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1、機(jī)械制造技術(shù)02教學(xué)課件下載-樣章.ppt 第11章 機(jī)械加工誤差 保證機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量，是機(jī)械制造者的首要任務(wù)， 任何機(jī)械產(chǎn)品都是由若干相互關(guān)聯(lián)的零件裝配而成 的。因此，零件的制造質(zhì)量是保證產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)。 零件的質(zhì)量直接影響著產(chǎn)品的性能、壽命、效率、 可靠性等質(zhì)量指標(biāo)，而零件的制造質(zhì)量，是依靠零 件的毛坯制造方法、機(jī)械加工、熱處理以及表面處 理等工藝來保證的。因此，在零件制造的各個(gè)環(huán)節(jié) 中，應(yīng)當(dāng)始終貫徹“質(zhì)量第一”的思想，以確保產(chǎn) 品的質(zhì)量。本章主要討論零件機(jī)械加工精度及表面 質(zhì)量問題。 13-1機(jī)械加工精度概 述 一.加工精度與加工誤差 加工精度：指零件經(jīng)機(jī)械加工后，其幾何參 數(shù)（尺寸、形狀

2、、表面相互質(zhì)量）的實(shí)際值與理 論值的符合程度。 加工誤差：指零件經(jīng)機(jī)械加工后，其幾何參 數(shù)（尺寸、形狀、表面相互質(zhì)量）的實(shí)際值與理 論值之差。 二.尺寸、形狀、和相互位置精度的關(guān)系 零件的的加工精度包括：尺寸精度、形狀精度尺寸精度、形狀精度 和相互位置精度和相互位置精度，三者之間是既有區(qū)別又有聯(lián)系的。 通常，形狀公差應(yīng)限制在位置公差之內(nèi)，而位置誤 差又要限制在尺寸公差之內(nèi)。例如，為保證軸頸的 直徑尺寸精度，則軸頸的圓度誤差不應(yīng)超出直徑的 尺寸公差。當(dāng)尺寸精度要求高時(shí)，相應(yīng)的位置、形 狀精度也要求高。但形狀精度要求高時(shí)，相應(yīng)的位 置精度和尺寸精度有時(shí)不一定要求高，這要根據(jù)零 件的功能要求來決定。

3、 三.獲得加工精度的方法 1.獲得尺寸精度的方法獲得尺寸精度的方法 （1）試切法 （2）調(diào)整法 （3）定尺寸刀具法 （4）自動(dòng)控制法 試切法: 就是通過試切、測(cè)量、調(diào)整、再試切， 反復(fù)進(jìn)行到被加工尺寸達(dá)到要求為止的加工方法。 這種方法的效率低，操作者的技術(shù)水平要求高，主 要適用于單件、小批生產(chǎn)。（動(dòng)畫演示） 調(diào)整法 先調(diào)整好刀具和工件在機(jī)床上的相對(duì)位置，并 在一批零件的加工過程中保持這個(gè)位置不變，以保 證被加工尺寸的方法。調(diào)整法廣泛用于各類半自動(dòng)、 自動(dòng)機(jī)床和自動(dòng)線上，適用于成批、大量的生產(chǎn)。 定尺寸刀具法: 用刀具的相應(yīng)尺寸來保證工件被加工部位尺寸 的方法，如鉸孔、拉孔和攻螺紋等。這種方法的

4、加 工精度，主要決定于刀具的制造、刃磨質(zhì)量和切削 用量。其優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)率較高，但刀具制造較復(fù)雜， 常用于孔、螺紋和成形表面的加工。 自動(dòng)控制法: 這種方法是用度量裝置、進(jìn)給機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng) 構(gòu)成加工過程的自動(dòng)循環(huán)，即自動(dòng)完成加工中的切 削、度量、補(bǔ)償調(diào)整等一系列的工作，當(dāng)工件達(dá)到 要求的尺寸時(shí)，機(jī)床自動(dòng)退刀,停止加工。 2.獲得形狀精度的方法獲得形狀精度的方法 成形刀具法:加工精度主要取決于刀刃的形狀精度 軌跡法:加工精度則與機(jī)床的精度關(guān)系密切。例如， 車削圓柱類零件時(shí)，其圓度、圓柱度等形狀精度， 主要決定于主軸的回轉(zhuǎn)精度、導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度以及 主軸回轉(zhuǎn)軸心線與導(dǎo)軌之間的相互位置精度 展成法:常用于

5、各種齒輪加工，其形狀精度與刀 具精度以及機(jī)床傳動(dòng)精度有關(guān) 3.獲得相互位置精度的方法獲得相互位置精度的方法 零件的相互位置精度，主要由機(jī)床精度、夾具 精度和工件的裝夾精度來保證。例如，在平面上鉆 孔，孔中心線對(duì)平面的垂直度，取決于鉆頭進(jìn)給方 向與工作臺(tái)或夾具定位面的垂直度。 13-2影響加工精度的因素 機(jī)械加工中零件的尺寸、形狀和相互位置誤差， 主要是由于工件與刀具在切削運(yùn)動(dòng)中相互位置發(fā)生 了變動(dòng)而造成的。 由于工件和刀具安裝在夾具和機(jī)床上，因此， 機(jī)床、夾具、刀具和工件構(gòu)成了一個(gè)完整的工藝系 統(tǒng)。 工藝系統(tǒng)中的種種誤差，是造成零件加工誤差 的根源，故稱之為原始誤差。 加工中可能出現(xiàn)的原始誤差

