機械加工精度ppt

1、機械制造技術02教學課件下載-樣章.ppt第11章 機械加工誤差 保證機械產(chǎn)品質(zhì)量，是機械制造者的首要任務，任何機械產(chǎn)品都是由若干相互關聯(lián)的零件裝配而成的。因此，零件的制造質(zhì)量是保證產(chǎn)品質(zhì)量的基礎。零件的質(zhì)量直接影響著產(chǎn)品的性能、壽命、效率、可靠性等質(zhì)量指標，而零件的制造質(zhì)量，是依靠零件的毛坯制造方法、機械加工、熱處理以及表面處理等工藝來保證的。因此，在零件制造的各個環(huán)節(jié)中，應當始終貫徹“質(zhì)量第一”的思想，以確保產(chǎn)品的質(zhì)量。本章主要討論零件機械加工精度及表面質(zhì)量問題。13-1機械加工精度概述一.加工精度與加工誤差 加工精度：指零件經(jīng)機械加工后，其幾何參數(shù)（尺寸、形狀、表面相互質(zhì)量）的實際值與理

2、論值的符合程度。 加工誤差：指零件經(jīng)機械加工后，其幾何參數(shù)（尺寸、形狀、表面相互質(zhì)量）的實際值與理論值之差。二.尺寸、形狀、和相互位置精度的關系 零件的的加工精度包括：尺寸精度、形狀精度尺寸精度、形狀精度和相互位置精度和相互位置精度，三者之間是既有區(qū)別又有聯(lián)系的。通常，形狀公差應限制在位置公差之內(nèi)，而位置誤差又要限制在尺寸公差之內(nèi)。例如，為保證軸頸的直徑尺寸精度，則軸頸的圓度誤差不應超出直徑的尺寸公差。當尺寸精度要求高時，相應的位置、形狀精度也要求高。但形狀精度要求高時，相應的位置精度和尺寸精度有時不一定要求高，這要根據(jù)零件的功能要求來決定。三.獲得加工精度的方法 1.獲得尺寸精度的方法獲得尺

3、寸精度的方法 （1）試切法 （2）調(diào)整法 （3）定尺寸刀具法 （4）自動控制法 試切法: 就是通過試切、測量、調(diào)整、再試切，反復進行到被加工尺寸達到要求為止的加工方法。這種方法的效率低，操作者的技術水平要求高，主要適用于單件、小批生產(chǎn)。（動畫演示） 調(diào)整法 先調(diào)整好刀具和工件在機床上的相對位置，并在一批零件的加工過程中保持這個位置不變，以保證被加工尺寸的方法。調(diào)整法廣泛用于各類半自動、自動機床和自動線上，適用于成批、大量的生產(chǎn)。 定尺寸刀具法: 用刀具的相應尺寸來保證工件被加工部位尺寸的方法，如鉸孔、拉孔和攻螺紋等。這種方法的加工精度，主要決定于刀具的制造、刃磨質(zhì)量和切削用量。其優(yōu)點是生產(chǎn)率較

4、高，但刀具制造較復雜，常用于孔、螺紋和成形表面的加工。 自動控制法: 這種方法是用度量裝置、進給機構(gòu)和控制系統(tǒng)構(gòu)成加工過程的自動循環(huán)，即自動完成加工中的切削、度量、補償調(diào)整等一系列的工作，當工件達到要求的尺寸時，機床自動退刀,停止加工。2.獲得形狀精度的方法獲得形狀精度的方法成形刀具法:加工精度主要取決于刀刃的形狀精度軌跡法:加工精度則與機床的精度關系密切。例如，車削圓柱類零件時，其圓度、圓柱度等形狀精度，主要決定于主軸的回轉(zhuǎn)精度、導軌的導向精度以及主軸回轉(zhuǎn)軸心線與導軌之間的相互位置精度展成法:常用于各種齒輪加工，其形狀精度與刀具精度以及機床傳動精度有關3.獲得相互位置精度的方法獲得相互位置精

5、度的方法 零件的相互位置精度，主要由機床精度、夾具精度和工件的裝夾精度來保證。例如，在平面上鉆孔，孔中心線對平面的垂直度，取決于鉆頭進給方向與工作臺或夾具定位面的垂直度。 13-2影響加工精度的因素 機械加工中零件的尺寸、形狀和相互位置誤差，主要是由于工件與刀具在切削運動中相互位置發(fā)生了變動而造成的。 由于工件和刀具安裝在夾具和機床上，因此，機床、夾具、刀具和工件構(gòu)成了一個完整的工藝系統(tǒng)。 工藝系統(tǒng)中的種種誤差，是造成零件加工誤差的根源，故稱之為原始誤差。 加工中可能出現(xiàn)的原始誤差，可列舉如 下圖 機械加工原始誤差原理誤差工件裝夾誤差機床誤差夾具誤差刀具誤差調(diào)整誤差工藝系統(tǒng)熱變形刀具磨損工件內(nèi)

