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1、第四章 机械加工质量1111机械加工质量概述机械加工质量概述机械加工质量概述机械加工质量概述2222产生加工误差的主要因素产生加工误差的主要因素产生加工误差的主要因素产生加工误差的主要因素3333外表质量的形成及影响因素外表质量的形成及影响因素外表质量的形成及影响因素外表质量的形成及影响因素4444加工质量对机器零件使用性能的影响加工质量对机器零件使用性能的影响加工质量对机器零件使用性能的影响加工质量对机器零件使用性能的影响本章提要本章提要 机器零件的加工质量是整台机器质量的基础。机器零机器零件的加工质量是整台机器质量的基础。机器零机器零件的加工质量是整台机器质量的基础。机器零机器零件的加工质
2、量是整台机器质量的基础。机器零件的加工质量一般用件的加工质量一般用件的加工质量一般用件的加工质量一般用机械加工精度机械加工精度机械加工精度机械加工精度和和和和加工外表质量加工外表质量加工外表质量加工外表质量两个重两个重两个重两个重要指标表示，它的上下将直接影响整台机器的使用性能和要指标表示，它的上下将直接影响整台机器的使用性能和要指标表示，它的上下将直接影响整台机器的使用性能和要指标表示，它的上下将直接影响整台机器的使用性能和寿命。本章研究寿命。本章研究寿命。本章研究寿命。本章研究机械加工精度机械加工精度机械加工精度机械加工精度的问题。的问题。的问题。的问题。本章讨论的内容有机械加工精度的本章
3、讨论的内容有机械加工精度的本章讨论的内容有机械加工精度的本章讨论的内容有机械加工精度的基本概念基本概念基本概念基本概念、影响加影响加影响加影响加工精度的因素工精度的因素工精度的因素工精度的因素、加工误差的综合分析加工误差的综合分析加工误差的综合分析加工误差的综合分析及及及及提高加工精度的途提高加工精度的途提高加工精度的途提高加工精度的途径径径径四个方面。四个方面。四个方面。四个方面。一一 机机械械加加工工质质量量概概述述1 1.1 1 产产品品质质量量的的概概念念 产产产产品品品品质质质质量量量量，通通通通常常常常是是是是指指指指产产产产品品品品功功功功能能能能及及及及其其其其可可可可靠靠靠靠
4、性性性性的的的的优优优优劣劣劣劣程程程程度度度度。是是是是人人人人们们们们对对对对产产产产品品品品满满满满意意意意程程程程度度度度的的的的总总总总体体体体评评评评价价价价。机机机机械械械械产产产产品品品品质质质质量量量量，实实实实质质质质上上上上是是是是指指指指机机机机械械械械产产产产品品品品在在在在其其其其全全全全寿寿寿寿命命命命周周周周期期期期表表表表现现现现出出出出的的的的优优优优劣劣劣劣程程程程度度度度。也也也也就就就就是是是是说说说说，机机机机械械械械产产产产品品品品质质质质量量量量本本本本身身身身，已已已已经经经经涵涵涵涵盖盖盖盖了了了了产产产产品品品品的的的的设设设设计计计计、制
5、制制制造造造造、销销销销售售售售、使使使使用用用用、服服服服务务务务、报报报报废废废废全全全全过过过过程程程程。而而而而机机机机械械械械加加加加工工工工质质质质量量量量，则则则则是是是是指指指指零零零零件件件件机机机机械械械械加加加加工工工工的的的的优优优优劣劣劣劣程程程程度度度度。1.2 零件加工质量的构成1 1)加加加加工工工工精精精精度度度度:尺尺尺尺寸寸寸寸精精精精度度度度,形形形形状状状状精精精精度度度度,位位位位置置置置精精精精度度度度;2 2)外外外外表表表表质质质质量量量量:外外外外表表表表粗粗粗粗糙糙糙糙度度度度及及及及波波波波度度度度，表表层层物物理理机机械械性性能能。见见
6、零零件件加加工工质质量量列列表表二 产生加工误差的主要因素由机床由机床由机床由机床-夹具夹具夹具夹具-刀具刀具刀具刀具-工件构成一个完整的加工系工件构成一个完整的加工系工件构成一个完整的加工系工件构成一个完整的加工系统，称为工艺系统。工艺系统的各因素，加工统，称为工艺系统。工艺系统的各因素，加工统，称为工艺系统。工艺系统的各因素，加工统，称为工艺系统。工艺系统的各因素，加工过程中可能会以不同的形式、程度反映在工件过程中可能会以不同的形式、程度反映在工件过程中可能会以不同的形式、程度反映在工件过程中可能会以不同的形式、程度反映在工件上，形成加工误差，称为原始误差。上，形成加工误差，称为原始误差。
