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1、第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社第4章 机械加工精度控制4.1 影响机械加工精度的因素4.2 工艺系统的几何误差及磨损4.3 工艺系统受力变形4.4 工艺系统热变形4.5 其他影响加工精度的因素及其改进措施4.6 加工误差的统计学分析4.7 控制加工精度的途径挡设求街郧茄久绩乡铂叭闻府晌姨酪铬抡绦锯薯哦挺烘奉玩雍诲婪粕桂趟新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社4.1影响机械加工精度的因素加工精度加工精度是零件机械加工质量的重要指标，直接影响整台机器的是零件机
2、械加工质量的重要指标，直接影响整台机器的工作性能和使用寿命。工作性能和使用寿命。深入研究影响加工精度的各种因素及其规律，探究提高和保证加深入研究影响加工精度的各种因素及其规律，探究提高和保证加工误差的措施和方法是机械制造工艺学研究的重要内容。工误差的措施和方法是机械制造工艺学研究的重要内容。抓纪早炯灸鲁以十吁迹锑渗清堤争马穿贯伍讶率拘歇因侨趴裴涂烂颖撒臼新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社1.影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素研究提高加工精度的工艺措施要从减少加工误差入手。研究
3、提高加工精度的工艺措施要从减少加工误差入手。加工误差加工误差是指零件加工的实际几何参数相对理想几何参数的偏是指零件加工的实际几何参数相对理想几何参数的偏离程度。离程度。按照几何参数类型可将加工误差分类为按照几何参数类型可将加工误差分类为尺寸加工误差尺寸加工误差、形状加形状加工误差工误差和和位置加工误差位置加工误差。尺寸加工误差、形状加工误差和位置加工误差分别是加工零件尺寸加工误差、形状加工误差和位置加工误差分别是加工零件的实际尺寸、形状和位置相对理想的尺寸、形状和位置的偏差。的实际尺寸、形状和位置相对理想的尺寸、形状和位置的偏差。在机械加工中，零件的尺寸、几何形状和表面间相对位置的形在机械加工
4、中，零件的尺寸、几何形状和表面间相对位置的形成，取决于工件和刀具在切削过程中的相互位置关系，而工件安装成，取决于工件和刀具在切削过程中的相互位置关系，而工件安装在夹具上，夹具和刀具安装于机床之上，机床、夹具、刀具和工件在夹具上，夹具和刀具安装于机床之上，机床、夹具、刀具和工件组成工艺系统。组成工艺系统。直接或间接影响机械加工工艺系统的因素直接或间接影响机械加工工艺系统的因素都将影响机械加工精都将影响机械加工精度。度。 暂酬见揩掺苹辑聪踊友慨磺决荒舆性厨缺哀袍鄙恨此昂号豢憋辫踞狼恕钙新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工
5、艺学 常同立等 清华大学出版社将工艺系统中能够直接引起加工误差的因素统称为将工艺系统中能够直接引起加工误差的因素统称为原始误差原始误差。原始误差中的一部分与工艺系统的初始状态有关，即零件未加工之原始误差中的一部分与工艺系统的初始状态有关，即零件未加工之前工艺系统本身就具有的某些误差因素，称为前工艺系统本身就具有的某些误差因素，称为与工艺系统的初始状态有与工艺系统的初始状态有关的原始误差关的原始误差，或称，或称几何误差几何误差。而另一部分原始误差与加工过程有关，即受到力、热、磨损等原因而另一部分原始误差与加工过程有关，即受到力、热、磨损等原因的影响，工艺系统原有精度受到破坏而产生的附加误差因素，
6、称为的影响，工艺系统原有精度受到破坏而产生的附加误差因素，称为与加与加工过程有关的原始误差工过程有关的原始误差，或，或动误差动误差。机械加工过程中可能出现的原始误差如图机械加工过程中可能出现的原始误差如图4.1所示。所示。 并纺霹庙透名盂祸印敌疚墓语锌森眨格仟很徒游情僵渔啃尼愉弊螟免蛋顿新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社继危辈晒侯若渔噪枝援确迪玄壤单跺件卖津舜夜力串髓般通耿拽几甫蔷吹新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制
7、机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社原始误差产生加工原始误差产生加工误差的根源误差的根源工艺系统静误差工艺系统静误差主轴回转误差主轴回转误差导轨误差导轨误差传动链误差传动链误差一般刀具一般刀具定尺寸刀具定尺寸刀具成形刀具成形刀具展成法刀具展成法刀具 试切法试切法调整法调整法外力作用点变化外力作用点变化外力方向变化外力方向变化外力大小变化外力大小变化机床几何误差机床几何误差工艺系统几何误差工艺系统几何误差原理误差原理误差调整误差调整误差测量误差测量误差定位误差定位误差工艺系统动误差工艺系统动误差工艺系统力变形工艺系统力变形工艺系统热变形工艺系统热变形工艺系统内应力变形工艺系统内应力变形刀具几
8、何误差刀具几何误差夹具几何误差夹具几何误差机床热变形机床热变形工件热变形工件热变形刀具热变形刀具热变形闸挂决威殃杂陛魏用扼皋锥渍明被雇腾驭辱暂热币野杉熟窟言春薄盆另衷新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社dRR+ RRYoDRZ原始误差与加工误差的关系原始误差与加工误差的关系( (以车削为例以车削为例) )切向误差切向误差 径向误差径向误差剖腥豌尸滦闺商快植苟诱砂妮壁赴胳挛秩镜泣倒咐伎芍涉懈棋漱修冤衰约新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章
9、机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社2. 加工误差及误差敏感方向加工误差及误差敏感方向以图以图4.2车削外圆为例，工件车削外圆为例，工件的回转中心为的回转中心为O，刀尖的理想位，刀尖的理想位置在置在A处，工件理想半径处，工件理想半径R0OA。假设各种原始误差的综合影假设各种原始误差的综合影响使刀尖的位置偏离到，实际加响使刀尖的位置偏离到，实际加工工件半径工工件半径R OA 。AA即为即为原始误差原始误差，它与，它与OA间的夹角为间的夹角为。因而工件半径上因而工件半径上(即工序尺寸即工序尺寸方向上方向上)的加工误差的加工误差R 为为鼠启唬漏俱涣些苦拣忌花媒澳屁瘦稍档慷庆慢罐逃
10、蛙旱乙五纵灾抗遇履龄新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社分析可知，当原始误差的方分析可知，当原始误差的方向为加工表面的法向方向时，即向为加工表面的法向方向时，即0，引起的加工误差最大，引起的加工误差最大.。当原始误差的方向为加工表当原始误差的方向为加工表面的切线方向时，即面的切线方向时，即90，引起，引起的加工误差最小，通常可以忽略。的加工误差最小，通常可以忽略。原始误差对加工精度影响最大的方向称为原始误差对加工精度影响最大的方向称为误差的敏感方向误差的敏感方向，而原始误差，而原始误差对
11、加工精度影响最小的方向称为对加工精度影响最小的方向称为误差的不敏感方向误差的不敏感方向。一般加工表面的法线。一般加工表面的法线方向为误差敏感方向，而加工表面的切线方向为误差非敏感方向。通常在方向为误差敏感方向，而加工表面的切线方向为误差非敏感方向。通常在研究工艺系统的加工精度时，研究工艺系统的加工精度时，主要研究误差敏感方向的精度主要研究误差敏感方向的精度。 原始误差方向与工序尺寸方向相正交时，原始误差对加工方向的精度原始误差方向与工序尺寸方向相正交时，原始误差对加工方向的精度几乎没有影响。几乎没有影响。吉丈镐癌话扬饼薛沟运履捞嫡纬珊翔确颐淘夕旺法娩氖数留店鸣宋晦疹拢新版机械制造工艺件ch4机
12、械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社加加工工中中引引起起机机床床误误差差的的原原因因主主要要有有机机床床的的制制造造误误差差、安安装装误误差差及及其其磨损磨损等三个方面。等三个方面。这这里里着着重重分分析析对对工工件件加加工工精精度度影影响响较较大大的的主主轴轴回回转转误误差差、导导轨轨导导向误差和传动链误差。向误差和传动链误差。4.2工艺系统的几何误差及磨损4.2.1机床误差机床误差锌烂弥炙蜒誊碰郑饶壬稳贴痘嗅据巨艘寻茵汁帕恨浅苫魏蝴懂财韧复魏巢新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机
13、械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社1机床主轴回转运动误差机床主轴回转运动误差1) 主轴回转误差的概念主轴回转误差的概念机床主轴回转时，在主轴的任一截面上速度始终为零的点为理想回机床主轴回转时，在主轴的任一截面上速度始终为零的点为理想回转中心。理想的回转中心在空间相对刀具或工件的位置是固定不变的。转中心。理想的回转中心在空间相对刀具或工件的位置是固定不变的。主轴各截面回转中心的连线称为回转轴线。主轴各截面回转中心的连线称为回转轴线。主轴回转误差主轴回转误差是指主轴实际回转轴线相对于理想回转轴线的最大变是指主轴实际回转轴线相对于理想回转轴线的最大变动量。
14、动量。显然变动量越小，即主轴回转误差越小，主轴回转精度越高；反之显然变动量越小，即主轴回转误差越小，主轴回转精度越高；反之越低。越低。主轴理想的回转轴线是一条在空间位置不变的回转轴线。主轴理想主轴理想的回转轴线是一条在空间位置不变的回转轴线。主轴理想的回转轴线是客观存在的，但现实中难以确定其位置，通常以主轴各瞬的回转轴线是客观存在的，但现实中难以确定其位置，通常以主轴各瞬时回转轴线的平均位置作为主轴轴线，也称为时回转轴线的平均位置作为主轴轴线，也称为平均轴线平均轴线。 单症踌堕劳忧鼎禁捎元壳靡律婆设亢酣脑冠更聪漆狠拐捣频军绣粕泡归缔新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch
15、4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社2) 主轴回转误差的表现形式主轴回转误差的表现形式为便于分析和研究，主轴回转运动误差可以分解为三种基本形式：为便于分析和研究，主轴回转运动误差可以分解为三种基本形式：轴向跳动轴向跳动、径向跳动径向跳动、角度摆动角度摆动。轴向跳动轴向跳动：瞬时回转轴线沿平均回转轴线方向的轴向运动，如图：瞬时回转轴线沿平均回转轴线方向的轴向运动，如图4.3(a)所示。主轴的轴向跳动对工件的圆柱面加工没有影响，主要影响端所示。主轴的轴向跳动对工件的圆柱面加工没有影响，主要影响端面形状、轴向尺寸精度端面垂直度。主轴存在轴向跳动误差时，车
16、削加面形状、轴向尺寸精度端面垂直度。主轴存在轴向跳动误差时，车削加工螺纹会将使加工后的螺旋产生螺距误差。工螺纹会将使加工后的螺旋产生螺距误差。径向跳动径向跳动：瞬时回转轴线始终平行于平均回转轴线方向的径向运动，：瞬时回转轴线始终平行于平均回转轴线方向的径向运动，如图如图4.3(b)所示。主轴的纯径向跳动会使工件产生圆柱度误差，对加工端所示。主轴的纯径向跳动会使工件产生圆柱度误差，对加工端面基本没有影响。但加工方法不同，所引起的加工误差形式和程度也不面基本没有影响。但加工方法不同，所引起的加工误差形式和程度也不同。同。 驰掸澎停靳尊异活服浩钒越婚阻舱汤觉芹谋翱挠忧遵隅典鹿腻馒田祥绪珠新版机械制造
17、工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社纯角度摆动纯角度摆动：瞬时回转轴线与平均回转轴线方向成一倾斜角度，但：瞬时回转轴线与平均回转轴线方向成一倾斜角度，但其交点位置固定不变的运动，如图其交点位置固定不变的运动，如图4.3(c)所示。所示。主轴的角度摆动不仅影响工件加工表面的圆柱度误差，而且影响工主轴的角度摆动不仅影响工件加工表面的圆柱度误差，而且影响工件端面误差。件端面误差。实际上，主轴回转误差是三种基本形式误差综合作用的结果，见图实际上，主轴回转误差是三种基本形式误差综合作用的结果，见图4.3(d)
18、。 高批皋肌佐愚盒济痈事程衍赁赃糠呢谦肪诀畔克徽央食娜诱嘿绥氧恼娃孺新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社3) 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可以产生主轴回转误差因素较多，主要来可以产生主轴回转误差因素较多，主要来自于零件加工和整机装配。因主轴结构不同，自于零件加工和整机装配。因主轴结构不同，因素也不同，主轴回转误差亦不同，往往需要因素也不同，主轴回转误差亦不同，往往需要具体问题具体分析。具体问题具体分析。这里主要探讨主轴径向误差的影响。为了这里主要探讨主轴径向误差的
19、影响。为了讨论问题方便将主轴结构简化处理，将其处理讨论问题方便将主轴结构简化处理，将其处理成轴孔与轴颈配合的简单结构。成轴孔与轴颈配合的简单结构。 车床、外圆磨床等工件回转类机床切削加工过车床、外圆磨床等工件回转类机床切削加工过程中，程中，切削力切削力的方向相对机床床身大致不变，相对的方向相对机床床身大致不变，相对主轴孔大致不变，所以主轴孔大致不变，所以主轴转动过程中主轴轴颈的主轴转动过程中主轴轴颈的圆周不同部位都将有机会与主轴孔的某一固定部位圆周不同部位都将有机会与主轴孔的某一固定部位相接触相接触。这种情况使得主轴颈的圆度误差对加工误差影这种情况使得主轴颈的圆度误差对加工误差影响较大，而主轴
20、孔的圆度误差影响较小。响较大，而主轴孔的圆度误差影响较小。如图如图4.4(a)所示，假如主轴孔为理想轴孔，主所示，假如主轴孔为理想轴孔，主轴颈为椭圆形时，主轴径向跳动误差为轴颈为椭圆形时，主轴径向跳动误差为。虫纲税承苛份均婆绰腑吁铺碱丫哉尿哈漫吝你粮据煤杆滔溪都驯锋惑疥穷新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社镗床等刀具回转类机床镗床等刀具回转类机床切削加工过切削加工过程中，切削力的方向相对主轴（镗刀杆）程中，切削力的方向相对主轴（镗刀杆）大致不变，所以主轴转动过程中主轴轴大致不变，所以主轴
21、转动过程中主轴轴颈的的某一固定部位将始终与主轴孔圆颈的的某一固定部位将始终与主轴孔圆周不同部位相接触。周不同部位相接触。这种情况使得主轴孔的圆度误差对这种情况使得主轴孔的圆度误差对加工误差影响较大，而主轴颈的圆度误加工误差影响较大，而主轴颈的圆度误差影响较小，如图差影响较小，如图4.4(b)所示所示,主轴径向主轴径向跳动误差为跳动误差为。4) 提高主轴回转精度的措施提高主轴回转精度的措施(1) 提高主轴部件的制造精度和装配精度。提高主轴部件的制造精度和装配精度。(2) 当主轴采用滚动轴承时，应对其适当预紧，使消除轴承间隙，当主轴采用滚动轴承时，应对其适当预紧，使消除轴承间隙，增加轴承刚度，均化
22、误差，可提高主轴的回转精度。增加轴承刚度，均化误差，可提高主轴的回转精度。(3) 采用运动和定位分离的主轴结构，可减小主轴误差对零件加采用运动和定位分离的主轴结构，可减小主轴误差对零件加工的影响，使主轴的回转精度不反映到工件上去。实际生产中，通常采工的影响，使主轴的回转精度不反映到工件上去。实际生产中，通常采用两个固定顶尖支承定位加工，主轴只起传动作用，如外圆磨床。用两个固定顶尖支承定位加工，主轴只起传动作用，如外圆磨床。 两嘲肌作贪州泛修揍迭菌烬潦猛利捂延涤滔有栗雪桑普绸啤妮客知舔乓歧新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械
23、制造工艺学 常同立等 清华大学出版社2导轨导向误差导轨导向误差导轨是机床实现成形运动法加工的基准。导轨误差直接影响加工导轨是机床实现成形运动法加工的基准。导轨误差直接影响加工精度。导轨导向误差是指机床导轨副的运动件实际运动方向与理想运精度。导轨导向误差是指机床导轨副的运动件实际运动方向与理想运动方向的偏差值。动方向的偏差值。在机床的精度标准中，直线导轨的导向精度一般包括导轨在水平在机床的精度标准中，直线导轨的导向精度一般包括导轨在水平面内的直线度、导轨在垂直面内的直线度、前后导轨的平行度面内的直线度、导轨在垂直面内的直线度、前后导轨的平行度 (即扭曲即扭曲度度)等。等。戊啊稍粤傲哀旅坞毒搪畔肉
24、椎蜘诗恳籍墓骤望追鳃檄癌筛参咖虾肪捌穷缩新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社1) 导轨在水平面内直线度误差的影响导轨在水平面内直线度误差的影响卧式车床在水平面内存在直线度误差卧式车床在水平面内存在直线度误差Y ，见图，见图4.5(a)，则车刀尖，则车刀尖的直线运动轨迹也要产生直线度误差的直线运动轨迹也要产生直线度误差Y，从而造成工件圆柱度误差，从而造成工件圆柱度误差，R=Y，如图，如图4.5(b)所示。所示。这表明这表明水平方向是卧式车床加工误差对导轨误差的敏感方向水平方向是卧式车床加工
25、误差对导轨误差的敏感方向。赖修岛障演铺捶角喻空跨共掇欺微尊僵松个溜鸳厄出惧尉鬃叠巨棕梦叹填新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社外圆磨床情况与卧式车床类似。外圆磨床情况与卧式车床类似。而平面磨床、龙门刨床的加工误差对导轨误差的敏感方向在铅锤而平面磨床、龙门刨床的加工误差对导轨误差的敏感方向在铅锤方向上，故平面磨床、龙门刨床、铣床等设备加工误差对导轨在水平面方向上，故平面磨床、龙门刨床、铣床等设备加工误差对导轨在水平面内的直线度误差不敏感。内的直线度误差不敏感。卡轨低结硫绦防智部呸絮深西识涵
