機械制造工程學(xué)課件

金屬切削機床與刀具金屬切削機床是用切削的方法將金屬毛坯加工成機器零件的機器，它是制造機器的機器，所以又稱為“工作母機”或"工具機”，習(xí)慣上簡稱機床。金屬切削機床是加工機器零件的主要設(shè)備，它所擔(dān)負(fù)的工作量，約占機器總制造工作量的40％～60％。5.1機床的分類與型號編制

5.1.1金屬切削機床的分類與型號編制機床的品種和規(guī)格繁多，為便于區(qū)別、使用和管理，須對機床加以分類和編制型號。

1．機床的分類機床的傳統(tǒng)分類方法，主要是按加工性質(zhì)和所用的刀具進行分類。

機床分為11大類：車床、鉆床、鏜床、磨床、齒輪加工機床、螺紋加工機床、銑床、刨插床、拉床、鋸床及其它機床。在每一類機床中，又按工藝范圍、布局形式和結(jié)構(gòu)等，分為若干組，每一組又細(xì)分為若干系(系列)。

同類型機床按應(yīng)用范圍(通用性程度)又可分為：

普通機床、專門化機床、專用機床按工作精度又可分為：

普通精度機床、精密機床和高精度機床。按自動化程度分為：

手動、機動、半自動和自動機床。機床還可按重量與尺寸分為：

儀表機床、中型機床(一般機床)、大型機床(10t)、重型機床(大于30t)和超重型機床(大于100t)。按機床主要工作部件的數(shù)目可以分為，

單軸的、多軸的或單刀的、多刀的機床等。

5．1．2機床的型號編制機床的型號用以簡明地表示機床的類型、通用特性和結(jié)構(gòu)特性，以及主要技術(shù)參數(shù)等。普通機床型號用下列方式表示：其中：①有“()”的代號或數(shù)字無內(nèi)容時不表示,有內(nèi)容則不帶括號；

②有“○”符號者，為大寫的漢語拼音字母；

③有“△”符號者，為阿拉伯?dāng)?shù)字；

④有“◎”符號者，為大寫漢語拼音字母、或阿拉伯?dāng)?shù)字、或兩者兼有之。

（△）○

（○）△

△

△

（×△）（○）/（◎）（-◎）

企業(yè)代號其它特性代號重大改進順序號主軸數(shù)或第二主參數(shù)主參數(shù)或設(shè)計順序號系別代號組別代號通用特性、結(jié)構(gòu)特性代號類別代號分類代號1．機床的類別代號機床的類別代號用該類機床名稱漢語拼音的第一個字母(大寫)表示。需要時，類以下還可有若干分類，分類代號用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，放在類代號之前。例如，磨床類分為M、2M、3M三個分類。類別車床鉆床鏜床磨床齒輪加工機床螺紋加工機床銑床刨插床拉床鋸床其它機床代號CZTM2M3MYSXBLGQ讀音車鉆鏜磨二磨三磨牙絲銑刨拉割其2．機床的特性代號當(dāng)某類型機床除有普通型外，還具有各種通用特性時，則在類別代號之后加上相應(yīng)的特性代號。例如，CM6132型精密普通車床型號中的“M”表示“精密”?！癤K”表示數(shù)控銑床。如果同時具有兩種通用特性，則可用兩個代號同時表示，如“MBG”表示半自動高精度磨床。通用特性高精度精密自動半自動數(shù)控加工中心(自動換刀)仿型輕型加重型簡式或經(jīng)濟型柔性加工單元數(shù)顯高速代號GMZBKHFQCJRXS讀音高密自半控?fù)Q仿輕重簡柔顯速

當(dāng)機床的性能和結(jié)構(gòu)布局有重大改進時，改進的機床是新產(chǎn)品，需要重新設(shè)計、試制和鑒定的，則在原機床尾部按A、B、C……字母順序作為重大改進的順序號，以區(qū)別原型號。例如，CA6140型普通車床型號中的“A”，可理解為：CA6140型普通車床在結(jié)構(gòu)上區(qū)別于C6140普通車床。當(dāng)機床有通用特性代號時，結(jié)構(gòu)特性代號應(yīng)排在通用特性代號之后。3．機床的組別、系別代號機床組別代號和系別代號分別用一個數(shù)字表示。每類機床按其結(jié)構(gòu)性能及使用范圍劃分為10個組，用數(shù)字0～9表示。每一組又分為若干個系列。凡主參數(shù)相同，并按一定公比排列，工件和刀具本身的和相對的運動特點基本相同，且基本結(jié)構(gòu)及布局形式也相同的機床，即為同一系列。組別類別0l23456789車床C儀表車床單軸自動、半自動車床多軸自動、半自動車床回輪、轉(zhuǎn)塔車床曲軸及凸輪軸車床立式車床落地及臥式車床仿形及多刀車床輪、軸、輥、錠及鏟齒車床其它車床鉆床Z

深孔鉆床搖臂鉆床臺式鉆床立式鉆床臥式鉆床銑鉆床中心孔床

鏜床T

深孔鏜床

坐標(biāo)鏜床立式鏜床臥式銑鏜床精鏜床汽車、拖拉機修理用鏜床

4．機床主參數(shù)、設(shè)計順序號和第二主參數(shù)機床主參數(shù)是反映機床規(guī)格大小的主要參數(shù)。通用機床的主參數(shù)已由機床的系列型譜規(guī)定。在機床型號中，用阿拉伯?dāng)?shù)字給出主參數(shù)的折算值(1／10或1／100)。第二主參數(shù)一般是指主軸數(shù)、最大跨距、最大工件長度、工作臺工作面長度等。第二主參數(shù)也用折算值表示。5．其它特性代號主要用以反映各類機床的特性，如對數(shù)控機床，可用來反映不同的數(shù)控系統(tǒng)；對于一般機床可用以反映同一型號機床的變形等。其它特性代號用漢語拼音字母或阿拉伯?dāng)?shù)字或二者的組合來表示。例1CA6140型臥式車床例2MG1432A高精度外圓磨床5．2工件表面成形方法與機床運動分析

機床運動分析的一般過程是：首先，根據(jù)在機床上加工的各種表面和使用的刀具類型，分析得到這些表面的方法和所需的運動。在此基礎(chǔ)上，分析為了實現(xiàn)這些運動，機床必須具備的傳動聯(lián)系，實現(xiàn)這些傳動的機構(gòu)以及機床運動的調(diào)整方法。這個次序可以總結(jié)為“表面——運動——傳動——機構(gòu)——調(diào)整”。

1．機床的運動分類在機床上，為了獲得所需的工件表面形狀，必須使刀具和工件完成表面成形運動。此外，機床還有多種輔助運動。

5.2.1工件表面形狀與成形方法切削加工中發(fā)生線是由刀具的切削刃和工件間的相對運動得到的，由于使用的刀具切削刃形狀和采用的加工方法不同，形成發(fā)生線的方法也不同，概括起來有以下四種：

①軌跡法、②成形法、③相切法、④展成法5.2.2機床運動分析1.機床的運動形成發(fā)生線的運動，稱為表面成形運動。（1）表面成形運動表面成形運動根據(jù)其復(fù)雜程度分為簡單運動和復(fù)合運動，根據(jù)其在切削加工中所起的作用，又可分為主運動和進給運動。（2）輔助運動除表面成形運動（即主運動和進給運動）以外的運動稱為輔助運動。一般包括：切入運動、分度運動、調(diào)位運動（調(diào)整刀具和工件之間相互位置）以及其它各種空行程運動（如運動部件的快進和快退等）。2.機床的運動聯(lián)系為了實現(xiàn)加工過程中所需的各種運動，機床必須具備三個基本部分：①執(zhí)行件機床上最終實現(xiàn)所需運動的部件。如主軸、刀架以及工作臺等，其任務(wù)是帶動工件或刀具完成一定的運動并保持準(zhǔn)確的運動軌跡。②動力源為執(zhí)行件提供運動和動力的裝置。如交流異步電動機、直流或交流調(diào)速電動機或伺服電動機。③傳動裝置

傳遞動力和運動的裝置。通過它可把動力源的動力和運動傳遞給執(zhí)行件；也可把兩個執(zhí)行件聯(lián)系起來，使二者間保持某種確定的運動關(guān)系。機床的傳動鏈

由動力源—傳動裝置—執(zhí)行件，或執(zhí)行件—傳動裝置—執(zhí)行件構(gòu)成的傳動聯(lián)系，稱為傳動鏈。傳動鏈可分為外聯(lián)系傳動鏈和內(nèi)聯(lián)系傳動鏈。實現(xiàn)簡單運動的傳動鏈稱為外聯(lián)系傳動鏈，外聯(lián)傳動鏈不要求運動源與執(zhí)行件間有嚴(yán)格的傳動比關(guān)系。實現(xiàn)復(fù)雜運動的傳動鏈稱為內(nèi)聯(lián)系傳動鏈，傳動鏈所聯(lián)系的執(zhí)行件之間的相對速度(及相對位移量)有嚴(yán)格的要求。傳動原理圖通常傳動鏈中包含兩類傳動機構(gòu)：一類是定比傳動機構(gòu)，其傳動比和傳動方向固定不變，如定比齒輪副、蝸桿蝸輪副、絲杠螺母副等；另一類是換置機構(gòu)，可根據(jù)加工要求變換傳動比和傳動方向，如滑移齒輪變速機構(gòu)、掛輪變換機構(gòu)、離合器換向機構(gòu)等。為了便于研究機床的傳動聯(lián)系，常用一些簡明的符號把傳動原理和傳動路線表示出來，這就是傳動原理圖。

