过程装备制造与检测——第十篇机械加工精度.ppt

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1、第篇 过程机械制造的质量要求 10 机械加工精度2021/9/23110 10 机械加工精度机械加工精度 10.1 10.1 概述概述 10.2 10.2 工艺系统的几何误差工艺系统的几何误差 10.3 10.3 工艺系统的受力变形工艺系统的受力变形 10.4 10.4 工艺系统的热变形工艺系统的热变形 10.5 10.5 工件残余应力引起的变形工件残余应力引起的变形2021/9/23210.1 10.1 概述概述机械加工精度机械加工精度 尺寸精度尺寸精度形状精度形状精度位置精度位置精度（通常形状误差限制在位置公差内（通常形状误差限制在位置公差内 ，位置公差限制在尺寸公差内），位置公差限制在尺

2、寸公差内）表面粗糙度表面粗糙度波度波度纹理方向纹理方向伤痕伤痕（划痕、裂纹、砂眼等）（划痕、裂纹、砂眼等）加工精度加工精度表面质量表面质量表面几何形状精度表面几何形状精度表面缺陷层表面缺陷层表层加工硬化表层加工硬化表层金相组织变表层金相组织变化表层残余应力化表层残余应力加工质量加工质量加工质量加工质量2021/9/233qq 加工精度：加工精度：零件加工后实际几何参数与理想几何参数（尺寸、形状和表面间的相互位置）符合程度。qq 加工误差：加工误差：零件的实际几何参数与理想几何参数的偏差q 两者关系两者关系：两者从不同角度来评定加工零件的几何参数。加工精度的高低是由加工误差的小大来表示的，保证和

3、提高加工精度问题，实际上是限制和降低加工误差问题。2021/9/234加工精度加工精度1)尺寸精度尺寸精度 限制加工表面与其基准间尺寸误差不超过一定的范围；2)几何形状精度几何形状精度 限制加工表面宏观几何形状误差，如圆度、圆柱度、平面度、直线度等；3)相互位置精度相互位置精度 限制加工表面与其基准面的相互位置误差，如平行度、垂直度、同轴度、位置度等。2021/9/235几何形状精度和尺寸精度有关系吗？几何形状精度和尺寸精度有关系吗？2021/9/236p 尺寸精度、形状精度和位置精度三者之间关系尺寸精度、形状精度和位置精度三者之间关系：通常形状公差限制在位置公差内，而位置误差一般限制在尺寸公

4、差之内。当尺寸精度要求高时，相应的位置精度、形状精度也要求高。但形状精度或位置精度要求高时，相应的尺寸精度不一定要求高，这要根据零件的功能要求来决定。p工艺系统工艺系统:在机械加工时，在机械加工时，机床、刀具，夹具和工件机床、刀具，夹具和工件构成一个完整构成一个完整的系统，为工艺系统。的系统，为工艺系统。2021/9/237零件的机械加工是在由机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统中进行的。工艺系统中凡是直接引起加工误差的因素都称为原始误差。*原始误差的原始误差的分类归纳如下：分类归纳如下：2021/9/238 获得尺寸精度方法：获得尺寸精度方法：试切法试切法 调整法调整法 定尺寸刀具法定尺寸刀

5、具法 自动控制法自动控制法 获得形状精度方法：获得形状精度方法：轨迹法轨迹法 成形法成形法 展成法展成法 表面相互位置精度的获得：表面相互位置精度的获得：由工件的定位安装精度决定由工件的定位安装精度决定附：获得零件加工几何参数的方法附：获得零件加工几何参数的方法2021/9/239获得尺寸精度的基本方法获得尺寸精度的基本方法试切法试切法以试切以试切测量测量调整调整再试切的循环方法，得再试切的循环方法，得 到刀具与工件的正确位置，以获得加工表面的尺寸精度。到刀具与工件的正确位置，以获得加工表面的尺寸精度。调整法调整法预先调整好刀具与工件的相对位置，并在一批预先调整好刀具与工件的相对位置，并在一批

6、 零件的加工过程中保持这个相对位置的不变，取得尺寸零件的加工过程中保持这个相对位置的不变，取得尺寸 精度的加工方法。精度的加工方法。定尺寸刀具法定尺寸刀具法依靠刀具的尺寸以保证加工面的尺寸。依靠刀具的尺寸以保证加工面的尺寸。自动控制法自动控制法将测量、调整和切削机构组成自动控制系将测量、调整和切削机构组成自动控制系统，以自动控制被加工面的尺寸要求。统，以自动控制被加工面的尺寸要求。2021/9/23102021/9/23112021/9/23122021/9/2313获得表面形状的基本方法获得表面形状的基本方法轨迹法轨迹法依靠刀尖运动轨迹取得所要求的表面几何形状。依靠刀尖运动轨迹取得所要求的表

