《機械制造技術(shù) 第2版》課件 -張善文 第3、4章 機床夾具設(shè)計原理、機械加工質(zhì)量

第一節(jié)概述

為了加工出符合規(guī)定技術(shù)要求的表面，在加工前需將工件裝夾在機床上或夾具中。

機床夾具是機床上用以裝夾工件（和引導(dǎo)刀具）的一種裝置。其作用是將工件定位，以使工件獲得相對于機床或刀具的正確位置，并把工件可靠地夾緊。（圖）

定位：使工件在機床或夾具中占有正確位置的過程。

夾緊：工件定位后將其固定，使其在加工過程中保持定位位置不變的操作。

圖4-2套筒鉆夾具

1－快換鉆套2－襯套3－鉆模板4－開口墊圈

5－螺母6－定位銷7－夾具體圖4-1套筒零件簡圖

1.保證加工精度

用機床夾具裝夾工件，能準確確定工件與刀具、機床之間的相對位置關(guān)系，可以保證加工精度。

2.提高生產(chǎn)效率

機床夾具能快速地將工件定位和夾緊，可以減少輔助時間，提高生產(chǎn)效率。

一、機床夾具的作用3.減輕勞動強度

機床夾具采用機械、氣動、液動夾緊裝置，可以減輕工人的勞動強度。

4.擴大機床的工藝范圍

利用機床夾具，能擴大機床的加工范圍。機床夾具1.按夾具的應(yīng)用分2.按機床類型分：車床夾具、鉆床夾具（示例）、銑床夾具（示例）、磨床夾具、鏜床夾具和組合機床夾具等。3.按夾具所用夾緊動力源分①通用夾具②專用機床夾具③組合夾具④成組夾具⑤隨行夾具二、機床夾具的分類三、專用機床夾具的組成

機床夾具組成1.定位元件２.夾緊裝置３.對刀元件、導(dǎo)向元件４.夾具聯(lián)接元件５.夾具體６.其他元件及裝置四、基準及其分類基準定位基準工序基準裝配基準測量基準設(shè)計基準工藝基準用于確定零件上其它點、線、面位置所依據(jù)的那些點、線、面。設(shè)計圖樣上所采用的基準就是設(shè)計基準。（圖）在加工時用于工件定位的基準，稱為定位基準。（圖）1、粗基準2、精基準3、輔助基準4、主要基準5、附加基準在加工中或加工后用來測量工件時采用的基準在裝配時用來確定零件或部件在產(chǎn)品中相對位置所采用的基準在工序圖上使用的基準。加工、測量、裝配過程中使用的基準。圖4-3設(shè)計基準示例圖齒輪的裝配基準圖4-4工序簡圖第二節(jié)工件在夾具中的定位設(shè)計合理的定位方法、定位裝置有足夠的定位精度

定位的任務(wù)一、定位的原理1.六點定位原理

用適當分布的六個支承點消除工件的六個自由度，使工件在夾具中位置完全確定，這個原理稱為六點定位原理。圖4-5六點定位原理XZY

六點定位原理

要確定其空間位置，就需要限制其6個自由度

將6個支承抽象為6個“點”，6個點限制了工件的6個自由度，這就是六點定位原理。

任何一個物體在空間直角坐標系中都有6個自由度——用表示2.定位元件與限制的自由度

在具體的夾具中，與工件為點接觸的支承點是由對工件起定位作用的定位元件如支承釘、支承板、圓柱銷等來體現(xiàn)的。一個定位元件可以體現(xiàn)一個或多個支承點。某一定位元件相當支承點的數(shù)目，由該定位元件限制的工件自由度數(shù)來判斷。（圖示）

常見定位方式中的定位元件所限制的自由度和相當?shù)闹С悬c數(shù)見表4.1。圖連桿的定位1－定位銷2－支承板3－圓柱銷4－工件

表4.1典型定位元件的定位分析

工件限制幾個、限制哪幾個自由度完全取決于加工技術(shù)要求。（圖示）限制自由度與加工技術(shù)要求的關(guān)系定位與夾緊的區(qū)別定位是工件在夾具中獲得正確的位置夾緊是保證定好的位置不因外力的作用而發(fā)生改變圖4.7完全定位與不完全定位工件的6個自由度均被限制，稱為完全定位。工件6個自由度中有1個或幾個自由度未被限制，稱為不完全定位。3.完全定位與不完全定位不完全定位主要有兩種情況：

①工件本身相對于某個點、線是完全對稱的，則工件繞此點、線旋轉(zhuǎn)的自由度無法被限制（即使被限制也無意義）。例如球體繞過球心軸線的轉(zhuǎn)動，圓柱體繞自身軸線的轉(zhuǎn)動等。

②工件加工要求不需要限制某一個或某幾個自由度。如加工平板上表面，要求保證平板厚度及與下平面的平行度，則只需限制3個自由度就夠了。完全定位與不完全定位ZYXa）ZYXb）ZYXc）ZYXd）e）ZYXf）ZYX圖工件應(yīng)限制的自由度欠定位——應(yīng)該消除的自由度沒有消除，不允許。過定位——幾個支承點重復(fù)限制某個自由度，一般不允許，應(yīng)用是有條件的。（圖）4.欠定位與過定位

正確配置支承點正確處理過定位提高工件定位表面與定位元件之間的位置精度；改變定位元件的結(jié)構(gòu)。（如圖）一般按三、二、一布置。主要定位表面受力面積越大越好。圖4.8常見的幾種過定位實例圖4.9改善過定位的措施

