第五章-工件的机械加工质量课件.ppt

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1、1第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量本章要点本章要点 机械加工质量的基本概念机械加工质量的基本概念机械加工质量的基本概念机械加工质量的基本概念 影响加工精度的因素影响加工精度的因素影响加工精度的因素影响加工精度的因素 影响表面质量的因素影响表面质量的因素影响表面质量的因素影响表面质量的因素2第一节 机械加工质量的基本概念第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量一、机械加工质量的概念一、机械加工质量的概念一、机械加工质量的概念一、机械加工质量的概念 工件的机械加工质量包括两个方面：加工精度及表面质量。工件的机械加工质量包括两个方面：加工精度及表面质量。工件的机械加工质量

2、包括两个方面：加工精度及表面质量。工件的机械加工质量包括两个方面：加工精度及表面质量。3机械加工精度及加工误差机械加工精度及加工误差l l工件加工后各表面的实际几何参数（尺寸、形状及相互位置）与理工件加工后各表面的实际几何参数（尺寸、形状及相互位置）与理 想值的符合程度称为想值的符合程度称为加工精度加工精度，与理想值的偏离程度称为，与理想值的偏离程度称为加工误差加工误差。l l加工精度和加工误差是从相反两个方面来描述工件的几何参数的，加工精度和加工误差是从相反两个方面来描述工件的几何参数的，加工精度高，则加工误差小；反正，加工误差大，则加工精度低。加工精度高，则加工误差小；反正，加工误差大，则

3、加工精度低。l l加工精度及加工误差的内容包括尺寸精度（或误差）、形状精度（或加工精度及加工误差的内容包括尺寸精度（或误差）、形状精度（或误差）、位置精度（或误差）。误差）、位置精度（或误差）。机械加工表面质量机械加工表面质量l l表面几何学特征，指表面微观几何形状，包括表面粗糙度及波度。表面几何学特征，指表面微观几何形状，包括表面粗糙度及波度。l l表面层材质的变化，指在表面层出现的与基体材料组织不同的变质情表面层材质的变化，指在表面层出现的与基体材料组织不同的变质情况，包括冷作硬化、金相组织变化、残余应力。况，包括冷作硬化、金相组织变化、残余应力。第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械

4、加工质量4二、获得加工精度的方法及经济加工精度二、获得加工精度的方法及经济加工精度获得尺寸精度的方法获得尺寸精度的方法l l试切法试切法刀具相对工件的位置是通过试切、测量、调整、再试切反刀具相对工件的位置是通过试切、测量、调整、再试切反复进行而得到。该方法的特点是生产力低，精度取决于工人的水平，复进行而得到。该方法的特点是生产力低，精度取决于工人的水平，因此，适用于单件小批量生产。因此，适用于单件小批量生产。l l调整法调整法工件加工前先调整好刀工件加工前先调整好刀 具与工件在机床上的相对位置，并具与工件在机床上的相对位置，并 在加工过程中保持该位置不变。该在加工过程中保持该位置不变。该 方法

5、的特点是生产力高，尺寸稳定方法的特点是生产力高，尺寸稳定 性好，适用于大批量生产。性好，适用于大批量生产。第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量BA5l l定尺寸刀具法定尺寸刀具法利用刀具的尺寸来保证工件尺寸，如孔加工、槽加利用刀具的尺寸来保证工件尺寸，如孔加工、槽加工等。其特点是工件尺寸精度取决于刀具尺寸精度。工等。其特点是工件尺寸精度取决于刀具尺寸精度。l l自动控制法自动控制法利用测量装置、进给装置和控制系统，使工件在加工利用测量装置、进给装置和控制系统，使工件在加工过程中自动测量、进给、补偿，从而到达要求的尺寸。该方法的特点过程中自动测量、进给、补偿，从而到达要求的尺寸。该

6、方法的特点是加工精度高，生产力高，适用于在自动化机床上加工。是加工精度高，生产力高，适用于在自动化机床上加工。获得形状精度的方法获得形状精度的方法l l轨迹法轨迹法利用切削运动刀具刀尖的运动轨迹以形成工件被加工表面利用切削运动刀具刀尖的运动轨迹以形成工件被加工表面形状。形状。l l成形法成形法利用成形刀具切削刃的几何形状切削出工件的形状。利用成形刀具切削刃的几何形状切削出工件的形状。第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量6l l展成法展成法利用刀具和工件作展成运动时，切削刃在被加工表面上形利用刀具和工件作展成运动时，切削刃在被加工表面上形成的包络面形成工件加工表面。成的包络面形成工

