工艺系统刚度及受力变形
工艺系统受力变形对加工精度的影响
间隙：载荷方向变化时有影响（如镗床、铣床） 摩擦力：载荷变动时影响较为显著。加载时，摩 擦力阻止变形增加；卸载时，摩擦力却阻止变形减少。
--
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二、工艺系统受力变形引起的加工误差
• （一）由于切削力着力点位置变化引起 的工件形状误差
2、在两顶尖间车削细长轴 此时工艺系统的变形完全取决于工件的变形， 工件产生腰鼓形形状误差。
--
（二）由于切削力变化引起的加工误差
• 由于被加工表面的几何形状误差或材料的硬度不均匀 引起切削力变化，从而造成加工误差。
毛坯面
实际加工面
• 理想加工面
由于毛坯存在圆度误差，导致
a
切削深度变化，切削分力变化， 形成了被加工表面圆度误差，
3、机床部件刚度
• 机床部件由许多零件组成，机床部件刚度迄 今尚无合适的简易计算方法，目前主要还是用 实验方法来测定机床部件刚度。
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分析实验曲线可知，机床部件刚度具有以下特点：
• （1）变形与载荷不成线性关 系；
• （2）加载曲线和卸载曲线不 重合，卸载曲线滞后于加载曲 线。两曲线线间所包容的面积 就是加载和卸载循环中所损耗 的能量，它消耗于摩擦力所作 的功和接触变形功；
常采用一些辅助装置。
• （四）合理装夹工件。
必须特别注意选择适当的夹紧方法。如三爪夹薄壁套，
薄板磨削
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的敏感方向，因此，
工艺系统的刚度：kxt=Fy/yxt
即零件加工表面法向分力Fy与刀具在切削力（Fx、Fy、Fz的合
力）作用下，相对工件在该方向的位移yxt的比值。
工艺系统受力变形对加工精度的影响
机械制造技术工艺系统受力变形对加工精度的影响1、工艺系统刚度及其对加工精度的影响u 在车床上加工一根细长轴时，可以看到在纵向走刀过程中切屑的厚度起了变化，越到中间，切屑层越薄，加工出来的工件出现了两头细中间粗的腰鼓形误差；u 旧车床上加工刚性很好的工件时，经过粗车一刀后，再要精车的话，有时候不但不把刀架横向进给一点，反而要把它反向退回一点，才能保证精车时切去极薄的一层以满足加工精度和表面粗糙度的要求；工艺系统受力变形对加工精度的影响由机床、夹具、刀具、工件组成的工艺系统，在切削力、传动力、惯性力、夹紧力以及重力等的作用下，会产生相应的变形(弹性变形及塑性变形)。
这种变形将破坏工艺系统间已调整好的正确位置关系，从而产生加工误差。
例如车削细长轴时，工件在切削力作用下的弯曲变形，加工后会形成腰鼓形的圆柱度误差，如图所示。
切削加工过程中，在各种外力的作用下，工艺系统的各部分就会在各受力方向产生变形。
由于在误差敏感方向上，零件的加工误差最大，所以，对于工艺系统的受力变形，主要研究在误差敏感方向上的变形量。
因此，工艺系统的刚度K xt定义为作用在工件法线方向上的切削力F y与工件在该方向上切削力作用下在法线方向变形量y xt 的比值，即：yxt xtF k y若出现变形方向与F y方向不一致的情况，如F y 与y xt 方向相反，工艺系统就处于负刚度状态。
负刚度现象对保证加工质量是不利的，此时，车刀的刀尖将扎入工件(扎刀)的外圆表面，引起刀具的破损和振动，应尽量避免。
y xt =y jc +y jj +y d +y g机械加工时，机床的有关部件，夹具、刀具和工件在切削力作用下，都有不同程度的变形。
因此，工艺系统在某一处的法向总变形量是各个组成部分在该处法向变形的叠加，即：有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）根据刚度的定义，工艺系统各个组成环节的刚度为：所以，工艺系统刚度的一般计算公式为：通过工艺系统各个组成环节的刚度可求出工艺系统的总刚度。
影响机械加工精度的几个重要因素
（二）工艺系统刚度对加工精度的影响
1．加工过程中由于工艺系统刚度发生
变化引起的误差 图
x
y系 y刀架 yx y刀架 y主轴 y尾座 y主轴 l
lx
F主轴 Fp xl
F尾座 Fp
y系 y刀架 y 例
l
x
Fp
1 k刀 架
1 k主 轴
l
l
x
2
1 k尾
座
x l
2
2．由于切削力变化引起的误差 加工过程中，由于毛坯加工余量和工件 材质不均等因素，会引起切削力变化，使工 艺系统变形发生变化。从而产生加工误差。 误差复映现象： 图 车削一具有锥形误 差的毛坯，加工表面上必然有锥形误差；待 加工表面上有什么样的误差，加工表面上必 然也有同样性质的误差，这就是切削加工中 的误差复映现象。