過定位是否允許，要視具體情況而定：1）如果工件的定位面經(jīng)過機械加工，且形狀、尺寸、位置精度均較高，則過定位是允許的。有時還是必要的，因為合理的過定位不僅不會影響加工精度，還會起到加強工藝系統(tǒng)剛度和增加定位穩(wěn)定性的作用。2）反之，如果工件的定位面是毛坯面，或雖經(jīng)過機械加工，但加工精度不高，這時過定位一般是不允許的，因為它可能造成定位不準確，或定位不穩(wěn)定，或發(fā)生定位干涉等情況。

過定位分析（桌子與三角架）圖過定位分析

過定位分析圖2-18過定位示例a）ZYXYc）ZYXYb）ZYYX

過定位分析圖2-19過定位示例XYa）ZYb）ZYXY

一面兩孔定位分析D1D2d2d1b圖2-20一面兩孔定位干涉分析刀柄主軸拉桿漲套

過定位應(yīng)用圖2-21HSK刀柄與傳統(tǒng)刀柄結(jié)構(gòu)HSK刀柄傳統(tǒng)刀柄1:107:24間隙主軸拉桿刀柄定位端面配合錐面

過定位討論如圖示，齒輪坯以內(nèi)孔和一小端面定位，車削外圓和大端面。加工后檢測發(fā)現(xiàn)大端面與內(nèi)孔垂直度超差。試分析原因，提出改進意見。4A0.02A間隙配合剛性心軸圖過定位示例圖過定位引起夾緊變形橡膠墊圖過定位處理分析

討論分析圖示定位方案：①各方案限制的自由度②有無欠定位或過定位③對不合理的定位方案提出改進意見。

b）XZYXc）XZYXa）YXZ圖過定位分析a）YXZa1）YXZa2）YXZa3）YXZ過定位示例分析b）XZYXb1）XZYXXZb2）YXXZb3）YX過定位示例分析應(yīng)該限制五個自由度：

2.六點定位原理應(yīng)用舉例1）在長方體工件上銑通槽2）在長方體工件上銑不通槽OXYZ應(yīng)該限制六個自由度：不完全定位完全定位應(yīng)該限制一個自由度：3）在球面上銑平面4）在車床上車外圓應(yīng)該限制四個自由度：不完全定位不完全定位OXYZ分析下列定位方案中各定位元件限制了那些自由度？1）車光軸外圓

2）車套筒外圓

起傳動作用，不起定位作用

起夾緊作用，不起定位作用1.固定支承（一）工件以平面定位常用定位元件支承釘支承板二、機床夾具定位元件圖4.10支承釘支承板

常用于大、中型工件的精基準面的定位。圖4.11支承板2.可調(diào)支承

主要用于工件的毛坯制造精度不高，而又以粗基準面定位的工序中。圖4.12可調(diào)支承3.自位支承

常用于毛坯表面、斷續(xù)表面、階梯表面以及有角度誤差的表面的定位。注意：自位支承只限制工件的一個自由度。圖4.13自位支承4.輔助支承

不起定位作用，用來提高工件的裝夾剛度和穩(wěn)定性，承受工件重力、夾緊力或切削力。圖4-14輔助支承1.定位銷

圖4-15固定式定位銷的結(jié)構(gòu)形式（二）工件以孔定位常用定位元件2.心軸剛性心軸

間隙配合心軸

過盈配合心軸

彈性心軸

小錐度心軸

工件裝卸方便，但定心精度不高。

定心精度高，但工件裝卸不方便。

不需另加夾緊裝置，小錐度心軸定心精度高。圖4-16定位心軸（三）工件以外圓定位常用定位元件1.V形塊

用V形塊定位時，對中性好，裝卸工件方便，且可用于非完整外圓表面的定位。長的V形塊限制工件四個自由度，短V形塊限制兩個自由度。

圖4-17V形塊的結(jié)構(gòu)尺寸圖V形塊的結(jié)構(gòu)形式2.定位套圖4-18定位套3．半圓孔圖4-19半圓孔定位裝置（四）工件以組合表面定位常用定位元件

在實際生產(chǎn)中，為滿足加工要求，有時采用幾個定位面相組合的方式進行定位。常見的組合形式有：兩頂尖孔、一端面一孔、一端面一外圓、一面兩孔等，與之相對應(yīng)的定位元件也是組合式的。加工誤差的構(gòu)成與要求1.加工誤差的構(gòu)成因素加工過程中的誤差Δgc夾具設(shè)計時一般?。憾ㄎ徽`差dw15~（13）T<三、定位誤差分析與計算與夾具有關(guān)的誤差△J△za△dw總加工誤差：

△總=△dw+△za+△gc2.加工誤差的控制要求△總＜T通常要求：△dw＜1/3T,

△za＜

1/3T,

△gc＜1/3T；

同批工件在夾具中定位時，工序基準位置在工序尺寸方向或加工要求方向上的最大變動量，稱定位誤差。

1.基準不重合誤差

由于工件的工序基準與定位基準不重合而引起的定位誤差，稱為基準不重合誤差。其值等于定位基準至工序基準的尺寸公差。（一）定位誤差及其產(chǎn)生原因設(shè)計基準

若本道工序的加工精度為δ，則只要δ≤δA2，即可滿足加工要求例：圖示零件加工臺階面切削平面δ（本道工序加工精度）（定位基準）設(shè)計基準定位基準若要滿足加工精度必須有：－稱為基準不重合誤差2）基準位移誤差

