王振龙机械加工精与表面质量学习教案.pptx

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1、会计学1王振龙机械加工精与表面质量王振龙机械加工精与表面质量第一页，共86页。加工加工(ji gng)(ji gng)变质层的雷德（变质层的雷德（H.RetherH.Rether）模型）模型压缩区压缩区塑性变形区。是由切削力造成的结晶组织变化层。塑性变形区。是由切削力造成的结晶组织变化层。此区最外层为纤维化层，是由刀具与切削层间的摩擦挤压此区最外层为纤维化层，是由刀具与切削层间的摩擦挤压 造成的，还有切削热造成的表面层的强化或弱化造成的，还有切削热造成的表面层的强化或弱化(ru hu)(ru hu)等等，存在着等等，存在着 由塑性变形、切削热及金相组织变化引起的残余应力。该层也由塑性变形、切削

2、热及金相组织变化引起的残余应力。该层也 称应力变质层。称应力变质层。吸附层吸附层在最外层。生有氧化膜或化合物并吸收渗进某些气体在最外层。生有氧化膜或化合物并吸收渗进某些气体(qt)(qt)、液体或、液体或 固体粒子。固体粒子。亚表亚表层层第1页/共86页第二页，共86页。6.1.2 机械加工精度机械加工精度(jn d)的获得方法的获得方法一、尺寸一、尺寸(ch cun)(ch cun)精度的精度的获得方法获得方法手工逐步调刀获得手工逐步调刀获得(hud)(hud)所所需尺寸需尺寸加工前先调整好刀具位置再进行一批加工加工前先调整好刀具位置再进行一批加工尺寸精度由刀具保证尺寸精度由刀具保证 （钻头

3、、拉刀）（钻头、拉刀）自动化的试切法自动化的试切法试切法试切法调整法调整法尺寸刀具法尺寸刀具法自动控制法自动控制法二、形状精度的获得方法二、形状精度的获得方法成形运动法成形运动法非成形运动非成形运动法法成形刀具法成形刀具法 形状精度决定于成形运动和刃形形状精度决定于成形运动和刃形展成法展成法 成形表面通过包络形成成形表面通过包络形成轨迹法轨迹法 车、刨、磨车、刨、磨形状精度超过机床成形运动精度时使用形状精度超过机床成形运动精度时使用如：如：0 0级平板的加工级平板的加工仿形法仿形法 形状精度决定于靠模的精度形状精度决定于靠模的精度第2页/共86页第三页，共86页。三、位置三、位置(wi zhi

4、)(wi zhi)精度的获得方法精度的获得方法直接装夹直接装夹 效率高，精度低效率高，精度低找正装夹找正装夹 高精度，小批高精度，小批夹具装夹夹具装夹 效率高，精度可满足要效率高，精度可满足要求求一次装夹法一次装夹法多次装夹法多次装夹法非成形运动法非成形运动法与机床几何与机床几何(j h)精度有关精度有关位置位置(wi zhi)精度要求极精度要求极高时采用高时采用（机床不能满足要求）（机床不能满足要求）第3页/共86页第四页，共86页。6.1.36.1.3机械加工表面质量对机器使用性能和寿命机械加工表面质量对机器使用性能和寿命(shumng)(shumng)的影响的影响（1 1）影响耐磨性）影

5、响耐磨性 粗糙度值大粗糙度值大，实际接触面积小，接触应力大，易磨损，实际接触面积小，接触应力大，易磨损，耐磨性差耐磨性差。粗糙度值越小粗糙度值越小，实际接触面积越大，实际接触面积越大，耐磨性较好耐磨性较好。若粗糙度值过小若粗糙度值过小，可能增加制造成本，且可能破坏润滑油膜，造成，可能增加制造成本，且可能破坏润滑油膜，造成干摩擦干摩擦。加工表面硬化加工表面硬化到一定程度能使耐磨性到一定程度能使耐磨性有所提高有所提高，但硬化过度反会使结，但硬化过度反会使结晶组织出现过度变形，甚至产生裂纹或剥落，使磨损加剧，使耐磨性降低。晶组织出现过度变形，甚至产生裂纹或剥落，使磨损加剧，使耐磨性降低。第4页/共8

6、6页第五页，共86页。（2 2）影响疲劳强度）影响疲劳强度 交交变变(jio(jio bin)bin)载载荷荷作作用用时时，表表面面粗粗糙糙度度、划划痕痕及及微微裂裂纹纹等等均均会会引引起起应应力力集集中中，从从而而降降低疲劳强度。低疲劳强度。加工表面粗糙度的纹路方向与受力方向垂直时，疲劳强度明显降低。加工表面粗糙度的纹路方向与受力方向垂直时，疲劳强度明显降低。一般加工硬化可提高疲劳强度，但硬化过度则会适得其反。一般加工硬化可提高疲劳强度，但硬化过度则会适得其反。残残余余应应力力为为压压应应力力时时，可可部部分分抵抵消消交交变变(jio(jio bin)bin)载载荷荷施施加加的的拉拉压压力力

