机械加工质量.ppt

加加工工质质量量机械加工精度机械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表面粗糙度表面粗糙度表面层的物理、力学性能表面层的物理、力学性能第七章第七章 机械加工质量机械加工质量.第一节第一节 概述概述一、机械加工精度一、机械加工精度1 1、机械、机械加工精度的概念加工精度的概念 所所谓谓机机械械加加工工精精度度，是是指指零零件件在在加加工工后后的的几几何何参参数数（尺尺寸寸大大小小、几几何何形形状状、表表面面间间的的相相互互位位置置）的的实实际际值值与与理理论论值值相相符符合合的的程程度度。符符合合程程度度高高，加加工工精精度度也也高高；反反之之则则加加工工精精度度低低。机机械械加加工工精精度度包包括括尺尺寸寸精精度度、形形状状精精度度、位位置置精精度三项内容，三者有联系，也有区别。度三项内容，三者有联系，也有区别。.二、获得加工精度的方法二、获得加工精度的方法(1)(1)获得尺寸精度的方法获得尺寸精度的方法1 1）试试切切法法 通通过过试试切切测测量量调调整整再再试试切切，反反复复进进行行到到被被加加工工尺尺寸寸达达到到要要求求的的精精度度为为止止的的加加工工方方法法。试试切切法法不不需需要要复复杂杂的的装装备备，加加工工精精度度取取决决于于工工人人的的技术水平和量具的精度，常用于单件小批生产。技术水平和量具的精度，常用于单件小批生产。2 2）调调整整法法 按按零零件件规规定定的的尺尺寸寸预预先先调调整整机机床床、夹夹具具、刀刀具具和和工工件件的的相相互互位位置置，并并在在加加工工一一批批零零件件的的过过程程中中保保持持这这个个位位置置不不变变，以以保保证证零零件件加加工工尺尺寸寸精精度度的的加加工工方方法法。调调整整法法生生产产效效率率高高，对对调调整整工工的的要要求求高高，对操作工的要求不高，常用于成批及大量生产。对操作工的要求不高，常用于成批及大量生产。.3 3）定定尺尺寸寸刀刀具具法法 用用具具有有一一定定形形状状和和尺尺寸寸精精度度的的刀刀具具进进行行加加工工，使使加加工工表表面面达达到到要要求求的的形形状状和和尺尺寸寸的的加加工工方方法法。如如用用钻钻头头、铰铰刀刀、键键槽槽铣铣刀刀等等刀刀具具的的加加工工即即为为定定尺尺寸寸刀刀具具法法。定定尺尺寸寸刀刀具具法法生生产产率率较较高高，加工精度较稳定，广泛的应用于各种生产类型。加工精度较稳定，广泛的应用于各种生产类型。4 4）自自动动控控制制法法 把把测测量量装装置置、进进给给装装置置和和控控制制机机构构组组成成一一个个自自动动加加工工系系统统，使使加加工工过过程程中中的的尺尺寸寸测测量量、刀刀具具的的补补偿偿和和切切削削加加工工一一系系列列工工作作自自动动完完成成，从从而而自自动动获获得得所所要要求求的的尺尺寸寸精精度度的的加加工工方方法法。该该方方法法生生产产率率高高，加加工工精精度度稳稳定定，劳劳动动强强度度低低，适适应应于于批批量量生产。生产。.（2)2)获得形状精度的方法获得形状精度的方法 1 1）轨轨迹迹法法 依依靠靠刀刀尖尖运运动动轨轨迹迹来来获获得得形形状状精精度度的的方方法法。刀刀尖尖的的运运动动轨轨迹迹取取决决于于刀刀具具和和工工件件的的相相对对成成形形运运动动，因因而而所所获获得得的的形形状状精精度度取取决决成成形形运运动动的的精精度度。普普通通车车削削、铣铣削削、刨刨削削和和磨磨削削等等均均为为刀刀尖尖轨轨迹迹法。法。2 2）成成形形法法 利利用用成成形形刀刀具具对对工工件件进进行行加加工工的的方方法法。成成形形法法所所获获得得的的形形状状精精度度取取决决于于成成形形刀刀具具的的形形状状精精度度和和其其他他成成形形运运动动精精度度。用用成成形形刀刀具具或或砂砂轮轮进进行行车车、铣、刨铣、刨 、磨、拉等加工的均为成形法。、磨、拉等加工的均为成形法。.3)3)展展成成法法 又又称称为为范范成成法法，它它是是依依据据零零件件曲曲面面的的成成形形原原理理、通通过过刀刀具具和和工工件件的的展展成成切切削削运运动动进进行行加加工工的的方方法法。展展成成法法所所得得的的被被加加工工表表面面是是刀刀刃刃和和工工件件在在展展成成运运动动过过程程中中所所形形成成的的包包络络面面，刀刀刃刃必必须须是是被被加加工工表表面面的的共共轭轭曲曲线线。所所获获得得的的精精度度取取决决于于刀刀刃刃的的形形状和展成运动的精度。滚齿、插齿等均为展成法。