第3章機械加工精度

1、第3章 機械加工精度3.1概述零件的機械加工質量包括加工精度和表面質量。一.加工精度加工精度:零件加工后,其實際尺寸、幾何形狀、相互位置與理想零件的符合程度。加工誤差：零件加工后,其實際尺寸、幾何形狀、相互位置與理想零件的符合程度。一般都是通過控制加工誤差來保證加工精度。3.1概述二.加工精度的指標（1）尺寸精度：直徑、長度、表面間距（2）幾何形狀精度：直線度、平面度、圓度、圓柱度、線輪廓度和面輪廓度（3）相互位置精度：平行度、垂直度、同軸度、對稱度、位置度、圓跳動、全跳動 零件的加工精度越高,零件的質量也越高;但零件的加工精度越高,加工成本越高。在滿足零件使用要求的前提下，可以允許零件有一定

2、程度的加工誤差。設計人員根據(jù)零件的使用要求，合理地規(guī)定零件的加工精度，不能盲目追求高精度。3.2影響加工誤差的主要因素影響加工誤差的主要因素（1）機床的制造誤差與磨損（2）夾具的制造誤差與磨損（3）刀具的制造誤差與磨損（4）工藝系統(tǒng)受力變形（5）工藝系統(tǒng)受熱變形（6）工件殘余應力引起的變形（7）加工原理的誤差（8）工件的定位誤差（9）調整誤差（10）測量誤差3.2影響加工誤差的主要因素一.機床的制造誤差與磨損 1.主軸回轉誤差:主軸的實際回轉軸心線相對于理論軸心線位置的最大偏移量。 （ 1）主軸回轉誤差運動 實際上，主軸回轉時，這三種誤差是同時存在的，主軸回轉誤差運動是這三種誤差的合成運動。主

3、軸的這種誤差運動成為主軸的漂移。3.2影響加工誤差的主要因素（2）主軸回轉誤差對零件加工精度的影響： 主軸的軸向竄動，會影響加工工件端面的形狀精度。加工螺紋時，則要影響螺距精度。 徑向跳動主要影響加工工件圓柱面的形狀精度。 角向擺動對工件圓柱面及端面的形狀精度都有影響。（3）主軸回轉誤差產(chǎn)生的根源： 支承主軸的軸承有誤差 軸承間隙的影響 與軸承配合的零件誤差的影響 其他影響3.2影響加工誤差的主要因素（4）提高主軸回轉誤差的措施 提高主軸部件的制造精度和裝配質量。 對滾動軸承進行預緊。 可以使工件的運動與定位分離，即使主軸只起傳動作用，工件的回轉精度完全由定位元件保證，從而可較大地提高工件的回

4、轉精度、減小加工誤差。 可以通過適當?shù)倪x擇裝配進一步減小主軸的回轉誤差。3.2影響加工誤差的主要因素2.機床導軌誤差（1）導軌誤差 機床導軌是機床各主要部件相對位置和運動的基準，它的精度既直接影響溜板的運動精度，又直接影響機床成形運動間的相互幾何關系。 導軌在垂直平面內的直線度 導軌在水平平面內的直線度 導軌扭曲 導軌與主軸中心軸在水平面內的平行度 導軌與主軸中心線在垂直面內的平行度3.2影響加工誤差的主要因素3.2影響加工誤差的主要因素（2）導軌誤差對工件加工精度的影響222)(RRRz22)(2RRRz)2(2RRz3.2影響加工誤差的主要因素yR車外圓時 會使工件產(chǎn)生圓柱度誤差。必須嚴格

5、控制車床導軌在水平面內的直線度誤差。y3.2影響加工誤差的主要因素 當車床導軌與主軸中心線在水平面內有平行度誤差時，工件會被車成圓錐體，而不是圓柱體。 當車床導軌與主軸中心線在垂直面內有平行度誤差時，車出來的工件是雙曲面回轉體。（3）機床導軌誤差產(chǎn)生的原因： 機床導軌的制造誤差 機床的安裝不良 導軌磨損3.2影響加工誤差的主要因素（4）減小導軌誤差的措施 機床安裝時要有良好的基礎，必須進行嚴格的測量和校正。 機床使用期間定期復校和調整，以減小機床導軌的扭曲變形。 加強機床的日常保養(yǎng)和維護，保持機床的清潔，運動部件要經(jīng)常加潤滑油，以減小機床零部件的磨損。3.機床傳動鏈誤差 （1）定義：內聯(lián)系傳動

