机械加工精度第七章 机械加工精度产品质量是企业的生命线按现代质量观它包括设计质量、制造质量和服务质量零件制造质量是保证产品质量的基础一、加工精度的基本概念加工质量指标分加工精度和加工表面质量加工精度指零件加工后实际几何参数(尺寸、形状和位置)与理想几何参数相符的程度符合程度愈高，加工精度愈高实际值与理想值之差称为加工误差Ø 零件的加工精度包括尺寸精度、形状精度、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误差的大小来评价加工精度的高低加工误差越小，加工精度越高Ø 获得加工精度的方法（1）获得尺寸精度的方法1）试切法 用于单件小批生产2）调整法 用于成批大量生产 3）定尺寸刀具法 生产率高，刀具制造复杂4）自动控制法 切削测量补偿调整（2）获得形状精度的方法1）轨迹法 利用刀尖运动轨迹形成工件表面形状2）成形刀具法 由刀刃的形状形成工件表面形状3）展成法 由切削刃包络面形成工件表面形状（3）获得相互位置精度的方法主要由机床精度、夹具精度和工件的装夹精度来保证本章学习目的：了解各种因素对加工精度的影响规律，找出提高加工精度的途径，以保证零件的加工质量。
二、影响加工精度的因素1. 原始误差零件加工的误差是由于工件与刀具在切削过程中相互位置发生变动而造成工件和刀具安装在夹具和机床上，工件、刀具、夹具、机床构成了一个完整的工艺系统工艺系统的种种误差，是造成零件加工误差的根源，故称之为原始误差原 始 误 差加工前误差加工中误差加工后误差调整误差机床误差刀具制造误差夹具误差加工原理误差工件装夹误差工艺系统受力变形刀具磨损残余应力引起变形测量误差工艺系统热变形２.工艺系统的几何误差 （1）加工原理误差 近似的成形运动或刃形所产生的误差，多为形状误差（2）机床的误差 1）主轴回转误差① 主轴回转误差概念主轴回转时实际回转轴线与理想回转轴线的偏移量三种基本形式：a. 纯径向跳动 b.纯角度摆动 c.轴向窜动 ② 影响主轴回转精度的主要因素轴承本身误差、轴承间隙、轴承间同轴度误差，各段轴颈、轴孔的同轴度误差主轴系统的刚度和热变形等但它们对主轴回转精度的影响大小随加工方式而不同主轴采用滑动轴承的车床类，主轴受力方向一定，主轴颈圆度误差影响较大，轴承内径圆度误差没影响镗床主轴受力随镗刀旋转方向不断变化轴承孔误差影响大滚动轴承结构复杂，影响主轴精度因素也较复杂除轴承本身精度外，与配合件精度有很大关系如主轴轴颈、支承座孔等精度产生轴向窜动主要原因是主轴轴肩端面和轴承承载端面对主轴回转轴线有垂直度误差。
主轴不同形式的回转误差引起的加工误差不同车床上加工外圆内孔时，主轴径向跳动引起工件圆度和圆柱度误差，对工件端面无影响；轴向窜动对圆柱表面影响不大，对端面垂直度平面度影响大，车削螺纹时会造成导程的周期性误差；纯角度摆动会造成车削外圆或内孔的锥度误差；在镗孔时，会使镗出的孔为椭圆形纯角度摆动会造成车削外圆或内孔的锥度误差；在镗孔时，若工件进给会使镗出的孔为椭圆形提高主轴及支承座孔的加工精度，选用高精度轴承，提高 主轴部件装配精度、预紧和平衡等，提高主轴回转精度2）机床导轨误差 导轨精度要求主要有以下三方面：① 在水平面内的直线度（以卧式车床为例）Δ1将直接反映在工件加工表面法线方向（误差敏感方向）上，误差ΔR =Δ1 ，对加工精度影响最大刀尖在水平面内的运动轨迹造成工件轴向形状误差② 在垂直面内的直线度Δ２对工件的尺寸和形状误差影响比Δ1小得多对卧式车床ΔR ≈Δ22/D 若设Δ2= 0.1mm,D=40mm，则 ΔR =0.00025mm，影响可忽略不计 而对平面磨床、龙门刨床误差将直接反映在工件上导轨在垂直面内的直线度的特殊情况为斜坡状，加工的工件轴向形状为鞍形③ 前后导轨的平行度（扭曲）卧式车床或外圆磨床若前后导轨存在平行度误差时，刀具和工件之间相对位置发生变化，刀尖运动轨迹是一条空间曲线，使工件产生形状误差。