例臥式車床的傳動原理圖臥式車床的傳動原理圖

車床有兩條傳動鏈：一條是外聯(lián)系傳動鏈，即從電動機—1—2—Uv—3—4—主軸，稱為主運動傳動鏈。另一條是內(nèi)聯(lián)系傳動鏈。由主軸—4—5—Uf—6—7—絲杠—刀具，得到刀具和工件間的復(fù)合成形運動—螺旋運動。3.機床的傳動系統(tǒng)

機床的傳動系統(tǒng)圖是表示機床全部運動傳動關(guān)系的示意圖。圖中用簡單的規(guī)定符號代表各傳動元件，并標(biāo)明齒輪和蝸輪的齒數(shù)、蝸桿頭數(shù)、絲杠導(dǎo)程、帶輪直徑、電動機功率和轉(zhuǎn)速等。在圖中，各傳動元件按照運動傳遞的先后順序，以展開圖形式畫在能反映主要部件相互位置的機床外形輪廓中。5．3車床與車刀5.3.1車床1.CA6140型臥式車床（1）機床的布局

（2）傳動系統(tǒng)1）主運動傳動鏈軸Ⅰ的運動可通過軸Ⅱ、Ⅲ間三對齒輪中的任一對傳至軸Ⅲ，故軸Ⅲ獲得2

3=6種轉(zhuǎn)速。軸Ⅲ傳往主軸有2條路線：

①高速傳動路線主軸上的滑移齒輪50向左移，使之與軸Ⅲ上右端的齒輪63嚙合，運動由軸Ⅲ經(jīng)齒輪副63／50直接傳給主軸，得到450～1400r／min的6級高轉(zhuǎn)速。

②低速傳動路線主軸上的滑移齒輪50移至右端，使其與主軸上的齒式離合器M2嚙合。軸Ⅲ的運動經(jīng)齒輪副20／80或50／50傳給軸Ⅳ，又經(jīng)齒輪副20／80或51／50傳給軸Ⅴ，再經(jīng)齒輪副26／58和齒式離合器M2傳至主軸，使主軸獲得10～500r／min的中低轉(zhuǎn)速。傳動路線表達(dá)式表示如下：主軸的各級轉(zhuǎn)速可按下列運動平衡式計算：2）進給運動傳動鏈進給運動傳動鏈的兩個末端件分別是主軸和刀架，其功用是使刀架實現(xiàn)縱向或橫向移動及變速與換向。①車削螺紋傳動路線

CA6140能車削米制、英制、模數(shù)制和徑節(jié)制四種標(biāo)準(zhǔn)螺紋，此外，還可以車削大導(dǎo)程、非標(biāo)準(zhǔn)和較精密的螺紋。既可以車削右旋螺紋，也可以車削左旋螺紋。車削螺紋時傳動鏈的運動平衡式為：a．米制螺紋標(biāo)準(zhǔn)米制螺紋導(dǎo)程（mm）

－1－1.25－1.51.7522.252.5－33.544.555.56789101112車削米制螺紋的運動平衡式為：化簡后得：

由上式可知，如適當(dāng)選擇U基和U倍值，就可得到米制螺紋導(dǎo)程L的各值。

進給箱中的基本變速組是雙軸滑移齒輪變速機構(gòu)，由軸XIII上的8個固定齒輪和軸XIV上的四個滑移齒輪組成，共有8種傳動比（除U基1、U基5外成等差數(shù)列排列）。

增倍變速組由軸XV～XVII間的三軸滑移齒輪機構(gòu)組成?？勺儞Q4種傳動比（成等比數(shù)列排列）。

b．模數(shù)螺紋模數(shù)螺紋主要用在米制蝸桿中，用模數(shù)m表示螺距的大小。螺距與模數(shù)的關(guān)系為（mm）所以模數(shù)螺紋的導(dǎo)程為（mm），式中k為螺紋的頭數(shù)。

模數(shù)螺紋的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m也是分段等差數(shù)列。車削時的傳動路線與車削米制螺紋的傳動路線基本相同。由于模數(shù)螺紋的螺距中含有

因子，因此用掛輪來引入常數(shù)

，其運動平衡式為c.英制螺紋英制螺紋在英、美等英寸制國家中廣泛應(yīng)用，我國部分管螺紋也采用英制螺紋。英制螺紋的標(biāo)準(zhǔn)值以每英寸長度上的螺紋扣數(shù)

（扣／in）表示，其標(biāo)準(zhǔn)值也按分段等差數(shù)列的規(guī)律排列。英制螺紋的導(dǎo)程L

＝1／

（in）。由于CA6140型車床的絲杠是米制螺紋，所以被加工的英制螺紋也應(yīng)換算成以毫米為單位的相應(yīng)導(dǎo)程值，即車削英制螺紋時，對傳動路線作如下變動。首先，使傳動鏈的傳動比包含特殊因子25.4；其次，將基本組兩軸的主、被動關(guān)系對調(diào)，以便使分母為等差級數(shù)。其余部分的傳動路線與車削米制螺紋時相同。其運動平衡式為：d．徑節(jié)螺紋徑節(jié)螺紋主要用于英制蝸桿，其標(biāo)準(zhǔn)值用徑節(jié)DP表示。徑節(jié)代表齒輪或蝸輪折算到每英寸分度圓直徑上的齒數(shù)，故英制蝸桿的軸向齒距為

mm標(biāo)準(zhǔn)徑節(jié)的數(shù)列也是分段等差數(shù)列。徑節(jié)螺紋的導(dǎo)程排列的規(guī)律與英制螺紋相同，只是含有特殊因子25.4

。車削徑節(jié)螺紋時，可采用英制螺紋的傳動路線，但掛輪需換為，其運動平衡式為：式中

小結(jié)：車削米制螺紋：車削模數(shù)制螺紋：用掛輪引入

，其余同米制螺紋車削英制螺紋：分母為等差級數(shù)。將車削米制螺紋時的基本組兩軸的主、被動關(guān)系對調(diào)，其余同米制螺紋車削徑節(jié)制螺紋：分母為等差級數(shù)，同時用掛輪引入

。e.非標(biāo)準(zhǔn)螺紋和精密螺紋此時需將進給箱中的齒式離合器M3、M4和M5全部嚙合，被加工螺紋的導(dǎo)程L工依靠調(diào)整掛輪的傳動比u掛來實現(xiàn)。其運動平衡式為

mm掛輪的換置公式為②縱向和橫向進給傳動鏈為了減少絲杠的磨損和便于操縱，機動進給是由光杠經(jīng)溜板箱傳動的。a．縱向進給傳動鏈

CA6140型車床縱向機動進給量有64種。當(dāng)運動由主軸經(jīng)正常導(dǎo)程的米制螺紋傳動路線時的運動平衡式為化簡后可得b．橫向進給傳動鏈通過運動平衡式的計算可知，當(dāng)橫向機動進給與縱向進給的傳動路線一致時，所得的橫向進給量為縱向進給量的一半，橫向與縱向進給量的種數(shù)相同。c．刀架快速移動刀架的縱向和橫向快速移動由快速移動電動機（0.25kW，2800r／min）傳動，刀架快速縱向右移的速度為（3）CA6140的主要結(jié)構(gòu)①主軸箱a.卸荷帶輪花鍵套法蘭b.雙向多片摩擦離合器及其操縱機構(gòu)（a）c.變速操縱機構(gòu)②溜板箱a.開合螺母機構(gòu)銷子b．縱、橫向機動進給和快速移動的操縱機構(gòu)

c．互鎖機構(gòu)縱向、橫向進給運動是通過十字滑槽互鎖的?？v向、橫向進給運動與絲桿傳動不能同時接通。開合螺母合上中間位置鋼球壓下橫向縱向d.安全離合器為避免進給力過大或刀架移動受阻導(dǎo)致機床損壞，CA6140安裝了安全離合器，起安全保護作用。當(dāng)過載消失后，機床可自動恢復(fù)正常工作。2．?dāng)?shù)控車床與車削中心與普通車床相比，數(shù)控車床的縱向和橫向運動都分別采用一個伺服電動機驅(qū)動。數(shù)控車床在主運動系統(tǒng)中安裝了主軸脈沖發(fā)生器，當(dāng)主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時，主軸脈沖發(fā)生器發(fā)出一固定數(shù)目的脈沖，例如1024p/r，當(dāng)檢測到1024p時，表示軸（帶工件）旋轉(zhuǎn)了1轉(zhuǎn)，計算機指揮縱向伺服電機旋轉(zhuǎn)。X軸Z軸

