機制工藝學(xué)-第1章機械加工精度及其控制-課件

1、2.1 概 述零件的加工質(zhì)量是保證機械產(chǎn)品工作性能和產(chǎn)品壽命的基礎(chǔ)。衡量進(jìn)行加工質(zhì)量的指標(biāo)有兩方面加工精度表面質(zhì)量本章的任務(wù)是討論零件的機械加工精度問題。一、機械加工精度和加工誤差 在機械加工過程中，由于各種因素的影響，使刀具和工件間的正確位置發(fā)生偏移，因而加工出來的零件不可能與理想的要求完全符合，兩者的符合程度可用機械加工精度和加工誤差來表示。第二章 機械加工精度及其控制 從保證產(chǎn)品的使用性能分析，沒有必要把每個零件都加工得絕對準(zhǔn)確，可以允許有定的加工誤差，只要加工誤差不超過圖樣規(guī)定的偏差，即為合格品。 是指零件加工后的實際幾何參數(shù)(尺寸、形狀和位置)與理想幾何參數(shù)的符合程度。1、機械加工精

2、度：2、加工誤差： 是指零件加工后的實際幾何參數(shù)(尺寸、形狀和位置)與理想幾何參數(shù)的偏離程度。加工精度越高，則加工誤差越小，反之越大。 加工精度的高低是以國家有關(guān)公差標(biāo)準(zhǔn)來表示的。保證和提高加工精度實際上就是限制和降低加工誤差。3、機械加工精度包含的內(nèi)容尺寸精度形狀精度位置精度機械加工精度三者之間的關(guān)系：（1）當(dāng)尺寸精度要求高時，相應(yīng)的位置精度和形狀精度也要求高。形狀公差應(yīng)限制在位置公差內(nèi)，位置公差應(yīng)限制在尺寸公差內(nèi)。（2）當(dāng)形狀精度要求高時，相應(yīng)的位置精度和尺寸精度不一定要求高。4、加工精度與加工成本和生產(chǎn)效率的關(guān)系一般地，加工精度要求 ，加工成本 ，生產(chǎn)效率 。5、研究加工精度的目的 研究

3、加工精度的目的、就是弄清各種原始誤差對加工精度影響的規(guī)律，掌握控制加工誤差的方法，以獲得預(yù)期的加工精度，必要時能指出進(jìn)一步提高加工精度的途徑。6、研究加工精度的方法因素分析法統(tǒng)計分析法 在實際生產(chǎn)中，常常結(jié)合起來應(yīng)用。一是先用統(tǒng)計分析法尋找誤差的出現(xiàn)規(guī)律，初步判斷產(chǎn)生加工誤差的可能原因，然后運用單因素分析法進(jìn)行分析、試驗，以便迅速、有效地找出影響加工精度的主要原因。7、全面質(zhì)量管理（一）概念：以質(zhì)量為中心，以全員參與為基礎(chǔ)，目的在于通過讓顧客滿意和本組織所有成員及社會收益而達(dá)到長期成功的管理途徑。（二）基本觀點：1.“質(zhì)量第一”2.一切為用戶服務(wù)3.質(zhì)量形成于生產(chǎn)全過程4.質(zhì)量好壞憑數(shù)據(jù)說話5

4、.預(yù)防為主、防檢結(jié)合6.以人為本7.動態(tài)性管理二、影響加工精度的因素 零件的尺寸、幾何形狀和表面間的相互位置的形成，歸根到底取決于工件和刀具在切削過程間的相互位置。由于工藝系統(tǒng)存在各種原始誤差，它們以不同的方式和程度反映為加工誤差。由此可見：1、原始誤差機床夾具刀具工件亦稱機械加工工藝系統(tǒng)構(gòu)成了機械加工系統(tǒng)故：工藝系統(tǒng)誤差稱為原始誤差。工藝系統(tǒng)誤差是“因”，是根源；加工誤差是“果”，是表現(xiàn)。2、零件加工中的各種誤差調(diào)整誤差定位誤差夾緊誤差制造誤差測量誤差因殘余應(yīng)力產(chǎn)生的誤差加工原理誤差機加工前，對機床、夾具、刀具調(diào)整中；由切削力、慣性力、刀具磨損、切削熱等引起；工件加工、測量好后；由于采用了近

5、似的加工方法。機加工中的原始誤差可歸納為：原始誤差工藝系統(tǒng)加工過程工藝系統(tǒng)制造和磨損工藝系統(tǒng)熱效應(yīng)機床的制造和磨損夾具的制造和磨損刀具的制造和磨損工藝系統(tǒng)受力變形工藝系統(tǒng)受熱變形工件殘余應(yīng)力變形調(diào)整誤差定位誤差、夾緊誤差制造誤差測量誤差加工原理誤差三、誤差的敏感方向 在加工過程中，各種原始誤差的影響會使刀具和工件間正確的幾何關(guān)系遭到破壞，引起加工誤差，各種原始誤差的大小和方向各不相同，而加工誤差則必須在工序尺寸方向度量。因此不同的原始誤差對加工精度有不同的影響。 當(dāng)原始誤差的方向與工序尺寸方向一致時，其對加工相度的影響最大。下面以外圓車削為例說明兩者的關(guān)系。 如圖，車削時工件的回轉(zhuǎn)軸線為O，刀

6、尖正確位置在A。設(shè)某一瞬時由于各種原始誤差的影響，使刀尖位移到A，AA即為原始誤差，它與OA間的夾角為，由此引起工件加工后的半徑由R0OA變?yōu)镽OA，故半徑上的加工誤差R 為： 當(dāng)原始誤差的方向恰為加工表面的法向方向(0)時，引起的加工誤差最大；可以看出：當(dāng)原始誤差的方向恰為加工表面的切線方向(90)引起的加工誤差最小。 把對加工精度影響最大的那個方向稱為誤差的敏感方向，對加工精度影響最小的那個方向則稱為誤差的不敏感方向。 加工原理誤差是指采用了近似的成形運動或近似的切削刃輪廓進(jìn)行加工而產(chǎn)生的誤差。一、加工原理誤差如：1、在數(shù)控機床上采用“行切法”加工復(fù)雜形面。 2.2 工藝系統(tǒng)的幾何精度對加