7、上，形成加工误差，称为原始误差。上，形成加工误差，称为原始误差。产生加工误差的工艺因素可概括为七个方面，产生加工误差的工艺因素可概括为七个方面，产生加工误差的工艺因素可概括为七个方面，产生加工误差的工艺因素可概括为七个方面，即：工艺系统的制造精度与磨损、原理误差、即：工艺系统的制造精度与磨损、原理误差、即：工艺系统的制造精度与磨损、原理误差、即：工艺系统的制造精度与磨损、原理误差、安装误差、工艺系统的受力变形、工艺系统的安装误差、工艺系统的受力变形、工艺系统的安装误差、工艺系统的受力变形、工艺系统的安装误差、工艺系统的受力变形、工艺系统的受热变形、调整误差和度量误差。受热变形、调整误差和度量误
8、差。受热变形、调整误差和度量误差。受热变形、调整误差和度量误差。加工精度加工精度加工精度加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数的符合程度。和位置）与理想几何参数的符合程度。和位置）与理想几何参数的符合程度。和位置）与理想几何参数的符合程度。1 1 1 1）零件的）零件的）零件的）零件的尺寸精度尺寸精度尺寸精度尺寸精度：加工后零件的实际尺寸与零件理：加工后零件的实际尺寸与零件理：加工后零件的实际尺寸与零件理：加工后零件的实际尺寸与零件理想尺寸相符
9、的程度。想尺寸相符的程度。想尺寸相符的程度。想尺寸相符的程度。2 2 2 2）零件的）零件的）零件的）零件的形状精度形状精度形状精度形状精度：加工后零件的实际形状与零件理：加工后零件的实际形状与零件理：加工后零件的实际形状与零件理：加工后零件的实际形状与零件理想形状相符的程度。想形状相符的程度。想形状相符的程度。想形状相符的程度。3 3 3 3）零件的）零件的）零件的）零件的位置精度位置精度位置精度位置精度：加工后零件的实际位置与零件理：加工后零件的实际位置与零件理：加工后零件的实际位置与零件理：加工后零件的实际位置与零件理想位置相符的程度。想位置相符的程度。想位置相符的程度。想位置相符的程度
10、。加工精度和加工误差加工精度和加工误差一、位置精度的获得方法一、位置精度的获得方法装夹装夹 工件的装夹与获得加工精度的方法工件的装夹与获得加工精度的方法装夹有三种主要的方法：直接装夹、找正装夹、夹具装夹装夹有三种主要的方法：直接装夹、找正装夹、夹具装夹二、获得工件尺寸精度的方法二、获得工件尺寸精度的方法获得工件尺寸精度的方法有：试切法、调整法、定获得工件尺寸精度的方法有：试切法、调整法、定尺寸刀具法、自动操作法尺寸刀具法、自动操作法三、获得工件形状精度的方法三、获得工件形状精度的方法获得工件形状精度的方法有：轨迹法、成形法、展成法获得工件形状精度的方法有：轨迹法、成形法、展成法获得工件形状精度
11、的方法有：轨迹法、成形法、展成法获得工件形状精度的方法有：轨迹法、成形法、展成法 加工误差：加工误差：加工误差：加工误差：实际加工不可能做得与理想零件完全一致，实际加工不可能做得与理想零件完全一致，实际加工不可能做得与理想零件完全一致，实际加工不可能做得与理想零件完全一致，总会有大小不同的偏差，零件加工后的实际几何参数对理总会有大小不同的偏差，零件加工后的实际几何参数对理总会有大小不同的偏差，零件加工后的实际几何参数对理总会有大小不同的偏差，零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度，称为加工误差。想几何参数的偏离程度，称为加工误差。想几何参数的偏离程度，称为加工误差。想几何参数的偏离程
12、度，称为加工误差。加工误差的大小表示了加工精度的上下。生产实际中加工误差的大小表示了加工精度的上下。生产实际中加工误差的大小表示了加工精度的上下。生产实际中加工误差的大小表示了加工精度的上下。生产实际中用操作加工误差的方法来保证加工精度。用操作加工误差的方法来保证加工精度。用操作加工误差的方法来保证加工精度。用操作加工误差的方法来保证加工精度。加工精度和加工误差是从两种观点来评定零件几何参加工精度和加工误差是从两种观点来评定零件几何参加工精度和加工误差是从两种观点来评定零件几何参加工精度和加工误差是从两种观点来评定零件几何参数，所谓保证和提高加工精度问题就是限制和降低加工误数，所谓保证和提高加