數(shù)控車床的主軸一般是臥式的（即水平方向），按ISO規(guī)定，數(shù)控機床的Z坐標(biāo)與主軸同方向。所以，數(shù)控車床刀架縱向移動為Z向，橫向移動（即工件的徑向）為X方向。當(dāng)Z與X協(xié)調(diào)運動時，可形成各種復(fù)雜的平面曲線，以這條曲線為母線繞工件旋轉(zhuǎn)時（主軸帶動工件旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)），可形成各種復(fù)雜的回轉(zhuǎn)體。一般數(shù)控車床只需要兩坐標(biāo)數(shù)控運動；數(shù)控立車也只需要工件的軸向（垂直）和徑向（水平）兩坐標(biāo)數(shù)控運動。3．SG8630高精度絲桿車床

SG8630型車床是專用于車削高精度螺紋的專門化車床。它加工精度可達(dá)6級，粗糙度小于Ra0.4微米。

SG8630車床采取下列主要措施來提高傳動精度：（1）螺紋傳動鏈短。組成傳動誤差的項目減少了，有利于提高精度。（2）主要零、部件的制造精度和機床的裝配精度都有很大的提高。（3）傳動絲杠的精度高、直徑大，并安裝在床身兩導(dǎo)軌之間。（4）機床具有螺距誤差校正裝置。（5）主軸采用卸荷式結(jié)構(gòu)。（6）該機床在恒溫車間進行裝配和調(diào)試。使用時也應(yīng)在恒溫室中，以減小機床熱變形對加工精度的影響。

(b)5.3.2車刀按車刀的用途分類可分為普通車刀和成形車刀。一.普通車刀1.普通車刀的用途(1)外圓車刀(a)(c)(d)(2)端面車刀

(3)切斷刀、切槽刀

2.普通車刀的結(jié)構(gòu)型式(1)焊接式車刀(2)機夾式硬質(zhì)合金車刀(3)機夾可轉(zhuǎn)位車刀與焊接式車刀相比可轉(zhuǎn)位車刀有以下優(yōu)點：

a.刀片不經(jīng)焊接、刃磨，刀具耐用度高，減少了換刀時間，生產(chǎn)率大大提高；

b.可采用涂層刀片，提高刀具耐用度；

c.刀桿可重復(fù)使用，可以標(biāo)準(zhǔn)化，便于管理；

d.在燒結(jié)刀片前可在刀片上壓制各種形狀的斷屑槽，以實現(xiàn)可靠斷屑。二.成形車刀用于車床上加工內(nèi)外成形回轉(zhuǎn)表面的車刀稱為成形車刀。1.成形車刀的特點：

a.加工精度穩(wěn)定。成形車刀后刀面法剖面廓形根據(jù)工件軸向廓形設(shè)計，所以工件廓形精度完全取決于刀具的設(shè)計、制造和安裝精度.b.生產(chǎn)率高：同時工作刀刃長度長，一次行程就可切出工件。

c.刀具壽命長：成形車刀用鈍后重磨前刀面，重磨次數(shù)多，刀具壽命長。

d.刃磨方便：成形車刀的前刀面為平面，刃磨方便。2.成形車刀的類型(a)平體成形車刀(b)棱體成形車刀(c)圓體成形車刀(d)切向進給成形車刀

機械加工精度

零件的加工質(zhì)量是整個產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)，它直接影機器的工作性能和壽命。機械產(chǎn)品質(zhì)量是通過一些特性指標(biāo)來體現(xiàn)的。零件的機械加工質(zhì)量，包括加工精度與加工表面質(zhì)量兩大方面。

機械加工精度是指零件經(jīng)過加工后的尺寸、幾何形狀以及各表面相互位置等參數(shù)的實際值與理想值相符合的程度，而它們之間的偏離程度則稱為加工誤差。6．1機械加工精度的概念6．1．1機械加工精度的含義及內(nèi)容零件的幾何參數(shù)包括幾何形狀、尺寸和相互位置三個方面，故加工精度包括：（1）尺寸精度：限制加工表面與其基準(zhǔn)間尺寸誤差不超過一定的范圍；（2）幾何形狀精度：限制加工表面宏觀幾何形狀誤差，如圓度、圓柱度、平面度、直線度等；（3）相互位置精度：限制加工表面與其基準(zhǔn)間的相互位置誤差，如平行度、垂直度、同軸度、位置度等。6．1．2機械加工誤差分類1．系統(tǒng)誤差與隨機誤差從誤差是否被人們掌握來分，可分為系統(tǒng)誤差和隨機誤差（又稱偶然誤差）。凡是誤差的大小和方向均已掌握，則為系統(tǒng)誤差，它可以用代數(shù)和來進行綜合。凡是沒掌握規(guī)律的誤差，為隨機誤差。有可能是掌握了誤差的大小但不掌握其方向或掌握了誤差的方向而不掌握其大小。它不能用代數(shù)和來進行綜合，只能用數(shù)理統(tǒng)計方法來處理。

系統(tǒng)誤差又可以分為常值系統(tǒng)誤差和變值系統(tǒng)誤差。

常值系統(tǒng)誤差的數(shù)值是不變的，例如，由于采用近似加工方法所帶來的加工理論誤差，機床、夾具、刀具和量具的制造誤差等都是常值系統(tǒng)誤差。

變值系統(tǒng)誤差是誤差的大小和方向按一定規(guī)律變化，可按線性變化，也可按非線性變化。例如刀具在正常磨損時，其磨損值與時間成線性正比關(guān)系，它是線性變值系統(tǒng)誤差；而刀具受熱伸長，其伸長量和時間是指數(shù)曲線關(guān)系，它是非線性變值系統(tǒng)誤差，但它們的規(guī)律都是已掌握的。2．靜態(tài)誤差與切削狀態(tài)誤差從誤差是否與切削狀態(tài)有關(guān)來分，可分為靜態(tài)誤差與切削狀態(tài)誤差。

工藝系統(tǒng)在不切削狀態(tài)下所出現(xiàn)的誤差，通常稱之為靜態(tài)誤差，例如機床的幾何精度和傳動精度等。

工藝系統(tǒng)在切削狀態(tài)下所出現(xiàn)的誤差，通常稱之為切削狀態(tài)誤差，如機床在切削時的受力變形和受熱變形等。6．2獲得加工精度的方法1．試切法2．調(diào)整法3．定尺寸刀具法4．自動控制法調(diào)整法可以分為靜調(diào)整法（靜調(diào)整法又稱樣件法）和動調(diào)整法（按試切零件進行調(diào)整，直接測量試切零件的尺寸）兩類。試切法鏜孔時的靜調(diào)整法對刀銑削時的靜調(diào)整法對刀車刀千分表V型塊鏜刀桿鏜刀工件加工面銑刀厚薄規(guī)尺寸加工要求尺寸對刀塊主動測量法支架千分表砂輪工件6．3影響加工精度的因素零件的加工精度主要取決于工藝系統(tǒng)（機床、夾具、刀具及工件組成的系統(tǒng)）的結(jié)構(gòu)要素和運行方式。一般來說，形狀精度由機床精度和刀具精度來保證；位置精度主要取決于機床精度、夾具精度和工件的裝夾精度。因此，工藝系統(tǒng)中的各種誤差，會在不同的具體條件下，以不同的程度反映到加工工件上，形成加工誤差。所以把工藝系統(tǒng)的誤差稱為原始誤差。機械加工過程中可能出現(xiàn)的原始誤差如下：

原始誤差工藝系統(tǒng)的制造誤差及磨損加工原理誤差加工過程中的其他原始誤差工藝系統(tǒng)力、熱效應(yīng)引起的變形機床的制造誤差及磨損夾具的制造誤差及磨損刀具的制造誤差及磨損工件裝夾誤差調(diào)整誤差測量誤差工藝系統(tǒng)受力變形工藝系統(tǒng)受熱變形工藝內(nèi)應(yīng)力引起的變形6.3.1加工原理誤差對加工精度的影響

加工原理誤差，指采用原理上近似的加工方法所引起的誤差。例如，在普通公制絲杠的車床上加工模數(shù)制和英制螺紋，只能用近似的傳動比配置掛輪，加工方法本身就帶來一個傳動誤差。又如，齒輪的滾齒加工，常用阿基米德滾刀，由于制造阿基米德滾刀的基本蝸桿螺紋面的形成原理與制造漸開線滾刀的基本蝸桿螺紋面的形成原理不同，因而這兩種基本蝸桿的螺紋面形狀不同。阿基米德基本蝸桿軸向截面為直線，漸開線基本蝸桿軸向截面為曲線，所以用阿基米德基本蝸桿制造的阿基米德滾刀加工漸開線齒輪會產(chǎn)生齒形誤差。

