第8章機(jī)械加工精度

第8章機(jī)械加工精度機(jī)械加工精度的含義8.1影響機(jī)械加工精度的因素及分析

8.2保證和提高加工精度的主要途徑8.3加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析方法8.4第8章機(jī)械加工精度零件是構(gòu)成機(jī)械產(chǎn)品的基本單元，零件的機(jī)械加工精度是保證產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)，決定著產(chǎn)品的使用性能和壽命。本章介紹機(jī)械加工精度的含義、尺寸精度、形狀精度和位置精度及獲得加工精度的方法；各種主要影響加工精度的工藝因素及其分析和提高加工精度的主要方法；機(jī)械加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析方法等內(nèi)容。8.1機(jī)械加工精度的含義8.1.1加工精度和加工誤差8.1.2獲得機(jī)械加工精度的方法8.1.1加工精度和加工誤差

機(jī)械加工精度是指工件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)（尺寸、形狀和表面間的相互位置）與理想工件的幾何參數(shù)相符合的程度。符合程度越好，加工精度就越高。所謂理想工件，對(duì)于尺寸而言，是工件尺寸的公差帶中心；對(duì)于表面形狀而言，是絕對(duì)準(zhǔn)確的直線、平面、圓柱面、圓錐面等；對(duì)表面相互位置而言，是絕對(duì)的平行、垂直、同軸等。工件實(shí)際加工時(shí)，不可能做得與理想工件完全一致，總會(huì)有大小不同的偏差，工件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)（尺寸、形狀和表面間的相互位置等）對(duì)理想幾何參數(shù)的偏離程度，稱為加工誤差。加工誤差的大小反映了加工精度的高低。在滿足產(chǎn)品正常使用的前提下，允許工件存在一定的加工誤差，只要這些加工誤差不超過(guò)工件圖上的設(shè)計(jì)要求和公差標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍，就認(rèn)為是合格的工件，保證了加工精度。否則為不合格的零件。8.1.1加工精度和加工誤差機(jī)械加工精度包括尺寸精度、形狀精度和位置精度三個(gè)方面。（1）尺寸精度機(jī)械加工后，工件表面本身或表面之間的實(shí)際尺寸與理想尺寸間的符合程度，它們之間的偏差值為尺寸誤差，如直徑、長(zhǎng)度、高度、寬度等。（2）形狀精度機(jī)械加工后，工件各表面的實(shí)際形狀與理想形狀間的符合程度，它們之間的偏差值為形狀誤差，如直線度、圓度、圓柱度、平面度等。（3）位置精度機(jī)械加工后，工件表面的實(shí)際位置和理想位置間的符合程度，它們之間的偏差值為表面位置誤差，如同軸度、對(duì)稱度、平行度、垂直度等。尺寸精度、形狀精度和位置精度三者之間是有聯(lián)系的。8.1.2獲得機(jī)械加工精度的方法在機(jī)械加工中，根據(jù)生產(chǎn)條件和生產(chǎn)批量的不同，可采用以下一些方法獲得加工精度。1．獲得尺寸精度的方法（1）試切法試切法就是在工件加工過(guò)程中不斷對(duì)已加工表面的尺寸進(jìn)行測(cè)量，并相應(yīng)調(diào)整刀具相對(duì)工件加工表面的位置進(jìn)行試切，直到達(dá)到尺寸精度要求的加工方法。（2）調(diào)整法是按試切好的工件尺寸、標(biāo)準(zhǔn)件或?qū)Φ秹K等調(diào)整好刀具相對(duì)工件定位基準(zhǔn)的位置，并在保持此準(zhǔn)確位置不變的情況下，對(duì)一批工件進(jìn)行加工的方法稱為調(diào)整法。圖8-1試切法圖8-2銑削時(shí)的調(diào)整法對(duì)刀8.1.2獲得機(jī)械加工精度的方法（3）定尺寸刀具法在機(jī)械加工過(guò)程中，通過(guò)刀具的尺寸精度保證被加工工件的尺寸精度，這種方法稱為定尺寸刀具法。如用拉刀、鉆頭、鉸刀加工孔均屬于定尺寸刀具法。這種加工方法加工精度較穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高，操作簡(jiǎn)便，是常用的孔和槽的加工方法。（4）自動(dòng)控制法在加工過(guò)程中，通過(guò)由尺寸測(cè)量裝置、動(dòng)力進(jìn)給裝置和控制機(jī)構(gòu)等組成的自動(dòng)控制系統(tǒng)，使加工過(guò)程中的尺寸測(cè)量、刀具的補(bǔ)償調(diào)整和切削加工等一系列工作自動(dòng)完成，在達(dá)到尺寸精度時(shí)自動(dòng)停止加工的一種方法。如數(shù)控機(jī)床的切削加工，這種方法加工精度穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高，是機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展方向。

8.1.2獲得機(jī)械加工精度的方法2.獲得形狀精度的方法（1）刀尖軌跡法通過(guò)刀尖的運(yùn)動(dòng)軌跡來(lái)獲得形狀精度的方法稱為刀尖軌跡法。所獲得的形狀精度取決于刀具和工件間相對(duì)成形運(yùn)動(dòng)的精度。如銑削、車削、刨削等。（2）成形法利用成形刀具對(duì)工件進(jìn)行加工獲得形狀精度的方法稱成形法。成形法加工的形狀精度取決于成形刀具的形狀精度和其它成形運(yùn)動(dòng)精度。（3）仿形法刀具按照仿形裝置進(jìn)給規(guī)律對(duì)工件進(jìn)行加工的方法稱為仿形法。仿形法所得到的形狀精度取決于仿形裝置的精度以及其它成形運(yùn)動(dòng)的精度。如仿形銑、仿形車等。（4）展成法利用刀具和工件作展成切削運(yùn)動(dòng)形成包絡(luò)面，從而獲得形狀精度的方法稱為展成法(或稱包絡(luò)法）。如滾齒、插齒等。如圖8-3所示為表面形狀與成形運(yùn)動(dòng)關(guān)系的幾個(gè)實(shí)例。8.1.2獲得機(jī)械加工精度的方法

(a)(b)(c)

(d)

