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1、机械制造技术基础机械制造技术基础第第5章章机械加工质量及其控制机械加工质量及其控制FUNDAMENTALSOFMACHINERYMANUFACTURINGTECHNOLOGYMachiningQualityanditsControl15.1概述概述5.1.1机械加工质量的含义机械加工质量的含义表面（微观）形貌表面（微观）形貌 加工变质层加工变质层 零件质量零件质量装配质量装配质量机械产品质量机械产品质量材料，金相组织材料，金相组织 (材质材质)加工精度，波纹度加工精度，波纹度 ，表面粗糙度，表面粗糙度 (几何几何)加工精度加工精度表面质量表面质量尺寸精度尺寸精度形状精度形状精度位置精度位置精度
2、机械加工质量机械加工质量2加工精度及其发展加工精度及其发展车、铣车、铣磨磨CNC机床机床研磨，工具磨研磨，工具磨光学磨，金刚石车、磨光学磨，金刚石车、磨金刚石超精车、磨，电解加工金刚石超精车、磨，电解加工衍射光栅刻线机衍射光栅刻线机电子束，离子束，电子束，离子束，X射线射线分子束生长，离子注分子束生长，离子注扫描隧道技术扫描隧道技术3 激激光光反反射射镜镜平平面面度度提提高高到到30nm，表表面面粗粗糙糙度度 降降低低到到10nm，反反射射率率将将提提高高到到 99.8%以以上上。否否则则，寿命将大大缩短寿命将大大缩短 磁磁头头与与磁磁盘盘间间的的飞飞行行高高度度在在50nm以以下下，若若进进
3、一一步步降降低低将将使使存存储储容容量量呈呈指指数倍增长数倍增长 1kg精精密密陀陀螺螺转转子子的的偏偏心心 增增 加加 0.50.5nm，将将 引引 起起100m的的射射程程误误差差和和50m的的轨道误差轨道误差 45 机械加工精度的各项指标既有区别，又有联系。机械加工精度的各项指标既有区别，又有联系。一般情况下一般情况下，形状精度要求高于尺寸精度，位置精度要，形状精度要求高于尺寸精度，位置精度要求也高于尺寸精度。求也高于尺寸精度。精密和超精密加工技术精密和超精密加工技术 机械加工的技术重点机械加工的技术重点 大型工件的加工技术大型工件的加工技术 特殊材料的加工技术特殊材料的加工技术尺寸公差
4、尺寸公差位置公差位置公差形状公差形状公差表面粗糙度值表面粗糙度值65.1.2机械加工精度的获得方法机械加工精度的获得方法1尺寸精度的获得方法尺寸精度的获得方法手工逐步调刀获得所需尺寸手工逐步调刀获得所需尺寸加工前先调整好刀具位置再进行一批加工加工前先调整好刀具位置再进行一批加工尺寸精度由刀具保证尺寸精度由刀具保证 （钻头、拉刀）（钻头、拉刀）自动化的试切法自动化的试切法试切法试切法调整法调整法定尺寸刀具法定尺寸刀具法自动控制法自动控制法2 2形状精度的获得方法形状精度的获得方法成形运动法成形运动法非成形运动法非成形运动法仿形法仿形法 靠模靠模展成法展成法 成形表面通过包络形成成形表面通过包络形
5、成轨迹法轨迹法 车、刨、磨车、刨、磨形状精度超过机床成形运动精度时使用形状精度超过机床成形运动精度时使用成形刀具法成形刀具法 成形运动和刃形成形运动和刃形73 3位置精度的获得方法位置精度的获得方法直接装夹直接装夹 效率高，精度低效率高，精度低找正装夹找正装夹 高精度，小批高精度，小批夹具装夹夹具装夹 效率高，精度可满足要求效率高，精度可满足要求一次装夹法一次装夹法多次装夹法多次装夹法非成形运动法非成形运动法与机床几何精度有关与机床几何精度有关位置精度要求极高时采用位置精度要求极高时采用与检测精度密切相关与检测精度密切相关85.1.3机械加工表面质量及其对机器使用性能的机械加工表面质量及其对机
6、器使用性能的影响影响表面（微观）形貌表面（微观）形貌表面层物理机械表面层物理机械性能（性能（加工变质层）加工变质层）机械加工机械加工表面质量表面质量表面粗糙度表面粗糙度表面波纹度表面波纹度塑性变形引起的冷作硬化塑性变形引起的冷作硬化切（磨）削热引起的金相组织变化切（磨）削热引起的金相组织变化力（热）产生的残余应力力（热）产生的残余应力1.1.机械加工表面质量的含义机械加工表面质量的含义92.机械加工表面质量对机器使用性能的影响机械加工表面质量对机器使用性能的影响（1 1）影响耐磨性）影响耐磨性 粗糙度值大，实际接触面积小，接触粗糙度值大，实际接触面积小，接触 应力大，易磨损，耐磨性差。应力大，
