第2章 加工精度分析与制造质量监控技术

2. 机床导轨误差 导轨在水平面内的直线度、导轨在垂直面内的直 线度和双导轨间在垂直方向的平行度（扭曲）。 导轨在水平面内的直线度误差： 导轨在水平面内的直线度误差：卧式车床导轨在水平 面内的直线度误差△1将直接反映在被加工工件表面 的法线方向（加工误差的敏感方向）上，对加工精 度的影响最大 。 误差的敏感方向： 加工误差对加工精度影响最 大的方向，为误差的敏感方向。 例如：车削外 圆柱面，加工误差敏感方向为外圆的直径方向。
3.机床传动链误差 3.机床传动链误差 传动链误差是指机床内联系传动链始末两端传动 传动链误差 元件间相对运动的误差。 例如：车削螺纹的加工，主轴与刀架的相对运动 关系不能严格保证时，将直接影响螺距的精度。 减少传动链传动误差的措施： 减少传动链传动误差的措施 1） 减少传动件的数目，缩短传动链。传动元件 越少，传动累积误差就越小，传动精度就越高。 2） 提高传动元件精度和采用校正装置
误差复映规律：当毛坯有形状误差或位置误差时， 误差复映规律：当毛坯有形状误差或位置误差时，加工 后工件仍会有同类的加工误差。 后工件仍会有同类的加工误差。但每次走刀后工误差将逐步 减少。 减少。 若每次走刀复映系数为K1、 K2、 …、Kn，则K总＝
…
K 1 ． K2
Kn
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3.减少工艺系统受力变形的途径 1）提高机床零部件间结合表面的质量 2）对部件运动面预加负载 3）提高工件定位基面的精度和减少定位基面的表面 粗糙度 4）使用辅助支承提高工艺系统刚度 5）采用合理安装夹紧方式减少装夹变形
3.获得位置精度的主要方法 一次装夹获得法：零件表面的位置精度在一次安装 一次装夹获得法： 中，由刀具相对于工件的成形运动位置关系保证。 多次装夹获得法：通过刀具相对工件的成形运动与 多次装夹获得法 工件定位基准面之间的位置关系来保证零件表面 的位置精度。
2.2 影响机械加工精度的工艺因素
2.2.1 方法误差
ΔR
ΔZ
d R R＋ Δ R 导轨垂直面直线度
ΔZ
垂直平面
图2-4 导轨垂直面内直线度误差
前后导轨存在平行度误差（扭曲） 前后导轨存在平行度误差（扭曲）： 刀架运动时会产生 摆动，刀尖的运动轨迹 是一条空间曲线，使工 件产生形状误差。由图 可见，当前后导轨有了 扭曲误差△3之后，由 几何关系可求得△R≈ （H/B）△3。一般车床 的H/B≈2/3，外圆磨床 的H/B≈1，车床和外圆 磨床前后导轨的平行度 误差对加工精度的影响 很大。
2.2.3 夹具误差和磨损
夹具的作用是使工件相对于刀具和机床具有正 确的位置，因此夹具的制造误差对工件的加工精 度（特别是位置精度）有很大影响。一般夹具的 制造公差应小于被加工工件的公差。 夹具误差包括： （1）夹具各元件之间的位置误差； （2）夹具中各定位元件和导向元件的磨损； （3）夹具在机床上的安装误差。
毛坯误差复映现象 ： 若毛Fra bibliotek有椭圆形状误差。让刀具调整到图上 （P48）双点划线位置，在毛坯椭圆长轴方向上的 背吃刀量为αp1，短轴方向上的背吃刀量为αp2。 由于背吃刀量不同，切削力不同，工艺系统产生的 让刀变形也不同，对应于αp1产生的让刀为y1，对 应于αp2产生的让刀为y2,故加工出来的工件B仍然 存在椭圆形状误差。由于毛坯存在圆度误差△毛＝ αp1-αp2，因而引起了工件的圆度误差△工＝y1-y2， 且△毛愈大，△工愈大，这种现象称为加工过程中 的毛坯误差复映现象。△工与△毛之比值K称为误 差复映系数，它是误差复映程度的度量。
第二章 加工精度分析
2.1基本概念
2.1.1精度的基本含义
机械加工精度 指零件加工后，其几何参数（尺寸、形状和各表面间相互位 置）与理想几何参数的符合程度。 加工误差 指零件加工后实际几何参数与理想几何参数的偏差。 加工误差越小，加工精度越高。 机械加工精度包括 尺寸精度:加工后零件的实际尺寸与零件理想尺寸相符的程度。 形状精度:加工后零件的实际形状与零件理想形状相符的程度。 位置精度:加工后零件的实际位置与零件理想位置相符的程度。
变形。 例如：机床主轴前、后端受热不均，将造成主轴 抬高，并倾斜。
5.减少工艺系统热变形的措施：减少发热和隔热；改善
散热条件；均衡温度场；改进机床结构 ；加快温度场的 平衡 ；控制环境温度。
导轨磨床热变形
立式铣床受热变形形态 外圆磨床受热变形形态
合理设计机床结构
2.2.7 工件安装、调整和测量的误差
方法误差（原理误差）：指采用了近似的 成形运动或近似的刀刃轮廓进行加工而产生 的误差，一般多为形状误差。如图2－1 在实际生产中，采用理论上完全准确的 方法进行加工往往会使机床的结构复杂，刀 具的制造困难，加工的效率降低。而采用近 似加工方法，则常常可使工艺装备简单化， 生产成本降低，故在满足产品精度要求的前 提下，原理误差的存在是允许的 。
2.2.5 工艺系统受力变形
1.基本概念
