第二章 機械加工精度

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1、編號： 時間：2021年x月x日 書山有路勤為徑，學海無涯苦作舟 頁碼：第22頁 共22頁 第二章 機械加工精度 第一節(jié) 概述 一、加工精度的概念 高產、優(yōu)質、低消耗，產品技術性能好、使用壽命長，這是機械制造企業(yè)的基本要求。而質量總是則是最根本的問題。 機械加工質量指標包括兩方面的參數(shù)：一方面是宏觀幾何參數(shù)，指機械加工精度；另一方面是微觀幾何參數(shù)和表面物理-機械性能等方面的參數(shù)，指機械加工表面質量。 所謂機械加工精度，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。機械加工精度包括尺寸精度、形狀精度、位置精度三項內容，三者有聯(lián)系，也有區(qū)別。 由于機械加工中的種種原因，不可能把零件做得絕對精確，總會產生偏差。這種偏差即加工誤差。實際生產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法將加工誤差控制在允許的偏差范圍內；提高零件的加工精度就是設法降低零件的加工誤差。 隨著對產品性能要求的不斷提高和現(xiàn)代加工技術的發(fā)展，對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，生產率則相對越低。因此，設計人員應根據(jù)零件的使用要求，合理地確定零件的加工精度，

3、工藝人員則應根據(jù)設計要求、生產條件等采取適當?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 在機械加工中獲得尺寸精度的方法有試切法、調整法、定尺寸刀具法、自動控制法和主動測量法等五種。 ⑴ 試切法 通過試切─測量─調整─再試切，反復進行到被加工尺寸達到要求的精度為止的加工方法。試切法不需要復雜的裝備，加工精度取決于工人的技術水平和量具的精度，常用于單件小批生產。 ⑵ 調整法 按零件規(guī)定的尺寸預先調整機床、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位置不變，以保證零件加工尺寸精度的加工方法。調整法生產效率高，對調整工的要求高，對操作工的要求不高，常用于成批及大量生產。 ⑶ 定尺寸刀具法 用具有一定形狀和尺寸精度的刀具進行加工，使加工表面達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。定尺寸刀具法生產率較高，加工精度較穩(wěn)定，廣泛的應用于各種生產類型。 ⑷ 自動控制法 把測量裝置、進給裝置和控制機構組成一個自動加工系統(tǒng)，使加工過程中的尺寸測量、刀具的補償和切削加工一系列工作自動完成，從而自動獲得所要求的尺寸精度的加工方法。該方法生產率高，加工精度穩(wěn)

5、定，勞動強度低，適應于批量生產。 ⑸ 主動測量法 在加工過程中，邊加工邊測量加工尺寸，并將測量結果與設計要求比較后，或使機床工作，或使機床停止工作的加工方法。該方法生產率較高，加工精度較穩(wěn)定，適應于批量生產。 2．獲得幾何形狀精度的方法 在機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 依靠刀尖運動軌跡來獲得形狀精度的方法。刀尖的運動軌跡取決于刀具和工件的相對成形運動，因而所獲得的形狀精度取決成形運動的精度。普通車削、銑削、刨削和磨削等均為刀尖軌跡法。 ⑵ 成形法 利用成形刀具對工件進行加工的方法。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動精度。用成形刀具或砂輪進行車、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動進行加工的方法。展成法所得的被加工表面是刀刃和工件在展成運動過程中所形成的包絡面，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動的精度。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)工件上有關基準，找出工件有關幾何要素相對于機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找正它在機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直接在機床上找正工件正確位置的安裝方法。此法的生產率較低，對工人的技術水平要求高，一般只用于單件小批生產中。 ⑵ 夾具安裝法 夾具是用以安裝工件和引導刀具的裝置。在機床上安裝好夾具，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 機床控制法 利用機床本身所設置的保證相對位置精度的機構保證工件位置精度的安裝方法。如坐標鏜床、數(shù)控機床等。 第二節(jié) 影響加工精度的因素及其分析 在機械加工過程中，機床、夾具、刀具和工件組成了一個完整的系統(tǒng)，稱為工藝系統(tǒng)。工件的加工精度問題也就涉及到整個工藝系統(tǒng)的精度問題。工藝系統(tǒng)中各個環(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，以及加工后因內應力引起的變形和測量引起的誤差等。下面即對工藝系統(tǒng)中的各類原始誤差分別進行闡述。 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動或近似的刀刃輪廓進行加工而產生的誤差。生產中采用近似的加工原理進行加工的例子很多，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，雖然會帶來加工原理誤差，但往往可簡化工藝過程及機床和刀具的設計和制造，提高生產率，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 二、工藝系統(tǒng)的幾何誤差 1．機床幾何誤差 機床幾何誤差包括機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。這里著重分析對加工影響較大的主軸回轉誤差、機床導軌誤差以及傳動鏈誤差。 ⑴ 機床主軸誤差 機床主軸是用來安裝工件或刀具并將運動和動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和運動基準，它的回轉精度是機床精度的主要指標之一，其誤差直接影

