1、第二章 机械加工精度2-1 概述经济精度：指在正常的加工条件下（采用符合质量标准的设备和工艺装备，使用标准技术等级的工人，不延长加工时间） ，一种加工方法所能保证的加工精度和表面粗糙度1-2：提高一点加工精度，成本将大幅度上升3-4：加工误差即使大幅度增加，成本降低却甚少2-3：经济精度0：平均精度原始误差：加工过程中引起工艺系统各环节间偏离正确的相对位置的各种因素。原始误差包括：（要分清是第几类）第一类：工艺系统的制造误差和磨损具体有机床、夹具、刀具的制造误差和磨损。 第二类：工艺系统力、热效应引起的变形包括工艺系统受力变形、工艺系统热变形、工件残余应力引起的变形等。 第三类：其他包括加工原
2、理误差，工件定位误差，调整误差，测量误差。误差敏感方向：原始误差对加工精度影响最大（加工误差最大）的那个方向。误差敏感方向为被加工面通过刀尖的法线方向误差不敏感方向：原始误差对加工精度影响最小（加工误差最小）的那个方向。误差不敏感方向为被加工面通过刀尖的切线方向。车削时误差敏感方向始终不变，而镗削时误差敏感方向随刀具的转动而改变。2-2 工艺系统的制造误差和磨损（1 ）主轴几何偏心（静态）：是指主轴的回转轴线相对于定心锥孔、定心外圆的几何中心 的偏心。主轴几何偏心对加工精度的影响：（机床参考课本 P24 页）车削 、 圆磨削 时不产生圆度误差和端面的平面度误差，但会产生同轴度误差和端面垂直度误
3、差；铣削 时产生直线度、平面度误差（几何偏心会和加工面法向同向） ；钻 、 镗 时加工出的孔径尺寸变化。定心轴肩支承面与回转轴线不垂直，在安装卡盘时会引起卡盘与主轴回转轴线的几何偏心，因此对加工精度的影响亦如上述。（2 ）主轴回转误差：主轴回转时其瞬时回转轴线相对于理想回转轴线（用平均回转轴线代替）的偏移在误差敏感方向的最大变动值。主轴回转误差对加工精度的影响：实际轴线的漂移运动总是上述三种运动的合成，故不同横截面内轴心的误差运动轨迹既不相同又不相似，既影响所加工工件圆柱面的形状精度，又影响端面的形状精度。23 工艺系统的受力变形负刚度：工艺系统的总变形方向与变形载荷方向相反，这时系统具有负刚
4、度。1、切削过程中受力点位置变化引起的形状误差当只考虑工件的变形时，加工出的工件将有鼓形圆柱度误差；而只考虑机床变形时，加工出的工件将有鞍形的圆柱度误差。个人理解：对于只考虑机床变形时，可认为在两端由于轴的刚度大，对应此时的刀具变形大（机床变形大） ，所切削量少；在轴中心处，刚度小，刀具变形小，切削量大。2、 毛坯误差的 复映误差复映：加 工过程中当毛坯（上一道工序）有误差时，此误差会以一定的规律传递到工件（下一道工序）上。复映规律：毛坯误差将复映到从毛坯到成品的每一个机械加工工序中，但每次走刀后工件的误差将逐步减少。 误差复映系数： A：径向切削力 Kxt：系统刚度 mg（计算走刀几次可满足
5、加工精度，一般不超过 5 刀，过多刀数一定错了）3、切削过程中受力方向变化引起的工件形状误差Akxt加工出的工件截面为心脏形。随着刀尖的纵向移动，当刀尖距拨销距离越远，传动力的影响也越小，在后顶尖处（x=0）工件截形仍是圆形。个人理解：当刀具与 P点同直径线时，抵抗切削力变形的传动力分量最大（等于传动力） ，所以工件的变形小，被切除量大，为心形的凹槽；当刀具在 P 点附近传动力方向与切削力方向相同，工件变形最大，被切除量最小，为心形的顶尖。车削有偏心质量的工件时，情况类似: 偏向质量存在位置导致工件抗变形能力增强，变形小，被切除量大。若是在圆上挖去一部分质量则情况相反。4、工件的夹紧变形由于夹
