件
29、所要求的尺寸精度。调整法多用于成批、大量生产。调整法多用于成批、大量生产。基准不重合误差、基准位置误差基准不重合误差、基准位置误差定义：定义：定位误差HOAO2O1W定位基准面和定位元件本定位基准面和定位元件本身制造得不准确或定位副身制造得不准确或定位副间的配合间隙所引起的工间的配合间隙所引起的工件最大位置变动量，称件最大位置变动量，称基基准位置误差（定位副制造准位置误差（定位副制造不准确误差不准确误差。H2H16.2.3工艺系统受力变形引起的误差工艺系统受力变形引起的误差 （1）工艺系统刚度的概念工艺系统刚度的概念磨削内孔时砂轮轴的变形磨削内孔时砂轮轴的变形细长轴加工时工件受力变形细长轴加工
30、时工件受力变形 工艺系统的刚度是以误差敏感方向上的切削工艺系统的刚度是以误差敏感方向上的切削力和在该力方向上所引起的刀具和工件间相对力和在该力方向上所引起的刀具和工件间相对变形位移的比值表示的，即：变形位移的比值表示的，即：yFk gdjxtyyyyjyjkFy dydkFy gygkFy gdjxtkkkk1111（2 2）工艺系统刚度对加工精度的影响工艺系统刚度对加工精度的影响 1 1）机床刚度对加工精度的影响机床刚度对加工精度的影响22)(1)(11LxkLxLkkFyyywzjtdjydjxxt22)(1)(111LxkLxLkkyFkwzjtdjxtyxt 2）工件刚度对加工精度的影
31、响工件刚度对加工精度的影响EILFyy483maxEILxxLLxkLxLkkFywzjtdjyxt3)()(1)(112222 2）刀具刚度对加工精度的影响刀具刚度对加工精度的影响33LEIktg（3）切削力变化引起加工误差切削力变化引起加工误差xtpkCay11xtpkCay22mxtppxtkCaakCyyg)(212121ppmaa1pyFzFzafC2pyFzFzafCmg（4）其它作用力变化引起加工误差其它作用力变化引起加工误差xtxtyxtykgWkgWFkgWFyy222minmax2龙门机床横梁变形造成工件加工误差龙门机床横梁变形造成工件加工误差龙门机床横梁重力转移龙门机床横
32、梁重力转移（5）机床刚度的测定机床刚度的测定 ）静态测定法）静态测定法 ）工作状态测定法（生产法）工作状态测定法（生产法）（6 6）影响机床部件刚度的因素）影响机床部件刚度的因素 1 1）连接表面的接触变形）连接表面的接触变形 2 2）薄弱零件本身的变形）薄弱零件本身的变形 3 3）摩擦的影响）摩擦的影响 4 4）间隙的影响）间隙的影响（6）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 1）提高工艺系统刚度）提高工艺系统刚度 2）减少切削力及其变化）减少切削力及其变化 6.2.4 6.2.4 残余应力重新分布引起的误差残余应力重新分布引起的误差 （1）毛坯制造中产生的残余应力毛坯制造
33、中产生的残余应力 （2）冷校直产生的残余应力冷校直产生的残余应力 （3）减少或消除残余应力的措施）减少或消除残余应力的措施 6.2.5 工艺系统热变形引起的误差工艺系统热变形引起的误差（1）工艺系统的热源工艺系统的热源 1）内部热源）内部热源 2）外部热源）外部热源（2 2）工艺系统热变形对加工精度的影响）工艺系统热变形对加工精度的影响 1 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 为了减少机床热变形对加工精度的影响，为了减少机床热变形对加工精度的影响，目前采取的主要措施有：目前采取的主要措施有：1)1)减少机床的热源影响减少机床的热源影响;2)2)采取隔热措施采取隔热措施;3
