機械制造技術基礎2/6/2023第六章機械加工精度2/6/2023

本章學習目的：

了解各種因素對加工精度的影響規律，找出提高加工精度的途徑，以保證零件的加工質量。2/6/20236-1加工質量的基本概念

機械加工精度產品質量是企業的生命線按現代質量觀它包括設計質量、制造質量和服務質量零件制造質量是保證產品質量的基礎一、加工精度的基本概念

加工精度指零件加工后實際幾何參數(尺寸、形狀和位置)與理想幾何參數相符的程度。符合程度愈高，加工精度愈高。實際值與理想值之差稱為加工誤差。（是一個具體數值）加工質量指標分加工精度和加工表面質量2/6/20236-1加工質量的基本概念常用加工誤差的大小來評價加工精度的高低加工誤差越小，加工精度越高，加工精度是相對概念，只有高低之分。

零件的加工精度包括

尺寸精度、形狀精度、位置精度通常尺寸精度要求高形位精度要求也越高

所謂理想的數值

尺寸精度——指公差帶中心如理想值是φ30.015mm

形狀精度、位置精度——應是絕對準確

機械加工的經濟精度

某種加工方法能經濟地達到的精度，稱為經濟精度。注意區分經濟精度和機床能達到的精度2/6/20236-1加工質量的基本概念二獲得加工精度的方法

（1）獲得尺寸精度的方法1）試切法(試切—測量—再試切)用于單件小批生產2）調整法（調整好刀具與工件的位置）用于成批大量生產3）定尺寸刀具法(如鉆孔,鉸孔)生產率高，刀具制造復雜4）自動控制法切削測量補償調整（2）獲得形狀精度的方法1）軌跡法取決于機床的運動2）成形刀具法由刀刃的形狀形成工件表面形狀(取決于刀具)3）展成法由切削刃包絡面形成工件表面形狀(取決于機床運動和刀具)2/6/2023（3）獲得相互位置精度的方法主要由機床精度、夾具精度和工件的裝夾精度來保證1）一次安裝法取決于機床的運動精度2）多次安裝法取決于機床的精度外還決定于安裝精度6-1加工質量的基本概念工件的安裝方式：直接找正安裝劃線找正安裝采用夾具定位安裝2/6/20236-1加工質量的基本概念三加工表面質量1.加工表面質——機械零件加工后的表面層狀態。指表面粗糙度微觀誤差波距＜1mm表面波度微觀與宏觀之間波距1～10mm表面層的物理機械性能（冷作硬化，表面層金相組織變化，表面殘余應力）2/6/20232.表面質量對使用性能的影響（1）表面質量對零件耐磨性的影響粗糙度小，金屬親和力增加，不易形成潤滑油膜——磨損增加粗糙度大，接觸面積小——磨損所以存在一個最佳粗糙度一般來說表面粗糙度值越小耐磨性越好。但表面加工硬化使表層硬度增加耐磨性提高。但硬化過度會使表層剝落，加快零件的磨損。表面金相組織的變化會導致表層硬度發生變化，影響零件的耐磨性。表面粗糙度對耐磨性的影響：表面粗糙度與初期磨損的關系2/6/2023（2）表面質量對疲勞強度的影響（4）表面質量對配合質量的影響（3）表面質量對耐腐蝕性的影響表面粗糙度值越大，抗疲勞破壞能力越差；表面殘余拉應力促使裂紋擴展，壓應力阻止裂紋擴展；表層加工硬化適度會提高疲勞強度，過大易產生裂紋表面粗糙度值越大，抗腐蝕性越差；表層加工硬化及金相組織變化易產生內應力，導致應力腐蝕開裂，降低零件腐蝕性，而壓應力有利微裂紋閉合表面粗糙度值越大，零件配合精度越低。（5）其他影響（密封性，接觸剛度等）2/6/2023一、原始誤差與加工誤差影響加工精度的因素——原始誤差工藝系統的誤差，是造成零件加工誤差的根源，故稱之為原始誤差“機床—夾具—工件—刀具”構成一個完整的系統，稱為工藝系統。6-2機械加工精度工藝系統的誤差是“因”——加工誤差是“果”1.原始誤差2/6/2023