6、，可列舉如 下圖 機(jī)械加工原始誤差 原理誤差 工件裝夾誤差 機(jī)床誤差 夾具誤差 刀具誤差 調(diào)整誤差 工藝系統(tǒng)熱變形 刀具磨損 工件內(nèi)應(yīng)力引起的變形 度量誤差 一.原理誤差 原理誤差是由于采用了近似的成形運(yùn)動(dòng)或刀刃 形狀而產(chǎn)生的。例如，滾切漸開線齒形就存在兩項(xiàng) 原理誤差:一是為便于制造，用阿基米德基本蝸桿 或法向直廓基本蝸桿，來代替漸開線基本蝸桿而產(chǎn) 生的誤差；另一個(gè)是由于滾刀刀刃數(shù)有限，滾切出 的齒形不是連續(xù)光滑的漸開線，而是由若干短線組 成的折線。又如在加工正弦曲線的內(nèi)曲面時(shí)，用曲 柄滑塊機(jī)構(gòu)來獲得近似的正弦曲線，也存在原理誤 差。 理論上應(yīng)當(dāng)采用理想的加工原理，來獲得精確 的加工表面。但在

7、生產(chǎn)中這樣做有時(shí)會(huì)使機(jī)床的結(jié) 構(gòu)復(fù)雜，難以保證機(jī)床的剛度和精度，或者使刀刃 的輪廓不易制造或精度很低。這樣不僅不能保證加 工精度，甚至還會(huì)降低加工效率。這時(shí)如采用近似 的加工方法，往往可以簡(jiǎn)化機(jī)床結(jié)構(gòu)和刀具的形狀， 并能提高生產(chǎn)率，降低加工成本，因此，只要能把 加工誤差限制在規(guī)定的范圍內(nèi)（一般，原理誤差應(yīng) 小于工件公差值的10%15%），可以采用近似的 加工方法。 二.機(jī)床誤差 機(jī)床誤差是由機(jī)床的制造誤差、安裝誤差和使 用中的磨損引起的。對(duì)加工精度影響較大的有： 主軸回轉(zhuǎn)誤差 導(dǎo)軌誤差 傳動(dòng)鏈誤差 一. 主軸回轉(zhuǎn)誤差 機(jī)床主軸是決定工件或刀具位置的重要部件， 對(duì)主軸的精度要求最主要的就是主軸回

8、轉(zhuǎn)精度（機(jī) 床主軸回轉(zhuǎn)時(shí)能保持軸線的位置穩(wěn)定不變的程 度。），即要求主軸回轉(zhuǎn)時(shí)能保持軸線的位置穩(wěn)定 不變。主軸回轉(zhuǎn)誤差直接影響被加工零件的形狀、 位置精度和表面粗糙度。 由于主軸系統(tǒng)自身存在著各種誤差，如主軸 軸頸和軸承座孔的誤差；滾動(dòng)軸承的內(nèi)環(huán)、外環(huán)和 滾動(dòng)體的誤差；回轉(zhuǎn)過程中各種靜、動(dòng)態(tài)因素的影 響等，使主軸回轉(zhuǎn)軸線的空間位置在每一瞬間都是 變動(dòng)的，即產(chǎn)生軸線在空間的漂移。為了便于分析， 常把主軸的回轉(zhuǎn)誤差分解為徑向跳動(dòng)、軸向竄動(dòng)和 角度擺動(dòng)（圖4-1）。實(shí)際上主軸回轉(zhuǎn)誤差的三種 基本形式是同時(shí)存在的（圖4-2），綜合影響著工 件的加工精度。 Rzz2(2R0) (4-1) 由于RzRy（

9、y），故 把工件加工表面法線方向叫做 誤差的敏感方向。 分析主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度的影響，發(fā)現(xiàn)主軸回 轉(zhuǎn)誤差沿刀具與工件接觸點(diǎn)的法向分量與切向分量， 對(duì)加工精度的影響相差甚大。由圖4-3，在車削 圓柱面時(shí)，回轉(zhuǎn)誤差的法向分量y=Ry。而切向 分量z所產(chǎn)生的半徑誤差Rz為 1. 主軸純徑向跳動(dòng)對(duì)加工精度的影響主軸純徑向跳動(dòng)對(duì)加工精度的影響 圖4-4為工件不動(dòng)而鏜桿旋轉(zhuǎn)的鏜孔情況。設(shè)由 于主軸純徑向跳動(dòng)而使軸線在Y坐標(biāo)方向上作簡(jiǎn)諧 直線運(yùn)動(dòng)，其頻率與主軸轉(zhuǎn)速相同，振幅為A。又 設(shè)刀尖處于水平位置時(shí)，主軸中心偏移最大（等于 A）。當(dāng)鏜刀轉(zhuǎn)過某一個(gè)角時(shí)，此時(shí)刀尖軌跡的 水平和垂直分量分別是： y=Ac

10、os+Rcos=(A+R)cos z=Rsin 將上兩式平方相加可得 這是一個(gè)橢圓方程式,說明主軸回轉(zhuǎn)時(shí)存在純徑向 跳動(dòng),鏜出的將是一個(gè)橢圓孔,如圖4-4中的雙點(diǎn)劃 線所示。 車削時(shí)（如圖4-5所示），設(shè)主軸軸線 仍沿y方向作簡(jiǎn)諧直線運(yùn)動(dòng)，則工件1處切出的半 徑比在2、4處小一個(gè)振幅A，而在工件3處切出的 半徑則比2、4處大一個(gè)振幅A。這樣在工件的上 述4點(diǎn)直徑都相等，在其它各點(diǎn)處的直徑誤差也 甚小，故車削出的工件表面接近于一個(gè)真圓。 2. 主軸軸向竄動(dòng)對(duì)加工精度的影響主軸軸向竄動(dòng)對(duì)加工精度的影響 主軸的純軸向竄動(dòng)對(duì) 內(nèi)、外圓加工沒有影響， 但加工的端面則與內(nèi)、 外圓面不垂直（圖4-6(a）。

