第二章 機(jī)械加工精度

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1、編號(hào)： 時(shí)間：2021年x月x日 書山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟 頁(yè)碼：第22頁(yè) 共22頁(yè) 第二章 機(jī)械加工精度 第一節(jié) 概述 一、加工精度的概念 高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低消耗，產(chǎn)品技術(shù)性能好、使用壽命長(zhǎng)，這是機(jī)械制造企業(yè)的基本要求。而質(zhì)量總是則是最根本的問題。 機(jī)械加工質(zhì)量指標(biāo)包括兩方面的參數(shù)：一方面是宏觀幾何參數(shù)，指機(jī)械加工精度；另一方面是微觀幾何參數(shù)和表面物理-機(jī)械性能等方面的參數(shù)，指機(jī)械加工表面質(zhì)量。 所謂機(jī)械加工精度，是指零件在加工后的幾何參數(shù)（尺寸大小、幾何形狀、表面間的相互位置）的實(shí)際值與理論值相符合的程度。符合程度高，

2、加工精度也高；反之則加工精度低。機(jī)械加工精度包括尺寸精度、形狀精度、位置精度三項(xiàng)內(nèi)容，三者有聯(lián)系，也有區(qū)別。 由于機(jī)械加工中的種種原因，不可能把零件做得絕對(duì)精確，總會(huì)產(chǎn)生偏差。這種偏差即加工誤差。實(shí)際生產(chǎn)中加工精度的高低用加工誤差的大小表示。加工誤差小，則加工精度高；反之則低。保證零件的加工精度就是設(shè)法將加工誤差控制在允許的偏差范圍內(nèi)；提高零件的加工精度就是設(shè)法降低零件的加工誤差。 隨著對(duì)產(chǎn)品性能要求的不斷提高和現(xiàn)代加工技術(shù)的發(fā)展，對(duì)零件的加工精度要求也在不斷的提高。一般來說，零件的加工精度越高則加工成本越高，生產(chǎn)率則相對(duì)越低。因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)零件的使用要求，合理地確定零件的加工精度，

3、工藝人員則應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求、生產(chǎn)條件等采取適當(dāng)?shù)募庸すに嚪椒?，以保證零件的加工誤差不超過零件圖上規(guī)定的公差范圍，并在保證加工精度的前提下，盡量提高生產(chǎn)率和降低成本。 二 獲得零件加工精度的方法 1．獲得尺寸精度的方法 在機(jī)械加工中獲得尺寸精度的方法有試切法、調(diào)整法、定尺寸刀具法、自動(dòng)控制法和主動(dòng)測(cè)量法等五種。 ⑴ 試切法 通過試切─測(cè)量─調(diào)整─再試切，反復(fù)進(jìn)行到被加工尺寸達(dá)到要求的精度為止的加工方法。試切法不需要復(fù)雜的裝備，加工精度取決于工人的技術(shù)水平和量具的精度，常用于單件小批生產(chǎn)。 ⑵ 調(diào)整法 按零件規(guī)定的尺寸預(yù)先調(diào)整機(jī)床、夾具、刀具和工件的相

4、互位置，并在加工一批零件的過程中保持這個(gè)位置不變，以保證零件加工尺寸精度的加工方法。調(diào)整法生產(chǎn)效率高，對(duì)調(diào)整工的要求高，對(duì)操作工的要求不高，常用于成批及大量生產(chǎn)。 ⑶ 定尺寸刀具法 用具有一定形狀和尺寸精度的刀具進(jìn)行加工，使加工表面達(dá)到要求的形狀和尺寸的加工方法。如用鉆頭、鉸刀、鍵槽銑刀等刀具的加工即為定尺寸刀具法。定尺寸刀具法生產(chǎn)率較高，加工精度較穩(wěn)定，廣泛的應(yīng)用于各種生產(chǎn)類型。 ⑷ 自動(dòng)控制法 把測(cè)量裝置、進(jìn)給裝置和控制機(jī)構(gòu)組成一個(gè)自動(dòng)加工系統(tǒng)，使加工過程中的尺寸測(cè)量、刀具的補(bǔ)償和切削加工一系列工作自動(dòng)完成，從而自動(dòng)獲得所要求的尺寸精度的加工方法。該方法生產(chǎn)率高，加工精度穩(wěn)

5、定，勞動(dòng)強(qiáng)度低，適應(yīng)于批量生產(chǎn)。 ⑸ 主動(dòng)測(cè)量法 在加工過程中，邊加工邊測(cè)量加工尺寸，并將測(cè)量結(jié)果與設(shè)計(jì)要求比較后，或使機(jī)床工作，或使機(jī)床停止工作的加工方法。該方法生產(chǎn)率較高，加工精度較穩(wěn)定，適應(yīng)于批量生產(chǎn)。 2．獲得幾何形狀精度的方法 在機(jī)械加工中獲得幾何精度的方法有軌跡法、成形法、仿形法和展成法等四種。 ⑴ 軌跡法 依靠刀尖運(yùn)動(dòng)軌跡來獲得形狀精度的方法。刀尖的運(yùn)動(dòng)軌跡取決于刀具和工件的相對(duì)成形運(yùn)動(dòng)，因而所獲得的形狀精度取決成形運(yùn)動(dòng)的精度。普通車削、銑削、刨削和磨削等均為刀尖軌跡法。 ⑵ 成形法 利用成形刀具對(duì)工件進(jìn)行加工的方法。成形法所獲得的形狀精度

6、取決于成形刀具的形狀精度和其他成形運(yùn)動(dòng)精度。用成形刀具或砂輪進(jìn)行車、銑、刨 、磨、拉等加工的均為成形法。 ⑶ 仿形法：刀具依照仿形裝置進(jìn)給獲得工件形狀精度的方法。如使用仿形裝置車手柄、銑凸輪軸等。 ⑷ 展成法 又稱為范成法，它是依據(jù)零件曲面的成形原理、通過刀具和工件的展成切削運(yùn)動(dòng)進(jìn)行加工的方法。展成法所得的被加工表面是刀刃和工件在展成運(yùn)動(dòng)過程中所形成的包絡(luò)面，刀刃必須是被加工表面的共軛曲線。所獲得的精度取決于刀刃的形狀和展成運(yùn)動(dòng)的精度。滾齒、插齒等均為展成法。 3．獲得位置精度的方法 工件的位置精度取決于工件的安裝（定位和夾緊）方式及其精度。獲得位置精度的方法有： ⑴ 找正安裝法

7、 找正是用工具和儀表根據(jù)工件上有關(guān)基準(zhǔn)，找出工件有關(guān)幾何要素相對(duì)于機(jī)床的正確位置的過程。用找正法安裝工件稱為找正安裝，找正安裝又可分為： 1）劃線找正安裝 即用劃針根據(jù)毛坯或半成品上所劃的線為基準(zhǔn)找正它在機(jī)床上正確位置的一種安裝方法。 2）直接找正安裝 即用劃針和百分表或通過目測(cè)直接在機(jī)床上找正工件正確位置的安裝方法。此法的生產(chǎn)率較低，對(duì)工人的技術(shù)水平要求高，一般只用于單件小批生產(chǎn)中。 ⑵ 夾具安裝法 夾具是用以安裝工件和引導(dǎo)刀具的裝置。在機(jī)床上安裝好夾具，工件放在夾具中定位，能使工件迅速獲得正確位置，并使其固定在夾具和機(jī)床上。因此，工件定位方便，定位精度高且穩(wěn)定，裝夾效率