(e)圖8-3表面形狀與成形運(yùn)動(dòng)關(guān)系(a)點(diǎn)刃車刀車外圓柱面(b)寬刃車刀車外圓柱面(c)砂輪磨外圓柱面(d)盤銑刀銑外圓柱面(e)滾齒加工1－工件2－包絡(luò)線3－包絡(luò)線中心8.1.2獲得機(jī)械加工精度的方法3.獲得位置精度的方法工件各表面的位置精度主要由機(jī)床精度、夾具精度和刀具相對(duì)工件的安裝精度保證。例如：在車床上車削工件端面時(shí)，其端面和軸線的垂直度決定于橫溜板進(jìn)給方向與主軸回轉(zhuǎn)軸線的垂直度；在平面上鉆孔，孔中心線對(duì)平面的垂直度則取決于鉆床鉆頭進(jìn)給方向與工作臺(tái)或夾具定位面的垂直度。工件的安裝方法有一次裝夾法和多次裝夾法。在多次裝夾法中，可根據(jù)工件的不同裝夾方式分為直接裝夾法、找正裝夾法和夾具裝夾法。8.2影響機(jī)械加工精度的因素及分析8.2.1影響機(jī)械加工精度的原始誤差8.2.2機(jī)床制造誤差對(duì)加工精度的影響8.2.3加工原理誤差對(duì)加工精度的影響8.2.4刀具的制造誤差與磨損對(duì)加工精度的影響8.2.5工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響8.2.6工藝系統(tǒng)的熱變形對(duì)加工精度的影響8.2.7測(cè)量誤差對(duì)加工精度的影響8.2.8工件殘余應(yīng)力對(duì)加工精度的影響8.2.1影響機(jī)械加工精度的原始誤差1．工藝系統(tǒng)的原始誤差及分類在機(jī)械加工時(shí)，由機(jī)床、夾具、刀具和工件構(gòu)成的系統(tǒng)稱為工藝系統(tǒng)。造成零件加工后尺寸、形狀或位置加工誤差的工藝系統(tǒng)各環(huán)節(jié)中所存在的誤差稱為原始誤差。為了保證和提高零件的加工精度，必須采取措施消除或減少原始誤差對(duì)加工精度的影響，將加工誤差控制在允許的變動(dòng)范圍內(nèi)。影響原始誤差的因素很多，大致可劃分為三個(gè)部分：一是與工藝系統(tǒng)本身的初始狀態(tài)有關(guān)的因素，主要有加工原理誤差、機(jī)床幾何誤差、夾具和刀具誤差、工件誤差、定位和安裝調(diào)整誤差等；二是與切削過(guò)程有關(guān)的因素，主要有工藝系統(tǒng)的受力變形、工藝系統(tǒng)的熱變形、工藝系統(tǒng)磨損等；三是與加工后的狀況有關(guān)的因素，主要有工藝系統(tǒng)殘余應(yīng)力及測(cè)量誤差等。8.2.1影響機(jī)械加工精度的原始誤差圖8-4工藝系統(tǒng)原始誤差的分類8.2.1影響機(jī)械加工精度的原始誤差2．原始誤差對(duì)加工誤差的影響機(jī)械加工過(guò)程中，由于各種原始誤差的影響，使刀具和工件間的正確相對(duì)位置被破壞，從而在工件上產(chǎn)生加工誤差。不同的原始誤差對(duì)加工精度的影響程度不同，當(dāng)原始誤差的方向與加工表面工序尺寸的方向一致時(shí)，對(duì)加工精度影響最大。為便于分析原始誤差對(duì)加工精度的影響，將對(duì)加工精度影響最大的方向，一般為被加工表面的法向方向，稱為誤差的敏感方向。而將對(duì)加工精度影響最小的方向，一般為被加工表面的切向方向，稱為誤差的非敏感方向。8.2.2機(jī)床制造誤差對(duì)加工精度的影響機(jī)床的制造誤差包括機(jī)床各零部件的幾何誤差、安裝誤差和使用過(guò)程中的磨損。主要介紹機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差、機(jī)床導(dǎo)軌直線運(yùn)動(dòng)誤差及機(jī)床傳動(dòng)鏈誤差。1.機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差對(duì)加工精度的影響（1）主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差的概念機(jī)械加工時(shí)，要求機(jī)床主軸具有一定的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)精度，即加工過(guò)程中主軸回轉(zhuǎn)中心相對(duì)刀具或工件的位置精度。當(dāng)主軸回轉(zhuǎn)時(shí)，理論上其回轉(zhuǎn)軸線在空間的位置應(yīng)當(dāng)穩(wěn)定不變，但實(shí)際上由于各種因素，其位置總是變動(dòng)的，即存在著回轉(zhuǎn)誤差。主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差就是主軸的實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線相對(duì)于平均回轉(zhuǎn)軸線(瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線的對(duì)稱中心線)的最大變動(dòng)量。主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差可分解為圖8-5所示的三種基本形式：即軸向竄動(dòng)(端面圓跳動(dòng))、徑向圓跳動(dòng)和角度擺動(dòng)。8.2.2機(jī)床制造誤差對(duì)加工精度的影響

圖8-5主軸回轉(zhuǎn)誤差的基本形式及其綜合誤差(a)軸向竄動(dòng)(b)純徑向圓跳動(dòng)(c)純角度擺動(dòng)(d)主軸綜合誤差8.2.2機(jī)床制造誤差對(duì)加工精度的影響（2）主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差對(duì)加工精度的影響切削加工過(guò)程中，機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差使刀具和工件間的相對(duì)位置不斷改變，從而在工件上引起加工誤差。刀具相對(duì)工件加工表面的位移方向不同時(shí)，對(duì)加工精度的影響程度是不同。主軸的徑向圓跳動(dòng)誤差主要影響工件外圓面的圓柱度。圖8-6為車削外圓表面時(shí)，刀具與工件在不同方向上的相對(duì)位移對(duì)工序尺寸產(chǎn)生的影響。圖8-6(b)中刀具在工件的加工表面法線方向上發(fā)生了大小為ΔY的相對(duì)位移，這時(shí)，工件半徑上出現(xiàn)的加工誤差，即刀具的法向相對(duì)位移ΔY按1∶1的比例轉(zhuǎn)化為加工誤差ΔR。這個(gè)方向上的相對(duì)位移對(duì)加工精度影響很大為誤差敏感方向。圖8-6(a)表示在切向發(fā)生了大小為ΔZ的相對(duì)位移。由幾何關(guān)系可得：，展開并整理，即

(8-1)8.2.2機(jī)床制造誤差對(duì)加工精度的影響主軸的軸向竄動(dòng)誤差主要影響被加工工件的端面形狀和軸向尺寸精度，而對(duì)工件內(nèi)、外圓的加工精度沒有影響。如在加工工件端面時(shí)，被加工的端面與內(nèi)外圓軸線產(chǎn)生垂直度誤差，同時(shí)主軸每轉(zhuǎn)一周，要沿軸向竄動(dòng)—次，使得切出的端面產(chǎn)生平面度誤差，如圖8-7示。所以當(dāng)加工螺紋時(shí)必然會(huì)產(chǎn)生螺距的周期誤差。圖8-7主軸軸向竄動(dòng)對(duì)端面加工的影響8.2.2機(jī)床制造誤差對(duì)加工精度的影響主軸角度擺動(dòng)誤差主要影響被加工工件的圓柱度和端面加工精度。其對(duì)加工精度的影響，取決于不同的加工內(nèi)容。如車削加工時(shí)工件每一橫截面內(nèi)的圓度誤差很小，但軸平面有圓柱度誤差(錐度)。鏜孔時(shí)，由于主軸的角度擺動(dòng)使主軸回轉(zhuǎn)軸線與工作臺(tái)導(dǎo)軌不平行，則鏜出的孔呈橢圓形，如圖8-8所示。

圖8-8純角度擺動(dòng)對(duì)鏜孔的影響

O—工件孔軸心線Om—主軸回轉(zhuǎn)軸心線8.2.2機(jī)床制造誤差對(duì)加工精度的影響（3）影響主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差的因素影響主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差的主要因素是主軸幾何誤差、軸承幾何誤差、軸承間隙、軸承孔誤差及主軸系統(tǒng)的熱變形等。對(duì)于工件回轉(zhuǎn)類機(jī)床和刀具回轉(zhuǎn)類機(jī)床，因切削力方向的變化不同，其影響因素各不相同。（4）提高主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)精度的措施為了提高主軸的回轉(zhuǎn)精度，需提高主軸部件的制造精度，其中由于軸承是影響主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)精度的關(guān)鍵部件，因此對(duì)于精密機(jī)床宜采用精密滾動(dòng)軸承并進(jìn)行預(yù)緊，多油楔動(dòng)壓和靜壓滑動(dòng)軸承。還可通過(guò)提高主軸支承軸徑、箱體支承孔的加工精度來(lái)提高主軸的回轉(zhuǎn)精度。8.2.2機(jī)床制造誤差對(duì)加工精度的影響可采取措施減小機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差對(duì)加工精度的影響。例如，在外圓磨床上采用死頂尖磨削外圓，如圖8-9所示。由于頂尖不隨主軸回轉(zhuǎn)，因此，主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)工件回轉(zhuǎn)精度無(wú)影響，故工件回轉(zhuǎn)精度高，加工精度高。這是磨削外圓時(shí)消除機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度影響的主要方法。當(dāng)用死頂尖定位時(shí)，兩頂尖或兩中心孔的同軸度、頂尖和中心孔的形狀誤差、接觸精度等，都會(huì)不同程度地影響工件的回轉(zhuǎn)精度，故應(yīng)嚴(yán)格控制。圖8-9外圓磨床上采用固定頂尖磨削外圓柱面8.2.2機(jī)床制造誤差對(duì)加工精度的影響

