概述 　　1. 加工精度與加工誤差 　　加工精度是指零件加工后的實際幾何參數(shù)(尺寸、形狀和位置)與理想幾何參數(shù)的符合程度。實際加工不可能做得與理想零件完全一致，總會有大小不同的偏差，零件加工后的實際幾何參數(shù)對理想幾何參數(shù)的偏離程度，稱為加工誤差。 　　2.加工經(jīng)濟精度 　　由于在加工過程中有很多因素影響加工精度，所以同一種加工方法在不同的工作條件下所能達到的精度是不同的。任何一種加工方法，只要精心操作，細心調(diào)整，并選用合適的切削參數(shù)進行加工，都能使加工精度得到較大的提高，但這樣會降低生產(chǎn)率，增加加工成本。加工誤差δ與加工成本C成反比關(guān)系。某種加工方法的加工經(jīng)濟精度不應(yīng)理解為某一個確定值，而應(yīng)理解為一個范圍，在這個范圍內(nèi)都可以說是經(jīng)濟的。 　　3. 原始誤差 　　由機床、夾具、刀具和工件組成的機械加工工藝系統(tǒng)(簡稱工藝系統(tǒng))會有各種各樣的誤差產(chǎn)生，這些誤差在各種不同的具體工作條件下都會以各種不同的方式(或擴大、或縮小)反映為工件的加工誤差。 　　工藝系統(tǒng)的原始誤差主要有工藝系統(tǒng)的幾何誤差、定位誤差、工藝系統(tǒng)的受力變形引起的加工誤差、工藝系統(tǒng)的受熱變形引起的加工誤差、工件內(nèi)應(yīng)力重新分布引起的變形以及原理誤差、調(diào)整誤差、測量誤差等。 　　4.研究機械加工精度的方法 　　a) 研究機械加工精度的方法分析計算法和統(tǒng)計分析法。 　　b) 采用滑動軸承時主軸的徑向圓跳動 　　二、工藝系統(tǒng)集合誤差 　　1.機床的幾何誤差 　　加工中刀具相對于工件的成形運動一般都是通過機床完成的，因此，工件的加工精度在很大程度上取決于機床的精度。機床制造誤差對工件加工精度影響較大的有：主軸回轉(zhuǎn)誤差、導(dǎo)軌誤差和傳動鏈誤差。機床的磨損將使機床工作精度下降。 　　主軸回轉(zhuǎn)誤差 　　機床主軸是裝夾工件或刀具的基準(zhǔn)，并將運動和動力傳給工件或刀具，主軸回轉(zhuǎn)誤差將直接影響被加工工件的精度。 　　主軸回轉(zhuǎn)誤差是指主軸各瞬間的實際回轉(zhuǎn)軸線相對其平均回轉(zhuǎn)軸線的變動量。它可分解為徑向圓跳動、軸向竄動和角度擺動三種基本形式。 　　產(chǎn)生主軸徑向回轉(zhuǎn)誤差的主要原因有：主軸幾段軸頸的同軸度誤差、軸承本身的各種誤差、軸承之間的同軸度誤差、主軸繞度等。但它們對主軸徑向回轉(zhuǎn)精度的影響大小隨加工方式的不同而不同。 　　譬如，在采用滑動軸承結(jié)構(gòu)為主軸的車床上車削外圓時，切削力F的作用方向可認為大體上時不變的，見右圖，在切削力F的作用下，主軸頸以不同的部位和軸承內(nèi)徑的某一固定部位相接觸，此時主軸頸的圓度誤差對主軸徑向回轉(zhuǎn)精度影響較大，而軸承內(nèi)徑的圓度誤差對主軸徑向回轉(zhuǎn)精度的影響則不大；在鏜床上鏜孔時，由于切削力F的作用方向隨著主軸的回轉(zhuǎn)而回轉(zhuǎn)，在切削力F的作用下，主軸總是以其軸頸某一固定部位與軸承內(nèi)表面的不同部位接觸，因此，軸承內(nèi)表面的圓度誤差對主軸徑向回轉(zhuǎn)精度影響較大，而主軸頸圓度誤差的影響則不大。圖中的δd表示徑向跳動量。 　　產(chǎn)生軸向竄動的主要原因是主軸軸肩端面和軸承承載端面對主軸回轉(zhuǎn)軸線有垂直度誤差。 　　不同的加工方法，主軸回轉(zhuǎn)誤差所引起的的加工誤差也不同。在車床上加工外圓和內(nèi)孔時，主軸徑向回轉(zhuǎn)誤差可以引起工件的圓度和圓柱度誤差，但對加工工件端面則無直接影響。