7、，阻阻碍碍和和延延缓缓裂裂纹纹的产生或扩大，从而提高疲劳强度；但为拉应力时，则会大大降低疲劳强度。的产生或扩大，从而提高疲劳强度；但为拉应力时，则会大大降低疲劳强度。有些加工方法有些加工方法(fngf)(fngf)，如滚压加工，可减小粗糙度值、强化表面层，使表层呈，如滚压加工，可减小粗糙度值、强化表面层，使表层呈压应力状态，从而防止产生微裂纹，提高疲劳强度。压应力状态，从而防止产生微裂纹，提高疲劳强度。6.1.36.1.3机械加工表面质量对机器使用性能和寿命机械加工表面质量对机器使用性能和寿命(shumng)(shumng)的影响的影响第5页/共86页第六页，共86页。（3 3）影响）影响(y

8、ngxing)(yngxing)耐蚀性耐蚀性 表表面面粗粗糙糙度度值值大大的的表表面面，腐腐蚀蚀性性物物质质（气气体体、液液体体）容容易易渗渗透透到到表表面面的的凹凹凸凸不不平平处，从而产生化学或电化学作用而被腐蚀。处，从而产生化学或电化学作用而被腐蚀。表表面面微微裂裂纹纹处处容容易易受受腐腐蚀蚀性性气气体体或或液液体体的的侵侵蚀蚀，如如零零件件表表面面有有残残余余压压应应力力，则则可可阻碍微裂纹的扩展，从而在一定程度上提高零件的耐蚀性。阻碍微裂纹的扩展，从而在一定程度上提高零件的耐蚀性。（4 4）影响配合性质）影响配合性质 影影响响配配合合性性质质最最主主要要因因素素是是表表面面粗粗糙糙度度

9、。对对于于间间隙隙配配合合，经经初初期期磨磨损损后后，间间隙隙会会有有所所增增大大，严严重重时时会会影影响响密密封封性性能能或或导导向向精精度度；对对于于过过盈盈配配合合，使使计计算算所所得得过过盈盈量量与与实实际际过过盈盈量量有有所所不不同同，成成为为过过渡渡(gud)(gud)配配合合甚甚至至间间隙隙配配合合，从从而而可可能能影影响响过过盈盈配配合合的的连接强度。连接强度。此此外外，加加工工表表面面质质量量对对运运动动(yndng)(yndng)平平稳稳性性和和噪噪音音等等也有影响。也有影响。第6页/共86页第七页，共86页。加加工工误误差差与与原原始始(yunsh)(yunsh)误误差差

10、 机机械械加加工工工工艺艺系系统统的的概概念念 加加工工误误差差加加工工后后每每个个零零件件在在尺尺寸寸、形形状状、位位置置方方面面与与 理想零件的差值。理想零件的差值。（几何参数的偏差）（几何参数的偏差）6.2 机械加工精度机械加工精度(jn d)的影响因素及其控制的影响因素及其控制 原始误差原始误差由于机床、刀具、量具、夹具和工件组成的由于机床、刀具、量具、夹具和工件组成的 工艺系统造成工艺系统造成(zo chn)(zo chn)加工误差的因素。加工误差的因素。误差分误差分类类原始误差：原始误差：统计误差：统计误差：从影响零件加工精度的本质上分从影响零件加工精度的本质上分（单因素）（单因素

11、）从性质上分从性质上分（多因素）（多因素）第7页/共86页第八页，共86页。原原 始始 误误 差差原原 有有 误误 差差 机床机床 夹具夹具(制造误差制造误差)刀具刀具(制造、安装制造、安装)工件工件(毛坯毛坯)工艺系统静误差工艺系统静误差加工过程中产生的误差加工过程中产生的误差受力变形受力变形 热变形热变形 工艺系统磨损工艺系统磨损 残余应力变形残余应力变形工件装夹误差（定位、夹紧工件装夹误差（定位、夹紧(ji jn)(ji jn)）除此外：对定、）除此外：对定、过程过程调整误差调整误差 （更换工件（更换工件(gngjin)(gngjin)、刀具、夹具、量具时进行、刀具、夹具、量具时进行调整

12、）调整）测量误差测量误差 （测量方法和量具（测量方法和量具(lingj)(lingj)误差）误差）原理误差原理误差（渐开线齿轮、数控插补、英制螺纹）（渐开线齿轮、数控插补、英制螺纹）6.2.3 受力、热、受力、热、磨损、残余应力磨损、残余应力6.2 机床几何误差机床几何误差原始误差概念原始误差概念第8页/共86页第九页，共86页。分析原有误差分析原有误差(wch)对零件加工精度的影响及控制：对零件加工精度的影响及控制：误差误差(wch)敏感方向：加工表面法向敏感方向：加工表面法向原始误差原始误差(wch)所引起所引起的加工误差的加工误差(wch)最大最大误差敏感误差敏感方向方向误差非敏感误差非