2.機(jī)床導(dǎo)軌誤差對(duì)加工精度的影響機(jī)床導(dǎo)軌是確定機(jī)床工作臺(tái)、刀架、尾座等主要部件相對(duì)位置和運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)。它的各項(xiàng)誤差將直接影響工件的加工精度。機(jī)床導(dǎo)軌的誤差有導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度、在垂直面內(nèi)的直線度以及前后導(dǎo)軌的平行度誤差，導(dǎo)軌的各項(xiàng)誤差將綜合反映到工件的加工誤差中。（1）外圓磨床(或車床)導(dǎo)軌在平面內(nèi)的直線度誤差的影響如圖8-10所示，造成工件的圓柱度誤差。

(a)導(dǎo)軌水平面內(nèi)的誤差(b)工件產(chǎn)生的誤差圖8-10磨床導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差8.2.2機(jī)床制造誤差對(duì)加工精度的影響（2）外圓磨床(或車床)導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差的影響如圖8-11所示，外圓磨床(或車床)導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差，將引起工件相對(duì)砂輪(或車刀)的切向位移，由于該方向?qū)τ谀ハ魍鈭A來(lái)說(shuō)是誤差的非敏感方向，因此對(duì)工件的加工精度影響很小。而對(duì)銑床、平面磨床、龍門刨床等，導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差，會(huì)引起工件相對(duì)刀具的法向位移，該方向?qū)τ阢娖矫?、平面磨、龍門刨床來(lái)說(shuō)是誤差的敏感方向，因此對(duì)工件垂直方向的尺寸精度、平行度和平面度等影響較大。(a)導(dǎo)軌垂直面內(nèi)的誤差(b)工件產(chǎn)生的誤差圖8-11磨床導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差8.2.2機(jī)床制造誤差對(duì)加工精度的影響（3）車床兩導(dǎo)軌的平行度誤差的影響車床兩導(dǎo)軌的平行度誤差（扭曲變形）使機(jī)床工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生橫向傾斜，刀具相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)將變成一條空間曲線，因而引起工件的形位誤差。圖8-11為車削或磨削外圓時(shí)，機(jī)床導(dǎo)軌的扭曲會(huì)使工件產(chǎn)生圓柱度誤差。當(dāng)前后導(dǎo)軌發(fā)生了扭曲誤差δ之后，由幾何關(guān)系可求得。一般車床、外圓磨床，故機(jī)床前后導(dǎo)軌的平行度誤差對(duì)加工精度的影響很大。圖8-11車床導(dǎo)軌的扭曲8.2.2機(jī)床制造誤差對(duì)加工精度的影響3.機(jī)床傳動(dòng)鏈誤差對(duì)加工精度的影響對(duì)于某些加工方式，如車削或磨削螺紋、滾齒、插齒及磨齒等加工，要求刀具與工件之間有嚴(yán)格的傳動(dòng)比要求。如在進(jìn)行單頭滾刀滾齒時(shí)，要求滾刀每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，工件轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒輪齒；車螺紋時(shí)，要求工件每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀具進(jìn)給一個(gè)導(dǎo)程等。為滿足這一傳動(dòng)要求，機(jī)床傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)誤差必須控制在允許的公差范圍內(nèi)。機(jī)床傳動(dòng)鏈誤差，是指內(nèi)聯(lián)系的傳動(dòng)鏈中始末兩端執(zhí)行元件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的誤差，它是由于傳動(dòng)鏈中的傳動(dòng)元件存在制造誤差和裝配誤差引起的，使用過(guò)程中的磨損也會(huì)產(chǎn)生傳動(dòng)鏈誤差。各傳動(dòng)元件在傳動(dòng)鏈中的位置不同，對(duì)傳動(dòng)鏈誤差的影響程度不同。是按展成原理加工工件(如螺紋、齒輪、蝸輪等)時(shí)影響加工精度的主要因素。8.2.2機(jī)床制造誤差對(duì)加工精度的影響通過(guò)對(duì)機(jī)床傳動(dòng)鏈誤差的分析及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)得知，提高機(jī)床傳動(dòng)鏈的精度可采取以下措施：①減少機(jī)床傳動(dòng)鏈中的元件數(shù)，縮短傳動(dòng)鏈，傳動(dòng)元件數(shù)量越少則誤差來(lái)源越少。②提高傳動(dòng)件，尤其是末端元件的制造精度和裝配精度。③盡可能采用降速運(yùn)動(dòng)。因?yàn)閭鲃?dòng)件在同樣原始誤差的情況下，采用降速運(yùn)動(dòng)時(shí)，其對(duì)加工誤差的影響較小。速度降得越多，對(duì)加工誤差的影響越小。④消除傳動(dòng)鏈中各齒輪副的間隙及減少各傳動(dòng)元件裝配時(shí)的幾何偏心，提高裝配精度。⑤采用誤差校正機(jī)構(gòu)對(duì)傳動(dòng)鏈誤差進(jìn)行補(bǔ)償。校正機(jī)構(gòu)的實(shí)質(zhì)是在原傳動(dòng)鏈中人為地加入某種誤差，其大小與傳動(dòng)鏈本身產(chǎn)生的誤差相等而矢量方向相反，從而使之相互抵消。8.2.3加工原理誤差對(duì)加工精度的影響加工原理誤差是由于采用了近似的成形運(yùn)動(dòng)或近似的刀具輪廓而產(chǎn)生的誤差。因?yàn)樗窃诩庸ぴ砩洗嬖诘恼`差，故稱加工原理誤差。一般情況下，為了獲得規(guī)定的加工表面，刀具和工件之間必須作相對(duì)準(zhǔn)確的成形運(yùn)動(dòng)。但在生產(chǎn)實(shí)踐中，采用理論上完全精確的成形運(yùn)動(dòng)是不可能實(shí)現(xiàn)的，所以在這種情況下常常采用近似的成形運(yùn)動(dòng)，獲得較高的加工精度，提高生產(chǎn)效率。另外，用成形刀具加工復(fù)雜的曲面時(shí)，常采用圓弧、直線等簡(jiǎn)單的線型替代。例如：在滾齒加工時(shí)，滾齒刀具就有兩種誤差，一是為了制造方便，采用阿基米德蝸桿或法向直廓蝸桿代替漸開線基本蝸桿，產(chǎn)生了刀刃齒廓近似造型誤差；二是由于滾刀刀齒有限，實(shí)際上加工出的齒形是一條由微小折線段組成的曲線，和理論上的光滑漸開線有差異，這些都會(huì)產(chǎn)生加工原理誤差。由于加工原理誤差的存在，會(huì)在一定程度上造成工件的加工誤差，但可簡(jiǎn)化機(jī)床結(jié)構(gòu)或刀具形狀，因此在保證加工精度的情況下，在生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。8.2.4刀具的制造誤差與磨損對(duì)加工精度的影響1、刀具制造誤差對(duì)加工精度的影響①定尺寸刀具(如鉆頭、鉸刀、鍵槽銑刀等)的尺寸精度將直接影響工件的尺寸精度。②成型刀具(如成型車刀、成型銑刀等)的形狀精度將直接影響工件的形狀精度。③展成刀具(如齒輪滾刀、花鍵滾刀、插齒刀等)的刀刃形狀必須是加工表面的共軛曲線，因此刀刃的形狀誤差將影響工件的形狀精度。圖8-12刀具的磨損過(guò)程④一般刀具(如車刀、銑刀、鏜刀)的制造精度對(duì)加工精度沒有直接影響。2．刀具磨損對(duì)加工精度的影響刀具在切削加工過(guò)程中都要產(chǎn)生磨損，從而引起工件的尺寸和形位誤差。圖8-12所示，刀具的磨損過(guò)程分為三個(gè)階段。8.2.5工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響1.工藝系統(tǒng)剛度的概念機(jī)械加工工藝系統(tǒng)在傳動(dòng)力、切削力、重力、慣性力、夾緊力等的作用下，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變形，從而破壞了刀具和工件之間的正確相對(duì)位置，產(chǎn)生加工誤差，使工件的加工精度下降。圖8-13(a)所示，車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，工件在切削力的作用下會(huì)發(fā)生變形，加工的軸中間粗兩頭細(xì)，產(chǎn)生了鼓形的圓柱度誤差；圖8-13(b)所示，在內(nèi)圓磨床上進(jìn)行切入式磨孔時(shí)，由于內(nèi)圓磨頭固定軸較細(xì)，磨削加工時(shí)因磨頭固定軸受力變形，而使工件內(nèi)孔呈圓錐形誤差。