6、應力引起的變形度量誤差一.原理誤差 原理誤差是由于采用了近似的成形運動或刀刃形狀而產(chǎn)生的。例如，滾切漸開線齒形就存在兩項原理誤差:一是為便于制造，用阿基米德基本蝸桿或法向直廓基本蝸桿，來代替漸開線基本蝸桿而產(chǎn)生的誤差；另一個是由于滾刀刀刃數(shù)有限，滾切出的齒形不是連續(xù)光滑的漸開線，而是由若干短線組成的折線。又如在加工正弦曲線的內(nèi)曲面時，用曲柄滑塊機構(gòu)來獲得近似的正弦曲線，也存在原理誤差。 理論上應當采用理想的加工原理，來獲得精確的加工表面。但在生產(chǎn)中這樣做有時會使機床的結(jié)構(gòu)復雜，難以保證機床的剛度和精度，或者使刀刃的輪廓不易制造或精度很低。這樣不僅不能保證加工精度，甚至還會降低加工效率。這時如采

7、用近似的加工方法，往往可以簡化機床結(jié)構(gòu)和刀具的形狀，并能提高生產(chǎn)率，降低加工成本，因此，只要能把加工誤差限制在規(guī)定的范圍內(nèi)（一般，原理誤差應小于工件公差值的10%15%），可以采用近似的加工方法。 二.機床誤差 機床誤差是由機床的制造誤差、安裝誤差和使用中的磨損引起的。對加工精度影響較大的有： 主軸回轉(zhuǎn)誤差導軌誤差 傳動鏈誤差一. 主軸回轉(zhuǎn)誤差 機床主軸是決定工件或刀具位置的重要部件，對主軸的精度要求最主要的就是主軸回轉(zhuǎn)精度（機床主軸回轉(zhuǎn)時能保持軸線的位置穩(wěn)定不變的程度。），即要求主軸回轉(zhuǎn)時能保持軸線的位置穩(wěn)定不變。主軸回轉(zhuǎn)誤差直接影響被加工零件的形狀、位置精度和表面粗糙度。 由于主軸系統(tǒng)自身

8、存在著各種誤差，如主軸軸頸和軸承座孔的誤差；滾動軸承的內(nèi)環(huán)、外環(huán)和滾動體的誤差；回轉(zhuǎn)過程中各種靜、動態(tài)因素的影響等，使主軸回轉(zhuǎn)軸線的空間位置在每一瞬間都是變動的，即產(chǎn)生軸線在空間的漂移。為了便于分析，常把主軸的回轉(zhuǎn)誤差分解為徑向跳動、軸向竄動和角度擺動（圖4-1）。實際上主軸回轉(zhuǎn)誤差的三種基本形式是同時存在的（圖4-2），綜合影響著工件的加工精度。 Rzz2(2R0) (4-1)由于RzRy（y），故把工件加工表面法線方向叫做誤差的敏感方向。分析主軸回轉(zhuǎn)誤差對加工精度的影響，發(fā)現(xiàn)主軸回轉(zhuǎn)誤差沿刀具與工件接觸點的法向分量與切向分量，對加工精度的影響相差甚大。由圖4-3，在車削圓柱面時，回轉(zhuǎn)誤差的

9、法向分量y=Ry。而切向分量z所產(chǎn)生的半徑誤差Rz為 1. 主軸純徑向跳動對加工精度的影響主軸純徑向跳動對加工精度的影響 圖4-4為工件不動而鏜桿旋轉(zhuǎn)的鏜孔情況。設由于主軸純徑向跳動而使軸線在Y坐標方向上作簡諧直線運動，其頻率與主軸轉(zhuǎn)速相同，振幅為A。又設刀尖處于水平位置時，主軸中心偏移最大（等于A）。當鏜刀轉(zhuǎn)過某一個角時，此時刀尖軌跡的水平和垂直分量分別是： y=Acos+Rcos=(A+R)cos z=Rsin將上兩式平方相加可得這是一個橢圓方程式,說明主軸回轉(zhuǎn)時存在純徑向跳動,鏜出的將是一個橢圓孔,如圖4-4中的雙點劃線所示。 車削時（如圖4-5所示），設主軸軸線仍沿y方向作簡諧直線運動