7、面几何形状。简单几何形状表面的加工，如圆柱面、圆锥面、平面等。简单几何形状表面的加工，如圆柱面、圆锥面、平面等。成形法成形法由成形刀具刀刃形状取得所要求的表面形状。由成形刀具刀刃形状取得所要求的表面形状。成形车刀（砂轮）加工回转曲面、成形铣刀加工曲面、成形车刀（砂轮）加工回转曲面、成形铣刀加工曲面、车磨螺纹时其牙形由刀具形状所决定。车磨螺纹时其牙形由刀具形状所决定。展成法展成法依靠刀具与工件的相对啮合运动，被加工表面依靠刀具与工件的相对啮合运动，被加工表面 由刀刃在啮合运动中的包络面所形成。由刀刃在啮合运动中的包络面所形成。齿轮的滚、插、磨及剃齿加工；加工螺纹的螺旋面成形。齿轮的滚、插、磨及剃

8、齿加工；加工螺纹的螺旋面成形。2021/9/23142021/9/23152021/9/23162021/9/231710.2 10.2 工艺系统的误差工艺系统的误差工件相对于刀具运动状态下的误差主轴回转误差导轨导向误差传动误差 引起加工误差的根本原因是工艺系统存在着误差，将工艺系统的误差称为原始误差。原始误差与工艺系统原始状态有关的原始误差(几何误差)与工艺过程有关的原始误差(动误差)原理误差定位误差调整误差刀具误差夹具误差机床误差工艺系统受力变形（包括夹紧变形）工艺系统受热变形刀具磨损测量误差工件残余应力引起的变形工件相对于刀具静止状态下的误差原始误差原始误差原始误差分类原始误差分类202

9、1/9/231810.2.1 10.2.1 原理误差原理误差 一、加工原理误差加工原理误差采用原理上近似的成形运动或近似的刀具轮廓进行加工所引起的误差。加工原理误差多出现于螺纹、齿轮、复杂曲面加工中 应用近似加工，在理论误差可以满足加工精度要求的前提下(10%-15%尺寸公差)，是提高生产率和经济性的有效工艺方法。一般加工原理误差应一般加工原理误差应10%-15%10%-15%工件公差工件公差2021/9/231910.2.2 10.2.2 调整误差调整误差调整误差调整误差由于调整不准确而产生的误差 工艺系统的调整有两种基本形式工艺系统的调整有两种基本形式：(1)(1)试切法调整试切法调整试切

10、、测量、调整，直至符合规定的尺寸要求 影响调整误差的因素：影响调整误差的因素：1）测量误差 2）机床进给机构位移误差 3）试切厚度与正式切削厚度不同而产生的误差试切法调整加工特点：试切法调整加工特点：生产效率低，只适于单件小批生产 调整法调整法加工前调整好刀具与工件之间的相对位置 影影响响调调整整误误差差的的因因素素：1）影响试切法的所有因素 2）定程机构误差 3）样件或样板误差 4）测量有限试件造成的误差 调调整整法法加加工工特特点点：生产效率高,广泛采用行程挡块、行程开关、夹具2021/9/232010.2.3 10.2.3 机床的几何误差机床的几何误差 机机床床的的几几何何误误差差来来自

11、自三三方方面面：机机床床本本身身的的制制造造、磨磨损、安装、调整。损、安装、调整。1 1）主轴回转误差）主轴回转误差 2 2）导轨误差）导轨误差 3 3）机床的传动误差）机床的传动误差 “误差的敏感方向误差的敏感方向”2021/9/2321 “误差的敏感方向误差的敏感方向”2021/9/2322 “误差的敏感方向误差的敏感方向”2021/9/2323 主轴回转误差是指主轴实主轴回转误差是指主轴实主轴回转误差是指主轴实主轴回转误差是指主轴实际回转线对其际回转线对其际回转线对其际回转线对其理想回转轴线理想回转轴线理想回转轴线理想回转轴线的漂移。的漂移。的漂移。的漂移。用用用用平均回转轴线（主轴各平

