第十一讲 第五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。零件的机械加工质量,它包括机械加工精 度和表面质量两个方面。 第一节机械加工精度概述 、加工精度与加工误差 加J精度是指零件加后的实际几参数(尽丈形状和想夏伩買)与理想人何数 的接近梖度;实际值愈接近理想值,加工精度就愈高。包含尺寸精度。 零件尺寸精度:机械加工后零件的直径、长度和表面间距离等尺寸的实际值 加与理想值的接近程度 精度|形状精度:机械加工后零件几何图形的实际形状与理想形状的接近程度 位置精度:机械加工后零件几何图形的实际位置与理想位置的接近程度 加工过程中有很多因素影响加工精度。实际加工不可能把零件做得与理想零件完全 致,总会产生大小不同的偏差。从保证产品的使用性能分析,也没有必要把每个零件都加 工得绝对精确,而只要求它在某一规定的范围内变动,这个允许变动的范围,就是公差。 制造者的任务就是要使加工误差小于图样上规定的公差。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。保证和提高加工精度的问 题,实际上就是控制和减少加工误差的问题。 加工经济精度 加工过程中有很多因素影响零件的加工精度,即使是同一种加工方法在不同的工作条 件下所能达到的加工精度也是不相同的 加经济精度是指在正常生产条件下(采用符食质量标進的设惫丁艺装惫和标進技 术箦级的工人不惩长加工)所能保诋的加糙度。每一种加工方法的加工经济精度 并不是固定不变的,它将随着工艺技术的发展,设备及工艺装备的改进,以及生产管理水 平的不断提高而逐渐提高。 第二节影响机械加工精度的因素 机加忑系统〔简称J系统)电机床、来具刀具和忑件组成。影响加工精度的主 要因素有 1)工艺系统的几何误差,包括机床、夹具和刀具等的制造误差及其磨损。 2)工件装夹误差。 3)工艺系统受力变形引起的加工误差 4)工艺系统受热变形引起的加工误差 5)工件内应力重新分布引起的变形。 6)其他误差,包括原理误差、测量误差、调整误差等
58 第十一讲 第五章 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。零件的机械加工质量，它包括机械加工精 度和表面质量两个方面。 第一节 机械加工精度概述 一、加工精度与加工误差 加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和相互位置）与理想几何参数 的接近程度；实际值愈接近理想值，加工精度就愈高。包含尺寸精度。 加工过程中有很多因素影响加工精度。实际加工不可能把零件做得与理想零件完全一 致，总会产生大小不同的偏差。从保证产品的使用性能分析，也没有必要把每个零件都加 工得绝对精确，而只要求它在某一规定的范围内变动，这个允许变动的范围，就是公差。 制造者的任务就是要使加工误差小于图样上规定的公差。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。保证和提高加工精度的问 题，实际上就是控制和减少加工误差的问题。 二、加工经济精度 加工过程中有很多因素影响零件的加工精度，即使是同一种加工方法在不同的工作条 件下所能达到的加工精度也是不相同的。 加工经济精度是指在正常生产条件下（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。每一种加工方法的加工经济精度 并不是固定不变的，它将随着工艺技术的发展，设备及工艺装备的改进，以及生产管理水 平的不断提高而逐渐提高。 第二节 影响机械加工精度的因素 机械加工系统（简称工艺系统）由机床、夹具、刀具和工件组成。影响加工精度的主 要因素有： l）工艺系统的几何误差，包括机床、夹具和刀具等的制造误差及其磨损。 2）工件装夹误差。 3）工艺系统受力变形引起的加工误差。 4）工艺系统受热变形引起的加工误差。 5）工件内应力重新分布引起的变形。 6）其他误差，包括原理误差、测量误差、调整误差等。 零件 加工 精度 位置精度：机械加工后零件几何图形的实际位置与理想位置的接近程度 形状精度：机械加工后零件几何图形的实际形状与理想形状的接近程度 尺寸精度：机械加工后零件的直径、长度和表面间距离等尺寸的实际值 与理想值的接近程度