10、，則工件1處切出的半徑比在2、4處小一個振幅A，而在工件3處切出的半徑則比2、4處大一個振幅A。這樣在工件的上述4點直徑都相等，在其它各點處的直徑誤差也甚小，故車削出的工件表面接近于一個真圓。 2. 主軸軸向竄動對加工精度的影響主軸軸向竄動對加工精度的影響 主軸的純軸向竄動對內(nèi)、外圓加工沒有影響，但加工的端面則與內(nèi)、外圓面不垂直（圖4-6(a）。加工螺紋時，主軸的軸向竄動將使單個螺距產(chǎn)生周期誤差（ 圖4-6(b） ）。3. 主軸回轉(zhuǎn)純角度擺動對加工精度的影響主軸回轉(zhuǎn)純角度擺動對加工精度的影響 主軸回轉(zhuǎn)時的純角擺動，在車削外圓時仍然可以得到一個圓形工件，但工件是一個圓錐體。在鏜床上鏜孔時，鏜出的

11、孔則為橢圓形（圖4-7，動畫演示）。 主軸回轉(zhuǎn)軸線的運動誤差，是和主軸部件的制造精度以及切削過程中主軸受力、受熱后變形有關，但主軸部件的制造精度是主要的。 在主軸采用滑動軸承的結(jié)構(gòu)時，主軸是以軸頸在軸套內(nèi)旋轉(zhuǎn)的。對于車床類機床的主軸，因切削力的方向不變，主軸軸頸被壓向軸套表面某一位置，因此，主軸軸頸的圓度誤差將直接傳給工件（ 圖4-8（a），而軸套孔的誤差則對加工精度的影響較小。對鏜床類機床，由于作用在主軸上的切削力是隨鏜刀的旋轉(zhuǎn)而變化的，故軸套孔的圓度誤差將傳給工件，而軸頸的圓度誤差對加工精度的影響不大（ 圖4-8（b） 在主軸采用滾動軸承結(jié)構(gòu)時，主軸回轉(zhuǎn)精度不僅取決于滾動軸承本身的精度，而

12、且還與軸承配合件的精度關系密切。由于軸承內(nèi)、外環(huán)是薄壁零件，受力后容易變形，因此，與之相配合的軸頸或箱體軸承孔的圓度誤差，會使軸承的內(nèi)、外環(huán)變形而造成主軸的回轉(zhuǎn)誤差。二.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。 導軌導向誤差：指機床導軌副的運動件實際運動方向與理想運動方向兩者之間的偏差值。 床身導軌既是機床主要部件的裝配基準，又是保證刀具與工件間導向精度的基準。因此，導軌導向誤差直接影響工件的加工精度。 直線運動導軌導向誤差分為：導軌在水平面內(nèi)的直線度誤差；導軌在垂直平面內(nèi)的直線度誤差；兩導軌間的平行度誤差。 1.導軌在水平面內(nèi)的直線度誤差導軌在

13、水平面內(nèi)的直線度誤差 此項誤差使刀尖在水平面內(nèi)產(chǎn)生移y （圖4-9），造成工件在半徑方向的誤差Ry （這時Ry =y ），使工件表面產(chǎn)生圓柱度誤差。2。導軌在垂直平面內(nèi)的直線度誤差(圖4-10)3.兩導軌間的平行度誤差兩導軌間的平行度誤差 由于導軌發(fā)生了扭曲（右圖），使刀尖相對于工件在水平和垂直兩個方向上產(chǎn)生偏移。設車床中心高為H，導軌寬度為B，則導軌扭曲量引起工件半徑的變化量Ry為 通常，車床H/B2/3；外圓磨床H/B1，可見此項誤差對加工精度影響很大，會導致工件產(chǎn)生圓柱度誤差。 導軌導向精度，除受導軌制造誤差的影響外，還受機床安裝是否正確，地基是否堅固，導軌的潤滑狀況，磨損的均勻性，導軌

14、的熱變形以及運動部件的重心移動和過大切削力引起的導軌彈性變形等因素的影響。 三.傳動鏈傳動誤差 傳運鏈的傳動誤差：指內(nèi)聯(lián)系的傳動鏈中首、末兩端傳動元件之間相對運動的誤差。 傳動鏈傳動誤差，一般不影響圓柱面和平面的加工精度，但在加工工件運動和刀具運動有嚴格內(nèi)聯(lián)系的表面，如車削、磨削螺紋和滾齒、插齒、磨齒時，則是影響加工精度的重要因素。 例如，在車螺紋時，要求主軸與傳動絲杠的轉(zhuǎn)速比恒定（圖4-12），即 由上式可見，當速比i與機床絲杠導程T存在誤差時，工件導程S將出現(xiàn)誤差。影響速比i的因素主要是齒輪副的傳動誤差，假如齒輪z1存在周節(jié)誤差，在傳動時其轉(zhuǎn)角誤差要經(jīng)過幾對齒輪副才傳遞到絲杠上（參見圖4-

