工艺系统受力变形
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工艺系统受力变形对加工精度的影响
某些刚度很低的零件受力后会产生较大的变形， 使整个部件的刚度降低。如车床溜板部件中的楔铁。 3、间隙和摩擦力的影响
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。
--
--
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
--
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。
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。
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（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。
机械制造工艺与装备
H R Y B
图3-6 导轨扭曲引起的加工误差
H H 2 1 。 一般卧式车床 ，外圆磨床 B B 3
d、导轨与主轴回转轴线的平行度
理论上要求车刀刀尖的直线运动轨迹与主轴回转轴线在水
平面内和垂直面内都应相互平行，但实际上存在误差： 在水平面内不平行：两者处于同一平面，即为相交两直线， 这使工件产生锥度； 在垂直方向不平行：两者不在同一平面，即为空间交叉两 直线。该项误差与导轨在垂直面内的直线度误差上相似的，均 处于误差非敏感方向，故对工件的加工精度影响很小。
1、工艺系统的几何误差对加工精度的影响
工艺系统的几何误差主要是机床、刀具和夹具的制造误差、磨损 误差以及调整误差。这一类原始误差在刀具与工件发生关系(切削)之 前就已客观存在，在加工过程中反映到工件上去。
（1）机床几何误差
高精度的零件要依赖高精度的设备与工艺装备来生产，其中最重 要的是机床的精度。机床精度可以分为：①静态精度，机床在非切削 状态（无切削力作用）下的精度；②动态精度，机床在切削状态和振 动状态下的精度；③热态精度，机床在温度场变化情况下的精度。
（2）工艺系统受力变形引起的加工误差
在切削过程中，刀具相对于工件的位置是不断变化的，所以切削 力的大小及作用点的位置总是变化的，因而，工艺系统的受力变形也 随之变化。 1）切削力大小变化引起的加工误差——误差复映规律工件在切削 过程中，由于被加工表面的几何误差及材料硬度不均，引起切削力和 工艺系统变形的变化，如图3-7所示
1切削力大小变化引起的加工误差误差复映规律工件在切削过程中由于被加工表面的几何误差及材料硬度不均引起切削力和工艺系统变形的变化如图37所示2工艺系统受力变形引起的加工误差图37毛坯误差的复映切削过程中受力点位置变化引起的工件形状误差2切削力作用点位置变化引起的加工误差图38受力点变化引起的变形在工艺系统中由于零部件的自重也会产生变形
工艺基础知识培训
机床：加工设备，如车床、铣床、磨床等，也包括钳工台
等钳工设备； 工具：各种刀具、磨具、检具，如车刀、铣刀、砂轮等； 夹具：机床夹具，加工时如将工件直接装夹在机床工作台 上，则可以不要夹具。
二、影响加工精度的主要因素及改善措施
传动链的传 工艺系统与精度的关系 动误差 导轨导向误差 主轴回转误 差
影响零件加工表面 的几何形状精度
粗糙度过细，不易储存润滑油，加重磨损，同时过细的表面
还将大大提高制造成本。
三、加工表面质量
表面质量对零件性能的影响：
1.表面质量对零件耐磨性的影响 零件磨损分为三个阶段：初期磨损阶段、正常磨损阶段、 急剧磨损阶段。
表面粗糙度对摩擦副的 初期磨损影响巨大。
三、加工表面质量
表面纹理对耐磨性的影响： 它影响金属表面的实际接触面积和润滑液的存留情况。 轻载时两表面的纹理方向与相对运动方向一致时，磨损量
二、影响加工精度的主要因素及改善措施
改善措施：
1）减少热源的发热：移出热源如发动机、变速箱等、考虑
结构优化、改善摩擦特性、改变润滑材料采取冷却措施等。 2）用热补偿法减少热变形。 3）合理设计机床部件结构减少热变形的影响。 4）加速达到工艺系统的热平衡（预热）。 5）控制环境温度（恒温）。空运转机床至热平衡状态后再加工；进行充