13、工精度问题就是限制和降低加工误数，所谓保证和提高加工精度问题就是限制和降低加工误数，所谓保证和提高加工精度问题就是限制和降低加工误差问题。差问题。差问题。差问题。加工精度和加工误差加工精度和加工误差因素分析法：因素分析法：通过分析、计算或实验、测试等方法，研究通过分析、计算或实验、测试等方法，研究某一确定因素对加工精度的影响。一般不考虑其它因素的同时某一确定因素对加工精度的影响。一般不考虑其它因素的同时作用，主要是分析各项误差单独的变化规律。作用，主要是分析各项误差单独的变化规律。统计分析法：统计分析法：运用数理统计方法对生产中一批工件的实测运用数理统计方法对生产中一批工件的实测结果进行数据处
14、理，用以操作工艺过程的正常进行。主要是研结果进行数据处理，用以操作工艺过程的正常进行。主要是研究各项误差综合的变化规律，只适合于大批、大量的生产条件。究各项误差综合的变化规律，只适合于大批、大量的生产条件。研究机械加工精度的方法研究机械加工精度的方法在机械加工中，零件的尺寸、几何形状和外表间相对位在机械加工中，零件的尺寸、几何形状和外表间相对位在机械加工中，零件的尺寸、几何形状和外表间相对位在机械加工中，零件的尺寸、几何形状和外表间相对位置的形成，取决于工件和刀具在切削运动过程中相互位置的置的形成，取决于工件和刀具在切削运动过程中相互位置的置的形成，取决于工件和刀具在切削运动过程中相互位置的置
15、的形成，取决于工件和刀具在切削运动过程中相互位置的关系。零件的机械加工是在由机床、夹具、刀具和工件组成关系。零件的机械加工是在由机床、夹具、刀具和工件组成关系。零件的机械加工是在由机床、夹具、刀具和工件组成关系。零件的机械加工是在由机床、夹具、刀具和工件组成的系统中进行的。该系统即为的系统中进行的。该系统即为的系统中进行的。该系统即为的系统中进行的。该系统即为工艺系统工艺系统工艺系统工艺系统。工艺系统存在的误差称之为工艺系统存在的误差称之为工艺系统存在的误差称之为工艺系统存在的误差称之为原始误差原始误差原始误差原始误差；原始误差是造成；原始误差是造成；原始误差是造成；原始误差是造成加工误差的根
16、源。加工误差的根源。加工误差的根源。加工误差的根源。原始误差的存在，使工艺系统各组成局部之间的位置关原始误差的存在，使工艺系统各组成局部之间的位置关原始误差的存在，使工艺系统各组成局部之间的位置关原始误差的存在，使工艺系统各组成局部之间的位置关系或速度关系偏离了理想状态，致使加工后的零件产生了加系或速度关系偏离了理想状态，致使加工后的零件产生了加系或速度关系偏离了理想状态，致使加工后的零件产生了加系或速度关系偏离了理想状态，致使加工后的零件产生了加工误差。工误差。工误差。工误差。影响加工精度的因素及其分析影响加工精度的因素及其分析假设原始误差是在加工前已存在，即在无切削负荷的情假设原始误差是在
17、加工前已存在，即在无切削负荷的情假设原始误差是在加工前已存在，即在无切削负荷的情假设原始误差是在加工前已存在，即在无切削负荷的情况下检验的，称为况下检验的，称为况下检验的，称为况下检验的，称为工艺系统静误差工艺系统静误差工艺系统静误差工艺系统静误差；假设在有切削负荷情况；假设在有切削负荷情况；假设在有切削负荷情况；假设在有切削负荷情况下产生的则称为下产生的则称为下产生的则称为下产生的则称为工艺系统动误差工艺系统动误差工艺系统动误差工艺系统动误差。影响加工精度的因素及其分析影响加工精度的因素及其分析原理误差：原理误差：是指由于采用了近似的成形运动、近似的刀刃形是指由于采用了近似的成形运动、近似的
18、刀刃形状等原因而产生的加工误差。状等原因而产生的加工误差。测量误差：测量误差：是工件的测量尺寸与实际尺寸的差值。加工一般是工件的测量尺寸与实际尺寸的差值。加工一般精度的零件时，可占工序尺寸公差的精度的零件时，可占工序尺寸公差的1/51/10；加工精密零；加工精密零件时，可占工序尺寸公差的件时，可占工序尺寸公差的1/3左右左右。原原始始误误差差工艺系统静误差工艺系统静误差工艺系统动误差工艺系统动误差调整误差调整误差机床误差机床误差刀具制造误差刀具制造误差夹具误差夹具误差加工原理误差加工原理误差工件装夹误差工件装夹误差工艺系统受力变形工艺系统受力变形刀具磨损刀具磨损剩余应力引起变形剩余应力引起变形
19、测量误差测量误差工艺系统热变形工艺系统热变形 影响加工精度的因素及其分析影响加工精度的因素及其分析加工前加工前加工中加工中加工后加工后 影响加工精度的因素及其分析影响加工精度的因素及其分析4.1 机床误差机床误差（一）（一）机床刀轨的直线度机床刀轨的直线度1 1 1 1）车床导轨在水平面内直线度误差）车床导轨在水平面内直线度误差）车床导轨在水平面内直线度误差）车床导轨在水平面内直线度误差 1:1 1:1 1:1 1:1反映到工件圆柱度误差上；反映到工件圆柱度误差上；反映到工件圆柱度误差上；反映到工件圆柱度误差上；1:2 1:2 1:2 1:2反映到直径误差反映到直径误差反映到直径误差反映到直径