7、工精度的影響2、車削模數(shù)蝸桿 由于蝸桿的螺距等于蝸輪的齒距(即m，其中m是模數(shù)，而是一個無理數(shù)314159)，但是車床配換齒輪的齒數(shù)是有限的。因此，在選擇配換齒輪時，只能將化為近似的分?jǐn)?shù)值計算，這樣就會引起刀具相對工件的成形運動(螺旋運動)不準(zhǔn)確，造成螺距誤差。但是，這種螺距誤差可通過配換齒輪的合理選配而減小。 滾齒加工用的齒輪滾刀有兩種誤差： 一是切削刃齒廓近似造形誤差，由于制造上的困難，采用阿基米德基本蝸桿或法向直廓基本蝸桿代替漸開線基本蝸桿； 二是由于滾刀刀齒數(shù)有限，實際上加工出的齒形是一條折線，和理論上的光滑漸開線有差異。 3、滾齒加工 注意：采用近似的成形運動或近似的切削刃輪廓，雖然

8、會帶來加工原理誤差，但往往可簡化機床或刀具的結(jié)構(gòu)，提高生產(chǎn)效率，有時反而能得到較高的加工精度。因此，只要具誤差不超過規(guī)定的精度要求、在生產(chǎn)中仍能得到廣泛的應(yīng)用。 二、調(diào)整誤差 在機械加工的每一工序中?？偸且獙に囅到y(tǒng)進(jìn)行這樣或那樣的調(diào)整工作不可能絕對地準(zhǔn)確，因而產(chǎn)生調(diào)整誤差。 工藝系統(tǒng)的調(diào)整的基本方式 (1)試切法調(diào)整(2)調(diào)整法調(diào)整 (1)試切法調(diào)整 1)測量誤差。由量具本身精度度、測量方法及使用條件引起。 2)進(jìn)給機構(gòu)的位移誤差。在微量調(diào)整刀具的位置、低速微量進(jìn)給中，常常出現(xiàn)進(jìn)給機構(gòu)的“爬行”現(xiàn)象，其結(jié)果使刀具的實際位移與刻度盤上的數(shù)值不一致、造成加工誤差。 3)試切時與正式切削時切削層厚

9、度不同的影響。精加工時，切削刃只起擠壓作用而不起切削作用，但正式切削時的深度較大工件。應(yīng)用：單件小批生產(chǎn)中。 方法：對工件進(jìn)行試切測量調(diào)整再試切，直到達(dá)到要求的精度為止。這時，引起調(diào)整誤差的因素有：(2)調(diào)整法調(diào)整影響調(diào)整精度的因素有：1）上述影響試切法調(diào)整精度的因素，因為采用調(diào)整法對工藝系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整時，也要以試切為依據(jù)。2）用定程機構(gòu)調(diào)整時，調(diào)整精度取決于行程擋塊、靠模及凸輪等機構(gòu)的制造精度和剛度；3）用樣件或樣板調(diào)整時，調(diào)整精度取決于祥件或樣板的制造、安裝和對刀精度；4）工藝系統(tǒng)初調(diào)好以后，般要試切幾個工件，并以其平均尺寸作為判斷調(diào)整是否準(zhǔn)確的依據(jù)。由于試切加工的工件數(shù)(稱為抽樣件數(shù))不可

10、能太多，不能完全反映整批工件切削過程中的各種隨機誤差，故試切加工幾個工件的平均尺寸與總體尺寸不能完全符合，也造成加工誤差。三、機床誤差 機床的制造誤差、安裝誤差以及使用中的磨損都直接影響工件的加工精度。機床誤差可歸納為：機床導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差機床主軸回轉(zhuǎn)誤差機床傳動鏈的誤差機床誤差1、機床導(dǎo)軌誤差 機床導(dǎo)軌誤差多達(dá)21項。 機床導(dǎo)軌是實現(xiàn)直線運動的主要部件，其制造和裝配精度是影響直線運動的主要因素，直接影響工件的加工質(zhì)量。 機床導(dǎo)軌誤差 機床導(dǎo)軌誤差多達(dá)21項。3 6+3=21 。導(dǎo)軌在水平面內(nèi)直線度誤差導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)直線度誤差導(dǎo)軌面間平行度（扭曲）誤差導(dǎo)軌對主軸回轉(zhuǎn)軸線的平行度或垂直度誤差 （1）

11、直線導(dǎo)軌導(dǎo)向精度的主要內(nèi)容有： 1)磨床導(dǎo)軌在水平面內(nèi)直線度誤差的影響 引起工件在半徑方向上的誤差。當(dāng)磨削長外圓時，造成圓柱度誤差。 2)磨床導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)直線度誤差的影響 由于磨床導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)存在誤差，磨削外圓時，工件沿砂輪切線方向產(chǎn)生位移(誤差非敏感方向)，此時工件產(chǎn)生圓柱度誤差。 對平面磨床、龍門刨床、銑床等法向方向的位移(誤差敏感方向)，將直接反映被加工件的表面形成的形狀誤差。 3)導(dǎo)軌面間平行平行度（扭曲）誤差的影響 如車床兩導(dǎo)軌的平行度誤差(扭曲)使床鞍產(chǎn)生橫向傾斜，刀具產(chǎn)生位移，因而引起工件形狀誤差。 4)導(dǎo)軌對主軸回轉(zhuǎn)軸線的平行度或垂直度誤差的影響 。 造成加工表面下凹。 實

