機(jī)械加工精度4.1機(jī)械加工精度概述4.2工藝系統(tǒng)的幾何誤差4.3工藝系統(tǒng)受力變形產(chǎn)生的誤差4.4工藝系統(tǒng)熱變形產(chǎn)生的誤差4.5加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析4.6保證和提高加工精度的途徑4.1機(jī)械加工精度概述4.1.1基本概念1.機(jī)械加工精度機(jī)械加工精度是指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)的符合程度。其中，理想幾何參數(shù)是指絕對(duì)準(zhǔn)確的尺寸、形狀、相互位置。2.經(jīng)濟(jì)加工精度任何一種加工方法，可獲得的加工精度均有一個(gè)相當(dāng)大的變動(dòng)范圍。但是，不同的精度要求（誤差大?。┧ㄙM(fèi)的加工時(shí)間、加工成本不盡相同。4.1機(jī)械加工精度概述4.1.2.獲得加工精度的方法1.獲得尺寸精度的方法1)試切法2)調(diào)整法3)定尺寸刀具法4)自動(dòng)控制法4.1機(jī)械加工精度概述2.獲得形狀精度的方法零件的幾何形狀精度，主要有機(jī)床精度和刀具精度來(lái)保證。例如車(chē)削圓柱類(lèi)零件時(shí)，其圓度及圓柱度等幾何形狀精度主要取決于主軸的回轉(zhuǎn)精度、導(dǎo)軌精度及主軸回轉(zhuǎn)軸線與導(dǎo)軌之間的相對(duì)位置精度等。又如在加工螺紋或齒輪時(shí)，零件的幾何形狀精度又與刀具精度和機(jī)床傳動(dòng)精度有關(guān)。機(jī)械加工中獲得工件形狀精度的方法有以下四種：1)軌跡法2)成形法3)展成法4)仿形法4.1機(jī)械加工精度概述3.獲得相互位置精度的方法零件各表面間的相互位置精度取決于工件的裝夾方法，受機(jī)床精度、夾具精度和工件精度的影響。工件的裝夾方法有找正裝夾和夾具裝夾兩種。零件的尺寸、幾何形狀及相互位置這三項(xiàng)精度指標(biāo)是相互聯(lián)系的，為了達(dá)到零件的加工精度要求，必須分析研究加工過(guò)程中影響精度的誤差因素。4.1機(jī)械加工精度概述4.1.3影響加工精度的誤差因素1)工藝系統(tǒng)的幾何誤差2)工藝系統(tǒng)力效應(yīng)產(chǎn)生的誤差3)工藝系統(tǒng)熱變形產(chǎn)生的誤差4.2

工藝系統(tǒng)的幾何誤差4.2.1加工原理誤差加工原理誤差是由于采用近似的加工運(yùn)動(dòng)或者近似的刀具廓形而產(chǎn)生的。例如，滾齒加工常常存在兩種原理誤差：一種是為了避免刀具制造和刃磨的困難，常采用阿基米德基本蝸桿或法向直廓基本蝸桿的滾刀來(lái)代替漸開(kāi)線基本蝸桿的滾刀而產(chǎn)生的誤差；另一種是由于滾刀切削刃數(shù)有限，所切成的齒輪的齒形實(shí)際上是一條折線，與理論上的漸開(kāi)線比較，存在齒形誤差。生產(chǎn)中采用近似加工方法的實(shí)例很多。這種原理誤差的特點(diǎn)是可以通過(guò)理論計(jì)算，在設(shè)計(jì)中得到控制的。但這種誤差必然與其它因素所引起的誤差相疊加，而影響零件總的加工精度。4.2

工藝系統(tǒng)的幾何誤差4.2.2機(jī)床的幾何誤差機(jī)床的幾何誤差包括機(jī)床的制造誤差、安裝誤差和磨損等幾個(gè)方面。其中主軸回轉(zhuǎn)誤差、導(dǎo)軌誤差和傳動(dòng)誤差對(duì)加工精度影響較大。1.機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)誤差1) 主軸回轉(zhuǎn)誤差的三種形式。主軸的回轉(zhuǎn)誤差可以分為三種基本形式：純徑向跳動(dòng)、純角度擺動(dòng)和軸向竄動(dòng)，如圖4-2所示。圖4-2主軸回轉(zhuǎn)誤差的基本形式a)軸向竄動(dòng)b)徑向跳動(dòng)c)角度擺動(dòng)4.2