6.3.2工藝系統(tǒng)的制造誤差和磨損對加工精度的影響

1．機床的制造精度和磨損（1）導(dǎo)軌誤差導(dǎo)軌是機床中確定主要部件相對位置的基準(zhǔn)，也是運動的基準(zhǔn)，它的各項誤差直接影響被加工工件的精度。例如車床的床身導(dǎo)軌，在水平面內(nèi)有了彎曲以后，在縱向切削過程中，刀尖的運動軌跡相對于工件軸心線之間就不能保持平行，當(dāng)導(dǎo)軌向后凸出時，工件上就產(chǎn)生鞍形加工誤差。而當(dāng)導(dǎo)軌向前凸出時，就產(chǎn)生鼓形加工誤差。導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的彎曲對加工精度的影響就不大一樣，小到可以忽略不計的程度，其原理類似于車刀安裝平面是否通過工件中心的影響。（2）主軸誤差機床主軸是工件或刀具的位置基準(zhǔn)和運動基準(zhǔn)，它的誤差直接影響著工件的加工精度。對于主軸的要求，集中到一點，就是在運轉(zhuǎn)的情況下它能保持軸心線的位置穩(wěn)定不變，即回轉(zhuǎn)精度。主軸的回轉(zhuǎn)精度不但和主軸部件的制造精度（包括加工精度和裝配精度）有關(guān)，而且還和受力、熱后主軸的變形有關(guān)。主軸的回轉(zhuǎn)誤差可以分為四種基本形式：純徑向跳動、純角度擺動、純軸向竄動和軸心漂移。不同形式的主軸回轉(zhuǎn)誤差對加工精度的影響不同；同一形式的回轉(zhuǎn)誤差在不同的加工方式（例如車削和鏜削）中對加工精度的影響也不一樣。純徑向跳動對鏜孔的影響主軸回轉(zhuǎn)誤差的基本形式理想形狀鏜孔實際形狀純徑向移動純軸向竄動回轉(zhuǎn)中心線軸心漂移角度擺動主軸軸向竄動對端面的影響2．刀具的制造誤差和磨損對加工精度的影響，不同的刀具有不同的結(jié)果。1、定尺寸刀具，如鉆頭、鉸刀、圓孔拉刀、絲攻、板牙、銑槽刀等，加工時刀具的尺寸與形狀精度直接影響工件的尺寸及形狀精度。2、成形刀具，如成形銑刀、車刀、砂輪等的形狀精度直接決定工件的形狀精度。3、展成法加工用刀具，如滾齒刀、插齒刀的精度影響齒輪的加工精度。4、普通單刃刀具，普通車刀、鏜刀等的精度對工件加工精度沒有直接影響，但磨損后對工件尺寸或形狀精度有一定影響。

對加工精度的影響來源于刀刃在加工表面法線方向(誤差敏感方向)的磨損量。車削外圓時，刀尖的尺寸磨損會使工件產(chǎn)生錐度。為了減少刀具尺寸磨損對加工精度的影響，可以采取如下措施：（1）進行尺寸補償。在數(shù)控機床上可以比較方便地進行刀具尺寸補償，它不僅可以補償尺寸磨損，而且可以補償?shù)毒呷心ズ蟮某叽缱兓绨翥姷?、圓盤銑刀等；（2）降低切削速度，增長刀具壽命；（3）選用耐磨性較高的刀具材料。3．夾具的制造誤差和磨損夾具的制造精度主要表現(xiàn)在定位元件、對刀裝置和導(dǎo)向元件等本身的精度以及它們之間的相對位置精度。定位元件確定了工件與夾具之間的相對位置，對刀裝置和導(dǎo)向元件確定了刀具與夾具之間的相對位置，通過夾具就間接確定了工件和刀具之間的相對位置，從而保證了加工精度。

夾具中定位元件、對刀裝置和導(dǎo)向元件的磨損會直接影響加工精度。6．3．3工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響

1．剛度的概念機械加工過程中，工藝系統(tǒng)在切削力和其它外力的作用下，會產(chǎn)生相應(yīng)的變形，從而破壞刀具和工件之間的已調(diào)整好的相對位置和成形運動的位置，使加工后的工件產(chǎn)生尺寸和幾何形狀誤差。工藝系統(tǒng)在切削力等外力的作用下產(chǎn)生變形，包括系統(tǒng)各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的彈性變形和各環(huán)節(jié)的連接處的接觸變形。其變形的大小不但取決于作用力的大小，而且也取決于工藝系統(tǒng)抵抗其作用力的能力，即工藝系統(tǒng)的剛度。

從影響機械加工精度的觀點出發(fā)，工藝系統(tǒng)的剛度是指：工藝系統(tǒng)在切削力綜合作用下的y方向(加工表面的法線方向)的切削分力與y方向的變形的比值。即由于切削過程中切削力是變化的，工藝系統(tǒng)在動態(tài)下產(chǎn)生的變形不同于靜態(tài)下的變形，這樣就有動剛度和靜剛度的區(qū)別。工藝系統(tǒng)的動剛度和靜剛度特性對加工精度影響極大。工藝系統(tǒng)的動剛度主要造成工藝系統(tǒng)的振動，而工藝系統(tǒng)的振動則主要影響加工表面質(zhì)量。2．切削力作用點的位置變化而產(chǎn)生的誤差例車床頂尖間加工光軸，機床受力變形對加工精度的影響如圖。在車床的兩頂尖間車削短而粗的光軸時，由于工件剛度大，忽略工件的變形。

當(dāng)車刀進給過程中，在相距頭架任意位置x時，工件的軸心線由AB位移到A’B’，此時頭架、尾架、刀架受力分別為：

機床變形及剛度是車刀切削位置的二次函數(shù)，且為一拋物線方程式，即車刀刀刃所走的軌跡為拋物線，故車削出的工件呈鞍形。在兩頂尖間車削細(xì)長軸時，由于工件剛性很差，則必須考慮工件變形。此時工藝系統(tǒng)的總變形為：工藝系統(tǒng)剛度為：3．切削力大小的變化而引起的誤差由于毛坯加工余量不均勻，或由于其它原因引起切削力和工藝系統(tǒng)受力變形發(fā)生變化，工件產(chǎn)生尺寸誤差和形狀誤差。如車削一個橫截面為橢圓形的毛坯，致使工件產(chǎn)生相應(yīng)的橢圓形誤差，現(xiàn)象稱為“誤差復(fù)映”。

毛坯形狀誤差的復(fù)映毛坯半徑誤差工件半徑誤差根據(jù)切削力公式，徑向力Fy可表示為：其中a’Pl、a’p2為毛坯橫截面長、短半徑處的實際切深，由于yl、y2遠(yuǎn)小于實際切深，故可用理論切深代替實際切深，得：ε定量地反映了毛坯誤差經(jīng)加工之后的減少程度，稱為“誤差復(fù)映系數(shù)”。工藝系統(tǒng)剛度愈高，則ε愈小，也就是毛坯誤差復(fù)映在工件上的誤差愈小。當(dāng)毛坯誤差較大，加工過程分成幾次走刀進行時，若每次走刀的復(fù)系數(shù)為ε1，ε2，…εn，則總的復(fù)映系數(shù)為：

ε總=ε1ε2…εn

于是最后的加工誤差為：

△工=ε1ε2…εn△坯

由于，y總是小于ap，所以復(fù)映系數(shù)ε總是小于1?？梢婋S著走刀次數(shù)增多，加工誤差也就愈小，但當(dāng)小到一定程度時，即使再增加走刀次數(shù)，也不再起作用了，此時其它原始誤差的影響將起主要作用。6．3．4工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響

在機械加工過程中，引起工藝系統(tǒng)熱變形的熱源，可分為兩大類，即內(nèi)部熱源和外部熱源：工藝系統(tǒng)的熱源內(nèi)部熱源外部熱源切削熱摩擦熱（導(dǎo)軌副、齒輪副、軸承副、絲桿螺母副、液壓系統(tǒng)等）電機等環(huán)境溫度（氣溫變化、局部室溫差、空氣流動等）輻射熱源（陽光、照明燈、暖氣設(shè)備等）1．機床熱變形對加工精度的影響由于各類機床的結(jié)構(gòu)和工作條件相差很大，而且引起機床熱變形的主要熱源和變形特性亦有所不同，但對加工精度影響最大的仍然是主軸部件、床身導(dǎo)軌以及兩者的相對位移。如車床的主要熱源是主軸箱內(nèi)的軸承、齒輪、離合器的摩擦熱及箱內(nèi)油池的油溫。對床身來說，其熱源主要來自主軸箱。主軸箱和床身熱變形的結(jié)果使主軸軸線抬高和傾斜。CA6140車床的熱變形主軸抬高和傾斜量與運轉(zhuǎn)時間的關(guān)系2．刀具熱變形對加工精度的影響刀具的熱變形主要是由切削熱引起。雖然傳給刀具的切削熱只占總熱量的很小部分，但由于熱量集中在切削部分，刀體熱容量小，有時刀具切削部分會有很高的溫升(可達(dá)1000℃以上)，對加工精度的影響是不可忽視的。1—連續(xù)切削2—間斷切削3—冷卻tg—切削時間tj—間斷時間3．工件熱變形對加工精度的影響切削熱是工件熱變形的主要熱源。隨著工件形狀、尺寸大小以及加工方法的不同，傳入工件的熱量也不一致，其溫升和熱變形對加工精度的影響也不盡相同。對一些幾何形狀簡單且對稱的零件，如軸、盤套類等零件，加工時，切削熱較均勻地傳入工件，其熱變形基本一致。此時，按下式計算工件的熱變形量