7、件加工表面。l l相切法相切法利用旋转刀具（如铣刀）切削时，切削刃运动轨迹的包络利用旋转刀具（如铣刀）切削时，切削刃运动轨迹的包络线形成工件被加工表面。线形成工件被加工表面。第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量7获得位置精度的方法获得位置精度的方法 工件加工时获得位置精度主要取决于工件的装夹方法，主要有找正工件加工时获得位置精度主要取决于工件的装夹方法，主要有找正装夹法和专用夹具装夹法。装夹法和专用夹具装夹法。经济精度及经济表面粗糙度经济精度及经济表面粗糙度 指某种加工方法在正常的生产条件下（指某种加工方法在正常的生产条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级工人，不

8、延长加工时间）所能达到的加工精度，）所能达到的加工精度，也包括经济表面粗糙度。可参阅有关手册。也包括经济表面粗糙度。可参阅有关手册。l l不应将其理解为某个确定值，而应理解为一个精度范围。不应将其理解为某个确定值，而应理解为一个精度范围。l l各种经济加工精度不是一成不变的，随着加工技术水平的提高，也随各种经济加工精度不是一成不变的，随着加工技术水平的提高，也随着提高。着提高。l l有关手册、文献所查阅的精度和表面粗糙度是指的经济精度和经济表有关手册、文献所查阅的精度和表面粗糙度是指的经济精度和经济表面粗糙度。面粗糙度。第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量8一、影响加工精度的原始

9、误差及分类一、影响加工精度的原始误差及分类 机械加工工艺系统机械加工工艺系统 机械加工过程中，由机床、工件、夹具和刀具所组成的封闭系统称为机械加工工艺系统。第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量第二节第二节 影响加工精度的因素影响加工精度的因素9工工 件件相相 对对于于 刀刀具具 运运动动 状状态态 下下的的 误误差差主轴回转误差主轴回转误差导轨导向误差导轨导向误差传动误差传动误差工工工工艺艺艺艺系系系系统统统统原原原原始始始始误误误误差差差差引引起起加加工工误误差差的的根根本本原原因因是是工工艺艺系系统统存存在着误差，将工艺系统的误差称为原始误差。在着误差，将工艺系统的误差称为原

10、始误差。原始原始误差误差与与工工艺艺系系统统原原始始状状态态有有关关的的原原始始误误差差(几何误差几何误差)与与工工艺艺过过程程有有关关的的原始误差原始误差(动误差动误差)原理误差原理误差定位误差定位误差调整误差调整误差刀具误差刀具误差夹具误差夹具误差机床误差机床误差工艺系统受力变形（包括夹紧变形）工艺系统受力变形（包括夹紧变形）工艺系统受热变形工艺系统受热变形刀具磨损刀具磨损测量误差测量误差工件残余应力引起的变形工件残余应力引起的变形工工件件相相对对于于刀刀具具静静止止状状态态下下的的误误差差原始误差构成原始误差构成原始误差的分类原始误差的分类原始误差的分类原始误差的分类第五章第五章 工件的

11、机械加工质量工件的机械加工质量10二、加工原理误差二、加工原理误差二、加工原理误差二、加工原理误差 加工原理误差是指采用了近似的成型运动或近似的刀刃轮廓进行加工加工原理误差是指采用了近似的成型运动或近似的刀刃轮廓进行加工加工原理误差是指采用了近似的成型运动或近似的刀刃轮廓进行加工加工原理误差是指采用了近似的成型运动或近似的刀刃轮廓进行加工而产生的误差。而产生的误差。而产生的误差。而产生的误差。l l 例如在数控铣床上采用球头刀铣削复杂形面零件（见图）。例如在数控铣床上采用球头刀铣削复杂形面零件（见图）。例如在数控铣床上采用球头刀铣削复杂形面零件（见图）。例如在数控铣床上采用球头刀铣削复杂形面零

12、件（见图）。SRh空间曲面数控加工空间曲面数控加工式中式中 R 球头刀半径；球头刀半径；h 允许的残留高度。允许的残留高度。l l用阿基米德蜗杆滚刀滚切渐开线齿轮。用阿基米德蜗杆滚刀滚切渐开线齿轮。用阿基米德蜗杆滚刀滚切渐开线齿轮。用阿基米德蜗杆滚刀滚切渐开线齿轮。l l用公制丝杆车蜗杆或英制螺纹。用公制丝杆车蜗杆或英制螺纹。用公制丝杆车蜗杆或英制螺纹。用公制丝杆车蜗杆或英制螺纹。采用了近似的成型运动或近似的刀刃轮廓，常常可以简化机床结构采用了近似的成型运动或近似的刀刃轮廓，常常可以简化机床结构采用了近似的成型运动或近似的刀刃轮廓，常常可以简化机床结构采用了近似的成型运动或近似的刀刃轮廓，常常