(a)(b)圖8-13工藝系統(tǒng)受力變形引起的加工誤差(a)腰鼓形圓柱度誤差（工件變形）(b)帶有錐度的圓柱度誤差（砂輪軸變形）8.2.5工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響作用于工件加工表面法向（即加工誤差敏感方向）的切削分力Fy與工藝系統(tǒng)在該方向上的變形量y之間的比值，稱為工藝系統(tǒng)剛度k，即

(8-2)

其中，變形量y是工件和刀具在Fy方向上產(chǎn)生的相對(duì)位移，不只是Fy作用的結(jié)果，而是工藝系統(tǒng)各方向受力同時(shí)作用下的綜合結(jié)果。工藝系統(tǒng)由機(jī)床的有關(guān)部件、夾具、刀具和工件組成，工藝系統(tǒng)在某一處的法向(加工誤差敏感方向)總變形y是由工藝系統(tǒng)各個(gè)組成環(huán)節(jié)在同一處的法向變形位移的疊加。即

(8-3)式中：yjc——機(jī)床的受力變形；

yjj——夾具的受力變形；

yd——刀具的受力變形；

yg——工件的受力變形。

8.2.5工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響而機(jī)床剛度kjc、夾具剛度kjj、刀具剛度kd及工件剛度kg可分別為則工藝系統(tǒng)剛度可表達(dá)為：

(8-4)由上式可知，當(dāng)確定工藝系統(tǒng)的各組成部分的剛度后，即可求得整個(gè)工藝系統(tǒng)的剛度。當(dāng)工件、刀具的形狀比較簡(jiǎn)單時(shí)，其剛度可以用材料力學(xué)中的有關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算。例如裝夾在卡盤中的棒料以及壓緊在車床刀架上的車刀，可以按照懸臂梁公式計(jì)算剛度。對(duì)于由若干個(gè)零件組成的機(jī)床部件、夾具及刀架，其剛度多采用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)定，而很難用純粹的計(jì)算方法求出。8.2.5工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響2.影響工藝系統(tǒng)剛度的因素（1）連接表面接觸變形的影響，如圖8-14所示。實(shí)驗(yàn)表明，接觸變形y與壓強(qiáng)p之間的關(guān)系如圖8-15所示，接觸剛度將隨載荷的增加而增大。圖8-14零件表面接觸情況圖8-15接觸變形y與壓強(qiáng)p之間的關(guān)系8.2.5工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響（2）部件中薄弱零件的影響當(dāng)部件中存在某些剛度很低的元件時(shí)，受力后這些低剛度的元件會(huì)產(chǎn)生很大的變形，使整個(gè)部件的剛度降低，對(duì)部件剛度影響最大。如圖8-16所示機(jī)床部件中剛度薄弱環(huán)節(jié)的影響（3）工件的間隙和摩擦力的影響工件接觸面間的間隙對(duì)機(jī)床部件剛度的影響，主要表現(xiàn)在加工時(shí)載荷方向經(jīng)常變化的銑床和鏜床上。摩擦力對(duì)部件接觸剛度的影響是：當(dāng)載荷變動(dòng)時(shí)影響較為顯著。加載時(shí)，摩擦力阻止變形增加；而卸載荷時(shí)，摩擦力又阻止變形恢復(fù)。

圖8-16機(jī)床部件中剛度薄弱環(huán)節(jié)的影響8.2.5工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響3.受力變形對(duì)加工精度的影響（1）切削力大小的變化對(duì)加工精度的影響圖8-17所示，車削工件毛坯的圓度誤差為Δm時(shí)，引起切削深度在ａp1和ａp2之間變化。同時(shí)切削力FP隨切削深度ap的變化在最大值FPmax和最小值FPmin之間變化，工藝系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)的變形由y1變化到y(tǒng)2（刀尖相對(duì)工件在法線方向的位移變化），因此，形成了加工后工件的圓度誤差Δw。這種工件切削加工后所具有的與加工前相類似的誤差的現(xiàn)象，稱為“誤差復(fù)映”現(xiàn)象。圖8-17

零件毛坯形狀誤差的復(fù)映1－毛坯表面2－工件表面8.2.5工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響誤差復(fù)映的大小可用剛度計(jì)算公式求得，假設(shè)毛坯圓度的最大誤差為：，加工后工件的圓度誤差為：，則“誤差復(fù)映系數(shù)”ε為:

(8-5)誤差復(fù)映系數(shù)ε表示了加工誤差與毛坯誤差之間的比例關(guān)系，即“誤差復(fù)映”的規(guī)律，定量地反映了工件經(jīng)加工后毛坯誤差減小的程度。正常情況下，工藝系統(tǒng)剛度越大，誤差復(fù)映系數(shù)ε值越小，加工后工件的圓度誤差越小。當(dāng)工件毛坯誤差較大，一次走刀加工不能滿足加工精度要求時(shí)，需進(jìn)行多次走刀切削，逐步消除由毛坯誤差Δm復(fù)映到工件上的誤差。經(jīng)多次走刀切削加工后總的誤差復(fù)映系數(shù)ε值為:

（8-6)由于工藝系統(tǒng)存在一定的強(qiáng)度和剛度，因此工件加工后的誤差Δw總小于毛坯誤差Δm，即誤差復(fù)映系數(shù)ε是小1的值，經(jīng)過(guò)幾次走刀切削后，ε值就減到很小，確保工件的加工誤差降低到公差范圍內(nèi)，保證加工精度。8.2.5工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響（2）切削力作用點(diǎn)位置的變化對(duì)加工精度的影響工藝系統(tǒng)的剛度除了受到各組成部分的剛度影響外，還隨受力點(diǎn)的位置變化而變化，現(xiàn)以車床兩頂尖裝夾加工光軸為例進(jìn)行討論，假設(shè)在切削過(guò)程中切削力的大小保持不變。①在兩頂尖間車削短而粗的光軸。因而刀具切削點(diǎn)處工件軸線的位移yx為圖8-18機(jī)床的變形對(duì)加工精度的影響

（8-7）式中：L—工件長(zhǎng)度；

x—車刀至主軸箱的距離。圖8-18機(jī)床的變形對(duì)加工精度的影響8.2.5工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響考慮到刀架的變形ydj與yx的方向相反，所以機(jī)床總的變形為

yjc＝y(tǒng)x＋ydj

（8-8）由剛度定義可知（8-9）

式中：ktj、kwz、kdj——分別為主軸箱、尾座、刀架的剛度。可得機(jī)床工藝系統(tǒng)的總變形為

（8-10）由上式可知，隨著切削力作用點(diǎn)位置的變化，工藝系統(tǒng)的變形量是變化的。這是由于機(jī)床系統(tǒng)的剛度隨切削力作用點(diǎn)位置的變化而變化所致，工藝系統(tǒng)的總位移的最大值和最小值之差就是工件的圓柱度誤差。8.2.5工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響現(xiàn)舉例說(shuō)明機(jī)床工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響。經(jīng)試驗(yàn)測(cè)得某臺(tái)車床各部件剛度為ktj＝6×104N／mm，kwz=5×104N／mm，kdj＝4×104N／mm，車削一剛性較大的軸，工件長(zhǎng)度L＝600mm，測(cè)得切削力Fy=300N。則沿工件長(zhǎng)度方向上機(jī)床工藝系統(tǒng)的受力變形如表8-1所示。表8-1短軸工藝系統(tǒng)剛度隨工件長(zhǎng)度的變化情況xO（主軸箱處）L/6L/35L/11L/2（中點(diǎn)）2L/35L/6L(尾座處）yjc0.01250.01110.01040.01020.01030.01070.01180.0135由表中數(shù)據(jù)可知變形大的地方，從工件上切去的金屬層??；變形小的地方，切去的金屬層厚，而使加工出來(lái)的工件呈兩端粗、中間細(xì)的馬鞍形。切削加工后工件軸向最大直徑誤差（即圓柱度誤差）為：0.0135－0.0102＝0.0033mm。8.2.5工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響

