機械制造技術基礎chapter5

第五章機械制造質量分析與控制

優(yōu)質、高產(chǎn)、低消耗是企業(yè)發(fā)展的必由之路。優(yōu)質就是高的產(chǎn)品質量。高產(chǎn)就是生產(chǎn)效率高。低消耗就是成本低。產(chǎn)品的質量與零件的加工質量、產(chǎn)品的裝配質量密切相關，而零件的加工質量是保證產(chǎn)品質量的基礎。它包括零件的加工精度和表面質量兩方面。零件的加工精度包括尺寸精度、形狀精度和相互位置精度。第一節(jié)機械加工精度的基本概念一、加工精度與加工誤差

加工精度是指零件加工后的實際幾何參數(shù)（尺寸、形狀及各表面相互位置等參數(shù)）與理想幾何參數(shù)的符合程度。符合程度越高，加工精度就越高。反之，越低。

理想幾何參數(shù)表面——絕對平面、圓柱面等；位置——絕對平行、垂直、同軸等；尺寸——位于公差帶中心。1.加工精度加工誤差是指零件加工后的實際幾何參數(shù)對理想幾何參數(shù)的偏離程度，所以，加工誤差的大小反映了加工精度的高低。實際加工時不可能也沒有必要把零件做得與理想零件完全一致，而總會有一定的偏差，即加工誤差。只要這些誤差在規(guī)定的范圍內，即能滿足機器使用性能的要求。2.加工誤差加工精度包括三個方面：尺寸精度：指加工后零件的實際尺寸與零件尺寸的公差帶中心的相符合程度。形狀精度：指加工后的零件表面的實際幾何形狀與理想的幾何形狀的相符合程度。位置精度：指加工后零件有關表面之間的實際位置與理想位置相符合程度。三、獲得加工精度的方法1、獲得尺寸精度的方法：⑴試切法：通過試切→測量→調整→再試切…直到被加工部分達到尺寸要求為止。試切一小段特點：①費時費力;②與操作工人水平有關;③適用于單件小批生產(chǎn);④調整法加工時調整刀具位置用。

(2)定尺寸刀具法：

零件加工尺寸決定于刀具尺寸。特點：

①尺寸精度決定于：

a）刀具的種類和精度；

b）刀具的安裝精度；

c）機床的精度。②生產(chǎn)率較高，在孔加工中廣泛使用。應用：孔加工廣泛使用。(2)調整法：

預先調整好刀具和工件在機床上的相對置，并在一批零件的加工過程中始終保持這個位置不變，以保證被加工零件尺寸的方法。

特點：

①尺寸穩(wěn)定;②生產(chǎn)率高;③加工精度與操作工人的水平關系不大，主要決定于調整精度。應用：廣泛于成批及大量生產(chǎn)。

(3)自動控制法：

這種方法是把測量裝置，進給裝置和控制系統(tǒng)等組成一個自動控制的加工系統(tǒng)。特點：

①自動化程度高，精度高；②適用于批量或大量生產(chǎn)。減振器測頭工件百分表磨削自動測量

返回本章目錄2.獲得形狀精度的方法（1）軌跡法（2）成形法（3）展成法3.獲得位置精度的方法（1）根據(jù)工件加工過的表面進行找正的方法；（2）工件的位置精度由夾具來保證。

第二節(jié)影響加工精度的因素及其分析

5.2.1原始誤差與加工誤差

工藝系統(tǒng)—機械加工時，機床、夾具、刀具和工件構成一個相互聯(lián)系的統(tǒng)一系統(tǒng)。

原始誤差—工藝系統(tǒng)中存在的各種誤差。原始誤差（原因）—

加工誤差（結果）

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圖5-4原始誤差原始誤差原理誤差工件裝夾誤差機床誤差夾具誤差刀具誤差度量誤差工藝系統(tǒng)受力變形工藝系統(tǒng)熱變形內應力變形誤差調整誤差刀具磨損

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5.2.2影響加工精度的因素

一、

原理誤差—由于采用了近似的加工運動或

近似的刀具輪廓而產(chǎn)生的。例:①滾刀用阿基米德蝸桿代替漸開線蝸桿

（近似的刀具輪廓）；②模數(shù)銑刀銑齒（近似的刀具輪廓）；③用公制絲桿車蝸桿或英制螺紋。

（近似的加工運動）

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二、機床誤差機床誤差來自三方面：

①制造；②安裝；③磨損。對加工誤差影響大的機床誤差有三個部分：1）主軸回轉誤差;2）導軌誤差;3）傳動鏈誤差。

返回本章目錄機床的幾何誤差組成機床幾何誤差機床傳動鏈誤差機床主軸回轉誤差機床導軌誤差軸向竄動徑向跳動角度擺動水平面內直線度垂直面內直線度前后導軌的平行度內聯(lián)傳動鏈始末兩端傳動元件間相對運動誤差1、機床導軌誤差機床導軌是機床中確定某些主要部件相對位置的基準，也是某些主要部件的運動基準。

