7.4工艺系统受力变形引起的加工误差2
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影响零件精度的误差分析及控制措施
影响零件精度的误差分析及控制措施[摘要] 零件的精度包括尺寸精度、表面粗糙度、几何形状和相互位置等。
合理控制零件的加工精度，减小加工误差是保证产品质量的关键。
本文系统分析了各种误差及其产生原因，指出了提高零件加工精度的措施。
[关键词] 零件精度加工误差原因分析控制措施1.加工精度与加工误差1.1加工精度是指零件加工后的实际几何参数与理想几何参数的符合程度。
实际加工不可能做得与理想零件完全一致，总会有大小不同的偏差，零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度，称为加工误差。
1.2原始误差由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺系统(简称工艺系统)会有各种各样的误差产生，这些误差在各种不同的具体工作条件下都会以各种不同的方式反映为工件的加工误差。
工艺系统的原始误差主要有工艺系统的几何误差、定位误差、工艺系统的受力变形引起的加工误差、工艺系统的受热变形引起的加工误差、工件内应力重新分布引起的变形以及原理误差、调整误差、测量误差等。
1.3研究机械加工精度的方法分析计算法和统计分析法。
2.工艺系统集合误差2.1机床的几何误差加工中刀具相对于工件的成形运动一般都是通过机床完成的，因此，工件的加工精度在很大程度上取决于机床的精度。
机床制造误差对工件加工精度影响较大的有：主轴回转误差、导轨误差和传动链误差。
机床的磨损将使机床工作精度下降。
2.1.1主轴回转误差机床主轴是装夹工件或刀具的基准，并将运动和动力传给工件或刀具，主轴回转误差将直接影响被加工工件的精度。
主轴回转误差是指主轴各瞬间的实际回转轴线相对其平均回转轴线的变动量。
它可分解为径向圆跳动、轴向窜动和角度摆动三种基本形式。
产生主轴径向回转误差的主要原因有：主轴几段轴颈的同轴度误差、轴承本身的各种误差、轴承之间的同轴度误差、主轴绕度等。
但它们对主轴径向回转精度的影响大小随加工方式的不同而不同。
产生轴向窜动的主要原因是主轴轴肩端面和轴承承载端面对主轴回转轴线有垂直度误差。
谈工艺系统受热变形引起的加工误差
的温度场是比 较稳定的 场， 热变形也相 温度 其
应地趋于德定。此时引起的加工误差是有规 律的。 当机床处于平衡之前的预热期， 温度随时 间 而升高， 其热变形将随温度的升高而变化， 故对加工精度的影响也比 较大。因此， 精密加 工应在热平衡之后进行。
对于轴向精度要求较高的工件(如精密丝 杠) ， 其热变形引起的轴向伸长将产生螺距误 差。因此， 加工精密丝杠时必须采用有效冷却 措施， 减少工件的热伸长。 2 ( )工件不均匀受热。当工件进行铣、刨、 康等平面的加工时， 工件单侧受热， 上下表面 温升不等， 从而导致工件向上凸起 ， 中间切去 的材料较多。 冷却后被加工表面呈凹形。 这种 现象对于加工薄片类零件尤为突出。 4 刀具热变形及对加工精度的影响 为了减小工件不均匀变形对加工精度的 切削过程中， 一部分切削热传给刀具， 尽 应采取有效的冷却措施， 减小切削表面 管这部分热量 很少(高 速车削 时只占1% 2% 一 )， 影响， 但由于刀体较小， 热容量较小， 因此， 刀具的温 温升。 度仍然很高， 如高速钢车刀的工作表面温度可 均衡温度场 达700一 800C。刀 具受热伸长量一般情况下可 6 控制温度变化， 达到0. 03刁.0 mm。 5 从而产生加工误差， 影 由 于工艺系统温度变化， 引起工艺系统热 响加工精度。 变形变化， 从而产生加工误差， 并且具有随机 ( 1 刀具连续工作时的热变形引起的加工 性。因此， ) 必须采取措施控制工艺系统温度变 误差。当刀具连续工作时， 如车削长轴或在立 化， 保持温度稳定。使热变形产生的加工误差 车床车大端面， 传给刀具的切削热随时间不断 具有规律性， 便于采取相应措施给予补偿。 增加， 刀具产生热变形而逐渐伸长， 工件产生 对于床身较长的导轨磨床， 为了均衡导轨 圆度误差或平面度误差。 面的热伸长， 可利用机床润滑系统回油的余热 (2 刀具l 歇工作。当采用调整法加工一 ) d e ’ 来提高床身下部的温度， 使床身上下表面的温 批短轴零件时， 由干每个工件切削时间较短， 差减小， 变形均匀。 刀 具的受热与冷却间歇进行， 具的热伸长 故刀
工艺系统的几何误差对加工误差的影响
2 塑性加工技术发展状况及趋势 3 精密加工和超精密加工的发展趋势和技术前沿 4 日立工具上市加工肋槽等的小直径立铣刀 5 解决线切割加工表面粗糙度差的方法 影响 1 切削加工时表面粗糙度形成的原因及其影响因素 2 刀具硬度的影响因素 3 离心力对车削加工误差影响的数学分析 4 欧元升值对德国出口影响逐步显现 5 刀具硬度的影响因素 数控机床网提供机床产品列表：数控机床|苏州宝玛|数控车床|线切割机床|数控切割机|电火花数控快走丝线切割机床|电火花数控慢 走丝线切割机床|电火花机|电火花成型机|电火花高速小孔加工机|数控铣床|加工中心，欢迎咨询订购！