12、均回转轴线（主轴各平均回转轴线（主轴各平均回转轴线（主轴各瞬时回转轴线的平均位置）瞬时回转轴线的平均位置）瞬时回转轴线的平均位置）瞬时回转轴线的平均位置）代替。代替。代替。代替。为便于研究，可将主轴回为便于研究，可将主轴回为便于研究，可将主轴回为便于研究，可将主轴回转误差分解为径向圆跳动、转误差分解为径向圆跳动、转误差分解为径向圆跳动、转误差分解为径向圆跳动、端面圆跳动和倾角摆动三种端面圆跳动和倾角摆动三种端面圆跳动和倾角摆动三种端面圆跳动和倾角摆动三种基本型式。基本型式。基本型式。基本型式。主轴回转误差主轴回转误差b b）端面圆跳动）端面圆跳动a a）径向圆跳动）径向圆跳动c c）倾角摆动）

13、倾角摆动主轴回转误差基本形式主轴回转误差基本形式qq 主轴回转误差概念主轴回转误差概念10.2.3 10.2.3 机床的几何误差机床的几何误差主轴误差主轴误差2021/9/2324q 主轴回转误差对加工精度的影响主轴回转误差对加工精度的影响 主轴径向圆跳动对加工精度的影响（镗孔）主轴径向圆跳动对加工精度的影响（镗孔）5 5微米微米考虑最简单的情况，主轴回转中心在X方向上作简谐直线运动，其频率与主轴转速相同，幅值为2e。则刀尖的坐标值为：e径向跳动对镗孔精度影响式中 R 刀尖回转半径；主轴转角。显然，上式为一椭圆。2021/9/2325径向跳动对车外圆精度影响1 12 23 34 45 56 6

14、7 78 8仍考虑最简单的情况，主轴回转中心在X方向上作简谐直线运动，其频率与主轴转速相同，幅值为2e。则刀尖运动轨迹接近于正圆（图）。vv 思思考考：主主轴轴回回转转中中心心在在X X方方向向上上作作简简谐谐直直线线运运动动，其其频频率率为为主主轴轴转转速速两两倍倍，被被车外圆形状如何？车外圆形状如何？结结论论：主主轴轴径径向向跳跳动动影影响加工表面的圆度误差响加工表面的圆度误差e e 主轴径向圆跳动对加工精度的影响（车外圆）主轴径向圆跳动对加工精度的影响（车外圆）2021/9/2326 主轴端面圆跳动对加工精度的影响主轴端面圆跳动对加工精度的影响(2323微米微米）对圆柱面加工没有影响；对

15、圆柱面加工没有影响；对圆柱面加工没有影响；对圆柱面加工没有影响；被被被被加加加加工工工工端端端端面面面面不不不不平平平平，与与与与圆圆圆圆柱柱柱柱面面面面不不不不垂垂垂垂直直直直（如如如如主主主主轴轴轴轴回回回回转转转转一一一一周周周周，端面跳动一次，加工出的端面近似螺旋面）；端面跳动一次，加工出的端面近似螺旋面）；端面跳动一次，加工出的端面近似螺旋面）；端面跳动一次，加工出的端面近似螺旋面）；加工螺纹时，产生螺距周期性误差加工螺纹时，产生螺距周期性误差加工螺纹时，产生螺距周期性误差加工螺纹时，产生螺距周期性误差。2 Sx主轴端面跳动引起螺距加工周期误差2021/9/2327 主轴倾角摆动对加

16、工精度的影响主轴倾角摆动对加工精度的影响（1 1）几何轴线相对与平均轴线在空间成一定锥角的圆几何轴线相对与平均轴线在空间成一定锥角的圆 锥运动锥运动 若沿与平均轴线垂直的各个截面来看，相当于几何轴若沿与平均轴线垂直的各个截面来看，相当于几何轴线绕平均轴心做偏心运动，只是各截面的偏心量不同。因线绕平均轴心做偏心运动，只是各截面的偏心量不同。因此，无论此，无论车削还是镗削都能获得一个正圆柱。车削还是镗削都能获得一个正圆柱。（2 2）几何轴线在某一平面内作角度摆动几何轴线在某一平面内作角度摆动 若频率和主轴回转频率一致，沿与平均回转轴线垂若频率和主轴回转频率一致，沿与平均回转轴线垂直的各个截面看，直

17、的各个截面看，车削车削表面是一个圆，表面是一个圆，整体为一圆柱整体为一圆柱，镗孔镗孔时，在垂直于主轴平均轴线的各个截面内都形成椭时，在垂直于主轴平均轴线的各个截面内都形成椭圆，圆，整体加工出椭圆柱整体加工出椭圆柱。2021/9/23282021/9/2329ABq 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 内外滚道圆度误差、滚动体形状及尺寸误差轴径不圆引起车床主轴径向跳动 滑动轴承（注意切削力的方向）滑动轴承（注意切削力的方向）镗床镗床 轴承孔不圆轴承孔不圆引起镗引起镗床主轴径向跳动床主轴径向跳动轴承孔不圆引起镗床主轴径向跳动 滚动轴承滚动轴承 车床车床 轴径不圆轴径不圆引起车床引

