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1、3.1 概述 3.2 工艺系统的几何误差 3.3 工艺系统的受力变形 3.4 工艺系统热变形引起的加工误差 3.5 工件内应力引起的加工误差 3.6 保证加工精度的工艺措施第3章 机械加工精度加工精度是加工质量的重要组成部分和重要指标，它直接影响机器加工精度是加工质量的重要组成部分和重要指标，它直接影响机器 的工作性能和使用寿命。采取相应的工艺措施，确保零件的加工精度，的工作性能和使用寿命。采取相应的工艺措施，确保零件的加工精度， 是机械制造工艺学的重要内容。是机械制造工艺学的重要内容。3.1.13.1.1机械加工精度的概念机械加工精度的概念机械加工精度（简称加工精度）是指零件加工后的实际几何
2、参数（机械加工精度（简称加工精度）是指零件加工后的实际几何参数（ 尺寸、形状和相互位置）与理想几何参数的符合程度。实际几何参数与尺寸、形状和相互位置）与理想几何参数的符合程度。实际几何参数与 理想几何参数的偏离程度称为加工误差。加工误差是表示加工精度高低理想几何参数的偏离程度称为加工误差。加工误差是表示加工精度高低 的一个数量指标，一个零件的加工误差越小，则加工精度越高。的一个数量指标，一个零件的加工误差越小，则加工精度越高。在机械加工过程中，由于各种因素的影响，加工出来的零件不可能在机械加工过程中，由于各种因素的影响，加工出来的零件不可能 与理想的要求完全符合，总会产生一些偏差。从保证机器的
3、使用性能出与理想的要求完全符合，总会产生一些偏差。从保证机器的使用性能出 发，机械零件应具有足够的加工精度，但没有必要把每个零件都做得绝发，机械零件应具有足够的加工精度，但没有必要把每个零件都做得绝 对准确。设计时应根据零件在机器上的功能，将加工精度规定在一定的对准确。设计时应根据零件在机器上的功能，将加工精度规定在一定的 范围内是完全允许的。即加工精度的规定均以相应的标准公差值标注在范围内是完全允许的。即加工精度的规定均以相应的标准公差值标注在 零件图上，加工时只要零件的加工误差未超过其公差范围，就能保证零零件图上，加工时只要零件的加工误差未超过其公差范围，就能保证零 件的加工精度要求和工作
4、要求。件的加工精度要求和工作要求。3.1 概述返回下一页零件的加工精度包含尺寸精度、形状精度和位置精度。零件的尺寸零件的加工精度包含尺寸精度、形状精度和位置精度。零件的尺寸 精度主要通过试切法、调整法、定尺寸刀具法和自动控制法来获得；形精度主要通过试切法、调整法、定尺寸刀具法和自动控制法来获得；形 状精度则由机床精度或刀具精度来保证；位置精度主要取决于机床精度状精度则由机床精度或刀具精度来保证；位置精度主要取决于机床精度 、夹具精度和工件的安装精度。这三方面的精度既有区别，又有联系，、夹具精度和工件的安装精度。这三方面的精度既有区别，又有联系， 一般来说，形状精度应高于尺寸精度，而位置精度在大
5、多数情况下也应一般来说，形状精度应高于尺寸精度，而位置精度在大多数情况下也应 高于相应的尺寸精度。高于相应的尺寸精度。研究加工精度的目的，就是要分析影响加工精度的各种因素及其存研究加工精度的目的，就是要分析影响加工精度的各种因素及其存 在规律，从而找出减少加工误差，提高加工精度的合理途径。在规律，从而找出减少加工误差，提高加工精度的合理途径。3.1.23.1.2加工误差的来源和原始误差加工误差的来源和原始误差在机械加工中，机床、夹具、刀具和工件组成了一个完整的系统，在机械加工中，机床、夹具、刀具和工件组成了一个完整的系统， 称为工艺系统，加工精度问题也就涉及整个工艺系统的精度问题。由于称为工艺