完整的工艺系统。
工件和刀具安装在夹具和机床上，受到夹具和机床
的约束。 尺寸、几何形状和表面间相对位臵的形成，归结到 一点，取决于工件和刀具在切削运动过程中相互位臵的关系。 由于工艺系统各种原始误差的存在，使工件与道具 之间正确的几何关系遭到破坏，而产生加工误差。
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二、影响加工精度的主要因素及改善措施
二、影响加工精度的主要因素及改善措施
减少工艺系统受力变形的途径
减少工艺系统受力变形的途径
工艺系统受力变形是制造过程中常见的问题之一，它会导致产品质量下降、生产效率降低、甚至设备损坏等问题。
因此，减少工艺系统受力变形是非常重要的。
下面介绍几种减少工艺系统受力变形的途径。
合理设计工艺系统结构。
在设计工艺系统时，应该考虑到受力变形的问题，采用合理的结构设计，使得工艺系统在受力时能够保持稳定。
例如，在设计机床时，应该采用坚固的床身结构，以保证机床在加工过程中不会发生变形。
选用高质量的材料。
工艺系统的材料质量直接影响其受力变形的程度。
因此，在选材时应该选择高质量的材料，以保证工艺系统的稳定性。
例如，在制造模具时，应该选用高强度、高硬度的材料，以保证模具在使用过程中不会发生变形。
加强工艺系统的支撑和固定。
在工艺系统的使用过程中，应该加强其支撑和固定，以减少受力变形的发生。
例如，在使用机床时，应该将工件牢固地夹在工作台上，以避免工件在加工过程中发生移动，导致机床发生变形。
定期维护和检查工艺系统。
工艺系统在长期使用过程中，会出现磨损、松动等问题，这些问题会导致工艺系统受力变形。
因此，应该定期对工艺系统进行维护和检查，及时发现并解决问题，以保证工
艺系统的稳定性。
减少工艺系统受力变形是制造过程中非常重要的问题。
通过合理设计工艺系统结构、选用高质量的材料、加强工艺系统的支撑和固定以及定期维护和检查工艺系统，可以有效地减少工艺系统受力变形的发生，提高产品质量和生产效率。
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。
机械加工质量分析-项目四：机械加工质量分析一、填空题
项目四：机械加工质量分析一、填空题1、理论粗糙度的公式为 ，要减小表面粗糙度，应选 f、k r 和 k’r。
2、残余应力产生的原因是 、 和 。
3、机床主轴回转误差的三种基本形式为 、 和 。
4、精密主轴加工以支承轴颈为定位基准来修研 ，再以其为基准来加工 ，符合基准选择的 原则，从而获得较高的加工精度 。
5、工艺系统受力变形会引起加工误差，用两顶尖装夹加工轴类零件 ，当车床刚性较差时，工件刚性较好时，加工后工件呈 形误差，反之，工件呈 形误差。
6、误差统计分析中常用的方法有二种： 法和 法。
7、表面残余应力是 、 、 、 和 几种效应的综合结果。
8、机械加工中，获得几何形状精度的加工方法的： 、 和 。
9、主轴轴承外环滚道有形状误差时，对 类机床的加工精度影响较大；主轴轴承内环滚道有形状误差时，对 类机床的加工精度影响较大。
10、误差复映规律说明 是 在工件上的复映，当工件的材料和切削用量选定后，误差复映系数主要与 有关。
11、产生振型耦合自激振动的条件是 系统是不稳定的，且当 系统组合刚度最小，最易产生自激振动。
12、机械加工中获得尺寸精度的四种方法为 、 、 和 。
13、导轨是机床中确定主要部件相对位置的基准，对于普通车床，影响其加工精度的导轨误差是 、 。
14、在普通车床上加工轴类零件的外圆，若刀架移动对主轴中心线在水平内不平行，则加工后工件呈 误差，若在垂直面内不平行，则加工后工件呈 误差。
15、在普通车床上车外圆，若车床导轨垂直平面内有直线度误差△1，则工件直径误差为 ；若在水平内有误差△2，则工件直径误差为 ，若车床前后导轨有平行度误差△3，则工件直径误差为 。
16、工艺能力系数的计算式为 ，它是指工序的工艺能力能否满足产品精度的程度。
当C p 时，说明工序的工艺能力能满足加工精度要求，当c p 时，表示不能保证加工精度。
17、机械加工时，影响表面粗糙度的原因大致归纳为两方面 、 。
