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机械制造工艺学
第二章 机械加工精度及控制 §2.1 概 述
机械加工精度 影响机械加工精度的
原始误差及分类 误差的敏感方向 研究加工精度方法
加工质量内容
加工精度
尺寸精度 形状精度 位置精度
（通常形状误差限制在位置公差内，位 置公差限制在尺寸公差内）
表面质量
表面几何形状精度
表面粗糙度 波度 纹理方向 伤痕（划痕、裂纹、砂眼等）
两者从不同角度来评定加工零件的几何参数。 加工精度的高低是由加工误差的小大来表示的， 保证和提高加工精度实际上就是限制和减小加工 误差。
一、机械加工精度与加工质量
加工精度的合理制定： 一般加工精度越高则加工成本相对越高，
生产效率则相对越低。因此设计人员应根 据零件的使用要求，合理规定零件的加工 精度；工艺人员则根据设计要求和生产条 件采用适当的工艺方法以保证加工误差不 超过允许范围，并尽量提高生产率和降低 生产成本。
测量误差。 试切时与正式切削时切削厚度 不同造成的误差。 机床进给机构的位移误差。
调整法（图 b）
定程机构误差。 样件或样板误差。 测量有限试件造成的误差。 和试切法有关的误差。
a）
b）
试切法与调整法
三、机床误差
◆ 机床误差的产生：制造、安装、磨损三个时期
◆ 机床误差分为以下三方面： 机床导轨导向误差 机床主轴回转误差 传动链的传动误差
表面缺陷层
表层加工硬化 表层金相组织变化 表层残余应力
加工质量包含的内容
一、机械加工精度与加工质量
加工精度： 零件加工后实际几何参数与理想几何参数接近
程度。符合程度越高，加工精度越高，实际生产 中零件不可能与理想的要求完全符合。 加工误差：
指加工后的实际几何参数（尺寸，形状和表面 间的相互位置）对理想几何参数的偏离程度，从 保证产品使用性能分析允许有一定的加工误差。 两者关系：
主轴回转误差是指主轴实 际回转线对其理想回转轴线 的漂移。
为便于研究，可将主轴回 转误差分解为径向圆跳动、 端面圆跳动和倾角摆动三种 基本型式。
a）径向圆跳动 b）端面圆跳动
c）倾角摆动
主轴回转误差基本形式
三、 机床误差
◆ 主轴回转误差对加工精度的影响
★ 主轴径向圆跳动对加工精度的影响（镗孔）
工艺系统误差是“因”，是根源； 加工误差是“果”，是表现。
故：工艺系统误差称为 原始误差。
二、影响机械加工精度的 原始误差及分类
分析加工误差产生 的原因
综述可能产生的 原始误差
原始误差分类
原始 误差
源自文库
与工艺系统原始状 态有关的原始误差 (几何误差)
与工艺过程有关的 原始误差(动误差)
一、加工原理误差
加工原理误差
加工原理误差是指采用了近似的成型运动或近似的刀 刃轮廓进行加工而产生的误差。
例1：在数控铣床上采用球头刀铣削复杂形面零件
S 8Rh
式中 R ——球头刀半径； h ——允许的残留高度。
例2：用阿基米德蜗杆滚刀 滚切渐开线齿轮
h
S
空间曲面数控加工
二、 调整误差
试切法（图 a）
实际生产中，两种方法常常结合应用。先用统计分析法 寻找误差的出现规律，初步判断加工误差的可能原因，再 适用单因素法分析，试验，以便迅速有效地找出影响加工 精度的主要原因。
§2.2 工艺系统的几何精度 对加工精度的影响
本节内容
加工的原理误差 调整误差 机床误差 夹具误差 刀具误差
误差敏感方向一般为已加工表 面过切削点的法线方向。
如图所示车刀加工 可以看出：
R OA OA
当原始误差的方向恰为加工表面的法向方向
R02 2 2R0 cos R0 (φ＝0°)时，引起的加工误差最大；
cos 2
2R0
当原始误差的方向恰为加工表面的切线方向 (φ＝90°)引起的加工误差最小。
误差非敏感方向,影响小
RZ
Z 2 2R
RZ＜＜Ry RZ 可以忽略
三、 机床误差 Δy
导轨扭曲对加工精度的影响,影响显著 D
X
R H H
B
ΔR
α
Y
Δx D－Δd δ
导轨与主轴回转轴线位置误差
对加工精度的影响
