機(jī)械加工精度

機(jī)械加工精度1第1頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2

從保證產(chǎn)品的使用性能分析，沒(méi)有必要把每個(gè)零件都加工得絕對(duì)準(zhǔn)確，可以允許有—定的加工誤差，只要加工誤差不超過(guò)圖樣規(guī)定的偏差，即為合格品。

是指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)(尺寸、形狀和位置)與理想幾何參數(shù)的符合程度。1、機(jī)械加工精度：2、加工誤差：

是指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)(尺寸、形狀和位置)與理想幾何參數(shù)的偏離程度。加工精度越高，則加工誤差越小，反之越大。

加工精度的高低是以國(guó)家有關(guān)公差標(biāo)準(zhǔn)來(lái)表示的。保證和提高加工精度實(shí)際上就是限制和降低加工誤差。2第2頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五33、機(jī)械加工精度包含的內(nèi)容尺寸精度形狀精度位置精度機(jī)械加工精度三者之間的關(guān)系：（1）當(dāng)尺寸精度要求高時(shí)，相應(yīng)的位置精度和形狀精度也要求高。形狀公差應(yīng)限制在位置公差內(nèi)，位置公差應(yīng)限制在尺寸公差內(nèi)。（2）當(dāng)形狀精度要求高時(shí)，相應(yīng)的位置精度和尺寸精度不一定要求高。3第3頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五44、加工精度與加工成本和生產(chǎn)效率的關(guān)系一般地，加工精度要求↑，加工成本↑，生產(chǎn)效率↓。5、研究加工精度的目的

研究加工精度的目的、就是弄清各種原始誤差對(duì)加工精度影響的規(guī)律，掌握控制加工誤差的方法，以獲得預(yù)期的加工精度，必要時(shí)能指出進(jìn)一步提高加工精度的途徑。6、研究加工精度的方法因素分析法統(tǒng)計(jì)分析法

在實(shí)際生產(chǎn)中，常常結(jié)合起來(lái)應(yīng)用。一是先用統(tǒng)計(jì)分析法尋找誤差的出現(xiàn)規(guī)律，初步判斷產(chǎn)生加工誤差的可能原因，然后運(yùn)用單因素分析法進(jìn)行分析、試驗(yàn)，以便迅速、有效地找出影響加工精度的主要原因。4第4頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五5二、影響加工精度的因素

零件的尺寸、幾何形狀和表面間的相互位置的形成，歸根到底取決于工件和刀具在切削過(guò)程間的相互位置。由于工藝系統(tǒng)存在各種原始誤差，它們以不同的方式和程度反映為加工誤差。由此可見(jiàn)：1、原始誤差機(jī)床夾具刀具工件亦稱機(jī)械加工工藝系統(tǒng)構(gòu)成了機(jī)械加工系統(tǒng)故：工藝系統(tǒng)誤差稱為原始誤差。工藝系統(tǒng)誤差是“因”，是根源；加工誤差是“果”，是表現(xiàn)。5第5頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五62、零件加工中的各種誤差調(diào)整誤差定位誤差?yuàn)A緊誤差制造誤差測(cè)量誤差因殘余應(yīng)力產(chǎn)生的誤差加工原理誤差機(jī)加工前，對(duì)機(jī)床、夾具、刀具調(diào)整中；由切削力、慣性力、刀具磨損、切削熱等引起；工件加工、測(cè)量好后；由于采用了近似的加工方法。機(jī)加工中的原始誤差可歸納為：6第6頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五7原始誤差工藝系統(tǒng)加工過(guò)程工藝系統(tǒng)制造和磨損工藝系統(tǒng)熱效應(yīng)機(jī)床的制造和磨損夾具的制造和磨損刀具的制造和磨損工藝系統(tǒng)受力變形工藝系統(tǒng)受熱變形工件殘余應(yīng)力變形調(diào)整誤差定位誤差、夾緊誤差制造誤差測(cè)量誤差加工原理誤差7第7頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五8三、誤差的敏感方向

在加工過(guò)程中，各種原始誤差的影響會(huì)使刀具和工件間正確的幾何關(guān)系遭到破壞，引起加工誤差，各種原始誤差的大小和方向各不相同，而加工誤差則必須在工序尺寸方向度量。因此．不同的原始誤差對(duì)加工精度有不同的影響。

當(dāng)原始誤差的方向與工序尺寸方向一致時(shí)，其對(duì)加工相度的影響最大。下面以外圓車削為例說(shuō)明兩者的關(guān)系。8第8頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五9

如圖，車削時(shí)工件的回轉(zhuǎn)軸線為O，刀尖正確位置在A。設(shè)某一瞬時(shí)由于各種原始誤差的影響，使刀尖位移到A’，AA’即為原始誤差δ，它與OA間的夾角為φ，由此引起工件加工后的半徑由R0＝OA變?yōu)镽＝OA’，故半徑上的加工誤差△R為：當(dāng)原始誤差的方向恰為加工表面的法向方向(φ＝0°)時(shí)，引起的加工誤差最大；可以看出：當(dāng)原始誤差的方向恰為加工表面的切線方向(φ＝90°)引起的加工誤差最小。

把對(duì)加工精度影響最大的那個(gè)方向稱為誤差的敏感方向，對(duì)加工精度影響最小的那個(gè)方向則稱為誤差的不敏感方向。

9第9頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五10

加工原理誤差是指采用了近似的成形運(yùn)動(dòng)或近似的切削刃輪廓進(jìn)行加工而產(chǎn)生的誤差。一、加工原理誤差如：1、在數(shù)控機(jī)床上采用“行切法”加工復(fù)雜形面。§2.2工藝系統(tǒng)的幾何精度對(duì)加工精度的影響10第10頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五112、車削模數(shù)蝸桿

由于蝸桿的螺距等于蝸輪的齒距(即πm，其中m是模數(shù)，而π是一個(gè)無(wú)理數(shù)3．14159…)，但是車床配換齒輪的齒數(shù)是有限的。因此，在選擇配換齒輪時(shí)，只能將π化為近似的分?jǐn)?shù)值計(jì)算，這樣就會(huì)引起刀具相對(duì)工件的成形運(yùn)動(dòng)(螺旋運(yùn)動(dòng))不準(zhǔn)確，造成螺距誤差。但是，這種螺距誤差可通過(guò)配換齒輪的合理選配而減小。

滾齒加工用的齒輪滾刀有兩種誤差：

一是切削刃齒廓近似造形誤差，由于制造上的困難，采用阿基米德基本蝸桿或法向直廓基本蝸桿代替漸開(kāi)線基本蝸桿；

二是由于滾刀刀齒數(shù)有限，實(shí)際上加工出的齒形是一條折線，和理論上的光滑漸開(kāi)線有差異。

3、滾齒加工11第11頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五12

注意：采用近似的成形運(yùn)動(dòng)或近似的切削刃輪廓，雖然會(huì)帶來(lái)加工原理誤差，但往往可簡(jiǎn)化機(jī)床或刀具的結(jié)構(gòu)，提高生產(chǎn)效率，有時(shí)反而能得到較高的加工精度。因此，只要具誤差不超過(guò)規(guī)定的精度要求、在生產(chǎn)中仍能得到廣泛的應(yīng)用。二、調(diào)整誤差

在機(jī)械加工的每一工序中?？偸且獙?duì)工藝系統(tǒng)進(jìn)行這樣或那樣的調(diào)整工作不可能絕對(duì)地準(zhǔn)確，因而產(chǎn)生調(diào)整誤差。工藝系統(tǒng)的調(diào)整的基本方式(1)試切法調(diào)整(2)調(diào)整法調(diào)整

