機械加工質量控制第二章01020304機械加工質量控制基本概念加工誤差產生的原因加工誤差的統(tǒng)計分析保證和提高加工精度的措施05機械加工表面質量06機械加工表面質量的影響因素及控制措施307表面強化工藝08機械加工過程中的振動及控制第一節(jié)機械加工質量控制基本概念機械產品是由許多互相關聯(lián)零件經加工后按一定順序裝配而成的，機械產品的質量因此取決于零件的加工和裝配質量。零件的加工質量是保證產品使用性能的基礎。為了滿足和保證這些機械產品的性能要求與使用壽命，就必須對零件的加工質量提出合適的要求，并給予控制。零件的加工質量包括零件的加工精度和表面質量兩大部分。2.1機械加工質量控制基本概念2.1.1機械加工質量機器零件在加工過程中，受到機械加工各方面的影響，加工后實際表面幾何形狀與理想幾何形狀總是存在一定的誤差。這種誤差分為宏觀幾何誤差和微觀幾何誤差。宏觀幾何誤差通稱為機械加工誤差，它包括尺寸誤差、幾何形狀誤差和相互位置誤差，表達的是機械加工精度的高低。微觀幾何誤差又稱表面粗糙度。介于宏觀幾何誤差與微觀幾何誤差之間的周期性幾何形狀誤差，常用波度表示。波度主要是由加工系統(tǒng)振動所引起的。同時，受到刀具切削部分的擠壓和摩擦，在距零件表面一定深度處產生與基體物理力學性能相比具有某些變化的加工表面變質層，這些變化包括表面層加工硬化、表面層金相組織變化和表面層殘余應力。尺寸精度、形狀精度和位置精度稱為加工精度。加工硬化、金相組織變化和殘余應力及表面粗糙度稱為表面質量。2.1機械加工質量控制基本概念2.1.2機械加工精度1.機械加工精度與加工誤差機械加工精度是指零件經機械加工后的實際幾何參數（尺寸、形狀、表面相互位置）與零件的理想幾何參數相符合的程度。符合的程度越高，加工精度也越高。加工精度包括尺寸精度、形狀精度和位置精度。實際加工的零件不可能做得與理想零件完全一致，經加工后零件的實際幾何參數與理想零件的幾何參數的偏離程度稱為加工誤差。加工精度和加工誤差是從兩個不同方面來評定零件幾何參數的，在實際生產中，加工精度的高低是用加工誤差的大小來評價和表達的。2.1機械加工質量控制基本概念2.1.2機械加工精度2.機械加工精度間的關系在一般情況下，尺寸精度、幾何形狀精度和位置精度間存在著一定的關系。通常確定軸的直徑尺寸時，就必須考慮到圓柱表面的圓度和圓柱度；確定兩平面間距離時，就必須考慮到平面的平面度和兩平面間的平行度。只有在個別情況下，零件的尺寸精度與幾何形狀精度之間沒有聯(lián)系。一般來說，幾何形狀精度、相互位置精度與尺寸精度應該相互適應。尺寸精度要求高，其幾何形狀精度和相互位置精度要求也高，其次形狀精度應高于尺寸精度，而位置精度在多數情況下也應高于尺寸精度。保證和提高加工精度，實際上也就是限制和降低加工誤差。從保證產品的使用性能要求和降低生產成本考慮，沒有必要將每個零件都加工得絕對精確，而只要滿足規(guī)定的公差要求即可。研究加工精度的目的，就是研究如何把各種誤差控制在允許范圍內，即在規(guī)定的公差范圍之內，掌握各種因素對加工精度的影響規(guī)律，從而尋找降低加工誤差、提高加工精度的工藝措施。2.1機械加工質量控制基本概念2.1.3機械加工精度的獲得方法1.尺寸精度的獲得方法尺寸精度是對零件加工精度的基本要求，設計人員根據零件在機器中的作用與要求提出了零件應達到的尺寸精度要求，包括直徑公差、長度公差和角度公差等。為了使零件達到規(guī)定的尺寸精度，工藝人員必須采取各種工藝手段予以實現。獲得零件尺寸精度的方法有以下幾種：（1）試切法。試切法是將刀具與工件的相對位置做初步調整并試切一次，測量試切所得尺寸，然后根據測得的試切尺寸與所要求達到尺寸之間的差值調整刀具與工件的相對位置，再試切，重復上述過程，直到試切尺寸符合設計要求。試切法車削軸如圖2-1所示。2.1機械加工質量控制基本概念2.1.3機械加工精度的獲得方法圖2-1試切法車削軸2.1機械加工質量控制基本概念2.1.3機械加工精度的獲得方法試切法確定刀具與工件的相對位置需經多次調整、試切、測量和計算，因此生產效率低。試切法可以達到很高的精度，這與操作工人的技術水平有關。試切法適用于單件、小批生產或高精度零件的加工。（2）定尺寸刀具法。這種方法以相應尺寸的刀具或組合刀具來保證加工表面的尺寸。如圖2-2（a）所示用鏜刀塊加工孔徑D，圖2-2（b）所示用拉刀加工方孔b×b。用定尺寸刀具法加工，生產率高，加工尺寸的精度也較穩(wěn)定，幾乎與操作者技術水平無關，只與刀具相關尺寸有關。定尺寸刀具法常用來加工孔、槽、成型表面，適用于成批生產或大批大量生產，但刀具設計、制造較復雜。2.1機械加工質量控制基本概念2.1.3機械加工精度的獲得方法圖2-2定尺寸刀具加工2.1機械加工質量控制基本概念2.1.3機械加工精度的獲得方法（3）調整法。調整法是按零件規(guī)定的尺寸預先調整好刀具與工件相對機床的位置，然后進行加工，并在一批零件加工過程中始終保持這個位置不變。工件的加工精度取決于刀具、工件和機床間的調整精度，而刀具和工件調整位置是由正式加工前通過試切法來確定的。這種加工方法效率高，工件加工精度一致性較好，廣泛使用于成批生產和大量生產。（4）自動控制法。自動控制法是用尺寸測量裝置、進給裝置和控制系統(tǒng)組成一個自動加工控制系統(tǒng)，使加工過程中的測量、補償調整和切削加工自動完成，以保證加工尺寸精度的方法，如具有主動測量功能的自動機床、數控機床和加工中心等。從本質上說，自動控制法是自動化了的試切法。2.1機械加工質量控制基本概念2.1.3機械加工精度的獲得方法2.形狀精度的獲得方法機械零件在加工過程中會產生大小不同的形狀誤差，它們會影響機器的工作精度、連接強度、運動平穩(wěn)性、密封性、耐磨性和使用壽命等，甚至對機器產生的噪聲大小也有影響。因此，為了保證零件的質量和互換性，設計時應對形狀公差提出要求，以限定形狀誤差，加工時需采取必要的工藝方法給予保證。幾何形狀精度包括圓度、圓柱度、平面度、直線度等。獲得零件幾何形狀精度的方法有成型運動法和非成型運動法兩種。2.1機械加工質量控制基本概念2.1.3機械加工精度的獲得方法（1）成型運動法。這種方法使刀具相對于工件做有規(guī)律的切削成型運動，從而獲得所要求的零件表面形狀，常用于加工圓柱面、圓錐面、平面、球面、曲面、回轉曲面、螺旋面、齒形面等。成型運動法主要包括軌跡法、仿形法、成型刀具法和展成法。①軌跡法。軌跡法是依靠刀尖與工件的相對運動軌跡來獲得所要求的加工表面幾何形狀。圖2-3所示為利用工件做回轉運動和刀具做斜直線運動獲得內圓錐面。②仿形法。仿形法是刀具按照仿形裝置的形狀進行進給，完成對工件加工的一種方法。如圖2-4所示，在仿形車床上利用靠模和仿形刀架加工階梯軸，其形狀精度主要取決于靠模精度。2.1機械加工質量控制基本概念2.1.3機械加工精度的獲得方法圖2-3車錐孔圖2-4仿形車削2.1機械加工質量控制基本概念2.1.3機械加工精度的獲得方法③成型刀具法。成型刀具法是用成型刀具來替代通用刀具對工件進行加工的一種方法。刀具切削刃的形狀和加工表面所需獲得的幾何形狀相一致，加工時刀具只需完成單一進給運動即可達到工件的形狀要求，很顯然，其加工精度取決于成型刀具刀刃輪廓的形狀精度，如圖2-5所示。④展成法。展成法是利用工件和刀具做展成切削運動進行加工的一種方法。