1、3第 1 章 机械加工工艺基础本章主要介绍工艺过程的基本概念、数控加工工艺系统等基础理论知识，这是学习本书后续内容的必要准备。1.1 工艺过程的基本概念1.1.1 生产过程与工艺过程生产过程是指将原材料转变为成品的全过程。在生产过程中，凡是改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。工艺就是制造产品的方法。采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量等，使其成为零件的过程称为机械加工工艺过程（以下简称为工艺过程） 。1生产过程工业产品的生产过程是指由原材料到成品之间的各个相互联系的劳动过程的总和。这些过程包括： （1）生产技术准备过程 包括产品
2、投产前的市场调查分析，产品研制，技术鉴定等。（2）生产工艺过程 包括毛坯制造，零件加工，部件和产品装配、调试、油漆和包装等。 （3）辅助生产过程 为使基本生产过程能正常进行所必经的辅助过程，包括工艺装备的设计制造、能源供应、设备维修等。（4）生产服务过程 包括原材料采购运输、保管、供应及产品包装、销售等。由上述过程可以看出，机械产品的生产过程是相当复杂的。为了便于组织生产，现代机械工业的发展趋势是组织专业化生产，即一种产品的生产是分散在若干个专业化工厂进行，最后集中由一个工厂制成完整的机械产品。例如，制造机床时，机床上的轴承、电机、电器、液压元件甚至其他许多零部件都是由专业厂生产的，最后由机床
3、厂完成关键零部件和配套件的生产，并装配成完整的机床。专业化生产有利于零部件的标准化、通用化和产品的系列化，从而能在保证质量的前提下，提高劳动生产率和降低成本。上述生产过程的内容十分广泛，从产品开发、生产和技术准备到毛坯制造、机械加工和装配，影响的因素和涉及的问题多而复杂。为了使工厂具有较强的应变能力和竞争能力，现代工厂逐步用系统的观点看待生产过程的各个环节及它们之间的关系。即将生产过程看成一个具有输入和输出的生产系统。用系统工程学的原理和方法组织生产和指导生产，能使工厂的生产和管理科学化；能使工厂按照市场动态及时地改进和调节生产，不断更新产品以满足社会的需要；能使生产的产品质量更好、周期更短、
4、成本更低。由于市场全球化、需求多样化以及新产品开发周期越来越短，随着信息技术的发展，企业间采用动态联盟，实现异地协同设计与制造的生产模式是目前制造业发展的重要趋势。42生产系统（1）系统的概念 任何事物都是由数个相互作用和相互依赖的部分组成并具有特定功能的有机整体，这个整体就是“系统” 。（2）机械加工工艺系统 机械加工工艺系统由金属切削机床、刀具、夹具和工件四个要素组成，它们彼此关联、互相影响。该系统的整体目的是在特定的生产条件下，在保证机械加工工序质量的前提下，采用合理的工艺过程，降低该工序的加工成本。（3）机械制造系统 在工艺系统基础上以整个机械加工车间为整体的更高一级的系统。该系统的整
5、体目的就是使该车间能最有效地全面完成全部零件的机械加工任务。（4）生产系统 以整个机械制造厂为整体，为了最有效地经营，获得最高经济效益，一方面把原材料供应、毛坯制造、机械加工、热处理、装配、检验与试车、油漆、包装、运输、保管等因素作为基本物质因素来考虑；另一方面把技术情报、经营管理、劳动力调配、资源和能源利用、环境保护、市场动态、经营政策、社会问题和国际因素等信息作为影响系统效果更重要的要素来考虑。可见，生产系统是包括制造系统的更高一级的系统。3工艺过程在生产过程中，那些与有原材料转变为产品直接相关的过程称为工艺过程。它包括毛坯制造、零件加工、热处理、质量检验和机器装配等。而为保证工艺过程正常
6、进行所需要的刀具、夹具制造，机床调整维修等则属于辅助过程。在工艺过程中，以机械加工方法按一定顺序逐步地改变毛坯形状、尺寸、相对位置和性能等，直至成为合格零件的那部分过程称为机械加工工艺过程。技术人员根据产品数量、设备条件和工人素质等情况，确定采用的工艺过程，并将有关内容写成工艺文件，这种文件就称工艺规程。为了便于工艺规程的编制、执行和生产组织管理，需要把工艺过程划分为不同层次的单元。它们是工序、安装、工位、工步和走刀。其中工序是工艺过程中的基本单元。零件的机械加工工艺过程由若干个工序组成。在一个工序中可能包含有一个或几个安装，每一个安装可能包含一个或几个工位，每一个工位可能包含一个或几个工步，
