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1、机械制造工艺学机械制造工艺学教师：马丽心教师：马丽心哈尔滨商业大学轻工学院哈尔滨商业大学轻工学院一一 重新认识机械制造业重新认识机械制造业n机械制造是一门有着悠久历史的学科，是国家建设和社机械制造是一门有着悠久历史的学科，是国家建设和社会发展的支柱学科之一。会发展的支柱学科之一。n机械制造已经不是传统意义上的机械制造，即所谓的机械制造已经不是传统意义上的机械制造，即所谓的机机械加工械加工。它是集机械、电子、光学、信息科学、材料科它是集机械、电子、光学、信息科学、材料科学、生物科学、激光学、管理学等最新成就为一体的一学、生物科学、激光学、管理学等最新成就为一体的一个新兴技术与新兴工业。个新兴技术
2、与新兴工业。n1、什么是工艺？什么是工艺？使事物按照一定的经验、规律、次序和方法进行使事物按照一定的经验、规律、次序和方法进行，是一种人为所规定的事物演变过程。是一种人为所规定的事物演变过程。n2、机械制造工艺、机械制造工艺使各种原材料、半成品成为机械产品的过程。使各种原材料、半成品成为机械产品的过程。它它既是构思和想法，又是实际的方法和手段，并落实在既是构思和想法，又是实际的方法和手段，并落实在由工件、刀具、机床、夹具所构成的工艺系统中。所由工件、刀具、机床、夹具所构成的工艺系统中。所以它包含和涉及的范围很广，需要多门学科知识的支以它包含和涉及的范围很广，需要多门学科知识的支持，同时又和生产
3、实际联系十分紧密。持，同时又和生产实际联系十分紧密。二二 本课程研究的对象和任务本课程研究的对象和任务3 3、机械制造工艺学的研究对象机械制造工艺学的研究对象(1)研究如何研究如何科学地、最优地生产科学地、最优地生产各种机械装备、机械产品各种机械装备、机械产品的一门技术学科。的一门技术学科。(2)研究在机械制造研究在机械制造(机械制造广义包括：铸造、锻、焊、机械制造广义包括：铸造、锻、焊、热处理，机械加工、机械装配）中热处理，机械加工、机械装配）中优质、高产、低耗地优质、高产、低耗地生产机械装备的原理和方法的科学。即从生产机械装备的原理和方法的科学。即从质量质量（精度、（精度、寿命）、寿命）、
4、劳动生产率劳动生产率（先进的工艺方法和装备、先进的（先进的工艺方法和装备、先进的生产组织和管理方法）、生产组织和管理方法）、经济性经济性（通过经济分析或经济（通过经济分析或经济论证加以确定）方面控制机械制造。这三方面论证加以确定）方面控制机械制造。这三方面是企业的是企业的核心和灵魂。因此企业制造常以工艺作为突破口。核心和灵魂。因此企业制造常以工艺作为突破口。4 4、工艺与设计、制造的关系工艺与设计、制造的关系 只有掌握工艺知识，才能只有掌握工艺知识，才能得到经济、合理、可行的设计得到经济、合理、可行的设计方案，才能能保证方便、经济、方案，才能能保证方便、经济、高效、高质地制造产品。高效、高质地
5、制造产品。5 5、本课程的任务、本课程的任务1)掌掌握握工工艺艺的的基基本本理理论论、掌掌握握机机械械加加工工和和装装配配工工艺艺规规程程制制定定的的原原则则、步步骤骤和和方方法法，结结合合具具体体条条件件制制定定出出工工艺艺上上可可行行、经经济济上上合合理理的的工工艺规程；艺规程；2)了解影响加工质量的各项因素，学会分析研究加工质量的方法；了解影响加工质量的各项因素，学会分析研究加工质量的方法；3)掌握机床夹具设计的原理和方法；掌握机床夹具设计的原理和方法；4)了了解解当当前前制制造造技技术术的的发发展展，培培养养学学生生具具有有善善于于分分析析、总总结结实实际际生生产产中中的的先先进进经经
6、验验，善善于于分分析析地地吸吸收收国国内内外外新新技技术术、新新工工艺艺和和新新方方法，并应用于解决实际问题的能力；法，并应用于解决实际问题的能力；5)培养学生对具体工艺问题进行综合分析和试验的科学方法，并能培养学生对具体工艺问题进行综合分析和试验的科学方法，并能对具体问题提出保证或改善产品质量、提高生产效率和降低产品对具体问题提出保证或改善产品质量、提高生产效率和降低产品成本的工艺路线。成本的工艺路线。三、本课程的特点及学习方法三、本课程的特点及学习方法1 1 课程的特点课程的特点2 2 学习方法学习方法(1)理论联系实际，具体问题具体分析，不能死记；结合实际分理论联系实际，具体问题具体分析