13、敏感方方向向 误误 差差(wch)(wch)的性质的性质 6.3 加工加工(ji gng)误差的误差的 统计分析统计分析常值常值变值变值随机性误差随机性误差系统性误差系统性误差统计误差概念统计误差概念ZX12f yXY x RxRx RyRy第9页/共86页第十页，共86页。工艺系统原有误差对加工精度工艺系统原有误差对加工精度(jn d)的影响与控制的影响与控制一、影响尺寸精度的主要一、影响尺寸精度的主要(zhyo)因素与控制因素与控制改善改善(gishn)测量方法；提高测量精度（激光测测量方法；提高测量精度（激光测距、距、非接触式测量、激光干涉仪、光删尺）非接触式测量、激光干涉仪、光删尺）式

14、中，式中，L 为跃进距离；为跃进距离；G为工作台重量；为工作台重量；0，分别为静、动摩擦系数；分别为静、动摩擦系数；K 为机构传动刚度。为机构传动刚度。改进工艺方法改进工艺方法（精车、精磨、研磨）（精车、精磨、研磨）减小刀具或磨粒的刃口钝圆半径减小刀具或磨粒的刃口钝圆半径re。(1/3-1/10)e试切测量精度：试切测量精度：微量进给精度：微量进给精度：控制刀具或工件控制刀具或工件微量进给（会出微量进给（会出现：爬行现象）现：爬行现象）微薄切削层的极限厚度：微薄切削层的极限厚度：定位调整精度定位调整精度:(a)减少定位误差；减少定位误差；(b)提高进给重复定位精度提高进给重复定位精度;(c)提

15、高对尺寸提高对尺寸分布中心判断的准确性分布中心判断的准确性第10页/共86页第十一页，共86页。二、影响位置二、影响位置(wi zhi)(wi zhi)精度的主要因素与精度的主要因素与控制控制刀具切削成形面刀具切削成形面刀具切削成形面刀具切削成形面 相互重（接）合的表面之间相互重（接）合的表面之间 有精度关系的表面之间有精度关系的表面之间工件加工面工件加工面工件加工面工件加工面位置精度要求位置精度要求机床几何精机床几何精度度采用成形运动法时，位置精度的获得与装夹方式采用成形运动法时，位置精度的获得与装夹方式(fngsh)有关有关结论：影响位置精度的是机床结论：影响位置精度的是机床(jchung

16、)几何精度几何精度一次装夹：一次装夹：如在龙门铣床、加工中心上加工箱体零件如在龙门铣床、加工中心上加工箱体零件第11页/共86页第十二页，共86页。如用外圆定位如用外圆定位(dngwi)(dngwi)在车床上加工齿轮内孔后，再在插床上在车床上加工齿轮内孔后，再在插床上加工键槽加工键槽工件工件(gngjin)基准面基准面机床安装面机床安装面工件工件(gngjin)加工面加工面刀具切削成形面刀具切削成形面位置精度要求位置精度要求刀具切削成形面刀具切削成形面工件加工面工件加工面位置精度要求位置精度要求机床几何精度机床几何精度机床几何精度机床几何精度结论：影响位置精度的是结论：影响位置精度的是机床几何

17、精度机床几何精度直接装夹直接装夹第12页/共86页第十三页，共86页。夹具夹具(jij)(jij)装装夹夹非成形运动非成形运动(yndng)法：检测精度法：检测精度 工件基准面工件基准面机床安装面机床安装面刀具切削成形面刀具切削成形面工件加工面工件加工面位置精度要求位置精度要求机床几何精度机床几何精度夹具安装面夹具安装面对刀导引精度对刀导引精度（找正精度）（找正精度）夹具定位面夹具定位面夹具安装精度夹具安装精度夹具制造精度夹具制造精度装夹精度装夹精度刀具切削成形面刀具切削成形面工件加工面工件加工面位置精度要求位置精度要求机床几何精度机床几何精度对刀导引精度对刀导引精度（找正精度）（找正精度）结

18、论：影响位置精度结论：影响位置精度(jn d)的是对刀导引精度的是对刀导引精度(jn d)、装夹精度、装夹精度(jn d)第13页/共86页第十四页，共86页。三、影响形状三、影响形状(xngzhun)(xngzhun)精度的主要因素与控制精度的主要因素与控制 基本成形运动基本成形运动 （回转、直线）（回转、直线）成形运动法成形运动法 相互位置关系相互位置关系 （几何关系）（几何关系）均准确均准确保证形状精度保证形状精度 (针对于机床针对于机床)速度关系速度关系 （运动关系）（运动关系）的条件的条件（怎样保证）（怎样保证）非成形运动法非成形运动法 足够的检测精度足够的检测精度 (机床无法满足机

19、床无法满足)第14页/共86页第十五页，共86页。机机床床的的制制造造误误差差、安安装装(nzhung)(nzhung)误误差差以以及及在在使使用用过过程程中中精精度度保保持持性性被被破破坏坏等等原原因因，都都将将会会产产生生机机床床几几何何误误差差，进进而而引起机械加工误差。引起机械加工误差。6.2.3 机床几何误差及其对加工机床几何误差及其对加工(ji gng)精度的影响与精度的影响与控制控制机床几何精度机床几何精度回转运动精度回转运动精度直线运动精度直线运动精度成形运动之间的位置精度成形运动之间的位置精度传动（速度关系）精度传动（速度关系）精度会对零件的加工精度造成会对零件的加工精度造成

