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1、第十六章第十六章 机械加工精度和表面质量机械加工精度和表面质量优质、高产、低消耗是企业发展的必由之路。优质就是高的产品质量。高产就是生产效率高。低消耗就是成本低。产品的质量与零件的加工质量、产品的装配质 量密切相关，而零件的加工质量是保证产品质量的 基础。它包括零件的加工精度和表面质量两方面。零件的加工精度包括尺寸精度、形状精度和相 互位置精度。 第一节 机械加工精度概 述一、加工精度与加工误差加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、 形状及各表面相互位置等参数）与理想几何参数的符合程 度。符合程度越高，加工精度就越高。反之，越低。 理想几何参数表面绝对平面、圆柱面等；位置绝对平行、垂直、
2、同 轴等； 尺寸位于公差带中心。1.加工精度加工误差是指零件加工后的实际几何参数对 理想几何参数的偏离程度，所以，加工误差的大 小反映了加工精度的高低。实际加工时不可能也没有必要把零件做得与理想零 件完全一致，而总会有一定的偏差，即加工误差。只要 这些误差在规定的范围内，即能满足机器使用性能的要 求。2.加工误差二、尺寸、形状和位置精度间的关系独立原则是处理形位公差和尺寸公差关系的基本原 则，即尺寸精度和形位精度按照使用要求分别满足；在 一般情况下，尺寸精度高，其形状和位置精度也高；通 常，零件的形状误差约占相应尺寸公差的3050； 位置误差约为尺寸公差的6585。三、获得加工精度的方法1.获
3、得尺寸精度的方法试切法定尺寸刀具法调整法自动控制法2. 获得形状精度的方法刀尖轨迹法成形刀具法展成法3. 获得位置精度的方法直接找正划线找正夹具定位四、原始误差由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺系统 的误差是工件产生加工误差的根源。我们把工艺系统的各 种误差称之为原始误差。 原始误差的种类工艺系统的几何误差 工艺系统受力变形引起的误差 工艺系统热变形引起的误差 工件的残余应力引起的误差 进给系统位移误差等原始误差是产生加工误差的根源，它包括：工艺系统静误差主轴回转误差 导轨误差 传动链误差一般刀具 定尺寸刀具 成形刀具 展成法刀具 试切法 调整法外力作用点变化 外力方向变化 外力大小变
4、化机床几何误差工艺系统几何误差原理误差调整误差测量误差定位误差工艺系统动误差工艺系统力变形工艺系统热变形工艺系统内应力变形刀具几何误差夹具几何误差机床热变形 工件热变形 刀具热变形四、研究机械加工精度的方法分析计算法统计分析法是在掌握各种原始误差对加工精 度影响规律的基础上，分析工件加工 中所出现的误差可能是哪一种或哪几 种主要原始误差所引起的，并找出原 始误差与加工误差之间的影响关系， 通过估算来确定工件加工误差的大小 ，再通过试验测试来加以验证。是对具体加工条件下得到的几何 参数进行实际测量，然后运用数理统 计学方法对这些测试数据进行分析处 理，找出工件加工误差的规律和性质 ，进而控制加工
5、质量。 加工精度尺寸精度 形状精度 位置精度 加工误差与理想零件的偏离 加工精度的另一描述 工艺系统机床 刀具 夹具 工件 原始误差工艺系统的误差 产生加工误差的根源 包括工艺系统静误差、动误差 研究加工精度方法研究加工精度方法分析计算法 统计分析法第二节 影响加工精度的因素一、原理误差原理误差是指由于采用了近似的加工方法、近似的成 形运动或近似的刀具轮廓而产生的误差。例如滚齿用的齿轮滚刀，就有两种误差，一是为了制造方便，采 用阿基米德蜗杆代替渐开线基本蜗杆而产生的刀刃齿廓近似造形误差； 二是由于滚刀切削刃数有限，切削是不连续的，因而滚切出的齿轮齿形 不是光滑的渐开线，而是折线。成形车刀、成形