工藝系統(tǒng)的幾何誤差2)影響主軸回轉(zhuǎn)誤差的因素①軸承的影響②軸承間隙的影響③與軸承配合的零件誤差的影響3)提高主軸回轉(zhuǎn)精度的措施4.2

工藝系統(tǒng)的幾何誤差2.導(dǎo)軌誤差導(dǎo)軌是機(jī)床中確定主要零部件相對(duì)位置的基準(zhǔn)，也是主要部件的運(yùn)動(dòng)基準(zhǔn)，它的各項(xiàng)誤差直接影響零件的加工精度。機(jī)床導(dǎo)軌副是實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)的主要部件，其制造和裝配精度直接影響機(jī)床移動(dòng)部件的直線運(yùn)動(dòng)精度，造成加工表面的形狀誤差。導(dǎo)軌副運(yùn)動(dòng)件實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向與給定（理論）運(yùn)動(dòng)方向的符合程度稱(chēng)為導(dǎo)向精度。在機(jī)床的精度標(biāo)準(zhǔn)中，直線導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度一般包括：導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差、導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差、前后導(dǎo)軌的平行度誤差（扭曲）、導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線的平行度誤差。1)導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差。4.2

工藝系統(tǒng)的幾何誤差2)導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差。圖4-8車(chē)床導(dǎo)軌垂直面內(nèi)直線度引起的誤差當(dāng)床身導(dǎo)軌與主軸的中心線在水平面內(nèi)不平行時(shí)，車(chē)出的內(nèi)、外圓柱面就會(huì)有錐度。鏜出的孔會(huì)產(chǎn)生橢圓。如在垂直面內(nèi)兩者不平行，則會(huì)車(chē)出雙曲線回轉(zhuǎn)體表面，如圖4-9所示，其誤差值是很小的。而鏜孔則會(huì)產(chǎn)生與水平面內(nèi)兩者不平行類(lèi)似的橢圓形。

圖4-9主軸回轉(zhuǎn)中心與導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)不平行時(shí)的加工誤差4.2

工藝系統(tǒng)的幾何誤差3.傳動(dòng)鏈誤差機(jī)床傳動(dòng)鏈誤差是指?jìng)鲃?dòng)鏈?zhǔn)寄﹥啥藗鲃?dòng)元件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)誤差。它是由傳動(dòng)鏈中各傳動(dòng)件的制造誤差、裝配誤差、加工過(guò)程中由力和熱產(chǎn)生的變形以及磨損等引起的。傳動(dòng)件在傳動(dòng)鏈中的位置不同，影響程度不同，其中，末端元件的誤差對(duì)傳動(dòng)鏈的誤差影響最大。傳動(dòng)鏈中的各傳動(dòng)件的誤差都將通過(guò)傳動(dòng)比的變化傳遞到執(zhí)行元件上。在升速傳動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)件的誤差被放大相同的倍數(shù)；在降速傳動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)件的誤差被縮小相同的倍數(shù)。為減少傳動(dòng)鏈誤差對(duì)加工精度的影響，可以采取以下措施:(1) 盡量縮短傳動(dòng)鏈(2) 采用降速比傳動(dòng)(3) 提高傳動(dòng)元件，尤其是末端傳動(dòng)元件的制造精度和裝配精度。(4) 采用校正裝置1-工件；2-螺母；3-絲杠；4-杠桿;5-校正尺；6-觸頭；7-校正曲線圖4-10絲杠誤差校正裝置4.2

