第七章机械加工精度 本章主要介绍以下内容： 1.机械加工精度的基本概念 2.影响机械加工精度的因素 3.加工误差的统计分析 4.提高加工精度的途径 课时分配：1、4，各0.5学时，2、3，各1.5学时 重点：影响机械加工精度的因素 难点：加工误差的统计分析 随着机器速度、负裁的增高以及自动化生产的需要，对机器性能的要求也不断提高，因 此保证机器零件具有史高的加工精度也越显得重要，我们在实际生产中经常遇到和需要解决 的工艺问题，多数也是加工精度问题。 研究机械加工精度的目的是研究加工系统中各种误差的物理实质，掌握其变化的基本规 律，分析工艺系统中各种误差与加工精度之间的关系，寻求提高加工精度的途径，以保征零 件的机械加工质量，机械川工精度是本课程的核心内容之一。 本章讨论的内容有机械加工精度的基本概念、影响加工精度的因素、加工误差的综合分 析及提高加工精度的途径四个方面。 7.1机械加工精度概述 一、加工精度与加工误差（见P194) 1、加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺）、形状和位置)与理想几何参数的符合 程度。符合程度越高，加训工精度越高。一般机械加工精度是在零件工作图上给定的，其包括： 1)零件的尺)精度：加工后零件的实际尺小与零件理想尺寸相符的程度。 2)零件的形状精度：加工后零件的实际形状与零件理想形状相符的程度。 3)零件的位置精度：加工后零件的实际位置与零件理想位置相符的程度。 2、获得加工精度的方法： 1)试切法：即试切一测量-再试切-一直全测量结果达到图纸给定要求的方法。 2)定尺寸刀具法：用刀具的相应尺小来保证加工表面的尺寸。 3)调整法：按零件规定的尺寸预先调整好刀具与工件的相对位置来保证加工表面尺√的方 法。 3、加工误差：实际加工个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想几何参数的偏离程度，称为加工误差。加工误差的大小表示了加 工精度的高低。生产实际中用控制加工误差的方法来保证加工精度。 4、误差的敏感方向：加工误差对加工精度影响最大的方向，为误差的敏感方向。例： 车削外圆柱面，加工误差敏感方向为外圆的直径方向。（见P195图7.2）
二、加工经济精度 山于在加圳工过程中有很多因素影响叫工精度，所以同一种工方法在不同的工作条件下 所能达到的精度是不同的。任何一种加工方法，只要精心操作，细心调整，并选用合适的切 削参数进行训工，都能使加工精度得到较大的提高，但这样会降低生产率，增加加工成本。 加工误差δ与加训工成本C成反比关系。某种工方法的加工经济精度不应理解为某一个确 定值，而应理解为一个范围，在这个范围内都可以说是经济的。 三、研究机械加工精度的方法一因素分析法和统计分析法。（见P194) 因素分析法：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作用，主要是分析各项误差单独的变化规律： 统计分析法：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理，用以控制 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。 四、原始误差 山机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺系统（简称工艺系统）会有各种各样 的误差产生，这些误差在各种不同的具体工作条件下都会以各种不同的方式（或扩大、或缩 小)反映为工件的加工误差。 