8、也高。 ⑶ 機(jī)床控制法 利用機(jī)床本身所設(shè)置的保證相對(duì)位置精度的機(jī)構(gòu)保證工件位置精度的安裝方法。如坐標(biāo)鏜床、數(shù)控機(jī)床等。 第二節(jié) 影響加工精度的因素及其分析 在機(jī)械加工過程中，機(jī)床、夾具、刀具和工件組成了一個(gè)完整的系統(tǒng)，稱為工藝系統(tǒng)。工件的加工精度問題也就涉及到整個(gè)工藝系統(tǒng)的精度問題。工藝系統(tǒng)中各個(gè)環(huán)節(jié)所存在的誤差,在不同的條件下,以不同的程度和方式反映為工件的加工誤差,它是產(chǎn)生加工誤差的根源，因此工藝系統(tǒng)的誤差被稱為原始誤差,如表2-1所示。原始誤差主要來自兩方面：一方面是在加工前就存在的工藝系統(tǒng)本身的誤差（幾何誤差），包括加工原理誤差，機(jī)床、夾具、刀具的制造誤差，工件的

9、安裝誤差，工藝系統(tǒng)的調(diào)整誤差等；另一方面是加工過程中工藝系統(tǒng)的受力變形、受熱變形、工件殘余應(yīng)力引起的變形和刀具的磨損等引起的誤差，以及加工后因內(nèi)應(yīng)力引起的變形和測(cè)量引起的誤差等。下面即對(duì)工藝系統(tǒng)中的各類原始誤差分別進(jìn)行闡述。 表2-1 原始誤差 一、加工原理誤差 加工原理誤差是指采用了近似的成形運(yùn)動(dòng)或近似的刀刃輪廓進(jìn)行加工而產(chǎn)生的誤差。生產(chǎn)中采用近似的加工原理進(jìn)行加工的例子很多，例如用齒輪滾刀滾齒就有兩種原理誤差：一種是為了滾刀制造方便，采用了阿基米德蝸桿或法向直廓蝸桿代替漸開線蝸桿而產(chǎn)生的近似造形誤差；另一種是由于齒輪滾刀刀齒數(shù)有限，使實(shí)際加工出的齒形是一條由微小折線段組成的曲線

10、，而不是一條光滑的漸開線。采用近似的加工方法或近似的刀刃輪廓，雖然會(huì)帶來加工原理誤差，但往往可簡(jiǎn)化工藝過程及機(jī)床和刀具的設(shè)計(jì)和制造，提高生產(chǎn)率，降低成本，但由此帶來的原理誤差必須控制在允許的范圍內(nèi) 二、工藝系統(tǒng)的幾何誤差 1．機(jī)床幾何誤差 機(jī)床幾何誤差包括機(jī)床本身各部件的制造誤差、安裝誤差和使用過程中的磨損引起的誤差。這里著重分析對(duì)加工影響較大的主軸回轉(zhuǎn)誤差、機(jī)床導(dǎo)軌誤差以及傳動(dòng)鏈誤差。 ⑴ 機(jī)床主軸誤差 機(jī)床主軸是用來安裝工件或刀具并將運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞給工件或刀具的重要零件，它是工件或刀具的位置基準(zhǔn)和運(yùn)動(dòng)基準(zhǔn)，它的回轉(zhuǎn)精度是機(jī)床精度的主要指標(biāo)之一，其誤差直接影

11、響著工件精度的高低。 1）主軸回轉(zhuǎn)誤差 為了保證加工精度，機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)時(shí)其回轉(zhuǎn)軸線的空間位置應(yīng)是穩(wěn)定不變的，但實(shí)際上由于受主軸部件結(jié)構(gòu)、制造、裝配、使用等種種因素的影響，主軸在每一瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線的空間位置都是變動(dòng)的，即存在著回轉(zhuǎn)誤差。主軸回轉(zhuǎn)軸心線的運(yùn)動(dòng)誤差表現(xiàn)為純徑向跳動(dòng)、軸向竄動(dòng)和角度擺動(dòng)三種形式，如圖2-1所示。 （沿用吳拓主編《機(jī)械制造工程》（第2版）機(jī)械工業(yè)出版社2005年9月圖3-18） 圖2-1 主軸回轉(zhuǎn)軸線的運(yùn)動(dòng)誤差 機(jī)床的主軸是以其軸頸支承在床頭箱前后軸承內(nèi)的，因此影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素是軸承精度、主軸軸頸精度和床頭箱主軸承孔的精度。如果采用滑動(dòng)

12、軸承，則影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素是主軸頸的圓度、與其配合的軸承孔的圓度和配合間隙。不同類型的機(jī)床其主軸回轉(zhuǎn)誤差所引起的加工誤差的形式也會(huì)不同。對(duì)于工件回轉(zhuǎn)類機(jī)床（如車床，內(nèi)、外圓磨床），因切削力的方向不變，主軸回轉(zhuǎn)時(shí)作用在支承上的作用力方向也不變，因而主軸頸與軸承孔的接觸點(diǎn)的位置也是基本固定的，即主軸頸在回轉(zhuǎn)時(shí)總是與軸承孔的某一段接觸，因此軸承孔的圓度誤差對(duì)主軸回轉(zhuǎn)精度的影響較小，而主軸頸的圓度誤差則影響較大；對(duì)于刀具回轉(zhuǎn)類機(jī)床（如鏜床、鉆床），因切削力的方向是變化的，所以軸承孔的圓度誤差對(duì)主軸回轉(zhuǎn)精度的影響較大，而主軸頸的圓度誤差影響較小。 2）主軸回轉(zhuǎn)誤差的敏感方向 不同類型的機(jī)床，

13、主軸回轉(zhuǎn)誤差的敏感方向是不同的。 工件回轉(zhuǎn)類機(jī)床的主軸回轉(zhuǎn)誤差的敏感方向，如圖2-2所示，在車削圓柱表面，當(dāng)主軸在Y方向存在誤差Δy時(shí)，則此誤差將是1﹕1地反映到工件的半徑方向上去(ΔRy＝Δy)。而在Z方向存在誤差Δz時(shí)，反映到工件半徑方向上的誤差為ΔRz。其關(guān)系式為 R02十Δz2＝(R0十ΔRz)2＝R02十2R0·ΔRz十ΔRz2 因ΔRz2很小，可以忽略不計(jì)，故此式化簡(jiǎn)后得 ΔRz≈Δz2／(2R0)<<Δy （2—1） 所以Δy所引起的半徑誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于由Δz所引起的半徑誤差。我們把對(duì)加工精度影響最大的那個(gè)方向稱為誤差的敏感方

14、向，把對(duì)加工精度影響最小的那個(gè)方向稱為誤差的非敏感方向。 （沿用吳拓主編《機(jī)械制造工程》（第2版）機(jī)械工業(yè)出版社2005年9月圖3-19） 圖2-2 車外圓的敏感方向 刀具回轉(zhuǎn)類機(jī)床的主軸回轉(zhuǎn)誤差的敏感方向，如鏜削時(shí)，刀具隨主軸一起旋轉(zhuǎn)，切削刃的加工表面的法向隨刀具回轉(zhuǎn)而不斷變化，因而誤差的敏感方向也在不斷變化。 ⑵ 機(jī)床導(dǎo)軌誤差 床身導(dǎo)軌既是裝配機(jī)床各部件的基準(zhǔn)件，又是保證刀具與工件之間導(dǎo)向精度的導(dǎo)向件，因此導(dǎo)軌誤差對(duì)加工精度有直接的影響。導(dǎo)軌誤差分為： 1）導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差Δy 這項(xiàng)誤差使刀具產(chǎn)生水平位移，如圖2-3所示，使工件表面產(chǎn)生的半徑誤差為Δ