12第12頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五13(1)試切法調(diào)整1)測(cè)量誤差。由量具本身精度度、測(cè)量方法及使用條件引起。

2)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的位移誤差。在微量調(diào)整刀具的位置、低速微量進(jìn)給中，常常出現(xiàn)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的“爬行”現(xiàn)象，其結(jié)果使刀具的實(shí)際位移與刻度盤上的數(shù)值不一致、造成加工誤差。

3)試切時(shí)與正式切削時(shí)切削層厚度不同的影響。精加工時(shí)，切削刃只起擠壓作用而不起切削作用，但正式切削時(shí)的深度較大工件。應(yīng)用：?jiǎn)渭∨a(chǎn)中。

方法：對(duì)工件進(jìn)行試切—測(cè)量—調(diào)整—再試切，直到達(dá)到要求的精度為止。這時(shí)，引起調(diào)整誤差的因素有：13第13頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五14(2)調(diào)整法調(diào)整影響調(diào)整精度的因素有：1）上述影響試切法調(diào)整精度的因素，因?yàn)椴捎谜{(diào)整法對(duì)工藝系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整時(shí)，也要以試切為依據(jù)。2）用定程機(jī)構(gòu)調(diào)整時(shí)，調(diào)整精度取決于行程擋塊、靠模及凸輪等機(jī)構(gòu)的制造精度和剛度；3）用樣件或樣板調(diào)整時(shí)，調(diào)整精度取決于祥件或樣板的制造、安裝和對(duì)刀精度；4）工藝系統(tǒng)初調(diào)好以后，—般要試切幾個(gè)工件，并以其平均尺寸作為判斷調(diào)整是否準(zhǔn)確的依據(jù)。由于試切加工的工件數(shù)(稱為抽樣件數(shù))不可能太多，不能完全反映整批工件切削過(guò)程中的各種隨機(jī)誤差，故試切加工幾個(gè)工件的平均尺寸與總體尺寸不能完全符合，也造成加工誤差。14第14頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五15三、機(jī)床誤差

機(jī)床的制造誤差、安裝誤差以及使用中的磨損都直接影響工件的加工精度。機(jī)床誤差可歸納為：機(jī)床導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差機(jī)床傳動(dòng)鏈的誤差機(jī)床誤差1、機(jī)床導(dǎo)軌誤差

機(jī)床導(dǎo)軌誤差多達(dá)21項(xiàng)。

機(jī)床導(dǎo)軌是實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)的主要部件，其制造和裝配精度是影響直線運(yùn)動(dòng)的主要因素，直接影響工件的加工質(zhì)量。15第15頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五16

機(jī)床導(dǎo)軌誤差

機(jī)床導(dǎo)軌誤差多達(dá)21項(xiàng)。3×6+3=21。16第16頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五17導(dǎo)軌在水平面內(nèi)直線度誤差導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)直線度誤差導(dǎo)軌面間平行度（扭曲）誤差導(dǎo)軌對(duì)主軸回轉(zhuǎn)軸線的平行度或垂直度誤差（1）直線導(dǎo)軌導(dǎo)向精度的主要內(nèi)容有：

1)磨床導(dǎo)軌在水平面內(nèi)直線度誤差的影響引起工件在半徑方向上的誤差。當(dāng)磨削長(zhǎng)外圓時(shí)，造成圓柱度誤差。17第17頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五18

2)磨床導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)直線度誤差的影響由于磨床導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)存在誤差，磨削外圓時(shí)，工件沿砂輪切線方向產(chǎn)生位移(誤差非敏感方向)，此時(shí)工件產(chǎn)生圓柱度誤差。

對(duì)平面磨床、龍門刨床、銑床等法向方向的位移(誤差敏感方向)，將直接反映被加工件的表面形成的形狀誤差。18第18頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五19

3)導(dǎo)軌面間平行平行度（扭曲）誤差的影響如車床兩導(dǎo)軌的平行度誤差(扭曲)使床鞍產(chǎn)生橫向傾斜，刀具產(chǎn)生位移，因而引起工件形狀誤差。19第19頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五204)導(dǎo)軌對(duì)主軸回轉(zhuǎn)軸線的平行度或垂直度誤差的影響。造成加工表面下凹。

實(shí)際應(yīng)用中，為防止“掃刀”，往往將主軸與進(jìn)給方向傾斜一微小角度（30”）。20第20頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五212、機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差1．主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差的概念

理想回轉(zhuǎn)中心：機(jī)床主軸做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，主軸的各個(gè)截面必然有它的回轉(zhuǎn)中心，在主軸的任一截面，主軸回轉(zhuǎn)時(shí)若只有一點(diǎn)速度始終為零，則這一點(diǎn)即為理想回轉(zhuǎn)中心。

瞬時(shí)回轉(zhuǎn)中心：主軸在實(shí)際回轉(zhuǎn)過(guò)程中，在一個(gè)位置或時(shí)刻的回轉(zhuǎn)中心，稱為瞬時(shí)回轉(zhuǎn)中心，主軸各截面瞬時(shí)回轉(zhuǎn)中心的連線叫瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線。

主軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差：是指主軸的瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線相對(duì)其平均回轉(zhuǎn)軸線(瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線的對(duì)稱中心)，在規(guī)定測(cè)量平面內(nèi)的變動(dòng)量。變動(dòng)量越小，主軸回轉(zhuǎn)精度越高；反之越低。21第21頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五222．主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差的形式

端面圓跳動(dòng)（軸向漂移）徑向圓跳動(dòng)（徑向漂移）角度擺動(dòng)（角向漂移）主軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差的基本形式注意：實(shí)際中常是這幾種誤差的合成。22第22頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五23

端面圓跳動(dòng)——瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線沿平均回轉(zhuǎn)軸線方向的軸向運(yùn)動(dòng)。它主要影響端面形狀和軸向尺寸精度。

徑向圓跳動(dòng)——瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線相對(duì)于平均回轉(zhuǎn)軸線在徑向的變動(dòng)量。它主要影響圓柱面的精度。

角度擺動(dòng)——瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線與平均回轉(zhuǎn)軸線成一傾斜角度，但其交點(diǎn)位置固定不變的運(yùn)動(dòng)。在不同橫截面內(nèi)，軸心運(yùn)動(dòng)誤差軌跡相似，它影響圓柱面與端面加工精度。23第23頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五243.主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度的影響（1）端面圓跳動(dòng)1）對(duì)圓柱面的加工無(wú)影響；2）對(duì)加工端面的影響3）對(duì)螺紋加工的影響如圖（a）如圖（b）24第24頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五25（2）徑向圓跳動(dòng)使工件產(chǎn)生圓度誤差，但影響程度因加工方法的不同而異。如：1)鏜孔時(shí)設(shè)原始誤差：主軸徑向回轉(zhuǎn)誤差表現(xiàn)為y向簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。h=Acos在任一時(shí)刻刀尖a的位置為：分析：這是橢圓的參數(shù)方程，加工出的孔呈橢圓形，圓度誤差為A。25第25頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五262)車削時(shí)26第26頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五274.影響主軸回轉(zhuǎn)精度的因素主軸的誤差軸承的誤差軸承的間隙與軸承配合零件的誤差主軸系統(tǒng)的徑向不等剛度和熱變形等，影響主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差的主要因素對(duì)于不同類型的機(jī)床，其影響因素也各不相同。27第27頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五284．提高主軸回轉(zhuǎn)精度的措施(1)提高主軸部件的制造精度首先應(yīng)提高軸承的回轉(zhuǎn)精度選用高精度的滾動(dòng)軸承采用高精度的多油楔動(dòng)壓軸承采用高精度的靜壓軸承提高箱體支承孔的加工精度主軸軸頸的加工精度與軸承相配合表面的加工精度其次應(yīng)提高軸承組件的接觸剛度28第28頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五29