7、每一个工步可能包括一个或几个走刀。（1）工序 一个或一组工人，在一个工作地或一台机床上对一个或同时对几个工件连续完成的那一部分工艺过程称为工序。划分工序的依据是工作地点是否变化和工作过程是否连续。例如，在车床上加工一批轴，既可以对每一根轴连续地进行粗加工和精加工，也可以先对整批轴进行粗加工，然后再依次对它们进行精加工。在第一种情形下，加工只包括一个工序；而在第二种情形下，由于加工过程的连续性中断，虽然加工是在同一台机床上进行的，但却成为两个工序。工序是组成工艺过程的基本单元，也是生产计划的基本单元。（2）安装 在机械加工工序中，使工件在机床上或在夹具中占据某一正确位置并被夹紧的过程，称为装夹。
8、有时，工件在机床上需经过多次装夹才能完成一个工序的工作内容。安装是指工件经过一次装夹后所完成的那部分工序内容。例如，在车床上加工轴，先从5一端加工出部分表面，然后调头再加工另一端，这时的工序内容就包括两个安装。（3）工位 采用转位（或移位）夹具、回转工作台或在多轴机床上加工时，工件在机床上一次装夹后，要经过若干个位置依次进行加工，工件在机床上所占据的每一个位置上所完成的那一部分工序就称为工位。简单来说，工件相对于机床或刀具每占据一个加工位置所完成的那部分工序内容，称为工位。为了减少因多次装夹而带来的装夹误差和时间损失，常采用各种回转工作台、回转夹具或移动夹具，使工件在一次装夹中，先后处于几个不
9、同的位置进行加工。图 1-1 是在一台三工位回转工作台机床上加工轴承盖螺钉孔的示意图。操作者在上下料工位处装上工件，当该工件依次通过钻孔工位、扩孔工位后，即可在一次装夹后把四个阶梯孔在两个位置加工完毕。这样，既减少了装夹次数，又因各工位的加工与装卸是同时进行的，从而节约安装时间使生产率可以大提高。（4）工步 在加工表面不变，加工工具不变的条件下，所连续完成的那一部分工序内容称为工步。生产中也常称为“进给” 。整个工艺过程由若干个工序组成。每一个工序可包括一个工步或几个工步。每一个工步通常包括一个工作行程，也可包括几个工作行程。为了提高生产率，用几把刀具同时加工几个加工表面的工步，称为复合工步，
10、也可以看作一个工步，例如，组合钻床加工多孔箱体孔。（5）走刀 加工刀具在加工表面上加工一次所完成的工步部分称为走刀。例如轴类零件如果要切去的金属层很厚，则需分几次切削，这时每切削一次就称为一次走刀。因此在切削速度和进给量不变的前提下刀具完成一次进给运动称为一次走刀。图 1-2 是一个带半封闭键槽阶梯轴两种生产类型的工艺过程实例，从中可看出各自的工序、安装、工位、工步、走刀之间的关系。1.1.2 工件获得尺寸精度的方法人们在长期的生产实践中，创造出许多机械加工方法。这些方法的目的是使工件获得一定的尺寸精度、形状精度、位置精度和表面质量。图 1-1 轴承盖螺钉孔的三工位加工61获得尺寸精度的方法机
11、械加工中获得工件尺寸精度的方法，主要有以下几种：（1）试切法 即先试切出很小部分加工表面，测量试切所得的尺寸，按照加工要求适当调刀具切削刃相对工件的位置，再试切，再测量，如此经过两三次试切和测量，当被加工尺寸达到要求后，再切削整个待加工表面。试切法通过“试切测量调整再试切” ，反复进行直到达到要求的尺寸精度为止。例如，箱体孔系的试镗加工。试切法达到的精度可能很高，它不需要复杂的装置，但这种方法费时（需作多次调整、试切、测量、计算） ，效率低，依赖工人的技术水平和计量器具的精度，质量不稳定，所以只用于单件小批生产。作为试切法的一种类型配作，它是以已加工件为基准，加工与其相配的另工件，或将两个（或
12、两个以上）工件组合在一起进行加工的方法。配作中最终被加工尺寸达到的要求是以与已加工件的配合要求为准的。（2）调整法 预先用样件或标准件调整好机床、夹具、刀具和工件的准确相对位置，用以保证工件的尺寸精度。因为尺寸事先调整到位，所以加工时，不用再试切，尺寸自动获得，并在一批零件加工过程中保持不变，这就是调整法。例如，采用铣床夹具时，刀具的位图 1-2 阶梯轴加工工序划分方案比较7置靠对刀块确定。调整法的实质是利用机床上的定程装置或对刀装置或预先整好的刀架，使刀具相对于机床或夹具达到一定的位置精度，然后加工一批工件。在机床上按照刻度盘进刀然后切削，也是调整法的一种。这种方法需要先按试切法决定刻度盘上
