第四章机械加工精度.ppt
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第四章 机械加工质量及其控制
k机床＝Fp / y机床 y机床＝Fp / k机床
工艺系统刚度主要取决于薄弱环节的刚度。
2）机床刚度
y机床 y主轴 y刀架 y尾座
k主轴＝ k尾架＝ k刀架＝ Fp 2 y主轴 Fp 2 y尾架 Fp y刀架
机床的刚度取决于部件的刚度。
（2）工艺系统刚度对加工精度的影响
常见的几种工艺系统中其低刚度环节所在位置:
镗孔：工件进给孔为椭圆形。
避免措施
提高主轴及箱体的制造精度、选用高精度的轴承、提高主轴 部件的装配精度、对高速主轴部件进行平衡、对滚动轴承进 行预紧等，均可提高机床主轴的回转精度。
2）导轨误差
(a) 在水平面 内的直线度误 差 误差敏感方向
(b) 在垂直平面 内的直线度
ΔR ≈Δ22/D 设Δ2=
工艺系统的刚度在不同的加工位置上是各不相同的，当主轴箱 刚度与尾座刚度相等时，工艺系统刚度在工件全长上的差别最 小，工件在轴截面内几何形状误差最小。
在车床上加工短而粗的光轴（工件刚度相对于机床刚度大 得多），已知径向切削分力
Fp
=1000N，主轴刚度
k主轴
=100000N/mm，尾座刚度
k尾座
=50000N/mm，
正确地选用刀具材料和选用新型耐磨的刀具材料，合理地选 用刀具几何参数和切削用量，正确地刃磨刀具，正确地采用冷 却润滑液等，均可有效地减少刀具的尺寸磨损。必要时还可采 用补偿装置对刀具尺寸磨损进行自动补偿。
10000.054 mm， 加工一合金钢管，其外径为
工件长度
l =2100mm，圆柱度公差在全长范围内
c）采用合理的装夹方式和加工方式
2）减小切削力及其变化 合理地选择刀具材料、 增大前角和主偏角、对 工件材料进行合理的热 处理以改善材料的加工 性能等，都可使切削力 减小。
工艺系统刚度主要取决于薄弱环节的刚度。
2）机床刚度
y机床 y主轴 y刀架 y尾座
k主轴＝ k尾架＝ k刀架＝ Fp 2 y主轴 Fp 2 y尾架 Fp y刀架
机床的刚度取决于部件的刚度。
（2）工艺系统刚度对加工精度的影响
常见的几种工艺系统中其低刚度环节所在位置:
镗孔：工件进给孔为椭圆形。
避免措施
提高主轴及箱体的制造精度、选用高精度的轴承、提高主轴 部件的装配精度、对高速主轴部件进行平衡、对滚动轴承进 行预紧等，均可提高机床主轴的回转精度。
2）导轨误差
(a) 在水平面 内的直线度误 差 误差敏感方向
(b) 在垂直平面 内的直线度
ΔR ≈Δ22/D 设Δ2=
工艺系统的刚度在不同的加工位置上是各不相同的，当主轴箱 刚度与尾座刚度相等时，工艺系统刚度在工件全长上的差别最 小，工件在轴截面内几何形状误差最小。
在车床上加工短而粗的光轴（工件刚度相对于机床刚度大 得多），已知径向切削分力
Fp
=1000N，主轴刚度
k主轴
=100000N/mm，尾座刚度
k尾座
=50000N/mm，
正确地选用刀具材料和选用新型耐磨的刀具材料，合理地选 用刀具几何参数和切削用量，正确地刃磨刀具，正确地采用冷 却润滑液等，均可有效地减少刀具的尺寸磨损。必要时还可采 用补偿装置对刀具尺寸磨损进行自动补偿。
10000.054 mm， 加工一合金钢管，其外径为
工件长度
l =2100mm，圆柱度公差在全长范围内
c）采用合理的装夹方式和加工方式
2）减小切削力及其变化 合理地选择刀具材料、 增大前角和主偏角、对 工件材料进行合理的热 处理以改善材料的加工 性能等，都可使切削力 减小。
机械制造工艺-机械加工精度
（1）机床的热变形
a）床身、主轴变形
b）床身、工作台、主轴变
形
机床热变形对加工精度的影响
三、影响加工精度的因素及提高精度的主要措施
工艺系统热变形的改善措施 1）在机床大件的结构设计上采取对称结构或采用主动控制方式均衡关键件的温度。 2）在结构连接设计上，其布局应使关键部件的热变形方向对加工精度影响较小。 3）对发热量较大的部件，应采取足够的冷却措施或采取隔离热源的方法。 4）在工艺措施方面，可让机床空运转一段时间之后，当其达到或接近热平衡时再 调整机床，对零件进行加工。 5）将精密机床安装在恒温室中使用。
工艺系统受力变形的改善措施
（1）减小接触面间的表面粗糙度，增大接触面积，适当 预紧，减小接触变形，提高接触刚度。
（2）合理地布置肋板，提高局部刚度。 （3）减少受力变形，提高工件刚度。 （4）合理装夹工件，减少夹紧变形。
三、影响加工精度的因素及提高精度的主要措施