常采用兩個(gè)固定頂尖支承，主軸只起傳動(dòng)作用。工件的回轉(zhuǎn)精度完全取決于頂尖和中心孔的形狀誤差和同軸度誤差，而提高頂尖和中心孔的精度要比提高主軸部件的精度容易且經(jīng)濟(jì)得多。(2)對(duì)滾動(dòng)軸承進(jìn)行預(yù)緊可消除間隙增加軸承剛度均化滾動(dòng)體的誤差(3)使主軸的回轉(zhuǎn)精度不反映到工件上如下圖

對(duì)滾動(dòng)軸承適當(dāng)預(yù)緊

微量過(guò)盈可使軸承內(nèi)、外圈和滾動(dòng)體的彈性變形相互制約，這樣既增加軸承剛度，又對(duì)滾動(dòng)體的誤差起均化作用，因而可提高主軸的回轉(zhuǎn)精度。29第29頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五30

外圓磨床磨削外圓柱面時(shí)，采用固定頂尖支承。

在鏜床上加工箱體類零件上的孔時(shí)，采用前、后導(dǎo)向套的鏜模，刀桿與主軸浮動(dòng)聯(lián)接，所以刀桿的回轉(zhuǎn)精度與機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)精度也無(wú)關(guān)，僅由刀桿和導(dǎo)套的配合質(zhì)量決定。30第30頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五31四、機(jī)床傳動(dòng)鏈誤差是指內(nèi)聯(lián)系的傳動(dòng)鏈中首末兩端傳動(dòng)元件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的誤差。

在螺紋加工或用展成法加工齒輪等工件時(shí)，必須保證工件與刀具間有嚴(yán)格的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)誤差影響其加工精度的主要因素。1.傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)誤差

例如：在該齒機(jī)上用單頭滾刀加工直齒輪時(shí)，要求滾刀與工件之間具有嚴(yán)格的運(yùn)動(dòng)關(guān)系：滾刀轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，工件轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒。這種運(yùn)動(dòng)關(guān)系是由刀具與工件間的傳動(dòng)鏈來(lái)保證的。31第31頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五32

由于各傳動(dòng)件在傳動(dòng)鏈中所處的位置不同，它們對(duì)工件加工精度(即末端件的轉(zhuǎn)角誤差)的影響程度是不同的。如傳動(dòng)鏈?zhǔn)巧賯鲃?dòng)，則傳動(dòng)元件的轉(zhuǎn)角誤差將被擴(kuò)大；反之，則轉(zhuǎn)角誤差將被縮小。如圖所示的機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)，可具體表示為2．傳動(dòng)鏈誤差的傳遞系數(shù)傳動(dòng)鏈誤差一般可用傳動(dòng)鏈末端元件的轉(zhuǎn)角誤差來(lái)衡量。32第32頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五33

假設(shè)滾刀軸均勻旋轉(zhuǎn)，若齒輪Z1有轉(zhuǎn)角誤差Δφ1，而其他各傳動(dòng)件無(wú)誤差，則傳到末端件所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角誤差Δφ1n為：

由于所有的傳動(dòng)件都存在誤差，因此，各傳動(dòng)件對(duì)工件精度影響的總和ΔφΣ為各傳動(dòng)元件所引起末端元件轉(zhuǎn)角誤差的疊加：

同理，可求得其它齒輪轉(zhuǎn)角誤差Δφi，對(duì)末端件所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角誤差為Δφin。

如果考慮到傳動(dòng)鏈中各傳動(dòng)元件的轉(zhuǎn)角誤差都是獨(dú)立的隨機(jī)變量，則傳動(dòng)鏈末端元件的總轉(zhuǎn)角誤差可用概率法進(jìn)行估算：33第33頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五343．減少傳動(dòng)鏈傳動(dòng)誤差的措施1)盡可能縮短傳動(dòng)鏈；2)減少各傳動(dòng)元件裝配時(shí)的幾何偏心，提高裝配精度；3)提高傳動(dòng)鏈末端元件的制造精度；

在一般的降速傳動(dòng)鏈中，末端元件的誤差影響最大。

在傳動(dòng)鏈中按降速比遞增的原則分配備傳動(dòng)副的傳動(dòng)比；傳動(dòng)鏈末端傳動(dòng)副的降速比取得越大，則傳動(dòng)鏈中其余各傳動(dòng)元件誤差的影響就越??；4)傳動(dòng)比i應(yīng)?。?4第34頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五35

校正裝置的實(shí)質(zhì)是在原傳動(dòng)鏈中人為地加入一誤差，其大小與傳動(dòng)鏈本身的誤差相等而方向相反，從而使之相互抵消。5)采用校正裝置

注意：采用機(jī)械式的校正裝置只能校正機(jī)床靜態(tài)的傳動(dòng)誤差。如果要校正機(jī)床靜態(tài)及動(dòng)態(tài)傳動(dòng)誤差，則需采用計(jì)算機(jī)控制的傳動(dòng)誤差補(bǔ)償裝置。6)采用數(shù)控技術(shù)

如開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)中的電子齒輪35第35頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五36五、其他幾何誤差

一般刀具(如普通車刀、單刃鏜刀和平面銑刀等)的制造誤差，對(duì)加工精度沒(méi)有直接影響。1、刀具誤差一般刀具定尺寸刀具成形刀具機(jī)加工中常用的刀具有：

定尺寸刀具(如鉆頭、鉸刀、拉刀等)的尺寸誤差直接影響加工工件的尺寸精度。刀具在安裝使用中不當(dāng)將產(chǎn)生跳動(dòng)，也將影響加工相應(yīng)。

成形刀具(如成形車刀、成形銑刀及齒輪刀具等)的制造誤差和磨損，主要影響被加工表面的形狀精度。36第36頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五371）定位元件、刀具導(dǎo)向元件、分度機(jī)構(gòu)和夾具體的制造誤差2）夾具元件裝配誤差3）夾具在長(zhǎng)期使用過(guò)程中工作表面的磨損

2、工件的裝夾誤差與夾具制造、磨損工件裝夾誤差是指定位誤差和夾緊誤差。夾具制造、磨損37第37頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五381）工件在加工過(guò)程中要用各種量具、量?jī)x等進(jìn)行檢驗(yàn)測(cè)量，再根據(jù)測(cè)量結(jié)果對(duì)工件進(jìn)行試切或調(diào)整機(jī)床。2）量具本身的制造誤差、測(cè)量時(shí)的接觸力、溫度、目測(cè)正確程度等，都直接影響加工誤差。3、測(cè)量誤差因此，要正確地選擇和使用量具，以保證測(cè)量精度。38第38頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五39§2.3工藝系統(tǒng)的受力變形對(duì)加工精度的影響一、基本概念工藝系統(tǒng)加工中受到的力有：切削力傳動(dòng)力慣性力夾緊力重力等

