《机械制造工艺学》课程教学资源（中文讲稿）第03章 机械加工精度

机械制造工艺学讲义第三章机械加工精度s1概述一、加工精度对任何一台机器或仪器，为了保证它们的使用性能，必然要对其组成零件提出许多方面的质量要求。加工精度就是质量要求的一个方面，此外还有强度刚度、表面硬度、表面粗糙度等方面的质量要求。在机械加工中，所获得的每个零件的实际尺寸、形状和有关表面之间的位置，都必须在零件图上所规定的有关的公差范围之内。可靠地保证零件图纸所要求的精度是机械加工最基本的任务之一。加工精度一一是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）对理想几何参数的符合程度。尺寸精度加工精度3形状精度位置精度1，尺寸精度一一指加工后零件表面本身或表面之间的实际尺寸与理想尺寸之间的符合程度。这里所提出的理想尺寸是指零件图上所标注的有关尺寸的平均值。2.形状精度一一指加工后零件各表面的实际形状与表面理想形状之间的符合程度。这里所提出的表面理想形状是指绝对准确的表面形状。如平面、圆柱面。球面、螺旋面等。3.位置精度一一指加工后零件表面之间的实际位置与表面之间理想位置的符合程度。这里所提出的表面之间理想位置是指绝对准确的表面之间位置，如两平面平行，两平面垂直，两圆柱面同轴等。对任何一个零件来说，其实际加工后的尺寸、形状和位置误差若在零件图所规定的公差范围内，则在机械加工精度这个质量要求方面能够满足要求，即是合格品。若有其中任何一项超出公差范围，则是不合格品。二、加工误差（一）加工误差和原始误差加工误差一一是指零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度。无论是用试切法加工一个零件，还是用调整法加工一批零件，加工后则会发现可能有很多零件在尺寸、形状和位置方面与理想零件有所不同，它们之间的差值分别称为尺寸、形状或位置误差。工艺系统一一由机床、夹具、刀具、量具和工件所组成的。原始误差一一在完成零件加工的任何一道工序的加工过程中有很多误差因素在起作用，这些造成零件加工误差的因素称之为原始误差。2石河子大学机械电气工程学院

机械制造工艺学讲义 石河子大学机械电气工程学院 2 第三章 机械加工精度 §1 概 述 一、加工精度 对任何一台机器或仪器，为了保证它们的使用性能，必然要对其组成零件提 出许多方面的质量要求。加工精度就是质量要求的一个方面，此外还有强度刚度、 表面硬度、表面粗糙度等方面的质量要求。 在机械加工中，所获得的每个零件的实际尺寸、形状和有关表面之间的位置， 都必须在零件图上所规定的有关的公差范围之内。可靠地保证零件图纸所要求的 精度是机械加工最基本的任务之一。 加工精度——是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）对理想 几何参数的符合程度。 尺寸精度 加工精度 形状精度 位置精度 1，尺寸精度——指加工后零件表面本身或表面之间的实际尺寸与理想尺寸 之间的符合程度。这里所提出的理想尺寸是指零件图上所标注的有关尺寸的平均 值。 2．形状精度——指加工后零件各表面的实际形状与表面理想形状之间的符 合程度。这里所提出的表面理想形状是指绝对准确的表面形状。如平面、圆柱面。 球面、螺旋面等。 3．位置精度——指加工后零件表面之间的实际位置与表面之间理想位置的 符合程度。这里所提出的表面之间理想位置是指绝对准确的表面之间位置，如两 平面平行，两平面垂直，两圆柱面同轴等。’ 对任何一个零件来说，其实际加工后的尺寸、形状和位置误差若在零件图所 规定的公差范围内，则在机械加工精度这个质量要求方面能够满足要求，即是合 格品。若有其中任何一项超出公差范围，则是不合格品。 二、加工误差 （一）加工误差和原始误差 加工误差——是指零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度。 无论是用试切法加工一个零件，还是用调整法加工一批零件，加工后则会发现可 能有很多零件在尺寸、形状和位置方面与理想零件有所不同，它们之间的差值分 别称为尺寸、形状或位置误差。 工艺系统——由机床、夹具、刀具、量具和工件所组成的。 原始误差——在完成零件加工的任何一道工序的加工过程中有很多误差因 素在起作用，这些造成零件加工误差的因素称之为原始误差

机械制造工艺学讲义在零件加工中，造成加工误差的主要原始误差大致可划分为如下两个方面。1.工艺系统的原始误差一一即在零件未进行正式切削加工以前，加工方法本身存在着加工原理误差或由机床、夹具、刀具、量具和工件所组成的工艺系统本身就存在有某些误差因素，它们将在不同程度上以不同的形式反映到被加工的零件上去，造成加工误差。加工原理误差机床误差夹具和刀具误差工艺系统原有的原始误差工件误差测量误差定位和安装调整误差等2.加工过程中的其它因素一一即在零件的加工过程中在力、热和磨损等因素的影响下，将破坏工艺系统的原有精度，使工艺系统有关组成部分产生新的附加的原始误差，从而进一步造成加工误差。工艺系统的受力变形其它因素造成的原始误差工艺系统热变形工艺系统磨损（工艺系统残余应力等（二）加工误差的性质从加工误差的性质上分，有系统误差和随机误差两大类。1.系统误差一一即在相同的工艺条件下，加工一批零件时产生的大小和方向不变或按加工顺序作有规律性变化的误差。前者称为常值系统误差，后者称为变值系统误差。它们所造成的加工误差都是随时间的顺延而作规律性变化的机床、夹具、刀具和量具本身的制造误差机床、夹具和量具的磨损常值系统误差加工过程中刀具的调整以及它们在恒定力作用下的变形机床导轨偏斜定尺寸刀具偏大定程挡块控制工件（调整误差）常值系统误差「机床、夹具和刀具等在热平衡前的热变形（刀具的磨损等，加工余量不均材质软硬不等（硬度不均）随机误差工件的定位误差工件的残余应力毛坏表面缺陷（机床热平衡后的温度波动3石河子大学机械电气工程学院