13、的刻度。大批量生产中，多用定程挡块、样件、样板等对刀装置进行调整。调整法比试切法的加工精度稳定性好，有较高的生产率，对机床操作工的要求不高，但对机床调整工的要求高，常用于成批生产和大量生产。（3）定尺寸法 用刀具的相应尺寸来保证工件被加工部位尺寸的方法称为定尺寸法。它是利用标准尺寸的刀具加工，加工面的尺寸由刀具尺寸决定。即用具有一定的尺寸精度的刀具（如铰刀、扩孔钻、钻头等）来保证工件被加工部位（如孔）的精度。定尺寸法操作方便，生产率较高，加工精度比较稳定，几乎与工人的技术水平无关，生产率较高，在各种类型的生产中广泛应用。例如钻孔、铰孔等。 （4）主动测量法 在加工过程中，边加工边测量加工尺寸，
14、并将所测结果与设计要求的尺寸比较后，或使机床继续工作，或使机床停止工作，这就是主动测量法。目前，主动测量中的数值已可用数字显示。主动测量法把测量装置加入工艺系统（即机床、刀具、夹具和工件组成的统一体）中，成为其第五个因素。主动测量法质量稳定、生产率高，是发展方向。（5）自动控制法 这种方法是由测量装置、进给装置和控制系统等组成。它是把测量、进给装置和控制系统组成一个自动加工系统，加工过程依靠系统自动完成。尺寸测量、刀具补偿调整和切削加工以及机床停车等一系列工作自动完成，自动达到所要求的尺寸精度。例如在数控机床上加工时，零件就是通过程序的各种指令控制加工顺序和加工精度。自动控制的具体方法有两种：
15、自动测量 即机床上有自动测量工件尺寸的装置，在工件达到要求的尺寸时，测量装置即发出指令使机床自动退刀并停止工作。数字控制 即机床中有控制刀架或工作台精确移动的伺服电动机、滚动丝杠螺母副及整套数字控制装置，尺寸的获得（刀架的移动或工作台的移动）由预先编制好的程序通过计算机数字控制装置自动控制。初期的自动控制法是利用主动测量和机械或液压等控制系统完成的。目前已广泛采用按加工要求预先编排的程序，由控制系统发出指令进行工作的程序控制机床（简称程控机床）或由控制系统发出数字信息指令进行工作的数字控制机床（简称数控机床） ，以及能适应加工过程中加工条件的变化，自动调整加工用量，按规定条件实现加工过程最佳化
16、的适应控制机床进行自动控制加工。自动控制法加工的质量稳定、生产率高、加工柔性好、能适应多品种生产，是目前机械制造的发展方向和计算机辅助制造（CAM）的基础。2获得形状精度的方法（1）轨迹法 也称刀尖轨迹法，依靠刀尖的运动轨迹获得形状精度的方法称为轨迹法。即让刀具相对于工件作有规律的运动，以其刀尖轨迹获得所要求的表面几何形状。刀尖的运动轨迹取决于刀具和工件的相对成形运动，因而所获得的形状精度取决于成形运动的精度。8数控车床、数控铣床，普通车削、铣削、刨削和磨削等均属轨迹法。图 1-3 所示为车圆锥面。（2）成形法 利用成形刀具对工件进行加工的方法称为成形法。即用成形刀具取代普通刀具，成形刀具的切
17、削刃就是工件外形。成形刀具替代一个成形运动。成形法可以简化机床或切削运动，提高生产率。成形法所获得的形状精度取决于成形刀具的形状精度和其他成形运动的精度。图 1-4 所示为用成形法车球面。（3）仿形法 刀具按照仿形装置进给对工件进行加工的方法称为仿形法。仿形法所得到的形状精度取决于仿形装置的精度和其他成形运动的精度。仿形车、仿形铣等均属仿形法加工。（4）展成法（范成法） 利用工件和刀具作展成切削运动进行加工的方法称为展成法。展成法所得被加工表面是切削刃和工件作展成运动过程中所形成的包络面，切削刃形状必须是被加工面的共轭曲线。它所获得的精度取决于切削刃的形状和展成运动的精度等。这种方法用于各种齿
18、轮齿廓、花键键齿、蜗轮轮齿等表面的加工，其特点是刀刃的形状与所需表面几何形状不同。例如齿轮加工，刀刃为直线（滚刀、齿条刀） ，而加工表面为渐开线。展成法形成的渐开线是滚刀与工件按严格速比转动时，刀刃的一系列切削位置的包络线。3获得位置精度的方法（1）一次安装法 有位置精度要求的零件的各有关表面是在工件同一次安装中完成并图 1-3 轨迹法 图 14 成形法9保证的，如轴类零件外圆与端面的垂直度，箱体孔系中各孔之间的平行度、垂直度、同一轴线上各孔的同轴度等。一次安装法一般是用夹具装夹实现的。夹具是用以装夹工件（和引导刀具）的装置。夹具上的定位元件和夹紧元件能使工件迅速获得正确位置，并使其固定在夹具