7、，不能死记；结合实际分析问题；析问题；(2)钻研基本内容，理解问题的实质和概念，认真对待练习，掌钻研基本内容，理解问题的实质和概念，认真对待练习，掌握基本规律，做到举一反三；握基本规律，做到举一反三；(3)掌握知识的同时，注意能力的培养。掌握知识的同时，注意能力的培养。n现场实践性现场实践性n分析对比性分析对比性n技术测量性技术测量性n结构工艺性结构工艺性第第1章章加工精度加工精度1.1.1 1.1.1 加工精度与加工质量加工精度与加工质量1加工精度与加工误差加工精度与加工误差加工精度加工精度是指零件加工后的实际几何参数是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状及各表面相互位置等参数）（尺寸、形
8、状及各表面相互位置等参数）与理想几与理想几何参数的符合程度。何参数的符合程度。符合程度越高，加工精度就越符合程度越高，加工精度就越高。反之，越低。高。反之，越低。加工误差加工误差是指零件加工后的实际几何参数对理是指零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度，想几何参数的偏离程度，所以，加工误差的大小反所以，加工误差的大小反映了加工精度的高低。映了加工精度的高低。满足使用要求前提下，加工精度愈低愈有利于满足使用要求前提下，加工精度愈低愈有利于制造。制造。1.1加工精度概述加工精度概述2质量内容质量内容设计质量设计质量:反映用户希望，使用条件、操作习惯、心理。制造质量制造质量:(1)零件质量
9、零件质量:几何方面几何方面-尺寸、形状、位置、表面粗糙度。物理方面物理方面-材质、强度、刚度、金相组织、表层性能。(2)装配质量装配质量:各装配间隙与过盈，工作精度，噪声等。(3)外观质量外观质量:操作舒适，美观，包装。(4)环保要求环保要求:在现代社会特别强调环境保护，在产品设计、制造以至于产品报废后零部件的拆卸和回收，都要考虑环保的要求。服务质量服务质量:有使用、保养说明书,是否实行三包。n1.1.2 1.1.2 获得加工精度的方法获得加工精度的方法n一 获得尺寸精度的方法1试切法试切法n边加工边测量，直到达到加工精度要求。如边加工边测量，直到达到加工精度要求。如图图5-1所示，在车床所示
10、，在车床上用试切法车外圆，先在工件上车出上用试切法车外圆，先在工件上车出35mm长，停车测量，补充调长，停车测量，补充调刀，合格后自动走刀车完全程。刀，合格后自动走刀车完全程。特点特点 n1）多次走刀、停车、测量，生产率低。）多次走刀、停车、测量，生产率低。n2）加工精度取决于操作者水平。用于单件小批生产。）加工精度取决于操作者水平。用于单件小批生产。n2调整法（定程法）（调整法（定程法）（图图5-2）n先用试切法或用样板、样件、对刀元件等确定刀具、夹具与工件先用试切法或用样板、样件、对刀元件等确定刀具、夹具与工件之间的位置。对一批工件进行加工，中间只装夹工件，抽样检测。直之间的位置。对一批工
11、件进行加工，中间只装夹工件，抽样检测。直到超差时才补充调刀。到超差时才补充调刀。特点特点n1）安装、加工都简单，生产率高，加工质量易于保证。）安装、加工都简单，生产率高，加工质量易于保证。n2）对操作者技术水平要求不高。用于大批量生产。）对操作者技术水平要求不高。用于大批量生产。n3定尺寸刀具法定尺寸刀具法n采用一定精度的定尺寸刀具进行加工。如采用钻头、采用一定精度的定尺寸刀具进行加工。如采用钻头、扩孔钻、双刃镗刀（扩孔钻、双刃镗刀（图图5-3）、铰刀、拉刀加工孔；用丝）、铰刀、拉刀加工孔；用丝锥、板牙加工螺纹；键槽铣刀加工键槽等等。锥、板牙加工螺纹；键槽铣刀加工键槽等等。特点特点:工件精度取
12、决于刀具本身的精度。工件精度取决于刀具本身的精度。n4自动获得法自动获得法（主动测量法）（主动测量法）n1）自动测量）自动测量把检测、调整、切削等机构组成一个系统，把检测、调整、切削等机构组成一个系统，控制工件尺寸。控制工件尺寸。n2）数字控制）数字控制把进刀量、工作台位移量数字脉冲化，以信把进刀量、工作台位移量数字脉冲化，以信号控制切削过程。用于数控机床。（号控制切削过程。用于数控机床。（图图5-4）特点特点:可与流水线、自动线配合，加工精度与生产率高。可与流水线、自动线配合，加工精度与生产率高。n二二获得形状精度的方法获得形状精度的方法n1轨迹法轨迹法:依靠刀具与工件之间的相对运动轨迹获得