6、系统，加工精度问题也就涉及整个工艺系统的精度问题。由于 工艺系统本身的结构和状态及加工过程中的物理现象产生的误差称为原工艺系统本身的结构和状态及加工过程中的物理现象产生的误差称为原 始误差。始误差。3.1 概述返回下一页上一页原始误差主要来源于两个方面。一方面是工艺系统本身的误差，包原始误差主要来源于两个方面。一方面是工艺系统本身的误差，包 括加工原理误差，机床、夹具、刀具的制造误差，工件的装夹误差等；括加工原理误差，机床、夹具、刀具的制造误差，工件的装夹误差等； 另一方面是加工过程中出现的载荷和各种干扰，包括工艺系统的受力变另一方面是加工过程中出现的载荷和各种干扰，包括工艺系统的受力变 形、
7、热变形、振动、磨损等引起的误差。形、热变形、振动、磨损等引起的误差。研究加工精度时，通常按照工艺系统误差的性质将其归纳为四个方研究加工精度时，通常按照工艺系统误差的性质将其归纳为四个方 面。面。（1 1）工艺系统的几何误差。）工艺系统的几何误差。（2 2）工艺系统的受力变形所引起的误差。）工艺系统的受力变形所引起的误差。（3 3）工艺系统的热变形所引起的误差。）工艺系统的热变形所引起的误差。（4 4）工件内应力变化所引起的误差。）工件内应力变化所引起的误差。上述各种误差因素，在机械加工过程中将对加工精度产生综合性作上述各种误差因素，在机械加工过程中将对加工精度产生综合性作 用。加工条件不同，误
8、差构成不同，不是在任何加工中所有误差因素都用。加工条件不同，误差构成不同，不是在任何加工中所有误差因素都 会同时出现。会同时出现。3.1 概述返回下一页上一页因此，在分析生产中的加工精度问题时，必须根据具体情况进行具因此，在分析生产中的加工精度问题时，必须根据具体情况进行具 体分析，找出产生加工误差的主要因素，采取有效的补救或预防措施来体分析，找出产生加工误差的主要因素，采取有效的补救或预防措施来 提高零件的加工精度。提高零件的加工精度。3.1 概述返回上一页工艺系统的几何误差包括加工原理误差、机床几何误差、刀具和夹工艺系统的几何误差包括加工原理误差、机床几何误差、刀具和夹 具的制造误差、工件
9、的装夹误差、调整误差以及工艺系统磨损所引起的具的制造误差、工件的装夹误差、调整误差以及工艺系统磨损所引起的 误差。误差。3.2.13.2.1加工原理误差加工原理误差加工原理误差是指采用了近似的成形运动或近似的刀刃轮廓进行加加工原理误差是指采用了近似的成形运动或近似的刀刃轮廓进行加 工而产生的误差。工而产生的误差。例如，滚齿加工用的齿轮滚刀，就有两种误差存在：一是刀刃轮廓例如，滚齿加工用的齿轮滚刀，就有两种误差存在：一是刀刃轮廓 近似造型误差，由于制造上的困难，采用了阿基米德基本蜗杆或法向直近似造型误差，由于制造上的困难，采用了阿基米德基本蜗杆或法向直 廓基本蜗杆代替渐开线基本蜗杆；二是由于滚刀
10、刀齿数有限，实际上加廓基本蜗杆代替渐开线基本蜗杆；二是由于滚刀刀齿数有限，实际上加 工出的齿形是一条折线，和理论的光滑渐开线有差异，这些都会产生原工出的齿形是一条折线，和理论的光滑渐开线有差异，这些都会产生原 理误差。又如，车削模数蜗杆时，由于蜗杆的螺距等于蜗轮的周节（即理误差。又如，车削模数蜗杆时，由于蜗杆的螺距等于蜗轮的周节（即 mm），其中），其中m m是模数，而是模数，而是一个无理数，但是车床的配换齿轮齿数是是一个无理数，但是车床的配换齿轮齿数是 有限的，选择配换齿轮时只能将有限的，选择配换齿轮时只能将化为近似的分数值计算，这就将引起化为近似的分数值计算，这就将引起 刀具相对于工件的成
11、形运动（螺旋运动）不准确，造成螺距误差。刀具相对于工件的成形运动（螺旋运动）不准确，造成螺距误差。3.2 工艺系统的几何误差返回下一页采用近似的成形运动或近似的刀刃轮廓，虽然会带来加工原理误差采用近似的成形运动或近似的刀刃轮廓，虽然会带来加工原理误差 ，但往往可以简化机床或刀具的结构，有时反而可以得到高的加工精度，但往往可以简化机床或刀具的结构，有时反而可以得到高的加工精度 ，并且能提高生产率和经济性。因此，只要其误差不超过规定的精度要，并且能提高生产率和经济性。因此，只要其误差不超过规定的精度要 求，在生产中仍得到广泛的应用。求，在生产中仍得到广泛的应用。3.2.23.2.2机床的几何误差机