11、響著工件精度的高低。 1）主軸回轉誤差 為了保證加工精度，機床主軸回轉時其回轉軸線的空間位置應是穩(wěn)定不變的，但實際上由于受主軸部件結構、制造、裝配、使用等種種因素的影響，主軸在每一瞬時回轉軸線的空間位置都是變動的，即存在著回轉誤差。主軸回轉軸心線的運動誤差表現(xiàn)為純徑向跳動、軸向竄動和角度擺動三種形式，如圖2-1所示。 （沿用吳拓主編《機械制造工程》（第2版）機械工業(yè)出版社2005年9月圖3-18） 圖2-1 主軸回轉軸線的運動誤差 機床的主軸是以其軸頸支承在床頭箱前后軸承內的，因此影響主軸回轉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

12、軸承，則影響主軸回轉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。不同類型的機床其主軸回轉誤差所引起的加工誤差的形式也會不同。對于工件回轉類機床（如車床，內、外圓磨床），因切削力的方向不變，主軸回轉時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的位置也是基本固定的，即主軸頸在回轉時總是與軸承孔的某一段接觸，因此軸承孔的圓度誤差對主軸回轉精度的影響較小，而主軸頸的圓度誤差則影響較大；對于刀具回轉類機床（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主軸回轉精度的影響較大，而主軸頸的圓度誤差影響較小。 2）主軸回轉誤差的敏感方向 不同類型的機床，

13、主軸回轉誤差的敏感方向是不同的。 工件回轉類機床的主軸回轉誤差的敏感方向，如圖2-2所示，在車削圓柱表面，當主軸在Y方向存在誤差Δy時，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，反映到工件半徑方向上的誤差為ΔRz。其關系式為 R02十Δz2＝(R0十ΔRz)2＝R02十2R0·ΔRz十ΔRz2 因ΔRz2很小，可以忽略不計，故此式化簡后得 ΔRz≈Δz2／(2R0)<<Δy （2—1） 所以Δy所引起的半徑誤差遠遠大于由Δz所引起的半徑誤差。我們把對加工精度影響最大的那個方向稱為誤差的敏感方

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

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

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

17、始末兩端傳動元件之間相對運動的誤差。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。傳動鏈始末兩端的聯(lián)系是通過一系列的傳動元件來實現(xiàn)的，當這些傳動元件存在加工誤差、裝配誤差和磨損時，就會破壞正確的運動關系，使工件產生加工誤差，這些誤差即傳動鏈誤差。為了減少機床的傳動鏈誤差對加工精度的影響，可以采取以下措施： 1）盡量減少傳動元件數(shù)量，縮短傳動鏈，以縮小誤差的來源。 2）采用降速傳動（即i<<1） 降速傳動是保證傳動精度的重要措施。對于螺紋加工機床，為保證降速傳動，機床傳動絲杠的導程應大于工件的導程；齒輪加工機床最后傳動副為蝸輪副，為了得到i<<

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

19、的形狀誤差會影響加工表面的形狀精度；當采用一般刀具如車刀、鏜刀、銑刀等的制造誤差對零件的加工精度并無直接影響，但其磨損對加工精度、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，刀具刃口的不均勻磨損將直接復映到工件上造成形狀誤差；在加工較大表面（一次走刀時間長）時，刀具的尺寸磨損也會嚴重影響工件的形狀精度；用調整法加工一批工件時，刀具的磨損會擴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方面： 1）定位元件、刀具導向元件、分度