以后，在加工过程中，刀具的磨损将会影响加工误差。 定尺寸刀具（如钻头、铰刀、拉刀、槽铣刀等）的制造误差及磨损误差，均直接影响工件的加工尺寸精度。 成形刀具 (如成形车刀、成形铣刀、齿轮刀具等 )的制造和磨损误差，主要影响被加工工件的形状精度。 ( 二 )夹具误差 夹具误差主要是指定位误差、夹紧误差、夹具安装误差和对刀误差以及夹具的磨损等。 ( 三 )调整误差 零件加工的每一道工序中，为了获得被加工表面的形状、尺寸和位置精度，必须对机床、夹具和刀具进行调整。而采用任何调整 方法及使用任何调整工具都难免带来—些原始误差，这就是调整误差。 如用试切法调整时的测量误差、进给机构的位移误差及最小极限切削厚度的影响；如用调整法调整时的定程机构的误差、样板或 样件调整时的样板或样件的误差等。 网页查看：工艺系统的几何误差对加工误差的影响 发表评论 相关资讯： 工艺 1 航空发动机冷却环切削工艺的改进 2 数控切削加工工艺参数的多目标优化 3 丝锥热处理的工艺细节 4 齿轮模具－－激光表面强化工艺与装备技术进展 5 数控加工工艺路线设计 系统 1 滚动轴承CAD/CAM集成系统的开发 2 Heidenhain iTNC 530数控系统与高速模具加工 3 军用嵌入式系统的可靠性设计 4 基于嵌入式系统的桩基础检测仪 5 虚拟测试系统的建立及应用 几何 1 可转位车刀几何角度的设计、加工及检测 2 数控机床几何精度检验 3 刀具主要几何角度及选择 4 数控机床几何精度检验 5 钻头磨尖问题几何模型研究 误差 1 夹具加工的误差综合分析和误差分配 2 “深切法”修正螺纹误差实例 3 误差补偿系统：提高滚齿机加工精度的方法 4 离心力对车削加工误差影响的数学分析 5 数控车削加工的误差分析及解决办法 加工 1 车削加工轴类零件
影响机械加工精度的几个重要因素
（二）工艺系统刚度对加工精度的影响
1．加工过程中由于工艺系统刚度发生
变化引起的误差 图
x
y系 y刀架 yx y刀架 y主轴 y尾座 y主轴 l
lx
F主轴 Fp xl
F尾座 Fp
y系 y刀架 y 例
l
x
Fp
1 k刀 架
1 k主 轴
l
l
x
2
1 k尾
座
x l
2
2．由于切削力变化引起的误差 加工过程中，由于毛坯加工余量和工件 材质不均等因素，会引起切削力变化，使工 艺系统变形发生变化。从而产生加工误差。 误差复映现象： 图 车削一具有锥形误 差的毛坯，加工表面上必然有锥形误差；待 加工表面上有什么样的误差，加工表面上必 然也有同样性质的误差，这就是切削加工中 的误差复映现象。
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。
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。
3）第一次卸载后，刀架恢复不到第一 次加载的起点，这说明有残余变形存在，经 多次加载和卸载后，加载曲线起点才和卸载 曲线终点重合，残余变形才逐渐减小到零。
工艺系统受力变形
机械制造 技术基础
机械制造技术基础
太原理工大学 机械工程学院 2013-7-19
第七章 机械加工精度
机械制造 技术基础
第七章 机械加工精度
主讲人：张杰 （第三讲）
第七章 机械加工精度
机 械 制 设 造计 技制 术造 基 础
7.2 影响加工精度的因素
7.2.3 工艺系统受力变形
工艺系统受力变形不但影响工件的加工精度，而且还影响表面 质量，限制切削用量和生产率的提高。
变形的叠加：刀刃相对机床主轴的总位移Y，包括刀台对于小 刀架的位移Y4、小刀架对大刀架的位移Y3、大刀架对溜板的位 移Y2和溜板对床身的位移Yl的迭加。
第七章 机械加工精度
机 械 制 设 造计 技制 术造 基 础
7.2 影响加工精度的因素
由于机床部件刚度的复杂性，很难用理论公式计算，刚度计算 主要通过实验测定。
即：
K系统
FY Y系统
第七章 机械加工精度
机 械 制 设 造计 技制 术造 基 础
7.2 影响加工精度的因素
7.2.3.1 工艺系统刚度
2 工艺系统的刚度
根据工艺系统刚度的定义，有
Y系统
FY K系统
而工艺系统各部件的变形为：
Y机床
FY K 机床
Y夹具
FY K 夹具
Y刀具
FY K刀具
Y工件
第七章 机械加工精度
机 械 制 设 造计 技制 术造 基 础
7.2 影响加工精度的因素
（2）机床部件的刚度 机床的结构形状复杂，组成的零部件数量也多，各部件受力变 形各不相同，变形对工件加工精度的影响也不同。
机床部件的受力变形过程，首先是消除零件间间隙，挤掉油膜 层的变形；接着是部件中薄弱零件变形；最后是组成零件本身 的弹性变形和相互接触面的接触变形。
机械制造技术基础
太原理工大学 机械工程学院 2013-7-19
第七章 机械加工精度
机械制造 技术基础
第七章 机械加工精度
主讲人：张杰 （第三讲）
第七章 机械加工精度
机 械 制 设 造计 技制 术造 基 础
7.2 影响加工精度的因素
7.2.3 工艺系统受力变形
工艺系统受力变形不但影响工件的加工精度，而且还影响表面 质量，限制切削用量和生产率的提高。
变形的叠加：刀刃相对机床主轴的总位移Y，包括刀台对于小 刀架的位移Y4、小刀架对大刀架的位移Y3、大刀架对溜板的位 移Y2和溜板对床身的位移Yl的迭加。
