工藝第三章 機(jī)械加工精度

工藝第三章機(jī)械加工精度第1頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一機(jī)械加工精度的基本概念第三節(jié)第二節(jié)第一節(jié)影響加工精度的因素及其分析加工誤差的綜合分析結(jié)束第三章機(jī)械加工精度第四節(jié)重型工件的切削加工錄像第三章機(jī)械加工精度第2頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)機(jī)械加工精度的基本概念機(jī)械加工精度、機(jī)械加工表面質(zhì)量是質(zhì)量要求的兩個(gè)主要方面。本章介紹機(jī)械加工精度的相關(guān)內(nèi)容1、加工精度零件加工后的幾何參數(shù)（尺寸、形狀、相互位置）與理想零件的幾何參數(shù)的符合程度。（符合程度愈高，加工精度愈高）2、加工誤差零件加工后的幾何參數(shù)與理想零件幾何參數(shù)的偏差。（偏差越大，加工誤差愈大）

由此可見：“加工精度”和“加工誤差”是從兩個(gè)角度來(lái)評(píng)價(jià)同一個(gè)事物。提高加工精度實(shí)際上就是減小加工誤差。第三章機(jī)械加工精度第3頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一在機(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)，我們稱之為工藝系統(tǒng)。工藝系統(tǒng)存在各種誤差，這些誤差會(huì)造成零件的加工誤差。把這種工藝系統(tǒng)的誤差稱為原始誤差。第三章機(jī)械加工精度第二節(jié)影響加工精度的因素及其分析第4頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一一、原理誤差

原理誤差是由于采用近似的加工運(yùn)動(dòng)或刀具輪廓而產(chǎn)生的。

為了得到規(guī)定的零件表面，都必須在工件和刀具的運(yùn)動(dòng)之間建立一定的聯(lián)系，這種運(yùn)動(dòng)聯(lián)系一般稱之為加工原理。例如滾切齒輪，必須使工件和滾刀之間有準(zhǔn)確的展成運(yùn)動(dòng)。

從理論上講，應(yīng)采用合乎理想的完全準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)聯(lián)系，以求獲得完全準(zhǔn)確的成形表面。但是采用理論上完全準(zhǔn)確的加工原理有時(shí)間會(huì)使得機(jī)床的結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，造成制造上的困難；或者由于環(huán)節(jié)過多，增加了機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)中的誤差，反而得不到高的加工精度。第三章機(jī)械加工精度第二節(jié)影響加工精度的因素及其分析第5頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

而采用近似的加工原理往往還可以提高生產(chǎn)率和使工藝過程更為經(jīng)濟(jì)。因此，只要能夠達(dá)到精度要求的加工方法，就是一個(gè)好的加工方法。二、機(jī)床誤差

機(jī)床誤差包括：機(jī)床的制造、安裝和磨損。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1導(dǎo)軌誤差：導(dǎo)軌的直線度和平行度2主軸誤差：主軸本身的回轉(zhuǎn)精度及其對(duì)導(dǎo)軌的平行度3傳動(dòng)鏈誤差：傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生的誤差4刀架和溜板對(duì)主軸軸線的平行度和垂直度

第三章機(jī)械加工精度第二節(jié)影響加工精度的因素及其分析第6頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一三、調(diào)整誤差

在加工過程中，總要對(duì)機(jī)床進(jìn)行各種調(diào)整。由于調(diào)整不可能絕對(duì)準(zhǔn)確，也就帶來(lái)了一項(xiàng)原始誤差，稱之為調(diào)整誤差調(diào)整誤差包括：機(jī)床的調(diào)整誤差、夾具的調(diào)整誤差和刀具的調(diào)整誤差。四、工藝系統(tǒng)的受力變形1工藝系統(tǒng)受力變形的現(xiàn)象在車床上加工一根細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，由于工件的剛性太差，受到切削力作用后，工件就會(huì)朝著與刀具相反的方向變形，越到中間變形越大，實(shí)際切深也就越小，所以產(chǎn)生腰鼓形的加工誤差。第三章機(jī)械加工精度第二節(jié)影響加工精度的因素及其分析第7頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一在車床上加工短粗軸時(shí)，工件的剛性很好，在切削力的作用下工件并沒有變形，刀具卻產(chǎn)生了“讓刀”的現(xiàn)象；受力變形恢復(fù)后，即使不進(jìn)刀，甚至把刀架稍稍后退一點(diǎn)再走刀，刀尖仍然可以切到金屬。第三章機(jī)械加工精度第二節(jié)影響加工精度的因素及其分析第8頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