由于工件的定位表面或夾具上的定位元件制造不準確引起的定位誤差，稱為基準位移誤差。其值等于定位基準在加工尺寸方向的最大變動量。

ABDOO1dminDmaxAmaxOO2dmaxDminAminΔjwCΔjw

=（Dmax-dmin）/2二、定位誤差的計算

合成法極限位置法1）極限位置法

機械加工中，加工尺寸的大小取決于工序基準相對于刀具的位置。工序基準相對于刀具切削平面的兩個極限位置間的距離就是定位誤差。因此，計算定位誤差時，可先畫出工序基準相對于刀具的兩個極限位置，再根據(jù)幾何關(guān)系求出這兩個極限位置間的距離，便得到了定位誤差。2）合成法如果工序基準不在定位基面上，取+；如果工序基準在定位基面上，需具體分析：①分析定位基面直徑由小變大（或由大變?。r，定位基準的變動方向；②當定位基面直徑作同樣變化時，設(shè)定位基準的位置不變動，分析工序基準的變動方向；③兩者的變動方向相同時，取“+”，相反時取“-”。

先分別計算出基準不重合誤差和基準位移誤差。然后將兩項誤差合成。即：

Δdw=Δbc±ΔjwOO1O2HDminHminHmaxDmaxΔjwαBAT在ΔO2O1T中：O1T=O1B-O2A=（Dmax-Dmin

）=TDΔjw

=O1O2=圖4-22工件在V形塊上定位

圖4-22工件在V形塊上定位

△bc（h2）=Td/2

第三節(jié)工件在夾具中的夾緊一、夾緊裝置的組成和要求

由動力裝置和夾緊機構(gòu)兩大部分組成圖4-23夾緊裝置組成示例

1－氣缸（動力裝置）2－壓板（夾緊機構(gòu)）3－彈簧銷4－偏心輪5－調(diào)整螺釘1.夾緊裝置的組成2.夾緊裝置的基本要求（1）夾緊時不能破壞工件在夾具中占有的正確位置；（2）夾緊力要適當，既要保證工件在加工過程中不移動、不轉(zhuǎn)動、不振動，又不因夾緊力過大而使工件表面損傷、變形；（3）夾緊機構(gòu)的操作應(yīng)安全、方便、迅速、省力；（4）結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡單，制造、維修要方便。2）夾緊力的作用點應(yīng)位于工件剛性較好的部位（圖4-25）。1）夾緊力的作用點應(yīng)正對支承元件或位于支承元件所形成的支承平面內(nèi)（圖4-24）；3）夾緊力的作用點應(yīng)盡量靠近加工面，以減小切削力對夾緊點的力矩，防止或減小工件的加工振動或彎曲變形（圖）。1.確定夾緊力作用點的原則二、夾緊力的確定圖4-24夾緊力作用點的選擇1－夾具體2－工件3－定位支承圖4-25夾緊力作用點對工件變形的影響圖4-26夾緊點靠近加工表面2.確定夾緊力作用方向的原則1）夾緊力的方向應(yīng)使定位基面與定位元件接觸良好，以保證工件定位準確可靠（圖4-27）2）夾緊力的方向應(yīng)與工件剛度最大的方向一致，以減小工件變形（圖4-28）3）夾緊力的方向應(yīng)盡量與工件受到的切削力、重力等的方向一致，以減小夾緊力圖4-27夾緊力垂直指向主要支承面圖4-28夾緊力方向與工件剛性關(guān)系3.夾緊力的計算

一般采用機動（氣動、液動）夾緊裝置時，需對夾緊力進行計算，而采用手動夾緊機構(gòu)時，常根據(jù)經(jīng)驗或類比法確定所需的夾緊力。（三）典型夾緊機構(gòu)

夾緊機構(gòu)是夾緊裝置的重要組成部分，因為無論采用何種動力源裝置，都必須通過夾緊機構(gòu)將原始力轉(zhuǎn)化為夾緊力、各類機床夾具應(yīng)用的夾緊機構(gòu)多種多樣，以下介紹幾種利用機械摩擦實現(xiàn)夾緊，并可自鎖的典型夾緊機構(gòu)。1.斜楔夾緊特點：(1)有增力作用；(2)夾緊行程小；(3)結(jié)構(gòu)簡單，但操作不方便。斜楔夾緊的受力分析夾緊時，F(xiàn)Q、FJ、FR三力平衡。夾緊力：斜楔夾角的自鎖條件：通常為安全起見，取

工件夾緊后力FP消失，則斜楔應(yīng)能自鎖。

2.螺旋夾緊機構(gòu)特點：(1)夾緊結(jié)構(gòu)簡單，夾緊可靠，在加劇中得到廣泛應(yīng)用；(2)夾緊力比斜楔夾緊力大，螺旋夾緊行程不受限制，所以在手動夾緊中應(yīng)用極廣；(3)螺旋夾緊動作慢，輔助時間長，效率低，在實際生產(chǎn)中，螺旋一壓板組合夾緊比單螺旋夾緊用的更為普遍。圖6-31單個螺旋夾緊機構(gòu)圖4-32擺動壓塊圖4-33螺旋壓板夾緊機構(gòu)3.偏心夾緊機構(gòu)特點：由于圓偏心夾緊時的夾緊力小，自鎖性能不是很好，且夾緊行程小，故多用于切削力小，無振動，工件尺寸公差不大的場合，但是圓偏心夾緊機構(gòu)是一種快速夾緊機構(gòu)。

4.其它夾緊機構(gòu)圖4-35機械定心夾緊機構(gòu)圖4-36彈性定心夾緊機構(gòu)圖4-37鉸鏈夾緊機構(gòu)四.夾緊的動力裝置1.氣動夾緊1—霧化器2—減壓閥3—止回閥4—轉(zhuǎn)向閥