6、紧变形后切除量变大加过渡环使夹紧力沿工件圆周上分布地比较均匀应用：在电磁台上磨翘曲的薄片工件时，在工件与电磁工作台之间加入一薄层橡皮或纸片可减少吸紧工件时弹性变形的不均匀程度。实际生产中可以利用夹紧变形来达到工件的加工要求，如人为的使导轨中部产生适当微凸的夹紧变形，使导轨加工后成中凹形。 （考虑了运行时的热变形）工艺系统受力变形的对策（结合实例分析）1、提高工艺系统的刚度（1 ）合理的结构设计尽量减少连接面数量并注意刚度的匹配；对于基础件和支撑件，应合理选择零件结构和截面形状：截面积相等时空心截形比实心截形的刚度高，封闭的截形又比开口的截形好，在适当部位增添加强筋也有良好的效果。（2 ）提高连
7、接表面的接触刚度（关键）接触刚度：是指零件结合面在外力作用下，抵抗接触变形的能力，用名义压强的增量与接触变形增量之比表示。措施：减小连接面的表面粗糙度和平面度误差；（增大接触面积）在连接面间施加适当的预紧力。注：有载荷时，在平面度误差相同的情况下，表面粗糙度稍大时会使实际接触面积有所增加，这时适当降低表面粗糙度等级反而会提高接触刚度（3 ）采用合理的装夹、加工方式加工细长轴时，改为反向走刀，使轴受拉；深镗孔时采用拉镗形式来提高镗杆的刚度；采用辅助支撑。（4 ）合理使用机床如尽量减少尾座套筒、刀杆、刀架滑枕等的悬伸长度，减少运动部件的间隙，锁紧在加工时不需要运动的部件等。2、 转移或补偿弹性变形
8、龙门铣上的横梁在铣头重量的作用下会产生绕曲变形而影响加工表面的形状精度在横梁上加一附加梁，这时横梁不再承受铣头重量，只起导向作用，重量由附加梁承受。使横梁先产生一个相反的预变形，以抵消铣头重量引起的绕曲变形。3、采用适当的工艺措施合理选择刀具几何参数（如增加前角，主偏角接近 90。 ）和切削用量（适当减少进给量和切深）以减小切削力；将毛坯分组，使一次调整中加工出的毛坯余量比较一致，减少复映误差。24 工艺系统的热变形热平衡：工艺系统中各部分当单位时间内输入的热量与散发的热量相等时，其温度就保持在一个稳定值上，这种状态称热平衡状态。非稳态温度场：物体未达到热平衡时，各点温度不仅是坐标位置的函数，
9、而且还是时间的函数，这种温度场称为非稳态温度场。稳态温度场：物体达到热平衡后，各点温度仅是坐标位置的函数，而不随时间变化，这种温度场称为稳态温度场。工件热变形：1、加工盘类和长度较短的销轴、套类零件 可视为均匀受热的等温体，由于切削时间短，由温度引起的工件纵向误差（圆柱度误差）可忽略。但由于热胀存在，因此测量需在冷却后进行。应用：工序安排上，将粗精加工分在两个工序中，使粗加工后有足够的冷却时间。 2、磨削较薄的环形工件 由于磨削热较多，加之工件质量小，所以工件温升较高。压铁位置，散热条件好，热变形小，直径小，被磨掉的多（受热向外膨胀）若压铁在内圈磨外圆则被磨掉的少个人理解：其实磨内外圆最终形状
10、是一样的。3、车削较长工件 由于切削时间长，由温升造成的变形将造成纵向误差（圆柱度误差） ，加工丝杠时纵向热变形造成螺距误差。个人理解：刚开始时，工件、刀具热变形小，切削量少；越到后面热量积聚越多，工件受热膨胀，刀具变形大，切削量大4、铣、刨、磨平面 影响：工件受热不均匀，单面受热，形成上下表面温差，致使中间拱起，被多切除一部分。冷却后形成表面中凹。措施：使用切削液；误差补偿法加工（装夹时工件中凹或加工前将平面刨成中凹） 。 工艺系统热变形的对策：1、减少热源的发热电机等热源放置在机床外部；主轴轴承、丝杆螺母副等可从结构、润滑等方面改善其摩擦特性，以减少发热；对发热部件隔热。 2、用热补偿方法