可以說(shuō)：在這種情況下控制加工精度問題，實(shí)際上主要就是控制工藝系統(tǒng)受力變形的問題。工藝系統(tǒng)受力變形在磨削加工中顯得更突出。在精磨的最后幾個(gè)行程中，砂輪并沒有再向工件進(jìn)刃，即所謂“無(wú)進(jìn)給磨削”或“光磨”，但依然磨出火花，先多后少，直至無(wú)火花為止。這就是用多次無(wú)進(jìn)給的行程來(lái)消除工藝系統(tǒng)的受力變形，以保證工件的加工精度和表面粗糙度。

注意：工藝系統(tǒng)的受力變形是機(jī)械加工精度中一項(xiàng)很重要的原始誤差。它不但嚴(yán)重地影響著加工后工件的精度；而且還影響著表面質(zhì)量；限制了切削用量和生產(chǎn)率的提高。第三章機(jī)械加工精度第二節(jié)影響加工精度的因素及其分析第9頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2機(jī)床部件剛度及其特點(diǎn)

為了分析計(jì)算工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響，引進(jìn)一個(gè)概念：工藝系統(tǒng)的剛度。如圖3-26所示，當(dāng)車刀切削工件時(shí)，在刀刃上和工件上分別受到大小相等，方向相反的切削力的作用，而切削力的分力Fy對(duì)加工精度的影響最大。在切削力的作用下，刀具和工件相互退讓，設(shè)讓刀距離為y，則工藝系統(tǒng)在Y方向的剛度是：k=Fy/y

第三章機(jī)械加工精度第二節(jié)影響加工精度的因素及其分析第10頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3環(huán)節(jié)變形的綜合性和疊加性（自學(xué)）4工藝系統(tǒng)的剛度及其對(duì)加工精度的影響

機(jī)械加工時(shí)，機(jī)床的有關(guān)部件、夾具、刀具和工件在切削力的作用下都有變形，導(dǎo)致刀刃和加工表面在y方向的相對(duì)位置發(fā)生變化，產(chǎn)生了加工誤差。工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響，可以歸納為下列幾種常見的形式：

1）由于受力點(diǎn)位置的變化而產(chǎn)生的工件形狀誤差工藝系統(tǒng)的剛度除了受到各組成部分的剛度影響之外，還有一個(gè)特點(diǎn)就是隨著受力點(diǎn)的位置的變化而變化，加工后工件在各個(gè)橫截面上的尺寸也不相同，造成了工件的形狀誤差。第三章機(jī)械加工精度第二節(jié)影響加工精度的因素及其分析第11頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第三章機(jī)械加工精度第二節(jié)影響加工精度的因素及其分析第12頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2）誤差復(fù)映規(guī)律：

由于毛坯加工余量和材料硬度的變化，引起切削力和系統(tǒng)受力變形的變化，因而產(chǎn)生了工件的尺寸誤差和形狀誤差。圖示一個(gè)偏心毛坯。在加工過程中，由于切削深度的變化，引起了切削力的變化，從而使工藝系統(tǒng)的受力變形也發(fā)生變化。所以加工偏心毛坯之后得到的工件仍然是略有偏心的。這種現(xiàn)象稱為誤差復(fù)映。第三章機(jī)械加工精度第二節(jié)影響加工精度的因素及其分析第13頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

令：ε=△工件/△毛坯，可推出公式：ε=C/K系統(tǒng)

該式表示了加工誤差與毛坯誤差之間的比例關(guān)系，說(shuō)明了“誤差復(fù)映”的規(guī)律。ε定量地反映了毛坯誤差經(jīng)加工所減小的程度，稱之為“誤差復(fù)映系數(shù)”?？梢钥闯?，工藝系統(tǒng)剛度越高，ε越小，即復(fù)映在工件上的誤差越小。

可以把誤差復(fù)映的概念，推廣到下列幾點(diǎn)：①每一件毛坯的形狀誤差如圓度、同軸度都以一定的復(fù)映系數(shù)復(fù)映成工件的加工誤差，這是由于切削余量不均引起的。第三章機(jī)械加工精度第二節(jié)影響加工精度的因素及其分析第14頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