機床導軌誤差的基本形式水平面內的直線度垂直面內的直線度前后導軌的平行度（扭曲）現(xiàn)以臥式車床為例，說明導軌誤差是怎樣影響工件的加工精度的。（1）導軌在水平面內直線度誤差的影響當導軌在水平面內的直線度誤差為△y時,引起工件在半徑方向的誤差為（圖5－9）：△R=△y

由此可見：床身導軌在水平面內如果有直線度誤差，使工件在縱向截面和橫向截面內分別產(chǎn)生形狀誤差和尺寸誤差。

當導軌向后凸出時，工件上產(chǎn)生鞍形加工誤差；當導軌向前凸出時，工件上產(chǎn)生鼓形加工誤差。ΔYΔYoDΔR水平面導軌水平面內直線度圖5－9導軌在水平面內直線度誤差

床身導軌在垂直面內有直線度誤差（圖5-10），會引起刀尖產(chǎn)生切向位移△Z，造成工件在半徑方向產(chǎn)生的誤差為：△R≈△Z2/d（2）導軌在垂直面內直線度誤差的影響設：△Z=△Y=0.01mm，R=50mm，則由于法向原始誤差而產(chǎn)生的加工誤差△R=△Y=0.01mm,由于切向原始誤差產(chǎn)生的加工誤差△R≈△Z2/d=0.000001mm此值完全可以忽略不計。由于△Z2數(shù)值很小，因此該誤差對工件的尺寸精度和形狀精度影響甚小。垂直平面導軌垂直面直線度ΔZdΔRΔZ圖5－10

導軌在垂直面內直線度誤差Rd/2

對平面磨床，龍門刨床及銑床等，導軌在垂直面內的直線度誤差會引起工件相對于砂輪（刀具）產(chǎn)生法向位移，其誤差將直接反映到被加工工件上，造成形狀誤差（圖7-11）。

原始誤差引起工件相對于刀具產(chǎn)生相對位移，若產(chǎn)生在加工表面法向方向（誤差敏感方向），對加工精度有直接影響；產(chǎn)生在加工表面切向方向（誤差非敏感方向），可忽略不計。結論：圖龍門刨床導軌垂直面內直線度誤差1－刨刀2－工件3－工作臺4－床身導軌（3）前后導軌平行度誤差的影響床身前后導軌有平行度誤差（扭曲）時，會使車床溜板在沿床身移動時發(fā)生偏斜，從而使刀尖相對工件產(chǎn)生偏移，使工件產(chǎn)生形狀誤差（鼓形、鞍形、錐度）。從圖4-11可知，車床前后導軌扭曲的最終結果反映在工件上，于是產(chǎn)生了加工誤差△y。從幾何關系中可得出：

△y≈H△/B一般車床H≈2B/3，外圓磨床H≈B，因此該項原始誤差△對加工精度的影響很大。圖4－11車床導軌扭曲對工件形狀精度影響2、機床主軸回轉誤差（1）機床主軸回轉誤差的概念主軸的實際回轉軸線對其理想回轉軸線（一般用平均回轉軸線來代替）產(chǎn)生的偏移量。主軸回轉誤差的基本形式軸向竄動純徑向跳動純角度擺動實際上主軸回轉誤差是上述三種形式誤差的合成。由于主軸實際回轉軸線在空間的位置是在不斷變化的，由上述三種運動所產(chǎn)生的位移（即誤差）是一個瞬時值。下面以在鏜床上鏜孔、車床上車外圓為例來說明主軸回轉誤差對加工精度的影響。車間所有機床，我們分為：

工件回轉類刀具回轉類誤差敏感方向不變鏜床

車床加工時誤差敏感方向和切削力方向隨主軸回轉而不斷變化（2）主軸回轉誤差對加工精度的影響①主軸的純徑向跳動對車削和鏜削加工精度的影響鏜削加工：鏜刀回轉，工件不轉

假設由于主軸的純徑向跳動而使軸線在y坐標方向作簡諧運動（圖5-4），其頻率與主軸轉速相同，簡諧幅值為A；則:Y=Acosφ（φ＝ωt）且主軸中心偏移最大（等于A）時，鏜刀尖正好通過水平位置1處。當鏜刀轉過一個φ角時（位置1’），刀尖軌跡的水平分量和垂直分量分別計算得：y=Acosφ+Rcosφ=(A+R)cosφ Z=Rsinφ將上兩式平方相加得: y2/(A+R)2+Z2/R2=1