状和展成运动的精度。滚齿、插齿等均为展成法。（3 3）获得位置精度的方法）获得位置精度的方法 工工件件的的位位置置精精度度取取决决于于工工件件的的安安装装（定定位位和和夹夹紧）方式及其精度。紧）方式及其精度。.1)1)找找正正安安装装法法 找找正正是是用用工工具具和和仪仪表表根根据据工工件件上上有有关关基基准准，找找出出工工件件有有关关几几何何要要素素相相对对于于机机床床的的正正确确位置的过程。位置的过程。2 2）夹夹具具安安装装法法 夹夹具具是是用用以以安安装装工工件件和和引引导导刀刀具具的的装装置置。在在机机床床上上安安装装好好夹夹具具，工工件件放放在在夹夹具具中中定定位位，能能使使工工件件迅迅速速获获得得正正确确位位置置，并并使使其其固固定定在在夹夹具具和和机机床床上上。因因此此，工工件件定定位位方方便便，定定位位精精度度高高且且稳稳定定，装夹效率也高。装夹效率也高。3 3）机机床床控控制制法法 利利用用机机床床本本身身所所设设置置的的保保证证相相对对位位置置精精度度的的机机构构保保证证工工件件位位置置精精度度的的安安装装方方法法。如如坐坐标镗床、数控机床等。标镗床、数控机床等。.二、表面质量二、表面质量包括：表面层的几何特征与表层物理力学性能包括：表面层的几何特征与表层物理力学性能（1 1）表面层的几何特征）表面层的几何特征1 1）表面粗糙度）表面粗糙度指加工表面的微观几何形状误差。指加工表面的微观几何形状误差。2 2）表面波纹度）表面波纹度介于宏观的形状误差与微观的表面粗糙度之间的周介于宏观的形状误差与微观的表面粗糙度之间的周期性形状误差。一般由工艺系统振动引起。期性形状误差。一般由工艺系统振动引起。.（2 2）表面层材料的物理、力学性能）表面层材料的物理、力学性能1 1）冷作硬化）冷作硬化表面层因塑性变形引起的加工硬化。表面层因塑性变形引起的加工硬化。2 2）残余应力）残余应力表面层因力或热的作用产生的塑性变形和金相组织表面层因力或热的作用产生的塑性变形和金相组织变化引起的内应力。变化引起的内应力。3 3）金相组织变化）金相组织变化表面层切削热的作用引起的金相组织变化表面层切削热的作用引起的金相组织变化.2 2、表面质量对零件使用性能的影响、表面质量对零件使用性能的影响（1 1）对零件耐磨性的影响）对零件耐磨性的影响表面粗糙度对耐磨性的影响表面粗糙度对耐磨性的影响一般情况下，表面粗糙度越小，零件表面越光滑，一般情况下，表面粗糙度越小，零件表面越光滑，耐磨性越好。但当零件表面的粗糙度小于最佳值耐磨性越好。但当零件表面的粗糙度小于最佳值后，摩擦面之间的润滑油会被挤出而形成干摩擦，后，摩擦面之间的润滑油会被挤出而形成干摩擦，反而使磨损加快。反而使磨损加快。.冷作硬化对耐磨性的影响冷作硬化对耐磨性的影响一定的冷作硬化可以提高表面硬度，增加耐磨性。一定的冷作硬化可以提高表面硬度，增加耐磨性。但过度时，脆性会增大，表面易剥落。但过度时，脆性会增大，表面易剥落。残余应力对耐磨性的影响残余应力对耐磨性的影响表面为压应力时，耐磨性高。表面为压应力时，耐磨性高。.（2 2）对零件疲劳强度的影响）对零件疲劳强度的影响表面缺陷会引起应力集中，降低疲劳强度。若表面缺陷会引起应力集中，降低疲劳强度。若表面存在一定的冷作硬化或残余压应力，疲劳强度表面存在一定的冷作硬化或残余压应力，疲劳强度将会提高。将会提高。（3 3）对零件配合精度的影响）对零件配合精度的影响表面比较粗糙时，轮廓峰在工作中被逐渐磨掉，表面比较粗糙时，轮廓峰在工作中被逐渐磨掉，零件尺寸发生变化，进而影响到配合性质。零件尺寸发生变化，进而影响到配合性质。一般来说，表面粗糙度应与加工精度相适应。一般来说，表面粗糙度应与加工精度相适应。.第二节第二节 机械加工精度机械加工精度一、影响机械加工精度的因素一、影响机械加工精度的因素在机械加工过程中，机床、夹具、刀具和工件组成在机械加工过程中，机床、夹具、刀具和工件组成了一个完整的系统，称为工艺系统。工件的加工了一个完整的系统，称为工艺系统。工件的加工精度问题也就涉及到整个工艺系统的精度问题。精度问题也就涉及到整个工艺系统的精度问题。工艺系统中各个环节所存在的误差工艺系统中各个环节所存在的误差,在不同的条件在不同的条件下下,以不同的程度和方式反映为工件的加工误差以不同的程度和方式反映为工件的加工误差,它是产生加工误差的根源，因此工艺系统的误差它是产生加工误差的根源，因此工艺系统的误差被称为原始误差。