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1、2021-4-25 1 一 、 工 藝 系 統(tǒng) 的 幾 何 誤 差 （ 二 ） 刀 具 的 幾 何 誤 差 定 尺 寸 刀 具 刀 具 尺 寸 精 度 直 接 影 響 工 件 尺 寸 精 度 成 形 刀 具 刀 具 形 狀 精 度 直 接 影 響 工 件 形 狀 精 度 一 般 刀 具 制 造 精 度 對 工 件 加 工 精 度 無 直 接 影 響但 若 刀 具 幾 何 參 數(shù) 和 形 狀 不 適 當 ， 將 影 響 刀 具 的 磨 損 和 耐用 度 ， 直 接 影 響 工 件 的 加 工 精 度 。n刀 具 的 誤 差 包 括 ： 刀 具 的 制 造 誤 差 和 刀 具 的 磨 損 和刀 具

2、 的 安 裝 誤 差 。1.刀 具 的 制 造 誤 差 2021-4-25 2 初 期 磨 損 階 段 正 常 磨 損 階 段 急 劇 磨 損 階 段（ 二 ） 刀 具 的 幾 何 誤 差 2.刀 具 的 磨 損刀 具 的 磨 損 階 段 2021-4-25 3 （ 二 ） 刀 具 的 幾 何 誤 差 刀 具 的 尺 寸 磨 損NB 在 被 加 工 表 面 的 法 線 方 向 上 測 量 NB0 初 期 磨 損 量KNB斜 率 ， 相 對 磨 損 表 示 每 切 削 1000米 路 程 刀 具 的 尺 寸 磨 損 量 ， 單 位 為 m /km 刀 具 的 尺 寸 磨 損 量 可 用 下 式

3、計 算 10001000 000 lKNBllKNBNB NBNB 2021-4-25 4 選 用 新 型 耐 磨 刀 具 材 料 ；合 理 選 用 刀 具 幾 何 參 數(shù) 和 切 削 用 量 ；正 確 刃 磨 刀 具 ；正 確 采 用 冷 卻 潤 滑 液 等 ；采 用 補 償 裝 置 對 刀 具 尺 寸 磨 損 進 行 自 動 補 償 。 （ 二 ） 刀 具 的 幾 何 誤 差 減 少 刀 具 的 尺 寸 磨 損 的 途 徑 2021-4-25 5 3.刀 具 的 安 裝 誤 差例 如 ： 精 車 螺 紋 表 面 時 ， 若 車 刀 安 裝 偏 高 、 偏 低 或傾 斜 ， 也 都 會 帶

4、來 螺 紋 面 的 形 狀 誤 差 。（ 二 ） 刀 具 的 幾 何 誤 差 2021-4-25 6 （ 三 ） 夾 具 的 幾 何 誤 差 一 、 工 藝 系 統(tǒng) 的 幾 何 誤 差 內(nèi) 容 ： 工 件 的 定 位 誤 差 、 夾 緊 變 形 誤 差 、 夾 具的 安 裝 誤 差 、 分 度 誤 差 和 夾 具 的 磨 損 等 。影 響 ： 主 要 影 響 工 件 被 加 工 表 面 的 位 置 精 度 ，其 次 影 響 尺 寸 精 度 和 形 狀 精 度 。 2021-4-25 7 （ 三 ） 夾 具 的 幾 何 誤 差 一 、 工 藝 系 統(tǒng) 的 幾 何 誤 差 夾 具 上 直 接 影

5、響工 件 加 工 精 度 的 有 關尺 寸 的 制 造 公 差 一 般取 為 工 件 上 相 應 尺 寸公 差 的 1/2 1/5。 夾 具 的 幾 何 誤 差 對 工 件 的 加 工 精 度 的 影 響 夾 具 元 件 磨 損 將 使 夾 具 的 誤 差 增 大 。 2021-4-25 8 一 、 定 位 誤 差 因 定 位 不 準 確 而 引 起的 誤 差 稱 為 定 位 誤 差 ， 以 dw 表 示 。 1） 定 位 基 準 與 工 序 基 準 不 重 合1、 定 位 誤 差 產(chǎn) 生 的 原 因2） 定 位 副 制 造 不 準 確直 接 影 響 工 件 的 位 置 尺 寸 精 度 和 位