△L=alL△t式中△L----工件的熱變形量，[△L]為mm；

al---工件材料的線膨脹系數(shù)；

L----工件在熱變形方向上的尺寸，[L]為mm；

△t----工件溫升，[△t]為K．a(chǎn))b)

工件的熱變形可分為兩種情況：一種情況是受熱均勻的工件，如車、磨外圓等，熱變形主要影響尺寸精度；另一種情況是受熱不均勻的工件，如刨削，銑削、磨削平面等，工件單面受熱，上下表面之間形成溫差而變形，因而引起幾何形狀誤差。下圖為磨削薄板平面的情況。工件長度為上，厚度為H，工件上下表面溫差為△t=△t1-△t2，工件變形成向上凸起的形狀。以f表示熱變形量，由圖中幾何關(guān)系得：故f=Lφ/8=al△tL2/8H

減小工件的熱變形主要從減少切削熱、縮短對工件的熱作用時間以及改善散熱條件等方面來考慮。如：（1）及時進行刀具的刃磨和砂輪的修整，不讓過分磨鈍的刀刃和磨粒參加切削，以減少切削熱；（2）提高切削速度，使大部分熱量由切屑帶走，以減少傳入工件上的熱量；（3）在切削區(qū)內(nèi)供給充分的冷卻液，迅速散熱；（4）合理安排工藝，粗精加工分開，工件在精加工前有充分時間進行冷卻；（5）使工件夾緊狀態(tài)下有伸縮的自由(如采用彈簧后頂尖)等。6．3．5工藝系統(tǒng)殘余應(yīng)力的影響零件在沒有外加載荷的情況下，其內(nèi)部仍存在的應(yīng)力稱為殘余應(yīng)力。這種應(yīng)力特點是：始終要求處于相互平衡的狀態(tài)；在自然氣候影響下會逐漸地消失。具有殘余應(yīng)力的零件當(dāng)應(yīng)力大到超過材料的強度極限時，會在零件表面出現(xiàn)裂紋。零件中的殘余應(yīng)力，一旦失去原有的平衡，則會重新分布以達(dá)到新的平衡。應(yīng)力的重新分布或自行消失會引起零件相應(yīng)地變形。1．毛坯制造中產(chǎn)生的在鑄、鍛、焊、熱處理等加工過程中，由于各部分冷熱收縮不均勻以及金相組織轉(zhuǎn)變引起的體積變化，使毛坯內(nèi)部產(chǎn)生了相當(dāng)大的內(nèi)應(yīng)力。毛坯的結(jié)構(gòu)愈復(fù)雜，各部分的厚度愈不均勻，散熱的條件相差愈大，則在毛坯內(nèi)部產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力也愈大。具有內(nèi)應(yīng)力的毛坯由于內(nèi)應(yīng)力暫時處于相對平衡的狀態(tài)，在短時期內(nèi)還看不出有什么變動。但在切削去除某些表面部分以后，就打破了這種平衡，內(nèi)應(yīng)力重新分布，零件就明顯地出現(xiàn)了變形。鑄件因內(nèi)應(yīng)力而引起的變形校直引起的內(nèi)應(yīng)力2．冷校直帶來的內(nèi)應(yīng)力

冷校直工序的原理是使工件產(chǎn)生與彎曲方向相反的殘留變形，以補償原有的彎曲誤差。由于冷校直后的工件，都要產(chǎn)生殘余應(yīng)力，這樣就不能長期保持其已校直的形狀精度。因此，對精密絲杠等高精度零件的加工，都是嚴(yán)禁采用冷校直工序的。減少或消除殘余應(yīng)力的措施（1）合理設(shè)計零件的結(jié)構(gòu)在機器零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)盡量減少其各部分的壁厚差以減少在鑄、鍛件毛坯制造中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。（2）采取時效處理對大型零件的毛坯，往往是放到室外進行較長時間的自然時效，以達(dá)到充分變形和逐漸消除殘余應(yīng)力的目的。人工時效處理，就是將工件放到爐中去加熱，加熱到一定溫度并保持一段時間后再隨爐冷卻，有時也采取敲擊、振動的辦法進行人工時效。如對中、小型鑄件，將其放入大滾筒中進行清眇，在此過程中也就同時達(dá)到了人工時效的目的。6．4加工誤差的分析與控制對加工誤差進行分析的目的在于將系統(tǒng)性誤差和隨機性誤差這兩大類加工誤差分開，確定系統(tǒng)性誤差的數(shù)值和隨機性誤差的范圍，從而找出造成加工誤差的主要因素，以便采取相應(yīng)的措施提高零件的加工精度。加工誤差的分析方法基本有兩類：即分析計算法和統(tǒng)計分析法。6．4．1分析計算法分析計算法主要用于確定各個單因素所造成的加工誤差。此法是在分析產(chǎn)生加工誤差因素的基礎(chǔ)上，建立并使用原始誤差與加工誤差間的數(shù)學(xué)關(guān)系式，從而算出該因素所造成的加工誤差。對于單項的系統(tǒng)誤差，一般都可以采用這個方法進行計算。實際生產(chǎn)中，經(jīng)常是各種因素都在起作用，且有的因素對加工誤差還有一定的抵消作用。此時對于加工誤差的分析宜于采用統(tǒng)計分析法。6．4．2統(tǒng)計分析法加工誤差統(tǒng)計分析法，就是在加工一大批工件中抽檢一定數(shù)量的工件（樣件），并運用數(shù)理統(tǒng)計的方法對檢查結(jié)果進行數(shù)據(jù)處理，從中找出規(guī)律性的東西，進而找到解決加工精度問題的途徑。常用的統(tǒng)計分析法有兩種：分布圖分析法和點圖分析法。1．分布圖分析法由于隨機誤差的影響，在調(diào)整好的機床上加工一批工件時，其尺寸的實際數(shù)值是不相同的。隨機抽查一定數(shù)量(n個)工件，并加以一一度量，然后按尺寸的大小分成若干組，每組中工件的尺寸規(guī)定在一定的間隔范圍內(nèi)；同一尺寸間隔的工件數(shù)量，稱為頻數(shù)，以m表示。頻數(shù)m與抽查樣

件數(shù)n之比，稱為頻率。若以頻數(shù)(或頻率)為縱坐標(biāo)，工件尺寸間隔的中間值為橫坐標(biāo)，則可求得若干點，將這些點連接起來，便可折線圖。若將樣件數(shù)量增加，同時將尺寸間隔減小，則作出的折線就非常接近光滑曲線，就成為實際加工尺寸分布曲線。

大量生產(chǎn)實踐表明，在調(diào)整好的機床上加工一批工件，如加工進行情況正常，其實際加工尺寸的分布大都遵循正態(tài)分布規(guī)律。其方程式為式中y----尺寸分布的概率密度；

x----樣件尺寸；

x----樣件平均尺寸(分散范圍中心)；

σ----均方根差(分散程度)；

n----樣件數(shù)

正態(tài)分布曲線所包含的總面積代表了全部工件。圖中陰影部分的面積F1表示尺寸從x到x的工件的概率。

在實際計算時，我們可以直接采用前人已經(jīng)作出的積分表。FFFFF0.000.010.020.030.04

0.00000.00400.00800.01200.0160

0.200.220.240.260.28

0.07930.08710.09480.10230.1103

0.600.620.640.660.68

0.22570.23240.23890.24540.2517

1.001.051.101.151.20

0.34130.35310.36430.37490.3849

2.002.102.202.302.40

0.47740.48210.48610.48930.4918

由表看出，如果某工序加工出的一批工件，其尺寸分布符合正態(tài)分布曲線時，工件加工誤差在±3σ以內(nèi)的工件數(shù)可達(dá)總數(shù)的99.73％(=2*0.49865)，也就是工件尺寸在±3σ以外的工件數(shù)只占總數(shù)的0.27％，這在實際生產(chǎn)中是完全允許的。因此，±3σ(或6σ)在研究加工誤差時應(yīng)用很廣，是一個很重要的概念。它表示某種加工方法所產(chǎn)生的工件尺寸分散范圍，即加工誤差，也可表示某種加工方法的平均經(jīng)濟加工精度或工序能力P，即工序能力P=6σ。工序能力的大小由工序能力系Cp表示。

Cp=T／6σ式中T----工件尺寸的公差；σ----加工尺寸的均方根誤差。當(dāng)樣件數(shù)n很小時，σ的估計值為

根據(jù)工藝能力系數(shù)Cp的大小，可以將工序能力分為五個等級。1)特級工藝，

Cp>1.67，工序能力過高，Cp=1.67時，T=1.67×6σ≈10σ，這時尺寸落在±5σ以外的概率僅0.0000003，幾乎不會出廢品。工序能力過高，意味著使用的工藝裝備及其調(diào)整精度過高，切削用量較小等，加工不經(jīng)濟。

2)一級工藝，1.67≥Cp>1.33，工序能力足夠，不合格率小于十萬分之六。

3)二級工藝，1.33≥CP>1.00，工序能力勉強，不合格率在千分之三以下，必須密切注意。4)三級工藝，1.00≥Cp>0.67，工序能力不足，可能出少量不合格品，必須采取措施。5)四級工藝，