例如：用三爪自定心卡盘装夹薄壁套简 镗孔时，夹紧前薄壁套筒的内外圆是圆的， 夹紧后工件呈三棱圆形；镗孔后，内孔呈圆 形；但松开三爪卡盘后，外圆弹性恢复为圆 形，所加工孔变成为三棱圆形，使镗孔孔径 产生加工误差。为减少由此引起的加工误差， 可在薄壁套筒外面套上一个开口薄壁过渡环， 使夹紧力沿工件圆周均匀分布。
通常都是通过机床完成的。工件的加工精度 在很大程度上取决于机床的精度。
机床制造误差中对工件加工精度影响较 大的误差有：主轴回转误差、导轨误差和传 动误差。
1．主轴回转误差
机床主轴是用来装夹工件或刀具，并将 运动和动力传给工件或刀具的重要零件，主 轴回转误差将直接影响被加工工件的形状精 度和位置精度。
3）第一次卸载后，刀架恢复不到第一 次加载的起点，这说明有残余变形存在，经 多次加载和卸载后，加载曲线起点才和卸载 曲线终点重合，残余变形才逐渐减小到零。
《工艺系统刚度》课件
05 刚度对工艺系统稳定性的影响
刚度与工艺系统稳定性的关系
刚度是工艺系统的重要参数，它决定 了工艺系统的稳定性和精度。刚度越 高，工艺系统的抗干扰能力越强，稳 定性越好。
当工艺系统受到外力作用时，刚度决 定了系统的变形量。刚度不足会导致 系统变形，影响加工精度和产品质量 。
提高工艺系统稳定性的方法
材料选择与处理
选用高强度材料
选择具有高弹性模量、高 屈服强度和低屈服点的材 料，如高碳钢、合金钢等 。
优化材料处理
通过热处理、冷处理和表 面处理等手段，改善材料 的力学性能和表面质量。
控制材料残余应力
合理安排加工顺序，减少 热处理和切削加工中的残 余应力，提高工艺系统的 刚度。
结构设计优化
简化结构
总结词
严格控制工艺系统刚度，确保精密仪器 的性能和稳定性
VS
详细描述
该精密仪器制造企业深知工艺系统刚度对 产品性能和稳定性的影响，因此在制造过 程中严格控制工艺系统刚度。企业采用了 高精度的测量设备和严格的检测标准，确 保了工艺系统刚度的稳定性和可靠性，从 而保证了精密仪器的性能和稳定性。
THANKS 感谢观看
有限元分析
利用计算机仿真技术，建立工艺系统的有限元模 型，通过模拟分析计算刚度值。
刚度评估标准
国家标准
根据国家相关标准，制定工艺系统刚度的评估指标和合格范围。
行业标准
根据行业协会或组织制定的标准，评估工艺系统刚度是否符合行业 要求。
企业标准
企业根据自身生产需求和技术水平，制定工艺系统刚度的企业标准 。
工艺系统刚度
• 引言 • 工艺系统刚度的基本概念 • 工艺系统刚度的测量与评估
• 提高工艺系统刚度的策略与方法 • 刚度对工艺系统稳定性的影响 • 案例分析
机械工艺课件--§5-4 工艺系统的受力变形对加工精度的影响及其控制
实际上，不仅加工表面的法向力F 法能够引起y 法 ， 其它切向分力也能引起沿工件加工面法向的变形。
第17次课
教学课型：理论课
第五章
机械加工精度
§5-4 工艺系统的受力变形对加工精度的影响及其控制
一、工艺系统刚度及其对加工精度的影响 3.工艺系统刚度曲线
一、工艺系统刚度及其对加工精度的影响 2.工艺系统刚度对加工精度的影响
⑵切削力大小变化引起的加工误差（单一因素） ⑵切削力大小变化引起的加工误差
误差复映：指工件加工后得 到的误差与加工前的误差相似，
ap1 Δ1
毛坯外形 工件外形
但误差值较小这种现象。
椭圆形毛坯加工后的圆度误 差为：
Δg 1 k法 ( F p1 F p 2 )
第五章
机械加工精度
§5-4 工艺系统的受力变形对加工精度的影响及其控制
二、各种力引起的加工误差 5.测量力
试切法加工中，测量力使测量触头与工件表面产生 接触变形，测量不准而造成加工误差。
第17次课
教学课型：理论课
第五章
机械加工精度
§5-4 工艺系统的受力变形对加工精度的影响及其控制
工艺系统刚度及其对加工精度的影响
ap—背吃刀量；
f—进给量； HB—工件的材料硬度。
第17次课
教学课型：理论课
第五章
机械加工精度
§5-4 工艺系统的受力变形对加工精度的影响及其控制
一、工艺系统刚度及其对加工精度的影响 2.工艺系统刚度对加工精度的影响
⑵切削力大小变化引起的加工误差
当工件材料硬度均匀，刀具、切削条件及进给量不 变时， C Fp
加、卸载曲线不重合，其包容面积说明损失在内部摩
工艺系统受力变形
机械制造技术基础
太原理工大学 机械工程学院 2013-7-19
第七章 机械加工精度
机械制造 技术基础
第七章 机械加工精度
主讲人：张杰 （第三讲）
第七章 机械加工精度
机 械 制 设 造计 技制 术造 基 础
7.2 影响加工精度的因素
7.2.3 工艺系统受力变形
工艺系统受力变形不但影响工件的加工精度，而且还影响表面 质量，限制切削用量和生产率的提高。
变形的叠加：刀刃相对机床主轴的总位移Y，包括刀台对于小 刀架的位移Y4、小刀架对大刀架的位移Y3、大刀架对溜板的位 移Y2和溜板对床身的位移Yl的迭加。
第七章 机械加工精度
机 械 制 设 造计 技制 术造 基 础
7.2 影响加工精度的因素
由于机床部件刚度的复杂性，很难用理论公式计算，刚度计算 主要通过实验测定。
即：
K系统