6、 置 精 度（ 三 ） 夾 具 的 幾 何 誤 差 2021-4-25 9 2、 定 位 誤 差 的 組 成1） 基 準 不 重 合 誤 差 jb dbjbdw 其 大 小 等 于 工 序 基 準 相 對 定 位 基 準 在 工 序 尺 寸 方 向上 的 變 動 量 。定 位 基 準 與 工 序 基 準 不 重 合 所 產(chǎn) 生 的 定 位 誤 差 。2） 定 位 副 制 造 不 準 確 誤 差 db其 大 小 等 于 定 位 基 準 在 工 序 尺 寸 方 向 上 的 變 動 量 。定 位 元 件 制 造 不 準 確 所 產(chǎn) 生 的 定 位 誤 差 。（ 三 ） 夾 具 的 幾 何 誤 差 2

7、021-4-25 10 二 、 夾 緊 誤 差 工 件 或 夾 具剛 度 過 低 或 夾 緊力 作 用 方 向 、 作用 點 選 擇 不 當 ，都 會 使 工 件 或 夾具 產(chǎn) 生 變 形 ， 造成 加 工 誤 差 。 （ 三 ） 夾 具 的 幾 何 誤 差 2021-4-25 11 2021-4-25 12 機 械 加 工 過 程 中 ， 機 床 、 刀 具 、 夾 具 、 工件 所 組 成 的 工 藝 系 統(tǒng) 并 非 純 粹 剛 體 ， 在 切 削 力 、夾 緊 力 、 傳 動 力 、 重 力 、 慣 性 力 等 外 力 作 用下 產(chǎn) 生 變 形 ， 從 而 破 壞 已 經(jīng) 調(diào) 整 好 的

8、 刀 具 和 工件 之 間 的 相 對 位 置 ， 產(chǎn) 生 加 工 誤 差 。 例 如 細 長 軸 的 車 削 ， 在 切 削 力 作 用 下 使 工件 產(chǎn) 生 彎 曲 變 形 ， 車 完 后 工 件 呈 鼓 形 （ 兩 頭 小中 間 大 ） ； 磨 削 內(nèi) 孔 時 ， 砂 輪 軸 彈 性 變 形 ， 使工 件 內(nèi) 孔 出 現(xiàn) 錐 度 誤 差 。三 、 工 藝 系 統(tǒng) 受 力 變 形 引 起 的 誤 差 2021-4-25 13 四 、 工 藝 系 統(tǒng) 受 力 變 形 引 起 的 誤 差 2021-4-25 14 四 、 工 藝 系 統(tǒng) 受 力 變 形 引 起 的 誤 差 (一 ) 工 藝 系

9、 統(tǒng) 剛 度1.工 藝 系 統(tǒng) 剛 度 切 削 力 和 該 力 方 向 上 所 引 起 的 刀 具 和 工 件 間 相 對變 形 位 移 的 比 值 ， 稱 為 工 藝 系 統(tǒng) 剛 度 k系 （ N/mm） 。 k系 = Fp / y 2021-4-25 15工 件夾 具刀 具機 床系 yyyyy 工 件夾 具刀 具機 床系 kkkkk 11111 工 藝 系 統(tǒng) 在 某 一 位 置 受 力 作 用 產(chǎn) 生 的 變 形 量 等 于工 藝 系 統(tǒng) 各 組 成 環(huán) 節(jié) 在 此 位 置 受 該 力 作 用 產(chǎn) 生 的 變 形量 的 代 數(shù) 和 ， 即 工 藝 系 統(tǒng) 剛 度 主 要 取 決 于 薄

10、弱 環(huán) 節(jié) 的 剛 度 。 工 藝 系 統(tǒng) 剛 度 的 倒 數(shù) 等 于 系 統(tǒng) 各 組 成 環(huán) 節(jié) 剛 度 的倒 數(shù) 之 和 ， 即 (一 ) 工 藝 系 統(tǒng) 剛 度 工 藝 系 統(tǒng) 剛 度 的 計 算 2021-4-25 16 機 床 剛 度 對 加 工 精 度 的 影 響 （ 二 ） 工 藝 系 統(tǒng) 剛 度 對 加 工 精 度 的 影 響 lxyyyyyyy x 主 軸尾 座主 軸刀 架刀 架系 l xlFF P 主 軸 lxFF P尾 座 22 111 lxkl xlkkFyyy Px 尾 座主 軸刀 架刀 架系 假 設 加 工 精 度 只 受 機 床 剛 度 變 化 的 影 響 ， 且