B
导轨扭曲引起的加工误差
L
Hy
R0
d Z
Xf a）
导轨导向误差
◎导轨副运动件实际运动方向与理想运动方向的偏差
◎包括：导轨在水平面内的直线度，导轨在垂直面内的 直线度，前后导轨平行度（扭曲），导轨与主轴回转轴 线的平行度（或垂直度）等。
◆ 导轨导向误差对加工精度的影响
导轨水平面内的直线度误差, 误差敏感方向,影响显著
Ry Ry
导轨垂直面内的直线度误差,
原理误差
定位误差 调整误差 刀具误差
工件相对于刀具静止状态下 的误差
夹具误差 机床误差
主轴回转误差 工件相对于
导轨导向误差 刀具运动状
传动误差
态下的误差
工艺系统受力变形（包括夹紧变形）
工艺系统受热变形
刀具磨损
测量误差
工件残余应力引起的变形
三、误差的敏感方向
工艺系统原始误差方向不同， 对加工精度的影响程度也不同。 对加工精度影响最大的方向，称 为误差敏感方向。
四、 研究加工精度的方法
1、单因素分析法
分析研究某一个或某几个因素对加工精度的影响。 通常分析、计算、测试、实验，得出单因素与加工误差 间的关系。
2、统计分析法
以生产一批工件的实例结果为基础，运用数理统计方法 进行数据处理。用以控制工艺过程的正常进行，当发生质 量问题时可以从中判断误差性质，找出误差出现的规律。
f b）
成形运动间位置误差对外圆和端面车削的影响
造成加工表面下凹。
三、 机床误差
◆ 减少导轨误差的措施
设计：结构、材料、热处理方式、润滑方式、防护装置等。 制造：时效处理、表面待火年理、精度工序等。 调整：调间隙、调水平等。 使用：地基、安装、维护（清洗、防锈、润滑）
三、 机床误差
主轴回转误差
工艺系统— 在机械加工时，机床、刀具，夹具和工件构
成一个完整的系统，为工艺系统。
原始误差— 引起加工误差的根本原因是工艺系统存在
着误差，将工艺系统的误差称为原始误差。
零件的尺寸、几何形状和表面间的相互位置的形成， 归根到底取决于工件和刀具在切削过程间的相互位置。由于工 艺系统存在各种原始误差，它们以不同的方式和程度反映为加 工误差。由此可见：
第二章 机械加工精度及控制 §2.1 概 述
机械加工精度 影响机械加工精度的
原始误差及分类 误差的敏感方向 研究加工精度方法
加工质量内容
加工精度
尺寸精度 形状精度 位置精度
（通常形状误差限制在位置公差内，位 置公差限制在尺寸公差内）
表面质量
表面几何形状精度
表面粗糙度 波度 纹理方向 伤痕（划痕、裂纹、砂眼等）
两者从不同角度来评定加工零件的几何参数。 加工精度的高低是由加工误差的小大来表示的， 保证和提高加工精度实际上就是限制和减小加工 误差。
一、机械加工精度与加工质量
加工精度的合理制定： 一般加工精度越高则加工成本相对越高，
生产效率则相对越低。因此设计人员应根 据零件的使用要求，合理规定零件的加工 精度；工艺人员则根据设计要求和生产条 件采用适当的工艺方法以保证加工误差不 超过允许范围，并尽量提高生产率和降低 生产成本。
测量误差。 试切时与正式切削时切削厚度 不同造成的误差。 机床进给机构的位移误差。
调整法（图 b）
定程机构误差。 样件或样板误差。 测量有限试件造成的误差。 和试切法有关的误差。
a）
b）
试切法与调整法
三、机床误差
◆ 机床误差的产生：制造、安装、磨损三个时期
◆ 机床误差分为以下三方面： 机床导轨导向误差 机床主轴回转误差 传动链的传动误差
表面缺陷层
表层加工硬化 表层金相组织变化 表层残余应力
加工质量包含的内容
一、机械加工精度与加工质量
加工精度： 零件加工后实际几何参数与理想几何参数接近
程度。符合程度越高，加工精度越高，实际生产 中零件不可能与理想的要求完全符合。 加工误差：
指加工后的实际几何参数（尺寸，形状和表面 间的相互位置）对理想几何参数的偏离程度，从 保证产品使用性能分析允许有一定的加工误差。 两者关系：
主轴回转误差是指主轴实 际回转线对其理想回转轴线 的漂移。
为便于研究，可将主轴回 转误差分解为径向圆跳动、 端面圆跳动和倾角摆动三种 基本型式。