11、 加工螺紋時(shí)，主軸的軸向 竄動(dòng)將使單個(gè)螺距產(chǎn)生周 期誤差（ 圖4-6(b） ）。 3. 主軸回轉(zhuǎn)純角度擺動(dòng)對(duì)加工精度的影響主軸回轉(zhuǎn)純角度擺動(dòng)對(duì)加工精度的影響 主軸回轉(zhuǎn)時(shí)的純角擺動(dòng)，在車削外圓時(shí)仍然可 以得到一個(gè)圓形工件，但工件是一個(gè)圓錐體。在鏜 床上鏜孔時(shí)，鏜出的孔則為橢圓形（圖4-7，動(dòng)畫 演示）。 主軸回轉(zhuǎn)軸線的運(yùn)動(dòng)誤差，是和主軸部件的制 造精度以及切削過程中主軸受力、受熱后變形有關(guān)， 但主軸部件的制造精度是主要的。 在主軸采用滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)時(shí)，主軸是以軸頸 在軸套內(nèi)旋轉(zhuǎn)的。對(duì)于車床類機(jī)床的主軸，因切削 力的方向不變，主軸軸頸被壓向軸套表面某一位置， 因此，主軸軸頸的圓度誤差將直接傳給工件

12、（ 圖 4-8（a），而軸套孔的誤差則對(duì)加工精度的影響 較小。對(duì)鏜床類機(jī)床，由于作用在主軸上的切削力 是隨鏜刀的旋轉(zhuǎn)而變化的，故軸套孔的圓度誤差將 傳給工件，而軸頸的圓度誤差對(duì)加工精度的影響不 大（ 圖4-8（b） 在主軸采用滾動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)時(shí)，主軸回轉(zhuǎn)精度不 僅取決于滾動(dòng)軸承本身的精度，而且還與軸承配合 件的精度關(guān)系密切。由于軸承內(nèi)、外環(huán)是薄壁零件， 受力后容易變形，因此，與之相配合的軸頸或箱體 軸承孔的圓度誤差，會(huì)使軸承的內(nèi)、外環(huán)變形而造 成主軸的回轉(zhuǎn)誤差。 二.導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差 導(dǎo)軌導(dǎo)向精度：是指機(jī)床導(dǎo)軌副的運(yùn)動(dòng)件實(shí)際 運(yùn)動(dòng)方向與理想運(yùn)動(dòng)方向的符合程度。 導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差：指機(jī)床導(dǎo)軌副的運(yùn)動(dòng)件實(shí)際運(yùn)

13、 動(dòng)方向與理想運(yùn)動(dòng)方向兩者之間的偏差值。 床身導(dǎo)軌既是機(jī)床主要部件的裝配基準(zhǔn)，又是 保證刀具與工件間導(dǎo)向精度的基準(zhǔn)。因此，導(dǎo)軌導(dǎo) 向誤差直接影響工件的加工精度。 直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差分為： 導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差； 導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度誤差； 兩導(dǎo)軌間的平行度誤差。 1.導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差 此項(xiàng)誤差使刀尖在水平面內(nèi)產(chǎn)生移y （圖4- 9），造成工件在半徑方向的誤差Ry （這時(shí)Ry =y ），使工件表面產(chǎn)生圓柱度誤差。 2。導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度誤差(圖4-10) 3.兩導(dǎo)軌間的平行度誤差兩導(dǎo)軌間的平行度誤差 由于導(dǎo)軌發(fā)生了扭曲（右 圖），使刀尖相對(duì)于

14、工件在水 平和垂直兩個(gè)方向上產(chǎn)生偏移。 設(shè)車床中心高為H，導(dǎo)軌寬度 為B，則導(dǎo)軌扭曲量引起工件半徑的變化量Ry為 通常，車床H/B2/3；外圓磨床H/B1，可見 此項(xiàng)誤差對(duì)加工精度影響很大，會(huì)導(dǎo)致工件產(chǎn)生圓 柱度誤差。 導(dǎo)軌導(dǎo)向精度，除受導(dǎo)軌制造誤差的影響外， 還受機(jī)床安裝是否正確，地基是否堅(jiān)固，導(dǎo)軌的潤 滑狀況，磨損的均勻性，導(dǎo)軌的熱變形以及運(yùn)動(dòng)部 件的重心移動(dòng)和過大切削力引起的導(dǎo)軌彈性變形等 因素的影響。 三.傳動(dòng)鏈傳動(dòng)誤差 傳運(yùn)鏈的傳動(dòng)誤差：指內(nèi)聯(lián)系的傳動(dòng)鏈中首、 末兩端傳動(dòng)元件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的誤差。 傳動(dòng)鏈傳動(dòng)誤差，一般不影響圓柱面和平面的 加工精度，但在加工工件運(yùn)動(dòng)和刀具運(yùn)動(dòng)有嚴(yán)格內(nèi)