3．工艺系统热变形产生的误差及改善措施
（2）导轨误差 导轨是机床的重要基准，它的各项误差将直接影响被加工
零件的精度。
机床导轨误差对 工件精度的影响
车床导轨的几何误差对加工精度的影响
三、影响加工精度的因素及提高精度的主要措施
2．工艺系统受力变形引起的误差及改善措施
a）腰鼓形的圆柱度误差
b）带锥度的圆柱度误差
三、影响加工精度的因素及提高精度的主要措施
—机械加工精度—
感具、工件和刀具所组成的一个完整的系统 称之为工艺系统。
1．工艺系统的几何误差及改善措施
（1）主轴误差 机床主轴是装夹刀具或工件的位置基准，它的误差也将
直接影响工件的加工质量。 ➢主轴的径向圆跳动 ➢主轴的轴向窜动 ➢主轴摆动
a）床身、主轴变形
b）床身、工作台、主轴变
形
机床热变形对加工精度的影响
三、影响加工精度的因素及提高精度的主要措施
工艺系统热变形的改善措施 1）在机床大件的结构设计上采取对称结构或采用主动控制方式均衡关键件的温度。 2）在结构连接设计上，其布局应使关键部件的热变形方向对加工精度影响较小。 3）对发热量较大的部件，应采取足够的冷却措施或采取隔离热源的方法。 4）在工艺措施方面，可让机床空运转一段时间之后，当其达到或接近热平衡时再 调整机床，对零件进行加工。 5）将精密机床安装在恒温室中使用。
工艺系统受力变形的改善措施
（1）减小接触面间的表面粗糙度，增大接触面积，适当 预紧，减小接触变形，提高接触刚度。
（2）合理地布置肋板，提高局部刚度。 （3）减少受力变形，提高工件刚度。 （4）合理装夹工件，减少夹紧变形。
三、影响加工精度的因素及提高精度的主要措施
3．工艺系统热变形产生的误差及改善措施
（2）导轨误差 导轨是机床的重要基准，它的各项误差将直接影响被加工
零件的精度。
机床导轨误差对 工件精度的影响
车床导轨的几何误差对加工精度的影响
三、影响加工精度的因素及提高精度的主要措施
2．工艺系统受力变形引起的误差及改善措施
a）腰鼓形的圆柱度误差
b）带锥度的圆柱度误差
三、影响加工精度的因素及提高精度的主要措施
—机械加工精度—
感具、工件和刀具所组成的一个完整的系统 称之为工艺系统。
1．工艺系统的几何误差及改善措施
（1）主轴误差 机床主轴是装夹刀具或工件的位置基准，它的误差也将
直接影响工件的加工质量。 ➢主轴的径向圆跳动 ➢主轴的轴向窜动 ➢主轴摆动
机械基础教材第四章误差与公差知识ppt课件
Es ―表示孔的上极限偏差；ES＝Lmax－L es―表示轴的上极限偏差。es＝lmax－l
②下极限偏差 ：最小极限尺寸减去公称尺寸所得的代数差。
Ei―表示孔的下极限偏差；EI＝Lmin－L ei―表示轴的下极限偏差；ei＝lmin－l
10
§4.1 极限与配合
③实际偏差：实际尺寸减去公称尺 寸所得的代数差。
16
17
§4.1 极限与配合
基本偏差值分为28种，分别用字母 表示。
注意其中无I、L、O、Q和W而增加 CD、EF、FG、JS、ZA、ZB、ZC等7个 双字母。
上半部为孔的公差带，用大写字母 表示，A-H的基本偏差为下极限偏差EI； J-ZC的基本偏差为上极限偏差ES。
下半部为轴的公差带，用小写字母 表示，a-h的基本偏差为下极限偏差es； j-zc的基本偏差为上极限偏差ei。js 和j 为特殊情况。
18
19
§4.1 极限与配合
轴的基本偏差数值列于下表。
表4-2 轴的基本偏差数值（摘自GB/T1800.1-2009,选取优先公差带、尺寸大于10至180mm）
公称尺寸 /mm
大于
至
10
14
14
18
上偏差es
所有标准公差等级
c
d
f
g
h
--95 --50 --16 --6 0
基本偏差数值/μm
下偏差ei
机械基础 模块四
【误差与公差】
1
模块四 误差与公差
零件是机械制造的单元。在加工零件的过程中，由于种种因素的影 响，零件各部分的尺寸、形状、方向、位置以及表面形貌等几何量，难 以达到理想状态，总是存在或大或小的误差。对允许在某一规定范围内 变动，只要保证同一规格的零件彼此充分相似就可以。这个允许变动的 范围称为公差。
②下极限偏差 ：最小极限尺寸减去公称尺寸所得的代数差。
Ei―表示孔的下极限偏差；EI＝Lmin－L ei―表示轴的下极限偏差；ei＝lmin－l
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§4.1 极限与配合
③实际偏差：实际尺寸减去公称尺 寸所得的代数差。