机械制造工艺学讲义 石河子大学机械电气工程学院 3 在零件加工中，造成加工误差的主要原始误差大致可划分为如下两个方面。 1．工艺系统的原始误差——即在零件未进行正式切削加工以前，加工方法 本身存在着加工原理误差或由机床、夹具、刀具、量具和工件所组成的工艺系统 本身就存在有某些误差因素，它们将在不同程度上以不同的形式反映到被加工的 零件上去，造成加工误差。 加工原理误差 机床误差 工艺系统原有的原始误差 夹具和刀具误差 工件误差 测量误差 定位和安装调整误差等 2．加工过程中的其它因素——即在零件的加工过程中在力、热和磨损等因 素的影响下，将破坏工艺系统的原有精度，使工艺系统有关组成部分产生新的附 加的原始误差，从而进一步造成加工误差。 工艺系统的受力变形 其它因素造成的原始误差 工艺系统热变形 工艺系统磨损 工艺系统残余应力等 （二）加工误差的性质 从加工误差的性质上分，有系统误差和随机误差两大类。 1．系统误差——即在相同的工艺条件下，加工一批零件时产生的大小和方 向不变或按加工顺序作有规律性变化的误差。前者称为常值系统误差，后者称为 变值系统误差。它们所造成的加工误差都是随时间的顺延而作规律性变化的 机床、夹具、刀具和量具本身的制造误差 机床、夹具和量具的磨损 常值系统误差 加工过程中刀具的调整以及它们在恒定力作用下的变形 机床导轨偏斜 定尺寸刀具偏大 定程挡块控制工件（调整误差） 常值系统误差 机床、夹具和刀具等在热平衡前的热变形 刀具的磨损等， 加工余量不均 材质软硬不等（硬度不均） 随机误差 工件的定位误差 工件的残余应力 毛坯表面缺陷 机床热平衡后的温度波动

机械制造工艺学讲义2.随机误差一一即在相同的工艺条件下，加工一批零件时产生的大小和方向不同且无变化规律的加工误差。虽然引起随机误差的因素很多，它们的作用情况又是错综复杂的，但我们可以用数理统计的方法找出随机误差的规律，并用来控制和掌握随机误差。图1实验分布曲线中曲线上频率的最大值处于这批零件轴颈的算术平均尺寸的位置。平均尺寸的横坐标位置就是这批零件的尺寸分布中心（或误差聚集中心人整批零件中最大尺寸和最小尺寸之差，就是尺寸分散范围。辣幸0.360.30E0.240.180.12E0.06尺寸0xoLT间满为0.05mm）(a)(b)(c)(d)图1误差分布曲线从实验分布曲线可以归纳出一些随机误差的规律：1）随机误差有大有小，它们对称分布在尺寸分布中心的左右：2）距尺寸分布中心越近的随机误差，出现的可能性越大，反之越小：3）随机误差在实用中可以认为有一定的分散范围。实践证明，在一般无某种优势因素影响的情况下，在机床上用调整法加工一批零件时得到的实验分布曲线符合正态分布曲线（见图1b）图中以尺寸分布中心为坐标原点。图1(c)所示为不同α值的两条正态分布曲线，α越大，yax越小，曲线趋向平坦并向两端伸展。各种不同的x/α值时A的部分数值可由表4-1查得。表 4-1不同x/值时A的部分数值RD兰口0AA≥*A1UD.00000.30.23591.530.86640.99730.10,07460.30.3832.00.95423.50.99940.20. 1B561.00.68262.30.987640.9999随机误差出现在x=土3g以外的概率仅占0.27%，这个数值很小，故可认为随机误差的实用分散范围就是土3α。4石河子大学机械电气工程学院

机械制造工艺学讲义 石河子大学机械电气工程学院 4 2．随机误差——即在相同的工艺条件下，加工一批零件时产生的大小和方向不 同且无变化规律的加工误差。 虽然引起随机误差的因素很多，它们的作用情况又是错综复杂的，但我们可 以用数理统计的方法找出随机误差的规律，并用来控制和掌握随机误差。 图 1 实验分布曲线中曲线上频率的最大值处于这批零件轴颈的算术平均尺 寸的位置。平均尺寸的横坐标位置就是这批零件的尺寸分布中心（或误差聚集中 心人整批零件中最大尺寸和最小尺寸之差，就是尺寸分散范围。 图 l 误差分布曲线 从实验分布曲线可以归纳出一些随机误差的规律： 1）随机误差有大有小，它们对称分布在尺寸分布中心的左右； 2）距尺寸分布中心越近的随机误差，出现的可能性越大，反之越小； 3）随机误差在实用中可以认为有一定的分散范围。 实践证明，在一般无某种优势因素影响的情况下，在机床上用调整法加工一 批零件时得到的实验分布曲线符合正态分布曲线（见图 1b）图中以尺寸分布中 心为坐标原点。 图 l(c)所示为不同σ值的两条正态分布曲线，σ越大，ymax越小，曲线趋向 平坦并向两端伸展。 各种不同的 x/σ值时 A 的部分数值可由表 4-1 查得。 表 4-1 不同 x/σ值时 A 的部分数值 随机误差出现在 x=±3σ以外的概率仅占 0．27％，这个数值很小，故可认 为随机误差的实用分散范围就是±3σ