15、12）。當傳動副為升速時，轉(zhuǎn)角誤差被擴大，而降速時轉(zhuǎn)角誤差被縮小。而與絲杠連接的齒輪的轉(zhuǎn)角誤差，將直接反映到工件上，有著較大的影響。提高傳動鏈傳動精度的主要措施提高傳動鏈傳動精度的主要措施盡可能縮短傳動鏈采用降速傳動（即i y2，故車出工件的截面仍是橢圓形的。 式中，式中，=Fy/Fz，一般取，一般取=0.4；f-進給量進給量 由此可見，當車削具有圓度誤差 的毛坯時，由于工藝系統(tǒng)受力變形的變化而使工件產(chǎn)生相應的圓度誤差 這種現(xiàn)象叫做“誤差復映”。 在第一次走刀后，工件的加工誤差為 令=工/坯,則 式中，誤差復映系數(shù)。定量地反映了毛坯誤差經(jīng)加工后減少的程度，并表明工藝系統(tǒng)剛度越高，則越小，毛坯復

16、映到工件上的誤差也越小。當一次走刀不能滿足精度要求時，可進行二次或多次走刀，相應的復映系數(shù)為1 ，2，3n，則總的復映系數(shù)=123n。第n次走刀后工件的誤差為 由于變形量y總是小于背吃刀量ap，復映系數(shù)總是遠小于1的正數(shù)，相乘以后則更小。因此，一般精度的工件經(jīng)23次走刀后，可以使加工誤差降低到允許的范圍內(nèi)。 在批量生產(chǎn)中，如用調(diào)整法確定一批零件的加工尺寸，當毛坯尺寸不一致而導致加工余量不均勻，或毛坯材料的硬度差別很大時，由于誤差復映的結(jié)果，會使這批零件加工后的尺寸分散，甚至尺寸超差而產(chǎn)生廢品。 2.切削力作用位置變化對加工精度的影響切削力作用位置變化對加工精度的影響 以在車床頂尖間加工光軸為例

17、，并假定工件粗而短，其受力變形量可以略而不計，車刀懸伸也很短，受力后的彎曲變形在法向的分量也可忽略不計，即工藝系統(tǒng)的變形完全取決于機床的變形。又假定工件的加工余量均勻，加工過程中的切削力保持不變，即刀架的變形刀保持不變。， 當車刀進給到圖4-19所示的位置時，工件中心線變到新的位置O1O2。車床頭架受法向力F1，相應的法向變形y頭=O1O 1；尾座受力F2，相應的變形y尾=O2O2。刀架受力Fy，相應的變形y刀 （圖中未示出）因此可得 y頭 = F1k頭=(xL)Fyk頭(mm) (4-12) y尾 = F2k尾=(1 - xL)Fyk尾(mm) (4-13) y刀 = Fyk刀(mm) (4

18、-14)式中，k頭、k尾、k刀分別為頭架、尾架、刀架的剛度（N/mm）。 L工件長度（mm）； x車刀到尾座的距離（mm）。 由圖4-19可見，由頭架和尾架變形所造成的工件和刀具的法向相對位移為yx = y頭 + (1 - x/L)(y尾 y頭) = (x/L)y頭+ (1- x/L)y尾 = (x/L)2 Fyk頭+ (1 - x/L)2 Fyk尾(mm) (4-15) 如果再考慮刀架的變形y刀，則系統(tǒng)的變形y系統(tǒng) = yx + y刀 = Fy(1/k頭)(x/L)2 + (1/k尾)(1 - x/L)2 + 1/k刀 (mm) (4-16) 工藝系統(tǒng)的剛度為 K系統(tǒng) = Fyy系統(tǒng)=1 /

19、 (1/k頭)(x/L)2 + (1/k尾)(1 - x/L)2 + 1/k刀 (N/mm) (4-17) 由式（4-16）可見，工藝系統(tǒng)的總變形y系統(tǒng)是一個二次拋物線方程，車出的工件沿軸向呈拋物線形狀（圖4-20）。 如果車削剛度很差的細長軸，并忽略機床的變形，則工藝系統(tǒng)的變形主要是工件的變形。當?shù)毒咔邢鞯絰處時，工件的變形為 y工= Fy/(3EI) x2(L-x)2/L(mm) (4-18)式中，E工件材料的彈性模量 I工件斷面的慣性矩 當x=0時和x=L時，y工=0；當x=L/2時，y工最大，y工=FyL3 /（48EI）。此時工件呈腰鼓形。 若考慮機床頭架、尾座、刀架和工件的變形同時