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§4.1 极限与配合
基本偏差值分为28种，分别用字母 表示。
注意其中无I、L、O、Q和W而增加 CD、EF、FG、JS、ZA、ZB、ZC等7个 双字母。
上半部为孔的公差带，用大写字母 表示，A-H的基本偏差为下极限偏差EI； J-ZC的基本偏差为上极限偏差ES。
下半部为轴的公差带，用小写字母 表示，a-h的基本偏差为下极限偏差es； j-zc的基本偏差为上极限偏差ei。js 和j 为特殊情况。
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§4.1 极限与配合
轴的基本偏差数值列于下表。
表4-2 轴的基本偏差数值（摘自GB/T1800.1-2009,选取优先公差带、尺寸大于10至180mm）
公称尺寸 /mm
大于
至
10
14
14
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上偏差es
所有标准公差等级
c
d
f
g
h
--95 --50 --16 --6 0
基本偏差数值/μm
下偏差ei
机械基础 模块四
【误差与公差】
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模块四 误差与公差
零件是机械制造的单元。在加工零件的过程中，由于种种因素的影 响，零件各部分的尺寸、形状、方向、位置以及表面形貌等几何量，难 以达到理想状态，总是存在或大或小的误差。对允许在某一规定范围内 变动，只要保证同一规格的零件彼此充分相似就可以。这个允许变动的 范围称为公差。
机械加工精度(完整版)
加工质量和产品的装配质量
零件的机械加工质量包括零件的机械加工精度
和加工表面质量两方面
3
一、机械加工精度
• 机械加工精度：零件加工后的实际几何
参数（尺寸、形状和表面间的相互位置）
•机械加工误差：加工后零件的实际几何
参数（尺寸、形状和表面间的相互位置） 与理想几何参数的偏离程度。
与理想几何参数的符合程度。
9
2.2 工艺系统的几何精度对加工精度的影响
10
一、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 的刀刃轮廓代替理论的成形运动或刀刃形状进行 加工而产生的误差。 数控加工原理误差：直线或圆弧插补（功能强、 精度高的机床配B样条插补）近似的成形运动。 展成刀具加工成形表面误差： （1）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误差 ； （2）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，和理论上的光滑 渐开线有差异，从而产生加工原理误差。
41
铰刀的类型
（a）直柄机用铰刀（b）锥柄机用铰刀c）硬质合金锥柄机用铰刀 （d）手用铰刀（e）可调节手用铰刀（f）套式机用铰刀（g）直柄 莫式圆锥铰刀（h）手用1:50锥度铰刀 42
加工槽类铣刀
43
拉刀的类型
44
图3-27 车刀磨损过程
45
11
二、调整误差
工艺系统两种调整方法：试切法和调整法 (1) 试切法 测量误差 机床（微量）进给机构的位移误差（精度） 切削层厚度的影响（试切与正式切削的切削厚 度不同），对精加工影响尤甚 (2) 调整法加工 定程机构的误差 样件或样板的误差 测量有限试件造成的误差（调整尺寸的误差）
14
零件的机械加工质量包括零件的机械加工精度
和加工表面质量两方面
3
一、机械加工精度
• 机械加工精度：零件加工后的实际几何
参数（尺寸、形状和表面间的相互位置）
•机械加工误差：加工后零件的实际几何
参数（尺寸、形状和表面间的相互位置） 与理想几何参数的偏离程度。
与理想几何参数的符合程度。
9
2.2 工艺系统的几何精度对加工精度的影响
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一、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 的刀刃轮廓代替理论的成形运动或刀刃形状进行 加工而产生的误差。 数控加工原理误差：直线或圆弧插补（功能强、 精度高的机床配B样条插补）近似的成形运动。 展成刀具加工成形表面误差： （1）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误差 ； （2）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，和理论上的光滑 渐开线有差异，从而产生加工原理误差。