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
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
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
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
工艺系统刚度及受力变形74页PPT
工艺系统刚度及受力变形
•
46、寓形宇内复几时，曷不委心任去 留。
•
47、采菊东篱下，悠然见南山。
•
48、啸傲东轩下，聊复得此生。
•
49、勤学如春起之苗，不见其增，日 有所长 。
•
50、环堵萧然，不蔽风日；短褐穿结 ，箪瓢 屡空， 晏如也 。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
END
•
46、寓形宇内复几时，曷不委心任去 留。
•
47、采菊东篱下，悠然见南山。
•
48、啸傲东轩下，聊复得此生。
•
49、勤学如春起之苗，不见其增，日 有所长 。
•
50、环堵萧然，不蔽风日；短褐穿结 ，箪瓢 屡空， 晏如也 。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
END
7.4工艺系统受力变形引起的加工误差2
工艺系统的受力变形引起的加工误差 在内圆磨床上用横向切 入磨孔时， 入磨孔时，由于内圆磨头 工 艺 系 统 刚 度 分 析 主轴弯曲变形， 主轴弯曲变形，磨出的孔 会带有锥度的圆柱度误差 。精度外圆一般到磨削后 期需进行无进给磨削， 期需进行无进给磨削，多 次无进给磨削消除工艺系 统受力变形。 统受力变形。
LOGO
机械制造技术
第七章
机械加工精度
机制教研室
LOGO
第七章 机械加工精度
第四节 工艺系统受力变形引起的 加工误差
第四节 工艺系统受力变形引起的加工误差
一 本 节 教 学 内 容
一
工艺系统刚度分析
二 工艺系统受力变形对加工精度的影响 三 减小工艺系统受力变形的措施
第四节 工艺系统受力变形引起的加工误差
工 艺 系 统 刚 度 分 析
车床刀架部件静刚度曲线
（三）机床部件的刚度及特点 从机床静刚度曲线可以看出： 从机床静刚度曲线可以看出： 1）刚度曲线不是直线，力和变形不成线性关系。 刚度曲线不是直线，力和变形不成线性关系。 工 这表明部件的变形不单纯是弹性变形。 这表明部件的变形不单纯是弹性变形。 艺 系 统 刚 度 分 析
（四）影响机床部件的刚度的因素
工 艺 系 统 刚 连接表面间的接触变形 度 零件接触面在外力作用下抵抗接触变形的能力称 分 接触刚度。影响接触刚度的主要因素是接触表面的 析 为接触刚度。影响接触刚度的主要因素是接触表面的 粗糙度、表面形状误差、材料的硬度等 粗糙度、表面形状误差、材料的硬度等。
（四）影响机床部件的刚度的因素 2.部件中薄弱零件的影响 2.部件中薄弱零件的影响 工 艺 系 统 刚 度 分 析 如果部件中有某些刚度 很低的零件时， 很低的零件时，受力后这些 低刚度零件会产生很大的变 使整个部件的刚度降低。 形，使整个部件的刚度降低。 如图所示， 如图所示，由于床鞍部件中 的楔铁细长、刚性差， 的楔铁细长、刚性差，不易 加工平直， 加工平直，加上使用接触不 在外力作用下， 良，在外力作用下，就会产 薄弱零件变形示意图 生很大变形， 生很大变形，使部件刚度大 大降低。 大降低。
减少工艺系统受力变形的途径
减少工艺系统受力变形的途径
工艺系统受力变形是因为受到内部或外部力的作用而导致形状或
尺寸发生改变的现象。
这种变形可能会导致工艺系统无法工作或者工
作精度降低，因此需要采取措施减少受力变形。
以下是减少工艺系统受力变形的途径：
1.材料选择和优化设计：在设计工艺系统时，应选择合适的材料，并进行优化设计，以减少受力变形。
2.结构加强：通过加强工艺系统的结构来提高抗力能力，减少受
力变形。
3.减少外力影响：避免外界力的作用，以减少工艺系统的受力变形。
例如，可以将工艺系统放在固定的基础上，或者使用减震器来降
低外部震动。
4.温度控制：温度是导致工艺系统受力变形的重要因素之一。
通
过控制温度，可以减少工艺系统的变形。