13、可以简化机床结构或刀具形状，或可提高生产率，有时还可得到较高加工精度。故在生或刀具形状，或可提高生产率，有时还可得到较高加工精度。故在生或刀具形状，或可提高生产率，有时还可得到较高加工精度。故在生或刀具形状，或可提高生产率，有时还可得到较高加工精度。故在生产中广泛采用，其前提是原理误差不超过规定精度要求（通常原理误产中广泛采用，其前提是原理误差不超过规定精度要求（通常原理误产中广泛采用，其前提是原理误差不超过规定精度要求（通常原理误产中广泛采用，其前提是原理误差不超过规定精度要求（通常原理误差不超过差不超过差不超过差不超过10101515工件公差）。工件公差）。工件公差）。工件公差）。第五章第

14、五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量11三、机床几何误差及其对加工精度的影响三、机床几何误差及其对加工精度的影响 机床几何误差表现为机床导轨误差、主轴回转误差等，产生的原因是机床几何误差表现为机床导轨误差、主轴回转误差等，产生的原因是机床本身的制造误差、安装误差及磨损。机床本身的制造误差、安装误差及磨损。第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量xxxx机床导轨误差机床导轨误差机床导轨误差机床导轨误差l l车床导轨在水平面内有直线度误差车床导轨在水平面内有直线度误差车床导轨在水平面内有直线度误差车床导轨在水平面内有直线度误差x x 刀尖相对于工件回转轴线在加工表面的刀尖相对于工件

15、回转轴线在加工表面的刀尖相对于工件回转轴线在加工表面的刀尖相对于工件回转轴线在加工表面的法线方向（加工误差敏感方向）法线方向（加工误差敏感方向）法线方向（加工误差敏感方向）法线方向（加工误差敏感方向）产生位移，产生位移，产生位移，产生位移，位移量等于导轨的直线度误差。位移量等于导轨的直线度误差。位移量等于导轨的直线度误差。位移量等于导轨的直线度误差。刀尖在水平面内的运动轨迹不是一条直刀尖在水平面内的运动轨迹不是一条直线，造成工件的轴向形状误差（圆柱度误差）线，造成工件的轴向形状误差（圆柱度误差）。12l l车床导轨在垂直面内有直线度误差车床导轨在垂直面内有直线度误差y y第五章第五章 工件的机

16、械加工质量工件的机械加工质量 刀尖相对于工件回转轴线在加工表面的刀尖相对于工件回转轴线在加工表面的刀尖相对于工件回转轴线在加工表面的刀尖相对于工件回转轴线在加工表面的切切切切线方向（加工误差非敏感方向）线方向（加工误差非敏感方向）线方向（加工误差非敏感方向）线方向（加工误差非敏感方向）产生位移，位产生位移，位产生位移，位产生位移，位移量等于导轨的直线度误差；移量等于导轨的直线度误差；移量等于导轨的直线度误差；移量等于导轨的直线度误差；刀尖在水平面内的运动轨迹也不是一刀尖在水平面内的运动轨迹也不是一条直线，造成工件的轴向形状误差（圆柱条直线，造成工件的轴向形状误差（圆柱度误差）。度误差）。yyy

17、y13l l车床前后导轨扭曲车床前后导轨扭曲n n第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量BHnr工作台在运动过程中产生摆动。工作台在运动过程中产生摆动。刀尖运动轨迹为一条空间曲线，刀尖运动轨迹为一条空间曲线，产生加工误差（圆柱度误差）。产生加工误差（圆柱度误差）。例：车床例：车床H/B=2/3，n影响很大。影响很大。14l l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第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量主轴主轴n导轨导轨fL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工件产生圆柱度误差工件产生圆柱度误差例：车床导轨

18、与主轴平行度误差：例：车床导轨与主轴平行度误差：Hx=Ltan()则，工件直径误差：则，工件直径误差：d=2Hx=2Ltan()15l l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第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量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主轴主轴导轨导轨OBAfABO鞍形（轴剖面内为双曲线）鞍形（轴剖面内为双曲线）例：车床导轨与主轴平行度误差：例：车床导轨与主轴平行度误差：Hy=Ltan()则，工件直径差：则，工件直径差：16l l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第五章第五章 工