13、工件依靠刀具与工件之间的相对运动轨迹获得工件的形状。如车外圆、车锥体（的形状。如车外圆、车锥体（图图5-5）、刨削、端铣、靠）、刨削、端铣、靠模仿形加工等。模仿形加工等。n2成形法成形法:利用刀具刃口形状获得工件的形状精度。如利利用刀具刃口形状获得工件的形状精度。如利用成形车刀车球面用成形车刀车球面(图图5-6），利用成形刨刀刨工件的成形），利用成形刨刀刨工件的成形面，拉削成形面，切螺纹等。面，拉削成形面，切螺纹等。n3展成法展成法:利用刀具与工件之间严格的啮合运动形成的包利用刀具与工件之间严格的啮合运动形成的包络线形成工件的形状。如滚齿（络线形成工件的形状。如滚齿（图图5-7）、插齿等。）、
14、插齿等。n获得位置精度的方法获得位置精度的方法有两种：一次安装法和多有两种：一次安装法和多次安装法。次安装法。n1一次安装法一次安装法n在一次安装中把位置在一次安装中把位置精度要求高的表面加工出精度要求高的表面加工出来（来（图图5-8），主要靠机），主要靠机床各部件之间的位置精度床各部件之间的位置精度来保证。来保证。n如在一次安装中车削齿坯如在一次安装中车削齿坯端面、外圆和内孔，以保端面、外圆和内孔，以保证工件端面与孔轴线的垂证工件端面与孔轴线的垂直度、外圆与孔的同轴度。直度、外圆与孔的同轴度。三三获得位置精度的方法获得位置精度的方法图5-8一次安装法n1.1.3 1.1.3 研究加工精度的方
15、法研究加工精度的方法n一一 误差因素分析法误差因素分析法n利用因果图（鱼刺图）进行测试、分析、计算，找出导致误差主利用因果图（鱼刺图）进行测试、分析、计算，找出导致误差主要因素。如要因素。如图图5-10所示，某厂生产车床，加工尾座孔时发现出现锥所示，某厂生产车床，加工尾座孔时发现出现锥度超差，为了找出致差原因，列出了可能导致这一误差的所有项目，度超差，为了找出致差原因，列出了可能导致这一误差的所有项目，然后逐个排除，找出原因。然后逐个排除，找出原因。n二二 统计分析法统计分析法n利用统计分析原理对测试结果进行处理，找出误差规律。利用统计分析原理对测试结果进行处理，找出误差规律。n1 1 分布曲
16、线法（分布曲线法（图图5-115-11）一批工件加工完后进行测量，利用测量数据作出分布曲线，对加一批工件加工完后进行测量，利用测量数据作出分布曲线，对加工精度进行分析，求出合格率和废品率及中心偏移量工精度进行分析，求出合格率和废品率及中心偏移量,指导以后加工。指导以后加工。n2 2 点图法（点图法（图图5-125-12）n边加工、边间歇抽样检测，以抽样组平均尺寸为纵座标，以组序边加工、边间歇抽样检测，以抽样组平均尺寸为纵座标，以组序号为横座标作出工件尺寸的分布点，对工件精度进行分析，平行指导号为横座标作出工件尺寸的分布点，对工件精度进行分析，平行指导加工过程，可建立无废品系统。加工过程，可建立
17、无废品系统。n1找出主要致差因素后，可按找出主要致差因素后，可按下式进行合成求出系统综合误下式进行合成求出系统综合误差：差：n2当各个因素呈现函数关系时当各个因素呈现函数关系时可对各误差因素求偏导数，以可对各误差因素求偏导数，以全微分表示误差的关系：全微分表示误差的关系：误差合成计算公式误差合成计算公式n1.1.4 1.1.4 加工误差的来源加工误差的来源n1产品的制造过程产品的制造过程加工精度是在生产过程中获得的，误差是在加工过程中形成的，所加工精度是在生产过程中获得的，误差是在加工过程中形成的，所以致差原因及其对策要到制造过程中去找（以致差原因及其对策要到制造过程中去找（图图5-13）2十
18、大原始误差十大原始误差n在机械加工中，机床、夹具、刀具和工件组成了工艺系统。工艺系统在机械加工中，机床、夹具、刀具和工件组成了工艺系统。工艺系统产生的误差称为原始误差。归纳起来可分为十大误差：产生的误差称为原始误差。归纳起来可分为十大误差：n1加工原理误差；加工原理误差；n2工件安装误差；工件安装误差；n3机床制造误差与磨损；机床制造误差与磨损；n4夹具误差；夹具误差；n5刀具制造误差与磨损；刀具制造误差与磨损；n6工艺系统受力变形；工艺系统受力变形；n7工艺系统受热变形；工艺系统受热变形；n8工件内应力引起的变形；工件内应力引起的变形；n9度量误差；度量误差；n10调整误差。调整误差。n下面
19、分别讲解这些误差对加工精度的影响。下面分别讲解这些误差对加工精度的影响。图5-13产品的制造过程返回n1.2 1.2 工艺系统几何误差及原理误差工艺系统几何误差及原理误差n 1.2.1 1.2.1 原理误差（方法误差）原理误差（方法误差）n利用近似的加工运动或近似的刀具轮廓进行加工，形成利用近似的加工运动或近似的刀具轮廓进行加工，形成的误差称为原理误差。又称理论误差。的误差称为原理误差。又称理论误差。n理论上完全正确的加工方法，或很难实现；或机床结理论上完全正确的加工方法，或很难实现；或机床结构复杂，刚度差，制造精度低；或加工效率低；或理论刀构复杂，刚度差，制造精度低；或加工效率低；或理论刀具