18、起车床主轴向跳动（注意其频率特性）主轴向跳动（注意其频率特性）静静压压轴轴承承 对对轴轴承承孔孔或或轴径圆度误差起轴径圆度误差起均化均化作用作用2021/9/2330 推力轴承推力轴承 滚道端面平面度误差及与回转轴线的垂直度误差轴承间隙的影响轴承间隙的影响a）b）0止推轴承端面误差对主轴轴向窜动的影响q 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轴承间隙过大，使主轴工作时油膜厚度增大油膜承载能力降低，当工作条件(载荷、转速等)变化时，油楔厚度变化较大，主轴轴线漂移量增大。2021/9/2331 提高主轴部件制造精度提高主轴部件制造精度提高主轴部件制造精度提高主轴部件制造精度 对滚动轴

19、承进行预紧对滚动轴承进行预紧对滚动轴承进行预紧对滚动轴承进行预紧 使主轴回转精度不反映到工件上使主轴回转精度不反映到工件上使主轴回转精度不反映到工件上使主轴回转精度不反映到工件上q 提高主轴回转精度的措施提高主轴回转精度的措施磨床采用死顶尖支承用镗模镗孔2021/9/233210.2.3 10.2.3 机床的几何误差机床的几何误差导轨误差导轨误差机床导轨误差机床导轨误差水平面内的直线度误差水平面内的直线度误差（弯曲）（弯曲）垂直面内的直线度误差垂直面内的直线度误差（弯曲）（弯曲）前后导轨之间的平行度误差前后导轨之间的平行度误差（扭曲）（扭曲）2021/9/2333水平面内的直线度误差水平面内的

20、直线度误差（弯曲）（弯曲）车削、磨削时车削、磨削时，为误差敏感方向；为误差敏感方向；引起圆柱度误差引起圆柱度误差2021/9/2334垂直平面内的直线度误差垂直平面内的直线度误差（弯曲）（弯曲）车削、磨削时车削、磨削时，为为误差误差非非敏感方向；敏感方向；对加工精度影响很小对加工精度影响很小2021/9/2335垂直平面内的直线度误差垂直平面内的直线度误差（弯曲）（弯曲）车削、磨削时，为车削、磨削时，为误差非敏感方向；误差非敏感方向；刨削、平面磨削时刨削、平面磨削时，为误差敏感方向。为误差敏感方向。造成平面度或直线度误差造成平面度或直线度误差2021/9/2336前后导轨之间的平行度误差前后导

21、轨之间的平行度误差（扭曲）（扭曲）两导轨不平行对加工精两导轨不平行对加工精度的影响较大，度的影响较大，引起工引起工件的形状误差（鞍形、件的形状误差（鞍形、鼓形、锥形等）鼓形、锥形等）2021/9/2337成形运动间相对位置误差的影响成形运动间相对位置误差的影响车床纵向导轨与主轴在水平面内有平行度误差车床纵向导轨与主轴在水平面内有平行度误差例：例：导轨与主轴平行度误差：导轨与主轴平行度误差：H Hx x 工件直径差：工件直径差：D=2L*HD=2L*Hx x主轴主轴n n导轨导轨f fL L工件产生圆柱度误差工件产生圆柱度误差俯视图上导轨俯视图上导轨与主轴不平行与主轴不平行圆锥形圆锥形2021/

22、9/2338成形运动间相对位置误差的影响成形运动间相对位置误差的影响车床纵向导轨与主轴在垂直面内有平行度误差车床纵向导轨与主轴在垂直面内有平行度误差正视图上导轨与主轴正视图上导轨与主轴不平行不平行n n主轴主轴导轨导轨O OB BA Af fA AB BO O鞍形（轴剖面内为双曲线）鞍形（轴剖面内为双曲线）例：导轨与主轴平行度误差：例：导轨与主轴平行度误差：H Hy y 工件直径差：工件直径差：D=HD=Hy y2 2/R/Ro o2021/9/2339成形运动间相对位置误差的影响成形运动间相对位置误差的影响车床横向导轨与主轴轴线有垂直度误差车床横向导轨与主轴轴线有垂直度误差n nf f工件端