工艺系统中凡是能直接引起加工误差的因素都称为原始误差。工艺系统的原始误差主要 有： 1、加工前的误差（原理误差、调整误差、工艺系统的几何误差、定位误差） 2、加工过程中的误差（工艺系统的受力变形引起的加工误差、工艺系统的受热变形引起的 加工误差) 3、加工后的误差（工件内应力重新分布引起的变形以及、测量误差）等。 7.2影响加工误差的因素 (一)加工原理误差： 定义：山于采用近似的加工运动或近似的刀具轮廓所产生的加工误差，为加工原理误差。 (1)采用近似的刀具轮廓形状：例：模数铣刀铣齿轮。 (2)采用近似的加工运动：例：车削蜗杆时，山于蜗杆螺距Pg=πm,而 π=3.1415926·，是无理数，所以螺距值只能用近似值代替。因而，刀具与工件之间的螺旋 轨迹是近似的加工运动。 (二)机床调整误差： 机床调整：是指使刀具的切削刃与定位基准保持正确位置的过程。 (1)进给机构的调整误差：主要指进刀位置误差： (2)定位元件的位置误差：使工件与机床之间的位置不下确，而产生误差： (3)模板（或样板）的制造误差：使对刀不准确
(三)装夹误差： 定义：工件在装夹过程中产生的误差，为装夹误差。装夹误差包括定位误差和夹紧误差。 定位误差是指一批工件采用调整法加工时因定位不正确而引起的尺寸或位置的最大变动量。 定位误差山基准不重合误差和定位副制造不准确误差造成。 1、基准不重合误差 在零件图上用来确定某一表面尺寸、位置所依据的基准称为设计基准。在工序图上用来 确定本工序被加工表面加工后的尺小、位置所依据的基准称为工序基准。一般情况下，工序 基准应与设计基准重合。在机床上对工件进行加工时，须选样工件上若干几何要素作为加工 (或测量)时的定位基准（或测量基准），果所选用的定位基准（或测量基准）与设计基 准不重合，就会产生基准不重合误差。基准个重合误差等于定位基准相对于设计基准在工序 尺寸方向上的最大变动量。 B±号TB ☑ c) 基准不重合误差分析示例 a)零件图b)加工f面c)加工g面的方案Id)加工g面的方案Ⅱ 基准不重合误差分析示例 图示零件，设e面己加工好，今在铣床上用调整法加工f面和g面。在加工f面时若选 e面为定位基准，则f面的设计基准和定位基准都是e面，基准重合，没有基准不重合误差， 尺寸A的制造公差为TA。加工g面时，定位基准有两种不同的选择方案，一种方案（方案I) 加工时选用f面作为定位基准，定位基准与设计基准重合，没有基准不重合误差，尺小B 的制造公差为T:但这种定位方式的夹具结构复杂，夹紧力的作用方向与铣削力方向相反， 不够合理，操作也不方便。另一种方案（方案Ⅱ）是选用面作为定位基准来加工g面，此 时，工序尺小C是直接得到的，尺小B是间接得到的，山于定位基准e与设计基准f不重合 而给g面训工带来的基准不重合误差等于设计基准f面相对于定位基准e面在尺，寸B方向上
的最大变动量TA。 定位基准与设计基准不重合时所产生的基准不重合误差，只有在采用调整法加工时才 会产生，在试切法加工中不会产生。 2、定位副制造不准确误差 工件在夹具中的正确位置是山夹具上的定位元件来确定的。夹具上的定位元件不可能按 基本尺寸制造得绝对准确，它们的实际尺小（或位置）都允许在分别规定的公差范围内变动。 同时，工件上的定位基准面也会有制造误差。工件定位面与夹具定位元件共同构成定位副， 山于定位副制造得不准确和定位副间的配合间隙引起的工件最大位置变动量，称为定位副制 造不准确误差。 