7、易磨损，耐磨性差。粗糙度值粗糙度值越小，实际接触面积越大，耐磨性较好。越小，实际接触面积越大，耐磨性较好。若粗糙度值过小，可能增加制造成本，且可能破坏润滑油膜，造成干摩擦。若粗糙度值过小，可能增加制造成本，且可能破坏润滑油膜，造成干摩擦。加工表面硬化加工表面硬化到一定程度能使耐磨性有所提高，但硬化过度到一定程度能使耐磨性有所提高，但硬化过度反会使结晶组织出现过度变形，甚至产生裂纹或剥落，使磨损加反会使结晶组织出现过度变形，甚至产生裂纹或剥落，使磨损加剧，使耐磨性降低剧，使耐磨性降低 。10（2 2）影响疲劳强度）影响疲劳强度 交交变变载载荷荷作作用用时时，表表面面粗粗糙糙度度、划划痕痕及及微微
8、裂裂纹纹等等均均会会引引起起应力集中，从而降低疲劳强度。应力集中，从而降低疲劳强度。加加工工表表面面粗粗糙糙度度的的纹纹路路方方向向与与受受力力方方向向垂垂直直时时，疲疲劳劳强强度度明显降低。明显降低。一般加工硬化可提高疲劳强度，但硬化过度则会适得其反。一般加工硬化可提高疲劳强度，但硬化过度则会适得其反。残残余余应应力力为为压压应应力力时时，可可部部分分抵抵消消交交变变载载荷荷施施加加的的拉拉压压力力，阻阻碍碍和和延延缓缓裂裂纹纹的的产产生生或或扩扩大大，从从而而提提高高疲疲劳劳强强度度；但但为为拉拉应应力力时，则会大大降低疲劳强度。时，则会大大降低疲劳强度。有些加工方法，如有些加工方法，如滚
9、压加工滚压加工，可减小粗糙度值、强化表面层，可减小粗糙度值、强化表面层，使表层呈压应力状态，从而防止产生微裂纹，提高疲劳强度。使表层呈压应力状态，从而防止产生微裂纹，提高疲劳强度。11（3 3）影响耐蚀性）影响耐蚀性 表表面面粗粗糙糙度度值值大大的的表表面面，腐腐蚀蚀性性物物质质（气气体体、液液体体）容容易易渗渗透透到到表表面面的的凹凹凸凸不不平平处处，从从而而产产生生化化学学或或电电化化学学作作用用而而被被腐腐蚀。蚀。表表面面微微裂裂纹纹处处容容易易受受腐腐蚀蚀性性气气体体或或液液体体的的侵侵蚀蚀，如如零零件件表表面面有有残残余余压压应应力力，则则可可阻阻碍碍微微裂裂纹纹的的扩扩展展，从从而
10、而在在一一定定程程度度上上提高零件的耐蚀性。提高零件的耐蚀性。12（4 4）影响配合性质）影响配合性质 影影响响配配合合性性质质最最主主要要因因素素是是表表面面粗粗糙糙度度。对对于于间间隙隙配配合合，经经初初期期磨磨损损后后，间间隙隙会会有有所所增增大大，严严重重时时会会影影响响密密封封性性能能或或导导向向精精度度；对对于于过过盈盈配配合合，使使计计算算所所得得过过盈盈量量与与实实际际过过盈盈量量有有所所不不同同，成成为为过过渡渡配配合合甚甚至至间间隙隙配配合合，从从而而可可能能影影响响过过盈盈配配合合的的连接强度。连接强度。此此外外，加加工工表表面面质质量量对对零零件件接接触触刚刚度度、运运
11、动动平平稳稳性性和和噪噪音音等也有影响。等也有影响。13加工误差与原始误差加工误差与原始误差 加加工工误误差差加加工工后后每每个个零零件件在在尺尺寸寸、形形状状、位位置置方面与理想零件的差值。方面与理想零件的差值。（几何参数的偏差）（几何参数的偏差）5.2机械加工精度的影响因素及控制措施机械加工精度的影响因素及控制措施 原原始始误误差差由由于于机机床床、刀刀具具、量量具具、夹夹具具和和工工件件组组成的工艺系统造成加工误差的因素。成的工艺系统造成加工误差的因素。5.2.1机械加工工艺系统原始误差机械加工工艺系统原始误差14 常值常值 系统性误差系统性误差误差的性质误差的性质 变值变值 随机性误差
12、随机性误差 误误差差敏敏感感方方向向：加加工工表表面面法法向向原原始始误误差差引引起起的的加加工误差最大工误差最大误差敏感方向误差敏感方向误差非敏感方向误差非敏感方向15原原始始误误差差 机床机床 夹具夹具 刀具刀具 工件（毛坯）工件（毛坯）工艺系统静误差工艺系统静误差加工过程中产生的误差加工过程中产生的误差受力变形受力变形 热变形热变形 刀具磨损刀具磨损 残余应力变形残余应力变形工件装夹误差工件装夹误差调整误差调整误差 （更换工件、刀具、夹具、量具时调整）（更换工件、刀具、夹具、量具时调整）测量误差测量误差 （测量方法和量具误差）（测量方法和量具误差）原理误差原理误差（阿线滚刀滚切渐开线齿轮