12、際應(yīng)用中，為防止“掃刀”，往往將主軸與進(jìn)給方向傾斜一微小角度（30”）。2、機床主軸的回轉(zhuǎn)運動誤差1主軸回轉(zhuǎn)運動誤差的概念 理想回轉(zhuǎn)中心：機床主軸做回轉(zhuǎn)運動時，主軸的各個截面必然有它的回轉(zhuǎn)中心，在主軸的任一截面，主軸回轉(zhuǎn)時若只有一點速度始終為零，則這一點即為理想回轉(zhuǎn)中心。 瞬時回轉(zhuǎn)中心：主軸在實際回轉(zhuǎn)過程中，在一個位置或時刻的回轉(zhuǎn)中心，稱為瞬時回轉(zhuǎn)中心，主軸各截面瞬時回轉(zhuǎn)中心的連線叫瞬時回轉(zhuǎn)軸線。 主軸的回轉(zhuǎn)運動誤差：是指主軸的瞬時回轉(zhuǎn)軸線相對其平均回轉(zhuǎn)軸線(瞬時回轉(zhuǎn)軸線的對稱中心)，在規(guī)定測量平面內(nèi)的變動量。變動量越小，主軸回轉(zhuǎn)精度越高；反之越低。2主軸回轉(zhuǎn)運動誤差的形式 端面圓跳動（軸向漂

13、移）徑向圓跳動（徑向漂移）角度擺動（角向漂移）主軸的回轉(zhuǎn)運動誤差的基本形式 注意：實際中常是這幾種誤差的合成。 端面圓跳動瞬時回轉(zhuǎn)軸線沿平均回轉(zhuǎn)軸線方向的軸向運動。它主要影響端面形狀和軸向尺寸精度。 徑向圓跳動瞬時回轉(zhuǎn)軸線始終平行于平均回轉(zhuǎn)軸線方向的徑向運動b。它主要影響圓柱面的精度。 角度擺動瞬時回轉(zhuǎn)軸線與平均回轉(zhuǎn)軸線成一傾斜角度，但其交點位置固定不變的運動。在不同橫截面內(nèi)，軸心運動誤差軌跡相似，它影響圓柱面與端面加工精度。 3. 主軸回轉(zhuǎn)誤差對加工精度的影響（1）端面圓跳動1）對圓柱面的加工無影響；2）對加工端面的影響3）對螺紋加工的影響如圖（a）如圖（b）（2）徑向圓跳動使工件產(chǎn)生圓度誤

14、差，但影響程度因加工方法的不同而異。如：1)鏜孔時設(shè)原始誤差：主軸徑向回轉(zhuǎn)誤差表現(xiàn)為y向簡諧運動。h=Acos在任一時刻刀尖a的位置為：分析：這是橢圓的參數(shù)方程，加工出的孔呈橢圓形，圓度誤差為A。2) 車削時 4. 主軸回轉(zhuǎn)運動誤差的影響因素主軸的誤差軸承的誤差軸承的間隙與軸承配合零件的誤差主軸系統(tǒng)的徑向不等剛度和熱變形等，影響主軸回轉(zhuǎn)運動誤差的主要因素對于不同類型的機床，其影響因素也各不相同。4提高主軸回轉(zhuǎn)精度的措施(1)提高主軸部件的制造精度首先應(yīng)提高軸承的回轉(zhuǎn)精度選用高精度的滾動軸承采用高精度的多油楔動壓軸承采用高精度的靜壓軸承提高箱體支承孔的加工精度主軸軸頸的加工精度與軸承相配合表面的

15、加工精度其次應(yīng)提高軸承組件的接觸剛度 常采用兩個固定頂尖支承，主軸只起傳動作用。工件的回轉(zhuǎn)精度完全取決于頂尖和中心孔的形狀誤差和同軸度誤差，而提高頂尖和中心孔的精度要比提高主軸部件的精度容易且經(jīng)濟(jì)得多。(2)對滾動軸承進(jìn)行預(yù)緊可消除間隙增加軸承剛度均化滾動體的誤差(3)使主軸的回轉(zhuǎn)精度不反映到工件上如下圖 對滾動軸承適當(dāng)預(yù)緊 微量過盈可使軸承內(nèi)、外圈和滾動體的彈性變形相互制約，這樣既增加軸承剛度，又對滾動體的誤差起均化作用，因而可提高主軸的回轉(zhuǎn)精度。 外圓磨床磨削外圓柱面時，采用固定頂尖支承。 在鏜床上加工箱體類零件上的孔時，采用前、后導(dǎo)向套的鏜模，刀桿與主軸浮動聯(lián)接，所以刀桿的回轉(zhuǎn)精度與機床

16、主軸回轉(zhuǎn)精度也無關(guān)，僅由刀桿和導(dǎo)套的配合質(zhì)量決定。三、機床傳動鏈誤差是指內(nèi)聯(lián)系的傳動鏈中首末兩端傳動元件之間相對運動的誤差。 在螺紋加工或用展成法加工齒輪等工件時，必須保證工件與刀具間有嚴(yán)格的運動關(guān)系，傳動鏈的傳動誤差影響其加工精度的主要因素。1. 傳動鏈的傳動誤差 例如：在該齒機上用單頭滾刀加工直齒輪時，要求滾刀與工件之間具有嚴(yán)格的運動關(guān)系：滾刀轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，工件轉(zhuǎn)過一個齒。這種運動關(guān)系是由刀具與工件間的傳動鏈來保證的。 由于各傳動件在傳動鏈中所處的位置不同，它們對工件加工精度(即末端件的轉(zhuǎn)角誤差)的影響程度是不同的。如傳動鏈?zhǔn)巧賯鲃樱瑒t傳動元件的轉(zhuǎn)角誤差將被擴大；反之，則轉(zhuǎn)角誤差將被縮小。 如