主軸軸向回轉(zhuǎn)誤差對加工外圓和內(nèi)孔的影響不大，但對所加工端面的垂直度及平面度則有較大的影響。在車螺紋時，主軸向回轉(zhuǎn)誤差可使被加工螺紋的導(dǎo)程產(chǎn)生周期性誤差。 　　適當(dāng)提高主軸及箱體的制造精度，選用高精度的軸承，提高主軸部件的裝配精度，對高速主軸部件進行平衡，對滾動軸承進行預(yù)緊等，均可提高機床主軸的回轉(zhuǎn)精度。 　　導(dǎo)軌誤差 　　導(dǎo)軌是機床上確定各機床部件相對位置關(guān)系的基準(zhǔn)，也是機床運動的基準(zhǔn)。車床導(dǎo)軌的精度要求主要有以下三個方面：在水平面內(nèi)的直線度；在垂直面內(nèi)的直線度；前后導(dǎo)軌的平行度(扭曲)。 　　臥式車床導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差△1將直接反映在被加工工件表面的法線方向（加工誤差的敏感方向）上，對加工精度的影響最大。臥式車床導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差△2可引起被加工工件的形狀誤差和尺寸誤差。但△2對加工精度的影響要比△1小得多。由右圖2可知，若因△2而使刀尖由a下降至b，不難推得工件半徑R的變化量。 　　當(dāng)前后導(dǎo)軌存在平行度誤差(扭曲)時，刀架運動時會產(chǎn)生擺動，刀尖的運動軌跡是一條空間曲線，使工件產(chǎn)生形狀誤差。由右圖可見，當(dāng)前后導(dǎo)軌有了扭曲誤差△3之后，由幾何關(guān)系可求得△y≈(H/B)△3。一般車床的H/B≈2/3，車床前后導(dǎo)軌的平行度誤差對加工精度的影響很大。 　　臥式車床導(dǎo)軌直線度誤差 　　臥式車床導(dǎo)軌垂直面內(nèi)直線度誤差對加工精度的影響 　　臥式車床導(dǎo)軌扭曲對加工精度的影響 　　除了導(dǎo)軌本身的制造誤差外，導(dǎo)軌的不均勻磨損和安裝質(zhì)量，也使造成導(dǎo)軌誤差的重要因素。導(dǎo)軌磨損是機床精度下降的主要原因之一。 　　傳動鏈誤差 　　傳動鏈誤差是指傳動鏈?zhǔn)寄﹥啥藗鲃釉g相對運動的誤差。一般用傳動鏈末端元件的轉(zhuǎn)角誤差來衡量。 　　工件在夾具中裝夾示意圖 　　2.刀具的幾何誤差 　　刀具誤差對加工精度的影響隨刀具種類的不同而不同。采用定尺寸刀具成形刀具展成刀具加工時，刀具的制造誤差會直接影響工件的加工精度；而對一般刀具(如車刀等)，其制造誤差對工件加工精度無直接影響。 　　任何刀具在切削過程中，都不可避免地要產(chǎn)生磨損，并由此引起工件尺寸和形狀地改變。正確地選用刀具材料和選用新型耐磨地刀具材料，合理地選用刀具幾何參數(shù)和切削用量，正確地刃磨刀具，正確地采用冷卻液等，均可有效地減少刀具地尺寸磨損。必要時還可采用補償裝置對刀具尺寸磨損進行自動補償。 　　3.夾具的幾何誤差 　　夾具的作用時使工件相當(dāng)于刀具和機床具有正確的位置，因此夾具的制造誤差對工件的加工精度(特別使位置精度)有很大影響。如右圖鉆床夾具中，鉆套軸心線f至夾具定位平面c間的距離誤差，影響工件孔a至底面B尺寸L的精度；鉆套軸心線f至夾具定位平面c間的平行度誤差，影響工件孔軸心線a至底面B的平行度；夾具定位平面c與夾具體底面d底的垂直度誤差，影響工件孔軸心線a與底面B間的尺寸精度和平行度；鉆套孔的直徑誤差亦將影響工件孔a至底面B的尺寸精度和平行度。 　　三、定位誤差 　　定位誤差是指一批工件采用調(diào)整法加工時因定位不正確而引起的尺寸或位置的最大變動量。定位誤差由基準(zhǔn)不重合誤差和定位副制造不準(zhǔn)確誤差造成。 　　