20、存在，則系統(tǒng)的總變形量為 y系統(tǒng)= Fy(1/k頭)(x/L)2 + (1/k尾)(1 - x/L)2 + 1/k刀+ x2(L - x)2/(3EIL)(mm) (4-19) 系統(tǒng)的剛度為 在測出車床頭架、尾座和刀架的平均剛度，并確定了工件的材料與尺寸時，即可按x值估算車削圓軸時工藝系統(tǒng)的剛度。當已知刀具的幾何角度、切削用量等參數(shù)，可確定切削力Fy時，即可估算不同x值處工件半徑尺寸的變化，求出工件加工后的圓柱度誤差。 3.工藝系統(tǒng)中其他作用力對精度的影響工藝系統(tǒng)中其他作用力對精度的影響 （1）傳動力的影響 （2）慣性力的影響 （3）夾緊力的影響 傳動力的影響：當車床上用單爪 撥盤帶動工件時，

21、傳動力在撥盤的每一轉(zhuǎn)中不斷改變方向。圖4-21表示了單爪撥盤傳動的結(jié)構(gòu)簡圖和作用在其上的力：切削分力Fy、Fz和傳動力Fc。圖4-22表示了切削力轉(zhuǎn)化到作用于工件幾何軸心o上而使之變形到o，又由傳動力轉(zhuǎn)化到作用于o上而使之變形到o的位置。圖中ks為機床系統(tǒng)的剛度，kc為頂尖與系統(tǒng)的接觸剛度（包括頂尖與主軸孔、頂尖與工件頂尖孔之間的接觸剛度）。由圖4-22有： 只要切削分力Fz、Fy不變，則、oo也不變，而oA又是恒值。所以ro是恒值，它與傳動力Fc無關。因此，o 是工件的平均回轉(zhuǎn)軸心，o是工件的瞬時回轉(zhuǎn)軸心，o圍繞o作與主軸同頻率的回轉(zhuǎn)，恰似一個在y-z平面內(nèi)的偏心運動。整個工件則在空間作圓錐

22、運動:固定的后頂尖為其錐角頂點，前頂尖帶著工件在空間畫出一個圓。 這就是主軸幾何軸線具有角度擺動的一種情況幾何軸線（前、后頂尖的連線）相對于平均軸線（o 與后頂尖的連線）在空間成一定錐角的圓錐軌跡。由此可以得出結(jié)論：在單爪撥盤傳動下車削出來的工件是一個正圓柱，并不產(chǎn)生加工誤差。以前的某些論著中，認為將形成截面形狀為心臟形的圓柱度誤差的結(jié)論，是不正確的。在圓度儀上對工件進行實測的結(jié)果也證明了這一點。 慣性力的影響 在高速切削時，如果工藝系統(tǒng)中有不平衡的高速旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件存在，就會產(chǎn)生離心力。它和傳動力一樣，在工件的每一轉(zhuǎn)中不斷變更方向，引起工件幾何軸線作上述相同形式的擺角運動，故理論上講也不會造成工

23、件圓度誤差。但是要注意的是當不平衡質(zhì)量的離心力大于切削力時，車床主軸軸頸和軸承內(nèi)孔表面的接觸點就會不斷地變化，軸承孔的圓度誤差將傳給工件的回轉(zhuǎn)軸線。周期變化的慣性力還常常引起工藝系統(tǒng)的強迫振動。 因此機械加工中若遇到這種情況，可采用“對重平衡”的方法來消除這種影響，即在不平衡質(zhì)量的反向加裝重塊，使兩者的離心力相互抵消。必要時亦可適當降低轉(zhuǎn)速，以減少離心力的影響。 對于剛度較差的工件，夾緊力也常引起變形而造成工件的形狀誤差。例如在用三爪自動定心卡盤夾持薄壁筒鏜孔時（圖4-23（a ），動畫演示）,假定未夾緊前薄壁筒的內(nèi)、外圓是正圓形，夾緊后則呈三角棱圓形，鏜孔后內(nèi)孔雖呈正圓形，但松開三爪自動定心

24、卡盤后，薄壁筒的彈性恢復使孔又變?yōu)槿抢鈭A形。為了減少薄壁筒的夾緊變形，可在筒外加上開口過渡環(huán)（圖4-23（b），動畫演示），使夾緊力均勻而減少套筒的變形。 又如磨削薄片工件時（圖4-24），假定坯件翹曲，當其被電磁工作臺吸緊時，就產(chǎn)生彈性變形，磨削后取下工件，由于彈性恢復使已磨平的表面又產(chǎn)生翹曲（圖4-24（a）、（b）、（c）所示），如在工件和工作臺之間墊入一層很薄的橡皮（0.5mm以下），當吸緊工件時，橡皮墊受到不均勻的壓縮，使工件變形減小而便于將翹曲部分磨去。經(jīng)過正、反面的多次磨削，就可獲得比較平直的表面。 （三）減少工藝系統(tǒng)受力變形的措施（三）減少工藝系統(tǒng)受力變形的措施 減少工藝系統(tǒng)