26、傣帽糖勉疾设潞颤蚊聂熔混吠燎贝汐两新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社2) 导轨在垂直面内直线度误差的影响导轨在垂直面内直线度误差的影响 卧式车床在垂直面内存在直线度误差卧式车床在垂直面内存在直线度误差Z ，见图，见图a，则车刀尖的直，则车刀尖的直线运动轨迹也要产生直线度误差线运动轨迹也要产生直线度误差Z，从而造成工件圆柱度误差，从而造成工件圆柱度误差，R =Z2/(2R)= Z2/d, 见见图图b说明说明卧式车床对导轨在垂直面内直线度误差不敏感卧式车床对导轨在垂直面内直线度误差不敏感。
27、兽担砌庚迷煽悄掣伙姨泵瘟停伦历第玖甘狭娥逮促兢操鸥夫凉霞躁灰论朴新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社外圆磨床外圆磨床情况与卧式车床类似。情况与卧式车床类似。由于由于平面磨床平面磨床、龙门刨床龙门刨床的加工误差对导轨误差的敏感方向在铅的加工误差对导轨误差的敏感方向在铅锤方向上，所以平面磨床、龙门刨床、铣床等设备的导轨在垂直面内锤方向上，所以平面磨床、龙门刨床、铣床等设备的导轨在垂直面内的直线度误差将直接反映被加工件的表面，造成加工误差。的直线度误差将直接反映被加工件的表面，造成加工误差。溃
28、址掇满盛渐汞走逐卑魏订砌拧草肯雷房差馏戏飞藻辩胸期魄席音使刺樱新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社3) 导轨面间平行度误差的导轨面间平行度误差的影响影响卧式车床两导轨间存在平卧式车床两导轨间存在平行度误差时，将使床鞍产生横行度误差时，将使床鞍产生横向倾斜，引起刀架和工件的相向倾斜，引起刀架和工件的相对位置发生偏斜，刀尖的运动对位置发生偏斜，刀尖的运动轨迹是一条空间曲线，从而引轨迹是一条空间曲线，从而引起工件产生形状误差。起工件产生形状误差。根据图根据图4.7几何关系，可知几何关系，可知因
29、导轨平行度误差所引起的工因导轨平行度误差所引起的工件半径的加工误差件半径的加工误差R=H/B一般车床一般车床H/B约为约为2/3，外，外圆磨床圆磨床H/B约为约为1，因此导轨间，因此导轨间的平行度误差对加工精度影响的平行度误差对加工精度影响很大。很大。 绅冗综森腊疽冲讹谊诽查铡希卤栋卫蒋惜茨萎稚菲惫箔田坷荷烛在寅柑追新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社 若车床导轨与主轴回转轴线在若车床导轨与主轴回转轴线在水平面水平面内有内有平行度误差平行度误差，车出的内外圆，车出的内外圆柱面就产生柱面就
30、产生锥度锥度； 若在若在垂直面垂直面内有内有平行度误差平行度误差，则圆柱面成，则圆柱面成双曲线回转体双曲线回转体, ,因是误差非因是误差非敏感方向故可略。敏感方向故可略。 皇疆名骆苫耻炯也咨姿军瑰妖肉煌哗诀瘪淄尺沪燃桑梢湘扯采湛纲夹捐炉新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社4)导轨误差产生的原因导轨误差产生的原因导轨误差主要来自于导轨误差主要来自于机床安装机床安装、机床制造机床制造、机床变形机床变形(在重力作在重力作用下），以及机床使用中的磨损。用下），以及机床使用中的磨损。机床的安装机床
31、的安装(包括安装地基和安装方法包括安装地基和安装方法)对导轨的原有精度影响非对导轨的原有精度影响非常大，一般远大于导轨的制造误差。常大，一般远大于导轨的制造误差。特别是龙门刨床、龙门铣床和导轨磨床等，其床身导轨的刚性较特别是龙门刨床、龙门铣床和导轨磨床等，其床身导轨的刚性较差，在自重的作用下容易产生变形，导致工件产生加工误差。此外，差，在自重的作用下容易产生变形，导致工件产生加工误差。此外，导轨的不均匀磨损也是造成导轨误差的重要因素。导轨的不均匀磨损也是造成导轨误差的重要因素。坤拂摘滔唉妮且衷挚驴稳馋给迪念障馒住帛汾歹酱跃黄煽罪综摸趾獭值妆新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工
32、艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社3机床传动链误差机床传动链误差1) 机床传动链误差含义机床传动链误差含义机床传动链误差机床传动链误差是指机床内部传动机构传动过程中出现传动链首是指机床内部传动机构传动过程中出现传动链首末两端传动元件间相对运动的误差。末两端传动元件间相对运动的误差。传动链误差一般不影响圆柱面和平面的加工精度，但对齿轮、蜗传动链误差一般不影响圆柱面和平面的加工精度，但对齿轮、蜗轮蜗杆、螺纹和丝杆等加工有较大影响。轮蜗杆、螺纹和丝杆等加工有较大影响。 储份披码瘩蛤瞅罪社冶笑渺痢膘脸属原初递亦页萎邻冤伙敬卷茎拍芬赃绝新版机械制造
33、工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社例如车削单头螺纹时，见图例如车削单头螺纹时，见图4.8，要求工件旋转一周，相应刀具移，要求工件旋转一周，相应刀具移动一个螺距动一个螺距S ，这种运动关系是由刀具与工件间的传动链来保证的，即，这种运动关系是由刀具与工件间的传动链来保证的，即通过保持总传动比恒定实现。总传动比反映了误差传递的程度，故也称通过保持总传动比恒定实现。总传动比反映了误差传递的程度，故也称为误差传递系数。为误差传递系数。 妇助烯汀颖价剂撅躇馁咽莫韦剧晾尾杨宅生汲陈讲面筒奥笼佃宠向锋烃朴新版机械
34、制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社2) 传动链误差产生的原因传动链误差产生的原因(1) 传动链元件数量影响传动误差大小。每增加一个传动元件，必传动链元件数量影响传动误差大小。每增加一个传动元件，必然会带来一部分传动误差。然会带来一部分传动误差。(2) 传动副的加工和装配精度影响传动误差。特别是保证末端传动传动副的加工和装配精度影响传动误差。特别是保证末端传动件的精度，并尽量减小传动链中的齿轮副或螺旋副中存在的间隙，避免件的精度，并尽量减小传动链中的齿轮副或螺旋副中存在的间隙，避免传动速比的不稳
35、定和不均匀；传动速比的不稳定和不均匀；(3) 采用减速传动链有助于减小传动误差采用减速传动链有助于减小传动误差。按降速比递增的原则按降速比递增的原则分分配各传动副的传动比。传动链末端传动副的减速比越大，则传动链中其配各传动副的传动比。传动链末端传动副的减速比越大，则传动链中其余各传动元件的误差影响越小，从而减小末端传动元件转角误差的影响。余各传动元件的误差影响越小，从而减小末端传动元件转角误差的影响。为此，可增加蜗轮的齿数或加大母丝杆的螺距，这都有利于减小传动链为此，可增加蜗轮的齿数或加大母丝杆的螺距，这都有利于减小传动链误差。误差。拉贤慷矾煽耐蠢龋徊通躁暴筒疥沃茅想温趾想痘巾观侍寒乱和奢斥痛
36、郧喀新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社4.2.2 夹具制造误差及磨损夹具制造误差及磨损夹具主要用于在机床上安装工件时，使工件相对于切削工具占有正夹具主要用于在机床上安装工件时，使工件相对于切削工具占有正确的相对位置。如果夹具存在误差，工件与切削刀具间的正确位置关系确的相对位置。如果夹具存在误差，工件与切削刀具间的正确位置关系将可能受到破坏，从而可能影响机械加工精度。将可能受到破坏，从而可能影响机械加工精度。夹具误差主要来源于夹具误差主要来源于夹具的定位元件、导向元件、夹具体等的加工夹具
37、的定位元件、导向元件、夹具体等的加工与装配误差，还包括使用过程中发生的工作表面磨损。与装配误差，还包括使用过程中发生的工作表面磨损。为减小因夹具制造精度而引起的加工误差，在设计夹具时，应严格为减小因夹具制造精度而引起的加工误差，在设计夹具时，应严格控制与工件加工精度有关的结构尺寸和要求。控制与工件加工精度有关的结构尺寸和要求。精加工用夹具精加工用夹具的有关尺寸公差一般取工件公差的的有关尺寸公差一般取工件公差的1/2 l/5，粗加工用夹具粗加工用夹具一般取工件公差的一般取工件公差的1/5 l/10。而对于容易磨损的元件，如定位元件与导向元件等，均应采用较为而对于容易磨损的元件，如定位元件与导向元
38、件等，均应采用较为耐磨的材料进行制造，且便于磨损后更换。耐磨的材料进行制造，且便于磨损后更换。焉司聘玻励咱炼勋膨嫩贷锌董汗淖娱约猪绽浴成蠢啤蛤演剩予蒸嚷瞪阻念新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社4.2.3刀具制造误差及磨损刀具制造误差及磨损刀具的种类不同，对加工精度的影响也不同。刀具的种类不同，对加工精度的影响也不同。(1) 定尺寸刀具定尺寸刀具(如钻头、铰刀、拉刀、槽铣刀等如钻头、铰刀、拉刀、槽铣刀等)的尺寸精度将直接的尺寸精度将直接影响工件的尺寸精度。影响工件的尺寸精度。(2) 成形
39、刀具成形刀具(如成形车刀、成形铣刀、成形砂轮等如成形车刀、成形铣刀、成形砂轮等)的切削刃形状精的切削刃形状精度将直接影响加工表面形状精度。度将直接影响加工表面形状精度。(3) 展成加工展成加工(如齿轮加工、花键加工等如齿轮加工、花键加工等)时，刀具切削刃形状精度和时，刀具切削刃形状精度和有关尺寸精度都会影响加工精度。有关尺寸精度都会影响加工精度。(4) 一般刀具一般刀具(如普通车刀、单刃镗刀和平面铣刀等如普通车刀、单刃镗刀和平面铣刀等)的制造误差对加的制造误差对加工精度没有直接影响。工精度没有直接影响。在切削过程中，刀具不可避免地要产生磨损，使原有的尺寸和形状发在切削过程中，刀具不可避免地要产
40、生磨损，使原有的尺寸和形状发生变化，从而引起加工误差。在精加工以及大型工件加工时，刀具磨损对生变化，从而引起加工误差。在精加工以及大型工件加工时，刀具磨损对加工精度可能会有较大的影响。刀具磨损磨损往往是影响工序加工精度稳加工精度可能会有较大的影响。刀具磨损磨损往往是影响工序加工精度稳定性的重要因素。定性的重要因素。 碑坍氦冻盅裴淹委云荔域赢僵坟吠昂占簧户软猛裁父碑叁呢扣毡鹤习阎跋新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社4.3 工工艺系系统的受力的受力变形形在机械加工过程中，工艺系统受到切削力
41、、夹紧力、惯性力和重力在机械加工过程中，工艺系统受到切削力、夹紧力、惯性力和重力等作用，会产生相应的变形和振动，使得工件和刀具之间已调整好的正等作用，会产生相应的变形和振动，使得工件和刀具之间已调整好的正确的相对位置发生变动，从而造成工件的尺寸、形状和位置等方面的加确的相对位置发生变动，从而造成工件的尺寸、形状和位置等方面的加工误差。工误差。工艺系统的受力变形亦会影响加工表面质量，甚至导致工艺系统产工艺系统的受力变形亦会影响加工表面质量，甚至导致工艺系统产生振动，而且在某种程度上还可能制约生产率的提高。生振动，而且在某种程度上还可能制约生产率的提高。治徒倚衅晴亢舆责阁寥蝉蹈痉厕屠慨沏谆夸巩擂暂
42、诵恳辣枫抗薛鞠折涟史新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社座荷耿废揪方均踌建栽咖傍奏膳纷加忍架未洪咆溢观赘难逗氧削卓劣卷缄新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社1. 工艺系统刚度的概念工艺系统刚度的概念从材料力学可知，任何一个物体在外力作用下，总要产生一定的变从材料力学可知，任何一个物体在外力作用下，总要产生一定的变形。作用力形。作用力(单位单位N)与力作用下产生的相应变形与力作用下产
43、生的相应变形(单位单位mm)的比值称为的比值称为物体的刚度，用表示物体的刚度，用表示(单位单位N/mm)，即，即 工艺系统各部分在切削力作用下，将在各个受力方向产生相应变形。工艺系统各部分在切削力作用下，将在各个受力方向产生相应变形。为了切实反映工艺系统刚度对零件加工精度的实际影响，将为了切实反映工艺系统刚度对零件加工精度的实际影响，将法向切削分法向切削分力力与在与在总切削力作用下总切削力作用下工艺系统在该方向所产生的变形的法向位移量之工艺系统在该方向所产生的变形的法向位移量之比定义为工艺系统刚度，比定义为工艺系统刚度， 即即 4.3.1 工艺系统刚度工艺系统刚度痉税授孪山着滋岂延赫哆尉淫挣馅
44、坦总核卸译题博菏柴炸熙垣炽履诲手踏新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社在实际加工中，法向切削分力与法向位移有可能方向相反，计算在实际加工中，法向切削分力与法向位移有可能方向相反，计算刚度为负值，即出现负刚度现象。刚度为负值，即出现负刚度现象。如图如图4.9所示，在车床上加工工件外圆时，车刀在切削力所示，在车床上加工工件外圆时，车刀在切削力F作用下作用下将主要产生变形，使车刀尖在水平方向产生位移，位移将主要产生变形，使车刀尖在水平方向产生位移，位移yy方向与切削方向与切削力水平力水平Fy方
45、向分力方向相反，故工艺系统刚度为负值。方向分力方向相反，故工艺系统刚度为负值。负刚度现象对加工质量是不利的，应尽量避免。负刚度现象对加工质量是不利的，应尽量避免。 煤卧房茵馅咳弦冤宝撞稚咏粳封凰嘱轮淫梦只崔详剐垮殊措庆魔刻乏当屏新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社2工艺系统刚度的计算工艺系统刚度的计算工艺系统在某一处的法向总变形是各个组成部分在同一处的法向变工艺系统在某一处的法向总变形是各个组成部分在同一处的法向变形量的迭加形量的迭加 yxt=yjc+yjj+yd+ygyxt 法向总变形
46、法向总变形，mm；yjc 机床的受力变形，机床的受力变形，mm；yjj 夹具的受力变形，夹具的受力变形，mm；yd 刀具的受力变形，刀具的受力变形，mm；yg 工件的受力变形，工件的受力变形，mm；根据工艺系统刚度定义，机床刚度、夹具刚度、刀具刚度及工件刚根据工艺系统刚度定义，机床刚度、夹具刚度、刀具刚度及工件刚度可分别写为度可分别写为 晌斩数日炽尘瑟拆褪必奖竭搽疲货爹乘电漂侧吃梭檀粱苛笺谍疤痘恶雷撼新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社工艺系统刚度的计算公式工艺系统刚度的计算公式 如下：
47、如下：薄弱环节刚度是主导系统刚度的薄弱环节刚度是主导系统刚度的，而刚度很大环节的影响可以忽，而刚度很大环节的影响可以忽略，所以计算工艺系统刚度时应把握主导因素，从而对问题进行简化。略，所以计算工艺系统刚度时应把握主导因素，从而对问题进行简化。例如外圆车削时，车刀本身在切削力作用下的变形对加工误差的例如外圆车削时，车刀本身在切削力作用下的变形对加工误差的影响很小，可略去不计；影响很小，可略去不计；再如镗孔时，工件再如镗孔时，工件(如箱体零件如箱体零件)的刚度一般较大，其受力变形很的刚度一般较大，其受力变形很小，也可忽略不计。小，也可忽略不计。因为整个工艺系统的刚度取决于薄弱环节的刚度，故而通常采
48、用因为整个工艺系统的刚度取决于薄弱环节的刚度，故而通常采用单向载荷测定法寻找工艺系统中刚度薄弱的环节，而后采取相应措施提单向载荷测定法寻找工艺系统中刚度薄弱的环节，而后采取相应措施提高薄弱环节的刚度，即可明显提高整个工艺系统的刚度。高薄弱环节的刚度，即可明显提高整个工艺系统的刚度。 飘共挚蛔柯藐盟震竞生巧蝎拎腔壮貉幌甲锥姬叉疥枚走娇茂站拳浆谓汀劝新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社3. 影响工艺系统刚度的因素影响工艺系统刚度的因素 影响工艺系统刚度的因素主要有影响工艺系统刚度的因素主要有
49、以下几个方面。以下几个方面。(1) 连接表面间的接触变形连接表面间的接触变形 连连接零件间接合面的实际接触面积只是接零件间接合面的实际接触面积只是名义接触面积的一部分，如图名义接触面积的一部分，如图4.10所所示。在外力作用下，这些接触处将产示。在外力作用下，这些接触处将产生较大的接触应力，因而就有较大的生较大的接触应力，因而就有较大的接触变形产生，甚至可能产生局部塑接触变形产生，甚至可能产生局部塑性变形。变形与接触压强关系如图性变形。变形与接触压强关系如图4.11所示。所示。 实际上，连接表面的接触刚度除与法向载荷大小有关外，还与接触实际上，连接表面的接触刚度除与法向载荷大小有关外，还与接触
50、表面材料、硬度、表面租糙度、表面纹理方向，以及表面几何形状误差表面材料、硬度、表面租糙度、表面纹理方向，以及表面几何形状误差等因素有关。等因素有关。(2) 部件中薄弱零件本身的变形部件中薄弱零件本身的变形 如果部件中存在某些刚度很低的薄如果部件中存在某些刚度很低的薄弱零件，受力后这些低刚度零件将会产生很大的变形，从而使整个部件弱零件，受力后这些低刚度零件将会产生很大的变形，从而使整个部件的刚度降低。的刚度降低。 除谬得噎种语储却唆洲太屈颖柜芒渐蛋诵威汽旅访狸笨糜瑞产窿酪贷耽生新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学
51、常同立等 清华大学出版社4. 工艺系统刚度的测定工艺系统刚度的测定实际中，通常采用实验方法测定工艺系统的总刚度。实际中，通常采用实验方法测定工艺系统的总刚度。单向静载测定法单向静载测定法是一种静刚度测试方法。是一种静刚度测试方法。这种方法是在机床静止状态下，对机床施加静载荷以模拟切削过这种方法是在机床静止状态下，对机床施加静载荷以模拟切削过程中的受力情况，根据机床各部件在不同静载荷下的变形作出刚度特程中的受力情况，根据机床各部件在不同静载荷下的变形作出刚度特性曲线，从而确定各部件的刚度。性曲线，从而确定各部件的刚度。 柜所浆冕件仿源篇钓均牢撞提吵于惺谭嫡畅茁谗纽惟渤帧卸殊喷蚁馆被香新版机械制造