第七章 机械加工精度
机 械 制 设 造计 技制 术造 基 础
7.2 影响加工精度的因素
由于机床部件刚度的复杂性，很难用理论公式计算，刚度计算 主要通过实验测定。
即：
K系统
FY Y系统
第七章 机械加工精度
机 械 制 设 造计 技制 术造 基 础
7.2 影响加工精度的因素
7.2.3.1 工艺系统刚度
2 工艺系统的刚度
根据工艺系统刚度的定义，有
Y系统
FY K系统
而工艺系统各部件的变形为：
Y机床
FY K 机床
Y夹具
FY K 夹具
Y刀具
FY K刀具
Y工件
第七章 机械加工精度
机 械 制 设 造计 技制 术造 基 础
7.2 影响加工精度的因素
（2）机床部件的刚度 机床的结构形状复杂，组成的零部件数量也多，各部件受力变 形各不相同，变形对工件加工精度的影响也不同。
机床部件的受力变形过程，首先是消除零件间间隙，挤掉油膜 层的变形；接着是部件中薄弱零件变形；最后是组成零件本身 的弹性变形和相互接触面的接触变形。
机械制造基础教案
教学计划：理论（56学时)实训（8学时）总计（64学时)第一章：机械制造技术概论（4学时)教学重点：机械加工工艺过程及其组成第二章：金属切削的基本知识(20学时）2.1工件（1学时）2。
2工件的基准与定位（2学时）2.3 金属切削刀具（4学时）课内实训一：刀具角度刃磨及测量（4学时)2.4 金属切削机床（2学时）2.5 金属切削过程中的基本规律（4学时）2.6 金属切削过程基本规律的应用（3学时)教学重点：刀具相关知识以及金属切削规律第三章：机械加工方法与装备（10学时）课内实训参观工厂(2学时）3.1车削加工（2学时）3。
2铣削加工（2学时）3.3钻削、铰削与镗削加工(2学时)3.4磨削加工1学时3.5齿形加工1学时教学重点：各种加工方法的用途以及方法第四章：机械加工工艺规程设计（12学时）4。
1制订机械加工工艺规程的步骤和方法（2学时）4.2零件图的审查（1学时)4。
3毛坯的确定（1学时）4。
4定位基准的选择（2学时）4。
5工艺路线的拟订(2学时）4。
6确定加工余量（1学时）4.7工序尺寸及其公差的确定(1学时）4。
8工艺过程经济分析（1学时）4.9计算机辅助工艺规程设计（1学时）教学重点：工艺路线的拟定第五章典型零件的加工（6学时）5。
1 轴类零件的加工(2学时）5。
2 盘、套类零件工艺设计(1学时）5。
3箱体零件加工工艺（1学时）课内实训简单零件的工艺规程设计（2学时)教学重点：加工路线的设计第6章机床夹具及其设计方法(4学时)6。
1机床夹具概述（0.5学时)6.2车床夹具（0。
5学时）6.3铣床夹具（0。
5学时）6。
4钻床夹具（0.5学时）6。
5镗床夹具（0.5学时）6。
6专用夹具设计方法（0.5学时）6.7专用夹具设计实例（0.5学时）6。
8组合夹具简介（0.5学时)教学重点：各种夹具的设计特点第七章：机械加工质量分析与控制（6学时)7。
1机械加工质量概述（0。
5学时）7.2工艺系统的几何误差对加工精度的影响（1学时）7。
影响机械加工精度因素浅析
影响机械加工精度因素在机械加工过程中，往往有很多因素影响工件的最终加工质量，如何使工件的加工达到质量要求，如何减少各种因素对加工精度的影响，就成为加工前必须考虑的事情，也就是要对影响机械加工精度的因素进行分析。
一、集合误差1.机床的几何误差:加工中刀具相对于工件的成形运动一般都是通过机床完成的，因此，工件的加工精度在很大程度上取决于机床的精度。
机床制造误差对工件加工精度影响较大的有：主轴回转误差、导轨误差和传动链误差。
机床的磨损将使机床工作精度下降。
1) 主轴回转误差,机床主轴是装夹工件或刀具的基准，并将运动和动力传给工件或刀具，主轴回转误差将直接影响被加工工件的精度。
2) 导轨误差,导轨是中国论文联盟整理机床上确定各机床部件相对位置关系的基准，也是机床运动的基准。
除了导轨本身的制造误差外，导轨的不均匀磨损和安装质量，也使造成导轨误差的重要因素。
导轨磨损是机床精度下降的主要原因之一。
3) 传动链误差,传动链误差是指传动链始末两端传动元件间相对运动的误差。
一般用传动链末端元件的转角误差来衡量。
2.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。
采用定尺寸刀具成形刀具展成刀具加工时，刀具的制造误差会直接影响工件的加工精度；而对一般刀具(如车刀等)，其制造误差对工件加工精度无直接影响。
3.夹具的几何误差:夹具的作用时使工件相当于刀具和机床具有正确的位置，因此夹具的制造误差对工件的加工精度(特别是位置精度)有很大影响。
二、定位误差1.基准不重合误差:定位基准与设计基准不重合时所产生的基准不重合误差，只有在采用调整法加工时才会产生，在试切法加工中不会产生。
2.定位副制造不准确误差:工件在夹具中的正确位置是由夹具上的定位元件来确定的。
基准不重合误差的方向和定位副制造不准确误差的方向可能不相同，定位误差取为基准不重合误差和定位副制造不准确误差的矢量和。
三、工艺系统受力变形引起的误差1.基本概念:机械加工工艺系统在切削力、夹紧力、惯性力、重力、传动力等的作用下，会产生相应的变形，从而破坏了刀具和工件之间的正确的相对位置，使工件的加工精度下降。