34、)3)均匀机床零部件的温升均匀机床零部件的温升;4)4)工艺措施的改进；工艺措施的改进；5)5)采用恒温措施采用恒温措施;6)6)使用热变形自动补偿系统。使用热变形自动补偿系统。2）工件的热变形对加工精度的影响）工件的热变形对加工精度的影响 3）刀具的热变形对加工精度的影响）刀具的热变形对加工精度的影响 6.2.6 保证和提高加工精度的途径保证和提高加工精度的途径（1）消除与减小原始误差）消除与减小原始误差（2）补偿或抵消原始误差）补偿或抵消原始误差（3）转移原始误差）转移原始误差（4）误差均化误差均化（5）加工过程中的主动控制加工过程中的主动控制1.1.掌握加工误差的性质；掌握加工误差的性质
35、；2.2.掌握加工误差的正态分布图分析方法和点图分掌握加工误差的正态分布图分析方法和点图分析方法。析方法。加工误差加工误差系统误差系统误差随机误差随机误差常值系统误差常值系统误差变值系统误差变值系统误差（1 1）加工误差的性质加工误差的性质在顺序加工一批工件中，其大小和方向均不改变，或在顺序加工一批工件中，其大小和方向均不改变，或按一定规律变化的加工误差。按一定规律变化的加工误差。l误差大小和方向按一定规律变化误差大小和方向按一定规律变化 l误差大小和方向均不改变误差大小和方向均不改变 如：如：机床、夹具、量具、刀具的制造误差；工艺系统机床、夹具、量具、刀具的制造误差；工艺系统 受力变形受力变
36、形如：一定时间内，如：一定时间内，机床、夹具、量具的磨损；机床、夹具、量具的磨损；如：如：机床、夹具、刀具的受热变形及刀具的磨损；机床、夹具、刀具的受热变形及刀具的磨损；如毛坯余量或硬度不均，引起切削力的随机变化如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；而造成的加工误差；定位误差；夹紧误差；内应力定位误差；夹紧误差；内应力引起的变形引起的变形等。等。在顺序加工一批工件中，其大小和方向随机变化的在顺序加工一批工件中，其大小和方向随机变化的加工误差。加工误差。通过调整消除通过调整消除通过自动补偿消除通过自动补偿消除只能缩小范围，无法消除只能缩小范围，无法消除（2）机械制造中常见的
37、误差分布规律机械制造中常见的误差分布规律yF（z）正态分布曲线(z=0)x(z)0z-+无变值系统误差（或无变值系统误差（或有而不显著）；有而不显著）；1 1）正态分布正态分布必须满足的条件：必须满足的条件：在各随机误差中没有一个是起主导作用的在各随机误差中没有一个是起主导作用的；各随机误差是相互独立的；各随机误差是相互独立的；xy0a）双峰分布 3）双峰分布：双峰分布：两次调整下加两次调整下加工的工件或两台机床加工的工工的工件或两台机床加工的工件混在一起件混在一起.xy0b）平顶分布xy0c）偏向分布2）平顶分布：平顶分布：工件瞬时尺寸分工件瞬时尺寸分布呈正态，可看成是随着时间布呈正态，可看
38、成是随着时间而平移而平移的众多正态误差分布曲的众多正态误差分布曲线组合的结果线组合的结果（如刀具和砂轮（如刀具和砂轮均匀磨损）。均匀磨损）。4）偏态分布：偏态分布：如工艺系统如工艺系统存在显著的热变形，或试切存在显著的热变形，或试切法加工孔时宁小勿大，加工法加工孔时宁小勿大，加工外圆时宁大勿小外圆时宁大勿小.图4-46 几种非正态分布（1 1）正态分布曲线）正态分布曲线 1)1)正态分布的数学模型、正态分布的数学模型、特征参数和特殊点特征参数和特殊点概率密度方程：概率密度方程：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 分布曲线的
39、横坐标，表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；221()()exp22xxy x(,0)x niixnx1;1l 一批零件的均方根差一批零件的均方根差:;)(112niixxn n一批工件的数目（样本数）。一批工件的数目（样本数）。正态分布曲线的特征参数：正态分布曲线的特征参数：l算术平均值算术平均值（分散中心）（分散中心）xl算术平均值算术平均值是确定曲线位置的参数是确定曲线位置的参数。若若x改变时，整个曲线沿改变时，整个曲线沿轴平移，但曲线形状不变轴平移，但曲线形状不变图例图例使使 产生变化的主要原因是：产生变化的主要原因是：x常值系统误差常值系统误差的影响。的影响