19、件的机械加工质量工件的机械加工质量nf例：横向导轨与主轴夹角：例：横向导轨与主轴夹角：则，平面度误差：则，平面度误差：=(d/2)tan()工件端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17机床主轴回转误差机床主轴回转误差l纯轴向窜动l l纯径向移动纯径向移动l l纯角度摆动纯角度摆动第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量圆柱圆柱既有圆柱度误差，既有圆柱度误差，又有圆度误差又有圆度误差圆圆端面误差端面误差n圆度误差圆度误差18四、刀具制造误差与磨损四、刀具制造误差与磨损l l定尺寸刀具（钻头、绞刀、键槽铣刀、浮动镗刀块、拉刀等）尺寸、定尺寸刀具（钻头、绞刀、键

20、槽铣刀、浮动镗刀块、拉刀等）尺寸、形状误差及磨损直接影响工件的尺寸精度和形状精度。形状误差及磨损直接影响工件的尺寸精度和形状精度。l l成形刀具和展成刀具形状误差及磨损直接影响工件的形状精度。成形刀具和展成刀具形状误差及磨损直接影响工件的形状精度。l l普通刀具（普通车刀、刨刀、面铣刀、单刃镗刀等），它们的制造误普通刀具（普通车刀、刨刀、面铣刀、单刃镗刀等），它们的制造误差与加工精度没有直接的关系，但其磨损对工件的尺寸和形状精度有差与加工精度没有直接的关系，但其磨损对工件的尺寸和形状精度有很大的影响。很大的影响。第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量车刀后刀面磨损对加车刀后刀面磨损

21、对加工尺寸影响工尺寸影响刀具磨损过程刀具磨损过程19第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量五、夹具制造误差与磨损五、夹具制造误差与磨损 l l定位误差；定位误差；定位误差；定位误差；l l刀具导向（对刀）误差；刀具导向（对刀）误差；刀具导向（对刀）误差；刀具导向（对刀）误差；l l夹紧误差；夹紧误差；夹紧误差；夹紧误差；l l夹具安装误差；夹具安装误差；夹具安装误差；夹具安装误差；（1 1）通常要求定位误差不大于工件相）通常要求定位误差不大于工件相）通常要求定位误差不大于工件相）通常要求定位误差不大于工件相应工序尺寸公差的应工序尺寸公差的应工序尺寸公差的应工序尺寸公差的1/31/3

22、。（2 2）对刀误差和夹具安装误差之和不）对刀误差和夹具安装误差之和不）对刀误差和夹具安装误差之和不）对刀误差和夹具安装误差之和不大于工件相应工序尺寸公差的大于工件相应工序尺寸公差的大于工件相应工序尺寸公差的大于工件相应工序尺寸公差的1/31/3。L0.056F710F7k620H 7g 6YZ 钻钻孔夹具误差分析孔夹具误差分析20六、工艺系统受力、受热变形引起的误差六、工艺系统受力、受热变形引起的误差第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量工艺系统刚度工艺系统刚度工艺系统刚度工艺系统刚度工艺系统受力变形引起加工误差工艺系统受力变形引起加工误差l l 定义：定义：定义：定义：工艺系统

23、刚度是指工艺系统在切削力工艺系统刚度是指工艺系统在切削力工艺系统刚度是指工艺系统在切削力工艺系统刚度是指工艺系统在切削力F Ff f、F Fp p、F Fc c的综合作用下的综合作用下的综合作用下的综合作用下 ，加工表面法向方向上的切削分力，加工表面法向方向上的切削分力，加工表面法向方向上的切削分力，加工表面法向方向上的切削分力F Fp p与刀具在此该方向上的相对位移与刀具在此该方向上的相对位移与刀具在此该方向上的相对位移与刀具在此该方向上的相对位移y y 的比值，即：的比值，即：的比值，即：的比值，即：式中式中 Js工艺系统刚度；工艺系统刚度；Fp吃刀抗力（切削力法向分力）；吃刀抗力（切削力

24、法向分力）；y工艺系统位移（切削合力作用下的位移）。工艺系统位移（切削合力作用下的位移）。21式中式中 Js 工艺系统刚度；工艺系统刚度；Jjc 机床刚度；机床刚度；Jjj 夹具刚度；夹具刚度；Jdj 刀架刚度；刀架刚度；Jg 工件刚度。工件刚度。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分刚度之间的关系：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：此可导出工艺系统