例如，在高温条件下，可以
使用冷却系统来降低温度，防止系统受到热膨胀的影响。
5.调整受力方式：通过调整受力方式，可以减少工艺系统的受力
变形。
例如，可以改变材料的厚度或减少外部力的作用来降低工艺系
统的受力变形。
综上所述，减少工艺系统受力变形需要综合考虑材料选择、结构
设计、外部力控制、温度控制和受力方式调整等多个方面。
通过采取
合适的措施，可以有效地减少工艺系统的受力变形，保证系统的正常工作和精度。
工艺系统受力变形引起的加工误差课件
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
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
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
2.残余应力产生的原因：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。冷校 直产生的内应力。
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
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。
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
工艺系统受力变形对加工精度的影响与检测技术探析
气互锁 ，以防止工频 电反串到变频器。在变频运行 时，手动合 隔离 开关 Ｑ ｓ 。 、Ｑ Ｓ ，变频器输 出开关接 点允许用断路器 Ｑ Ｆ合 闸。Ｑ Ｆ合 闸 后 ，在 控 制系 统上 可 启 动 变 频 器 ，变 频 器 自动 合 Ｋ 、Ｋ 真 空 接触 器 。 当变频器本体故障时 ，自动分开 Ｋ 。 、 ，待电机 电压衰减 到额 定电 压的 １ ０ ％左右 ，延时合 Ｋ 。 自动切换 到工频继续运行，以提高系统的 可靠性，变频到工频切换大约在 ３ ｓ以内完成。当变频器检测到电机 故障，变频器 自动封锁脉冲停止输 出，并跳开真空接触器 Ｋ 、Ｋ 、 Ｋ ３ ，同时输出跳 闸接点用于跳开断路器 Ｑ Ｆ 。在变频运行时，即可开 环 也 可 闭环 调 节
Ｈｉ ｇ ｈ＆ Ｎｅ ｗ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
氧气底吹炼铅系统节能改造实践及其测控方法
祝 智 宏
（ 铜冠信息科技公 司 ，安徽 铜陵 ２ ４ ４ ０ ０ ０追求和探讨竹 方向，对 生产 系 统 中的 关键设备 与技 术进行研 究对节能减排 ，减 少浪 费，提 高资源 利 用率具有 重大意义。本 文基 于氧 气底吹炼铅技术 ，对 关键设备与 技 术，进行 改造 前的分析 ，然后针对各个 问题 ，提 出了具体的 节能
２ ． ２ 冷 却 塔 改造 方 案 对 传 统 的 冷 却 塔 改 造 方 案 是 省 去 用 于 为 风机 提 供 动 力 的 减 速 机
与 电机 ，用水轮机代替 在冷却塔 风筒开孔 ，增加水轮机的进 、回 水管路，在 原布水系统 的进水管路上安装调节 阀。 依据水泵 Ｑ —Ｐ曲 线分析 ，改造后水泵电流不会增加 ，符合工艺要求，具有节 能环保 、 高效稳定等优点。 液力偶合器进行调速时，产生的转差能量变成油的热量， 白白被消 改造后控制方式 比原来 的系统要简单，不再需要进 、出口阀门 耗 ，故可对其进行改造 ，改变 不节能 的现状 。 调节方 式与负荷 的变化相适应 ，省去了电机及其节能的控制 ，具有 １ ． ２ 冷却塔 节能、低噪音 、无振动 、安全 的特点。但仍需要对泵 的出 口压 力以 传统 的制酸系统 中，循环 水冷却塔 采用 的传动方 式为 电机＋ 传动 及回水管 的水温进行在线监测。 轴＋ 减速器＋ 风机 。例 如，某铅锌冶炼厂，具有两 台 １ ５ ０ ０ ｍ ３ ／ ｈ ，其供 ２ ． ３改造电除雾绝缘方式 水水泵 的额定流量为 ７ ６ ０ ｍ ’ ／ ｈ ， 相应 的扬程为 ３ ０ ． ５ ｍ ，完全可 以对系 改造方 案是保 持原有 的绝缘箱 以及 附属 设备不变 的前提 条件 统的能量进行二次 回收利用 ，只要水轮机能够输 出的功率大于原来 下，除去电加热系统，安装 “ 冷风封 闭装置 ” ，用冷风封 闭技术来实 的风机 的轴 功率 ，就可 以用水轮机冷却塔代替传统的冷却塔 ，进行 现。