②在兩頂尖間車削細(xì)而長(zhǎng)的光軸工藝系統(tǒng)的總變形完全取決于工件的變形，工件位移量的最大值和最小值之差就是工件的圓柱度誤差。當(dāng)車刀以徑向力Fy進(jìn)給到圖8-19所示的x位置時(shí)，即可由材料力學(xué)公式獲得工件在切削點(diǎn)的變形量為

（8-11）式中：E——工件材料的彈性模量，N／mm2，對(duì)于鋼材E＝2×105

N／mm2；

I——棒料截面慣性矩，

I＝πd4/64(mm4)。圖8-19車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)工件的變形情況8.2.5工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響

例如，假設(shè)切削力Fy＝300N，工件直徑尺寸為Φ30mm，長(zhǎng)度為600mm，E＝2×105N／mm2，則沿工件長(zhǎng)度上的變形情況如表８—2所示。表8-2長(zhǎng)軸工藝系統(tǒng)剛度隨工件長(zhǎng)度的變化情況xO（主軸箱處）L/6L/3L/2（中點(diǎn)）2L/35L/6L(尾座處）yjc00.0520.1320.170.1320.0520由表中數(shù)據(jù)可知工件軸向最大直徑誤差（圓柱度誤差）為：0.17－0＝0.17mm。該圓柱度誤差表現(xiàn)為腰鼓形圓柱度誤差。工藝系統(tǒng)剛度隨受力點(diǎn)位置變化而異的例子很多，如立式車床，龍門刨床、龍門銑床等的橫梁及刀架，其剛度均隨刀架位置或滑枕伸出長(zhǎng)度不同而異。8.2.5工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響（3）重力、夾緊力和慣性力對(duì)加工精度的影響①重力對(duì)加工精度的影響在工藝系統(tǒng)中，因零部件自重會(huì)產(chǎn)生變形，如鏜床鏜桿伸長(zhǎng)下垂變形，龍門刨床、龍門銑床刀架橫梁的變形等，都會(huì)產(chǎn)生加工誤差。②夾緊力對(duì)加工精度的影響工件在裝夾時(shí)，由于工件剛度較低，夾緊力作用點(diǎn)或作用方向不當(dāng)，都會(huì)引起工件產(chǎn)生相應(yīng)的變形，造成加工誤差。如對(duì)薄板、薄壁套等工件的加工。③慣性力對(duì)加工精度的影響在機(jī)械高速切削時(shí)，如果工藝系統(tǒng)中有不平衡的高速旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件存在，就會(huì)產(chǎn)生離心力。離心力在每一轉(zhuǎn)中不斷地變更方向。因此，離心力有時(shí)和法向切削分力同向，有時(shí)反向，從而破壞了工藝系統(tǒng)各成形運(yùn)動(dòng)部件的位置精度，產(chǎn)生了加工誤差。8.2.5工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響4．提高工藝系統(tǒng)剛度的主要措施提高工藝系統(tǒng)剛度，是減少工藝系統(tǒng)受力變形，保證產(chǎn)品加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率的有效措施。在生產(chǎn)實(shí)際中，提高工藝系統(tǒng)剛度可采取以下措施：①合理設(shè)計(jì)工藝裝備的結(jié)構(gòu)，減少連接表面的數(shù)目，同時(shí)加強(qiáng)各元件剛度的匹配，提高工藝系統(tǒng)的剛度，減少受力變形。②提高工藝系統(tǒng)中零件間配合質(zhì)量以提高接觸剛度。如機(jī)床導(dǎo)軌副的刮研、配研頂尖錐體同主軸和尾座套筒錐孔的配合面等。③設(shè)置輔助支承以提高工藝系統(tǒng)剛度。如車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)采用跟刀架來(lái)提高工件的剛度。④給工藝系統(tǒng)中有關(guān)部件以預(yù)加載荷，可消除接合面間的間隙，增加實(shí)際接觸面積，提高接觸剛度，減少受力變形。此措施常用在各類軸承、滾珠絲杠螺母副的調(diào)整。

8.2.5工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響⑤合理裝夾工件，提高工藝系統(tǒng)剛度，減少夾緊變形。對(duì)薄板或薄壁套類工件，夾緊時(shí)要特別注意選擇適當(dāng)?shù)膴A緊方法，以減小夾緊變形。如圖8-20和圖8-21所示的裝夾加工情況

(a)(b)(c)(d)(e)圖8-20薄壁套類工件夾緊變形及改善措施(a)用普通三爪卡盤直接夾緊套筒(b)將孔鏜圓(c)松開套筒后，孔變形(d)采用開口夾具夾緊套筒(e)采用弧形三爪直接夾緊，可避免變形8.2.5工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響圖8-21薄板類工件磨削加工的裝夾方式(a)毛坯翹曲(b)吸盤吸緊(c)磨后松開(d)磨削凸面(e)磨削凹面(f)磨后松開8.2.6工藝系統(tǒng)的熱變形對(duì)加工精度的影響

1.工藝系統(tǒng)的熱源及熱平衡引起工藝系統(tǒng)熱變形的熱源有系統(tǒng)內(nèi)部熱源和外部熱源。系統(tǒng)內(nèi)部熱源主要指切削熱和摩擦熱。切削熱是由于切削過(guò)程中，切削層金屬的彈性、塑性變形及刀具與工件、切屑之間摩擦而產(chǎn)生的，這些熱量由工件、刀具、夾具、機(jī)床、切屑、切削液及周圍介質(zhì)傳出。摩擦熱主要是機(jī)床和液壓系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)部件產(chǎn)生的，如電動(dòng)機(jī)、軸承、齒輪、蝸輪等傳動(dòng)副，導(dǎo)軌副、液壓泵、閥等運(yùn)動(dòng)部分，均會(huì)產(chǎn)生摩擦熱。摩擦熱是機(jī)床熱變形的主要熱源。外部熱源主要是環(huán)境溫度(它與氣溫變化、通風(fēng)、空氣對(duì)流和周圍環(huán)境等有關(guān))變化和熱輻射(如太陽(yáng)、照明燈、取暖設(shè)備、人體等的輻射熱)的影響較大。對(duì)大型和精密加工時(shí)的影響較大。工藝系統(tǒng)受各種熱源的影響，其溫度會(huì)逐漸升高，同時(shí)它們也通過(guò)各種方式向周圍散發(fā)熱量，當(dāng)單位時(shí)間內(nèi)傳入和傳出的熱量相等時(shí)，溫度不再升高，則認(rèn)為工藝系統(tǒng)達(dá)到熱平衡狀態(tài)。此時(shí)，其工藝系統(tǒng)各部分的熱變形相對(duì)穩(wěn)定，有利于保證工件的加工精度。