若扭曲误差为Δ3,工件误差ΔR≈(H/B)Δ3 ，一般车床H/B≈2/3，外圆磨床H/B≈1，误差对加工精度影响很大除导轨制造误差外，导轨的不均匀磨损和安装质量，也是造成导轨误差的重要因素导轨磨损是机床精度下降的主要原因之一可采用耐磨合金铸铁、镶钢导轨、贴塑导轨、滚动导轨导轨表面淬火等措施３）机床传动链误差 指机床内传动链始末两端的传动元件间相对运动的误差 ，一般用传动链末端元件的转角误差来衡量产生的原因是传动链中各传动元件的制造误差、装配误差及磨损等 若传动齿轮 i 在某一时刻产生转角误差为Δφi，则它所造成传动链末端元件的转角误差：Δφwi =Ki Δφi Ki 为该轴到末端元件的总传动比，称为误差传递系数，若Ki大于1则误差被扩大；反之，若Ki小于1误差被缩小各传动件对工件精度影响的总和为：Δφ∑= ∑Δφwi= ∑Ki Δφi 减少传动链误差的措施：① 尽可能缩短传动链，减少传动元件数目；② 尽量采用降速传动，误差被缩小；③ 提高传动元件、特别是末端元件的制造和装配精度；④ 消除传动间隙；⑤采用误差补偿机构或自动补偿装置3）刀具的几何误差 包括刀具切削部、装夹部的制造误差及刀具安装误差① 定尺寸刀具 刀具尺寸精度直接影响工件尺寸精度② 成形刀具 刀具形状精度直接影响工件形状精度③ 展成刀具 刀刃形状精度会影响工件加工精度④ 一般刀具 制造精度对工件加工精度无直接影响（4）夹具的几何误差 包括夹具制造误差、安装误差及磨损 对工件尺寸精度和位置精度影响很大（5）定位误差 包括基准不重合误差、定位副制造不准确误差直接影响工件的尺寸精度和位置精度（6）调整误差 在工序的调整工作中所存在的误差即调整误差一次调整后存在的误差对这一批零件的影响是不变的。
但大批量加工中存在多次调整，不可能每次完全相同对全部零件来说，每次调整误差为偶然性误差机床调整误差可理解为零件尺寸分布曲线中心的最大偏移量加工中不产生废品的条件：Δfb+Δt≤T3.工艺系统的受力变形（1）基本概念（2）零件刚度若零件刚度相对于机床、刀具、夹具来说比较低，其变形对加工精度影响比较大，最大变形量按材料力学公式估算长轴两顶尖装夹按简支梁计算，三爪卡盘装夹按悬臂梁计算（1）工艺系统刚度工艺系统抵抗变形的能力可用工艺系统刚度 k系来描述垂直作用于工件加工表面的径向切削分力Fy与工艺系统在该方向上的变形y之间的比值，称为工艺系统刚度 k系k系= Fy / y y = yFx+ yFy+ yFz 柔度 w= 1/ k（3）刀具刚度外圆刀具在加工表面法线方向上的刚度很大变形可忽略；镗小孔刀杆刚度很差，变形对加工精度影响很大，刀杆变形按材料力学公式估算4）机床部件刚度1）机床部件刚度机床结构形状复杂，刚度计算主要通过实验方法来测定变形与载荷不成线性关系； 加载与卸载曲线不重合；有残余变形存在；实际刚度比估算的小2）影响机床部件刚度的因素①结合面接触变形接触表面间的名义压强的增量与接触变形的增量之比称为接触刚度。
零件表面越粗糙，形状误差越大，材料硬度低，接触刚度越小② 低刚度零件本身的变形③ 连接表面间的间隙④ 接触表面间的摩擦 变形滞后现象⑤ 受力方向及作用力矩 y 是Fx、Fy、Fz 综合结果（5）工艺系统受力变形及其对加工精度的影响1）工艺系统的变形总变形 y系 = y机+ y夹+ y刀+ y工k系= Fy / y系，k机= Fy / y机 ， k夹= Fy / y夹 ，k刀= Fy / y刀 ， k工= Fy / y工所以， k系= 1/(1/ k机+ 1/ k夹+ 1/ k刀+ 1/ k工)工艺系统刚度比刚度最小环节的刚度还要差2）工艺系统受力变形对加工精度的影响①切削力位置的变化对加工精度的影响设刀具工件刚度很大 总变形 y系= y刀架+ yx设刀具工件刚度很大 总变形 y系= y刀架+ yxy主=FA/k主=Fy(l-x) /(l k主)，y尾=FB /k尾=Fyx /(l k尾)y系= y刀架+ yx=Fy当x = 0时， y系= ？