5—調(diào)速閥6—氣壓表7—氣缸

圖為單作用氣缸，夾緊靠氣壓頂緊，松開由彈簧推回，用于夾緊行程較短的情況?；钊趬嚎s空氣作用下產(chǎn)生的原始推動力。原始推動力：

右圖為雙作用氣缸，活塞的雙向移動均由壓縮空氣驅(qū)動，用于行程較大或往復(fù)均需動力推動的情況。

壓縮空氣進入無桿腔一側(cè)時，活塞桿的推力：壓縮空氣作用在有桿腔一側(cè)時，活塞桿的拉力：2.液壓夾緊特點：(1)工作壓力高，傳動力大，不需增力機構(gòu)，夾具結(jié)構(gòu)簡單；(2)油液不可壓縮，夾緊剛性大，工作平穩(wěn)，夾緊可靠；(3)噪聲小，勞動條件好。(4)適用于重力切削或加工大型工件時的多處夾緊。3.氣-液壓組合夾緊1—氣缸2—增壓缸3—活塞桿4—活塞桿5—工作缸6—活塞

由于，故增壓器輸出的油壓比輸入的氣壓增大倍（為總效率），這是它的主要優(yōu)點。其缺點是行程小。因油液容積不變，故活塞6的行程和活塞3的行程與相應(yīng)的活塞、活塞桿面積成反比，即第四節(jié)典型機床夾具一、鉆床夾具（一）鉆模的主要類型及其結(jié)構(gòu)特點1．固定式鉆模2．回轉(zhuǎn)式鉆模3．翻轉(zhuǎn)式鉆模4．滑柱式鉆模圖4-42固定式鉆模圖4-43回轉(zhuǎn)式鉆模（二）鉆床夾具設(shè)計要點1．鉆套圖4-44鉆套2．鉆模板（1）固定式鉆模板（2）鉸鏈式鉆模板（3）懸掛式鉆模板圖4-46鉸鏈式鉆模板圖4-47懸掛式鉆模板二、銑床夾具圖4-48對刀裝置圖4-49定位鍵聯(lián)接圖圖4-50銑床夾具三、車床夾具圖4-51車床專用夾具第四章機械加工質(zhì)量第一節(jié)概述

第二節(jié)影響加工精度的因素

第三節(jié)加工精度的統(tǒng)計分析

第四節(jié)提高加工精度的工藝措施

第五節(jié)影響表面質(zhì)量的因素

第六節(jié)提高表面質(zhì)量的途徑第一節(jié)概述一、機械加工精度

二、機械加工表面質(zhì)量

機械加工精度產(chǎn)品質(zhì)量是企業(yè)的生命線按現(xiàn)代質(zhì)量觀它包括設(shè)計質(zhì)量、制造質(zhì)量和服務(wù)質(zhì)量零件制造質(zhì)量是保證產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)(一)、加工精度的基本概念加工質(zhì)量指標分加工精度和加工表面質(zhì)量加工精度指零件加工后實際幾何參數(shù)(尺寸、形狀和位置)與理想幾何參數(shù)相符的程度。符合程度愈高，加工精度愈高。實際值與理想值之差稱為加工誤差。一、機械加工精度

零件的加工精度包括

尺寸精度、形狀精度、位置精度

通常尺寸精度要求高形位精度要求也越高常用加工誤差的大小來評價加工精度的高低加工誤差越小，加工精度越高獲得加工精度的方法

（1）獲得尺寸精度的方法

1）試切法用于單件小批生產(chǎn)

2）調(diào)整法用于成批大量生產(chǎn)

3）定尺寸刀具法生產(chǎn)率高，刀具制造復(fù)雜

4）自動控制法切削測量補償調(diào)整（2）獲得形狀精度的方法

1）軌跡法利用刀尖運動軌跡形成工件表面形狀

2）成形刀具法由刀刃的形狀形成工件表面形狀

3）展成法由切削刃包絡(luò)面形成工件表面形狀（3）獲得相互位置精度的方法主要由機床精度、夾具精度和工件的裝夾精度來保證

本章學習目的：

了解各種因素對加工精度的影響規(guī)律，找出提高加工精度的途徑，以保證零件的加工質(zhì)量。

原始誤差

加工前誤差加工中誤差加工后誤差調(diào)整誤差機床誤差刀具制造誤差夾具誤差加工原理誤差工件裝夾誤差工藝系統(tǒng)受力變形刀具磨損殘余應(yīng)力引起變形測量誤差工藝系統(tǒng)熱變形(二)、影響加工精度的因素圖5-3由δz引起的加工誤差原始誤差所引起的切削刃與工件間的相對位移，如果產(chǎn)生在加工表面的法線方向，則對加工誤差有直接的影響；如果產(chǎn)生在加工表面的切線方向上，就可以忽略不計。我們把加工表面的法向稱之為誤差的敏感方向。(三)誤差的敏感方向1）表面層的加工硬化2）表面層金相組織的變化3）表面層的殘余應(yīng)力（2）表面層的物理力學性能（1）表面的幾何形狀特征1）表面粗糙度微觀誤差波距＜1mm2）表面波度微觀與宏觀之間波距1～10mm（一）、概述1.表面質(zhì)量的基本概念二、機械加工表面質(zhì)量（二）.表面質(zhì)量對使用性能的影響（1）表面質(zhì)量對零件耐磨性的影響零件磨損三個階段：初期磨損階段正常磨損階段劇烈磨損階段一般來說表面粗糙度值越小耐磨性越好。但太小不易儲油接觸面發(fā)生分子粘接，磨損增加。表面加工硬化使表層硬度增加耐磨性提高。但硬化過度會使表層剝落，加快零件的磨損。表面金相組織的變化會導(dǎo)致表層硬度發(fā)生變化，影響零件的耐磨性。（2）表面質(zhì)量對疲勞強度的影響（4）表面質(zhì)量對配合質(zhì)量的影響（3）表面質(zhì)量對耐腐蝕性的影響表面粗糙度值越大，抗疲勞破壞能力越差；表面殘余拉應(yīng)力促使裂紋擴展，壓應(yīng)力阻止裂紋擴展；表層加工硬化適度會提高疲勞強度，過大易產(chǎn)生裂紋表面粗糙度值越大，抗腐蝕性越差；表層加工硬化及金相組織變化易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕開裂，降低零件腐蝕性，而壓應(yīng)力有利微裂紋閉合表面粗糙度值越大，零件配合精度越低。第二節(jié)影響加工精度的因素一、原理誤差