0.67>Cp，工序能力嚴(yán)重不足，不合格品率達(dá)到4．56％以上，必須加以改進或選擇能滿足要求的加工方法。例某柴油發(fā)動機曲軸4個連桿軸頸直徑，要求為Φ75.14±0.0lmm，熱處理后精磨194件。試計算合格與不合格品率。由表知，分布中心與公差帶中心偏差，x為負(fù)值，所加工的這批軸頸直徑尺寸均偏小，其中有超出公差范圍的成為廢品。軸徑ⅠⅡⅢⅣ（μm）S（μm）－0.0232.481－0.2532.674－0.6512.828－0.5622.506Cp1.3461.2471.1781.330查表得F=0.499928．這說明落在分布曲線左半部中合格品的概率為49.9928％．因此，根據(jù)正態(tài)分布曲線的對稱性質(zhì)，可得軸頸Ⅳ的直徑尺寸合格率為

0.5+0.499928=0.999928=99.9928％廢品率(因為軸頸尺寸小而無法修復(fù))為

0.5-0.499928=0.000072=0.0072％如圖中陰影線部分的面積為廢品率。每一軸頸所對應(yīng)的廢品率不同，以軸頸Ⅳ為例，計算步驟如下：

同理可求出I、II、III軸頸直徑尺寸的合格品率與廢品率，四個軸頸中最大廢品率應(yīng)作為曲軸的總的廢品率。本實例表明，曲軸連桿軸頸的磨削工序的工序能力屬于二級工藝，必須密切注意工藝過程。常采用自動測量與數(shù)顯裝置，監(jiān)視加工狀態(tài)，以便于保證加工質(zhì)量。分布圖分析法的缺點在于：

1)沒有考慮工件加工先后順序，難以把變值系統(tǒng)性誤差和隨機性誤差區(qū)分開來；

2)必須等到一批工件加工完畢后，才能繪制分布圖，不能在加工過程中及時提供控制精度的信息．2．點圖分析法點圖是定期地按加工順序逐個地測量一批工件的尺寸，以量得的尺寸(或加工誤差)為縱坐標(biāo)，以工件的加工序號為橫坐標(biāo)，將檢驗結(jié)果標(biāo)點在一定格式的圖表上面繪制成工件加工誤差隨時間變化的圖形。點圖可分為單值點圖與x—R點圖。如果將順次加工出的n個工件編為一組，以工件分組的序號為橫坐標(biāo)，以工件尺寸或誤差為縱坐標(biāo)，將每一組內(nèi)n個工件的尺寸大小分別標(biāo)點在同一組號的垂直線上，該點圖稱為“按組序的單值點圖”，這種點圖的長度可大為縮短，而且可以看出每組工件尺寸(或加工誤差)的變化與加工時間的關(guān)系。

在點圖的上、下極限作包絡(luò)線AA’、BB’及中線OO’。兩包絡(luò)線的寬度表示每一瞬時加工誤差的分散范圍，反映了每瞬時的隨機性誤差的大小。中線OO’表示每瞬時的分散中心，其變化情況反映變值系統(tǒng)性誤差隨時間變化的規(guī)律，其起始點O的位置則反映常值系統(tǒng)性誤差的影響。

在加工質(zhì)量控制中，常把平均尺寸和分散范圍的情況，分別用二個圖來表示，前者稱為x圖，是將組內(nèi)n件工件尺寸的平均值標(biāo)在縱坐標(biāo)上，并用虛線畫出上、下控制線，用實線作出中心線；后者稱為R圖，是將組內(nèi)n件工件中的最大尺寸與最小尺寸的差值(稱極差)標(biāo)在縱坐標(biāo)上，并用虛線畫出上控制線和用實線作出中心線，將x圖與R圖合在一起就成為x—R圖。

因此，x圖和R圖聯(lián)合起來使用，可以預(yù)報不合格品出現(xiàn)的可能性，它是控制連續(xù)生產(chǎn)工藝穩(wěn)定性的有力工具。

由于x在一定程度上代表了瞬時的分散中心，故x點圖主要反映加工過程中瞬時分散中心位置的變化趨勢。R在一定程度上代表了尺寸分散范圍，故R點圖可反映出隨機性誤差及其變化趨勢。因此，x圖和R圖聯(lián)合起來使用，可以預(yù)報不合格品出現(xiàn)的可能性，它是控制連續(xù)生產(chǎn)工藝穩(wěn)定性的有力工具。6.4.3機床調(diào)整及調(diào)整尺寸的計算在一批零件加工前必須調(diào)整機床，在加工過程中；根據(jù)x-R圖常需重新調(diào)整機床。調(diào)整機床時，首先要解決刀具或砂輪位置的調(diào)整尺寸。調(diào)整時，按工件尺寸的公差帶中心值尺寸LM來調(diào)整，考慮到存在測量誤差和調(diào)整誤差，調(diào)整尺寸為

Lt=LM±Tt/2式中Tt為調(diào)整公差。機床調(diào)整尺寸關(guān)系1——小樣本平均值的分布曲線2——整批工件尺寸的分布曲線機床調(diào)整尺寸關(guān)系1——小樣本平均值的分布曲線2——整批工件尺寸的分布曲線

圖表明了機床調(diào)整尺寸和調(diào)整公差與工件尺寸及公差的關(guān)系。Lmax、Lmin分別為工件最大和最小尺寸，

為這批零件的加工尺寸的均方根誤差，n為小樣本的容量。調(diào)整時，試切n個(n=2~8)試件，為了保證加工精度，任何一次調(diào)整后加工的一批工件，其加工尺寸的分布曲線，必須在尺寸公差范圍了內(nèi)。圖中畫出了調(diào)整極限尺寸下加工的工件尺寸的分布曲線?？梢钥闯?，為了保證加工精度要求，調(diào)整公差Tt需規(guī)定在區(qū)間(ab)上，有式式中T----工件尺寸公差．若考慮試件測量誤差△c，則有在采用X--R控制圖時，可用下式計算Lt，當(dāng)系統(tǒng)誤差為遞增函數(shù)時

當(dāng)系統(tǒng)誤差為遞減函數(shù)時

對于不穩(wěn)定的工藝過程，如刀具的磨損等，可能使工件尺寸超差，需重新調(diào)整機床。例如，車削一批工件的外圓，由于刀具受熱變形和刀具尺寸磨損，存在變值系統(tǒng)誤差使總體瞬時分布中心隨時間變化；同時瞬時分布范圍也隨時間變化。如圖所示，a表示刀具熱變形引起的誤差，b表示刀具尺寸磨損引起的誤差。圖中的粗線代表x的變化規(guī)律，陰影部分代表各瞬間的分散范圍。圖6-23外圓車削加工的精度變化

車削外圓時，開始因刀具受熱伸長使工件尺寸縮小，而后刀具逐漸磨損使尺寸增大。與此同時，由于刀具磨損，切削力增大等原因，使工件尺寸的瞬時分散范圍也逐漸擴大。開始調(diào)整時(t1)，瞬時分布的標(biāo)準(zhǔn)差為σ1，下次調(diào)整時間(t2)的標(biāo)準(zhǔn)差為σ2．調(diào)整機床時，必須考慮誤差a、b。此時調(diào)整尺寸的公差為由此可見，n越少，Tt也越小。所以調(diào)整試件件數(shù)稍多一些為好。6.4.4保證和提高加工精度的途徑對加工誤差進行分析計算或統(tǒng)計分析，弄清了原始誤差對加工誤差(表現(xiàn)誤差)的影響程度，就為減少加工誤差，提高加工精度指明了方向。減少加工誤差的措施從技術(shù)上看，可將它們分為兩大類。誤差預(yù)防、誤差補償

1)誤差預(yù)防：指減少原始誤差或減少原始誤差的影響，亦即減少誤差源或改變誤差源至加工誤差之間的數(shù)量轉(zhuǎn)換關(guān)系。實踐與分析表明，精度要求高于某一程度后，利用誤差預(yù)防技術(shù)來提高加工精度所花費的成本將成指數(shù)地增長。

2)誤差補償：在現(xiàn)存的表現(xiàn)誤差條件下，通過分析、測量，進而建立數(shù)學(xué)模型，以這些信息為依據(jù)，人為地在系統(tǒng)中引入一個附加的誤差源，使之與系統(tǒng)中現(xiàn)存的表現(xiàn)誤差相抵消，以減少或消除零件的加工誤差。從提高機械加工精度考慮，在現(xiàn)有工藝系統(tǒng)條件下，誤差補償技術(shù)是一種行之有效的方法，特別是借助微型計算機輔助技術(shù)，可達(dá)到更好的效果。

一．誤差預(yù)防技術(shù)常用的工藝方法有以下幾種：1、合理采用先進工藝裝備為了減少原始誤差，需要針對零件的加工精度要求，合理采用先進的工藝和設(shè)備。首先，在設(shè)計零件的加工工藝過程時，必須對每道工序的加工能力進行評價，對加工能力較低的工序，要么更換加工能力較高的工序，要么采取改進措施提高工序的加工能力。2．直接減少原始誤差