被称为原始误差。.原原始始误误差差主主要要来来自自两两方方面面：一一方方面面是是在在加加工工前前就就存存在在的的工工艺艺系系统统本本身身的的误误差差（几几何何误误差差），包包括括加加工工原原理理误误差差，机机床床、夹夹具具、刀刀具具的的制制造造误误差差，工工件件的的安安装装误误差差，工工艺艺系系统统的的调调整整误误差差等等；另另一一方方面面是是加加工工过过程程中中工工艺艺系系统统的的受受力力变变形形、受受热热变变形形、工工件件残残余余应应力力引引起起的的变变形形和和刀刀具具的的磨磨损损等等引引起起的的误误差差，以以及及加加工工后后因因内内应应力力引引起起的的变变形形和和测测量量引引起的误差等。起的误差等。.1 1、工艺系统的几何误差、工艺系统的几何误差包包括括加加工工方方法法的的原原理理误误差差、机机床床的的几几何何误误差差、刀刀夹夹具制造误差和调整误差等。具制造误差和调整误差等。（1 1）原理误差）原理误差加加工工原原理理误误差差是是指指采采用用了了近近似似的的成成形形运运动动或或近近似似的的刀刃轮廓进行加工而产生的误差。刀刃轮廓进行加工而产生的误差。如如：1 1、滚滚齿齿，由由于于滚滚刀刀的的刀刀刃刃数数有有限限，加加工工出出来来的的齿齿轮轮齿齿形形是是有有限限个个刀刀刃刃切切成成的的折折线线；另另，由由于于滚滚刀刀制制造造困困难难，采采用用阿阿基基米米德德基基本本蜗蜗杆杆代代替替渐渐开开线线基基本本蜗蜗杆杆，由由此此产产生生的的加加工误差，则属于原理误差。工误差，则属于原理误差。.成成形形法法铣铣齿齿，由由于于铣铣刀刀分分八八个个刀刀号号，每每一一个个刀刀号号在在相相应应组组内内齿齿数数最最少少的的可可获获得得精精确确地地齿齿形形，其其它它齿齿数数只只能能获获得得近近似似的的齿齿形形。因因此此，铣铣齿齿产产生生的的加加工工误误差差也也属属于于原原理理误差。误差。.（2 2）机床误差）机床误差机机床床几几何何误误差差包包括括机机床床本本身身各各部部件件的的制制造造误误差差、安安装装误误差差和和使使用用过过程程中中的的磨磨损损引引起起的的误误差差。这这里里着着重重分分析析对对加加工工影影响响较大的主轴回转误差、机床导轨误差以及传动链误差。较大的主轴回转误差、机床导轨误差以及传动链误差。机床主轴误差机床主轴误差机机床床工工作作时时，由由于于主主轴轴部部件件在在制制造造、装装配配过过程程中中，存存在在各各种种误误差差，使使得得主主轴轴回回转转轴轴线线的的空空间间位位置置在在每每一一瞬瞬间间都都处处于于变变动动状状态态，而而产产生生回回转转误误差差。机机床床主主轴轴是是用用来来安安装装工工件件或或刀刀具具并并将将运运动动和和动动力力传传递递给给工工件件或或刀刀具具的的重重要要零零件件，它它是是工工件件或或刀刀具具的的位位置置基基准准和和运运动动基基准准，它它的的回回转转精精度度是是机机床床精精度的主要指标之一，其误差直接影响着工件精度的高低。度的主要指标之一，其误差直接影响着工件精度的高低。.n主轴的回转误差的三种主轴的回转误差的三种基本形式基本形式n径向跳动径向跳动-瞬时回转轴瞬时回转轴线沿平均回转轴线的径线沿平均回转轴线的径向跳动运动。向跳动运动。n轴向窜动轴向窜动-瞬时回转轴瞬时回转轴线沿平均回转轴线方向线沿平均回转轴线方向的轴向运动。的轴向运动。n角度摆动角度摆动-瞬时回转轴瞬时回转轴线与平均回转轴线成一线与平均回转轴线成一倾斜角，但其交点位置倾斜角，但其交点位置是固定不变的运动。是固定不变的运动。.2 2）导轨误差）导轨误差床身导轨既是装配机床各部件的基准件，又是保床身导轨既是装配机床各部件的基准件，又是保证刀具与工件之间导向精度的导向件，因此证刀具与工件之间导向精度的导向件，因此导轨误差对加工精度有直接的影响。导轨误差对加工精度有直接的影响。导轨误差可分为直线度误差、扭曲度误差、相互导轨误差可分为直线度误差、扭曲度误差、相互位置误差三种形式。位置误差三种形式。.3 3）机床传动链误差）机床传动链误差传动链始末两端的联系是通过一系列的传动元件来实传动链始末两端的联系是通过一系列的传动元件来实现的，当这些传动元件存在加工误差、装配误差和现的，当这些传动元件存在加工误差、装配误差和磨损时，就会破坏正确的运动关系，使工件产生加磨损时，就会破坏正确的运动关系，使工件产生加工误差，这些误差即传动链误差。工误差，这些误差即传动链误差。1 1）尽量减少传动元件数量，缩短传动链，以缩小误）尽量减少传动元件数量，缩短传动链，以缩小误差的来源。