第四章 工件的机械加工质量

yt
K
C C′ Fp
J j( L )
2
1 1 1 1 1 ( ) 4 Jt J w Jd
（3 - 5）
变形随受力点变化规律
第四章 工件的机械加工质量
工件的刚度及其对加工精度的影响
在有的加工条件下，相比工艺系统其它组成部分而言，工件的变形 是主要的，此时工件的刚度是影响工件加工精度的主要原因。工件具体 的变形情况与其装夹方式有关。 工件在车床上用两顶尖装夹。 工件在车床上用卡盘装夹。
△圆柱
△圆
圆度误差 既有圆柱度误差，又有圆度误差
n
18
第四章 工件的机械加工质量
四、刀具制造误差与磨损
定尺寸刀具（钻头、绞刀、键槽铣刀、浮动镗刀块、拉刀等）尺寸、 形状误差及磨损直接影响工件的尺寸精度和形状精度。 成形刀具和展成刀具形状误差及磨损直接影响工件的形状精度。 普通刀具（普通车刀、刨刀、面铣刀、单刃镗刀等），它们的制造误 差与加工精度没有直接的关系，但其磨损对工件的尺寸和形状精度有 很大的影响。因此，考虑到刀具的磨损，因而都有耐用度要求。
想值的符合程度称为加工精度，与理想值的偏离程度称为加工误差。 加工精度和加工误差是从相反两个方面来描述工件的几何参数的，
加工精度高，则加工误差小；反正，加工误差大，则加工精度低。
加工精度及加工误差的内容包括尺寸精度（或误差）、形状精度（或 误差）、位置精度（或误差）。
机械加工表面质量
表面几何学特征，指表面微观几何形状，包括表面粗糙度及波度。 表面层材质的变化，指在表面层出现的与基体材料组织不同的变质情 况，包括冷作硬化、金相组织变化、残余应力。
ap2 y1
误差复映规律
毛坯
w C Fc f 0.75 即： b Js
式中， 为主要与刀具几何角度 有关的系数，一般取0.4 ； C Fc 为与工件材料、刀具几 何形状有关的系数； f 为进给量； a p 为被吃刀量（切削深度 ）。
27
第四章 工件的机械加工质量
误差复映程度可用误差复映系数来表示，误差复映系数与系统 刚度成反比。由前面公式可得：
机床导轨导向误差
车床导轨在水平面内有直线度误差△x 刀尖相对于工件回转轴线在加工表面 的法线方向（加工误差敏感方向）产生位 移，位移量等于导轨的直线度误差。
△x
刀尖在水平面内的运动轨迹不是一条直 线，造成工件的轴向形状误差（圆柱度误 差）。
d 2x
△x
12
第四章 工件的机械加工质量
车床导轨在垂直面内有直线度误差△y
3
第四章 工件的机械加工质量
二、获得加工精度的方法及经济加工精度
获得尺寸精度的方法
试切法——刀具相对工件的位置是通过试切、测量、调整、再试切反 复进行而得到。该方法的特点是生产力低，精度取决于工人的水平， 因此，适用于单件小批量生产。 调整法——工件加工前先调整好刀
具与工件在机床上的相对位置，并
△d=2Hx=2L×tanα
15
第四章 工件的机械加工质量
车床纵向导轨与主轴在垂直面内有平行度误差
正视图上导轨与主轴 不平行 f 主轴 导轨 A
n
B
O
O
A B
鞍形（轴剖面内为双曲线） 例：车床导轨与主轴平行度误差：Hy=L×tanα
2 2 ( L tan ) 则，工件直径差： d 2 r r 2 Hy
钻孔夹具误差分析
L±0.05 Z
υ10
F7 k6
υ6F7
g6
H7
Y
20
第四章 工件的机械加工质量
六、工艺系统受力、受热变形引起的误差
工艺系统受力变形引起加工误差
工艺系统刚度
定义：工艺系统刚度是指工艺系统在切削力Ff、 Fp、 Fc的综合作用下 ，加工表面法向方向上的切削分力Fp与刀具在此该方向上的相对位移y 的比值，即： Fp Js y
式中 Js —— 工艺系统刚度； Jjc —— 机床刚度； Jjj —— 夹具刚度； Jdj —— 刀具刚度； Jg —— 工件刚度。 工艺系统刚度计算说明: 工件、刀架形状简单时，其刚度可用材料力学公式计算。 对机床部件、夹具等，其刚度多采用实验方法确定。 上式中计算时可适当部分简化（忽略变形小的部分）。
第四章 工件的机械加工质量
本章要点
机械加工质量的基本概念 影响加工精度的因素 影响表面质量的因素
1
第四章 工件的机械加工质量
第一节 机械加工质量的基本概念
一、机械加工质量
工件的机械加工质量包括两个方面：加工精度及表面质量。
2
第四章 工件的机械加工质量
机械加工精度及加工误差
工件加工后各表面的实际几何参数（尺寸、形状及相互位置）与理
w CFc f 0.75 b Js （3 - 14）
机械加工中，误差复映系数通常小于 1。可通过多次走刀，消除 误差复映的影响。
1 2 3 n
以上分析可知，工件毛坯有形状误差或相互位置误差时，加工后 会有同类加工误差出现，只是误差减小而已。在成批生产中用调整 法加工一批工件时，如毛坯直径大小不一或硬度不均匀，同样会有 类似情况发生。
不同镗孔方式
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第四章 工件的机械加工质量