20、误差2 2 2 2）车床导轨在垂直面内直线度误差车床导轨在垂直面内直线度误差车床导轨在垂直面内直线度误差车床导轨在垂直面内直线度误差 影响较小影响较小影响较小影响较小4.1 机床误差机床误差（一）（一）机床刀轨的直线度机床刀轨的直线度1 1 1 1）车床导轨在水平面内直线度误差）车床导轨在水平面内直线度误差）车床导轨在水平面内直线度误差）车床导轨在水平面内直线度误差 1:1 1:1 1:1 1:1反映到工件圆柱度误差上；反映到工件圆柱度误差上；反映到工件圆柱度误差上；反映到工件圆柱度误差上；1:2 1:2 1:2 1:2反映到直径误差反映到直径误差反映到直径误差反映到直径误差4.1 机床误差机
21、床误差（一）（一）机床刀轨的直线度机床刀轨的直线度2 2 2 2）车床导轨在垂直面内直线度误差车床导轨在垂直面内直线度误差车床导轨在垂直面内直线度误差车床导轨在垂直面内直线度误差 影响较小影响较小影响较小影响较小4.1 机床误差机床误差（二）机床主轴轴线与导轨平行度二）机床主轴轴线与导轨平行度（1 1 1 1）水平面内不平行，引起加工误差大水平面内不平行，引起加工误差大水平面内不平行，引起加工误差大水平面内不平行，引起加工误差大,工件呈工件呈工件呈工件呈锥体锥体锥体锥体,锥度误差为锥度误差为锥度误差为锥度误差为 K=2a/LK=2a/LK=2a/LK=2a/L例如，平行度误差例如，平行度误差例
22、如，平行度误差例如，平行度误差a=0.03/300 mma=0.03/300 mma=0.03/300 mma=0.03/300 mm长度长度长度长度L=50mmL=50mmL=50mmL=50mm的零件的零件的零件的零件,产生直径误差产生直径误差产生直径误差产生直径误差4.1 机床误差机床误差（二）机床主轴轴线与导轨平行度二）机床主轴轴线与导轨平行度（2 2 2 2）垂直面内不平行，引起加工误差小垂直面内不平行，引起加工误差小垂直面内不平行，引起加工误差小垂直面内不平行，引起加工误差小,工件呈工件呈工件呈工件呈双曲面回转体，双曲面回转体，双曲面回转体，双曲面回转体，半径方向的误差为半径方向的
23、误差为半径方向的误差为半径方向的误差为4.1 机床误差机床误差（三）（三）机床主轴旋转时轴线位置的变化机床主轴旋转时轴线位置的变化 主轴回转轴线的运动误差主轴回转轴线的运动误差主轴回转轴线的运动误差主轴回转轴线的运动误差 可以分解为三种形式：可以分解为三种形式：可以分解为三种形式：可以分解为三种形式：径向圆跳动；径向圆跳动；径向圆跳动；径向圆跳动；端面圆跳动；端面圆跳动；端面圆跳动；端面圆跳动；倾角摆动。倾角摆动。倾角摆动。倾角摆动。b）端面圆跳动）端面圆跳动a）径向圆跳动）径向圆跳动c）倾角摆动）倾角摆动主轴回转误差基本形式主轴回转误差基本形式4.1 机床误差机床误差径向跳动径向跳动径向跳动
24、径向跳动:主轴回转轴线相对于平均回转轴线在径向的变主轴回转轴线相对于平均回转轴线在径向的变主轴回转轴线相对于平均回转轴线在径向的变主轴回转轴线相对于平均回转轴线在径向的变动量。车外圆时它使加工面产生圆度和圆柱度误差动量。车外圆时它使加工面产生圆度和圆柱度误差动量。车外圆时它使加工面产生圆度和圆柱度误差动量。车外圆时它使加工面产生圆度和圆柱度误差 。产生径向圆跳动误差的主要原因有：主轴支承轴颈的圆度产生径向圆跳动误差的主要原因有：主轴支承轴颈的圆度产生径向圆跳动误差的主要原因有：主轴支承轴颈的圆度产生径向圆跳动误差的主要原因有：主轴支承轴颈的圆度误差、轴承工作外表的圆度误差等。误差、轴承工作外表
25、的圆度误差等。误差、轴承工作外表的圆度误差等。误差、轴承工作外表的圆度误差等。车削或镗削圆柱面时将会造成圆柱度误差，但对加工精度车削或镗削圆柱面时将会造成圆柱度误差，但对加工精度车削或镗削圆柱面时将会造成圆柱度误差，但对加工精度车削或镗削圆柱面时将会造成圆柱度误差，但对加工精度的影响不同。的影响不同。的影响不同。的影响不同。主轴径向跳动主轴径向跳动4.1 机床误差机床误差对于工件回转类机床，如车床、外圆对于工件回转类机床，如车床、外圆对于工件回转类机床，如车床、外圆对于工件回转类机床，如车床、外圆磨床等，因切削力的方向不变，主轴回转磨床等，因切削力的方向不变，主轴回转磨床等，因切削力的方向不变