表明此時鏜出的孔為橢圓形。AARφOm11，AcosφO234ORsinφ(A+R）cosφ圖5－4鏜孔時純徑向跳動對加工精度的影響車床加工：工件回轉，刀具移動

假設主軸軸線沿y軸作簡諧運動（圖4-5），在工件的1處（主軸中心偏移最大之處）切出的半徑比在工件的2、4處切出的半徑小一個幅值A；在工件的3處切出的半徑比在工件的2、4處切出的半徑大一個幅值A。

這樣，上述四點工件的直徑都相等，其它各點直徑誤差也很小，所以車削出的工件表面接近于一個真圓。Y2+Z2=R2+A2Sin2φ

由此可見，主軸的純徑向跳動對車削加工工件的圓度影響很小。圖4－5車削時純徑向跳動對加工精度的影響②軸向竄動對車、鏜削加工精度的影響

主軸的軸向竄動對內、外圓的加工精度沒有影響，但加工端面時，會使加工的端面與內外圓軸線產(chǎn)生垂直度誤差。主軸每轉一周，要沿軸向竄動一次，使得切出的端面產(chǎn)生平面度誤差（圖4-6）。當加工螺紋時，會產(chǎn)生螺距誤差。

圖4－6主軸軸向竄動對端面加工精度的影響

車削加工時工件每一橫截面內的圓度誤差很小，但軸平面有圓柱度誤差（錐度）。

車外圓：得到圓形工件，但產(chǎn)生圓柱度誤差（錐體）車端面：產(chǎn)生平面度誤差鏜孔時，由于主軸的純角度擺動

使得主軸回轉軸線與工作臺導軌不平行，使鏜出的孔呈橢圓形，如圖4-7所示。

③角度擺動對車、鏜削加工精度的影響

主軸純角度擺動對加工精度的影響，取決于不同的加工內容。圖4－7主軸純角度擺動對鏜孔精度的影響（3）提高主軸回轉精度的措施1）提高主軸的軸承精度。2）減少機床主軸回轉誤差對加工精度的影響。3）對滾動軸承進行預緊，以消除間隙。4）提高主軸箱體支承孔、主軸軸頸和與軸承相配合的零件有關表面的加工精度。3、機床傳動鏈誤差

在車螺紋、插齒、滾齒等加工時，刀具與工件之間有嚴格的傳動比要求。要滿足這一要求，機床內聯(lián)系傳動鏈的誤差必須控制在允許的范圍內。（1）機床傳動鏈誤差定義

指傳動鏈始末兩端執(zhí)行元件間相對運動的誤差。（2）機床傳動鏈誤差描述

傳動鏈末端元件產(chǎn)生的轉角誤差。它的大小對車、磨、銑螺紋，滾、插、磨（展成法磨齒）齒輪等加工會影響分度精度，造成加工表面的形狀誤差，如螺距精度、齒距精度等。例如，車螺紋時，要求主軸與傳動絲杠的轉速比恒定（圖示），即圖車螺紋的傳動誤差示意圖S－工件導程；T－絲杠導程；Z1～Z8－各齒輪齒數(shù)若齒輪Z1有轉角誤差δ1，造成Z2的轉角誤差為：δ12＝i12δ1Z1δ1δ1n=i1nδ1Z2δ2δ2n=i2nδ2………………Znδnδnn=innδn在任一時刻，各齒輪的轉角誤差反映到絲杠的總誤差為：傳到絲杠上的轉角誤差為δ1n，即：（3）減少傳動鏈誤差的措施1）盡量縮短傳動鏈。2）提高傳動件的制造和安裝精度，尤其是末端零件的精度。3）盡可能采用降速運動，且傳動比最小的一級傳動件應在最后。4）消除傳動鏈中齒輪副的間隙。5）采用誤差校正機構

三、調整誤差

調整

—

是指使刀具切削刃與工件定位基準間在從切削開始到切削終了都保持正確的相對位置。調整包括：①機床調整;②夾具調整;③刀具調整。調整誤差是原始誤差的一種，是不可避免的。1、試切法加工的調整誤差

原因：

（1）測量誤差（2）微量進給產(chǎn)生的誤差微量進給誤差的消除辦法：

a）微量進給先退刀再快速引進到需要的刻度值處；

b）微量進給用輕輕敲擊手輪，用振動消除爬行現(xiàn)象。試切層很薄時刀刃打滑新切到部分厚刀刃不打滑a)精加工：試切最后一刀余量小，打滑,新切部分余量大于試切余量，不打滑，尺寸變小。新切到部分厚受力變形大試切層薄受力變形小

b)粗加工：試切余量小于切削余量,得到比試切尺寸大一些。因為余量大，切削力大，刀具后退多。

（3）加工余量的影響2、調整法加工時的調整誤差在大批大量生產(chǎn)中廣泛采用行程檔塊、靠模、凸輪等機構控制刀具的軌跡和行程。影響因素有：

①定程機構的制造精度和調整精度；

②定程機構（離合器、電器開關和控制閥）的靈敏度；

③刀具樣板和靠模的精度。工藝系統(tǒng)：機床、夾具、工件、刀具外力：切削力、傳動力、慣性力、夾緊力、重力產(chǎn)生加工誤差破壞了刀具、工件間相對位置四、工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響工藝系統(tǒng)受力變形現(xiàn)象工藝系統(tǒng)在加工過程中受:

①切削力;②慣性力；

③重力；④夾緊力

力作用→產(chǎn)生工藝系統(tǒng)變形→加工誤差圖受力變形對工件精度的影響

a)車長軸b）磨內孔

由此看來，為了保證和提高工件的加工精度，就必須深入研究并控制以至消除工藝系統(tǒng)及其有關組成部分的變形。（一）工藝系統(tǒng)的剛度工藝系統(tǒng)整體抵抗其變形的能力。其大小為：背向力Fp（舊標準中為徑向切削分力Fy）與工藝系統(tǒng)在該方向上的變形yxt的比值，即kxt=Fp/yxt

注意：這里變形yxt是總切削力的三個分力切向力Fc、背向力Fp、進給力Ff（舊標準中為Fz、Fy、Fx）綜合作用的結果。

1.工藝系統(tǒng)剛度的概念2、系統(tǒng)剛度與環(huán)節(jié)剛度工藝系統(tǒng)的剛度是由組成工藝系統(tǒng)各部件的剛度決定的。工藝系統(tǒng)的總變形量為：yxt=yjc+ydj+yjj+ygjkxt=Fp/yxt,kjc=Fp/yjc，kdj=Fp/ydj,kjj=Fp/yjj，kgj=Fp/ygj

工藝系統(tǒng)剛度的一般式為：kxt=1/(1/kjc+1/

kdj+1/kj+1/

kgj)若已知工藝系統(tǒng)各組成部分的剛度（即環(huán)節(jié)剛度），就可以求出工藝系統(tǒng)的剛度。3.機床部件剛度特點

機床結構復雜，組成的零部件多，各零部件之間有不同的聯(lián)接和運動方式，因而機床部件的剛度問題就比較復雜。它的計算至今還沒有合適的方法，需要通過實驗來測定。下圖為單向加載時車床剛度測定示意圖。主軸部件、尾座及刀架的變形可分別從千分表2、3和6讀出。

這種方法測得的y方向位移是背向力Fp作用下引起的變形。圖單向靜載測定車床剛度1－心軸2、3、6－千分表4－測力環(huán)5－螺旋加力器圖4－15車床刀架部件的剛度曲線Ⅰ－一次加載Ⅱ－二次加載Ⅲ－三次加載（1）機床部件剛度的特點1）背向力Fp與刀架變形ydj不是線性關系。2）加載曲線與卸載曲線不重合。3）加載曲線與卸載曲線不封閉（卸載后由于存在殘余變形，曲線回不到原點）。4）部件的實際剛度遠比按實體結構的估計值小。

圖4-15是以Fp為縱坐標，刀架變形ydj為橫坐標的某車床刀架部件的剛度實測曲線。實驗中進行了三次加載—卸載循環(huán)，由圖可以看出，機床部件的剛度曲線有以下特點：（2）影響機床部件剛度的因素

①連接表面間的接觸變形（圖示）②薄弱零件本身的影響（圖5－16）③接合面間的間隙④接合面間摩擦力的影響兩零件結合面間的接觸情況接觸剛度實驗研究表明，兩個相接觸的表面間受力作用時，兩表面的接觸變形y是表面壓強p的遞增函數(shù)（圖）。因此，機床部件接合表面間剛度可較確切地用接觸剛度來表示，即壓強的微分dp與位移的微分dy的比值稱為接觸剛度kjkj=dp/dy圖表面接觸變形與壓強的關系圖5－16機床部件剛度的薄弱環(huán)節(jié)a)溜板中的楔鐵b)軸承套（二）工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響1、切削力作用位置變化引起的加工誤差

根據(jù)材料力學的撓度計算公式，其切削點工件的變形量為：

yw=Fp(L-x)2x2/3EIL(5-18)

從上式的計算結果和車削的實際情況都可證實，切削后的工件呈鼓形，其最大直徑在通過軸線中點的橫截面內。1）工件細而長2）工件短而粗

即此時工藝系統(tǒng)剛度主要取決于機床剛度

當?shù)毒咔邢鞯焦ぜ娜我馕恢肅時（圖示），工藝系統(tǒng)的總變形y系統(tǒng)為：

yxt＝y(tǒng)x+y刀架

通過推證可知工藝系統(tǒng)在工件切削點處的變形量為:

y系統(tǒng)=Fp［1/k刀+1/k頭(L-x/L)2+1/k尾(x/L)2］(5-16)