15、Ry，ΔRy＝Δy，使工件表面產(chǎn)生圓柱度誤差（鞍形或鼓形）。 2）導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度誤差Δz 這項(xiàng)誤差使刀具產(chǎn)生垂直位移，如圖2-4所示，使工件表面產(chǎn)生的半徑誤差為ΔRz，ΔRz≈Δz2／(2R0)，其值甚小，對(duì)加工精度的影響可以忽略不計(jì)；但若在龍門刨這類機(jī)床上加工薄長(zhǎng)件，由于工件剛性差，如果機(jī)床導(dǎo)軌為中凹形，則工件也會(huì)是中凹形。 3）前后導(dǎo)軌的平行度誤差 當(dāng)前后導(dǎo)軌的不平行，存在扭曲時(shí)，刀架產(chǎn)生傾倒，刀尖相對(duì)于工件在水平和垂直兩個(gè)方向上發(fā)生偏移，從而影響加工精度。如圖2-5所示，在某一截面內(nèi)，工件加工半徑誤差為： ΔR≈Δy＝δ

16、 （2—2） 式中：H——車床中心高 　　　B——導(dǎo)軌寬度 Δ——前后導(dǎo)軌的最大平行度誤差 （沿用吳拓主編《機(jī)械制造工程》（第2版）機(jī)械工業(yè)出版社2005年9月圖3-20、21） 圖2-3 機(jī)床導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的 圖2-4 機(jī)床導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的 直線度對(duì)加工精度的影響 直線度對(duì)加工精度的影響 （沿用吳拓主編《機(jī)械制造工程》（第2版）機(jī)械工業(yè)出版社2005年9月圖3-22） 圖2-5 機(jī)床導(dǎo)軌扭曲對(duì)工件形狀的影響 ⑶ 傳動(dòng)鏈傳動(dòng)誤差 傳動(dòng)鏈傳動(dòng)誤差是指機(jī)床內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈

17、始末兩端傳動(dòng)元件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的誤差。它是影響螺紋、齒輪、蝸輪蝸桿以及其它按展成原理加工的零件加工精度的主要因素。傳動(dòng)鏈?zhǔn)寄﹥啥说穆?lián)系是通過一系列的傳動(dòng)元件來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)這些傳動(dòng)元件存在加工誤差、裝配誤差和磨損時(shí)，就會(huì)破壞正確的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，使工件產(chǎn)生加工誤差，這些誤差即傳動(dòng)鏈誤差。為了減少機(jī)床的傳動(dòng)鏈誤差對(duì)加工精度的影響，可以采取以下措施： 1）盡量減少傳動(dòng)元件數(shù)量，縮短傳動(dòng)鏈，以縮小誤差的來源。 2）采用降速傳動(dòng)（即i<<1） 降速傳動(dòng)是保證傳動(dòng)精度的重要措施。對(duì)于螺紋加工機(jī)床，為保證降速傳動(dòng)，機(jī)床傳動(dòng)絲杠的導(dǎo)程應(yīng)大于工件的導(dǎo)程；齒輪加工機(jī)床最后傳動(dòng)副為蝸輪副，為了得到i<<

18、1的降速傳動(dòng)比，應(yīng)使蝸輪的齒數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于工件的齒數(shù)。 3）提高傳動(dòng)鏈中各元件，尤其是末端元件的加工和裝配精度，以保證傳動(dòng)精度。 4）設(shè)法消除傳動(dòng)鏈中齒輪間的間隙，以提高傳動(dòng)精度。 5）采用誤差校正裝置來提高傳動(dòng)精度。 2．刀具制造誤差與磨損 刀具的制造誤差對(duì)加工精度的影響，根據(jù)刀具種類不同而異。當(dāng)采用定尺寸刀具如鉆頭、鉸刀、拉刀、鍵槽銑刀等加工時(shí)，刀具的尺寸精度將直接影響到工件的尺寸精度；當(dāng)采用成形刀具如成形車 刀、成形銑刀等加工時(shí)，刀具的形狀精度將直接影響工件的形狀精度；當(dāng)采用展成刀具如齒輪滾刀、插齒刀等加工時(shí)，刀刃的形狀必須是加工表面的共軛曲線，因此刀刃

19、的形狀誤差會(huì)影響加工表面的形狀精度；當(dāng)采用一般刀具如車刀、鏜刀、銑刀等的制造誤差對(duì)零件的加工精度并無直接影響，但其磨損對(duì)加工精度、表面粗糙度有直接的影響。 任何刀具在切削過程中都不可避免地要產(chǎn)生磨損，并由此引起工件尺寸和形狀誤差。例如用成形刀具加工時(shí)，刀具刃口的不均勻磨損將直接復(fù)映到工件上造成形狀誤差；在加工較大表面（一次走刀時(shí)間長(zhǎng)）時(shí)，刀具的尺寸磨損也會(huì)嚴(yán)重影響工件的形狀精度；用調(diào)整法加工一批工件時(shí)，刀具的磨損會(huì)擴(kuò)大工件尺寸的分散范圍；刀具磨損使同一批工件的尺寸前后不一致。 3．夾具的制造誤差與磨損 夾具的制造誤差與磨損包括三個(gè)方面： 1）定位元件、刀具導(dǎo)向元件、分度

20、機(jī)構(gòu)、夾具體等的制造誤差； 2）夾具裝配后，定位元件、刀具導(dǎo)向元件、分度機(jī)構(gòu)等元件工作表面間的相對(duì)尺寸誤差； 3）夾具在使用過程中定位元件、刀具導(dǎo)向元件工作表面的磨損。 這些誤差將直接影響到工件加工表面的位置精度或尺寸精度。一般來說，夾具誤差對(duì)加工表面的位置誤差影響最大，在設(shè)計(jì)夾具時(shí)，凡影響工件精度的尺寸應(yīng)嚴(yán)格控制其制造誤差，一般可取工件上相應(yīng)尺寸或位置公差的1∕2~1∕5作為夾具元件的公差。 4．工件的安裝誤差、調(diào)整誤差以及度量誤差 工件的安裝誤差是由定位誤差、夾緊誤差和夾具誤差等三項(xiàng)組成。其中，夾具誤差如上所述，定位誤差這部分內(nèi)容在機(jī)床夾具一章中已有介紹，此處不再

21、贅述。夾緊誤差是指工件在夾緊力作用下發(fā)生的位移，其大小是工件基準(zhǔn)面至刀具調(diào)整面之間距離的最大與最小尺寸之差。它包括工件在夾緊力作用下的彈性變形、夾緊時(shí)工件發(fā)生的位移或偏轉(zhuǎn)而改變了工件在定位時(shí)所占有的正確位置、工件定位面與夾具支承面之間的接觸部分的變形。 機(jī)械加工過程中的每一道工序都要進(jìn)行各種各樣的調(diào)整工作，由于調(diào)整不可能絕對(duì)準(zhǔn)確，因此必然會(huì)產(chǎn)生誤差，這些誤差稱為調(diào)整誤差。調(diào)整誤差的來源隨調(diào)整方式的不同而不同： 1）采用試切法加工時(shí)，引起調(diào)整誤差的因素有：由于量具本身的誤差和測(cè)量方法、環(huán)境條件（溫度、振動(dòng)等）、測(cè)量者主觀因素（視力、測(cè)量經(jīng)驗(yàn)等）造成的測(cè)量誤差；在試切時(shí)，由于微量調(diào)整刀