15、聯(lián)系的表面，如車削、磨削螺紋和滾齒、插齒、磨 齒時(shí)，則是影響加工精度的重要因素。 例如，在車螺紋時(shí)，要求主軸與傳動(dòng)絲杠的轉(zhuǎn) 速比恒定（圖4-12），即 由上式可見，當(dāng)速比i與機(jī)床絲杠導(dǎo)程T存在誤 差時(shí)，工件導(dǎo)程S將出現(xiàn)誤差。影響速比i的因素主 要是齒輪副的傳動(dòng)誤差，假如齒輪z1存在周節(jié)誤差， 在傳動(dòng)時(shí)其轉(zhuǎn)角誤差要經(jīng)過幾對(duì)齒輪副才傳遞到絲 杠上（參見圖4-12）。當(dāng)傳動(dòng)副為升速時(shí)，轉(zhuǎn)角誤 差被擴(kuò)大，而降速時(shí)轉(zhuǎn)角誤差被縮小。而與絲杠連 接的齒輪的轉(zhuǎn)角誤差，將直接反映到工件上，有著 較大的影響。 提高傳動(dòng)鏈傳動(dòng)精度的主要措施提高傳動(dòng)鏈傳動(dòng)精度的主要措施 盡可能縮短傳動(dòng)鏈 采用降速傳動(dòng)（即i y2，故

16、車出工件的截面仍是橢圓形的。 式中，式中，=Fy/Fz，一般取，一般取=0.4；f-進(jìn)給量進(jìn)給量 由此可見，當(dāng)車削具有圓度誤差 的毛 坯時(shí)，由于工藝系統(tǒng)受力變形的變化而使工件產(chǎn)生 相應(yīng)的圓度誤差 這種現(xiàn)象叫做“誤差復(fù) 映”。 在第一次走刀后，工件的加工誤差為 令=工/坯,則 式中，誤差復(fù)映系數(shù)。定量地反映了毛坯誤差 經(jīng)加工后減少的程度，并表明工藝系統(tǒng)剛度越高， 則越小，毛坯復(fù)映到工件上的誤差也越小。當(dāng)一 次走刀不能滿足精度要求時(shí)，可進(jìn)行二次或多次走 刀，相應(yīng)的復(fù)映系數(shù)為1 ，2，3n，則總的復(fù) 映系數(shù)=123n。第n次走刀后工件的誤差為 由于變形量y總是小于背吃刀量ap，復(fù)映系數(shù) 總是遠(yuǎn)小于1

17、的正數(shù)，相乘以后則更小。因此，一 般精度的工件經(jīng)23次走刀后，可以使加工誤差降 低到允許的范圍內(nèi)。 在批量生產(chǎn)中，如用調(diào)整法確定一批零件的加 工尺寸，當(dāng)毛坯尺寸不一致而導(dǎo)致加工余量不均勻， 或毛坯材料的硬度差別很大時(shí)，由于誤差復(fù)映的結(jié) 果，會(huì)使這批零件加工后的尺寸分散，甚至尺寸超 差而產(chǎn)生廢品。 2.切削力作用位置變化對(duì)加工精度的影響切削力作用位置變化對(duì)加工精度的影響 以在車床頂尖間加工光軸為例，并假定工件粗 而短，其受力變形量可以略而不計(jì)，車刀懸伸也很 短，受力后的彎曲變形在法向的分量也可忽略不計(jì)， 即工藝系統(tǒng)的變形完全取決于機(jī)床的變形。又假定 工件的加工余量均勻，加工過程中的切削力保持不

18、變，即刀架的變形刀保持不變。， 當(dāng)車刀進(jìn)給到圖4-19所示的位置時(shí)，工件中心 線變到新的位置O1O2。車床頭架受法向力F1， 相應(yīng)的法向變形y頭=O1O 1；尾座受力F2，相應(yīng)的 變形y尾=O2O2。刀架受力Fy，相應(yīng)的變形y刀 （圖中未示出） 因此可得 y頭 = F1k頭=(xL)Fyk頭(mm) (4-12) y尾 = F2k尾=(1 - xL)Fyk尾(mm) (4-13) y刀 = Fyk刀(mm) (4-14) 式中，k頭、k尾、k刀分別為頭架、尾架、刀架 的剛度（N/mm）。 L工件長度（mm）； x車刀到尾 座的距離（mm）。 由圖4-19可見，由頭架和尾架變形所造成的工 件和刀

19、具的法向相對(duì)位移為 yx = y頭 + (1 - x/L)(y尾 y頭) = (x/L)y頭+ (1- x/L)y尾 = (x/L)2 Fyk頭+ (1 - x/L)2 Fyk尾(mm) (4-15) 如果再考慮刀架的變形y刀，則系統(tǒng)的變形 y系統(tǒng) = yx + y刀 = Fy(1/k頭)(x/L)2 + (1/k尾)(1 - x/L)2 + 1/k刀 (mm) (4-16) 工藝系統(tǒng)的剛度為 K系統(tǒng) = Fyy系統(tǒng)=1 / (1/k頭)(x/L)2 + (1/k尾)(1 - x/L)2 + 1/k刀 (N/mm) (4-17) 由式（4-16）可見，工藝系統(tǒng)的總變形y系統(tǒng) 是一個(gè)二次拋物線方

20、程，車出的工件沿軸向呈拋物 線形狀（圖4-20）。 如果車削剛度很差的細(xì)長軸，并忽略機(jī)床的變 形，則工藝系統(tǒng)的變形主要是工件的變形。當(dāng)?shù)毒?切削到x處時(shí)，工件的變形為 y工= Fy/(3EI) x2(L-x)2/L(mm) (4-18) 式中，E工件材料的彈性模量 I工件斷面的慣性矩 當(dāng)x=0時(shí)和x=L時(shí)，y工=0；當(dāng)x=L/2時(shí)，y工最大， y工=FyL3 /（48EI）。此時(shí)工件呈腰鼓形。 若考慮機(jī)床頭架、尾座、刀架和工件的變形同 時(shí)存在，則系統(tǒng)的總變形量為 y系統(tǒng)= Fy(1/k頭)(x/L)2 + (1/k尾)(1 - x/L)2 + 1/k刀+ x2(L - x)2/(3EIL)(m

