第5章 機械加工精度

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1、第五章第五章 機械加工精度機械加工精度學習目的與要求學習目的與要求（1）掌握機械加工精度的概念以及加工精度與加工誤差的關）掌握機械加工精度的概念以及加工精度與加工誤差的關系系（2）熟悉工藝系統的原始誤差種類及其對加工精度的影響，）熟悉工藝系統的原始誤差種類及其對加工精度的影響，（3）掌握加工誤差問題的綜合分析與解決）掌握加工誤差問題的綜合分析與解決（4）掌握加工誤差的基本計算方法）掌握加工誤差的基本計算方法（5）熟悉提高和保證加工精度的途徑、常用方法）熟悉提高和保證加工精度的途徑、常用方法主要內容主要內容第第5 5章章 機械加工精度機械加工精度5.1 5.1 機械加工精度概述機械加工精度概述5

2、.2 5.2 工藝系統的制造精度和磨損對工件精度的影響工藝系統的制造精度和磨損對工件精度的影響5.3 5.3 工藝系統的受力變形及其對工件精度的影響工藝系統的受力變形及其對工件精度的影響5.4 5.4 工藝系統的熱變形及其對工件精度的影響工藝系統的熱變形及其對工件精度的影響5.5 5.5 保證和提高加工精度的途徑保證和提高加工精度的途徑5.6 5.6 加工誤差的統計分析法加工誤差的統計分析法5.7 5.7 點圖分析法點圖分析法5.8 5.8 質量管理圖質量管理圖一、精度的概念一、精度的概念 加工精度：加工精度： 加工誤差：加工誤差： 理想零件參數：理想零件參數：尺寸、形狀、位置尺寸、形狀、位置

3、5.1 機械加工精度概述機械加工精度概述機器質量機器質量零件質量零件質量精度精度表面質量表面質量材料材料加工精度加工精度加工誤差加工誤差理想零件理想零件實際加工實際加工零件幾何參數零件幾何參數理想零件理想零件幾何要素幾何要素偏離程度偏離程度符合程度符合程度二、獲得加工精度的方法二、獲得加工精度的方法 1、 2、試切法試切法自動控制法自動控制法獲得尺寸精度獲得尺寸精度尺寸刀具法尺寸刀具法調整法調整法非成形運動法：非成形運動法：刮、研和對磨刮、研和對磨成形運動法成形運動法獲得形狀精度獲得形狀精度點成形運動法：點成形運動法：軌跡法軌跡法成形法成形法線成形運動法線成形運動法展成法展成法試切法加工試切法

4、加工調整法加工調整法加工定尺寸刀具定尺寸刀具法加工法加工軌跡法加工軌跡法加工成形法加工成形法加工展成法加工展成法加工找正法找正法夾具夾具獲得位置精度獲得位置精度機床裝夾面機床裝夾面3、三、影響加工精度的因素三、影響加工精度的因素 1、原理誤差：、原理誤差：采用近似加工原理或近似刀具切削刃形采用近似加工原理或近似刀具切削刃形狀狀 2、安裝誤差：、安裝誤差：定位誤差、夾緊誤差、夾具本身誤差定位誤差、夾緊誤差、夾具本身誤差 3、調整誤差：、調整誤差：調整方法與調整時的測量誤差等調整方法與調整時的測量誤差等 4、測量誤差：、測量誤差：量具本身、方法、溫度量具本身、方法、溫度 5、工藝系統的制造精度和磨

5、損、工藝系統的制造精度和磨損 6、工藝系統的受力變形、工藝系統的受力變形 切削力、傳動力、重力、離心力、夾緊力切削力、傳動力、重力、離心力、夾緊力 7、工藝系統的受熱變形、工藝系統的受熱變形 切削熱、環(huán)境、運動、電機切削熱、環(huán)境、運動、電機 5-2 工藝系統的制造精度和磨損工藝系統的制造精度和磨損 對加工精度的影響對加工精度的影響 制造誤差制造誤差磨損誤差磨損誤差機床誤差機床誤差( (來源來源) )安裝誤差安裝誤差回轉運動回轉運動( (主軸主軸) )誤差誤差直線運動直線運動( (導軌導軌) )誤差誤差機床誤差機床誤差( (種類種類) )傳動誤差傳動誤差幾何誤差幾何誤差( (位置位置) )一、機

6、床主軸的回轉精度及其對工件精度的影響一、機床主軸的回轉精度及其對工件精度的影響 1、主軸回轉精度的概念、主軸回轉精度的概念 回轉動態(tài)過程回轉動態(tài)過程 理想回轉中心：理想回轉中心：在主軸的任一界面上有一點在主軸的任一界面上有一點O其速度其速度始終為始終為V0 瞬時回轉中心：瞬時回轉中心：實際存在的一個變動的回轉中心實際存在的一個變動的回轉中心 瞬時回轉軸線：瞬時回轉軸線：各瞬時回轉中心連線各瞬時回轉中心連線 t時間，時間，轉角轉角 瞬時回轉中心相對于理想回轉中心的位置變動量瞬時回轉中心相對于理想回轉中心的位置變動量( , )Sf t誤差敏感方向：誤差敏感方向：經過刀具刀刃的切削點又垂直于已加經過