22、具位置而出現(xiàn)的進(jìn)給機(jī)構(gòu)的爬行現(xiàn)象，導(dǎo)致刀具的實(shí)際位移與刻度盤上的讀數(shù)不一樣造成的微量進(jìn)給加工誤差；精加工和粗加工切削時(shí)切削厚度相差很大，造成試切工件時(shí)尺寸不穩(wěn)定，引起尺寸誤差。 2）采用調(diào)整法加工時(shí)，除上述試切法引起調(diào)整誤差的因素對(duì)其也同樣有影響外，還有：成批生產(chǎn)中,常用定程機(jī)構(gòu)如行程擋塊、靠模、凸輪等來保證刀具與工件的相對(duì)位置，定程機(jī)構(gòu)的制造和調(diào)整誤差以及它們的受力變形和與它們配合使用的電、液、氣動(dòng)元件的靈敏度等會(huì)成為調(diào)整誤差的主要來源；若采用樣件或樣板來決定刀具與工件間相對(duì)位置時(shí)，則它們的制造誤差、安裝誤差和對(duì)刀誤差以及它們的磨損等都對(duì)調(diào)整精度有影響；工藝系統(tǒng)調(diào)整時(shí)由于試切工件數(shù)不可能太

23、多，不能完全反映整批工件加工過程的各種隨機(jī)誤差，故其平均尺寸與總體平均尺寸不可能完全符合而造成加工誤差。 為了保證加工精度，任何加工都少不了測(cè)量，但測(cè)量精度并不等于加工精度，因?yàn)橛行┚葴y(cè)量?jī)x器分辨不出，有時(shí)測(cè)量方法失當(dāng)，均會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。引起測(cè)量誤差的原因主要有：量具本身的制造誤差；測(cè)量方法、測(cè)量力、測(cè)量溫度引起，如讀數(shù)有誤、操作失當(dāng)，測(cè)量力過大或過小等。 減少或消除度量誤差的措施主要是：提高量具精度，合理選擇量具；注意操作方法；注意測(cè)量條件，精密零件應(yīng)在恒溫中測(cè)量。 三、工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響 1．工藝系統(tǒng)的受力變形 機(jī)械加工過程中，工藝系統(tǒng)在切削力、傳

24、動(dòng)力、慣性力、夾緊力、重力等外力的作用下，各環(huán)節(jié)將產(chǎn)生相應(yīng)的變形，使刀具和工件間已調(diào)整好的正確位置關(guān)系遭到破壞而造成加工誤差。例如，在車床上車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，如圖2-6所示，工件在切削力的作用下會(huì)發(fā)生變形，使加工出的工件出現(xiàn)兩頭細(xì)中間粗的腰鼓形。由此可見，工藝系統(tǒng)受力變形是加工中一項(xiàng)很重要的原始誤差，它嚴(yán)重的影響工件的加工精度。工藝系統(tǒng)的受力變形通常是彈性變形，一般來說，工藝系統(tǒng)抵抗彈性變形的能力越強(qiáng)，加工精度越高。 （沿用吳拓主編《機(jī)械制造工程》（第2版）機(jī)械工業(yè)出版社2005年9月圖3-23） 圖2-6 車細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)的變形 2．工藝系統(tǒng)的剛度 工藝系統(tǒng)是一個(gè)彈性系統(tǒng)。彈

25、性系統(tǒng)在外力作用下所產(chǎn)生的變形位移的大小取決于外力的大小和系統(tǒng)抵抗外力的能力。工藝系統(tǒng)抵抗外力使其變形的能力稱為工藝系統(tǒng)的剛度。工藝系統(tǒng)的剛度用切削力和在該力方向上所引起的刀具和工件間相對(duì)變形位移的比值表示的。由于切削力有三個(gè)分力，在切削加工中對(duì)加工精度影響最大的是刀刃沿加工表面的法線方向（Y方向上）的分力，因此計(jì)算工藝系統(tǒng)剛度時(shí)，通常只考慮此方向上的切削分力Fy和變形位移量y，即 （2—3） 3．工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響 工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響可歸納為下列幾種常見的形式： ⑴ 受力點(diǎn)位置變化產(chǎn)生形狀

26、誤差 在切削過程中，工藝系統(tǒng)的剛度會(huì)隨著切削力作用點(diǎn)位置的變化而變化，因此使工藝系統(tǒng)受力變形也隨之變化，引起工件形狀誤差。例如車削加工時(shí)，由于工藝系統(tǒng)沿工件軸向方向各點(diǎn)的剛度不同，因此會(huì)使工件各軸向截面直徑尺寸不同，使車出的工件沿軸向產(chǎn)生形狀誤差（出現(xiàn)鼓形、鞍形、錐形）。 ⑵ 切削力變化引起加工誤差 在切削加工中，由于工件加工余量和材料硬度不均將引起切削力的變化，從而造成加工誤差。例如車削圖2-7所示的毛坯時(shí)，由于它本身有圓度誤差（橢圓），背吃刀量aP將不一致（aP1＞aP2），當(dāng)工藝系統(tǒng)的剛度為常數(shù)時(shí)，切削分力Fy也不一致（Fy1＞Fy2），從而引起工藝系統(tǒng)的變形不一致（Yl ＞Y2）

27、，這樣在加工后的工件上仍留有較小的圓度誤差。這種在加工后的工件上出現(xiàn)與毛坯形狀相似的誤差的現(xiàn)象稱為“誤差復(fù)映”。 （沿用吳拓主編《機(jī)械制造工程》（第2版）機(jī)械工業(yè)出版社2005年9月圖3-24） 圖2-7 毛坯形狀誤差的復(fù)映 由于工藝系統(tǒng)具有一定的剛度，因此在加工表面上留下的誤差比毛坯表面的誤差數(shù)值上已大大減小了。也就是說，工藝系統(tǒng)剛度愈高，加工后復(fù)映到被加工表面上的誤差愈小，當(dāng)經(jīng)過數(shù)次走刀后，加工誤差也就逐漸縮小到所允許的范圍內(nèi)了。 ⑶ 其他作用力引起的加工誤差 1）傳動(dòng)力和慣性力引起的加工誤差 當(dāng)在車床上用單爪撥盤帶動(dòng)工件回轉(zhuǎn)時(shí)，傳動(dòng)力在撥盤的每一轉(zhuǎn)中不斷改變

28、其方向；對(duì)高速回轉(zhuǎn)的工件，如其質(zhì)量不平衡，將會(huì)產(chǎn)生離心力，它和傳動(dòng)力一樣在工件的轉(zhuǎn)動(dòng)中不斷的改變方向。這樣，工件在回轉(zhuǎn)中因受到不斷變化方向的力的作用而造成加工誤差，如圖2-8和圖2-9所示。 （沿用吳拓主編《機(jī)械制造工程》（第2版）機(jī)械工業(yè)出版社2005年9月圖3-25、26） 圖2-8 傳動(dòng)力所引起的加工誤差 圖2-9 離心慣性所引起的加工誤差 2）重力所引起的誤差 在工藝系統(tǒng)中，有些零部件在自身重力作用下產(chǎn)生的變形也會(huì)造成加工誤差。例如，龍門銑床、龍門刨床橫梁在刀架自重下引起的變形將造成工件的平面度誤差。對(duì)于大型工件，因自重而產(chǎn)生的變形有時(shí)會(huì)成為

29、引起加工誤差的主要原因，所以在安裝工件時(shí)，應(yīng)通過恰當(dāng)?shù)夭贾弥С械奈恢没蛲ㄟ^平衡措施來減少自重的影響。 3）夾緊力所引起的加工誤差 工件在安裝時(shí)，由于工件剛度較低或夾緊力作用點(diǎn)和方向不當(dāng)，會(huì)引起工件產(chǎn)生相應(yīng)的變形，造成加工誤差。圖2-10為加工連桿大端孔的安裝示意圖，由于夾緊力作用點(diǎn)不當(dāng)，造成加工后兩孔中心線不平行及其與定位端面不垂直。 （沿用吳拓主編《機(jī)械制造工程》（第2版）機(jī)械工業(yè)出版社2005年9月圖3-27） 圖2-10 夾緊力不當(dāng)所引起的加工誤差 4．減少工藝系統(tǒng)受力變形的主要措施 減少工藝系統(tǒng)受力變形是保證加工精度的有效途徑之一。生產(chǎn)實(shí)際中常采取如下措施