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铰刀的类型
（a）直柄机用铰刀（b）锥柄机用铰刀c）硬质合金锥柄机用铰刀 （d）手用铰刀（e）可调节手用铰刀（f）套式机用铰刀（g）直柄 莫式圆锥铰刀（h）手用1:50锥度铰刀 42
加工槽类铣刀
43
拉刀的类型
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图3-27 车刀磨损过程
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二、调整误差
工艺系统两种调整方法：试切法和调整法 (1) 试切法 测量误差 机床（微量）进给机构的位移误差（精度） 切削层厚度的影响（试切与正式切削的切削厚 度不同），对精加工影响尤甚 (2) 调整法加工 定程机构的误差 样件或样板的误差 测量有限试件造成的误差（调整尺寸的误差）
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机械加工精度概述
第四章 机械加工质量及其控制
尺寸精度
加工精度 形状精度
加
位置精度
工
表面粗糙度
质
波度
量
表面几何形状精度 纹理方向
表面质量
伤痕（划痕、裂陷层 表层金相组织变化
表层残余应力
第一节 机械加工精度概述
一、加工精度与加工误差 （一）加工精度
加工精度是指零件加工的实际几何参数（尺 寸、形状和相互位置）与理想几何参数的接近程 度。包括三方面内容：
零件的位置公差和形状公差一般应为相应尺 寸公差的1/2～1/3左右，在同一要素上给出的 形状公差值应小于位置公差值。
二、加工经济精度
在正常生产条件下 （采用符合质量标准 的设备、工艺装备和 标准技术等级的工人， 不延长加工时间）所 能保证的加工精度。
加工成本与加工误差之间的关系
第四章 机械加工质量及其控制
保证机械产品质量是机械制造人员的首 要任务。产品的制造质量包括零件的制造质 量和产品的装配质量两个方面。零件的制造 质量将直接影响产品的性能、效率、寿命及 可靠性等质量指标，它是保证产品制造质量 的基础。
了解各种因素对加工精度的影响规律， 找出提高加工精度的途径，以保证零件的 加工质量。
（3）位置精度
位置精度是指机械加工后零件几何要素的实际 位置与理想位置的接近程度。
在机械加工中，获得位置精度的方法有直接找 正法、划线找正法和夹具装夹法。
（二）加工误差
零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和相 互位置）对理想几何参数的偏离量称为加工误差 。
零件尺寸、形状和表面件相互位置允许的变动 范围称为公差。
(1) 尺寸精度 (2) 形状精度 (3) 位置精度
（1）尺寸精度
4.1加工精度
3．试切时与正式切削时切削层厚度不同 的影响 切削过程中刀刃所能切除的最小切削层厚度 是有一定限度的。切削厚度过小，刀刃会在 切削表面打滑，切不下金属。精加工时，正 式切削时比试切时，金属层深，不打滑。粗 加工时，正式切削的金属层厚，变形大，尺 寸变小。
（二）调整法
先根据样件（或样板）进行初调，然后试切 若于工件，再据之作精确微调。 由于采用调整法对工艺系统进行调整时，也 要以试切为依据，因此上述影响试切法调整精度 的因素，同样也对调整法有影响。此外，影响调 整精度的因素还有：
4.1 影响加工精度的因素及其分析
在机械加工中，零件的尺寸、几何形状、表面间相互位 置的形成，取决于工件和刀具在切削运动过程中的相互位置 关系 r(t)。而r(t)是由工件、夹具、机床、刀具组成的工艺系 统所保证的。在机械加工时，机床、夹具、刀具和工件就构 成了一个完整的系统，称之为工艺系统。
4.1 影响加工精度的因素及其分析
第4章 机械加工质量分析与控制
本章要点
影响加工误差的因素 工艺系统几何误差 工艺系统受力变形 工艺系统热变形
加工误差的统计分析
影响机械加工表面质量的因素 机械加工中的振动
机械制造技术基础
第4章 机械加工质量分析与控制
Analysis and Control of Machining Quality
零件的加工精度包括
尺寸精度、形状精度、位置精度
通常尺寸精度要求高形位精度要求也越高
三者之间是有联系：