8.2.6工藝系統(tǒng)的熱變形對(duì)加工精度的影響

2.機(jī)床熱變形對(duì)加工精度的影響機(jī)床在加工過(guò)程中，在工藝系統(tǒng)內(nèi)、外熱源的影響下，各部分溫度將發(fā)生變化。由于熱源分布不均勻和機(jī)床結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，機(jī)床各部件將發(fā)生不同程度的熱變形，破壞了機(jī)床原有的幾何精度，從而影響了機(jī)床的加工精度。由于各類機(jī)床的結(jié)構(gòu)和工作條件差別很大，所以引起機(jī)床熱變形的熱源及變形形式也各不相同。機(jī)床熱變形中，主軸部件、床身、導(dǎo)軌以及三者相對(duì)位置等方面的熱變形對(duì)加工精度的影響最大。圖8-22床身縱向溫差熱效應(yīng)的影響8.2.6工藝系統(tǒng)的熱變形對(duì)加工精度的影響

3.刀具的熱變形對(duì)加工精度的影響刀具熱變形主要是由切削熱引起的。切削加工時(shí)雖然大部分切削熱被切屑帶走，傳入刀具的熱量并不多，但由于刀具體積小，熱容量小，導(dǎo)致刀具切削部分的溫度急劇升高，因此刀具的熱變形對(duì)加工精度的影響不可忽略。圖8-23為車削時(shí)車刀的熱變形與切削時(shí)間的關(guān)系曲線。

圖8-23車刀的熱變形與切削時(shí)間的關(guān)系曲線曲線A－是刀具連續(xù)切削時(shí)的熱變形曲線。曲線B－表示在切削停止后，車刀溫度立即下降，開始冷卻較快，以后便逐漸減慢。曲線C－為車削短小軸類零件時(shí)的情況，加工時(shí)斷時(shí)續(xù)（如裝缷工件）間斷切削。8.2.6工藝系統(tǒng)的熱變形對(duì)加工精度的影響

4.工件熱變形對(duì)加工精度的影響在切削加工中，工件的熱變形主要是切削熱引起的，有些大型和精密件還受環(huán)境溫度的影響。在熱膨脹下達(dá)到的加工尺寸，冷卻收縮后會(huì)發(fā)生變化，甚至?xí)?。工件受切削熱影響，各部分溫度不同，且隨時(shí)間變化，切削區(qū)附近溫度最高。開始切削時(shí)，工件溫度低，變形小，隨著切削過(guò)程的進(jìn)行，工件的溫度逐漸升高，變形也就逐漸加大。對(duì)用不同的切削方法加工不同結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸、不同材料的工件，工件的熱變形是不同的。當(dāng)細(xì)長(zhǎng)軸在頂尖間車削時(shí)，熱變形將使工件伸長(zhǎng)，使工件產(chǎn)生彎曲變形而產(chǎn)生圓柱度誤差。機(jī)床導(dǎo)軌面的磨削加工，由于是單面受熱，工件的加工面與底面的溫度差所引起的熱變形影響導(dǎo)軌的直線度誤差。工件的粗加工對(duì)精加工的影響也必須注意，當(dāng)粗、精加工間隔時(shí)間較短時(shí)，粗加工時(shí)的熱變形將影響到精加工，工件冷卻后，將產(chǎn)生加工誤差。