30、： 1）提高接觸剛度 所謂接觸剛度就是互相接觸的兩表面抵抗變形的能力。提高接觸剛度是提高工藝系統(tǒng)剛度的關(guān)鍵。常用的方法是改善工藝系統(tǒng)主要零件接觸面的配合質(zhì)量，使配合面的表面粗糙度和形狀精度得到改善和提高，實(shí)際接觸面積增加，微觀表面和局部區(qū)域的彈性、塑性變形減少，從而有效地提高接觸剛度。 2）提高工件定位基面的精度和表面質(zhì)量 工件的定位基面如存在較大的尺寸、形位誤差和表面質(zhì)量差，在承受切削力和夾緊力時(shí)可能產(chǎn)生較大的接觸變形，因此精密零件加工用的基準(zhǔn)面需要隨著工藝過程的進(jìn)行逐步提高精度。 3）設(shè)置輔助支承，提高工件剛度，減小受力變形 切削力引起的加工誤差往往是因?yàn)楣ぜ旧韯偠炔蛔慊蚬ぜ?/p>

31、各個(gè)部位剛度不均勻而產(chǎn)生的。當(dāng)工件材料和直徑一定時(shí)，工件長(zhǎng)度和切削分力是影響變形的決定性因素。為了減少工件的受力變形，常采用中心架或跟刀架，以提高工件的剛度，減小受力變形。 4）合理裝夾工件，減少夾緊變形 當(dāng)工件本身薄弱、剛性差時(shí)，夾緊時(shí)應(yīng)特別注意選擇適當(dāng)?shù)膴A緊方法，尤其是在加工薄壁零件時(shí)，為了減少加工誤差，應(yīng)使夾緊力均勻分布?？s短切削力作用點(diǎn)和支承點(diǎn)的距離，提高工件剛度。 5）對(duì)相關(guān)部件預(yù)加載荷 例如，機(jī)床主軸部件在裝配時(shí)通過預(yù)緊主軸后端面的螺母給主軸滾動(dòng)軸承以預(yù)加載荷，這樣不僅能消除軸承的配合間隙，而且在加工開始階段就使主軸與軸承有較大的實(shí)際接觸面積，從而提高了配合面間的接觸剛度。

32、 6）合理設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 在設(shè)計(jì)機(jī)床夾具時(shí)，應(yīng)盡量減少組成零件數(shù)，以減少總的接觸變形量；選擇合理的結(jié)構(gòu)和截面形狀；并注意剛度的匹配，防止出現(xiàn)局部環(huán)節(jié)剛度低。 7）提高夾具、刀具剛度；改善材料性能。 8）控制負(fù)載及其變化 適當(dāng)減少進(jìn)給量和背吃刀量，可減少總切削力對(duì)零件加工精度的影響；此外，改善工件材料性能以及改變刀具幾何參數(shù)如增大前角等都可減少受力變形；將毛坯合理分組，使每次調(diào)整中加工的毛坯余量比較均勻，能減小切削力的變化，減小誤差復(fù)映。 四、工藝系統(tǒng)熱變形對(duì)加工精度的影響 在機(jī)械加工中，工藝系統(tǒng)在各種熱源的影響下會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的變形，使得工件與刀具間的正確相對(duì)位置關(guān)系遭到破壞，

33、造成加工誤差。 1．工藝系統(tǒng)熱變形的熱源 引起工藝系統(tǒng)熱變形的熱源主要來自兩個(gè)方面：一是內(nèi)部熱源，指軸承、離合器、齒輪副、絲杠螺母副、高速運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌副、鏜模套等工作時(shí)產(chǎn)生的摩擦熱，以及液壓系統(tǒng)和潤(rùn)滑系統(tǒng)等工作時(shí)產(chǎn)生的摩擦熱；切削和磨削過程中由于擠壓、摩擦和金屬塑性變形產(chǎn)生的切削熱；電動(dòng)機(jī)等工作時(shí)產(chǎn)生的電磁熱、電感熱。二是外部熱源，指由于室溫變化及車間內(nèi)不同位置、不同高度和不同時(shí)間存在的溫度差別，以及因空氣流動(dòng)產(chǎn)生的溫度差等；日照、照明設(shè)備以及取暖設(shè)備等的輻射熱等。工藝系統(tǒng)在上述熱源的作用下，溫度逐漸升高，同時(shí)其熱量也通過各種傳導(dǎo)方式向周圍散發(fā)。 2．工藝系統(tǒng)熱變形對(duì)加工精度的影響 ⑴

34、機(jī)床熱變形對(duì)加工精度的影響 機(jī)床在運(yùn)轉(zhuǎn)與加工過程中受到各種熱源的作用，溫度會(huì)逐步上升，由于機(jī)床各部件受熱程度的不同，溫升存在差異，因此各部件的相對(duì)位置將發(fā)生變化，從而造成加工誤差。 車、銑、鏜床這類機(jī)床主要熱源是床頭箱內(nèi)的齒輪、軸承、離合器等傳動(dòng)副的摩擦熱，它使主軸分別在垂直面內(nèi)和水平面內(nèi)產(chǎn)生位移與傾斜，也使支承床頭箱的導(dǎo)軌面受熱彎曲；床鞍與床身導(dǎo)軌面的摩擦熱會(huì)使導(dǎo)軌受熱彎曲，中間凸起。磨床類機(jī)床都有液壓系統(tǒng)和高速砂輪架，故其主要熱源是砂輪架軸承和液壓系統(tǒng)的摩擦熱；軸承的發(fā)熱會(huì)使砂輪軸線產(chǎn)生位移及變形，如果前、后軸承的溫度不同，砂輪軸線還會(huì)傾斜；液壓系統(tǒng)的發(fā)熱使床身溫度不均產(chǎn)生彎曲和前傾，

35、影響加工精度。大型機(jī)床如龍門銑床、龍門刨床、導(dǎo)軌磨床等，這類機(jī)床的主要熱源是工作臺(tái)導(dǎo)軌面與床身導(dǎo)軌面間的摩擦熱及車間內(nèi)不同位置的溫差。 ⑵ 工件熱變形及其對(duì)加工精度的影響 在加工過程中，工件受熱將產(chǎn)生熱變形，工件在熱膨脹的狀態(tài)下達(dá)到規(guī)定的尺寸精度，冷卻收縮后尺寸會(huì)變小，甚至可能超出公差范圍。工件的熱變形可能有兩種情況：比較均勻地受熱，如車、磨外圓和螺紋，鏜削棒料的內(nèi)孔等；不均勻受熱，如銑平面和磨平面等。 ⑶ 刀具熱變形對(duì)加工精度的影響 在切削加工過程中，切削熱傳入刀具會(huì)使得刀具產(chǎn)生熱變形，雖然傳入刀具的熱量只占總熱量的很小部分，但是由于刀具的體積和熱容量小，所以由于熱積累引起的刀具熱變