螺紋加工、滾、插齒加工多采用此法。如圖2-6所示，其加工精度主要取決于展成切削運動的傳動鏈精度和刀具的制造精度。圖2-4仿形車削2.1機械加工質量控制基本概念2.1.3機械加工精度的獲得方法圖2-5成型車削圖2-6展成法滾齒2.1機械加工質量控制基本概念2.1.3機械加工精度的獲得方法（2）非成型運動法。通過對加工表面形狀的檢測，由工人對其進行相應的修整加工，以獲得所要求的形狀精度。盡管非成型運動法是獲得零件表面形狀精度的最原始方法，效率相對比較低，但當零件形狀精度要求很高（超過現有機床設備所能提供的成型運動精度）時，常采用此方法。例如，0級平板的加工就是通過三塊平板配刮、配研方法來保證其平面度要求的。2.1機械加工質量控制基本概念2.1.3機械加工精度的獲得方法3.位置精度的獲得方法零件的相互位置精度主要由機床精度、夾具精度和工件安裝精度及機床運動與工件裝夾后的位置精度予以保證。位置精度獲得方法有以下幾種：（1）一次裝夾法。零件表面的位置精度在一次安裝中由刀具相對于工件的成型運動位置關系保證。例如，車削階梯軸的外圓與端面，則階梯軸同軸度是由車床主軸回轉精度來保證的，而端面相對于外圓表面的垂直度要靠車床橫向溜板（刀尖）運動軌跡與車床主軸回轉中心線垂直度來保證。（2）多次裝夾法。通過刀具相對于工件的成型運動與工件定位基準面之間的位置關系來保證零件表面的位置精度。例如，在車床上使用雙頂尖兩次裝夾軸類零件，以完成不同表面的加工。不同安裝下加工外圓表面之間的同軸度，是通過相同頂尖孔軸心線，即使用同一定位基準來實現的。（3）非成型運動法。利用工人，而不是依靠機床精度，對工件的相關表面進行反復的檢測和加工，使之達到零件的位置精度要求，如研磨加工直角面。第二節(jié)加工誤差產生的原因2.2加工誤差產生的原因2.2.1機械加工工藝系統(tǒng)原始誤差機械加工時，機床、夾具、刀具和工件構成了一個完整的加工系統(tǒng)，稱為工藝系統(tǒng)。零件的尺寸、幾何形狀和表面間相對位置的形成，取決于工件和刀具在切削運動過程中相互位置的關系，而工件和刀具又安裝在夾具與機床上，并受到夾具和機床的約束。工藝系統(tǒng)中的種種誤差，在不同的具體條件下，以不同的程度和方式反映為加工誤差。加工精度問題也就牽涉到整個工藝系統(tǒng)的精度問題。工藝系統(tǒng)的誤差是“因”，是根源；加工誤差是“果”，是表現。因此，把工藝系統(tǒng)的誤差稱為原始誤差。1.原始誤差分類工藝系統(tǒng)的原始誤差可分為兩大類：一類是在零件未加工前工藝系統(tǒng)本身所具有的某些誤差因素，稱為工藝系統(tǒng)原始誤差，也稱為工藝系統(tǒng)靜誤差；另一類是在加工過程中受力、熱、磨損等原因的影響，工藝系統(tǒng)原有精度受到破壞而產生的附加誤差因素，稱為工藝過程原始誤差，也稱為工藝系統(tǒng)動誤差。原始誤差的分類如圖2-7所示。2.2加工誤差產生的原因2.2.1機械加工工藝系統(tǒng)原始誤差圖2-7原始誤差的分類2.2加工誤差產生的原因2.2.1機械加工工藝系統(tǒng)原始誤差2.誤差敏感方向在切削加工過程中，各類原始誤差的影響會使刀具和工件間正確的幾何關系遭到破壞，引起加工誤差。不同方向的原始誤差對加工誤差的影響程度有所不同，差別很大。當原始誤差方向與工序尺寸方向一致時，原始誤差對加工精度的影響最大。下面以外圓車削為例進行說明。如圖2-8所示，車削時工件的回轉軸心是O，刀尖正確位置在A，設某一瞬時刀尖相對于工件回轉軸心O的位置發(fā)生變化，移到A′。AA′即為原始誤差ΔY，由此引起工件加工后的半徑由R0變?yōu)镽=OA′。在三角形OAA′中，有如下關系式：2.2加工誤差產生的原因2.2.1機械加工工藝系統(tǒng)原始誤差圖2-8誤差敏感方向2.2加工誤差產生的原因2.2.1機械加工工藝系統(tǒng)原始誤差由于ΔR很小，ΔR2可以忽略不計。因此，刀尖在Y方向上的位移引起的半徑上（工序尺寸方向上）的加工誤差ΔR為設2R0=40mm，ΔY=0.1mm，得到ΔR=0.00025mm。可見，ΔY對ΔR的影響很小。如果刀具在X方向上存在對刀誤差ΔX，這時引起的半徑上（工序尺寸方向上）的加工誤差為ΔR=ΔX（23）同樣可設2R0=40mm，ΔX=0.1mm，得到ΔR=0.1mm?？梢姡對ΔR的影響很大。2.2加工誤差產生的原因2.2.1機械加工工藝系統(tǒng)原始誤差由上看出，在不同方向產生的原始誤差值ΔX和ΔY大小假設相同，但直徑上誤差值2ΔR相差非常大。由此可知，當工藝系統(tǒng)原始誤差引起刀尖和工件在加工表面的法線方向產生相對位移時，該誤差對加工精度有直接的影響，并引起的加工誤差為最大；而在加工表面切線方向產生的相對位移的影響最小，可以忽略不計。為了便于分析原始誤差對加工精度的影響，把影響加工精度最大的方向（通過刀刃切削點的加工表面法向方向）稱為誤差敏感方向。2.2加工誤差產生的原因2.2.2原始誤差對加工精度的影響零件在加工過程中可能出現各種原始誤差，它們會引起工藝系統(tǒng)各環(huán)節(jié)相互位置關系的變化而造成加工誤差。1.原理誤差原理誤差是由于在加工中采用了近似加工運動或近似的刀具輪廓而產生的誤差。在實際加工生產中，如用阿基米德蝸桿滾刀或法向直廓蝸桿滾刀代替漸開線基本蝸桿滾刀切削漸開線齒輪，在數控機床上用直線插補或圓弧插補方法加工復雜曲面（圖2-9），都會有加工原理誤差造成零件的加工表面形狀誤差。2.2加工誤差產生的原因2.2.2原始誤差對加工精度的影響圖2-9空間復雜曲面的數控加工2.2加工誤差產生的原因2.2.2原始誤差對加工精度的影響如圖2-10所示，當用齒輪模數盤銑刀以成型法加工齒輪時，理論上要求刀具輪廓與工件的齒槽形狀完全相同，即一種模數下的每種齒數的齒輪都應有相應的銑刀，但這樣就必須備用大量不同規(guī)格的銑刀，這是很不經濟的，同時管理也很不方便。實際生產中是將每種模數的齒輪按齒數分組，在組內使用同一把銑刀加工所有齒數的齒輪，這樣對組內其他齒數的齒輪來說加工后便會出現其齒形誤差。圖2-10齒輪銑刀銑齒2.2加工誤差產生的原因2.2.2原始誤差對加工精度的影響原理誤差不能通過提高機床和刀具的制造精度來消除。在實際生產中，采用理論上完全準確的方法進行加工往往會使機床的結構復雜，刀具的制造困難，加工的效率降低。而采用近似加工方法或近似刀具輪廓，則常?？墒构に囇b備簡單化，生產成本降低，故在滿足產品精度要求的前提下，原理誤差的存在是允許的，是一種合理、行之有效的加工方法。2.2加工誤差產生的原因2.2.2原始誤差對加工精度的影響2.機床誤差機床誤差對加工精度有著較為顯著的影響，它是決定工藝系統(tǒng)誤差的主要因素。機床誤差主要來自機床本身的制造、安裝和磨損這三個方面，其中尤以機床本身制造誤差影響最大。衡量一臺機床的制造精度高低的主要項目是主軸回轉誤差、導軌導向誤差及傳動鏈誤差。為此，著重對這三項誤差進行分析討論。（1）主軸回轉誤差。機床主軸是決定工件或刀具的位置和運動的基準，它的誤差直接影響著工件的加工精度和表面粗糙度。對于主軸的精度要求，最主要的就是在回轉時能保持軸心線的位置穩(wěn)定不變，即主軸回轉精度。但實際加工中，主軸制造誤差、受力、受熱及磨損等問題的存在，使主軸回轉軸心線的空間位置在每個瞬間都是變動著的，即存在回轉誤差。主軸回轉誤差是指主軸實際回轉軸線對其理想回轉軸線的漂移。