11、减少热变形 采用热补偿方法使机床的温度场变得比较均匀，从而使机床仅产生不影响加工精度的均匀热变形。 另一种热补偿结构是使关键零部件在热变形的同时，产生一个相反方向的变形。3、保持工艺系统的热平衡 精加工前可使机床空运转一段时间，等达到或接近热平衡时再开始加工；精加工机床应尽量避免中途停车防止质量波动；可在适当部位附加“控制热源” 。 4、控制环境温度 精加工机床应在恒温条件下工作。25 加工过程中的其他原始误差加工原理误差：采用了近似的加工方法进行加工而产生的误差。阿贝原则：工具上基准尺的测量线应与工件上的被测线在同一直线上。阿贝误差：所采用的量具结构不符合阿贝原则时所产生的测量误差。（论述题
12、，结合图分析，图要会画）爬行现象：机床进给系统的运动件，当其运行速度低到一定值（如 0.5mm/min）时，往往不是作连续匀速运动，而是时走时停、忽快忽慢，这种现象称之为爬行。原因：传动系统刚度不足以及溜板与导轨间的摩擦系数在低速范围内随滑动速度的增加而降低的特性造成的（副摩擦特性） 。分析：进给机构工作时，由于传动元件间有弹性变形，故可抽象为主动件通过弹簧推动溜板，当主动件微量向左移动时，弹簧受压缩，但这是静摩擦阻力大于弹簧力，溜板仍静止；当主动件继续前进到弹簧力稍大于静摩擦主力时，溜板开始左移，摩擦系数因滑移速度增加而降低，动摩擦阻力不断减小，溜板就加速前进；这时溜板速度超越主动件而使弹簧
13、压缩量减小，溜板速度逐渐减小而动摩擦阻力逐渐增大，溜板就又停止前进，如此反复就形成爬行。措施：(消除爬行现象的方法主要围绕减少摩擦进行 )1、 提高滑移面的加工精度，减少表面粗糙度；2、 改善润滑条件；3、 提高传动系统的刚度;4、 采用静压导轨、滚珠丝杠及在导轨面上粘贴聚四氟乙烯;5、 操作时先将刀架后退一段距离，然后以较快速度不停顿地将刀架送到所需位置上，或轻轻敲击手柄，使微量进给产生振动，利用振动来消除静摩擦的影响。残余应力：也称内应力，指没有外力作用下或去除外力后构件内仍存留的应力。受热不均：冷却后高温残余拉应力，低温残余压应力。加热时高温部分受压，低温部分受拉，由于屈服强度与温度成反
14、比，高温部分首先塑性变形；冷却时高温部分已产生压缩的塑性变形个人理解：在低温部分周围的高温部分易发生塑性变形，低温部分由于变形小（相当于体积大） ，使得周围高温部分受力产生压缩变形，冷却后，高温部分体积小，低温部分体积大，导致体积大的给体积小的拉应力，体积小的给体积大的压应力。均匀受热后冷却速度不均：冷却后冷却快残余压应力，而冷却慢残余拉应力个人理解：冷却快可以认为低温，这与受热不均结论一致A、C 壁薄，冷却快； B 壁厚，冷却慢。冷却后，A、C 有残余压应力， B 有残余拉应力。内应力释放后，A、C 部分伸长， B 缩短，形成弯曲变形。当工件外层应力超过屈服极限时，其内层应力还未超过弹性极限