36、形仍然是不可忽視的。例如，在高速車削中刀具切削刃處的溫度可達(dá)850℃左右，此時(shí)刀桿伸長(zhǎng)，可能使加工誤差超出公差帶。 3．環(huán)境溫度變化對(duì)加工精度的影響 除了工藝系統(tǒng)內(nèi)部熱源引起的變形以外，工藝系統(tǒng)周圍環(huán)境的溫度變化也會(huì)引起工件的熱變形。一年四季的溫度波動(dòng)，有時(shí)晝夜之間的溫度變化可達(dá)10℃以上，這不僅影響機(jī)床的幾何精度，還會(huì)直接影響加工和測(cè)量精度。 4．對(duì)工藝系統(tǒng)熱變形的控制 可采用如下措施減少工藝系統(tǒng)熱變形對(duì)加工精度的影響： 1）隔離熱源 為了減少機(jī)床的熱變形，將能從主機(jī)分離出去的熱源（如電動(dòng)機(jī)、變速箱、液壓泵和油箱等）應(yīng)盡可能放到機(jī)外；也可采用隔熱材料將發(fā)熱部件和機(jī)床大件（

37、如床身、立柱等）隔離開。 2）強(qiáng)制和充分冷卻 對(duì)既不能從機(jī)床內(nèi)移出，又不便隔熱的大熱源，可采用強(qiáng)制式的風(fēng)冷、水冷等散熱措施；對(duì)機(jī)床、刀具、工件等發(fā)熱部位采取充分冷卻措施，吸收熱量，控制溫升，減少熱變形。 3）采用合理的結(jié)構(gòu)減少熱變形 如在變速箱中，盡量讓軸、軸承、齒輪對(duì)稱布置，使箱壁溫升均勻，減少箱體變形。 4）減少系統(tǒng)的發(fā)熱量 對(duì)于不能和主機(jī)分開的熱源（如主軸承、絲杠、摩擦離合器和高速運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌之類的部件），應(yīng)從結(jié)構(gòu)、潤(rùn)滑等方面加以改善，以減少發(fā)熱量；提高切削速度(或進(jìn)給量)，使傳入工件的熱量減少；保證切削刀具鋒利，避免其刃口鈍化增加切削熱。 5）使熱變形指向無害加工精度的方向

38、 例如車細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，為使工件有伸縮的余地，可將軸的一端夾緊，另一端架上中心架，使熱變形指向尾端；又例如外圓磨削，為使工件有伸縮的余地，采用彈性頂尖等。 五、工件內(nèi)應(yīng)力對(duì)加工精度的影響 1．產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力的原因 內(nèi)應(yīng)力也稱為殘余應(yīng)力，是指外部載荷去除后仍殘存在工件內(nèi)部的應(yīng)力。有殘余應(yīng)力的工件處于一種很不穩(wěn)定的狀態(tài)，它的內(nèi)部組織有要恢復(fù)到穩(wěn)定的狀態(tài)強(qiáng)烈傾向，即使在常溫下這種變化也在不斷的進(jìn)行，直到殘余應(yīng)力完全消失為止。在這個(gè)過程中，零件的形狀逐漸變化，從而逐漸喪失原有的加工精度。殘余應(yīng)力產(chǎn)生的實(shí)質(zhì)原因是由于金屬內(nèi)部組織發(fā)生了不均勻的體積變化，而引起體積變化的原因主要有以下方面： ⑴ 毛坯制造中產(chǎn)

39、生的殘余應(yīng)力 在鑄、鍛、焊接以及熱處理等熱加工過程中，由于工件各部分厚度不均，冷卻速度和收縮程度不一致，以及金相組織轉(zhuǎn)變時(shí)的體積變化等，都會(huì)使毛坯內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力，而且毛坯結(jié)構(gòu)越復(fù)雜、壁厚越不均，散熱的條件差別越大，毛坯內(nèi)部產(chǎn)生的殘余應(yīng)力也越大。具有殘余應(yīng)力的毛坯暫時(shí)處于平衡狀態(tài)，當(dāng)切去一層金屬后，這種平衡便被打破，殘余應(yīng)力重新分布，工件就會(huì)出現(xiàn)明顯地變形，直至達(dá)到新的平衡為止。 ⑵ 冷校直帶來的殘余應(yīng)力 某些剛度低的零件，如細(xì)長(zhǎng)軸、曲軸和絲杠等，由于機(jī)加工產(chǎn)生彎曲變形不能滿足精度要求，常采用冷校直工藝進(jìn)行校直。校直的方法是在彎曲的反方向加外力，如圖2-11a）所示。在外力F的作用下，工

40、件的內(nèi)部殘余應(yīng)力的分布如圖2-11b）所示，在軸線以上產(chǎn)生壓應(yīng)力（用負(fù)號(hào)表示），在軸線以下產(chǎn)生拉應(yīng)力（用正號(hào)表示）。在軸線和兩條雙點(diǎn)劃線之間是彈性變形區(qū)域，在雙點(diǎn)劃線之外是塑性變形區(qū)域。當(dāng)外力F去除后，外層的塑性變形區(qū)域阻止內(nèi)部彈性變形的恢復(fù)，使殘余應(yīng)力重新分布，如圖2-11c）所示。這時(shí)，冷校直雖然減小了彎曲，但工件卻處于不穩(wěn)定狀態(tài)，如再次加工，又將產(chǎn)生新的變形。因此，高精度絲杠的加工，不允許冷校直，而是用多次人工時(shí)效來消除殘余應(yīng)力。 （沿用吳拓主編《機(jī)械制造工程》（第2版）機(jī)械工業(yè)出版社2005年9月圖3-28） a）冷校直方法 b）加載時(shí)殘余應(yīng)力的分布 c）卸載后殘余應(yīng)力

41、的分布 圖2-11 冷校直引起的殘余應(yīng)力 ⑶ 切削加工產(chǎn)生的殘余應(yīng)力 加工表面在切削力和切削熱的作用下，會(huì)出現(xiàn)不同程度的塑性變形和金相組織的變化，同時(shí)也伴隨有金屬體積的改變，因而必然產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，并在加工后引起工件變形。 2．消除或減少內(nèi)應(yīng)力的措施 ⑴ 合理設(shè)計(jì)零件結(jié)構(gòu) 在零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，保證零件各部分厚度均勻，以減少鑄、鍛件毛坯在制造中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力； ⑵ 增加時(shí)效處理工序 一是對(duì)毛坯或在大型工件粗加工之后，讓工件在自然條件下停留一段時(shí)間再加工，利用溫度的自然變化使之多次熱脹冷縮，進(jìn)行自然時(shí)效。二是通過熱處理工藝進(jìn)行人工時(shí)效，例如對(duì)

42、鑄、鍛、焊接件進(jìn)行退火或回火；零件淬火后進(jìn)行回火；對(duì)精度要求高的零件，如床身、絲杠、箱體、精密主軸等，在粗加工后進(jìn)行低溫回火，甚至對(duì)絲杠、精密主軸等在精加工后進(jìn)行冰冷處理等。三是對(duì)一些鑄、鍛、焊接件以振動(dòng)的形式將機(jī)械能加到工件上，進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效處理，引起工件內(nèi)部晶格蠕變，使金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)狀態(tài)穩(wěn)定，消除內(nèi)應(yīng)力。 ⑶ 合理安排工藝過程 將粗、精加工分開在不同工序中進(jìn)行，使粗加工后有足夠的時(shí)間變形，讓殘余應(yīng)力重新分布，以減少對(duì)精加工的影響。對(duì)于粗、精加工需要在一道工序中來完成的大型工件，也應(yīng)在粗加工后松開工件，讓工件的變形恢復(fù)后，再用較小的夾緊力夾緊工件，進(jìn)行精加工。 第三節(jié) 加工誤差的