原始誤差

加工前誤差加工中誤差加工后誤差調整誤差機床誤差刀具制造誤差夾具誤差加工原理誤差工件裝夾誤差工藝系統受力變形刀具磨損殘余應力引起變形測量誤差工藝系統熱變形2/6/20232.原始誤差與加工誤差的關系6-2機械加工精度AB理想—刀應在A點實際—刀安裝在B點原始誤差加工誤差ΔR0原始誤差的方向為加工表面的法線方向時（φ=0）ΔR=δ—誤差敏感方向原始誤差的方向為加工表面的切線方向時（φ=900）——誤差不敏感方向2/6/20236-2機械加工精度1加工原理誤差

由于采用了近似的成形運動或刃形所產生的誤差，多為形狀誤差二、影響加工精度的因素1）機床導軌誤差

導軌精度要求主要有以下三方面：

1）機床導軌誤差2）主軸回轉誤差３）機床傳動鏈誤差2機床的誤差2/6/2023

①在水平面內的直線度（以臥式車床為例）Δ1將直接反映在工件加工表面法線方向（誤差敏感方向）上，誤差ΔR=Δ1，對加工精度影響最大。刀尖在水平面內的運動軌跡造成工件軸向形狀誤差。2/6/2023②在垂直面內的直線度

Δ２對工件的尺寸和形狀誤差影響比Δ1小得多對臥式車床ΔR≈Δ22/D若設Δ2=

0.1mm,D=40mm，則ΔR

=0.00025mm，影響可忽略不計。而對平面磨床、龍門刨床誤差將直接反映在工件上。2/6/2023③前后導軌的平行度（扭曲）——產生雙曲面形狀誤差除導軌制造誤差外，導軌的不均勻磨損和安裝質量，也是造成導軌誤差的重要因素。導軌磨損是機床精度下降的主要原因之一。可采用耐磨合金鑄鐵、鑲鋼導軌、貼塑導軌、滾動導軌導軌表面淬火等措施。2/6/20236-2機械加工精度

2）主軸回轉誤差①主軸回轉誤差概念主軸回轉時實際回轉軸線與理想回轉軸線的偏移量

三種基本形式：

a.純徑向跳動——鏜、車影響不同b.軸向竄動——對孔、外園無影響，對端面加工，車螺紋有影響c.純角度擺動——主要影響形狀精度

2/6/2023圖6-7純徑向跳動對鏜孔圓度的影響誤差敏感方向誤差不敏感方向2/6/2023圖6-8車削時純徑向跳動對圓度的影響2/6/2023當鏜刀轉過一個φ角時，刀尖軌跡的水平分量和垂直分量各為：則有：2/6/2023３）機床傳動鏈誤差

指機床內傳動鏈始末兩端的傳動元件間相對運動的誤差，一般用傳動鏈末端元件的轉角誤差來衡量。產生的原因是傳動鏈中各傳動元件的制造誤差、裝配誤差及磨損等。若傳動齒輪i在某一時刻產生轉角誤差為Δφi，則它所造成傳動鏈末端元件的轉角誤差：Δφwi=KiΔφiKi