7、刀具刀刃的切削點又垂直于已加工表面的方向。工表面的方向。誤差敏感方向上的誤差對工件加工精度誤差敏感方向上的誤差對工件加工精度影響很大，而垂直于該方向的誤差則影響很小。影響很大，而垂直于該方向的誤差則影響很小。主軸回轉精度：主軸回轉精度：主軸回轉軸線在回轉時相對其平均軸主軸回轉軸線在回轉時相對其平均軸線的變動量在誤差敏感方向的最大位移值。線的變動量在誤差敏感方向的最大位移值。徑向跳動徑向跳動軸向跳動軸向跳動擺動擺動2、主軸回轉精度的分析、主軸回轉精度的分析主軸徑向跳動分析主軸徑向跳動分析 滑動軸承滑動軸承 軸頸圓度、軸瓦內孔圓度及其配合軸頸圓度、軸瓦內孔圓度及其配合 工件回轉類工件回轉類機床機床

8、刀具回轉類刀具回轉類軸頸軸頸軸承軸承主軸安裝主軸安裝孔孔軸承精度軸承精度主軸精度主軸精度影響因素影響因素主軸孔精度主軸孔精度滑動軸承滑動軸承滾動軸承滾動軸承軸承軸承靜壓靜壓動壓動壓工件回轉類：工件回轉類：傳動力與切削力不變傳動力與切削力不變軸瓦接觸點不變軸瓦接觸點不變軸頸影響軸頸影響軸瓦軸瓦刀具回轉類：刀具回轉類：切削力回轉扭矩切削力回轉扭矩主軸頸接觸點不變主軸頸接觸點不變軸瓦內孔影響軸瓦內孔影響，軸頸，軸頸工件回轉類工件回轉類刀具回轉類刀具回轉類主軸幾何軸線主軸幾何軸線徑向跳動產生徑向跳動產生的加工誤差的加工誤差 滾動軸承滾動軸承此外，此外，造成主軸軸向竄動的原因造成主軸軸向竄動的原因工件回

9、轉類：工件回轉類：內環(huán)外道內環(huán)外道外環(huán)內道外環(huán)內道刀具回轉類：刀具回轉類：外環(huán)內道外環(huán)內道內環(huán)外道內環(huán)外道滾動軸承尺寸、形狀：滾動軸承尺寸、形狀：低頻一半，變形一部分低頻一半，變形一部分間隙間隙軸頸：軸頸：內環(huán)變形內環(huán)變形箱體孔：箱體孔：外環(huán)變形外環(huán)變形安裝面：安裝面：傾斜傾斜軸向推力軸承定位軸向推力軸承定位影響為軸承影響為軸承軸承間隙軸承間隙對主軸軸線位置的影響對主軸軸線位置的影響推力軸承推力軸承端面跳動的影響端面跳動的影響接觸點為誤差接觸點為誤差 的變化，取決的變化，取決于于B滾動軸承滾動軸承與上述類似，同時滾動體影響與上述類似，同時滾動體影響A A滑動滑動00座竄00頸竄 頸座頸竄 頸座

10、竄座 主軸回轉軸線的軸向跳動將產生加工端面的平面主軸回轉軸線的軸向跳動將產生加工端面的平面度誤差度誤差主軸軸向跳動引起的加工誤差主軸軸向跳動引起的加工誤差3、主軸回轉精度的測量、主軸回轉精度的測量 表測法表測法 雙向測量法（捷克雙向測量法（捷克VUOSO）刀具回轉）刀具回轉 當沒有回轉誤差時，間隙變化為當沒有回轉誤差時，間隙變化為 示波器上為示波器上為回轉軸回轉軸敏感方向敏感方向缺點缺點幾何軸偏心幾何軸偏心動態(tài)動態(tài)cossinewtewtxycossinSkewtSkewtxy22xySSkecoscos()sinsin()ewtwtewtwtxycoscos()sinsin()Skewtkw

11、tSkewtkwtxy示波器上光點的向徑示波器上光點的向徑 為常數。為常數。當主軸有偏差當主軸有偏差時時示波器上，示波器上，向徑為向徑為222(coscos()sinsin()k eewtwtwtwt坐標變換，使坐標變換，使x與與e重合重合 是是 與與 的和，的和，即示波器銀屏變化即示波器銀屏變化 不能反映誤不能反映誤差，只有差，只有e=0 或或 才能真正反映。才能真正反映。李沙育圖李沙育圖，其半徑差為主軸回轉精度。，其半徑差為主軸回轉精度。222cosk ee-eee0cosre這種方法適合刀具回轉型機床的主軸這種方法適合刀具回轉型機床的主軸回轉精度測量，如回轉精度測量，如鏜鏜，而不適合車床

12、，而不適合車床測量鏜床測量鏜床主軸回轉精度主軸回轉精度鋼球安裝偏心鋼球安裝偏心對測量的影響對測量的影響單向測量法（美國單向測量法（美國LRL法）法） 測定車床主軸回轉測定車床主軸回轉精度的方法精度的方法yxesinecosS0020sinsin(1)sin(1)cosSkekek Skek SSkek S1 22120(1)SSkek Ske0Rkekk es 傳感器傳感器傳感器傳感器 K K0 0KK傳感器傳感器示波器輸入信號示波器輸入信號向徑為向徑為當當 S=0 S=0 時，時，當當 S0 S0 時時放大放大K倍倍放大放大K0倍倍4、獲得高圓度工件的方法、獲得高圓度工件的方法 高精度主軸車