26、，主轴回转磨床等，因切削力的方向不变，主轴回转时作用在支承上的作用力也不变，此时，时作用在支承上的作用力也不变，此时，时作用在支承上的作用力也不变，此时，时作用在支承上的作用力也不变，此时，主轴的支承轴颈的圆度误差影响较大，而主轴的支承轴颈的圆度误差影响较大，而主轴的支承轴颈的圆度误差影响较大，而主轴的支承轴颈的圆度误差影响较大，而轴承孔圆度误差影响较小。轴承孔圆度误差影响较小。轴承孔圆度误差影响较小。轴承孔圆度误差影响较小。对于刀具回转类机床，如钻床、铣对于刀具回转类机床，如钻床、铣对于刀具回转类机床，如钻床、铣对于刀具回转类机床，如钻床、铣镗床等，切削力的方向随旋转方向改变，镗床等，切削力
27、的方向随旋转方向改变，镗床等，切削力的方向随旋转方向改变，镗床等，切削力的方向随旋转方向改变，此时，主轴的支承轴颈的圆度误差影响此时，主轴的支承轴颈的圆度误差影响此时，主轴的支承轴颈的圆度误差影响此时，主轴的支承轴颈的圆度误差影响较小，而轴承孔圆度误差影响较大。较小，而轴承孔圆度误差影响较大。较小，而轴承孔圆度误差影响较大。较小，而轴承孔圆度误差影响较大。4.1 机床误差机床误差车、磨类（工件回转）：车、磨类（工件回转）：切削力的方向大体上是不变的，主轴在切削力切削力的方向大体上是不变的，主轴在切削力的作用下，主轴颈以不同部位和轴承内孔的某一固的作用下，主轴颈以不同部位和轴承内孔的某一固定部位
28、相接触。定部位相接触。因此，影响主轴回转精度的，主要是主轴轴颈因此，影响主轴回转精度的，主要是主轴轴颈的圆度和波度，而轴承孔的形状误差影响较小。的圆度和波度，而轴承孔的形状误差影响较小。4.1 机床误差机床误差镗床类（刀具回转）：镗床类（刀具回转）：切削力方向随主轴的回转而回转，主轴颈在切切削力方向随主轴的回转而回转，主轴颈在切削力作用下总是以其某一固定部位与轴承孔内外表削力作用下总是以其某一固定部位与轴承孔内外表的不同部位接触。的不同部位接触。因此对主轴回转精度影响较大的是轴承孔的圆因此对主轴回转精度影响较大的是轴承孔的圆度。度。4.1 机床误差机床误差 内内外外滚滚道道圆圆度度误误差差、滚
29、滚动体形状及尺寸误差。动体形状及尺寸误差。滑动轴承滑动轴承n n镗床（图镗床（图镗床（图镗床（图B B）轴承孔不圆轴承孔不圆轴承孔不圆轴承孔不圆引起镗床主轴径向跳动。引起镗床主轴径向跳动。引起镗床主轴径向跳动。引起镗床主轴径向跳动。滚动轴承滚动轴承n n车床（图车床（图车床（图车床（图A A）轴径不圆引起轴径不圆引起轴径不圆引起轴径不圆引起车床主轴向跳动（注意其频车床主轴向跳动（注意其频车床主轴向跳动（注意其频车床主轴向跳动（注意其频率特性）。率特性）。率特性）。率特性）。n n静静静静压压压压轴轴轴轴承承承承 对对对对轴轴轴轴承承承承孔孔孔孔或或或或轴轴轴轴径圆度误差起均化作用。径圆度误差起
30、均化作用。径圆度误差起均化作用。径圆度误差起均化作用。AB图图A 轴径不圆引起车床主轴径向跳动轴径不圆引起车床主轴径向跳动图图B 轴承孔不圆引起镗床主轴径向跳动轴承孔不圆引起镗床主轴径向跳动主轴的端面圆跳动：主轴的端面圆跳动：主轴瞬时回转轴线沿平均回转轴线作直线运动。主轴瞬时回转轴线沿平均回转轴线作直线运动。加工圆柱面：无影响加工圆柱面：无影响加工端面：左右螺旋面加工端面：左右螺旋面-垂直度误差垂直度误差 被加工端面不平，与圆柱面不垂直；被加工端面不平，与圆柱面不垂直；加工螺纹：产生螺距周期性误差。加工螺纹：产生螺距周期性误差。4.1 机床误差机床误差4.1 机床误差机床误差4.1 机床误差机
31、床误差情况一，平面摆动：情况一，平面摆动：主轴轴线在某一平面内在平均轴线附近作纯主轴轴线在某一平面内在平均轴线附近作纯角度摆动。角度摆动。车，圆柱；镗车，圆柱；镗 ，椭圆柱。，椭圆柱。情况二，锥角摆动：情况二，锥角摆动：主轴轴线绕其平均轴线沿圆锥轨迹公转。主轴轴线绕其平均轴线沿圆锥轨迹公转。车，正圆锥；镗；正圆锥。车，正圆锥；镗；正圆锥。主轴角度摆动主轴角度摆动4.1 机床误差机床误差（四四）机机床床导导轨轨的的磨磨损损车车床床前前山山形形导导轨轨比比后后平平导导轨轨磨磨损损严严峻峻5 5倍倍引引起起刀刀尖尖在在水水平平方方向向的的偏偏离离使工件半径产生使工件半径产生R=yR=y的误差，的误差