25、刚度与工艺系统各组成部分刚度之间的关系：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：l l计算公式计算公式计算公式计算公式工艺系统刚度计算说明工艺系统刚度计算说明工艺系统刚度计算说明工艺系统刚度计算说明:pp工件、刀架形状简单时，其刚度可用材料力学公式计算。工件、刀架形状简单时，其刚度可用材料力学公式计算。工件、刀架形状简单时，其刚度可用材料力学公式计算。工件、刀架形状简单时，其刚度可用材料力学公式计算。pp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。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

26、法确定。pp上式中计算时可适当部分简化（忽略变形小的部分）。上式中计算时可适当部分简化（忽略变形小的部分）。上式中计算时可适当部分简化（忽略变形小的部分）。上式中计算时可适当部分简化（忽略变形小的部分）。第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量22 机床各部件的刚度可通过试验确定，根据工机床各部件的刚度可通过试验确定，根据工件加工条件可计算出机床的刚度，以车床车削件加工条件可计算出机床的刚度，以车床车削短粗光轴时为例。短粗光轴时为例。机床的刚度及其对加工精度的影响机床的刚度及其对加工精度的影响 变形随受力点变化规变形随受力点变化规律律ytywydKFpAABBCC xLFAFByx第

27、五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量结论结论：（1）机床的刚度机床的刚度不是一个定值，而是车刀不是一个定值，而是车刀位置的函数。因此，由于位置的函数。因此，由于工艺系统弹性变形的影响，工艺系统弹性变形的影响，工件沿轴向的直径将不是工件沿轴向的直径将不是一致的。（一致的。（2）可分别求）可分别求出各特殊位置机床的刚度，出各特殊位置机床的刚度，如式如式3-5、3-6、3-7和和3-8。其中，一般以刀具位于工其中，一般以刀具位于工件中点处的刚度代表机床件中点处的刚度代表机床的刚度，即：的刚度，即：23工件的刚度及其对加工精度的影响工件的刚度及其对加工精度的影响 在有的加工条件下，相比工艺

28、系统其它组成部分而言，工件的变形在有的加工条件下，相比工艺系统其它组成部分而言，工件的变形是主要的，此时工件的刚度是影响工件加工精度的主要原因。是主要的，此时工件的刚度是影响工件加工精度的主要原因。工件具体工件具体的变形情况与其装夹方式有关。的变形情况与其装夹方式有关。pp工件在车床上用两顶尖装夹。工件在车床上用两顶尖装夹。pp工件在车床上用卡盘装夹。工件在车床上用卡盘装夹。第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量两顶尖装夹两顶尖装夹卡盘装夹卡盘装夹24pp薄壁工件在卡盘上装夹薄壁工件在卡盘上装夹pp薄板工件在工作台上用电磁力装夹薄板工件在工作台上用电磁力装夹第五章第五章 工件的机械

29、加工质量工件的机械加工质量毛坯毛坯夹紧后夹紧后镗孔后镗孔后松开后松开后薄壁工件磨削薄壁工件磨削25刀具刚度及其对加工精度的影响刀具刚度及其对加工精度的影响l l在卧式镗床上镗孔时，刀具的刚度对工件加工精度的影响是主要因素。在卧式镗床上镗孔时，刀具的刚度对工件加工精度的影响是主要因素。刀具的刚度包括主轴刚度和刀杆刚度。刀具的刚度包括主轴刚度和刀杆刚度。l l镗床主轴的刚度在各方向是不相等的，当主轴悬伸长度愈大，则刚度镗床主轴的刚度在各方向是不相等的，当主轴悬伸长度愈大，则刚度愈低，且不同方向的刚度差值愈小。由于镗孔时切削方向是变化的，愈低，且不同方向的刚度差值愈小。由于镗孔时切削方向是变化的，因

30、此将产生圆度误差。因此将产生圆度误差。l l镗孔方式有两种：镗孔方式有两种：（1 1）工作台不动，镗杆进给，）工作台不动，镗杆进给，孔横截面不圆外，轴向截面直径孔横截面不圆外，轴向截面直径 也不一致。也不一致。（2 2）工作台进给，镗杆悬伸长）工作台进给，镗杆悬伸长 度不变，孔横向截面不圆，但度不变，孔横向截面不圆，但 轴向截面的直径一致。轴向截面的直径一致。第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量不同镗孔方式不同镗孔方式26误差复映规律误差复映规律第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量ap1y1ap2y2毛毛坯坯希望加希望加工的零工的零件表面件表面实际获实际获得的零得的