差的来源。2 2）采用误差校正装置来提高传动精度。采用误差校正装置来提高传动精度。3 3）提提高高传传动动链链中中各各元元件件，尤尤其其是是末末端端元元件件的的加加工工和和装配精度，以保证传动精度。装配精度，以保证传动精度。4 4）设设法法消消除除传传动动链链中中齿齿轮轮间间的的间间隙隙，以以提提高高传传动动精精度。度。.（3 3）刀、夹具制造误差）刀、夹具制造误差1 1）刀具的误差）刀具的误差 刀具的制造误差对加工精度的影响，根据刀具种类刀具的制造误差对加工精度的影响，根据刀具种类不同而异。当采用定尺寸刀具如钻头、铰刀、拉不同而异。当采用定尺寸刀具如钻头、铰刀、拉刀、键槽铣刀等加工时，刀具的尺寸精度将直接刀、键槽铣刀等加工时，刀具的尺寸精度将直接影响到工件的尺寸精度；当采用成形刀具如成形影响到工件的尺寸精度；当采用成形刀具如成形车刀、成形铣刀等加工时，刀具的形状精度将直车刀、成形铣刀等加工时，刀具的形状精度将直接影响工件的形状精度；当采用一般刀具如车刀、接影响工件的形状精度；当采用一般刀具如车刀、镗刀、铣刀等的制造误差对零件的加工精度并无镗刀、铣刀等的制造误差对零件的加工精度并无直接影响，但其磨损对加工精度、表面粗糙度有直接影响，但其磨损对加工精度、表面粗糙度有直接的影响。直接的影响。.2 2）夹具的误差）夹具的误差夹具的夹具的制造误差与磨损包括三个方面：制造误差与磨损包括三个方面：1 1）定定位位元元件件、刀刀具具导导向向元元件件、分分度度机机构构、夹夹具具体体等等的的制造误差；制造误差；2 2）夹夹具具装装配配后后，定定位位元元件件、刀刀具具导导向向元元件件、分分度度机机构构等元件工作表面间的相对尺寸误差；等元件工作表面间的相对尺寸误差；3 3）夹夹具具在在使使用用过过程程中中定定位位元元件件、刀刀具具导导向向元元件件工工作作表表面的磨损。面的磨损。这些误差将直接影响到工件加工表面的位置精度或尺寸这些误差将直接影响到工件加工表面的位置精度或尺寸精度。一般来说，夹具误差对加工表面的位置误差精度。一般来说，夹具误差对加工表面的位置误差影响最大，在设计夹具时，凡影响工件精度的尺寸影响最大，在设计夹具时，凡影响工件精度的尺寸应严格控制其制造误差，一般可取工件上相应尺寸应严格控制其制造误差，一般可取工件上相应尺寸或位置公差的或位置公差的1 121215 5作为夹具元件的公差。作为夹具元件的公差。.（4 4）调整误差）调整误差 机械加工过程中的每一道工序都要进行各种各样的机械加工过程中的每一道工序都要进行各种各样的调整工作，由于调整不可能绝对准确，因此必然调整工作，由于调整不可能绝对准确，因此必然会产生误差，这些误差称为调整误差。会产生误差，这些误差称为调整误差。2 2、工艺系统的受力变形、工艺系统的受力变形（1 1）工艺系统的刚度）工艺系统的刚度机机械械加加工工过过程程中中，工工艺艺系系统统在在切切削削力力、传传动动力力、惯惯性性力力、夹夹紧紧力力、重重力力等等外外力力的的作作用用下下，各各环环节节将将产产生生相相应应的的变变形形，使使刀刀具具和和工工件件间间已已调调整整好好的的正正确确位位置置关关系系遭遭到到破破坏坏而而造造成成加加工工误误差差。例例如如，在在车车床床上上车车削削细细长长轴轴时时，工工件件在在切切削削力力的的作作用用下下会会发发生生变变形形，使使加加工工出出的的工工件件出出现现两两头头细细中中间间粗粗的的腰鼓形腰鼓形.工艺系统受力变形是加工中一项很重要的原始误差，工艺系统受力变形是加工中一项很重要的原始误差，它严重的影响工件的加工精度。工艺系统的受力它严重的影响工件的加工精度。工艺系统的受力变形通常是弹性变形，一般来说，工艺系统抵抗变形通常是弹性变形，一般来说，工艺系统抵抗弹性变形的能力越强，加工精度越高。工艺系统弹性变形的能力越强，加工精度越高。工艺系统抵抗外力使其变形的能力称为工艺系统的刚度。抵抗外力使其变形的能力称为工艺系统的刚度。工艺系统的刚度用切削力和在该力方向上所引起工艺系统的刚度用切削力和在该力方向上所引起的刀具和工件间相对变形位移的比值表示的。由的刀具和工件间相对变形位移的比值表示的。由于切削力有三个分力，在切削加工中对加工精度于切削力有三个分力，在切削加工中对加工精度影响最大的是刀刃沿加工表面的法线方向（影响最大的是刀刃沿加工表面的法线方向（Y Y方方向上）的分力，因此计算工艺系统刚度时，通常向上）的分力，因此计算工艺系统刚度时，通常只考虑此方向上的切削分力只考虑此方向上的切削分力F Fy y和变形位移量和变形位移量y y .