17、圖所示的機床傳動系統(tǒng)，可具體表示為 2傳動鏈誤差的傳遞系數(shù)傳動鏈誤差一般可用傳動鏈末端元件的轉(zhuǎn)角誤差來衡量。 假設(shè)滾刀軸均勻旋轉(zhuǎn)，若齒輪Z1有轉(zhuǎn)角誤差1，而其他各傳動件無誤差，則傳到末端件所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角誤差1n為： 由于所有的傳動件都存在誤差，因此，各傳動件對工件精度影響的總和為各傳動元件所引起末端元件轉(zhuǎn)角誤差的疊加： 同理，可求得其它齒輪轉(zhuǎn)角誤差i，對末端件所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角誤差為in。 如果考慮到傳動鏈中各傳動元件的轉(zhuǎn)角誤差都是獨立的隨機變量，則傳動鏈末端元件的總轉(zhuǎn)角誤差可用概率法進(jìn)行估算： 3減少傳動鏈傳動誤差的措施1)盡可能縮短傳動鏈；2)減少各傳動元件裝配時的幾何偏心，提高裝配精度；3)提高

18、傳動鏈末端元件的制造精度； 在一般的降速傳動鏈中，末端元件的誤差影響最大。 在傳動鏈中按降速比遞增的原則分配備傳動副的傳動比；傳動鏈末端傳動副的降速比取得越大，則傳動鏈中其余各傳動元件誤差的影響就越??；4)傳動比i應(yīng)?。?校正裝置的實質(zhì)是在原傳動鏈中人為地加入一誤差，其大小與傳動鏈本身的誤差相等而方向相反，從而使之相互抵消。 5)采用校正裝置 注意：采用機械式的校正裝置只能校正機床靜態(tài)的傳動誤差。如果要校正機床靜態(tài)及動態(tài)傳動誤差，則需采用計算機控制的傳動誤差補償裝置。 6)采用數(shù)控技術(shù) 如開放式數(shù)控系統(tǒng)中的電子齒輪三、其他幾何誤差 一般刀具(如普通車刀、單刃鏜刀和平面銑刀等)的制造誤差，對加工

19、精度沒有直接影響。1、刀具誤差一般刀具定尺寸刀具成形刀具機加工中常用的刀具有： 定尺寸刀具(如鉆頭、鉸刀、拉刀等)的尺寸誤差直接影響加工工件的尺寸精度。刀具在安裝使用中不當(dāng)將產(chǎn)生跳動，也將影響加工相應(yīng)。 成形刀具(如成形車刀、成形銑刀及齒輪刀具等)的制造誤差和磨損，主要影響被加工表面的形狀精度。1）定位元件、刀具導(dǎo)向元件、分度機構(gòu)和夾具體的制造誤差2）夾具元件裝配誤差3）夾具在長期使用過程中工作表面的磨損 2、工件的裝夾誤差與夾具制造、磨損工件裝夾誤差是指定位誤差和夾緊誤差。夾具制造、磨損1）工件在加工過程中要用各種量具、量儀等進(jìn)行檢驗測量，再根據(jù)測量結(jié)果對工件進(jìn)行試切或調(diào)整機床。2）量具本身

20、的制造誤差、測量時的接觸力、溫度、目測正確程度等，都直接影響加工誤差。3、測量誤差因此，要正確地選擇和使用量具，以保證測量精度。 2.3 工藝系統(tǒng)的受力變形對加工精度的影響一、基本概念工藝系統(tǒng)加工中受到的力有：切削力傳動力慣性力夾緊力重力等 工藝系統(tǒng)在這些力的作用下，將產(chǎn)生相應(yīng)的變形。這種變形將破壞切削刃和工件之間已調(diào)整好的正確的位置關(guān)系，從而產(chǎn)生加工誤差。例如1、（2）在內(nèi)圓磨床上用橫向切入磨孔時，磨出的孔會產(chǎn)生帶有錐度的圓柱度誤差，如圖（b）所示。（1）車削細(xì)長軸時，工件在切削力作用下的彎曲變形，加工后會產(chǎn)生鼓形的圓柱度誤差如圖（a）所示。（a）（b）2、工藝系統(tǒng)受力對其性能的影響是加工中

21、一項很重要的原始誤差不僅嚴(yán)重影響工件的加工精度而且還影響加工表面質(zhì)量限制加工生產(chǎn)率的提高2、工藝系統(tǒng)受力對其性能的影響3、工藝系統(tǒng)承受受力變形能力的評價 從材料力學(xué)知道，任何一個受力物體總要產(chǎn)生一些變形。物體承受受力變形的能力可由靜剛度(簡稱剛度)來表示。靜剛度可表示為： 切削加工中，在各種外力作用下，工藝系統(tǒng)各部分將在各個受力方向產(chǎn)生相應(yīng)的變形。 工件和刀具的法向切削分力Fy與在總切削力的作用下，工藝系統(tǒng)在該方向上的相對位移yxt的比值，即：工藝系統(tǒng)剛度： 對于工藝系統(tǒng)受力變形，主要研究誤差敏感方向。因此，工藝系統(tǒng)剛度Axt定義為： 由于法向位移是在總切削力作用下工藝系統(tǒng)綜合變形的結(jié)果，因此

22、有可能出現(xiàn)變形方向與Fy的方向不一致的情況。當(dāng)Fy與yxt方向相反時，即出現(xiàn)負(fù)剛度。負(fù)剛度現(xiàn)象對保證加工質(zhì)量是不利的，應(yīng)盡量避免，如圖所示。 負(fù)剛度現(xiàn)象：刨削車削二、工藝系統(tǒng)剛度的計算工藝系統(tǒng)的剛度：yxt=yjc+yjj+yd+yg而：工藝系統(tǒng)某點法向總變形三、工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響 在車床頂尖間車削粗而短的光軸，由于車刀和工件變形極小，此時，工藝系統(tǒng)的總變形完全取決于主軸箱、尾座(包括頂尖)和刀架的變形。1、車短軸 （一）受力點位置變化引起的形狀誤差2、車細(xì)長軸 在兩頂尖間車削細(xì)長軸，由于工件細(xì)長、剛度小，在切削力作用下其變形大大超過機床、夾具和刀具所產(chǎn)生的變形。因此，機床、夾具