13、、数控插补）（阿线滚刀滚切渐开线齿轮、数控插补）原原有有误误差差16用模数铣刀铣齿轮时的齿形误差用模数铣刀铣齿轮时的齿形误差 175.2.2工艺系统原有误差对加工精度的影响与控制工艺系统原有误差对加工精度的影响与控制一、影响尺寸精度的主要因素与控制一、影响尺寸精度的主要因素与控制改善测量方法；提高测量精度改善测量方法；提高测量精度式中，式中，L为跃进距离；为跃进距离；G为工作台重量；为工作台重量；0，分别为静、动摩擦系数；分别为静、动摩擦系数；K为机构传动刚度。为机构传动刚度。改进工艺方法（精车、精磨、研磨）改进工艺方法（精车、精磨、研磨）减小刀具或磨粒的刃口钝圆半径减小刀具或磨粒的刃口钝圆半
14、径re试切测量精度：试切测量精度：微量进给精度：微量进给精度：微薄切削层的极限厚度：微薄切削层的极限厚度：定位调整精度定位调整精度:减少定位误差；提高进给重复定位精度减少定位误差；提高进给重复定位精度提高对尺寸分布中心判断的准确性提高对尺寸分布中心判断的准确性刀刀具调整精度具调整精度.ppt18二、二、影响形状精度的主要因素与控制影响形状精度的主要因素与控制 非成形运动法非成形运动法 足够的检测精度足够的检测精度 保保 证证 形形状状 精精 度度的条件的条件成形运动法成形运动法基本成形运动基本成形运动 （回转、直线）（回转、直线）相互位置关系相互位置关系 （几何关系）（几何关系）速度关系速度关
15、系 （运动关系）（运动关系）均准确均准确19机械制造新技术：机械制造新技术：数控数控（NumericalControlNC）技术技术加工中心加工中心（MC）工业机器人工业机器人（IndustrialRobot）技术技术 自适应控制机床自适应控制机床（AdaptiveControlMachineTools）计算机辅助制造计算机辅助制造（ComputerAidedManufacturingCAM）计算机数控机床计算机数控机床（ComputerizedNumericalControlCNC）20机械制造新技术：机械制造新技术：可变制造系统可变制造系统 柔性制造单元柔性制造单元 数字化制造数字化制造
16、无人化机械制造厂无人化机械制造厂现阶段：现阶段：互互联联网网技技术术的的迅迅猛猛发发展展（e-制制造造、网网络络控控制制、分分子开关）子开关）工业生产追求更大的投入产出经济效益工业生产追求更大的投入产出经济效益智智能能制制造造（IMTIMT）、并并行行工工程程（CECE）、精精节节生生产产（LPLP）敏敏捷捷制制造造（AMAM）、绿绿色色制制造造、柔柔性性制制造造（FMSFMS）、虚虚拟拟制制造造、超超精精加加工工（KDPKDP晶晶体体）、纳米技术、纳米技术、分子自组装技术（化学、生物）分子自组装技术（化学、生物）生物加工的纯铜微齿轮生物加工的纯铜微齿轮21三、三、影响位置精度的主要因素与控制
17、影响位置精度的主要因素与控制刀具切削成形面刀具切削成形面刀具切削成形面刀具切削成形面相互重（接）合的表面之间相互重（接）合的表面之间有精度关系的表面之间有精度关系的表面之间工件加工面工件加工面工件加工面工件加工面位置精度要求位置精度要求机床几何精度机床几何精度一次装夹：一次装夹：如在龙门铣床、加工中心上加工箱体零件如在龙门铣床、加工中心上加工箱体零件采用成形运动法时，位置精度的获得与装夹方式有关采用成形运动法时，位置精度的获得与装夹方式有关22直接装夹：直接装夹：如用外圆定位在车床上加工齿轮内孔后，再在插如用外圆定位在车床上加工齿轮内孔后，再在插 床上加工键槽床上加工键槽工件基准面工件基准面机
18、床安装面机床安装面工件加工面工件加工面刀具切削成形面刀具切削成形面位置精度位置精度要求要求刀具切削成形面刀具切削成形面工件加工面工件加工面位置精度位置精度要求要求机床几何机床几何精度精度机床几何机床几何精度精度23找正装夹：找正装夹：如在车床上加工与外圆同轴度要求很高的内孔如在车床上加工与外圆同轴度要求很高的内孔工件基准面工件基准面机床安装面机床安装面刀具切削成形面刀具切削成形面工件加工面工件加工面位置精度位置精度要求要求机床几何机床几何精度精度可调支承可调支承找正找正精度精度刀具切削成形面刀具切削成形面工件加工面工件加工面位置精度位置精度要求要求机床几何机床几何精度精度找正找正精度精度24夹
19、具装夹：夹具装夹：非成形运动法：非成形运动法：检测精度检测精度工件基准面工件基准面机床安装面机床安装面刀具切削成形面刀具切削成形面工件加工面工件加工面位置精度位置精度要求要求机床几何机床几何精度精度夹具安装面夹具安装面对刀导引精度对刀导引精度（找正精度）（找正精度）夹具定位面夹具定位面夹具安装夹具安装精度精度夹具制造夹具制造精度精度装夹精度装夹精度刀具切削成形面刀具切削成形面工件加工面工件加工面位置精度位置精度要求要求机床几何机床几何精度精度对刀导引精度对刀导引精度（找正精度）（找正精度）25 机机床床的的制制造造误误差差、安安装装误误差差以以及及在在使使用用过过程程中中精精度度保保持持性性被