机械制造工艺学讲义三，加工精度的研究内容研究加工精度的根本目的就在于通过减少和控制各种原始误差来不断提高机器零件的加工精度，以适应机器性能和使用寿命方面不断提高的要求。据统计从19世纪初开始，加工的极限精度几乎每隔50年提高一个数量级，1800年1mm1970年0.0001mm1850年0. 1mm超精密加工0.000005mm1900年0.01mm2000年10mm，（1纳米）1950年0.001mm。我国的和丝杠的精度标准已由原来的旧标准五级改为包括尚未定具体数值待发展级在内的新标准十级，我国公差标准也由原来的旧标准十二级改为新标准的二十级。这些都充分说明了对加工精度要求不断提高的总趋势。加工精度研究的主要内容如下：1.加工精度的获得方法；2.工艺系统原有误差对加工精度的影响及其控制；3.加工过程中其它因素对加工精度的影响及其控制：4.加工总误差的分析与估算：5.保证和提高加工精度的主要途径。82加工精度的获得方法一、尺寸精度的获得方法在机械加工中，获得尺寸精度的方法主要有下述四种。（一）试切法一即是在零件加工过程中不断对已加工表面的尺寸进行测量，并相应调整刀具相对工件加工表面的位置进行试切，直到达到尺寸精度要求的加工方法。零件上轴颈尺寸的试切车削加工、轴颈尺寸的在线测量磨削、箱体零件孔系的试铝加工及精密量块的手工精研等，均属试切法加工（二）调整法一一即是按试切好的工件尺寸、标准件或对刀块等调整确定刀具相对工件定位基准的准确位置，并在保持此准确位置不变的条件下，对一批工件进行加工的方法。是在成批生产条件下采用的一种加工方法。所谓调整法，如在多刀车床或六角自动车床上加工轴类零件、在铣床上铣槽，在无心磨床上磨削外圆及在摇臂钻床上用钻床夹具加工孔系等，均属调整法加工。（三）尺寸刀具法一即是在加工过程中采用具有一定尺寸的刀具或组合刀具，以保证被加工零件尺寸精度的一种方法。如用方形拉刀拉方孔、用钻头、扩孔钻、铰刀或螳刀块加工内孔、及用组合铣刀铣工件两侧面和槽面等。均属尺寸刀具法加工。5石河子大学机械电气工程学院

机械制造工艺学讲义 石河子大学机械电气工程学院 5 三，加工精度的研究内容 研究加工精度的根本目的就在于通过减少和控制各种原始误差来不断提高 机器零件的加工精度，以适应机器性能和使用寿命方面不断提高的要求。据统计， 从 19 世纪初开始，加工的极限精度几乎每隔 50 年提高一个数量级， 1800 年 lmm 1970 年 0.000lmm 1850 年 0.1mm 超精密加工 0．000005mm 1900 年 0.0lmm 2000 年 10-6 mm，（1 纳米） 1950 年 0.00lmm。 我国的和丝杠的精度标准已由原来的旧标准五级改为包括尚未定具体数值 待发展级在内的新标准十级，我国公差标准也由原来的旧标准十二级改为新标准 的二十级。这些都充分说明了对加工精度要求不断提高的总趋势。 加工精度研究的主要内容如下： 1．加工精度的获得方法； 2．工艺系统原有误差对加工精度的影响及其控制； 3．加工过程中其它因素对加工精度的影响及其控制； 4．加工总误差的分析与估算； 5．保证和提高加工精度的主要途径。 §2 加工精度的获得方法 一、尺寸精度的获得方法 在机械加工中，获得尺寸精度的方法主要有下述四种。 （一）试切法——即是在零件加工过程中不断对已加工表面的尺寸进行测量， 并相应调整刀具相对工件加工表面的位置进行试切，直到达到尺寸精度要求的加工方法。 零件上轴颈尺寸的试切车削加工、轴颈尺寸的在线测量磨削、箱体零件孔系 的试铝加工及精密量块的手工精研等，均属试切法加工。 （二）调整法——即是按试切好的工件尺寸、标准件或对刀块等调整确定刀 具相对工件定位基准的准确位置，并在保持此准确位置不变的条件下，对一批工 件进行加工的方法。是在成批生产条件下采用的一种加工方法。 所谓调整法，如在多刀车床或六角自动车床上加工轴类零件、在铣床上铣槽， 在无心磨床上磨削外圆及在摇臂钻床上用钻床夹具加工孔系等，均属调整法加 工。 （三）尺寸刀具法——即是在加工过程中采用具有一定尺寸的刀具或组合刀 具，以保证被加工零件尺寸精度的一种方法。 如用方形拉刀拉方孔、用钻头、扩孔钻、铰刀或螳刀块加工内孔、及用组合 铣刀铣工件两侧面和槽面等。均属尺寸刀具法加工

机械制造工艺学讲义（四）自动控制法一即在加工过程中，通过由尺寸测量装置、动力进给装置和控制机构等组成的自动控制系统，使加工过程中的尺寸测量、刀具的补偿调整和切削加工等一系列工作自动完成，从而自动获得所要求尺寸精度的一种加工方法。二、形状精度的获得方法在机械加工中，获得形状精度的方法主要有下述两种。（一）成形运动法一即以刀具的刀尖做为一个点相对工件做有规律的切削成形运动，从而便加工表面获得所要求形状的加工方法。此时，力具相对工件运动的切削成形面即是工件的加工表面。（二）非成形运动法一即零件表面形状精度的获得不是靠刀具相对工件的准确成形运动，而是靠在加工过程中对加工表面形状的不断检验和工人对其进行精细修整加工的方法。三、位置精度的获得方法在机械加工中，获得位置精度的方法主要有下述两种。（一）一次装夹得法------即零件有关表面间的位置精度是直接在工件的同一次装夹中，由各有关刀具相对工件的成形运动之间的位置关系保证的。如轴类零件外圆与端面、端台的垂直度，箱体孔系加工中各孔之间的同轴度、平行度和垂直度等，均可采用一次装夹获得法。（二）多次装夹获得法一一即零件有关表面间的位置精度是由刀具相对工件的成形运动与工件定位基准面（亦是工件在前几次装夹时的加工面）之间的位置关系保证的。如轴类零件上键槽对外圆表面的对称度、箱体平面与平面之间的平行度、垂直度，箱体孔与平面之间的平行度和垂直度等，均可采用多次装夹获得法。在多次装夹获得法中，又可根据工件的不同装夹方式划分为直接装夹法、找正装夹法和夹具装夹法。83工艺系统原有误差对加工精度的影响及其控制零件加工精度的三个方面一一尺寸精度、形状精度和位置精度进行分析。一、工艺系统原有误差对尺寸精度的影响及其控制（一）影响尺寸精度的主要因素就是分析影响试切法精度的因素。影响零件获得尺寸精度的主要因素为1.尺寸测量精度一即试切法加工时对工件试切尺寸的测量精度：2，微量进给精度一即试切法加工时机床进刀机构的微量进给精度；3.微薄切削层的极限厚度一即试切法加工时能切下微薄切削层的最小厚度：6石河子大学机械电气工程学院