12、床的几何误差机床的制造误差、安装误差、使用中的磨损等都会在加工中直接影机床的制造误差、安装误差、使用中的磨损等都会在加工中直接影 响刀具与工件的相互位置精度，造成加工误差。机床的几何误差主要包响刀具与工件的相互位置精度，造成加工误差。机床的几何误差主要包 括主轴回转误差、导轨导向误差和传动链误差。括主轴回转误差、导轨导向误差和传动链误差。1.1.主轴回转误差主轴回转误差机床的主轴是安装工件或刀具的基准，并把动力和运动传给工件或机床的主轴是安装工件或刀具的基准，并把动力和运动传给工件或 刀具。因此，主轴的回转精度是机床的重要精度指标之一，它是决定加刀具。因此，主轴的回转精度是机床的重要精度指标之
13、一，它是决定加 工表面几何形状精度、表面波度和表面粗糙度的主要因素。工表面几何形状精度、表面波度和表面粗糙度的主要因素。3.2 工艺系统的几何误差返回下一页上一页（1 1）主轴回转误差的基本形式。主轴回转时，由于主轴及其轴承在）主轴回转误差的基本形式。主轴回转时，由于主轴及其轴承在 制造及安装中存在误差，主轴的回转轴线在空间的位置不是稳定不变的制造及安装中存在误差，主轴的回转轴线在空间的位置不是稳定不变的 。主轴回转误差是指主轴实际回转轴线相对理论回转轴线的。主轴回转误差是指主轴实际回转轴线相对理论回转轴线的“漂移漂移”。 主轴回转误差可分为轴向窜动、径向跳动和角度摆动三种基本形式主轴回转误差
14、可分为轴向窜动、径向跳动和角度摆动三种基本形式( (图图3 3 2 2（a a）、（）、（b b）、（）、（c)c)）。）。轴向窜动：瞬时回转轴线沿平均回转轴线方向的漂移运动轴向窜动：瞬时回转轴线沿平均回转轴线方向的漂移运动( (图图3 32 2 （a a）) )。它主要影响所加工工件的端面形状精度而不影响圆柱面的形状。它主要影响所加工工件的端面形状精度而不影响圆柱面的形状 精度，如精度，如图图3 33 3所示。在加工螺纹时则影响螺距精度。所示。在加工螺纹时则影响螺距精度。径向跳动：瞬时回转轴线始终平行于平均回转轴线，但沿径向跳动：瞬时回转轴线始终平行于平均回转轴线，但沿y y轴和轴和z z
15、轴方向有漂移运动轴方向有漂移运动( (图图3 32 2（b b）) )，因此在不同横截面内，轴心的误差运，因此在不同横截面内，轴心的误差运 动轨迹都是相同的。径向漂移运动对加工精度的影响要看加工的具体情动轨迹都是相同的。径向漂移运动对加工精度的影响要看加工的具体情 况而定，如况而定，如图图3 34 4所示。在车削加工中对工件圆柱面的形状精度无影响所示。在车削加工中对工件圆柱面的形状精度无影响 ，而在镗床上镗孔时则对孔的形状精度有影响，如，而在镗床上镗孔时则对孔的形状精度有影响，如图图3 35 5所示。所示。3.2 工艺系统的几何误差返回下一页上一页角度摆动：瞬时回转轴线与平均回转轴线成一倾斜角
16、，但其交点角度摆动：瞬时回转轴线与平均回转轴线成一倾斜角，但其交点 位置固定不变的漂移运动位置固定不变的漂移运动( (图图3 32 2（c c）) )。因此，在不同横截面内，轴心。因此，在不同横截面内，轴心 的误差运动轨迹是相似的。角度摆动运动主要影响所加工工件圆柱面的的误差运动轨迹是相似的。角度摆动运动主要影响所加工工件圆柱面的 形状精度，同时对端面的形状精度也有影响。形状精度，同时对端面的形状精度也有影响。实际上，主轴回转运动误差的三种基本形式是同时存在的实际上，主轴回转运动误差的三种基本形式是同时存在的( (图图3 32 2（ d d）) )。故不同横截面内轴心的误差运动轨迹既不相同，又不相似，既影。故不同横截面内轴心的误差运动轨迹既不相同，又不相似，既影 响所加工工件圆柱面的形状精度，又影响端面的形状精度。响所加工工件圆柱面的形状精度，又影响端面的形状精度。（2 2）影响主轴回转精度的主要因素。）影响主轴回转精度的主要因素。主轴误差：主要包括主