机械加工工艺系统在切削力、夹紧力、惯性力、重力、 传动力等的作用下，会产生相应的变形，从而破坏了刀具 和工件之间的正确的相对位置，使工件的加工精度下 降。
如图a示，车细长轴时，工件在切削力的作用下会发生变 形，使加工出的轴出现中间粗两头细的情况；又如在内圆 磨床上进行切入式磨孔时，图b，由于内圆磨头轴比较细， 磨削时因磨头轴受力变形，而使工件孔呈锥形。
2) 定尺寸刀具法：零件的尺寸精度是由具有一定尺寸的刀 调整法： 3) 调整法：按试切好的工件或标准样件或对刀装置等，调
数控法： 4) 数控法：使用一定的装置(自动测量或数字控制)，在工
件达到要求尺寸时，自动停止加工。
2.获得形状精度的主要方法 仿形法：用特定形状的刀具切削工件，工件表面形状 仿形法 和精度完全取决于刀具的制造精度。如：所谓“电 子配钥匙” 成形运动法：使刀具相对于工件做有规律的切削成形 成形运动法 运动，从而获得所要求的零件表面形状。如：滚齿、 车螺纹 非成形运动法： 非成形运动法：通过对加工表面形状的检测，由工人 对其进行相应的修整加工，以获得所要求的形状精 度。尽管非成形运动法是获得零件表面形状精度的 最原始方法，效率相对比较低 。
工艺系统刚度的倒数等于其各组成部分刚度的倒数和。
工艺系统刚度对加工精度的影响主要有以下几种情况
• 由于机床刚度变化引起的误差 • 由于切削力变化引起的误差 加工过程中，由于工件的加工余量发生变化工件材质不均等 因素引起的切削力变化，使工艺系统变形发生变化，从而产 生加工误差。 • 由于夹紧变形引起的误差 工件在装夹时，由于工件刚度较低或夹紧力着力点不当， 会使工件产生相应的变形，造成加工误差。 • 其它作用力的影响 传动力与惯性力
2.1.2 获得规定加工精度的方法 1.尺寸精度的获得方法 试切法： 1) 试切法 即试切--测量--再试切--直至测量结果达到图
纸给定要求的方法 。试切法的效率低，对操作者的技术水 平要求较高，多用于单件、小批生产或高精度零件的加工。 具或组合刀具保证的，常用于孔、槽面、成形表面的加工。 （用刀具的相应尺寸来保证加工表面的尺寸 ） 整刀具相对于工件加工表面的位置，并在加工过程中保持 这一位置，从而获得零件所要求的尺寸精度。调整法多用 于成批、大量生产。
1.工件安装误差 2.调整误差 3.测量误差
2.2.8 工件内应力引起的 变形
• 残余应力 内应力）：没有外力 残余应力（内应力 内应力 作用而存在于零件内部的应力 • 产生 产生：在热处理工序中由于工件 壁厚不均匀、冷却不均、金相组 织的转变等原因，使工件产生内 应力。
• 减小内应力变形误差的途径 1.改进零件结构——设计零件时，尽量做到壁厚均匀， 结构对称，以减少内应力的产生。 2.增设消除内应力的热处理工序 时效 自然时效：将毛坯或工件长期放在室内或室外， 使其受气温变化的影响，自然松弛和变形，以减小 内应力。 人工时效：将铸件加热到550～650℃进行去应力 退火，它比自然时效节省时间，残余应力去除较为 彻底。 3.合理安排工艺过程——粗加工和精加工宜分阶段进 行，使工件在粗加工后有一定的时间来松弛内应力。
图 例
镗杆变形
加工后成鞍形
夹紧变形
力作力用位置
刚度：物体抵抗使其变形的能力 J=F/Y F:外力 Y：外力作用方向上的变形量 静刚度：引起弹性变形的外力是一个大小、方向和 作用点都不变的静力，由此力和变形决定的刚度 称为静刚度。静刚度影响加工精度。 动刚度：引起弹性变形的外力是一个交变力，则力 的变形所决定的刚度称为动刚度。动刚度影响表 面质量。 2. 工艺系统刚度及其对加工精度的影响 在机械加工过程中，机床、夹具、刀具和工件 在切削力作用下，都将分别产生变形Y机、Y夹、Y刀、 Y工，致使刀具和被加工表面的相对位置发生变化， 使工件产生加工误差。
2.3 加工误差分析
• 2.3.1 加工误差的性质
• 按其统计性质的不同可分为系统误差和随机误差两大类。 按其统计性质的不同可分为系统误差和随机误差两大类。 •（一）系统误差 （ •1、常值系统误差 1 •加工的一批零件中，所产生的大小和方向都保持不变的误差称 加工的一批零件中， 加工的一批零件中 为常值系统误差。例如加工原理误差、机床、夹具、 为常值系统误差。例如加工原理误差、机床、夹具、刀具的制 造误差及工艺系统受力变形等都属于常值系统误差。 造误差及工艺系统受力变形等都属于常值系统误差。 •2、变值系统误差 2 •加工一批零件中，所产生的大小和方向都按一定规律变化的误 加工一批零件中， 加工一批零件中 称为变值系统误差。如机床、夹具、 差，称为变值系统误差。如机床、夹具、刀具等在热平衡前的 热变形，刀具的磨损等都属于变值系统误差。 热变形，刀具的磨损等都属于变值系统误差。 • （二）随机误差 • 加工一批零件中，所产生的大小和方向不同且无规律变化的 加工一批零件中， 误差，称为随机误差。如毛坯的尺寸误差，定位、夹紧误差， 误差，称为随机误差。如毛坯的尺寸误差，定位、夹紧误差， 残余应力引起的加工误差。 残余应力引起的加工误差。