工藝系統(tǒng)的幾何誤差4.刀具與夾具的誤差在用定尺寸刀具（如鉆、絞刀、鏜刀塊、拉刀、及鍵槽銑刀等）和成形刀具（如成形車(chē)刀、成形銑刀及成形砂輪）加工時(shí)，刀具的精度直接影響被加工零件的尺寸精度和形狀精度，刀具的不正確安裝（如與主軸不同心等）也會(huì)直接產(chǎn)生加工誤差。5.工件的定位誤差定位誤差是工件在定位時(shí)，由于位置不準(zhǔn)確而在加工過(guò)程中引起工藝尺寸變化的加工誤差。定位誤差也是影響加工精度的一項(xiàng)因素。6.調(diào)整誤差在機(jī)械加工的每一道工序中，總要進(jìn)行一些調(diào)整工作，如安裝夾具、調(diào)整刀具尺寸等。由于調(diào)整不可能絕對(duì)準(zhǔn)確，必然會(huì)帶來(lái)一些誤差，即調(diào)整誤差。4.3工藝系統(tǒng)受力變形產(chǎn)生的誤差圖4-11工藝系統(tǒng)受力變形產(chǎn)生的加工誤差圖4-12三爪自定心卡盤(pán)夾持薄壁工件變形產(chǎn)生的加工誤差4.3.1工藝系統(tǒng)受力變形現(xiàn)象機(jī)械加工過(guò)程中，工藝系統(tǒng)在切削力、夾緊力、傳動(dòng)力、重力及慣性力等外力作用下會(huì)產(chǎn)生變形，破壞已調(diào)整好的刀具和工件之間的正確位置關(guān)系，使工件產(chǎn)生加工誤差。例如，在車(chē)床上車(chē)削用頂尖裝夾的細(xì)長(zhǎng)軸（不用跟刀架或中心架），會(huì)產(chǎn)生中間粗兩頭細(xì)腰鼓形的圓柱度誤差，如圖4-11所示。再如，用三爪自定心卡盤(pán)夾持薄壁套筒工件加工內(nèi)孔，使加工后的工件內(nèi)孔出現(xiàn)了三棱圓的圓度形狀誤差，如圖4-12所示。4.3工藝系統(tǒng)受力變形產(chǎn)生的誤差4.3.2工藝系統(tǒng)的剛度1.基本概念剛度的一般概念是指物體或系統(tǒng)抵抗變形的能力。用加到系統(tǒng)上的作用力與沿此作用力方向上產(chǎn)生的變形量的比值表示，即式中，K——靜剛度，N/mm；F——作用力，N；y——沿作用力方向的變形量，mm。K越大，物體或系統(tǒng)抵抗變形能力越強(qiáng)，加工精度就越高。2.工藝系統(tǒng)剛度的計(jì)算工藝系統(tǒng)的總變形量y應(yīng)是各個(gè)組成環(huán)節(jié)在同一處的法向變形的疊加，即根據(jù)剛度定義，工藝系統(tǒng)各組成環(huán)節(jié)的剛度為：4.3工藝系統(tǒng)受力變形產(chǎn)生的誤差所以工藝系統(tǒng)剛度一般公式為：公式表明，已知工藝系統(tǒng)各組成環(huán)節(jié)的剛度，即可求得工藝系統(tǒng)剛度。對(duì)于工件和刀具，一般說(shuō)來(lái)都是一些簡(jiǎn)單構(gòu)件，可用材料力學(xué)理論近似計(jì)算，如車(chē)刀的剛度可以按懸臂梁計(jì)算；用三爪卡盤(pán)夾持工件，工件的剛度可以按懸臂梁計(jì)算；用頂尖加工細(xì)長(zhǎng)軸，工件的剛度可以按簡(jiǎn)支梁計(jì)算等；對(duì)于機(jī)床和夾具，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，通常用實(shí)驗(yàn)法測(cè)定其剛度。4.3工藝系統(tǒng)受力變形產(chǎn)生的誤差4.3.3工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響1.由于受力點(diǎn)位置變化而產(chǎn)生的工件幾何形狀誤差2.誤差復(fù)映由于工件毛坯加工余量和材料硬度的變化，引起切削力和工藝系統(tǒng)受力變形的變化，因而產(chǎn)生了工件的尺寸誤差和形狀誤差。3.切削過(guò)程中受力方向變化引起的工件形狀誤差4.工藝系統(tǒng)中其他作用力變化引起受力變形的變化，產(chǎn)生的加工誤差圖4-14車(chē)削時(shí)誤差的復(fù)映4.3工藝系統(tǒng)受力變形產(chǎn)生的誤差4.3.4.減少工藝系統(tǒng)受力變形的途徑提高工藝系統(tǒng)剛度，減少受力變形，是保證加工質(zhì)量的有效措施，一般有如下幾個(gè)途徑：1.提高接觸剛度2.提高工件剛度3.合理裝夾工件以減少夾緊變形4.提高機(jī)床部件的剛度4.4工藝系統(tǒng)熱變形產(chǎn)生的誤差4.4.1工藝系統(tǒng)的熱源在機(jī)械加工中，工藝系統(tǒng)受多種熱源的影響，比如：1)機(jī)械動(dòng)力源（如電動(dòng)機(jī)、電氣箱、液壓泵、活塞副等）的能量損耗轉(zhuǎn)化為熱量。這些熱量通過(guò)金屬導(dǎo)熱或液壓油流動(dòng)向機(jī)床和工藝系統(tǒng)其它部分傳出。2)傳動(dòng)部分（如軸承副、齒輪副、離合器、導(dǎo)軌副等）產(chǎn)生的摩擦熱，通過(guò)金屬導(dǎo)熱和潤(rùn)滑油傳出，在床身內(nèi)的潤(rùn)滑油池形成一個(gè)高溫區(qū)，對(duì)床身的熱變形影響很大。3)切削熱的一部分傳入工件和刀具，使其產(chǎn)生熱變形。切削熱大部分被切屑和切削液帶走并落在床身上使床身產(chǎn)生熱變形。4)環(huán)境傳來(lái)的熱量（陽(yáng)光照射、取暖設(shè)備的影響等）使工藝系統(tǒng)各部分受熱不均勻而引起的變形。