机械制造工艺学讲义 石河子大学机械电气工程学院 6 （四）自动控制法——即在加工过程中，通过由尺寸测量装置、动力进给装 置和控制机构等组成的自动控制系统，使加工过程中的尺寸测量、刀具的补偿调 整和切削加工等一系列工作自动完成，从而自动获得所要求尺寸精度的一种加工 方法。 二、形状精度的获得方法 在机械加工中，获得形状精度的方法主要有下述两种。 （一）成形运动法——即以刀具的刀尖做为一个点相对工件做有规律的切削 成形运动，从而使加工表面获得所要求形状的加工方法。此时，刀具相对工件运 动的切削成形面即是工件的加工表面。 （二）非成形运动法——即零件表面形状精度的获得不是靠刀具相对工件的 准确成形运动，而是靠在加工过程中对加工表面形状的不断检验和工人对其进行 精细修整加工的方法。 三、位置精度的获得方法 在机械加工中，获得位置精度的方法主要有下述两种。 （一）一次装夹得法-即零件有关表面间的位置精度是直接在工件的同 一次装夹中，由各有关刀具相对工件的成形运动之间的位置关系保证的。 如轴类零件外圆与端面、端台的垂直度，箱体孔系加工中各孔之间的同轴度、 平行度和垂直度等，均可采用一次装夹获得法。 （二）多次装夹获得法——即零件有关表面间的位置精度是由刀具相对工件 的成形运动与工件定位基准面（亦是工件在前几次装夹时的加工面）之间的位置 关系保证的。 如轴类零件上键槽对外圆表面的对称度、箱体平面与平面之间的平行度、垂 直度，箱体孔与平面之间的平行度和垂直度等，均可采用多次装夹获得法。在多 次装夹获得法中，又可根据工件的不同装夹方式划分为直接装夹法、找正装夹法 和夹具装夹法。 §3 工艺系统原有误差对加工精度的影响及其控制 零件加工精度的三个方面——尺寸精度、形状精度和位置精度进行分析。 一、工艺系统原有误差对尺寸精度的影响及其控制 （一）影响尺寸精度的主要因素 就是分析影响试切法精度的因素。影响零件获得尺寸精度的主要因素为： 1．尺寸测量精度一即试切法加工时对工件试切尺寸的测量精度； 2，微量进给精度一即试切法加工时机床进刀机构的微量进给精度； 3．微薄切削层的极限厚度一即试切法加工时能切下微薄切削层的最小厚度；

机械制造工艺学讲义4.定位和调整精度一即调整法加工时工件的定位及刀具的调整精度。（二）尺寸测量精度对一般机器零件的尺寸，主要采用万能量具、量仪进行测量。1.尺寸测量方法在机械加工中，常采用如下几种测量方法：1）绝对测量和直接测量一一测量示值直接表示被测尺寸的实际值，2）相对测量一一测量示值只反映被测尺寸相对于某个定值基准的偏差值，而被测尺寸的实际值等于基准与偏差值的代数和。3）间接测量一一测量示值只是与被测尺寸有关的一些尺寸或几何参数，测出后还必须再按它们之间的函数关系计算出被测零件的尺寸。2.影响尺寸测量精度的主要因素影响尺寸测量精度的主要因素有如下几个方面：1）测量工具本身精度的影响在对零件尺寸进行测量时，由于便用的测量工具不可能制造得绝对准确，因而测量工具的精度必然对被测零件尺寸的测量精度产生直接的影响。测量工具精度主要是由示值误差、示值稳定性、回程误差和灵敏度等四个方面综合起来的极限误差（测量工具可能产生的最大测量误差）△min表示的。当选择使用测量工具时，应明确分清测量工具的最小分度值（刻度值）和测量工具的测量精度（极限误差）这两个概念。对一般常用的万能量具和量仪来说其测量精度大多低于最小分度值。2）测量过程中测量部位、目测或估计不准的影响。在对零件尺寸进行测量的过程中，测量者的视力、判断能力和测量经验等都会影响尺寸测量精度。测量大尺寸的轴颈或孔径时应特别注意保持正确的测量部位。此外，在测量过程中目测刻度值时，往往由于观测方向不垂直而产生斜视的测量误差，这种测量误差有时甚至大到半格之多。在精密测量时，若量仪指针停留在两条示值刻线之间时，这就要求用目测来估计指针移过刻线的小数部分，因而也会产生目测估计不准的误差。3）测量过程中所使用的对比标准、其它测量工具的精度及数学运算精度的影响当采用相对测量或间接测量时，还应考虑所使用的对比标准、其它测量工具的精度及数学运算的精度等影响因素。4）单次测量判断不准的影响尺寸测量精度的高低是由测量误差△来衡量的，即△测=L测一L真然而，真值在测量前并不知道，其本身就是要通过测量确定的。在排除测量7石河子大学机械电气工程学院