二、工藝系統(tǒng)的幾何誤差

三、加工過程誤差原始誤差

零件加工的誤差是由于工件與刀具在切削過程中相互位置發(fā)生變動而造成。工件和刀具安裝在夾具和機床上，工件、刀具、夾具、機床構(gòu)成了一個完整的工藝系統(tǒng)。工藝系統(tǒng)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。一、原理誤差（1）加工原理誤差

近似的成形運動或刃形所產(chǎn)生的誤差，多為形狀誤差（2）機床的誤差

1）主軸回轉(zhuǎn)誤差①主軸回轉(zhuǎn)誤差概念主軸回轉(zhuǎn)時實際回轉(zhuǎn)軸線與理想回轉(zhuǎn)軸線的偏移量

三種基本形式：

a.

純徑向跳動b.純角度擺動c.軸向竄動

二、工藝系統(tǒng)的幾何誤差②影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素

軸承本身誤差、軸承間隙、軸承間同軸度誤差，各段軸頸、軸孔的同軸度誤差主軸系統(tǒng)的剛度和熱變形等。

但它們對主軸回轉(zhuǎn)精度的影響大小隨加工方式而不同主軸采用滑動軸承的車床類，主軸受力方向一定，主軸頸圓度誤差影響較大，軸承內(nèi)徑圓度誤差沒影響鏜床主軸受力隨鏜刀旋轉(zhuǎn)方向不斷變化軸承孔誤差影響大滾動軸承結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響主軸精度因素也較復(fù)雜除軸承本身精度外，與配合件精度有很大關(guān)系如主軸軸頸、支承座孔等精度產(chǎn)生軸向竄動主要原因是主軸軸肩端面和軸承承載端面對主軸回轉(zhuǎn)軸線有垂直度誤差。主軸不同形式的回轉(zhuǎn)誤差引起的加工誤差不同車床上加工外圓內(nèi)孔時，主軸徑向跳動引起工件圓度和圓柱度誤差，對工件端面無影響；

軸向竄動對圓柱表面影響不大，對端面垂直度平面度影響大，車削螺紋時會造成導(dǎo)程的周期性誤差；

純角度擺動會造成車削外圓或內(nèi)孔的錐度誤差；在鏜孔時，會使鏜出的孔為橢圓形。純角度擺動會造成車削外圓或內(nèi)孔的錐度誤差；在鏜孔時，若工件進給會使鏜出的孔為橢圓形。提高主軸及支承座孔的加工精度，選用高精度軸承，提高主軸部件裝配精度、預(yù)緊和平衡等，提高主軸回轉(zhuǎn)精度。2）機床導(dǎo)軌誤差

導(dǎo)軌精度要求主要有以下三方面：

①在水平面內(nèi)的直線度（以臥式車床為例）Δ1將直接反映在工件加工表面法線方向（誤差敏感方向）上，誤差ΔR=Δ1

，對加工精度影響最大。刀尖在水平面內(nèi)的運動軌跡造成工件軸向形狀誤差。②在垂直面內(nèi)的直線度

Δ２對工件的尺寸和形狀誤差影響比Δ1小得多對臥式車床ΔR≈Δ22/D若設(shè)Δ2=

0.1mm,D=40mm，則ΔR

=0.00025mm，影響可忽略不計。而對平面磨床、龍門刨床誤差將直接反映在工件上。導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度的特殊情況為斜坡狀，加工的工件軸向形狀為鞍形。③前后導(dǎo)軌的平行度（扭曲）臥式車床或外圓磨床若前后導(dǎo)軌存在平行度誤差時，刀具和工件之間相對位置發(fā)生變化，刀尖運動軌跡是一條空間曲線，使工件產(chǎn)生形狀誤差。

若扭曲誤差為Δ3,工件誤差ΔR≈(H/B)Δ3

，一般車床H/B≈2/3，外圓磨床H/B≈1，誤差對加工精度影響很大除導(dǎo)軌制造誤差外，導(dǎo)軌的不均勻磨損和安裝質(zhì)量，也是造成導(dǎo)軌誤差的重要因素。導(dǎo)軌磨損是機床精度下降的主要原因之一?？刹捎媚湍ズ辖痂T鐵、鑲鋼導(dǎo)軌、貼塑導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌導(dǎo)軌表面淬火等措施。３）機床傳動鏈誤差

指機床內(nèi)傳動鏈始末兩端的傳動元件間相對運動的誤差，一般用傳動鏈末端元件的轉(zhuǎn)角誤差來衡量。產(chǎn)生的原因是傳動鏈中各傳動元件的制造誤差、裝配誤差及磨損等。若傳動齒輪i在某一時刻產(chǎn)生轉(zhuǎn)角誤差為Δφi，則它所造成傳動鏈末端元件的轉(zhuǎn)角誤差：Δφwi

=Ki

Δφi

Ki

為該軸到末端元件的總傳動比，稱為誤差傳遞系數(shù)，若Ki大于1則誤差被擴大；反之，若Ki小于1誤差被縮小。各傳動件對工件精度影響的總和為：

Δφ∑=∑Δφwi=

∑Ki

Δφi減少傳動鏈誤差的措施：①盡可能縮短傳動鏈，減少傳動元件數(shù)目；②盡量采用降速傳動，誤差被縮??；③提高傳動元件、特別是末端元件的制造和裝配精度；④消除傳動間隙；⑤采用誤差補償機構(gòu)或自動補償裝置。（3）刀具的幾何誤差