6、铣刀也采用了近似的刀具轮廓。采用近似的成形运动和刀具刃形，不但可以简化机床或刀具的结构 ，而且能提高生产效率和加工的经济效益。二、机床几何误差机床几何误差的来源机床制造磨损安装机床几何误差的组成主轴回转误差导轨误差传动链误差机床的几何误差组成机床几何误差机床传动链误差机床主轴回转误差机床导轨误差轴向窜动 径向跳动 角度摆动水平面内直线度 垂直面内直线度 前后导轨的平行度内联传动链始末两 端传动元件间相对 运动误差1、机床导轨误差机床导轨是机床中确定某些主要部件相对位置的 基准，也是某些主要部件的运动基准。 机床导轨误差的基本形式水平面内的直线度垂直面内的直线度前后导轨的平行度 （扭曲）现以卧式
7、车床为例，说明导轨误差是怎样影响工件 的加工精度的。（1）导轨在水平面内直线度误差的影响当导轨在水平面内的直线度误差为y时,引起工件在 半径方向的误差为（图49）：R=y 由此可见：床身导轨在水平面内如果有直线度误差，使工件 在纵向截面和横向截面内分别产生形状误差和尺寸误差。 当导轨向后凸出时，工件上产生鞍形加工误差；当导轨向前凸出时，工件上产生鼓形加工误差。YYoDR水平面导轨水平面内直线度图49 导轨在水平面内直线度误差床身导轨在垂直面内有直线度误差（图4-10），会引起 刀尖产生切向位移Z，造成工件在半径方向产生的误差为 ：RZ2/d（2）导轨在垂直面内直线度误差的影响设：Z=Y=0.0
8、1mm ，R=50mm ，则由于法向原始误差而产生的加工误差R= Y =0.01mm,由于切向原始误差产生的加工误差 R Z2/d =0.000001mm此值完全可以忽略不计。由于Z2数值很小，因此该误差对 工件的尺寸精度和形状精度影响甚小。 垂直平面导轨垂直面直线度ZdRZ图410 导轨在垂直面内直线度误差Rd/2对平面磨床，龙门刨床 及铣床等，导轨在垂直面内 的直线度误差会引起工件相 对于砂轮（刀具）产生法向 位移，其误差将直接反映到 被加工工件上，造成形状误 差（图7-11）。原始误差引起工件相对于刀具产生相对位移，若 产生在加工表面法向方向（误差敏感方向），对加工 精度有直接影响；产生
9、在加工表面切向方向（误差非 敏感方向） ，可忽略不计。结论：图 龙门刨床导轨垂直面内直线度误差1刨刀 2工件 3工作台 4床身导轨（3）前后导轨平行度误差的影响床身前后导轨有平行度误差（扭曲 ）时，会使车床溜板在沿床身移动时发 生偏斜，从而使刀尖相对工件产生偏移 ，使工件产生形状误差（鼓形、鞍形、 锥度）。从图4-11可知，车床前后导轨扭曲的最终结果 反映在工件上，于是产生了加工误差y。从几何 关系中可得出：yH/B一般车床H2B/3，外圆磨床HB，因此该项 原始误差对加工精度的影响很大。图411 车床导轨扭曲对工件形状精度影响2、机床主轴回转误差（1）机床主轴回转误差的概念主轴的实际回转轴线
10、对其理想回转轴线（一般用平均 回转轴线来代替）产生的偏移量。主轴回转误差的基本形式 轴向窜动 纯径向跳动 纯角度摆动实际上主轴回转误差是上述三种形式误差的合成。由于主轴实际 回转轴线在空间的位置是在不断变化的，由上述三种运动所产生的位 移（即误差）是一个瞬时值。下面以在镗床上镗孔、车床上车外圆为例来 说明主轴回转误差对加工精度的影响。车间所有机床，我们分为：工件回转类刀具回转类误差敏感 方向不变镗床镗床车床车床加工时误差敏感 方向和切削力方 向随主轴回转而 不断变化（2）主轴回转误差对加工精度的影响主轴的纯径向跳动对车削和镗削加工精度的影响镗削加工：镗刀回转，工件不转 假设由于主轴的纯径向跳动