工藝系統(tǒng)在這些力的作用下，將產(chǎn)生相應(yīng)的變形。這種變形將破壞切削刃和工件之間已調(diào)整好的正確的位置關(guān)系，從而產(chǎn)生加工誤差。例如1、39第39頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五40（2）在內(nèi)圓磨床上用橫向切入磨孔時(shí)，磨出的孔會(huì)產(chǎn)生帶有錐度的圓柱度誤差，如圖（b）所示。（1）車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，工件在切削力作用下的彎曲變形，加工后會(huì)產(chǎn)生鼓形的圓柱度誤差如圖（a）所示。（a）（b）40第40頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五412、工藝系統(tǒng)受力對(duì)其性能的影響是加工中一項(xiàng)很重要的原始誤差不僅嚴(yán)重影響工件的加工精度而且還影響加工表面質(zhì)量限制加工生產(chǎn)率的提高2、工藝系統(tǒng)受力對(duì)其性能的影響3、工藝系統(tǒng)承受受力變形能力的評(píng)價(jià)

從材料力學(xué)知道，任何一個(gè)受力物體總要產(chǎn)生一些變形。物體承受受力變形的能力可由靜剛度(簡(jiǎn)稱剛度)來(lái)表示。靜剛度可表示為：41第41頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五42

切削加工中，在各種外力作用下，工藝系統(tǒng)各部分將在各個(gè)受力方向產(chǎn)生相應(yīng)的變形。

工件和刀具的法向切削分力Fy與在總切削力的作用下，工藝系統(tǒng)在該方向上的相對(duì)位移yxt的比值，即：工藝系統(tǒng)剛度：

對(duì)于工藝系統(tǒng)受力變形，主要研究誤差敏感方向。因此，工藝系統(tǒng)剛度Rxt定義為：

由于法向位移是在總切削力作用下工藝系統(tǒng)綜合變形的結(jié)果，因此有可能出現(xiàn)變形方向與Fy的方向不一致的情況。當(dāng)Fy與yxt方向相反時(shí)，即出現(xiàn)負(fù)剛度。負(fù)剛度現(xiàn)象對(duì)保證加工質(zhì)量是不利的，應(yīng)盡量避免，如圖所示。42第42頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五43負(fù)剛度現(xiàn)象：刨削車削43第43頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五44二、工藝系統(tǒng)剛度的計(jì)算工藝系統(tǒng)的剛度：yxt=yjc+yjj+yd+yg而：工藝系統(tǒng)某點(diǎn)法向總變形44第44頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五45三、工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響

在車床頂尖間車削粗而短的光軸，由于車刀和工件變形極小，此時(shí)，工藝系統(tǒng)的總變形完全取決于主軸箱、尾座(包括頂尖)和刀架的變形。1、車短軸

（一）受力點(diǎn)位置變化引起的形狀誤差45第45頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五462、車細(xì)長(zhǎng)軸

在兩頂尖間車削細(xì)長(zhǎng)軸，由于工件細(xì)長(zhǎng)、剛度小，在切削力作用下其變形大大超過(guò)機(jī)床、夾具和刀具所產(chǎn)生的變形。因此，機(jī)床、夾具和刀具的受力變形可略去不計(jì)，工藝系統(tǒng)的變形完全取決于工件的變形。46第46頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五47

工藝系統(tǒng)剛度隨受力點(diǎn)位置變化而變化的例子很多，例如立式車床、龍門刨床、龍門銑床等的橫梁及刀架，大型銑鏜床滑枕內(nèi)的軸等，其剛度均隨刀架位置或滑枕伸出長(zhǎng)度不同而異，分析時(shí)應(yīng)具體分析。鏜床銑床47第47頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五48

在車床上加工短軸，工藝系統(tǒng)剛度變化不大，可近似地作為常數(shù)。這時(shí)，由于被加工表面的形狀誤差或材料硬度不均勻而引起切削力變化、使受力變形不一致而產(chǎn)生加工誤差。（二）誤差復(fù)映規(guī)律工件就形成圓度誤差，這種現(xiàn)象稱為“誤差復(fù)映”。以車削為例，工件毛坯存在圓度誤差(例如橢圓)，如圖所示。由于工件毛坯存在圓度誤差車削時(shí)使切削深度在ap1與ap2之間變化。切削分力f也隨切削深度a的變化由最大ymax變到最小ymin工藝系統(tǒng)將產(chǎn)生相應(yīng)的變形1、誤差復(fù)映48第48頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五492、誤差復(fù)映系數(shù)毛坯圓度的最大誤差車削后工件的圓度誤差ε稱為誤差復(fù)映系數(shù)而又所以則：定義：

復(fù)映系數(shù)定量地反映了毛坯誤差經(jīng)過(guò)加工后減少的程度，它與工藝系統(tǒng)剛度成反比，與徑向切削力系數(shù)A成正比。

可見(jiàn)，要減少工件的復(fù)映誤差，可增加工藝系統(tǒng)剛度或減少?gòu)较蚯邢髁ο禂?shù)。49第49頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五50

當(dāng)毛坯誤差較大，一次進(jìn)給不能滿足加工精度要求時(shí)，需要多次進(jìn)給來(lái)消除毛坯誤差Δm復(fù)映到工件上。設(shè)第一次進(jìn)給量為f1，毛坯誤差為Δm1

，則由上式可得到第一次進(jìn)給后工件的誤差Δw1為：3、誤差復(fù)映規(guī)律的應(yīng)用第二次進(jìn)給后工件的誤差為：同理，第n次進(jìn)給后工件的誤差為：

由于ε總是小于1，而且是—個(gè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1的系數(shù)，小數(shù)相乘更小。因此．一般IT7要求的工件經(jīng)過(guò)2—3次進(jìn)給后，可能使Δm復(fù)映到工件上的誤差減小到公差允許值的范圍內(nèi)。誤差復(fù)映規(guī)律的應(yīng)用：1、估算加工后的工件誤差2、根據(jù)工件的公差值與毛坯誤差值來(lái)確定加工次數(shù)。50第50頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五51（三）其它力引起的加工誤差

(1)夾緊力引起的加工誤差被加工工件在裝夾過(guò)程中，由于剛度較低或著力點(diǎn)不當(dāng)，都會(huì)引起工件的變形，造成加工誤差。特別是薄壁套、薄板等零件，易于產(chǎn)生加工誤差。薄壁套加工改進(jìn)措施薄壁套加工過(guò)程改進(jìn)措施51第51頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五52(2)重力引起的加工誤差在工藝系統(tǒng)中，由于零部件的自重也會(huì)產(chǎn)生變形。如龍門銑床、龍門刨床刀架橫粱的變形，銑鏜床鏜桿伸長(zhǎng)而下垂變形等，都會(huì)造成加工誤差。(3)慣性力引起的加工誤差在高速切削時(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。離心力在工件的每一轉(zhuǎn)中不斷變更方向，當(dāng)不平衡質(zhì)量的離心力大于切削力時(shí)，車床主軸軸頸和軸套內(nèi)孔表面的接觸點(diǎn)就會(huì)不停地變化，軸套孔的圓度誤差將傳給工件的回轉(zhuǎn)軸心。52第52頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五53四、機(jī)床部件剛度測(cè)量53第53頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五54五、影響機(jī)床部件剛度的因素

零件表面總是存在若宏觀和微觀的形狀誤差，連接表面之間的實(shí)際接觸面積只是名義接觸面積的一部分在外力作用下，這些接觸處將產(chǎn)生較大的接觸應(yīng)力而引起接觸變形。1．連接表面接觸變形的影響

試驗(yàn)表明，接觸變形y與壓強(qiáng)F的關(guān)系如圖所示，接觸剛度將隨載荷的增加而增大。54第54頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五55

如果部件中有某些剛度很低的零件時(shí)，受力后這些低剛度零件會(huì)產(chǎn)生很大的變形，使整個(gè)部件的剛度降低。如圖所示，由于床鞍部件中的楔鐵細(xì)長(zhǎng)、剛性差，不易加工平直，使用接觸不良，故在外力作用下最易變形。2．部件中薄弱零件的影響55第55頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五56