19、和机床上。因此，工件定位方便，定位精度高而且稳定，装夹效率也高。当以精基准定位时，工件的定位精度一般可达 0.0l。所以，用专用夹具装夹工件广泛用于中、大批和大量生产。但是，由于制造专用夹具费用较高、周期较长，所以在单件小批生产时，很少采用专用夹具，而是采用通用夹具。当工件的加工精度要求较高时，可采用标准元件组装的组合夹具，使用后元件可拆回。（2）多次安装法 零件有关表面的位置精度是加工表面与工件定位基准面之间的位置精度决定的。如轴类零件键槽对外圆之对称度，箱体平面与平面之间的平行度、垂直度等。根据工件安装方式不同又分为直接、找正和夹具安装法。直接安装法 工件直接安装在机床上，从而保证加工表面
20、与定位基准面之间的精度。例如，在车床上加工与外圆同轴的内孔，可用三爪卡盘直接安装工件，如图 1-5 所示。找正安装法 找正是用工具（和仪表）根据工件上有关基准，找出工件在划线、加工（或装配）时的正确位置的过程。用找正方法装夹工件称为找正安装。通过找正保证加工表面与定位基准面之间的精度。例如，在车床上用四爪卡盘和百分表找正后将工件夹紧，可加工出与外圆同轴度很高的孔。如图 1-6 所示。找正安装法可分为划线找正安装和直接找正安装两种。划线找正安装是用划针根据毛坯或半成品上所划的线为基准找正它在机床上正确位置的一种安装方法。如图 1-7（b）所示的车床床身毛坯，为保证床身各加工面和非加工面的位置 图
21、 1-5 直接安装法图 1-6 找正安装法 10(a) (b)图 1-7 找正安装(a)直接找正 (b) 划线找正尺寸及各加工面的余量，可先在钳工台上划好线，然后在龙门刨床工作台上用可调支承支起床身毛坯，用划针按线找正并夹紧，再对床身底平面进行粗刨。由于划线既费时，又需技术水平高的划线工，划线找正的定位精度也不高，所以划线找正安装只用在批量不大、形状复杂而笨重的工件，或毛坯的尺寸公差很大而无法采用夹具装夹的工件。 直接找正安装是用划针和百分表或通过目测直接在机床上找正工件位置的装夹方法。图1-7（a）所示是用四爪单动卡盘装夹套筒，先用百分表按工件外圆 A 进行找正后，再夹紧工件进行外圆 B 的
22、车削，以保证套筒的 A、B 圆柱面的同轴度。此法的生产率较低，对工人的技术水平要求高，所以一般只用于单件小批生产中。若工人的技术水平高，且能采用较精确的工具和量具，那么直接找正安装也能获得较高的定位精度。夹具安装法 通过夹具保证加工表面与定位基准面之间的位置精度，即用夹具上的定位元件使工件获得正确位置的一种方法。这种方法定位迅速、方便，定位精度高、稳定。但专用夹具的制造周期长、费用高，故广泛用于成批、大量生产中。1.1.3 加工余量1加工余量的概念加工余量是指加工过程中所切去的金属层厚度。余量有总加工余量和工序余量之分。由毛坯转变为零件的过程中，在某加工表面上切除金属层的总厚度，称为该表面的总
23、加工余量（亦称毛坯余量） ；一般情况下，总加工余量并非一次切除，而是分在各工序中逐渐切除，故每道工序所切除的金属层厚度称为该工序加工余量（简称工序余量） 。工序余量是相邻两工序的工序尺寸之差，毛坯余量是毛坯尺寸与零件图样的设计尺寸之差。由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量大小不等。图 1-8 表示工序余量与工序尺寸的关系。由图可知，工序余量的基本尺寸（简称基本余量或公称余量）Z 可按下式计算对于被包容面： Z=上工序基本尺寸 本工序基本尺寸11(a) (b)图 1-8 工序余量与工序尺寸及其公差的关系(a)被包容面(轴) (b)包容面(孔)图 1-9 工序加工余量及其公差 对于包容面： Z=本
24、工序基本尺寸 上工序基本尺寸为了便于加工，工序尺寸都按“入体原则”标注极限偏差，即被包容面的工序尺寸取上偏差为零；包容面的工序尺寸取下偏差为零。毛坯尺寸则按双向布置上、下偏差。工序余量和工序尺寸及其公差的计算公式： Z=Zmin+Ta (1-1) Zmax=Z+Tb= Zmin+Ta +Tb (1-2)式中 Zmin最小工序余量；Zmax最大工序余量；Ta上工序尺寸的公差；Tb本工序尺寸的公差。由于毛坯尺寸、零件尺寸和各道工序的工序尺寸都存在误差，所以无论是总加工余量，还是工序加工余量都是一个变动值，出现了最大和最小加工余量，它们与工序尺寸及其公差的关系可用图1-9 说明。由图可以看出，公称加
25、工余量为前工序和本工序尺寸之差，最小加工余量为前工序尺寸的最小值和本工序尺寸的最大值之差；最大加工余量为前工序尺寸的最大值和本工序尺寸的最小值之差。工序加工余量的变动范围（最大加工余12量与最小加工余量之差）等于前工序与本工序的工序尺寸公差之和。2影响加工余量的因素在确定工序的具体内容时，其工作之一就是合理地确定工序加工余量。加工余量的大小对零件的加工质量和制造的经济性均有较大的影响。加工余量过大，必然增加机械加工的劳动量、降低生产率；增加原材料、设备、工具及电力等的消耗。加工余量过小，又不能确保切除上工序形成的各种误差和表面缺陷，影响零件的质量，甚至产生废品。由图 1-9 可知，工序加工余量