13、床高精度主軸車床 補償補償 使主軸誤差不反映到工件上使主軸誤差不反映到工件上 二、直線運動精度對工件精度的影響二、直線運動精度對工件精度的影響 1、機床導軌精度指標、機床導軌精度指標 運動在水平面內的直線度運動在水平面內的直線度 運動在垂直平面內的直線度運動在垂直平面內的直線度 前后導軌的平行度（扭曲）前后導軌的平行度（扭曲） 2、機床導軌誤差對加工精度的影響、機床導軌誤差對加工精度的影響 普通車床普通車床 水平面直線度：水平面直線度：1 1：1 1 影響縱截面形狀影響縱截面形狀 垂直面直線度：垂直面直線度：屬誤差不敏感方向，影響較小屬誤差不敏感方向，影響較小 扭曲影響：扭曲影響：可分解為水平

14、、垂直可分解為水平、垂直車床導軌扭曲對工件形狀的影響車床導軌扭曲對工件形狀的影響外圓磨床：外圓磨床：與車床相同。但由于要求高，采用與車床相同。但由于要求高，采用工作臺工作臺轉角轉角龍門刨床：龍門刨床：就地刨就地刨鏜：鏜：固定鏜固定鏜浮動鏜：浮動鏜：不影響不影響水平：水平：影響影響垂直：垂直：影響影響3、導軌運動誤差的來源導軌運動誤差的來源新機床導軌的制造精度新機床導軌的制造精度磨損磨損材料表面處理，潤滑材料表面處理，潤滑安裝精度安裝精度地基，地基， 找正找正三、機床的幾何精度對加工精度的影響三、機床的幾何精度對加工精度的影響 幾何精度幾何精度各成形運動在空間的相互位置準確性各成形運動在空間的相

15、互位置準確性 車外圓車外圓誤差具體形狀具體分析誤差具體形狀具體分析相交線（不在同一平面內）相交線（不在同一平面內）雙曲面雙曲面回轉軸線與導軌水平面不平行回轉軸線與導軌水平面不平行錐度錐度車端面車端面回轉軸線與導軌不垂直回轉軸線與導軌不垂直凸面，凹面凸面，凹面鏜孔鏜孔銑平面銑平面滾齒機滾齒機四、機床的傳動精度及對加工精度的影響四、機床的傳動精度及對加工精度的影響 1、機床傳動精度分析、機床傳動精度分析五、機床的定位精度對工件精度的影響五、機床的定位精度對工件精度的影響 定位精度：定位精度：工作臺從一個位置移動到另一個位置的準確度工作臺從一個位置移動到另一個位置的準確度 1、進給機構的傳動精度、進

16、給機構的傳動精度 主要取決于選用的進給機構型式及進給機構的傳動精度主要取決于選用的進給機構型式及進給機構的傳動精度2、進給與測量分開時的測量精度、進給與測量分開時的測量精度 原理誤差原理誤差阿貝誤差阿貝誤差被測的與實際的不在一條直線被測的與實際的不在一條直線上產生的誤差上產生的誤差3、爬行誤差、爬行誤差 解決辦法解決辦法動動靜系數不一樣靜系數不一樣剛度剛度摩擦系數摩擦系數提高系統剛度提高系統剛度電致伸縮電致伸縮摩擦系數摩擦系數動靜相等；滾動、低塑料動靜相等；滾動、低塑料調整速度調整速度六、刀具、夾具、量具的制造精度和磨損對工六、刀具、夾具、量具的制造精度和磨損對工件影響件影響 1、刀具的制造精

17、度和磨損的影響、刀具的制造精度和磨損的影響 尺寸刀具和成形刀具的制造精度和尺寸磨損對加尺寸刀具和成形刀具的制造精度和尺寸磨損對加工精度的影響工精度的影響 鉆頭、絞刀、鏜刀塊、拉刀鉆頭、絞刀、鏜刀塊、拉刀影響尺寸影響尺寸磨損后磨損后不能重修復不能重修復 滾刀、插刀、成形車刀滾刀、插刀、成形車刀影響形狀影響形狀重磨重磨 一般刀具的磨損對加工精度的影響一般刀具的磨損對加工精度的影響 如車刀、鏜刀、銑刀等，制造精度不會影響加工尺如車刀、鏜刀、銑刀等，制造精度不會影響加工尺寸，但磨損則產生影響寸，但磨損則產生影響一：一：起始磨損，非線性起始磨損，非線性 二：二：正常磨損，正常磨損，三：三：快速（劇烈）磨