11、 工 件 為 絕 對 剛 體 。 2. 機 床 剛 度 2021-4-25 17 y min 尾 座主 軸刀 架系 kk FkF max 尾 座刀 架系 kFkFy pp pp 尾 座主 軸尾 座系系 kk FkFyy PP minmax由 于 工 藝 系 統(tǒng) 剛 度 隨 刀 架 位 置 變 化 產(chǎn) 生 的 加 工 誤 差 （ 二 ） 工 藝 系 統(tǒng) 剛 度 對 加 工 精 度 的 影 響 2021-4-25 18 2021-4-25 19 012 x y x 034 1 由 此 可 見 :頭 架 (或 尾 座 )頂 尖 最 大 位 移 量 決 定 了 工 件 軸 線 的最 大 位 移 量 ；

12、( )工 件 軸 線 的 最 小 位 移 量 發(fā) 生 在 處 ， 令 ( )= 求 得 ；（ ） 工 件 軸 線 的 最 大 位 移 量 與 最 小 位 移 量 之 差 為 由于 兩 頂 尖 受 力 變 形 位 移 而 產(chǎn) 生 的 圓 柱 度 誤 差 ；（ ） 當 頭 架 與 尾 座 剛 度 相 同 即 ： 當 時 ， 誤 差 最 小 ，可 見 機 床 各 部 分 剛 度 大 體 相 近 是 減 少 幾 何 形 狀 誤 差 的重 要 途 經(jīng) 之 一 。（ 二 ） 工 藝 系 統(tǒng) 剛 度 對 加 工 精 度 的 影 響 2021-4-25 20 (一 ) 工 藝 系 統(tǒng) 剛 度機 床 靜 剛 度

13、 的 測 定 （ 靜 測 定 法 ） 尾 座主 軸刀 架機 床 尾 座主 軸刀 架系 刀 架刀 架 尾 座尾 座 主 軸主 軸 （ kkkk yyyy yFk yFk yFk ppp 4 14 111 )2122 機 床 剛 度 取 決 于 其 組 成 部 件的 剛 度 ， 并 主 要 取 決 于 薄 弱 部件 的 剛 度 ， 提 高 機 床 剛 度 要 從提 高 弱 剛 度 部 件 的 剛 度 入 手 。 2021-4-25 21 機 床 部 件 剛 度 分 析(一 ) 工 藝 系 統(tǒng) 剛 度1） 變 形 與 載 荷 不 成 線 性 關 系 ， 變 形 非 純 粹 的 彈 性 變 形 ；2）

14、 加 載 曲 線 和 卸 載 曲 線 不 重 合 ， 卸 載 曲 線 滯 后 于 加 載 曲 線 ， 能 量 消 耗 于 零 件 間 摩 擦 力 和 接 觸 塑 性 變 形 所 做 的 功 ；3） 有 殘 余 變 形 ， 反 復 加 載 卸 載 后 殘 余 變 形 0；4） 部 件 實 測 剛 度 遠 比 按 實 體 結(jié) 構(gòu) 估 算 值 小 。圖 中 第 一 次 加 載 時 刀 架 的 平 均 剛 度 值 約 為 4.6 103 N/mm，只 相 當 于 一 個 30mm 30mm 200mm 的 鑄 鐵 懸 臂 梁 的 剛 度 。 2021-4-25 22 工 件 變 形 引 起 的 加 工

15、 誤 差 l xxlEJFy P 223 工 22l3 xxl EJk 工 件 工 藝 系 統(tǒng) 剛 度 在 工 件 全 長 上 的 差 別 越 大 ，則 工 件 在 軸 截 面 內(nèi) 的 幾 何 形 狀 誤 差 也 越 大 。 當 刀 尖 處 于 工 件 中 間 位 置 時 ， 工 件 的 剛 度最 小 ， 變 形 最 大 。（ 二 ） 工 藝 系 統(tǒng) 剛 度 對 加 工 精 度 的 影 響 2021-4-25 23 2021-4-25 24 4.由 于 切 削 力 變 化 引 起 的 誤 差 （ 二 ） 工 藝 系 統(tǒng) 剛 度 對 加 工 精 度 的 影 響ap1 y1 a p2 y 2毛 坯