20、影响：主要影响：主要(zhyo)指形指形状精度状精度运动本身及相运动本身及相互关系均要准互关系均要准确，否则确，否则第15页/共86页第十六页，共86页。1.回转运动回转运动(yndng)精度精度 主要取决于机床主轴的回转精度主要取决于机床主轴的回转精度 主轴回转误差的形式主轴回转误差的形式 机床主轴回转精度的高低机床主轴回转精度的高低主要以在规定测量截面内主轴主要以在规定测量截面内主轴一转或数转内诸瞬时回转中心一转或数转内诸瞬时回转中心的平均位置的变化范围来衡量。的平均位置的变化范围来衡量。瞬时回转中心瞬时回转中心第16页/共86页第十七页，共86页。如是滚动轴承：如是滚动轴承：车、铣床影响

21、车、铣床影响(yngxing)零零件加工精度的件加工精度的主要因素是什主要因素是什么？么？影响影响(yngxing)(yngxing)主轴回转精度的主要因素主轴回转精度的主要因素（1 1）径向）径向(jn(jn xin)xin)跳动跳动 以滑动轴承为例以滑动轴承为例 车车床床：主主轴轴受受力力方方向向不不变变，故故轴轴径径形形状状精精度度对对零零件件加加工工精精度度影影响响最最大大 ；轴轴孔孔、前前后后轴轴径径及及轴轴承承孔孔的的同同轴轴度度、配配合合精精度度、装装配配精精度度等等也也有有影影响响。结结论论：零零件加工后的形状精度与轴颈（圆度）一致。件加工后的形状精度与轴颈（圆度）一致。镗床：

22、镗床：主轴受力方向不断改变，故主要取决于主轴受力方向不断改变，故主要取决于主轴轴承孔主轴轴承孔的形状精度。的形状精度。结论：结论：零件加工后的形状精度（圆度）与轴承孔（圆度）一致。零件加工后的形状精度（圆度）与轴承孔（圆度）一致。第17页/共86页第十八页，共86页。（2）轴向窜动）轴向窜动 滑滑动动轴轴承承(zhuchng)主主轴轴的的轴轴向向窜窜动动量量取取决决于于止止推推（承承载载）轴轴承承(zhuchng)副副中中端端面与主轴轴线垂直度较高者面与主轴轴线垂直度较高者 影响影响滚动轴承主轴滚动轴承主轴轴向窜动的主要因素有：轴向窜动的主要因素有：滚道与轴线的垂直度滚道与轴线的垂直度 滚动体

23、形状误差（轴向间隙变化）滚动体形状误差（轴向间隙变化）尺寸一致性（承载不均而降低刚度）尺寸一致性（承载不均而降低刚度）主轴轴向窜动将会造成什么加工主轴轴向窜动将会造成什么加工(ji gng)误差？（提示：加工误差？（提示：加工(ji gng)表面）表面）第18页/共86页第十九页，共86页。（3 3）角度）角度(jiod)(jiod)摆动摆动 提高回转运动精度的措施提高回转运动精度的措施 用用精密滚动轴承精密滚动轴承并加并加预载，消除间隙、提高刚度预载，消除间隙、提高刚度 提高主轴回转精度提高主轴回转精度 改进改进滑动轴承滑动轴承结构结构 短三瓦自位轴承短三瓦自位轴承.ppt.ppt 用用液、

24、气静压轴承液、气静压轴承，刚度高、精度高、工艺性好，刚度高、精度高、工艺性好 保证工件回转精度保证工件回转精度不仅影响不仅影响(yngxing)(yngxing)圆度，而且影响圆度，而且影响(yngxing)(yngxing)圆柱度圆柱度固定顶尖定位，修磨顶尖孔；采用无心磨加工无固定顶尖定位，修磨顶尖孔；采用无心磨加工无心磨削心磨削(m xio)(m xio)原理原理.ppt.ppt主要取决于主轴前后支承跳动（跳动量、相位等）的综合影响主要取决于主轴前后支承跳动（跳动量、相位等）的综合影响第19页/共86页第二十页，共86页。2.直线运动精度直线运动精度(jn d)主要取决于机床导轨的导向精度

25、主要取决于机床导轨的导向精度(jn d)，也和导轨装配质量和，也和导轨装配质量和不均匀磨损有关。不均匀磨损有关。导轨在导轨在水平面内水平面内的直线度的直线度导轨在导轨在铅垂面内铅垂面内的直线度的直线度双导轨间双导轨间在铅垂方向在铅垂方向的平行度的平行度以以车床车床为例，为例，导轨误差导轨误差可能引起工件的可能引起工件的截面尺寸截面尺寸变化，且影响变化，且影响轴向形状轴向形状：误差敏感方向误差敏感方向可忽略不计可忽略不计第20页/共86页第二十一页，共86页。提高提高(t go)导轨直线运动精度的措施导轨直线运动精度的措施合理的导轨形状和组合形式合理的导轨形状和组合形式改善制造精度、接触精度和精