②在一般情況下，由于工藝系統(tǒng)剛度比較高，復(fù)映系數(shù)遠(yuǎn)小于1，在2～3次走刀以后，毛坯誤差下降很快，所以在一般車削時(shí)，只有在粗加工時(shí)用誤差復(fù)映規(guī)律估算加工誤差才有實(shí)際意義。但是在工藝系統(tǒng)剛度低的場(chǎng)合下，誤差復(fù)映的現(xiàn)象比較明顯，需要從實(shí)際的復(fù)映系數(shù)著手分析提高加工精度的途徑。③在大批大量生產(chǎn)中，都是采用定尺寸調(diào)整法加工。對(duì)一批尺寸大小有參差的毛坯而言，每件毛坯的加工余量都不一樣，由于誤差復(fù)映的結(jié)果，也就造成了一批工件的“尺寸分散”。為了保持尺寸分散不超出允許的公差范圍，就有必要查明誤差復(fù)映的大小。第三章機(jī)械加工精度第二節(jié)影響加工精度的因素及其分析第15頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

3)毛坯材料硬度的不均勻?qū)⑹骨邢髁Ξa(chǎn)生變化，工藝系統(tǒng)的受力變形也隨著起了變化，從而產(chǎn)生了加工誤差。如圖所示：毛坯中夾雜了“硬點(diǎn)”以后，切削時(shí)就會(huì)“讓刀”，在工件表面形成圓度誤差。鑄件和鍛件在冷卻過程中的不均勻常常是造成毛坯硬度不均勻的根源。第三章機(jī)械加工精度第二節(jié)影響加工精度的因素及其分析第16頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

4）工藝系統(tǒng)中其它作用力的變化引起某些環(huán)節(jié)的受力變形的變化，因此產(chǎn)生了加工誤差。

機(jī)械加工中除了切削力作用于工藝系統(tǒng)之外，還作用著其它的力，如傳動(dòng)力、慣性力、夾緊力、工件的重量、機(jī)床移動(dòng)部件的重量等，這些力也能使工藝系統(tǒng)中某些環(huán)節(jié)的受力變形發(fā)生變化，從而造成加工誤差。第三章機(jī)械加工精度第二節(jié)影響加工精度的因素及其分析第17頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一在實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)的加工精度問題往往是綜合性很強(qiáng)的工藝問題，其影響因素也比較復(fù)雜。因此，如何運(yùn)用已學(xué)到的基本知識(shí)，對(duì)生產(chǎn)實(shí)際中的加工精度問題進(jìn)行綜合的分析和提出解決問題的對(duì)策，并在實(shí)際中獲得成效，是培養(yǎng)工藝能力的一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)。一、誤差的性質(zhì)各種加工誤差，按它們?cè)谝慌慵谐霈F(xiàn)的規(guī)律來(lái)看，可以分為兩大類：系統(tǒng)性誤差和隨機(jī)性誤差。第三章機(jī)械加工精度第三節(jié)加工誤差的綜合分析第18頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1系統(tǒng)性誤差：零件的誤差大小和方向或是保持不變，或是按照一定的規(guī)律而變化。前者稱為常值系統(tǒng)性誤差，后者稱為變值系統(tǒng)性誤差。

原理誤差、機(jī)床、刀具、夾具、量具的制造誤差、調(diào)整誤差，工藝系統(tǒng)的靜力變形都是常值系統(tǒng)性誤差，它們和加工的順序、加工時(shí)間沒有關(guān)系。機(jī)床、夾具和量具的磨損值在一定時(shí)間內(nèi)可以看作是常值系統(tǒng)性誤差。機(jī)床、刀具的熱變形、刀具的磨損都隨著加工時(shí)間而有規(guī)律地變化，因此屬于變值系統(tǒng)性誤差。第三章機(jī)械加工精度第三節(jié)加工誤差的綜合分析第19頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2隨機(jī)誤差：零件的誤差大小和方向是不規(guī)律地變化著的。毛坯誤差的復(fù)映、定位誤差、夾緊誤差、多次調(diào)整的誤差、內(nèi)應(yīng)力引起的變形誤差等都是隨機(jī)性誤差。隨機(jī)性誤差從表面上看來(lái)似乎沒有什么規(guī)律，但是應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法可以找出一批工件加工誤差的某些規(guī)律，然后在工藝上采取措施來(lái)加以控制。第三章機(jī)械加工精度第三節(jié)加工誤差的綜合分析第20頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一不同性質(zhì)誤差的解決途徑也不一樣。