2.2加工誤差產生的原因2.2.2原始誤差對加工精度的影響為便于研究，可以將主軸回轉誤差分解為徑向跳動、軸向竄動和角度擺動三種基本形式，如圖2-11所示。圖2-11（a）所示為徑向跳動誤差，又稱徑向漂移，是主軸實際回轉中心線相對于理想中心線位置在橫切面上的平移變動范圍。圖2-11（b）所示為軸向竄動誤差，又稱軸向漂移，是主軸實際回轉中心線沿理想中心線位置的軸向變動量。圖2-11（c）所示為角度擺動誤差，又稱角度漂移，是主軸實際回轉中心線與理想中心線位置的角度偏移量。2.2加工誤差產生的原因2.2.2原始誤差對加工精度的影響圖2-11主軸回轉誤差的基本形式Ⅰ—主軸回轉軸線;Ⅱ—主軸平均回轉軸線2.2加工誤差產生的原因2.2.2原始誤差對加工精度的影響不同形式的主軸回轉誤差對加工精度影響不同，同一形式的主軸回轉誤差在不同的加工方式中對加工精度的影響程度也不一樣。①主軸徑向跳動誤差對加工精度的影響。不同的加工方法，主軸徑向跳動誤差對加工精度的影響也不同。在鏜床上加工內孔時，主軸徑向跳動誤差可以引起工件的圓度誤差和圓柱度誤差；在車床上加工內孔時，主軸徑向跳動誤差對工件的圓度和圓柱度影響較?。坏阽M床上鏜端面和在車床上車端面時，主軸徑向跳動誤差對端面的形狀精度無直接影響。②主軸軸向竄動誤差對加工精度的影響。當主軸存在軸心線軸向竄動時，在車床上對孔和外圓加工并無大影響，但在加工端面和螺紋時有明顯影響，所車出的端面對軸心線的垂直度誤差隨著切削直徑的減小而增大，出現加工端面凹凸不平；主軸的軸向竄動誤差使車削螺紋螺距產生周期性誤差。2.2加工誤差產生的原因2.2.2原始誤差對加工精度的影響③主軸純角度擺動誤差對加工精度的影響。如圖2-12所示，在車外圓時，由于純角度擺動誤差，得到的是一個錐體而不是一個圓柱體，在鏜床上鏜孔時鏜出的孔將是橢圓形錐孔。實際上，主軸工作時其回轉軸線的誤差是上述三種誤差的綜合，在軸線某一橫截面上表現出徑向跳動、軸向竄動和角度擺動，既影響所加工工件圓柱面的形狀精度，又影響其端面的形狀精度。圖2-12純角度擺動誤差對車削和鏜削加工的影響2.2加工誤差產生的原因2.2.2原始誤差對加工精度的影響④主軸回轉誤差產生的原因。主軸回轉誤差主要與主軸部件的制造精度有關，它是保證主軸回轉精度的基礎，包含軸承誤差、軸承間隙、與軸承相配合零件的誤差等（如軸承孔或主軸軸頸的圓柱度、兩端軸承孔或主軸軸頸的同軸度等）。同時，主軸回轉誤差還和切削過程中主軸受力、受熱后的變形及使用一段時間后的磨損有關。當機床主軸采用滑動軸承支承結構時，如圖2-13（a）所示，對于工件回轉類機床（如車床），主軸的受力方向基本上是穩(wěn)定的，這時主軸軸頸被壓向軸承表面的某一位置，因此主軸軸頸的圓度誤差將直接傳遞給工件，從而造成工件的圓度誤差；而軸承孔本身的誤差，則對加工精度影響較小；如圖2-13（b）所示，對于刀具回轉類機床（如鏜床），主軸所受切削力的方向是隨著鏜刀的旋轉而變化的。因此，箱體上軸承孔的圓度誤差將傳遞給工件，而主軸軸頸的圓度誤差對加工精度影響較小。2.2加工誤差產生的原因2.2.2原始誤差對加工精度的影響圖2-13主軸采用滑動軸承的徑向跳動2.2加工誤差產生的原因2.2.2原始誤差對加工精度的影響當主軸用滾動軸承支承時，其影響因素就更加復雜。主軸的回轉精度不僅取決于滾動軸承的精度，在很大程度上還和軸承的配合件有關。主軸軸承間隙對回轉精度也有影響，如軸承間隙過大，會使主軸工作時油膜厚度增大、剛度降低。由于軸承的內外座圈或軸套很薄，因此與之相配合的主軸軸頸或箱體軸承孔的圓度誤差，會使軸承的內圈或外圈發(fā)生變形而引起主軸回轉誤差。為了提高主軸的回轉精度，在滑動軸承結構中可以采用靜壓軸承和動壓軸承，也可以選用高精度的滾動軸承并對其進行預緊，以及提高主軸軸頸和與主軸相配合零件的有關表面加工精度，或者采取措施使主軸的回轉精度不反映到工件上去。例如，在臥式鏜床上鏜孔時（圖2-14），工件安裝在鏜模夾具中，鏜桿支承在鏜模夾具的支承孔上，鏜桿的回轉精度完全取決于鏜模支承孔的形狀精度及同軸度。因鏜桿與機床主軸之間是浮動連接，故機床主軸回轉誤差對加工無影響。2.2加工誤差產生的原因2.2.2原始誤差對加工精度的影響圖2-14鏜模鏜孔2.2加工誤差產生的原因2.2.2原始誤差對加工精度的影響（2）導軌導向誤差。導軌導向精度是指機床導軌副的運動件實際運動方向與理想運動方向的符合程度。這兩者之間的偏差值則稱為導向誤差。機床導軌是確定機床主要部件相對位置和運動的基準，所以機床成型運動中的直線運動精度主要取決于導軌精度，它的各項誤差將直接影響被加工工件的精度。機床導軌導向誤差對刀具或工件的直線運動精度有著直接的影響，它將導致刀尖相對于工件加工表面的位置發(fā)生變化，主要是對工件的形狀精度產生影響。圖2-15導軌的直線度2.2加工誤差產生的原因2.2.2原始誤差對加工精度的影響導軌導向誤差主要包括導軌在水平面內直線度誤差Δy、導軌在垂直平面內直線度誤差Δz（圖2-15）、兩導軌間的平行度誤差。①導軌在水平面內直線度誤差Δy。以車削為例，如圖2-16（a）所示，使刀尖在水平面內產生位移Δy，造成工件在半徑方向上的誤差ΔR。因為ΔR=Δy，所以工件在直徑上的加工誤差ΔD=2Δy。②導軌在垂直平面內直線度誤差Δz。如圖2-16（b）所示，刀尖產生Δz的位移，造成工件在半徑方向上產生誤差為ΔR=Δz2/2R，即工件直徑誤差為ΔD=Δz2/R。2.2加工誤差產生的原因2.2.2原始誤差對加工精度的影響圖2-16導軌導向誤差對車削圓柱面精度的影響2.2加工誤差產生的原因2.2.2原始誤差對加工精度的影響③兩導軌間有平行度誤差。機床導軌發(fā)生了扭曲，產生兩導軌間的平行度誤差。這一誤差使刀尖相對于工件在水平和垂直兩方向上發(fā)生偏移。如圖2-17所示，車床中心高為H，導軌寬度為B，則導軌扭曲量引起的刀尖在工件徑向變化量為ΔD=2δ=2ΔH/B，該誤差使工件產生圖2-17導軌扭曲引起的加工誤差機床導軌的幾何誤差除取決于機床的制造精度以外，還與機床的安裝、調整和使用過程中的磨損有很大關系。尤其是對大、重型機床，因導軌較長，剛性較差，床身在自重作用下容易變形。因此，為減少導軌導向誤差對加工精度的影響，除提高導軌制造精度外，還應注意減少機床安裝和調整的誤差，并應提高導軌的耐磨性，同時保證良好的潤滑和維護。另外，影響導軌導向精度的因素還有加工過程中各種力、熱等方面的原因。2.2加工誤差產生的原因2.2.2原始誤差對加工精度的影響圖2-17導軌扭曲引起的加工誤差2.2加工誤差產生的原因2.2.2原始誤差對加工精度的影響（3）傳動鏈誤差。傳動鏈誤差是指內聯(lián)系傳動鏈始末兩端傳動元件間相對運動的誤差，即采用展成法加工時才考慮該誤差。一般用傳動鏈末端元件的轉角誤差來衡量。對車削螺紋、滾齒、插齒、磨齒等加工來說，工件表面的成型運動必須要求各成型運動之間具有準確的速度或傳動比關系，是通過傳動元件的合成運動來完成的。為保證獲得要求的成型表面，除要求機床各成型運動間有正確的幾何位置關系外，還必須要求刀具與工件間有嚴格精確的速度或傳動比關系。例如，車螺紋時，要求刀具的直線進給速度和工件螺紋中徑處的圓周速度間保持一個所需的速比關系，同時要求工件轉一轉，刀具正好移動一個導程；又如，用單頭滾刀滾切齒輪時，要求滾刀轉一轉，工件必須轉過一個齒，這種正確的成型運動關系是由傳動副組成的傳動鏈保證的。