20、被破破坏坏等等原原因因，都都将将会会产产生生机机床床几几何何误误差差，进而引起机械加工误差。进而引起机械加工误差。四、机床几何误差的影响与控制四、机床几何误差的影响与控制机床几何精度机床几何精度回转运动精度回转运动精度直线运动精度直线运动精度成形运动之间的位置精度成形运动之间的位置精度传动（速度关系）精度传动（速度关系）精度26（1）机床回转运动精度机床回转运动精度主要取决于机床主轴的回转精度主要取决于机床主轴的回转精度主轴回转误差的形式主轴回转误差的形式 机床主轴回转精度的高低主机床主轴回转精度的高低主要以在规定测量截面内主轴一转要以在规定测量截面内主轴一转或数转内诸瞬时回转中心的平均或数转
21、内诸瞬时回转中心的平均位置的变化范围来衡量。位置的变化范围来衡量。瞬时回转中心瞬时回转中心1 1）主轴回转误差的主要形式主轴回转误差的主要形式 27 以滑动轴承为例以滑动轴承为例 车床：主轴受力方向不变，故车床：主轴受力方向不变，故轴径形状轴径形状精度影响最大精度影响最大;轴孔、轴孔、前后轴径以及轴承孔的同轴度、配合精度、装配精度前后轴径以及轴承孔的同轴度、配合精度、装配精度 等也有影响。等也有影响。镗床：主轴受力方向不断改变，故主要取决于镗床：主轴受力方向不断改变，故主要取决于主轴轴承孔主轴轴承孔的形的形 状精度。状精度。主轴径向跳动主轴径向跳动将会造成什么将会造成什么加工误差？加工误差？2
22、 2）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 径向跳动径向跳动28 轴向窜动轴向窜动滑滑动动轴轴承承主主轴轴的的轴轴向向窜窜动动量量取取决决于于止止推推（承承载载）轴轴承承副副中端面与主轴轴线垂直度较高者中端面与主轴轴线垂直度较高者影影响响滚滚动动轴轴承承主主轴轴轴轴向向窜窜动动的的主主要要因素有：因素有：滚道与轴线的垂直度滚道与轴线的垂直度滚动体形状误差（轴向间隙变化）滚动体形状误差（轴向间隙变化）尺寸一致性（承载不均而降低刚度）尺寸一致性（承载不均而降低刚度）主轴轴向窜动将会造成什么加工误差？主轴轴向窜动将会造成什么加工误差？29 角度摆动角度摆动 主要取决于主轴前后支承跳动
23、（跳动量、相位等）主要取决于主轴前后支承跳动（跳动量、相位等）的综合影响的综合影响 3 3）提高回转运动精度的措施）提高回转运动精度的措施 不仅影响圆度，而且影响圆柱度不仅影响圆度，而且影响圆柱度镗模；固定顶尖定位，修磨顶尖孔；采用无心磨加工镗模；固定顶尖定位，修磨顶尖孔；采用无心磨加工 用精密滚动轴承并加预载，消除间隙、提高刚度用精密滚动轴承并加预载，消除间隙、提高刚度改进滑动轴承结构（短三瓦自位轴承）改进滑动轴承结构（短三瓦自位轴承）使用液、气静压轴承，刚度高、精度高、工艺性好使用液、气静压轴承，刚度高、精度高、工艺性好隔离主轴回转误差的影响：隔离主轴回转误差的影响：提高主轴回转精度：提高
24、主轴回转精度：30（2）机床直线运动精度机床直线运动精度主要取决于机床导轨的导向精度，也和导轨装配质量和不主要取决于机床导轨的导向精度，也和导轨装配质量和不均匀磨损有关。均匀磨损有关。以车床为例，导轨误差可能引起工件的截面尺寸变化，以车床为例，导轨误差可能引起工件的截面尺寸变化，且影响轴向形状：且影响轴向形状：1）导轨误差形式及其影响）导轨误差形式及其影响y yy y导轨在铅垂面内的直线度导轨在铅垂面内的直线度y可忽略不计可忽略不计31（2）机床直线运动精度机床直线运动精度主要取决于机床导轨的导向精度，也和导轨装配质量和不主要取决于机床导轨的导向精度，也和导轨装配质量和不均匀磨损有关。均匀磨损
25、有关。以车床为例，导轨误差可能引起工件的截面尺寸变化，以车床为例，导轨误差可能引起工件的截面尺寸变化，且影响轴向形状：且影响轴向形状：1）导轨误差形式及其影响）导轨误差形式及其影响xx导轨在水平面内的导轨在水平面内的直线度直线度x误差敏感方向误差敏感方向32（2）机床直线运动精度机床直线运动精度主要取决于机床导轨的导向精度，也和导轨装配质量和不主要取决于机床导轨的导向精度，也和导轨装配质量和不均匀磨损有关。均匀磨损有关。以车床为例，导轨误差可能引起工件的截面尺寸变化，以车床为例，导轨误差可能引起工件的截面尺寸变化，且影响轴向形状：且影响轴向形状：1）导轨误差形式及其影响）导轨误差形式及其影响x