21、m) (4-19) 系統(tǒng)的剛度為 在測(cè)出車床頭架、尾座和刀架的平均剛度， 并確定了工件的材料與尺寸時(shí)，即可按x值估算車 削圓軸時(shí)工藝系統(tǒng)的剛度。當(dāng)已知刀具的幾何角 度、切削用量等參數(shù)，可確定切削力Fy時(shí)，即可 估算不同x值處工件半徑尺寸的變化，求出工件加 工后的圓柱度誤差。 3.工藝系統(tǒng)中其他作用力對(duì)精度的影響工藝系統(tǒng)中其他作用力對(duì)精度的影響 （1）傳動(dòng)力的影響 （2）慣性力的影響 （3）夾緊力的影響 傳動(dòng)力的影響：當(dāng)車床上用單爪 撥盤帶動(dòng)工 件時(shí)，傳動(dòng)力在撥盤的每一轉(zhuǎn)中不斷改變方向。圖 4-21表示了單爪撥盤傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖和作用在其上 的力：切削分力Fy、Fz和傳動(dòng)力Fc。圖4-22表示了

22、切削力轉(zhuǎn)化到作用于工件幾何軸心o上而使之變形 到o，又由傳動(dòng)力轉(zhuǎn)化到作用于o上而使之變形到 o的位置。圖中ks為機(jī)床系統(tǒng)的剛度，kc為頂尖與 系統(tǒng)的接觸剛度（包括頂尖與主軸孔、頂尖與工件 頂尖孔之間的接觸剛度）。由圖4-22有： 只要切削分力Fz、Fy不變，則、oo也不變， 而oA又是恒值。所以ro是恒值，它與傳動(dòng)力Fc無關(guān)。 因此，o 是工件的平均回轉(zhuǎn)軸心，o是工件的瞬時(shí) 回轉(zhuǎn)軸心，o圍繞o作與主軸同頻率的回轉(zhuǎn)，恰似 一個(gè)在y-z平面內(nèi)的偏心運(yùn)動(dòng)。整個(gè)工件則在空間 作圓錐運(yùn)動(dòng):固定的后頂尖為其錐角頂點(diǎn)，前頂尖 帶著工件在空間畫出一個(gè)圓。 這就是主軸幾何軸線具有角度擺動(dòng)的一種情 況幾何軸線（前

23、、后頂尖的連線）相對(duì)于平均 軸線（o 與后頂尖的連線）在空間成一定錐角的圓 錐軌跡。由此可以得出結(jié)論：在單爪撥盤傳動(dòng)下車 削出來的工件是一個(gè)正圓柱，并不產(chǎn)生加工誤差。 以前的某些論著中，認(rèn)為將形成截面形狀為心臟形 的圓柱度誤差的結(jié)論，是不正確的。在圓度儀上對(duì) 工件進(jìn)行實(shí)測(cè)的結(jié)果也證明了這一點(diǎn)。 慣性力的影響 在高速切削時(shí)，如果工藝系統(tǒng)中有不平衡的高 速旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件存在，就會(huì)產(chǎn)生離心力。它和傳動(dòng)力 一樣，在工件的每一轉(zhuǎn)中不斷變更方向，引起工件 幾何軸線作上述相同形式的擺角運(yùn)動(dòng)，故理論上講 也不會(huì)造成工件圓度誤差。但是要注意的是當(dāng)不平 衡質(zhì)量的離心力大于切削力時(shí)，車床主軸軸頸和軸 承內(nèi)孔表面的接觸點(diǎn)

24、就會(huì)不斷地變化，軸承孔的圓 度誤差將傳給工件的回轉(zhuǎn)軸線。周期變化的慣性力 還常常引起工藝系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動(dòng)。 因此機(jī)械加工中若遇到這種情況，可采用“對(duì) 重平衡”的方法來消除這種影響，即在不平衡質(zhì)量 的反向加裝重塊，使兩者的離心力相互抵消。必要 時(shí)亦可適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速，以減少離心力的影響。 對(duì)于剛度較差的工件，夾緊力也常引起變形而 造成工件的形狀誤差。例如在用三爪自動(dòng)定心卡盤 夾持薄壁筒鏜孔時(shí)（圖4-23（a ），動(dòng)畫演示）,假 定未夾緊前薄壁筒的內(nèi)、外圓是正圓形，夾緊后則 呈三角棱圓形，鏜孔后內(nèi)孔雖呈正圓形，但松開三 爪自動(dòng)定心卡盤后，薄壁筒的彈性恢復(fù)使孔又變?yōu)?三角棱圓形。為了減少薄壁筒的夾緊變形，

25、可在筒 外加上開口過渡環(huán)（圖4-23（b），動(dòng)畫演示）， 使夾緊力均勻而減少套筒的變形。 又如磨削薄片工件時(shí)（圖4-24），假定坯件翹曲， 當(dāng)其被電磁工作臺(tái)吸緊時(shí)，就產(chǎn)生彈性變形，磨削 后取下工件，由于彈性恢復(fù)使已磨平的表面又 產(chǎn)生翹曲（圖4-24（a）、（b）、（c）所示），如 在工件和工作臺(tái)之間墊入一層很薄的橡皮（0.5mm 以下），當(dāng)吸緊工件時(shí)，橡皮墊受到不均勻的壓縮， 使工件變形減小而便于將翹曲部分磨去。經(jīng)過正、 反面的多次磨削，就可獲得比較平直的表面。 （三）減少工藝系統(tǒng)受力變形的措施（三）減少工藝系統(tǒng)受力變形的措施 減少工藝系統(tǒng)受力變形，是保證加工精度的 有效途徑。在生產(chǎn)中通常可以