11、而使轴线在y坐标方向作简谐运动（图4-4），其频率与主轴转速相同，简谐幅值为A； 则: Y = Acos （ t） 且主轴中心偏移最大（等于A）时，镗刀尖正好通过水平 位置1处。当镗刀转过一个角时（位置1），刀尖轨迹的水平分 量和垂直分量分别计算得：y=Acos+Rcos=(A+R)cosZ=Rsin 将上两式平方相加得:y2/(A+R)2+Z2/R2=1表明此时镗出的孔为椭圆形。AAROm 11，AcosO234ORsin(A+R）cos图44 镗孔时纯径向跳动对加工精度的影响车床加工：工件回转，刀具移动假设主轴轴线沿y轴作简谐运动（图4-5），在工件的 1处（主轴中心偏移最大之处）切出的半
12、径比在工件的2、 4处切出的半径小一个幅值A；在工件的3处切出的半径比 在工件的2、4处切出的半径大一个幅值A。这样，上述四点工件的直径都相等，其它各点直径 误差也很小，所以车削出的工件表面接近于一个真圆。 Y2+Z2=R2+A2Sin2由此可见，主轴的纯径向跳动对车削加工工件的圆 度影响很小。图45 车削时纯径向跳动对加工精度的影响轴向窜动对车、镗削加工精度的影响主轴的轴向窜动对内、外圆的加工精度没有 影响，但加工端面时，会使加工的端面与内外圆 轴线产生垂直度误差。主轴每转一周，要沿轴向窜动一次，使得切 出的端面产生平面度误差（图4-6）。当加工螺纹 时，会产生螺距误差。图46 主轴轴向窜动
13、对端面加工精度的影响车削加工时工件每一横截面内的圆度误差很小，但轴 平面有圆柱度误差（锥度）。车外圆：得到圆形工件，但产生圆柱度误差（锥体）车端面：产生平面度误差镗孔时，由于主轴的纯角度摆动 使得主轴回转轴线与 工作台导轨不平行，使镗出的孔呈椭圆形，如图4-7所示。 角度摆动对车、镗削加工精度的影响主轴纯角度摆动对加工精度的影响，取决于不同 的加工内容。图47 主轴纯角度摆动对镗孔精度的影响（3）提高主轴回转精度的措施1）提高主轴的轴承精度。2）减少机床主轴回转误差对加工精度的影响。3）对滚动轴承进行预紧，以消除间隙。4）提高主轴箱体支承孔、主轴轴颈和与轴承 相配合的零件有关表面的加工精度。讨
14、论n镗床上镗孔时，工作台进给（图示），即 工件直线进给运动，镗杆旋转运动。导轨 在水平面、垂直面内的直线度误差对加工 精度有何影响？n答：孔径没有误差，有圆柱度误差。轴线 不直。因为误差敏感方向不断变化。讨论n若镗杆进给，即镗杆既旋转又移动（图示） ，导轨误差对加工精度有无影响？n答：不会产生孔的形状误差，但会产生孔的 位置误差。讨论n刨平面时，导轨误差对加工精度有何影响 ？n答：产生加工表面的直线度误差、平面度 误差。n若刨削刚性很差的薄板时，会产生何种加 工误差？n答：无形状误差，但有尺寸误差。思考题n端铣时，若主轴回转轴线与工件进给方向 不垂直，会产生何种加工误差？误差大小 ？3、机床传
15、动链误差在车螺纹、插齿、滚齿等加工时，刀具与工件之 间有严格的传动比要求。要满足这一要求，机床内联 系传动链的误差必须控制在允许的范围内。（1）机床传动链误差定义指传动链始末两端 执行元件间相对运动的误 差。（2）机床传动链误差描述传动链末端元件产生的转角误差。它的大小 对车、磨、铣螺纹，滚、插、磨（展成法磨齿） 齿轮等加工会影响分度精度，造成加工表面的形 状误差，如螺距精度、齿距精度等。 图 车螺纹的传动误差示意图 S工件导程；T丝杠导程；Z1Z8各齿轮齿数（3）减少传动链误差的措施1）尽量缩短传动链。2）提高传动件的制造和安装精度，尤其是末端 零件的精度。3）尽可能采用降速运动，且传动比最小的一级 传动件应在最后。4）消除传动链中齿轮副的间隙。5）采用误差校正机构图 丝杠加工误差校正装置 1工件 2螺母 3母丝杠 4杠杆 5校正尺 6触头 7校正曲线1、刀具误差一般刀具定尺寸刀具成形刀具展成法刀具如普通车刀、单刃 镗刀和面铣刀等）的制 造误差对加工精度没有 直接影响，但磨损后对 工件尺寸或形状精度有 一定影响定尺寸刀具（如钻 头、铰刀、圆孔拉刀等） 的尺寸误差直接影响被 加工工件的尺寸精度。 刀具的安装和使用不当， 也会影响加工精度。成形刀具（如成形车 刀、成形铣刀、盘形齿 轮铣刀等）的误差主要 影