26、双导轨间在铅垂方向双导轨间在铅垂方向的平行度的平行度n33（2）机床直线运动精度机床直线运动精度主要取决于机床导轨的导向精度，也和导轨装配质量和不主要取决于机床导轨的导向精度，也和导轨装配质量和不均匀磨损有关。均匀磨损有关。以车床为例，导轨误差可能引起工件的截面尺寸变化，以车床为例，导轨误差可能引起工件的截面尺寸变化，且影响轴向形状：且影响轴向形状：1）导轨误差形式及其影响）导轨误差形式及其影响导轨在水平面内的导轨在水平面内的直线度直线度x导轨在铅垂面内的导轨在铅垂面内的直线度直线度y双导轨间在铅垂方向双导轨间在铅垂方向的平行度的平行度n误差敏感方向误差敏感方向可忽略不计可忽略不计在平面磨床上
27、加工时情况又如何？在平面磨床上加工时情况又如何？342）提高导轨直线运动精度的措施）提高导轨直线运动精度的措施合理的导轨形状和组合形式合理的导轨形状和组合形式改善制造精度、接触精度和改善制造精度、接触精度和精度保持性精度保持性采用静压导轨采用静压导轨90o双三角导轨双三角导轨适当加长工作台适当加长工作台配磨、刮研配磨、刮研耐耐磨损磨损均化作用均化作用防防磨损磨损35（3）成形运动之间的相互关系精度）成形运动之间的相互关系精度 成形运动间成形运动间位置关系的影响与控制位置关系的影响与控制圆柱面成圆柱面成为双曲面为双曲面平面成为平面成为内凹或外凸内凹或外凸圆柱面成圆柱面成为圆锥面为圆锥面车削时车削
28、时：刀具直线运动与工件刀具直线运动与工件回转轴线不垂直回转轴线不垂直刀具与工件回转轴线刀具与工件回转轴线在空间交错不平行在空间交错不平行刀具与工件回转轴刀具与工件回转轴线在线在zx面内不平行面内不平行d-d36镗削时镗削时：若工件直线进给运动与镗杆回转轴线不平行若工件直线进给运动与镗杆回转轴线不平行铣削时铣削时：若端铣刀回转轴线与工作台直线进给运动不垂直若端铣刀回转轴线与工作台直线进给运动不垂直移位加工可使误差从移位加工可使误差从减小至减小至移位方向移位方向圆孔成为椭圆孔圆孔成为椭圆孔平面下凹平面下凹37 提高提高成形运动间成形运动间相互位置关系精度的措施相互位置关系精度的措施 使用几何精度高
29、的机床（决定因素）使用几何精度高的机床（决定因素）保证高精度的零部件制造、总装调试和维修保证高精度的零部件制造、总装调试和维修 误差检测与补偿误差检测与补偿 38成形运动间速度关系的影响与控制成形运动间速度关系的影响与控制车、磨螺纹以及滚齿、插齿、磨齿等加工，要求各成形运车、磨螺纹以及滚齿、插齿、磨齿等加工，要求各成形运动之间具有准确的速度关系动之间具有准确的速度关系滚齿机滚齿机速度关系误差对加工精度的影响速度关系误差对加工精度的影响 各各传传动动件件传传动动误误差差对对工工件精度影响的总和为：件精度影响的总和为：39影响影响速度关系精度的因素速度关系精度的因素机床传动链中各传动元件的机床传动
30、链中各传动元件的制造误差制造误差、装配误差装配误差以及以及磨损磨损等，都会破坏正确的运动关系，造成工件和等，都会破坏正确的运动关系，造成工件和刀具运动相对速度的不准确，从而产生加工误差。刀具运动相对速度的不准确，从而产生加工误差。在在降速链中的低速传动件误差的影响最大。降速链中的低速传动件误差的影响最大。提高成形运动间速度关系精度的措施提高成形运动间速度关系精度的措施 尽量减少传动件数目，缩短传动链长度尽量减少传动件数目，缩短传动链长度 采用降速传动采用降速传动 保证高精度的传动零部件制造、总装调试和维修保证高精度的传动零部件制造、总装调试和维修 传动误差检测与补偿传动误差检测与补偿 40题题
31、1：套筒零件如图所示。本工序为最后工序，欲在套筒零件如图所示。本工序为最后工序，欲在 这批工件上铣键槽，定位方案见图示。定位元这批工件上铣键槽，定位方案见图示。定位元 件为水平放置的带台肩心轴，心轴直径件为水平放置的带台肩心轴，心轴直径试求：试求：1 1所给定位方案的定位误差，并判断能否满足加所给定位方案的定位误差，并判断能否满足加 工要求；工要求；2 2若所给定位方案不若所给定位方案不 能满足要求，试通能满足要求，试通 过分析计算给出合过分析计算给出合 理方案。理方案。411 14 4采用什么定采用什么定位元件？位元件？42题题2 2：车车床床上上车车削削轴轴类类零零件件的的外外圆圆A和和台