52、工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社单向静载测定车床静刚度的实验单向静载测定车床静刚度的实验装置见右图。装置见右图。在车床上采用双顶尖定位安装大在车床上采用双顶尖定位安装大刚度短轴，螺旋加力器安装在刀架上，刚度短轴，螺旋加力器安装在刀架上，短轴和螺旋加力器之间装有测力环。短轴和螺旋加力器之间装有测力环。当转动螺旋加力器的螺钉，刀架与短当转动螺旋加力器的螺钉，刀架与短轴之间便产生相互作用力，力的数值轴之间便产生相互作用力，力的数值可由测力环中的千分表可由测力环中的千分表3读出，而主读出，而主轴箱、尾座
53、和刀架的受力变形可分别轴箱、尾座和刀架的受力变形可分别从相应的千分表从相应的千分表1、2和和4读出。读出。调整螺旋加力器的加载力作用点调整螺旋加力器的加载力作用点和大小可以模拟切削加工时工艺系统和大小可以模拟切削加工时工艺系统静态受力的情况，通过连续的加载和静态受力的情况，通过连续的加载和卸载可获得车床静刚度的实测曲线。卸载可获得车床静刚度的实测曲线。 剁舍猖唉札游柱邻弱刽县息伺特依疥殿印屡迭卒歼效削槽杯滨宰众邹磺缸新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社图图4.13 为车床刀架部件的三次加
54、为车床刀架部件的三次加载载卸载循环的实验曲线，由图可以卸载循环的实验曲线，由图可以看出机床部件刚度曲线有以下特点。看出机床部件刚度曲线有以下特点。(1) 受力变形与作用力不呈线性受力变形与作用力不呈线性关系，反映刀架变形不纯粹是弹性变关系，反映刀架变形不纯粹是弹性变形；形；(2) 加载曲线与卸载曲线不重合，加载曲线与卸载曲线不重合，卸载曲线滞后于加载曲线。两曲线间卸载曲线滞后于加载曲线。两曲线间的包络面积代表了加载的包络面积代表了加载卸载循环中卸载循环中所损耗的能量，这部分能量主要用以所损耗的能量，这部分能量主要用以克服部件内零件间的摩擦和接触塑性克服部件内零件间的摩擦和接触塑性变形所作的功；
55、变形所作的功；(3) 卸载曲线不会到原点，这说明有残余变形存在。经反复加载、卸载卸载曲线不会到原点，这说明有残余变形存在。经反复加载、卸载后，残余变形逐渐减小并接近于零，加载曲线与卸载曲线封闭；后，残余变形逐渐减小并接近于零，加载曲线与卸载曲线封闭；(4) 机床部件的实际刚度远比按实体估算的要小。机床部件的实际刚度远比按实体估算的要小。这种静载测定法结构简单，易于操作，但很难模拟实际切削加工时的切这种静载测定法结构简单，易于操作，但很难模拟实际切削加工时的切削力，与机床加工时的受力状况出入较大，故一般只用于定性比较机床部件削力，与机床加工时的受力状况出入较大，故一般只用于定性比较机床部件的刚度
56、。的刚度。 色粳采抖喂鹰滑港顷欧嫉投越别可素配扳踢役码倦膀伙滥葱尹荷凯歌烤牙新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社4.3.2工艺系统受力变形对加工精度的影响机械加工过程中，工艺系统的受力机械加工过程中，工艺系统的受力变形将造成工件加工误差。变形将造成工件加工误差。例如，图例如，图a在车削细长轴时往往会出在车削细长轴时往往会出现腰鼓形误差；现腰鼓形误差；加工直径和长度尺寸都很大的内孔加工直径和长度尺寸都很大的内孔如图如图b所示，经常会出现锥度。所示，经常会出现锥度。工艺系统的机床、夹具、刀具
57、及工工艺系统的机床、夹具、刀具及工件等受力后都会产生变形，下面将逐一件等受力后都会产生变形，下面将逐一分析这些环节的受力变形对加工精度的分析这些环节的受力变形对加工精度的影响。影响。 擎辆斧壁颂烟揉采萤帚秧津钦浊窄诞祝靡扮身悲杆痕挫津抑取烽空瓦蒂嗽新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社1. 切削力作用点位置变化引切削力作用点位置变化引起的工件形状误差起的工件形状误差在切削过程中，工艺系统的刚在切削过程中，工艺系统的刚度随切削力的作用点位置不同而变度随切削力的作用点位置不同而变化，因而工艺系
58、统的受力变形也是化，因而工艺系统的受力变形也是变化的，使得加工后获得的工件表变化的，使得加工后获得的工件表面存在形变误差。面存在形变误差。1）机床变形）机床变形各种不同的机床，其刚度对加各种不同的机床，其刚度对加工精度影响不同。工精度影响不同。以车床顶尖间加工光轴为例，假定工件短而粗，即工件的刚度很大，以车床顶尖间加工光轴为例，假定工件短而粗，即工件的刚度很大，其受力变形可忽略不计，因而工艺系统的总变形取决于主轴箱、尾座其受力变形可忽略不计，因而工艺系统的总变形取决于主轴箱、尾座(包括包括顶尖顶尖)和刀架的变形，如图和刀架的变形，如图4.15(a)。 车刀在切削工件的不同部位时，切削力对机床有
59、关部件施加载荷大小车刀在切削工件的不同部位时，切削力对机床有关部件施加载荷大小不同，所以主轴箱和尾座等部分受力变形不同。车刀在切削工件左端时，不同，所以主轴箱和尾座等部分受力变形不同。车刀在切削工件左端时，切削力集中作用在主轴箱上，使它变形最大；而切削工件右端时，切削力切削力集中作用在主轴箱上，使它变形最大；而切削工件右端时，切削力集中作用在尾座上，尾座的变形最大，刀架也有一定变形。集中作用在尾座上，尾座的变形最大，刀架也有一定变形。 墙米囱憎睁涎淫甫暗立奖套霖钾陋汞郑糕俱王虏躯疯剖辕桶翼捌趋敌房骂新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工
60、精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社设工件长度为设工件长度为L，当加工中车刀进给到图示位置，当加工中车刀进给到图示位置x时，即车刀至主轴时，即车刀至主轴箱的距离为箱的距离为x，在切削分力作用下，主轴箱受作用力，在切削分力作用下，主轴箱受作用力FA，相应变形量为，相应变形量为yzx；尾座受力；尾座受力FB，相应变形量为，相应变形量为ywz；刀架受力；刀架受力Fy，相应变形量为，相应变形量为ydj。工。工件轴线位移到件轴线位移到AB，刀具切削点在工件轴线的位移，刀具切削点在工件轴线的位移yx为为 考虑刀架变形考虑刀架变形ydj与与yx方向相反，所以机床变形量方向相反，所以机床变形量yj
61、c为为 已知主轴箱刚度已知主轴箱刚度Kzx、尾座刚度、尾座刚度Kwz及刀架刚度及刀架刚度Kdj，根据刚度定义可，根据刚度定义可知各部分的变形量知各部分的变形量 售骑鸵私迷飘晴酷绑私晶划绊词堑水丸恢告膛律丝厚酗攀每莎沦角绪栏毯新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社说明随着切削力作用点位置的变化，工艺系统的变形是变化的，说明随着切削力作用点位置的变化，工艺系统的变形是变化的，由此引起的加工误差也随之变化，从而使得加工出来的工件表面产生由此引起的加工误差也随之变化，从而使得加工出来的工件表面产生
62、形变误差。形变误差。Kzx=6107N/m，Kdj=4107N/m，Kwz=300N，两顶尖距离，两顶尖距离=600mm，则沿工件长度方向上的受力变形曲线如图，则沿工件长度方向上的受力变形曲线如图4.15(b)所示。所示。车床刚度沿光轴的长度方向是变化的，加工所得的工件母线呈抛车床刚度沿光轴的长度方向是变化的，加工所得的工件母线呈抛物线状，因而工件形状就成为两端粗、中间细的旋转抛物体形。物线状，因而工件形状就成为两端粗、中间细的旋转抛物体形。 亚里马没都养窥野昂援湍淖坚鸽造值唐民聋惧殖读家概呸辕阶磐燥抨轻韭新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章
63、机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社2）工件的变形）工件的变形工件的变形对加工工件的变形对加工精度的影响需要根据具精度的影响需要根据具体情况进行分析。当工体情况进行分析。当工件、刀具形状比较简单件、刀具形状比较简单时，其刚度可按材料力时，其刚度可按材料力学中的有关公式进行估学中的有关公式进行估算。算。以车床上顶尖间加工长轴为例，工件刚度很低时，机床、夹具和刀以车床上顶尖间加工长轴为例，工件刚度很低时，机床、夹具和刀具的受力变形可略去不计，工艺系统的变形完全取决于工件的变形量大具的受力变形可略去不计，工艺系统的变形完全取决于工件的变形量大小。小。当加工中车刀进给到图当加工中车
64、刀进给到图4.16(a)所示所示x位置时，工件的轴线将在切削力位置时，工件的轴线将在切削力作用下产生弯曲。根据材料力学中的挠度计算公式，可求得工件在此切作用下产生弯曲。根据材料力学中的挠度计算公式，可求得工件在此切削点的变形量削点的变形量yg杰羹垄踏颖芬腐洪蔑汗禹噎摇仲霖岛秧班嫉砸镇罕愧烘畦荤联卵唯堤搏冉新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社若若Fy=300N，工件尺寸工件尺寸30mm600mm，E=2105 N/mm3，则沿工件长度方向上的受力变形则沿工件长度方向上的受力变形曲线如图曲线
65、如图4.16(b)所示。所示。 滨似蒂鹿藻剑柒甜偷边慌彦鞠远乘骂蝴敌简躯激雁紊支炯甜躇败阐陛硕诽新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社3）工艺系统的总变形）工艺系统的总变形若同时考虑机床变形和工件变形，将上述两种情况下的变形量进若同时考虑机床变形和工件变形，将上述两种情况下的变形量进行叠加，则在切削点处刀具相对于工件的位移量为行叠加，则在切削点处刀具相对于工件的位移量为 此时工艺系统的刚度为此时工艺系统的刚度为 这说明工艺系统的刚度也是随受力点位置变化而变化的。这说明工艺系统的刚度也是随受
66、力点位置变化而变化的。 盒呜诺捏权竟怒主棚译哇途盅谅漾骇夷凉拭女物哈擎厨矮答灸洼嗡桑伟策新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社2. 切削力大小变化引起的加工误差切削力大小变化引起的加工误差切削加工过程中，工艺系统在切削力作用下产生的变形大小取决切削加工过程中，工艺系统在切削力作用下产生的变形大小取决于切削力，但在加工余量不均匀、材料硬度不均匀或机床、夹具和刀于切削力，但在加工余量不均匀、材料硬度不均匀或机床、夹具和刀具等在不同部位时的刚度不同的影响下切削力将会发生变化，导致相具等在不同部位
67、时的刚度不同的影响下切削力将会发生变化，导致相应的受力变形量变化，从而使工件加工后存在相应误差。应的受力变形量变化，从而使工件加工后存在相应误差。这种现象称为这种现象称为“误差复映误差复映”。 屑腊蒜喊间滨跨偷列句讶掏熟牡拖矩现坊谨咕寅泡斤耿倘裙欣雅区聂筏另新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社以车削外圆为例，如图以车削外圆为例，如图4.17所所示，设毛坯的材料硬度均匀，但存示，设毛坯的材料硬度均匀，但存在椭圆形圆度误差。车削加工时首在椭圆形圆度误差。车削加工时首先按加工表面尺寸要求将刀尖
68、调整先按加工表面尺寸要求将刀尖调整到虚线位置，即调整一定的切深。到虚线位置，即调整一定的切深。由于毛坯形状误差，工件在每由于毛坯形状误差，工件在每一转中，切深是不断变化的，最大一转中，切深是不断变化的，最大切深为切深为ap1，最小切深为，最小切深为ap2，相应地，相应地处的切削力处的切削力Fy1最大，相应变形最大最大，相应变形最大y1；Fy2处的切削力最小，相应变形处的切削力最小，相应变形y2也最小。因而，车削加工时的切也最小。因而，车削加工时的切削力变化将引起受力变形不一致。削力变化将引起受力变形不一致。最终加工后，毛坯的椭圆形圆度误差仍以一定的比例保留在工件上，最终加工后，毛坯的椭圆形圆度
69、误差仍以一定的比例保留在工件上，形成圆度误差形成圆度误差g=y1-y2。 臼搭铺有氦音应搭莆木营鲜挽似烂搭腻祸倘路农伴鸣囊锈姐墨苑蔬宠衔歹新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社设工艺系统的刚度为设工艺系统的刚度为K，则工件的圆度误差，则工件的圆度误差 根据切削原理，切削力可用如下的经验公根据切削原理，切削力可用如下的经验公式进行计算式进行计算 CFy为与刀具几何参数及切削条件有关的系为与刀具几何参数及切削条件有关的系数；数；ap为切深，单位为切深，单位mm；f为进给量，单位为进给量，单位m
70、m；为材料硬度，单位为材料硬度，单位GPa；xFy为指数系数；为指数系数；yFy为为指数指数系数；系数；n nFyFy为为指数指数系数系数。车削加工时，因此最大切削力和最小切削车削加工时，因此最大切削力和最小切削力可分别写为力可分别写为 解弥芬拉怜枢囚躯卤揣徽琵唁邓褒松绵抵涤入龄此窖沸骤耕泌鸿断吞傈赐新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社通常以加工前后误差的比值衡量误差复映的程度，并定义通常以加工前后误差的比值衡量误差复映的程度，并定义为误差复映为误差复映系数，其表示为系数，其表示为 由于
71、由于gg总是小于总是小于m，所以误差复映系数，所以误差复映系数是一个小于是一个小于1的正数。对于的正数。对于材料均匀的毛坯，误差复映系数只与进给量、工艺系统刚度有关。材料均匀的毛坯，误差复映系数只与进给量、工艺系统刚度有关。由误差复映规律知，误差复映系数定量反映了毛坯误差加工后减小的由误差复映规律知，误差复映系数定量反映了毛坯误差加工后减小的程度，因而要减小误差复映现象，可减小进给量或提高工艺系统的刚度。程度，因而要减小误差复映现象，可减小进给量或提高工艺系统的刚度。一般情况下，误差复映系数一般情况下，误差复映系数1，故加工后工件的误差较加工前明显减，故加工后工件的误差较加工前明显减少。少。设
72、第设第1次、第次、第3次、第次、第3次次第第n次走刀时的误差复映系数分别为次走刀时的误差复映系数分别为1、 2 、 3 ，则总的误差复映系数，则总的误差复映系数 这说明，经多次走刀或多道工序能够减小误差复映的程度，可以降低这说明，经多次走刀或多道工序能够减小误差复映的程度，可以降低工件的加工误差，但也意味着生产率的降低。实际中可根据工件的公差值工件的加工误差，但也意味着生产率的降低。实际中可根据工件的公差值和毛坯误差值确定加工次数。和毛坯误差值确定加工次数。 裕警蔚喘被响础蛛化倾比记啸攻解楼转姨锹呜谴史将缔碳论耘倚铁戒芝峡新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工
73、精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社3. 夹紧力引起的加工误差夹紧力引起的加工误差工件在装夹过程中，如果工件刚度较低或夹紧力的方向和着力点选择工件在装夹过程中，如果工件刚度较低或夹紧力的方向和着力点选择不当，都会引起工件的变形，造成加工误差。特别是薄壁套、薄板等零不当，都会引起工件的变形，造成加工误差。特别是薄壁套、薄板等零件，易于产生加工误差。件，易于产生加工误差。以三爪自定心卡盘夹持薄壁套筒进行镗孔加工为例。假定坯件是圆形，以三爪自定心卡盘夹持薄壁套筒进行镗孔加工为例。假定坯件是圆形，夹紧后套筒因受力变形，如图夹紧后套筒因受力变形，如图a所示。所示。虽镗
74、出的内孔为圆形，见图虽镗出的内孔为圆形，见图b，但去除夹紧力后，套筒零件弹性变形，但去除夹紧力后，套筒零件弹性变形恢复，使得外圆大致为圆形，而内孔将不再是圆形，如图恢复，使得外圆大致为圆形，而内孔将不再是圆形，如图c所示。所示。所以为了减少该加工误差，生产中常在套筒外面加装一个厚壁的开口所以为了减少该加工误差，生产中常在套筒外面加装一个厚壁的开口过渡环，见图过渡环，见图d，使夹紧力均匀分布在套筒上，可避免上述问题。，使夹紧力均匀分布在套筒上，可避免上述问题。 墟玄断根傀达艇炽载饯桂蒂沽诬挨扔懒霖化玫逞个氦诬榆心惕雏堑晚妥彰新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工
75、精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社4. 重力引起的加工误差重力引起的加工误差 工艺系统的零部件自重也会产生变形，尤其是在大型工件或组合件加工艺系统的零部件自重也会产生变形，尤其是在大型工件或组合件加工时，工件自重引起的变形可能会成为产生加工形状误差的主要原因，如工时，工件自重引起的变形可能会成为产生加工形状误差的主要原因，如龙门铣床、龙门刨床横粱在刀架自重下引起的变形将造成工件的平面度误龙门铣床、龙门刨床横粱在刀架自重下引起的变形将造成工件的平面度误差。所以装夹工件时，可适当布置支承位置或通过平衡措施以减少自重影差。所以装夹工件时，可适当布置支承位置或通过
76、平衡措施以减少自重影响。响。5. 惯性力对加工精度的影响惯性力对加工精度的影响如果工艺系统中有不平衡的高速旋转的构件存在，就会产生离心力。如果工艺系统中有不平衡的高速旋转的构件存在，就会产生离心力。它在工件的每一转中将不断地变更方向，引起工件几何轴线作相同形式的它在工件的每一转中将不断地变更方向，引起工件几何轴线作相同形式的摆动。当不平衡质量的离心力大于切削力时，车床主轴轴颈和轴套内孔表摆动。当不平衡质量的离心力大于切削力时，车床主轴轴颈和轴套内孔表面的接触点就会不断地变化，则轴套孔的圆度误差将传给工件的回转轴心。面的接触点就会不断地变化，则轴套孔的圆度误差将传给工件的回转轴心。周期性变化的惯