26、（公称值，以下同）除可用相邻工序的工序尺寸表示外，还可以用另外种方法表示，即：工序加工余量等于最小加工余量与前工序工序尺寸公差之和。因此，在讨论影响加工余量的因素时，应首先研究影响最小加工余量的因素。影响最小加工余量的因素较多，现将主要影响因素分单项介绍如下。（1）前工序形成的表面粗糙度和缺陷层深度（R a 和 Da） 为了使工件的加工质量逐步提高，一般每道工序都应切到待加工表面以下的正常金属组织，将上道工序形成的表面粗糙度和缺陷层切掉。（2）前工序形成的形状误差和位置误差（ x 和 w） 当形状公差、位置公差和尺寸公差之间的关系是独立原则时，尺寸公差不控制形位公差。此时，最小加工余量应保证将
27、前工序形成的形状和位置误差切掉。以上影响因素中的误差及缺陷，有时会重叠在一起，如图 1-10 所示，图中的 x 为平面度误差、 w 为平行度误差，但为了保证加工质量，可对各项进行简单叠加，以便彻底切除。上述各项误差和缺陷都是前工序形成的，为能将其全部切除，还要考虑本工序的装夹误差 b 的影响。如图 1-11 所示，由于三爪自定心卡盘定心不准，使工件轴线偏离主轴旋转轴线 e 值，造成加工余量不均匀，为确保将前工序的各项误差和缺陷全部切除，直径上的余量应增加 2e。装夹误差 b 的数量，可在求出定位误差、夹紧误差和夹具的对定误差后求得。图 1-10 影响最小加工余量的因素 图 1-11 装夹误差对
28、加工余量的影响综上所述，影响工序加工余量的因素可归纳为下列几点：前工序的工序尺寸公差（T a） 。 前工序形成的表面粗糙度和表面缺陷层深度（R a+Da） 。前工序形成的形状误差和位置误差（ x、 w） 。本工序的装夹误差（ b） 。3确定加工余量的方法13确定加工余量的方法有以下三种。（1）查表修正法 根据生产实践和试验研究，已将毛坯余量和各种工序的工序余量数据于手册。确定加工余量时，可从手册中获得所需数据，然后结合工厂的实际情况进行修正。查表时应注意表中的数据为公称值，对称表面（轴孔等）的加工余量是双边余量，非对称表面的加工余量是单边的。这种方法目前应用最广。（2）经验估计法 此法是根据实
29、践经验确定加工余量。为防止加工余量不足而产生废品，往往估计的数值总是偏大，因而这种方法只适用于单件、小批生产。（3）分析计算法 是根据加工余量计算公式和一定的试验资料，通过计算确定加工余量的一种方法。采用这种方法确定的加工余量比较经济合理，但必须有比较全面可靠的试验资料及先进的计算手段方可进行，故目前应用较少。在确定加工余量时，总加工余量和工序加工余量要分别确定。总加工余量的大小与选择的毛坯制造精度有关。用查表法确定工序加工余量时，粗加工工序的加工余量不应查表确定，而是用总加工余量减去各工序余量求得，同时要对求得的粗加工工序余量进行分析，如果过小，要增加总加工余量；过大，应适当减少总加工余量，
30、以免造成浪费。1.1.4 加工精度1加工精度的概念加工精度是加工后零件表面的实际尺寸、形状、位置三种几何参数与图纸要求的理想几何参数的符合程度。理想的几何参数，对尺寸而言，就是平均尺寸；对表面几何形状而言，就是绝对的圆、圆柱、平面、锥面和直线等；对表面之间的相互位置而言，就是绝对的平行、垂直、同轴、对称等。零件实际几何参数与理想几何参数的偏离数值称为加工误差。加工精度与加工误差都是评价加工表面几何参数的术语。加工精度用公差等级衡量，等级值越小，其精度越高；加工误差用数值表示，数值越大，其误差越大。加工精度高，就是加工误差小，反之亦然。任何加工方法所得到的实际参数都不会绝对准确，从零件的功能看，
31、只要加工误差在零件图要求的公差范围内，就认为保证了加工精度。机器的质量取决于零件的加工质量和机器的装配质量，零件加工质量包含零件加工精度和表面质量两大部分。机械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）与理想几何参数相符合的程度。它们之间的差异称为加工误差。加工误差的大小反映了加工精度的高低。误差越大加工精度越低，误差越小加工精度越高。加工精度包括三个方面内容：尺寸精度 指加工后零件的实际尺寸与零件尺寸的公差带中心的相符合程度。形状精度 指加工后的零件表面的实际几何形状与理想的几何形状的相符合程度。位置精度 指加工后零件有关表面之间的实际位置与理想位置相符合程度。2原始误差与加工