零件配合面間的間隙的影響，主要反映在載荷經(jīng)常變化的銑鏜床、銑床上。當(dāng)載荷方向改變時(shí)，間隙引起位移。3．零件間間隙的影響4．零件間的摩擦力的影響

如圖所示，如果載荷是單向的，那么在第一次加載消除間隙后，對(duì)加工精度影響較小。

摩擦力對(duì)接觸剛度的影響是這樣的：當(dāng)加載時(shí)，摩擦力阻止變形增加，而卸載時(shí)，摩擦力又阻止變形減少。因此，卸載曲線不與加裁曲線相重合，如圖所示(表面間的塑性變形也是使加裁和卸載曲線不重合的原因之一)。零件間間隙和摩擦力的影響56第56頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五57六、減少工藝系統(tǒng)受力變形的措施

減少工藝系統(tǒng)受力變形，是機(jī)械加工中保證產(chǎn)品質(zhì)量和提高生產(chǎn)率的主要途徑之一，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況，可采取以下幾方面措施。

一般地，部件的接觸剛度低于實(shí)際零件的剛度，提高接觸剛度是提高工藝系統(tǒng)剛度的關(guān)鍵。1．提高接觸剛度1、改善工藝系統(tǒng)主要零件接觸面的配合質(zhì)量；常用方法2、在接觸面間預(yù)加載荷。

刮研或研磨配合面，提高配合表面的形狀精度，減小表面粗糙度值，使實(shí)際接觸面增加，從而有效地提高接觸剛度。如機(jī)床導(dǎo)軌副、錐體與錐孔、頂尖與中心孔等?？上浜厦骈g的間隙觸面積，減少受力后的變形量。如各類軸承的調(diào)整中。57第57頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五582．提高工件的剛度

適用場(chǎng)合：在加工中，由于工件本身的剛度較低，特別是叉架類、細(xì)長(zhǎng)軸等零件，容易變形。

措施：在這種情況下，如何提高工件的剛度是提高加工精度的關(guān)鍵。其主要措施是縮小切削力的作用點(diǎn)到支承之間的距離，以增大工件在切削時(shí)的剛度。58第58頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五593．提高機(jī)床部件的剛度

在切削加工中．有時(shí)由于機(jī)床部件剛度低而產(chǎn)生變形和振動(dòng)，影響加工精度和生產(chǎn)率的提高。

圖b所示是采用轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)向支承套，用加強(qiáng)桿和導(dǎo)向支承套提高部件的剛度。

圖a所示是在轉(zhuǎn)塔機(jī)床上采用固定導(dǎo)向支承套。圖a圖b59第59頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五604．合理裝夾工件以減少夾緊變形合理選擇裝夾位置采用輔助支承方法60第60頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五61§2.4工藝系統(tǒng)的熱變形對(duì)加工精度的影響

在機(jī)械加工過(guò)程中，工藝系統(tǒng)在各種熱源的影響下常產(chǎn)生復(fù)雜的變形，破壞工件與切削刃相對(duì)的正確位置，從而產(chǎn)生加工誤差。一、概述

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在精密加工中，由于熱變形引起的加工誤差約占總加工誤差的40％一70％。高效、高精度、自動(dòng)化加工技術(shù)的發(fā)展，使工藝系統(tǒng)熱變形問(wèn)題變得更為突出，已成為機(jī)械加工技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的一個(gè)重要的研究課題。61第61頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五621、引起工藝系統(tǒng)受熱變形的熱源：系統(tǒng)內(nèi)部熱源(切削熱和摩擦熱)系統(tǒng)外部熱源(如太陽(yáng)輻射熱)導(dǎo)熱傳熱對(duì)流傳熱輻射傳熱2、熱的傳遞方式：

當(dāng)單位時(shí)間內(nèi)的熱量傳入與傳出相等時(shí)，溫度不再升高，這時(shí)工藝系統(tǒng)就達(dá)到熱平衡狀態(tài)。在熱平衡狀態(tài)下，工藝系統(tǒng)各部分的溫度就保持在一相對(duì)固定的數(shù)值上，因而各部分的熱變形也就相應(yīng)地趨于穩(wěn)定。這就是我們要追求的目標(biāo)。一方面，工藝系統(tǒng)受熱源影響，溫度逐漸升高；另一方面，熱量通過(guò)各種傳導(dǎo)方式向周圍散發(fā)。62第62頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五63

是由切削過(guò)程中切削層金屬的彈性、塑性變形及刀具與工件、切屑間的摩擦所產(chǎn)生，并由工件、刀具、夾具、機(jī)床、切屑、切削液及周圍介質(zhì)傳出。1.切削熱

車削時(shí)，大量的切削熱由切屑帶走，傳給工件的為10％一30％，傳給刀具的為1％一5％。

孔加工時(shí)，大量切屑滯留在孔中，使大量的切削熱(50％左右)傳入工件。

磨削時(shí)，由于磨屑小，帶走的熱量很少，大部分傳入工件，故易產(chǎn)生磨削燒傷。

3、工藝系統(tǒng)的熱源63第63頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五642.摩擦熱

主要由機(jī)床和液壓系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)部分產(chǎn)生的，如電動(dòng)機(jī)、軸承、齒輪等傳動(dòng)副、導(dǎo)軌副、液壓泵、閥等運(yùn)動(dòng)部分產(chǎn)生的摩擦熱。摩擦熱是機(jī)床熱變形的主要熱源。

工藝系統(tǒng)的外部熱源，主要是環(huán)境溫度的變化和熱的輻射，大型和精密工件的加工受此影響較大。3.外部熱源64第64頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五654、不穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)與穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)

由于作用于工藝系統(tǒng)各組成部分的熱源，其發(fā)熱的數(shù)量、位置和作用時(shí)間各不相同，各部分的熱容量、散熱條件也不一樣，因此各部分的溫升不等。即使是同一物體，處于不同空間位置上的各點(diǎn)在不同時(shí)間的溫度也是不等的。物體中各點(diǎn)溫度的分布稱為溫度場(chǎng)。當(dāng)物體未達(dá)到熱平衡時(shí)，各點(diǎn)溫度不僅是坐標(biāo)位置的函數(shù)，也是時(shí)間的函數(shù)。這種溫度場(chǎng)稱為不穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)。

物體達(dá)到熱平衡后，各點(diǎn)溫度將不再隨時(shí)間而變化，而只是其坐標(biāo)位置的函數(shù)，這種溫度場(chǎng)則稱為穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)。此時(shí)的工藝系統(tǒng)穩(wěn)定，利于保證工件的加工精度。65第65頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五66二、機(jī)床熱變形引起的加工誤差

機(jī)床受熱源的影響，各部分溫升將發(fā)生變化．由于熱源分布的不均勻和機(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，從而降低了機(jī)床的加工精度。1.車床類機(jī)床后果：主軸箱和床身的溫度上升，造成機(jī)床主軸拾高和傾斜。主要熱源：是主軸箱軸承的摩擦熱和主軸箱中油池的發(fā)熱；例如：66第66頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五67結(jié)果：如圖所示為車床空運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，主軸的溫升和位移的測(cè)量結(jié)果。主軸在水平方向的位移僅10μm垂直方向的位移卻高達(dá)180～200μm。67第67頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五682.外圓磨床如圖所示是外圓磨床溫度分布和熱變形的測(cè)量結(jié)果。機(jī)床工作臺(tái)與砂輪架間的熱變形當(dāng)采用切入式定程磨削時(shí)，被磨工件直徑的變化，可達(dá)100μm