、工艺系统的几何误差 (一)机床的几何误差 加工中,刀具相对于工件的成形运动,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。志轴转误羑是指主轴寒际装 铀线梖对基平均冋转轴线的变动曩。主轴回转误差分解为径向圆跳动、轴向圆跳动和角度 摆动三种不同形式的误差 (1)径向圆跳动:是主轴回转轴线相对于平均回转 轴线在径向的变动量。车外圆时它使加工面产生圆度和圆 柱度误差 产生径向圆跳动误差的主要原因有:主轴支承轴颈的 圆度误差、轴承工作表面的圆度误差等。 图42主轴回转误差的三种 基本形式 图43采用滑动轴承时主轴的径向圆跳动6 (2)轴向圆跳动:是主轴回转轴线沿平均回转轴线方向的变动量。车端面时它使工 件端面产生垂直度、平面度误差。产生轴向国跳动的原因是主轴轴肩端面和推力轴承承载 端面对主轴回转轴线有垂直度误差 (3)角度摆动:主轴回转轴线相对平均回转轴线成一倾斜角度的运动。车削时,它 使加工表面产生圆柱度误差和端面的形状误差 提高主轴及箱体轴承孔的制造精度,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 导轨是机床中确定各主要部件相对位置关系 的基准。 图4-5导轨垂直平面内的直线度 图44导轨水平面内的直线度误差对加工精度的影响 误差对加工精度的影响 (1)导轨在水平面内的直线度误差对加工精度的影响导轨在水平面内有直线度
59 一、工艺系统的几何误差 （一）机床的几何误差 加工中，刀具相对于工件的成形运动，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。主轴回转误差是指主轴实际回转 轴线相对其平均回转轴线的变动量。主轴回转误差分解为径向圆跳动、轴向圆跳动和角度 摆动三种不同形式的误差。 （1）径向圆跳动：是主轴回转轴线相对于平均回转 轴线在径向的变动量。车外圆时它使加工面产生圆度和圆 柱度误差。 产生径向圆跳动误差的主要原因有：主轴支承轴颈的 圆度误差、轴承工作表面的圆度误差等。 （2）轴向圆跳动：是主轴回转轴线沿平均回转轴线方向的变动量。车端面时它使工 件端面产生垂直度、平面度误差。产生轴向国跳动的原因是主轴轴肩端面和推力轴承承载 端面对主轴回转轴线有垂直度误差。 （3）角度摆动：主轴回转轴线相对平均回转轴线成一倾斜角度的运动。车削时，它 使加工表面产生圆柱度误差和端面的形状误差。 提高主轴及箱体轴承孔的制造精度，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 导轨是机床中确定各主要部件相对位置关系 的基准。 （1）导轨在水平面内的直线度误差对加工精度的影响 导轨在水平面内有直线度
误差△y时,在导轨全长上刀具相对于工件的正确位置将产生Δy的偏移量,使工件半径 产生△R=△y的误差。导轨在水平面内的直线度误差将直接反映在被加工工件表面的法线 方向(误差敏感方向)上,对加工精度的影响最大 (2)导轨在垂直平面内的直线度误差对加工精度的影响导轨在垂直平面内有直 线度误差△z时,也会使车刀在水平面内发生位移,使工件半径产生误差△R。与△z值相 比,ΔR属微小量,由此可知,导轨在垂直平面内的直线度误差对加工精度影响很小, 般可忽略不计 (3)导轨间的平行度误差对加工精度的影响 当前后导轨在垂直平面内有平行 度误差(扭曲误差)时,刀架将产生摆动,刀架沿床身导轨作纵向进给运动时,刀尖的运 动轨迹是一条空间曲线,使工件产生圆柱度误差。 导轨间在垂直方向有平行度误差时,将使工件与刀具的正确位置在误差敏感方向产生 偏移量,使工件半径产生△R=Δy的误差,对加工精度影响较大 除了导轨本身的制造误差之外,导轨磨损是造成机床精度下降的主要原因。