包括刀具切削部、裝夾部的制造誤差及刀具安裝誤差①

定尺寸刀具刀具尺寸精度直接影響工件尺寸精度②成形刀具刀具形狀精度直接影響工件形狀精度③展成刀具刀刃形狀精度會影響工件加工精度④一般刀具制造精度對工件加工精度無直接影響（4）夾具的幾何誤差

包括夾具制造誤差、安裝誤差及磨損

對工件尺寸精度和位置精度影響很大（5）定位誤差

包括基準不重合誤差、定位副制造不準確誤差

直接影響工件的尺寸精度和位置精度（6）調(diào)整誤差

在工序的調(diào)整工作中所存在的誤差即調(diào)整誤差一次調(diào)整后存在的誤差對這一批零件的影響是不變的。但大批量加工中存在多次調(diào)整，不可能每次完全相同。對全部零件來說，每次調(diào)整誤差為偶然性誤差。機床調(diào)整誤差可理解為零件尺寸分布曲線中心的最大偏移量。加工中不產(chǎn)生廢品的條件：Δfb+Δt≤T機械加工工藝系統(tǒng)在切削力、夾緊力、慣性力、重力、傳動力等的作用下，會產(chǎn)生相應(yīng)的變形，從而破壞了刀具和工件之間的正確的相對位置，使工件的加工精度下降。1.基本概念圖5-12受力變形對工件精度的影響

a)車長軸b)磨內(nèi)孔三、加工過程誤差（一）、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差工藝系統(tǒng)中如果工件剛度相對于機床、刀具、夾具來說比較低，在切削力的作用下，工件由于剛性不足而引起的變形對加工精度的影響就比較大，其最大變形量可按材料力學有關(guān)公式估算。2.工件剛度外圓車刀在加工表面法線（y）方向上的剛度很大，其變形可以忽略不計。鏜直徑較小的內(nèi)孔，刀桿剛度很差，刀桿受力變形對孔加工精度就有很大影響。3.刀具剛度(1)機床部件剛度圖5-14車床部件靜剛度的測定

1—心軸2、3、6—千分表

4—測力環(huán)5—螺旋加力器4.機床部件剛度圖5-15車床刀架部件的剛度曲線1—加載曲線2—卸載曲線(2)影響機床部件剛度的因素由于零件表面存在宏觀幾何形狀誤差和微觀幾何形狀誤差，結(jié)合面的實際接觸面積只是名義接觸面積的一小部分(圖所示)，在外力作用下，實際接觸區(qū)的接觸應(yīng)力很大，產(chǎn)生了較大的接觸變形。1)結(jié)合面接觸變形的影響圖5-16兩零件結(jié)合面間的接觸情況4.機床部件剛度2)摩擦力的影響圖5-17摩擦力對機床部件剛度的影響4.機床部件剛度

3)低剛度零件的影響在機床部件中，個別薄弱零件對剛度的影響很大。

4)間隙的影響機床部件在受力作用時，首先消除零件間在受力作用方向上的間隙，這會使機床部件產(chǎn)生相應(yīng)的位移。4.機床部件剛度(1)由于工藝系統(tǒng)剛度變化引起的誤差5.工藝系統(tǒng)剛度及其對加工精度的影響圖5-18車削外圓時工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響(2)由于切削力變化引起的誤差在加工過程中，由于工件的加工余量發(fā)生變化、工件材質(zhì)不均等因素引起的切削力變化，使工藝系統(tǒng)變形發(fā)生變化，從而產(chǎn)生加工誤差。圖5-19毛坯形狀誤差的復(fù)映5.工藝系統(tǒng)剛度及其對加工精度的影響(3)由于夾緊變形引起的誤差

(4)其他作用力的影響除上述因素外，重力、慣性力、傳動力等也會使工藝系統(tǒng)的變形發(fā)生變化，引起加工誤差。圖5-21夾緊力引起的加工誤差a)夾緊后b)鏜孔后c)放松后d)加過渡環(huán)后夾緊5.工藝系統(tǒng)剛度及其對加工精度的影響

(1)提高工藝系統(tǒng)剛度

1)提高工件和刀具的剛度

2)提高機床剛度

3)采用合理的裝夾方式和加工方式

(2)減小切削力及其變化合理地選擇刀具材料、增大前角和主偏角、對工件材料進行合理的熱處理以改善材料的加工性能等，都可使切削力減小。6.減小工藝系統(tǒng)受力變形的途徑

1)切削熱切削熱對工件加工精度的影響最為直接。

2)摩擦熱和能量損耗工藝系統(tǒng)因運動副(如齒輪副、軸承副、導(dǎo)軌副、螺母絲杠副、離合器等)相對運動所生摩擦熱和因動力源(如電動機、液壓系統(tǒng)等)工作時的能量損耗而發(fā)熱。

3)派生熱源工藝系統(tǒng)內(nèi)部的部分熱量通過切屑、切削液、潤滑液等帶到機床其它部位，使系統(tǒng)產(chǎn)生熱變形。（二）、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差1.工藝系統(tǒng)的熱源

(1)內(nèi)部熱源內(nèi)部熱源來自工藝系統(tǒng)內(nèi)部，其熱量主要是以熱傳導(dǎo)的形式傳遞的。

(2)外部熱源外部熱源來自工藝系統(tǒng)外部。

1)環(huán)境溫度以對流傳熱為主要傳遞形式的環(huán)境溫度的變化(如氣溫的變化，人造冷、熱風，地基溫度的變化等)影響工藝系統(tǒng)的受熱均勻性，從而影響工件的加工精度。

2)輻射熱以輻射傳熱為傳遞形式的輻射熱(如陽光、燈光照明、取暖設(shè)備、人體溫度等)因其對工藝系統(tǒng)輻射的單面性或局部性而使工藝系統(tǒng)的熱變形發(fā)生變化，從而影響工件的加工精度。2.工件熱變形對加工精度的影響工件在機械加工中所產(chǎn)生的熱變形，主要是由切削熱引起的。