式中：式中：Fy：切削力在切削力在Y方向的分力；方向的分力；y：系统在切削力系统在切削力Fx、Fy、Fz共同作用下在共同作用下在Y方向上的变形；方向上的变形；.n工艺系统刚度算式工艺系统刚度算式.（2 2）工艺系统受力变形引起的误差及改善措施）工艺系统受力变形引起的误差及改善措施 工艺系统受力变形会引起工件的尺寸误差和形状工艺系统受力变形会引起工件的尺寸误差和形状误差。减少工艺系统受力变形是保证加工精度的有误差。减少工艺系统受力变形是保证加工精度的有效途径之一。生产实际中常采取如下措施：效途径之一。生产实际中常采取如下措施：1 1）提高接触刚度）提高接触刚度 所谓接触刚度就是互相接触的两表面所谓接触刚度就是互相接触的两表面抵抗变形的能力。提高接触刚度是提高工艺系统刚抵抗变形的能力。提高接触刚度是提高工艺系统刚度的关键。常用的方法是改善工艺系统主要零件接度的关键。常用的方法是改善工艺系统主要零件接触面的配合质量，使配合面的表面粗糙度和形状精触面的配合质量，使配合面的表面粗糙度和形状精度得到改善和提高，实际接触面积增加，微观表面度得到改善和提高，实际接触面积增加，微观表面和局部区域的弹性、塑性变形减少，从而有效地提和局部区域的弹性、塑性变形减少，从而有效地提高接触刚度。高接触刚度。.2 2）提提高高工工件件定定位位基基面面的的精精度度和和表表面面质质量量 工工件件的的定定位位基基面面如如存存在在较较大大的的尺尺寸寸、形形位位误误差差和和表表面面质质量量差差，在在承承受受切切削削力力和和夹夹紧紧力力时时可可能能产产生生较较大大的的接接触触变变形形，因因此此精精密密零零件件加加工工用用的的基基准准面面需需要要随随着着工工艺艺过过程程的的进行逐步提高精度。进行逐步提高精度。3）设置辅助支承，提高工件刚度，减小受力变形）设置辅助支承，提高工件刚度，减小受力变形 切切削力引起的加工误差往往是因为工件本身刚度不足削力引起的加工误差往往是因为工件本身刚度不足或工件各个部位刚度不均匀而产生的。当工件材料或工件各个部位刚度不均匀而产生的。当工件材料和直径一定时，工件长度和切削分力是影响变形的和直径一定时，工件长度和切削分力是影响变形的决定性因素。为了减少工件的受力变形，常采用中决定性因素。为了减少工件的受力变形，常采用中心架或跟刀架，以提高工件的刚度，减小受力变形。心架或跟刀架，以提高工件的刚度，减小受力变形。.4 4）合合理理装装夹夹工工件件，减减少少夹夹紧紧变变形形 当当工工件件本本身身薄薄弱弱、刚刚性性差差时时，夹夹紧紧时时应应特特别别注注意意选选择择适适当当的的夹夹紧紧方方法法，尤尤其其是是在在加加工工薄薄壁壁零零件件时时，为为了了减减少少加加工工误误差差，应应使使夹夹紧紧力力均均匀匀分分布布。缩缩短短切切削削力力作作用用点点和和支承点的距离，提高工件刚度。支承点的距离，提高工件刚度。5 5）对对相相关关部部件件预预加加载载荷荷 例例如如，机机床床主主轴轴部部件件在在装装配配时时通通过过预预紧紧主主轴轴后后端端面面的的螺螺母母给给主主轴轴滚滚动动轴轴承承以以预预加加载载荷荷，这这样样不不仅仅能能消消除除轴轴承承的的配配合合间间隙隙，而而且且在在加加工工开开始始阶阶段段就就使使主主轴轴与与轴轴承承有有较较大大的的实实际接触面积，从而提高了配合面间的接触刚度。际接触面积，从而提高了配合面间的接触刚度。.6 6）合合理理设设计计系系统统结结构构 在在设设计计机机床床夹夹具具时时，应应尽尽量量减减少少组组成成零零件件数数，以以减减少少总总的的接接触触变变形形量量；选选择择合合理理的的结结构构和和截截面面形形状状；并并注注意意刚刚度度的的匹匹配配，防防止出现局部环节刚度低。止出现局部环节刚度低。7 7）提高夹具、刀具刚度；改善材料性能。）提高夹具、刀具刚度；改善材料性能。8 8）控控制制负负载载及及其其变变化化 适适当当减减少少进进给给量量和和背背吃吃刀刀量量，可可减减少少总总切切削削力力对对零零件件加加工工精精度度的的影影响响；此此外外，改改善善工工件件材材料料性性能能以以及及改改变变刀刀具具几几何何参参数数如如增增大大前前角角等等都都可可减减少少受受力力变变形形；将将毛毛坯坯合合理理分分组组，使使每每次次调调整整中中加加工工的的毛毛坯坯余余量量比比较较均均匀匀，能能减减小小切切削力的变化，减小误差复映。