FY Y系统
第七章 机械加工精度
机 械 制 设 造计 技制 术造 基 础
7.2 影响加工精度的因素
7.2.3.1 工艺系统刚度
2 工艺系统的刚度
根据工艺系统刚度的定义，有
Y系统
FY K系统
而工艺系统各部件的变形为：
Y机床
FY K 机床
Y夹具
FY K 夹具
Y刀具
FY K刀具
Y工件
第七章 机械加工精度
机 械 制 设 造计 技制 术造 基 础
7.2 影响加工精度的因素
（2）机床部件的刚度 机床的结构形状复杂，组成的零部件数量也多，各部件受力变 形各不相同，变形对工件加工精度的影响也不同。
机床部件的受力变形过程，首先是消除零件间间隙，挤掉油膜 层的变形；接着是部件中薄弱零件变形；最后是组成零件本身 的弹性变形和相互接触面的接触变形。
工艺系统刚度名词解释
工艺系统刚度名词解释
工艺系统刚度是指在制造过程中，工艺系统所具有的抵抗变形的能力。
它是一个重要的质量指标，可以影响产品的尺寸精度、表面质量和机
械性能等方面。
工艺系统刚度包括结构刚度和材料刚度两个方面。
结构刚度是指工艺
系统各部件之间的连接方式和支撑方式，以及整个系统所采用的结构
形式等因素对变形抵抗能力的影响。
材料刚度则是指工艺系统所采用
的材料本身对变形抵抗能力的影响。
为了提高工艺系统刚度，可以采取以下措施：优化结构设计，增加支
撑点和连接点；选用高强度、高硬度、高韧性等性能优异的材料；加
强加工精度，确保各部件之间配合精度符合要求；合理调整加工参数，降低加工过程中产生的应力和变形等。
总之，提高工艺系统刚度对于保证制造质量具有至关重要的作用。
工艺系统的刚度
工艺系统的刚度
工艺系统的刚度是指系统在受力或变形作用下抵抗变化的能力。
在工艺系统中，刚度指的是系统对应力和变形的响应程度。
工艺系统的刚度通常由材料的特性和系统的设计决定。
材料的刚度取决于其弹性模量，弯曲模量和剪切模量等。
系统的设计则涉及到结构的形状、尺寸和连接方式等因素。
高刚度的工艺系统可以提供更好的稳定性和精度。
当系统受到外力或变形作用时，高刚度可以减少变形量和形变损失，从而保持系统的稳定性和精度。
另外，高刚度还可以减少系统的震动和振动，提高工艺过程的效率和质量。
工艺系统的刚度可以通过增加材料的刚度、改变结构设计或使用较硬的连接件等方式进行提高。
但需要注意的是，过高的刚度可能导致系统脆性增加，使系统更容易发生破坏。
因此，在设计工艺系统时需要综合考虑刚度和其他性能指标，以满足系统的要求。
工艺系统受力变形引起的加工误差课件
目录
• 工艺系统概述 • 工艺系统受力变形的基本原理 • 加工误差的产生与影响 • 减小加工误差的方法与技术 • 案例分析与实践经验
01
工艺系统概述
工艺系统的定义与组成
工艺系统定义
工艺系统是指在生产过程中，为了将原材料转化为成品的一 系列加工环节的组合，包括机床、夹具、刀具和工件等。
响。
05
案例分析与实践经验
案例一：某机械零件加工误差的减小
总结词：工艺优化
详细描述：通过对工艺系统的优化，减小了某机械零件在加工过程中由于受力变 形引起的误差，提高了零件的加工精度。具体措施包括改进夹具设计、调整切削 参数和优化加工流程等。
案例二：某航空发动机叶片加工误差的优化
总结词
误差补偿技术
加工误差对产品质量的影响
加工误差对产品性能的影响
加工误差会导致产品的尺寸、形状和位置偏差，从而影响产品的性能。例如， 由于装配间隙过大或过小引起的装配困难或装配质量不稳定；由于零件尺寸偏 差引起的配合不良或运动精度下降等。
加工误差对产品可靠性的影响
加工误差会导致产品的疲劳寿命、耐磨性和耐腐蚀性等下降，从而影响产品的 可靠性。例如，由于热处理变形引起的淬火裂纹会导致零件断裂；由于磨削烧 伤引起的表面变质层会导致零件表面磨损加快等。
预防性维护
定期对工艺系统进行检查与维护， 确保其处于良好的工作状态。
优化工艺参数与加工条件
试验与优化
01
通过试验确定最佳的工艺参数与加工条件，如切削深度、进给
速度等。
控制环境因素
02
保持恒温、恒湿等环境条件，减小环境因素对加工精度的影响
。
选用合适的刀具与夹具
机械加工容易出现的五大误差
加工误差的大小反映了加工精度的高低。
而对于机械加工厂来说，想要保证产品的质量，首先要做的就是控制好加工中的误差。
那么，在实际生产中比较常见的加工误差有哪些呢？下面我们就来具体介绍一下。
1、机床的制造误差机床的制造误差主要包括主轴回转误差、导轨误差和传动链误差。
主轴回转误差是指主轴各瞬间的实际回转轴线相对其平均回转轴线的变动量，它将直接影响被加工工件的精度。
主轴回转误差产生的主要原因有主轴的同轴度误差、轴承本身的误差、轴承之间的同轴度误差、主轴绕度等。
导轨是机床上确定各机床部件相对位置关系的基准，也是机床运动的基准。
导轨本身的制造误差、导轨的不均匀磨损和安装质量是造成导轨误差的重要因素。
传动链误差是指传动链始末两端传动元件间相对运动的误差。