D=d1 dImin Dmax b) 由定位副制造不准确引起的误差 a)孔和定位心轴不存在间隙时 b)孔和定位心轴存在间隙时 1图所示工件的孔装夹在水平放置的心轴上铣削平面，要求保证尺寸h,山于定位基准 与设计基准重合，故无基准不重合误差：但山于工件的定位基面（内孔D)和夹具定位元件 (心轴d)皆有制造误差，果心轴制造得州好为dmi,而工件得内孔刚好为D(如图示)， 当工件在水平放置得心轴上定位时，工件内孔与心轴在P点接触，工件实际内孔中心的最大 下移量△=(Dx一d)/2,△就是定位副制造不准确而引起的误差。 基准不重合误差的方向和定位副制造不准确误差的方向可能不相同，定位误差取为基 准不重合误差和定位副制造不准确误差的矢量和。 (四)工艺系统集合误差 1、机床的几何误差
加工中刀具相对于工件的成形运动一般都是通过机床完成的，因此，工件的加工精度在很大 程度上取决于机床的精度。机床制造误差对工件加工精度影响较大的有：主轴回转误差、导 轨误差和传动链误差。机床的磨损将使机床工作精度下降。 1)主轴回转误差（见P196) 机床主轴是装夹工件或刀具的基准，并将运动和动力传给工件或刀具，主轴回转误差将 直接影响被加工工件的精度。 主轴回转误差是指主轴各瞬间的实际回转轴线相对其平均回转轴线的变动量。它可分解 为径向圆跳动、轴向窜动和角度摆动三种基本形式。 产生主轴径向回转误差的主要原因有：主轴几段轴颈的同轴度误差、轴承本身的各种 误差、轴承之间的同轴度误差、主轴绕度等。但它们对主轴径向回转精度的影响大小随加工 方式的不同而不同。 a】 b 采用滑动轴承时主轴的径向圆跳动 警，在采用滑动轴承结构为主轴的车床上车削外圆时，切削力F的作用方向可认为大 体上时不变的，见上图，在切削力F的作用下，主轴颈以不同的部位和轴承内径的某一固定 部位相接触，此时主轴颈的圆度误差对主轴伦向回转精度影响较大，而轴承内径的圆度误差 对主轴径向回转精度的影响则不大：在镗床上镗孔时，山于切削力F的作用方向随着主轴的 回转而回转，在切削力F的作用下，主轴总是以其轴颈某一固定部位与轴承内表面的不同部 位接触，因此，轴承内表面的圆度误差对主轴径向回转精度影响较大，而主轴颈圆度误差的 影响则不大。图中的64表示径向跳动量。 产生轴向窜动的主要原因是主轴轴肩端面和轴承承截端面对主轴回转轴线有垂直度误 差。 不同的加工方法，主轴回转误差所引起的的加工误差也不同。主轴回转误差产生的加工 误差见P197表7.1.1)径向跳动：影响工件圆度：2)轴向窜动：影响轴向尺寸，加工 螺纹时影响螺距值：3)角度摆动：影响圆柱度： 提高主轴回转精度的措施：主要是要消除轴承的间隙。 适当提高主轴及箱体的制造
精度，选用高精度的轴承，提高主轴部件的装配精度，对高速主轴部件进行平衡，对滚动轴 承进行预紧等，均可提高机床主轴的回转精度。 2)导轨误差（见P197) 导轨是机床上确定各机床部件相对位胃关系的基准，也是机床运动的基准。车床导轨的 精度要求主要有以下三个方面：在水平面内的直线度：在垂直面内的直线度：前后导轨的平 行度（扭曲）。 a)导轨在水平面内的直线度误差：卧式车床导轨在水平面内的直线度误差△，将直接反映 在被加工工件表面的法线方向（加工误差的敏感方向）上，对加工精度的影啊最大。△R=△1 R 0 卧式车床导轨，直线度误差 卧式车床导轨垂直面内直线度误差对工件加工精度的影响 b)导轨在垂直平面内的直线度误差：卧式车床导轨在垂直面内的直线度误差△2可引起 被加工工件的形状误差和尺误差。但△：对加工精度的影响要比△，小得多。山上图2可知 若因△2而使刀尖山a下降全b,不难推得工件半径R的变化量。 42 g脚= g-品24-422 R 2△2 2R 卧式车末导轨扭曲又树工件力加工精度的影胸 c)前后导轨存在平行度误差（扭曲）时，刀架运动时会产生摆动，刀尖的运动轨迹是一条 空间曲线，使工件产生形状误差。山右图可见，当前后导轨有了扭曲误差△：之后，山几何