77、性力还会引起工艺系统的强迫振动。周期性变化的惯性力还会引起工艺系统的强迫振动。矩疗晌犁超皱啥降乾文父休禾专泪眯邱培让啄恭回新矫右观言惮侮挡每角新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社4.3.3减少受力变形对加工精度影响的措施减少受力变形对加工精度影响的措施减小工艺系统受力变形对工件加工精度影响的主要措施是提高工减小工艺系统受力变形对工件加工精度影响的主要措施是提高工艺系统的刚度，特别是提高工艺系统中刚度最为薄弱部分的刚度。艺系统的刚度，特别是提高工艺系统中刚度最为薄弱部分的刚度。一般常采用以
78、下方法提高工艺系统刚度。一般常采用以下方法提高工艺系统刚度。1合理的结构设计合理的结构设计机床的床身、立柱、横梁、夹具体、镗模板等支承零件的刚度对机床的床身、立柱、横梁、夹具体、镗模板等支承零件的刚度对整个工艺系统刚度影响较大，因而设计时应尽量减少连接面的数目，注整个工艺系统刚度影响较大，因而设计时应尽量减少连接面的数目，注意刚度的匹配，并尽可能防止有局部低刚度环节的出现。合理设计零件、意刚度的匹配，并尽可能防止有局部低刚度环节的出现。合理设计零件、刀具结构和截面形状，使其具有较高刚度。刀具结构和截面形状，使其具有较高刚度。2提高连接表面的接触刚度提高连接表面的接触刚度由于零件间的接触刚度往往
79、远低于零件的刚度，因而提高零件间由于零件间的接触刚度往往远低于零件的刚度，因而提高零件间的接触刚度是提高工艺系统刚度的关键。的接触刚度是提高工艺系统刚度的关键。 露给危婿凭烧俩煽跑霉武镇烂垒携客绒转几往战辣走溅仪蚤民髓涣钠缺雌新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社3采用合理的装夹及加工方式采用合理的装夹及加工方式合理的装夹能够使夹紧力分布均匀，从而减小受力变形，如薄壁套类合理的装夹能够使夹紧力分布均匀，从而减小受力变形，如薄壁套类零件加工可采用刚性开口夹紧环（如图零件加工可采用刚性开口夹紧
80、环（如图4.18(d)）或改为端面夹紧。）或改为端面夹紧。加工方式对刚度也有影响。如按图加工方式对刚度也有影响。如按图4.19(a)所示铣削加工，加工面距夹所示铣削加工，加工面距夹紧面较远，加工中刀杆和工件的刚度都很差。如果将工件平放，改用端铣紧面较远，加工中刀杆和工件的刚度都很差。如果将工件平放，改用端铣刀加工，如图刀加工，如图4.19(b)所示，加工面距夹紧面较近，刚度会明显提高。所示，加工面距夹紧面较近，刚度会明显提高。 图图4.19伤甸宿鹊得动址氧弟敷埋衰躺灶轨增腕章刚硕寓锰傀兑辗柴刺蛛惟哺完捉新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械
81、加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社 在切削加工中有时由于机床部件刚度在切削加工中有时由于机床部件刚度低而产生变形和振动，影响加工精度和生产低而产生变形和振动，影响加工精度和生产率的提高。率的提高。 图图b b所示是采用转动导向支承所示是采用转动导向支承套，用加强杆和导向支承套提套，用加强杆和导向支承套提高部件的刚度。高部件的刚度。 图图a a所示是在转塔机床所示是在转塔机床上采用固定导向支承套。上采用固定导向支承套。图图a a图图b b提高机床部件的刚度提高机床部件的刚度毯讨乳罢相眶炕她盘督琅及涅毖翌些稼渐枪旁痔嘘泵伎停弓抑站沼册托他新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新
82、版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社 适用场合：适用场合：在加工中，由于工件本身的刚度较低，特别是叉架类、细长在加工中，由于工件本身的刚度较低，特别是叉架类、细长轴等零件，容易变形。轴等零件，容易变形。 措施：措施：在这种情况下，如何提高工件的刚度是提高加工精度的关键。其在这种情况下，如何提高工件的刚度是提高加工精度的关键。其主要措施是缩小切削力的作用点到支承之间的距离，以增大工件在切削时的主要措施是缩小切削力的作用点到支承之间的距离，以增大工件在切削时的刚度。刚度。提高工件的刚度提高工件的刚度踊崎哲炕咱晋圃诞茹巷青规剩处否刑务
83、早险开生阜哈颓厉菠舔看诧傣爬厂新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社4.4 工艺系统的热变形工艺系统的热变形 在机械加工过程中，工艺系统受到各种热源的影响将产生复杂的在机械加工过程中，工艺系统受到各种热源的影响将产生复杂的变化，工件、刀具、夹具和机床会因温度变化而产生热变形，这种热变变化，工件、刀具、夹具和机床会因温度变化而产生热变形，这种热变形对加工精度影响较大。形对加工精度影响较大。研究表明，现代机床加工中热变形所引起的加工误差约占总误差研究表明，现代机床加工中热变形所引起的加工误差约
84、占总误差的的4070。实际加工中为了减少热变形的影响，常需要很多时间进行预热和实际加工中为了减少热变形的影响，常需要很多时间进行预热和调整机床。调整机床。热变形不仅影响机械加工精度，而且制约着加工效率的提高。热变形不仅影响机械加工精度，而且制约着加工效率的提高。随着高效率、高精度和自动化技术的发展，产品质量的需求不断随着高效率、高精度和自动化技术的发展，产品质量的需求不断提高，工艺系统的热变形问题将更为突出，对其进行分析和控制极为重提高，工艺系统的热变形问题将更为突出，对其进行分析和控制极为重要。要。 寨贞从凹釉纪艰鱼甭掀观卒值宣屠介服猴卧湛扣御哦烈蚂靖库督恫氧胎普新版机械制造工艺件ch4机械
85、加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社4.4.1 工艺系统的热源工艺系统的热源工艺系统的热变形是由加工过程中存在的各种热源所引起的。按其来源工艺系统的热变形是由加工过程中存在的各种热源所引起的。按其来源大致分为内部热源和外部热源两大类。内部热源包括切削热和摩擦热；外部大致分为内部热源和外部热源两大类。内部热源包括切削热和摩擦热；外部热源包括环境温度和辐射热。热源包括环境温度和辐射热。1内部热源内部热源1) 切削热切削热切削加工或磨削加工过程中，切削层的弹性变形、塑性变形、刀具与工切削加工或磨削加工过程中，切削层的弹性
86、变形、塑性变形、刀具与工件及切屑之间摩擦机械能，绝大部分都被转化为切削热，形成切削加工过程件及切屑之间摩擦机械能，绝大部分都被转化为切削热，形成切削加工过程的最主要热源。切削热将传到机床、工件、刀具、夹具、切屑、切削液和周的最主要热源。切削热将传到机床、工件、刀具、夹具、切屑、切削液和周围的介质。围的介质。车削加工时，切削热中的大部分热量被切屑带走。切削速度越高，切屑车削加工时，切削热中的大部分热量被切屑带走。切削速度越高，切屑所带走热量的百分比越大。一般切屑所带走的热量约占所带走热量的百分比越大。一般切屑所带走的热量约占50%80%，传给工，传给工件的热量约件的热量约30%，而传给刀具的热量
87、一般在，而传给刀具的热量一般在10以下。以下。钻削和卧式镗孔时，因有大量切屑滞留在工件孔内，散热条件不良，因钻削和卧式镗孔时，因有大量切屑滞留在工件孔内，散热条件不良，因而传给工件的切削热较多。如钻孔时传给工件的热量一般在而传给工件的切削热较多。如钻孔时传给工件的热量一般在50以上。以上。磨削加工时，细小的磨屑带走的数量很少，且砂轮为不良导体，因而磨削加工时，细小的磨屑带走的数量很少，且砂轮为不良导体，因而84左右的热量将传入工件。由于磨削在短时间产生的热量大，而热源面积左右的热量将传入工件。由于磨削在短时间产生的热量大，而热源面积小，故热量相当集中，以致磨削区的温度可高达小，故热量相当集中，
88、以致磨削区的温度可高达8001000。冈壕磨窒捞佰庭瑰匣镍蜘啃样手踏攘部听脂叭殷绪擞片知词跑乾堕弥颗闻新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社2) 摩擦热摩擦热摩擦热主要是机械和液压系统中的运动部件产生的。这些运动部件在摩擦热主要是机械和液压系统中的运动部件产生的。这些运动部件在相对运动时，会因摩擦力作用而形成摩擦热。如轴与轴承、齿轮、导轨副、相对运动时，会因摩擦力作用而形成摩擦热。如轴与轴承、齿轮、导轨副、摩擦离合器、电动机、液压泵、节流元件等。尽管摩擦热较切削热少，但摩擦离合器、电动机、
89、液压泵、节流元件等。尽管摩擦热较切削热少，但摩擦热会导致工艺系统局部发热，引起局部升温和变形，温升的程度由于摩擦热会导致工艺系统局部发热，引起局部升温和变形，温升的程度由于相对热源位置的不同而有所区别，即使同一个零件，其各部分的温升也可相对热源位置的不同而有所区别，即使同一个零件，其各部分的温升也可能有所不同。能有所不同。2外部热源外部热源工艺系统受热源影响，温度逐渐升高，同时热量通过辐射、对流和传工艺系统受热源影响，温度逐渐升高，同时热量通过辐射、对流和传导等方式向周围传递。当单位时间内的热量传入和传出相等时，温度将保导等方式向周围传递。当单位时间内的热量传入和传出相等时，温度将保持恒定，工
90、艺系统达到热平衡状态。在热平衡状态下，工艺系统各部分的持恒定，工艺系统达到热平衡状态。在热平衡状态下，工艺系统各部分的温度基本不变，因而各部分的热变形也就相应趋于稳定。温度基本不变，因而各部分的热变形也就相应趋于稳定。1) 环境温度环境温度在工件加工过程中，周围环境的温度随季节气温、昼夜温度、地基温在工件加工过程中，周围环境的温度随季节气温、昼夜温度、地基温度、空气对流等的影响而变化，从而造成工艺系统温度的变化，影响工件度、空气对流等的影响而变化，从而造成工艺系统温度的变化，影响工件的加工精度，特别是加工大型精密件时影响更为明显。的加工精度，特别是加工大型精密件时影响更为明显。2) 辐射热辐射
91、热在加工过程中，阳光、照明、取暖设备等都会产生辐射热，致使工艺在加工过程中，阳光、照明、取暖设备等都会产生辐射热，致使工艺系统产生热变形。系统产生热变形。 赂括煌酥整质镜射号誉挺虾寨黔蒙卯北爱屁竿葡辕难勒亮卓轧破炉懂釉惭新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社电机、轴承、齿轮、油泵等工件、刀具、切屑、切削液气温、室温变化、热、冷风等热源热源切削热切削热摩擦热摩擦热外部热源外部热源内部热源内部热源环境温度环境温度热辐射热辐射日光、照明、暖气、体温等热源分析热源分析稗挑伤杯挟瓣负嗣湍余坤算四嗜捂
92、梨花拓诈丧拢箩誉蹄失晓哲军筑腹宪晶新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社4.4.2 热变形对加工精度的影响热变形对加工精度的影响虽然工艺系统的热源很多，但对工艺系统的影响是有主次之分的，虽然工艺系统的热源很多，但对工艺系统的影响是有主次之分的，因此分析工艺系统热变形时应明确占据主导的影响因素，而后采取措因此分析工艺系统热变形时应明确占据主导的影响因素，而后采取措施减小或消除其影响。在工艺系统热变形中，以机床热变形最为复杂，施减小或消除其影响。在工艺系统热变形中，以机床热变形最为复杂，工件和
93、刀具次之，常可用解析的方法进行估算和分析。工件和刀具次之，常可用解析的方法进行估算和分析。1. 工件热变形对加工精度的影响工件热变形对加工精度的影响加工中工件热变形的主要热源是切削热或磨削热，但对于大型零件加工中工件热变形的主要热源是切削热或磨削热，但对于大型零件和精密零件，外部热源的影响也不可忽视。和精密零件，外部热源的影响也不可忽视。工件的热变形情况与工件材料、工件的结构和尺寸，以及加工方法工件的热变形情况与工件材料、工件的结构和尺寸，以及加工方法等因素有关。等因素有关。工件的热变形可能会造成切削深度和切削力的改变，导致工艺系统工件的热变形可能会造成切削深度和切削力的改变，导致工艺系统中各
94、部件之间的相对位置改变，破坏工件与刀具之间相对运动的准确中各部件之间的相对位置改变，破坏工件与刀具之间相对运动的准确性，造成工件的加工误差。性，造成工件的加工误差。工件的热变形及其对加工精度的影响，与其受热是否均匀有关。工件的热变形及其对加工精度的影响，与其受热是否均匀有关。亦魄椒无酣敞和薪居融员仙唾巡伤碧词病庄箱教短蒲裔毡佛伟箩迎隋雷绊新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社工件均匀受热而产生的变形工件均匀受热而产生的变形 均匀受热是指工件的温度分布比较一致，工件的热变形也会比较均匀。均匀
95、受热是指工件的温度分布比较一致，工件的热变形也会比较均匀。一些形状简单的回转类工件一些形状简单的回转类工件(如短轴类、套类和盘类零件等如短轴类、套类和盘类零件等)，切削加工时，切削加工时属于均匀受热。这类工件进行内、外圆加工时，由于工作行程短，一般可属于均匀受热。这类工件进行内、外圆加工时，由于工作行程短，一般可将其热变形引起的纵向形状误差忽略不计，而这种热变形主要影响工件的将其热变形引起的纵向形状误差忽略不计，而这种热变形主要影响工件的尺寸精度。尺寸精度。不均匀受热而产生的变形不均匀受热而产生的变形 影响热源及其传递的因素较为复杂，实际上多数情况下工件受热不均影响热源及其传递的因素较为复杂，
96、实际上多数情况下工件受热不均匀，其热变形也不均匀。这种热变形主要影响工件的形状和位置精度。匀，其热变形也不均匀。这种热变形主要影响工件的形状和位置精度。2. 刀具热变形对加工精度的影响刀具热变形对加工精度的影响刀具的热变形也主要是由切削热引起的。传给刀具的热量虽不多，但刀具的热变形也主要是由切削热引起的。传给刀具的热量虽不多，但因刀具体积小、热容量小，且热量集中在切削部分，仍有相当程度的温升，因刀具体积小、热容量小，且热量集中在切削部分，仍有相当程度的温升，从而引起刀具的热伸长并导致加工误差。从而引起刀具的热伸长并导致加工误差。如用高速钢刀具车削时，刃部的温度高达如用高速钢刀具车削时，刃部的温
97、度高达700800，刀具热伸长，刀具热伸长量达量达0.030.05mm。 马莱感党肚凉钝稳停睡怜工芹饲渊啤榔酸炊均冯废凭桂挎莉姻部坡秦焰憨新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社图图4.20为车削时车刀热变形与切削时为车削时车刀热变形与切削时间的关系曲线。间的关系曲线。当车刀连续切削工作时。开始切削时当车刀连续切削工作时。开始切削时车刀温升较快，热伸长量增长较快。随后车刀温升较快，热伸长量增长较快。随后趋于缓和并最后达到平衡状态，此时车刀趋于缓和并最后达到平衡状态，此时车刀变形很小。当切削停
98、止时，刀具逐渐冷却变形很小。当切削停止时，刀具逐渐冷却收缩。当车刀间断切削工作时，非切削时收缩。当车刀间断切削工作时，非切削时刀具有一段短暂的冷却时间，切削时刀具刀具有一段短暂的冷却时间，切削时刀具继续加热，因此刀具热变形时伸长和冷却继续加热，因此刀具热变形时伸长和冷却交替进行，具有热胀冷缩的双重性质，总交替进行，具有热胀冷缩的双重性质，总的变形量比连续工作时要小一些。的变形量比连续工作时要小一些。 加工大型零件时，刀具热变形往往造成几何形状误差，如车削长轴或加工大型零件时，刀具热变形往往造成几何形状误差，如车削长轴或立车端面时，刀具连续工作的时间较长，随着切削时间的增加，刀具逐渐立车端面时，
99、刀具连续工作的时间较长，随着切削时间的增加，刀具逐渐伸长，造成加工后工件产生圆柱度误差或平面度误差。加工小零件时，刀伸长，造成加工后工件产生圆柱度误差或平面度误差。加工小零件时，刀具热变形对加工尺寸的影响并不显著，但会造成一批工件尺寸分散。具热变形对加工尺寸的影响并不显著，但会造成一批工件尺寸分散。 讶谚乍夹淑洲昼没绢安抒笛矫寸砷刺农虱梦钥流番智筋泳羹台镰豢林衷阴新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社3. 机床热变形对加工精度的影响机床热变形对加工精度的影响机床工作时会受到内外热源的影响，
100、但各部分热源不同且分布不均机床工作时会受到内外热源的影响，但各部分热源不同且分布不均匀，加上机床的结构比较复杂，将造成机床各部件发生不同程度的热变匀，加上机床的结构比较复杂，将造成机床各部件发生不同程度的热变形，从而破坏了机床的几何精度，以主轴部件、床身、导轨、立柱和工形，从而破坏了机床的几何精度，以主轴部件、床身、导轨、立柱和工作台等部件的热变形对加工精度影响较大。作台等部件的热变形对加工精度影响较大。车、铣、镗床类机床的主要热源是主轴箱。车、铣、镗床类机床的主要热源是主轴箱。主轴箱内的齿轮、轴承摩擦发热和箱中油池的润滑油发热等，都将主轴箱内的齿轮、轴承摩擦发热和箱中油池的润滑油发热等，都将
101、导致主轴箱以及与之相连的部分导致主轴箱以及与之相连的部分(如床身或立柱如床身或立柱)发生变形和翘曲，从而发生变形和翘曲，从而造成主轴的偏移和倾斜。造成主轴的偏移和倾斜。尽管温升不大，但如果热变形出现在加工误差的敏感方向，则对加尽管温升不大，但如果热变形出现在加工误差的敏感方向，则对加工精度的影响较为显著。工精度的影响较为显著。立式铣床产生热变形后，将使铣削后工件的平面与定位基面之间出立式铣床产生热变形后，将使铣削后工件的平面与定位基面之间出现平行度或垂直度误差。而镗床的热变形则会导致所镗内孔轴线与定位现平行度或垂直度误差。而镗床的热变形则会导致所镗内孔轴线与定位基面之间的平行度或垂直度误差。基
102、面之间的平行度或垂直度误差。上刁沉萧遭捂蘑砌凹揖偏褪室野擦倔奔盟惶鸵目常坚裙窝呸苏揭梧刚密阎新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社龙门刨床、外圆磨床、导轨磨床等大型机床的主要热源时工作台龙门刨床、外圆磨床、导轨磨床等大型机床的主要热源时工作台运动时导轨面产生的摩擦热及环境温度。它们的床身较长，温差影响运动时导轨面产生的摩擦热及环境温度。它们的床身较长，温差影响会产生较大的弯曲变形会产生较大的弯曲变形(图图4.21(a)和和(b)，上表面温度高则床身中凸，上表面温度高则床身中凸，下表面温度高