具体操 作分两步 。第一步 ，增添进气调节阀 以及新型空气干燥 节 能 改造 。 器，安装于原绝缘装 置外部。第二步 ，在石英管 的内壁边缘周围， ｌ 。 ３ 电除雾电加热绝缘方式 位于石英管压盖上的位置 ，增加并开设 ４个均匀分布 的导流孔 常见的电加热绝缘方式为制酸系 统采 用的电除雾方式 ，电加热 与节能改造同步的是，将配 电室内电除雾控制柜通过 自带的通 绝缘箱 在温度 自 动控 制系 统的辅助 下控制绝缘子温度稳定于 ｌ １ ０ ～ 讯模块，采用 Ｍ Ｏ Ｂ Ｕ Ｓ协议与 Ｄ Ｃ Ｓ相连，将 “ 手 自动切换 ” ，“自检 ” ， １ ５ ０ ℃，避免其结雾 但 是该方法 附属设备较多 ，电能损耗很大 ， 加 “ 高压 ” ，“ 运行 ” ，“ 投档 ” ，“ 一次，二次电压、电流”送 Ｄ Ｃ Ｓ显示 。 上维护花销较大 ，浪 费严重 。 并将 电除雾器的二次电压在控制室调节 ；电除雾器冲洗 的水 阀门、 ２氧气底吹炼铅系统的具 体节能改造实践 进 出口的 电动阀门、冷风封闭装置进 气调节 阀，即可就地手动操作 ， ２ ． １液力偶合器 调速改造措旌 也可控制室远程手动控制 ，也在仪表室控 制。这 样对 电除雾器 的运 用高压变频器调速代替液力耦合调速 是对 二氧 化硫风机实施的 行状 态通过 历史趋势 记录下 来 （ 原 系 统 自带 的触 摸 屏 不 带 历 史 趋 节能改造措施。将液力耦 合器拆除，用 一根传动 轴将 电机与变速机 势 ） ，也能降低操作工的劳动强度 。 直接连接。在电机和高压开关柜 间串联 一高压变 频器 ，变频器加装 ３ 实际运用效果 工频旁路装置。 变频器异常时 ， 电机可 以自动切换到工频运行状态， 对氧 气底吹炼铅系统进行综合改造后，其节能效果明显，以某 以保证生产的需要。其 一次系统接线 图见 图 Ｉ 。 铅锌冶炼厂为例 ，采用高压变频器调速风机，年节约用电量为 １ ５ ． ６ 万ｋ ｗ ｈ ，水轮机冷却塔年节约用电量为６ ７ ． ２ 万ｋ ｗ ｈ ，安装 “ 冷风封 闭 装置 ”的电除雾年节约用 电量为１ ８ ． ２ 万 ｋ ｗ ｈ 。年能节 约电费六 十多 万元 。此外，通过改造，风机维修费用可减少２ 万余元 ，冷却塔、电 除雾维护检修费用约０ ． ４ ７ ／ 元，给企业带来可观的经济效益。 总之 ，对重 点耗能 设备和污染源 ，通过能耗污染瓶颈分析、优 化运用分析和流程重组 ，达到节能、降耗的效果，将是今后工业过 程控制着 重研究 的问题 。 参考文献 ： … ｉ陈寒秋 ，氧 气底吹 炼铅 系统节 能改造 实践 Ｕ １ ． 设备管理 与维修 ，
影响加工精度的因素
the structure of sliding bearing
• 分两类讨论：
（1）工件旋转类机床（车、磨）：切削力方向基本不变， 主轴受力方向基本稳定，主轴轴颈不同部位被压向轴承 的表面的某个部位。 主轴轴颈误差—直接传给工件，造成工件圆度误差 轴承孔误差—对加工精度影响很小。
（2）刀具回转类机床（钻、铣、镗）：主轴所受切削力 方向随刀具旋转而变化。 轴承孔圆度误差—传给工件 轴颈误差—影响不大
r0
d
2r
H
2 y
r0
圆柱面成
为双曲面
z d tan
2
平面成为 内凹或外凸
镗削时：若工件直线进给运动与镗杆回转轴线不平行
2
4
dc
圆孔成为椭圆孔
铣削时：若端铣刀回转轴线与工作台直线进给运动不垂直
移位方向
dc
1
2
1
B dc
2
sin
导轨在水平面内的直线度误差
linearity error of guideway in horizontal surface
• 如图示：Δ1
• 影响：直接反映在被加 工表面的法方向y上（加 工误差的敏感方向）， 此误差对加工精度影响 最大。 由图：4－1
ΔR1＝Δ1
导轨在垂直面内的直线度误差
linearity error of guide way in normal surface
• 刀具误差：含制造和磨损两个方面。 • 制造对加工精度的影响随刀具种类的不同而不同：