。兩者基本相符68第68頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五693.大型機(jī)床如導(dǎo)軌磨床、外圓磨床、龍門銑床等的長(zhǎng)床身部件表面溫度比床身底面溫度高形成溫差床身產(chǎn)生彎曲變形。69第69頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五704.幾種機(jī)床的熱變形趨勢(shì)平面磨床車床銑床雙端面磨床70第70頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五71三、工件熱變形引起的加工誤差切削熱（是主要的）外部熱源（對(duì)于精密件不可忽視）使工件產(chǎn)生變形的熱源

同時(shí)，不同的加工方法，不同的工件材料、結(jié)構(gòu)和尺寸件的受熱變形也不相同。

而6級(jí)精度絲杠的螺距累積誤差，按規(guī)定在全長(zhǎng)上不許超過(guò)0.02mm?？梢?jiàn)受熱變形的嚴(yán)重性。

例1：精密絲杠磨削時(shí)，工件的熱伸長(zhǎng)會(huì)引起螺距的累積誤差。如：3m長(zhǎng)的絲杠，每磨一刀溫度就要升高3℃，工件伸長(zhǎng)量ΔL＝3000×11.4×106×3＝0.1(mm)(11.4×106是碳鋼的平均線脹系數(shù))71第71頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五72例2：

細(xì)長(zhǎng)軸在頂尖間車削時(shí)：熱變形使工件伸長(zhǎng)，導(dǎo)致工件因彎曲變形而產(chǎn)生圓柱度誤差。單面受熱，與底面產(chǎn)生溫差，引起熱變形，影響導(dǎo)軌的直線度。例3：床身導(dǎo)軌面的磨削

此時(shí)粗、精加工間隔時(shí)間較短，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。例4：在三工位的組合機(jī)床上，通過(guò)鉆—擴(kuò)—鉸加工孔如：工件的尺寸是：外徑40mm，孔徑為20mm，長(zhǎng)40mm，材料為鋼材。鉆孔時(shí)切削用量為n＝310r／min，f＝0.36mm。鉆孔后，溫升達(dá)107℃，接著擴(kuò)孔和鉸孔，當(dāng)工件冷卻后孔的收縮量已超過(guò)精度規(guī)定值。因此，在這種情況下一定要采取冷卻措施，否則將出現(xiàn)廢品。72第72頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五73如：高速鋼刀具車削時(shí)刃部的溫度可高達(dá)700～800℃，刀具的熱伸長(zhǎng)量可達(dá)0.03～0.05mm。因此，其影響不可忽略。

四、刀具熱變形引起的加工誤差

刀具的熱變形主要是切削熱引起的，傳給刀具的熱量雖不多，但由于刀具體積小、熱容量小且熱量又集中在切削部分，因此切削部分仍產(chǎn)生很高的溫升。73第73頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五74五、減少和控制工藝系統(tǒng)熱變形的主要途徑1．減少熱源的發(fā)熱2．用熱補(bǔ)償方法減少熱變形3．采用合理的機(jī)床部件結(jié)構(gòu)減少熱變形的影響4．加速達(dá)到工藝系統(tǒng)的熱平衡狀態(tài)5．控制環(huán)境溫度74第74頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五75對(duì)于不能分離的熱源，如主抽軸承、絲杠螺母副、高速運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌副等，則可以從結(jié)構(gòu)、潤(rùn)滑等方面改善其摩擦特性，減少發(fā)熱。1．減少熱源的發(fā)熱采用有效的冷卻措施為了減少機(jī)床的熱變形，凡是可能分離出去的熱源應(yīng)移出，如電動(dòng)機(jī)、變速箱、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等，均應(yīng)移出。熱源可能分離出去減少發(fā)熱例如，采用靜壓軸承。靜壓導(dǎo)軌，改用低粘度潤(rùn)滑油、理基潤(rùn)滑脂等，也可用隔熱材料將發(fā)熱部件和機(jī)床大件(如床身、立柱等)隔離開(kāi)來(lái)。

如增加散熱面積或使用強(qiáng)制式的風(fēng)冷、水冷、循環(huán)潤(rùn)滑等。例如，目前，大型數(shù)控機(jī)床、加工中心普遍采用冷凍機(jī)，對(duì)潤(rùn)滑油、切削液進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，以提高冷卻效果。在精密絲杠磨床的母絲杠中通以冷卻液，以減少熱變形。75第75頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五76平面磨床采用熱空氣加熱溫升較低的立柱后壁，以減小立柱前后壁的溫度差，從而減少立柱的彎曲變形。采取這種指施后，工件的加工直線度誤差可降低為原來(lái)的1／3～1／4。2．用熱補(bǔ)償方法減少熱變形單純的減少溫升有時(shí)不能收到滿意的效果，可采用熱補(bǔ)償?shù)姆椒ㄊ箼C(jī)床的溫度場(chǎng)比較均勻，從而使機(jī)床產(chǎn)生不影響加工精度的均勻熱變形。76第76頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五773．采用合理的機(jī)床部件結(jié)構(gòu)減少熱變形的影響

因L2

＞L1，當(dāng)主軸與箱體產(chǎn)生熱變形時(shí)，在誤差敏感方向的熱變形ΔL2＞ΔLl，因此，選擇圖a的定位方案比較合理。

(1)采用熱對(duì)稱結(jié)構(gòu)

在變速箱中，將軸、軸承、傳動(dòng)齒輪盡量對(duì)稱布置，可使箱壁溫升均勻，從而減少箱體變形。

(2)合理選擇機(jī)床部件的裝配基準(zhǔn)

如圖所示為車床主軸箱在床身上的兩種不同定位方式。77第77頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五78

對(duì)于精密機(jī)床，特別是大型機(jī)床，達(dá)到熱平衡的時(shí)間較長(zhǎng)，為了縮短這個(gè)時(shí)間，可預(yù)先高速空運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)床或設(shè)置控制熱源，人為地給機(jī)床加熱，使之較快達(dá)到熱平衡狀態(tài)，然后進(jìn)行加工?；谕瑯釉?，精密加工機(jī)床應(yīng)盡量避免中途停車。4．加速達(dá)到工藝系統(tǒng)的熱平衡狀態(tài)

精密機(jī)床一般安裝在恒溫車間，其恒溫精度一般控制在±l℃。室溫平均溫度一般為20℃，冬季可取17℃，夏季取23℃。5．控制環(huán)境溫度78第78頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五79§2.5工件殘余應(yīng)力引起的誤差

殘余應(yīng)力是指外部裁荷去除后，仍殘存在工件內(nèi)部的應(yīng)力。零件中的殘余應(yīng)力往往處于一種很不穩(wěn)定的相對(duì)平衡狀態(tài)，在常溫下特別是在外界某種因素的影響下很容易失去原有狀態(tài)，使殘余應(yīng)力重新分布，零件產(chǎn)生相應(yīng)的變形，從而破壞了原有的精度。因此，必須采取措施消除殘余應(yīng)力對(duì)零件加工精度的影響。79第79頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五80一、產(chǎn)生殘余應(yīng)力的原因

在鑄、鍛、焊及熱處理等熱加工過(guò)程中，由于工件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。

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。1．毛坯制造中產(chǎn)生的殘余應(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。2．冷校直帶來(lái)的殘余應(yīng)力80第80頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五81

切削過(guò)程中產(chǎn)生的力和熱，也會(huì)使被加工工件的表面層變形，產(chǎn)生殘余應(yīng)力。3．切削加工中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力