刀具和工件間傳動鏈傳遞運動正確，就能保證工件的加工精度。如果傳動鏈中的傳動副由于加工、裝配和使用過程中磨損而產生誤差，則這些誤差將通過傳動鏈逐級傳遞給工件，造成加工誤差。2.2加工誤差產生的原因2.2.2原始誤差對加工精度的影響各轉動元件在傳動鏈中的位置不同，對其整個傳動鏈誤差的影響也不同，如圖218所示的精密滾齒機的傳動系統(tǒng)圖，設滾刀軸勻速旋轉，若齒輪Z1具有轉角誤差Δφ1，則它使工作臺或工件（傳動鏈末端元件）的轉角誤差為2.2加工誤差產生的原因2.2.2原始誤差對加工精度的影響圖2-18Y3180E滾齒機的滾切傳動鏈2.2加工誤差產生的原因2.2.2原始誤差對加工精度的影響從式（2-4）中可以看出，K1反映齒輪Z1轉角誤差對末端工作臺傳動精度的影響程度，被稱為誤差傳遞系數。同理，若第j個傳動元件有轉角誤差Δφj，則轉角誤差通過相應的傳動鏈傳遞到末端工作臺上的轉角誤差為Δφgj=KjΔφj（2-5）式中，Kj為第j個傳動件的誤差傳遞系數。因此，各傳動件傳動誤差對工件精度影響的誤差總和為2.2加工誤差產生的原因2.2.2原始誤差對加工精度的影響在某一確定的傳動鏈中，不同成型運動的速度對其傳動副產生誤差的影響不同。式（2-6）說明，當傳動副為升速時，即Kj>1，轉角誤差被擴大，當傳動副為降速時，Kj<1，轉角誤差被縮小。也就是說，當有幾對傳動元件降速傳動時，這一轉角誤差對工件精度的影響將被縮小。末端傳動副的降速比越大，其他傳動元件的誤差對被加工工件的影響越小。因此，在實際加工中，使用的機床在滿足成型運動的速度要求的條件下，可從以下幾個方面采取措施，減少機床傳動鏈誤差對加工精度的影響：①采用降速傳動鏈傳動，特別是盡可能使末端傳動副采用大的降速比。②減少傳動鏈中的元件數目，縮短傳動鏈。③提高傳動元件，特別是末端傳動元件的制造精度和裝配精度。④采用誤差校正機構或自動補償系統(tǒng)。如圖2-19所示，在傳動鏈中增加一個機構，使其產生一個與原傳動鏈產生的傳動誤差大小相等、方向相反的誤差，以此來抵消傳動鏈本身的誤差。準確地測量傳動鏈誤差，是應用這種補償措施的關鍵。2.2加工誤差產生的原因2.2.2原始誤差對加工精度的影響3.夾具誤差夾具的作用是使工件相對于機床和刀具占據正確的位置，由此看出夾具的制造誤差對工件的加工精度有很大影響。在圖2-20所示的鉆床夾具中，鉆套軸心線F至夾具定位平面C間的距離誤差，影響工件孔A至底面B尺寸L的精度；鉆套軸心線F至夾具定位平面C間的平行度誤差，影響工件孔軸心線A與底面B的平行度；夾具定位平面C與夾具體底面D的垂直度誤差，影響工件孔軸心線A與底面B間的尺寸精度和平行度；鉆套孔的直徑誤差亦影響工件孔A至底面B的尺寸精度和平行度。相關示例2.2加工誤差產生的原因2.2.2原始誤差對加工精度的影響圖2-19絲杠加工誤差校正裝置1—工件;2—螺母;3—母絲杠;4—杠桿;5—校正尺;6—觸頭;7—校正曲線圖2-20鉆孔夾具誤差對加工精度的影響2.2加工誤差產生的原因2.2.2原始誤差對加工精度的影響夾具磨損將使夾具的原始誤差增大，從而使工件的加工誤差也相應地增大。為了保證工件的加工精度，除了嚴格保證夾具的制造精度外，必須注意提高夾具易磨損件（如鉆套、定位銷等）的耐磨性。當其磨損到一定限度后須及時予以更換。利用夾具裝夾工件進行加工時，造成工件加工表面之間尺寸位置誤差的因素主要有以下兩個：①工件裝夾誤差ΔZJ。它包括定位誤差ΔDW和夾緊誤差ΔJJ。定位誤差是工件在夾具中定位不準確而引起的加工誤差，包括基準位置誤差和基準不重合誤差。夾緊誤差是夾緊工件時引起工件和夾具變形所造成的加工誤差。②夾具對定誤差ΔDD。它包括對刀誤差ΔDA和夾具位置誤差ΔJW。對刀誤差是刀具相對于夾具位置不正確所引起的加工誤差，而夾具位置誤差是夾具相對于刀具成型運動位置不正確所引起的加工誤差。這些加工誤差的大小與夾具的制造、安裝和使用密切相關。2.2加工誤差產生的原因2.2.2原始誤差對加工精度的影響4.測量誤差精確的測量是保證工藝系統(tǒng)各部分間保持正確位置的基礎，也是判定工件合格與否的依據。測量的精度取決于量具、量儀、測量方法和測量時的環(huán)境條件，以及操作者的技術經驗。而測量條件中以測量溫度和測量力的影響最顯著。測量誤差一般應控制在工件公差的1/10～1/5。計量器具誤差主要是由示值誤差、示值穩(wěn)定性、回程誤差和靈敏度四個方面綜合起來的極限誤差。計量器具誤差會對被測零件測量精度產生直接影響。除量具本身誤差之外，測量者的視力、判斷能力、測量經驗、相對測量或間接測量中所用的對比標準、數學運算精確度、單次測量判斷的不準確等因素都會引起測量誤差。2.2加工誤差產生的原因2.2.2原始誤差對加工精度的影響5.刀具誤差刀具的尺寸、幾何形狀和相互位置誤差會使零件產生加工誤差。刀具誤差對加工精度的影響隨刀具種類的不同而不同。當采用定尺寸刀具（如鉆頭、鉸刀、鍵槽銑刀、拉刀等）加工時，刀具的制造誤差和刀具磨損會帶來加工誤差，刀具的尺寸精度將直接影響工件的加工精度。采用成型刀具（如成型銑刀、車刀、成型砂輪等）加工，刀刃的幾何形狀和有關尺寸存在制造誤差及刀具安裝位置不正確，都會造成加工表面的幾何形狀誤差或尺寸誤差。在應用展成法加工時，刀刃的幾何形狀和有關尺寸因制造或重新刃磨而存在誤差，同樣會使零件產生加工誤差。而對一般刀具（如車刀、刨刀等），其制造誤差對工件加工精度無直接影響。另外，刀具安裝調整不正確，也會產生加工表面的幾何形狀誤差。采用調整法進行加工時，刀具的刀尖或刀刃與工件間的相互位置調整不準確，則將產生刀具調整誤差，并會直接造成加工的尺寸誤差。2.2加工誤差產生的原因2.2.2原始誤差對加工精度的影響6.調整誤差在零件加工的每道工序中，為了獲得被加工表面的形狀、尺寸和位置精度，必須對機床、夾具和刀具進行必要的調整。而采用任何調整方法及使用任何調整工具都難免帶來—些原始誤差，這就是調整誤差，而調整誤差必然帶來工件的加工誤差。如用試切法調整時的測量誤差、進給機構的位移誤差及最小極限切削厚度的影響；如用調整法調整時的定程機構的誤差、樣板或樣件調整時的樣板或樣件的誤差等。2.2加工誤差產生的原因2.2.3工藝系統(tǒng)受力變形1.工藝系統(tǒng)剛度的概念在加工過程中，由于受到切削力、夾緊力、傳動力、重力、慣性力等外力作用，工藝系統(tǒng)會產生變形而破壞已調整好的刀具和工件間的相對位置，造成它們相互之間發(fā)生位移。同時，工藝系統(tǒng)各環(huán)節(jié)相互連接處由于存在間隙等而產生相對位移。這兩部分位移總稱為工藝系統(tǒng)變形位移。很顯然，工藝系統(tǒng)產生變形位移必然會破壞刀具切削刃與工件表面間業(yè)已調整好的位置，使工件產生加工誤差。