23、面产生内凹或外凸工件端面产生内凹或外凸的平面度误差的平面度误差 例：例：横向导轨与主轴夹角：横向导轨与主轴夹角：平面度误差：平面度误差：=(d/2)*tan(=(d/2)*tan()2021/9/2340 传动键误差传动键误差 传动链的传动误差是指内联系的传动链中首末两端传动元件之间相对运动的误差。是螺纹、齿轮、蜗轮以及其它按展成原理加工时，影响加工精度的主要因素。传动元件如齿轮、蜗轮、蜗杆、丝杠、螺母等有制造误差（主要是影响运动精度的误差）传动元件的装配误差（主要是装配偏心）和磨损时，就会破坏正确的运动关系，使工件产生误差。10.2.3 10.2.3 机床的几何误差机床的几何误差传动键误差传

24、动键误差2021/9/2341 缩短传动链长度缩短传动链长度缩短传动链长度缩短传动链长度 提高末端元件的制造精度与安装精度提高末端元件的制造精度与安装精度提高末端元件的制造精度与安装精度提高末端元件的制造精度与安装精度 采用降速传动采用降速传动采用降速传动采用降速传动 采采采采用用用用频频频频谱谱谱谱分分分分析析析析方方方方法法法法，找找找找出出出出影影影影响响响响传传传传动动动动精精精精度度度度的的的的误误误误差环节差环节差环节差环节 对传动误差进行补偿对传动误差进行补偿对传动误差进行补偿对传动误差进行补偿q 提高传动精度措施提高传动精度措施2021/9/2342丝扛加工误差补偿装置1 工件

25、 2 螺母 3 母丝杠 4 杠杆 5 校正尺 6 触头 7 校正曲线 附加位移螺母附加转动2021/9/2343L L0.050.05 6 6F F7 7 1010F F7 7k k6 6 2020H H 7 7g g 6 6Y YZ Z钻钻孔夹具误差分析孔夹具误差分析q 夹具误差影响加工位置精度。夹具误差影响加工位置精度。夹具误差影响加工位置精度。夹具误差影响加工位置精度。q 与夹具有关的影响位置误差因素包括与夹具有关的影响位置误差因素包括与夹具有关的影响位置误差因素包括与夹具有关的影响位置误差因素包括qq 通常要求定位误差和夹通常要求定位误差和夹具制造误差不大于工件相具制造误差不大于工件相

26、应公差的应公差的1/31/3。1 1）定位误差；）定位误差；2 2）刀具导向（对刀）误差；）刀具导向（对刀）误差；3 3）夹紧误差；）夹紧误差；4 4）夹具制造误差；）夹具制造误差；5 5）夹具安装误差；）夹具安装误差；10.2.4 10.2.4 机床的几何误差机床的几何误差夹具误差夹具误差2021/9/2344qq 定尺寸刀具（钻头、绞刀、键槽铣刀、浮动镗刀块、拉定尺寸刀具（钻头、绞刀、键槽铣刀、浮动镗刀块、拉刀等）尺寸误差影响加工尺寸误差刀等）尺寸误差影响加工尺寸误差qq 成形刀具和展成刀具形状误差影响加工形状误差成形刀具和展成刀具形状误差影响加工形状误差qq 刀具磨损影响加工尺寸误差或形

27、状误差刀具磨损影响加工尺寸误差或形状误差车刀后刀面磨损对加工尺寸影响刀具磨损过程10.2.5 10.2.5 机床的几何误差机床的几何误差刀具误差刀具误差2021/9/234510.3 10.3 工艺系统的受力变形工艺系统的受力变形在加工误差敏感方向上工艺系统所受外力与变形量之比q 工艺系统刚度定义工艺系统刚度定义式中 k工艺系统刚度；Fp吃刀抗力；y 工艺系统位移（切削合力作用下的位移）。q 工艺系统受力变形工艺系统受力变形工艺系统受力变形引起加工误差2021/9/2346式中 k 工艺系统刚度；kjc 机床刚度；kjj 夹具刚度；kd 刀具刚度；kg 工件刚度。工艺系统受力变形等于工艺系统各

28、组成部分受力变形工艺系统受力变形等于工艺系统各组成部分受力变形之迭加。由此可导出工艺系统刚度与工艺系统各组成部之迭加。由此可导出工艺系统刚度与工艺系统各组成部分刚度之间的关系：分刚度之间的关系：q 工艺系统刚度计算公式工艺系统刚度计算公式q 工艺系统刚度计算说明工艺系统刚度计算说明 工件、刀具形状简单时，其刚度可用材料力学公式计算工件、刀具形状简单时，其刚度可用材料力学公式计算 对机床部件、夹具等，其刚度多采用实验方法确定对机床部件、夹具等，其刚度多采用实验方法确定 计算时可适当简化（忽略变形小的部分）计算时可适当简化（忽略变形小的部分）2021/9/2347q 机床变形引起的加工误差机床变形