32、台肩肩面面B，如如图图。经经测测发发现现A面面有有圆圆柱柱度度误误差差，B对对A有有垂垂直直度度误误差差。如如果果仅仅考考虑虑机机床床几几何何误误差差的的影影响响，试试分分析析产产生生以以上上误差的主要原因。误差的主要原因。43题题3：在在平平面面磨磨床床上上用用端端面面砂砂轮轮磨磨削削平平板板工工件件，为为改改善善切切削削条条件件，减减少少砂砂轮轮与与工工件件的的接接触触面面积积，常常将将砂砂轮轮倾倾斜斜一一个个角角度度如如图图。若若，试试分分析析磨磨削削后后的的平平面面形形状状并并计计算算平平面面度度误误差差，提提出出改改善加工形状精度的工艺方法。善加工形状精度的工艺方法。44题题4：在在
33、铣铣床床上上用用夹夹具具装装夹夹加加工工一一批批轴轴件件上上的的键键槽槽，如如图图示示。已已知知铣铣床床工工作作台台面面与与导导轨轨的的平平行行度度误误差差为为0.05/300，夹夹具具两两定定位位V形形块块夹夹角角，交交点点A的的连连线线与与夹夹具具体体底底面面的的平平行行度度误误差差为为0.01/150，阶阶梯梯轴轴工工件件两两端端轴轴径径尺尺寸寸为为，试试分分析析计计算算在在只只考考虑虑上上述述因因素素影影响响时时，加加工工后后的的键键槽槽底底面面对对 下下母母线线之之间间的的平平行行度度误误差差，并并估估算算最最大大值值（不不考考虑虑两两轴轴颈颈与与 外圆的同轴度误差）。外圆的同轴度误
34、差）。455.2.3机械加工过程因素的影响与控制机械加工过程因素的影响与控制1.工艺系统受力变形的影响与控制工艺系统受力变形的影响与控制工艺系统受力工艺系统受力破坏成形运动精度破坏成形运动精度引起加工误差引起加工误差加工时工件或夹具变形，加工后产生误差加工时工件或夹具变形，加工后产生误差单爪拨动单爪拨动，使主轴受力方向改变，瞬时回转中，使主轴受力方向改变，瞬时回转中心变动心变动运动部件自重引起结构件变形且随运动而不断运动部件自重引起结构件变形且随运动而不断变化变化高速运动过程中由于质量不均引起有关环高速运动过程中由于质量不均引起有关环节变形节变形接触变形造成测量误差接触变形造成测量误差夹紧力夹
35、紧力传动力传动力重力重力惯性力惯性力测量力测量力切削力切削力力的变化使工艺系统产生复杂变形力的变化使工艺系统产生复杂变形46控制或减少工艺系统受力变形的措施控制或减少工艺系统受力变形的措施 有效减小切削力有效减小切削力根据变形规律，预置系统的反变形；根据变形规律，预置系统的反变形；调刀量调整调刀量调整恒力测量装置；相对测量，对比抵消变恒力测量装置；相对测量，对比抵消变形的影响形的影响减小切削用量减小切削用量补偿部件变形补偿部件变形恒定测量力恒定测量力提高系统刚度提高系统刚度有效地提高工艺系统抵抗受力变形有效地提高工艺系统抵抗受力变形的能力的能力47（1 1）工艺系统刚度及其对加工精度的影响）工
36、艺系统刚度及其对加工精度的影响 工艺系统刚度工艺系统刚度 工艺系统在受力时抵抗变形的能力工艺系统在受力时抵抗变形的能力工艺系统变形工艺系统变形的特点的特点在加工误差敏感方向对加工精度影响最大在加工误差敏感方向对加工精度影响最大与受力的大小往往并不呈现线性关系与受力的大小往往并不呈现线性关系工艺系统刚度工艺系统刚度Ks：加工误差敏感方向加工误差敏感方向上工艺系统受力上工艺系统受力Fn与变形量（或位移与变形量（或位移量）量）n之比之比48 工艺系统刚度对加工精度的影响工艺系统刚度对加工精度的影响 a）各部刚度不等时在切削力作用下产生的加工误差各部刚度不等时在切削力作用下产生的加工误差车外圆车外圆可
37、推可推导出导出式中式中KH、KT、KB分别为床头、尾座及刀架部件的实测平均刚度分别为床头、尾座及刀架部件的实测平均刚度 E工件材料的弹性模量工件材料的弹性模量I 工件截面惯性矩工件截面惯性矩49简简 化化 公公 式式当工件刚度很高时当工件刚度很高时加工盘类工件时加工盘类工件时 工工艺艺系系统统刚刚度度随随着着受受力力点点在在工工件件轴轴线线方方向向上上的的位位置置不不同同而而变变化化，使使车车出出的的工工件件在在各各截截面面上上直直径径尺尺寸不同，产生了形状和尺寸误差。寸不同，产生了形状和尺寸误差。50b b）切削力变化时对加工精度的影响）切削力变化时对加工精度的影响原因：原因：切削余量不均，