如圖2-21（a）所示，在車床上采用前、后頂尖為支承來車削一個細長軸，最終工件會出現中間直徑大、兩頭直徑小呈鼓形的形狀誤差，因此有必要采取有效的工藝措施加以減小或消除。圖2-21（b）所示為內圓磨床上橫磨內孔時，砂輪軸受到徑向磨削力而彎曲變形，磨出的孔出現錐度誤差。相關示例2.2加工誤差產生的原因2.2.3工藝系統(tǒng)受力變形圖2-21工藝系統(tǒng)受力變形引起的加工誤差2.2加工誤差產生的原因2.2.3工藝系統(tǒng)受力變形另外，在外圓精磨的最后幾個行程中，盡管砂輪沒有徑向進給，即無進給磨削，但依然能見到磨削火花，先多后少，直到無火花，說明逐漸消除了工藝系統(tǒng)受力變形的影響。工藝系統(tǒng)中各組成環(huán)節(jié)在切削加工過程中，受到各種外力作用會產生不同程度的變形，使刀具和工件的相對位置發(fā)生變化，從而產生相應的加工誤差。為了衡量工藝系統(tǒng)抵抗受力變形的能力和分析計算工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響，就需要建立工藝系統(tǒng)剛度的概念。彈性系統(tǒng)在外力作用下所產生的變形位移大小取決于外力大小和系統(tǒng)抵抗外力的能力。彈性系統(tǒng)抵抗外力使其變形的能力稱為剛度。工藝系統(tǒng)的剛度k是以切削力和在該外力方向上（誤差敏感方向）所引起的刀具和工件間相對變形位移的比值表示的，即k=Fy/y（N/mm）

（2-7）2.2加工誤差產生的原因2.2.3工藝系統(tǒng)受力變形一般把夾具作為機床的附加裝置，其變形被認為是機床變形的組成部分，因此工藝系統(tǒng)受力變形的總變形yxt是機床、刀具和工件各組成部分變形位移的疊加，即yxt=yj+yd+yg根據工藝系統(tǒng)剛度定義所以上述式中的yxt、kxt分別為工藝系統(tǒng)的變形位移、剛度；yj、kj分別為機床的變形位移、剛度；yd、kd分別為刀具的變形位移、剛度；yg、kg分別為工件的變形位移、剛度。2.2加工誤差產生的原因2.2.3工藝系統(tǒng)受力變形2.工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響（1）切削力作用點位置變化引起的工件形狀誤差。在切削過程中，工藝系統(tǒng)的剛度會隨切削力作用點位置的變化而變化，因此使工藝系統(tǒng)受力變形亦隨之變化，引起工件形狀誤差。下面以在車床兩頂尖間加工光軸為例進行分析。①機床的變形。假定工件短而粗，同時車刀懸伸長度很短，即工件和刀具的剛度很大，其受力變形比機床的變形小到可以忽略不計，也就是說，假定工藝系統(tǒng)的變形只考慮機床的變形。又假定工件的加工余量很均勻，并且由于機床變形而造成的背吃刀量變化對切削力的影響很小，即假定車刀進給過程中切削力保持不變，故機床總變形位移量將是機床的床頭箱、床尾及刀架等部件變形位移量的綜合。當刀尖切至工件圖2-22所示的位置時，在切削力作用下，床頭變形由A移至A′，尾座變形由B移至B′，刀架變形由C移至C′，它們的位移分別為ytj、ywz、ydj。此時，工件的軸線由原來AB位置移至A′B′，則在切削點處的位移yx為2.2加工誤差產生的原因2.2.3工藝系統(tǒng)受力變形圖2-22工藝系統(tǒng)變形隨切削力位置變化而變化2.2加工誤差產生的原因2.2.3工藝系統(tǒng)受力變形2.2加工誤差產生的原因2.2.3工藝系統(tǒng)受力變形式（2-11）說明，隨著切削力作用點位置的變化，工藝系統(tǒng)變形是變化的。顯然，這是工藝系統(tǒng)的剛度隨切削力作用點變化而變化所致。由于變形大的地方，從工件上切去的金屬層薄；變形小的地方，切去的金屬層厚，因此因機床受力變形而使加工出來的工件呈兩端粗、中間細的馬鞍形，如圖2-23所示。②工件的變形。若在兩頂尖間車削剛性很差的細長軸，則工藝系統(tǒng)中的工件變形必須考慮。假設此時不考慮機床和刀具的變形，即可由材料力學公式計算工件在切削點的變形量

顯然，加工后的工件呈腰鼓（中間粗兩頭細）形，如圖2-21（a）中點畫線所示。2.2加工誤差產生的原因2.2.3工藝系統(tǒng)受力變形圖2-23工件裝夾在兩頂尖上車削后的形狀1—機床不變形的理想形狀;2—考慮主軸箱、尾座變形的形狀;3—包括考慮刀架變形在內的形狀2.2加工誤差產生的原因2.2.3工藝系統(tǒng)受力變形顯然，加工后的工件呈腰鼓（中間粗兩頭細）形，如圖2-21（a）中點畫線所示。③工藝系統(tǒng)的總變形。當同時考慮機床和工件的變形時，工藝系統(tǒng)的總變形為兩者的疊加（忽略車刀的變形），即2.2加工誤差產生的原因2.2.3工藝系統(tǒng)受力變形由此可知，在測得車床主軸箱、尾座、刀架三個部件的剛度，確定工件的材料和尺寸后，就可按x值估算車削圓軸時工藝系統(tǒng)的剛度。當已知刀具的切削角度、切削條件和切削用量時，即在知道切削力Fp的情況下，利用上面的公式就可估算出不同x處工件半徑的變化。工藝系統(tǒng)剛度隨受力點位置變化的例子很多，如立式車床、龍門刨床、龍門銑床等的橫梁及刀架，大型鏜銑床滑枕內的主軸等，其剛度均隨刀架位置或滑枕伸出長度不同而不同。例如，鏜床在鏜孔時，隨著鏜桿長度的伸長，鏜桿可看成長度變長的懸臂梁，其剛度急劇下降，它的變形對加工精度有較大嚴重，如圖2-24所示加工后的孔為喇叭形。2.2加工誤差產生的原因2.2.3工藝系統(tǒng)受力變形（2）切削力變化引起的加工誤差。在切削過程中，毛坯加工余量和材料硬度的變化引起切削力的變化，工藝系統(tǒng)受力變形也相應地發(fā)生變化，因而造成工件的尺寸誤差和形狀誤差。如圖2-25所示，工件毛坯有橢圓形的圓度誤差，車削前將車刀調整至圖中雙點畫線位置。車削時刀尖受切削力影響移至實線位置，工件每一轉過程中，背吃刀量不斷發(fā)生變化。背吃刀量大的部位切削力大，由此產生受力變形也大，背吃刀量小的部位切削力小，受力變形也就小，所以加工后工件仍有橢圓形誤差，這種經加工后零件存在的加工誤差Δg和加工前的毛坯誤差Δm相對應，其幾何形狀誤差與加工前形狀相似，這種現象稱為誤差復映規(guī)律。令Δg/Δm=ε<1ε定量地反映了毛坯誤差經加工后減小的程度，稱為誤差復映系數。誤差復映系數與工藝系統(tǒng)剛度成反比，即工藝系統(tǒng)剛度越大，復映在工件上的誤差越小。2.2加工誤差產生的原因2.2.3工藝系統(tǒng)受力變形圖2-24刀桿剛度對加工精度的影響圖2-25誤差復映現象2.2加工誤差產生的原因2.2.3工藝系統(tǒng)受力變形若某一工件需要分成幾次走刀加工，每次走刀的復映系數為ε1、ε2、ε3、…、εn，則總的復映系數ε＝ε1ε2ε3…εn遠遠小于1。因此，經過幾次加工后，加工誤差也就降到允許范圍以內了。在成批或大量生產中，用調整法加工一批工件，誤差復映規(guī)律表明了毛坯尺寸不一致造成加工后該批工件尺寸的分散程度。毛坯硬度不均勻，同樣會使切削力發(fā)生變化，造成加工誤差。在采用調整法成批生產情況下，控制毛坯材料硬度的均勻性是很重要的。調整法加工的走刀次數通常已定，如果一批毛坯材料的硬度差別很大，就會使工件的尺寸分散范圍擴大，甚至超差（3）夾緊力和重力引起的加工誤差。工件在裝夾時，由于工件剛度較低或夾緊力著力點不當，工件產生相應的變形，造成加工誤差。例如，薄壁套筒裝在車床三爪卡盤上鏜孔，夾緊后套筒孔產生彈性變形，雖然鏜出的孔為正圓形，但在松開三爪卡盤后，薄壁套筒彈性變形恢復使孔呈三角棱圓形［圖2-26（a）］。夾緊變形引起的工件形狀誤差不僅取決于夾緊力的大小，而且與夾緊力的作用點及分布有關。為了減少套筒因夾緊變形而產生的加工誤差，可采用開口過渡環(huán)［圖2-26（b）］或采用圓弧面卡爪［圖2-26（c）］均勻夾緊等方法，使夾緊力均勻分布。