23、和刀具的受力變形可略去不計，工藝系統(tǒng)的變形完全取決于工件的變形。 工藝系統(tǒng)剛度隨受力點位置變化而異的例于很多，例如立式車床、龍門刨床、龍門銑床等的橫梁及刀架，大型銑鏜床滑枕內(nèi)的軸等，其剛度均隨刀架位置或滑枕伸出長度不同而異，分析時應(yīng)具體分析。鏜床銑床 在車床上加工短軸，工藝系統(tǒng)剛度變化不大，可近似地作為常數(shù)。這時，由于被加工表面的形狀誤差或材料硬度不均勻而引起切削力變化、使受力變形不一致而產(chǎn)生加工誤差。（二）切削力大小變化引起的加工誤差：誤差復(fù)映規(guī)律工件就形成圓度誤差，這種現(xiàn)象稱為“誤差復(fù)映”。以車削為例，工件毛坯存在圓度誤差(例如橢圓)，如圖所示。由于工件毛坯存在圓度誤差車削時使切削深度在a

24、p1與ap2之間變化。切削分力f也隨切削深度a的變化由最大ymax變到最小ymin工藝系統(tǒng)將產(chǎn)生相應(yīng)的變形1、誤差復(fù)映2、誤差復(fù)映系數(shù)毛坯圓度的最大誤差車削后工件的圓度誤差稱為誤差復(fù)映系數(shù)而又所以則：定義： 復(fù)映系數(shù)定量地反映了毛坯誤差經(jīng)過加工后減少的程度，它與工藝系統(tǒng)剛度成反比，與徑向切削力系數(shù)A成正比。 可見，要減少工件的復(fù)映誤差，可增加工藝系統(tǒng)剛度或減少徑向切削力系數(shù)。 當(dāng)毛坯誤差較大，一次進(jìn)給不能滿足加工精度要求時，需要多次進(jìn)給來消除毛坯誤差m復(fù)映到工件上。設(shè)第一次進(jìn)給量為f1，毛坯誤差為m1 ，則由上式可得到第一次進(jìn)給后工件的誤差w1為：3、誤差復(fù)映規(guī)律的應(yīng)用第二次進(jìn)給后工件的誤差為

25、：同理，第n次進(jìn)給后工件的誤差為： 由于總是小于1，而且是個遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1的系數(shù)，小數(shù)相乘更小。因此一般IT7要求的工件經(jīng)過23次進(jìn)給后，可能使m復(fù)映到工件上的誤差減小到公差允許值的范圍內(nèi)。誤差復(fù)映規(guī)律的應(yīng)用：1、估算加工后的工件誤差2、根據(jù)工件的公差值與毛坯誤差值來確定加工次數(shù)。（三）其它力引起的加工誤差 (1)夾緊力引起的加工誤差 被加工工件在裝夾過程中，由于剛度較低或著力點不當(dāng)，都會引起工件的變形，造成加工誤差。特別是薄壁套、薄板等零件，易于產(chǎn)生加工誤差。薄壁套加工改進(jìn)措施薄壁套加工過程改進(jìn)措施 (2)重力引起的加工誤差 在工藝系統(tǒng)中，由于零部件的自重也會產(chǎn)生變形。如龍門銑床、龍門刨床刀架橫

26、粱的變形，銑鏜床鏜桿伸長而下垂變形等，都會造成加工誤差。 (3 ) 慣性力引起的加工誤差 在高速切削時，如果工藝系統(tǒng)中有不平衡的高速旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件存在，就會產(chǎn)生離心力。離心力在工件的每一轉(zhuǎn)中不斷變更方向，當(dāng)不平衡質(zhì)量的離心力大于切削力時，車床主軸軸頸和軸套內(nèi)孔表面的接觸點就會不停地變化，軸套孔的圓度誤差將傳給工件的回轉(zhuǎn)軸心。四、機床部件剛度測量五、影響機床部件剛度的因素 零件表面總是存在若宏觀和微觀的形狀誤差，連接表面之間的實際接觸面積只是名義接觸面積的一部分在外力作用下，這些接觸處將產(chǎn)生較大的接觸應(yīng)力而引起接觸變形。1連接表面接觸變形的影響 試驗表明，接觸變形y與壓強F的關(guān)系如圖所示，接觸剛度將

27、隨載荷的增加而增大。 如果部件中有某些剛度很低的零件時，受力后這些低剛度零件會產(chǎn)生很大的變形，使整個部件的剛度降低。 如圖所示，由于床鞍部件中的楔鐵細(xì)長、剛性差，不易加工平直，使用接觸不良，故在外力作用下最易變形。2部件中薄弱零件的影響 零件配合面間的間隙的影響，主要反映在載荷經(jīng)常變化的銑鏜床、銑床上。當(dāng)載荷方向改變時，間隙引起位移。3零件間間隙的影響4零件間的摩擦力的影響 如圖所示，如果載荷是單向的，那么在第一次加載消除間隙后，對加工精度影響較小。 摩擦力對接觸剛度的影響是這樣的：當(dāng)加載時，摩擦力阻止變形增加，而卸載時，摩擦力又阻止變形減少。因此，卸載曲線不與加裁曲線相重合，如圖所示(表面間

28、的塑性變形也是使加裁和卸載曲線不重合的原因之一)。零件間間隙和摩擦力的影響六、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，是機械加工中保證產(chǎn)品質(zhì)量和提高生產(chǎn)率的主要途徑之一，根據(jù)生產(chǎn)實際情況，可采取以下幾方面措施。 一般地，部件的接觸剛度低于實際零件的剛度，提高接觸剛度是提高工藝系統(tǒng)剛度的關(guān)鍵。1提高接觸剛度1、改善工藝系統(tǒng)主要零件接觸面的配合質(zhì)量； 常用方法2、在接觸面間預(yù)加載荷。 刮研或研磨配合面，提高配合表面的形狀精度，減小表面粗糙度值，使實際接觸面增加，從而有效地提高接觸剛度。如機床導(dǎo)軌副、錐體與錐孔、頂尖與中心孔等。 可消除配合面間的間隙觸面積，減少受力后的變形量。如各類軸承的