工藝系統(tǒng)在上述熱源的影響下，常產(chǎn)生復(fù)雜的熱變形，使工件和刀具的相對(duì)位置，切削一運(yùn)動(dòng)、切削深度以及切削力均發(fā)生變化，從而產(chǎn)生加工誤差。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在精密加工中，由于熱變形引起的加工誤差約占總誤差的40%~70%。因此，在近代精密機(jī)床設(shè)計(jì)和精密加工工藝中，控制熱變形對(duì)加工精度的影響已成為重要課題。4.4工藝系統(tǒng)熱變形產(chǎn)生的誤差4.4.2工藝系統(tǒng)的熱變形對(duì)加工精度的影響1.機(jī)床熱變形對(duì)加工精度的影響2.刀具熱變形對(duì)加工精度的影響3.工件熱變形對(duì)加工精度的影響圖4-22C6140主軸的熱變形圖4-23主軸抬高和傾斜量與運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的關(guān)系（n=1200r/min）圖4-24車(chē)刀熱變形曲線4.4工藝系統(tǒng)熱變形產(chǎn)生的誤差4.4.3減少工藝系統(tǒng)熱變形的措施1.減少熱源的發(fā)熱2.用熱補(bǔ)償?shù)姆椒p少熱變形（均衡溫度場(chǎng)）3.采用合理的機(jī)床部件結(jié)構(gòu)減少熱變形的影響(1)采用熱對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。(2)合理選擇機(jī)床部件的裝配基準(zhǔn)。4.加速達(dá)到工藝系統(tǒng)的熱平衡狀態(tài)5.控制環(huán)境溫度4.5加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析4.5.1加工誤差的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)根據(jù)加工一批工件中誤差出現(xiàn)的規(guī)律，將誤差分為系統(tǒng)性誤差和隨機(jī)性誤差兩大類(lèi)。1.系統(tǒng)性誤差在連續(xù)加工一批工件中，誤差的大小和方向保持不變，如加工原理誤差、機(jī)床、刀具、夾具、量具的制造誤差，調(diào)整誤差，工藝系統(tǒng)的靜力變形等。這類(lèi)誤差稱(chēng)為常值系統(tǒng)性誤差。在連續(xù)加工一批工件中，誤差的大小和方向隨著加工順序或加工時(shí)間作有規(guī)律的變化，如機(jī)床、刀具的熱變形及刀具磨損所引起的加工誤差。這類(lèi)誤差稱(chēng)為變值系統(tǒng)性誤差。2.隨機(jī)性誤差在連續(xù)加工的同一批工件中，有些誤差的大小或方向是不規(guī)則的變化。這些誤差稱(chēng)為隨機(jī)性誤差或稱(chēng)偶然性誤差。其產(chǎn)生的主要原因雖具體情況而異。如毛坯的復(fù)映誤差、定位誤差，夾緊誤差、多次調(diào)整誤差、內(nèi)應(yīng)力引起的變形誤差等。4.5加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析4.5.2加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析法所謂加工誤差統(tǒng)計(jì)分析法，就是在加工一批工件中抽檢一定數(shù)量的工件（樣件），并運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法對(duì)檢查結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從中找出規(guī)律性的東西，進(jìn)而找到解決加工精度問(wèn)題的途徑。常用的統(tǒng)計(jì)分析法有兩種：分布圖分析法和點(diǎn)圖分析法。4.5加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析4.5.2加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析法所謂加工誤差統(tǒng)計(jì)分析法，就是在加工一批工件中抽檢一定數(shù)量的工件（樣件），并運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法對(duì)檢查結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從中找出規(guī)律性的東西，進(jìn)而找到解決加工精度問(wèn)題的途徑。常用的統(tǒng)計(jì)分析法有兩種：分布圖分析法和點(diǎn)圖分析法。4.5加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析1.分布圖分析法1)正態(tài)分布曲線大量生產(chǎn)實(shí)踐證明，在調(diào)整好的機(jī)床上加工一批工件，正常情況下，其實(shí)際加工尺寸的分布大都遵循正態(tài)分布規(guī)律。所以在用統(tǒng)計(jì)分析法研究加工誤差問(wèn)題時(shí)，廣泛應(yīng)用“正態(tài)分布曲線”，如圖4-26所示。其方程式為：4.5加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析正態(tài)分布曲線具有下列特點(diǎn)：①曲線呈鐘形，中間高，兩邊低。這表示尺寸靠近分散中心的工件占大部分，而尺寸遠(yuǎn)離分散中心的工件是少數(shù)。②曲線以樣件平均尺寸x=