a）径向圆跳动 b）端面圆跳动
c）倾角摆动
主轴回转误差基本形式
三、 机床误差
◆ 主轴回转误差对加工精度的影响
★ 主轴径向圆跳动对加工精度的影响（镗孔）
工艺系统误差是“因”，是根源； 加工误差是“果”，是表现。
故：工艺系统误差称为 原始误差。
二、影响机械加工精度的 原始误差及分类
分析加工误差产生 的原因
综述可能产生的 原始误差
原始误差分类
原始 误差
源自文库
与工艺系统原始状 态有关的原始误差 (几何误差)
与工艺过程有关的 原始误差(动误差)
一、加工原理误差
加工原理误差
加工原理误差是指采用了近似的成型运动或近似的刀 刃轮廓进行加工而产生的误差。
例1：在数控铣床上采用球头刀铣削复杂形面零件
S 8Rh
式中 R ——球头刀半径； h ——允许的残留高度。
例2：用阿基米德蜗杆滚刀 滚切渐开线齿轮
h
S
空间曲面数控加工
二、 调整误差
试切法（图 a）
实际生产中，两种方法常常结合应用。先用统计分析法 寻找误差的出现规律，初步判断加工误差的可能原因，再 适用单因素法分析，试验，以便迅速有效地找出影响加工 精度的主要原因。
§2.2 工艺系统的几何精度 对加工精度的影响
本节内容
加工的原理误差 调整误差 机床误差 夹具误差 刀具误差
误差敏感方向一般为已加工表 面过切削点的法线方向。
如图所示车刀加工 可以看出：
R OA OA
当原始误差的方向恰为加工表面的法向方向
R02 2 2R0 cos R0 (φ＝0°)时，引起的加工误差最大；
cos 2
2R0
当原始误差的方向恰为加工表面的切线方向 (φ＝90°)引起的加工误差最小。
误差非敏感方向,影响小
RZ
Z 2 2R
RZ＜＜Ry RZ 可以忽略
三、 机床误差 Δy
导轨扭曲对加工精度的影响,影响显著 D
X
R H H
B
ΔR
α
Y
Δx D－Δd δ
导轨与主轴回转轴线位置误差
对加工精度的影响
B
导轨扭曲引起的加工误差
L
Hy
R0
d Z
Xf a）
导轨导向误差
◎导轨副运动件实际运动方向与理想运动方向的偏差
◎包括：导轨在水平面内的直线度，导轨在垂直面内的 直线度，前后导轨平行度（扭曲），导轨与主轴回转轴 线的平行度（或垂直度）等。
◆ 导轨导向误差对加工精度的影响
导轨水平面内的直线度误差, 误差敏感方向,影响显著
Ry Ry
导轨垂直面内的直线度误差,
原理误差
定位误差 调整误差 刀具误差
工件相对于刀具静止状态下 的误差
夹具误差 机床误差
主轴回转误差 工件相对于
导轨导向误差 刀具运动状
传动误差
态下的误差
工艺系统受力变形（包括夹紧变形）
工艺系统受热变形
刀具磨损
测量误差
工件残余应力引起的变形
三、误差的敏感方向
工艺系统原始误差方向不同， 对加工精度的影响程度也不同。 对加工精度影响最大的方向，称 为误差敏感方向。
四、 研究加工精度的方法
1、单因素分析法
分析研究某一个或某几个因素对加工精度的影响。 通常分析、计算、测试、实验，得出单因素与加工误差 间的关系。
2、统计分析法
以生产一批工件的实例结果为基础，运用数理统计方法 进行数据处理。用以控制工艺过程的正常进行，当发生质 量问题时可以从中判断误差性质，找出误差出现的规律。
f b）
成形运动间位置误差对外圆和端面车削的影响
造成加工表面下凹。
三、 机床误差
◆ 减少导轨误差的措施
设计：结构、材料、热处理方式、润滑方式、防护装置等。 制造：时效处理、表面待火年理、精度工序等。 调整：调间隙、调水平等。 使用：地基、安装、维护（清洗、防锈、润滑）
三、 机床误差
主轴回转误差
工艺系统— 在机械加工时，机床、刀具，夹具和工件构
成一个完整的系统，为工艺系统。
原始误差— 引起加工误差的根本原因是工艺系统存在
着误差，将工艺系统的误差称为原始误差。
零件的尺寸、几何形状和表面间的相互位置的形成， 归根到底取决于工件和刀具在切削过程间的相互位置。由于工 艺系统存在各种原始误差，它们以不同的方式和程度反映为加 工误差。由此可见：