103、则床身中凹。下表面温度高则床身中凹。床身热变形是影响加工精度的主要因素床身热变形是影响加工精度的主要因素。如长如长12m高高0.8m的导轨磨床床身，若导轨面与床身底面温差的导轨磨床床身，若导轨面与床身底面温差1时，其弯曲变形量可达时，其弯曲变形量可达0.22mm。 俭说奴稍屏隙变袋载涝秀肺整速贡斌醚怂啄娃誉忱潍盲聘肾够乌实褐愧寂新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社平面磨床床身的热变形决定于油池安放位置及导轨副的摩擦热。平面磨床床身的热变形决定于油池安放位置及导轨副的摩擦热。油池不放在床身
104、内时，机床运转之后，导轨上面温度高于下部，床身油池不放在床身内时，机床运转之后，导轨上面温度高于下部，床身将出现中凸；油池放在床身底部时，会使床身产生中凹。它们都将使将出现中凸；油池放在床身底部时，会使床身产生中凹。它们都将使加工后的零件存在平面度误差。加工后的零件存在平面度误差。双端面磨床的冷却液喷向床身中部的顶面，使其局部受热而产生双端面磨床的冷却液喷向床身中部的顶面，使其局部受热而产生中凸变形，从而使两砂轮的端面产生倾斜，如图中凸变形，从而使两砂轮的端面产生倾斜，如图4.21(c)所示。所示。 荐脱班孜溢熟锐田逻炳默傻桐详弹跪算瘪奎棒寒参甥组蒙虫纸也貉硒哟锯新版机械制造工艺件ch4机械加
105、工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社几种机床的热变形趋势几种机床的热变形趋势平面磨床平面磨床车床车床铣床铣床双端面磨床双端面磨床秃铆末凛皖钙恰锈竖吴涨修涕渗幽猴逝哲米分僧公利窥沸丘舆道嘛犁卵文新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社当机床运转一段时间后传入各部件的热量与各部件散失的热量接近当机床运转一段时间后传入各部件的热量与各部件散失的热量接近或相等时或相等时, 各部件的温度将停止上升并达到热平衡状态，相应的热变
106、形以各部件的温度将停止上升并达到热平衡状态，相应的热变形以及部件间的相互位置也趋于稳定。及部件间的相互位置也趋于稳定。机床达到热平衡状态时的几何精度称为机床达到热平衡状态时的几何精度称为热态几何精度热态几何精度。热平衡状态前，机床的几何精度是变化不定的，其对加工精度的影热平衡状态前，机床的几何精度是变化不定的，其对加工精度的影响也变化不定。响也变化不定。精密加工应在机床处于热平衡之后进行。精密加工应在机床处于热平衡之后进行。一般机床，如车床、磨床等，其运转的热平衡时间约一般机床，如车床、磨床等，其运转的热平衡时间约12小时，小时，大型精密机床大型精密机床热平衡时间热平衡时间往往超过往往超过12
107、小时，甚至达到数十小时。小时，甚至达到数十小时。加工中心机床加工中心机床是一种高效率机床，可在不改变工件装夹的条件下，是一种高效率机床，可在不改变工件装夹的条件下，对工件进行多面和多工位的加工。加工中心机床的转速较高，内部有很对工件进行多面和多工位的加工。加工中心机床的转速较高，内部有很大的热源，而较高的自动化程度使其散热的时间极少。但工序集中的加大的热源，而较高的自动化程度使其散热的时间极少。但工序集中的加工方式和高加工精度并不允许有较大的热变形，所以加工中心机床上采工方式和高加工精度并不允许有较大的热变形，所以加工中心机床上采取了很多防止和减少热变形的措施。取了很多防止和减少热变形的措施。
108、 年傣羊料莎湍舶顷雏汇蚕幽佯球辅爪温嘴穴踪字稠窍椽政养赞伞渝除鹤恢新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社4.4.3 减小热变形对加工精度影响措施减小热变形对加工精度影响措施热变形主要取决于温度场的分布，但热变形分析应注意热变形的方向热变形主要取决于温度场的分布，但热变形分析应注意热变形的方向与加工误差敏感方向的相对位置关系，将机床热变形应尽量控制在加工误与加工误差敏感方向的相对位置关系，将机床热变形应尽量控制在加工误差的不敏感方向上，以减少工件的加工误差，这可以从结构和工艺两个方差的不敏感
109、方向上，以减少工件的加工误差，这可以从结构和工艺两个方面采取措施。面采取措施。 1结构措施结构措施1) 采用热对称结构采用热对称结构机床大件的结构和布局对机床热态特性有较大影响。以加工中心机床机床大件的结构和布局对机床热态特性有较大影响。以加工中心机床立柱为例，单立柱结构受热将产生较大的扭曲变形，而双立柱结构由于左立柱为例，单立柱结构受热将产生较大的扭曲变形，而双立柱结构由于左右对称，仅产生垂直方向的热位移，容易通过调整的方法予以补偿。右对称，仅产生垂直方向的热位移，容易通过调整的方法予以补偿。主轴箱的内部结构中，应注意传动元件主轴箱的内部结构中，应注意传动元件(如轴、轴承及传动齿轮等如轴、轴
110、承及传动齿轮等)安安放的对称性，使箱壁温度分布及变化均匀，从而减少箱体的变形。放的对称性，使箱壁温度分布及变化均匀，从而减少箱体的变形。 壁钻理即汪核拙掖彤雇撼所帜叼搂艰旅历扭寒妖丑英嗽和赘揭起预窑送歪新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社2) 采用热补偿及冷却结构采用热补偿及冷却结构热补偿结构可以均衡机床的温度场，使机床产生的热变形均匀，从热补偿结构可以均衡机床的温度场，使机床产生的热变形均匀，从而不影响工件的形状精度。而不影响工件的形状精度。例如例如M7150A型平面磨床的床身较长，当
111、油箱独立于主机布置时，型平面磨床的床身较长，当油箱独立于主机布置时，则床身上部温度高于下部，产生较大的热变形。则床身上部温度高于下部，产生较大的热变形。可采取回油补偿的方法均衡温度场，如图可采取回油补偿的方法均衡温度场，如图4.22所示。在床身下部配所示。在床身下部配置热补偿油沟，使一部分带有余热的回油经热补偿油沟后送回油池。采置热补偿油沟，使一部分带有余热的回油经热补偿油沟后送回油池。采取这些措施后，床身上下部温差降至取这些措施后，床身上下部温差降至12，从而热变形明显减少。，从而热变形明显减少。 哆蠕锋铡洲退括辛臀盏功但帖肢啊酒家慎悠猿拆趾詹褥真龟扫姜南暗享做新版机械制造工艺件ch4机械加
112、工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社对于不能分离的、发热量大热源，如主轴轴承、丝扛螺母副、高对于不能分离的、发热量大热源，如主轴轴承、丝扛螺母副、高速运动的导轨副等则可以从结构、润滑等方面改善其摩擦持性，或采速运动的导轨副等则可以从结构、润滑等方面改善其摩擦持性，或采用强制式的风冷、水冷等散热措施；用强制式的风冷、水冷等散热措施；对机床、刀具和工件的发热部位采取充分冷却措施，控制温升以对机床、刀具和工件的发热部位采取充分冷却措施，控制温升以减小变形。减小变形。 3) 分离热源分离热源将可能从机床分离的热源进行独立布置
113、，电动机、变速箱、液压将可能从机床分离的热源进行独立布置，电动机、变速箱、液压系统、冷却系统等均应移出，使之成为独立单元。将发热部件和机床系统、冷却系统等均应移出，使之成为独立单元。将发热部件和机床大件大件(如床身、立柱等如床身、立柱等)采用隔热材料相隔离采用隔热材料相隔离。 豢刁留吕歧杜丑芬警泛沃畏吩颗库婪瑶字卞兢祸铬扎拜纪臆慑蜂契唆莽阵新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社2工艺措施工艺措施1) 合理安排工艺过程合理安排工艺过程当粗、精加工时间间隔较短时，粗加工的热变形将影响到精加工，
114、当粗、精加工时间间隔较短时，粗加工的热变形将影响到精加工，工件冷却后将产生加工误差。因此，为避免粗加工时的热变形对加工精工件冷却后将产生加工误差。因此，为避免粗加工时的热变形对加工精度的影响，在安排工艺过程时，应将粗、精加工分开，并保证工件粗加度的影响，在安排工艺过程时，应将粗、精加工分开，并保证工件粗加工后有一定的冷却时间，既可保证加工精度，又可满足较高的切削生产工后有一定的冷却时间，既可保证加工精度，又可满足较高的切削生产要求。在单件小批生产中，粗精加工在同一道工序进行，则粗加工后应要求。在单件小批生产中，粗精加工在同一道工序进行，则粗加工后应停机一段时间使工艺系统冷却，同时还应将工件松开
115、，待精加工时再重停机一段时间使工艺系统冷却，同时还应将工件松开，待精加工时再重新夹紧。新夹紧。2) 保持或加速工艺系统的热平衡保持或加速工艺系统的热平衡在精密加工之前，应让机床先空转一段时间，等达到热平衡状态后在精密加工之前，应让机床先空转一段时间，等达到热平衡状态后再进行加工，从而利于保证加工精度。对于精密机床特别是大型机床，再进行加工，从而利于保证加工精度。对于精密机床特别是大型机床，可在加工前进行高速空转预热，或在机床的适当部位设置控制热源，使可在加工前进行高速空转预热，或在机床的适当部位设置控制热源，使机床较快地达到热平衡状态，然后进行加工。加工一些精密零件时，间机床较快地达到热平衡状
116、态，然后进行加工。加工一些精密零件时，间断时间内不要停车，以避免破坏热平衡。断时间内不要停车，以避免破坏热平衡。3) 控制环境温度控制环境温度精加工机床应避免日光直接照射，精密机床应安装在恒温车间内。精加工机床应避免日光直接照射，精密机床应安装在恒温车间内。 仅弄幼密袭醉掘挤盆橱殃全虾碑蔽拼掷啤栗玩椎椅土俱鞘藉祝舱簧价爬羌新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社对于不能分离的热源，如主对于不能分离的热源，如主抽轴承、丝杠螺母副、高速抽轴承、丝杠螺母副、高速运动的导轨副等，则运动的导轨副等，则
117、可以从可以从结构、润滑等方面改善其摩结构、润滑等方面改善其摩擦特性，减少发热。擦特性，减少发热。采用有效采用有效的冷却措的冷却措施施为了减少机床的热变形，凡是可能分离出去为了减少机床的热变形，凡是可能分离出去的热源应移出，如电动机、变速箱、液压系的热源应移出，如电动机、变速箱、液压系统、冷却系统等，均应移出。统、冷却系统等，均应移出。热源可能分离出去热源可能分离出去减少发热减少发热例如，采用静压轴承。静压导例如，采用静压轴承。静压导轨，改用低粘度润滑油、理基轨，改用低粘度润滑油、理基润滑脂等，也可用隔热材料将润滑脂等，也可用隔热材料将发热部件和机床大件发热部件和机床大件( (如床身、如床身、立
118、柱等立柱等) )隔离开来。隔离开来。 如增加散热面积或使用强制式的风冷、水冷、循环润滑等。如增加散热面积或使用强制式的风冷、水冷、循环润滑等。例如，目前，大型数控机床、加工中心普遍采用冷冻机，对例如，目前，大型数控机床、加工中心普遍采用冷冻机，对润滑油、切削液进行强制冷却，以提高冷却效果。在精密丝润滑油、切削液进行强制冷却，以提高冷却效果。在精密丝杠磨床的母丝杠中通以冷却液，以减少热变形。杠磨床的母丝杠中通以冷却液，以减少热变形。1 1减少热源的发热减少热源的发热颇筒脖珐伪搽垛硅酷湍锨帧嘿哆妒船框扭勾英夹斥强堕寝鹃吓前厘运耙钥新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械
119、加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社4.5 其他影响加工精度的因素及改进措施其他影响加工精度的因素及改进措施机械加工工艺系统中还有一些其他因素影响加工精度，主要包机械加工工艺系统中还有一些其他因素影响加工精度，主要包括括加工原理误差加工原理误差、测量误差测量误差和和残余应力误差残余应力误差等。等。 茄踪憎蒜营珊错丙素渠播励兄毕范旅骨荒唉衫霞糠约酮尊鲸渔扔厂蚜颖妮新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社4.5.1 加工原理误差加工原理误差 加工原理误差加
120、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。也称之为原理误差。工而产生的误差。也称之为原理误差。1采用近似的成形运动所造成的误差采用近似的成形运动所造成的误差在展成法加工渐开线齿轮时，因为滚刀或插刀是由有限的切削刃构在展成法加工渐开线齿轮时，因为滚刀或插刀是由有限的切削刃构成的，所以被加工齿形是由刀具上有限条切削刃在一系列顺序位置上所成的，所以被加工齿形是由刀具上有限条切削刃在一系列顺序位置上所切出的折线包络而成，这与理论上所要求的光滑渐开线表面不同，因而切出的折线包络而成，这与理论上所要求的光滑渐开线表面不同，因而存在
121、原理误差。存在原理误差。在用离散点定义的复曲面加工时，常采用回转面族的包络面去逼近在用离散点定义的复曲面加工时，常采用回转面族的包络面去逼近原曲面。原曲面。在数控机床上，常用直线或圆弧插补来加工轮廓曲线和曲面。这都在数控机床上，常用直线或圆弧插补来加工轮廓曲线和曲面。这都存在理论误差，说明在曲线或曲面的数控加工中，刀具相对于工件的成存在理论误差，说明在曲线或曲面的数控加工中，刀具相对于工件的成形运动也是近似的。形运动也是近似的。 晒搬泥折指烽什毖续募夷眯翔机够邻湘禽害蔷斟摧硼姻本柠实喂闲隅魁苦新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控
122、制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社2采用近似的切削刃轮廓所造成的误差采用近似的切削刃轮廓所造成的误差在渐开线齿轮加工时，理论上要求对同一模数、同一压力角而齿数在渐开线齿轮加工时，理论上要求对同一模数、同一压力角而齿数不同的齿轮应选取相应齿数的铣刀。但为避免铣刀数目过多而引起过高不同的齿轮应选取相应齿数的铣刀。但为避免铣刀数目过多而引起过高成本或难于管理，实际上的铣刀刀具是按优选系列制备的，这必然产生成本或难于管理，实际上的铣刀刀具是按优选系列制备的，这必然产生齿形误差。齿形误差。如如3号铣刀可用于加工齿数为号铣刀可用于加工齿数为1720的齿轮，但其切削刃是按本组最的齿轮，但其切削刃是按
123、本组最小齿数小齿数17的齿形设计的。的齿形设计的。由于制造上的困难，实际上采用阿基米德蜗杆或法向直廓蜗杆代替由于制造上的困难，实际上采用阿基米德蜗杆或法向直廓蜗杆代替渐开线蜗杆，这种近似造型的刀刃轮廓必然引起加工误差。渐开线蜗杆，这种近似造型的刀刃轮廓必然引起加工误差。虽然近似的成形运动或近似的刀刃轮廓会产生加工原理误差，但采虽然近似的成形运动或近似的刀刃轮廓会产生加工原理误差，但采用近似加工方法可使工艺装备的结构得以简化，工艺过程更为经济，从用近似加工方法可使工艺装备的结构得以简化，工艺过程更为经济，从而提高生产率、保证质量。而提高生产率、保证质量。在满足产品精度要求的前提下，只要原理误差不
124、超过规定的范围，在满足产品精度要求的前提下，只要原理误差不超过规定的范围，原理误差存在是允许的，一般其应小于原理误差存在是允许的，一般其应小于l015工件的公差值工件的公差值。 请裕季演袄召窄克岳瀑殿给弧厅乾份烧愈量篮茹剔此莎拆檀牺堕屈谓球濒新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社4.5.2 测量误差测量误差工件在加工过程中要用各种量具、量仪等进行检验测量，并以测量工件在加工过程中要用各种量具、量仪等进行检验测量，并以测量结果进行工艺系统的调整，防止工件超差，保证工件加工后能够达到预结果进行
125、工艺系统的调整，防止工件超差，保证工件加工后能够达到预定的加工精度。定的加工精度。测量误差测量误差是指工件实际尺寸与量具表示的尺寸之间的差是指工件实际尺寸与量具表示的尺寸之间的差值。值。测量误差直接影响加工精度，但在理论上是不可避免的，测量误差直接影响加工精度，但在理论上是不可避免的，产生测量误差的原因主要有：产生测量误差的原因主要有：1. 计量器具和测量方法本身的误差计量器具和测量方法本身的误差1）计量器具本身精度的影响）计量器具本身精度的影响任何一种精密量具、量仪等测量设备本身都存在制造误差，但制造任何一种精密量具、量仪等测量设备本身都存在制造误差，但制造误差并不直接影响加工精度，仅使加工
126、误差的数值失真。但在试切法或误差并不直接影响加工精度，仅使加工误差的数值失真。但在试切法或调整加工时，对加工精度则有直接影响。而计量器具精度主要是由示值调整加工时，对加工精度则有直接影响。而计量器具精度主要是由示值误差、示值稳定性、回程误差和灵敏度等四个方面综合起来的极限误差误差、示值稳定性、回程误差和灵敏度等四个方面综合起来的极限误差表示的，选用不同的计量器具，测量误差的变动范围也很大。表示的，选用不同的计量器具，测量误差的变动范围也很大。如用光学比较仪测量轴类零件，误差如用光学比较仪测量轴类零件，误差1m；用千分尺测量时误差；用千分尺测量时误差为为5m 10m，而用游标卡尺误差则达，而用游
127、标卡尺误差则达150m。 献左桥归匠疆吼助幽增挝照掷议娥整绞邀淫嫁崇任榆傍砒摇参跃扇指耐认新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社2）计量器具或测量方法不符合计量器具或测量方法不符合“阿贝原则阿贝原则”所采用的测量方法和量具结构不符合所采用的测量方法和量具结构不符合“阿贝原则阿贝原则”时，会产生很大时，会产生很大的测量误差，称为的测量误差，称为“阿贝误差阿贝误差”。例如，常用的外径百分尺、测深尺、立式测长仪等进行测量时，是例如，常用的外径百分尺、测深尺、立式测长仪等进行测量时，是符合符合“阿