16、 外 形工 件 外 形誤 差 復 映 現(xiàn) 象 ： 由 于 工 件 毛坯 加 工 余 量 或 材 料 硬 度 的 變 化 ，引 起 切 削 力 和 工 藝 系 統(tǒng) 受 力 變形 的 變 化 ， 因 而 產(chǎn) 生 工 件 的 尺寸 誤 差 和 形 狀 誤 差 。誤 差 復 映 系 數(shù)由 于 毛 坯 存 在 圓 度 誤 差 毛 a p1-ap2， 因 而 引 起 了 工 件 的圓 度 誤 差 工 y1-y2， 毛 愈 大 ， 工 愈 大 ， 工 與 毛之 比 值 稱 為 誤 差 復 映 系 數(shù) ， 它 是 誤 差 復 映 程 度 的 度 量 。 2021-4-25 25 )( 21 2121 21 p

17、p PPpp aak FFaa yy 系待 加 工 面已 加 工 面 系系 kCaak aaC pp pp )( )( 21 21 與 k系 成 反 比 ； 這 表 明 工 藝 系 統(tǒng) 剛 度 愈 大 ， 誤 差 復映 系 數(shù) 愈 小 ， 加 工 后 復 映 到 工 件 上 的 誤 差 值 就 愈 小 。 （ 二 ） 工 藝 系 統(tǒng) 剛 度 對 加 工 精 度 的 影 響 2021-4-25 26321 總 n 系系 kCaak aaC pp pp )( )( 21 21 由 于 yap， 所 以 ， 因 此 ， 經(jīng) 過 n次 走 刀 后 ，誤 差 復 映 系 數(shù) 降 到 很 小 的 數(shù) 值

18、， 加 工 誤 差 也 就降 到 允 許 的 范 圍 內(nèi) 。 多 次 切 削 總 的 復 映 系 數(shù) 4 由 于 切 削 力 變 化 引 起 的 誤 差 （ 二 ） 工 藝 系 統(tǒng) 剛 度 對 加 工 精 度 的 影 響1 2021-4-25 27 2021-4-25 28 例 ： 一 個 工 藝 系 統(tǒng) ， 其 誤 差 復 映 系 數(shù) 為0.25， 工 件 在 本 工 序 前 的 圓 度 誤 差 0.5mm，為 保 證 本 工 序 0.01mm的 形 狀 精 度 ， 本 工序 最 少 走 刀 幾 次 ？（ 二 ） 工 藝 系 統(tǒng) 剛 度 對 加 工 精 度 的 影 響解 ： 0.5 (0.2

19、5)n0.01 解 得 n=3 2021-4-25 29 5.傳 動 力 、 慣 性 力 、 夾 緊 力 、 重 力 對 加 工精 度 的 影 響（ 1） 由 傳 動 力 引 起 的 誤 差 在 車 床 或 磨 床 上 加 工 軸 類 零 件 時 ， 常用 單 爪 撥 盤 帶 動 工 件 旋 轉(zhuǎn) ， 傳 動 力 在 撥 盤的 每 一 轉(zhuǎn) 中 經(jīng) 常 改 變 方 向 ， 其 在 y向 的 分 力有 時 和 切 削 力 同 向 ， 有 時 相 反 ， 造 成 圓 度誤 差 。 5.傳 動 力 、 慣 性 力 、 夾 緊 力 、 重 力 對 加 工 精 度 的 影 響 2021-4-25 30 (2