削力的变化，减小误差复映。.3 3、工艺系统热变形、工艺系统热变形在机械加工中，工艺系统在各种热源的影响下会产生复在机械加工中，工艺系统在各种热源的影响下会产生复杂的变形，使得工件与刀具间的正确相对位置关系杂的变形，使得工件与刀具间的正确相对位置关系遭到破坏，造成加工误差。遭到破坏，造成加工误差。工艺系统受热升温而使工件、刀具及机床的许多部工艺系统受热升温而使工件、刀具及机床的许多部分会因温度升高而产生复杂变形分会因温度升高而产生复杂变形改变工件、刀具、机床间的相互位置改变工件、刀具、机床间的相互位置破坏刀具与工件间相互运动的正确性破坏刀具与工件间相互运动的正确性改变已调整好的加工尺寸改变已调整好的加工尺寸引起切削深度和切削力改变引起切削深度和切削力改变破坏传动链的精度破坏传动链的精度.（1 1）工艺系统的热源）工艺系统的热源引起工艺系统热变形的热源主要来自两个方面：一是引起工艺系统热变形的热源主要来自两个方面：一是内部热源内部热源，指轴承、离合器、齿轮副、丝杠螺母，指轴承、离合器、齿轮副、丝杠螺母副、高速运动的导轨副、以及液压系统等工作时副、高速运动的导轨副、以及液压系统等工作时产生的产生的摩擦热摩擦热；切削和磨削过程中由于挤压、摩；切削和磨削过程中由于挤压、摩擦和金属塑性变形产生的擦和金属塑性变形产生的切削热切削热；电动机等工作；电动机等工作时产生的时产生的电磁热电磁热。二是。二是外部热源外部热源，指由于室温变，指由于室温变化及车间内不同位置和不同时间存在的温度差别，化及车间内不同位置和不同时间存在的温度差别，以及因空气流动产生的温度差等；日照、照明设以及因空气流动产生的温度差等；日照、照明设备以及取暖设备等的辐射热等。工艺系统在上述备以及取暖设备等的辐射热等。工艺系统在上述热源的作用下，温度逐渐升高，同时其热量也通热源的作用下，温度逐渐升高，同时其热量也通过各种传导方式向周围散发。过各种传导方式向周围散发。.（2 2）工艺系统热变形引起的误差及改善措施）工艺系统热变形引起的误差及改善措施机床在运转与加工过程中受到各种热源的作用，温度机床在运转与加工过程中受到各种热源的作用，温度会逐步上升，由于机床各部件受热程度的不同，会逐步上升，由于机床各部件受热程度的不同，温升存在差异，因此各部件的相对位置将发生变温升存在差异，因此各部件的相对位置将发生变化，从而造成加工误差。化，从而造成加工误差。1 1）机床的热变形）机床的热变形如如 图图 所所 示示，主主 轴轴 转转 速速1200rpm，工工作作8小小时时后后，主主轴轴抬抬高高量量达达140m，在在垂垂 直直 面面 上上 的的 倾倾 斜斜 为为 60 m/300mm。.机机床床的的热热变变形形主主要要体体现现在在：主主轴轴部部件件 导导轨轨 床身床身 立柱立柱 工作台等部件上。工作台等部件上。.车车、镗镗类类机机床床其其主主要要热热源源为为主主轴轴箱箱的的发发热热。造造成成主主轴的位移和倾斜。轴的位移和倾斜。.铣铣床床主主要要表表现现在在主主轴轴在在垂垂直直面面上上的的倾倾斜斜。铣铣削削后后将将影影响响工工件件的的平平面面与与定定位位基基面面之之间间的平行度或垂直度。的平行度或垂直度。.外外圆圆磨磨床床主主要要表表现现在在砂砂轮轮架架、工工件件头头架架的的位位移移和和导导轨轨的的凸起。凸起。.（2 2）工艺系统热变形的改善措施）工艺系统热变形的改善措施1 1）隔隔离离热热源源 为为了了减减少少机机床床的的热热变变形形，将将能能从从主主机机分分离离出出去去的的热热源源（如如电电动动机机、变变速速箱箱、液液压压泵泵和和油油箱箱等等）应应尽尽可可能能放放到到机机外外；也也可可采采用用隔隔热热材材料料将将发发热热部部件件和和机机床床大大件件（如如床床身身、立立柱柱等等）隔隔离离开。开。2 2）强制和充分冷却）强制和充分冷却 对既不能从机床内移出，又不对既不能从机床内移出，又不便隔热的大热源，可采用强制式的风冷、水冷等便隔热的大热源，可采用强制式的风冷、水冷等散热措施；对机床、刀具、工件等发热部位采取散热措施；对机床、刀具、工件等发热部位采取充分冷却措施，吸收热量，控制温升，减少热变充分冷却措施，吸收热量，控制温升，减少热变形。形。.3 3）采采用用合合理理的的结结构构减减少少热热变变形形 如如在在变变速速箱箱中中，尽尽量量让让轴轴、轴轴承承、齿齿轮轮对对称称布布置置，使使箱箱壁壁温温升升均匀，减少箱体变形。均匀，减少箱体变形。