26、度保持性改善制造精度、接触精度和精度保持性采用静压导轨（液、气体）采用静压导轨（液、气体）90o 双三角导轨，适当加长工作台双三角导轨，适当加长工作台配磨、刮研，耐磨损配磨、刮研，耐磨损均化作用，防磨损均化作用，防磨损直线电机驱动液体静压导直线电机驱动液体静压导轨（轨（350UPL）Nanotech 350UPL 是单点金刚是单点金刚石切削（石切削（SPDT）加工的极品）加工的极品 HIT-1型超精密机床局部图型超精密机床局部图第21页/共86页第二十二页，共86页。3.成形运动间位置成形运动间位置(wi zhi)关系精度关系精度 圆柱面成圆柱面成为双曲面为双曲面平面成为平面成为内凹或外凸内凹

27、或外凸圆柱面成为圆柱面成为圆锥面圆锥面车削时：车削时：刀具直线运动与工件回刀具直线运动与工件回转轴线转轴线不垂直不垂直刀具与工件回转轴线在刀具与工件回转轴线在空间交错空间交错不平行不平行刀具直线运动与工件回刀具直线运动与工件回转轴线在转轴线在zx（水平面内）（水平面内）面内不平行面内不平行d-d相互位置关系精度将直接影响工件相互位置关系精度将直接影响工件(gngjin)的的形状精度形状精度第22页/共86页第二十三页，共86页。镗削时：镗削时：若工件直线进给运动若工件直线进给运动(yndng)(yndng)与镗杆回转轴线不平与镗杆回转轴线不平行行铣削时：铣削时：若端铣刀回转轴线与工作台直线进给

28、运动不垂直若端铣刀回转轴线与工作台直线进给运动不垂直移位移位(y wi)加工可使误差从加工可使误差从 减小减小至至移位方向移位方向圆孔成为椭圆孔圆孔成为椭圆孔平面下凹平面下凹第23页/共86页第二十四页，共86页。光学零件超精密磨削工艺光学零件超精密磨削工艺(gngy)中，中心高位置对零件加工精度的影响。中，中心高位置对零件加工精度的影响。对零件形状精度的影响对零件形状精度的影响第24页/共86页第二十五页，共86页。金刚石砂轮金刚石砂轮(shln)修整装置修整装置非球曲面加工非球曲面加工(ji gng)后照片后照片金刚石砂轮金刚石砂轮(shln)修整照片修整照片(a)修整前修整前(b)修整后

29、修整后第25页/共86页第二十六页，共86页。提高提高(t go)(t go)相互位置关系精度的措施相互位置关系精度的措施Tetraform C 使用几何使用几何(j h)(j h)精度高的机床（决定因素）精度高的机床（决定因素）保证保证(bozhng)(bozhng)高精度的零部件制造、总装调试高精度的零部件制造、总装调试和维修和维修误差误差检测与补偿检测与补偿（在已有机床上进行）（在已有机床上进行）第26页/共86页第二十七页，共86页。4.成形运动成形运动(yndng)间速度关系精度间速度关系精度 -车、磨螺纹以及滚齿、插齿、磨齿等加工，要求各成形运动车、磨螺纹以及滚齿、插齿、磨齿等加工

30、，要求各成形运动(yndng)之间具有准确的速度关系。之间具有准确的速度关系。滚齿机滚齿机刀具与工件间刀具与工件间的运动关系的运动关系第27页/共86页第二十八页，共86页。提高成形运动速度关系精度的措施提高成形运动速度关系精度的措施 尽量减少传动件数目，缩短传动链长度尽量减少传动件数目，缩短传动链长度（最好（最好1 1个）个）采用降速传动链采用降速传动链 保证高精度的保证高精度的传动零部件制造、总装调试和维修传动零部件制造、总装调试和维修 传动误差检测与补偿传动误差检测与补偿(大小相等、方向相反的误差大小相等、方向相反的误差)影响影响(yngxing)速度关系精度的因素速度关系精度的因素 机

31、床传动链中各传动元件的制造误差、装配误差以及磨机床传动链中各传动元件的制造误差、装配误差以及磨损等，都会破坏正确的运动关系，造成工件和刀具运动相对损等，都会破坏正确的运动关系，造成工件和刀具运动相对速度的不准确，从而产生加工误差。速度的不准确，从而产生加工误差。在降速链中的低速传动件误差的影响在降速链中的低速传动件误差的影响(yngxing)最大。最大。第28页/共86页第二十九页，共86页。6.2.3 加工过程中其它因素对加工精度的影响加工过程中其它因素对加工精度的影响(yngxing)与控与控制制1.工艺系统受力变形工艺系统受力变形(bin xng)的影响与控制的影响与控制 工艺工艺(gn