29、引起的加工误差式中 yjc 机床总变形；Fp 吃刀抗力；ktj 机床前顶尖处刚度；kwz 机床后顶尖处刚度；kdj 机床刀架刚度；L 工件全长；x 刀尖至工件左端距离。变形随受力点变化规律xtjxwzxdjxFpAABBCCzLFAFBxz切削力作用点位置变化引起工件形状误差切削力作用点位置变化引起工件形状误差2021/9/2348 机床误差使工件加工后成鞍形机床误差使工件加工后成鞍形（很好）很好）机床受力变形引起的加工误差2021/9/2349 式中 yg 工件变形；E 工件材料弹性模量 I 工件截面惯性矩；Fp，L，x 含义同前 由于工件变形，使工件加工由于工件变形，使工件加工由于工件变形

30、，使工件加工由于工件变形，使工件加工 后成鼓形后成鼓形后成鼓形后成鼓形(工件刚性差工件刚性差工件刚性差工件刚性差)工件受力变形引起的加工误差q 工件变形引起的加工误差工件变形引起的加工误差2021/9/2350q 机床变形和工件变形共同引起的加工误差机床变形和工件变形共同引起的加工误差q 工艺系统刚度工艺系统刚度 根根根根据据据据上上上上式式式式，测测测测得得得得了了了了车车车车床床床床前前前前顶顶顶顶尖尖尖尖、尾尾尾尾顶顶顶顶尖尖尖尖、刀刀刀刀架架架架三三三三个个个个部部部部件件件件的的的的刚刚刚刚度度度度，以以以以及及及及确确确确定定定定了了了了工工工工件件件件的的的的材材材材料料料料和和

31、和和尺尺尺尺寸寸寸寸，就就就就可可可可按按按按 z z z z 值值值值，估估估估算算算算车车车车削削削削圆圆圆圆轴轴轴轴时时时时工工工工艺艺艺艺系系系系统统统统的的的的刚刚刚刚度度度度及及及及不不不不同同同同处处处处工工工工件件件件半半半半径径径径的的的的变变变变化。化。化。化。2021/9/2351式中式中 切削条件系数切削条件系数 g g 工件圆度误差；工件圆度误差；m m 毛坯圆度误差；毛坯圆度误差；k k 工艺系统刚度；工艺系统刚度；误差复映系数。误差复映系数。q 以椭圆截面车削为例说明以椭圆截面车削为例说明以椭圆截面车削为例说明以椭圆截面车削为例说明误差复映现象ap11ap22毛坯

32、外形工件外形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 为一常数为一常数切削力切削力 当当当当工件材料硬度均匀，刀具切削条件和进给量一定工件材料硬度均匀，刀具切削条件和进给量一定工件材料硬度均匀，刀具切削条件和进给量一定工件材料硬度均匀，刀具切削条件和进给量一定的情况下，则：的情况下，则：的情况下，则：的情况下，则：2021/9/2352q 误差复映误差复映误差复映误差复映由于工艺系统受力变形，使毛坯误差部分反映到工件上，此种现象称为“误差复映”q 误差复映系数误差复映系数误差复映系数误差复映系数 误差复映程度可用误差复映系数来表示，误差复映系误差复映程度可用误差复映系数来表示，

33、误差复映系数与系统刚度成反比。由前面公式可得：数与系统刚度成反比。由前面公式可得：机械加工中，误差复映系数通常小于机械加工中，误差复映系数通常小于1 1。可通过多。可通过多次走刀，消除误差复映的影响。次走刀，消除误差复映的影响。2021/9/2353 以以以以上上上上分分分分析析析析可可可可知知知知，工工工工件件件件毛毛毛毛坯坯坯坯有有有有形形形形状状状状误误误误差差差差或或或或相相相相互互互互位位位位置置置置误误误误差差差差时时时时，加加加加工工工工后后后后会会会会有有有有同同同同类类类类加加加加工工工工误误误误差差差差出出出出现现现现。在在在在成成成成批批批批生生生生产产产产中中中中用用用