《机械制造技术》课教案.doc
《机械制造技术》课程教案扬州大学机械工程学院机械制迭教科部二00三年六月第四章机械加工质量分析与控制一、内容概述木章将机械制造质量分成加工精度和表面质星两个方而来研究。
随着科学技术的发展和市场竞争的加剧，对零件机械加工质量的要求也越来越高，因此，对机械加工质量的深入研究与解决，不仅已成为机械制造工艺师的首要任务，而且是机械制造工艺学的核心内容, 机械加工质量分析与控制就成为木课程内容屮十分重要的一章。
二、本章重点1.在加工误差的单因素分析屮，着重掌握机床误差、工艺系统受力变形、热变形及工件残余应力等原始谋茅对加工谋差的影响；2.在加工误差的统计分析屮，着重掌握分布图在误羌分析屮的应用。
三、课时分配木章课时：讲课：16学时，实验：4学时第一节概述（1学时）加工误差的来源，原始误善和加工误差的关系。
第二节影响加工精度的因素（8学时）一、原理误差二、机床的几何误差三、：T艺系统具它几何误差四、工艺系统受力变形引起的加工误差工艺系统刚度、部件刚度及其特点、切削力作用点位置变化对加I：误差的影响、误差复映五、工艺系统热变形引起的加工误差六、工件内应力引起的变形笫三节加T谋羌的统计分析（3学时）第四节机械加工表面质量（4学时）笫四节机械加丁屮的振动（4学时）四、授课方式多媒体教学五、实验%1三向刚度测定法%1加工误差统计分析六、习题与思考题4-1试分析在卧式车床上加工时，产生下述误差的原因：1）在卧式车床上弾孔时，引起被加工孔圆度误差和圆柱度误差。
2）在卧式车床（用三爪自定心卡盘）上镣孔时，引起内孔与外圆同轴度误差、端面与外圆的垂真度误差的原因。
4-2在卧式车床上用两顶尖装夹工件车削细长轴时，出现图4・la、b、c所示的误差是什么原因，分别采用什么办法来减少或消除？b)c)图4— 14-3设已知一工艺系统的误差复映系数为0・25,工件在木工序前有圆度误差0.45mm, 若木工序形状精度规定允差0. Olmm,试问至少要走刀几次方能使形状精度合格？4-4在车床上加T丝杠，T件总长为2650mm,螺纹部分的长度L=200mm, T件材料和母丝杠材料都是45钢，加丁时室温为20°C,加T.JU.T件温度升至45°C,母丝杠温升至30°C。
受力变形对加工误差的影响
c）
图29 套筒夹紧变形误差 Ⅰ—毛坯 Ⅱ—夹紧后 Ⅳ—松开后 1—工件 2—开口过渡环 3—专用卡爪
（2）重力引起的加工误差（M2-6） 工艺系统有关零部件自身的重力所引起的相应变形，也会造成加工误差 。
4．传动力和惯性力对加工精度的影响
图30 单爪拨盘带动工件
（1）传动力的影响 当车床上用单爪拨盘带动工件时，传动力 在拨盘的每一转中不断改变方向，使得整个 工件在空间作圆锥运动：固定的后顶尖为其 锥角顶点，前顶尖带着工件在空间画出了一 个圆。这是主轴几何轴线具有角度摆动的第 一种情况——几何轴线（前、后顶尖的连线） 相对于平均轴线在空间成一定锥角的圆锥轨 迹。由此可知：在单爪拨盘传动下车削出来 的工件是一个正圆柱，并不产生加工误差。
（2）惯性力的影响 高速切削时，如果工艺系统中有不平衡的高速旋转的构件存在，就会产生 离心力。它和传动力一样，在工件的每一转中不断变更方向，引起工件几何轴 线作第一种形式的摆角运动，故理论上讲也不会造成工件圆度误差。 注意：当不平衡质量的离心力大于切削力时，车床主轴轴颈和轴套内孔表 面的接触点就会不停地变化，轴套孔的圆度误差将传给工件的回转轴心。 机械加工中可采用“对重平衡”（即在不平衡质量的反向加装重块，使两者的 离心力相互抵消）或适当降低转速的方法减少离心力的影响。
yjc ——机床的受力变形； yd ——刀具的受力变形；
yjj ——夹具的受力变形； yg ——工件的受力变形。
（2）机床刚度kjc 、夹具刚度kjj 、刀具刚度kd 及工件刚度kg 可分别写为：
kjc =Fp / yjc ，kjj =Fp / yjj ，kd =Fp / yd ，kg =Fp / yg
ε =△g / △m称为误差复映系数。ε 是一个小于 1的正数，它定量地反 映了毛坯误差经加工后所减小的程度。设ε 1、ε 2、ε 3„„分别为第一、 第二、第三次„„走刀时的误差复映系数，则总的误差复映系数：
机械制造技术复习题(大三春)
机械制造技术一．填空题1、车削的主运动是工件的旋转运动，铣削的主运动是铣刀的旋转运动。
1、普通外圆车刀有 6 个基本角度，其中在基面中测量的角度有主偏角、副偏角。
2、确定一把单刃车刀有 4 基本角度，在切削平面中测量的角度有刃倾角。
3、切断刀安装低于工件中心时，其工作前角减小，而镗刀安装低于工件中心时，工作前角增大。
4、与硬质合金相比，高速钢刀具的性能为抗弯、强度、韧性工艺性好。
故高速钢特别适用于制造结构和刃型复杂的刀具。
5、切削铸铁等脆性材料，选用 YG(K) 类硬质合金，切削刚等塑性材料，选用YT(P) 类硬质合金。
6、精车45钢外圆一般选用 YT30牌号的硬质合金。
粗铣HT200铸铁一般选用YG8 牌号的硬质合金。
7、粗车45钢锻件一般选用 YT5 牌号的硬质合金。
高速精镗铝合金缸套一般选用 YG3 牌号的硬质合金。