可以看出:y系統(tǒng)=f(x)，是一個二次拋物線方程，變形大小隨刀具在x方向位置變化,使車出的工件呈拋物線形狀（圖5－20）。圖5－19工藝系統(tǒng)受力變形隨切削位置而變化圖5－20剛度變化造成工件誤差1－理想的工件形狀；2－k頭≠k尾時車出的工件形狀3）工藝系統(tǒng)剛度及總變形

綜合上述兩種情況，工藝系統(tǒng)的總變形量為式（5-16）和式（5-18）的疊加Y系統(tǒng)=Fp［1/k刀架+1/k頭(L-x/L)2+1/k尾(x/L)2+(L-x)2x2/3EIL］工藝系統(tǒng)的剛度為Kxt=Fp/yxt=1/［1/k刀架+1/k頭(L-x/L)2+1/k尾(x/L)2+(L-x)2x2/3EIL］可以看出Kxt=f(x)由于在工件加工的不同位置，Kxt不同，使加工后工件的徑向尺寸不同，從而產(chǎn)生形狀誤差。2、切削力大小變化引起的加工誤差（誤差復映）在加工過程中，由于工件加工余量或材料硬度不均勻，都會引起背向力的變化，從而使工藝系統(tǒng)受力變形不一致而產(chǎn)生加工誤差。以車削短圓柱工件外圓為例，如圖5-18所示。由于毛坯存在的圓度誤差△m=ap1-ap2引起了工件產(chǎn)生圓度誤差△w=y1-y2且△m越大，△w越大，這種由于工藝系統(tǒng)受力變形的變化而使毛坯橢圓形狀誤差復映到加工后工件表面的現(xiàn)象稱為“誤差復映”。毛坯誤差的復映工件余量或材料硬度不均勻，會引起切削力變化，使工藝系統(tǒng)受力變形發(fā)生變化，從而造成工件的尺寸誤差和形狀誤差。毛坯（余量、硬度）不均勻切削力變化變形變化尺寸和形狀誤差圖5－18毛坯形狀誤差復映以橢圓車削為例說明誤差復映可用誤差復映系數(shù)來表示：誤差復映：由于工藝系統(tǒng)受力變形量的變化，使毛坯誤差部分地反映到工件上，此種現(xiàn)象稱為“誤差復映”利用誤差復映系數(shù)可由毛坯誤差估算加工后的工件誤差機械加工中，誤差復映系數(shù)通常小于1，定量地反映了毛坯誤差經(jīng)加工后減小的程度。可通過多次走刀，消除誤差復映的影響。由以上分析，還可以把誤差復映概念做如下推廣：

a.在工藝系統(tǒng)彈性變形條件下,毛坯的各種誤差(圓度、圓柱度、同軸度、平直度誤差等),都會由于余量不均而引起切削力變化，并以一定的復映系數(shù)復映成工件的加工誤差。b.毛坯材料硬度的不均勻將使切削力產(chǎn)生變化,引起工藝系統(tǒng)受力變形的變化,從而產(chǎn)生加工誤差。而鑄件和鍛件在冷卻過程中的不均勻是造成毛坯硬度不均勻的根源。

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c.由于誤差復映系數(shù)通常小于1,多次加工后,減少很快,所以當工藝系統(tǒng)的剛度足夠時,只有粗加工時用誤差復映規(guī)律估算才有現(xiàn)實意義;在工藝系統(tǒng)剛度較低的場合,如鏜一定深度的小直徑孔、車細長軸和磨細長軸等,則誤差復映現(xiàn)象比較明顯,有時需要從實際反映的復映系數(shù)著手分析提高加工精度的途徑。返回本章目錄

d.在大批大量生產(chǎn)中,一般采用調整法加工。即刀具調到一定切削深度后,對同一批零件一次走刀加工到該工序所要求的尺寸。這時,毛坯的“尺寸分散”使每件毛坯的加工余量不等,而造成一批工件的“尺寸分散”。要使一批零件尺寸分散在公差范圍內,必須控制毛坯的尺寸公差。返回本章目錄通過提高導軌等結合面的刮研質量、形狀精度并降低表面粗糙度，都能增加接觸面積，有效地提高接觸剛度。預加載荷，也可增大接觸剛度加工細長軸時，采用中心架或跟刀架來提高工件的剛度。采用導套、導桿等輔助支承來加強刀架的剛度。對剛性較差的工件選擇合適的夾緊方法，能減小夾緊變形，提高加工精度采用塑料滑動導軌，其摩擦特性好，有效防止低速爬行，運行平穩(wěn)，定位精度高，具有良好的耐磨性、減振性和工藝性。此外，還有滾動導軌和靜壓導軌。（1）提高接觸剛度（2）提高零部件剛度減小受力變形（3）合理安裝工件減小夾緊變形4．減少摩擦防止微量進給時的“爬行”五、減小工藝系統(tǒng)受力變形的措施（5）合理使用機床（6）合理安排工藝，粗精分開（7）轉移或補償彈性變形減少工藝系統(tǒng)受力變形六、工藝系統(tǒng)熱變形引起的加工誤差（一）概述