它是由传动链中各组成环节的制造和装配误差，以及使用过程中的磨损所引起的。
2、刀具的几何误差任何刀具在切削过程中都不可避免要产生磨损，并由此引起工件尺寸和形状地改变。
刀具几何误差对机械加工误差的影响随刀具种类的不同而不同：采用定尺寸刀具加工时，刀具的制造误差会直接影响工件的加工精度；而对一般刀具（如车刀等），其制造误差对机械加工误差无直接影响。
3、夹具的几何误差夹具的作用是使工件相当于刀具和机床具有正确的位置，因此夹具的几何误差对机械加工误差（特别是位置误差）有很大影响。
4、定位误差定位误差主要包括基准不重合误差和定位副制造不准确误差。
在机床上对工件进行加工时，须选择工件上若干几何要素作为加工时的定位基准，如果所选用的定位基准与设计基准(在零件图上用来确定某一表面尺寸、位置所依据的基准)不重合，就会产生基准不重合误差。
工件定位面与夹具定位元件共同构成定位副，由于定位副制造得不准确和定位副间的配合间隙引起的工件最大位置变动量，称为定位副制造不准确误差。
定位副制造不准确误差只有在采用调整法加工时才会产生，在试切法加工中不会产生。
5、工艺系统受力变形产生的误差工件刚度：工艺系统中如果工件刚度相对于机床、刀具、夹具来说比较低，在切削力的作用下，工件由于刚度不足而引起的变形对机械加工误差的影响就比较大。
工艺系统刚度对加工精度的影响
工艺系统刚度对加工精度的影响
5.4.4 工件的热变形对加工精度的影 响
工件的热变形有两种情况：
• 对称受热。 如车、镗、磨等加工方法 • 不对称受热。 例如平面的刨、铣、磨等工序
在均匀、连续受热的情况下(即有稳定的温度场)，工件 的热变形，可按下式计算： △L = αL△t 毫米
式中 α--工件材料的线膨胀系数(钢α—1.17×10-5／ºC， 铸铁α—1×10-5／ºC)；
工艺系统刚度对加工精 度的影响
2020/11/12
工艺系统刚度对加工精度的影响
1、受力点位置的变化(所引起工件的误差)
(1)机床变形
工艺系统刚度对加工精度的影响
受力状况抽象以后：
P1
A
P2 0’2
0’1 ytj
01
C yx
E ywz
L
x
02
1)车床头架
Py
工艺系统刚度对加工精度的影响
2)车床尾架
只有在粗加工时用误差复映规律估算加工 误差才有实际的意义。 （3）原始误差必须多次加工才能消除。但一 般2---3次就行。 （4）在批量生产中，对毛坯误差或前工序的 尺寸公差进行控制。
工艺系统刚度对加工精度的影响
3、传动力、惯性力、重力和其它作 用力的变化
（1）由于惯性力和传动力引起的加工误差 例如单爪传动的拨盘装置（鸡心夹），在高速
用精密机床进行精密加工和精密成品的装配， 均应在恒温车间进行
工艺系统刚度对加工精度的影响
5.4.6 热变形的控制措施
热源-------导路------受体 1.减小发热和隔热。 2.强制冷却，控制温升，使温度均衡。 3.加快升温，保持热平衡。 4.控制环境温度。
5.5 加工误差分析
10.3工艺系统受力变形
•本课结束 • 谢 谢！
10.3工艺系统受力变形
工件刚度、受力变形对工件精度影响。
• 一、工艺系统受力变形现象： • 工艺系统在切削力、夹紧力、传动力、重力 和惯性力等外力作用下，使零件产生加工误 差。例如图10.11车细长轴，图10.12所示在 车床加工薄壁零件的内孔。
• 二、工艺系统刚度
• 物体或系统抵抗变形的能力。用加到物体的作用力 与沿此作用力方向上产生的变形量的比值表示。
五、工件内应力对加工精度影响
内应力：零件在没有外加载荷作用下，加 工后内部存在的应力成为残余内应力， 称为~。 工件在铸、锻、切削后内部应力相互平衡 一旦外界条件变化→平衡破坏→变形。例 子：木质家具开裂等。
• 1、内应力的产生 • ①毛坯：工件壁厚不均 • ②工件切削内应力 • ③热处理 • ④校直 • 2、内应力的减少和消除法 • ①时效处理：自然、人工； • ②铸、锻件结构，应壁厚均匀，不能差太多； • ③零件的结构主要考虑刚度问题； • ④机械加工时，注意减少切削力 ； • ⑤尽量不采用冷校直。
四、减小工艺系统受力变形的措施 • 1.提高接触刚度 • 提高主要零件接触面配合质量——模具研配 事例。 • 2.提高工件刚度 • 缩小切削力作用点到支承之间距离——例如 跟刀架。 • 3.提高机床部件刚度 • 例如铣床双支承刀杆。
4.合理装夹工件以减小夹紧变形
薄板零件的磨削
加 蓝 色 橡 皮 垫 ， 变 形 已 修 正
• 3.刀具的热变形对加工精度的影响 • 刀具热变形的热源是切削热。 图10.27车刀的热伸长 陡切 峭削 ，初 影期 响， 明曲 显线 。
二、减少Байду номын сангаас艺系统热变形的措施
• • • • • • • • 1.减少热源发热 隔离热源、有效冷却、改进结构。 2.热补偿减小热变形 3.合理机床部件结构，减小热变形影响 轴、轴承、齿轮对称布置，双立柱。 4.加速达到热平衡 加工前机床高速空运转 5.控制环境温度.