29、調(diào)整中。2提高工件的剛度 適用場合：在加工中，由于工件本身的剛度較低，特別是叉架類、細(xì)長軸等零件，容易變形。 措施：在這種情況下，如何提高工件的剛度是提高加工精度的關(guān)鍵。其主要措施是縮小切削力的作用點到支承之間的距離，以增大工件在切削時的剛度。3提高機床部件的剛度 在切削加工中有時由于機床部件剛度低而產(chǎn)生變形和振動，影響加工精度和生產(chǎn)率的提高。 圖b所示是采用轉(zhuǎn)動導(dǎo)向支承套，用加強桿和導(dǎo)向支承套提高部件的剛度。 圖a所示是在轉(zhuǎn)塔機床上采用固定導(dǎo)向支承套。圖a圖b 4合理裝夾工件以減少夾緊變形合理選擇裝夾位置采用輔助支承方法 2.4 工藝系統(tǒng)的熱變形對加工精度的影響 在機械加工過程中，工藝系統(tǒng)在

30、各種熱源的影響下常產(chǎn)生復(fù)雜的變形，破壞工件與切削刃相對的正確位置，從而產(chǎn)生加工誤差。一、概述 據(jù)統(tǒng)計，在精密加工中，由于熱變形引起的加工誤差約占總加工誤差的40一70。高效、高精度、自動化加工技術(shù)的發(fā)展，使工藝系統(tǒng)熱變形問題變得更為突出，已成為機械加工技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的一個重要的研究課題。1、引起工藝系統(tǒng)受熱變形的熱源：系統(tǒng)內(nèi)部熱源 (切削熱和摩擦熱) 系統(tǒng)外部熱源 (如太陽輻射熱) 導(dǎo)熱傳熱 對流傳熱輻射傳熱2、熱的傳遞方式： 當(dāng)單位時間內(nèi)的熱量傳入與傳出相等時，溫度不再升高，這時工藝系統(tǒng)就達(dá)到熱平衡狀態(tài)。在熱平衡狀態(tài)下，工藝系統(tǒng)各部分的溫度就保持在一相對固定的數(shù)值上，因而各部分的熱變形也就相

31、應(yīng)地趨于穩(wěn)定。這就是我們要追求的目標(biāo)。一方面，工藝系統(tǒng)受熱源影響，溫度逐漸升高；另一方面，熱量通過各種傳導(dǎo)方式向周圍散發(fā)。 是由切削過程中切削層金屬的彈性、塑性變形及刀具與工件、切屑間的摩擦所產(chǎn)生，并由工件、刀具、夾具、機床、切屑、切削液及周圍介質(zhì)傳出。1. 切削熱 車削時，大量的切削熱由切屑帶走，傳給工件的為10一30，傳給刀具的為1一5。 孔加工時，大量切屑滯留在孔中，使大量的切削熱(50 左右)傳入工件。 磨削時，由于磨屑小，帶走的熱量很少，大部分傳入工件，故易產(chǎn)生磨削燒傷。 3、工藝系統(tǒng)的熱源2.摩擦熱 主要由機床和液壓系統(tǒng)中的運動部分產(chǎn)生的，如電動機、軸承、齒輪等傳動副、導(dǎo)軌副、液壓

32、泵、閥等運動部分產(chǎn)生的摩擦熱。摩擦熱是機床熱變形的主要熱源。 工藝系統(tǒng)的外部熱源，主要是環(huán)境溫度的變化和熱的輻射，大型和精密工件的加工受此影響較大。3.外部熱源4、不穩(wěn)態(tài)溫度場與穩(wěn)態(tài)溫度場 由于作用于工藝系統(tǒng)各組成部分的熱源，其發(fā)熱的數(shù)量、位置和作用時間各不相同，各部分的熱容量、散熱條件也不一樣，因此各部分的溫升不等。即使是同一物體，處于不同空間位置上的各點在不同時間的溫度也是不等的。物體中各點溫度的分布稱為溫度場。當(dāng)物體未達(dá)到熱平衡時，各點溫度不僅是坐標(biāo)位置的函數(shù)，也是時間的函數(shù)。這種溫度場稱為不穩(wěn)態(tài)溫度場。 物體達(dá)到熱平衡后，各點溫度將不再隨時間而變化，而只是其坐標(biāo)位置的函數(shù)，這種溫度場則

33、稱為穩(wěn)態(tài)溫度場。此時的工藝系統(tǒng)穩(wěn)定，利于保證工件的加工精度。二、機床熱變形引起的加工誤差 機床受熱源的影響，各部分溫升將發(fā)生變化由于熱源分布的不均勻和機床結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，機床各部件將發(fā)生不同程度的熱變形，破壞了機床原有的幾何精度，從而降低了機床的加工精度。1. 車床類機床后果：主軸箱和床身的溫度上升，造成機床主軸拾高和傾斜。主要熱源：是主軸箱軸承的摩擦熱和主軸箱中油池的發(fā)熱；例如：結(jié)果：如圖所示為車床空運轉(zhuǎn)時，主軸的溫升和位移的測量結(jié)果。主軸在水平方向的位移僅10m垂直方向的位移卻高達(dá)180 200 m。2. 外圓磨床如圖所示是外圓磨床溫度分布和熱變形的測量結(jié)果。機床工作臺與砂輪架間的熱變形當(dāng)采

34、用切入式定程磨削時，被磨工件直徑的變化，可達(dá)100 m 。兩者基本相符3. 大型機床如導(dǎo)軌磨床、外圓磨床、龍門銑床等的長床身部件表面溫度比床身底面溫度高形成溫差床身產(chǎn)生彎曲變形。4. 幾種機床的熱變形趨勢平面磨床車床銑床雙端面磨床三、工件熱變形引起的加工誤差切削熱 （是主要的）外部熱源 （對于精密件不可忽視）使工件產(chǎn)生變形的熱源 同時，不同的加工方法，不同的工件材料、結(jié)構(gòu)和尺寸件的受熱變形也不相同。 而6級精度絲杠的螺距累積誤差，按規(guī)定在全長上不許超過0.02mm?？梢娛軣嶙冃蔚膰?yán)重性。 例1：精密絲杠磨削時，工件的熱伸長會引起螺距的累積誤差。如：3m長的絲杠，每磨一刀溫度就要升高3 ，工件伸