a) 零件圖 　　b) 加工f面 　　c) 加工g面方案Ⅰ 　　d) 加工g面方案Ⅱ 　　基準(zhǔn)不重合誤差分析示例 　　1.基準(zhǔn)不重合誤差 　　在零件圖上用來確定某一表面尺寸、位置所依據(jù)的基準(zhǔn)稱為設(shè)計基準(zhǔn)。在工序圖上用來確定本工序被加工表面加工后的尺寸、位置所依據(jù)的基準(zhǔn)稱為工序基準(zhǔn)。一般情況下，工序基準(zhǔn)應(yīng)與設(shè)計基準(zhǔn)重合。在機床上對工件進行加工時，須選擇工件上若干幾何要素作為加工時的定位基準(zhǔn)(或測量基準(zhǔn))，如果所選用的定位基準(zhǔn)(或測量基準(zhǔn))與設(shè)計基準(zhǔn)不重合，就會產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合誤差。基準(zhǔn)不重合誤差等于定位基準(zhǔn)相對于設(shè)計基準(zhǔn)在工序尺寸方向上的最大變動量。 　　圖示零件，設(shè)e面已加工好，今在銑床上用調(diào)整法加工f面和g面。在加工f面時若選e面為定位基準(zhǔn)，則f面的設(shè)計基準(zhǔn)和定位基準(zhǔn)都是e面，基準(zhǔn)重合，沒有基準(zhǔn)不重合誤差，尺寸A的制造公差為TA。加工g面時，定位基準(zhǔn)有兩種不同的選擇方案，一種方案(方案Ⅰ)加工時選用f面作為定位基準(zhǔn)，定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)重合，沒有基準(zhǔn)不重合誤差，尺寸B的制造公差為TB；但這種定位方式的夾具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，夾緊力的作用方向與銑削力方向相反，不夠合理，操作也不方便。另一種方案(方案Ⅱ)是選用e面作為定位基準(zhǔn)來加工g面，此時，工序尺寸C是直接得到的，尺寸B是間接得到的，由于定位基準(zhǔn)e與設(shè)計基準(zhǔn)f不重合而給g面加工帶來的基準(zhǔn)不重合誤差等于設(shè)計基準(zhǔn)f面相對于定位基準(zhǔn)e面在尺寸B方向上的最大變動量TA。 　　定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)不重合時所產(chǎn)生的基準(zhǔn)不重合誤差，只有在采用調(diào)整法加工時才會產(chǎn)生，在試切法加工中不會產(chǎn)生。 　　a) 孔和定位心軸不存在間隙時 　　b) 孔和定位心軸存在間隙時 　　由定位副制造不準(zhǔn)確引起的誤差 　　2.定位副制造不準(zhǔn)確誤差 　　工件在夾具中的正確位置是由夾具上的定位元件來確定的。夾具上的定位元件不可能按基本尺寸制造得絕對準(zhǔn)確，它們得實際尺寸(或位置)都允許在分別規(guī)定得公差范圍內(nèi)變動。同時，工件上的定位基準(zhǔn)面也會有制造誤差。工件定位面與夾具定位元件共同構(gòu)成定位副，由于定位副制造得不準(zhǔn)確和定位副間的配合間隙引起的工件最大位置變動量，稱為定位副制造不準(zhǔn)確誤差。 　　右圖所示工件的孔裝夾在水平放置的心軸上銑削平面，要求保證尺寸h，由于定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)重合，故無基準(zhǔn)不重合誤差；但由于工件的定位基面(內(nèi)孔D)和夾具定位元件(心軸d1)皆有制造誤差，如果心軸制造得剛好為d1min，而工件得內(nèi)孔剛好為Dmax(如圖示)，當(dāng)工件在水平放置得心軸上定位時，工件內(nèi)孔與心軸在P點接觸，工件實際內(nèi)孔中心得最大下移量△ab＝(Dmax－d1min)/2，△ab就是定位副制造不準(zhǔn)確而引起的誤差。 　　