影响切削加工表面粗糙度的因素

二、影响加工精度的因素及其分析
工艺系统——由机床、夹具、刀具和工 件构成的一个完整系统 原始误差——工艺系统中的误差 来自两个方面：
加工前就存在的工艺系统本身的误差 加工过程中因工艺系统受力变形等引起
的误差
1．加工原理误差（理论误差）
原理误差——即在加工中采用了近 似的加工运动、近似的刀具轮廓和 近似的加工方法而产生的原始误差 近似的加工方法带来的误差
机构的制造精度
机构的灵敏度
调整的准确性
样件或样板调整 大批量，多刀加工时采用
样板本身的误差（制造和安装误差） 对刀误差
安装误差
定位误差 基准不重合引起 定位元件和定位面制造误差 元件配合间隙引起 夹紧误差 夹紧机构的夹紧力不当引起 夹紧方式不当引起 夹紧状态不良引起
例如，用尖车刀车外圆，也不是
光滑的圆柱面，而是一个螺旋面
近似的刀具和工件的运动联系所带来 的加工误差
例如车模数螺纹时，
传动比I
工件螺距P 1 机床丝杆螺距 P
=
z1 z3 = z2 z4
只要能保证加工精度和零件的使用性
能，一定的原理误差是允许的。这种 误差不应超过相应公差的10~15%。
传动链误差产生的原因
传动元件的制造误差、传动元件的装配
误差、使用过程中的磨损
减少传动链误差对加工精度的影响， 可采取如下措施：
缩短传动链
采用降速传动 提高传动链的制造精度和装配精度 设法消除传动链的间隙 采用误差校正机构提高传动精度
刀具的制造误差与磨损
Hale Waihona Puke 刀具的制造误差工艺系统的刚度对加工精度的影响
归纳起来为下列常见形式：
由于受力点位置的变化而产生的工件形
状误差
误差复映 毛坯材料硬度不均匀使切削力产生变化，
工艺系统受力变形随之变化而产生加工 误差 工艺系统中其它作用力使工艺系统中某 些环节受力变形而产生加工误差
误差复映规律
误差复映——由毛坯加工余量和材料硬 度的变化引起切削力和工艺系统受力变 形的变化，因而产生工件的尺寸、形状 误差的现象
几种产生内应力的工艺过程
毛坯制造中产生的内应力
铸造、锻造、焊接和热处理过程中，因 热胀冷缩不匀以及金相组织转变 冷校直带来的内应力
切削加工的附加应力
切除金属后，破坏了原有的内应力平衡 高温、高压下，局部表面层因不均匀的 塑性变形而产生内应力
时效中产生的二次应力 时效过程冷却阶段产生的二次残余应力
第二节
机械加工精度
高产、优质、低消耗，产品技术性能好、 使用寿命长，这是机械制造企业的基本 要求。而质量则是最根本的问题 加工质量指标分为：
加工精度——宏观几何参数
加工表面质量——微观几何参数和表面
物理-机械性能等方面的参数
机械加工精度——零件在加工后的几 何参数（尺寸、几何形状、表面间的相 互位置）的实际值与理论值相符合的 程度
工艺措施 环境恒温，避免光照 保持工艺系统热平衡，如加工前机床空 转一段时间（精密加工中途不停车） 装夹时考虑加工热变形方向 注意选材 提高切削速度和走刀量 保持刀具锋利（降低切削热） 粗、精加工分开 切削区施加充分的冷却液
5．工件的内应力引起的变形 基本概念 内应力——当外载荷去除后，仍残留在工 件内部的应力 内应力的成因： 内因：由于金属内部宏观的或者微观的 组织发生了不均匀的体积变化而产生的 外因：热加工或者冷加工 温度变化伴随金相组织变化 冷热不均，金相组织变化 切削加工，强烈的塑性变形引起表层应力
机械加工精度包括：
尺寸精度、形状精度、位置精度—— 三者有联系，也有区别
所谓理想零件，即对表面形状而言， 就是绝对正确的圆柱面、平面、锥面 等；对表面位置而言，就是绝对的平 行、垂直、同轴和一定的角度等；对 尺寸而言，就是零件尺寸的公差带中 心 由于机械加工中的种种原因，不可能 把零件做得绝对精确，总会产生偏差。 这种偏差即加工误差。