20、機構、夾具體等的制造誤差； 2）夾具裝配后，定位元件、刀具導向元件、分度機構等元件工作表面間的相對尺寸誤差； 3）夾具在使用過程中定位元件、刀具導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，夾具誤差對加工表面的位置誤差影響最大，在設計夾具時，凡影響工件精度的尺寸應嚴格控制其制造誤差，一般可取工件上相應尺寸或位置公差的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組成。其中，夾具誤差如上所述，定位誤差這部分內容在機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，其大小是工件基準面至刀具調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、夾緊時工件發(fā)生的位移或偏轉而改變了工件在定位時所占有的正確位置、工件定位面與夾具支承面之間的接觸部分的變形。 機械加工過程中的每一道工序都要進行各種各樣的調整工作，由于調整不可能絕對準確，因此必然會產生誤差，這些誤差稱為調整誤差。調整誤差的來源隨調整方式的不同而不同： 1）采用試切法加工時，引起調整誤差的因素有：由于量具本身的誤差和測量方法、環(huán)境條件（溫度、振動等）、測量者主觀因素（視力、測量經驗等）造成的測量誤差；在試切時，由于微量調整刀

22、具位置而出現(xiàn)的進給機構的爬行現(xiàn)象，導致刀具的實際位移與刻度盤上的讀數(shù)不一樣造成的微量進給加工誤差；精加工和粗加工切削時切削厚度相差很大，造成試切工件時尺寸不穩(wěn)定，引起尺寸誤差。 2）采用調整法加工時，除上述試切法引起調整誤差的因素對其也同樣有影響外，還有：成批生產中,常用定程機構如行程擋塊、靠模、凸輪等來保證刀具與工件的相對位置，定程機構的制造和調整誤差以及它們的受力變形和與它們配合使用的電、液、氣動元件的靈敏度等會成為調整誤差的主要來源；若采用樣件或樣板來決定刀具與工件間相對位置時，則它們的制造誤差、安裝誤差和對刀誤差以及它們的磨損等都對調整精度有影響；工藝系統(tǒng)調整時由于試切工件數(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量，但測量精度并不等于加工精度，因為有些精度測量儀器分辨不出，有時測量方法失當，均會產生測量誤差。引起測量誤差的原因主要有：量具本身的制造誤差；測量方法、測量力、測量溫度引起，如讀數(shù)有誤、操作失當，測量力過大或過小等。 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；注意測量條件，精密零件應在恒溫中測量。 三、工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響 1．工藝系統(tǒng)的受力變形 機械加工過程中，工藝系統(tǒng)在切削力、傳

24、動力、慣性力、夾緊力、重力等外力的作用下，各環(huán)節(jié)將產生相應的變形，使刀具和工件間已調整好的正確位置關系遭到破壞而造成加工誤差。例如，在車床上車削細長軸時，如圖2-6所示，工件在切削力的作用下會發(fā)生變形，使加工出的工件出現(xiàn)兩頭細中間粗的腰鼓形。由此可見，工藝系統(tǒng)受力變形是加工中一項很重要的原始誤差，它嚴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，加工精度越高。 （沿用吳拓主編《機械制造工程》（第2版）機械工業(yè)出版社2005年9月圖3-23） 圖2-6 車細長軸時的變形 2．工藝系統(tǒng)的剛度 工藝系統(tǒng)是一個彈性系統(tǒng)。彈

25、性系統(tǒng)在外力作用下所產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變形位移的比值表示的。由于切削力有三個分力，在切削加工中對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，因此計算工藝系統(tǒng)剛度時，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)受力變形對加工精度的影響 工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響可歸納為下列幾種常見的形式： ⑴ 受力點位置變化產生形狀

26、誤差 在切削過程中，工藝系統(tǒng)的剛度會隨著切削力作用點位置的變化而變化，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，由于工藝系統(tǒng)沿工件軸向方向各點的剛度不同，因此會使工件各軸向截面直徑尺寸不同，使車出的工件沿軸向產生形狀誤差（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，由于它本身有圓度誤差（橢圓），背吃刀量aP將不一致（aP1＞aP2），當工藝系統(tǒng)的剛度為常數(shù)時，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“誤差復映”。 （沿用吳拓主編《機械制造工程》（第2版）機械工業(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，加工后復映到被加工表面上的誤差愈小，當經過數(shù)次走刀后，加工誤差也就逐漸縮小到所允許的范圍內了。 ⑶ 其他作用力引起的加工誤差 1）傳動力和慣性力引起的加工誤差 當在車床上用單爪撥盤帶動工件回轉時，傳動力在撥盤的每一轉中不斷改變