32、，对加工精度影响较对加工精度影响较大。大。4.2 4.2 刀具误差刀具误差1 1）刀刀具具制制造造误误差差 刀刀具具制制造造误误差差对对加加工工精精度度的的影影响响随随刀刀具具类类型型而而异异。影影响响较较大大的的刀刀具具类类型型是是：定定尺尺寸寸刀刀具具（钻钻、铰铰刀刀）；成成形形刀刀具具（成成形形车车刀刀、成成形形铣铣刀刀）；展展成成法法加加工工刀刀具具(插插齿齿刀刀、滚滚齿齿刀刀)等等。4.2 4.2 刀具误差刀具误差2 2）刀具的磨损规律及其影响）刀具的磨损规律及其影响 刀具的磨损与工件材料、刀具材料、切削用量等因素有刀具的磨损与工件材料、刀具材料、切削用量等因素有关，但其磨损规律相似
33、关，但其磨损规律相似 ，均可分为，均可分为三个阶段三个阶段：I.I.初期磨损阶段初期磨损阶段 刀具磨损较快，切削刃上应力集中，刀刀具磨损较快，切削刃上应力集中，刀后面很快磨损出一狭窄面。后面很快磨损出一狭窄面。II.II.正常磨损阶段正常磨损阶段 磨损量大小随时间均匀增长，此阶段为磨损量大小随时间均匀增长，此阶段为刀具工作的有效范围。刀具工作的有效范围。III.III.剧烈磨损阶段剧烈磨损阶段 刀具变钝，切削力增加，温度升高，刀具变钝，切削力增加，温度升高，磨损加剧，加工中应防止使用此阶段。磨损加剧，加工中应防止使用此阶段。4.2 4.2 刀具误差刀具误差3 3）刀具磨损对精度的影响）刀具磨损
34、对精度的影响 精加工中，刀具磨损引起的误差占加工误差较大比重；精加工中，刀具磨损引起的误差占加工误差较大比重；精加工中，刀具磨损引起的误差占加工误差较大比重；精加工中，刀具磨损引起的误差占加工误差较大比重；刀具的尺寸磨损不仅影响工件的尺寸精度，而且影响工刀具的尺寸磨损不仅影响工件的尺寸精度，而且影响工刀具的尺寸磨损不仅影响工件的尺寸精度，而且影响工刀具的尺寸磨损不仅影响工件的尺寸精度，而且影响工件的形状精度；如车长轴，镗深孔时，刀具磨损会使工件的形状精度；如车长轴，镗深孔时，刀具磨损会使工件的形状精度；如车长轴，镗深孔时，刀具磨损会使工件的形状精度；如车长轴，镗深孔时，刀具磨损会使工件出现锥度
35、；件出现锥度；件出现锥度；件出现锥度；成形刀具磨损会使工件的轮廓发生变化；成形刀具磨损会使工件的轮廓发生变化；成形刀具磨损会使工件的轮廓发生变化；成形刀具磨损会使工件的轮廓发生变化；刀具磨损使刀刃变钝，引起的切削力变大，导致工艺系刀具磨损使刀刃变钝，引起的切削力变大，导致工艺系刀具磨损使刀刃变钝，引起的切削力变大，导致工艺系刀具磨损使刀刃变钝，引起的切削力变大，导致工艺系统的弹性变形，会较刀具本身磨损引起更大的加工误差。统的弹性变形，会较刀具本身磨损引起更大的加工误差。统的弹性变形，会较刀具本身磨损引起更大的加工误差。统的弹性变形，会较刀具本身磨损引起更大的加工误差。（一）工艺系统的刚度（动、
36、静刚度）（一）工艺系统的刚度（动、静刚度）在外力作用下在外力作用下(切削力切削力/夹紧力夹紧力)，工艺系统抵抗，工艺系统抵抗变形的能力，称为变形的能力，称为工艺系统的刚度 对加工误差影响最大的是工艺系统沿加工外表对加工误差影响最大的是工艺系统沿加工外表法线方向的变形。法线方向的变形。4.3 4.3 工艺系统的变形与工艺系统的刚度工艺系统的变形与工艺系统的刚度4.3 4.3 工艺系统的变形与工艺系统的刚度工艺系统的变形与工艺系统的刚度提高工艺系统刚度的意义：（1）提高系统的加工精度；（2）提高系统抵抗变形与振动的能力；（3）可以提高切削用量，提高生产效率。机床的刚度决定于各有关部件的刚度，且与刀
37、具所处的位置有关：（二）（二）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4.3 4.3 工艺系统的变形与工艺系统的刚度工艺系统的变形与工艺系统的刚度（二）（二）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 影响机床刚度的因素：配合零件的接触刚度；机床零件的本身刚度；零件间的间隙；连接件刚度；工件在两顶尖间加工：工件在两顶尖间加工：工件在两顶尖间加工：工件在两顶尖间加工：呈腰鼓形呈腰鼓形呈腰鼓形呈腰鼓形 工件在卡盘中加工：工件在卡盘中加工：工件在卡盘中加工：工件在卡盘中加工：近锥或双曲面形近锥或双曲面形近锥或双曲面形近锥或双曲面形 工件在卡盘中与后顶尖：工件在卡