15、，应力分布如图 C 所示。去除外力后，下部外层已产生拉伸的塑性变形，上部外层产生压缩的塑性变形，里层的弹性回复受到阻碍上部外层产生残余拉应力，上部里层产生残余压应力下部外层产生残余压应力，下部里层产生残余拉应力个人理解：冷却前和冷却后的残余应力相反。26 加工误差的统计分析法加工误差分类：1、系统性误差：依次加工一批工件时，加工误差的大小和方向保持不变或误差随加工时间按一定规律变化的误差。（1 ）常值系统误差：在依次加工一批工件时，加工误差的大小和方向基本上保持不变。第一类：机床、刀具、夹具的制造误差和磨损引起的加工误差；第二类：机床受力变形引起的加工误差；第三类：如加工原理误差（铣齿轮） ；
16、（2 ）变值系统误差：在依次加工一批工件时，误差随着加工时间按一定规律变化。第一类：刀具磨损引起的加工误差（加工较大表面时，一次走刀需较长时间） ；第二类：如机床、刀具热平衡前热变形过程中引起的加工误差（加工细长轴） ；第三类：多工位机床回转工作台的分度误差和它的夹具安装误差引起的加工误差2、随机误差：在依次加工一批工件时，误差出现的大小和方向作不规则变化的误差。复映误差、工件定位误差、定程机构重复定位误差等引起的加工误差。常值系统误差不会引起加工尺寸的波动，变值系统误差是随时间按一定的规律变化的，随机误差引起加工尺寸波动。正态分布曲线 2)(1)(xexg标准差：均值：u+处为拐点。一般取+
17、 3为正态分布的尺 寸分散范围。 xz可将任意u、 值的曲线转化为标准正态分布曲线。非正态分布（a ）双峰曲线将两次调整下加工的工件（峰高一致）或两台机床加工的工件（峰高不一致）混在一起时出现。尽管每次调整时加工的工件都接近正态分布，但由于两个正态分布中心位置不同，迭加在一起就会得到双峰曲线（b）平顶分布当加工中刀具或砂轮的尺寸磨损比较显著（尺寸磨损大于随机性误差）时出现。随着刀具和砂轮的磨损，不同瞬时尺寸分布的算术平均值是逐渐移动的，因此分布曲线呈现平顶形状。（c）不对称分布当工艺系统存在显著的热变形时（如刀具变形严重），加工轴时偏向左，加工孔时偏向右。又如试切法加工时，由于主观上不愿意产生
18、废品，加工孔时宁小勿大（左），加工轴时宁大勿小（右），使分布图也常常出现不对称现象。工艺能力系数： （T 为加工公差）Cp1时，工艺能力满足加工精度的要求，但不能保证不出不合格品；不出不合格品的条件： （Am为公差带中心位置）Cp1 时，工艺能力不能满足加工精度的要求，肯定出现不合格品，但应尽量不出不可修复废品。估计不合格品率：nix1ix2)()(2121令 0100 21 2121 22zPdzedexxz xPPPz在数值上就等于每一区间内概率曲线与X轴（正态分布的中心线）之间所围成的面积例： 在磨床上加工销轴，要求外 径，抽样后测得=11.974mm，=0.005mm ，其尺寸分布符合
19、正态分布，试分析该工序的加工质量。解：根据已知条件作尺寸分 布图: 19.0561043.Tcp 工艺能力不足，必有废品 由图可知产生的废品是可修复的，废品率Q=0.5-G(z), 205.97418xz查表 G(z)=G(2)=0.4772，则 Q=0.5-0.4772=0.0228=2.28% 即废品率为 2.28%。若重新调整机床，使 与 Am 重合，因为 Cp1，则两边均会出现废品，其尺寸分布见图: )(5.021zGQ7.205.9184z%7.02035.总 的 废 品 率 356)72(21 QG27 提高加工精度的措施（重点，结合例子）1、减少原始误差直接消除原始误差往往较麻烦，应从改变加工方法和工装结构着手来消除产生原始误差的根源。如：车细长轴时反向进给)(zP016.432d