机械制造工艺学讲义 石河子大学机械电气工程学院 7 4．定位和调整精度一即调整法加工时工件的定位及刀具的调整精度。 （二）尺寸测量精度 对一般机器零件的尺寸，主要采用万能量具、量仪进行测量。 1．尺寸测量方法 在机械加工中，常采用如下几种测量方法： 1）绝对测量和直接测量——测量示值直接表示被测尺寸的实际值， 2）相对测量——测量示值只反映被测尺寸相对于某个定值基准的偏差值， 而被测尺寸的实际值等于基准与偏差值的代数和。 3）间接测量——测量示值只是与被测尺寸有关的一些尺寸或几何参数，测 出后还必须再按它们之间的函数关系计算出被测零件的尺寸。 2．影响尺寸测量精度的主要因素 影响尺寸测量精度的主要因素有如下几个方面： 1）测量工具本身精度的影响 在对零件尺寸进行测量时，由于使用的测量工具不可能制造得绝对准确，因 而测量工具的精度必然对被测零件尺寸的测量精度产生直接的影响。测量工具精 度主要是由示值误差、示值稳定性、回程误差和灵敏度等四个方面综合起来的极 限误差（测量工具可能产生的最大测量误差）△min 表示的。 当选择使用测量工具时，应明确分清测量工具的最小分度值（刻度值）和测 量工具的测量精度（极限误差）这两个概念。对一般常用的万能量具和量仪来说， 其测量精度大多低于最小分度值。 2）测量过程中测量部位、目测或估计不准的影响。 在对零件尺寸进行测量的过程中，测量者的视力、判断能力和测量经验等都 会影响尺寸测量精度。 测量大尺寸的轴颈或孔径时应特别注意保持正确的测量部位。 此外，在测量过程中目测刻度值时，往往由于观测方向不垂直而产生斜视的 测量误差，这种测量误差有时甚至大到半格之多。在精密测量时，若量仪指针停 留在两条示值刻线之间时，这就要求用目测来估计指针移过刻线的小数部分，因 而也会产生目测估计不准的误差。 3）测量过程中所使用的对比标准、其它测量工具的精度及数学运算精度的 影响 当采用相对测量或间接测量时，还应考虑所使用的对比标准、其它测量工具 的精度及数学运算的精度等影响因素。 4）单次测量判断不准的影响 尺寸测量精度的高低是由测量误差Δ测来衡量的，即 Δ测=L 测-L 真 然而，真值在测量前并不知道，其本身就是要通过测量确定的。在排除测量

机械制造工艺学讲义过程中系统误差的前提下，对某一测量尺寸进行多次重复测量，多次重复测量值的算术平均值工即很接近其真值，一般以工代替L真3.保证尺寸测量精度的主要措施1）选择的测量工具或测量方法应尽可能符合“阿贝原则”“阿贝原则”一一是指零件上的被测线应与测量工具上的测量线重合或在其延长线上。例如，常用的外径百分尺、测深尺、立式测长仪和万能测长仪等测量时是符合“阿贝原则”的，而游标卡尺及各种工具显微镜的测量则不符合。2）合理选择测量工具及测量方法在对零件尺寸进行测量之前，首先应了解所采用的各种测量工具或测量方法所能达到的测量精度，然后再根据被测零件的尺寸精度合理地选取相应精度的测量工具或测量方法。3）合理使用测量工具①使用量具或量仪量程中测量误差最小的标准段进行测量。相对测量时，对百分表类的量仪，最好使用其线性关系较好的标准段对零件尺寸进行测量。机械式测微仪，由于其传动结构有原理性误差，最好使用示值为零那点附近非线性误差较小的那一段量程对零件尺寸进行测量。若选用机械式测微仪，为了减少其原理误差的影响，最好选用量程等于或大于被测零件尺寸公差两倍的量仪。②采用具有示值误差校正值的量具或量仪进行测量，这时可以通过消除所使用测量工具本身的系统误差问量具的示值误差）提高测量精度。4）采用多次重复测量对被测零件尺寸进行多次重复测量，然后对测量数据进行处理，就可以得到较接近于被测零件尺寸真值的测量结果。（三）微量进给精度1.微量进给方法及影响微量进给精度的因素在机床上实现微量进给的方法，大多是通过一套减速机构实现的。对于常见的各种机械减速的微量进给机构，进给手轮转动一小格使工作台进给移动1！m或更小的数值是很容易的。但在实际进行的低速微量进给过程中，常常会出现开始转动进给手轮时，只是消除了进给机构的内部间隙，工作台并没有移动。再将进给手轮转动一下，工作台可能还不移动，直到进给手轮转动到某一个角度，工作台才开始移动。但此刻工作台往往一下突然移动一个较大的距离，而后，义处于停滞不动的状态。这种在进给手轮低速微量转动过程中，工作台由不动到移动，再由移动到停滞不动的反复过程，称之为跃进（或爬行）现象。产生这种现象的根本原因在于进给机构中各相互运动的零件表面之间存在着摩00石河子大学机械电气工程学院