通常形状公差应限制在位置公差之内，而位置误差 一般也应限制在尺寸公差之内。 当尺寸精度要求高时，相应的位置精度、形状精度也要 求高。但形状精度要求高时，相应的位置精度和尺寸精 度有时不一定要求高，这要根据零件的功能要求来决定。
机械制造工艺学第4章：机械加工精度
加工后零件的实际几何参数与理想零件的几何参数总有所不同，其 差值称为加工误差。
第二节 影响加工精度的因素及其分析
工艺系统中的误差是产生零件加工误差的根源，因此把工艺系统的 误差叫做原始误差。
一、加工原理误差 即是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。
例如，在车床上车削模数蜗杆，传动关系如图，传动比i可用下式表示
YX
FY K 主轴箱
2
2
则刀具在X处相对于工件法向总位移为
Y机床 YX Y刀架
1 1 FY K刀架 K 主轴箱
1 l X l K 尾座
2 X l
故得机床的刚度
K 机床
FY Y机床
1 1 K刀架 1 K 主轴箱 1 X l X K 尾座 l l
⑶两导轨间有平行度误差 导轨发生扭曲，刀尖相对于工件在水平和垂直两方向上发生偏移，从 而影响加工精度。设垂直于纵向走刀的任意截面内前、后导轨的平行度误 差为δ ，则工件半径变化量Δ R近似等于刀尖的水平位移，即
H R Y B
机床导轨的几何精度还与 使用时的磨损及机床的安装状 况有关。
FY=λ CpapF0.75
毛坯上的最大误差为 坯 a p1 a p 2 ，工件上的最大误差为 工 Y1 Y2 工件在一次走刀后的加工误差为
工 Y1 Y2 FY max FY min K 系统 K 系统 C p a p1 f C p f
则，
0.75 0.75
加工刀具会使加工表面尺寸扩大。
一般刀具加工时，加工表面形状由机床运动精度保证，尺寸由调整决定，刀具的
第二节 影响加工精度的因素及其分析
工艺系统中的误差是产生零件加工误差的根源，因此把工艺系统的 误差叫做原始误差。
一、加工原理误差 即是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。
例如，在车床上车削模数蜗杆，传动关系如图，传动比i可用下式表示
YX
FY K 主轴箱
2
2
则刀具在X处相对于工件法向总位移为
Y机床 YX Y刀架
1 1 FY K刀架 K 主轴箱
1 l X l K 尾座
2 X l
故得机床的刚度
K 机床
FY Y机床
1 1 K刀架 1 K 主轴箱 1 X l X K 尾座 l l
⑶两导轨间有平行度误差 导轨发生扭曲，刀尖相对于工件在水平和垂直两方向上发生偏移，从 而影响加工精度。设垂直于纵向走刀的任意截面内前、后导轨的平行度误 差为δ ，则工件半径变化量Δ R近似等于刀尖的水平位移，即
H R Y B
机床导轨的几何精度还与 使用时的磨损及机床的安装状 况有关。
FY=λ CpapF0.75
毛坯上的最大误差为 坯 a p1 a p 2 ，工件上的最大误差为 工 Y1 Y2 工件在一次走刀后的加工误差为
工 Y1 Y2 FY max FY min K 系统 K 系统 C p a p1 f C p f
则，
0.75 0.75
加工刀具会使加工表面尺寸扩大。
一般刀具加工时，加工表面形状由机床运动精度保证，尺寸由调整决定，刀具的
大连理工大学机械制造技术基础课件(机械加工精度)
主轴回转误差的基本形式
• 轴向窜动 • 纯径向跳动 • 纯角度摆动
实际上主轴回转误差是上述三种形式误差的合成。由于主轴实际
回转轴线在空间的位置是在不断变化的，由上述三种运动所产生的 位移（即误差）是一个瞬时值。
（2）主轴回转误差对加工精度的影响 车间所有机床，我们分为：
工件回转类
车床
误差敏感
方向不变
原始误差产生加工误差的根源，它包括：
工艺系统静误差 工艺系统几何误差
机床几何误差 刀具几何误差 夹具几何误差
原理误差
调整误差
•主轴回转误差 •导轨误差 •传动链误差
•一般刀具 •定尺寸刀具 •成形刀具 •展成法刀具
• 试切法 •调整法
测量误差
定位误差 工艺系统力变形
•外力作用点变化 •外力方向变化 •外力大小变化
导轨垂直面直线度
ΔR
d d/2 R
ΔZ
垂直平面
图4－10 导轨在垂直面内直线度误差
结论：
原始误差引起工件相对于刀具产生相对位移，若 产生在加工表面法向方向（误差敏感方向），对加工 精度有直接影响；产生在加工表面切向方向（误差非 敏感方向） ，可忽略不计。
对平面磨床，龙门刨床
及铣床等，导轨在垂直面内