32、误差的关系在机械加工过程中，刀具和工件加工表面之间位置关系合理时，加工表面精度就能达到14加工要求，否则就不能达到加工要求，加工精度分析就是分析和研究加工精度不能满足要求时各种因素，即各种原始误差产生的可能性，并采取有效的工艺措施进行克服，从而提高加工精度。在机械加工中，机床、夹具、工件和刀具构成一个完整的系统，称为工艺系统。由于工艺系统本身的结构和状态、操作过程以及加工过程中的物理力学现象而产生刀具和工件之间的相对位置关系发生偏移的各种因素称为原始误差。它可以照样、放大或缩小地反映给工件，使工件产生加工误差而影响零件加工精度。一部分原始误差与切削过程有关；一部分原始误差与工艺系统本身的初始状
33、态有关。这两部分误差又受环境条件、操作者技术水平等因素的影响。（1）与工艺系统本身初始状态有关的原始误差原理误差 即加工方法原理上存在的误差。工艺系统几何误差工件与刀具的相对位置在静态下已存在的误差，如刀具和夹具制造误差，调整误差以及安装误差；工件和刀具的相对位置在运动状态下存在的误差，如机床的主轴回转运动误差，导轨的导向误差，传动链的传动误差等。（2）与切削过程有关的原始误差工艺系统力效应引起的变形，如工艺系统受力变形、工件内应力的产生和消失而引起的变形等造成的误差。工艺系统热效应引起的变形，如机床、刀具、工件的热变形等造成的误差。3影响加工精度的因素工艺系统中的各组成部分，包括机床、刀具、
34、夹具的制造误差、安装误差、使用中的磨损都直接影响工件的加工精度。也就是说，在加工过程中工艺系统会产生各种误差，从而改变刀具和工件在切削运动过程中的相互位置关系而影响零件的加工精度。这些误差与工艺系统本身的结构状态和切削过程有关，产生加工误差的主要因素有：（1）系统的几何误差加工原理误差 加工原理误差是由于采用了近似的加工运动方式或者近似的刀具轮廓而产生的误差，因在加工原理上存在误差，故称加工原理误差。只要原理误差在允许范围内，这种加工方式仍是可行的。机床的几何误差机床的制造误差、安装误差以及使用中的磨损，都直接影响工件的加工精度。其中主要是机床主轴回转运动、机床导轨直线运动和机床传动链的误差。
35、刀具的制造误差及磨损刀具的制造误差、安装误差以及使用中的磨损，都影响工件的加工精度。刀具在切削过程中，切削刃、刀面与工件、切屑产生强烈摩擦，使刀具磨损。当刀具磨损达到一定值时，工件的表面粗糙度值增大，切屑颜色和形状发生变化，并伴有振动。刀具磨损将直接影响切削生产率、加工质量和成本。15夹具误差夹具误差包括定位误差、夹紧误差、夹具安装误差及对刀误差等。这些误差主要与夹具的制造和装配精度有关。下面将对夹具的定位误差进行详细的分析。工件在夹具中的位置是以其定位基面与定位元件相接触（配合）来确定的。然而，由于定位基面、定位元件工作表面的制造误差，会使各工件在夹具中的实际位置不相一致。加工后，各工件的加
36、工尺寸必然大小不一，形成误差。这种由于工件在夹具上定位不准而造成的加工误差称为定位误差，用 D 表示。它包括基准位移误差和基准不重合误差。在采用调整法加工一批工件时，定位误差的实质是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。采用试切法加工，不存在定位误差。定位误差产生的原因是工件的制造误差和定位元件的制造误差，两者的配合间隙及工序基准与定位基准不重合等。基准不重合误差 当定位基准与工序基准不重合时而造成的加工误差，称为基准不重合误差，其大小等于定位基准与工序基准之间尺寸的公差，用 B 表示。基准位移误差 工件在夹具中定位时，由于工件定位基面与夹具上定位元件限位基面的制造公差和最小配合间隙的影响，导
37、致定位基准与限位基准不能重合，从而使各个工件的位置不一致，给加工尺寸造成误差，这个误差称为基准位移误差，用 Y 表示。图 1-12a 是圆套铣键槽的工序简图，工序尺寸为 A 和 B。图 1-12b 是加工示意图，工件以内孔 D 在圆柱心轴上定位，O 是心轴轴心， C 是对刀尺寸。尺寸 A 的工序基准是内孔轴线，定位基准也是内孔轴线，两者重合， B 0。但是，由于工件内孔面与心轴圆柱面有制造公差和最小配合间隙，使得定位基准（工件内孔轴线）与限位基准（心轴轴线）不能重合，定位基准相对于限位基准下移了一段距离，由于刀具调整好位置后在加工一批工件过程中位置不再变动（与限位基准的位置不变） 。所以，定位