选用合理 的导轨形状和导轨组合形式,采用耐磨合金铸铁导轨、镶钢导轨、贴塑导轨、滚动导轨以 及对导轨进行表面淬火处理等措施均可提高导轨的耐磨性 3.传动链误差 传动链误惹是指传动链娘末两端焦动元供想砹运动的误差。一般用传动链末端元件的 转角误差来衡量。机床传动链误差是影响表面加工精度的主要原因之 2=20 1=80 z5==6=28 蜗杆(zn-1=1) 图47滚齿机传动系统图 提高传动元件的制造精度和装配精度,减少传动件数,均可减小传动链误差 (二)刀具的几何误差 刀具误差对加工精度的影响随刀具种类的不同而不同。采用定尺寸刀具(例如钻头、 铰刀、键槽铣刀、圆拉刀等)加工时,刀具的尺寸误差和磨损将直接影响工件尺寸精度。 采用成形刀具(例如成形车刀、成形铣刀、齿轮模数铣刀、成形砂轮等)加工时,刀具的 形状误差和磨损将直接影响工件的形状精度。对于一般刀具(例如车刀、健刀、铣刀等), 其制造误差对工件加工精度无直接影响 刀具的尺寸磨损量NB是在被加工表面的法线方向上测量的。刀具的尺寸磨损NB与 切削路程l的关系如图4-8所示。新刃磨刀具切削初期,刀具磨损较剧烈,这段时间的刀 具磨损量称为初期磨损量NBs;进入正常磨损阶段后,磨损量与切削路程成正比,其斜率 称为相对磨损,相对磨损表示每切削100m路程刀具的尺寸磨损量:当切削路程l>时, 磨损急剧增加,这时应停止切削。刀具的尺寸磨损量可用下式计算
60 误差Δy 时，在导轨全长上刀具相对于工件的正确位置将产生Δy 的偏移量，使工件半径 产生ΔR=Δy 的误差。导轨在水平面内的直线度误差将直接反映在被加工工件表面的法线 方向（误差敏感方向）上，对加工精度的影响最大。 （2）导轨在垂直平面内的直线度误差对加工精度的影响 导轨在垂直平面内有直 线度误差Δz 时，也会使车刀在水平面内发生位移，使工件半径产生误差ΔR。与Δz 值相 比，ΔR 属微小量，由此可知，导轨在垂直平面内的直线度误差对加工精度影响很小，一 般可忽略不计。 （3）导轨间的平行度误差对加工精度的影响 当前后导轨在垂直平面内有平行 度误差（扭曲误差）时，刀架将产生摆动，刀架沿床身导轨作纵向进给运动时，刀尖的运 动轨迹是一条空间曲线，使工件产生圆柱度误差。 导轨间在垂直方向有平行度误差时，将使工件与刀具的正确位置在误差敏感方向产生 偏移量，使工件半径产生ΔR=Δy 的误差，对加工精度影响较大。 除了导轨本身的制造误差之外，导轨磨损是造成机床精度下降的主要原因。选用合理 的导轨形状和导轨组合形式，采用耐磨合金铸铁导轨、镶钢导轨、贴塑导轨、滚动导轨以 及对导轨进行表面淬火处理等措施均可提高导轨的耐磨性。 3．传动链误差 传动链误差是指传动链始末两端传动元件相对运动的误差。一般用传动链末端元件的 转角误差来衡量。机床传动链误差是影响表面加工精度的主要原因之一。 提高传动元件的制造精度和装配精度，减少传动件数，均可减小传动链误差。 （二）刀具的几何误差 刀具误差对加工精度的影响随刀具种类的不同而不同。采用定尺寸刀具（例如钻头、 铰刀、键槽铣刀、圆拉刀等）加工时，刀具的尺寸误差和磨损将直接影响工件尺寸精度。 采用成形刀具（例如成形车刀、成形铣刀、齿轮模数铣刀、成形砂轮等）加工时，刀具的 形状误差和磨损将直接影响工件的形状精度。对于一般刀具（例如车刀、健刀、铣刀等）， 其制造误差对工件加工精度无直接影响。 刀具的尺寸磨损量 NB 是在被加工表面的法线方向上测量的。刀具的尺寸磨损 NB 与 切削路程 l 的关系如图 4－8 所示。新刃磨刀具切削初期，刀具磨损较剧烈，这段时间的刀 具磨损量称为初期磨损量 NB。；进入正常磨损阶段后，磨损量与切削路程成正比，其斜率 称为相对磨损，相对磨损表示每切削 1000m 路程刀具的尺寸磨损量；当切削路程 ' l l 时， 磨损急剧增加，这时应停止切削。刀具的尺寸磨损量可用下式计算