6、鏈始、末兩端傳動元件間的相對運動的誤差。3.2影響加工誤差的主要因素（2）機床傳動鏈誤差產(chǎn)生的原因 由于傳動鏈中各傳動元件，如齒輪、蝸輪、蝸桿、絲杠、螺母等的制造誤差、裝配誤差和磨損引起的誤差。（3）機床傳動鏈誤差對工件加工精度的影響 對螺紋加工和利用展成法加工齒輪等工件的加工精度有很大的影響。（4）減小機床傳動鏈誤差的措施 盡可能縮短傳動鏈，即減小傳動元件的數(shù)量。 減小各傳動元件裝配時的幾何偏心，提高裝配精度。3.2影響加工誤差的主要因素 合理分配傳動鏈中各傳動副的傳動比，傳動鏈末端傳動副的降速比取得越大，則傳動鏈中其余各傳動元件誤差的影響就越小。 采用校正裝置，在傳動鏈中人為地加入一個誤差

7、，使它與傳動鏈本身的誤差相等、方向相反，從而使之相互抵消。二、夾具的制造誤差和磨損 影響加工表面的位置精度或尺寸精度。 設計夾具時嚴格控制表面的尺寸和形位公差。 用作定位和導向面的材料要耐磨性好、強度高， 減小夾具在使用過程中所產(chǎn)生的磨損或損傷。3.2影響加工誤差的主要因素三、刀具的制造誤差和磨損1.成形刀具 采用成形刀具加工時，刀具切削刃在切削基面上的投影就是加工表面的母線形狀。因此，成形刀具切削刃的形狀誤差和磨損直接影響加工表面的形狀精度。2.用展成法加工的刀具 加工表面是刀刃在相對嚙合運動中的包絡線，刀刃的形狀必須是加工表面的共軛曲線。刀刃的形狀誤差及磨損同樣會影響加工表面的形狀精度。3

8、.2影響加工誤差的主要因素3、以刀尖軌跡法加工的刀具（1）定徑刀具 鉆頭、絞刀、絲錐、板牙、拉刀等定徑刀具加工時，刀具的有關尺寸就是工件被加工表面的加工尺寸。因此，刀具的尺寸誤差與磨損直接影響工件的尺寸精度。（2）單刃刀具：車刀、鏜刀、刨刀等 加工表面的形狀主要由機床運動精度保證，加工表面的尺寸主要由調整決定，因此，刀具的制造誤差對加工精度無直接影響。 一般單刃刀具的耐用性較低，在一次調整中就有顯著的磨損，因此，在加工較大表面時，即一次走刀需較長時間時，刀具的磨損會嚴重影響工件的形狀精度；用調整法加工一批工件時，刀具的磨損會對工件的尺寸精度有很大的影響。3.2影響加工誤差的主要因素四、工藝系統(tǒng)

9、受力變形 工藝系統(tǒng)是由機床、刀具、夾具和工件組成的一個整體。1.工藝系統(tǒng)的剛度 簡稱系統(tǒng)剛度。 工藝系統(tǒng)的變形 機床剛度 刀具剛度 工件剛度xtyxtyF /jyjyFk/dydyFk/gygyFk/gdjxtyyyy3.2影響加工誤差的主要因素2.工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響 以在車床上車外圓為例，設刀具變形量為零。（1）機床的變形3.2影響加工誤差的主要因素刀具在任意點A距尾座x處時，有受力及力矩平衡式：xRxLRFRRwzctywzct)(,LxFRLxLFRyctywz/ )(djydjwzywzwzwzctyctctctkFyLxLkFkRyLxkFkRy/ )(/(/)/)(/

10、(/1/ )(/)/(22djwzxtyjkkLxLkLxFy3.2影響加工誤差的主要因素（2）工件的變形LxLxEJFyyg/ )()3/(223.2影響加工誤差的主要因素 工件的剛度（3）系統(tǒng)變形 系統(tǒng)剛度在工件全長上是一個變量，與之相對應的系統(tǒng)變形量在工件上也是一個變量。所以需在工件全長上取若干個點，求出在各點的系統(tǒng)變形量，然后得出系統(tǒng)變形曲線。系統(tǒng)變形曲線的形狀，完全反映了加工后工件母線的形狀。 )(/322xLxEJLkggjxtyyy3.2影響加工誤差的主要因素（4）毛坯誤差的復映75. 075. 0,faCFfaCFFFpfzypfzzzy按金屬切削原理公式令工件加工后的半徑差系