25、受力變形，是保證加工精度的有效途徑。在生產(chǎn)中通常可以從兩個方面解決：一是減少載荷及其變化，二是提高系統(tǒng)的剛度。顯然，減少載荷（切削力）往往會使生產(chǎn)率受到影響，因此，提高工藝系統(tǒng)中薄弱環(huán)節(jié)的剛度是最積極、有效的方法，由于生產(chǎn)實際問題往往比較復雜，故應根據(jù)具體情況采取如下的一些基本措施： (1)提高接觸剛度 (2)提高刀具與工件的剛度 (3)合理裝夾工件，減少夾緊變形和切削力變形 提高接觸剛度提高機床部件中零件間接合表面的質(zhì)量給機床部件以預加載荷提高工件定位基準面的加工質(zhì)量合理選用材料或表面強化以提高表面抗接觸變 形的能力提高刀具與工件的剛度 通?？梢圆捎迷黾虞o助支承，減少懸伸量，以及增大刀桿直徑

26、等措施。如車削細長軸時使用跟刀架，以增強工件的剛度；用導套、導桿等輔助支承來增強轉(zhuǎn)塔車床刀架的剛度（圖4-26）。 合理裝夾工件，減少夾緊變形和切削力變形 圖4-27（a）所示的夾緊力作用點位置，會使工件產(chǎn)生較大的變形；改用圖4-27（b）所示的作用點，支承部分的剛性大，夾緊也比較可靠。在銑削角鐵零件時，圖4-28（b ） 所示的裝夾、加工方式，比圖4-28（a）的方式，刀桿、工件的剛度都好。 五.工藝系統(tǒng)熱變形的影響1.1.概述概述 熱變形是切削加工中工藝系統(tǒng)受熱而引起的變形。引起熱變形的熱源有以下幾個方面： 切削熱機床運動部件摩擦熱外界熱源輻射及傳導切削熱： 切削過程中消耗于切削層的彈、塑

27、性變形能，以及刀具與工件、切屑之間的摩擦機械能，絕大部分轉(zhuǎn)化為切削熱，是工藝系統(tǒng)的主要熱源。切削熱一部分由切屑帶走，其余傳入刀具、工件和介質(zhì)。部分切削熱還可通過切屑、切削液、工件及刀具再傳入機床。 機床運動部件的摩擦熱 機床的機械和液壓等運動部件，在一定的負荷下運動，為克服摩擦而消耗的機械功轉(zhuǎn)化成為熱量。盡管比切削熱量小，但此工藝系統(tǒng)中的局部發(fā)熱，引起的局部變形會破壞工藝系統(tǒng)的原始幾何精度，而對加工精度產(chǎn)生嚴重影響。外界熱源的輻射及傳導 當室溫變化或附近存在熱源時，工藝系統(tǒng)因受熱而產(chǎn)生熱變形。通常這部分熱量很小，但在精密加工時，也可能會引起較大的誤差。如坐標鏜床等精密機床，應在恒溫的條件下工作

28、，以保證零件加工的精度。2.工件熱變形對加工精度的影響工件熱變形對加工精度的影響 工件主要受切削熱影響而產(chǎn)生變形。若工件在熱膨脹的狀態(tài)下達到規(guī)定的尺寸精度，冷卻后尺寸將縮小甚至超出公差范圍。工件熱變形有均勻受熱（車、磨外圓等）和不均勻受熱（銑、磨平面等）兩種情況。前者一般只影響尺寸精度。變形量可按下式計算： l=lt (4-23) D=Dt (4-24)式中，工件的線膨脹系數(shù)。 l、D分別為工件原有長度、直徑； t溫升(C)。 通常車削軸類零件時，開始工件的溫升接近于零，隨著溫升逐步增加，工件的直徑也逐漸膨脹，但其脹大量均被刀具切去，工件冷卻后收縮，使表面產(chǎn)生錐度誤差。如工件在兩頂尖間車削，工

29、件受熱伸長而頂尖不能軸向位移時，工件會產(chǎn)生彎曲變形，嚴重影響加工精度。此時宜采用彈性尾頂尖。 不均勻受熱的工件，例如在磨削薄片零件時，被磨的上表面溫度高，熱膨脹使工件向上凸起，凸起部分被磨去，冷卻后工件成下凹，造成形狀誤差。這是由于加工面與不加工面間溫度差形成不均勻熱變形的結(jié)果。凸起量h的大小，可按下式估算： h=(L2（8H）)t (4-25)式中，L工件長度； H工件厚度 3. 刀具熱變形對加工精度的影響刀具熱變形對加工精度的影響 刀具熱變形主要也是由切削熱引起的。雖然傳入刀具的切削熱比例不大，但由于熱量集中在切削部分，刀頭體積小，故刀具切削部分溫度高，局部溫度可達1000攝氏度以上。 連