基準(zhǔn)不重合誤差的方向和定位副制造不準(zhǔn)確誤差的方向可能不相同，定位誤差取為基準(zhǔn)不重合誤差和定位副制造不準(zhǔn)確誤差的矢量和。 　　四、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差 　　a) 車細長軸 　　b) 磨內(nèi)圓 　　受力變形對工件精度的影響 　　1.基本概念 　　機械加工工藝系統(tǒng)在切削力、夾緊力、慣性力、重力、傳動力等的作用下，會產(chǎn)生相應(yīng)的變形，從而破壞了刀具和工件之間的正確的相對位置，使工件的加工精度下降。如右圖a示，車細長軸時，工件在切削力的作用下會發(fā)生變形，使加工出的軸出現(xiàn)中間粗兩頭細的情況；又如在內(nèi)圓磨床上進行切入式磨孔時，右圖b，由于內(nèi)圓磨頭軸比較細，磨削時因磨頭軸受力變形，而使工件孔呈錐形。 　　垂直作用于工件加工表面(加工誤差敏感方向)的徑向切削分力Fy與工藝系統(tǒng)在該方向上的變形y之間的比值，稱為工藝系統(tǒng)剛度k系, k系=Fy/y 　　式中的變形y不只是由徑向切削分力Fy所引起，垂直切削分力Fz與走刀方向切削分力Fx也會使工藝系統(tǒng)在y方向產(chǎn)生變形，故 　　y=yFx+yFy+yFz 　　2.工件剛度 　　工藝系統(tǒng)中如果工件剛度相對于機床、刀具、夾具來說比較低，在切削力的作用下，工件由于剛度不足而引起的變形對加工精度的影響就比較大，其最大變形量可按材料力學(xué)有關(guān)公式估算。 　　3.刀具剛度 　　外圓車刀在加工表面法線(y)方向上的剛度很大，其變形可以忽略不計。鏜直徑較小的內(nèi)孔，刀桿剛度很差，刀桿受力變形對孔加工精度就有很大影響。刀桿變形也可以按材料力學(xué)有關(guān)公式估算。 　　4.機床部件剛度 　　機床部件剛度 　　機床部件由許多零件組成，機床部件剛度迄今尚無合適的簡易計算方法，目前主要還是用實驗方法來測定機床部件剛度。分析實驗曲線可知，機床部件剛度具有以下特點： 　　變形與載荷不成線性關(guān)系； 　　加載曲線和卸載曲線不重合，卸載曲線滯后于加載曲線。兩曲線線間所包容的面積就是載加載和卸載循環(huán)中所損耗的能量，它消耗于摩擦力所作的功和接觸變形功； 　　第一次卸載后，變形恢復(fù)不到第一次加載的起點，這說明有殘余變形存在，經(jīng)多次加載卸載后，加載曲線起點才和卸載曲線終點重合，殘余變形才逐漸減小到零； 　　機床部件的實際剛度遠比我們按實體估算的要小。 　　影響機床部件剛度的因素 　　結(jié)合面接觸變形的影響 　　摩擦力的影響 　　低剛度零件的影響 　　間隙的影響 　　5.工藝系統(tǒng)剛度及其對加工精度的影響 　　在機械加工過程中，機床、夾具、刀具和工件在切削力作用下，都將分別產(chǎn)生變形y機、y夾、y刀、y工，致使刀具和被加工表面的相對位置發(fā)生變化，使工件產(chǎn)生加工誤差。工藝系統(tǒng)剛度的倒數(shù)等于其各組成部分剛度的倒數(shù)和。 　　工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響主要有以下幾種情況： 　　由于工藝系統(tǒng)剛度變化引起的誤差 　　由于切削力變化引起的誤差 　　毛坯形狀誤差的復(fù)映 　　加工過程中，由于工件的加工余量發(fā)生變化工件材質(zhì)不均等因素引起的切削力變化，使工藝系統(tǒng)變形發(fā)生變化，從而產(chǎn)生加工誤差。 　　