①采用定尺寸刀具（钻头、铰刀、内孔拉刀等）成形刀 具展成刀具加工时，刀具的制造误差会直接影响工件的 加工精度； ②而对一般刀具（如车刀、刨刀等），其制造误差对工 件加工精度无直接影响。 ③定尺寸刀具，刀具精度尺寸直接影响工件尺寸精度 ④展成法刀具（滚、插齿）：切削刃形、安装调制不正 确都会影响加工表面形状精度。
• 分两类讨论：
（1）工件旋转类机床（车、磨）：切削力方向基本不变， 主轴受力方向基本稳定，主轴轴颈不同部位被压向轴承 的表面的某个部位。 主轴轴颈误差—直接传给工件，造成工件圆度误差 轴承孔误差—对加工精度影响很小。
（2）刀具回转类机床（钻、铣、镗）：主轴所受切削力 方向随刀具旋转而变化。 轴承孔圆度误差—传给工件 轴颈误差—影响不大
r0
d
2r
H
2 y
r0
圆柱面成
为双曲面
z d tan
2
平面成为 内凹或外凸
镗削时：若工件直线进给运动与镗杆回转轴线不平行
2
4
dc
圆孔成为椭圆孔
铣削时：若端铣刀回转轴线与工作台直线进给运动不垂直
移位方向
dc
1
2
1
B dc
2
sin
导轨在水平面内的直线度误差
linearity error of guideway in horizontal surface
• 如图示：Δ1
• 影响：直接反映在被加 工表面的法方向y上（加 工误差的敏感方向）， 此误差对加工精度影响 最大。 由图：4－1
ΔR1＝Δ1
导轨在垂直面内的直线度误差
linearity error of guide way in normal surface
• 刀具误差：含制造和磨损两个方面。 • 制造对加工精度的影响随刀具种类的不同而不同：
①采用定尺寸刀具（钻头、铰刀、内孔拉刀等）成形刀 具展成刀具加工时，刀具的制造误差会直接影响工件的 加工精度； ②而对一般刀具（如车刀、刨刀等），其制造误差对工 件加工精度无直接影响。 ③定尺寸刀具，刀具精度尺寸直接影响工件尺寸精度 ④展成法刀具（滚、插齿）：切削刃形、安装调制不正 确都会影响加工表面形状精度。
机械制造技术基础B-第四章-第三节
提下，提高生产率。
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
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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机械制造 技术基础
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。
FY K工件
由材料力学中变形迭加原理可知，工艺系统法向总变形是各组
成环节在同一处的法向变形的迭加，得：
Y系统 Y机床 Y夹具 Y刀具 Y工件
所以： FY FY FY FY FY
K系统 K机床 K夹具 K刀具 K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
刀具刚度亦可按上述方式进行分析、计算。
对于外圆刀具，刀具加持在刀架上悬伸量小，其加工表面法线 方向上的刚度很大，因而变形可忽略；
镗小孔时，工件刚度大，镗杆悬伸长，刚度小，变形对加工精 度影响很大，其变形按材料力学公式估算。
对于夹具，其结构较为复杂，并且夹具一般作为机床的附件， 其变形、刚度与机床与一起考虑。
加工过程中，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，会产生变形，破坏刀具和零件之间的正确 位置关系，改变成形运动所需的几何关系，使零件产生加工误 差。如图7.12所示。
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
7.2 影响加工精度的因素
可以推导出系统刚度的计算式为：
11111 K系统 K 机床 K夹具 K刀具 K工件
或：
K系统
(1 K机床
1 K夹具
1 K刀具
1 )1 K工件
知道工艺系统各组成部分的刚度后，即可求出整个工艺系统的
刚度。
由此可得：K系统<K机床、K系统<K夹具、K系统<K刀具、K系统<K工件。
3EI
L
最大变形: Ymax (FY L3 ) 3EI