在查明影響加工精度的主要原始誤差因素之后，設(shè)法對其直接進行消除或減少。例如當(dāng)用三爪卡盤夾持薄壁套筒時，應(yīng)在套筒外面加過渡環(huán)，避免產(chǎn)生由夾緊變形所引起的加工誤差；又如，在加工細(xì)長軸時，因工件剛度低，容易產(chǎn)生彎曲變形和振動。圖6-24順向進給和反向進給車削細(xì)長軸的比較a)b)3．誤差轉(zhuǎn)移法例如，在成批生產(chǎn)中，我們可以采用專用的工夾具或其他輔助裝置，在一般精度機床上，加工出精度較高的工件來。常見的用鏜模夾具來加工箱體零件的孔系，此時工件的加工精度就完全決定于鏜桿和鏜模的制造精度了，而與機床的精度關(guān)系不大，形成了誤差的轉(zhuǎn)移。4．誤差分組法這個方法的實質(zhì)就是把毛坯按誤差的大小分為n組，每組毛坯誤差的范圍就縮小至原來的l／n。然后按各組的誤差范圍分別調(diào)整，刀具相對于工件的位置，使各組工件的尺寸分散范圍中心基本上一致，那么整批工件的尺寸分散就比分組調(diào)整以前小得多了。這種方法比直接提高本工序的加工精度要簡便易行一些。

5．“就地加工”法例如在六角車床制造中，轉(zhuǎn)塔上六個裝刀具的孔，其軸心線必須保證和機床主軸旋轉(zhuǎn)中心線重合；如龍門刨床，牛頭刨床，為了使它們的工作臺面分別對橫梁和滑枕保持平行的位置關(guān)系，都是在裝配后在自身機床上進行“自刨自”的精加工。平面磨床的工作臺面也是裝配后作“自磨自”的最終加工。6．誤差平均法

此法是利用有密切聯(lián)系的表面之間的相互比較和相互修正或者利用互為基準(zhǔn)進行加工，以達(dá)到很高的加工精度。如配合精度要求很高的軸和孔、絲杠與螺母，常采用研磨方法來達(dá)到。在研磨過程中，研具與工件表面間相互研磨，是很典型的誤差平均法的例子。再如三塊一組的標(biāo)準(zhǔn)平板，是用相互對研、配刮的方法加工出來的。因為三個表面能夠分別兩兩密合，只有在都是精確的平面的條件下才有可能．還有諸如直尺、角度規(guī)等高精度量具和工具也是采用誤差平均法來制造的。二．誤差補償技術(shù)誤差補償是人為地引入一附加輸入，用以抵消現(xiàn)有系統(tǒng)的固有誤差，從而消除或減少系統(tǒng)表現(xiàn)誤差對零件加工精度的影響。因此，一個誤差補償系統(tǒng)必須包含三個主要的功能裝置。即：

1)誤差信號發(fā)生裝置，它產(chǎn)生出固有誤差的誤差圖；

2)信號同步裝置，保證所附加的輸入與系統(tǒng)固有誤差同步，即在每一時刻，誤差值相等且相位相差180°；

3)運動合成裝置，它實現(xiàn)附加輸入與固有誤差的合成。不同誤差補償系統(tǒng)有不同的技術(shù)方案，但以上三種功能裝置是必備的。

圖為高精度絲杠磨削誤差的微機補償系統(tǒng)，這個系統(tǒng)只用于補償絲杠磨床傳動鏈誤差，因為它是影響絲杠導(dǎo)程誤差的主要因素。圖6-25絲桿磨削誤差的微機補償系統(tǒng)1—噴嘴2—油槽3—磁柵盤4—頭架5—磁感應(yīng)頭6—絲桿7—砂輪8—位移傳感器9—尾架10—磁柵尺11—運動合成裝置12—步進電機13—功放電源14—單片機15—記錄儀第6章小結(jié)

1、基本概念：加工精度、加工誤差、加工原理誤差、工藝系統(tǒng)剛度、誤差復(fù)映等；

2、分布曲線法與點圖法的特點、應(yīng)用及各自解決的主要問題？

3、常用的誤差預(yù)防工藝方法有哪些？

機械加工工藝規(guī)程的制訂

工藝就是制造產(chǎn)品的方法，機械制造工藝過程一般是指零件的機械加工工藝過程和機器的裝配工藝過程，把工藝過程按一定的格式用文件的形式固定下來就是機械加工工藝規(guī)程。生產(chǎn)規(guī)模的大小、工藝水平的高低、工廠長期形成的工藝經(jīng)驗的繼承以及解決各種工藝問題的方法和手段都要通過機械加工工藝規(guī)程來體現(xiàn)。因此，機械加工工藝規(guī)程設(shè)計是一項重要的工作，要求設(shè)計者必須具備豐富的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗和廣博的機械制造工藝基礎(chǔ)理論知識。7．1制訂機械加工工藝規(guī)程的方法、步驟（1）分析被加工零件的原始資料。（2）分析零件的制造工藝性，審查和改善零件的結(jié)構(gòu)工藝性。（3）計算生產(chǎn)節(jié)拍。（4）選擇毛坯。（5）選擇定位基準(zhǔn)與定位基面。（6）確定單個表面的加工路線。（7）確定零件的加工路線。（8）計算與確定加工余量。（9）計算工序尺寸及其公差。（10）選擇加工設(shè)備、刀具、量具和夾具等。（11）選擇切削用量。即確定切削速度、進給量與調(diào)整尺寸等。（12）計算工時定額。（13）評價各種工藝路線。序號（A）結(jié)構(gòu)工藝性不好（B）結(jié)構(gòu)工藝性好說明1在結(jié)構(gòu)（A）中，件2上的凹槽a不便于加工和測量。宜將凹槽a改在件1上，如結(jié)構(gòu)（B）2鍵槽的尺寸、方位相同，則可在一次裝夾中加工出全部鍵槽，以提高生產(chǎn)效率3在結(jié)構(gòu)（A）的加工面不便于引進刀具序號（A）結(jié)構(gòu)工藝性不好（B）結(jié)構(gòu)工藝性好說明4箱體類零件的外表面比內(nèi)表面容易加工，應(yīng)以外部連接表面代替內(nèi)部連接表面5結(jié)構(gòu)（B）的三個凸臺表面，可在一次走刀中加工完畢6結(jié)構(gòu)（B）底面的加工勞動量較小，且有利于裝夾平穩(wěn)、可靠序號（A）結(jié)構(gòu)工藝性不好（B）結(jié)構(gòu)工藝性好說明7結(jié)構(gòu)（B）有退刀槽，保證了加工的可能性，減少刀具（砂輪）的磨損8加工結(jié)構(gòu)（A）上的孔時鉆頭容易引偏9加工表面與非加工表面之間要留有臺階，便于退刀序號（A）結(jié)構(gòu)工藝性不好（B）結(jié)構(gòu)工藝性好說明10加工表面長度相等或成倍數(shù)，直徑尺寸沿一個方向遞減，便于布置刀具，可在多刀半自動車床上加工，如結(jié)構(gòu)（B）所示11凹槽尺寸相同，可減少刀具種類，減少換刀時間，如結(jié)構(gòu)（B）所示7.2機械加工工藝過程的組成機械加工工藝過程一般可分為工序、安裝、工位、工步和走刀。（1）工序工序是指：一個（或一組）工人在一個工作地點對一個（或同時對幾個）工件連續(xù)完成的那一部分加工過程。工作地、工人、零件和連續(xù)作業(yè)是構(gòu)成工序的四個要素，其中任一要素的變更即構(gòu)成新的工序。對同一個零件，同樣的加工內(nèi)容可以有不同的工序安排

工序號工序內(nèi)容設(shè)備1

加工小端面，鉆小端面中心孔，粗車小外圓，對小端倒角；加工大端面，鉆大端面中心孔，粗車大外圓，對大端倒角；精車外圓。車床2銑鍵槽，手工去毛刺。銑床工序號工序內(nèi)容設(shè)備1

加工小端面，鉆小端面中心孔，粗車小外圓，對小端倒角。車床2加工大端面，鉆大端面中心孔，粗車大外圓，對大端倒角。車床3精車外圓。車床4銑鍵槽，手工去毛刺。銑床（2）安裝

在同一個工序中，工件每定位和夾緊一次所完成的那部分加工稱為一個安裝。在一個工序中，工件可能只需要安裝一次，也可能需要安裝幾次。工序號安裝號工序內(nèi)容設(shè)備11車小端面，鉆小端面中心孔，粗車小端外圓，倒角。車床2車大端面，鉆大端面中心孔，粗車大端外圓，倒角。3精車大端外圓。4精車小端外圓。21銑鍵槽，手工去毛刺。銑床（3）工位

在工件的一次安裝中，通過分度(或移位)裝置，使工件相對于機床床身變換加工位置，我們把每一個加工位置上所完成的工藝過程稱為工位。在一個安裝中，可能只有一個工位，也可能需要有幾個工位。