8、拉削45钢齿轮内孔一般选用的刀具材料为高速钢。
精车铸铁一般选用YG3牌号的硬质合金。
9、塑性金属切削过程的实质是切削层材料在刀具的挤压作用下产生的剪切滑移。
切屑的变形程度可用变形系数、相对滑移、剪切角表示。
10、第一变形区的主要特征是切削层金属在刀具的挤压作用下产生的剪切滑移，并伴有加工硬化。
11、剪切面与切削速度方向之间的夹角叫做剪切角。
剪切角越大，说明变形越小。
12、切屑的类型有带状切屑、节状切屑、粒状切屑、崩碎切屑。
切削速度越高，越易得到带状切屑。
13、带状切屑发生切削速度较高，刀具前角较大的情况下切削塑性材料。
14、单位切削力是指切削层单位面积上的主切削力。
15、在f和ap一定的条件下，Kr越大，切削厚度越大，切削宽度越小。
16、在其他条件一定的情况下，Kr越大，进给抗力越大，背向力越小。
17、进给量对车削力的影响要比被吃刀量小，这是因为。
18、切削用量三要素中，对切削力影响由大到小的顺序是背吃刀力、进给量、切削速度。
19、刃倾角是指在切削平面中，测量的主切削刃与基面之间的夹角，当刃倾角减小时，背向力增大。
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机械制造技术
第七章
机械加工精度
机制教研室
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第七章 机械加工精度
第四节 工艺系统受力变形引起的 加工误差
第四节 工艺系统受力变形引起的加工差
一 本 节 教 学 内 容
一
工艺系统刚度分析
二 工艺系统受力变形对加工精度的影响 三 减小工艺系统受力变形的措施
第四节 工艺系统受力变形引起的加工误差
（四）影响机床部件的刚度的因素
工 艺 系 统 刚 连接表面间的接触变形 度 零件接触面在外力作用下抵抗接触变形的能力称 分 接触刚度。影响接触刚度的主要因素是接触表面的 析 为接触刚度。影响接触刚度的主要因素是接触表面的 粗糙度、表面形状误差、材料的硬度等 粗糙度、表面形状误差、材料的硬度等。
（四）影响机床部件的刚度的因素 2.部件中薄弱零件的影响 2.部件中薄弱零件的影响 工 艺 系 统 刚 度 分 析 如果部件中有某些刚度 很低的零件时， 很低的零件时，受力后这些 低刚度零件会产生很大的变 使整个部件的刚度降低。 形，使整个部件的刚度降低。 如图所示， 如图所示，由于床鞍部件中 的楔铁细长、刚性差， 的楔铁细长、刚性差，不易 加工平直， 加工平直，加上使用接触不 在外力作用下， 良，在外力作用下，就会产 薄弱零件变形示意图 生很大变形， 生很大变形，使部件刚度大 大降低。 大降低。
车床刀架部件静刚度曲线
（三）机床部件的刚度及特点 2）加载曲线与卸载曲线不重合。两曲线间的包 加载曲线与卸载曲线不重合。 容面积代表循环中消耗的能量， 容面积代表循环中消耗的能量，即消耗在零件间的接 工 触变形、摩擦和塑性变形所作的功。 触变形、摩擦和塑性变形所作的功。 艺 系 统 刚 度 分 析
工艺系统的受力变形引起的加工误差 车削细长轴时， 车削细长轴时，在 切削力的作用下， 切削力的作用下， 工 艺 系 统 刚 度 分 析 工件因弹性变形， 工件因弹性变形， 而出现“让刀” 而出现“让刀”， 随着刀具的进给， 随着刀具的进给， 在工件的全长上切 削深度由多变少， 削深度由多变少， 又由少变多， 又由少变多，结果 使零件产生腰鼓形 。
ymax L
（三）机床部件的刚度及特点 由于机床部件刚度 工 艺 系 统 刚 度 分 析 的复杂性， 的复杂性，很难用理 论公式计算， 论公式计算，刚度计 算主要通过实验方法 来测定。 来测定。下页图为用 实验方法测出的车床 刀架部件的刚度曲线。 刀架部件的刚度曲线。
静刚度测量
（三）机床部件的刚度及特点
（1）在车床顶尖间车削粗而短的光轴
工 艺 系 统 受 力 变 形 对 加 工 精 度 的 影 响
（1）在车床顶尖间车削粗而短的光轴
工 艺 系 统 受 力 变 形 对 加 工 精 度 的 影 响
由于车刀和工 件刚度很高， 件刚度很高，变 形极小，故可忽 形极小， 略不计。此时， 略不计。此时， 工艺系统的总变 形完全取决于头 尾座（ 架、尾座（包括 顶尖） 顶尖）和刀架的 变形。 变形。
车床刀架部件静刚度曲线
（四）影响机床部件的刚度的因素 机床部件的刚度除与本身的结构及材料性能有关 还受下列因素影响。 外，还受下列因素影响。 工 艺 系 统 刚 度 分 析 1.连接表面的接触变形 1.连接表面的接触变形 零件表面总是存在着宏 观和微观的形状误差， 观和微观的形状误差，连接 表面之间的实际接触面积小 于名义接触面积。 于名义接触面积。在外力作 用下， 用下，这些接触处将产生较 大的接触应力而引起接触变 既有弹性变形， 形。既有弹性变形，也有局 部的塑性变形。 部的塑性变形。
工艺系统刚度计 算的一般式为
k xt =