31、零件表面件表面do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：27l l 误误误误差差差差复复复复映映映映程程程程度度度度可可可可用用用用误误误误差差差差复复复复映映映映系系系系数数数数来来来来表表表表示示示示，误误误误差差差差复复复复映映映映系系系系数数数数与与与与系系系系统统统统刚度成反比。由前面公式可得：刚度成反比。由前面公式可得：刚度成反比。由前面公式可得：刚度成反比。由前面公式可得：l l 机机机机械械械械加加加加工工工工中中中中，误误误误差差差差复复复复映映映映系系系系数数数数通通通通常常常常小小小小于于于于1 1。可可可可通通通

32、通过过过过多多多多次次次次走走走走刀刀刀刀，消消消消除除除除误差复映的影响。误差复映的影响。误差复映的影响。误差复映的影响。l l 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，如毛坯直径大小不一或硬度不均匀，同样

33、会有类似情况发生。如毛坯直径大小不一或硬度不均匀，同样会有类似情况发生。如毛坯直径大小不一或硬度不均匀，同样会有类似情况发生。如毛坯直径大小不一或硬度不均匀，同样会有类似情况发生。第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量28提高工艺系统刚度的主要措施提高工艺系统刚度的主要措施l l提高机床和夹具的刚度提高机床和夹具的刚度pp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。pp尽量减少部件组成的零件数量，以减少总的接触变形。尽量减少部件组成的零件数量，以减少总的接触变形。pp装配时采用预紧措施。装配时采用预紧措施。第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量封闭整体箱

34、形结构封闭整体箱形结构29l l提高工件加工时的刚度提高工件加工时的刚度第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量专专用用卡卡爪爪开口开口过渡过渡环环采用专用卡爪或开口过渡环，使得夹紧力均匀，减小夹紧变形采用专用卡爪或开口过渡环，使得夹紧力均匀，减小夹紧变形30l l提高刀具加工时的刚度提高刀具加工时的刚度第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量 孔加工刀具（钻头、铰刀、镗刀）在使用中，通过增设附加支承（钻孔加工刀具（钻头、铰刀、镗刀）在使用中，通过增设附加支承（钻套、镗套）来提高刀具刚度。套、镗套）来提高刀具刚度。工件工件钻头钻头钻模板钻模板钻套钻套nf镗杆镗杆nf镗刀镗刀

35、工件工件镗套镗套31工艺系统热变形及其对加工精度的影响工艺系统热变形及其对加工精度的影响l l工艺系统热源工艺系统热源第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量工艺系统热源工艺系统热源内部热源内部热源外部热源外部热源切削热切削热摩擦热摩擦热环境热源环境热源辐射热辐射热l l 机床热变形引起的加工误差机床热变形引起的加工误差机床热变形引起的加工误差机床热变形引起的加工误差特点：特点：特点：特点：pp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。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。pp结构

36、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。结构复杂，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。机床热变形举例：机床热变形举例：机床热变形举例：机床热变形举例：32第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量a）车床受热变形形态车床受热变形形态运运转转时时间间/h0 1 2 3 450150100200位位移移/m20406080温温升升/zy前前 轴轴承承 温温升升b）温升与变形曲线温升与变形曲线a）铣床受热变形形态）铣床受热变形形态c）导轨磨床受热变形形态）导轨磨床受热变形形态33pp

37、圆柱类工件热变形（工件均匀受热）圆柱类工件热变形（工件均匀受热）圆柱类工件热变形（工件均匀受热）圆柱类工件热变形（工件均匀受热）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 mm，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。式中式中 L，D 长度和直径热变形量；长度和直径热变形量；L，D 工件原有长度和直径；工件原有长度和直径；工件材料线膨胀系数；工件材料线膨胀系数；t 温升。温升。长度：长度：长度：长度：直径：直径：直径：直径：例：长例：长例：长例：长400mm400mm丝杠，加工过程温升丝杠，加工过程温升丝

38、杠，加工过程温升丝杠，加工过程温升11，热伸长量为：，热伸长量为：，热伸长量为：，热伸长量为：l l工件热变形引起的加工误差工件热变形引起的加工误差 第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量34式中式中 X 变形挠度；变形挠度；L，S 工件原有长度和厚度；工件原有长度和厚度；工件材料线膨胀系数；工件材料线膨胀系数；t 温升。温升。pp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（工件不均匀受热）（工件不均匀受热）（工件不均匀受热）（工件不均匀受热）平面加工热变形平面加工热变形X/4LS此值已大于精密导轨平面度要求。此值已大于