20、)重 力 引 起 的 加 工 誤 差 在 工 藝 系 統(tǒng) 中 ， 由 于 零 部 件 的 自 重 也會 產(chǎn) 生 變 形 。 如 龍 門 銑 床 、 龍 門 刨 床 刀 架橫 粱 的 變 形 ， 銑 鏜 床 鏜 桿 伸 長 而 下 垂 變 形等 ， 都 會 造 成 加 工 誤 差 。 5.傳 動 力 、 慣 性 力 、 夾 緊 力 、 重 力 對 加 工 精 度 的 影 響 2021-4-25 31 (3 ) 慣 性 力 引 起 的 加 工 誤 差 在 高 速 切 削 時 ， 如 果 工 藝 系 統(tǒng) 中 有 不 平 衡 的 高 速旋 轉(zhuǎn) 的 構(gòu) 件 存 在 ， 就 會 產(chǎn) 生 離 心 力 。 離

21、 心 力 在 工 件的 每 一 轉(zhuǎn) 中 不 斷 變 更 方 向 ， 當 不 平 衡 質(zhì) 量 的 離 心 力大 于 切 削 力 時 ， 車 床 主 軸 軸 頸 和 軸 套 內(nèi) 孔 表 面 的 接觸 點 就 會 不 停 地 變 化 ， 軸 套 孔 的 圓 度 誤 差 將 傳 給 工件 的 回 轉(zhuǎn) 軸 心 。 其 規(guī) 律 與 單 爪 撥 盤 傳 動 時 傳 動 力 的影 響 相 似 。 如 圖 示 為 車 削 一 個 不 平 衡 工 件 時 的 情 況 。 5.傳 動 力 、 慣 性 力 、 夾 緊 力 、 重 力 對 加 工 精 度 的 影 響 2021-4-25 32 工 件 質(zhì) 量 中 心 距

22、 理 想 回 轉(zhuǎn) 中 心 距 離 為 ， 當 離 心 力 Q正 好 與 切 削 力 Py反 向 時 ， 把 工 件 推 向 刀 具 ， 工 件 中 心 o偏 離 理 想 中 心 o， 增 加 了 實 際 切 深 。 工 件 回 轉(zhuǎn) 180 后 ，離 心 力 Q正 好 與 切 削 力 Py同 向 ， 把 工 件 推 離 刀 具 ， 工 件中 心 又 變 到 o” 點 ， 減 小 了 實 際 切 深 ， 從 而 產(chǎn) 生 工 件 的 圓度 誤 差 和 相 互 位 置 誤 差 。 2021-4-25 33 (4)夾 緊 力 引 起 的 加 工 誤 差 被 加 工 工 件 在 裝 夾 過 程 中 ， 由

23、 于 剛 度 較 低 或 著 力 點 不當 ， 都 會 引 起 工 件 的 變 形 ， 造 成 加 工 誤 差 。 特 別 是 薄 壁套 、 薄 板 等 零 件 ， 易 于 產(chǎn) 生 加 工 誤 差 。 5.傳 動 力 、 慣 性 力 、 夾 緊 力 、 重 力 對 加 工 精 度 的 影 響 2021-4-25 34 5.傳 動 力 、 慣 性 力 、 夾 緊 力 、 重 力 對 加 工 精 度 的 影 響 2021-4-25 35 （ 二 ） 工 藝 系 統(tǒng) 剛 度 的 實 驗 測 定 2021-4-25 36 （ 三 ） 減 小 工 藝 系 統(tǒng) 受 力 變 形 的 途 徑 (1) 設 計

24、機 械 制 造 裝 備 時 應 切 實 保 證 關 鍵 零 部 件 的 剛 度 在機 床 和 夾 具 中 應 保 證 支 承 件 （ 如 床 身 、 立 柱 、 橫 梁 、 夾 具 體等 ） 、 主 軸 部 件 和 傳 動 件 有 足 夠 的 剛 度 。(2) 提 高 接 觸 剛 度 提 高 接 觸 剛 度 是 提 高 工 藝 系 統(tǒng) 剛 度 的 關 鍵 。減 少 組 成 件 數(shù) ， 提 高 接 觸 面 的 表 面 質(zhì) 量 ， 均 可 減 少 接 觸 變 形 ，提 高 接 觸 剛 度 。 提 高 工 藝 系 統(tǒng) 薄 弱 環(huán) 節(jié) 的 剛 度 ， 能 取 得 事 半 功 倍 的 效 果 。 1.