28、其方向；對高速回轉的工件，如其質量不平衡，將會產生離心力，它和傳動力一樣在工件的轉動中不斷的改變方向。這樣，工件在回轉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《機械制造工程》（第2版）機械工業(yè)出版社2005年9月圖3-25、26） 圖2-8 傳動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生的變形也會造成加工誤差。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。對于大型工件，因自重而產生的變形有時會成為

29、引起加工誤差的主要原因，所以在安裝工件時，應通過恰當?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，由于工件剛度較低或夾緊力作用點和方向不當，會引起工件產生相應的變形，造成加工誤差。圖2-10為加工連桿大端孔的安裝示意圖，由于夾緊力作用點不當，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《機械制造工程》（第2版）機械工業(yè)出版社2005年9月圖3-27） 圖2-10 夾緊力不當所引起的加工誤差 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。生產實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量，使配合面的表面粗糙度和形狀精度得到改善和提高，實際接觸面積增加，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量 工件的定位基面如存在較大的尺寸、形位誤差和表面質量差，在承受切削力和夾緊力時可能產生較大的接觸變形，因此精密零件加工用的基準面需要隨著工藝過程的進行逐步提高精度。 3）設置輔助支承，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為工件本身剛度不足或工件

31、各個部位剛度不均勻而產生的。當工件材料和直徑一定時，工件長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 當工件本身薄弱、剛性差時，夾緊時應特別注意選擇適當?shù)膴A緊方法，尤其是在加工薄壁零件時，為了減少加工誤差，應使夾緊力均勻分布?？s短切削力作用點和支承點的距離，提高工件剛度。 5）對相關部件預加載荷 例如，機床主軸部件在裝配時通過預緊主軸后端面的螺母給主軸滾動軸承以預加載荷，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際接觸面積，從而提高了配合面間的接觸剛度。

32、 6）合理設計系統(tǒng)結構 在設計機床夾具時，應盡量減少組成零件數(shù)，以減少總的接觸變形量；選擇合理的結構和截面形狀；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）控制負載及其變化 適當減少進給量和背吃刀量，可減少總切削力對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，減小誤差復映。 四、工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響 在機械加工中，工藝系統(tǒng)在各種熱源的影響下會產生復雜的變形，使得工件與刀具間的正確相對位置關系遭到破壞，

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方面：一是內部熱源，指軸承、離合器、齒輪副、絲杠螺母副、高速運動的導軌副、鏜模套等工作時產生的摩擦熱，以及液壓系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)等工作時產生的摩擦熱；切削和磨削過程中由于擠壓、摩擦和金屬塑性變形產生的切削熱；電動機等工作時產生的電磁熱、電感熱。二是外部熱源，指由于室溫變化及車間內不同位置、不同高度和不同時間存在的溫度差別，以及因空氣流動產生的溫度差等；日照、照明設備以及取暖設備等的輻射熱等。工藝系統(tǒng)在上述熱源的作用下，溫度逐漸升高，同時其熱量也通過各種傳導方式向周圍散發(fā)。 2．工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響 ⑴

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

35、影響加工精度。大型機床如龍門銑床、龍門刨床、導軌磨床等，這類機床的主要熱源是工作臺導軌面與床身導軌面間的摩擦熱及車間內不同位置的溫差。 ⑵ 工件熱變形及其對加工精度的影響 在加工過程中，工件受熱將產生熱變形，工件在熱膨脹的狀態(tài)下達到規(guī)定的尺寸精度，冷卻收縮后尺寸會變小，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，鏜削棒料的內孔等；不均勻受熱，如銑平面和磨平面等。 ⑶ 刀具熱變形對加工精度的影響 在切削加工過程中，切削熱傳入刀具會使得刀具產生熱變形，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850℃左右，此時刀桿伸長，可能使加工誤差超出公差帶。 3．環(huán)境溫度變化對加工精度的影響 除了工藝系統(tǒng)內部熱源引起的變形以外，工藝系統(tǒng)周圍環(huán)境的溫度變化也會引起工件的熱變形。一年四季的溫度波動，有時晝夜之間的溫度變化可達10℃以上，這不僅影響機床的幾何精度，還會直接影響加工和測量精度。 4．對工藝系統(tǒng)熱變形的控制 可采用如下措施減少工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響： 1）隔離熱源 為了減少機床的熱變形，將能從主機分離出去的熱源（如電動機、變速箱、液壓泵和油箱等）應盡可能放到機外；也可采用隔熱材料將發(fā)熱部件和機床大件（