40、。的大小反映机床调整位置的不同。的大小反映机床调整位置的不同。x 值越大值越大则曲线形状越平坦，尺寸分散范围越大，则曲线形状越平坦，尺寸分散范围越大，加工精度越低加工精度越低。影响影响的因素的因素：值越小值越小则曲线形状越陡，尺寸分散范围越小，则曲线形状越陡，尺寸分散范围越小，加工精度越高；加工精度越高；l均方根偏差均方根偏差决定了分布曲线的形状和分散范围。决定了分布曲线的形状和分散范围。的大小反映了机床加工精度的高低。的大小反映了机床加工精度的高低。图例图例随机性误差随机性误差，随机性误差越大则随机性误差越大则越大越大。概率密度函数在概率密度函数在 处有最大值：处有最大值：x10.24y特殊
41、点特殊点l顶点：顶点：l拐点：拐点：Xx(2)标准正态分布标准正态分布 =0 =0，=1=1的正态分布的正态分布x标准正态分布标准正态分布令：则利用上式，可将非标准正态分布转换成标准正态分布进行计算。称 z 为标准化变量xxz2121(),02xy xex 2121(),02x xy xex )(12exp212)(exp21)(222zyzxxxyyx0分布曲线下所包含的全部面积代表一批加工零件，即分布曲线下所包含的全部面积代表一批加工零件，即100%零件的实际尺寸都在这一分布范围内。零件的实际尺寸都在这一分布范围内。l工件尺寸在某区间的概率工件尺寸在某区间的概率xl工件尺寸在某区间的概率工
42、件尺寸在某区间的概率对于正态分布曲线来说，分布曲线下所包含面积由下对于正态分布曲线来说，分布曲线下所包含面积由下式决定：式决定：表7-2 标准正态分布概率密度函数积分表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，工艺上称该原，工艺上称该原则为则为6准则。准则。在在 3范围内，曲线围成的面积为范围内，曲线围成的面积为99.73%。l工件尺寸在某区间的概率工件尺寸在某区间的概率xx【例例】在车床上车削一批轴。图纸要求为在车床上车削一批轴。图纸要求为 。mm，mm，已知轴径尺寸误差按正态分布，已知轴径尺寸误差按正态分布，0.080.07109.99x 0.03问这批加工工件的合格品率是多少
43、？不合格品率是多少？废品问这批加工工件的合格品率是多少？不合格品率是多少？废品率是多少？率是多少？解：作图进行标准化变换解：作图进行标准化变换查表得查表得()(3)0.49865z0.5(3)0.50.498650.001350.135%偏大不合格品率为偏大不合格品率为这些不合格品可修复。这些不合格品可修复。303.099.908.1011xxz()(2)0.4772z0.5(2)2.28%查表得查表得偏小不合格品率为偏小不合格品率为不合格品率为：不合格品率为：2.28%+0.135%=2.415%；合格品率为合格品率为 ：1 2.415%=97.585%；废品率为废品率为 ：2.28%。这些
44、不合格品不可修复，属这些不合格品不可修复，属于废品。于废品。203.099.993.922xxz 是指工艺过程在时是指工艺过程在时间历程上保持间历程上保持特征参特征参数均值数均值 和标准差和标准差值稳定不变值稳定不变的性能。的性能。（3 3）分布图分析分布图分析 x工艺过程的稳定性工艺过程的稳定性工艺过程不稳定，存在变值性系统误差工艺过程不稳定，存在变值性系统误差1166xx若若工艺过程稳定工艺过程稳定1166xx若若1 1）判别加工误差的性质：判别加工误差的性质：分布曲线的应用分布曲线的应用 2 2）确定工艺系统能力及其等级确定工艺系统能力及其等级3 3）估算合格率或不合格率估算合格率或不合