2.2加工誤差產生的原因2.2.3工藝系統(tǒng)受力變形圖2-26夾緊變形引起的加工誤差Ⅰ—毛坯;Ⅱ—夾緊后;Ⅲ—鏜孔后;Ⅳ—松開后1—工件;2—開口過渡環(huán);3—專用卡爪2.2加工誤差產生的原因2.2.3工藝系統(tǒng)受力變形又如磨削薄板類零件，假定毛坯件存在翹曲，當被平面磨床電磁工作臺吸緊時，產生彈性變形，磨削后取下工件，由于彈性恢復，已磨平的表面仍然會產生翹曲，如圖2-27（a）、（b）、（c）所示。改進的辦法是在工件和磁力吸盤之間墊入一層薄橡膠墊（0.5mm以下）或紙片，如圖2-27（d）、（e）所示，當工作臺吸緊工件時，橡膠墊或紙片（用于干磨的場合）受到不均勻的壓縮，使工件變形減小，翹曲的部分就將被磨去。如此進行，正、反面輪番多次磨削后，就可得到較平的平面。2.2加工誤差產生的原因2.2.3工藝系統(tǒng)受力變形圖2-27薄片工件的裝夾與磨削2.2加工誤差產生的原因2.2.3工藝系統(tǒng)受力變形圖2-28為加工發(fā)動機連桿大頭孔的裝夾示意圖，由于夾緊力著力點不當，造成加工后兩孔中心線不平行及其與定位端面不垂直。圖2-28著力點不當引起的加工誤差2.2加工誤差產生的原因2.2.3工藝系統(tǒng)受力變形工藝系統(tǒng)有關零部件自身的重力所引起的相應變形，也會造成加工誤差。圖2-29機床部件自重所引起的加工誤差如圖2-29所示，大型立車在刀架的自重下引起了橫梁變形，造成工件端面的平面度誤差和外圓上的錐度。工件的直徑越大，加工誤差也越大。相關示例2.2加工誤差產生的原因2.2.3工藝系統(tǒng)受力變形3.減小工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度影響的措施在實際生產中，應有效地減小工藝系統(tǒng)的變形。從剛度公式看出，可以從兩個主要方面采取措施來予以解決：一是提高系統(tǒng)剛度，二是減小載荷及其變化。從加工質量、生產效率、經濟性等問題全面考慮，提高工藝系統(tǒng)中薄弱環(huán)節(jié)的剛度是最重要的措施。（1）提高工藝系統(tǒng)的剛度。具體措施有以下幾個：①合理的結構設計。在設計機床和工裝時，要合理設計各零件結構和斷面形狀，避免由于個別零件剛度不足使整體剛度下降而影響加工；同時，還要注意剛度平衡，防止有局部低剛度環(huán)節(jié)出現。對于一些支承零件，如機床床身、立柱、橫梁和夾具體等構件，它們的靜剛度對整個工藝系統(tǒng)剛度影響較大，為提高其剛度，除適當增加其截面積外，必須改進構件結構和斷面形狀，盡可能減輕質量，采用空心截面，加大空心截面輪廓尺寸，減小壁厚。2.2加工誤差產生的原因2.2.3工藝系統(tǒng)受力變形圖2-30零件結構剛度的比較如圖2-30所示，在設計大型零件時，應盡量使截面封閉，這樣可得到較大剛度。此外，在部件的適當部位處增添加強筋和隔板，也能取得良好的效果。相關示例2.2加工誤差產生的原因2.2.3工藝系統(tǒng)受力變形②提高連接表面的接觸剛度。在機床設計中應盡量減少連接面的數目，并盡可能提高有關組成零件配合面的形狀精度，降低表面粗糙度，增大接觸面積，減少接觸變形。因為部件的接觸剛度遠低于同樣外形尺寸實體的剛度，所以提高零件間的接觸剛度是提高工藝系統(tǒng)剛度的關鍵，特別是對使用中的機床設備。為此，提高機床導軌的刮研質量，提高頂尖錐體和主軸及尾座套筒錐孔的接觸質量，多次修研中心孔等都是生產中提高接觸剛度的常用措施。此外，還可采用預加載荷，使機床或夾具上的有關零件在裝配時產生預緊力，以此消除配合面間的間隙，增加實際接觸面積，提高接觸剛度。通常在機床主軸組件中的滾動軸承都有預緊裝置。2.2加工誤差產生的原因2.2.3工藝系統(tǒng)受力變形③采用合理的裝夾和加工方式。例如，在臥式銑床上銑削角鐵形零件，如按圖2-31（a）所示裝夾、加工方式，工件的剛度較低；如改用圖2-31（b）所示裝夾、加工方式，則工件的剛度可大大提高。再如，車削加工細長軸時，若改為反向進給（從主軸箱向尾座方向進給），則工件從原來的軸向受壓變?yōu)檩S向拉伸，也可提高工件剛度。此外，增加輔助支承也是提高刀架剛度的常用方法，如圖2-32所示。另外，如車削加工細長軸時采用中心架或跟刀架就是一個很典型的實例。相關示例2.2加工誤差產生的原因2.2.3工藝系統(tǒng)受力變形圖2-31銑削角鐵形零件的兩種裝夾和加工方式圖2-32六角車床增加輔助支撐提高剛度1—支承座;2—加強桿;3—刀架2.2加工誤差產生的原因2.2.3工藝系統(tǒng)受力變形（2）減小載荷及其變化。采取適當的工藝措施，如合理選擇刀具幾何參數（如增大前角、讓主偏角接近90°等）和切削用量（如適當減少進給量和背吃刀量）以減小切削力（特別是Fp），就可以減少受力變形。對制造誤差較大毛坯進行分組，使一次調整中加工的一組毛坯余量比較均勻，從而減少切削力的變化，減小復映誤差。2.2加工誤差產生的原因2.2.4工藝系統(tǒng)受熱變形1.工藝系統(tǒng)的熱源在機械加工過程中，常有大量的熱傳入工藝系統(tǒng)中。工藝系統(tǒng)在熱的作用下常產生復雜的變形，從而破壞工件與刀具正確的位置關系，引起加工誤差。工藝系統(tǒng)的熱變形對加工精度的影響是較大的。據統(tǒng)計，在精密加工中，熱變形引起的加工誤差占總加工誤差的40%～70%。熱變形不但嚴重降低了加工精度，而且影響生產效率。因此，控制工藝系統(tǒng)熱變形已成為機械加工特別是精密機械加工的重要研究課題。2.2加工誤差產生的原因2.2.4工藝系統(tǒng)受熱變形工藝系統(tǒng)的熱源分為內部熱源和外部熱源兩大類。（1）內部熱源。在機床完成切削運動和切削功能的過程中，驅動機床的能量中有相當一部分轉變?yōu)闊崮?。機床所消耗的功率中有30%～70%轉變?yōu)闊帷C床消耗功率主要是在切削過程中變?yōu)榍邢鳠岷驮趥鲃舆^程中變?yōu)槟Σ翢?。在切削過程中，切削熱是引起工藝系統(tǒng)熱變形最主要的熱源，對工件加工精度的影響最直接。傳動過程中熱源來自軸承副、齒輪副、離合器、導軌副等的摩擦熱及動力源能量（如電動機、液壓系統(tǒng)）損耗的發(fā)熱等。盡管摩擦熱比切削熱少，但摩擦熱在工藝系統(tǒng)中是局部發(fā)熱，會引起局部溫升和變形，破壞工藝系統(tǒng)原有的幾何精度，對加工精度也會造成影響。2.2加工誤差產生的原因2.2.4工藝系統(tǒng)受熱變形（2）外部熱源。外部熱源主要是以熱輻射和熱傳導方式由外界環(huán)境傳入工藝系統(tǒng)的熱量。這種熱源來自周圍的環(huán)境（通過空氣對流傳熱），以及陽光、燈光、加熱器等產生的輻射熱，它們對機床熱變形也不容忽視。例如，某廠加工精密大齒輪，需幾晝夜連續(xù)加工才能完成，由于晝夜溫差大，結果齒面產生波紋度；當機床導軌頂面或側面受到陽光照射時，也會使導軌頂部或側面凸起或扭曲。2.2加工誤差產生的原因2.2.4工藝系統(tǒng)受熱變形2.工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響（1）機床熱變形對加工精度的影響。在切削過程中，機床在熱源影響下各部分溫度將發(fā)生變化，由于熱源分布不均勻及機床結構和加工環(huán)境的復雜性，因此產生機床熱變形的形式是多種多樣的。