32、gy)系系统受力统受力破坏成形运动精度破坏成形运动精度引起加工误差引起加工误差加工时工件或夹具变形，加工后产生误差加工时工件或夹具变形，加工后产生误差单爪拨动，使受力方向改变，瞬时回转中心变动单爪拨动，使受力方向改变，瞬时回转中心变动运动部件自重引起结构件变形且随运动而不断变化运动部件自重引起结构件变形且随运动而不断变化（龙门机（龙门机床、床、KDP超精密加工机床）超精密加工机床）高速运动过程中由于质量不均引起有关环节变形高速运动过程中由于质量不均引起有关环节变形接触变形造成测量误差接触变形造成测量误差（非接触测量）（非接触测量）夹紧力夹紧力拨动力拨动力重力重力惯性惯性力力测量力测量力切削力切

33、削力力的变化使工艺系统产生复杂变形力的变化使工艺系统产生复杂变形（细长轴）（细长轴）第29页/共86页第三十页，共86页。控制控制(kngzh)(kngzh)或减少工艺系统受力变或减少工艺系统受力变形的措施形的措施 有效有效(yuxio)减小（切削力）减小（切削力）（消极方法，超精加工中出现）（消极方法，超精加工中出现）根据变形规律，预置系统根据变形规律，预置系统(xtng)的反变形（重力）的反变形（重力）；调刀；调刀量调整量调整恒力测量装置恒力测量装置（测量力）（测量力）；相对测量，对比抵消；相对测量，对比抵消变形的影响变形的影响减小切削用减小切削用量量补偿部件变形补偿部件变形恒定测量力恒定

34、测量力提高提高系统刚系统刚度度有效地提高工艺系统有效地提高工艺系统抵抗受力变形抵抗受力变形的能力的能力本节重本节重点积极点积极方法方法找引起工件产生找引起工件产生误差原因误差原因提出改进性措施提出改进性措施提高零件的加提高零件的加工精度工精度第30页/共86页第三十一页，共86页。工艺系统刚度工艺系统刚度 工艺系统在受力时工艺系统在受力时抵抗变形的能力抵抗变形的能力工艺系统工艺系统变形变形的特点的特点在加工误差在加工误差敏感方向敏感方向对加工精度影响最对加工精度影响最大大与与受力的大小受力的大小往往并不呈现线性关系往往并不呈现线性关系工艺系统刚度工艺系统刚度Ks：加工误差敏感方向加工误差敏感方

35、向上工艺系统受力上工艺系统受力Fn 与变形量（或位移量）与变形量（或位移量）之比之比即即第31页/共86页第三十二页，共86页。工艺系统刚度与加工精度工艺系统刚度与加工精度(jn d)(jn d)的关的关系系 系统各部刚度不等时在切削力作用下产生的加工系统各部刚度不等时在切削力作用下产生的加工(ji gng)误差误差车外圆车外圆可推导可推导(tudo)出出式中式中KH、KT、KB 分别为机床分别为机床床头、尾座及刀架床头、尾座及刀架部件的实测平均刚度部件的实测平均刚度 E 工件材料的弹性模量工件材料的弹性模量 J 工件截面惯性矩工件截面惯性矩第32页/共86页第三十三页，共86页。简简 化化

36、公公 式式当机床刚度远大于工件刚度时当机床刚度远大于工件刚度时当工件刚度很高时当工件刚度很高时*车刀在尾座处时，车刀在尾座处时，Z=L*车刀在床头处时，车刀在床头处时，Z=0车刀在工件中间时，车刀在工件中间时，Z=L/2细长轴细长轴（腰鼓）（腰鼓）KHKTK工工短粗轴短粗轴（马鞍）（马鞍）K工工KH KT第33页/共86页第三十四页，共86页。切削力变化对加工精度切削力变化对加工精度(jn d)(jn d)的影响的影响原因：原因：切削余量不均切削余量不均(b jn)；工件材质变化等；工件材质变化等结果：结果：形状误差，尺寸分散形状误差，尺寸分散误差复映现象误差复映现象 工件加工前的误差工件加工

37、前的误差B 以类似以类似的形式反映到加工后的工件上去，的形式反映到加工后的工件上去，造成加工后的误差造成加工后的误差W。误差复映系数误差复映系数 式中式中CFp 径向切削力系数径向切削力系数 f 进给量进给量 YFp 进给量对切削力影响指数进给量对切削力影响指数第34页/共86页第三十五页，共86页。减少误差复映的主要措施减少误差复映的主要措施 多次走刀多次走刀 提高工艺系统刚度提高工艺系统刚度提高提高(t go)工艺系统刚度的主要措施工艺系统刚度的主要措施 提高提高工件在加工时的刚度工件在加工时的刚度或或减小其变形减小其变形 合理选择工件的合理选择工件的加工和装夹加工和装夹方式方式薄壁件均匀

38、夹紧薄壁件均匀夹紧；细长件细长件用中心架、跟刀架或反向进给切削用中心架、跟刀架或反向进给切削 提高刀具在加工时的刚度提高刀具在加工时的刚度 改善刀具材料、结构；热处理；钻套、镗套；对称刃口抵消切改善刀具材料、结构；热处理；钻套、镗套；对称刃口抵消切削分力削分力 提高机床及夹具的刚度提高机床及夹具的刚度 合理设计结构，刚度平衡合理设计结构，刚度平衡；尽量减少零件数，提高接合面形状尽量减少零件数，提高接合面形状精度，降低表面粗糙度值，减少接触变形精度，降低表面粗糙度值，减少接触变形；可靠预紧可靠预紧求法求法？第35页/共86页第三十六页，共86页。2.工艺工艺(gngy)系统热变形的影响与控制系统