38、工件材质变化等切削余量不均，工件材质变化等结果：结果：形状误差，尺寸分散形状误差，尺寸分散误差复映现象误差复映现象工件加工前的误差工件加工前的误差B以类似以类似的形式反映到加工后的工件上去，的形式反映到加工后的工件上去，造成加工后的误差造成加工后的误差W。误差复映系数误差复映系数 式中式中CFp工件材料切削条件对背向力工件材料切削条件对背向力的影响系数的影响系数 f进给量进给量yFp 进给量对背向力的影响指数进给量对背向力的影响指数51减少误差复映影响的主要措施减少误差复映影响的主要措施 多次走刀多次走刀提高工艺系统刚度提高工艺系统刚度52（2）提高工艺系统刚度的主要措施提高工艺系统刚度的主要
39、措施 提高工件在加工时的刚度或减小其变形提高工件在加工时的刚度或减小其变形 合理选择工件的加工和装夹方式合理选择工件的加工和装夹方式薄壁件均匀夹紧；细长件薄壁件均匀夹紧；细长件 用跟刀架、中心架，反向进给切削用跟刀架、中心架，反向进给切削 提高刀具在加工时的刚度提高刀具在加工时的刚度 改善刀具材料、结构；改善刀具材料、结构；热处理；热处理；钻套、镗套；钻套、镗套；对称刃口抵消切削分力对称刃口抵消切削分力 提高机床及夹具的刚度提高机床及夹具的刚度 合理设计结构，刚度平衡；尽量减少零件数，提高接合理设计结构，刚度平衡；尽量减少零件数，提高接合面形状精度，降低表面粗糙度值，减少接触变形；合面形状精度
40、，降低表面粗糙度值，减少接触变形；可靠预紧可靠预紧53题题5：假假设设工工件件刚刚度度极极大大，且且车车床床床床头头刚刚度度大大于于 尾尾座座刚刚度度，试试分分析析图图示示三三种种加加工工情情况况，各各会会产生何种形状误差。产生何种形状误差。54题题6：试分析在车床上加工一批工件的外圆柱面：试分析在车床上加工一批工件的外圆柱面产生图示三种形状误差的主要原因。产生图示三种形状误差的主要原因。552.工艺系统热变形的影响与控制工艺系统热变形的影响与控制热源热源内部热源内部热源外部热源外部热源摩擦热摩擦热（运动副）（运动副）转化热转化热（电动机，动力能耗）（电动机，动力能耗）加工热加工热（切削热、磨
41、削热）（切削热、磨削热）环境温度环境温度（室温、地基温度）（室温、地基温度）辐射热辐射热（阳光、取暖设备、人体）（阳光、取暖设备、人体）（1）工艺系统的热源）工艺系统的热源56（2）工艺系统热变形对加工精度的影响）工艺系统热变形对加工精度的影响（特别是精密件、大型件的加工）（特别是精密件、大型件的加工）机床机床破坏原有的冷态几何精度，造成加工误差破坏原有的冷态几何精度，造成加工误差工件工件冷却后尺寸改变；局部受热不均而变形冷却后尺寸改变；局部受热不均而变形刀具刀具加工过程中热伸长引起加工尺寸变化加工过程中热伸长引起加工尺寸变化精密加工时也要考虑夹具、量具热变形带来的误差精密加工时也要考虑夹具、
42、量具热变形带来的误差57（3）控制工艺系统热变形的主要措施）控制工艺系统热变形的主要措施减少热量产生和传入减少热量产生和传入正确使用刀（磨）具、切（磨）削正确使用刀（磨）具、切（磨）削用量；及时刃磨或修整刃具；电机用量；及时刃磨或修整刃具；电机外置、油箱外置；防晒外置、油箱外置；防晒加强散热能力加强散热能力高效冷却（喷雾冷却、润滑油高效冷却（喷雾冷却、润滑油冷冻降温）冷冻降温）均恒温度场均恒温度场采用热对称和热补偿结构；恒温间；采用热对称和热补偿结构；恒温间；机床预热机床预热改进设计改进设计有限元分析、结构优化、有限元分析、结构优化、CAD精密加工机床的热变形补偿系统精密加工机床的热变形补偿系
43、统583.工艺系统磨损的影响与控制工艺系统磨损的影响与控制（1）工艺系统磨损对加工精度的影响）工艺系统磨损对加工精度的影响机床零部件机床零部件破坏原有成形运动精度造成工件的形状破坏原有成形运动精度造成工件的形状和位置误差和位置误差夹具夹具带来装夹误差、对刀导引误差带来装夹误差、对刀导引误差刀具和磨具刀具和磨具使批生产工件尺寸的分散性增大使批生产工件尺寸的分散性增大造成尺寸和形状误差（大零件、成形刀具加工）造成尺寸和形状误差（大零件、成形刀具加工）量具量具引起测量误差引起测量误差59（2）减少工艺系统磨损的主要措施减少工艺系统磨损的主要措施合理设计机床结构合理设计机床结构静压结构，易损表面防护静
44、压结构，易损表面防护提高零部件耐磨性提高零部件耐磨性耐磨材料（合金铸铁、镶钢、贴塑）耐磨材料（合金铸铁、镶钢、贴塑）热处理，热处理，合理润滑，及时更换已磨损件合理润滑，及时更换已磨损件正确使用刀具正确使用刀具刀具材料（陶瓷、金刚石），刀具参数刀具材料（陶瓷、金刚石），刀具参数切削用量（尤其是切削用量（尤其是V），），刃口形式（宽刃）刃口形式（宽刃）冷却润滑冷却润滑604.工件残余应力的影响与控制工件残余应力的影响与控制工件的残余应力：工件的残余应力：当外部载荷去除以后，仍残存在工件当外部载荷去除以后，仍残存在工件内部的应力内部的应力（1）残余应力的产生残余应力的产生机加力和热机加力和热表层塑变