37、如床身、立柱等）隔離開。 2）強制和充分冷卻 對既不能從機床內移出，又不便隔熱的大熱源，可采用強制式的風冷、水冷等散熱措施；對機床、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）采用合理的結構減少熱變形 如在變速箱中，盡量讓軸、軸承、齒輪對稱布置，使箱壁溫升均勻，減少箱體變形。 4）減少系統(tǒng)的發(fā)熱量 對于不能和主機分開的熱源（如主軸承、絲杠、摩擦離合器和高速運動導軌之類的部件），應從結構、潤滑等方面加以改善，以減少發(fā)熱量；提高切削速度(或進給量)，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、 例如車細長軸時，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、工件內應力對加工精度的影響 1．產生內應力的原因 內應力也稱為殘余應力，是指外部載荷去除后仍殘存在工件內部的應力。有殘余應力的工件處于一種很不穩(wěn)定的狀態(tài)，它的內部組織有要恢復到穩(wěn)定的狀態(tài)強烈傾向，即使在常溫下這種變化也在不斷的進行，直到殘余應力完全消失為止。在這個過程中，零件的形狀逐漸變化，從而逐漸喪失原有的加工精度。殘余應力產生的實質原因是由于金屬內部組織發(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

39、生的殘余應力 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，以及金相組織轉變時的體積變化等，都會使毛坯內部產生殘余應力，而且毛坯結構越復雜、壁厚越不均，散熱的條件差別越大，毛坯內部產生的殘余應力也越大。具有殘余應力的毛坯暫時處于平衡狀態(tài)，當切去一層金屬后，這種平衡便被打破，殘余應力重新分布，工件就會出現(xiàn)明顯地變形，直至達到新的平衡為止。 ⑵ 冷校直帶來的殘余應力 某些剛度低的零件，如細長軸、曲軸和絲杠等，由于機加工產生彎曲變形不能滿足精度要求，常采用冷校直工藝進行校直。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、件的內部殘余應力的分布如圖2-11b）所示，在軸線以上產生壓應力（用負號表示），在軸線以下產生拉應力（用正號表示）。在軸線和兩條雙點劃線之間是彈性變形區(qū)域，在雙點劃線之外是塑性變形區(qū)域。當外力F去除后，外層的塑性變形區(qū)域阻止內部彈性變形的恢復，使殘余應力重新分布，如圖2-11c）所示。這時，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，而是用多次人工時效來消除殘余應力。 （沿用吳拓主編《機械制造工程》（第2版）機械工業(yè)出版社2005年9月圖3-28） a）冷校直方法 b）加載時殘余應力的分布 c）卸載后殘余應力

41、的分布 圖2-11 冷校直引起的殘余應力 ⑶ 切削加工產生的殘余應力 加工表面在切削力和切削熱的作用下，會出現(xiàn)不同程度的塑性變形和金相組織的變化，同時也伴隨有金屬體積的改變，因而必然產生內應力，并在加工后引起工件變形。 2．消除或減少內應力的措施 ⑴ 合理設計零件結構 在零件結構設計中應盡量簡化結構，保證零件各部分厚度均勻，以減少鑄、鍛件毛坯在制造中產生的內應力； ⑵ 增加時效處理工序 一是對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間再加工，利用溫度的自然變化使之多次熱脹冷縮，進行自然時效。二是通過熱處理工藝進行人工時效，例如對