34、用调调调调整整整整法法法法加加加加工工工工一一一一批批批批工工工工件件件件时时时时，如如如如毛毛毛毛坯坯坯坯直直直直径径径径大大大大小小小小不不不不一一一一或或或或硬硬硬硬度不均匀度不均匀度不均匀度不均匀，同样会有类似情况发生。，同样会有类似情况发生。，同样会有类似情况发生。，同样会有类似情况发生。以以以以上上上上分分分分析析析析仅仅仅仅考考考考虑虑虑虑静静静静刚刚刚刚度度度度，实实实实际际际际上上上上加加加加工工工工过过过过程程程程受受受受多多多多种种种种因因因因素素素素影影影影响响响响，例例例例如如如如毛毛毛毛坯坯坯坯的的的的椭椭椭椭圆圆圆圆形形形形及及及及相相相相应应应应切切切切深深深深

35、变变变变化化化化，使使使使均均均均值值值值切切切切削削削削力力力力迭迭迭迭加加加加有有有有频频频频率率率率为为为为2 2 2 2倍倍倍倍于于于于工工工工件件件件转转转转速速速速的的的的简简简简谐谐谐谐激激激激振振振振力力力力，并并并并使使使使系系系系统统统统产产产产生生生生强强强强迫迫迫迫振振振振动动动动。因因因因而而而而实实实实际际际际结结结结果果果果会会会会与与与与上上上上述述述述分分分分析析析析有有有有所不同。所不同。所不同。所不同。2021/9/2354q 夹紧力影响夹紧力影响a）b）薄壁套夹紧变形薄壁工件磨削例：薄壁套夹紧变形解决：加开口套又例：薄壁工件磨削解决：加橡皮垫夹紧力、重力

36、引起的加工误差夹紧力、重力引起的加工误差2021/9/2355龙门铣横梁变形例：例：龙门铣横梁龙门铣横梁龙门铣横梁变形转移龙门铣横梁变形补偿q 重力影响重力影响解决解决1 1：重量转移重量转移 解决解决2 2：变形补偿变形补偿2021/9/2356q 传动力影响传动力影响 理论上不会产生理论上不会产生圆度误差（但会产圆度误差（但会产生圆柱度误差）生圆柱度误差）易会引起强迫振易会引起强迫振动动 解决：双销传动解决：双销传动传动力对加工精度的影响zlRXYFpFcFcdFcdxra）OOr0XYFpAFcdrcd=Fcd/kcOFcFc/kcFp/kcb）传动力和惯性力引起的加工误差传动力和惯性力

37、引起的加工误差q 惯性力影响惯性力影响 与传动力类似与传动力类似 解决：静动平衡解决：静动平衡2021/9/2357减小工艺系统受力变形的途径减小工艺系统受力变形的途径 合理设计零部件结构和截面形状合理设计零部件结构和截面形状提高工艺系统刚度提高工艺系统刚度封闭整体箱形结构2021/9/2358 提提高高连连接接表表面面接接触触刚刚度度（表表面面粗粗糙糙度度，改改进进接接触触质量，予加载荷）质量，予加载荷）支座零件不同安装方法转塔车床导向杆提高工艺系统刚度提高工艺系统刚度减小载荷及其变化减小载荷及其变化变形转移、补偿和校正变形转移、补偿和校正 采采用用辅辅助助支支承承（中中心心架架，跟刀架，镗

38、杆支承等）跟刀架，镗杆支承等）采用合理装夹和加工方式采用合理装夹和加工方式 采用合理的刀具角度和切削用量采用合理的刀具角度和切削用量 毛坯分组，使加工余量均匀毛坯分组，使加工余量均匀2021/9/235910.4 10.4 工艺系统的热变形工艺系统的热变形概述概述在精密加工和大件加工中，工艺系统热变形引起的加工误差占总误差的约4070%温度场温度场工艺系统各部分温度分布工艺系统各部分温度分布 热热平平衡衡单单位位时时间间内内，系系统统传传入入的的热热量量与与传传出出的的热热量量相等，系统各部分温度保持在一相对稳定的数值上相等，系统各部分温度保持在一相对稳定的数值上 温度场与热平衡研究温度场与热

39、平衡研究目前以实验研究为主目前以实验研究为主工艺系统热源内部热源外部热源切削热摩擦热环境热源辐射热工艺系统热变形工艺系统热变形工艺系统热源工艺系统热源温度场与工艺系统热平衡温度场与工艺系统热平衡2021/9/2360q 圆柱类工件热变形圆柱类工件热变形 5 5 5 5级丝杠累积误差全长级丝杠累积误差全长级丝杠累积误差全长级丝杠累积误差全长5 5 5 5 m mm m，可见热变形的严重性可见热变形的严重性可见热变形的严重性可见热变形的严重性式中 L，D 长度和直径热变形量；L，D 工件原有长度和直径；工件材料线膨胀系数；t 温升。长度：长度：直径：直径：例：长例：长400mm400mm丝杠，加工