為該軸到末端元件的總傳動比，稱為誤差傳遞系數，若Ki大于1則誤差被擴大；反之，若Ki小于1誤差被縮小。各傳動件對工件精度影響的總和為：

Δφ∑=∑Δφwi=

∑KiΔφi2/6/2023減少傳動鏈誤差的措施：①盡可能縮短傳動鏈，減少傳動元件數目；②盡量采用降速傳動，誤差被縮小；③提高傳動元件、特別是末端元件的制造和裝配精度；④消除傳動間隙；⑤采用誤差補償機構或自動補償裝置。2/6/20233調整誤差——工藝系統沒有調整到正確的位置而產生的誤差不同的調整方式有不同的誤差來源：試切法調整：度量誤差，微進給誤差用樣件調整：靜態時調整，動態時產生誤差圖6-9試切調整a)精加工b)粗加工2/6/20234工藝系統的受力變形1）工藝系統的受力變形的現象：工藝系統受力（切削力F）—產生彈性變形—工件與刀刃產生了相對位移—改變了原來調整的位置—產生加工誤差2)工藝系統的剛度——工藝系統抵抗欲使其變形的能力工藝系統剛度Kst定義為：2/6/2023工藝系統的變形應為機床有關部件、夾具、刀具和工件在總切削力作用下，使刀尖和加工表面在誤差敏感方向產生的相對位移的代數和，可以記為：2/6/2023式中Yst——工藝系統受力后Y方向的總位移；Yjc、Yjj、Yd、Yg——機床、夾具、刀具、工件受力后Y方向的位移。如果已知各組成部分的位移和在位移方向的受力Fp，則可求出各部分的剛度分別為：2/6/2023故，工藝系統剛度為：2/6/2023圖6-10工藝系統的位移隨施力點位置變化的情況2/6/20233）誤差復映規律由于毛坯加工余量和材料、硬度的不均勻，引起切削力的改變，使工藝系統的受力變形也隨之改變，使毛坯（或上工序）的誤差以一定的比例復映到加工后的零件——稱為誤差復映規律ε總是小于1，有修正誤差的能力多次進給ε=ε1ε2ε3…2/6/20235其他原始誤差的影響工藝系統的熱變形（精加工時要認真考慮）工件熱變形刀具熱變形機床熱變形夾具誤差刀具誤差度量誤差

工件內應力引起的變形——外部載荷去除以后，仍存在工件內部的應力2/6/2023內應力產生的原因及消除措施1、鑄鍛焊、熱處理等因工件壁厚不均熱脹冷縮不均及金相組織變化等導致體積變化，毛坯產生內應力2、切削時也會產生內應力3、冷校直產生的內應力消除措施：結構合理時效處理常用人工時效、振動時效和自然時效等方法。粗精加工分開

工件若產生內應力處于不穩定狀態會逐漸變形2/6/2023三、提高加工精度的措施(1)直接減小或消除原始誤差如：車細長軸——增加跟刀架、中心架、反向走刀圖6-17車細長軸的誤差原因及采取的措施2/6/2023（2）誤差補償法利用原有誤差或制造誤差來抵消原始誤差。如龍門銑床因銑削頭自重產生下凹變形，刮研橫梁導軌使上凸；加工曲軸時前后刀架同時切削，徑向力方向相反；精磨磨床床身導軌預加載荷，用配重代替工作時的部件補償或抵消原始誤差——人為的制造某種誤差以抵消原始誤差2/6/2023（3）誤差轉移法如鏜孔時鏜桿與主軸采用浮動連接，使用鏜模將機床誤差轉移到新裝置上加以控制；六角車床采用垂直裝刀——轉塔刀架的轉位誤差轉移到誤差不敏感方向2/6/2023(4)均分與均化原始誤差均分：按毛坯誤差的大小分為n組，每組誤差為原來的1/n，按各組分別調整加工均化：利用密切聯系的表面相互比較，相互檢查，從中找出差距后，相互糾正（偶件對研）或相互加工（平板合研）(5)“就地加工”達到最終精度（自干自）(6)主動測量與閉環控制2/6/2023四、加工誤差的綜合分析一.誤差的性質——分為兩大類1）系統誤差

常值系統誤差：連續加工一批零件時，誤差大小、方向保持不變（原理機床刀夾量具制造調整誤差）變值系統誤差：誤差大小、方向按一定規律變化（與加工時間，順序有關。象機床刀具熱變形、刀具磨損）2）隨機誤差:連續加工一批零件時，誤差大小、方向無規律變化（多次調整誤差，誤差復映，定位夾緊操作誤差內應力變形）對系統誤差可循其規律加以調整或補償來消除對隨機誤差只能縮小其變動范圍，控制在公差范圍內2/6/2023二、加工誤差的統計分析法1、分布曲線法（1）實際分布曲線用調整法精鏜活塞銷孔，抽檢100件，按孔徑大小分組，每組間隔0.002mm，圖紙要求分布曲線法點圖法x2/6/2023圖6-18活塞銷孔直徑實際分布折線圖超出公差帶上限，成為廢品分散范圍＜公差帶范圍（0.012）（0.015）將分散中心移到公差帶中心，即將鏜刀的伸出量減少0.0054整批零件就會合格用調整法加工一批零件,實際分布曲線非常接近正態分布曲線∴可用正態分布曲線代替實際分布曲線2/6/2023（2）理論分布曲線