機床熱變形對加工精度的影響，主要是主軸部件、床身、導軌，以及兩者相對位置等的熱變形。例如，車床熱變形的熱源主要是主軸箱軸承的摩擦熱和主軸箱中油池的發(fā)熱，它們使主軸箱及與之相連接的床身局部溫度升高，溫升使主軸抬高和傾斜；油池的溫升通過箱底傳到床身上，使床身上、下表面產生溫差，造成床身彎曲而中凸，并進一步使主軸抬高和傾斜。車床受熱變形如圖2-33所示。圖2-33車床受熱變形2.2加工誤差產生的原因2.2.4工藝系統(tǒng)受熱變形銑、鏜床熱變形的熱源也是主軸箱發(fā)熱，它除了使主軸箱變形外，還將使立柱傾斜，從而使主軸對機床工作臺產生位移和傾斜。立式銑床受熱變形如圖2-34所示。磨床熱變形的熱源亦是主軸箱發(fā)熱和砂輪磨削工件產生的磨削熱，外圓磨床受熱變形如圖2-35所示。圖2-34立式銑床受熱變形圖2-35外圓磨床受熱變形相關示例2.2加工誤差產生的原因2.2.4工藝系統(tǒng)受熱變形在分析機床熱變形對加工精度影響時，同樣應注意分析熱位移方向與誤差敏感方向的相對位置關系。對處在誤差敏感方向的熱變形，需要特別注意并加以控制。龍門刨床、導軌磨床等大型機床床身較長，如果導軌面與底面間稍有溫差，就會產生較大的彎曲變形，故床身熱變形是影響加工精度的主要因素。例如，一臺長12m、高0.8m的導軌磨床床身，導軌面與床身底面溫差1℃時，其彎曲變形量可達0.22mm。床身上、下表面產生溫差的原因，不僅是工作臺運動時導軌面摩擦發(fā)熱所致，環(huán)境溫度的影響也是重要原因。如在夏天，地面溫度一般低于車間室溫，因此床身中凸（圖2-36）；冬天則地面溫度高于車間室溫，使床身中凹。此外，若機床局部受到陽光照射，而且照射部位隨時間變化，也會引起床身各部分不同的熱變形。相關示例2.2加工誤差產生的原因2.2.4工藝系統(tǒng)受熱變形圖2-36大型導軌磨床熱變形2.2加工誤差產生的原因2.2.4工藝系統(tǒng)受熱變形（2）工件熱變形對加工精度的影響。在切削過程中，工件的熱變形主要來自切削熱。精密零件及某些大型工件還會因周圍環(huán)境溫度的變化和局部受到日光等熱源的熱輻射而產生熱變形。工件的熱變形因采用加工方法不同而異。例如，車削時傳給工件的熱量?。s10%），因此變形小；鉆孔時因傳給工件的熱量多（約50%），故變形大。此外，工件熱變形還會因受熱體積（尺寸）不同而不同，如薄壁件和實心件，即使是同樣的熱量，其溫升和熱變形也是不同的。2.2加工誤差產生的原因2.2.4工藝系統(tǒng)受熱變形從工件的受熱情況看，均勻受熱與不均勻受熱兩者引起的變形情況也是不相同的?，F對這兩種情況進行分析。①工件均勻受熱引起變形。一些形狀較簡單的軸類、套類、盤類零件的內、外圓加工時，切削熱比較均勻地傳入工件，若不考慮工件溫升后的散熱，其溫度沿工件全長和圓周的分布都是比較均勻的，可近似地看成均勻受熱，因此其熱變形可按物理學計算熱膨脹的公式求出。在車削外圓時，設測得的工件溫升為Δt，則熱伸長量（直徑上和長度上）可按式（2-12）計算。ΔL=αLΔt（2-12）式中，α為工件材料的熱膨脹系數，鋼材為12×10－6，鑄鐵為11×10－6，銅為17×10-6；L為工件在熱變形方向上的尺寸。一般情況下，工件熱變形在精加工中較為突出，尤其是長度長而精度要求較高的零件。如磨削（不加冷卻液）絲桿，若絲桿長為3m，每磨一次溫度就升高約3℃，則絲桿的伸長量為ΔL=3000×12×10-6×3=0.108mm，而6級精度絲桿的螺距累積誤差在全長上不允許超過0.02mm，由此可見熱變形對精密零件的尺寸精度影響還是比較嚴重的。應用舉例2.2加工誤差產生的原因2.2.4工藝系統(tǒng)受熱變形②工件不均勻受熱引起的變形。銑削、刨削或磨削平面時，工件因單面受到切（磨）削熱，上、下表面間溫差使工件產生向上拱起變形（假設不受夾緊力的約束），加工時中間凸起部分被切去，冷卻后工件變成下凹，造成平面度誤差。如圖2-37所示，當工件長度為L，厚度為S，工件受熱上、下表面溫差為Δt=t1－t2時，工件變形呈向上凸起。若以f表示工件中點變形量，因中心角φ很小，故可認為中性層弦長近似為原長L，于是應用舉例2.2加工誤差產生的原因2.2.4工藝系統(tǒng)受熱變形圖2-37工件單面受熱時的彎曲變形計算圖2.2加工誤差產生的原因2.2.4工藝系統(tǒng)受熱變形由圖2-37中關系得

（R+S）φ－Rφ=αΔtL式中，R為圓弧半徑。所以

由此可見，熱變形量f隨L增大而急劇增大。因L、S、α均為不變量，故欲減小f，必須減小Δt，即減小切削熱的傳入。對于大型精密板類零件（如長為2000mm、高為500mm的機床床身）的磨削加工，當工件（床身）的溫差為2.5℃時，熱變形可達30μm。說明工件單面受熱引起的誤差對尺寸精度和形狀精度的影響是很嚴重的。為了減少這一誤差，通常采取的措施是在切削時使用充分的切削液以減少切削表面的溫升；也可采用誤差補償的方法（在裝夾工件時使工件上表面產生微凹的夾緊變形，以此來補償切削時工件單面受熱而拱起的誤差）。2.2加工誤差產生的原因2.2.4工藝系統(tǒng)受熱變形（3）刀具的熱變形對加工精度的影響。刀具熱變形主要是由切削熱引起的。盡管傳給刀具的熱量占總熱量的百分比很小（3%～5%），但刀具體積小，熱容量小，所以刀具仍有較高的溫升。連續(xù)切削時，刀具的熱變形在切削初始階段增加很快，隨后變得較為緩慢，經過不長時間后（10～20min）便趨于熱平衡狀態(tài)。此后，熱變形變化量就非常?。▓D2-38中A），刀具總的熱變形量可達0.03～0.05mm。當切削停止時，刀具溫度開始下降較快，以后逐漸減緩，如圖2-38中曲線B所示。間斷切削時，因刀具有了短暫的冷卻時間，故其熱變形曲線（圖2-37中曲線C）具有熱脹冷縮雙重特性，且總的變形量比連續(xù)切削時要小一些，最后穩(wěn)定在Δ1范圍內變動。加工大型零件時，刀具熱變形往往造成幾何形狀誤差和尺寸誤差，如車削長軸時刀具熱伸長可能產生錐度（尾座處的工件直徑比主軸箱附近的工件直徑大）。2.2加工誤差產生的原因2.2.4工藝系統(tǒng)受熱變形圖2-38車刀熱變形2.2加工誤差產生的原因2.2.4工藝系統(tǒng)受熱變形3.工藝系統(tǒng)受熱變形控制措施（1）減少機床熱變形的措施。具體措施有以下幾個:①減少機床的熱源影響、用低黏度的潤滑油改善軸承的潤滑條件，提高齒輪副的傳動精度并配以油霧潤滑，從而減少傳動副的發(fā)熱，用強制式的風冷加強機床內部的電機和變速系統(tǒng)的散熱。此外，設法將熱源分離到機床外部或移到通風散熱較好的位置，如將立式機床的主電機安裝在主軸箱頂部，將液壓系統(tǒng)置于床身外部，等等。2.2加工誤差產生的原因2.2.4工藝系統(tǒng)受熱變形②均勻機床零部件的溫升。利用機床發(fā)出的熱量均衡機床重要部分溫升較低的部位，使機床處于熱平衡穩(wěn)定狀態(tài)，其熱變形就會減小，如圖2-39所示。再如，M7150A型磨床機床床身較長，加工時工作臺縱向運動速度較高，所以床身上部溫升高于下部。為均衡床身上下部溫升，將油池搬出主機并做成一單獨油箱；在床身下部配置熱補償油溝，使一部分帶有余熱的回油經熱補償油溝送回油池，如圖2-40所示。采用這些措施后，床身上、下部溫差降至1～2℃，導軌的中凸量由原來的0.0265mm降為0.0052mm。