4 4）减减少少系系统统的的发发热热量量 对对于于不不能能和和主主机机分分开开的的热热源源，应应从从结结构构、润润滑滑等等方方面面加加以以改改善善，以以减减少发热量。少发热量。5 5）使热变形指向无害加工精度的方向）使热变形指向无害加工精度的方向 例如例如车细长轴时，为使工件有伸缩的余地，可将轴车细长轴时，为使工件有伸缩的余地，可将轴的一端夹紧，另一端架上中心架，使热变形指的一端夹紧，另一端架上中心架，使热变形指向尾端；又例如外圆磨削，为使工件有伸缩的向尾端；又例如外圆磨削，为使工件有伸缩的余地，采用弹性顶尖等。余地，采用弹性顶尖等。.2 2）工件的热变形）工件的热变形在加工过程中，工件受热将产生热变形，工件在热膨在加工过程中，工件受热将产生热变形，工件在热膨胀的状态下达到规定的尺寸精度，冷却收缩后尺胀的状态下达到规定的尺寸精度，冷却收缩后尺寸会变小，甚至可能超出公差范围。工件的热变寸会变小，甚至可能超出公差范围。工件的热变形可能有两种情况：比较均匀地受热，如车、磨形可能有两种情况：比较均匀地受热，如车、磨外圆和螺纹，镗削棒料的内孔等；不均匀受热，外圆和螺纹，镗削棒料的内孔等；不均匀受热，如铣平面和磨平面等。如铣平面和磨平面等。减少工件热变形的措施：减少工件热变形的措施：粗、精分开；粗、精分开；合理选择切削用量；合理选择切削用量；合理选择刀具的几何形状；合理选择刀具的几何形状；充分利用冷却液；充分利用冷却液；.4 4、工件内应力对加工精度的影响工件内应力对加工精度的影响（1 1）、内应力的概念及特点）、内应力的概念及特点n1 1）内应力的概念）内应力的概念n引起工件内部应力的原因去除以后，工件内部仍引起工件内部应力的原因去除以后，工件内部仍存在有应力，这种内部应力称为残余应力。存在有应力，这种内部应力称为残余应力。n2 2）特点）特点n始终要求处于平衡状态，外部因素发生变化，始终要求处于平衡状态，外部因素发生变化，内应力就会重新分布；内应力就会重新分布；n随着时间的推移，会逐渐减小，直到自行消失；随着时间的推移，会逐渐减小，直到自行消失；n残余应力的重新分布或自行消失都会引起工件残余应力的重新分布或自行消失都会引起工件的变形。的变形。.（2 2）产生内应力的原因及对加工精度的影响）产生内应力的原因及对加工精度的影响n1 1）毛坯制造过程中产生的内应力）毛坯制造过程中产生的内应力n在毛坯的铸造过程中，由于工件毛坯的结构复杂在毛坯的铸造过程中，由于工件毛坯的结构复杂或各部分的壁厚不均，在浇铸后的冷却过程中，或各部分的壁厚不均，在浇铸后的冷却过程中，会造成坯件各部分的冷缩速度不相同及金相组织会造成坯件各部分的冷缩速度不相同及金相组织在不同温度下的变化，产生内部的相互牵制，从在不同温度下的变化，产生内部的相互牵制，从而使得工件内部产生相当大的内应力。而使得工件内部产生相当大的内应力。.如图所示的机床床身的铸造，由于上面的床腿及下面如图所示的机床床身的铸造，由于上面的床腿及下面的导轨面冷却较快，而中间部分冷却较慢，继续的导轨面冷却较快，而中间部分冷却较慢，继续冷却收缩时，受到外层的限制，则在内层产生拉冷却收缩时，受到外层的限制，则在内层产生拉应力；在外层产生压应力。应力；在外层产生压应力。.2 2）切削过程中产生的内应力）切削过程中产生的内应力在切削过程中，由于力与热的作用，使工件表层产生在切削过程中，由于力与热的作用，使工件表层产生塑性变形并相应产生残余应力，造成加工后工件塑性变形并相应产生残余应力，造成加工后工件的变形。的变形。n2 2减小或消除残余应力的措施减小或消除残余应力的措施n1 1）合理设计零件结构，尽量减少尺寸差异，以减）合理设计零件结构，尽量减少尺寸差异，以减少在毛坯制造阶段的残余应力；少在毛坯制造阶段的残余应力；n2 2）采取时效处理）采取时效处理n自然时效、人工时效是消除残余应力的有效措施。自然时效、人工时效是消除残余应力的有效措施。自然时效一般时间较长；人工时效包括热时效和自然时效一般时间较长；人工时效包括热时效和人工振动时效。其中人工振动时效方法简单，节人工振动时效。其中人工振动时效方法简单，节约能源，没有氧化皮，残余应力消除彻底，是近约能源，没有氧化皮，残余应力消除彻底，是近年来普遍采用的方法。年来普遍采用的方法。.二、机械加工精度的综合分析二、机械加工精度的综合分析 前面对影响加工精度的各种因素进行了分析，前面对影响加工精度的各种因素进行了分析，相应也提出了保证加工精度的措施。