3-3工艺系统受力变形对加工精度影响
15
残余应力产生的原因 图3-29 铸件残余应力的形成及铸件的变形
／yg，带入上式
1 1 1 1 1
k
k jc
k jj
kd
kg
4
3.工艺系统刚度对 加工精度的影响
（一）切削力作用点位置变 化引起的工件形状误差
1. 机床的变形
y jc yx ydj
图3-18 工艺系统变形随切 削力位置变化而变化
1
后工件的误差值。
图3-20 车削时的误差复映 9
（三）夹紧力、重力和惯性力引起的加工误差 1. 夹紧力的影响
10
夹紧力、重力和惯性力引起的加工误差
2. 重力的影响
3. 惯性力的影响：对重平衡
图3-23 着力点不当引起的加工误差 y2=y1/50
图3-24 均匀截面工件支撑位置不同时自重所造成的误差 11
当x 0或x L时，yg 0；
当x
L 2
时，yg
m
ax
Fy
(
L3 48E
I
)。
因此，加工后的工件呈鼓形。
7
3. 工艺系统的总变形
当同时考虑机床和工件的变形时，工艺系统的总变形为两者 的叠加(忽略车刀的变形 )：
y
y jc
yg
1
Fy
ktj
(L L
x)2
1 kwz
1 kwz
x 2 L
1 kdj
第三节 工艺系统的受力变形对加工精度的影响
x L
),可得机床的
1.切削力作用点位置变化引起的工件形状误差
b.分析 机床变形:
对式微分，可求得机床变形最小处 机床的变形曲线为:
1.切削力作用点位置变化引起的工件形状误差
• 结论:
• 由于变形大的地方， 从工件上切去的金 属层薄，变形小的 地方，切去的金属 层厚，因此因机床 受力变形而使加工 出来的工件呈两端 粗、中间细的鞍形。
• （定义）工艺系统刚度：是指工件加工 表面在切削力法向分力Fy的作用下，刀 具相对工件在该方向上位移y的比值，用 k来描述
切削力法向分力Fy
k
Fy y
在切削力Fx，Fy，Fz共同作 用下在Y方向上的位移
1.刚度与柔度
• 注意： （1）在上述刚度的定义中，工件和刀具在y方 向产生的相对位移y，不只是Fy作用的结果， 而是Fx，Fy，Fz同时作用下的综合结果。
0 绪论
例2：在内圆磨床上以横向切入法磨孔时， 由于内圆磨头主轴弯曲变形，磨出的孔 会出现圆柱度误差（锥度）。
0 绪论
• 例3：在精磨主轴和活塞外圆的最后几个行程 中，砂轮并没有再向工件进刀，即所谓“无进 给磨削”或“光磨”，但依然磨出火花，先多 后少，直到无火花为止。这就是用多次无进给 的行程来消除工艺系统的受力变形，以保证工 件的加工精度和表面粗糙度。 • 结论： • 由此可见，工艺系统的受力变形是加工中一项 很重要的原始误差。事实上，它不仅严重地影 响工件加工精度，而且还影响加工表面质量， 限制加工生产率的提高。
• 同理，机床刚度kjc、夹具刚度kjj、刀具 刚度kd及工件刚度kg人亦可分别写为
k jc Fy / y jc
k jj Fy / y jj
k jc Fy / y jc
工艺系统受力变形对加工精度的影响
机械制造技术工艺系统受力变形对加工精度的影响1、工艺系统刚度及其对加工精度的影响u 在车床上加工一根细长轴时，可以看到在纵向走刀过程中切屑的厚度起了变化，越到中间，切屑层越薄，加工出来的工件出现了两头细中间粗的腰鼓形误差；u 旧车床上加工刚性很好的工件时，经过粗车一刀后，再要精车的话，有时候不但不把刀架横向进给一点，反而要把它反向退回一点，才能保证精车时切去极薄的一层以满足加工精度和表面粗糙度的要求；工艺系统受力变形对加工精度的影响由机床、夹具、刀具、工件组成的工艺系统，在切削力、传动力、惯性力、夹紧力以及重力等的作用下，会产生相应的变形(弹性变形及塑性变形)。
这种变形将破坏工艺系统间已调整好的正确位置关系，从而产生加工误差。
例如车削细长轴时，工件在切削力作用下的弯曲变形，加工后会形成腰鼓形的圆柱度误差，如图所示。
切削加工过程中，在各种外力的作用下，工艺系统的各部分就会在各受力方向产生变形。
由于在误差敏感方向上，零件的加工误差最大，所以，对于工艺系统的受力变形，主要研究在误差敏感方向上的变形量。
因此，工艺系统的刚度K xt定义为作用在工件法线方向上的切削力F y与工件在该方向上切削力作用下在法线方向变形量y xt 的比值，即：yxt xtF k y若出现变形方向与F y方向不一致的情况，如F y 与y xt 方向相反，工艺系统就处于负刚度状态。
负刚度现象对保证加工质量是不利的，此时，车刀的刀尖将扎入工件(扎刀)的外圆表面，引起刀具的破损和振动，应尽量避免。
y xt =y jc +y jj +y d +y g机械加工时，机床的有关部件，夹具、刀具和工件在切削力作用下，都有不同程度的变形。
因此，工艺系统在某一处的法向总变形量是各个组成部分在该处法向变形的叠加，即：根据刚度的定义，工艺系统各个组成环节的刚度为：所以，工艺系统刚度的一般计算公式为：通过工艺系统各个组成环节的刚度可求出工艺系统的总刚度。
对于工件和刀具，其结构较简单，可采用材料力学的相关知识近似计算。