二、減少或消除殘余應(yīng)力的措施1．合理設(shè)計(jì)零件結(jié)構(gòu)2．對(duì)工件進(jìn)行熱處理和時(shí)效處理3.合理安排工藝過(guò)程例如：對(duì)鑄、鍛、焊接件進(jìn)行退火或回火；零件淬火后進(jìn)行回火；對(duì)精度要求高的零件，如床身、絲桿、箱體、精密主軸等，在粗加工后進(jìn)行時(shí)效處理。例如：粗、精加工分開(kāi)在不同工序中進(jìn)行，留有一定時(shí)間讓殘余應(yīng)力重新分布；在加工大型工件時(shí)，粗、精加工往往在一個(gè)工序中來(lái)完成，這時(shí)應(yīng)在粗加工后松開(kāi)工件，讓工件有自由變形的可能，然后再用較小的夾緊力夾緊工件后進(jìn)行精加工。81第81頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五82§2.6提高和保證加工精度的途徑例如：細(xì)長(zhǎng)軸的車削，由于受力和熱的影響而使工件產(chǎn)生彎曲變形，現(xiàn)采用“大進(jìn)給反向切削法”，再輔之以彈簧后頂尖，可進(jìn)一步消除熱伸長(zhǎng)的危害。一、直接減少誤差法

直接減少誤差法在生產(chǎn)中應(yīng)用較廣，是在查明產(chǎn)生加工誤差的主要因素直接進(jìn)行消除或減少的方法。又如：薄環(huán)形零件在磨削中，由于采用了樹(shù)脂結(jié)合劑粘合以加強(qiáng)工件剛度的辦法，使工件在自由狀態(tài)下得到固定，解決了薄環(huán)形零件兩端面的平行度問(wèn)題。82第82頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五83二、誤差補(bǔ)償法

誤差補(bǔ)償法，就是人為地造出一種新的原始誤差．去抵消原來(lái)工藝系統(tǒng)中固有的原始誤差，從而減少加工誤差，提高加工精度。

在生產(chǎn)中會(huì)遇到這種情況：本工序的加工精度是穩(wěn)定的，工序能力也足夠，但毛坯或上道工序加工的半成品精度太低，引起定位誤差或復(fù)映誤差過(guò)大，因而不能保證加工精度。三、均分原始誤差法

提高毛坯精度或上道工序的加工精度，往往是不經(jīng)濟(jì)的。這時(shí)，可把毛坯(或上道工序的工件)按尺寸誤差大小分為n組，每組毛坯的誤差就縮小為原來(lái)的1／n，然后按各組的平均尺寸分別調(diào)整刀具與工件的相對(duì)位置或調(diào)整定位元件、就可大大縮小整批工件的尺寸分散范圍。83第83頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五84四、誤差轉(zhuǎn)移法

誤差轉(zhuǎn)移法實(shí)質(zhì)上是將工藝系統(tǒng)的幾何誤差、受力變形和熱變形等，轉(zhuǎn)移到不影響加工精度的方向去。

例如，對(duì)具有分度或轉(zhuǎn)位的多工位加工工序或采用轉(zhuǎn)位刀架加工的工序，其分度、轉(zhuǎn)位誤差將直接影響零件有關(guān)表面的加工精度。若將刀具垂直安裝(如圖)，可將轉(zhuǎn)塔刀架轉(zhuǎn)位時(shí)的重復(fù)定位誤差轉(zhuǎn)移到零件內(nèi)孔加工表面的誤差非敏感方向，可減少加工誤差的產(chǎn)生，提高加工精度。又如，利用鏜模進(jìn)行鏜孔，將主軸與鏜桿進(jìn)行浮動(dòng)聯(lián)接。這樣可使鏜孔時(shí)的孔徑不受機(jī)床誤差的影響，鏜孔精度由夾具鏜模來(lái)保證。84第84頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五§2.7加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析方法

加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析法就是以生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)工件進(jìn)行實(shí)際測(cè)量所得的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，分析一批工件的情況，從而找出產(chǎn)生誤差的原因以及誤差性質(zhì)，以便提出解決問(wèn)題的方法。在機(jī)械加工中，經(jīng)常采用的統(tǒng)計(jì)分析法主要有分布圖分析法和點(diǎn)圖分析法。85第85頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五（一）分布曲線法

加工一批工件，由于隨機(jī)性誤差的存在，加工尺寸的實(shí)際數(shù)值是各不相同的，這種現(xiàn)象稱為尺寸分散。

在一批零件的加工過(guò)程中，測(cè)量各零件的加工尺寸，把測(cè)得的數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，按尺寸大小將整批工件進(jìn)行分組，每一組中的零件尺寸處在一定的間隔范圍內(nèi)。同一尺寸間隔內(nèi)的零件數(shù)量稱為頻數(shù)，頻數(shù)與該批零件總數(shù)之比稱為頻率。

以工件尺寸為橫坐標(biāo)，以頻數(shù)或頻率為縱坐標(biāo)，即可作出該工序工件加工尺寸的實(shí)際分布圖——直方圖。1.實(shí)際分布圖——直方圖

86第86頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五（1）直方圖的作法與步驟1）收集數(shù)據(jù)

在一定的加工條件下，按一定的抽樣方式抽取一個(gè)樣本（即抽取一批零件），樣本容量（抽取零件的個(gè)數(shù)）一般取100件左右，測(cè)量各零件的尺寸，并找出其中的最大值xmax和最小值xmin。2）分組

將抽取的樣本數(shù)據(jù)分成若干組，組數(shù)過(guò)多，分布圖會(huì)被頻數(shù)的隨即波動(dòng)所歪曲；組數(shù)太少，分布特征將被掩蓋。87第87頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五4）統(tǒng)計(jì)頻數(shù)分布將各組的尺寸頻數(shù)、頻率和頻率密度填入表中。5）繪制直方圖

按表列數(shù)據(jù)以頻率密度為縱坐標(biāo)，組距為橫坐標(biāo)畫(huà)出直方圖，如圖7-43所示。3）確定組距組界及分組

h=(xmax-xmin)/(k-1)第一組上界值：s1=xmin+h/2第一組下界值：x1=xmin-h/288第88頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五圖4－43活塞銷孔直徑尺寸分布圖89第89頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五抽取工件100個(gè)，經(jīng)測(cè)量：φmax=Φ28.004mm，φmin=Φ27.992mm，取0.02mm作為尺寸間隔進(jìn)行分組，統(tǒng)計(jì)每組的工件數(shù)，將所得的結(jié)果列表7-1。精鏜活塞銷孔，圖紙要求：下面通過(guò)實(shí)例來(lái)說(shuō)明直方圖的作法：表工件頻數(shù)分布表90第90頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五（2）直方圖的觀察與分析

直方圖作出后，通過(guò)觀察圖形可以判斷生產(chǎn)過(guò)程是否穩(wěn)定，估計(jì)生產(chǎn)過(guò)程的加工質(zhì)量及產(chǎn)生廢品的可能性。1）尺寸分散范圍小于允許公差T，且分布中心與公差帶中心重合，則兩邊都有余地，不會(huì)出廢品。2）若工件尺寸分散范圍雖然也小于其尺寸公差帶T，但兩中心不重合（分布中心與公差帶中心），此時(shí)有超差的可能性，應(yīng)設(shè)法調(diào)整分布中心，使直方圖兩側(cè)均有余地，防止廢品產(chǎn)生。3）若工件尺寸分散范圍恰好等于其公差帶T，這種情況下稍有不慎就會(huì)產(chǎn)生廢品，故應(yīng)采取適當(dāng)措施減小分散范圍。4）若工件尺寸分散范圍大于其公差帶T，則必有廢品產(chǎn)生，此時(shí)應(yīng)設(shè)法減小加工誤差或選擇其它加工方法。91第91頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.理論分布圖——正態(tài)分布曲線