128、贝原则阿贝原则”的，而用游标卡尺等测量则不符合的，而用游标卡尺等测量则不符合“阿贝原则阿贝原则”。3）单次测量判断的不准确性单次测量判断的不准确性测量精度是由测量误差衡量的，而测量误差的大小是以实际测得值测量精度是由测量误差衡量的，而测量误差的大小是以实际测得值与所谓与所谓“真值真值”之差表示的。然而，真值在测量前是未知的。为了衡量之差表示的。然而，真值在测量前是未知的。为了衡量测量误差的大小，必须寻找一个非常接近真值的数值代替真值，以评价测量误差的大小，必须寻找一个非常接近真值的数值代替真值，以评价测量精度的而低。因此，在排除测量过程中系统误差的前提下，对某一测量精度的而低。因此，在排除测量
129、过程中系统误差的前提下，对某一测量尺寸进行多次重复测量，一般以重复测量值的算术平均值代替真值。测量尺寸进行多次重复测量，一般以重复测量值的算术平均值代替真值。 耗许阿代补癣姨死进苟昨玉乓忌爪蒂淡赶巡找氧侦甚帘挖宰鼓牧铭煌肃筑新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社2. 测量条件的影响测量条件的影响环境条件对测量精度也有影响，主要指测量环境的温度和振动。环境条件对测量精度也有影响，主要指测量环境的温度和振动。温度变化会引起测量时量具和工件的热变形量不相等，从而产生测温度变化会引起测量时量具和工
130、件的热变形量不相等，从而产生测量误差；振动则就会使工件位置变动或使量具读数不稳定。量误差；振动则就会使工件位置变动或使量具读数不稳定。除此之外，测量者的视力、判断能力、测量经验、相对测量或间接除此之外，测量者的视力、判断能力、测量经验、相对测量或间接测量所用的对比标准，以及测量力等因素都会引起读数的误差而产生测测量所用的对比标准，以及测量力等因素都会引起读数的误差而产生测量误差。量误差。减小测量误差的主要措施有：减小测量误差的主要措施有：提高量具精度，根据加工精度要求合理选择量具；提高量具精度，根据加工精度要求合理选择量具；注意操作方法，正确使用和维护量具，定期检测；注意操作方法，正确使用和维
131、护量具，定期检测；注意测量条件，精密零件应在恒温环境下进行测量。注意测量条件，精密零件应在恒温环境下进行测量。祷帜喝柏战浊丛蓄空早俐愚垃咎篇舒曙念母攒熏煌奏胜而预战炉澜汁舱邦新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社4.5.3 调整误差调整误差零件加工的每一道工序中，为了获得被加工表面的形状、尺寸和零件加工的每一道工序中，为了获得被加工表面的形状、尺寸和位置精度，必须对机床进行调整。而任何调整方法及任何调整工具都位置精度，必须对机床进行调整。而任何调整方法及任何调整工具都不可能绝对精确，因而会
132、产生调整误差。不可能绝对精确，因而会产生调整误差。机械加工中，由于零件生产量的不同和加工精度的不同，所采用机械加工中，由于零件生产量的不同和加工精度的不同，所采用的调整方法也不相同。的调整方法也不相同。单件小批量生产单件小批量生产时，多采用试切法调整；时，多采用试切法调整；大批大量生产大批大量生产时，一般采用样板、样件、挡板及靠模等调整工艺时，一般采用样板、样件、挡板及靠模等调整工艺系统。系统。调整方式的不同，其误差来源也不同。调整方式的不同，其误差来源也不同。 刀义翰寞般咯吱杠钞四墩鹃沈绑运询争饲颁栽磋怯着厩洼吭自阎要茨奋拐新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械
133、加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社1. 试切法调整试切法调整单件小批生产中，通常采用试切法加工。试切调整是一种通过单件小批生产中，通常采用试切法加工。试切调整是一种通过“试切试切测量测量调整调整再试切再试切”的反复过程来确定刀具与工件相对位置的正确性，从的反复过程来确定刀具与工件相对位置的正确性，从而保证零件加工精度的方法。它的调整误差主要来源于三个方面：而保证零件加工精度的方法。它的调整误差主要来源于三个方面：测量误差测量误差 量具本身的精度、测量方法或使用条件下的误差都会影响测量的准确性，量具本身的精度、测量方法或使用条件下的误差都会影响测量的准确
134、性，并可能引起误差。并可能引起误差。进给机构的位移误差进给机构的位移误差 在试切最后一刀或在精加工时，总需要按刻度盘的显示值微调刀具的进在试切最后一刀或在精加工时，总需要按刻度盘的显示值微调刀具的进给量。这种低速微量进给运动会导致进给机构出现给量。这种低速微量进给运动会导致进给机构出现“爬行爬行”现象，将导致刀现象，将导致刀具的实际位置与刻度盘的数值不一致，从而造成加工误差。具的实际位置与刻度盘的数值不一致，从而造成加工误差。试切时与正式切削层厚度不同的影响试切时与正式切削层厚度不同的影响 刀具所能切除的最小切屑层厚度是有一定限度的，一般锐利的刀刃最小刀具所能切除的最小切屑层厚度是有一定限度的
135、，一般锐利的刀刃最小切屑层厚度可达切屑层厚度可达5m，而钝刀约，而钝刀约2050m。切削厚度过小时刀刃只起挤。切削厚度过小时刀刃只起挤压作用而不进行切削。压作用而不进行切削。在精加工时，试切的最后一刀总是很薄，但正式切削时的加工余量较大，在精加工时，试切的最后一刀总是很薄，但正式切削时的加工余量较大，实际切深要大于试切，因此工件尺寸与试切不同，产生加工尺寸误差。实际切深要大于试切，因此工件尺寸与试切不同，产生加工尺寸误差。 晒瞎薄棘始曰糖梳晾驾奋下久来婚坪此焰涨爱褥哭坎痢苫隋鼓绳氯余谦洋新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械
136、制造工艺学 常同立等 清华大学出版社2. 调整法调整法生产中常用标准样块或对刀块生产中常用标准样块或对刀块(导套导套)调整刀具，以及按试切尺寸调调整刀具，以及按试切尺寸调整刀具。当以试切为依据进行工艺系统调整时，影响试切法调整精度的整刀具。当以试切为依据进行工艺系统调整时，影响试切法调整精度的因素同样对调整法有影响。除此之外，影响调整精度的因素还有：因素同样对调整法有影响。除此之外，影响调整精度的因素还有：定程机构误差定程机构误差 成批生产中，广泛采用行程挡块、靠模、凸轮等机构保证刀具和工成批生产中，广泛采用行程挡块、靠模、凸轮等机构保证刀具和工件的相对位置，这些定程机构的制造精度和调整误差，
137、以及它们的受力件的相对位置，这些定程机构的制造精度和调整误差，以及它们的受力变形和与它们配合使用的电、液、气动元件的灵敏度等都是影响调整误变形和与它们配合使用的电、液、气动元件的灵敏度等都是影响调整误差的主要因素。差的主要因素。样件或样板的误差样件或样板的误差 在各种仿形机床、多刀机床和专用机床中，常采用专用的样件或样在各种仿形机床、多刀机床和专用机床中，常采用专用的样件或样板确定刀具和工件的相对位置。这种情况下，样板或样块的制造误差、板确定刀具和工件的相对位置。这种情况下，样板或样块的制造误差、安装误差和对刀误差以及它们的磨损等都是造成调整误差的来源。安装误差和对刀误差以及它们的磨损等都是造
138、成调整误差的来源。测量有限试件造成的误差测量有限试件造成的误差 工艺系统进行试切加工的工件数工艺系统进行试切加工的工件数(称为抽样件数称为抽样件数)不可能太多，从统不可能太多，从统计上讲不能完全反映整批工件切削过程中的各种随机误差，试切工件的计上讲不能完全反映整批工件切削过程中的各种随机误差，试切工件的平均尺寸不可能完全符合总体尺寸，从而产生加工误差。平均尺寸不可能完全符合总体尺寸，从而产生加工误差。 曳担离让弓号钻洗觅倒布堵倡坯扔就蘑舒豪苞堡拣继钎减幼凝淖搽占光吾新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等
139、清华大学出版社4.5.4 残余应力残余应力残余应力是指外部载荷去除后，仍残存在工件内部的应力。零件中的残余应力是指外部载荷去除后，仍残存在工件内部的应力。零件中的残余应力往往处于一种很不稳定的平衡状态，在外界某种因素的影响下残余应力往往处于一种很不稳定的平衡状态，在外界某种因素的影响下很容易失去原有的平衡状态，而重新达到一个新的较稳定的平衡状态。很容易失去原有的平衡状态，而重新达到一个新的较稳定的平衡状态。这一过程中，将使残余应力重新分布，零件也要产生相应的变形，使原这一过程中，将使残余应力重新分布，零件也要产生相应的变形，使原有的加工精度逐渐丧失。有的加工精度逐渐丧失。若把具有残余应力的零件
140、装配成机器，则可能使机器在使用过程中也若把具有残余应力的零件装配成机器，则可能使机器在使用过程中也产生变形，甚至破坏整个机器的质量。产生变形，甚至破坏整个机器的质量。1. 产生残余应力的原因产生残余应力的原因残余应力残余应力是由金属内部的相邻宏观或微观组织发生了不均匀的体积变是由金属内部的相邻宏观或微观组织发生了不均匀的体积变化而产生的，促成这种变化的因素主要来自冷加工或热加工。化而产生的，促成这种变化的因素主要来自冷加工或热加工。1）毛坯制造过程中产生的残余应力）毛坯制造过程中产生的残余应力在铸、锻、焊及热处理等加工过程中，由于工件各部分热胀冷缩不均在铸、锻、焊及热处理等加工过程中，由于工件
141、各部分热胀冷缩不均匀以及工件金相组织转变时的体积变化，将使毛坯内部产生残余应力。匀以及工件金相组织转变时的体积变化，将使毛坯内部产生残余应力。坞欲单寨潜耿挚避南倾赎忠莫释楞汤卉骋擒雍皱拙挝如徒乡偿饼辛隶咎昔新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社图图4.23(a)为一个内外壁厚相差较大的铸件。当铸件冷却时，由于为一个内外壁厚相差较大的铸件。当铸件冷却时，由于A和和C部分比部分比B部分的壁厚薄很多，散热较容易，冷却较快，因而冷却部分的壁厚薄很多，散热较容易，冷却较快，因而冷却后将在后将在B部分
142、产生部分产生拉伸残余应力拉伸残余应力，相应，相应A和和C部分产生部分产生压缩残余应力压缩残余应力与与之平衡，如图之平衡，如图4.23(b)所示。所示。如果在铸件上如果在铸件上A部分切开一个缺口，见图部分切开一个缺口，见图4.23(c)，则，则A部分的压缩部分的压缩残余应力作用消失，残余应力作用消失，B和和C部分的内应力将产生新的平衡，部分的内应力将产生新的平衡，B部分收缩，部分收缩，C部分伸长，铸件就会产生弯曲变形。部分伸长，铸件就会产生弯曲变形。推广到一般情况，各类结构的铸件都难免存在冷却不均匀而产生推广到一般情况，各类结构的铸件都难免存在冷却不均匀而产生内应力。内应力。梯饭器庭桨蹦涵装涨掐
143、仇卞酗阂目葡窒真氨龄泡卡胶涂铃捅起向人铃傻拧新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社残余应力的程度与毛坯的结构、厚度均匀情况、散热条件等有直残余应力的程度与毛坯的结构、厚度均匀情况、散热条件等有直接关系。接关系。毛坯的结构越复杂，各部分壁厚越不均允，则散热条件相互差别毛坯的结构越复杂，各部分壁厚越不均允，则散热条件相互差别越大，毛坯内部产生的残余应力也越大。越大，毛坯内部产生的残余应力也越大。具有残余应力的毛坯，其残余应力暂时处于相对平衡状态，一旦具有残余应力的毛坯，其残余应力暂时处于相对平
144、衡状态，一旦去除表面部分后，打破这种平衡，残余应力将重新分布，从而使工件去除表面部分后，打破这种平衡，残余应力将重新分布，从而使工件出现变形。出现变形。 扔犁贩剁纂滤满吭躇酬悄宅抬抵豌晨磁渺隐党掐枫苛肋蝉赦电蓝羌杯簇昂新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社2）工件冷校直时产生的残余应力）工件冷校直时产生的残余应力一般在细长的零件一般在细长的零件(如细长的轴或曲轴等轴类零件如细长的轴或曲轴等轴类零件)加工时易产生弯曲加工时易产生弯曲变形，不能满足后续工序的加工精度要求，常采用冷校直工艺进行校
145、正。变形，不能满足后续工序的加工精度要求，常采用冷校直工艺进行校正。校正的方法是在与变形相反的方向上施加作用力，使工件反方向弯曲校正的方法是在与变形相反的方向上施加作用力，使工件反方向弯曲产生塑性变形，以使工件变直，如图产生塑性变形，以使工件变直，如图a所示。所示。冷校直时，在力冷校直时，在力F作用下工件内部产生的应力分布如图作用下工件内部产生的应力分布如图b所示。工件轴所示。工件轴线以上部分产生压应力，轴线以下部分产生拉应力。为使工件变直，工件线以上部分产生压应力，轴线以下部分产生拉应力。为使工件变直，工件部分处的应力必须超过弹性极限，即产生部分处的应力必须超过弹性极限，即产生塑性变形塑性变
146、形。外力去除后，弹性变形部分要恢复原有形状，而塑性变形的部分已不外力去除后，弹性变形部分要恢复原有形状，而塑性变形的部分已不能恢复。两部分互相牵制，应力将重新分布，并达到新的平衡状态，如图能恢复。两部分互相牵制，应力将重新分布，并达到新的平衡状态，如图c所示。所示。 苇涧伦霜恤缸范吐释念材妨指刚铡雏左展卓肺赣痈棚泵漆密巢概政车经俄新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社经过冷校直之后，虽然减少了工件的弯曲，但工件内部产生了新的经过冷校直之后，虽然减少了工件的弯曲，但工件内部产生了新的应力状态
147、，工件仍处于不稳定状态。如果再次加工，工件将产生新的弯应力状态，工件仍处于不稳定状态。如果再次加工，工件将产生新的弯曲。所以，精度要求较高的细长轴类工件曲。所以，精度要求较高的细长轴类工件(如精密丝杠等如精密丝杠等)，不允许采用，不允许采用冷校直工艺减小弯曲变形，而是加大毛坯余量，经过多次切削和人工时冷校直工艺减小弯曲变形，而是加大毛坯余量，经过多次切削和人工时效处理来消除残余应力。效处理来消除残余应力。3）切削加工中产生的残余应力）切削加工中产生的残余应力切削加工过程中产生的力和热，也会使被加工工件的表面层产生残切削加工过程中产生的力和热，也会使被加工工件的表面层产生残余应力。这种残余应力的
148、分布情况由加工时的工艺因素决定。余应力。这种残余应力的分布情况由加工时的工艺因素决定。 细雀煌窘虎扔鸣协革追盘与陶肌狐川咖禄闺畅桨晶七英符耙吊焕快佩堵步新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社2. 减小或消除残余应力的措施减小或消除残余应力的措施1）合理设计零件结构合理设计零件结构零件结构设计中，应简化结构，提高零件的刚度，尽量使零件的壁零件结构设计中，应简化结构，提高零件的刚度，尽量使零件的壁厚均匀、结构对称，以减少残余应力的产生。厚均匀、结构对称，以减少残余应力的产生。2）设立消除残余应
149、力的热处理工序设立消除残余应力的热处理工序消除残余应力的工序主要有热处理和时效处理。对于毛坯或大型工消除残余应力的工序主要有热处理和时效处理。对于毛坯或大型工件，在粗加工后可进行自然时效，以松弛残余应力。人工时效可通过热件，在粗加工后可进行自然时效，以松弛残余应力。人工时效可通过热处理工艺，如对铸、锻、焊件进行退火或回火；零件淬火后进行回火；处理工艺，如对铸、锻、焊件进行退火或回火；零件淬火后进行回火；对精度要求高的零件，如床身、丝杠、箱体、精密主轴等，在粗加工后对精度要求高的零件，如床身、丝杠、箱体、精密主轴等，在粗加工后进行低温回火，根据要求有时还安排中间时效处理等。常用的时效处理进行低温
150、回火，根据要求有时还安排中间时效处理等。常用的时效处理方法有高温时效、低温时效、冲击时效和振动时效等。方法有高温时效、低温时效、冲击时效和振动时效等。3）合理安排工艺过程合理安排工艺过程安排工艺过程时，应尽可能地将粗、精加工分开，使粗加工后有一安排工艺过程时，应尽可能地将粗、精加工分开，使粗加工后有一定时间让残余应力重新分布，经过充分变形后，通过精加工减少对加工定时间让残余应力重新分布，经过充分变形后，通过精加工减少对加工精度的影响。对于质量和体积很大的零件，即使在同一台中型机床上进精度的影响。对于质量和体积很大的零件，即使在同一台中型机床上进行粗、精加工，也应该在粗加工后将加紧工件松开，使之
151、有充足时间松行粗、精加工，也应该在粗加工后将加紧工件松开，使之有充足时间松弛应力，待充分变形后再重新夹紧，然后进行精加工。弛应力，待充分变形后再重新夹紧，然后进行精加工。 杂度迷匀析章挫甫式鸭肿治犀尤郝渣触钉奶跑沧蔚著怪峭豺盆娇沁陕晌镀新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社4.6 加工误差的统计学分析加工误差的统计学分析前几节就影响加工精度的各种主要因素，从单因素的角度进行前几节就影响加工精度的各种主要因素，从单因素的角度进行了详细分析，并提出了一些保证加工精度的措施。但在实际生产中，了详
152、细分析，并提出了一些保证加工精度的措施。但在实际生产中，一个工序加工完成后，工件的加工精度是一系列工艺因素综合作用一个工序加工完成后，工件的加工精度是一系列工艺因素综合作用的结果，各种因素产生的加工误差可能相互迭加，也可能相互补偿的结果，各种因素产生的加工误差可能相互迭加，也可能相互补偿或抵消，而且各种误差的表现性质在很大程度上带有一定的随机性。或抵消，而且各种误差的表现性质在很大程度上带有一定的随机性。实际上，影响加工精度的因素是错综复杂的，需要要用概率理实际上，影响加工精度的因素是错综复杂的，需要要用概率理论和统计方法进行分析和处理，进而提出控制和解决加工精度问题论和统计方法进行分析和处理
153、，进而提出控制和解决加工精度问题的工艺措施。的工艺措施。迈屠寡搀强硒休韦明瞳怔苟醛谭佛游蜘荫凸亩辊堕华钒瞧扑洼盅恃童许绥新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社4.6.1 加工误差的统计学规律加工误差的统计学规律虽然从表面上看影响加工误差的因素似乎没有规律，但是应用概率理论虽然从表面上看影响加工误差的因素似乎没有规律，但是应用概率理论和统计方法可以发现一批工件加工误差的总体规律，从而查处产生误差的根和统计方法可以发现一批工件加工误差的总体规律，从而查处产生误差的根源，在工艺上采取措施予以控制