20、难以制造，精度低。虽然有时机床和刀具符合理论，其具难以制造，精度低。虽然有时机床和刀具符合理论，其加工精度反而比采用近似的还低。所以，只要加工误差不加工精度反而比采用近似的还低。所以，只要加工误差不超过零件的公差要求，理论近似的机床和刀具是可用的超过零件的公差要求，理论近似的机床和刀具是可用的例1 铣制齿轮（图5-14）n用模数铣刀铣齿轮时，因为齿形用模数铣刀铣齿轮时，因为齿形是基圆半径的函数，同模数，齿数不是基圆半径的函数，同模数，齿数不同，渐开线形状也不一样。即每种模同，渐开线形状也不一样。即每种模数、每种齿数都应有相对应的铣刀。数、每种齿数都应有相对应的铣刀。这是一个排列组合问题，数量大
21、得无这是一个排列组合问题，数量大得无法办得到。实际上每种模数用法办得到。实际上每种模数用815把刀管所有的齿数。必然带来误差。把刀管所有的齿数。必然带来误差。图5-14铣制齿轮n例例2滚切齿轮滚切齿轮（图（图5-15）n渐开线齿形理想表面为渐开线齿形理想表面为连续的渐开线，但是，由于连续的渐开线，但是，由于滚刀刀齿不连续（若连续即滚刀刀齿不连续（若连续即为普通蜗杆，无切削能力）为普通蜗杆，无切削能力）,使每个刀齿之间总有一定距使每个刀齿之间总有一定距离。所以齿形实际上是一系离。所以齿形实际上是一系列的折线组成的。列的折线组成的。图5-15滚切齿轮n例例3车制蜗杆车制蜗杆（图（图5-16)n在车
22、床上车制蜗杆时，在车床上车制蜗杆时，机床挂轮比机床挂轮比i=i1*i2*i3=P/T=m/T，式中式中为无理数，不可能有精为无理数，不可能有精确值。必然导致工件误差。确值。必然导致工件误差。nP工件蜗杆导程工件蜗杆导程nm蜗轮模数，蜗轮模数，nT车床丝杆螺距车床丝杆螺距图5-16车制蜗杆机床几何误差机床几何误差机床传动链误差机床传动链误差机床主轴回转误差机床主轴回转误差机床导轨误差机床导轨误差轴向窜动轴向窜动径向跳动径向跳动角度摆动角度摆动水平面内直线度水平面内直线度垂直面内直线度垂直面内直线度前后导轨的平行度前后导轨的平行度内联传动链始末两内联传动链始末两端传动元件间相对端传动元件间相对运动
23、误差运动误差1.2.21.2.2机床几何误差机床几何误差机床主轴的回转运动误差机床主轴的回转运动误差1主轴回转运动误差的概念主轴回转运动误差的概念 理想回转中心：理想回转中心：机床主轴做回转运动时，主轴的各个截面必然有它的回转中心，在主轴的任一截面，主轴回转时若只有一点速度始终为零，则这一点即为理想回转中心。瞬时回转中心：瞬时回转中心：主轴在实际回转过程中，在一个位置或时刻的回转中心，称为瞬时回转中心，主轴各截面瞬时回转中心的连线叫瞬时回转轴线。主主轴轴的的回回转转运运动动误误差差：是指主轴的瞬时回转轴线相对其平均回转轴线(瞬时回转轴线的对称中心)，在规定测量平面内的变动量。变动量越小，主轴回
24、转精度越高；反之越低。端面跳动端面跳动（轴向漂移）瞬时回转轴线沿平均回转轴线方向的轴向运动。它主要影响端面形状和轴向尺寸精度。径径向向跳跳动动（径向漂移）瞬时回转轴线始终平行于平均回转轴线方向的径向运动。它主要影响圆柱面的精度。角角度度摆摆动动（角向漂移）瞬时回转轴线与平均回转轴线成一倾斜角度，但其交点位置固定不变的运动。在不同横截面内，轴心运动误差轨迹相似，它影响圆柱面与端面加工精度。注意：实际中常是这几种误差的合成注意：实际中常是这几种误差的合成2主轴回转运动误差的形式主轴回转运动误差的形式 车间车间所有机床，我们分为：所有机床，我们分为：工件回转类工件回转类刀具回转类刀具回转类误差敏感误
25、差敏感方向不变方向不变镗床镗床镗床镗床 车床车床车床车床加工时误差敏感加工时误差敏感方向和切削力方方向和切削力方向随主轴回转而向随主轴回转而不断变化不断变化3 3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车床加工：工件回转，刀具移动车床加工：工件回转，刀具移动 此时，主轴的纯径向此时，主轴的纯径向跳动对车削加工工件的圆跳动对车削加工工件的圆度影响很小。度影响很小。a车削时纯径向跳动对加工精度的影响车削时纯径向跳动对加工精度的影响主轴的纯径向跳动对车削和镗削加工精度的影响主轴的纯径向跳动对车削和镗削加工精度的影响AAROm11，AcosO234ORsin(A+R）cos 镗孔时纯径