但上述的不相应也提出了保证加工精度的措施。但上述的不过是单因素分析法。在生产实际中，影响加工精过是单因素分析法。在生产实际中，影响加工精度的因素往往是错综复杂的，有时很难用单因素度的因素往往是错综复杂的，有时很难用单因素法来分析因果关系。而需采用数理统计的方法找法来分析因果关系。而需采用数理统计的方法找出解决问题的途径。出解决问题的途径。.1 1、误差的性质、误差的性质根据一批工件加工误差出现的规律，可将影响加工精根据一批工件加工误差出现的规律，可将影响加工精度的误差因素按其性质分为系统误差和随机误差度的误差因素按其性质分为系统误差和随机误差两类：两类：（1 1）系统性误差）系统性误差 当连续加工一批零件时，误差的大小和方向或是当连续加工一批零件时，误差的大小和方向或是保持不变，或是按一定规律变化。前者称为常值保持不变，或是按一定规律变化。前者称为常值系统性误差，后者称为变值系统性误差。系统性误差，后者称为变值系统性误差。.1 1）系统性误差的特点）系统性误差的特点能推测、有规律，易减少和消除能推测、有规律，易减少和消除例如，加工原理误差，机床、刀具、夹具的制造误差，例如，加工原理误差，机床、刀具、夹具的制造误差，工艺系统的受力变形，调整误差等引起的加工误差工艺系统的受力变形，调整误差等引起的加工误差均与加工时间无关，其大小和方向在一次调整中也均与加工时间无关，其大小和方向在一次调整中也基本不变，因此都属于常值系统误差。机床、夹具、基本不变，因此都属于常值系统误差。机床、夹具、量具等磨损速度很慢，在一定时间内也可看作是常量具等磨损速度很慢，在一定时间内也可看作是常值系统误差。机床、刀具和夹具等在尚未达到热平值系统误差。机床、刀具和夹具等在尚未达到热平衡前的热变形误差和刀具的磨损等，都是随加工时衡前的热变形误差和刀具的磨损等，都是随加工时间而规律变化的，属于变值系统误差。间而规律变化的，属于变值系统误差。2 2）系统性误差的控制措施）系统性误差的控制措施查明误差的大小和方向的规律，采取相应的调整和补偿查明误差的大小和方向的规律，采取相应的调整和补偿等方法解决。等方法解决。.（2 2）随机性误差）随机性误差加工一批零件时，其误差的大小和方向无规律地加工一批零件时，其误差的大小和方向无规律地变化，这类误差称为随机性误差变化，这类误差称为随机性误差随机性误差有：定位误差，夹紧误差，多次调整随机性误差有：定位误差，夹紧误差，多次调整引起的误差，内应力引起的误差引起的误差，内应力引起的误差1 1）随机性误差的特点）随机性误差的特点易发、突发、无规律，事先无法确定。易发、突发、无规律，事先无法确定。2 2）随机性误差的控制措施）随机性误差的控制措施找出一批工件加工误差的总体规律，采取措施加以控找出一批工件加工误差的总体规律，采取措施加以控制。制。.2 2、加工误差的统计分析方法、加工误差的统计分析方法 统计分析法是以生产现场内对许多工统计分析法是以生产现场内对许多工件进行检查的结果为基础，用数理统计的件进行检查的结果为基础，用数理统计的方法处理这些结果，从中找出规律，进而方法处理这些结果，从中找出规律，进而获得解决问题的方法。获得解决问题的方法。常用的分析方法有两种：分布曲线法常用的分析方法有两种：分布曲线法和点图法。和点图法。.在同一工序中加工出的一批零件，由于在同一工序中加工出的一批零件，由于误差的影响，其尺寸的实际值必然大小不一，误差的影响，其尺寸的实际值必然大小不一，那么，把加工完的一批那么，把加工完的一批n n个零件的尺寸全部测量个零件的尺寸全部测量出来，以零件尺寸为横坐标，画出直方图，进出来，以零件尺寸为横坐标，画出直方图，进而画成一条折线，即为实际分布曲线。该分布而画成一条折线，即为实际分布曲线。该分布曲线直观地反映了加工精度的分布状况。实践曲线直观地反映了加工精度的分布状况。实践证明，当被测量的一批零件（机床上用调整法证明，当被测量的一批零件（机床上用调整法一次加工出来的一批零件）的数目足够大而尺一次加工出来的一批零件）的数目足够大而尺寸间隔非常小时，则所绘出的分布曲线非常接寸间隔非常小时，则所绘出的分布曲线非常接近近“正态分布曲线正态分布曲线”。.正态分布曲线的特点正态分布曲线的特点(1)(1)曲线呈钟形。靠近尺寸分散中心曲线呈钟形。靠近尺寸分散中心 的工件尺的工件尺寸出现率较高，远离尺寸分散中心寸出现率较高，远离尺寸分散中心 的工件尺的工件尺寸出现率较多。寸出现率较多。.正态分布曲线的特点正态分布