38、基准的位置变动影响到尺寸 A 的大小，给尺寸 A 造成了误差，这个误差就是基准位移误差。基准位移误差的大小应等于因定位基准与限位基准不重合造成工序尺寸的最大变动量。由图 1-12b 可知，一批工件定位基准的最大变动量为 iA maxA min式中： i一批工件定位基准的最大变动量；Amax最大工序尺寸；Amin最小工序尺寸。当定位基准的变动方向与工序尺寸的方向相同时，基准位移误差等于定位基准的变动范围，即 y i此时： i imaxi minAmax定位基准的最大位移；Amin定位基准的最小位移。16图 1-14 细长轴车削时受力变形图 1-12 圆套铣键槽工序的基准位移误差（a）工序简图 （
39、b）加工示意图及基准位移误差当定位基准的变动方向与工序尺寸的方向不同时，基准位移误差等于定位基准的变动范围在加工尺寸方向上的投影，如图 1-13 所示，即 y icos 式中：定位基准的变动方向与工序尺寸方向间的夹角。i（a） （b）图 1-13 铰孔加工工序的基准位移误差（a）工序简图 （b）加工示意图及基准位移误差（）工艺系统的受力变形由机床、夹具、工件、刀具所组成的工艺系统是一个弹性系统，在加工过程中由于切削力、传动力、惯性力、夹紧力以及重力的作用，会产生弹性变形，从而破坏了刀具与工件之间的准确位置，产生加工误差。例如车削细长轴时（图 1-14） ，在切削力的作用下，工件因弹性变形而出现
40、“让刀”现象。随着刀具的进给，在工件的全长上切削深度将会由多变少，然后再由少变多，结果使零件产生腰鼓形。17工艺系统受力变形对加工精度的影响主要有：切削过程中受力点位置变化引起的加工误差切削过程中，工艺系统的刚度随切削力着力点位置的变化而变化，引起系统变形的差异，使零件产生加工误差。在两顶尖间车削粗而短的光轴时，由于工件刚度较大，在切削力作用下的变形相对机床、夹具和刀具的变形要小得多，故可忽略不计。此时，工艺系统的总变形完全取决于机床床头、尾架（包括顶尖）和刀架（包括刀具）的变形，工件产生的误差为双曲线圆柱度误差。在两顶尖间车削细长轴时，由于工件细长，刚度小，在切削力作用下，其变形大大超过机床
41、夹具和刀具的受力变形。因此，机床、夹具和刀具的受力变形可略去不计，此时，工艺系的变形完全取决于工件的变形，工件产生腰鼓形圆柱度误差。毛坯加工余量不均，材料硬度变化导致切削力大小变化引起的加工误差误差复映工件的毛坯外形虽然具有粗略的零件形状，但它在尺寸、形状以及表面层材料硬度均匀性上都有较大的误差。毛坯的这些误差在加工时使切削深度不断发生变化，从而导致切削力的变化，进而引起工艺系统产生相应的变形，使得零件在加工后还保留与毛坯表面类似的形状或尺寸误差。当然工件表面残留的误差比毛坯表面误差要小得多，这种现象称为“误差复映规律” ，所引起的加工误差称为“复映误差” 。减小工艺系统受力变形的措施主要有：
42、一是提高工件加工时的刚度；二是提高工件安装时的夹紧刚度；三是提高机床部件的刚度。（）工艺系统的热变形机械加工中，工艺系统在各种热源的作用下产生一定的热变形。由于工艺系统热源分布的不均匀性及各环节结构、材料的不同，使工艺系统各部分的变形产生差异，从而破坏了刀具与工件的准确位置及运动关系，产生加工误差，尤其对于精密加工，热变形引起的加工误差占总误差的一半以上。因此，在近代精密加工中，控制热变形对加工精度的影响已成为重要的任务和研究课题。在加工过程中，工艺系统的热源主要有内部热源和外部热源两大类。内部热源来自切削过程，主要包括切削热、摩擦热、派生热源。外部热源主要来自于外部环境，主要包括环境温度和热
43、辐射。这些热源产生的热造成工件、刀具和机床的热变形。减少工艺系统热变形的措施主要有：一是减少工艺系统的热源及其发热量；二是加强冷却，提高散热能力；三是控制温度变化，均衡温度； 四是采用补偿措施；五是改善机床结构。此外，还应注意改善机床结构，减小其热变形。首先考虑结构的对称性。一方面传动元件（轴承、齿轮等）在箱体内安装应尽量对称，使其传给箱壁的热量均衡，变形相近；另一方面，有些零件（如箱体）应尽量采用热对称结构，以便受热均匀。还应注意合理选材，对精度要求高的零件尽量选用膨胀系数小的材料。（）调整误差零件加工的每一个工序中，为了获得被加工表面的形状、尺寸和位置精度，总得对机床、夹具和刀具进行这样或