26、向跳动对加工精度的影响镗孔时纯径向跳动对加工精度的影响镗削加工：镗刀回转，工件不转，镗削加工：镗刀回转，工件不转，镗出的孔为椭圆形。镗出的孔为椭圆形。轴向窜动对车、镗削加工精度影响轴向窜动对车、镗削加工精度影响a主轴轴向窜动对端主轴轴向窜动对端面加工精度的影响面加工精度的影响b螺距误差螺距误差角度摆动对车、镗削加工精度影响角度摆动对车、镗削加工精度影响 主轴纯角度摆动对镗孔精度的影响主轴纯角度摆动对镗孔精度的影响主轴的误差主轴的误差轴承的误差轴承的误差轴承的间隙轴承的间隙与轴承配合零件的误差与轴承配合零件的误差主轴系统的径向不等刚度主轴系统的径向不等刚度和热变形等和热变形等4 4 影响主轴回转
27、运动误差的主要因素影响主轴回转运动误差的主要因素 对于不同类型的机床，对于不同类型的机床，其影响因素也各不相同其影响因素也各不相同5 5提高主轴回转精度的措施提高主轴回转精度的措施(1)提高主轴部件的制造精度提高主轴部件的制造精度提高轴承的回转精度提高轴承的回转精度选用高精度的滚动轴承选用高精度的滚动轴承采用高精度的多油楔动压轴承采用高精度的多油楔动压轴承采用高精度的静压轴承采用高精度的静压轴承提高轴承组件的接触刚度提高轴承组件的接触刚度提高箱体支承孔的加工精度提高箱体支承孔的加工精度主轴轴颈的加工精度主轴轴颈的加工精度与轴承相配合表面的加工精度与轴承相配合表面的加工精度 常采用两个固定顶尖支
28、承，主轴只起传动作用。工件的回转精度完全常采用两个固定顶尖支承，主轴只起传动作用。工件的回转精度完全取决于顶尖和中心孔的形状误差和同轴度误差，而提高顶尖和中心孔的精度取决于顶尖和中心孔的形状误差和同轴度误差，而提高顶尖和中心孔的精度要比提高主轴部件的精度容易且经济得多。如下图要比提高主轴部件的精度容易且经济得多。如下图(2)对滚动轴承进行预紧对滚动轴承进行预紧可消除间隙；增加轴承刚度；均化滚动体的误差可消除间隙；增加轴承刚度；均化滚动体的误差(3)使主轴的回转精度不反映到工件上使主轴的回转精度不反映到工件上YYoDR水平面水平面导轨水平面内直线度导轨水平面内直线度图图49 导轨在水平面内直线度
29、误差导轨在水平面内直线度误差 当导轨在水平面内的直线度误差为当导轨在水平面内的直线度误差为y时时,引起工件引起工件在半径方向的误差为：在半径方向的误差为：R=y 一一 机床导轨误差的各种形式机床导轨误差的各种形式（1 1）导轨在水平面内直线度误差的影响导轨在水平面内直线度误差的影响机床导轨误差机床导轨误差垂直平面垂直平面导轨垂直面直线度导轨垂直面直线度ZDRZ图图410 导轨在垂直面内直线度误差导轨在垂直面内直线度误差RD/2（2）导轨在垂直面内直线度误差的影响导轨在垂直面内直线度误差的影响设：设：Z=Y=0.01mm，R=50mm，则由于法向原始误差而产生的加工误差则由于法向原始误差而产生的
30、加工误差 R=Y=0.01mm,由于切向原始误差产生的加工误差由于切向原始误差产生的加工误差 R Z2/d=0.000001mm 此值完全可以忽略不计。由于此值完全可以忽略不计。由于Z2数值很小，因此该数值很小，因此该误差对工件的尺寸精度和形状精度影响甚小。误差对工件的尺寸精度和形状精度影响甚小。对平面磨床，龙门刨床对平面磨床，龙门刨床及铣床等，导轨在垂直面内及铣床等，导轨在垂直面内的直线度误差会引起工件相的直线度误差会引起工件相对于砂轮（刀具）产生法向对于砂轮（刀具）产生法向位移，其误差将直接反映到位移，其误差将直接反映到被加工工件上，造成形状误被加工工件上，造成形状误差。差。结论：图图 龙
31、门刨床导轨垂直面龙门刨床导轨垂直面 内直线度误差内直线度误差 1刨刀刨刀 2工件工件 3工作台工作台 4床身导轨床身导轨（3）前后导轨平行度误差的影响 床身前后导轨有平行度误差（扭曲）时，床身前后导轨有平行度误差（扭曲）时，会使车床溜板在沿床身移动时发生偏斜，使会使车床溜板在沿床身移动时发生偏斜，使刀尖相对工件产生偏移，使工件产生形状误刀尖相对工件产生偏移，使工件产生形状误差（鼓形、鞍形、锥度）差（鼓形、鞍形、锥度）从图可知，车床前后导轨扭曲的最终结从图可知，车床前后导轨扭曲的最终结果反映在工件上，于是产生了加工误差果反映在工件上，于是产生了加工误差yy。从几何关系中可得出：从几何关系中可得出