•轴向窜动 •径向跳动 •角度摆动
机床几何误差
机床导轨误差
•水平面内直线度 •垂直面内直线度 •前后导轨的平行度
机床传动链误差
•内联传动链始末两 端传动元件间相对 运动误差
1、机床导轨误差
机床导轨是机床中确定某些主要部件相对位置的 基准，也是某些主要部件的运动基准。
机床导轨误差的基本形式
•水平面内的直线度 •垂直面内的直线度 •前后导轨的平行度
机械加工精度和表面质量
精度，有时也会引起形状误差。
• 磨削6级精度旳丝杠螺纹，丝杠长度L=3m，热膨 胀系数 1210，6 每磨一次温度升高3℃，则被磨 丝杠将伸长：
L (12106 3000 3)mm 0.108mm
6级丝杠旳螺距累积误差在全长上不允许超0.02mm
（3）刀具旳热变形对加工精度旳影响 • 高速钢刀具车削时刃部旳温度可高达700～800℃，
刀具旳热伸长量可达0.03～0.05mm。其影响不可忽 视。 （4）减小工艺系统热变形旳措施 ① 降低发烧量；
② 热补偿措施减小热变形；
③ 采用合理旳机床部件构造降低热变形旳影响；
④ 保持工艺系统旳热平衡，加工前使机床高速运转；
⑤ 控制环境温度。
• 精密机床一般安装在恒温车间，恒温室平均温度一般为20℃， 其恒温精度一般控制在±1℃，精密级为±0.5℃。
尺寸分散范围中心与公差带中心不重叠，表白存 在常值系统误差27.9979-27.9925=0.054mm。 （3）将镗刀伸出量缩短0.054/2(mm)，使尺寸分散范 围中心与公差带中心重叠，可处理废品问题。
活塞销孔直径尺寸实际分布曲线
2.正态分布曲线
当一批工件总数极多，加工中旳误差是由许多相 互独立旳随机原因引起旳，而且这些误差原因中 又都没有任何优势旳倾向时，则其分布是服从正 态分布旳。
③ 受力方向变化引起工件形状误差
如惯性力
毛坯形状误差旳复映 惯性力引起旳加工误差
④ 其他力引起旳加工误差 夹紧力引起旳加工误差 装夹过程中，因为刚度较低或着力点不当，会引 起工件变形，造成加工误差。
重力引起旳加工误差 零部件旳自重也会引起变形。 例如，龙门刨床、龙门铣床刀架导轨横梁旳变形， 铣镗床镗杆伸长而下垂变形等，都会造成工件旳加 工误差。
• 磨削6级精度旳丝杠螺纹，丝杠长度L=3m，热膨 胀系数 1210，6 每磨一次温度升高3℃，则被磨 丝杠将伸长：
L (12106 3000 3)mm 0.108mm
6级丝杠旳螺距累积误差在全长上不允许超0.02mm
（3）刀具旳热变形对加工精度旳影响 • 高速钢刀具车削时刃部旳温度可高达700～800℃，
刀具旳热伸长量可达0.03～0.05mm。其影响不可忽 视。 （4）减小工艺系统热变形旳措施 ① 降低发烧量；
② 热补偿措施减小热变形；
③ 采用合理旳机床部件构造降低热变形旳影响；
④ 保持工艺系统旳热平衡，加工前使机床高速运转；
⑤ 控制环境温度。
• 精密机床一般安装在恒温车间，恒温室平均温度一般为20℃， 其恒温精度一般控制在±1℃，精密级为±0.5℃。
尺寸分散范围中心与公差带中心不重叠，表白存 在常值系统误差27.9979-27.9925=0.054mm。 （3）将镗刀伸出量缩短0.054/2(mm)，使尺寸分散范 围中心与公差带中心重叠，可处理废品问题。
活塞销孔直径尺寸实际分布曲线
2.正态分布曲线
当一批工件总数极多，加工中旳误差是由许多相 互独立旳随机原因引起旳，而且这些误差原因中 又都没有任何优势旳倾向时，则其分布是服从正 态分布旳。
③ 受力方向变化引起工件形状误差
如惯性力
毛坯形状误差旳复映 惯性力引起旳加工误差
④ 其他力引起旳加工误差 夹紧力引起旳加工误差 装夹过程中，因为刚度较低或着力点不当，会引 起工件变形，造成加工误差。
重力引起旳加工误差 零部件旳自重也会引起变形。 例如，龙门刨床、龙门铣床刀架导轨横梁旳变形， 铣镗床镗杆伸长而下垂变形等，都会造成工件旳加 工误差。
第四章精密和超精密加工的机床设备ppt课件
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
7
美国Pneumo公司的MSG-325超精密车床
采用T形布局，主轴箱下有导轨作z向运动，刀架溜 板作x向运动。机床空气主轴的径向圆跳动和轴向跳动 均≤0.05μm。床身溜板用花岗岩制造，导轨为气浮导 轨；机床用滚珠丝杠和分辨率为0.01μm的双坐标精密 数控系统驱动，用HP5501A双频激光干涉仪精密检测 位移。使用精密的圆弧刃金刚石刀具加工非球曲面的反 射镜，可达到很高的形状精度和很小的表面粗糙度。