工藝系統(tǒng)在各種熱源作用下，會產(chǎn)生相應的熱變形，從而破壞工件與刀具間正確的相對位置，造成加工誤差。

據(jù)統(tǒng)計，由于熱變形引起的加工誤差約占總加工誤差的40%~70%。工藝系統(tǒng)的熱變形不僅嚴重地影響加工精度，而且還影響加工效率的提高。實現(xiàn)數(shù)控加工后，加工誤差不能再由人工進行補償，全靠機床自動控制，因此熱變形的影響就顯得特別重要。工藝系統(tǒng)熱變形的問題已成為機械加工技術發(fā)展的一個重大研究課題。1.工藝系統(tǒng)的熱源電機、軸承、齒輪、油泵等工件、刀具、切屑、切削液氣溫、室溫變化、熱、冷風等熱源切削熱摩擦熱外部熱源內部熱源環(huán)境溫度熱輻射日光、照明、暖氣、體溫等2.工藝系統(tǒng)的熱平衡工藝系統(tǒng)受各種熱源的影響，其溫度會逐漸升高。同時，它們也通過各種傳熱方式向周圍散發(fā)熱量。

熱平衡當單位時間內傳入和散發(fā)的熱量相等時，工藝系統(tǒng)達到了熱平衡狀態(tài)。而工藝系統(tǒng)的熱變形也就達到某種程度的穩(wěn)定。

機床在開始工作的一段時間內，其溫度場處于不穩(wěn)定狀態(tài)，其精度也是很不穩(wěn)定的，工作一定時間后，溫度才逐漸趨于穩(wěn)定，其精度也比較穩(wěn)定。因此，精密加工應在熱平衡狀態(tài)下進行。在生產(chǎn)中，必須注意:（二）機床熱變形對加工精度的影響

機床熱變形會使機床的靜態(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、導軌、立柱、工作臺等部件的熱變形，對加工精度影響最大。各類機床其結構、工作條件及熱源形式均不相同，因此機床各部件的溫升和熱變形情況是不一樣的。1.車、銑、鉆、鏜類機床主軸箱中的齒輪、軸承摩擦發(fā)熱、潤滑油發(fā)熱。（圖）圖車床的熱變形2.龍門刨床、牛頭刨床、立式車床類機床導軌副的摩擦熱3.各種磨床砂輪主軸軸承的發(fā)熱和液壓系統(tǒng)的發(fā)熱（圖例）（圖例）牛頭刨床滑枕熱變形及結構改進示意圖a)原滑枕截面圖b)原滑枕熱變形示意圖c)滑枕熱對稱結構外園磨床的熱變形示意圖1－床身2－導軌3－工件4－砂輪5－砂輪架6－螺母（三）工件熱變形對加工精度的影響1.工件均勻受熱對于一些形狀簡單、對稱的零件，如軸、套筒等，加工時（如車削、磨削）切削熱能較均勻地傳入工件，工件熱變形量可按下式估算：△L=αL△t式中α——工件材料的熱膨脹系數(shù)，單位為1/℃；L——工件在熱變形方向的尺寸，單位為mm；△t——工件溫升，單位為℃。實例