35、長量 L300011.41063 mm 0.1mm(11.4106是碳鋼的平均線脹系數(shù))例2： 細(xì)長軸在頂尖間車削時：熱變形使工件伸長，導(dǎo)致工件因彎曲變形而產(chǎn)生圓柱度誤差。單面受熱，與底面產(chǎn)生溫差，引起熱變形，影響導(dǎo)軌的直線度。例3：床身導(dǎo)軌面的磨削 此時粗、精加工間隔時間較短，粗加工時的熱變形將影響到精加工，工件冷卻后，將產(chǎn)生加工誤差。例4：在三工位的組合機床上，通過鉆擴鉸加工孔如：工件的尺寸是：外徑40mm，孔徑為20mm ，長40mm，材料為鋼材。鉆孔時切削用量為n310 rmin，f0.36mm。鉆孔后，溫升達(dá)107 ，接著擴孔和鉸孔，當(dāng)工件冷卻后孔的收縮量已超過精度規(guī)定值。因此，在這

36、種情況下一定要采取冷卻措施，否則將出現(xiàn)廢品。如：高速鋼刀具車削時刃部的溫度可高達(dá)700 800 ，刀具的熱伸長量可達(dá)0.03 0.05mm。因此，其影響不可忽略。 四、刀具熱變形引起的加工誤差 刀具的熱變形主要是切削熱引起的，傳給刀具的熱量雖不多，但由于刀具體積小、熱容量小且熱量又集中在切削部分，因此切削部分仍產(chǎn)生很高的溫升。五、減少和控制工藝系統(tǒng)熱變形的主要途徑1減少熱源的發(fā)熱2用熱補償方法減少熱變形3采用合理的機床部件結(jié)構(gòu)減少熱變形的影響4加速達(dá)到工藝系統(tǒng)的熱平衡狀態(tài)5控制環(huán)境溫度對于不能分離的熱源，如主抽軸承、絲杠螺母副、高速運動的導(dǎo)軌副等，則可以從結(jié)構(gòu)、潤滑等方面改善其摩擦特性，減少發(fā)

37、熱。1減少熱源的發(fā)熱采用有效的冷卻措施為了減少機床的熱變形，凡是可能分離出去的熱源應(yīng)移出，如電動機、變速箱、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等，均應(yīng)移出。熱源可能分離出去減少發(fā)熱例如，采用靜壓軸承。靜壓導(dǎo)軌，改用低粘度潤滑油、理基潤滑脂等，也可用隔熱材料將發(fā)熱部件和機床大件(如床身、立柱等)隔離開來。 如增加散熱面積或使用強制式的風(fēng)冷、水冷、循環(huán)潤滑等。例如，目前，大型數(shù)控機床、加工中心普遍采用冷凍機，對潤滑油、切削液進(jìn)行強制冷卻，以提高冷卻效果。在精密絲杠磨床的母絲杠中通以冷卻液，以減少熱變形。平面磨床采用熱空氣加熱溫升較低的立柱后壁，以減小立柱前后壁的溫度差，從而減少立柱的彎曲變形。采取這種指施后，工件

38、的加工直線度誤差可降低為原來的13 14。2用熱補償方法減少熱變形單純的減少溫升有時不能收到滿意的效果，可采用熱補償?shù)姆椒ㄊ箼C床的溫度場比較均勻，從而使機床產(chǎn)生不影響加工精度的均勻熱變形。3采用合理的機床部件結(jié)構(gòu)減少熱變形的影響 因L2 L1，當(dāng)主軸與箱體產(chǎn)生熱變形時，在誤差敏感方向的熱變形 L2 Ll，因此，選擇圖a的定位方案比較合理。 (1)采用熱對稱結(jié)構(gòu) 在變速箱中，將軸、軸承、傳動齒輪盡量對稱布置，可使箱壁溫升均勻，從而減少箱體變形。 (2)合理選擇機床部件的裝配基準(zhǔn) 如圖所示為車床主軸箱在床身上的兩種不同定位方式。 對于精密機床，特別是大型機床，達(dá)到熱平衡的時間較長，為了縮短這個時間

39、，可預(yù)先高速空運轉(zhuǎn)機床或設(shè)置控制熱源，人為地給機床加熱，使之較快達(dá)到熱平衡狀態(tài)，然后進(jìn)行加工?；谕瑯釉?，精密加工機床應(yīng)盡量避免中途停車。 4加速達(dá)到工藝系統(tǒng)的熱平衡狀態(tài) 精密機床一般安裝在恒溫車間，其恒溫精度一般控制在 l 。室溫平均溫度一般為20，冬季可取17，夏季取23。5控制環(huán)境溫度 2.5 工件殘余應(yīng)力引起的誤差 殘余應(yīng)力是指外部裁荷去除后，仍殘存在工件內(nèi)部的應(yīng)力。零件中的殘余應(yīng)力往往處于一種很不穩(wěn)定的相對平衡狀態(tài)，在常溫下特別是在外界某種因素的影響下很容易失去原有狀態(tài)，使殘余應(yīng)力重新分布，零件產(chǎn)生相應(yīng)的變形，從而破壞了原有的精度。因此，必須采取措施消除殘余應(yīng)力對零件加工精度的影響