也是世界公认技术水平最高、精度最高的大 型金刚石超精密车床之一。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
OAGM 2500大型超精密机床
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1991年由英国CUPE公司和SERC 公司联合研制。用于精密磨削和坐 标测量X射线天体望远镜的大型曲 面反射镜，最大加工尺寸 2500mm×2500mm×610mm ， φ2500mm高精度回转工作台。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
我国金刚石超精密机床
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经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
机械加工工艺ppt课件
薄壁套夹紧变形
38
◆ 重力影响 【例】龙门铣横梁
解决：变形补偿
龙门铣横梁变形
龙门铣横梁变形补偿
39
40
◆ 传动力与惯性力影响
➢ 理论上不会产生 圆度误差（但会产 生圆柱度误差） ➢周期性的力易会 引起强迫振动
z
l a）
Fcd
φ Fcd
R Fc yFcd Fp y r
Y
O″ Fp rcd=Fcd / kc
Fc Fc / kc
29
2、工艺系统受力变形对加工精度的影响 （1）切削力作用点位置变化引起工件形状误差 B′
A′
yx
ytj ywz
Δx
A FA
x
C
B
C′
FB
Fp
L
工艺系统变形随受力点变化规律
30
工件刚度小-------腰鼓形 工件刚度大-------马鞍形
31
(2)误差复映规律
切削加工中，由于 毛坯本身的误差（形状 或位置）使切削深度不 断变化，从而引起切削 力的变化，促使工艺系 统产生相应的变形，因 而工件表面上保留了与 毛坯表面类似的形状和 位置误差，但加工后残 留的误差比毛坯误差从 数值上大大减少了，这 一现象称为“误差复映”
16
8）提高主轴回转精度的措施 ➢提高主轴部件的制造精度
首先应提高轴承的回转精度．其次是提高箱体支承孔、 主轴轴颈和与轴承相配合有关表而的加工精度。此外，还 可在装配时先测出滚动轴承及主轴锥孔的径向圆跳动，然 后调节径向圆跳动的方位，使误差相互补偿或抵消，以减 少轴承误差对主轴回转精度的影响。 ➢对滚动轴承进行预紧，消除间隙
③与轴承配合的零件误差的影响 由于轴承内、外圈或轴瓦很薄，受力后容易变形，因此
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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主轴的纯轴向窜动对圆柱面的加工精 度没有影响，但在加工端面时，会使 端面与内外圆不垂直（图4-4a）。如 果主轴回转一周来回跳动一次，则加
工出的端面近似为螺旋面。加工螺纹
时，主轴的端面跳动将使螺纹产生周 期性误差 A
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
RX
θ
S
π
2π Ф
a)
b)
图4- 4 主轴端面跳动引起的加工误差
a) 工件端面与轴线不垂直 b) 螺 旋周期误差
(3) 工艺系统热变形所引起的误差 敏感方向
➢对加工精度的影响主要考虑误差的敏感方向
4.1 工艺系统的几何误差
4.1.1 原理误差（principle error） 原理误差
➢由于采用了近似的刀刃轮廓或近似的成形运 动进行加工所产生的误差
➢例如常用齿轮滚刀就存在两种原理误差：一 是采用了较易制造的阿基米德基本蜗杆或法 向直廓基本蜗杆代替渐开线基本蜗杆；二是 由于滚刀刀刃数有限，因而切削不连续，实 际加工出来的齿形是一条由微小折线组成的 曲线而不是光滑的渐开线
4.1.2 机床误差（machine-tool error） 机床误差
➢指在无切削负荷下，来自机床本身的制造、 安装误差和磨损。这里着重分析对加工精 度影响较大的主轴误差、导轨误差和传动 链误差
1、主轴（principal axis）误差 主轴误差主要包括两个方面：
➢一是主轴的几何偏心
➢二是主轴回转误差
z Rsin
➢这是椭圆的参数方程，其长半轴为 （A+R），短半轴为R，此式说明镗出 的孔是椭圆形