43、綜合分析 前面討論了各種工藝因素產(chǎn)生加工誤差的規(guī)律，并介紹了一些加工誤差的分析方法。在生產(chǎn)實(shí)際中，影響加工精度的工藝因素是錯(cuò)綜復(fù)雜的。對(duì)于某些加工誤差問題，不能僅用單因素分析法來解決，而需要用概率統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行綜合分析，找出產(chǎn)生加工誤差的原因，加以消除。 一、加工誤差的性質(zhì) 根據(jù)一批工件加工誤差出現(xiàn)的規(guī)律，可將影響加工精度的誤差因素按其性質(zhì)分為兩類： ⑴ 系統(tǒng)誤差 在順序加工的一批工件中，若加工誤差的大小和方向都保持不變或按一定規(guī)律變化，這類誤差統(tǒng)稱為系統(tǒng)誤差。前者稱為常值系統(tǒng)誤差，后者稱為變值系統(tǒng)誤差。例如，加工原理誤差，機(jī)床、刀具、夾具的制造誤差，工藝系統(tǒng)的受力變形，調(diào)整誤差等

44、引起的加工誤差均與加工時(shí)間無關(guān)，其大小和方向在一次調(diào)整中也基本不變，因此都屬于常值系統(tǒng)誤差。機(jī)床、夾具、量具等磨損速度很慢，在一定時(shí)間內(nèi)也可看作是常值系統(tǒng)誤差。機(jī)床、刀具和夾具等在尚未達(dá)到熱平衡前的熱變形誤差和刀具的磨損等，都是隨加工時(shí)間而規(guī)律變化的，屬于變值系統(tǒng)誤差。 ⑵ 隨機(jī)誤差 在順序加工的一批工件中，其加工誤差的大小和方向的變化是無規(guī)律的，稱為隨機(jī)誤差。例如，毛坯誤差的復(fù)映、殘余應(yīng)力引起的變形誤差和定位、夾緊誤差等都屬于隨機(jī)誤差。應(yīng)注意的是，在不同的場(chǎng)合誤差表現(xiàn)出的性質(zhì)也是不同的。例如，對(duì)于機(jī)床在一次調(diào)整后加工出的一批工件而言，機(jī)床的調(diào)整誤差為常值系統(tǒng)誤差；但對(duì)多次調(diào)整機(jī)床后加工出

45、的工件而言，每次調(diào)整時(shí)產(chǎn)生的調(diào)整誤差就不可能是常值的，因此對(duì)于經(jīng)多次調(diào)整所加工出來的大批工件，調(diào)整誤差為隨機(jī)誤差。 二、加工誤差的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法 1．實(shí)際分布曲線（直方圖） 將零件按尺寸大小以一定的間隔范圍分成若干組，同一尺寸間隔內(nèi)的零件數(shù)稱為頻數(shù)mi，零件總數(shù)n；頻率為mi/n。以頻數(shù)或頻率為縱坐標(biāo)，以零件尺寸為橫坐標(biāo)，畫出直方圖，進(jìn)而畫成一條折線，即為實(shí)際分布曲線，如圖2-12所示。該分布曲線直觀地反映了加工精度的分布狀況。 （沿用吳拓主編《機(jī)械制造工程》（第2版）機(jī)械工業(yè)出版社2005年9月圖3-29） 圖2-12 直方圖 2．理論分布曲線（正

46、態(tài)分布曲線） 實(shí)踐證明，當(dāng)被測(cè)量的一批零件（機(jī)床上用調(diào)整法一次加工出來的一批零件）的數(shù)目足夠大而尺寸間隔非常小時(shí)，則所繪出的分布曲線非常接近“正態(tài)分布曲線”。 正態(tài)分布曲線如圖2-13所示，其方程（表達(dá)式）為： （2—4） 其中：——縱坐標(biāo)，某尺寸的概率密度； ——橫坐標(biāo)，實(shí)際尺寸； ——全部實(shí)際尺寸的算術(shù)平均值； ——標(biāo)準(zhǔn)差，均方差； ——方差。 （沿用吳拓主編《機(jī)械制造工程》（第2版）機(jī)械工業(yè)出版社2005年9月圖3-30） 圖2-13 正態(tài)分布曲線 利用正態(tài)分布曲線可以分析產(chǎn)品質(zhì)量

47、；可以判斷加工方法是否合適；可以判斷廢品率的大小，從而指導(dǎo)下一批的生產(chǎn)。 令，則有 （2—5） 各種不同z值的函數(shù)φ（z）值如表2-2所示。 表2-2 之值 查表可知： 當(dāng)z = 0.3即時(shí)，2φ（z）= 0.2358； 當(dāng)z = 1.1即時(shí)，2φ（z）= 0.7286； 當(dāng)z = 3即時(shí)，2φ（z）= 0.9973。 因此，當(dāng)，即時(shí)，則。即當(dāng)時(shí)，零件出現(xiàn)的概率已達(dá)99.73%，在此尺寸范圍之外（）的零件只占0.27%。 如果代表零件的公差T，則99.73%就代表零件的合格率，0.27%就表示

48、零件的廢品率。因此，時(shí)，加工一批零件基本上都是合格品了，即時(shí)，產(chǎn)品無廢品。 3．非正態(tài)分布曲線 工件的實(shí)際分布，有時(shí)并不近于正態(tài)分布。例如，將在兩臺(tái)機(jī)床上分別調(diào)整加工出的工件混在一起測(cè)定，由于每次調(diào)整時(shí)常值系統(tǒng)誤差是不同的，如果常值系統(tǒng)誤差大于2.2σ，就會(huì)得到如圖2-14所示的雙峰曲線。這實(shí)際上是兩組正態(tài)分布曲線的疊加。又如，磨削細(xì)長(zhǎng)孔時(shí)，如果砂輪磨損較快且沒有自動(dòng)補(bǔ)償，則工件的實(shí)際尺寸分布的算術(shù)平均值將呈平頂形，如圖2-15所示，它實(shí)質(zhì)上是正態(tài)分布曲線的分散中心在不斷地移動(dòng)，即在隨機(jī)誤差中混有變值系統(tǒng)誤差。再如，用試切法加工軸頸或孔時(shí)，由于操作者為避免產(chǎn)生不可修復(fù)的廢品，主觀地

49、使軸頸寧大勿小，使孔寧小勿大，從而導(dǎo)致尺寸的分布呈現(xiàn)不對(duì)稱的形狀，這種分布又稱瑞利分布，如圖2-16所示。 （沿用吳拓主編《機(jī)械制造工程》（第2版）機(jī)械工業(yè)出版社2005年9月圖3-31） 圖2-14 雙峰分布曲線 （沿用吳拓主編《機(jī)械制造工程》（第2版）機(jī)械工業(yè)出版社2005年9月圖3-32） 圖2-15 平頂分布曲線 （沿用吳拓主編《機(jī)械制造工程》（第2版）機(jī)械工業(yè)出版社2005年9月圖3-33） 圖2-16 瑞利分布曲線 4．點(diǎn)圖分析法 用分布圖分析研究加工誤差時(shí)，不能反映出零件加工的先后順序，因此就不能把變值

50、系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差區(qū)分開，另外，必須等一批工件加工完后才能繪出分布曲線，故不能在加工過程中及時(shí)提供控制精度的資料。為了克服這些不足，在生產(chǎn)實(shí)踐中常用點(diǎn)圖分析法。 點(diǎn)圖分析法是在一批零件的加工過程中，按加工順序的先后、按一定規(guī)律依次抽樣測(cè)量零件的尺寸，并記入以零件序號(hào)為橫坐標(biāo)，以零件尺寸為縱坐標(biāo)的圖表中。假如把點(diǎn)圖上的上、下極限點(diǎn)包絡(luò)成兩根平滑的曲線，如圖2-17所示，就能清楚地反映加工過程中誤差的性質(zhì)及變化趨勢(shì)。平均值曲線OO′表示每一瞬時(shí)的誤差分散中心，其變化情況反映了變值系統(tǒng)性誤差隨時(shí)間變化的規(guī)律。其起始點(diǎn)0則可看出常值系統(tǒng)誤差的影響。上、下限AA’和BB’間的寬度表示每一瞬時(shí)尺寸的分散