32、：yH/B yH/B 一般车床一般车床H2B/3H2B/3，外圆磨床，外圆磨床HBHB，因此，因此该项原始误差该项原始误差对加工精度的影响很大。对加工精度的影响很大。车床导轨扭曲对车床导轨扭曲对 工件形状精度影响工件形状精度影响 以磨床为例以磨床为例,设机床中心高为设机床中心高为H H，导轨宽度，导轨宽度为为B B，则扭曲引起工件直径的变化量为，则扭曲引起工件直径的变化量为y（磨床（磨床H=BH=B）水平面不平行垂直面内不平a)车成锥体b)车成双曲线体图5-22导轨误差导致的误差导轨与主轴不平行导轨与主轴不平行以车削为例，导轨在水平面不平行,将导致工件车成锥体。导轨在垂直面内不平行，将使工件车
33、成双曲线回转体。（见图5-22）1 1 选择合理导轨形状和组合形式选择合理导轨形状和组合形式n机床导轨的形状很多，如机床导轨的形状很多，如矩形、三角形、燕尾形等；导矩形、三角形、燕尾形等；导轨的组合形式也很多，如双矩轨的组合形式也很多，如双矩形、双三角形、矩形与三角形形、双三角形、矩形与三角形等。其中以等。其中以90的双三角形导的双三角形导轨的直线运动精度及精度保持轨的直线运动精度及精度保持性较好。这种导轨的磨损主要性较好。这种导轨的磨损主要在垂直方向上，对一些在垂直在垂直方向上，对一些在垂直方向不敏感的机床如车床，可方向不敏感的机床如车床，可以长期保持原始精度。以长期保持原始精度。二二 提高
34、机床导轨精度的措施提高机床导轨精度的措施n机床传动链误差机床传动链误差n一一 机床的传动链误差的影响机床的传动链误差的影响n在需要保持工件与刀具严格的运动关系的内联系传动中，必须严格控制传在需要保持工件与刀具严格的运动关系的内联系传动中，必须严格控制传动链首末端件的相对运动误差，特别是动链首末端件的相对运动误差，特别是末端件末端件的精度。的精度。如车螺纹、铣螺旋如车螺纹、铣螺旋槽、滚齿、插齿等等，都要求保持工件与刀具严格的运动关系。槽、滚齿、插齿等等，都要求保持工件与刀具严格的运动关系。n2提高机床导轨的制造精度和配合件接触精度。提高机床导轨的制造精度和配合件接触精度。对于对于高精度的机床导轨
35、，还要安排刮研。高精度的机床导轨，还要安排刮研。n3采用均化误差、防止导轨磨损的静压导轨或贴塑导采用均化误差、防止导轨磨损的静压导轨或贴塑导轨轨（聚四氟乙烯，消除爬行现象聚四氟乙烯，消除爬行现象）二二 提高机床导轨精度的措施提高机床导轨精度的措施n例如：在车床上加工丝杆，若第一齿例如：在车床上加工丝杆，若第一齿轮有转角误差轮有转角误差1，试分析对工件，试分析对工件螺距误差的影响。（见螺距误差的影响。（见图图5-26）解：解：i=Z1/Z2=1/2=n2/n1n5=i4i3i2i11nT/2=P/5P=T/2(i4i3i2i11)n二二 减少传动链误差的措施减少传动链误差的措施实际上，各个齿轮和
36、机床丝杆都有误实际上，各个齿轮和机床丝杆都有误差。为减少传动误差可采取以下措施：差。为减少传动误差可采取以下措施：1、传动比、传动比i1，即，即采用降速设计采用降速设计，最大降，最大降速比应放在最后，以便减少误差。速比应放在最后，以便减少误差。2、传动链愈短愈好传动链愈短愈好。数控机床之所以精度。数控机床之所以精度高，传动链比普通机床短，是其重要原因高，传动链比普通机床短，是其重要原因之一。之一。3、提高传动元件的精度，特别是、提高传动元件的精度，特别是末端件的末端件的精度。精度。4、采用、采用误差补偿机构误差补偿机构。人为加入一大小相。人为加入一大小相等、方向相反的误差去抵消它，如校正尺。等
37、、方向相反的误差去抵消它，如校正尺。式中：式中：T机床丝杆螺距；机床丝杆螺距；P工件螺距误差；工件螺距误差；i传动比。传动比。刀刀具具误误差差一般刀具一般刀具定尺寸刀具定尺寸刀具成形刀具成形刀具展成法刀具展成法刀具 如普通车刀、单刃如普通车刀、单刃镗刀和面铣刀等的制造镗刀和面铣刀等的制造误差对加工精度没有直误差对加工精度没有直接影响，但磨损后对工接影响，但磨损后对工件尺寸或形状精度有一件尺寸或形状精度有一定影响定影响 定尺寸刀具（如钻定尺寸刀具（如钻头、铰刀、圆孔拉刀等）头、铰刀、圆孔拉刀等）的尺寸误差直接影响被的尺寸误差直接影响被加工工件的尺寸精度。加工工件的尺寸精度。刀具的安装和使用不当，