38、盘中与后顶尖：工件在卡盘中与后顶尖：工件在卡盘中与后顶尖：带锥度偏腰鼓形带锥度偏腰鼓形带锥度偏腰鼓形带锥度偏腰鼓形 （三）（三）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（三）（三）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薄壁工件在卡盘间进行孔加工薄壁工件在卡盘间进行孔加工薄壁工件在卡盘间进行孔加工薄壁工件在卡盘间进行孔加工 孔呈梅花形孔呈梅花形孔呈梅花形孔呈梅花形刀具的刚度与刀具本身及其安装组件有关刀具的刚度与刀具本身及其安装组件有关刀具的刚度与刀具本身及其安装组件有关刀具的刚度与刀具本身及其安装组件有关以镗床为例：以镗床为例：以镗床为例：以镗床为例：1
39、 1 1 1）刀杆悬伸长度不变：横剖面圆度误差）刀杆悬伸长度不变：横剖面圆度误差）刀杆悬伸长度不变：横剖面圆度误差）刀杆悬伸长度不变：横剖面圆度误差 （四）刀具的刚度对加工精度的影响（四）刀具的刚度对加工精度的影响（四）刀具的刚度对加工精度的影响（四）刀具的刚度对加工精度的影响2 2）刀杆悬伸长度逐渐增加：孔横剖面圆度、）刀杆悬伸长度逐渐增加：孔横剖面圆度、沿轴向直径均不一致沿轴向直径均不一致 机械加工中，毛坯的误差（主要为形状和机械加工中，毛坯的误差（主要为形状和位置误差），会以一定的程度反映到工件位置误差），会以一定的程度反映到工件上，这就是上，这就是误差复映。（五五）误误差差复复映映规规
40、律律原因：原因：由于加工余量和材料硬度的变化会造由于加工余量和材料硬度的变化会造成切削深度的变化，进而造成切削力的成切削深度的变化，进而造成切削力的变化。变化的切削力作用在工艺系统上，变化。变化的切削力作用在工艺系统上，使它的受力变形也发生相应变化。使它的受力变形也发生相应变化。（五五）误误差差复复映映规规律律误差复映系数为误差复映系数为误差复映系数为误差复映系数为CFy 径向切削力系数径向切削力系数f 进给量进给量0.75 进给量指数进给量指数J -工艺系统刚度工艺系统刚度注意：注意：1 1）工艺系统刚度越大，误差复映越小；工艺系统刚度越大，误差复映越小；工艺系统刚度越大，误差复映越小；工艺
41、系统刚度越大，误差复映越小；2 2 2 2）进给量越小，误差复映越小）进给量越小，误差复映越小）进给量越小，误差复映越小）进给量越小，误差复映越小3 3 3 3）随着加工次数增多，误差复映减小）随着加工次数增多，误差复映减小）随着加工次数增多，误差复映减小）随着加工次数增多，误差复映减小4 4 4 4）误差复映系数与材料，刀具几何形状有关误差复映系数与材料，刀具几何形状有关误差复映系数与材料，刀具几何形状有关误差复映系数与材料，刀具几何形状有关（五五）误误差差复复映映规规律律当工件外表加工精度要求高时，须经屡次切削才能到达加工要求。当工件外表加工精度要求高时，须经屡次切削才能到达加工要求。第一
42、次切削的复映系数为第一次切削的复映系数为1 1；第二次切削的复映系数为；第二次切削的复映系数为2 2；则该；则该加工外表总的复映系数为：加工外表总的复映系数为：=1 1 2 2 3 3（五五）误误差差复复映映规规律律由于由于由于由于 1 1，所以经过屡次走刀，则可能使毛坯误差复映到，所以经过屡次走刀，则可能使毛坯误差复映到，所以经过屡次走刀，则可能使毛坯误差复映到，所以经过屡次走刀，则可能使毛坯误差复映到工件上的误差减少到公差带允许值的范围内工件上的误差减少到公差带允许值的范围内工件上的误差减少到公差带允许值的范围内工件上的误差减少到公差带允许值的范围内 例：一个工艺系统，其误差复映系数为例：
43、一个工艺系统，其误差复映系数为例：一个工艺系统，其误差复映系数为例：一个工艺系统，其误差复映系数为0.250.25，工件在本，工件在本，工件在本，工件在本工序前的圆度误差工序前的圆度误差工序前的圆度误差工序前的圆度误差0.5mm0.5mm，为保证本工序，为保证本工序，为保证本工序，为保证本工序0.01mm0.01mm的形状精度，的形状精度，的形状精度，的形状精度，本工序最少走刀几次？本工序最少走刀几次？本工序最少走刀几次？本工序最少走刀几次？l l解：解：解：解：0.5(0.25)0.5(0.25)n n0.01 0.01 解得解得解得解得 n=3n=3工艺系统热的主要来源：工艺系统热的主要来
44、源：切削热，由材料塑性变形、前后刀面摩擦切削热，由材料塑性变形、前后刀面摩擦产生，对工件产生，对工件/刀具影响较大；刀具影响较大；摩擦热和传动热摩擦热和传动热，由机床运动副的摩擦、由机床运动副的摩擦、电动机的温升引起，对机床影响较大；电动机的温升引起，对机床影响较大；环境热源辐射，对精密加工影响较大环境热源辐射，对精密加工影响较大。4.4 4.4 工艺系统的热变形工艺系统的热变形机床热变形主要表现为机床热变形主要表现为：主轴膨胀伸长，主轴膨胀伸长，轴线位置变化，床身床体扭曲；轴线位置变化，床身床体扭曲；（一）一）机床热变形引起的误差机床热变形引起的误差工件受热主要来自切削区域；工件受热主要来自