若毛坯A有橢圓形狀誤差(如右圖)。讓刀具調(diào)整到圖上雙點劃線位置，由圖可知，在毛坯橢圓長軸方向上的背吃刀量為ap1，短軸方向沙國內(nèi)的背吃刀量為ap2。由于背吃刀量不同，切削力不同，工藝系統(tǒng)產(chǎn)生的讓刀變形也不同，對應(yīng)于ap1產(chǎn)生的讓刀為y1，對應(yīng)于ap2產(chǎn)生的讓刀為y2,故加工出來的工件B仍然存在橢圓形狀誤差。由于毛坯存在圓度誤差△毛＝ap1-ap2，因而引起了工件的圓度誤差△工＝y(tǒng)1-y2，且△毛愈大，△工愈大，這種現(xiàn)象稱為加工過程中的毛坯誤差復(fù)映現(xiàn)象。△工與△毛之比值ε稱為誤差復(fù)映系數(shù)，它是誤差復(fù)映程度的度量。 　　尺寸誤差(包括尺寸分散)和形狀誤差都存在復(fù)映現(xiàn)象。如果我們知道了某加工工序的復(fù)映系數(shù)，就可以通過測量毛坯的誤差值來估算加工后工件的誤差值。 　　由于夾緊變形引起的誤差 　　工件在裝夾過程中，如果工件剛度較低或夾緊力的方向和施力點選擇不當(dāng)，將引起工件變形，造成相應(yīng)的加工誤差。 　　其它作用力的影響 　　6.減小工藝系統(tǒng)受力變形的途徑 　　由前面對工藝系統(tǒng)剛度的論述可知，若要減少工藝系統(tǒng)變形，就應(yīng)提高工藝系統(tǒng)剛度，減少切削力并壓縮它們的變動幅值。 　　提高工藝系統(tǒng)剛度 　　提高工件和刀具的剛度 　　提高機床剛度 　　采用合理的裝夾方式和加工方式 　　減小切削力及其變化 　　合理地選擇刀具材料，增大前角和主偏角，對工件材料進行合理的熱處理以改善材料地加工性能等，都可使切削力減小。 　　五、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差 　　工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響比較大，特別是在精密加工和大件加工中，由熱變形所引起的加工誤差有時可占工件總誤差的40%～70%。機床、刀具和工件受到各種熱源的作用，溫度會逐漸升高，同時它們也通過各種傳熱方式向周圍的物質(zhì)和空間散發(fā)熱量。當(dāng)單位時間傳入的熱量與其散出的熱量相等時，工藝系統(tǒng)就達到了熱平衡狀態(tài)。 　　1.工藝系統(tǒng)的熱源——內(nèi)部熱源和外部熱源 　　2.減小工藝系統(tǒng)熱變形的途徑 　　減少發(fā)熱和隔熱 　　改善散熱條件 　　均衡溫度場 　　改進機床結(jié)構(gòu) 　　加快溫度場的平衡 　　控制環(huán)境溫度 　　六、內(nèi)應(yīng)力重新分布引起的誤差 　　1.基本概念 　　沒有外力作用而存在于零件內(nèi)部的應(yīng)力，稱為內(nèi)應(yīng)力。 　　工件上一旦產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力之后，就會使工件金屬處于一種高能位的不穩(wěn)定狀態(tài)，它本能地要向低能位的穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)化，并伴隨有變形發(fā)生，從而使工件喪失原有的加工精度。 　　2.內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生 　　熱加工中內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生 　　鑄件因內(nèi)應(yīng)力而引起的變形 　　在熱處理工序中由于工件壁厚不均勻、冷卻不均、金相組織的轉(zhuǎn)變等原因，使工件產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。