18、損快速（劇烈）磨損三個階段三個階段減少影響方法減少影響方法尺寸補償尺寸補償選用耐磨刀具材料選用耐磨刀具材料復合氮化硅，立方氮化硅復合氮化硅，立方氮化硅降低切削速度，延長刀具壽命降低切削速度，延長刀具壽命 砂輪的磨損及修復（快、與硬度有關）砂輪的磨損及修復（快、與硬度有關）2、夾具的制造精度和磨損、夾具的制造精度和磨損 夾具的制造精度和磨損影響工件的精度夾具的制造精度和磨損影響工件的精度3、量具、量具 測量誤差為工件公差的測量誤差為工件公差的 ，最多，最多外圓磨床，直徑大外圓磨床，直徑大對工件尺寸形狀影響小對工件尺寸形狀影響小內圓磨床，直徑小內圓磨床，直徑小磨損對工件精度影響大磨損對工件精度影響

19、大齒輪磨床，大平面磨床齒輪磨床，大平面磨床磨損對工件精度影響大磨損對工件精度影響大11106135-3 工藝系統的工藝系統的受力變形及其對工件精度的影響受力變形及其對工件精度的影響 一、基本概念一、基本概念 1、變形現象、變形現象 車棒車棒車長軸車長軸磨孔磨孔2、概念、概念 剛度：剛度：物體或構件受外力后抵抗變形的能力物體或構件受外力后抵抗變形的能力 工藝系統的剛度：工藝系統的剛度：在誤差敏感方向上的分力在誤差敏感方向上的分力p py y與在與在此方向上刀具對工件的變形（位移）量此方向上刀具對工件的變形（位移）量y y的比值的比值 靜剛度：靜剛度：在靜態(tài)條件下靜力與變形的比值在靜態(tài)條件下靜力與

20、變形的比值 動剛度：動剛度：某一頻率范圍內產生單位振幅所需的激振某一頻率范圍內產生單位振幅所需的激振力幅值力幅值yspky二、機床部件剛度特點及影響因素二、機床部件剛度特點及影響因素車床剛度的單向靜測定車床剛度的單向靜測定1、部件變形過程與剛度曲線特點、部件變形過程與剛度曲線特點 （1）加載變形曲線）加載變形曲線不成線性不成線性 有預緊力，當載荷有預緊力，當載荷 有剛性很差的零件，當該有剛性很差的零件，當該 大于力時，大于力時，K變小變小 零件變形減小時，零件變形減小時，K增大增大 （2）正反加卸載變形曲線）正反加卸載變形曲線 不重合不重合凸pyy凹pyy塑性變形摩擦力等消耗能量塑性變形摩擦力

21、等消耗能量最大間隙最大間隙磁磁滯滯564123 （2）正反加卸載變形曲線）正反加卸載變形曲線 不重合不重合 （3）多次重復加載變形曲線）多次重復加載變形曲線 第一次加載第一次加載“磁滯磁滯”現象嚴重，以后減小現象嚴重，以后減小 加、卸載曲線接近，起始點重合加、卸載曲線接近，起始點重合塑性變形摩擦力等消耗能量塑性變形摩擦力等消耗能量最大間隙最大間隙磁磁滯滯564123（4）部件剛度曲線特點）部件剛度曲線特點 力和變形不是直線性，不符合胡克定律力和變形不是直線性，不符合胡克定律部件變部件變形不純粹是彈性變形形不純粹是彈性變形 加載與卸載曲線不重合加載與卸載曲線不重合 當載荷去除后，變形不能恢復原點

22、當載荷去除后，變形不能恢復原點有塑性變形。有塑性變形。反復加載后，殘余變形減到反復加載后，殘余變形減到0，重合，重合 部件剛度遠比想象小部件剛度遠比想象小接觸變形接觸變形克服摩擦力克服摩擦力損失能量損失能量2、影響部件剛度的因素、影響部件剛度的因素 接觸變形接觸變形 個別薄弱環(huán)節(jié)個別薄弱環(huán)節(jié) 連接夾緊力的影響連接夾緊力的影響 摩擦力摩擦力 間隙影響間隙影響 變形的復合性變形的復合性兩零件接觸面接觸情況兩零件接觸面接觸情況間隙對剛度影響曲線間隙對剛度影響曲線機床剛度中薄弱環(huán)節(jié)機床剛度中薄弱環(huán)節(jié)11111kkkkk刀具系統夾具工件機床+yyyyy刀具系統夾具工件機床+ypky系統系統、ypky機床

23、機床、ypky夾具夾具、ypky刀具刀具、ypky工件工件 11111kkkkk刀具系統夾具工件機床+三、工藝系統的剛度三、工藝系統的剛度 工藝系統總變形及合成剛度為工藝系統總變形及合成剛度為 而而因此，有因此，有四、工藝系統受力變形對加工精度的影響四、工藝系統受力變形對加工精度的影響 1、由于切削力產生的系統變形對加工精度的影響由于切削力產生的系統變形對加工精度的影響 （1）由于切削點位置的變化引起的剛度、變形變化而產生）由于切削點位置的變化引起的剛度、變形變化而產生的形狀誤差的形狀誤差 工件短粗，剛度高工件短粗，剛度高鞍形鞍形P P尾尾 力：力：位移：位移：()ylxPPly頭yxPPly