39、热变形的影响与控制热源热源内部热源内部热源外部热源外部热源摩擦热摩擦热 （运动副）（运动副）转化热转化热 （电动机，动力能耗）（电动机，动力能耗）加工热加工热 （切削热、磨削热）（切削热、磨削热）（薄片类零件）（薄片类零件）环境温度环境温度 （室温、地基温度）（室温、地基温度）辐射热辐射热 （阳光、取暖设备、人体）（阳光、取暖设备、人体）热变形对加工精度的影响热变形对加工精度的影响 （特别是（特别是精密件、大型件精密件、大型件的加工）的加工）机床：破坏原有的冷态几何精度，造成加工误差机床：破坏原有的冷态几何精度，造成加工误差（大机床、日俄）（大机床、日俄）工件：冷却后尺寸改变；局部受热不均而变

40、形工件：冷却后尺寸改变；局部受热不均而变形（大零件如导轨）（大零件如导轨）刀具：加工过程中热伸长引起加工尺寸变化刀具：加工过程中热伸长引起加工尺寸变化精密加工时也要考虑夹具、量具热变形带来的误差精密加工时也要考虑夹具、量具热变形带来的误差第36页/共86页第三十七页，共86页。控制热变形控制热变形(bin xng)的主要措施的主要措施减少热量产生和传入减少热量产生和传入 正确使用刀（磨）具、切（磨）削用量；及时正确使用刀（磨）具、切（磨）削用量；及时(jsh)刃磨或修整刃具；刃磨或修整刃具；电机外置、油箱外置（二次电机外置、油箱外置（二次 热源）；防晒热源）；防晒加强散热能力加强散热能力(nn

41、gl)高效冷却（喷雾冷却、润滑油冷冻降温，液氮，高效冷却（喷雾冷却、润滑油冷冻降温，液氮，采用冰研磨）采用冰研磨）均恒温度场均恒温度场 采用热对称和热补偿结构；恒温间采用热对称和热补偿结构；恒温间（德国）（德国）；机床预热机床预热（长春）。（长春）。改进设计改进设计 有限元分析、结构优化、有限元分析、结构优化、CAD超精密加工过程中，其它误差的影响因素也非常的重要超精密加工过程中，其它误差的影响因素也非常的重要除了前面分析的所有因素之外除了前面分析的所有因素之外（环境控制：恒温、恒湿、超净、隔振）（环境控制：恒温、恒湿、超净、隔振）第37页/共86页第三十八页，共86页。6.2.3 工艺系统工

42、艺系统(xtng)磨损的影响与控制磨损的影响与控制减少系统磨损的主要措施减少系统磨损的主要措施合理设计机床结构合理设计机床结构 静压结构静压结构（无磨损）（无磨损），易损表面防护，易损表面防护提高零部件耐磨性提高零部件耐磨性 耐磨材料（合金铸铁、镶钢、贴塑），热处理耐磨材料（合金铸铁、镶钢、贴塑），热处理 合理润滑，及时更换已磨损件合理润滑，及时更换已磨损件正确使用刀具正确使用刀具 刀具材料（陶瓷、金刚石），刀具参数刀具材料（陶瓷、金刚石），刀具参数 切削用量（尤其是切削用量（尤其是V），），刃口形式（宽刃）刃口形式（宽刃）冷却润滑冷却润滑系统磨损对加工精度的影响系统磨损对加工精度的影响机床零

43、部件机床零部件 破坏原有成形运动精度造成工件的形状和位置误差破坏原有成形运动精度造成工件的形状和位置误差夹具夹具 带来装夹误差、对刀导引误差带来装夹误差、对刀导引误差刀具和磨具刀具和磨具 使批生产工件尺寸的分散性增大使批生产工件尺寸的分散性增大 造成尺寸和形状误差（大零件、成形刀具加工）造成尺寸和形状误差（大零件、成形刀具加工）量具量具 引起测量误差引起测量误差第38页/共86页第三十九页，共86页。6.2.4 工件残余应力工件残余应力(yngl)的影响与控制的影响与控制工件的残余应力工件的残余应力(yngl)：当外部载荷去除以后，仍残存在工件内部的应力：当外部载荷去除以后，仍残存在工件内部的

44、应力(yngl)残余应力残余应力(yngl)的产生的产生机加力和热机加力和热 表层塑变（晶格扭曲、表层塑变（晶格扭曲、拉长、比容增大）拉长、比容增大）毛坯制造毛坯制造冷却快受压（残余压应力）冷却快受压（残余压应力）慢者受拉（残余拉应力）慢者受拉（残余拉应力）（详细之：（详细之：620）冷校直冷校直 局部塑变局部塑变（丝杠严禁之）（丝杠严禁之）第39页/共86页第四十页，共86页。减少或消除残余应力减少或消除残余应力(yngl)(yngl)的主要措施的主要措施合理设计合理设计(shj)零件结零件结构构时效处理时效处理自然自然(zrn)时时效效大件在室外搁置数天、月大件在室外搁置数天、月小件在车间