26、從兩個(gè)方面解決： 一是減少載荷及其變化，二是提高系統(tǒng)的剛度。 顯然，減少載荷（切削力）往往會(huì)使生產(chǎn)率受到 影響，因此，提高工藝系統(tǒng)中薄弱環(huán)節(jié)的剛度是 最積極、有效的方法，由于生產(chǎn)實(shí)際問題往往比 較復(fù)雜，故應(yīng)根據(jù)具體情況采取如下的一些基本 措施： (1)提高接觸剛度 (2)提高刀具與工件的剛度 (3)合理裝夾工件，減少夾緊變形和切削力變形 提高接觸剛度 提高機(jī)床部件中零件間接合表面的質(zhì)量 給機(jī)床部件以預(yù)加載荷 提高工件定位基準(zhǔn)面的加工質(zhì)量 合理選用材料或表面強(qiáng)化以提高表面抗接觸變 形的能力 提高刀具與工件的剛度 通?？梢圆捎迷黾虞o助支承，減少懸伸量，以及 增大刀桿直徑等措施。如車削細(xì)長軸時(shí)使用跟

27、刀架， 以增強(qiáng)工件的剛度；用導(dǎo)套、導(dǎo)桿等輔助支承來增 強(qiáng)轉(zhuǎn)塔車床刀架的剛度（圖4-26）。 合理裝夾工件，減少夾緊變形和切削力變形 圖4-27（a）所示的夾緊力作用點(diǎn)位置，會(huì)使工件 產(chǎn)生較大的變形；改用圖4-27（b）所示的作用點(diǎn)， 支承部分的剛性大，夾緊也比較可靠。在銑削角鐵 零件時(shí)，圖4-28（b ） 所示的裝夾、加工方式，比 圖4-28（a）的方式，刀桿、工件的剛度都好。 五.工藝系統(tǒng)熱變形的影響 1.1.概述概述 熱變形是切削加工中工藝系統(tǒng)受熱而引起的變形。 引起熱變形的熱源有以下幾個(gè)方面： 切削熱 機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件摩擦熱 外界熱源輻射及傳導(dǎo) 切削熱： 切削過程中消耗于切削層的彈、塑性變形

28、能， 以及刀具與工件、切屑之間的摩擦機(jī)械能，絕大部 分轉(zhuǎn)化為切削熱，是工藝系統(tǒng)的主要熱源。切削熱 一部分由切屑帶走，其余傳入刀具、工件和介質(zhì)。 部分切削熱還可通過切屑、切削液、工件及刀具再 傳入機(jī)床。 機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的摩擦熱 機(jī)床的機(jī)械和液壓等運(yùn)動(dòng)部件，在一定的負(fù)荷 下運(yùn)動(dòng)，為克服摩擦而消耗的機(jī)械功轉(zhuǎn)化成為熱量。 盡管比切削熱量小，但此工藝系統(tǒng)中的局部發(fā)熱， 引起的局部變形會(huì)破壞工藝系統(tǒng)的原始幾何精度， 而對(duì)加工精度產(chǎn)生嚴(yán)重影響。 外界熱源的輻射及傳導(dǎo) 當(dāng)室溫變化或附近存在熱源時(shí)，工藝系統(tǒng)因受 熱而產(chǎn)生熱變形。通常這部分熱量很小，但在精密 加工時(shí)，也可能會(huì)引起較大的誤差。如坐標(biāo)鏜床等 精密機(jī)床，

29、應(yīng)在恒溫的條件下工作，以保證零件加 工的精度。 2.工件熱變形對(duì)加工精度的影響工件熱變形對(duì)加工精度的影響 工件主要受切削熱影響而產(chǎn)生變形。若工件在 熱膨脹的狀態(tài)下達(dá)到規(guī)定的尺寸精度，冷卻后尺寸 將縮小甚至超出公差范圍。工件熱變形有均勻受熱 （車、磨外圓等）和不均勻受熱（銑、磨平面等） 兩種情況。前者一般只影響尺寸精度。變形量可按 下式計(jì)算： l=lt (4-23) D=Dt (4-24) 式中，工件的線膨脹系數(shù)。 l、D分別為工件原有長度、直徑； t溫升(C)。 通常車削軸類零件時(shí)，開始工件的溫升接近于 零，隨著溫升逐步增加，工件的直徑也逐漸膨脹， 但其脹大量均被刀具切去，工件冷卻后收縮，使表

30、 面產(chǎn)生錐度誤差。如工件在兩頂尖間車削，工件受 熱伸長而頂尖不能軸向位移時(shí)，工件會(huì)產(chǎn)生彎曲變 形，嚴(yán)重影響加工精度。此時(shí)宜采用彈性尾頂尖。 不均勻受熱的工件，例如在磨削薄片零件時(shí)， 被磨的上表面溫度高，熱膨脹使工件向上凸起，凸 起部分被磨去，冷卻后工件成下凹，造成形狀誤差。 這是由于加工面與不加工面間溫度差形成不均勻熱 變形的結(jié)果。凸起量h的大小，可按下式估算： h=(L2（8H）)t (4-25) 式中，L工件長度； H工件厚度 3. 刀具熱變形對(duì)加工精度的影響刀具熱變形對(duì)加工精度的影響 刀具熱變形主要也是由切削熱引起的。雖然傳 入刀具的切削熱比例不大，但由于熱量集中在切削 部分，刀頭體積小