38、刀具的安装和使用不当，也会影响加工精度。也会影响加工精度。成形刀具（如成形成形刀具（如成形车刀、成形铣刀、盘形车刀、成形铣刀、盘形齿轮铣刀等）的误差主齿轮铣刀等）的误差主要影响被加工面的形状要影响被加工面的形状精度精度 展成法刀具（如齿轮展成法刀具（如齿轮滚刀、插齿刀等）加工齿滚刀、插齿刀等）加工齿轮时，刀刃的几何形状及轮时，刀刃的几何形状及有关尺寸精度会直接影响有关尺寸精度会直接影响齿轮加工精度齿轮加工精度1.2.3工艺系统其它几何误差工艺系统其它几何误差n一一 刀具制造误差对加工精度的影响刀具制造误差对加工精度的影响n可调刀具可调刀具因磨损后可调整进刀量进行补偿因磨损后可调整进刀量进行补偿
39、,所以无直接影响（如车刀、刨刀、单刃镗刀等）。所以无直接影响（如车刀、刨刀、单刃镗刀等）。n不可调刀具不可调刀具定尺寸刀具：如钻头、铰刀、拉刀等；成形刀具：如圆球车刀、模数铣刀等；展成定尺寸刀具：如钻头、铰刀、拉刀等；成形刀具：如圆球车刀、模数铣刀等；展成法刀具：如齿轮滚刀、插齿刀等这三类刀具的制造误差对加工精度都有直接影响。法刀具：如齿轮滚刀、插齿刀等这三类刀具的制造误差对加工精度都有直接影响。n二二 刀具磨损误差对加工精度的影响刀具磨损误差对加工精度的影响n刀具在调定后，加工过程中产生磨损，无论是可调刀具还是不可调刀具，对加工精度都有影响。刀具在调定后，加工过程中产生磨损，无论是可调刀具还
40、是不可调刀具，对加工精度都有影响。n特别是可调性单刃刀具，耐用度都比较低，自动化机床在刀具调好后，往往加工成批零件，若不特别是可调性单刃刀具，耐用度都比较低，自动化机床在刀具调好后，往往加工成批零件，若不注意，将造成大批废品。注意，将造成大批废品。刀具误差刀具误差夹夹 具具 误误 差（差（制造误差与磨损制造误差与磨损）夹具的误差主要有：夹具的误差主要有：1）定位元件、刀具导向元件、分度机构、夹具体）定位元件、刀具导向元件、分度机构、夹具体等零件的制造误差。等零件的制造误差。2）夹具装配后，以上各种元件工作面间的相对尺）夹具装配后，以上各种元件工作面间的相对尺寸误差。寸误差。3）夹具在使用过程中
41、工作表面的磨损）夹具在使用过程中工作表面的磨损例中以钻模套作刀具导引件，引导钻头加工孔，保证两孔的位置精度与孔距精度。若定位销和挡块磨损较大，连杆的位置将发生偏斜。引起钻孔后孔的轴线也偏斜。若钻套磨损较大，孔距误差将增大，轴线也可能偏斜，钻出的孔不平行。结论：在大批量生产中，应严格控制夹具的制造误差与磨损，尤其是定位元件与刀具导引件。夹具的相关公差应取工件公差的1/31/5。测量误差（1）量具、量仪和测量方法本身的误差）量具、量仪和测量方法本身的误差（2）环境条件的影响（温度、振动等）环境条件的影响（温度、振动等）（3）测量人员主观因素的影响（视力、测量）测量人员主观因素的影响（视力、测量 力
42、大小、对比标准及运算等）力大小、对比标准及运算等）（4）正确选择和使用量具，以保证测量精度）正确选择和使用量具，以保证测量精度（5）单次测量的误差）单次测量的误差n合理选择测量工具与测量方法，合理使用测量工具，尽可合理选择测量工具与测量方法，合理使用测量工具，尽可能满足能满足阿贝原则阿贝原则测测量量误误差差调调整整误误差差试切法调整试切法调整定程机构调整定程机构调整样板、样件调整样板、样件调整安装调整安装调整 大批量生产时常采用大批量生产时常采用行程挡块、靠模、凸轮行程挡块、靠模、凸轮作为定程机构，其制造作为定程机构，其制造精度和调整精度产生调精度和调整精度产生调整误差整误差样件、样板的制造精
43、度样件、样板的制造精度和安装精度、对刀精度和安装精度、对刀精度产生调整误差产生调整误差测量误差测量误差进给机构位移误差（爬进给机构位移误差（爬行现象）行现象）加工余量的影响（余量加工余量的影响（余量很小时，刀刃打滑）很小时，刀刃打滑）调整误差：加工时机床、夹具、刀具、工件的相对位置未调整误差：加工时机床、夹具、刀具、工件的相对位置未调准确而产生的误差，主要产生于调整法加工。调准确而产生的误差，主要产生于调整法加工。1机床上安装夹具、工件、刀具，确定它们与机床的位置；机床上安装夹具、工件、刀具，确定它们与机床的位置；2调整刀具与工件定位基准的距离；调整刀具与工件定位基准的距离；3试切工件检查尺寸
44、，反复调整合格。试切工件检查尺寸，反复调整合格。调调整整误误差差工艺系统：工艺系统：机床、夹具、机床、夹具、工件、刀具工件、刀具外力：外力：切削力、传动力、切削力、传动力、惯性力、夹紧力、重力惯性力、夹紧力、重力产生加工误差产生加工误差破坏了刀具、工破坏了刀具、工件间相对位置件间相对位置1.31.3工艺系统受力变形引起的加工误差工艺系统受力变形引起的加工误差工艺系统受力变形现象工艺系统受力变形现象 受力变形对工件精度的影响受力变形对工件精度的影响 a)车长轴车长轴 b）磨内孔磨内孔1.3.11.3.1工艺系统的刚度工艺系统的刚度1.1.工艺系统刚度的概念工艺系统刚度的概念工艺系统整体抵抗其变形