45、搁置数小时（粗、精加工之间）小件在车间搁置数小时（粗、精加工之间）结构对称，结构对称，壁厚均匀壁厚均匀，减小尺寸差，减小尺寸差人工时效人工时效铸、锻、焊件在机械加工前的退火、回火铸、锻、焊件在机械加工前的退火、回火精度稳定性要求高的零件，淬火后进行冰冷处理精度稳定性要求高的零件，淬火后进行冰冷处理振动时效（激振、敲打）振动时效（激振、敲打）减少加工塑变减少加工塑变减少加工热；精度高的细长工件，不得冷校直减少加工热；精度高的细长工件，不得冷校直 加大余量、多次切削，热校直加大余量、多次切削，热校直第40页/共86页第四十一页，共86页。6.3 加工加工(ji gng)误差的统计分析误差的统计分析

46、目的目的(md)：区区分分成成批批生生产产中中不不同同性性质质(xngzh)的的加加工工误误差差，确确定定系系统统误误差差的的数数值值和和随随机机误误差差的的范范围围，从从而而找找出出造造成成加加工工误误差差的的主主要要因因素素以以 便便 采采 取取 相相 应应 的的 措措 施施，提提 高高 零零 件件 的的 加加 工工 精精 度度系统误差系统误差在在相相同同的的工工艺艺条条件件下下加加工工 一一批批工工件件，所所产产生生的的大大小小和和方方向向不不变变（常常值值），或或按按加加工工顺顺序序有有规规律律的的变变化化（变变值值）的的加加工工误误差差随机误差随机误差在相同的工艺条件下加工在相同的工

47、艺条件下加工一批工件一批工件，所产生的大小和，所产生的大小和方向不同，且无规律变化的加工误差方向不同，且无规律变化的加工误差6.3.1 加工误差的统计性质加工误差的统计性质 第41页/共86页第四十二页，共86页。6.3.2 机械加工误差的分布机械加工误差的分布(fnb)规律规律正态分布正态分布调整法加工时没有某种优势调整法加工时没有某种优势(yush)因素的影响因素的影响平顶平顶(pn dn)分布分布加工过程中有加工过程中有显著的变值系统误差显著的变值系统误差，如，如刀具磨损刀具磨损双峰分布双峰分布两台机床加工，机床精度不同，刀具调整尺寸不一致两台机床加工，机床精度不同，刀具调整尺寸不一致偏

48、态分布偏态分布加工过程受到人为干预，如试切法加工时的加工过程受到人为干预，如试切法加工时的保全心理，保全心理，最终形成可修废品。最终形成可修废品。第42页/共86页第四十三页，共86页。6.3.3 加工误差加工误差(wch)的统计分析方法的统计分析方法统计分析方法统计分析方法点图法点图法分布图法分布图法一、一、分布图法分布图法 通过测量通过测量一批零件加工后的实际尺寸一批零件加工后的实际尺寸，做出尺寸分布曲线，然后，做出尺寸分布曲线，然后按照此曲线来判断该加工方法所产生的加工误差。按照此曲线来判断该加工方法所产生的加工误差。一般情况下，调整法加工后的零件一般情况下，调整法加工后的零件尺寸服从正

49、态分布。其概率密度函数为：尺寸服从正态分布。其概率密度函数为：第43页/共86页第四十四页，共86页。3 原则原则 正态分布的随机变量的分散正态分布的随机变量的分散(fnsn)范围是范围是 3 6 的大小的大小(dxio)代表了某种加工方法在一定条件下所能达到的加工精度代表了某种加工方法在一定条件下所能达到的加工精度一般情况下，有一般情况下，有正态分布函数为：正态分布函数为：令：令：则有则有一、一、分布图法分布图法第44页/共86页第四十五页，共86页。平均平均(pngjn)尺寸尺寸常值系统误差常值系统误差随机误差随机误差对一批零件对一批零件(ln jin)(ln jin)实验分布曲线实验分布

50、曲线与与正态分布曲线正态分布曲线相符合相符合任一零件，均可表示为：任一零件，均可表示为：基本基本(jbn)尺寸尺寸xM（理想公差带（理想公差带中心）中心）一、一、分布图法分布图法第45页/共86页第四十六页，共86页。分布曲线分布曲线(qxin)的用途的用途 分析系统误差的大小和方向分析系统误差的大小和方向 轴和孔的平均尺寸轴和孔的平均尺寸(ch cun)(ch cun)与与xMxM相比，相比，s=0.005mm s=0.005mm分析分析(fnx)(fnx)随机误差因素对加工精度的影响随机误差因素对加工精度的影响 R=6 R=6=0.015mm=0.015mm（正态）（正态）分析各误差范围内