30、續(xù)切削時，刀具熱變形量在切削初期增加很快，隨后較為緩慢，不長的時間后便趨于熱平衡狀態(tài)，此后，熱變形量的變化就很小。粗加工時，刀具熱變形量可達0.030.05mm，對加工精度影響一般可以不考慮。間斷切削時，刀具有短暫的冷卻時間，熱變形量還要小一些。但在車削長軸時，刀具的熱伸長，會使工件產(chǎn)生錐度誤差。 為了減小工件、刀具的熱變形，通常用合理選擇刀具角度、切削用量，并使粗、精加工分開以及充分供給切削液等方法，來降低切削熱。4.機床熱變形對加工精度的影響機床熱變形對加工精度的影響 機床工作時受到內(nèi)、外熱源的影響。但由于各部分熱源不同，以及機床結(jié)構(gòu)、尺寸、材料的不同，因而各部分的溫升與變形也不同，往往會

31、使機床的靜態(tài)幾何精度發(fā)生變化而影響加工精度。其中主軸部件、床身、導軌、立柱、工作臺等部件的熱變形，對加工精度的影響最大。圖4-29為一立式平面磨床，由于砂輪架的熱變形引起立柱傾斜，砂輪的工作端面上抬，使磨出的平面對底面不平行，產(chǎn)生平行度誤差。 機床運轉(zhuǎn)一定時間后，各部件達到熱平衡狀態(tài)，變形趨于穩(wěn)定。但在此之前機床的幾何精度變化不定，因此，精密加工應在機床處于熱平衡狀態(tài)之后進行。一般車床、磨床的熱平衡約需46小時。為了縮短這一時間，通常有兩種辦法，一是讓機床高速空運轉(zhuǎn)，使其迅速達到熱平衡；二是在機床上設置可控制的熱源，來給機床局部加熱，使其較快達到熱平衡狀態(tài)，并保持機床在整個加工過程中熱平衡狀態(tài)

32、穩(wěn)定。此外，控制環(huán)境溫度，改進機床結(jié)構(gòu)等方法，也是控制機床熱變形的有效途徑。 六.工件內(nèi)應力上起的變形 內(nèi)應力（或殘余應力）是在外部載荷去除以后，仍殘存在工件內(nèi)部的應力。它是因為工件在冷、熱加工中，金屬內(nèi)部相鄰的宏觀或微觀組織發(fā)生了不均勻的體積變化而產(chǎn)生的。 具有內(nèi)應力的零件，其內(nèi)部組織處于一種不穩(wěn)定的狀態(tài)，它有強烈的傾向要恢復到一個穩(wěn)定的沒有應力的狀態(tài)，即使在常溫下零件也會緩慢、不斷地進行這種變化，直到內(nèi)應力消失為止。在這一轉(zhuǎn)化過程中，零件的形狀和原有的精度將受到影響。 1.內(nèi)應力的產(chǎn)生及其對加工精度的影響（1）在毛坯制造及淬火過程中產(chǎn)生的內(nèi)應力 零件在鑄、鍛、焊、粉末冶金或淬火等熱加工過程

33、中，由于各部分厚度不均勻而造成冷卻速度和收縮程度的不一致，以及金相組織轉(zhuǎn)變的體積變化，都能使毛坯內(nèi)部產(chǎn)生相當大的內(nèi)應力。具有內(nèi)應力的毛坯在短期內(nèi)看不出有什么變形，因為此時內(nèi)應力尚處于相對平衡的狀態(tài)。但在切去某些表面層以后，平衡就被破壞，內(nèi)應力重新分布，零件明顯地出現(xiàn)變形，甚至造成裂紋。如圖4-30所示。（2）由冷校直工藝帶來的內(nèi)應力 冷校直是在原有變形的相反方向加力Fp ，使工件反方向彎曲，產(chǎn)生塑性變形，以達到校直的目的，如圖4-31所示。 絲杠一類的細長軸剛性差，在加工和使用過程中容易產(chǎn)生彎曲變形。如車削后棒料在軋制中產(chǎn)生的內(nèi)應力要重新分布，而產(chǎn)生彎曲變形。 此外，在切削（磨削）過程中，工件

34、表面層在切削力、切削熱的作用下，也會產(chǎn)生不同程度的塑性變形和金屬組織的變化所引起的體積改變，使工件表面層產(chǎn)生內(nèi)應力。再次加工后，內(nèi)應力重新分布，使工件產(chǎn)生變形。 2.消除或減少內(nèi)應力的措施合理設計零件的結(jié)構(gòu)盡量不采用冷校直工藝，對精密零件應嚴禁使 用冷校直 合理安排時效處理合理安排工藝過程。4-3加工誤差的統(tǒng)計分析方法加工誤差的統(tǒng)計分析方法 一.基本概念 在實際生產(chǎn)中，影響加工精度的工藝因素往往是錯綜復雜的。因此，對加工誤差的影響，有時就不能僅用單因素的估算方法，而要用概率統(tǒng)計方法進行較全面的考察。 根據(jù)一批工件加工誤差出現(xiàn)的規(guī)律，可以將誤差分為兩大類：即系統(tǒng)誤差和隨機誤差。 1.系統(tǒng)誤差 當