24、尾()yssPPlxyKKl頭頭頭頭yssPPxyKKl尾尾尾尾()()xxlxxyyyyyylll尾尾頭頭頭22()( )yyssPPlxxyKlKl尾尾此時刀架變形為此時刀架變形為因此，因此， 當當 當當 當當ysPyK刀架刀架22()( )yyyxsssPPPlxxyyyKlKlK刀架機床頭頭刀架22111()( )yssssPlxxKKlKlK尾頭刀架機床0,yyssPPxyKK機床頭刀架,yyssPPxl yKK機床尾刀架,244yyysssPPPlxyKKK機床尾頭刀架工件細長工件細長鼓形鼓形 和和 時，時， 時，最大，為時，最大，為 剛度在該工件軸向的各個位置是不同的剛度在該工件

25、軸向的各個位置是不同的加工后工件各橫截面的直徑尺寸也不同加工后工件各橫截面的直徑尺寸也不同形狀誤差（錐度、鼓形、鞍形等）形狀誤差（錐度、鼓形、鞍形等）3322221()( ) ()33yyPlPlxlxx lxyEIllEIl0 x xl10y 2lx 3148yPlyEI（2）由于工件加工余量不均或其他原因）由于工件加工余量不均或其他原因 導致導致切削力變化切削力變化變形變化變形變化引起形狀尺寸誤差引起形狀尺寸誤差 對于對于橢圓毛坯：切深大橢圓毛坯：切深大力大力大變形大變形大橢圓橢圓毛坯的形狀誤差，圓度、圓柱度、平面度等都以一毛坯的形狀誤差，圓度、圓柱度、平面度等都以一定誤差復映成工件的加工

26、誤差，這是由余量不均引起定誤差復映成工件的加工誤差，這是由余量不均引起的的 采用多次走刀減小誤差復映采用多次走刀減小誤差復映調整法加工時，毛坯大小不一調整法加工時，毛坯大小不一工件尺寸分散工件尺寸分散計計算誤差復映算誤差復映誤差復映誤差復映2、由于夾緊力、重力等產生的系統變形對加工精度影響、由于夾緊力、重力等產生的系統變形對加工精度影響 （1）由于工件的夾緊變形引起的加工誤差）由于工件的夾緊變形引起的加工誤差床身導軌面床身導軌面應用應用 薄板零件的磨削薄板零件的磨削（2）由于重力所引起的加工誤差）由于重力所引起的加工誤差重力引起機床變形重力引起機床變形五、由于內應力產生變形對加工精度影響五、由

27、于內應力產生變形對加工精度影響 內應力：內應力：零件在沒有外加載荷作用下，加工后內零件在沒有外加載荷作用下，加工后內部存在的應力成為殘余內應力，稱為部存在的應力成為殘余內應力，稱為。 工件在鑄、鍛、切削后內部應力相互平衡工件在鑄、鍛、切削后內部應力相互平衡 一旦外界條件變化一旦外界條件變化平衡破壞平衡破壞變形變形 冷加工冷加工溫度溫度振動振動平衡破壞平衡破壞變形變形外界條件外界條件1、內應力的產生、內應力的產生 毛坯：工件壁厚不均毛坯：工件壁厚不均 工件切削內應力工件切削內應力 熱處理熱處理 校直校直2、內應力的減少和消除法、內應力的減少和消除法 時效處理：天然、人工時效處理：天然、人工 鑄、

28、鍛件結構，應壁厚均勻，不能差太多鑄、鍛件結構，應壁厚均勻，不能差太多 零件的結構主要考慮港督問題零件的結構主要考慮港督問題 機械加工時，注意減少切削力機械加工時，注意減少切削力 盡量不采用冷校直盡量不采用冷校直六、機床剛度的測定六、機床剛度的測定 1、機床剛度的靜測定法、機床剛度的靜測定法 單向加載測定法：單向加載測定法：不能反映切削狀態(tài)；只加載不能反映切削狀態(tài)；只加載 力，力，而而 都對剛度有影響都對剛度有影響 三向加載測定法：三向加載測定法：三向加載，三向測力三向加載，三向測力yPxyzPPP、 2 2、用生產法測定車床剛度、用生產法測定車床剛度按誤差復映原理進行的按誤差復映原理進行的11

29、1111144111KKKKKKKKKK刀系頭頭刀尾系中頭刀尾系尾0.75pCsK系 3 3、接觸剛度的測定、接觸剛度的測定七、提高工藝系統剛度的措施七、提高工藝系統剛度的措施 1、選用合理的零部件結構和斷面形狀選用合理的零部件結構和斷面形狀 封閉式箱型結構、空心結構（斷面面積不變）封閉式箱型結構、空心結構（斷面面積不變）2、提高連接表面的接觸剛度、提高連接表面的接觸剛度 提高連接面幾何形狀精度降低表面粗糙度，施加預載荷提高連接面幾何形狀精度降低表面粗糙度，施加預載荷3、采用正確的裝夾方式、采用正確的裝夾方式4、提高加工時刀具的剛度、提高加工時刀具的剛度 懸伸短、刀桿、導向套、導向桿懸伸短、刀