机械制造工艺学讲义 石河子大学机械电气工程学院 8 过程中系统误差的前提下，对某一测量尺寸进行多次重复测量，多次重复测量值 的算术平均值 L 即很接近其真值，一般以 L 代替 L 真。 3．保证尺寸测量精度的主要措施 1）选择的测量工具或测量方法应尽可能符合“阿贝原则” “阿贝原则”——是指零件上的被测线应与测量工具上的测量线重合或在其 延长线上。 例如，常用的外径百分尺、测深尺、立式测长仪和万能测长仪等测量时是符 合“阿贝原则”的，而游标卡尺及各种工具显微镜的测量则不符合。 2）合理选择测量工具及测量方法 在对零件尺寸进行测量之前，首先应了解所采用的各种测量工具或测量方法 所能达到的测量精度，然后再根据被测零件的尺寸精度合理地选取相应精度的测 量工具或测量方法。 3）合理使用测量工具 ①使用量具或量仪量程中测量误差最小的标准段进行测量。 相对测量时，对百分表类的量仪，最好使用其线性关系较好的标准段对零件 尺寸进行测量。机械式测微仪，由于其传动结构有原理性误差，最好使用示值为 零那点附近非线性误差较小的那一段量程对零件尺寸进行测量。若选用机械式测 微仪，为了减少其原理误差的影响，最好选用量程等于或大于被测零件尺寸公差 两倍的量仪。 ②采用具有示值误差校正值的量具或量仪进行测量，这时可以通过消除所使 用测量工具本身的系统误差问量具的示值误差）提高测量精度。 4）采用多次重复测量 对被测零件尺寸进行多次重复测量，然后对测量数据进行处理，就可以得到 较接近于被测零件尺寸真值的测量结果。 （三）微量进给精度 1．微量进给方法及影响微量进给精度的因素 在机床上实现微量进给的方法，大多是通过一套减速机构实现的。 对于常见的各种机械减速的微量进给机构，进给手轮转动一小格使工作台进 给移动 1μm 或更小的数值是很容易的。但在实际进行的低速微量进给过程中， 常常会出现开始转动进给手轮时，只是消除了进给机构的内部间隙，工作台并没 有移动。再将进给手轮转动一下，工作台可能还不移动，直到进给手轮转动到某 一个角度，工作台才开始移动。但此刻工作台往往一下突然移动一个较大的距离， 而后，又处于停滞不动的状态。这种在进给手轮低速微量转动过程中，工作台由 不动到移动，再由移动到停滞不动的反复过程，称之为跃进（或爬行）现象。 产生这种现象的根本原因在于进给机构中各相互运动的零件表面之间存在着摩

机械制造工艺学讲义擦力，其中主要的是进给系统的最后环节一一即机床工作台与导轨之间的摩擦力。在低速微量进给过程中，跃进现象的产生与整个进给机构的传动刚度、工作台重量和静、动摩擦因数有关。即工作台每次产生跃进的距离与工作台重量和静、动摩擦系数的差值成正比，而与进给机构的传动刚度成反比。2.提高微量进给精度的主要措施（1）提高进给机构的传动刚度①在进给机构结构允许的条件下，可以适当加粗进给机构中传动丝杠的直径，缩短传动丝杠的长度，以减少其在进给传动时的受力变形。②尽量消除进给机构中各传动元件之间的间隙，特别是最后传动环节-丝杠和螺母之间的间隙。精加工用外圆磨床进给机构中的丝杠和螺母间隙，可通过重锤或油缸产生的与磨削径向分力方向一致的外力消除之。这不仅可以消除间隙，而且还可以产生一定的预加载荷，从而进一步提高丝杠和螺母的刚度。③尽量缩短进给机构的传动链。为了提高微量进给精度，还可以采用传动链极短的高刚度无间隙的微量进给机构。这类微量进给机构是利用某些金属材料在磁场、电压、温度和负荷等物理因素作用下，其长度发生变化的性质设计的，磁致伸缩微量进给机构就是微量进给。（2）减少进给机构各传动副之间的摩擦力和静、动摩擦因数的差值①采用滚珠丝杠螺母、滚动导轨或静压螺母、静压导轨。采用滚珠丝杠螺母和滚动导轨结构，变滑动摩擦为滚动摩擦，由于滚动摩擦因数很小且几乎不随速度的提高而下降，故可显著提高微量进给精度。采用静压螺母和导轨，可使各滑动副表面之间保持着一定压力的油膜层，变固体摩擦为液体摩擦，这样可以显著降低静、动摩擦因数并使它们数值相近，从而提高微量进给精度。②采用特殊的润滑油。理想的润滑油应具有表面张力小且吸附力强的性能，这样才能在相对滑动面上形成一层不易被挤掉的薄油膜层。若在一般的润滑油中，添加少量表面活性物质，就可以形成表面张力小而吸附力文很强的油膜层。③采用新的导轨材料。理想的导轨材料应是摩擦因数小且动摩擦因数无下降特性的材料。塑料中的聚四氟7烯，它的静摩擦因数很小（Ⅱ00，04左右）且动摩擦因数几乎无下降特性，因而是一种较理想的滑动导轨材料。但这种塑料的刚度低并很难与金属粘接在一起，故不能直接应用。为了解决这个问题，可在厚度为1.5一3mm的钢板上（按导轨宽度预先裁好）先喷镀一层青铜粉或烧结一层细自的青铜网作为中间层，然后在聚四氟飞烯溶液中浸附上一层厚度约为25一50um的薄膜，最后用机械方法或粘接剂固定在床身和工作台上。（3）合理布置进给机构中传动丝杠的位置。在机床进给机构的设计中，还9石河子大学机械电气工程学院