（二）工件、刀具的刚度 工件、 1.工件的刚度 1.工件的刚度 形状规则、 形状规则、简单的工件的刚度可用有关力学公式 工 推算。如长轴工件用两顶尖装夹，工件的变形可按简 推算。如长轴工件用两顶尖装夹， 艺 支梁计算： 系 支梁计算： Fp L3 Fp 48EI 统 = 3 最大变形： 最小刚度： 最大变形：ymax = 最小刚度： k min = 48 EI ymax L 刚 度 工件用三爪卡盘装夹，工件的变形可按悬臂梁计算： 工件用三爪卡盘装夹，工件的变形可按悬臂梁计算： 分 Fp L3 Fp 3EI 最大变形： 最小刚度为： 最大变形：ymax = 最小刚度为： min = 析 k = 3
本 节 教 学 重 点 减小工艺系统受力变形的措施。 减小工艺系统受力变形的措施。
第四节 工艺系统受力变形引起的加工误差
工艺系统的受力变形是加工中一项很重要的原 工 面质量，也限制切削用量和生产率的提高。 艺 面质量，也限制切削用量和生产率的提高。 系 统 刚 度 分 析 始误差。它不仅严重影响加工精度， 始误差。它不仅严重影响加工精度，而且还影响表
车床刀架部件静刚度曲线
（三）机床部件的刚度及特点 3）加载曲线与卸载曲线不封闭。图中第一次加 加载曲线与卸载曲线不封闭。 载、卸载后曲线回不到原点，说明部件中存在间隙和 卸载后曲线回不到原点， 工 残余变形。 残余变形。 艺 系 统 刚 度 分 析
车床刀架部件静刚度曲线
（三）机床部件的刚度及特点 4）部件的刚度远比同样实体零件的刚度低得多。 部件的刚度远比同样实体零件的刚度低得多。 因为机床部件由许多零件组成， 因为机床部件由许多零件组成，零件之间存在 着结合面、配合间隙和刚度薄弱环节， 工 着结合面、配合间隙和刚度薄弱环节，机床部件刚 度受这些因素影响， 艺 度受这些因素影响，特别是薄弱环节对部件刚度影 系 响较大 。 统 刚 度 分 析
工艺系统的受力变形引起的加工误差
工 艺 系 统 刚 度 分 析
薄壁零件夹紧时，由于夹紧力的影响， 薄壁零件夹紧时，由于夹紧力的影响，会引 起很大的形状误差。 起很大的形状误差。
工艺系统的受力变形引起的加工误差 镗孔时， 镗孔时，在切削力 的作用下， 的作用下，刀杆因 工 艺 系 统 刚 度 分 析 产生弯曲变形， 产生弯曲变形，而 出现“让刀” 出现“让刀”，随 着刀具的进给， 着刀具的进给，在 工件的全长上切削 深度由多变少， 深度由多变少，又 由少变多，结果使 由少变多， 零件产生锥形。 零件产生锥形。
工 艺 系 统 刚 度 分 析
间隙对刚度曲线的影响
二、工艺系统受力变形对加工精度的影响
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的加工误差 1.切削力作用点位置变化引起的加工误差 切削过程中， 切削过程中，工艺系统的各环节的刚度和整个工 艺系统的刚度，会随切削力作用点位置的变化而变化， 艺系统的刚度，会随切削力作用点位置的变化而变化， 也使工艺系统的受力变形随之变化，引起工件的加工 也使工艺系统的受力变形随之变化， 误差。 误差。 下面以在车床两顶尖之间车削光轴外圆为例加以 说明，并且假设在加工过程中切削力保持不变。 说明，并且假设在加工过程中切削力保持不变。
（四）影响机床部件的刚度的因素 3.零件间的间隙和摩擦力的影响 3.零件间的间隙和摩擦力的影响 零件配合面间的间隙对部件刚度的影响，主要反 零件配合面间的间隙对部件刚度的影响， 映在载荷经常变化的镗床和铣床上。 映在载荷经常变化的镗床和铣床上。当载荷方向改变 间隙引起的位移， 时，间隙引起的位移，影响刀具与零件表面间的准确 位置。如果载荷是单向的， 位置。如果载荷是单向的，那么在第一次加载消除间 隙后，对加工精度影响较小。 隙后，对加工精度影响较小。
k jc FP FP FP FP = , k dj = , k jj = , k gj = y jc y dj y jj y gj
kxt = Fp yxt = Fp Fp k jc + Fp kdj + Fp k jj + Fp kgj
1 1 1 1 1 + + + k jc k dj k jj k gj
第四节 工艺系统受力变形引起的加工误差
一、工艺系统刚度分析
工 艺 系 统 刚 度 分 析 （一）刚度的概念 工艺系统是由机床、刀具、夹具和工件组成的， 工艺系统是由机床、刀具、夹具和工件组成的， 在切削力、传动力、惯性力以及重力作用下，将产 在切削力、传动力、惯性力以及重力作用下， 生弹性、塑性变形和振动。这种变形和振动， 生弹性、塑性变形和振动。这种变形和振动，将破 坏刀具和工件之间的成形运动的位置关系和速度关 系，还影响切削运动的稳定性，从而产生各种加工 还影响切削运动的稳定性，从而产生各种加工 误差和表面粗糙度。 误差和表面粗糙度。 和表面粗糙度
（1）在车床顶尖间车削粗而短的光轴
工 艺 系 统 受 力 变 形 对 加 工 精 度 的 影 响
刀具切削点处工 件轴线的位移
y x = ytj + ∆x x = ytj + ( y wz − ytj ) L x L−x = ytj + y wz L L
FA FP L − x y tj = = k tj k tj L
工艺系统的受力变形引起的加工误差 在内圆磨床上用横向切 入磨孔时， 入磨孔时，由于内圆磨头 工 艺 系 统 刚 度 分 析 主轴弯曲变形， 主轴弯曲变形，磨出的孔 会带有锥度的圆柱度误差 。精度外圆一般到磨削后 期需进行无进给磨削， 期需进行无进给磨削，多 次无进给磨削消除工艺系 统受力变形。 统受力变形。