154、。源，在工艺上采取措施予以控制。1. 加工误差的性质加工误差的性质根据加工一批工件所出现的误差规律来看，加工误差可分为根据加工一批工件所出现的误差规律来看，加工误差可分为系统误差系统误差和和随机误差随机误差两类。两类。1）系统误差）系统误差在相同的工艺条件下、顺序加工一工件时，加工误差的大小和方向都保在相同的工艺条件下、顺序加工一工件时，加工误差的大小和方向都保持不变，或者按照一定的规律性变化，称这类误差为持不变，或者按照一定的规律性变化，称这类误差为系统误差系统误差。称前者为。称前者为常常值系统误差值系统误差，称后者为，称后者为变值系统误差变值系统误差。机床、夹具、刀具和量具本身的制造误差和
155、很慢的磨损往往被看作常值机床、夹具、刀具和量具本身的制造误差和很慢的磨损往往被看作常值系统误差。机床、夹具和刀具等在热平衡前的热变形常被看作变值系统误差。系统误差。机床、夹具和刀具等在热平衡前的热变形常被看作变值系统误差。常值系统误差和变值系统误差在不同条件、不同定义域内是可以相互转常值系统误差和变值系统误差在不同条件、不同定义域内是可以相互转化的，要具体问题进行具体分析。如工艺系统的热变形在平衡状态之前引起化的，要具体问题进行具体分析。如工艺系统的热变形在平衡状态之前引起的误差为变值系统误差，而热平衡之后引起的误差则为常值系统误差。的误差为变值系统误差，而热平衡之后引起的误差则为常值系统误差
156、。梁咒霄级佬窑咸招杂孰凰慰道返牧郎盖舰低苦晨倍哮统嵌构遏曼能撬泰台新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社2）随机误差）随机误差在相同工艺条件厂、顺序加工一批工件时，其加工误差的大小、方在相同工艺条件厂、顺序加工一批工件时，其加工误差的大小、方向及其变化是随机性的，称这类误差为向及其变化是随机性的，称这类误差为随机误差随机误差。加工前毛坯或零件自身的误差，工件的定位误差，多次调整误差以加工前毛坯或零件自身的误差，工件的定位误差，多次调整误差以及工件残余应力变形引起的加工误差等，都属于随机误差
157、。及工件残余应力变形引起的加工误差等，都属于随机误差。不同的条件下，误差表现的性质不同，不同的条件下，误差表现的性质不同，系统误差系统误差和和随即误差随即误差的划分的划分也不是绝对的。也不是绝对的。如绞孔时，绞刀直径不正确所引起的工件误差是如绞孔时，绞刀直径不正确所引起的工件误差是常值系统误差常值系统误差；而；而绞刀在直径正确条件下绞孔的孔径尺寸仍然不同，则属于绞刀在直径正确条件下绞孔的孔径尺寸仍然不同，则属于随机误差随机误差。 柞功杀糯纬古绣鸟涌殃鸡谅田吗寻自滥耿吮涨震忱镍酿堕驴膳厨聂届题举新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控
158、制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社2. 加工误差的统计规律加工误差的统计规律实践和理论分析表明，一批工件在正常的加工状态下，其尺寸误差是很实践和理论分析表明，一批工件在正常的加工状态下，其尺寸误差是很多独立的随机误差综合作用的结果。在无某种优势因素影响的情况下，多独立的随机误差综合作用的结果。在无某种优势因素影响的情况下，即其中没有一个起决定作用的随机误差，则加工后零件的尺寸分布符合即其中没有一个起决定作用的随机误差，则加工后零件的尺寸分布符合正态分布，见图正态分布，见图4.25(a)。正态分布曲线的数学表达式为。正态分布曲线的数学表达式为式中式中y正态分布的概率密度，即工件尺寸为正态
159、分布的概率密度，即工件尺寸为x 时的概率密度；时的概率密度； 正态分布随机变量总体的算术平均值，即分散中心；正态分布随机变量总体的算术平均值，即分散中心；正态分布随机变量的标准偏差。正态分布随机变量的标准偏差。 高浊南朵可阉知央稼甩踢眨唤撵熏烁孟雕蜘竭如盏跑智庇毛熬杂旺荡茁庸新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社正态分布曲线关于直线正态分布曲线关于直线x= 对称，且时，工件尺寸为时概率密度极值对称，且时，工件尺寸为时概率密度极值最大，即最大，即正态分布曲线的形状与正态分布曲线的形状与和和值
160、有关。值有关。 值表征正态分布曲线的位置，值表征正态分布曲线的位置，即改变即改变值分布曲线将沿横坐标移动而不改变曲线的形状，如图值分布曲线将沿横坐标移动而不改变曲线的形状，如图4.25(b)所所示。示。值表征分布曲线的形状，值表征分布曲线的形状， 值减小值减小，则分布曲线将向上伸展，曲线，则分布曲线将向上伸展，曲线两侧向中间收紧；两侧向中间收紧； 值增大值增大，则分布曲线趋向平坦并向两端伸展，如图，则分布曲线趋向平坦并向两端伸展，如图4.25(c)所示。所示。 拓资铸逊海满弯棉僵谓勺汞琴础债识疫铭氏璃谈尹寅希挛阴茸券巾用翌猾新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加
161、工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社总体平均值总体平均值x= 0、总体标准偏差、总体标准偏差 =1的正态分布称为标准正态分布。的正态分布称为标准正态分布。正态分布曲线与横轴所包含的面积为正态分布曲线与横轴所包含的面积为1。在在x- =处，正态分布曲线出现拐点，而处，正态分布曲线出现拐点，而x-=3范围内的分布范围内的分布曲线包含的面积为曲线包含的面积为99.73%，说明随机变量分布在此范围外的概率仅为，说明随机变量分布在此范围外的概率仅为0.27%。因此，一般认为正态分布的随机变量的分散范围为。因此，一般认为正态分布的随机变量的分散范围为3 ，这就，这就是
162、所谓的是所谓的3 (或或6 )原则。原则。3或6是一个很重要的概念，在研究加工误差时应用很广，它代是一个很重要的概念，在研究加工误差时应用很广，它代表了某种加工方法在一定条件下所能达到的加工精度。因此，在一般情况表了某种加工方法在一定条件下所能达到的加工精度。因此，在一般情况下应该使所选择加工方法的标准偏差与尺寸公差带宽度间具有如下关系：下应该使所选择加工方法的标准偏差与尺寸公差带宽度间具有如下关系：6T正态分布的正态分布的和和值可由样本的平均值值可由样本的平均值 和样本标准偏差和样本标准偏差S近似估计，近似估计，常值系统误差仅影响平均值，引起正态分布曲线沿横轴平移；而值是由随常值系统误差仅影
163、响平均值，引起正态分布曲线沿横轴平移；而值是由随机误差决定的，所以随机误差影响分布曲线的形状。因而抽检成批加工的机误差决定的，所以随机误差影响分布曲线的形状。因而抽检成批加工的一批工件，即可判断整批工件的加工精度及加工误差性质。一批工件，即可判断整批工件的加工精度及加工误差性质。 径敞挂纂舍瞧秃惠歇潘洪燃崩蕊权阁宙容忆嚣盲壶椎括姆崎伙炎入滨园刚新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社然而在实际加工中，工件尺寸或误差的实际分布有时并不近似于正态然而在实际加工中，工件尺寸或误差的实际分布有时并不
164、近似于正态分布，典型的具有明显特征的分布曲线如下：分布，典型的具有明显特征的分布曲线如下：(1) 双峰分布双峰分布将两次调整下加工的工件混在一起，由于每次调整时常值系统误差是将两次调整下加工的工件混在一起，由于每次调整时常值系统误差是不同的，因此样本的平均值不可能完全相同。当常值系统误差之差值大于不同的，因此样本的平均值不可能完全相同。当常值系统误差之差值大于2.2 时，分布曲线就会出现双蜂。时，分布曲线就会出现双蜂。假如把两台机床加工的工件混在一假如把两台机床加工的工件混在一起，不仅调整时的常值系统误差不等，起，不仅调整时的常值系统误差不等，机床精度可能也不同，即随机误差的影机床精度可能也不
165、同，即随机误差的影响不同，因而分布曲线的峰高不等，如响不同，因而分布曲线的峰高不等，如图图a所示。所示。双峰分布的实质是两组分布曲线的双峰分布的实质是两组分布曲线的叠加，而且每组曲线有各自的分散中心叠加，而且每组曲线有各自的分散中心和标准偏差，即加工误差主要为随机误和标准偏差，即加工误差主要为随机误差和常值系统误差。差和常值系统误差。勉窿赊唯钾址泥柬砸济纳谦婴皑缩袄锈粱仙硫挛骡屹铲玫啄疡饱纯弛赦壳新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社(2)平顶分布平顶分布 在加工过程中，如果存在比较明显的
166、变值在加工过程中，如果存在比较明显的变值系统误差系统误差(如刀具或砂轮磨损较快如刀具或砂轮磨损较快)，则正态，则正态分布曲线的尺寸中心将随时间均匀地移动，分布曲线的尺寸中心将随时间均匀地移动，使分布曲线呈平顶状，如图使分布曲线呈平顶状，如图4.26(b)所示。所示。(3)偏态分布偏态分布 当采用试切法加工零时，加工误差呈现偏当采用试切法加工零时，加工误差呈现偏态分布，如图态分布，如图4.26(c)所示。加工轴时凸峰向所示。加工轴时凸峰向右偏，加工孔时凸峰向左偏。右偏，加工孔时凸峰向左偏。上面所述的为加工误差分布的理论模型和上面所述的为加工误差分布的理论模型和理论分布曲线，一般分析加工误差的分析
167、主理论分布曲线，一般分析加工误差的分析主要采用两种方法：分布图分析法和点图分析要采用两种方法：分布图分析法和点图分析法。法。 擒令梗蓖呈婴拄菇支峭咱名势端筋龟偿捶犯趟费计帧扯畴烧橱柠短额易岛新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社4.6.2 分布图分析法分布图分析法分布图分析法是通过测量某工序加工所得一批零件的实际尺寸，分布图分析法是通过测量某工序加工所得一批零件的实际尺寸，用作图用作图(如直方图或曲线如直方图或曲线)分析的方法此判断加工方法产生误差的性质和分析的方法此判断加工方法产生误差的
168、性质和大小。大小。1实验分布图绘制实验分布图绘制实验分布图的作法与步骤如下：实验分布图的作法与步骤如下：1) 样本数据的收集样本数据的收集 按照一定的抽样方法，如在一次调整加工中连续抽样、或每间隔按照一定的抽样方法，如在一次调整加工中连续抽样、或每间隔一定时间抽样，或随意抽样等，抽样方法应根据不同的要求而定。一定时间抽样，或随意抽样等，抽样方法应根据不同的要求而定。在统计学上，称抽取的一批零件为一个样本，其数量在统计学上，称抽取的一批零件为一个样本，其数量n为样本容量。为样本容量。一般样本容量一般样本容量n50件。件。成涯带臼洱它酪懦叁杉疮壕帜眯峪帧鳃盗戳侈异幢废掐撑雁燎著缎伶硫贫新版机械制造
169、工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社2) 样本数据的整理与计算样本数据的整理与计算逐个测量其尺寸或误差逐个测量其尺寸或误差xi，按顺序排列。由于随即误差的存在，按顺序排列。由于随即误差的存在，样本的加工尺寸的实际数值是各不相同的，这种现象称为样本的加工尺寸的实际数值是各不相同的，这种现象称为统计分散统计分散。剔除样本中各工件尺寸剔除样本中各工件尺寸xi中的异常数据中的异常数据(奇异值奇异值)，根据样本最大，根据样本最大值值xmax与最小值与最小值xmin确定工件尺寸的分布范围确定工件尺寸的分布范围R
170、，即，即R=xmax-xmin。将。将样本分为样本分为kd组，组距为组，组距为d(将组距圆整为测量尾数，即量具的最小分辨将组距圆整为测量尾数，即量具的最小分辨率的整数倍率的整数倍)。组距组距、样本平均值样本平均值和和样本标准偏差样本标准偏差以及可按下列公式计算：以及可按下列公式计算：同一尺寸或同一误差组内零件的数量称为频数同一尺寸或同一误差组内零件的数量称为频数mi，频数，频数mi与样本与样本容量容量n的比值称为频率的比值称为频率fi，即，即 斧主巍村井慌绩拜鉴驹愤税暖炽臭琴荆佛帛篓述根涩骚乱您纲秤岭口郧商新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章
171、机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社3) 绘制实验分布图绘制实验分布图以以频数或频率为纵坐标频数或频率为纵坐标，零件尺寸或误差为横坐标零件尺寸或误差为横坐标，即可得到若干，即可得到若干个数据点，将这些数据点连接起来，就可得到一条曲线，称其为实验分个数据点，将这些数据点连接起来，就可得到一条曲线，称其为实验分布曲线。布曲线。为了使分布图能能够反映某一工序的加工精度，而不受组距大小和为了使分布图能能够反映某一工序的加工精度，而不受组距大小和工件总数多少的影响，也可用频率密度为纵坐标。频率密度为工件总数多少的影响，也可用频率密度为纵坐标。频率密度为 如果加工误差分布是服从统计学规
172、律的，可能合乎正态分布或非正如果加工误差分布是服从统计学规律的，可能合乎正态分布或非正态分布，因而理论曲线分析的方法同样适用于实验分布图分析的样本。态分布，因而理论曲线分析的方法同样适用于实验分布图分析的样本。在用理论分布曲线与实验分布图相比较时，实验分布图的纵坐标要采用在用理论分布曲线与实验分布图相比较时，实验分布图的纵坐标要采用频率密度，而概率密度函数计算的参数可分别取频率密度，而概率密度函数计算的参数可分别取漆凹盈前陆一骆派蘑拐寇筷辙拦橡豆虹均绰方樟闽挽翅胡出订躇环痉屠扣新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学
173、 常同立等 清华大学出版社2分布图分析法的应用分布图分析法的应用1）判别加工误差性质）判别加工误差性质对于正态分布而言，常值系统误差影响平均值对于正态分布而言，常值系统误差影响平均值 ，会引起正态分布，会引起正态分布曲线沿横轴平移，即样本平均值曲线沿横轴平移，即样本平均值 与公差带中心不重合；与公差带中心不重合；而随机误差决定而随机误差决定值，仅影响分布曲线的形状。因此，如果实际分布值，仅影响分布曲线的形状。因此，如果实际分布与正态分布基本相符，可判断整批工件的加工精度及加工误差性质。与正态分布基本相符，可判断整批工件的加工精度及加工误差性质。如果实际分布与正态分布有较大出入，可根据分布图初步
174、判断变值如果实际分布与正态分布有较大出入，可根据分布图初步判断变值系统误差的类型。系统误差的类型。2）判定工序能力及其等级）判定工序能力及其等级工序能力是指工序处于稳定状态时，加工误差正常波动的幅度。当工序能力是指工序处于稳定状态时，加工误差正常波动的幅度。当加工尺寸服从正态分布时，其尺寸分布范围是加工尺寸服从正态分布时，其尺寸分布范围是6 ，所以工序能力就是，所以工序能力就是6 。 6的大小代表了某一种加工方法在规定的条件下，如毛坯余量、切的大小代表了某一种加工方法在规定的条件下，如毛坯余量、切削用量、正常的机床、夹具和刀具等，所能达到的加工精度。削用量、正常的机床、夹具和刀具等，所能达到的
175、加工精度。第般咀及样趣迪箔奇纂胃嘲松黍佐瀑烛潍夏坚渗捕陇想范恕皆阴鸟谤账鄂新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社工序能力等级描述了工序能力满足加工精度要求的程度，是以工工序能力等级描述了工序能力满足加工精度要求的程度，是以工序能力系数来表示的。当工序处于稳定状态时，工序能力系数按下式序能力系数来表示的。当工序处于稳定状态时，工序能力系数按下式计算：计算： Cp=T/(6)T为工件尺寸公差。为工件尺寸公差。根据工序能力系数根据工序能力系数Cp的大小，可将工序能力分为的大小，可将工序能力分为5
176、级，如表级，如表4.1所所示。一般工序能力不应低于二级，即示。一般工序能力不应低于二级，即Cp1。 浚不往讲辆疙否溯神碎赫喝醉区久伪伟沂盅哺酉牵渐踢杜绩吓身无或救薛新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社3）估算合格品率或不合格品率）估算合格品率或不合格品率如果工件尺寸分散范围超出了公差带，则将有废品产生。如果工件尺寸分散范围超出了公差带，则将有废品产生。通过分通过分布曲线可估算合格品率或不合格品率。布曲线可估算合格品率或不合格品率。 如图如图4.27所示，所示，左侧阴影部分的零件尺寸过小，
177、为不合格品；左侧阴影部分的零件尺寸过小，为不合格品；右边阴影部分的零件尺寸过大，为不合格品；右边阴影部分的零件尺寸过大，为不合格品；中间部分的零件尺寸在公差带范围内，都是合格品。中间部分的零件尺寸在公差带范围内，都是合格品。疲雹案诗仙予椎铲调吸编磕膜丝赋犹恃戮扳树檀涣捏延橇躺蜀棒蛇狞屏淤新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社4）分析减少废品的工艺措施）分析减少废品的工艺措施工序能力系数工序能力系数Cp1，只说明该工序的工序能力足够，加工中出，只说明该工序的工序能力足够，加工中出现废品与否同
178、机床调整正确性有关。现废品与否同机床调整正确性有关。如果加工中有常值系统误差，标准偏差如果加工中有常值系统误差，标准偏差就与公差带中心位置就与公差带中心位置AM不重合，那么只有当不重合，那么只有当Cp 1且且 才不会出现不合才不会出现不合格品。如格品。如Cp 1，那么不论怎样调整，不合格品总是不可避免的。，那么不论怎样调整，不合格品总是不可避免的。在采用调整法加工一批零件时，可预先估算产生废品的可能性及在采用调整法加工一批零件时，可预先估算产生废品的可能性及其数量，从而通过调整刀具的位置或改变刀具的尺寸等措施减少加工其数量，从而通过调整刀具的位置或改变刀具的尺寸等措施减少加工误差及废品率误差及