一般來(lái)說(shuō)：對(duì)于常值系統(tǒng)性誤差，可以在查明其大小和方向后，通過相應(yīng)的調(diào)整或檢修工藝裝備的辦法來(lái)解決。還可以用人為的常值誤差去抵償系統(tǒng)的常值誤差。對(duì)變值系統(tǒng)性誤差，可以在摸清其變化規(guī)律后，通過自動(dòng)連續(xù)補(bǔ)償、自動(dòng)周期補(bǔ)償?shù)绒k法來(lái)解決。隨機(jī)性誤差沒有明顯的變化規(guī)律，很難完全消除只能對(duì)其產(chǎn)生的根源采取適當(dāng)?shù)拇胧┮钥s小其影響。第三章機(jī)械加工精度第三節(jié)加工誤差的綜合分析第21頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二、加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析法對(duì)于生產(chǎn)中因復(fù)雜因素而出現(xiàn)的加工誤差，不能用單因素估算方法來(lái)衡量，更不能從單個(gè)工件的檢查來(lái)得結(jié)論，需要用統(tǒng)計(jì)分析的方法。常用的方法有：分布曲線法和點(diǎn)圖法。1分布曲線法

檢查一批精鏜后的活塞銷孔直徑，圖紙規(guī)定的尺寸及公差為Φ28-0.015，抽查件數(shù)為100。把測(cè)量所得的數(shù)據(jù)按尺寸大小分組，每組的尺寸間隔為0.002mm，則可列表如下：第三章機(jī)械加工精度第三節(jié)加工誤差的綜合分析第22頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

其中：n為測(cè)量的件數(shù)。如果用每組的件數(shù)m或頻率m/n做縱坐標(biāo)，以尺寸x為橫坐標(biāo)，就可以作成圖示的折線圖。第三章機(jī)械加工精度第三節(jié)加工誤差的綜合分析第23頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

實(shí)際測(cè)量結(jié)果表示：一部分工件巳超出了公差范圍成了廢品。但是從圖中也可以看出，這批工件的分散范圍0.012mm比公差帶0.015mm小，如果能夠設(shè)法將分散中心調(diào)整到公差范圍中心，工件就完全合格。

所以該誤差是常值系統(tǒng)誤差。第三章機(jī)械加工精度第三節(jié)加工誤差的綜合分析第24頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

在繪制一批工件的尺寸分布圖時(shí)，若工件的數(shù)量增加很多而尺寸間隔很小時(shí)，作出的實(shí)際分布曲線就非常接近光滑的曲線。因此，在研究加工誤差問題時(shí)，經(jīng)常用數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)中一些“理論分布曲線”來(lái)近似地代替實(shí)際分布曲線，這樣做有很大的方便和好處。應(yīng)用最廣的是正態(tài)分布曲線(或稱高斯曲線)。實(shí)踐證明：在加工進(jìn)行情況正常(機(jī)床、夾具、刀具在良好)的狀態(tài)下，一批工件的實(shí)際尺寸分布將按正態(tài)分布曲線分布，如圖所示：第三章機(jī)械加工精度第三節(jié)加工誤差的綜合分析第25頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

1）曲線成鐘形，中間高，兩邊低。這表示尺寸靠近分散中心的工件占大部分，而尺寸遠(yuǎn)離分散中心的工件是極少數(shù)。

2）工件尺寸大于x和小于x的相同范圍內(nèi)的頻率是相等的

3）表示正態(tài)分布曲線形狀的參數(shù)是σ。σ越大曲線越平坦，尺寸越分散，加工精度就越低；σ越小曲線越陡峭，尺寸越集中，加工精度就越高。

4）可以查出：工件尺寸在±3σ以外的頻率只占0.27％，可以忽略。一般都取正態(tài)分布曲線的分散范圍為±3σ。第三章機(jī)械加工精度第三節(jié)加工誤差的綜合分析第26頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