40、。一、產(chǎn)生殘余應(yīng)力的原因 在鑄、鍛、焊及熱處理等熱加工過程中，由于工件各部分熱脹冷縮不均勻以及金相組織轉(zhuǎn)變時的體積變化，使毛坯內(nèi)部產(chǎn)生了相當(dāng)大的殘余應(yīng)力。 殘余應(yīng)力是由金屬內(nèi)部的相鄰組織發(fā)生了不均勻的體積變化而產(chǎn)生的。1毛坯制造中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力彎曲的工件(原來無殘余應(yīng)力)要校直，常采用冷校直。2冷校直帶來的殘余應(yīng)力 切削過程中產(chǎn)生的力和熱，也會使被加工工件的表面層變形，產(chǎn)生殘余應(yīng)力。3切削加工中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力 二、減少或消除殘余應(yīng)力的措施1合理設(shè)計零件結(jié)構(gòu)2對工件進(jìn)行熱處理和時效處理3. 合理安排工藝過程例如：對鑄、鍛、焊接件進(jìn)行退火或回火；零件淬火后進(jìn)行回火；對精度要求高的零件，如床身、絲桿

41、、箱體、精密主軸等，在粗加工后進(jìn)行時效處理。例如：粗、精加工分開在不同工序中進(jìn)行，留有一定時間讓殘余應(yīng)力重新分布；在加工大型工件時，粗、精加工往往在一個工序中來完成，這時應(yīng)在粗加工后松開工件，讓工件有自由變形的可能，然后再用較小的夾緊力夾緊工件后進(jìn)行精加工。 2.6 提高和保證加工精度的途徑例如：細(xì)長軸的車削，由于受力和熱的影響而使工件產(chǎn)生彎曲變形，現(xiàn)采用 “大進(jìn)給反向切削法”，再輔之以彈簧后頂尖，可進(jìn)一步消除熱伸長的危害。一、直接減少誤差法 直接減少誤差法在生產(chǎn)中應(yīng)用較廣，是在查明產(chǎn)生加工誤差的主要因素直接進(jìn)行消除或減少的方法。又如：薄環(huán)形零件在磨削中，由于采用了樹脂結(jié)合劑粘合以加強工件剛度

42、的辦法，使工件在自由狀態(tài)下得到固定，解決了薄環(huán)形零件兩端面的平行度問題。二、誤差補償法 誤差補償法，就是人為地造出一種新的原始誤差去抵消原來工藝系統(tǒng)中固有的原始誤差，從而減少加工誤差，提高加工精度。 在生產(chǎn)中會遇到這種情況：本工序的加工精度是穩(wěn)定的，工序能力也足夠，但毛坯或上道工序加工的半成品精度太低，引起定位誤差或復(fù)映誤差過大，因而不能保證加工精度。三、均分原始誤差法 提高毛坯精度或上道工序的加工精度，往往是不經(jīng)濟(jì)的。這時，可把毛坯(或上道工序的工件)按尺寸誤差大小分為n組，每組毛坯的誤差就縮小為原來的1n，然后按各組的平均尺寸分別調(diào)整刀具與工件的相對位置或調(diào)整定位元件、就可大大縮小整批工件

43、的尺寸分散范圍。四、誤差轉(zhuǎn)移法 誤差轉(zhuǎn)移法實質(zhì)上是將工藝系統(tǒng)的幾何誤差、受力變形和熱變形等，轉(zhuǎn)移到不影響加工精度的方向去。 例如，對具有分度或轉(zhuǎn)位的多工位加工工序或采用轉(zhuǎn)位刀架加工的工序，其分度、轉(zhuǎn)位誤差將直接影響零件有關(guān)表面的加工精度。若將刀具垂直安裝(如圖)，可將轉(zhuǎn)塔刀架轉(zhuǎn)位時的重復(fù)定位誤差轉(zhuǎn)移到零件內(nèi)孔加工表面的誤差非敏感方向，可減少加工誤差的產(chǎn)生，提高加工精度。又如，利用鏜模進(jìn)行鏜孔，將主軸與鏜桿進(jìn)行浮動聯(lián)接。這樣可使鏜孔時的孔徑不受機床誤差的影響，鏜孔精度由夾具鏜模來保證。1.系統(tǒng)誤差常值系統(tǒng)誤差：在連續(xù)加工一批零件時，加工誤差的大小和方向基本上保持不變(如原理機床刀夾量具制造調(diào)整誤

44、差) 在連續(xù)加工一批零件中，出現(xiàn)的誤差如果大小和方向是不規(guī)則地變化著的，則稱為隨機誤差。（誤差復(fù)映定位夾緊操作誤差內(nèi)應(yīng)力變形） 變值系統(tǒng)誤差：加工誤差是按零件的加工次序作有規(guī)律變化的（機床刀具熱變形、刀具磨損）2. 隨機誤差 對系統(tǒng)誤差可循其規(guī)律加以調(diào)整或補償來消除對隨機誤差只能縮小其變動范圍無法完全消除2.7 加工誤差的統(tǒng)計分析法一.加工誤差的性質(zhì)二.分布圖分析法1.實際分布曲線例如在磨床上加工一批銷軸，抽檢100件以0.002mm為組距分成10組作出分布表，便可繪出直方圖。將各直方的頂點連成曲線，形成實驗分布曲線。（圖1-58） 返回圖1-582.正態(tài)分布曲線兩個特征參數(shù)： 算術(shù)平均值 和標(biāo)準(zhǔn)偏差如果改變參數(shù) 的值而保持不變，則分布曲線沿著X軸平移而不改變其形狀， 決定正態(tài)分布曲線的位置。反之，如果使 值固定不變， 值變化時，則曲線形狀就變化了，而位置不變。 所以正態(tài)分布曲線的形狀是由標(biāo)準(zhǔn)偏差來決定的， 的大小完全由隨機誤差所決定。 聯(lián)系到加工誤差的兩種表現(xiàn)特性，顯而易見，隨機誤差引起尺寸分散，常值系統(tǒng)誤差決定分散帶中心位置，而變值系統(tǒng)誤差則使中心位置隨著時間按一定規(guī)律移動 分布曲線法舉例：系統(tǒng)正態(tài)分布曲線：6利用分布曲線進(jìn)行工藝驗證：大，則曲線平坦尺寸分布范圍大加工方法的加工精度低