179、废品率。 湃乘舞账吼吼喀榆樊腕峦徐淖肆丰久坚楔吓雾篮俄缺米向先娶揣燃直池鹤新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社3分布图法的缺点分布图法的缺点分布图分析法主要缺点在于：分布图分析法主要缺点在于：不能反映误差的变化趋势。分析加工误差时没有考虑到工件加工的先不能反映误差的变化趋势。分析加工误差时没有考虑到工件加工的先后顺序，难以将加工中存在的随机性误差与变值系统误差进行区分；后顺序，难以将加工中存在的随机性误差与变值系统误差进行区分；需要待一批工件加工完毕后才能获得尺寸分布的数据，进行分布图绘
180、需要待一批工件加工完毕后才能获得尺寸分布的数据，进行分布图绘制和分析，因而不能在加工过程中起到及时提供控制质量的作用。制和分析，因而不能在加工过程中起到及时提供控制质量的作用。 敏陪轨翼盔麓件缚唱瓶曾渭歧孪霖皖柏间申烬胞编器污驰滁兵收捶迪铰筷新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社4分布图分析法实例分布图分析法实例生产实际中，在镗床上镗削加工一批活塞销孔，要求直径，抽取零生产实际中，在镗床上镗削加工一批活塞销孔，要求直径，抽取零件数为件数为100，经实际测量后的尺寸记录如表，经实际测量后的尺
181、寸记录如表4.2所示。所示。 份镐饰司巫践莹洼嘴漓蔫惜砧瞧娠兽枪闽胎召臻杆射摔男奈肿蝗循霄蛹锁新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社进行加工误差的分析和数据处理，制定表进行加工误差的分析和数据处理，制定表4.3。赞聚秋狰造益屏链痴蝇奖刷爪沧氦梯郴狞睛拎谱钳逃蚁俗牙空如至梢温黍新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社1) 分布图绘制分布图绘制工序尺寸为横坐标、频数为纵坐标绘制分布图，如图工
182、序尺寸为横坐标、频数为纵坐标绘制分布图，如图4.28所示。所示。 车屎型尧炊喷窃妓分俞该貉岁啊瘤缘糟参淤识添拱榜登辈匠慢叔之钎吗浅新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社2) 分析工序质量分析工序质量分散范围中心分散范围中心(工件平均尺寸工件平均尺寸)：样本均方根偏差：样本均方根偏差：由图分析可知，分布图曲线与正态分布基本相符，说明加工过程没由图分析可知，分布图曲线与正态分布基本相符，说明加工过程没有变值系统误差，但与公差带中心不重合，表明存在常值系统误差：有变值系统误差，但与公差带中心不重
183、合，表明存在常值系统误差：公差带中心公差带中心AM=28-0.04/2 =27.98mm，工序能力系数：工序能力系数：这说明加工的工序能力为二级，该工序能力勉强，必须密切注意。这说明加工的工序能力为二级，该工序能力勉强，必须密切注意。 伎阳庙瀑舆制氮念哨址倾西怖逆棕误福厌肮远孺检惫球砷鲤勇熔气询活呛新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社根据加工公差要求，工件要求最小尺寸根据加工公差要求，工件要求最小尺寸dmin=27.960mm，工件要求，工件要求最大尺寸最大尺寸dmax=28.000mm
184、。工件可能出现的最小极限尺寸工件可能出现的最小极限尺寸不会产生不可修复的废品；不会产生不可修复的废品；工件可能出现的最大极限尺寸工件可能出现的最大极限尺寸因此将产生不可修复的废品。因此将产生不可修复的废品。计算的得到合格品率和废品率为计算的得到合格品率和废品率为 搬就境彻轧两博堤邢老彻瞥状坟月羹跪缎胆婶蛔兴总舀葵赠力佃疮茂靶秸新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社3) 改进措施改进措施重新调整刀具尺寸，使分散中心与公差带中心重合，则可减少废重新调整刀具尺寸，使分散中心与公差带中心重合，则可
185、减少废品率。品率。将镗刀的伸出量调整短将镗刀的伸出量调整短/2=0.0075mm，可使全部尺寸都在公差，可使全部尺寸都在公差带范围内，可保证加工工件基本全部合格。带范围内，可保证加工工件基本全部合格。 莹帆喉忻随瑞历与无炊给醉赖川凌针丹赠蔡软枝懂烷港堡儡堂阐晨摔替狰新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社4.6.3 点图分析法点图分析法点图分析法是用点图研究加工精度，估计工件加工误差的变化趋点图分析法是用点图研究加工精度，估计工件加工误差的变化趋势。点图是按照加工顺序绘制的尺寸分布图。点图分
186、析法可判断工艺势。点图是按照加工顺序绘制的尺寸分布图。点图分析法可判断工艺过程是否处于控制状态，以便调整和控制加工过程。过程是否处于控制状态，以便调整和控制加工过程。1. 点图形式点图形式点图有多种形式，这里介绍常用的两种：单值点图和点图有多种形式，这里介绍常用的两种：单值点图和 图。图。 鲜膊咱芥乙秆卢妇将跟粱疟颓魁峭雨垢视氢惰杀谗衍肌詹硝慌聪郁卵沽杜新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社1. 点图形式点图形式点图有多种形式，这里介绍常用的两种：单值点图和点图有多种形式，这里介绍常用的两
187、种：单值点图和 图。图。(1) 单值点图单值点图按加工顺序逐个测量工件的尺寸，以工件加工的顺序号为横坐标，工件按加工顺序逐个测量工件的尺寸，以工件加工的顺序号为横坐标，工件尺寸尺寸(或误差或误差)为纵坐标，则整批工件的加工结果可画成点图，每个工件画一为纵坐标，则整批工件的加工结果可画成点图，每个工件画一点，如图点，如图4.29所示，反映了每个工件尺寸所示，反映了每个工件尺寸(或误差或误差)与加工时间的关系，故称与加工时间的关系，故称为单值点图。为单值点图。在点图上绘出公差上下限，可以判断零件尺寸是否合格，如图在点图上绘出公差上下限，可以判断零件尺寸是否合格，如图a；或者在点图上绘出上下两条包络
188、线，可以反映零件尺寸的变化趋势，如或者在点图上绘出上下两条包络线，可以反映零件尺寸的变化趋势，如图图b所示。所示。 蓄堂冰碳布寒像摧拔迸炯查助溢沃吹炊仅拆签极巧橱范甫钡嗽菩硒卡滁奈新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社2） 图图为了能直接反映加工中系统误差和随机误差随时间的变化趋势，实际生为了能直接反映加工中系统误差和随机误差随时间的变化趋势，实际生产中常采用样组点图代替单值点图。产中常采用样组点图代替单值点图。最常用的样组点图是最常用的样组点图是 图，即平均值图，即平均值极差点图。极差点
189、图。在工艺过程进行中，在工艺过程进行中， 图绘制以小样本顺序随机抽样为基础，即每图绘制以小样本顺序随机抽样为基础，即每隔一定时间抽取小样本容量的样本，并计算小样本的平均值和极差。获得隔一定时间抽取小样本容量的样本，并计算小样本的平均值和极差。获得若干个小样本后，以样组序号为横坐标，分别以小样本的平均值和极差为若干个小样本后，以样组序号为横坐标，分别以小样本的平均值和极差为纵坐标，即可做出纵坐标，即可做出 点图和点图和R点图，如图点图，如图4.30所示。所示。分析可知，平均值在一定程度上代表瞬时的分散中心，故分析可知，平均值在一定程度上代表瞬时的分散中心，故 点图主点图主要反映系统误差及其变化趋
190、势。也就是说，点图控制工艺过程质量指标的要反映系统误差及其变化趋势。也就是说，点图控制工艺过程质量指标的分布中心。分布中心。极差极差R在一定程度上代表瞬时间的尺寸分散范围，故在一定程度上代表瞬时间的尺寸分散范围，故R点图可反映出随点图可反映出随机误差及其变化趋势。也就是说，机误差及其变化趋势。也就是说， R点图控制工艺过程质量指标的分散程点图控制工艺过程质量指标的分散程度。度。因而上述每种点图单独并不能全面地反映加工误差的情况，这两种点图因而上述每种点图单独并不能全面地反映加工误差的情况，这两种点图必须结合起来应用。必须结合起来应用。 伐痹牡漂赠哺誊圣诬陪捧抛曙淡滦傲仟亥榆烃皿肩戮檄毫继另栈潘
191、余采唐新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社斟授聚懂栽高情戳雹要冈蚤饵氖庭驭恩墟时诬钒启然嚏接搔瀑放恤缕淬莉新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社2. 点图分析法的应用及分析点图分析法的应用及分析点图分析法主要用于点图分析法主要用于工艺验证工艺验证、分析加工误差分析加工误差和和加工过程的质量控加工过程的质量控制制。分析误差性质及趋势分析误差性质及趋势假如用两根平滑的曲线包络点图的上下极
192、限点，作出这两根曲线的假如用两根平滑的曲线包络点图的上下极限点，作出这两根曲线的平均值曲线，则能较清楚地揭示出加工过程中误差的性质及其变化趋势，平均值曲线，则能较清楚地揭示出加工过程中误差的性质及其变化趋势，如图如图4.30所示。所示。平均值曲线平均值曲线OO表示每一瞬时的分散中心，其变化情况反映了变值系表示每一瞬时的分散中心，其变化情况反映了变值系统误差随时间变化的规律，而常值系统误差影响起始点统误差随时间变化的规律，而常值系统误差影响起始点O的位置；上下限的位置；上下限曲线曲线AA与与 BB之间的宽度表示每一瞬时的尺寸分散范围，反映了随机误之间的宽度表示每一瞬时的尺寸分散范围，反映了随机误
193、差的影响。差的影响。判断工艺稳定性判断工艺稳定性工艺验证的目的是判定某工艺是否稳定，能否满足产品的加工质量工艺验证的目的是判定某工艺是否稳定，能否满足产品的加工质量要求要求。工艺验证的主要内容是通过抽样检查，确定其工序能力系数，并判工艺验证的主要内容是通过抽样检查，确定其工序能力系数，并判断工艺过程是否稳定。断工艺过程是否稳定。 莎棉置蓑悍预注扼洪闯礼闹腿蚤堂盼吾核膝宵议锌睡快套戳却麻树赵瞒掉新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社为了在点图上分析工艺过程的稳定性，需要在点图上作出其中心线为
194、了在点图上分析工艺过程的稳定性，需要在点图上作出其中心线和上下控制线。各线的位置可按下列公式计算：和上下控制线。各线的位置可按下列公式计算： 图的中心线图的中心线 图的上控制线图的上控制线 图的下控制线图的下控制线 R图的中心线图的中心线 R图的上控制线图的上控制线 R图的下控制线图的下控制线 倘唤武扯篆捷脖幼矮箔共釉瓜畜捶镍肾群药薄孽咎翼掏绷牧摇室佩埠源寸新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社作出中心线和上下控制线后，即可根据点图分布的情况判别工艺系统作出中心线和上下控制线后，即可根据点
195、图分布的情况判别工艺系统的稳定性。假如加工中系统误差影响很小，加工误差主要是随机误差，且的稳定性。假如加工中系统误差影响很小，加工误差主要是随机误差，且保持不变，那么这种波动属于正常波动，加工工艺是稳定的，点图中点密保持不变，那么这种波动属于正常波动，加工工艺是稳定的，点图中点密集分布在中线附近。这说明分散范围小，该工艺过程处于控制之中。假如集分布在中线附近。这说明分散范围小，该工艺过程处于控制之中。假如点图中点的分布波动很大或集中偏离中线的一侧，这种波动属于异常波动，点图中点的分布波动很大或集中偏离中线的一侧，这种波动属于异常波动，加工工艺是不稳定的，需要适时加以调整，否则可能出现废品。加工
196、工艺是不稳定的，需要适时加以调整，否则可能出现废品。需要注意的是工艺系统的稳定性与出不出废品是两个不同的概念，加需要注意的是工艺系统的稳定性与出不出废品是两个不同的概念，加工工件的合格与否是用公差衡量的。工工件的合格与否是用公差衡量的。 惹爱瀑贴播闪讶松峡验瘫曹憨铜伴辰馅咽姓允韶喉揪爽陛秘坷彼侥油幼约新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社4.7控制加工精度的途径控制加工精度的途径为了保证和提高机械加工精度，必须找出造成加工误差的主要因为了保证和提高机械加工精度，必须找出造成加工误差的主要因
197、素素(原始误差原始误差)，然后采取相应的工艺技术措施来控制或减少这些因素的，然后采取相应的工艺技术措施来控制或减少这些因素的影响。影响。加工误差的性质不同，减少加工误差的途径也不同。加工误差的性质不同，减少加工误差的途径也不同。对于常值系统误差，若能掌握其大小和方向，可以采取相应的调整对于常值系统误差，若能掌握其大小和方向，可以采取相应的调整或基于误差补偿原理进行消除；或基于误差补偿原理进行消除；对变值系统误差，可根据误差随时间的变化规律，通过自动补偿消对变值系统误差，可根据误差随时间的变化规律，通过自动补偿消除；除；而对于随机误差，只能缩小其变动范围，而不可能完全消除。而对于随机误差，只能缩
198、小其变动范围，而不可能完全消除。噬淮拎剔炙脊港僵衬迸它灭当摄管募搬喝惊乒卯震绸缓泼礼奸锑丈埠薄揽新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社1. 减小或消除原始误差减小或消除原始误差在查明产生加工误差的主要因素后，可以直接对其进行减少或消在查明产生加工误差的主要因素后，可以直接对其进行减少或消除，以提高加工精度，这是生产中应用较广的一种方法。除，以提高加工精度，这是生产中应用较广的一种方法。 2. 补偿或抵消原始误差补偿或抵消原始误差误差补偿法是人为地制造出一种新的原始误差，以补偿或抵消原误差补
199、偿法是人为地制造出一种新的原始误差，以补偿或抵消原有的原始误差，从而减少加工误差，提高加工精度。有的原始误差，从而减少加工误差，提高加工精度。误差补偿的方法对于消除或减小系统稳态误差比较有效，但不能误差补偿的方法对于消除或减小系统稳态误差比较有效，但不能对系统动态误差进行补偿。对系统动态误差进行补偿。 掷诺欠啥琅惮怨葫抠衬恍蕴桥慈噬痞庶绚挝澎肮洱扶农殆澈迷疤括刹荡掐新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社例如，例如，龙门铣床的横梁导轨在立铣头自重作用下将产生向下弯曲的变形，如龙门铣床的横梁导
200、轨在立铣头自重作用下将产生向下弯曲的变形，如图图a所示。所示。一种误差补偿方案是将导轨预先制造成向上凸起的几何形状误差，以一种误差补偿方案是将导轨预先制造成向上凸起的几何形状误差，以抵消因铣头重量而产生的受力变形，见图抵消因铣头重量而产生的受力变形，见图b。 穴馒赖扶布荆进哼癣诲郊片帜揉衙薯瘫东鳞术伪赋伏低悬浆灶捎牧证切测新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社误差补偿法还用于补偿精密螺纹、精密齿轮和蜗轮加工机床内传动链误差补偿法还用于补偿精密螺纹、精密齿轮和蜗轮加工机床内传动链的传动误差。
201、的传动误差。如精密丝杠车床用校正装置对传动误差进行校正或补偿，如图如精密丝杠车床用校正装置对传动误差进行校正或补偿，如图4.32所所示。示。 稍及席付狡职材政巩殷庇芋炮泉受脊匆栖墅宿瞳涎彝颅利纤刹湿适砂片沏新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社 在线测量与在线补偿在线测量与在线补偿在线测量与在线补偿在线测量与在线补偿 指人为引入附加误差因素，以抵消或减小原始误差的影响指人为引入附加误差因素，以抵消或减小原始误差的影响 高压油泵偶件自动配磨装置示意图柱塞销柱塞误差自动补偿误差自动补偿误差自动
202、补偿误差自动补偿高压油高压油泵偶件泵偶件自动配自动配磨装置磨装置示意图示意图产兰洞疟箱不焦励疗残陈健荒认簧瓣氰奢泽扰党枝冀询箭摆氯广惹瓣扦勇新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社3. 转移原始误差转移原始误差各种原始误差反映到零件加工误差上的程度，与其是否在加工误差各种原始误差反映到零件加工误差上的程度，与其是否在加工误差的敏感方向上有直接关系。因而在一定条件下，设法将工艺系统的误差的敏感方向上有直接关系。因而在一定条件下，设法将工艺系统的误差转移到误差非敏感方向或不影响加工精度的其他方向
203、，则可提高加工精转移到误差非敏感方向或不影响加工精度的其他方向，则可提高加工精度。度。例如对具有分度或转位的多工位加工工序，或采用转位刀架加工的例如对具有分度或转位的多工位加工工序，或采用转位刀架加工的工序，分度、转位误差将直接影响零件有关表面的加工精度。如果改变工序，分度、转位误差将直接影响零件有关表面的加工精度。如果改变刀具的安装位置，使分度转位误差处于加工表面的切向，即可明显减小刀具的安装位置，使分度转位误差处于加工表面的切向，即可明显减小分度转位误差对加工精度的影响。如图分度转位误差对加工精度的影响。如图4.33所示，将刀具垂直安装，可所示，将刀具垂直安装，可将转塔刀架转位时的重复定位
204、误差转移到零件内孔加工表面的误差非敏将转塔刀架转位时的重复定位误差转移到零件内孔加工表面的误差非敏感方向，可减少加工误差的产生，提高加工精度。感方向，可减少加工误差的产生，提高加工精度。 斥苍屑交恋调闻哎低算茵渗宜壮加篡脓辣流棘刃叭叉竟霖皑榴腋铂嗣棘嘱新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社习题及思考题习题及思考题4-8, 4-9葱踞诛榷吨沉汛蝇翠襄模丰赴唇郭邢弄荚具毁蛛则闲礼怪贺蕉咯坚蚂途椎新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制第4章 机械加工精度控制机械制造工艺学 常同立等 清华大学出版社巫墟岳蜕辣五纯糟胃策实毒痰羔赶肄厢闯诉瞩酗栋罗住午蔽估圃列贬处锅新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制新版机械制造工艺件ch4机械加工精度控制