45、格率 0.5()Qzyx033公差带Txmaxxminx样本容量取为：样本容量取为：n(50200)。取：取：n1001.按加工顺序逐个测量，按加工顺序逐个测量，表表7-33 3异常数据的剔除异常数据的剔除：kx3x1样本容量的确定样本容量的确定：2.2.样本数据的测量样本数据的测量：则则xk为异常数据。为异常数据。4 4实际分布图的绘制：实际分布图的绘制：本例中样本本例中样本100剔除剔除3个异常数据个异常数据直方图直方图直方图直方图以工件尺寸为横坐标，以频数或频率为纵坐以工件尺寸为横坐标，以频数或频率为纵坐标，作出该批工件加工尺寸的实验分布图标，作出该批工件加工尺寸的实验分布图.频数频数同
46、一尺寸间隔内的零件数量同一尺寸间隔内的零件数量.例：例：磨削一批销轴外径为：磨削一批销轴外径为：00.049.65mm（4）实际分布图的绘制：实际分布图的绘制：（1 1）确定尺寸间隔数）确定尺寸间隔数 j j：参考参考P320P320表表7474选取选取n=100n=100，所以应初选，所以应初选 j=10j=10 x(xmaxxmin)/j（2 2）确定尺寸间隔大小：）确定尺寸间隔大小：x(xmaxxmin)/j =(9.647-9.616)/10=0.0031mm圆整为：圆整为：x0.003mm表7-4（3 3）画实际分布图）画实际分布图 4实际分布图的绘制：实际分布图的绘制：确定：确定：
47、各组组界、组中值各组组界、组中值统计：统计：各组频数各组频数确定：确定：分组数分组数 k=j+1（5）理论分布图的绘制）理论分布图的绘制xnfnfxxx)(1工件总数理论频数频率尺寸间隔大小概率频率密度频率密度 y最大概率密度最大概率密度 maxmaxfynx 拐点处概率密度值拐点处概率密度值 fynx最大值处的理论最大值处的理论频数：频数：maxmaxfyxn 两拐点处的理论两拐点处的理论频数：频数：fyxn 10.24y计算三个特殊点处的频数计算三个特殊点处的频数m axm ax110.40.40.00397170.007fyxnxn110.240.240.00397100.007fxnx
48、ny 实际分布曲线与正态分布曲线基本相符，说明加工实际分布曲线与正态分布曲线基本相符，说明加工过程中没有过程中没有变变；平均值平均值 与公差带中心重合，说明不存在与公差带中心重合，说明不存在常常；根据平均值根据平均值 是否与公差带中心重合，来判断是否是否与公差带中心重合，来判断是否存在常：存在常：（6 6）工艺过程的分布图分析工艺过程的分布图分析：xx1 1）判别加工误差的性质：判别加工误差的性质：平均值平均值 与公差带中心不重合，说明存在与公差带中心不重合，说明存在常常。实际分布曲线不符合正态分布时，如出现的分布实际分布曲线不符合正态分布时，如出现的分布曲线呈平顶分布、双峰分布或偏态分布时，
49、说明加工曲线呈平顶分布、双峰分布或偏态分布时，说明加工过程中有突出的过程中有突出的变变存在。存在。x图示图示（2 2）确定工序能力及其等级确定工序能力及其等级q工序能力工序能力是指某工序能否稳定地加工出合格产品是指某工序能否稳定地加工出合格产品的能力。的能力。q 把工件尺寸公差把工件尺寸公差T与分散范围与分散范围6的比值称为该工的比值称为该工序的序的工序能力系数工序能力系数CP，用以判断生产能力。用以判断生产能力。CP按下式计算：按下式计算：CP=T/6根据工艺能力系数的大小，将工艺能力分成根据工艺能力系数的大小，将工艺能力分成5 5级：级：1.Cp1.67为为特级特级，说明工艺能力过高，不一
50、定经济；，说明工艺能力过高，不一定经济；2.1.67Cp1.33为为一级一级，说明工艺能力足够，可以允许，说明工艺能力足够，可以允许一定的波动；一定的波动；3.1.33CP1.00为为二级二级，说明工艺能力勉强，必须密切说明工艺能力勉强，必须密切注意；注意；4.1.00Cp0.67为为三级三级，说明工艺能力不足，可能出少量，说明工艺能力不足，可能出少量不合格品；不合格品；5.Cp0.67为为四级四级，说明工艺能力不行，必须加以改进，说明工艺能力不行，必须加以改进本例：本例：（3）确定不合格品率）确定不合格品率dmin=9.65-0.04=9.61mmdmax=9.65+0=9.65mmX 3=