➢车削时为工件回转刀具不转动，刀具相 对主轴平均回转轴线距离为一定值，即 使主轴存在同样的简谐直线运动，仍能 得到一个半径为刀尖到平均轴线距离的 近似圆，但主轴的径向跳动会使加工出 的内、外圆与定位基准产生同轴度误差， 还会因加工余量不均匀造成切削力大小 变化从而产生形状误差
第四章 机械加工精度
加工精度（machining precision）
➢ 是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和表 面间的相互位置）与理想几何参数相符合的程度。 符合程度越高，加工精度就越高
加工误差(error)
➢ 在实际加工中，不可能把零件做得绝对准确，总会 有一定的偏差(deviation)，实际值与理想值之差，称 为加工误差(error)
（2）主轴的回转误差（rotation error）
主轴瞬时回转轴线在空间的位置往往都是 周期变化的，即存在实际回转轴线相对理 想回转轴线的漂移，这个漂移量就是回转 误差
类型：径向跳动、纯轴向窜动和纯角度摆 动
1）主轴回转误差对加工精度的影响
主轴的径向跳动会使零件产生圆度误差 （roundness error）
主轴的纯角度摆动表现为主轴瞬时回 转轴线与主轴平均回转轴线呈一倾斜 角，但其交点位置固定不变。若沿与 平均轴线垂直的各个截面来看，相当 于瞬时轴线绕平均轴线作偏心运动， 只是各截面的偏心量不同而已，其对 加工精度的影响与径向跳动基本相同。
必须指出的是，主轴回转误差的三 种基本形式实际上是同时存在并综 合影响着零件的加工精度。
研究加工精度的方法一般有两种：
➢单因素（single factor）分析法，只研 究某一确定因素对加工精度的影响，通 过分析、计算或测试、实验，得出该因 素与加工误差的关系
➢统计（stationary）分析法，通过运用 数理统计方法对生产中一批零件的实测 结果进行数据处理，从中判断误差的性 质和出现的规律，用以控制工艺过程的 正常进行。该方法只适用于大批量生产
主轴几何偏心对加工精度的影响视机床不 同而异
➢对于车床和磨床会使加工表面相对定位 基准产生位置误差。如车外圆和端面时， 会产生加工表面相对定位基准的同轴度 误差和垂直度误差
➢周铣平面时，会使切削成形面不是理想 平面，被加工表面将产生平面度或直线 度误差
➢在镗床上镗孔时，主轴几何偏心将使镗 孔尺寸扩大或缩小
（1）主轴的几何偏心（geometry eccentric）
主轴的几何偏心是指主轴锥孔、定心外圆、 轴肩支承面等工件或刀具的安装基面几何 轴线与主轴回转轴线不重合
原因：一是主轴的安装基面与主轴轴颈存 在同轴度和垂直度误差，二是滚动轴承内 孔与内环滚道存在同轴度误差。
轴颈
图4- 1主轴示意图
轴肩 主轴锥孔 定心外锥面
➢镗床上镗孔工件不动刀具回转的情况， 假设主轴的纯径向跳动使其轴线在Y坐 标方向上作简谐直线运动，其运动频率 与主轴转速相同，振幅为A。又设主轴 中心偏移最大（等于A）时，镗刀刀尖 正好通过水平位置1，当镗刀转过φ角时， 刀尖的水平和垂直分量各为
y A c o s R c o s ( A R ) c o s
加工误差的大小反映了加工精度的高低，所以 保证和提高加工精度，实际上就是控制和减少 加工误差。研究加工精度，就是通过分析各种 因素对加工精度的影响，从而找出减少加工误 差的措施，以获得预期的加工精度。
尺寸精度
零件加工精度 形状精度 相互位置精度
一般情况下，当尺寸精度要求高时，相应 的形状和位置精度也要求高。通常形状精 度高于位置精度，位置精度高于尺寸精度。 但形状精度要求高时，相应的位置和尺寸 精度不一定高，这应根据零件的功能要求 决定。
2）影响主轴回转误差的主要因素
主轴的回转误差与主轴部件的制造精度及 切削过程中主轴受力、受热变形有关，其 中主轴部件的制造精度是主要的
工艺系统的误差 包刮以下几个方面: (1) 工艺系统的几何误差（geometry error） 包括加工原理误差，机床、夹具、刀具的 制造误差和磨损、安装误差、调整误差等。
(2) 工艺系统受力变形（deformation）所引起 的误差
包括工艺系统受外力变形产生的误差，零 件中残余应力重新分布引起的误差。
工艺系统
➢机床、夹具、刀具和工件构成了一个完 整的系统，称之为工艺系统
原始误差
➢工艺系统(machining complex)的种种误 差在各种条件下，会以不同方式、不同 程度反映到零件上形成加工误差，因此 工艺系统的误差也称之为原始误差
➢这些原始误差一部分与工艺系统初始状 态有关，一部分与切削过程有关