强度,刚度,弹性模量的区别和联系
强度定义1、材料、机械零件和构件抵抗外力而不失效的能力。
强度包括材料强度和结构强度两方面。
强度问题有狭义和广义两种涵义。
狭义的强度问题指各种断裂和塑性变形过大的问题。
广义的强度问题包括强度、刚度和稳定性问题，有时还包括机械振动问题。
强度要求是机械设计的一个基本要求。
材料强度指材料在不同影响因素下的各种力学性能指标。
影响因素包括材料的化学成分、加工工艺、热处理制度、应力状态，载荷性质、加载速率、温度和介质等。
按照材料的性质，材料强度分为脆性材料强度、塑性材料强度和带裂纹材料的强度。
①脆性材料强度：铸铁等脆性材料受载后断裂比较突然，几乎没有塑性变形。
脆性材料以其强度极限为计算强度的标准。
强度极限有两种：拉伸试件断裂前承受过的最大名义应力称为材料的抗拉强度极限，压缩试件的最大名义应力称为抗压强度极限。
②塑性材料强度：钦钢等塑性材料断裂前有较大的塑性变形，它在卸载后不能消失，也称残余变形。
塑性材料以其屈服极限为计算强度的标准。
材料的屈服极限是拉伸试件发生屈服现象（应力不变的情况下应变不断增大的现象）时的应力。
对于没有屈服现象的塑性材料，取与0。
2％的塑性变形相对应的应力为名义屈服极限，用σ0。
2表示。
③带裂纹材料的强度：常低于材料的强度极限，计算强度时要考虑材料的断裂韧性（见断裂力学分析）。
对于同一种材料，采用不同的热处理制度，则强度越高的断裂韧性越低。
按照载荷的性质，材料强度有静强度、冲击强度和疲劳强度。
材料在静载荷下的强度，根据材料的性质，分别用屈服极限或强度极限作为计算强度的标准。
材料受冲击载荷时，屈服极限和强度极限都有所提高（见冲击强度）。
材料受循环应力作用时的强度，通常以材料的疲劳极限为计算强度的标准（见疲劳强度设计）。
此外还有接触强度（见接触应力）。
按照环境条件，材料强度有高温强度和腐蚀强度等。
高温强度包括蠕变强度和持久强度。
当金属承受外载荷时的温度高于再结晶温度（已滑移晶体能够回复到未变形晶体所需要的最低温度）时，塑性变形后的应变硬化由于高温退火而迅速消除，因此在载荷不变的情况下，变形不断增长，称为蠕变现象，以材料的蠕变极限为其计算强度的标准。
工艺系统的受力变形对加工精度的影响
ywz ytj
x L
机床总变形量yjc的计算公式为：
yjc＝yx＋ydj
根据力的平衡条件，主轴箱前顶尖、尾座顶 尖和刀架变形量的计算公式为：
ytj
FA ktj
Fy ktj
Lx L
ywz
FB kwz
Fy kwz
x L
ydj
Fy kdj
最后可得机床总变形量yjc的计算公式为：
y jc
Fy
1 ktj
（2）工件的变形
在车床两顶尖间车削刚性很差的细长轴时，由于 在切削力的作用下，工件的变形很大，远远超过机床 和刀具的变形，因此，工艺系统的变形主要取决于工 件的变形，机床和刀具的变形可以忽略不计。
如右图所示，当车刀处于 x位置时，工件的轴线产生变 形。根据材料力学的计算公 式，工件在切削点的变形量yw 为：
2．提高工件刚度
提高工件刚度的主要措施是缩小切削力作用点到 工件支承面之间的距离
3．合理装夹工件
对于薄壁工件或刚性较差工件，夹紧时应特别注 意选择合理的夹紧方法，否则会引起很大的加工误差。
4．合理设计系统结构
在设计机床和夹具时，应合理设计每个零部件， 防止因个别零件刚度较差而使整体刚度下降；并注 意刚度的匹配，防止有局部低刚度环节出现。
向在工件的转动中也不断改变。这样，工件在回转过程 中，由于所受外力方向不断变化，会造成加工误差。
（2）夹紧力对加工精度的影响
当加工刚性较差的工件时， 若夹紧力的作用点或方向不当， 会使工件变形，从而产
生加工误差。上图所示为加工连杆大端孔，由于夹紧 力作用点不当，引起加工后两孔中心线不平行，且中 心线与定位端面不垂直，从而造成加工误差。
CFy
f
v k yFy nFy c Fy
影响机械加工精度的主要因素分析
影响机械加工精度的主要因素分析加工精度是指零件加工后的几何参数（尺寸、几何形状和相互位置）的实际值与理想值之间的符合程度。
而实际值与理想值之间的偏离程度（即差异）则为加工误差，加工误差的大小反映了加工精度的高低。
1、影响机械加工精度的主要因素（1）工艺系统的几何误差1）加工原理误差加工原理误差是指采用了近似的成形运动或近似形状的刀具进行加工而产生的误差。
比如，数控机床一般只具有直线和圆弧插补功能，因而即便是加工一条平面曲线，也必须用许多很短的折线段或圆弧去逼近它，刀具连续地将这些小线段加工出来，也就得到了所需的曲线形状。
逼近的精度可由每条线段的长度来控制。
因此，在曲线或曲面的数控加工中，刀具相对于工件的成形运动是近似的。
进一步地说，数控机床在做直线或圆弧插补时，是利用平行坐标轴的小直线段来逼近理想直线或圆弧的，这里存在着加工原理误差。
但由于数控机床的脉冲当量可以使这些小直线段很短，逼近的精度很高，事实上数控加工可以达到很高的加工精度。