44、那样的调整。任何调整工作必然会带来一些原始误差，这种原始误差即调整误差。调整误差与调整方法有关。调整方法主要有：18试切法调整试切法调整，就是对被加工零件进行“试切测量调整再试切” ，直至达到所要求的精度。它的调整误差来源有：测量误差；微量进给时，机构灵敏度所引起的误差；最小切削深度影响。用定程机构调整用样件或样板调整（）工件残余应力引起的误差残余应力是指当外部载荷去掉以后仍存留在工件内部的应力。残余应力是由于金属发生了不均匀的体积变化而产生的。其外界因素来自热加工和冷加工。有残余应力的零件处于一种不稳定状态。一旦其内应力的平衡条件被打破，内应力的分布就会发生变化，从而引起新的变形，影响加工精
45、度。内应力产生的原因主要有：毛坯制造中产生的内应力；冷校正产生的内应力；切削加工产生的内应力。减小或消除内应力的措施 一是采用适当的热处理工序。二是给工件足够的变形时间。三是零件结构要合理，结构要简单，壁厚要均匀。（）数控机床产生误差的独特性 数控机床与普通机床的最主要差别有两点：一是数控机床具有“指挥系统”数控系统；二是数控机床具有执行运动的驱动系统伺服系统。在数控机床上所产生的加工误差，与在普通机床上产生的加工误差，其来源有许多共同之处，但也有独特之处，例如伺服进给系统的跟踪误差、检测系统中的采样延滞误差等，这些都是普通机床加工时所没有的。所以在数控加工中，除了要控制在普通机床上加工时常出
46、现的那一类误差源以外，还要有效地抑制数控加工时才可能出现的误差源。这些误差源对加工精度的影响及抑制的途径主要有以下几个方面：机床重复定位精度的影响数控机床的定位精度是指数控机床各坐标轴在数控系统的控制下运动的位置精度，引起定位误差的因素包括数控系统的误差和机械传动的误差。而数控系统的误差则与插补误差、跟踪误差等有关。机床重复定位精度是指重复定位时坐标轴的实际位置和理想位置的符合程度。检测装置的影响检测反馈装置也称为反馈元件，通常安装在机床工作台或丝杠上，相当于普通机床的刻度盘和人的眼睛，检测反馈装置将工作台位移量转换成电信号，并且反馈给数控装置，如果与指令值比较有误差，则控制工作台向消除误差的
47、方向移动。数控系统按有无检测装置可分为开环、闭环与半闭环系统。开环系统精度取决于步进电动机和丝杠精度，闭环系统精度取决于检测装置精度。检测装置是高性能数控机床的重要组成部分。刀具误差的影响在加工中心上，由于采用的刀具具有自动交换功能，因而在提高生产率的同时，也带来了刀具交换误差。用同一把刀具加工一批工件时，由于频繁重复换刀，致使刀柄相对于主轴锥孔产生重复定位误差而降低加工精度。抑制数控机床产生误差的途径有硬件补偿和软件补偿。过去一般多采用硬件补偿的方法。19如加工中心采用螺距误差补偿功能。随着微电子、控制、监测技术的发展，出现了新的软件补偿技术。它的特征是应用数控系统通信的补偿控制单元和相应的
48、软件，以实现误差的补偿，其原理是利用坐标的附加移动来修正误差。（）提高加工精度的工艺措施保证和提高加工精度的方法，大致可概括为以下几种：减小原始误差法、补偿原始误差法、转移原始误差法、均分原始误差法、均化原始误差法、 “就地加工”法。减少原始误差这种方法是生产中应用较广的一种基本方法。它是在查明产生加工误差的主要因素之后，设法消除或减少这些因素。例如细长轴的车削，现在采用了大走刀反向车削法，基本消除了轴向切削力引起的弯曲变形。若辅之以弹簧顶尖，则可进一步消除热变形引起的热伸长的影响。补偿原始误差误差补偿法，是人为地造出一种新的误差，去抵消原来工艺系统中的原始误差。当原始误差是负值时人为的误差就
49、取正值，反之，取负值，并尽量使两者大小相等；或者利用一种原始误差去抵消另一种原始误差，也是尽量使两者大小相等，方向相反，从而达到减少加工误差，提高加工精度的目的。转移原始误差误差转移法实质上是转移工艺系统的几何误差、受力变形和热变形等。误差转移法的实例很多。如当机床精度达不到零件加工要求时，常常不是一味提高机床精度，而是从工艺上或夹具上想办法，创造条件，使机床的几何误差转移到不影响加工精度的方面去。如磨削主轴锥孔保证其和轴颈的同轴度，不是靠机床主轴的回转精度来保证，而是靠夹具保证。当机床主轴与工件之间用浮动联接以后，机床主轴的原始误差就被转移掉了。均分原始误差在加工中，由于毛坯或上道工序误差（以下统称“原始误差” ）的存在，往往造成本工序的加工误差，或者由于工件材料性能改变，或者上道工