51、范圍。其變化情況反映了隨機(jī)誤差隨時(shí)間變化的情況。 （沿用吳拓主編《機(jī)械制造工程》（第2版）機(jī)械工業(yè)出版社2005年9月圖3-34） 圖2-17 單值點(diǎn)圖 第四節(jié) 保證和提高加工精度的主要途徑 一、直接減少或消除誤差 這種方法是在查明產(chǎn)生加工誤差的主要因素之后，設(shè)法對(duì)其直接進(jìn)行消除或減弱其影響。在生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。例如，在車床上加工細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，因工件剛度極差，容易產(chǎn)生彎曲變形和振動(dòng)，嚴(yán)重影響加工精度。人們?cè)谏a(chǎn)實(shí)際中總結(jié)了一套行之有效的措施： 1）采用反向進(jìn)給的切削方式，如圖2-18所示，進(jìn)給方向由卡盤一端指向尾座。此時(shí)尾部可用中心架，或者尾座應(yīng)

52、用彈性頂尖，使工件的熱變形能得到自由的伸長(zhǎng)，故可減少或消除由于熱伸長(zhǎng)和軸向力使工件產(chǎn)生的彎曲變形。 （沿用吳拓主編《機(jī)械制造工程》（第2版）機(jī)械工業(yè)出版社2005年9月圖3-35） 圖2-18 不同進(jìn)給方向加工細(xì)長(zhǎng)軸的比較 2）采用大進(jìn)給量和93?的大主偏角，增大軸向切削分力，使徑向切削分力稍向外指，既使工件的彎矩相互抵消，又能抑制徑向顫動(dòng)，使切削過程平穩(wěn)。 3）在工件卡盤夾持的一端車出一個(gè)縮頸部分，以增加工件的柔性，使切削變形盡量發(fā)生在縮頸處，減少切削變形對(duì)加工精度的直接影響。 二、補(bǔ)償或抵消誤差 補(bǔ)償誤差就是人為地制造一種新誤差去補(bǔ)償加工、裝配或使用過程中的誤

53、差。抵消誤差是利用原有的一種誤差去抵消另一種誤差。這兩種方法都是力求使兩種誤差大小相等，方向相反，從而達(dá)到減少誤差的目的。例如預(yù)加載荷精加工龍門銑床的橫梁導(dǎo)軌，使加工后的導(dǎo)軌產(chǎn)生“向上凸”的幾何形狀誤差，去抵消橫梁因銑頭重量而產(chǎn)生“向下垂”的受力變形；用校正機(jī)構(gòu)提高絲桿車床傳動(dòng)鏈精度也是如此。 三、均分與均化誤差 當(dāng)毛坯精度較低而引起較大的定位誤差和復(fù)映誤差時(shí)，可能使本工序的加工精度降低，難以滿足加工要求，如提高毛坯（或上道工序）的精度，又會(huì)使成本增加，這時(shí)便可采用均分誤差的方法。該方法的實(shí)質(zhì)就是把毛坯按誤差的大小分為n組，每組毛坯誤差的范圍縮小為原來的1/n，整批工件的尺寸分散比分組前要

54、小得多，然后按組調(diào)整刀具與工件的相對(duì)位置。 對(duì)于配合精度要求較高的表面，常常采取研磨的方法，讓兩者相互磨擦與磨損，使誤差相互比較、相互抵消，這就是誤差均化法。其實(shí)質(zhì)是利用有密切聯(lián)系的兩表面相互比較，找出差異，然后互為基準(zhǔn)，相互修正，使工件表面的誤差不斷縮小和均化。 四、轉(zhuǎn)移變形和轉(zhuǎn)移誤差 這種方法的實(shí)質(zhì)是將工藝系統(tǒng)的幾何誤差、受力變形、熱變形等轉(zhuǎn)移到不影響加工精度的非敏感方向上去。這樣，可以在不減少原始誤差的情況下，獲得較高的加工精度。如當(dāng)機(jī)床精度達(dá)不到零件加工要求時(shí)，常常不是僅靠提高機(jī)床精度來保證加工精度，而是通過改進(jìn)工藝方法和夾具，將機(jī)床的各類誤差轉(zhuǎn)移到不影響工件加工精度

55、的方向上。例如用鏜模來加工箱體零件的孔系時(shí)，鏜桿與鏜床主軸采用浮動(dòng)連接，這時(shí)孔系的加工精度完全取決于鏜桿和鏜模的制造精度，而與鏜床主軸的回轉(zhuǎn)精度及其他幾何精度無關(guān)。 五、“就地加工”，保證精度 機(jī)床或部件的裝配精度主要依賴于組成零件的加工精度，但在有些情況下，即使各組成零件都有很高的加工精度也很難保證達(dá)到要求的裝配精度。因此，對(duì)于裝配以后有相互位置精度要求的表面，應(yīng)采用“就地加工”法來加工。例如，在車床上“就地”配車法蘭盤；在轉(zhuǎn)塔車床的主軸上安裝車刀，加工轉(zhuǎn)塔上的六個(gè)刀架安裝孔等。 六、加工過程中主動(dòng)控制誤差 對(duì)于變值系統(tǒng)性誤差，通常只能在加工過程中用可變補(bǔ)償?shù)?/p>

56、方法來減少加工誤差。這就要求在加工循環(huán)中，利用測(cè)量裝置連續(xù)地測(cè)量出工件的實(shí)際尺寸精度，隨時(shí)給刀具以附加的補(bǔ)償量，直至實(shí)際值與調(diào)定值的差不超過預(yù)定的公差為止?，F(xiàn)代機(jī)械加工中自動(dòng)測(cè)量和自動(dòng)補(bǔ)償都屬于這種主動(dòng)控制誤差的形式。 習(xí)題與思考題 2-1 試說明加工誤差、加工精度的概念以及它們之間的區(qū)別如何？ 2-2 主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差取決于什么？它可分為哪基本幾種基本形式？產(chǎn)生的原因是什么？對(duì)加工精度的影響如何？ 2-3 車床床身導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)及水平面內(nèi)的直線度對(duì)車削軸類零件的加工誤差有何影響？程度有何不同？ 2-4 在車床上加工一批工件的孔，經(jīng)測(cè)量實(shí)際尺寸小于要求的尺寸而須

57、返修的工件占22.4%，大于要求尺寸而不能返修的工件占1.4%。若孔的直徑公差T=0.2mm，整批工件尺寸服從正態(tài)分布，試確定該工序的標(biāo)準(zhǔn)偏差σ，并判斷車刀的調(diào)整誤差是多少？ 2-5 舉例說明工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度產(chǎn)生的影響。 2-6 試分析在車床上鏜圓錐孔或車外圓錐體，由于安裝刀具時(shí)刀尖高于或低于工件軸線，將會(huì)產(chǎn)生什么樣的誤差？ 2-7 在外圓磨床上加工工件，如圖2-19所示，若n1=2n2，且只考慮主軸回轉(zhuǎn)誤差的影響，試分析在圖中給定的兩種情況下，磨削出來的工件其外圓應(yīng)是什么形狀？為什么？ 圖2-19 題2-7圖 2-8 如圖2-20所示，當(dāng)龍門刨床床身導(dǎo)軌不直，且 ⑴ 當(dāng)工件剛度很差時(shí)；⑵ 當(dāng)工件剛度很大時(shí)，加工后的工件會(huì)各成什么形狀 圖2-20 題2-8圖 第 22 頁(yè) 共 22 頁(yè)