NB=AB0+k(1-l0)=NB0+100 选用新型耐磨刀具材料,合理选用刀具几何参数和切削用量,正确刃磨刀具,正确采 用冷却润滑液等,均可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 图48刀具的尺寸磨损与切削路程的关系 (三)夹具的几何误差 图49工件在夹具中装夹示意图 夹具的作用是使工件相对于刀具和机床占有正确的 位置,夹具的几何误差对工件的加工精度(特别是位置精度)有很大影响。在图4-9所 示钻床夹具中,影响工件孔轴线a与底面B间尺寸L和平行度的因素有:钻套轴线/与夹 具定位元件支承平面C间的距离和平行度误差:夹具定位元件支承平面C与夹具体底面d 的垂直度误差;钻套孔的直径误差等。在设计夹具时,对夹具上直接影响工件加工精度的 有关尺寸的制造公差一般取为工件上相应尺寸公差的1/2-1/5 夹具元件磨损将使夹具的误差增大。为保证工件加工精度,夹具中的定位元件、导向 元件、对刀元件等关键易损元件均需选用高性能耐磨材料制造。 第十二讲 二、装夹误差 装夹误差包括定位误差和夹紧误差两个部分 (一)定位误差 因底位不正确而引起的误惹称为底位误差底位误差是电于定伩基進与工底基進不更 貪以及底位面和定位正供制造不進确而引起 定位误差△c由基准不重合误差△和定位副(含工件定位基面和定位元件)制造不 准确误差△两部分组成,定位误差Δ值为上述两项误差在工序尺寸方向上的代数和:
61 选用新型耐磨刀具材料，合理选用刀具几何参数和切削用量，正确刃磨刀具，正确采 用冷却润滑液等，均可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。 （三）夹具的几何误差 夹具的作用是使工件相对于刀具和机床占有正确的 位置，夹具的几何误差对工件的加工精度（特别是位置精度）有很大影响。在图 4－9 所 示钻床夹具中，影响工件孔轴线 a 与底面 B 间尺寸 L 和平行度的因素有：钻套轴线／与夹 具定位元件支承平面 C 间的距离和平行度误差；夹具定位元件支承平面 C 与夹具体底面 d 的垂直度误差；钻套孔的直径误差等。在设计夹具时，对夹具上直接影响工件加工精度的 有关尺寸的制造公差一般取为工件上相应尺寸公差的 1／2－1／5。 夹具元件磨损将使夹具的误差增大。为保证工件加工精度，夹具中的定位元件、导向 元件、对刀元件等关键易损元件均需选用高性能耐磨材料制造。 第十二讲 二、装夹误差 装夹误差包括定位误差和夹紧误差两个部分。 （一）定位误差 因定位不正确而引起的误差称为定位误差。定位误差是由于定位基准与工序基准不重 合以及定位面和定位元件制造不准确而引起。 定位误差 dw 由基准不重合误差 jb 和定位副（含工件定位基面和定位元件）制造不 准确误差 db 两部分组成，定位误差 dw 值为上述两项误差在工序尺寸方向上的代数和：
d轴-9 b) 图410定位误差计算示例 (二)夹紧误差 件惑来具刚度过低或来紧力作用友向作用点选择不数,都会使丁件或来具产生变 形,造成加工误差。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。 、工艺系统受力变形引起的误差 (一)工艺系统刚度 1.工艺系统刚度 机械加工中,工艺系统在切削力、夹紧力 传动力、惯性力和重力等的作用下,将产生相 应变形,使工件产生加工误差。工艺系统在外 力作用下产生变形的大小,不仅取决于作用力 的大小,还取决于工艺系统的刚度。 垂直作用于工件加工表面的背向力与工 图411夹紧误差示例 艺系统在该方向上的变形y的比值,称为工艺 系统刚度k系(N/m)
62 （二）夹紧误差 工件或夹具刚度过低或夹紧力作用方向、作用点选择不当，都会使工件或夹具产生变 形，造成加工误差。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。 三、工艺系统受力变形引起的误差 （一）工艺系统刚度 1．工艺系统刚度 机械加工中，工艺系统在切削力、夹紧力、 传动力、惯性力和重力等的作用下，将产生相 应变形，使工件产生加工误差。工艺系统在外 力作用下产生变形的大小，不仅取决于作用力 的大小，还取决于工艺系统的刚度。 垂直作用于工件加工表面的背向力与工 艺系统在该方向上的变形 y 的比值，称为工艺 系统刚度 k 系（N／㎜）