30、桿、導向套、導向桿5、減小接觸面、減小接觸面 6、工件剛度低時，縮短切削力與支承點的距離、工件剛度低時，縮短切削力與支承點的距離 車中心架、跟刀架車中心架、跟刀架5-4 工藝系統熱變形及加工精度的影響工藝系統熱變形及加工精度的影響 一、工藝系統熱源與熱平衡一、工藝系統熱源與熱平衡 1、工藝系統熱源、工藝系統熱源2 2、工藝系統熱平衡、工藝系統熱平衡 散出熱量散出熱量= =傳入熱量傳入熱量熱平衡熱平衡溫度不變溫度不變變形穩(wěn)定變形穩(wěn)定加工熱：加工熱：切削熱、磨削熱切削熱、磨削熱內部熱源內部熱源外部熱源外部熱源摩擦熱：摩擦熱：支承副、傳動副、離合器、電機、液壓系統支承副、傳動副、離合器、電機、液壓系

31、統輻射熱：輻射熱：陽光、取暖設備、人體陽光、取暖設備、人體環(huán)境溫度：環(huán)境溫度：氣溫、室溫變化、冷風、熱風氣溫、室溫變化、冷風、熱風二、機床熱變形對加工精度的影響二、機床熱變形對加工精度的影響 1、機床的溫升與熱平衡機床的溫升與熱平衡 機床各部件達到熱平衡的時間不同，熱容量大的需要的機床各部件達到熱平衡的時間不同，熱容量大的需要的時間長時間長 2、各類機床熱變形及其對加工精度的影響、各類機床熱變形及其對加工精度的影響 （1）車、銑、鏜床類機床的熱變形）車、銑、鏜床類機床的熱變形 主軸箱發(fā)熱主軸箱發(fā)熱箱體、機床發(fā)生變形和翹曲，從而主軸箱體、機床發(fā)生變形和翹曲，從而主軸的位移和傾斜的位移和傾斜（2）

32、磨床的熱變形）磨床的熱變形 砂輪軸承和液壓系統砂輪軸承和液壓系統（3）導軌磨床、龍門刨床的熱變形）導軌磨床、龍門刨床的熱變形 床身的熱變形床身的熱變形砂輪軸承砂輪軸承砂輪砂輪工件工件工件直徑工件直徑液壓系統液壓系統床身各處溫度不同床身各處溫度不同床身彎曲和傾斜床身彎曲和傾斜主軸前后軸承溫升不同主軸前后軸承溫升不同砂輪傾斜砂輪傾斜3 3、減少機床熱變形對加工影響的措施、減少機床熱變形對加工影響的措施 （1）結構設計措施）結構設計措施 熱對稱結構設計熱對稱結構設計單柱改雙柱單柱改雙柱 使關鍵件熱變形在誤差不敏感方向移動使關鍵件熱變形在誤差不敏感方向移動 合理安排支承位置，使熱位移有效部分縮短合理安

33、排支承位置，使熱位移有效部分縮短 對發(fā)熱大的熱源采用足夠的冷卻措施對發(fā)熱大的熱源采用足夠的冷卻措施 改善軸承的潤滑條件改善軸承的潤滑條件 隔離熱源隔離熱源 油池和冷卻液箱獨立油池和冷卻液箱獨立變形變形 均衡關鍵件溫升均衡關鍵件溫升 （2）工藝措施）工藝措施 安裝機床的區(qū)域保持恒定環(huán)境溫度安裝機床的區(qū)域保持恒定環(huán)境溫度 均布加熱器，取暖，門簾，不靠窗照射均布加熱器，取暖，門簾，不靠窗照射 機床達到熱平衡狀態(tài)后再加工機床達到熱平衡狀態(tài)后再加工 空轉一段時間空轉一段時間熱平衡熱平衡不斷續(xù)加工不斷續(xù)加工 精密機床精密機床恒溫室恒溫室 嚴格控制切削用量以減少工件發(fā)熱嚴格控制切削用量以減少工件發(fā)熱三、工件

34、熱變形對加工精度的影響三、工件熱變形對加工精度的影響 1、工件熱變形及其對加工影響、工件熱變形及其對加工影響 傳入工件的熱量多少傳入工件的熱量多少受熱是否均勻受熱是否均勻工件的受熱體積工件的受熱體積三種因素三種因素典型工件的熱變形分析典型工件的熱變形分析 薄片狀零件的熱變形薄片狀零件的熱變形 軸類零件的熱變形軸類零件的熱變形 長徑比大的零件，如絲杠、細長軸等，受熱伸長，長徑比大的零件，如絲杠、細長軸等，受熱伸長，不能忽視不能忽視2、減少工件熱變形對加工精度影響的措施、減少工件熱變形對加工精度影響的措施 充分冷卻，降低切削溫度充分冷卻，降低切削溫度 提高切削速度和進給量提高切削速度和進給量 工件