3EI
ymax L
（二）工件、刀具的刚度 工件、 2.刀具的刚度 2.刀具的刚度 当刀具的形状比较简单时， 当刀具的形状比较简单时，其刚度也可用有关力 工 学公式推算。 学公式推算。 艺 如用镗杆悬臂镗削工件时， 如用镗杆悬臂镗削工件时，刀具的变形可按悬臂 系 统 梁计算： 梁计算： 刚 Fp L3 最大变形： 最大变形： ymax = 度 3EI 分 Fp 最小刚度为： 最小刚度为： 3EI 析 k min = = 3
工 艺 系 统 刚 度 分 析
车床刀架部件静刚度曲线
机械制造技术
第七章
机械加工精度
机制教研室
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第七章 机械加工精度
第四节 工艺系统受力变形引起的 加工误差
第四节 工艺系统受力变形引起的加工差
一 本 节 教 学 内 容
一
工艺系统刚度分析
二 工艺系统受力变形对加工精度的影响 三 减小工艺系统受力变形的措施
第四节 工艺系统受力变形引起的加工误差
（四）影响机床部件的刚度的因素
工 艺 系 统 刚 连接表面间的接触变形 度 零件接触面在外力作用下抵抗接触变形的能力称 分 接触刚度。影响接触刚度的主要因素是接触表面的 析 为接触刚度。影响接触刚度的主要因素是接触表面的 粗糙度、表面形状误差、材料的硬度等 粗糙度、表面形状误差、材料的硬度等。
（四）影响机床部件的刚度的因素 2.部件中薄弱零件的影响 2.部件中薄弱零件的影响 工 艺 系 统 刚 度 分 析 如果部件中有某些刚度 很低的零件时， 很低的零件时，受力后这些 低刚度零件会产生很大的变 使整个部件的刚度降低。 形，使整个部件的刚度降低。 如图所示， 如图所示，由于床鞍部件中 的楔铁细长、刚性差， 的楔铁细长、刚性差，不易 加工平直， 加工平直，加上使用接触不 在外力作用下， 良，在外力作用下，就会产 薄弱零件变形示意图 生很大变形， 生很大变形，使部件刚度大 大降低。 大降低。
车床刀架部件静刚度曲线
（三）机床部件的刚度及特点 2）加载曲线与卸载曲线不重合。两曲线间的包 加载曲线与卸载曲线不重合。 容面积代表循环中消耗的能量， 容面积代表循环中消耗的能量，即消耗在零件间的接 工 触变形、摩擦和塑性变形所作的功。 触变形、摩擦和塑性变形所作的功。 艺 系 统 刚 度 分 析
工艺系统的受力变形引起的加工误差 车削细长轴时， 车削细长轴时，在 切削力的作用下， 切削力的作用下， 工 艺 系 统 刚 度 分 析 工件因弹性变形， 工件因弹性变形， 而出现“让刀” 而出现“让刀”， 随着刀具的进给， 随着刀具的进给， 在工件的全长上切 削深度由多变少， 削深度由多变少， 又由少变多， 又由少变多，结果 使零件产生腰鼓形 。
ymax L
（三）机床部件的刚度及特点 由于机床部件刚度 工 艺 系 统 刚 度 分 析 的复杂性， 的复杂性，很难用理 论公式计算， 论公式计算，刚度计 算主要通过实验方法 来测定。 来测定。下页图为用 实验方法测出的车床 刀架部件的刚度曲线。 刀架部件的刚度曲线。
静刚度测量
（三）机床部件的刚度及特点
（1）在车床顶尖间车削粗而短的光轴
工 艺 系 统 受 力 变 形 对 加 工 精 度 的 影 响
（1）在车床顶尖间车削粗而短的光轴
工 艺 系 统 受 力 变 形 对 加 工 精 度 的 影 响
由于车刀和工 件刚度很高， 件刚度很高，变 形极小，故可忽 形极小， 略不计。此时， 略不计。此时， 工艺系统的总变 形完全取决于头 尾座（ 架、尾座（包括 顶尖） 顶尖）和刀架的 变形。 变形。
车床刀架部件静刚度曲线
（四）影响机床部件的刚度的因素 机床部件的刚度除与本身的结构及材料性能有关 还受下列因素影响。 外，还受下列因素影响。 工 艺 系 统 刚 度 分 析 1.连接表面的接触变形 1.连接表面的接触变形 零件表面总是存在着宏 观和微观的形状误差， 观和微观的形状误差，连接 表面之间的实际接触面积小 于名义接触面积。 于名义接触面积。在外力作 用下， 用下，这些接触处将产生较 大的接触应力而引起接触变 既有弹性变形， 形。既有弹性变形，也有局 部的塑性变形。 部的塑性变形。
工艺系统刚度计 算的一般式为
k xt =
（二）工件、刀具的刚度 工件、 1.工件的刚度 1.工件的刚度 形状规则、 形状规则、简单的工件的刚度可用有关力学公式 工 推算。如长轴工件用两顶尖装夹，工件的变形可按简 推算。如长轴工件用两顶尖装夹， 艺 支梁计算： 系 支梁计算： Fp L3 Fp 48EI 统 = 3 最大变形： 最小刚度： 最大变形：ymax = 最小刚度： k min = 48 EI ymax L 刚 度 工件用三爪卡盘装夹，工件的变形可按悬臂梁计算： 工件用三爪卡盘装夹，工件的变形可按悬臂梁计算： 分 Fp L3 Fp 3EI 最大变形： 最小刚度为： 最大变形：ymax = 最小刚度为： min = 析 k = 3
本 节 教 学 重 点 减小工艺系统受力变形的措施。 减小工艺系统受力变形的措施。
第四节 工艺系统受力变形引起的加工误差