45、切削区域；工件受热主要来自切削区域；工件受热主要来自切削区域；环境温度变化对精密零件环境温度变化对精密零件环境温度变化对精密零件环境温度变化对精密零件/细细细细长件、薄壁件精度有较大影响；长件、薄壁件精度有较大影响；长件、薄壁件精度有较大影响；长件、薄壁件精度有较大影响；均匀温度变化，使工件尺寸变均匀温度变化，使工件尺寸变均匀温度变化，使工件尺寸变均匀温度变化，使工件尺寸变化，不均匀温度变化，使工件化，不均匀温度变化，使工件化，不均匀温度变化，使工件化，不均匀温度变化，使工件形状变化（例如，单面加工薄形状变化（例如，单面加工薄形状变化（例如，单面加工薄形状变化（例如，单面加工薄壁零件，大尺寸齿
46、轮加工壁零件，大尺寸齿轮加工壁零件，大尺寸齿轮加工壁零件，大尺寸齿轮加工）（二）工件热变形引起的误差二）工件热变形引起的误差刀具的热源主要来自切削热；刀具的热源主要来自切削热；刀具的热源主要来自切削热；刀具的热源主要来自切削热；（三）刀具热变形引起的误差三）刀具热变形引起的误差车刀的热变形主要与以下因素有关：车刀的热变形主要与以下因素有关：车刀的热变形主要与以下因素有关：车刀的热变形主要与以下因素有关：1)1)1)1)提高切削用量，会使车刀的热深长量增加；提高切削用量，会使车刀的热深长量增加；提高切削用量，会使车刀的热深长量增加；提高切削用量，会使车刀的热深长量增加；2)2)2)2)车刀热伸长
47、量与刀杆横剖面尺寸近似成反比；车刀热伸长量与刀杆横剖面尺寸近似成反比；车刀热伸长量与刀杆横剖面尺寸近似成反比；车刀热伸长量与刀杆横剖面尺寸近似成反比；3)3)3)3)硬质合金刀片越厚，车刀热伸长量越小；硬质合金刀片越厚，车刀热伸长量越小；硬质合金刀片越厚，车刀热伸长量越小；硬质合金刀片越厚，车刀热伸长量越小；4)4)4)4)车刀的热伸长量与被加工材料的强度极限近似车刀的热伸长量与被加工材料的强度极限近似车刀的热伸长量与被加工材料的强度极限近似车刀的热伸长量与被加工材料的强度极限近似地成正比；地成正比；地成正比；地成正比；5)5)5)5)有冷却液时，车刀的热伸长量可大为减小有冷却液时，车刀的热伸
48、长量可大为减小有冷却液时，车刀的热伸长量可大为减小有冷却液时，车刀的热伸长量可大为减小（三）刀具热变形引起的误差三）刀具热变形引起的误差内应力总是拉伸应力和压缩应力并存处于平衡状内应力总是拉伸应力和压缩应力并存处于平衡状内应力总是拉伸应力和压缩应力并存处于平衡状内应力总是拉伸应力和压缩应力并存处于平衡状态。当外界条件发生变化，则原来的内应力平衡态。当外界条件发生变化，则原来的内应力平衡态。当外界条件发生变化，则原来的内应力平衡态。当外界条件发生变化，则原来的内应力平衡状态遭到破坏，工件将发生形状变化，形成新的状态遭到破坏，工件将发生形状变化，形成新的状态遭到破坏，工件将发生形状变化，形成新的状
49、态遭到破坏，工件将发生形状变化，形成新的平衡状态平衡状态平衡状态平衡状态内应力重新分布。内应力重新分布。内应力重新分布。内应力重新分布。（1 1）零件不均匀的加热冷却（铸造）；）零件不均匀的加热冷却（铸造）；（2 2）零件材料金相组织变化（淬火）；）零件材料金相组织变化（淬火）；（3 3）外表塑性变形、硬化；）外表塑性变形、硬化；4.5 4.5 工件内应力（剩余应力）工件内应力（剩余应力）（1 1）原理误差（滚齿）；）原理误差（滚齿）；（2 2）测量误差（温度、人为）；）测量误差（温度、人为）；（3 3）调整误差（对刀）；）调整误差（对刀）；4 4.6 6 其其它它原原因因 （一）误差的分类（
50、一）误差的分类（一）误差的分类（一）误差的分类:根据误差出现的规律握，加工误差可分为根据误差出现的规律握，加工误差可分为根据误差出现的规律握，加工误差可分为根据误差出现的规律握，加工误差可分为系统误差系统误差系统误差系统误差和和和和随机误差随机误差随机误差随机误差（又称偶然误差）。（又称偶然误差）。（又称偶然误差）。（又称偶然误差）。1 1 1 1）系统误差：误差的大小和方向不变或按一定规律变系统误差：误差的大小和方向不变或按一定规律变系统误差：误差的大小和方向不变或按一定规律变系统误差：误差的大小和方向不变或按一定规律变化。系统误差又可分为化。系统误差又可分为化。系统误差又可分为化。系统误差