35、精加工前充分冷卻工件精加工前充分冷卻 經常刃磨和修正刀具和砂輪經常刃磨和修正刀具和砂輪 使工件在緊張狀態(tài)下有伸縮自由使工件在緊張狀態(tài)下有伸縮自由四、刀具的熱變形及對加工精度的影響四、刀具的熱變形及對加工精度的影響 1、刀具連續(xù)工作時的熱變形刀具連續(xù)工作時的熱變形 2、刀具斷續(xù)加工時的熱變形刀具斷續(xù)加工時的熱變形五、減少工藝系統熱變形辦法五、減少工藝系統熱變形辦法 1、減少熱源產生熱量減少熱源產生熱量 采用低速小用量切削采用低速小用量切削減少切削熱和摩擦熱減少切削熱和摩擦熱 2、控制熱源的影響、控制熱源的影響 采用冷卻、恒溫等手段采用冷卻、恒溫等手段 3、從結構上減少變形、從結構上減少變形 機床

36、：機床： 工件：盡量避免薄壁、薄片、空心等易熱變形的結構工件：盡量避免薄壁、薄片、空心等易熱變形的結構（實心容量大）（實心容量大） 刀具：減少懸伸長度，控制熱變形方向不在敏感方向刀具：減少懸伸長度，控制熱變形方向不在敏感方向 4、進行綜合補償及校正、進行綜合補償及校正5-5 保證和提高加工材料精度的途徑保證和提高加工材料精度的途徑 一、直接消除或減小原始誤差的方法一、直接消除或減小原始誤差的方法細長軸車削時的受力情況和變形狀況細長軸車削時的受力情況和變形狀況徑向力徑向力頂彎頂彎跟刀架跟刀架軸向力軸向力壓彎壓彎工件一端被夾緊工件一端被夾緊切削軸向力切削軸向力彎曲彎曲高速回轉高速回轉離心力離心力加

37、劇變形，導致振動加劇變形，導致振動切削熱，兩端固定切削熱，兩端固定熱身長熱身長軸向力軸向力加劇加劇大進給量反向切削法加工細長軸大進給量反向切削法加工細長軸進給方向由卡盤向尾座方向，后面采用浮動活頂尖進給方向由卡盤向尾座方向，后面采用浮動活頂尖采用大進給量和大主偏角車刀采用大進給量和大主偏角車刀 采用浮動活頂尖緩解工件熱伸長采用浮動活頂尖緩解工件熱伸長 將工件的卡盤端車出一縮頸，消除軸心線歪斜影響將工件的卡盤端車出一縮頸，消除軸心線歪斜影響二、補償或抵消原始誤差的方法二、補償或抵消原始誤差的方法 人為的造成一種新原始誤差去抵消原來的誤差，正誤人為的造成一種新原始誤差去抵消原來的誤差，正誤差用人為

38、的負誤差去抵消，負誤差用人為的正誤差去抵差用人為的負誤差去抵消，負誤差用人為的正誤差去抵消，兩者大小相等，方向相反。消，兩者大小相等，方向相反。 用人為誤差抵消裝配后因自重產生變形用人為誤差抵消裝配后因自重產生變形 精加工磨床床身導軌時預加載荷抵消裝配后部件自重精加工磨床床身導軌時預加載荷抵消裝配后部件自重變形變形 前后雙刀架對刀前后雙刀架對刀三、分組調整或均分誤差法三、分組調整或均分誤差法四、變形轉移或誤差轉移四、變形轉移或誤差轉移 1、轉移變形、轉移變形 2、轉移誤差、轉移誤差 六角車床六角車床“力刀力刀”安安裝裝橫梁橫梁變形轉移變形轉移五、就地加工達到最終精度的方法五、就地加工達到最終精

39、度的方法5-6 加工誤差的統計分析加工誤差的統計分析一、加工誤差的性質及分析方法一、加工誤差的性質及分析方法 1、分析加工誤差的目的及方法分析加工誤差的目的及方法研究某一主要因素對加工精度的影響研究某一主要因素對加工精度的影響單一因素單一因素分析法分析法根據加工誤差的表現形式及變化規(guī)律分析其產生根據加工誤差的表現形式及變化規(guī)律分析其產生的原因的原因統計分析法統計分析法 2、加工誤差的性質、加工誤差的性質 系統性誤差系統性誤差常值性系統誤差、變值性系統誤差常值性系統誤差、變值性系統誤差 隨機性誤差隨機性誤差 常值系統誤差常值系統誤差查明大小和方向查明大小和方向相應調整或檢修相應調整或檢修工藝裝配

40、或補償工藝裝配或補償 變值系統誤差變值系統誤差摸清規(guī)律摸清規(guī)律自動連續(xù)補償或自動周自動連續(xù)補償或自動周期補償期補償 隨機性誤差隨機性誤差只能找到根源，對其采取的措施以縮只能找到根源，對其采取的措施以縮短其影響短其影響解決途徑解決途徑二、分布圖分析法二、分布圖分析法 1、實際分布圖實際分布圖頻數分布直方圖頻數分布直方圖 分散范圍分散范圍=最大尺寸最大尺寸-最小尺寸最小尺寸 分散范圍小于公差帶分散范圍小于公差帶本工序的加工精度滿足公差要求本工序的加工精度滿足公差要求 尺寸分散中心與公差帶中心偏離太遠尺寸分散中心與公差帶中心偏離太遠產生廢品產生廢品注意注意組距（分組數）選擇組距（分組數）選擇頻數作縱