31、，故刀具切削部分溫度高，局部 溫度可達(dá)1000攝氏度以上。 連續(xù)切削時(shí)，刀具熱 變形量在切削初期增加很快，隨后較為緩慢，不長 的時(shí)間后便趨于熱平衡狀態(tài)，此后，熱變形量的變 化就很小。粗加工時(shí)，刀具熱變形量可達(dá)0.03 0.05mm，對(duì)加工精度影響一般可以不考慮。間斷 切削時(shí)，刀具有短暫的冷卻時(shí)間，熱變形量還要小 一些。但在車削長軸時(shí)，刀具的熱伸長，會(huì)使工件 產(chǎn)生錐度誤差。 為了減小工件、刀具的熱變形，通常用合理選 擇刀具角度、切削用量，并使粗、精加工分開以及 充分供給切削液等方法，來降低切削熱。 4.機(jī)床熱變形對(duì)加工精度的影響機(jī)床熱變形對(duì)加工精度的影響 機(jī)床工作時(shí)受到內(nèi)、外熱源的影響。但由于各

32、 部分熱源不同，以及機(jī)床結(jié)構(gòu)、尺寸、材料的不同， 因而各部分的溫升與變形也不同，往往會(huì)使機(jī)床的 靜態(tài)幾何精度發(fā)生變化而影響加工精度。其中主軸 部件、床身、導(dǎo)軌、立柱、工作臺(tái)等部件的熱變形， 對(duì)加工精度的影響最大。圖4-29為一立式平面磨床， 由于砂輪架的熱變形引起立柱傾斜，砂輪的工作端 面上抬，使磨出的平面對(duì)底面不平行，產(chǎn)生平行度 誤差。 機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間后，各部件達(dá)到熱平衡狀態(tài)， 變形趨于穩(wěn)定。但在此之前機(jī)床的幾何精度變化不 定，因此，精密加工應(yīng)在機(jī)床處于熱平衡狀態(tài)之后 進(jìn)行。一般車床、磨床的熱平衡約需46小時(shí)。為 了縮短這一時(shí)間，通常有兩種辦法，一是讓機(jī)床高 速空運(yùn)轉(zhuǎn)，使其迅速達(dá)到熱平衡；

33、二是在機(jī)床上設(shè) 置可控制的熱源，來給機(jī)床局部加熱，使其較快達(dá) 到熱平衡狀態(tài)，并保持機(jī)床在整個(gè)加工過程中熱平 衡狀態(tài)穩(wěn)定。此外，控制環(huán)境溫度，改進(jìn)機(jī)床結(jié)構(gòu) 等方法，也是控制機(jī)床熱變形的有效途徑。 六.工件內(nèi)應(yīng)力上起的變形 內(nèi)應(yīng)力（或殘余應(yīng)力）是在外部載荷去除以后， 仍殘存在工件內(nèi)部的應(yīng)力。它是因?yàn)楣ぜ诶?、?加工中，金屬內(nèi)部相鄰的宏觀或微觀組織發(fā)生了不 均勻的體積變化而產(chǎn)生的。 具有內(nèi)應(yīng)力的零件，其內(nèi)部組織處于一種不穩(wěn) 定的狀態(tài)，它有強(qiáng)烈的傾向要恢復(fù)到一個(gè)穩(wěn)定的沒 有應(yīng)力的狀態(tài)，即使在常溫下零件也會(huì)緩慢、不斷 地進(jìn)行這種變化，直到內(nèi)應(yīng)力消失為止。在這一轉(zhuǎn) 化過程中，零件的形狀和原有的精度將受到

34、影響。 1.內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生及其對(duì)加工精度的影響 （1）在毛坯制造及淬火過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力 零件在鑄、鍛、焊、粉末冶金或淬火等熱加 工過程中，由于各部分厚度不均勻而造成冷卻速度 和收縮程度的不一致，以及金相組織轉(zhuǎn)變的體積變 化，都能使毛坯內(nèi)部產(chǎn)生相當(dāng)大的內(nèi)應(yīng)力。具有內(nèi) 應(yīng)力的毛坯在短期內(nèi)看不出有什么變形，因?yàn)榇藭r(shí) 內(nèi)應(yīng)力尚處于相對(duì)平衡的狀態(tài)。但在切去某些表面 層以后，平衡就被破壞，內(nèi)應(yīng)力重新分布，零件明 顯地出現(xiàn)變形，甚至造成裂紋。如圖4-30所示。 （2）由冷校直工藝帶來的內(nèi)應(yīng)力 冷校直是在原有變形的相反方向加力Fp ，使 工件反方向彎曲，產(chǎn)生塑性變形，以達(dá)到校直的目 的，如圖4-31所示。 絲

35、杠一類的細(xì)長軸剛性差，在加工和使用過 程中容易產(chǎn)生彎曲變形。如車削后棒料在軋制中產(chǎn) 生的內(nèi)應(yīng)力要重新分布，而產(chǎn)生彎曲變形。 此外，在切削（磨削）過程中，工件表面層 在切削力、切削熱的作用下，也會(huì)產(chǎn)生不同程度的 塑性變形和金屬組織的變化所引起的體積改變，使 工件表面層產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。再次加工后，內(nèi)應(yīng)力重新 分布，使工件產(chǎn)生變形。 2.消除或減少內(nèi)應(yīng)力的措施 合理設(shè)計(jì)零件的結(jié)構(gòu) 盡量不采用冷校直工藝，對(duì)精密零件應(yīng)嚴(yán)禁使 用冷校直 合理安排時(shí)效處理 合理安排工藝過程。 4-3加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析方法加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析方法 一.基本概念 在實(shí)際生產(chǎn)中，影響加工精度的工藝因素往往 是錯(cuò)綜復(fù)雜的。因此，對(duì)加工誤