45、的能工艺系统整体抵抗其变形的能力。其大小为：作用在物体上的外力。其大小为：作用在物体上的外力力Fp与由此引起的该方向上的位与由此引起的该方向上的位移移yxt的比值，即的比值，即kxt=Fp/yxt负负 刚刚 度度 现现 象象刀架系统在刀架系统在Fp力力作用下引起同向作用下引起同向变形变形y，图，图a）若出现变形方向与若出现变形方向与Fp方向不一致的方向不一致的情况，如情况，如Fp与与yxt方向相反，工艺系统方向相反，工艺系统就处于负刚度状态。就处于负刚度状态。在在Fc力作用下引起力作用下引起的变形的变形y与与Fp方向方向相反，图相反，图b）负刚度现象对保证加工质量是不负刚度现象对保证加工质量是
46、不利的，此时车刀的刀尖将扎入工件利的，此时车刀的刀尖将扎入工件（扎刀）的外圆表面，引起刀具的破（扎刀）的外圆表面，引起刀具的破损和振动，应尽量避免。损和振动，应尽量避免。注意：注意：这里变形这里变形yxt是总切削是总切削力的三个分力力的三个分力Fc、Fp、Ff综合综合作用的结果。作用的结果。2 2、系统刚度与环节刚度、系统刚度与环节刚度 工艺系统的刚度是由组成工艺系统各部件的刚度决定的。工艺系工艺系统的刚度是由组成工艺系统各部件的刚度决定的。工艺系统的总（位移）变形量为：统的总（位移）变形量为：yxt=yjc+ydj+yjj+ygjkxt=Fp/yxt，kjc=Fp/yjc，kdj=Fp/yd
47、j,kjj=Fp/yjj，kgj=Fp/ygj 工艺系统刚度的一般式为工艺系统刚度的一般式为：kxt=1/(1/kjc+1/kdj+1/kj+1/kgj)（1 1）机床部件刚度的特点）机床部件刚度的特点1）外力外力Fp与刀架变形与刀架变形ydj不是线性关系。不是线性关系。2）加载曲线与卸载曲线不重合。加载曲线与卸载曲线不重合。3）加载曲线与卸载曲线不封闭（卸载后加载曲线与卸载曲线不封闭（卸载后 由于存在残余变形，曲线回不到原点）。由于存在残余变形，曲线回不到原点）。4）部件的实际刚度远比按实体结构的估计）部件的实际刚度远比按实体结构的估计值小。值小。车床刀架部件的刚度曲线车床刀架部件的刚度曲线
48、一次加载一次加载 二次加载二次加载 三次加载三次加载图中是以图中是以Fp为纵坐标，刀架变形为纵坐标，刀架变形ydj为横坐标的某车床刀架部件的刚为横坐标的某车床刀架部件的刚度实测曲线。实验中进行了三次加度实测曲线。实验中进行了三次加载载卸载循环，由图可以看出，机卸载循环，由图可以看出，机床部件的刚度曲线有以下特点：床部件的刚度曲线有以下特点：（2 2）影响机床部件刚度的因素）影响机床部件刚度的因素 连接表面间的接触变形连接表面间的接触变形薄弱零件本身的影响薄弱零件本身的影响接合面间的间隙接合面间的间隙接合面间摩擦力的影响接合面间摩擦力的影响机床部件刚度的薄弱环节机床部件刚度的薄弱环节 a)溜板中
49、的楔铁溜板中的楔铁 b)轴承套轴承套两零件结合面间的接触情况两零件结合面间的接触情况1.3.21.3.2工艺系统受力变形对加工精度的影响工艺系统受力变形对加工精度的影响 1、切削力作用位置变化引起的加工误差、切削力作用位置变化引起的加工误差1）车短轴）车短轴 在车床顶尖间车削在车床顶尖间车削粗而短粗而短的光轴，的光轴，由于车刀和工件变形极小，此时，工艺由于车刀和工件变形极小，此时，工艺系统的总变形完全取决于系统的总变形完全取决于主轴箱、尾座主轴箱、尾座(包括顶尖包括顶尖)和刀架的变形。和刀架的变形。2）车细长轴）车细长轴 在两顶尖间车削细长轴，由于工件细长、在两顶尖间车削细长轴，由于工件细长、
50、刚度小，在切削力作用下其变形大大超过机床、刚度小，在切削力作用下其变形大大超过机床、夹具和刀具所产生的变形。因此，机床、夹具夹具和刀具所产生的变形。因此，机床、夹具和刀具的受力变形可略去不计，和刀具的受力变形可略去不计，工艺系统的变工艺系统的变形完全取决于工件的变形。形完全取决于工件的变形。2 2、切削力、切削力 大小变化引起的加工误差（误差复映）大小变化引起的加工误差（误差复映）n加工中发现，毛坯横截面加工中发现，毛坯横截面若有椭圆形误差，想车成圆形，若有椭圆形误差，想车成圆形，走一次刀后测量，工件还是椭圆走一次刀后测量，工件还是椭圆形。毛坯的轴向若为阶梯形，想形。毛坯的轴向若为阶梯形，想车