正態分布曲線方程兩個特征參數：算術平均值x(分散中心、對稱中心)和標準偏差σ2/6/2023正態分布曲線的特點①曲線呈吊鐘形，中間多，兩邊少為對稱中心，兩邊各占50%

且處有最大值③σ影響曲線形狀的參數σ↓曲線瘦高，分散范圍小，即加工誤差小，加工精度高σ↑曲線扁、平，加工誤差大，加工精度低xx2/6/2023⑤圖中陰影面積F可利用概率密度積分表計算F可查表④曲線與X軸永不相交；工件尺寸落在±3σ范圍內的概率為99.73%，基本上可以代表某種加工方法所能達到的精度。6σ—隨機誤差是一個重要判斷依據T≥6σ說明這種加工方法可行T＜6σ說明這種加工方法不可行若分散中心和公差帶中心不重合，則存在常值系統誤差Δ系Δ系=│-dm│xxF1F22/6/20232/6/20232/6/2023（3）分布圖法的應用①判斷加工誤差性質系統誤差、隨機誤差②判別該工序的工藝能力工藝能力系數Cp——指滿足加工精度的程度Cp＞1.67為特級說明工藝能力過高，不一定經濟1.67≥Cp＞1.33為一級說明工藝能力足夠1.33≥Cp＞1為二級說明工藝能力勉強，密切注意加工過程1≥Cp＞0.67為三級說明工藝能力不夠，會出少量不合格品Cp＜0.67為四級說明工藝能力不足，必須加以改進2/6/2023③確定合格品率和不合格品率合格品：F1F2不合格品：P1=0.5-F1P2=0.5-F2④要廢品最少=dm

要不出現不可修復廢品，分散范圍進入公差帶內xF1F2或2/6/2023例題1例：在無心磨上加工銷軸,要求外徑，抽樣后測得σ=0.005mm,其尺寸符合正態分布，試分析該工序的加工質量2/6/2023例2：軸Φ20-0.1，σ=0.025，符合正態分布曲線，頂峰位置與公差帶中心相差0.03mm，偏右。求常值系統誤差、隨機誤差，合格率、不合格率0解：①公差帶中心dm=19.95②尺寸分布中心=dm+ε=19.95+0.03=19.98③常值系統誤差Δ系=-dm=ε=0.03④隨機誤差6σ=

6×

0.025=0.15或±3σ=±0.075xx2/6/2023⑤計算合格率、不合格率

6σ=0.15＞T=0.1，

Cp=T/6σ=0.1/0.15=0.67工藝能力為三級，工藝能力不夠，肯定會出現廢品工件極限尺寸dmin=xA=19.9，dmax=xB=20zA=(-xA)/σ=(19.98-19.9)/0.025=3.2F(zA)=0.49931zB=(xB-)/σ=(20-19.98)/0.025=0.8F(zB)=0.2881合格率=F(zA)+F(zB)=0.49931+0.2881=0.78741=78.741%廢品率0.5-0.49931=0.069%不可修復

0.5-0.2881=21.19%可修復xx2/6/2023例題3例：用某種方法加工一批零件的外園，若加工尺寸按正態分布，圖紙要求尺寸為φ20±0.007mm，加工后發現有8%的工件為廢品，且其中一半廢品的尺寸小于零件的下偏差，試確定該加工方法所能達到的加工精度。（用加工誤差的數值表示）2/6/2023

（4）分布圖分析法缺點1）采用大樣本，較接近實際地反映工藝過程總體；

2）能將常值系統誤差從誤差中區分開；

3）在全部樣本加工后繪出曲線，不能反映先后順序，不能將變值系統誤差從誤差中區分開；4）不能及時提供工藝過程精度的信息，事后分析；5）計算復雜，只適合工藝過程穩定的場合。點圖分析法計算簡單，能及時提供主動控制信息，可用于穩定過程、也可用于不穩定過程。2/6/20233.工藝過程的點圖分析（1）均值-極差點圖（—R圖）—由均值點圖和極差點圖R組成

按加工順序,定期抽檢一組(m個零件)（4～6），共有K組;橫坐標為工件組序號。①計算每組均值和極差Ri：