在精密絲桿加工中，工件的熱伸長會產(chǎn)生螺距的累積誤差。在較長的軸類零件加工中，將出現(xiàn)錐度誤差。例如：在磨削400mm長的絲杠螺紋時，每磨一次溫度升高1℃，則被磨絲杠將伸長△L=1.17×10-5×400×1mm=0.0047mm而5級絲杠的螺距累積誤差在400mm長度上不允許超過5μm左右。因此，熱變形對工件加工精度影響很大。2.工件不均勻受熱在刨削、銑削、磨削加工平面時，工件單面受熱，上下平面間產(chǎn)生溫差，導致工件向上凸起，凸起部分被工具切去，加工完畢冷卻后，加工表面就產(chǎn)生了中凹，造成了幾何形狀誤差。圖例薄板磨削時的彎曲變形（四）刀具熱變形對加工精度的影響刀具熱變形主要是由切削熱引起的。切削加工時雖然大部分切削熱被切屑帶走，傳入刀具的熱量并不多，但由于刀具體積小，熱容量小，導致刀具切削部分的溫升急劇升高，刀具熱變形對加工精度的影響比較顯著。圖示為車削時車刀的熱變形與切削時間的關系曲線。曲線A——車刀連續(xù)工作時的熱伸長曲線；曲線B——切削停止后，車刀溫度下降曲線；曲線C——間斷切削的熱變形。圖車刀熱變形曲線τ1—刀具加熱至熱平衡時間τ2—刀具加熱至熱平衡時間τ0—刀具間斷切削至熱平衡時間（五）減少工藝系統(tǒng)熱變形的主要途徑1．減少發(fā)熱和隔離熱源分離熱源、采用隔熱措施，改善摩擦條件，減少熱量產(chǎn)生，如。有時可采用強制冷卻法，吸收熱源熱量，控制機床溫升和熱變形。合理安排工藝、粗精分開。1)采用熱對稱結構2)合理選擇機床零部件的安裝基準尋求各部件熱變形的規(guī)律建立熱變形位移數(shù)字模型并存入計算機中進行實時補償加工前使機床高速空轉，達到熱平衡時再切削加工1）減小溫差；2）均衡關鍵件的溫升，避免彎曲變形）恒溫車間、使用門簾、取暖裝置均勻布置；恒溫精度一般控制在±1℃以內，精密級較高的機床為±0.5℃。恒溫室平均溫度一般為20℃，在夏季取23℃，在冬季可取17℃2．均衡溫度場3．改進機床布局和結構設計4．保持工藝系統(tǒng)的熱平衡5．控制環(huán)境溫度6.熱位移補償七、工件殘余應力引起的加工誤差（一）內應力的產(chǎn)生及其對加工精度的影響什么是殘余應力殘余應力是指在沒有外部載荷的情況下，存在于工件內部的應力，又稱內應力。產(chǎn)生原因殘余應力是由金屬內部的相鄰宏觀或微觀組織發(fā)生了不均勻的體積變化而產(chǎn)生的，促使這種變化的因素主要來自熱加工或冷加工。在鑄造、鍛造、焊接及熱處理過程中，由于工件各部分冷卻收縮不均勻以及金相組織轉變時的體積變化，在毛坯內部就會產(chǎn)生殘余應力。(圖）1、毛坯制造中產(chǎn)生的殘余應力毛坯的結構越復雜，各部分壁厚越不均勻以及散熱條件相差越大，毛坯內部產(chǎn)生的殘余應力就越大。具有殘余應力的毛坯，其內部應力暫時處于相對平衡狀態(tài)，雖在短期內看不出有什么變化，但當加工時切去某些表面部分后，這種平衡就被打破，內應力重新分布，并建立一種新的平衡狀態(tài)，工件明顯地出現(xiàn)變形。鑄件殘余應力引起的變形圖示為一個內外壁厚相差較大的鑄件，在澆鑄后的冷卻過程中產(chǎn)生殘余應力的情況。2、冷校直引起的殘余應力現(xiàn)象原因在外力F的作用下，工件內部的應力重新分布，如圖4-31b所示，在軸心線以上的部分產(chǎn)生壓應力（用負號表示），在軸心線以下的部分產(chǎn)生拉應力（用正號表示）。在軸心線和兩條虛線之間，是彈性變形區(qū)域，在虛線以外是塑性變形區(qū)域。冷校直工藝方法是在一些長棒料或細長零件彎曲的反方向施加外力F以達到校直目的，如圖4-31a所示。影響措施當外力F去除后，彈性變形本可完全恢復，但因塑性變形部分的阻止而恢復不了，使殘余應力重新分布而達到平衡，如圖4-31c所示。對精度要求較高的細長軸（如精密絲杠），不允許采用冷校直來減小彎曲變形，而采用加大毛坯余量，經(jīng)過多次切削和時效處理來消除內應力，或采用熱校直。圖4－31冷校直引起的內應力3、切削加工中引起的殘余應力工件在切削加工時，其表面層在切削力和切削熱的作用下，會產(chǎn)生不同程度的塑性變形，引起體積改變，從而產(chǎn)生殘余應力。這種殘余應力的分布情況由加工時的工藝因素決定。內部有殘余應力的工件在切去表面的一層金屬后，殘余應力要重新分布，從而引起工件的變形。在擬定工藝規(guī)程時，要將加工劃分為粗、精等不同階段進行，以使粗加工后內應力重新分布所產(chǎn)生的變形在精加工階段去除。對質量和體積均很大的笨重零件，即使在同一臺重型機床進行粗精加工也應該在粗加工后將被夾緊的工作松開，使之有充足時間重新分布內應力，在使其充分變形后，然后重新夾緊進行精加工。切削加工磨削加工

產(chǎn)生內應力原因毛坯制造熱處理冷校直減少內應力引起變形的措施1．合理設計零件結構應盡量簡化結構，減小零件各部分尺寸差異，以減少鑄鍛件毛坯在制造中產(chǎn)生的殘余應力。2．增加消除殘余應力的專門工序對鑄、鍛、焊接件進行退火或回火；工件淬火后進行回火；對精度要求高的零件在粗加工或半精加工后進行時效處理（自然、人工、振動時效處理）