关系可求得△y≈(H/B)△3。一般车床的H/B≈2/3，外圆磨床的H/B≈1，车床和外圆磨床 前后导轨的平行度误差对加工精度的影响很大。 )导轨与主轴回转轴线的平行度误差：若车床与主轴回转轴线在水平面内有平行度误差， 车出的内外圆柱面就产尘锥度：若车床与主轴回转轴线在垂直面内有平行度误差，则圆柱面 成双曲回转体。因是非误差敏感方向，故可略。（见P198) 除了导轨本身的制造误差外，导轨的不均匀磨损和安装质量，也使造成导轨误差的重要 因素。导轨磨损是机床精度下降的主要原因之一。 3)传动链误差（见P198) 传动链误差是指机床内联系传动链始木两端传动元件间相对运动的误差。一般用传动链 木端元件的转角误差来衡量。内联系传动链：两端件之间的相对运动量有严格要求的传动 链，为内联系传动链。例：车削螺纹的加工，主轴与刀架的相对运动关系不能严格保证 时，将直接影响螺距的精度。 城少传动链传动误差的措施：1)城少传动件的数目，猫短传动链：传动元件越少， 传动累积误差就越小，传动精度就越高。2)传动比越小，传动元件的误差对传动精度的 影响就越小：特别是传动链尾端的传动元件的传动比越小，传动链的传动精度就越高。 2、刀具的几何误差 刀具误差对加工精度的影响随刀具种类的不同而个同。采用定尺小刀具，成形刀具、展 成刀具加工时，刀具的制造误差会直接影响工件的加工精度：而对一般刀具（如车刀等）， 其制造误差对工件加工精度无直接影响。 任何刀具在切削过程中，都个可避免地要产尘磨损，并山此引起工件尺和形状地改变。 正确地选用刀具材料和选用新型耐磨地刀具材料，合理地选用刀具几何参数和切削用量，正 确地刃磨刀具，正确地采用冷却液等，均可有效地减少刀具地尺小磨损。必要时还可采用补 偿装置对刀具尺寸磨损进行自动补偿。 1、夹具的几何误差 工件在夹具中装夹示颜图 夹具的作用时使工件相当于刀具和机床具有正确的位置，因此夹具的制造误差对工件的 加工精度（特别使位胃精度）有很大影响
夹具误差包括：(1)夹具各元件之间的位置误差：(2)夹具中各定位元件的磨损。 上图钻床夹具中，钻套轴心线f至夹具定位平面c间的距离误差，影响工件孔至底 面B尺小L的精度：钻套轴心线f全夹具定位平面c间的平行度误差，影响工件孔轴心线a 全底面B的平行度：夹具定位平面c与夹具体底面d底的垂直度误差，影响工件孔轴心线a 与底面B间的尺寸精度和平行度：钻套孔的直径误差亦将影响工件孔a金底面B的尺精度 和平行度。 二、加工过程中存在的误差： (一)工艺系统受力变形引起的误差 1、基本概念（见P199) 受力变形对工件精度的影响 a车长轴b)磨内孔 机械加训工工艺系统在切削力、夹紧力、惯性力、重力、传动力等的作用下，会产生相应 的变形，从而破坏了刀具和工件之间的正确的相对位置，使工件的加工精度下降。上图 示，车细长轴时，工件在切削力的作用下会发生变形，使加工出的轴出现中间粗两头细的情 况：又在内圆磨床上进行切入式磨孔时，上图b,山于内圆磨头轴比较细，磨削时因磨头 轴受力变形，而使工件孔呈锥形。 垂直作用于工件加工表面（加工误差敏感方向）的径向切削分力F,与工艺系统在该方 向上的变形y之间的比值，称为工艺系统刚度k系，k系F,/y 式中的变形y不只是山径向切削分力F,所引起，垂直切削分力F,与走刀方向切削分力F也 会使工艺系统在y方向产尘变形，故 y=yFx+yFy+yFs 2、工件刚度 工艺系统中如果工件刚度相对于机床、刀具、夹具来说比较低，在切削力的作用下，工 件山于州度不足而引起的变形对加工精度的影响就比较大，其最大变形量可按材料力学有关 公式估算。（见P200)