机械制造工艺学讲义 石河子大学机械电气工程学院 9 擦力，其中主要的是进给系统的最后环节——即机床工作台与导轨之间的摩擦 力。 在低速微量进给过程中，跃进现象的产生与整个进给机构的传动刚度、工作 台重量和静、动摩擦因数有关。即工作台每次产生跃进的距离与工作台重量和静、 动摩擦系数的差值成正比，而与进给机构的传动刚度成反比。 2．提高微量进给精度的主要措施 （1）提高进给机构的传动刚度 ①在进给机构结构允许的条件下，可以适当加粗进给机构中传动丝杠的直 径，缩短传动丝杠的长度，以减少其在进给传动时的受力变形。 ②尽量消除进给机构中各传动元件之间的间隙，特别是最后传动环节-丝杠 和螺母之间的间隙。精加工用外圆磨床进给机构中的丝杠和螺母间隙，可通过重 锤或油缸产生的与磨削径向分力方向一致的外力消除之。这不仅可以消除间隙， 而且还可以产生一定的预加载荷，从而进一步提高丝杠和螺母的刚度。 ③尽量缩短进给机构的传动链。为了提高微量进给精度，还可以采用传动链 极短的高刚度无间隙的微量进给机构。这类微量进给机构是利用某些金属材料在 磁场、电压、温度和负荷等物理因素作用下，其长度发生变化的性质设计的，磁 致伸缩微量进给机构就是微量进给。 （2）减少进给机构各传动副之间的摩擦力和静、动摩擦因数的差值 ①采用滚珠丝杠螺母、滚动导轨或静压螺母、静压导轨。采用滚珠丝杠螺母 和滚动导轨结构，变滑动摩擦为滚动摩擦，由于滚动摩擦因数很小且几乎不随速 度的提高而下降，故可显著提高微量进给精度。 采用静压螺母和导轨，可使各滑动副表面之间保持着一定压力的油膜层，变 固体摩擦为液体摩擦，这样可以显著降低静、动摩擦因数并使它们数值相近，从 而提高微量进给精度。 ②采用特殊的润滑油。理想的润滑油应具有表面张力小且吸附力强的性能， 这样才能在相对滑动面上形成一层不易被挤掉的薄油膜层。 若在一般的润滑油中，添加少量表面活性物质，就可以形成表面张力小而吸 附力又很强的油膜层。 ③采用新的导轨材料。理想的导轨材料应是摩擦因数小且动摩擦因数无下降 特性的材料。塑料中的聚四氟乙烯，它的静摩擦因数很小（μ0＝0．04 左右） 且动摩擦因数几乎无下降特性，因而是一种较理想的滑动导轨材料。但这种塑料 的刚度低并很难与金属粘接在一起，故不能直接应用。为了解决这个问题，可在 厚度为 1．5－3mm 的钢板上（按导轨宽度预先裁好）先喷镀一层青铜粉或烧结一 层细目的青铜网作为中间层，然后在聚四氟乙烯溶液中浸附上一层厚度约为 25 －50μm 的薄膜，最后用机械方法或粘接剂固定在床身和工作台上。 （3）合理布置进给机构中传动丝杠的位置。在机床进给机构的设计中，还

机械制造工艺学讲义必须合理布置进给丝杠的位置，否则会由于扭侧力矩的作用便工作台与床身导轨搭角接触，从而增加了摩擦阻力，影响进给精度，严重时甚至可能造成“卡死”现象。（四）微薄切削层的极限厚度1.微薄切削加工方法及影响微薄切削层极限厚度的主要因素。在机械加工中，实现微薄切削的加工方法有如下几种：（1）精密车削主要用于有色金属及其合金。未淬硬钢和铸铁的加工：（2）精密磨削主要用于黑色金属，特别是淬硬钢的加工；（3）研磨及超精加工主要用于黑色金属、各种合金钢和淬硬钢的加工。无论是采用精密车削、精密磨削、研磨及超精加工等哪种加工方法，加工时所能切下金属层的最小极限厚度主要取决于刀具或磨粒的刃口半径。生产实践证明，微薄切削能切下金属层的最小极限厚度a可达刀具或磨粒刃口半径p的1/10左右。2.实现微薄切削层加工的主要措施（1）选择切削刃口半径小的刀具材料或磨料，并对刀具刃口进行精细研磨（2）提高刀具刚度为了实现微薄切削，可以采取提高刀具萍火硬度的办法来提高其刚度。（五）定位和调整精度加工一批零件有关表面的尺寸或它们之间位置尺寸，为了提高生产率，可采用调整法在工件的一次装夹或多次装夹中获得。1.刀具调整方法和影响刀具调整精度的主要因素生产中常采用的刀具调整方法主要有：按标准样件或对刀块（导套）调整刀具及按试切一个工件后的实测尺寸调整刀具两种方法。当采用标准样件或对刀块（导套）调整刀具，影响刀具调整精度的主要因素有标准样件本身的尺寸精度、对刀块（导套）相对工件定位基准之间的尺寸精度、刀具调整时的目测精度及切削加工时刀具相对工件加工表面的弹性退让和行程挡块的受力变形等。当采用按试切一个工件后的实测尺寸调整刀具，虽可避免上述一些因素的影响，提高刀具的调整精度，但对于一批工件，可能导致由于进给机构的重复定位误差和按试切一个工件尺寸调整刀具的不准确性，引起加工后这一批零件尺寸分布中心位置的偏离。2.提高刀具调整精度的主要措施①提高进给机构的重复定位精度。对机床上进给机构进行重复定位，可采用行程挡块或量仪。当采用行程挡块时，进给机构的重复定位精度主要与行程挡块的刚度有关。③提高对一批工件尺寸分布中心位置判断的准确性。10石河子大学机械电气工程学院

机械制造工艺学讲义 石河子大学机械电气工程学院 10 必须合理布置进给丝杠的位置，否则会由于扭侧力矩的作用使工作台与床身导轨 搭角接触，从而增加了摩擦阻力，影响进给精度，严重时甚至可能造成“卡死” 现象。 （四）微薄切削层的极限厚度 1.微薄切削加工方法及影响微薄切削层极限厚度的主要因素。 在机械加工中，实现微薄切削的加工方法有如下几种： （1）精密车削 主要用于有色金属及其合金。未淬硬钢和铸铁的加工； （2）精密磨削 主要用于黑色金属，特别是淬硬钢的加工； （3）研磨及超精加工 主要用于黑色金属、各种合金钢和淬硬钢的加工。 无论是采用精密车削、精密磨削、研磨及超精加工等哪种加工方法，加工时 所能切下金属层的最小极限厚度主要取决于刀具或磨粒的刃口半径。 生产实践证明，微薄切削能切下金属层的最小极限厚度 alim可达刀具或磨粒 刃口半径ρ的 1／10 左右。 2．实现微薄切削层加工的主要措施 （1）选择切削刃口半径小的刀具材料或磨料，并对刀具刃口进行精细研磨 （2）提高刀具刚度 为了实现微薄切削，可以采取提高刀具淬火硬度的办法来提高其刚度。 （五）定位和调整精度 加工一批零件有关表面的尺寸或它们之间位置尺寸，为了提高生产率，可采 用调整法在工件的一次装夹或多次装夹中获得。 1．刀具调整方法和影响刀具调整精度的主要因素 生产中常采用的刀具调整方法主要有：按标准样件或对刀块（导套）调整刀 具及按试切一个工件后的实测尺寸调整刀具两种方法。 当采用标准样件或对刀块（导套）调整刀具，影响刀具调整精度的主要因素 有标准样件本身的尺寸精度、对刀块（导套）相对工件定位基准之间的尺寸精度、 刀具调整时的目测精度及切削加工时刀具相对工件加工表面的弹性退让和行程 挡块的受力变形等。 当采用按试切一个工件后的实测尺寸调整刀具，虽可避免上述一些因素的影 响，提高刀具的调整精度，但对于一批工件，可能导致由于进给机构的重复定位 误差和按试切一个工件尺寸调整刀具的不准确性，引起加工后这一批零件尺寸分 布中心位置的偏离。 2．提高刀具调整精度的主要措施 ①提高进给机构的重复定位精度。 对机床上进给机构进行重复定位，可采用行程挡块或量仪。当采用行程挡块 时，进给机构的重复定位精度主要与行程挡块的刚度有关。 ③提高对一批工件尺寸分布中心位置判断的准确性