8.2.6工藝系統(tǒng)的熱變形對(duì)加工精度的影響

5.減小工藝系統(tǒng)熱變形的措施（1）隔離熱源和強(qiáng)制冷卻（2）采用合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)減小熱變形①采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)。②合理選擇機(jī)床零部件的裝配基準(zhǔn)。（3）均衡溫度場(chǎng)減小熱變形，如圖8-24表示（4）保持機(jī)床的熱平衡狀態(tài)（5）控制環(huán)境溫度精密機(jī)床應(yīng)安裝在恒溫車間內(nèi)，恒溫精度一般控制在±1℃以內(nèi)，精密級(jí)為0.5℃,有些場(chǎng)合更小，恒溫基數(shù)按季節(jié)調(diào)節(jié)，春、秋季取20℃，夏季可取23℃，冬季取17℃。圖8-24均衡機(jī)床溫度場(chǎng)8.2.7測(cè)量誤差對(duì)加工精度的影響產(chǎn)生測(cè)量誤差主要有以下三個(gè)方面。1.測(cè)量環(huán)境條件的影響在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，溫度和振動(dòng)是影響測(cè)量精度最主要的環(huán)境條件因素。溫度引起測(cè)量誤差的原因是測(cè)量時(shí)，量具和工件的熱變形量不相等；而測(cè)量時(shí)如果有振動(dòng)，就會(huì)使工件的位置變動(dòng)和量具讀數(shù)不準(zhǔn)確。2.測(cè)量人員主觀因素的影響測(cè)量時(shí)，若測(cè)量力過(guò)大會(huì)引起較大的接觸變形；若測(cè)量力過(guò)小，又不能保證量具與被測(cè)量表面良好地接觸，而產(chǎn)生測(cè)量誤差。人的分辨能力有限，會(huì)產(chǎn)生視覺誤差等因素引起讀數(shù)的誤差而產(chǎn)生測(cè)量誤差。3.量具、量?jī)x和測(cè)量方法本身的誤差量具、量?jī)x生產(chǎn)制造時(shí)不可能絕對(duì)準(zhǔn)確，其制造誤差將直接影響測(cè)量精度。同時(shí)所采用的測(cè)量方法和量具結(jié)構(gòu)如不符合“阿貝原則”就會(huì)產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差，稱為“阿貝誤差”。所謂“阿貝原則”是指測(cè)量時(shí)工件上的被測(cè)量尺寸線應(yīng)與量具上作為基準(zhǔn)尺的測(cè)量線在同一直線上。8.2.8工件殘余應(yīng)力對(duì)加工精度的影響1．產(chǎn)生殘余應(yīng)力的原因及對(duì)加工精度的影響殘余應(yīng)力是指在沒有外部載荷的情況下，仍殘存于工件內(nèi)部的應(yīng)力，又稱內(nèi)應(yīng)力。殘余應(yīng)力是由金屬內(nèi)部的相鄰組織發(fā)生了不均勻的體積變化而產(chǎn)生的，促使這種變化的因素主要來(lái)自熱加工或冷加工。存在殘余應(yīng)力的零件，始終處于一種不穩(wěn)定狀態(tài)，其內(nèi)部組織存在要恢復(fù)到穩(wěn)定的沒有內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)的傾向。在殘余應(yīng)力變化的過(guò)程中，零件產(chǎn)生相應(yīng)的變形，從而破壞了零件原有的加工精度。（1）毛坯制造中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力在鑄造、鍛造、焊接及熱處理等熱加工過(guò)程中，由于各部分熱脹冷縮不均勻以及金相組織轉(zhuǎn)變時(shí)的體積變化，使毛坯內(nèi)部產(chǎn)生了相當(dāng)大的殘余應(yīng)力。（2）切削加工中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力工件在切削加工時(shí)，在切削力和切削熱的作用下，工件表層各部分將產(chǎn)生不同的塑性變形或使金屬組織等發(fā)生變化，從而產(chǎn)生殘余應(yīng)力。8.2.8工件殘余應(yīng)力對(duì)加工精度的影響（3）冷校直帶來(lái)的殘余應(yīng)力圖8-25冷校直引起的殘余應(yīng)力彎曲的工件（原來(lái)無(wú)殘余應(yīng)力）要校直，常采用冷校直的方法。校直的方法是在彎曲的反方向加外力F，圖8-25(a)所示，在外力F的作用下，工件內(nèi)部的應(yīng)力分布如圖8-25(b)所示，在軸心線以上產(chǎn)生壓應(yīng)力（用負(fù)號(hào)“－”表示），在軸心線以下產(chǎn)生拉應(yīng)力（用正號(hào)“＋”表示）。冷校直雖然減小了彎曲，但工件仍處于不穩(wěn)定狀態(tài)，如再次加工，又將產(chǎn)生新的彎曲變形，且最后的精度還不穩(wěn)定。圖8-25冷校直引起的殘余應(yīng)力(a)冷校直方法(b)加載時(shí)殘余應(yīng)力的分布(c)卸載后殘余應(yīng)力的分布8.2.8工件殘余應(yīng)力對(duì)加工精度的影響2．減少殘余應(yīng)力的措施（1）對(duì)工件進(jìn)行熱處理和時(shí)效處理對(duì)鑄、鍛、焊接件進(jìn)行退火或回火處理；工件淬火后進(jìn)行回火；對(duì)精度要求高的零件，如床身、絲杠、主軸等，在粗加工或半精加工后進(jìn)行時(shí)效處理可以消除殘余應(yīng)力。（2）合理設(shè)計(jì)零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)零件結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)盡量做到壁厚均勻、結(jié)構(gòu)對(duì)稱，以減少殘余應(yīng)力的產(chǎn)生。（3）合理安排工藝過(guò)程在安排零件加工工藝過(guò)程中，盡可能將粗、精加工分在不同工序中進(jìn)行，使工件在粗加工后有一定的時(shí)間來(lái)降低殘余應(yīng)力。8.3保證和提高加工精度的主要途徑主要從誤差預(yù)防和誤差補(bǔ)償兩個(gè)方面進(jìn)行。1．直接減少或消除原始誤差直接減少誤差最基本的方法是合理采用先進(jìn)的工藝及設(shè)備，在制訂機(jī)械加工工藝規(guī)程時(shí)，應(yīng)對(duì)零件每道加工工序的能力進(jìn)行分析，每道加工工序都具備足夠的工序能力。圖8-26(a)為加工細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，因工件剛性差，加工時(shí)容易產(chǎn)生彎曲變形和振動(dòng)，嚴(yán)重影響加工精度?？刹捎脠D8-26(b)所示反向進(jìn)給的切削方式進(jìn)行加工，其進(jìn)給方向由卡盤一端指向尾座，同時(shí)增大主偏角以減少切削變形所產(chǎn)生的加工誤差。(a)正向進(jìn)給(b)反向進(jìn)給圖8-26不同進(jìn)給方向加工細(xì)長(zhǎng)軸的比較8.3保證和提高加工精度的主要途徑2．均分原始誤差在生產(chǎn)加工中，若本工序的加工精度是穩(wěn)定的，由于毛坯或上道工序加工的半成品精度低，引起工件的定位誤差或復(fù)映誤差較大，從而造成本工序的加工精度超差。解決這類問(wèn)題最好采用分組調(diào)整的方法，即均勻誤差法：把毛坯按誤差大小分為n組，每組毛坯的誤差均縮小為原來(lái)的1/n；然后按各組分別調(diào)整刀具與工件的相對(duì)位置或選用合適的定位元件，則縮小了整批工件的尺寸分散范圍。這種辦法比提高毛坯精度或上道工序加工精度往往要簡(jiǎn)便易行。許多精密基準(zhǔn)件的加工，如平板、直尺、角規(guī)等都是利用誤差均化法加工的。8.3保證和提高加工精度的主要途徑3．均化原始誤差加工過(guò)程中，工藝系統(tǒng)的原始誤差總是要傳給工件的，機(jī)床、刀具的某些誤差只是根據(jù)局部地方的最大誤差值進(jìn)行判定的。利用有密切聯(lián)系的表面之間的相互比較、相互修正、互為基準(zhǔn)進(jìn)行加工，就能讓這些局部較大的誤差比較均勻地影響到整個(gè)加工表面，使傳遞到工件表面的加工誤差較為均勻，工件的加工精度也相應(yīng)提高。例如研磨時(shí)，通過(guò)工件和研具均勻的微量切削和相互修整，共同提高精度，使誤差均化，因此可獲得精度高于研具原始精度的加工表面。8.3保證和提高加工精度的主要途徑4．轉(zhuǎn)移原始誤差轉(zhuǎn)移原始誤差是將工藝系統(tǒng)中影響加工精度的原始誤差轉(zhuǎn)移到不影響或少影響加工精度的方向或其它零部件上去。圖8-27(a)所示，轉(zhuǎn)塔車床的轉(zhuǎn)塔刀架因經(jīng)常旋轉(zhuǎn)而很難保證轉(zhuǎn)位精度，生產(chǎn)中采用立刀裝刀法，圖(b)所示，把刀刃的切削基面放在垂直平面內(nèi)，這樣就把刀架的轉(zhuǎn)位誤差轉(zhuǎn)移到了誤差不敏感方向，由刀架的轉(zhuǎn)位誤差引起的加工誤差也就減少到可以忽略不計(jì)的程度。(a)車刀在水平面內(nèi)(b)車刀在垂直面內(nèi)圖8-27轉(zhuǎn)塔車床刀架轉(zhuǎn)位誤差的轉(zhuǎn)移8.3保證和提高加工精度的主要途徑5．補(bǔ)償或抵消原始誤差誤差補(bǔ)償?shù)姆椒ň褪侨藶榈刂圃煲环N新的原始誤差去抵消當(dāng)前成為產(chǎn)生加工誤差的原有的原始誤差，并應(yīng)盡量使兩者大小相等，矢量方向相反，從而達(dá)到減少加工誤差，提高加工精度的目的。6．自身加工修配法（就地加工法）在機(jī)械加工和裝配中，有些精度問(wèn)題涉及到很多零部件的相互關(guān)系，如果單純依靠提高零部件的精度來(lái)滿足設(shè)計(jì)要求，有時(shí)不僅困難，成本也很高。而采用自身加工修配法可以解決這種問(wèn)題。自身加工修配法就是將全部零件按經(jīng)濟(jì)加工精度制造，然后把它們裝配成部件或產(chǎn)品，并且各零部件之間具有工作時(shí)要求的相對(duì)位置，最后再以一個(gè)表面為基準(zhǔn)加工另一個(gè)有相互位置精度要求的表面，實(shí)現(xiàn)最終精加工，其加工精度即為部件或產(chǎn)品的最終裝配精度。如牛頭刨床、龍門刨床為了使它們的工作臺(tái)面分別對(duì)滑枕和橫梁保持平行的位置關(guān)系，都是在裝配后在自身機(jī)床上進(jìn)行“自刨自”的加工。8.3保證和提高加工精度的主要途徑5．補(bǔ)償或抵消原始誤差誤差補(bǔ)償?shù)姆椒ň褪侨藶榈刂圃煲环N新的原始誤差去抵消當(dāng)前成為產(chǎn)生加工誤差的原有的原始誤差，并應(yīng)盡量使兩者大小相等，矢量方向相反，從而達(dá)到減少加工誤差，提高加工精度的目的。6．自身加工修配法（就地加工法）在機(jī)械加工和裝配中，有些精度問(wèn)題涉及到很多零部件的相互關(guān)系，如果單純依靠提高零部件的精度來(lái)滿足設(shè)計(jì)要求，有時(shí)不僅困難，成本也很高。而采用自身加工修配法可以解決這種問(wèn)題。自身加工修配法就是將全部零件按經(jīng)濟(jì)加工精度制造，然后把它們裝配成部件或產(chǎn)品，并且各零部件之間具有工作時(shí)要求的相對(duì)位置，最后再以一個(gè)表面為基準(zhǔn)加工另一個(gè)有相互位置精度要求的表面，實(shí)現(xiàn)最終精加工，其加工精度即為部件或產(chǎn)品的最終裝配精度。如牛頭刨床、龍門刨床為了使它們的工作臺(tái)面分別對(duì)滑枕和橫梁保持平行的位置關(guān)系，都是在裝配后在自身機(jī)床上進(jìn)行“自刨自”的加工。8.４加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析方法8.4.1加工誤差的性質(zhì)8.4.2分布曲線分析法8.4.3點(diǎn)圖統(tǒng)計(jì)分析法8.４加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析方法加工誤差是由—系列工藝因素綜合影響的結(jié)果，由于多種原始誤差同時(shí)作用，有的可以相互補(bǔ)充或抵消，有的則相互疊加，還有許多考察不清或認(rèn)識(shí)不到的誤差因素。從理論上講，只有逐一找出所有的因素及其對(duì)加工誤差影響的大小和規(guī)律，才能有效地控制加工誤差，提高工件的加工精度。但是，在實(shí)際生產(chǎn)中，影響加工精度的因素錯(cuò)綜復(fù)雜，很難用單因素法分析其因果關(guān)系，需要用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行研究，找出解決問(wèn)題的途徑。在機(jī)械加工中，常用的誤差統(tǒng)計(jì)分析法主要有分布曲線法和點(diǎn)圖分析法。