(1)工件均勻受熱在加工像軸類等一些形狀簡單的工件時，如果工件處在相對比較穩(wěn)定的溫度場中，此時就認為工件是均勻受熱。

(2)工件不均勻受熱在銑、刨、磨平面時，工件單面受切削熱作用，上下表面之間形成溫差△θ，導(dǎo)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。3.刀具熱變形對加工精度的影響刀具熱變形的熱源主要是切削熱。圖5-25車刀的熱變形曲線

4.機床熱變形對加工精度的影響由于機床熱源分布的不均勻、機床結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及機床工作條件的變化很大等原因，機床各個部件的溫升是不相同的，甚至同一個零件的各個部分的溫升也有差異，這就破壞了機床原有的相互位置關(guān)系。圖5-26車床的熱變形5.減小工藝系統(tǒng)熱變形的途徑(1)減少發(fā)熱和隔熱(2)改善散熱條件(3)均衡溫度場(4)改進機床結(jié)構(gòu)(5)加快溫度場的平衡(6)控制環(huán)境溫度

沒有外力作用而存在于零件內(nèi)部的應(yīng)力，稱為內(nèi)應(yīng)力。工件上一旦產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力之后，就會使工件金屬處于一種高能位的不穩(wěn)定狀態(tài)，它本能地要向低能位的穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)化，并伴隨有變形發(fā)生，從而使工件喪失原有的加工精度。（三）、內(nèi)應(yīng)力重新分布引起的誤差1.基本概念2.內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生

在鑄、鍛、焊、熱處理等工序中由于工件壁厚不均、冷卻不均、金相組織的轉(zhuǎn)變等原因，使工件產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。(1)熱加工中內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生圖5-32鑄件因內(nèi)應(yīng)力而引起的變形(2)冷校直產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力圖5-33校直引起的內(nèi)應(yīng)力2.內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生3.減小內(nèi)應(yīng)力變形誤差的途徑

(1)改進零件結(jié)構(gòu)在設(shè)計零件時，盡量做到壁厚均勻，結(jié)構(gòu)對稱，以減少內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生。

(2)增設(shè)消除內(nèi)應(yīng)力的熱處理工序鑄件、鍛件、焊接件在進入機械加工之前，應(yīng)進行退火、回火等熱處理，加速內(nèi)應(yīng)力變形的進程；對箱體、床身、主軸等重要零件，在機械加工工藝中尚需適當按排時效處理工序。

(3)合理安排工藝過程粗加工和精加工宜分階段進行，使工件在粗加工后有一定的時間來松弛內(nèi)應(yīng)力。

1.機械加工過程中的強迫振動

機械加工中的強迫振動與一般機械中的強迫振動沒有什么區(qū)別，強迫振動的頻率與干擾力的頻率相同或是它的倍數(shù)。強迫振動的振源有來自機床內(nèi)部的機內(nèi)振源和來自機床外部的機外振源兩大類。（一）、機械加工過程中的強迫振動（四）、機械加工過程中的振動2.機械加工過程中強迫振源的查找方法圖5-50振動信號的時間歷程圖和頻譜圖第一步可對在加工現(xiàn)場拾取的振動信號(見圖a)進行頻譜分析，以確定強迫振動的頻率成分(如圖b中的f1、f2)；第二步對機床加工中所有可能出現(xiàn)的強迫振源頻率進行估算，列出振源頻率數(shù)據(jù)表備查；第三步將經(jīng)過頻譜分析得到的強迫振動的頻率與振源頻率數(shù)據(jù)表進行比較，找出產(chǎn)生強迫振動的振源；第四步通過試驗來驗證上面所找的振源是否正確。

1)機械加工中的自激振動是在沒有周期性外力(相對于切削過程而言)干擾下所產(chǎn)生的振動運動，這一點與強迫振動有原則區(qū)別。

2)自激振動的頻率接近于系統(tǒng)的某一固有頻率，或者說，顫振頻率取決于振動系統(tǒng)的固有特性。這一點與強迫振動根本不同，強迫振動的頻率取決于外界干擾力的頻率。

3)自由振動受阻尼作用將迅速衰減，而自激振動卻不因有阻尼存在而衰減為零。（二）、機械加工過程中的自激振動(顫振)1.機械加工過程中的自激振動2.機械加工過程中產(chǎn)生自激振動的條件如果在一個振動周期內(nèi)，振動系統(tǒng)從電動機獲得的能量大于振動系統(tǒng)對外界做功所消耗的能量，若兩者之差剛好能克服振動時阻尼所消耗的能量，則振動系統(tǒng)將有等幅振動運動產(chǎn)生。圖5-53車削外圓單自由度振動系統(tǒng)模型3.機械加工過程中自激振動的激振機理在金屬切削過程中，除極少數(shù)情況外，刀具總是部分地或完全地在帶有波紋的表面上進行切削的。首先來研究車刀作徑向切削的情況，此時車刀只作橫向進給，車刀將完全地在工件前一轉(zhuǎn)切削時留下的波紋表面上進行切削，如圖所示。(1)振紋再生原理圖5-54自由正交切削(2)振型藕合原理圖5-57振型耦合型顫振原理示意圖實際振動系統(tǒng)一般都是多自由度系統(tǒng)。3.機械加工過程中自激振動的激振機理（三）、控制機械加工振動的途徑1.消除或減弱產(chǎn)生振動的條件(1)消除或減弱產(chǎn)生強迫振動的條件1)減小機內(nèi)外干擾力2)調(diào)整振源頻率3)采取隔振措施(2)消除或減弱產(chǎn)生自激振動的條件1)減小重疊系數(shù)2)減小切削剛度3)增加切削阻尼1.消除或減弱產(chǎn)生振動的條件(3)調(diào)整振動系統(tǒng)小剛度主軸的位置圖5-60削扁錘桿1.消除或減弱產(chǎn)生振動的條件