42、鑄、鍛、焊接件進行退火或回火；零件淬火后進行回火；對精度要求高的零件，如床身、絲杠、箱體、精密主軸等，在粗加工后進行低溫回火，甚至對絲杠、精密主軸等在精加工后進行冰冷處理等。三是對一些鑄、鍛、焊接件以振動的形式將機械能加到工件上，進行振動時效處理，引起工件內部晶格蠕變，使金屬內部結構狀態(tài)穩(wěn)定，消除內應力。 ⑶ 合理安排工藝過程 將粗、精加工分開在不同工序中進行，使粗加工后有足夠的時間變形，讓殘余應力重新分布，以減少對精加工的影響。對于粗、精加工需要在一道工序中來完成的大型工件，也應在粗加工后松開工件，讓工件的變形恢復后，再用較小的夾緊力夾緊工件，進行精加工。 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。在生產實際中，影響加工精度的工藝因素是錯綜復雜的。對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)計方法進行綜合分析，找出產生加工誤差的原因，加以消除。 一、加工誤差的性質 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，機床、刀具、夾具的制造誤差，工藝系統(tǒng)的受力變形，調整誤差等

44、引起的加工誤差均與加工時間無關，其大小和方向在一次調整中也基本不變，因此都屬于常值系統(tǒng)誤差。機床、夾具、量具等磨損速度很慢，在一定時間內也可看作是常值系統(tǒng)誤差。機床、刀具和夾具等在尚未達到熱平衡前的熱變形誤差和刀具的磨損等，都是隨加工時間而規(guī)律變化的，屬于變值系統(tǒng)誤差。 ⑵ 隨機誤差 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，稱為隨機誤差。例如，毛坯誤差的復映、殘余應力引起的變形誤差和定位、夾緊誤差等都屬于隨機誤差。應注意的是，在不同的場合誤差表現(xiàn)出的性質也是不同的。例如，對于機床在一次調整后加工出的一批工件而言，機床的調整誤差為常值系統(tǒng)誤差；但對多次調整機床后加工出

45、的工件而言，每次調整時產生的調整誤差就不可能是常值的，因此對于經多次調整所加工出來的大批工件，調整誤差為隨機誤差。 二、加工誤差的數(shù)理統(tǒng)計方法 1．實際分布曲線（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，以零件尺寸為橫坐標，畫出直方圖，進而畫成一條折線，即為實際分布曲線，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《機械制造工程》（第2版）機械工業(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） 實踐證明，當被測量的一批零件（機床上用調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，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（表達式）為： （2—4） 其中：——縱坐標，某尺寸的概率密度； ——橫坐標，實際尺寸； ——全部實際尺寸的算術平均值； ——標準差，均方差； ——方差。 （沿用吳拓主編《機械制造工程》（第2版）機械工業(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品質量

47、；可以判斷加工方法是否合適；可以判斷廢品率的大小，從而指導下一批的生產。 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z = 0.3即時，2φ（z）= 0.2358； 當z = 1.1即時，2φ（z）= 0.7286； 當z = 3即時，2φ（z）= 0.9973。 因此，當，即時，則。即當時，零件出現(xiàn)的概率已達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，加工一批零件基本上都是合格品了，即時，產品無廢品。 3．非正態(tài)分布曲線 工件的實際分布，有時并不近于正態(tài)分布。例如，將在兩臺機床上分別調整加工出的工件混在一起測定，由于每次調整時常值系統(tǒng)誤差是不同的，如果常值系統(tǒng)誤差大于2.2σ，就會得到如圖2-14所示的雙峰曲線。這實際上是兩組正態(tài)分布曲線的疊加。又如，磨削細長孔時，如果砂輪磨損較快且沒有自動補償，則工件的實際尺寸分布的算術平均值將呈平頂形，如圖2-15所示，它實質上是正態(tài)分布曲線的分散中心在不斷地移動，即在隨機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，由于操作者為避免產生不可修復的廢品，主觀地

49、使軸頸寧大勿小，使孔寧小勿大，從而導致尺寸的分布呈現(xiàn)不對稱的形狀，這種分布又稱瑞利分布，如圖2-16所示。 （沿用吳拓主編《機械制造工程》（第2版）機械工業(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《機械制造工程》（第2版）機械工業(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《機械制造工程》（第2版）機械工業(yè)出版社2005年9月圖3-33） 圖2-16 瑞利分布曲線 4．點圖分析法 用分布圖分析研究加工誤差時，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提供控制精度的資料。為了克服這些不足，在生產實踐中常用點圖分析法。 點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)律依次抽樣測量零件的尺寸，并記入以零件序號為橫坐標，以零件尺寸為縱坐標的圖表中。假如把點圖上的上、下極限點包絡成兩根平滑的曲線，如圖2-17所示，就能清楚地反映加工過程中誤差的性質及變化趨勢。平均值曲線OO′表示每一瞬時的誤差分散中心，其變化情況反映了變值系統(tǒng)性誤差隨時間變化的規(guī)律。其起始點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尺寸的分散