25、提 高 工 藝 系 統(tǒng) 剛 度 2 減 小 切 削 力 及 其 變 化 (3) 采 用 合 理 的 裝 夾 方 式 和 加 工 方 法 提 高 工 件 的 裝 夾 剛 度 ，應 從 定 位 和 夾 緊 兩 個 方 面 采 取 措 施 。 2021-4-25 37 工 藝 系 統(tǒng) 在 切 削 力 、 傳 動 力 、 慣 性 力 、 夾 緊 力 以 及 重 力 的 作 用 下 ， 產(chǎn) 生 相 應 的 變 形 和 振動 ， 將 會 破 壞 刀 具 和 工 件 之 間 的 成 形 運 動 的 位 置 關 系 和 速 度 關 系 ， 影 響 切 削 運 動 的 穩(wěn) 定 性， 從 而 產(chǎn) 生 各 種 加

26、工 誤 差 和 表 面 粗 糙 度 。1 切 削 過 程 中 受 力 點 位 置 變 化 引 起 的 加 工 誤 差 。切 削 過 程 中 ， 工 藝 系 統(tǒng) 的 剛 度 隨 切 削 力 著 力 點 位 置 的 變 化 而 變 化 ， 引 起 系 統(tǒng) 變 形 的 差 異， 使 零 件 產(chǎn) 生 加 工 誤 差 。 （ 1） 在 兩 頂 尖 車 削 粗 而 短 的 光 軸 時 ， 由 于 工 件 剛 度 較 大 ， 在 切 削 力 作 用 下 的 變 形 ，相 對 機 床 、 夾 具 和 刀 具 的 變 形 要 小 得 多 ， 故 可 忽 略 不 計 。 此 時 ， 工 藝 系 統(tǒng) 的 總 變 形

27、 完 全 取決 于 機 床 頭 、 尾 架 （ 包 括 頂 尖 ） 和 刀 架 （ 包 括 刀 具 ） 的 變 形 。 工 件 產(chǎn) 生 的 誤 差 為 雙 曲 線 圓柱 度 誤 差 。 （ 2） 在 兩 頂 尖 間 車 削 細 長 軸 時 ， 由 于 工 件 細 長 ， 剛 度 小 ， 在 切 削 力 作 用 下 ， 其 變 形大 大 超 過 機 床 、 夾 具 和 刀 具 的 受 力 變 形 。 因 此 ， 機 床 、 夾 具 結(jié) 合 刀 具 承 受 力 變 形 可 忽 略 去不 計 ， 工 藝 系 統(tǒng) 的 變 形 完 全 取 決 于 工 件 的 變 形 。 工 件 產(chǎn) 生 腰 鼓 形 園

28、柱 度 誤 差 。2 切 削 力 大 小 變 化 引 起 的 加 工 誤 差 誤 差 復 映工 件 的 毛 坯 外 形 雖 然 具 有 粗 略 的 零 件 形 狀 ， 但 它 在 尺 寸 、 形 狀 以 及 表 面 層 材 料 硬 度 上 都有 較 大 的 誤 差 。 毛 坯 的 這 些 誤 差 在 加 工 時 使 切 削 深 度 不 斷 發(fā) 生 變 化 ， 從 而 導 致 切 削 力 的 變 化 ， 進 而 引 起 工 藝 系 統(tǒng) 產(chǎn) 生 相 應 的 變 形 ， 使 得 零 件 在 加 工 后 還 保 留 與 毛 坯 表 面 類 似 的 形 狀或 尺 寸 誤 差 。 當 然 工 件 表 面 殘 留 的 誤 差 比 毛 坯 表 面 誤 差 要 小 得 多 。 這 種 現(xiàn) 象 稱 為 “ 誤 差 復映 規(guī) 律 ” ， 所 引 起 的 加 工 誤 差 稱 為 “ 復 映 誤 差 ” 。除 切 削 力 外 ， 傳 動 力 、 慣 性 重 力 、 夾 緊 力 等 其 它 作 用 力 也 會 使 工 藝 系 統(tǒng) 的 變 形 發(fā) 生 變 化， 從 而 引 起 加 工 誤 差 ， 影 響 加 工 質(zhì) 量 。 思 考 題例 題 ： 工 藝 系 統(tǒng) 受 力 變 形 對 加 工 精 度 有 何 影 響 ？ 2021-4-25 38 2021-4-25 39