希望加工的 零件表面
以椭圆截面车削为例说明：
实际获得的 ห้องสมุดไป่ตู้件表面
do
w y1 y2
1 Fp1 Fp 2 Js
C Fc f 0.75
Js
a
(3 13) p1 a p 2 b (3 14)
y2
ap1
工件相对于刀具静止状态下 的误差
原始误差构成
第四章 工件的机械加工质量
二、加工原理误差
加工原理误差是指采用了近似的成型运动或近似的刀刃轮廓进行加工 而产生的误差。 例如在数控铣床上采用球头刀铣削复杂形面零件（见图）。
h
S 空间曲面数控加工
滚刀
用阿基米德蜗杆滚刀滚切渐开线齿轮。 用公制丝杆车蜗杆或英制螺纹。
d 2
H n B
а
例：车床H/B=2/3，△n影响很大。
B
△n
14
刀尖运动轨迹为一条空间曲线， 产生加工误差（圆柱度误差）。
H
第四章 工件的机械加工质量
车床纵向导轨与主轴在水平面内有平行度误差
L
工件产生圆柱度误差
n
主轴
例：车床导轨与主轴平行度误差：
Hx=L×tanα
导轨 f
则，工件直径误差：
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第四章 工件的机械加工质量
车床横向导轨与主轴轴线有垂直度误差
α 工件端面产生内凹或外凸 的平面度误差 △ f 例：横向导轨与主轴夹角：α 则，平面度误差： △=(d/2)×tanα
n
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第四章 工件的机械加工质量
机床主轴回转误差
纯轴向窜动 纯径向移动 纯角度摆动
端面误差
△
结论：（1）机床的刚度不是一个定值，而是 车刀位置的函数。因此，由于工艺系统弹性 变形的影响，工件沿轴向的直径将不是一致 的。（2）可分别求出各特殊位置机床的刚度， 如教材（3-5）式、（3-6）式、（3-7）式和 （3-8）式。其中，一般以刀具位于工件中点 处的刚度代表机床的刚度，即：
A′ yx A FA x L
原始误差的分类
与工艺系统原始状 态有关的原始误差 (几何误差)
原始 误差
与加工过程有关的 原始误差(过程误 差)
主轴回转误差 工件相对于 机床误差 导轨导向误差 刀具运动状 态下的误差 传动误差 工艺系统受力变形（包括夹紧变形） 工艺系统受热变形 刀具磨损 测量误差 工件残余应力引起的变形
10
原理误差 定位误差 调整误差 刀具误差 夹具误差
刀尖在垂直平面内的运动轨迹也不是 一条直线，造成工件的轴向形状误差（圆 柱度误差）。
2y 2 d d
可以忽略不计
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△y
△y
刀尖相对于工件回转轴线在加工表面的切 线方向（加工误差非敏感方向）产生位移，位 移量等于导轨的直线度误差；
第四章 工件的机械加工质量
车床前后导轨扭曲△n
工作台在运动过程中产生摆动。 △r
获得形状精度的方法
轨迹法——利用切削运动刀具刀尖的运动轨迹以形成工件被加工表面形 状。 成形法——利用成形刀具切削刃的几何形状切削出工件被加工面的形状。
5
第四章 工件的机械加工质量
展成法——利用刀具和工件作展成运动时，切削刃运动轨迹的包络面 形成工件被加工表面。 相切法——利用旋转刀具（如铣刀）切削时，切削刃运动轨迹的包络 线形成工件被加工表面。
在加工过程中保持该位置不变。该 方法的特点是生产力高，尺寸稳定
B
A
性好，适用于大批量生产。
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第四章 工件的机械加工质量
定尺寸刀具法——利用刀具的尺寸来保证工件尺寸，如孔加工、槽加工 等。其特点是工件尺寸精度取决于刀具尺寸精度。 自动控制法——利用测量装置、进给装置和控制系统，使工件在加工过 程中自动测量、进给、补偿，从而到达要求的尺寸。该方法的特点是加 工精度高，生产力高，适用于在自动化机床上加工。
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第四章 工件的机械加工质量
机床的刚度及其对加工精度的影响
机床各部件的刚度可通过试验确定，根据工件加工条件可计算出机床的刚度， 以车床车削短粗光轴时为例。
Jj
Fp yj

1 1 Lx 2 1 x 2 1 ( ) ( ) Jt L Jw L Jd
(推导省略)
B′ yw B FB
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两顶尖装夹
卡盘装夹
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第四章 工件的机械加工质量
薄壁工件在卡盘上装夹 薄板工件在工作台上用电磁力装夹