又如，滚齿用的齿轮滚刀有两种误差：一是为了制造方便，采用阿基米德蜗杆或法向直廓蜗杆代替渐开线基本蜗杆而产生的刀刃齿廓形状误差；二是由于滚刀刀齿有限，实际上加工出的齿形是一条由微小折线段组成的曲线，它与理论上的光滑渐开线有一定的差异。
这里也存在着加工原理误差。
用近似的成形运动或近似形状的刀具虽然会带来加工原理误差，但往往可以简化机床结构或刀具形状，以提高生产率。
因此，只要这种方法产生的误差不超过允许的范围，往往比准确的加工方法能获得更好的经济效益，在生产中仍然得到了广泛的应用。
2）机床误差机床误差是由机床的制造、安装误差和使用中的磨损造成的。
在机床的各类误差中，对工件加工精度影响较大的主要是主轴回转误差和导轨误差。
机床主轴是带动工件或刀具回转，产生主要切削运动的重要零件。
其回转运动精度是机床主要精度指标之一，主轴回转误差主要影响零件加工表面的几何形状精度、位置精度和表面粗糙度。
机械制造技术基础B-第四章-第三节
第三节 工艺系统的受力变形对加工精度的影响
切削过程中，增大走刀次数可不断减小工件的复映误差。设 ε1、ε2、 ε3分别为第一、第二、第三次走刀时的误差复映系数， 则
g1 1m, g22g112 m, g33g2123m
总误差复映系数： 总123
加工时：变形大的地方，切除的金 属层薄；变形小的地方，切除的金属 层厚。
结论：因机床受力变形，加工后的 工件呈两端粗，中间细的马鞍形。
第三节 工艺系统的受力变形对加工精度的影响
2. 工件的变形
用两顶尖车削细长轴时，不考虑机床和刀具的变形，工件在 切削点处的变形量 yB 为：
yB
FP(Lx)2x2 3EIL
k Fp y
第三节 工艺系统的受力变形对加工精度的影响
二、工艺系统刚度的计算
根据 k=Fy /y 得知，工艺系统在某一处的法向总变形位移y， 是系统的各个组成环节在同一处的法向变形的叠加：
yyjcyjjydyg
则机床刚度kjc、夹具刚度kjj、刀具刚度kd和工件刚度kg 为：
kjc Fp yjc, kd Fp yd , kjj Fp yjj, kg Fp yg,
得到:
11 111
k kjc kjj kd kg
第三节 工艺系统的受力变形对加工精度的影响
三、工艺系统刚度对加工精度的影响
（一）切削力作用点位置变化引起的工件形状误差 以在车床两顶尖间加工光轴为例，分析力作用点位置变化对
工件形状的影响。 1. 机床的变形 假定工件短而粗，车刀悬伸长度短，
从“提高工艺系统的刚度”和“减小载荷及其变化”两方面 采取措施，来减小工艺系统的受力变形。
（一）提高工艺系统的刚度 1. 合理的结构设计
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工艺系统刚度及受力变形
一、工艺系统刚度的概念及计算
（三）工艺系统刚度的计算
工艺系统在某一处的法向总变形y是各个 组成环节在同一处的法向变形的迭加：
分 变别 形y为d、机工床件受变力形变y形g yjc 、夹具变形yjj、刀具
工艺系统刚度及受力变形
一、工艺系统刚度的概念及计算
已知工艺系统各组成环节的刚度，即可 求得工艺系统的刚度
工艺系统刚度及受力变形
三、工艺系统刚度对加工精度的影响
（四）传动力和惯性对加工精度影响
在车床或磨床类机床 上加工轴类零件时，常用 单爪拨盘带动工件旋转。 传动力在拨盘的每一转中 不断改变方向，和惯性力 一样，其在误差敏感方向 的分力有时将工件推向刀 具，有时将工件拉离刀具， 从而造成工件的圆度误差。
三、工艺系统刚度对加工精度的影响
（一）切削力作用点位置变化引起的工件形状误差
3
工
y y jc yg
艺 系 统
Fy
1 ktj
L L
x
2
1 kwz
x 2
L
1 K dj
L x2 x2
3EIL
的
工艺系统的刚度：
变 形
K Fy yk yg
（一）切削力作用点位置变化引起的工件形状误差
1 机
计算结果说明
床 • 机床的总变形是随着切削力作用点（x）的变化的
的 • 在x＝0和x＝L的情况下，工件变形较大
变 •在
形
x(
k wz
时，机床变形最小
)L
ktj kwz
• 变形大的地方，从工件上切去的金属层薄，变形 小的地方，切除的金属层厚
• 所以，机床受力变形而使得加工出来的工件呈两 端粗，中间细的马鞍型。
1 L x 2 1 x 2 1 (L x)2 x2
K ij L K wz L Kdj
3EIL
工艺系统刚度及受力变形
三、工艺系统刚度对加工精度的影响
（一）切削力作用点位置变化引起的工件形状误差
3 工 艺 系 统 的 变 形
工艺系统刚度及受力变形
（一）切削力作用点位置变化引起的工件形状误差
2 工 件
• 在两顶尖装夹刚性差的细长轴，假设不考虑机 床刀具变形，即可由公式得出：
的 变
yg
Fy 3EI
(L x)2 x2 L
形 • 当x＝0或x＝L时，变形最小，为0
• 当x＝L/2时，工件刚度最小，变形最大
• 加工结果：工件呈鼓形
工艺系统刚度及受力变形
2!
n!