3．合理安排工藝過程

在安排零件加工工藝過程中，盡可能將粗、精加工分在不同工序中進行。

八、保證和提高加工精度的途徑1、直接減小或消除柔性工件受力變形以車細長軸為例：①采用跟刀架或中心架；②采用反向進給；③大主偏角大進給量，增大對工件的拉伸作用力；④采用伸縮性的彈性活頂尖。

⑤

在卡盤一端工件上車出一個縮頸d≈D/2。進給方向a)Fy進給方向Fy跟刀架活頂尖b)圖5－51通過導軌凸起補償橫梁變形2、人為制造誤差，抵消受力變形和誤差前后雙架“對刀”切削。Fy1LFy2FxFx精車刀半精車刀順牙倒牙粗車刀雙刀架對刀切削示意圖3、分組控制誤差分組控制誤差就是當毛坯精度太低，引起的定位誤差或復映誤差太大時，將坯件誤差均分成n組，每組坯件的誤差縮小為原來誤差的1/n。4、誤差轉移

誤差轉移法是把影響加工精度的原始誤差轉移到誤差不敏感的方向或者不影響加工精度的方向上。

例:zxβ△y方向垂直于紙面①轉塔車床的立刀安裝法②橫梁變形的轉移圖中為橫梁變形的轉移a)頭架頂尖“自磨自”

5、“就地加工”達到最終精度

方法：把各相關零件，部件先行裝配，使它們處于工作要求的相互位置，然后就地進行最終加工。目的：消除機器和部件裝配后累積誤差。返回本章目錄6、誤差平均法

誤差平均法是利用有密切聯(lián)系的表面之間的相互比較和相互修正，或者利用互為基準進行加工，以達到很高的加工精度。如配合精度要求很高的軸和孔，常用對研的方法來達到。所謂對研，就是配偶件的軸和孔互為研具相對研磨。在研磨前有一定的研磨量，其本身的尺寸精度要求不高，在研磨過程中，配合表面相對研擦和磨損的過程，就是兩者的誤差相互比較和相互修正的過程。一、加工誤差的性質常值誤差變值誤差在順序加工一批工件時，誤差的大小和方向保持不變者，稱為常值系統(tǒng)性誤差。如原理誤差和機床、刀具、夾具的制造誤差，一次調整誤差以及工藝系統(tǒng)因受力點位置變化引起的誤差等都屬常值系統(tǒng)誤差。在順序加工一批工件時，誤差的大小和方向呈有規(guī)律變化者，稱為變值系統(tǒng)性誤差。如由于刀具磨損引起的加工誤差，機床、刀具、工件受熱變形引起的加工誤差等都屬于變值系統(tǒng)性誤差。加工誤差隨機性誤差系統(tǒng)性誤差在順序加工一批工件時，誤差的大小和方向呈無規(guī)律變化者，稱為隨機性誤差。如加工余量不均勻或材料硬度不均勻引起的毛坯誤差復映，定位誤差及夾緊力大小不一引起的夾緊誤差，多次調整誤差，殘余應力引起的變形誤差等都屬于隨機性誤差第三節(jié)加工誤差的綜合分析不同性質的加工誤差解決途徑：①常值系統(tǒng)誤差—調整設備、檢修設備、誤差補償或抵消等。②變值系統(tǒng)誤差—連續(xù)補償或定期自動補償?shù)?。③隨機性誤差—減小毛坯誤差、提高工藝系統(tǒng)剛度、主動測量與閉環(huán)控制等。返回本章目錄二、加工誤差的統(tǒng)計分析方法實際分布曲線—對一批零件實際加工結果的統(tǒng)計曲線。理論分布曲線—數(shù)理統(tǒng)計中的正態(tài)分布曲線（高斯曲線）。1)實際分布曲線一批活塞銷孔,圖紙要求尺寸,對這批銷孔精鏜后,抽查100件,并按尺寸大小分組,每組的尺寸間隔為0.002mm見列表6-3。二、加工誤差的統(tǒng)計分析方法實際分布曲線—對一批零件實際加工結果的統(tǒng)計曲線。

1)實際分布曲線一批活塞銷孔,圖紙要求尺寸,對這批銷孔精鏜后,抽查100件,并按尺寸大小分組,每組的尺寸間隔為0.002mm

見列表5-2。組別尺寸范圍/mm中點尺寸(mm)組內工件數(shù)（m件）頻率m/n1

27.992～27.99427.9934

4/100227.994～27.99627.9951616/100327.996～27.99827.997

32

32/100427.998～28.00027.9993030/100528.000～28.00228.001

1616/100628.002～28.00428.003

22/100表5-2活塞銷孔直徑測量結果①分散范圍=最大孔徑—最小孔徑

=28.004－27.992=0.012mm②分散范圍中心(平均孔徑)