大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，在用調(diào)整法加工時(shí)，當(dāng)所取工件數(shù)量足夠多，且無(wú)任何優(yōu)勢(shì)誤差因素的影響，則所得一批工件尺寸的實(shí)際分布曲線便非常接近正態(tài)分布曲線。在分析工件的加工誤差時(shí)，通常用正態(tài)分布曲線代替實(shí)際分布曲線，可使問(wèn)題的研究大大簡(jiǎn)化。92第92頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

當(dāng)采用該曲線代表加工尺寸的實(shí)際分布曲線時(shí)，上式各參數(shù)的意義為：

y——分布曲線的縱坐標(biāo)，表示工件的分布密度（頻率密度）；

x——分布曲線的橫坐標(biāo)，表示工件的尺寸或誤差；

n——一批工件的數(shù)目（樣本數(shù)）。——工件的平均尺寸（分散中心），σ——一批零件的均方根差，（1）正態(tài)分布曲線方程93第93頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五工序標(biāo)準(zhǔn)偏差σ決定了分布曲線的形狀和分散范圍。當(dāng)算術(shù)平均值保持不變時(shí)，σ值越小則曲線形狀越陡，尺寸分散范圍越小，加工精度越高；

σ值越大則曲線形狀越平坦，尺寸分散范圍越大，加工精度越低，如圖4-33b所示。

σ的大小實(shí)際反映了隨機(jī)性誤差的影響程度，隨機(jī)性誤差越大則σ越大。

算術(shù)平均值（2）正態(tài)分布曲線的特征參數(shù)正態(tài)分布曲線的特征參數(shù)有兩個(gè)，即和σ是確定曲線位置的參數(shù)。它決定一批工件尺寸分散中心的坐標(biāo)位置。若改變時(shí)，整個(gè)曲線沿χ軸平移，但曲線形狀不變，如圖4-33a所示。使產(chǎn)生變化的主要原因是常值系統(tǒng)誤差的影響。94第94頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五圖4－33正態(tài)分布曲線及其特征95第95頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五（3）正態(tài)分布曲線的特點(diǎn)①曲線對(duì)稱于直線②曲線與x軸圍成的面積代表了一批工件的全部，即100%，其相對(duì)面積為1。在±3σ范圍內(nèi)，曲線圍成的面積為0.9973。實(shí)際生產(chǎn)中常常認(rèn)為加工一批工件尺寸全部在±3σ范圍內(nèi)，即：

正態(tài)分布曲線的分散范圍為±3σ，工藝上稱該原則為6σ準(zhǔn)則。96第96頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五±3σ（或6σ）的概念在研究加工誤差時(shí)應(yīng)用很廣。

6σ的大小代表了某種加工方法在一定的條件（如毛坯余量、機(jī)床、夾具、刀具等）下所能達(dá)到的加工精度。

所以在一般情況下，應(yīng)使所選擇的加工方法的標(biāo)準(zhǔn)偏差σ與公差帶寬度T之間具有下列關(guān)系：

6σ≤T

但考慮到系統(tǒng)誤差及其它因素的影響，應(yīng)當(dāng)使6σ小于公差帶寬度T，才能可靠地保證加工精度。97第97頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3.非正態(tài)分布曲線

工件的實(shí)際分布，有時(shí)并不近似于正態(tài)分布，常見(jiàn)的非正態(tài)分布有以下幾種形式：

1）鋸齒形

直方圖的矩形高低相間，形如鋸齒，見(jiàn)圖例a。出現(xiàn)該圖形的主要原因可能是測(cè)量方法不當(dāng)或讀數(shù)不準(zhǔn)，也可能是數(shù)據(jù)分組不當(dāng)所致。

2）對(duì)稱性

中間直方最高，其左右直方逐漸降低且基本呈對(duì)稱分布，見(jiàn)圖例b。該圖形屬正常圖形。

3）偏向形

直方頂端偏向一側(cè)，圖形不對(duì)稱，見(jiàn)圖例c。出現(xiàn)該圖形的主要原因可能是工藝系統(tǒng)產(chǎn)生顯著的熱變形，如刀具受熱伸長(zhǎng)會(huì)使加工的孔偏大，圖形右偏；使加工的軸偏小，圖形左偏，或因?yàn)椴僮髡呒庸ち?xí)慣所致。有時(shí)端跳、徑跳等形位誤差也服從這種分布。98第98頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五4）孤島形

在遠(yuǎn)離分布中心的地方又出現(xiàn)小直方，見(jiàn)圖例d。出現(xiàn)該圖形的主要原因是加工條件有變動(dòng)，也可能因毛刺影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。5）雙峰形

分布圖具有兩個(gè)頂峰，見(jiàn)圖例e。產(chǎn)生這種圖形的主要原因可能是經(jīng)過(guò)兩次不同的調(diào)整加工的工件混在一起。6）平頂形

靠近中間的幾個(gè)直方高度相近，呈平頂狀，見(jiàn)圖例f。產(chǎn)生這種圖形的主要原因是生產(chǎn)過(guò)程中某種緩慢變動(dòng)傾向的影響，如加工中刀具的顯著磨損。99第99頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五圖7－44常見(jiàn)的幾種非正態(tài)分布圖形

a)鋸齒形b)對(duì)稱形c)偏向形

d)孤島形e)雙峰形f)平頂形100第100頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五4.分布曲線法的應(yīng)用

1）確定給定加工方法的精度

對(duì)于給定的加工方法，服從正態(tài)分布，其分散范圍為±3σ（6σ）；則:6σ即為該加工方法的加工精度。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?。?；若公差帶中心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；否則存在常值系統(tǒng)誤差，其大小為‖LM-x‖。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抑制和消除。

101第101頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3）判斷工序能力及其等級(jí)工序能力是指某工序能否穩(wěn)定地加工出合格產(chǎn)品的能力。把工件尺寸公差T與分散范圍6σ的比值稱為該工序的工序能力系數(shù)CP，用以判斷生產(chǎn)能力。

CP按下式計(jì)算：CP=T/6σ根據(jù)工序能力系數(shù)CP的大小，共分為五個(gè)等級(jí)，如表7-2所示。工序能力系數(shù)CP>1時(shí),公差帶T大于尺寸分散范圍6σ,具備了工序不產(chǎn)生廢品的必要條件,但不是充分條件。要不出廢品，還必須保證調(diào)整的正確性，即x與LM要重合。只有當(dāng)CP大于1，同時(shí)T-2‖x-LM‖大于6σ時(shí)，才能確保不出廢品。當(dāng)CP＜1時(shí)，尺寸分散范圍6σ超出公差帶T，此時(shí)不論如何調(diào)整，必將產(chǎn)生部分廢品。當(dāng)CP=1，公差帶T與尺寸分散范圍6σ相等，在各種常值系統(tǒng)誤差的影響下，該工序也將產(chǎn)生部分廢品。102第102頁(yè)，共115頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

由分布函數(shù)的定義可知，正態(tài)分布函數(shù)是正態(tài)分布概率密度函數(shù)的積分：φ（x）——正態(tài)分布曲線上下積分限間包含的面積，它表征了隨機(jī)變量x落在區(qū)間（－∞，x）上的概率。令則有：