為中線，兩邊對(duì)稱(chēng)。這表示尺寸大于

和小于

的同間距范圍內(nèi)的概率是相等的。圖4-27正態(tài)分布曲線及其特征4.5加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析x、σ為分布曲線的兩個(gè)特征參數(shù)。x確定工件尺寸分散范圍中心的位置，即影響曲線的位置，反映了工藝調(diào)整的位置的不同，見(jiàn)圖4-27a所示。σ的值的大小表示工件尺寸范圍的大小，即影響曲線的形狀，反映了工藝系統(tǒng)誤差分散的程度，見(jiàn)圖3-27b所示。σ值大，尺寸分散范圍大，曲線形狀寬而平坦；σ值小，尺寸分散范圍小，曲線陡而窄。4.5加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析2)分布圖分析法的缺點(diǎn)①?zèng)]有考慮工件加工先后順序，難以把變值系統(tǒng)性誤差和隨機(jī)性誤差區(qū)分開(kāi)來(lái)；②必須等到一批工件加工完畢后，才能繪制分布圖，不能在加工過(guò)程中及時(shí)提供控制精度的信息。3)分布圖分析法的應(yīng)用①判別加工誤差性質(zhì)。對(duì)于正態(tài)分布而言，常值系統(tǒng)誤差影響平均值，會(huì)引起正態(tài)分布曲線沿橫軸平移，即樣本平均值與公差帶中心不重合；而隨機(jī)誤差決定值，僅影響分布曲線的形狀。因此，如果實(shí)際分布與正態(tài)分布基本相符，可判斷整批工件的加工精度及加工誤差性質(zhì)。如果實(shí)際分布與正態(tài)分布有較大出入，可根據(jù)分布圖初步判斷變值系統(tǒng)誤差的類(lèi)型。②判定工序能力及其等級(jí)。工序能力是指工序處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，加工誤差正常波動(dòng)的幅度。當(dāng)加工尺寸服從正態(tài)分布時(shí)，其尺寸分布范圍是6σ，所以工序能力就是6σ。6σ的大小代表了某一加工方法在規(guī)定的條件下，如毛坯余量、切削用量、正常的機(jī)床、夾具和刀具等，所能達(dá)到的加工精度。工序能力等級(jí)描述了工序能力滿足加工精度要求的程度，是以工序能力系數(shù)來(lái)表示的。當(dāng)工序處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，工序能力系數(shù)按公式4-17計(jì)算：4.5加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析式中，T——工件尺寸公差。根據(jù)工序能力系數(shù)Cp的大小，可將工序分為5級(jí)，見(jiàn)表4-1所示。一般工序能力不低于二級(jí)，即Cp＞1。4.5加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析③估算合格品率和不合格品率。由分布函數(shù)的定義可知，正態(tài)分布函數(shù)是正態(tài)分布概率密度函數(shù)的積分：

（4-18）φ（x）——正態(tài)分布曲線上下積分限間包含的面積，它表征了隨機(jī)變量x落在區(qū)間（－∞，x）上的概率。令則有：