(1)高工藝系統(tǒng)的剛度

提高工藝系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)的剛度，可以有效地提高機床加工系統(tǒng)的穩(wěn)定性。增強聯(lián)接結(jié)合面的接觸剛度、對滾動軸承施加預(yù)載荷、加工細長工件外圓時采用中心架或跟刀架、鏜孔時對鏜桿設(shè)置鏜套等措施，都可以提高工藝系統(tǒng)的剛度。

(2)增大工藝系統(tǒng)的阻尼

工藝系統(tǒng)的阻尼主要來自零件材料的內(nèi)阻尼、結(jié)合面上的摩擦阻尼以及其它附加阻尼。2.工藝系統(tǒng)的動態(tài)特性3.各種消振減振裝置(1)動力式減振器圖5-62動力式減振器

1—橡皮圈2—橡皮墊3—主振系統(tǒng)質(zhì)量m1

4—彈簧阻尼元件5—附加質(zhì)量m1

(2)摩擦式減振器圖5-63裝在車床尾座上的摩擦減振器1—后頂尖2—填料圈3—尾座套筒3.各種消振減振裝置(3)沖擊式減振器圖5-64沖擊式減振鏜桿和鏜刀3.各種消振減振裝置第三節(jié)加工精度的統(tǒng)計分析一、加工誤差的性質(zhì)

二、加工誤差的統(tǒng)計分析加工誤差的分類1）系統(tǒng)誤差

常值系統(tǒng)誤差：原理機床刀夾量具制造調(diào)整誤差變值系統(tǒng)誤差：機床刀具熱變形、刀具磨損2）隨機誤差:誤差復(fù)映定位夾緊操作誤差內(nèi)應(yīng)力變形對系統(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一、加工誤差的性質(zhì)

1）正態(tài)分布的數(shù)學模型、特征參數(shù)和特殊點

正態(tài)分布曲線方程兩個特征參數(shù)：算術(shù)平均值x和標準偏差σ二、加工誤差的統(tǒng)計分析正態(tài)分布的特殊點①處概率密度函數(shù)有最大值②x=x±σ處為拐點2）標準正態(tài)分布

=0，σ=1

實際生產(chǎn)中為非標準正態(tài)分布需轉(zhuǎn)換

令z=(x-)/σxxx即圖中陰影面積可利用概率密度積分表計算3）工件尺寸在某區(qū)間內(nèi)的概率工件尺寸落在

±3σ范圍內(nèi)的概率為99.73%若尺寸分布中心與公差中心重合，不產(chǎn)生廢品的條件是：T≥6σ

Q廢=0.5–φ(x)若中心不重合存在常值系統(tǒng)誤差Δ系，T≥6σ＋Δ系x工藝過程的分布圖分析（1）工藝過程的穩(wěn)定性指均值和標準差穩(wěn)定不變的性能，取決于變值系統(tǒng)誤差（2）工藝過程分布圖分析

制作分布圖了解質(zhì)量指標分布、加工能力、是否有廢品

1）樣本容量的確定通常取n=50～2002）樣本數(shù)據(jù)整理與計算

剔除異常數(shù)據(jù)，確定尺寸分散范圍R、尺寸間隔數(shù)j、

區(qū)間寬度Δx3）繪制實際分布圖

縱坐標為頻數(shù)：同間隔尺寸工件數(shù)目

4）繪制理論分布圖

縱坐標將概率密度轉(zhuǎn)換成頻數(shù)，分散范圍±3σ

理論最大頻數(shù)f′max=ymaxn

Δx

對應(yīng)x=處

拐點處頻數(shù)f′σ=yσn

Δx

對應(yīng)x=±σ處xx5）工藝過程分布圖分析

①判斷加工誤差性質(zhì)系統(tǒng)誤差、隨機誤差②確定工序能力及等級

工序能力系數(shù)Cp指滿足加工精度的程度Cp=T/6σ③確定不合格率

（2）分布圖分析法特點

1）采用大樣本，較接近實際地反映工藝過程總體；

2）能將常值系統(tǒng)誤差從誤差中區(qū)分開；

3）在全部樣本加工后繪出曲線，不能反映先后順序，不能將變值系統(tǒng)誤差從誤差中區(qū)分開；

4）不能及時提供工藝過程精度的信息，事后分析；

5）計算復(fù)雜，只適合工藝過程穩(wěn)定的場合。點圖分析法計算簡單，能及時提供主動控制信息，可用于穩(wěn)定過程、也可用于不穩(wěn)定過程。工藝過程的點圖分析（1）逐點點圖依次測量每件尺寸記入橫坐標為零件號縱為尺寸的圖表中（2）均值-極差點圖

采用順序小樣本（4～6），由小樣本均值點圖和極差點圖組成，橫坐標為小樣本組序號。具體作法如下：①定期測小樣本尺寸；②計算均值和極差R：

R=xmax-xmin

③確定中心線和R小樣本組20～30④確定上下控制線ES、EI

、UCL、LCL，定期描點xx均值點圖上下控制線的確定：極差點圖上下控制線的確定：均值點圖反映了質(zhì)量指標分布中心(系統(tǒng)誤差)的變化極差點圖反映了質(zhì)量指標分布范圍(隨機誤差)的變化（3）均值-極差點圖分析

生產(chǎn)過程穩(wěn)定的標志：①沒有點子超出控制線；②大部分點在中線附近波動，小部分點在控制線附近；③點子無明顯規(guī)律性