35、連續(xù)加工一批零件時，如果加工誤差的大小和方向保持不變，則稱為常值系統(tǒng)誤差。如鉸刀直徑尺寸誤差所造成孔徑尺寸的誤差即是。 如果加工誤差按照某一規(guī)律逐漸變化，則稱為變值系統(tǒng)誤差。例如加工中刀具尺寸的磨損使工件尺寸產(chǎn)生有規(guī)律的變化，即屬此類。2.隨機誤差 當連續(xù)加工一批零件時，如果加工誤差的大小、方向都是無規(guī)律地變化，則稱為隨機誤差。例如，毛坯誤差的復映、工件表層硬度不均勻等多種工藝因素造成的加工誤差，都屬此類。這類誤差產(chǎn)生的原因是隨機的，但具有一定的統(tǒng)計規(guī)律。二.誤差的統(tǒng)計分析方法 （一）分布曲線法1.正態(tài)分布曲線 一批零件如果是在正常的加工狀態(tài)下，即在沒有某種占優(yōu)勢的因素影響下完成加工，則這批零

36、件尺寸的分布曲線，將接近正態(tài)分布曲線（圖432 )。正態(tài)分布曲線的數(shù)學方程為式中，x零件的尺寸； 一批零件尺寸的算術平均值，它表示加 工尺寸的分布中心； y 零件尺寸為x時的概率密度； 一批零件的均方根偏差，6表示這 批 零件加工尺寸分布范圍。 (4-27)式中，n 一批零件的數(shù)量。(-x0)圖432所示正態(tài)分布曲線，是以豎直線x= 為對稱軸，它與對稱軸的交點代表y的最大值，即 （428）在x=x處，曲線各有一個拐點，當x時，曲線逼近x軸，即以x軸為分布曲線的漸近線。曲線與軸之間所包含的面積為1，即包括了全部工件數(shù)。其中x= 3范圍內(nèi)的面積約占99.73%，即工件尺寸約有99.73%在x= 3

37、之內(nèi)，只有0.27%在x= 3之外。故正態(tài)分布曲線的分散范圍一般取3（或6）。3的大小代表了某種加工方法在一定條件下能達到的加工精度。因此一般情況下，應使公差帶的寬度6。但考慮到變值系統(tǒng)誤差（如刀具磨損）以及其他因素的影響，必須使6。x xxxx 正態(tài)分布曲線的特征參數(shù)之一，算術平均值 決定一批工件尺寸中心的坐標， 主要由機床調(diào)整尺寸和常值系統(tǒng)誤差確定。如果值保持不變而改變 ，則曲線沿x軸平移而不改變形狀(圖433(a) )。正態(tài)分布曲線的另一個特征參數(shù)，均方根偏差，它反映了一批零件尺寸的分散程度。因此，它是決定曲線形狀和分散范圍的參數(shù)。值主要由隨機誤差和變值系統(tǒng)誤差決定。如果 值保持不變而改

38、變值，則當值減小時曲線形狀陡峭，尺寸分散的范圍??；當值增大時曲線形狀平坦，尺寸分散的范圍大(圖433(b) )。 xxxx2.非正態(tài)分布曲線 在實際生產(chǎn)中，工件尺寸有時并不近似于正態(tài)分布。例如，將兩次調(diào)整下加工的工件混在一起，由于每次調(diào)整的常值系統(tǒng)誤差不同，就會得到雙峰曲線( 圖434(a) )；當?shù)毒吣p的影響顯著時，變值系統(tǒng)誤差占突出地位，使分布曲線出現(xiàn)平頂(圖434(b) )；當工藝系統(tǒng)熱變形顯著時，曲線就出現(xiàn)不對稱分布。例如，刀具熱變形嚴重時，加工軸時曲線偏向左，加工孔時曲線偏向右(圖434(c) )。此外，還可能出現(xiàn)等概率分布、辛浦生分布等非正態(tài)分布形式。 3.分布曲線的應用（1）判斷加工誤差的性質(zhì) 如果實際分布曲線與正態(tài)分布曲線基本相符，說明加工中沒有變值系統(tǒng)誤差，再根據(jù)算術平均值 是否與公差帶中心重合，可以判別是否有常值系統(tǒng)誤差。如果實際分布曲線不符合正態(tài)分布，可根據(jù)實際分布圖形