(1 x 1)
工艺系统刚度及受力变形
一、机械加工精度
(四)影响加工精度的因素
工艺系统刚度及受力变形
一、机械加工精度
•尺寸精度 •形状精度 •位置精度
• 加工精度 • 加工误差
• 工艺系统
• 原始误差
•机床 •刀具 •夹具 •工件
• 研究加工精度方法
统计分析法
•与理想零件的偏离 •加工精度的另一描
A kxt
m
误差复映系数 g
m
A 1
kxt
工艺系统刚度及受力变形
三、工艺系统刚度对加工精度的影响
（二）切削力大小变化引起的加工误差
第一次走刀：
1
A1 kxt
,
1 1 m
第n次走刀： n
An kxt
,
n n n1 1 2 nm
工艺系统刚度及受力变形
三、工艺系统刚度对加工精度的影响
工艺系统受力变形现象
外力：切削力、传 动力、惯性力、夹 紧力、重力
工艺系统： 机床、夹具、 工件、刀具
破坏了刀具、工 件间相对位置
产生加工误差
工艺系统刚度及受力变形
二、工艺系统刚度的概念及计算
例如车削细长轴时，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。
工艺系统刚度及受力变形
三、工艺系统刚度对加工精度的影响
（三）夹紧力和重力引起的加工误差
套筒夹紧变形误差及采用开口过渡环
工艺系统刚度及受力变形
三、工艺系统刚度对加工精度的影响
（三）夹紧力和重力引起的加工误差
工艺系统刚度及受力变形
三、工艺系统刚度对加工精度件自重引起地横梁变形
工艺系统刚度及受力变形
专题3 机械加工精度与 工艺系统刚度及受力变形
工艺系统刚度及受力变形
目录
一、机械加工精度 二、工艺系统刚度的概念及计算 三、工艺系统刚度对加工精度的影响 四、机床部件刚度 五、减少工艺系统受力变形对加工精度
影响的措施
六、工件残余应力引起的变形
工艺系统刚度及受力变形
工艺系统刚度及受力变形
三、工艺系统刚度对加工精度的影响 车削前圆度误差：m a p1 a p2 车削后圆度误差： g y1 y2
y1
Fp1 kxt
A a p1 kxt
y2
Fp2 kxt
A ap2 kxt
g
y1 y2
A kxt
(a p1 a p2 )
一、机械加工精度
（一）概念
加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸 、形状及各表面相互位置等参数）与理想几何参 数的符合程度。符合程度越高，加工精度就越高 。反之，越低。
理想几何参数
➢表面—绝对平面、圆柱面等； ➢位置—绝对平行、垂直、同轴等； ➢尺寸—位于公差带中心。
工艺系统刚度及受力变形
一、机械加工精度
工艺系统刚度及受力变形
三、工艺系统刚度对加工精度的影响
（二）切削力大小变化引起的加工误差
结论
• 3、毛坯硬度不均匀，同样会造成加工误差
• 4、在采用调整法成批生产情况下，控制毛坯 材料硬度的均匀性是重要。因为加工过程中走 刀次数通常已定，如果一批毛坯材料的硬度差 别很大，就会使得洞见的尺寸分散范围扩大， 甚至超差
使工艺系统各组成部分之间的位置关 系或速度关系偏离了理想状态，致使 加工后的零件产生了加工误差。
工艺系统刚度及受力变形
一、机械加工精度
工艺系统刚度及受力变形
一、机械加工精度
原始误差对加工误差的影响 ★
各种原始误差的大小和方向各有不同，而加工误差 则必须在工序尺寸方向上测量。所以原始误差的方 向不同时对加工误差的影响也不同。
三、工艺系统刚度对加工精度的影响
（一）切削力作用点位置变化引起的工件形状误差
3 工 艺 系 统 的 变 形
工艺系统刚度及受力变形
三、工艺系统刚度对加工精度的影响
（二）切削力大小变化引起的加工误差
• 假设条件：
– 车床加工短轴，工艺系统的刚度变化不 大，（近似常量）
– 毛坯形状误差较大或者材料硬度很不均 匀，工件加工时切削力的大小就会有较 大的变化，从而引起工件的加工误差
工艺系统刚度及受力变形
三、工艺系统刚度对加工精度的影响
• （一）切削力作用点位置变化引起的工 件形状误差
• （二）切削力大小变化引起的加工误差 • （三）夹紧力和重力引起的加工误差 • （四）传动力和惯性力对加工精度影响
工艺系统刚度及受力变形
三、工艺系统刚度对加工精度的影响
（一）切削力作用点位置变化引起的工件形状误差
3、获得相互位置精度的方法
主要由机床精度、夹具精度和工件的装夹精度来保证。
工艺系统刚度及受力变形
一、机械加工精度
(三)加工误差与原始误差
加工误差是指零件加工后的实际几何参数对理想几何参 数的偏离程度。加工误差的大小表示了加工精度的高低， 加工误差是加工精度的度量。
由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺系统的 误差是工件产生加工误差的根源。我们把工艺系统的各 种误差称之为原始误差。
把对加工误差影响最大的那个方向（即通过刀刃的加工 表面的法线方向）称为误差敏感方向。
工艺系统刚度及受力变形
一、机械加工精度
Z ΔR
ΔR
Y
dR
D
o
ΔZ
ΔY
Rz
Z 2 2R
Ry Y
当主轴在Z方向存在误差△Z时，反映 到工件半径方向上的误差为△Rz
当主轴在Y方向存在误差△Y时，则此 误差将是1：1反映到工件半径方向上
工艺系统刚度及受力变形
一、机械加工精度
工艺系统刚度及受力变形
一、机械加工精度
工艺系统刚度及受力变形
一、机械加工精度
2、获得形状精度的方法
轨迹法：利用刀尖运动轨迹形成工件表面形状；
成形刀具法：由刀刃的形状形成工件表面形状；
展成法：由切削刃包络面形成工件表面形状； 仿形法：在普通铣床上用轴向剖面形状与被切齿轮齿 槽形状完全相同的铣刀切制齿轮的方法。
则： z 1 2 n 1
可见：n↑，则：ε↓；kxt↑，则：ε↓
工艺系统刚度及受力变形
三、工艺系统刚度对加工精度的影响
（二）切削力大小变化引起的加工误差
结论
• 1、增加走刀次数可大大减小工件的复映误差
• 2、当工件毛坯有形状误差（如圆度、圆柱度、 直线度等）或者相互位置误差（如偏心、径向 跳动等）时，加工后仍然会有同类的加工误差 出现。在成批大量生产中用调整法加工一批工 件时，如毛坯尺寸不一，则加工后，这批工件 仍有尺寸不一的误差
述
•工艺系统的误差 •产生加工误差的根源 •包括工艺系统静误差、
动误差
工艺系统刚度及受力变形
二、工艺系统刚度的概念及计算
产生原因：
切削加工时，工艺系统在切削力、夹紧力以 及重力等的作用下，将产生相应的变形，使 刀具和工件在静态下调整好的相互位置，以 及切削成形运动所需要的正确几何关系发生 变化，而造成加工误差。