11、統(tǒng)變形量g21yygxtyxtkFy/3.2影響加工誤差的主要因素xtppfzxtyygkaafCkFF/ )(/ )(2175. 021xtfzppmkfCaa/),(75. 021mg為誤差復映系數(shù)（ ）10毛坯誤差的復映規(guī)律：只有毛坯有誤差，工件加工后必定有誤差。由于工件誤差與毛坯誤差是相對應的，因此可以把工件誤差看成是毛坯誤差的復映。工件誤差值必定小于毛坯誤差值。3.2影響加工誤差的主要因素3.影響工藝系統(tǒng)剛度的因素（1）連接表面的接觸變形（2）零件的摩擦（3）連接件的預緊力（4）配合間隙（5）零件的剛度4.提高工藝系統(tǒng)剛度的措施（1）合理的結構設計（2）提高連接表面的接觸剛度（3）采

12、用合理的裝夾方式（4）合理使用機床（5）合理安排工藝3.2影響加工誤差的主要因素五、工藝系統(tǒng)的熱變形 1.工藝系統(tǒng)的熱源 內部熱源和外部熱源（1）摩擦熱：主要影響機床的變形。（2）切削熱：主要影響工件和刀具的變形。（3）環(huán)境溫度（4）輻射熱 2.工件受熱變形對加工精度的影響（1）工件均勻受熱（2）工件不均勻受熱:車長軸、磨削、銑削、刨削薄片3.2影響加工誤差的主要因素 3.刀具受熱變形對加工精度的影響 刀具在切削過程中，由于受到切削熱的作用，要產(chǎn)生熱伸長。由于刀具的伸長，破壞了已調整好的工件與刀具之間的正確位置，致使切削深度增大，最終影響工件的尺寸和形狀精度。3.2影響加工誤差的主要因素 大多

13、數(shù)切削加工都可以 被認為是間斷切削。 4.機床受熱變形對加工精度的影響 機床受熱變形的部位，主要發(fā)生在主軸部件和床身。機床受熱后，會產(chǎn)生主軸抬高和偏移現(xiàn)象，床身導軌也會因受熱伸長而向上凸起。3.2影響加工誤差的主要因素六、工件殘余應力引起的變形 工件在切削時，由于切削溫度升高，金屬的切除等原因，使得工件內部原有的應力平衡狀態(tài)遭到破壞，于是，工件的內應力要重新分布，以達到新的平衡。這一過程被稱為內應力的重新分布過程，其外部表現(xiàn)就是工件的變形。 要減小工件的殘余應力，可增加消除內應力的專門工序，如退火、回火和時效處理等；對工件的粗精加工分開進行，使粗加工后有一定的時問讓殘余應力重新分布，以減小對精

14、加工的影響。此外，零件的結構設計要合理，盡量簡化零件結構，零件壁厚盡量均勻，提高零件的剛性，這些措施均可減小零件的殘余應力。3.2影響加工誤差的主要因素七、加工原理的誤差 加工原理誤差是指采用了近似的加工方法進行加工而產(chǎn)生的加工誤差。八、定位誤差 九、調整誤差 在工藝系統(tǒng)調整中所產(chǎn)生的誤差。十、測量誤差 測量誤差是指在工件的測量中所產(chǎn)生的誤差。測量誤差主要產(chǎn)生于測量器具和測量方法本身的誤差，以及測量人員的主觀原因。測量器具本身有其使用條件，當使用不符合要求時，則測量結果必然有誤差。就測量者而言，視力、測量器具的使用方法等，都會影響測量結果。3.3加工誤差的統(tǒng)計分析一、實驗誤差 1.系統(tǒng)誤差：

15、誤差的大小和方向隨時間按某一確定規(guī)律變化。 （1）常值誤差：誤差的大小和方向固定不變。 加工原理誤差，機床、刀具、夾具的制造誤差，機床的受力變形等引起的加工誤差。機床、夾具、量具等磨損引起的加工誤差。鉆刀、絞刀、滾齒刀等。 （2）變值系統(tǒng)誤差：誤差的大小和方向隨時間發(fā)生變化。機床、刀具未達到熱平衡時，熱變形引起的加工誤差。砂輪、車刀、端銑刀、單刃鏜刀等3.3加工誤差的統(tǒng)計分析2.隨機誤差： 誤差的大小和方向以不可預定的方式變化。 毛坯誤差的復映、工件的定位誤差、工件殘余應 力引起的變形所產(chǎn)生的誤差。3.過失誤差：操作人員過失引起的誤差。 該誤差只能通過操作規(guī)程或制度加以避免。注意：系統(tǒng)誤差和隨