3、刀具刚度 外圆车刀在加工表面法线(y)方向上的喇度很大，其变形可以忽略不计。镗直径较小的 内孔，刀杆喇度很差，刀杆受力变形对孔加工精度就有很大影响。刀杆变形也可以按材料力 学有关公式估算。 4、机床部件刚度 1)机床部件刚度（见P200-201) 机床部件山许多零件组成，机床部件刚度迄今尚无合适的简易计算方法，目前主要还是 用实验方法来测定机床部件州度。分析实验曲线可知，机床部件州度具有以下特点： (1)变形与载荷不成线性关系： (2)加载曲线和卸载曲线不重合，卸载曲线滞后于加载曲线。两曲线线间所包容的面积就 是加截和卸载循环中所损耗的能量，它消耗于摩擦力所作的功和接触变形功： (3)第一次卸载后，变形恢复不到第一次加载的起点，这说明有残余变形存在，经多次加 载卸载后，载曲线起点小和卸载曲线终点重合，残余变形才小逐渐减小到零： (1)机床部件的实际刚度远比我们按实体估算的要小。 2)影响机床部件刚度的因素 (1)结合面接触变形的影响 (2)摩擦力的影响 (3)低刚度零件的影响 (4)间隙的影时 5、工艺系统刚度及其对加工精度的影响 在机械加工过程中，机床、夹具、刀具和工件在切削力作用下，都将分别产生变形y桃、 y夹、y小、y,致使刀具和被加工表面的相对位置发生变化，使工件产生加工误差。工艺系 统刚度的倒数等于其各组成部分刚度的倒数和。 1 1 1 1 多系做 子机床 K 刀R 召工样 工艺系统州度对加工精度的影响主要有以下几种情况： 1)由于工艺系统刚度变化引起的误差 工艺系统的刚度随受力点位置的变化而变化。例：用三爪卡盘夹紧工件车削外圆的加 工，随悬壁长度的增加，州度将越来越小。因而，车出的外圆将呈锥形。 2)由于切削力变化引起的误差（见P203)
加工过程中，山于工件的加工余量发生变化、工件材质不均等因素引起的切削力变化， 使工艺系统变形发生变化，从而产生加工误差。 毛还形状误差的复映 若毛坯A有椭圆形状误差（如右图）。让刀具调整到图上双点划线位置，山图可知，在 毛坯椭圆长轴方向上的背吃刀量为a,短轴方向上的背吃刀量为a2。山于背吃刀量不同， 切削力不同，工艺系统产生的让刀变形也不同，对应于a1产生的让刀为y1,对应于a2产尘 的让刀为y2,故加工出来的工件B仍然存在椭圆形状误差。山于毛坯存在圆度误差△= a1-a2,因而引起了工件的圆度误差△r=y1-y2,月△愈大，△r愈大，这种现象称为加工 过程中的毛坯误差复映现象。△与△之比值ε称为误差复映系数，它是误差复映程度的 度量。（见P203公式7.14） 尺J误差（包括尺小分散）和形状误差都存在复映现象。果我们知道了某加工工序的 复映系数，就可以通过测量毛坯的误差值来估算加工后工件的误差值。 3)由于夹紧变形引起的误差 工件在装夹过程中，果工件刚度较低或夹紧力的方向和施力点选择不当，将引起工件 变形，造成相应的加工误差。 4)其它作用力的影响 6、减小工艺系统受力变形的途径 山前面对工艺系统喇度的论述可知，若要减少工艺系统变形，就应提高工艺系统州度， 减少切削力并压缩它们的变动幅值。具体下：