最小刚度: Kmin FY Ymax 3EI L3 零件用三爪卡盘装夹，工件的变形可按悬臂梁计算，
最大变形: Ymax FY L3 48EI 最小刚度: Kmin FY Ymax 48EI L3
第七章 机械加工精度
机 械 制 设 造计 技制 术造 基 础
工艺系统在外力作用下各个方向上均产生相应的变形，对加工 精度影响最大的是误差敏感方向。
工艺系统受力变形通常是弹性变形，抵抗弹性变形的能力越强， 则加工精度越高，这个能力用刚度来描述。
1 刚度的定义
工艺系统刚度：指切削力在加工表面法向的分力FY，与FX、FY、 FZ同时作用下，产生的沿法向的变形Y系统之间的比值。
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
7.2.3.2 工艺系统受力对加工精度的影响
（1）切削过程中力作用位置的变化对加工精度的影响
车床两顶尖间加工光轴，如图7. 18所示。 法向切削力FY，受 力点在距右端X，则有：
Y系统
FY K刀架
FY K头架
因此，影响刚度的因素主要有：接合面间隙、薄弱零件变形 、 连接表面接触变形。
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
图7. 14为刀架部件中力的传递及变形的叠加情况。
切削力的传递：从刀刃传到刀台、小刀架、大刀架、溜板、床 身，最后在床身形成了封闭系统。
试验时可以进行几次加载和卸载，根据测得的FY和Y数据可分 别画出刀架、床头和尾座等部件的静刚度曲线，图7. 16为车床 刀架静刚度的实测曲线。
从曲线中可以看出： 变形与载荷不成线性关系，反映刀架的变形不纯粹是弹性变形； 加载与卸载曲线不重合，两曲线间面积为加-卸载中的能量损失，即 克服零件间摩擦和接触塑性变形的功； 卸载后曲线回不到原点，有残余变形存在，反复加卸载，残变接近 零； 实际刚度比估算的小， 因组成零件多，存在着结合面、配合间隙和 刚度薄弱环节，对部件刚度有较大影响。
工艺系统刚度的一个特点：整个工艺系统的刚度比其中刚度最小的那
个环节的刚度还小。
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
3 部件的刚度
（1）工件的刚度 形状规则、简单的工件刚度可用有关力学公
式推算。零件用两顶尖装夹，工件的变形可按简支梁计算，
Y
FY
x 2 L x2
x L
2
FY K尾架
L
L
x
2
FY 3EI
x2L
L
x2
K系统
1 K刀架
1 K头架
x L
2
1 K尾架
L
L
x
2
1 3EI
x2
L
L
x2
1
工艺系统各环节刚度和整个系统刚度，是随着受力点位置变化 而变化。这是工艺系统刚度的另一个特点。
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
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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
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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
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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
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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。
FY K工件
由材料力学中变形迭加原理可知，工艺系统法向总变形是各组
成环节在同一处的法向变形的迭加，得：
Y系统 Y机床 Y夹具 Y刀具 Y工件
所以： FY FY FY FY FY
K系统 K机床 K夹具 K刀具 K工件
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7.2 影响加工精度的因素