40、过程温升丝杠，加工过程温升1 1，热伸长量为：，热伸长量为：工件均匀受热工件均匀受热10.4 10.4 工艺系统的热变形工艺系统的热变形工件热变形影响工件热变形影响2021/9/2361式中 X 变形挠度；L，S 工件原有长度和厚度；工件材料线膨胀系数；t 温升。q 板类工件单面加工时的热变形板类工件单面加工时的热变形平面加工热变形X/4LS此值已大于精密导轨平直度要求结果：加工时上表面升温，工件向上拱起，磨削时将中凸部分磨平，冷却后工件下凹。例：高600mm，长2000mm的床身，若上表面温升为3，则变形量为：工件不均匀受热工件不均匀受热2021/9/2362 体体积积小小，热热容容量量小小

41、，达到热平衡时间较短达到热平衡时间较短 温温升升高高，变变形形不不容容忽忽视（达视（达0.03 0.03 0.05mm0.05mm）q 特点特点q 变形曲线变形曲线式中 热伸长量；max 达到热平衡热伸长量；切削时间；c 时间常数（热伸长量为热平衡热伸长量约63%的时间，常取34分钟）。(min)车刀热变形曲线连续切削升温曲线冷却曲线间断切削升温曲线（m）maxb0c0.63max刀具热变形刀具热变形10.4 10.4 工艺系统的热变形工艺系统的热变形刀具热变形影响刀具热变形影响2021/9/2363 体积大，热容量大，温升不高，达到热平衡时间长体积大，热容量大，温升不高，达到热平衡时间长 结

42、构复杂，温度场和变形不均匀，对加工精度影响显著结构复杂，温度场和变形不均匀，对加工精度影响显著运转时间/h0 1 2 3 450150100200位移/m20406080温升/YX前轴承温升车床受热变形a）车床受热变形形态b）温升与变形曲线机床热变形特点机床热变形特点车床热变形车床热变形10.4 10.4 工艺系统的热变形工艺系统的热变形机床热变形影响机床热变形影响2021/9/2364 立铣立铣立式铣床、外圆磨床、导轨磨床受热变形a）铣床受热变形形态b）外圆磨床受热变形形态c）导轨磨床受热变形形态 外圆磨外圆磨 导轨磨导轨磨其他机床热变形其他机床热变形2021/9/2365例例：磨床油箱置于

43、床身内，其发热使导轨中凹解决解决：导轨下加回油槽平面磨床补偿油沟又又例例：立式平面磨床立柱前壁温度高，产生后倾。解解决决：采用热空气加热立柱后壁均衡立柱前后壁温度场 减减少少切切削削热热和和磨磨削削热热，粗粗、精加工分开。精加工分开。充分冷却和强制冷却。充分冷却和强制冷却。隔离热源。隔离热源。减少热源发热和隔离热源减少热源发热和隔离热源均衡温度场均衡温度场10.4 10.4 工艺系统的热变形工艺系统的热变形减小热变形途径减小热变形途径2021/9/2366 热对称结构热对称结构双端面磨床主轴热补偿1主轴 2壳体 3过渡套筒热伸长方向采用合理结构采用合理结构 热补偿结构（例主轴热补偿）热补偿结构

44、（例主轴热补偿）加工中心热对称结构立柱2021/9/2367支承距影响热变形L1L2 合理选择装配基准合理选择装配基准 高速空运转高速空运转 人为加热人为加热 恒温恒温 人体隔离人体隔离采用合理结构采用合理结构加速达到热平衡加速达到热平衡控制环境温度控制环境温度车床主轴箱定位面位置选择x-yxyy2021/9/2368铸件残余应力引起变形冷校直引起的残余应力压拉加载压压拉拉卸载 设计合理零件结构设计合理零件结构 粗、精加工分开粗、精加工分开 避免冷校直避免冷校直 时效处理时效处理残余应力来源残余应力来源 毛毛坯坯制制造造和和热热处处理理产产生生的残余应力的残余应力减小残余应力措施减小残余应力措施 冷校直带来的残余应力冷校直带来的残余应力 切削加工带来的残余应力切削加工带来的残余应力10.5 10.5 工件残余应力引起的变形工件残余应力引起的变形2021/9/2369