39、精密导轨平面度要求。结结结结果果果果：加加工工时时上上表表面面升升温温，工工件件向向上上拱拱起起，磨削时将中凸部分磨平，冷却后工件下凹。磨削时将中凸部分磨平，冷却后工件下凹。例例例例：高高600mm，长长2000mm的的床床身身，若若上上表表面温升为面温升为3，则变形量为：，则变形量为：第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量35l l 刀具热变形对加工精度影响刀具热变形对加工精度影响 pp 体体体体积积积积小小小小，热热热热容容容容量量量量小小小小，达达达达到到到到热热热热 平平平平 衡衡衡衡 时时时时 间间间间 较较较较 短短短短（1010 20min20min）。）。）。）。p

40、p 温温温温升升升升高高高高，变变变变形形形形不不不不容容容容忽忽忽忽视视视视（达（达（达（达0.03 0.03 0.05mm0.05mm）。）。）。）。刀具热变形特点：刀具热变形特点：刀具热变形特点：刀具热变形特点：变形曲线：变形曲线：变形曲线：变形曲线：式中式中 热伸长量；热伸长量；max 达到热平衡热伸长量；达到热平衡热伸长量；切削时间；切削时间；c 时时间间常常数数（热热伸伸长长量量为为热热平平衡衡热热伸伸长长量量约约63%的的时时间间，常取常取34分钟）。分钟）。(min)车刀热变形曲线车刀热变形曲线连续切削连续切削升温曲线升温曲线冷却冷却曲线曲线间断切削间断切削升温曲线升温曲线（m

41、）maxb0 c0.63max第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量36l l减小和控制工艺系统热变形的主要途径减小和控制工艺系统热变形的主要途径 （1 1）从工艺方面）从工艺方面pp合理安排工艺过程，粗、精加工分开。合理安排工艺过程，粗、精加工分开。pp加工前空转机床，保持工艺系统的热平衡。加工前空转机床，保持工艺系统的热平衡。pp控制环境温度，精密加工应在恒温室进行。控制环境温度，精密加工应在恒温室进行。pp施加切削液。施加切削液。（2 2）从机床结构方面）从机床结构方面pp采用热对称结构。采用热对称结构。pp合理选择装配基准合理选择装配基准第五章第五章 工件的机械加工质量工件

42、的机械加工质量加工中心热对加工中心热对称结构立柱称结构立柱37（3 3）采取热补偿措施）采取热补偿措施第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量车床主轴箱定位面位置选择车床主轴箱定位面位置选择y-zyzz均衡立柱前后壁温度场均衡立柱前后壁温度场38工件内应力引起的误差工件内应力引起的误差l l概念概念工件内应力是工件外部载荷去除后仍残存在工件内部的应力工件内应力是工件外部载荷去除后仍残存在工件内部的应力称为内应力。称为内应力。l l内应力产生的原因内应力产生的原因pp毛坯制造和热处理产生的残余应力。毛坯制造和热处理产生的残余应力。pp冷校直带来的残余应力。冷校直带来的残余应力。pp切削

43、加工带来的残余应力。切削加工带来的残余应力。l l内应力的特点内应力的特点pp内应力是由于材料内部宏观或微观的组织发生不均匀的体积变化而造内应力是由于材料内部宏观或微观的组织发生不均匀的体积变化而造成。成。pp内应力往往处于一种不稳定的平衡状态。在外部因素作用下，内应力内应力往往处于一种不稳定的平衡状态。在外部因素作用下，内应力重新分配，工件变形，破坏原有的加工精度。重新分配，工件变形，破坏原有的加工精度。第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量39第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量举例：铸件残余应力形成过程：举例：铸件残余应力形成过程：举例：铸件残余应力形成过程：举

44、例：铸件残余应力形成过程：l l 减小残余应力的措施减小残余应力的措施减小残余应力的措施减小残余应力的措施pp 合理设计零件结构。合理设计零件结构。合理设计零件结构。合理设计零件结构。p 合理安排工艺过程，粗、精加工分开。合理安排工艺过程，粗、精加工分开。p 设立消除内应力专门工序。设立消除内应力专门工序。BACB部分比部分比A、C部分厚部分厚A、C部分冷却快，部分冷却快，先凝固；先凝固；B部分冷部分冷却慢，后凝固。却慢，后凝固。先凝固的先凝固的A、C部部分阻止分阻止B部分凝固部分凝固收缩。收缩。B受拉应力，受拉应力，A、C受压应力。受压应力。使用时，使用时，A部部开口，开口，A内压应力消内压