例：一个工艺系统，其误差复映系数 为0.25，工件在本工序前的圆度误差 0.5mm，为保证本工序0.01mm的形状 精度，本工序最少走刀几次？
解：0.5×(0.25)n≤0.01
解得 n=3
减少工艺系统受力变形的措施
提高表面配合质量，以提高接触刚度
或者预加载荷，以提高接触刚度 或者锁紧暂不需移动的部件，以提高 接触刚度 设置辅助支承，提高部件刚度
获得形状精度的方法 刀尖轨迹法：通过刀尖运动的轨迹来 获得形状精度的方法 仿形法：刀具依照仿形装置进给获得 工件形状精度的方法 成形法：利用成形刀具对工件加工获 得形状精度的方法 展成法：利用工件和刀具的展成切削 运动进行加工的方法
获得位置精度的方法 直接找正定位法 ：用划针或百分表直接 在机床上找正工件位置 划线找正定位法 ：先按零件图在毛坯上 划好线，再以所的划线为基准找正它在 机床的位置 夹具定位法 ：在机床上安装好夹具，工 件放在夹具中定位 机床控制法：利用机床的相对位置精度 保证位置精度
导轨误差
导轨是确定主要部件相对位置的基准，
也是运动基准，各项误差 直接影响被 加工工件的精度
对导轨的精度要求主要有：
在水平面内的直线度 在垂直面内的直线度 前后导轨的平行度（扭曲）
导轨误差对加工精度的影响：
如车削 时导轨在水平面内弯曲，向前凸出，则 出现鼓形误差；向后凸出，则出现鞍形 误差 传动链误差
缩短切削力作用点和支承点的距离，
提高工件刚度
选择合理的零件结构和断面形状
提高刀具刚度；改善材料性能 合理装夹工件，减少夹紧变形
4．工艺系统热变形及对加工精度的影响 工艺系统热变形的现象 工艺系统受热升温而使工件、刀具及机 床的许多部分会因温度升高而产生复杂 变形 改变工件、刀具、机床间的相互位置 破坏刀具与工件间相互运动的正确性 改变已调整好的加工尺寸 引起切削深度和切削力改变 破坏传动链的精度
3．工艺系统受力变形及对加工精度的 影响 工艺系统受力变形的现象
加工过程中的力：切削力、传动力、
夹紧力、重力、控制力、惯性力、干 扰力等
工艺系统的刚度
刚度——工艺系统受外力作用后抵抗变
形的能力
在上述力的作用下，工艺系统受力变形，
刀具和工件相对退让。设刀具相对工件 在切削接触点法线方向的相对位移量为 y，则工艺系统的刚度是：
误差复映规律
误差复映系数ε：定量反映毛坯误差经
过加工后减少的程度
i 工 0.75 = C p f J 系统 坯
当加工过程有多次走刀时，每次走刀的
复映系数为ε1、ε2、ε3…，则总复映系数 ε总=ε1ε2ε3… 可简化为 ε总≈（ε1）n
由于ε《
1，所以经过多次走刀，则可 能使毛坯误差复映到工件上的误差减 少到公差带允许值的范围内
刀具的制造误差对加工精度的影响，
根据刀具的种类不同而不同。定尺寸 刀具以刀具尺寸误差为主；成形刀具 以刀具形状误差为主
刀具的磨损：分为三个阶段：初始磨 损、正常磨损、急剧磨损
减少刀具制造误差对加工精度的影响 的措施：
提高制造精度
合理选择刀具材料
合理选择切削用量
合理选择刀具几何参数
合理选择冷却润滑
准确刃磨，减少磨损
夹具的制造误差与磨损 夹具的制造误差主要是定位元件、夹紧 元件、导向元件、分度元件、夹具体等 的制造误差 夹具的误差除制造误差外，还有夹具安 装、工件装夹等误差对加工精度也会带 来很大影响 夹具的磨损主要是定位元件和导向元件 的磨损 为减少夹具误差对加工精度的影响，夹 具的制造误差必须小于工件的公差；及 时更换易损件
消除内应力的措施
改变加工工艺和加工用量
人工时效（热处理）和自然时效 敲击振动 合理设计结构 采用特殊加工手段
6．度量误差、调整误差以及安装误差 度量误差 引起测量误差的原因： 量具本身的误差 测量方法引起 测量力引起 温度引起
减少或消除度量误差的措施 提高量具精度，合理选择量具 注意操作方法 注意测量条件