工艺系统的受力变形是加工中一项很重要的原 工 面质量，也限制切削用量和生产率的提高。 艺 面质量，也限制切削用量和生产率的提高。 系 统 刚 度 分 析 始误差。它不仅严重影响加工精度， 始误差。它不仅严重影响加工精度，而且还影响表
车床刀架部件静刚度曲线
（三）机床部件的刚度及特点 3）加载曲线与卸载曲线不封闭。图中第一次加 加载曲线与卸载曲线不封闭。 载、卸载后曲线回不到原点，说明部件中存在间隙和 卸载后曲线回不到原点， 工 残余变形。 残余变形。 艺 系 统 刚 度 分 析
车床刀架部件静刚度曲线
（三）机床部件的刚度及特点 4）部件的刚度远比同样实体零件的刚度低得多。 部件的刚度远比同样实体零件的刚度低得多。 因为机床部件由许多零件组成， 因为机床部件由许多零件组成，零件之间存在 着结合面、配合间隙和刚度薄弱环节， 工 着结合面、配合间隙和刚度薄弱环节，机床部件刚 度受这些因素影响， 艺 度受这些因素影响，特别是薄弱环节对部件刚度影 系 响较大 。 统 刚 度 分 析
工艺系统的受力变形引起的加工误差
工 艺 系 统 刚 度 分 析
薄壁零件夹紧时，由于夹紧力的影响， 薄壁零件夹紧时，由于夹紧力的影响，会引 起很大的形状误差。 起很大的形状误差。
工艺系统的受力变形引起的加工误差 镗孔时， 镗孔时，在切削力 的作用下， 的作用下，刀杆因 工 艺 系 统 刚 度 分 析 产生弯曲变形， 产生弯曲变形，而 出现“让刀” 出现“让刀”，随 着刀具的进给， 着刀具的进给，在 工件的全长上切削 深度由多变少， 深度由多变少，又 由少变多，结果使 由少变多， 零件产生锥形。 零件产生锥形。
工 艺 系 统 刚 度 分 析
间隙对刚度曲线的影响
二、工艺系统受力变形对加工精度的影响
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的加工误差 1.切削力作用点位置变化引起的加工误差 切削过程中， 切削过程中，工艺系统的各环节的刚度和整个工 艺系统的刚度，会随切削力作用点位置的变化而变化， 艺系统的刚度，会随切削力作用点位置的变化而变化， 也使工艺系统的受力变形随之变化，引起工件的加工 也使工艺系统的受力变形随之变化， 误差。 误差。 下面以在车床两顶尖之间车削光轴外圆为例加以 说明，并且假设在加工过程中切削力保持不变。 说明，并且假设在加工过程中切削力保持不变。
（四）影响机床部件的刚度的因素 3.零件间的间隙和摩擦力的影响 3.零件间的间隙和摩擦力的影响 零件配合面间的间隙对部件刚度的影响，主要反 零件配合面间的间隙对部件刚度的影响， 映在载荷经常变化的镗床和铣床上。 映在载荷经常变化的镗床和铣床上。当载荷方向改变 间隙引起的位移， 时，间隙引起的位移，影响刀具与零件表面间的准确 位置。如果载荷是单向的， 位置。如果载荷是单向的，那么在第一次加载消除间 隙后，对加工精度影响较小。 隙后，对加工精度影响较小。
k jc FP FP FP FP = , k dj = , k jj = , k gj = y jc y dj y jj y gj
kxt = Fp yxt = Fp Fp k jc + Fp kdj + Fp k jj + Fp kgj
1 1 1 1 1 + + + k jc k dj k jj k gj
第四节 工艺系统受力变形引起的加工误差
一、工艺系统刚度分析
工 艺 系 统 刚 度 分 析 （一）刚度的概念 工艺系统是由机床、刀具、夹具和工件组成的， 工艺系统是由机床、刀具、夹具和工件组成的， 在切削力、传动力、惯性力以及重力作用下，将产 在切削力、传动力、惯性力以及重力作用下， 生弹性、塑性变形和振动。这种变形和振动， 生弹性、塑性变形和振动。这种变形和振动，将破 坏刀具和工件之间的成形运动的位置关系和速度关 系，还影响切削运动的稳定性，从而产生各种加工 还影响切削运动的稳定性，从而产生各种加工 误差和表面粗糙度。 误差和表面粗糙度。 和表面粗糙度
（1）在车床顶尖间车削粗而短的光轴
工 艺 系 统 受 力 变 形 对 加 工 精 度 的 影 响
刀具切削点处工 件轴线的位移
y x = ytj + ∆x x = ytj + ( y wz − ytj ) L x L−x = ytj + y wz L L
FA FP L − x y tj = = k tj k tj L
工艺系统的受力变形引起的加工误差 在内圆磨床上用横向切 入磨孔时， 入磨孔时，由于内圆磨头 工 艺 系 统 刚 度 分 析 主轴弯曲变形， 主轴弯曲变形，磨出的孔 会带有锥度的圆柱度误差 。精度外圆一般到磨削后 期需进行无进给磨削， 期需进行无进给磨削，多 次无进给磨削消除工艺系 统受力变形。 统受力变形。
3EI
ymax L
（二）工件、刀具的刚度 工件、 2.刀具的刚度 2.刀具的刚度 当刀具的形状比较简单时， 当刀具的形状比较简单时，其刚度也可用有关力 工 学公式推算。 学公式推算。 艺 如用镗杆悬臂镗削工件时， 如用镗杆悬臂镗削工件时，刀具的变形可按悬臂 系 统 梁计算： 梁计算： 刚 Fp L3 最大变形： 最大变形： ymax = 度 3EI 分 Fp 最小刚度为： 最小刚度为： 3EI 析 k min = = 3
工 艺 系 统 刚 度 分 析
车床刀架部件静刚度曲线