;当 x = l 时， y系= ？ 当 x = k尾l /(k主+ k尾)时，y系min= Fy l y尾- y主x yx- y主=yx =y尾x ll-x l+y主1 k刀架+1 k主1 k尾x l2l-x l2+若工件刚性较差应考虑其变形，按简支梁计算y工= y系= y刀架+yx+y工Fy 3EI(l-x)2x2 l1 k刀架+1 k主+ k尾讨论： 1. 在 x 处工件半径 Rx=R+ y刀架+yx+y工半径误差ΔR= Rx-R= y刀架+yx+y工= y系2. 一次走刀中若 y系为常量，不会造成工件形状误差和尺寸不一3.若工件刚性大l/D≤5，可不考虑 y工， y系是 x的二次函数圆柱度误差 Δ= ymax- ymin4. 若工件为细长轴刚性很差，系统变形主要是工件变形，当 x=l/2时， y工max=Fyl3/(48EI) ② 切削力大小变化对加工精度的影响Δ毛 = ap1 – ap2Δ工 = y1 – y2误差复映系数ε=Δ工 /Δ毛Fy=Cy f yapxHBSn=C apx ≈C apFy1= C (ap1 – y1 )≈ C ap1 Fy2= C (ap2 – y2 )≈ C ap2Δ工 = y1 – y2=(Fy1- Fy2)/k系 = (C ap1 – C ap2) /k系ε=Δ工 /Δ毛= C(ap1 –ap2) /(k系(ap1 – ap2))= C /k系1. ε=Δ工 /Δ毛= C /k系 2. ε总是小于1，有修正误差的能力3. 多次进给ε=ε1ε2ε3…4. 2. k系越大，ε就越小，复映到工件上的误差越小5. 3. C减小， ε就越小，应采取减小Fy的措施讨论：③ 夹紧变形对加工精度的影响工件刚性差（薄件、圆环）装夹不当会产生受力变形④机床部件、工件重量对加工精度的影响⑤其它作用力对加工精度的影响传动力（拨杆）、离心力改变方向会使工艺系统产生相应变形3）减少工艺系统受力变形的途径① 减小切削力及其变化；② 提高系统中零件的配合质量；③ 缩短切削力作用点和支撑点的距离，设置辅助支承提高部件刚度4.工艺系统的热变形工艺系统在各种热源的影响下会产生很复杂的变形，导致工件产生加工误差（1）工艺系统的热源1）内部热源包括切削热、摩擦热和派生热源2）外部热源包括环境温度、辐射热（2）工件热变形对加工精度的影响1）工件均匀受热车镗轴套类零件圆柱面，长度及径向受热变形。
若在受热时测量达到规定尺寸，冷却后尺寸变小，可能出现尺寸超差2）工件不均匀受热铣、刨、磨平面等，工件单面受热产生弯曲变形磨削细长轴时工件温生逐渐增加（3）刀具热变形对加工精度的影响主要是主轴部件、床身导轨及两者相对位置的热变形（4）机床热变形对加工精度的影响（5）热变形的控制（1）减少发热和采取隔热； （2）强制冷却，均衡温度场； （3）从结构上采取措施减少热变形； （4）控制环境温度5.工件内应力引起的变形内应力产生的原因及消除措施 1、铸锻焊、热处理等因工件壁厚不均热胀冷缩不均及金相组织变化等导致体积变化，毛坯产生内应力，处于暂时平衡状态，切削时平衡状态被打破2、冷校直产生的内应力可在热处理后进行时效处理来消除残余应力常用人工时效、振动时效和天然时效等方法 工件若产生内应力处于不稳定状态会逐渐变形三、加工误差的统计分析1.（1）加工误差的分类1）系统误差常值系统误差：原理机床刀夹量具制造调整误差变值系统误差：机床刀具热变形、刀具磨损2）随机误差: 误差复映定位夹紧操作误差内应力变形对系统误差可循其规律加以调整或补偿来消除对随机误差只能缩小其变动范围无法完全消除（2）正态分布1）正态分布的数学模型、特征参数和特殊点正态分布曲线方程两个特征参数： 算术平均值 x 和标准偏差σ正态分布的特殊点① 处概率密度函数有最。