机械制造工艺学讲义采取多试切几个工件的办法。二、工艺系统原有误差对形状精度的影响及其控制（一）影响形状精度的主要因素采用成形运动法获得零件表面形状，影响其精度的主要因素是：（1）各成形运动本身的精度；（2）各成形运动之间的相互位置关系的精度：（3）各成形运动之间的速度关系的精度：（4）成形刀具的制造和安装的精度。采用非成形运动法获得零件加工表面形状，影响其精度的主要因素是对零件加工表面形状的检测精度（二）各成形运动本身的精度1.回转运动精度准确的回转运动，主要取决于在加工过程中其回转中心相对刀具（或工件）的位置始终不变。当在机床上通过主轴部件夹持工件（或刀具）进行加工时，其回转运动精度则主要取决于机床主轴的回转精度（1）机床主轴回转精度的概念机床主轴做回转运动时，主轴的各个截面必然有它的回转中心。理想的回转中心在空间相对力具（或工件）的位置是固定不变的。但在主轴的实际回转过程中，理想的回转中心是不存在的，而是存在着一个其位置时刻变动的回转中心此中心称为瞬时回转中心。主轴各截面瞬时回转中心的连线叫一一瞬时回转轴线，理想回转中心的连线叫一理想回转轴线，对刚性主轴它们都是直线，机床主轴回转精度的高低，主要是以在规定测量截面内，主轴一转或数转内诸瞬时回转中心相对其平均位置的变动范围这个变动范围越小，则主轴回转精度越高。（2）机床主轴回转精度分析a轴承误差以车床滑动轴承主轴为例进行分析。在车床上加工工件的外圆表面，当车刀加工至工件的某一截面位置时，其主轴在切削合力Fr、传动力F传及主轴重力G等合成的合力及力矩的作用下，使主轴前后支承轴颈分别与前后轴承孔的M和M点接触。车床主轴的回转精度主要取决于主轴瞬时回转轴线相对其平均位置的变动程度，即主要取决于主轴前后支承轴颈的形状精度及它们之间的位置精度，而轴承孔的形状精度影响则较小。若主轴前后支承轴颈有圆度误差（椭圆）时，则由于在加工过程中主轴瞬时回转轴线相对其平均位置的变动，使随其一同回转的工件的加工截面，也被加工成具有相应的圆度误差（椭圆）11石河子大学机械电气工程学院

机械制造工艺学讲义 石河子大学机械电气工程学院 11 采取多试切几个工件的办法。 二、工艺系统原有误差对形状精度的影响及其控制 （－）影响形状精度的主要因素 采用成形运动法获得零件表面形状，影响其精度的主要因素是： （1）各成形运动本身的精度； （2）各成形运动之间的相互位置关系的精度； （3）各成形运动之间的速度关系的精度； （4）成形刀具的制造和安装的精度。 采用非成形运动法获得零件加工表面形状，影响其精度的主要因素是对零件 加工表面形状的检测精度。 （二）各成形运动本身的精度 1．回转运动精度 准确的回转运动，主要取决于在加工过程中其回转中心相对刀具（或工件） 的位置始终不变。当在机床上通过主轴部件夹持工件（或刀具）进行加工时，其 回转运动精度则主要取决于机床主轴的回转精度。 （1）机床主轴回转精度的概念 机床主轴做回转运动时，主轴的各个截面必然有它的回转中心。理想的回转 中心在空间相对刀具（或工件）的位置是固定不变的。但在主轴的实际回转过程 中，理想的回转中心是不存在的，而是存在着一个其位置时刻变动的回转中心此 中心称为瞬时回转中心。主轴各截面瞬时回转中心的连线叫——瞬时回转轴线， 理想回转中心的连线叫——理想回转轴线，对刚性主轴它们都是直线。 机床主轴回转精度的高低，主要是以在规定测量截面内，主轴一转或数转内 诸瞬时回转中心相对其平均位置的变动范围这个变动范围越小，则主轴回转精度 越高。 （2）机床主轴回转精度分析 a 轴承误差 以车床滑动轴承主轴为例进行分析。 在车床上加工工件的外圆表面，当车刀加工至工件的某一截面位置时，其主 轴在切削合力 Fr、传动力 F 传及主轴重力 G 等合成的合力及力矩的作用下，使主 轴前后支承轴颈分别与前后轴承孔的 M1和 M2点接触。 车床主轴的回转精度主要取决于主轴瞬时回转轴线相对其平均位置的变动 程度，即主要取决于主轴前后支承轴颈的形状精度及它们之间的位置精度，而轴 承孔的形状精度影响则较小。 若主轴前后支承轴颈有圆度误差（椭圆）时，则由于在加工过程中主轴瞬时 回转轴线相对其平均位置的变动，使随其一同回转的工件的加工截面，也被加工 成具有相应的圆度误差（椭圆）