41、坐標時，圖行高矮受組距影響頻數作縱坐標時，圖行高矮受組距影響頻數作縱坐標時，工件總數也影響圖形高矮頻數作縱坐標時，工件總數也影響圖形高矮縱坐標改用頻率密度縱坐標改用頻率密度=頻率頻數頻率密度組距工件總數 組距2、正態(tài)分布正態(tài)分布 隨機事件隨機事件正態(tài)分布正態(tài)分布 相互獨立的隨機事件總和相互獨立的隨機事件總和正態(tài)分布正態(tài)分布 對加工來說，若隨機誤差是由很多相互獨立的隨機因對加工來說，若隨機誤差是由很多相互獨立的隨機因素所構組成，其中沒有一個起決定作用的非正態(tài)分布的素所構組成，其中沒有一個起決定作用的非正態(tài)分布的隨機因素，那么加工中隨機誤差也符合正態(tài)分布隨機因素，那么加工中隨機誤差也符合正態(tài)分布

42、2221g(x)=2xe標準正態(tài)分布標準正態(tài)分布一般正態(tài)分布，利用坐標變換一般正態(tài)分布，利用坐標變換 求概率求概率曲線對稱于算術平均值軸線曲線對稱于算術平均值軸線曲線兩端與曲線兩端與x x軸相交于無窮遠軸相交于無窮遠曲線下與曲線下與x軸之間的總面積為軸之間的總面積為1 1，在對稱軸，在對稱軸66范圍內范圍內出現的概率出現的概率99.73%99.73%代替全部零件。代替全部零件。01，2212ge（ ）=x222()22011g( )22xxxx deded 特點特點3、分布圖的作用與缺點分布圖的作用與缺點（1）作用作用 判斷工藝能否滿足加工精度要求判斷工藝能否滿足加工精度要求 判斷超差原因判斷

43、超差原因常值系統性誤差還是隨機誤差常值系統性誤差還是隨機誤差（2）缺點缺點 沒有考慮工件加工先后順序沒有考慮工件加工先后順序 必須等一批工件加工完才能畫圖，不主動控制精度必須等一批工件加工完才能畫圖，不主動控制精度 如出現問題，無法對本批零件采取措施，而只能對如出現問題，無法對本批零件采取措施，而只能對下一批零件起作用，不便積累控制資料下一批零件起作用，不便積累控制資料 計算量大計算量大6T4、正態(tài)分布圖的應用正態(tài)分布圖的應用（1）判斷某一工藝過程能否保證加工精度要求判斷某一工藝過程能否保證加工精度要求 工藝能力和工藝能力系數工藝能力和工藝能力系數 一個工序的尺寸分散范圍代表了該工序的工藝能力

44、一個工序的尺寸分散范圍代表了該工序的工藝能力 工藝能力系數工藝能力系數 ：工件加工公差：工件加工公差 與工藝能力與工藝能力 的比值。的比值。 全部零件加工合格全部零件加工合格 加工能力強，遇到外來因素影響加工能力強，遇到外來因素影響不合格品不合格品 加工能力不足加工能力不足61,1,1,ppppTccccT6ppc工藝工藝能力系數值能力系數值C CP P1.671.671.67C1.67CP P1.331.331.33C1.33CP P1.001.001.00C1.00CP P0.670.670.67C0.67CP P工藝工藝等級名稱等級名稱特級工藝特級工藝一級工藝一級工藝二級工藝二級工藝三級

45、工藝三級工藝四級工藝四級工藝說說 明明工藝能力過高，可以允許有工藝能力過高，可以允許有異常波動，或作相應考慮異常波動，或作相應考慮工藝能力足夠，可以工藝能力足夠，可以有一定的異常波動有一定的異常波動工藝能力勉強，工藝能力勉強，必須密切注意必須密切注意工藝能力不足，工藝能力不足，可能出少量不合格品可能出少量不合格品工藝能力很差，工藝能力很差，必須加以改進必須加以改進工藝等級工藝等級調整精度系數調整精度系數 調整精度影響尺寸分布中心位置調整精度影響尺寸分布中心位置 ，e尺寸分布中心相對公差帶中心的偏移量尺寸分布中心相對公差帶中心的偏移量eE162es允)11 (21)61 (21pCseE允允Cp

46、1是不出現不合格品的必要條件是不出現不合格品的必要條件Cp1和和EE允允是充分條件是充分條件（2）不合格品率的確定）不合格品率的確定（3）誤差性質的判斷）誤差性質的判斷)(5 . 0XESGQ右)(5 . 0XEIGQ左min3 ( )XXSmax3 ( )XXS左全合格左全合格右全合格右全合格5-7 點圖分析法點圖分析法點圖的點圖的各種形式各種形式5-8 質量管理圖質量管理圖一、管理圖一、管理圖 三條線，中心線、上控制線、下控制線三條線，中心線、上控制線、下控制線 兩條線，中心線、上控制線兩條線，中心線、上控制線二、控制線的確定二、控制線的確定 畫控制線的依據：畫控制線的依據： 控制圖控制圖 控制圖控制圖計量值管理圖計量值管理圖測量值大小測量值大小 管理圖管理圖計數值管理圖計數值管理圖廢品率廢品率XR圖圖XRXRXRsKXARxKXARsKDR