圖示一個內(nèi)外壁厚相差較大的鑄件。澆鑄后，鑄件將逐漸冷卻至室溫。由于壁1和壁2比較薄，散熱較易，所以冷卻比較快。壁3比較厚，所以冷卻比較慢。當(dāng)壁1和壁2從塑性狀態(tài)冷到彈性狀態(tài)時，壁3的溫度還比較高，尚處于塑性狀態(tài)。所以壁1和壁2收縮時壁3不起阻擋變形的作用，鑄件內(nèi)部不產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。但當(dāng)壁3也冷卻到彈性狀態(tài)時，壁1和壁2的溫度已經(jīng)降低很多，收縮速度變得很慢。但這時壁3收縮較快，就受到了壁1和壁2的阻礙。因此，壁3受拉應(yīng)力的作用，壁1和2受壓應(yīng)力作用，形成了相互平衡的狀態(tài)。如果在這個鑄件的壁1上開一個口，則壁1的壓應(yīng)力消失，鑄件在壁3和2的內(nèi)應(yīng)力作用下，壁3收縮，壁2伸長，鑄件就發(fā)生彎曲變形，直至內(nèi)應(yīng)力重新分布達到新的平衡為止。推廣到一般情況，各種鑄件都難免產(chǎn)生冷卻不均勻而形成的內(nèi)應(yīng)力，鑄件的外表面總比中心部分冷卻得快。特別是有些鑄件(如機床床身)，為了提高導(dǎo)軌面的耐磨性，采用局部激冷的工藝使它冷卻更快一些，以獲得較高的硬度，這樣在鑄件內(nèi)部形成的內(nèi)應(yīng)力也就更大些。若導(dǎo)軌表面經(jīng)過粗加工剝?nèi)ヒ恍┙饘�，這就象在圖中的鑄件壁1上開口一樣，必將引起內(nèi)應(yīng)力的重新分布并朝著建立新的應(yīng)力平衡的方向產(chǎn)生彎曲變形。為了克服這種內(nèi)應(yīng)力重新分布而引起的變形，特別是對大型和精度要求高的零件，一般在鑄件粗加工后安排進行時效處理，然后再作精加工。 　　冷校直產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力 　　校直引起的內(nèi)應(yīng)力 　　絲杠一類的細長軸經(jīng)過車削以后，棒料在軋制中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力要重新分布，產(chǎn)生彎曲，如右圖示。冷校直就是在原有變形的相反方向加力F，使工件向反方向彎曲，產(chǎn)生塑性變形，以達到校直的目的。在F力作用下，工件內(nèi)部的應(yīng)力分布如圖b所示。當(dāng)外力F去除以后，彈性變形部分本來可以完成恢復(fù)而消失，但因素心變形部分恢復(fù)不了，內(nèi)外層金屬就起了互相牽制的作用，產(chǎn)生了新的內(nèi)應(yīng)力平衡狀態(tài)，如圖c所示，所以說，冷校直后的工件雖然減少了彎曲，但是依然處于不穩(wěn)定狀態(tài)，還會產(chǎn)生新的彎曲變形。 　　3.減小內(nèi)應(yīng)力變形誤差的途徑 　　改進零件結(jié)構(gòu)——設(shè)計零件時，盡量做到壁厚均勻，結(jié)構(gòu)對稱，以減少內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生。 　　增設(shè)消除內(nèi)應(yīng)力的熱處理工序 　　合理安排工藝過程——粗加工和精加工宜分階段進行，使工件在粗加工后有一定的時間來松弛內(nèi)應(yīng)力。 　　七、提高加工精度的途徑 　　減小原始誤差 　　轉(zhuǎn)移原始誤差 　　均分原始誤差 　　均化原始誤差 　　誤差補償本文來自：www.hnhuibao.com