三、加工误差的综合分析
1．误差的性质
误差分为两类：
系统性误差
当连续加工一批零件时，误差的大小 和方向或是保持不变，或是按一定规 律变化。前者称为常值系统性误差， 后者称为变值系统性误差
常值系统性误差有：原理误差，刀具、
夹具、量具、机床的制造误差，调整误 差，系统受力变形
变值系统性误差有：工艺系统热变形，
刀具、夹具、量具、机床磨损
随机性误差
加工一批零件时，其误差的大小和
方向无规律地变化，这类误差称为 随机性误差
随机性误差有：复映误差，定位误
差，夹紧误差，多次调整引起的误 差，内应力引起的误差
2．加工误差的数理统计分析法
实际分布曲线
将零件按尺寸大小以一定的间隔范
围分成若干组，同一尺寸间隔内的 零件数称为频数mi，零件总数n；频 率为mi/n。以频数或频率为纵坐标， 以零件尺寸为横坐标，画出直方图， 进而画成一条折线，即为实际分布 曲线
J 系统
Fy y
( N / m m)
工艺系统的刚度特性
力和变形不是直线关系，即不符合虎克
定律
加载和卸载曲线不重合
卸载后，变形不能恢复到起点
部件刚度比我们想象的小
影响部件刚度的因素
接触变形（接触点的变形） 薄弱零件本身的变形 间隙的影响 摩擦的影响 施力方向的影响
回转运动的精度取决于其回转中心相对
刀具或工件的位置精度，即取决于机床 主轴的回转精度
主轴回转误差有三种：主轴的径向跳动、
主轴的轴向窜动、主轴的角度摆动
影响主轴回转精度的因素：
滑动轴承轴颈或滚动轴承滚道圆度误差 滚动轴承内环的壁厚误差 滑动轴承轴颈、轴承套或滚动轴承滚道 的波度 滚动轴承滚子的圆度误差和尺寸偏差 轴承间隙以及切削中的受力变形 轴承定位端面与轴心线垂直度误差 轴承端面之间的平行度误差 锁紧螺母端面的跳动等
理论分布曲线
实践证明，当被测量的一批零件（机床
上用调整法一次加工出来的一批零件） 的数目足够大而尺寸间隔非常小时，则 所绘出的分布曲线非常接近“正态分布 曲线”
正态分布曲线的方程为：
1 y e 2
( x x )2 2 2
近似的刀具轮廓带来的误差
例如用模数铣刀铣齿轮，由于：铣刀的
成形面不是纯粹的渐开线；模数相同而 齿数不同的渐开线齿轮齿形是不同的， 一把铣刀铣一组齿数的齿轮，故存在原 理误差
再如，用齿轮滚刀加工齿轮时，滚刀也
是采用阿基米德基本蜗杆或法向直廓蜗 杆代替渐开线蜗杆
2．工艺系统的几何误差 机床几何误差 包括机床本身各部件的制造误差、安装 误差和使用过程中磨损 主轴回转运动误差及其影响因素
一、获得加工精度的方法 获得尺寸精度的方法 试切法：通过试切—测量—调整—再 试切，反复进行到工件尺寸达到规定 要求为止 调整法：先调整好刀具和工件在机床 上的相对位置，并在一批零件的加工 过程中保持这个位置不变，以保证工 件被加工尺寸
定尺寸刀具法：通过刀具的相应尺寸 保证加工表面的尺寸精度 自动控制法：将测量、进给装置和控 制系统组成一个自动加工系统，通过 自动测量和数字控制装置，在达到尺 寸精度后自动停止加工 主动测量法：边加工边测量加工尺寸
引起热变形的热源：
内部热源：
切削热，摩擦热，电气等
外部热源：
环境温度变化，取暖设备，热幅射等
减少和控制工艺系统热变形的主要途径 结构措施 采用热对称结构 使关键件的热变形在无害于加工精度的 方向移动 合理安排支承位置，使产生热变形位移 的有效部分缩短 发热量大的热源采取足够的冷却措施， 采用热补偿方法减少热变形 均衡关键件的温升，避免弯曲 隔离热源
调整误差 工艺系统的调整问题有：机床的调整、 夹具的调整、刀具的调整 不同的调整方式，有不同的误差来源 试切法调整 度量误差：试切调整过程中由于度量失 误或不准而引起误差 加工余量影响：最小切屑厚度太小，以 致刀刃打滑，不起切削作用 微量进给误差：最后一刀容易出现爬行
各机构调整