51、范圍。其變化情況反映了隨機誤差隨時間變化的情況。 （沿用吳拓主編《機械制造工程》（第2版）機械工業(yè)出版社2005年9月圖3-34） 圖2-17 單值點圖 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生加工誤差的主要因素之后，設法對其直接進行消除或減弱其影響。在生產中有著廣泛的應用。例如，在車床上加工細長軸時，因工件剛度極差，容易產生彎曲變形和振動，嚴重影響加工精度。人們在生產實際中總結了一套行之有效的措施： 1）采用反向進給的切削方式，如圖2-18所示，進給方向由卡盤一端指向尾座。此時尾部可用中心架，或者尾座應

52、用彈性頂尖，使工件的熱變形能得到自由的伸長，故可減少或消除由于熱伸長和軸向力使工件產生的彎曲變形。 （沿用吳拓主編《機械制造工程》（第2版）機械工業(yè)出版社2005年9月圖3-35） 圖2-18 不同進給方向加工細長軸的比較 2）采用大進給量和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，使切削過程平穩(wěn)。 3）在工件卡盤夾持的一端車出一個縮頸部分，以增加工件的柔性，使切削變形盡量發(fā)生在縮頸處，減少切削變形對加工精度的直接影響。 二、補償或抵消誤差 補償誤差就是人為地制造一種新誤差去補償加工、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，從而達到減少誤差的目的。例如預加載荷精加工龍門銑床的橫梁導軌，使加工后的導軌產生“向上凸”的幾何形狀誤差，去抵消橫梁因銑頭重量而產生“向下垂”的受力變形；用校正機構提高絲桿車床傳動鏈精度也是如此。 三、均分與均化誤差 當毛坯精度較低而引起較大的定位誤差和復映誤差時，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，又會使成本增加，這時便可采用均分誤差的方法。該方法的實質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，然后按組調整刀具與工件的相對位置。 對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。其實質是利用有密切聯(lián)系的兩表面相互比較，找出差異，然后互為基準，相互修正，使工件表面的誤差不斷縮小和均化。 四、轉移變形和轉移誤差 這種方法的實質是將工藝系統(tǒng)的幾何誤差、受力變形、熱變形等轉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。如當機床精度達不到零件加工要求時，常常不是僅靠提高機床精度來保證加工精度，而是通過改進工藝方法和夾具，將機床的各類誤差轉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，鏜桿與鏜床主軸采用浮動連接，這時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精度及其他幾何精度無關。 五、“就地加工”，保證精度 機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到要求的裝配精度。因此，對于裝配以后有相互位置精度要求的表面，應采用“就地加工”法來加工。例如，在車床上“就地”配車法蘭盤；在轉塔車床的主軸上安裝車刀，加工轉塔上的六個刀架安裝孔等。 六、加工過程中主動控制誤差 對于變值系統(tǒng)性誤差，通常只能在加工過程中用可變補償?shù)?/p>

56、方法來減少加工誤差。這就要求在加工循環(huán)中，利用測量裝置連續(xù)地測量出工件的實際尺寸精度，隨時給刀具以附加的補償量，直至實際值與調定值的差不超過預定的公差為止?，F(xiàn)代機械加工中自動測量和自動補償都屬于這種主動控制誤差的形式。 習題與思考題 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 主軸回轉運動誤差取決于什么？它可分為哪基本幾種基本形式？產生的原因是什么？對加工精度的影響如何？ 2-3 車床床身導軌在垂直平面內及水平面內的直線度對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，經測量實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，試確定該工序的標準偏差σ，并判斷車刀的調整誤差是多少？ 2-5 舉例說明工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度產生的影響。 2-6 試分析在車床上鏜圓錐孔或車外圓錐體，由于安裝刀具時刀尖高于或低于工件軸線，將會產生什么樣的誤差？ 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是什么形狀？為什么？ 圖2-19 題2-7圖 2-8 如圖2-20所示，當龍門刨床床身導軌不直，且 ⑴ 當工件剛度很差時；⑵ 當工件剛度很大時，加工后的工件會各成什么形狀 圖2-20 題2-8圖 第 22 頁 共 22 頁