另外，注意結構對稱性設計：一是在主軸箱或變速箱的內部結構中，對稱安放傳動元件（軸、軸承及傳動齒輪），可有效均衡箱壁的溫升而減少其變形；二是對稱性安排對機床熱態(tài)特性有很大影響的機床大件結構和布局。以加工中心為例，在熱源影響下，單立柱結構會產生相當大的扭曲變形，而雙立柱結構由于左右對稱，僅產生垂直方向的熱位移，很容易通過調整的方法予以補償。2.2加工誤差產生的原因2.2.4工藝系統(tǒng)受熱變形2.2加工誤差產生的原因2.2.4工藝系統(tǒng)受熱變形③采取隔熱措施。在發(fā)熱部件和機床重要大件之間加裝隔熱材料，以阻隔熱輻射和熱對流對大件的加熱，也可以較好地減少機床熱變形，如圖2-41所示。圖2-40M7150A磨床的熱補償油溝A、B—油泵;1—油箱;2—熱補償油溝圖2-41采用隔熱罩減少熱變形1—變速箱；2—主電機；3—隔熱罩2.2加工誤差產生的原因2.2.4工藝系統(tǒng)受熱變形④改進工藝措施。加工時采取工藝措施以減少熱變形對加工的影響。例如，在開始精加工前，可讓機床空轉一段時間，待機床達到熱平衡狀態(tài)后變形趨于穩(wěn)定再進行加工。在順序加工一批零件的間斷時間內不要停車或盡量減少停車時間，以免破壞熱平衡，這樣可保持已調整好的位置。在加工中還應嚴格控制切削用量，以減少工件的發(fā)熱。此外，盡可能將精密機床安置在恒溫室內，以減少環(huán)境溫度變化對加工精度的影響。對發(fā)熱量大的熱源，如果既不能從機床內部移出，又不便隔熱，則可采用強制式的風冷、水冷等散熱措施。圖2-42所示為一臺坐標鏜床主軸箱強制冷卻的試驗結果。當不采用強制冷卻時，機床冷卻6h后，主軸與工作臺之間在垂直方向發(fā)生了190μm的熱變形，而且機床尚未達到熱平衡；當采用強制冷卻后，上述熱變形減少到15μm，而且機床運轉不到2h時就達到熱平衡。2.2加工誤差產生的原因2.2.4工藝系統(tǒng)受熱變形目前，大型數控機床加工中心機床普遍采用冷凍機對潤滑油、切削液進行強制冷卻，以提高冷卻效果。精密絲杠磨床的母絲杠中通以恒溫冷卻液，可減少熱變形。圖2-42坐標鏜床主軸箱強制冷卻試驗結果1—未強制冷卻;2—強制冷卻2.2加工誤差產生的原因2.2.4工藝系統(tǒng)受熱變形⑤采用恒溫措施?？刂骗h(huán)境溫度變化，從而使機床熱變形穩(wěn)定，主要是采用恒溫的方法來解決。例如，超精密加工機床、精密磨床、坐標鏜床、螺紋磨床、齒輪磨床等精密機床都要安裝在恒溫車間內使用。恒溫的精度根據加工精度的要求而定。⑥使用熱變形自動補償系統(tǒng)。該方法是在加工過程中測量出熱變形量的數值，然后采取各種加工中修正或程序數字控制的方式來補償這一變形量，以保持加工精度不變。精密加工中心機床已采用這種熱變形補償系統(tǒng)。2.2加工誤差產生的原因2.2.4工藝系統(tǒng)受熱變形（2）減少工件熱變形的措施。為減少工件熱變形對加工精度影響，可以采取以下措施：①在切削區(qū)域內充分施加冷卻液。②提高切削速度或進給量，使傳入工件的熱量減少。③工件在精加工前給予充分冷卻時間。④及時刃磨刀具和修整砂輪，以免刀具和砂輪變鈍，引起切（磨）削熱的增大。⑤采用彈簧或液壓后頂尖，使工件在夾緊狀態(tài)下受熱后能自由伸縮。（3）減小刀具熱變形的措施。減小刀具熱變形對加工精度的影響的措施有：減小刀具伸出長度，改善散熱條件，改進刀具角度以減少切削熱，合理選用切削用量及加工時加冷卻液使刀具得到充分冷卻等。第三節(jié)加工誤差的統(tǒng)計分析前面對影響加工精度的各種主要因素進行了分析和討論，并提出一些保證加工精度的措施。從分析方法上來講，前面所述內容屬于單因素分析法。而實際生產中影響加工精度往往是多因素、錯綜復雜的，有時很難用單因素分析法去分析計算某一工序的加工誤差。為此，生產中常采用數理統(tǒng)計方法，通過對一批工件進行檢查測量，將所測得的數據進行處理與分析，從中找出產生誤差的原因和規(guī)律，并采取工藝措施提高加工精度，這就是所要討論的加工誤差統(tǒng)計分析法。2.3加工誤差的統(tǒng)計分析2.3.1加工誤差的性質在零件加工過程中，各種原始誤差會造成性質不同的加工誤差，按照在加工一批工件時誤差出現的規(guī)律，加工誤差可分為系統(tǒng)誤差和隨機誤差兩大類。1.系統(tǒng)誤差順序加工一批工件，其加工誤差的大小和方向保持不變或按一定的規(guī)律變化，稱為系統(tǒng)誤差。前者稱為常值系統(tǒng)誤差，后者稱為變值系統(tǒng)誤差。原理誤差，機床、刀具、夾具的制造誤差，調整誤差，量具誤差及工藝系統(tǒng)的受力變形等引起的加工誤差均與加工時間無關，其大小和方向在一次調整中基本不變，因此都是常值系統(tǒng)誤差。例如，鉆頭直徑尺寸大于規(guī)定的直徑尺寸0.01mm，則所有鉆出的孔的直徑都比規(guī)定的尺寸大0.01mm。機床、夾具、量具等磨損引起的加工誤差，在一次調整的加工中也均沒有明顯的差別，也可認為是常值系統(tǒng)誤差。機床、刀具和夾具在未達到熱平衡時的熱變形及刀具的磨損等所引起的加工誤差都是隨加工時間有規(guī)律地變化的，故屬于變值系統(tǒng)性誤差。相關示例2.3加工誤差的統(tǒng)計分析2.3.1加工誤差的性質2.隨機誤差順序加工一批工件，其加工誤差的大小或方向都是隨機的，稱為隨機誤差，如毛坯誤差（余量大小不一、硬度不均勻）的復映、定位誤差（基準面精度不一、間隙影響）、夾緊誤差、工件殘余應力引起的變形誤差、多次調整的誤差等。隨機誤差服從一定的統(tǒng)計規(guī)律。必須指出，對于某一具體誤差來說，應根據其實際情況來決定是屬于系統(tǒng)誤差還是隨機誤差。例如，冷卻液溫度對精磨工件尺寸精度的影響，當冷卻液的溫度不穩(wěn)定時，磨削的尺寸也隨著發(fā)生變化，此時的加工誤差屬于隨機誤差；如果采取相應措施，使冷卻液溫度處于某一恒定值，則溫差所造成的尺寸誤差也就表現為系統(tǒng)誤差了。又如，機床在一次調整中加工一批工件時，機床的調整誤差是常值系統(tǒng)誤差。但是，當多次調整機床時，每次調整時發(fā)生的調整誤差就不可能是常值，變化也無一定規(guī)律，因此對于經多次調整所加工出來的大批工件，調整誤差所引起的加工誤差又成為隨機誤差。相關示例2.3加工誤差的統(tǒng)計分析2.3.2加工誤差的分布規(guī)律采用調整法加工一批零件時，由于在加工過程中存在隨機誤差，因而這一批零件的尺寸在數值上是不相同的，其加工誤差按照不同規(guī)律分布。研究加工誤差時，常常應用數理統(tǒng)計學中一些理論分布曲線來近似代替實驗分布曲線，這樣可使誤差分析問題得到簡化。1.正態(tài)分布采用調整法加工一批零件后，測量出每個零件的尺寸，并按照尺寸大小把整批零件分成若干組。每組中，零件的尺寸處于一定的范圍內。同尺寸間隔的零件數量稱為頻數，頻數與該批零件總數之比稱為頻率。以尺寸間隔為橫坐標，以頻率為縱坐標，則可求得若干點，用直線把這些點連接起來，就可得到一根折線。例如，磨削100根曲軸的軸頸，圖紙規(guī)定的軸頸尺寸為800-0.03mm，磨好后逐個進行測量，并按尺寸大小進行分組，現規(guī)定每組的尺寸間隔為0.002mm，則可做出圖2-43（a）所示的折線。從圖中可以看出，一部分工件已超出公差范圍（陰影部分），成為廢