刀具刚度亦可按上述方式进行分析、计算。
对于外圆刀具，刀具加持在刀架上悬伸量小，其加工表面法线 方向上的刚度很大，因而变形可忽略；
镗小孔时，工件刚度大，镗杆悬伸长，刚度小，变形对加工精 度影响很大，其变形按材料力学公式估算。
对于夹具，其结构较为复杂，并且夹具一般作为机床的附件， 其变形、刚度与机床与一起考虑。
加工过程中，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，会产生变形，破坏刀具和零件之间的正确 位置关系，改变成形运动所需的几何关系，使零件产生加工误 差。如图7.12所示。
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7.2 影响加工精度的因素
7.2.3.1 工艺系统刚度
7.2 影响加工精度的因素
可以推导出系统刚度的计算式为：
11111 K系统 K 机床 K夹具 K刀具 K工件
或：
K系统
(1 K机床
1 K夹具
1 K刀具
1 )1 K工件
知道工艺系统各组成部分的刚度后，即可求出整个工艺系统的
刚度。
由此可得：K系统<K机床、K系统<K夹具、K系统<K刀具、K系统<K工件。
3EI
L
最大变形: Ymax (FY L3 ) 3EI
最小刚度: Kmin FY Ymax 3EI L3 零件用三爪卡盘装夹，工件的变形可按悬臂梁计算，
最大变形: Ymax FY L3 48EI 最小刚度: Kmin FY Ymax 48EI L3
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工艺系统在外力作用下各个方向上均产生相应的变形，对加工 精度影响最大的是误差敏感方向。
工艺系统受力变形通常是弹性变形，抵抗弹性变形的能力越强， 则加工精度越高，这个能力用刚度来描述。
1 刚度的定义
工艺系统刚度：指切削力在加工表面法向的分力FY，与FX、FY、 FZ同时作用下，产生的沿法向的变形Y系统之间的比值。
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7.2 影响加工精度的因素
7.2.3.2 工艺系统受力对加工精度的影响
（1）切削过程中力作用位置的变化对加工精度的影响
车床两顶尖间加工光轴，如图7. 18所示。 法向切削力FY，受 力点在距右端X，则有：
Y系统
FY K刀架
FY K头架
因此，影响刚度的因素主要有：接合面间隙、薄弱零件变形 、 连接表面接触变形。
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7.2 影响加工精度的因素
图7. 14为刀架部件中力的传递及变形的叠加情况。
切削力的传递：从刀刃传到刀台、小刀架、大刀架、溜板、床 身，最后在床身形成了封闭系统。
试验时可以进行几次加载和卸载，根据测得的FY和Y数据可分 别画出刀架、床头和尾座等部件的静刚度曲线，图7. 16为车床 刀架静刚度的实测曲线。
从曲线中可以看出： 变形与载荷不成线性关系，反映刀架的变形不纯粹是弹性变形； 加载与卸载曲线不重合，两曲线间面积为加-卸载中的能量损失，即 克服零件间摩擦和接触塑性变形的功； 卸载后曲线回不到原点，有残余变形存在，反复加卸载，残变接近 零； 实际刚度比估算的小， 因组成零件多，存在着结合面、配合间隙和 刚度薄弱环节，对部件刚度有较大影响。
工艺系统刚度的一个特点：整个工艺系统的刚度比其中刚度最小的那
个环节的刚度还小。
第七章 机械加工精度
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7.2 影响加工精度的因素
3 部件的刚度
（1）工件的刚度 形状规则、简单的工件刚度可用有关力学公
式推算。零件用两顶尖装夹，工件的变形可按简支梁计算，
Y
FY
x 2 L x2
x L
2
FY K尾架
L
L
x
2
FY 3EI
x2L
L
x2
K系统
1 K刀架
1 K头架
x L
2
1 K尾架
L
L
x
2
1 3EI
x2
L
L
x2
1
工艺系统各环节刚度和整个系统刚度，是随着受力点位置变化 而变化。这是工艺系统刚度的另一个特点。