（4）工步

在一個工位中，加工表面、切削刀具、切削速度和進給量都不變的情況下所完成的加工，稱為一個工步。（5）走刀

在一個工步中，有時因所切去的金屬層很厚而不能一次切完，則需分幾次進行切削，這時每次切削就稱為一次走刀。7．3生產(chǎn)類型與機械加工工藝規(guī)程機械加工工藝規(guī)程的詳細(xì)程度與生產(chǎn)類型有關(guān)，不同的生產(chǎn)類型由產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng)即年產(chǎn)量來區(qū)別。（1）生產(chǎn)綱領(lǐng)產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng)就是年生產(chǎn)量。生產(chǎn)綱領(lǐng)及生產(chǎn)類型與工藝過程的關(guān)系十分密切，生產(chǎn)綱領(lǐng)不同，生產(chǎn)規(guī)模也不同，工藝過程的特點也相應(yīng)而異。零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)通常按下式計算：

N=Qn(1+α+β)（2）生產(chǎn)類型機械制造業(yè)的生產(chǎn)類型一般分為三類即大量生產(chǎn)，成批生產(chǎn)和單件生產(chǎn)。其中，成批生產(chǎn)又可分為大批生產(chǎn)，中批生產(chǎn)和小批生產(chǎn)。顯然，產(chǎn)量愈大，生產(chǎn)專業(yè)化程度應(yīng)該愈高。

生產(chǎn)類型零件的年生產(chǎn)鋼領(lǐng)件／年重型機械中型機械輕型機械單件生產(chǎn)小批生產(chǎn)中批生產(chǎn)大批生產(chǎn)大量生產(chǎn)≤5>5～100>100～300>300～1000>1000≤20>20～200>200～500>500～5000>5000≤100>100～500>500～5000>5000～50000>50000（3）機械加工工藝規(guī)程的作用一般說來，大批大量生產(chǎn)類型與單件小批生產(chǎn)要求的詳細(xì)程度不同。機械加工工藝規(guī)程的作用為：

1）它是指導(dǎo)生產(chǎn)的主要技術(shù)文件，一切有關(guān)的生產(chǎn)人員必須嚴(yán)格執(zhí)行工藝規(guī)程。工藝規(guī)程是可以改變的，且總是隨著生產(chǎn)的發(fā)展、新工藝和新技術(shù)的不斷出現(xiàn)而完善。

2）工藝規(guī)程是生產(chǎn)準(zhǔn)備工作和生產(chǎn)管理工作的主要依據(jù)。

3）工藝規(guī)程是新建或擴建工廠的原始資料。

4）工藝規(guī)程有利于積累、交流和推廣行之有效的生產(chǎn)經(jīng)驗。（4）機械加工工藝規(guī)程的格式通常，機械加工工藝規(guī)程被填寫成表格(卡片)的形式。機械加工工藝規(guī)程表格的形式不盡一致，但是其基本內(nèi)容是相同的。

7．4定位基準(zhǔn)的選擇基準(zhǔn)是用來確定生產(chǎn)對象上幾何要素間的幾何關(guān)系所依據(jù)的那些點、線、面。

設(shè)計時零件尺寸的標(biāo)注、制造時工件的定位、檢查時尺寸的測量以及裝配時零、部件的裝配位置等都要用到基準(zhǔn)的概念。從設(shè)計和工藝兩個方面看，可把基準(zhǔn)分為兩大類，即設(shè)計基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)。

7．4．1設(shè)計基準(zhǔn)

設(shè)計基準(zhǔn)是設(shè)計圖樣上采用的基準(zhǔn)，即標(biāo)注設(shè)計尺寸的起點。7．4．2工藝基準(zhǔn)

工藝基準(zhǔn)是在工藝過程中所采用的基準(zhǔn)。工藝基準(zhǔn)按其用途不同又可分為工序基準(zhǔn)、定位基準(zhǔn)、測量基準(zhǔn)和裝配基準(zhǔn)．（1）工序基準(zhǔn)工序基準(zhǔn)是在工序圖上用以確定該工序所加工表面加工后的尺寸、形狀、位置的基準(zhǔn)。它是某一工序所要達(dá)到的加工尺寸(即工序尺寸)的起點。被加工孔

（2）定位基準(zhǔn)工件在裝夾過程中用作定位的基準(zhǔn)叫定位基準(zhǔn)。

（3）測量基準(zhǔn)測量時所采用的基準(zhǔn)即測量基準(zhǔn)。（4）裝配基準(zhǔn)裝配基準(zhǔn)是裝配時用來確定零件或部件在產(chǎn)品中的相對位置所采用的基準(zhǔn)。基準(zhǔn)分析注意事項：

1)作為基準(zhǔn)的點、線、面在工件上不一定能具體找到，而是由某些具體表面來體現(xiàn)，這些表面叫基面。因此，選擇定位基準(zhǔn)就是選擇恰當(dāng)?shù)亩ㄎ换妗?/p>

2)除了尺寸關(guān)系的基準(zhǔn)問題外，表面角度位置精度(平行度，垂直度等)的關(guān)系，也同樣具有基準(zhǔn)關(guān)系。定位基準(zhǔn)又分為粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)。在加工的最初工序中，只能用毛坯上未經(jīng)加工的表面作為定位基準(zhǔn)，這種定位基準(zhǔn)叫粗基準(zhǔn)。在以后的工序中，則使用已經(jīng)過加工的表面作定位基準(zhǔn)，這種定位基準(zhǔn)稱為精基準(zhǔn)。7．4．3精基準(zhǔn)的選擇（1）“基準(zhǔn)重合”原則應(yīng)盡量選用被加工表面的設(shè)計基準(zhǔn)作為精基準(zhǔn)，即“基準(zhǔn)重合”的原則。這樣可以避免因基準(zhǔn)不重合而引起的誤差⊿bc。（2）“基準(zhǔn)統(tǒng)一”原則應(yīng)選擇多個表面加工時都能使用的定位基準(zhǔn)作為精基準(zhǔn)，即“基準(zhǔn)統(tǒng)一”的原則。這樣便于保證各加工表面間的相互位置精度，避免基準(zhǔn)變換所產(chǎn)生的誤差，并簡化夾具的設(shè)計制造工作。如軸類零件，采用頂尖孔作統(tǒng)一基準(zhǔn)加工各外圓表面。又如，機床床頭箱多采用底面和導(dǎo)向面加工各軸孔，而一般箱體形零件常采用一大平面和兩個距離較遠(yuǎn)的孔為精基準(zhǔn)來完成各種工序的加工。

（3）“互為基準(zhǔn)”原則當(dāng)兩個表面的相互位置精度及其自身的尺寸與形狀精度都要求很高時，可采用這兩個表面互為基準(zhǔn)，反復(fù)多次進行精加工。

例如，精密齒輪高頻淬火后，為消除淬火變形、提高齒面與軸孔的精度并保證齒面淬硬層的深度和厚度均勻，則在磨削加工時就以齒面定位磨削軸孔，再以軸孔定位磨削齒面。這樣可以保證軸孔與齒面有較高的相互位置精度。（4）“自為基準(zhǔn)”原則在某些要求加工余量盡量小而均勻的精加工工序中，應(yīng)盡量選擇加工表面本身作為定位基準(zhǔn)。例如，用浮動鏜刀鏜孔、圓拉刀拉孔、珩磨及無心磨床磨削外圓等。7．4．4粗基準(zhǔn)的選擇（1）若工件必須首先保證某重要表面的加工余量均勻，則應(yīng)選該表面為粗基準(zhǔn)。例如車床床頭箱，其主軸孔的精度要求很高，要求在加工主軸孔時余量均勻，使加工時的切削力和工藝系統(tǒng)的彈性變形均勻。這樣就會有利于保證高的尺寸精度和形狀精度。因此選用主軸孔為粗基準(zhǔn)加工底面（或頂面），再以底面（或頂面）為基準(zhǔn)加工主軸孔。（2）在沒有要求保證重要表面加工余量均勻的情況下，若零件上每個表面都要加工，則應(yīng)以加工余量最小的表面作為粗基準(zhǔn)。這樣，可使這個表面在加工中不致因加工余量不足，造成加工后仍留有部分毛面，致使工件報廢。例如、鑄造和鍛造的軸套，常是孔的加工余量較大，這時就以外圓表面為粗基準(zhǔn)來加工內(nèi)孔。（3）在沒有要求保證重要表面加工余量均勻的情況下，若零件有的表面不需要加工時，則應(yīng)以不加工表面中與加工表面的位置精度要求較高的表面為粗基準(zhǔn)。若既需保證某重要表面加工余量均勻，又要求保證不加工表面與加工表面的位置精度，則仍按本原則處理。（4）選作粗基準(zhǔn)的表面，應(yīng)盡可能平整和光潔，不能有飛邊、澆口、冒口及其它缺陷，以便定位準(zhǔn)確，裝夾可靠。（5）粗基準(zhǔn)在同一尺寸方向上通常只允許使用一次，否則定位誤差太大。但是，當(dāng)毛坯是精密鑄件或精密鍛件時，毛坯質(zhì)量高，而工件加工精度要求又不高時，可以重復(fù)使用某一粗基準(zhǔn)。7．5工藝