45、应力消失，失，B、C内内应力重新分应力重新分配，铸件变配，铸件变形。形。40七、总加工误差合成七、总加工误差合成l l 系统误差系统误差系统误差系统误差在顺序加工一批工件中，其大小和方向均不改变，或按在顺序加工一批工件中，其大小和方向均不改变，或按在顺序加工一批工件中，其大小和方向均不改变，或按在顺序加工一批工件中，其大小和方向均不改变，或按 一定规律变化的加工误差。一定规律变化的加工误差。一定规律变化的加工误差。一定规律变化的加工误差。（1 1）常常值值系系统统误误差差其其大大小小和和方方向向在在一一批批次次加加工工中中均均不不改改变变。如如加加工工原原理理误误差差，机机床床、夹夹具具、刀刀

46、具具的的制制造造误误差差，工工艺艺系系统统在在均均匀匀切切削削力作用下的受力变形，调整误差。力作用下的受力变形，调整误差。（2）变值系统误差）变值系统误差误差大小和方向按一误差大小和方向按一定规律变化。如机床、夹具、刀具在热平衡前定规律变化。如机床、夹具、刀具在热平衡前的热变形，刀具磨损等因素引起的加工误差。的热变形，刀具磨损等因素引起的加工误差。加工误差统计分类加工误差统计分类加工误差统计分类加工误差统计分类第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量l l 随机误差随机误差随机误差随机误差在顺序加工一批工件中，其大小和方向不规律变化的加在顺序加工一批工件中，其大小和方向不规律变化的加

47、在顺序加工一批工件中，其大小和方向不规律变化的加在顺序加工一批工件中，其大小和方向不规律变化的加 工误差。工误差。工误差。工误差。u注意：注意：随机误差从单个工件看其变化无规随机误差从单个工件看其变化无规律，但从整批工件看符合统计规律，但从整批工件看符合统计规 律，即正态分布。律，即正态分布。41第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量加工误差统计分析方法加工误差统计分析方法加工误差统计分析方法加工误差统计分析方法l l分布曲线法分布曲线法分布曲线法分布曲线法将数理统计中分析随机误差的正态分布曲线法用将数理统计中分析随机误差的正态分布曲线法用于机械加工误差的分析。于机械加工误差的分析

48、。（1）该方法是通过测量一批加工后的零件的实际尺寸，作出尺寸分布曲）该方法是通过测量一批加工后的零件的实际尺寸，作出尺寸分布曲线，一般情况下，实际分布曲线符合正态分布。然后根据实际分布曲线，一般情况下，实际分布曲线符合正态分布。然后根据实际分布曲线相对尺寸公差带的位置和形状分析和计算加工误差的性质和大小。线相对尺寸公差带的位置和形状分析和计算加工误差的性质和大小。（2 2）对于正态分布曲线，有两个特征参数：所测尺寸的算术平均值）对于正态分布曲线，有两个特征参数：所测尺寸的算术平均值）对于正态分布曲线，有两个特征参数：所测尺寸的算术平均值）对于正态分布曲线，有两个特征参数：所测尺寸的算术平均值

49、和和和和随机变量的均方根偏差随机变量的均方根偏差随机变量的均方根偏差随机变量的均方根偏差 。42第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量xy0 xy0a）=0.5=1=2b），对正态分布曲线的对正态分布曲线的影响影响 算术平均值算术平均值算术平均值算术平均值 决定曲线的位置，标准差决定曲线的位置，标准差决定曲线的位置，标准差决定曲线的位置，标准差 决定曲线的形状。决定曲线的形状。决定曲线的形状。决定曲线的形状。结论：结论：结论：结论：43第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量应用分布曲线法统计误差分析方法应用分布曲线法统计误差分析方法应用分布曲线法统计误差分析方法应用分布

50、曲线法统计误差分析方法44第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量 曲线分布在曲线分布在范围内的面积（即概率）为范围内的面积（即概率）为1，而分布在，而分布在z=x/范围内范围内的面积（即概率的面积（即概率A）可查表）可查表3-1。45 在一批零件的加工过程中，依次测量每个零件的加工尺寸，并按顺序记入以零件号为横坐标、零件尺寸为纵坐标的图标中。第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量sDm66序号序号尺寸尺寸分析：分析：分析：分析：上图为在车床上采用调整法加工一批零上图为在车床上采用调整法加工一批零件轴颈获得的点图。件轴颈获得的点图。由于加工中刀具磨损比较显著，造成工件直由