36、差的影響，有時(shí) 就不能僅用單因素的估算方法，而要用概率統(tǒng)計(jì) 方法進(jìn)行較全面的考察。 根據(jù)一批工件加工誤差出現(xiàn)的規(guī)律，可以將誤 差分為兩大類：即系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差。 1.系統(tǒng)誤差 當(dāng)連續(xù)加工一批零件時(shí)，如果加工誤差的大小 和方向保持不變，則稱為常值系統(tǒng)誤差。如鉸刀直 徑尺寸誤差所造成孔徑尺寸的誤差即是。 如果加工誤差按照某一規(guī)律逐漸變化，則稱為 變值系統(tǒng)誤差。例如加工中刀具尺寸的磨損使工件 尺寸產(chǎn)生有規(guī)律的變化，即屬此類。 2.隨機(jī)誤差 當(dāng)連續(xù)加工一批零件時(shí)，如果加工誤差的大小、 方向都是無規(guī)律地變化，則稱為隨機(jī)誤差。例如， 毛坯誤差的復(fù)映、工件表層硬度不均勻等多種工藝 因素造成的加工誤差，都屬

37、此類。這類誤差產(chǎn)生的 原因是隨機(jī)的，但具有一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。 二.誤差的統(tǒng)計(jì)分析方法 （一）分布曲線法 1.正態(tài)分布曲線 一批零件如果是在正常的加工狀態(tài)下，即在沒有 某種占優(yōu)勢(shì)的因素影響下完成加工，則這批零件尺 寸的分布曲線，將接近正態(tài)分布曲線（圖432 )。 正態(tài)分布曲線的數(shù)學(xué)方程為 式中，x零件的尺寸； 一批零件尺寸的算術(shù)平均值，它表示加 工尺寸的分布中心； y 零件尺寸為x時(shí)的概率密度； 一批零件的均方根偏差，6表示這 批 零件加工尺寸分布范圍。 (4-27) 式中，n 一批零件的數(shù)量。 (-x0) 圖432所示正態(tài)分布曲線，是以豎直線x= 為對(duì)稱 軸，它與對(duì)稱軸的交點(diǎn)代表y的最大值，即

38、（428） 在x=x處，曲線各有一個(gè)拐點(diǎn)，當(dāng)x時(shí)，曲 線逼近x軸，即以x軸為分布曲線的漸近線。曲線與 軸之間所包含的面積為1，即包括了全部工件數(shù)。其 中x= 3范圍內(nèi)的面積約占99.73%，即工件尺寸約 有99.73%在x= 3之內(nèi)，只有0.27%在x= 3之外。 故正態(tài)分布曲線的分散范圍一般取3（或6）。 3的大小代表了某種加工方法在一定條件下能達(dá) 到的加工精度。因此一般情況下，應(yīng)使公差帶的寬 度6。但考慮到變值系統(tǒng)誤差（如刀具磨損）以 及其他因素的影響，必須使6。 x x x xx 正態(tài)分布曲線的特征參數(shù)之一，算術(shù)平均值 決定一批工件尺寸中心的坐標(biāo)， 主要由機(jī)床調(diào)整 尺寸和常值系統(tǒng)誤差確定

39、。如果值保持不變而改 變 ，則曲線沿x軸平移而不改變形狀(圖433(a) )。 正態(tài)分布曲線的另一個(gè)特征參數(shù)，均方根偏差， 它反映了一批零件尺寸的分散程度。因此，它是決 定曲線形狀和分散范圍的參數(shù)。值主要由隨機(jī)誤 差和變值系統(tǒng)誤差決定。如果 值保持不變而改變 值，則當(dāng)值減小時(shí)曲線形狀陡峭，尺寸分散的范 圍?。划?dāng)值增大時(shí)曲線形狀平坦，尺寸分散的范 圍大(圖433(b) )。 x x x x 2.非正態(tài)分布曲線 在實(shí)際生產(chǎn)中，工件尺寸有時(shí)并不近似于正態(tài) 分布。例如，將兩次調(diào)整下加工的工件混在一起， 由于每次調(diào)整的常值系統(tǒng)誤差不同，就會(huì)得到雙峰 曲線( 圖434(a) )；當(dāng)?shù)毒吣p的影響顯著時(shí)，變 值系統(tǒng)誤差占突出地位，使分布曲線出現(xiàn)平頂(圖4 34(b) )；當(dāng)工藝系統(tǒng)熱變形顯著時(shí)，曲線就出現(xiàn) 不對(duì)稱分布。例如，刀具熱變形嚴(yán)重時(shí)，加工軸時(shí) 曲線偏向左，加工孔時(shí)曲線偏向右(圖434(c) )。 此外，還可能出現(xiàn)等概率分布、辛浦生分布等非正 態(tài)分布形式。 3.分布曲線的應(yīng)用 （1）判斷加工誤差的性質(zhì) 如果實(shí)際分布曲線與正 態(tài)分布曲線基本相符，說明加工中沒有變值系統(tǒng)誤 差，再根據(jù)算術(shù)平均值 是否與公差帶中心重合， 可以判別是否有常值系統(tǒng)誤差。如果實(shí)際分布曲線 不符合正態(tài)分布，可根據(jù)實(shí)際分布圖形初步判斷是 什么類型的變值系統(tǒng)誤差。