16、機誤差在不同場合、不同定義域可以相互轉化。二、實驗數(shù)據(jù)的性質 實驗數(shù)據(jù)是一種隨機變量。3.3加工誤差的統(tǒng)計分析1.數(shù)學期望（均值） 隨機變量的統(tǒng)計平均值。反映隨機變量取值的均衡度。2.方差 隨機變量對數(shù)學期望的離散程度。反映數(shù)據(jù)的散布特征。3.標準差)(xENiiNxxE1/)()(xDNxExxDNii/)()(12)(xD3.3加工誤差的統(tǒng)計分析三、實驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計推斷 1.母體、個體和子樣（1）母體：研究對象的全體。（2）個體：組成母體的基本單元。（3）子樣：從母體中抽取N個個體，則稱為容量為N的子樣。通常N30。2.母體和子樣的均值、方差及標準差ssNNXn2212) 1/(3.3加工誤

17、差的統(tǒng)計分析NiiNiiNiiNiiNXxNXxNXxNNsNxX122121221) 1/()() 1/()(/)() 1/(/3.實際分布圖與理論分布圖（1）實際分布圖（直方圖）頻數(shù)：在一批零件的檢測中，出現(xiàn)同一尺寸的工件數(shù)目。頻率：頻數(shù)與子樣總數(shù)之比。3.3加工誤差的統(tǒng)計分析3.3加工誤差的統(tǒng)計分析（2）理論分布圖 正態(tài)分布曲線 正態(tài)分布曲線是母體的 統(tǒng)計圖。標準正態(tài)分布2)(2121)(xexy22121)(xexy大量的實驗、統(tǒng)計和分析表明，在影響零件加工精度的因素中沒有變值系統(tǒng)誤差，且所有影響因素中無任何因素占優(yōu)勢時，則零件的尺寸分布服從正態(tài)分布規(guī)律。3.3加工誤差的統(tǒng)計分析 非正

18、態(tài)分布將兩次調整下加工出來的零件作為一次分析的樣本,則可能由于每次調整時常值系統(tǒng)誤差的不同,如常值系統(tǒng)誤差大于2.2 ,就會得到雙峰曲線。若加工刀具磨損比較顯著，就會形成平頂分布。當工藝系統(tǒng)存在顯著的熱變形，分布曲線往往不對稱，加工軸時偏左，加工孔時偏右。3.3加工誤差的統(tǒng)計分析四.分布圖在工藝分析中的應用 1.判斷加工誤差的性質 一般使用零件尺寸的直方圖與正態(tài)分布曲線。（1）如果零件尺寸的直方圖與正態(tài)分布曲線基本相符，則說明加工過程中基本沒有變值系統(tǒng)誤差。3.3加工誤差的統(tǒng)計分析 當 ，即曲線的均值與設計規(guī)定的公差帶中心重合，說明加工過程中沒有常值系統(tǒng)誤差。 當 ，即曲線的均值與設計規(guī)定的公

19、差帶不重合，說明加工過程中存在常值系統(tǒng)誤差。 如果均值 不變， 改變，則曲線形狀改變。 當 減小，曲線形狀陡峭，隨機誤差減小。 當 增大，曲線形狀平坦，隨機誤差增大。（2）如果零件尺寸的直方圖與正態(tài)分布曲線不相符，則說明加工過程中有變值系統(tǒng)誤差。兩者差異越大，存在變值系統(tǒng)誤差的可能性就越高。 對于加工過程中出現(xiàn)的常值系統(tǒng)誤差和變值系統(tǒng)誤差，應尋找產(chǎn)生這些誤差的根源，采取相應措施予以消除。mAmA3.3加工誤差的統(tǒng)計分析2.判斷工藝能力 加工工藝所能加工出產(chǎn)品質量的實際能力。6pC3.3加工誤差的統(tǒng)計分析3.估計產(chǎn)品的廢品率3.3加工誤差的統(tǒng)計分析五.點圖分析法（1）個值點圖 反映每個工件的尺寸變化與加工時間的關系。 平均線 表示每一個瞬時的分散中心，其變化反映了變值系統(tǒng)誤差隨時間變化的規(guī)律。 其始點O則可看出常值系統(tǒng)