45、（晶格扭曲、表层塑变（晶格扭曲、拉长、比容增大）拉长、比容增大）毛坯制造毛坯制造冷校直冷校直局部塑变局部塑变61（2 2）减少或消除残余应力的主要措施减少或消除残余应力的主要措施合理设计零件结构合理设计零件结构时效处理时效处理自然时效自然时效大件在室外搁置数天、月大件在室外搁置数天、月小件在车间搁置数小时（粗、精加工之间）小件在车间搁置数小时（粗、精加工之间）结构对称，壁厚均匀，减小尺寸差结构对称，壁厚均匀，减小尺寸差人工时效人工时效铸、锻、焊件在机械加工前的退火、回火铸、锻、焊件在机械加工前的退火、回火精度稳定性要求高的零件，淬火后进行冰冷处理精度稳定性要求高的零件，淬火后进行冰冷处理振动时
46、效（激振、敲打）振动时效（激振、敲打）减少加工塑变减少加工塑变减少加工热；精度高的细长工件，不得冷校直减少加工热；精度高的细长工件，不得冷校直加大余量、多次切削，热校直加大余量、多次切削，热校直625.3加工误差的统计分析加工误差的统计分析目的：目的：区分区分成批生产成批生产中不同性质的加工误差，确定中不同性质的加工误差，确定系统误差系统误差的的数值和数值和随机误差随机误差的范围，从而找出造成加工误差的主要因素的范围，从而找出造成加工误差的主要因素以便采取相应的措施，提高零件的加工精度。以便采取相应的措施，提高零件的加工精度。系统误差系统误差 在相同的工艺条件下加工一批工件，所产生的大小和在相
47、同的工艺条件下加工一批工件，所产生的大小和方向不变（方向不变（常值常值），或按加工顺序有规律的变化（），或按加工顺序有规律的变化（变值变值）的加工误差的加工误差随机误差随机误差 在相同的工艺条件下加工一批工件，所产生的大小和在相同的工艺条件下加工一批工件，所产生的大小和方向不同，且无规律变化的加工误差方向不同，且无规律变化的加工误差5.3.1加工误差的统计性质加工误差的统计性质635.3.2 机械加工误差的分布规律机械加工误差的分布规律正态分布正态分布调整法加工时没有某种优势因素的影响调整法加工时没有某种优势因素的影响平顶分布平顶分布加工过程中有显著的变值系统误差，如刀具磨损加工过程中有显著的
48、变值系统误差，如刀具磨损双峰分布双峰分布两台机床或两次调整加工，精度不同，调整尺寸两台机床或两次调整加工，精度不同，调整尺寸不一致不一致偏态分布偏态分布加工过程受到人为干预，如试切法加工时的保全心理加工过程受到人为干预，如试切法加工时的保全心理在显著热变形至达到热平衡期间进行加工在显著热变形至达到热平衡期间进行加工645.3.3 加工误差的统计分析方法加工误差的统计分析方法统计分析方法统计分析方法点图分析法点图分析法分布曲线法分布曲线法1分布曲线法分布曲线法通过测量一批零件加工后的实际尺寸，做出尺寸分布曲线，通过测量一批零件加工后的实际尺寸，做出尺寸分布曲线，然后按照此曲线来判断该加工方法所产
49、生的加工误差。然后按照此曲线来判断该加工方法所产生的加工误差。一般情况下，调整法加工后的零件一般情况下，调整法加工后的零件尺寸服从正态分布。其概率密度函数为：尺寸服从正态分布。其概率密度函数为：653 原则原则正态分布的随机变量的分散范围是正态分布的随机变量的分散范围是3 6 的大小代表了某种加工方法在一定条件下所能达到的精密度的大小代表了某种加工方法在一定条件下所能达到的精密度一般情况下，有一般情况下，有正态分布函数为：正态分布函数为：令：令：则有则有表表5.1不同不同 值的分布曲线值的分布曲线 不同不同 值的正态分布曲线值的正态分布曲线 66加工实测平均尺寸加工实测平均尺寸常值系统误差常值
50、系统误差随机误差随机误差对一批零件对一批零件实验分布曲线实验分布曲线与与正态分布曲线正态分布曲线相符合相符合设计要求基本尺寸设计要求基本尺寸任一零件的尺寸可表示为：任一零件的尺寸可表示为：x R=6 x sxMTxminxmaxixiy67分布曲线的用途分布曲线的用途分析系统误差的大小和方向分析系统误差的大小和方向分析随机误差因素对加工精度分析随机误差因素对加工精度 的影响的影响分析各尺寸范围内零件的百分析各尺寸范围内零件的百 分比分比 分析减少废品率的有效方法分析减少废品率的有效方法 预估产生废品的可能性预估产生废品的可能性 分析工序能力等级分析工序能力等级查表查表5.25.268 分析系统