±3σ的概念在研究加工誤差問題時(shí)應(yīng)用很廣。簡(jiǎn)單地說(shuō)，6σ的大小代表了某一種加工方法所能達(dá)到的加工精度。所以在一般情況下應(yīng)該使公差帶的寬度T和均方根誤差σ之間具有下列關(guān)系：T≥6σ。刀具磨損會(huì)使分布曲線的位置移動(dòng)及σ逐漸加大。所以在外圓加工中，開始加工時(shí)應(yīng)使尺寸分散范圍接近公差帶的下限；在孔加工中，開始加工時(shí)應(yīng)使尺寸分散范圍接近公差帶上限。這樣在刀具磨損過程中，工件的尺寸分散范圍逐漸向上限(外圓加工)或向下限(孔加工)移動(dòng)，可以保持在比較長(zhǎng)的加工時(shí)間內(nèi)使工件尺寸不超出公差帶。第三章機(jī)械加工精度第三節(jié)加工誤差的綜合分析第27頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一在機(jī)械加工中，工件實(shí)際尺寸的分布情況，有時(shí)也出現(xiàn)并不近似于正態(tài)的分布，如圖a)、b)所示。而圖C）則是不分正負(fù)的形位誤差呈不對(duì)稱分布，稱之為偏態(tài)分布，即加工誤差偏向于接近零的一邊。第三章機(jī)械加工精度第三節(jié)加工誤差的綜合分析第28頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2點(diǎn)圖法

點(diǎn)圖法：按工件的加工順序定期測(cè)量工件的尺寸，以其序號(hào)為橫坐標(biāo)，以其尺寸為縱坐標(biāo)，做出加工過程中誤差變化的全貌。第三章機(jī)械加工精度第三節(jié)加工誤差的綜合分析第29頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

該圖是按自動(dòng)車床上加工出來(lái)的工件直徑的測(cè)量結(jié)果而畫出的。用兩根平滑的曲線AA、BB畫出點(diǎn)子的上、下限，AA和BB兩線之間的寬度代表了在隨機(jī)性誤差作用下尺寸的分散情況。從圖中可以看出：隨著加工過程的進(jìn)行，尺寸分散越來(lái)越大。這是由于刀具逐漸鈍化，切削力隨著逐漸增大，由毛坯誤差復(fù)映而引起的隨機(jī)性誤差也逐漸增大。平均值曲線OO表示變值系統(tǒng)誤差的變化，其產(chǎn)生的根源是刀具的熱變形和磨損兩項(xiàng)因素的綜合。第三章機(jī)械加工精度第三節(jié)加工誤差的綜合分析第30頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一加工初期，車刀熱伸長(zhǎng)較快，起主導(dǎo)作用，使加工出的工件尺寸越來(lái)越小。待刀具的熱變形達(dá)到平衡狀態(tài)，刀具的磨損就起了主導(dǎo)作用，加工出的工件直徑就越來(lái)越大。從圖中還可以看出，在測(cè)量到第50號(hào)工件時(shí)，尺寸有了超差。這是在換刀以后產(chǎn)生的常值系統(tǒng)性誤差。常值系統(tǒng)性誤差只影響曲線上下的位置，而不影響其形狀或分散范圍。點(diǎn)圖的用法有多種。下面主要闡述點(diǎn)圖在工藝驗(yàn)證和加工過程誤差分析兩方面的用途。第三章機(jī)械加工精度第三節(jié)加工誤差的綜合分析第31頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1)工藝驗(yàn)證：

為了確定準(zhǔn)備投產(chǎn)的工藝能否保證加工質(zhì)量要求或?qū)ΜF(xiàn)行的工藝進(jìn)行定期、不定期的檢查，查明工藝能力和工藝穩(wěn)定性。（1）工藝能力：是用工藝能力系數(shù)Cp來(lái)表示的。

Cp

=T/6σ。

根據(jù)工藝能力系數(shù)Cp的大小，可以將工藝分成5個(gè)等級(jí)：Cp>1.67為特級(jí)。這說(shuō)明工藝能力過高，加工方案不一定經(jīng)濟(jì)；第三章機(jī)械加工精度第三節(jié)加工誤差的綜合分析第32頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1.67>Cp>1.33為一級(jí)。這說(shuō)明工藝能力足夠，可以允許一定的波動(dòng)；1.33≥Cp>1.0為二級(jí)。這說(shuō)明工藝能力勉強(qiáng)，須密切注意1.0≥Cp>0.67為三級(jí)。這說(shuō)明工藝能力不足