8.4.1加工誤差的性質(zhì)

在機(jī)械加工中，各種加工誤差按其出現(xiàn)的規(guī)律不同，分為系統(tǒng)性誤差和隨機(jī)性誤差。1．系統(tǒng)性誤差（1）常值系統(tǒng)性誤差順次加工一批工件時(shí)，大小和方向均保持不變的誤差，稱為常值系統(tǒng)性誤差。如加工原理誤差、刀具、夾具、機(jī)床、量具的制造誤差、調(diào)整誤差等；機(jī)床、夾具、量具的磨損速度較慢，在一定時(shí)期內(nèi)可認(rèn)為基本不變，因此也歸為此類。這類誤差與工件的加工順序無(wú)關(guān)。（2）變值系統(tǒng)性誤差順次加工一批工件時(shí)，大小和方向呈有規(guī)律變化的誤差，稱為變值系統(tǒng)性誤差。如刀具、夾具、機(jī)床的熱變形、刀具的磨損等。這類誤差與工件的加工順序有關(guān)。8.4.1加工誤差的性質(zhì)2．隨機(jī)性誤差順次加工一批工件時(shí)，大小和方向呈無(wú)規(guī)律變化的誤差稱為隨機(jī)性誤差。如加工余量不均勻或材料硬度不均勻引起的毛坯誤差復(fù)映，定位誤差以及由于夾緊力大小不同引起的夾緊誤差，殘余應(yīng)力引起的變形誤差，多次調(diào)整誤差等都屬于隨機(jī)性誤差。系統(tǒng)性誤差因誤差大小、方向有規(guī)律，可采取相應(yīng)措施消除或補(bǔ)償。對(duì)隨機(jī)性誤差，從表面上看似乎沒有規(guī)律，但是應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法可以找出一批工件加工誤差的總體規(guī)律，查出產(chǎn)生誤差的根源，在工藝上采取措施加以控制。在生產(chǎn)中，誤差性質(zhì)的判別應(yīng)根據(jù)工件的實(shí)際加工情況決定，在不同的生產(chǎn)場(chǎng)合，誤差的表現(xiàn)性質(zhì)會(huì)有所不同。8.4.2分布曲線分析法1．分布曲線及分析機(jī)械加工中，同一工序加工一批工件時(shí)，由于受各種誤差因素的影響，加工出來(lái)的工件尺寸各不相同，造成在一定范圍內(nèi)的尺寸分散。為了解尺寸分散的分布規(guī)律，可對(duì)該批工件的尺寸進(jìn)行抽檢（至少檢50個(gè)），并對(duì)抽檢所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理（處理方法可參閱有關(guān)質(zhì)量管理的書籍及資料），作出直方圖和實(shí)際分布曲線，然后對(duì)作出的圖形進(jìn)行分析。（1）看曲線形狀若作出的曲線是中間高、兩邊低的對(duì)稱圖形稱為正態(tài)分布曲線，即高斯曲線，如圖8-28(a)所示，則說(shuō)明系統(tǒng)主要受隨機(jī)誤差的影響，系統(tǒng)性誤差影響很??；若呈雙峰分布曲線，如圖(b)則說(shuō)明是將兩次調(diào)整下加工出來(lái)的零件混到了一起；若呈平頂分布曲線，如圖(c)，則說(shuō)明有快速移動(dòng)的變值系統(tǒng)性誤差(如砂輪快速磨損等)在起主要作用；若呈偏態(tài)分布曲線，如圖(d）(e)所示，則說(shuō)明可能有變值系統(tǒng)性誤差(如熱變形)存在，或是受人為因素(如切外圓時(shí)寧大勿小，鉆、鏜孔時(shí)寧小勿大)的影響。8.4.2分布曲線分析法圖8-28分布曲線的形狀（a）正態(tài)分布曲線（b）雙峰分布曲線（c）平頂分布曲線（d）、（e）偏態(tài)分布曲線8.4.2分布曲線分析法（2）對(duì)于正態(tài)分布曲線可用以下方法進(jìn)行分析①將工件的公差帶T畫在分布曲線上，若曲線超出公差帶，則超出部分為不合格品。②算出測(cè)量尺寸分散范圍R（R等于抽檢數(shù)據(jù)的最大值減最小值），若R>T，則說(shuō)明隨機(jī)誤差過(guò)大，所選擇的加工方法與工件的加工精度要求不適應(yīng)。③算出尺寸分散范圍中心（抽檢數(shù)據(jù)的平均值：＝（X1＋X2＋…＋Xn）/n）和公差帶中心位置Tm，若Tm≠，則說(shuō)明系統(tǒng)存在常值系統(tǒng)性誤差。例如：抽樣檢測(cè)某銑槽的70個(gè)工件槽寬尺寸，其中，最大值Xmax=8.008mm，最小值Xmin=7.978mm，R=Xmax－Xmin=0.030mm，尺寸分散范圍中心=7.9925mm。設(shè)計(jì)要求的槽寬尺寸為mm。工件公差T=0.036mm，公差帶中心位置Tm=7.9820mm。作出的直方圖和實(shí)際分布曲線圖8-29所示，存在常值系統(tǒng)誤差為-Tm=0.0105mm。8.4.2分布曲線分析法圖8-29槽寬尺寸直方圖和實(shí)際分布曲線圖8.4.2分布曲線分析法

2．分布曲線分析法的應(yīng)用（1）確定各種加工方法所能達(dá)到的精度根據(jù)有關(guān)正態(tài)分布曲線數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方法，可求得正態(tài)分布隨機(jī)變量的標(biāo)準(zhǔn)偏差σ為：（8-12）式中：xi——各工件的隨機(jī)變量，即測(cè)量值；

n——樣本容量，即測(cè)量工件數(shù)量；

——正態(tài)分布隨機(jī)變量總樣本的算術(shù)平均值；對(duì)于各種加工方法，由于其加工尺寸的分布近似服從正態(tài)分布，其分散范圍為±3σ，即6σ。在多次統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，可求得給定加工方法的標(biāo)準(zhǔn)偏差σ值，則6σ即為該加工方法的加工精度。8.4.2分布曲線分析法

（2）判斷加工誤差的性質(zhì)如果實(shí)際分布曲線基本符合正態(tài)分布，則說(shuō)明加工過(guò)程中無(wú)變值系統(tǒng)誤差(或影響很小)。此時(shí)，若公差帶中心Tm與尺寸分布中心重合，則加工過(guò)程中常值系統(tǒng)誤差為零，即不存在常值系統(tǒng)誤差；否則存在常值系統(tǒng)誤差，其大小為｜Tm一｜。若實(shí)際分布曲線不服從正態(tài)分布，可根據(jù)直方圖分析判斷變值系統(tǒng)誤差的類型，分析產(chǎn)生誤差的原因并采取有效措施加以控制或消除。（3）確定工序能力及其等級(jí)工序能力是當(dāng)工序處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，加工誤差正常波動(dòng)的幅度，即可以用該加工工序的尺寸分散范圍表示工藝能力。它反映了能否穩(wěn)定地加工出合格產(chǎn)品的能力。當(dāng)加工尺寸分布接近正態(tài)分布時(shí)，工序能力為6σ。8.4.2分布曲線分析法