由机床、夹具、刀具和工件在切削过程中形成一个统一的整体，称为工艺系统。工艺系统受到切削中产生的各种力的作用，都会产生不同部位和不同程度的变形。工艺系统的受力变形是切削过程中很重要的原始误差，它不仅严重地影响加工精度，还影响加工表面质量。

1.工艺系统的刚度

工艺系统在切削力、传动力、夹紧力、惯性力以及重力等的共同作用下，使相关受力元件产生不同程度的弹性变形和塑性变形，同时在各受力元件的配合间隙处也会产生微量位移，并随着工艺系统因受力变化波动而引起的振动而扩大。这些综合因素产生的变形和位移，使刀具和工件间已经调好的正确相对位置遭到破坏，从而产生尺寸和几何形状误差和增大表面粗糙度。例如，支承在两顶尖间车削细长轴时（图3-7），由于采用了主偏角较大的车刀车削，因而产生了较大的背向切削力F_p，使工件产生弯曲变形而出现“让刀”现象，刀具越靠近中部，“让刀”越严重。“让刀”使背吃刀量减小，如图3-7a所示，导致工件直径逐渐变大。当切削力去除后，工件恢复原来的状态，使工件产生腰鼓形的圆柱度误差，如图3-7b所示。

使工艺系统的刀具与工件之间产生单位位移量所需的力称为工艺系统的刚度。

2.影响工艺系统刚度的主要因素

（1）机床各部件的刚度 影响机床各部件刚度的主要因素有：

1）接触刚度的影响。接触刚度指相互接触的两表面受外力后抵抗产生接触变形的能力，它在很大程度上决定机床部件的刚度大小。若接触表面的粗糙度较低，零件的实际接触面积就会远远小于理论接触面积，其接触刚度较小，受力后产生的接触变形较大。

图3-7 两顶尖夹紧车削细长轴

2）部件中各组合零件接触面间的间隙影响其接触刚度，如车床床鞍与导轨间的间隙将影响刀具纵、横两个方向的进给精度，从而影响工件的加工精度和表面粗糙度。

3）部件中薄弱零件的受力变形。如车床溜板部件中的中、小滑板的镶条，其结构长而薄，刚度差，不易加工平直，在外力作用下，会因接触不良而变形，使系统的刚度降低。

4）部件各组合零件接触面间的摩擦力，在载荷变化时，对接触刚度的影响较大。加载时，摩擦力阻止变形增加；卸载时摩擦力又阻止变形恢复。由于部件变形的不均匀增减，必将反映到刀具和工件上，产生加工误差，影响工件的加工质量。

（2）工件的刚度 工件的刚度与工件结构、尺寸以及在机床上的装夹方式和支承状况有关。如在车削外圆工件时（图3-8），当单端夹持成悬臂梁状态的工件时，其刚度很低，车削后将产生倒锥形误差，如图3-8a所示。当在右端用顶尖支承，采用一夹一顶的装夹方式时，可大幅度提高工件的刚度，但由于中间的刚度低于两端，车削后将产生腰鼓形误差，如图3-8b所示。在工件中间用中心架支承或采用跟刀架随工具的移动支承，能有效地提高细长轴的刚度，如图3-8c、d所示。

（3）刀具的刚度 刀具的刚度与刀具尺寸、结构、切削内容及装夹方式有关。如在车削内孔特别是深孔时，刀杆截面尺寸受工件孔径的限制，有很大的悬伸量，因此刚度很低，车削时易产生振动，影响工件的加工质量。所以在车削深孔时，往往采用前后或中间支承，及采用浮动镗刀的切削方法，以增加深孔车刀的刚度，保证孔的尺寸精度和直线度。

图3-8 工件的刚度与受力变形

a）单端夹住 b）一端夹住、一端顶住 c）用中架支承 d）用跟刀架支承 1—中心架 2—跟刀架

3.工艺系统受力变形对加工质量的影响

（1）切削力作用点位置变化的影响 工艺系统的刚度除受各组成部分刚度的影响外，还随切削力作用点位置的变化而变化。如图3-7等所示的情况，实际上是由切削力作用点位置的变化，使工件产生的弯曲变形，从而导致工件产生形状误差，影响工件的加工质量。

（2）切削力变化的影响 在车削加工时，加工余量不均或材料硬度不均匀，会引起切削力和工艺系统受力变形的变化，而产生“误差复映”现象。如在车削偏心量很大的毛坯孔时，在工件每转一周过程中，加工余量均发生或大或小的变化。当加工余量大时，切削力变大，刀具的“让刀”位移量也大；当车到余量小的一侧时，切削力和刀具的位移量小，如图3-9所示。因此，加工后的表面具有与毛坯孔相同的偏移方向，而偏心量要小得多的偏心误差。将这个误差看作待加工表面的初始误差在已加工表面上的“复映”。工艺系统的刚度越低，误差的“复映”现象越严重。(www.daowen.com)

图3-9 “误差复映”现象

1—毛坯孔 2—车出后的孔 3—正确位置的孔

（3）加工断续表面也降低加工质量 车削已铣槽或已钻孔的表面时，会产生断续切削，如图3-10所示。到刀具进入“空档”时，切削力及“让刀”现象消失，这时当刀具在切入工件时，产生很大的冲击，出现较大的背吃刀量，在入刀处使工件边缘产生塌角，严重影响加工质量。

（4）刀具钝化的影响 刀具磨损后，使切削刃钝化，影响加工质量。

1）切削刃磨损，使加工尺寸发生变化，影响加工精度。

2）改变了刀具的几何参数，使切削力增大，若工艺系统刚度较低，将影响工件的形状精度。

3）钝化的切削刃，在进刀时会产生“让刀”现象，使加工尺寸不稳定。

其他力，如夹紧力、传动力、重力及惯性力等，对加工质量也都有不同程度的影响。

4.减少工艺系统受力变形误差的措施

减少工艺系统受力变形，是切削加工中保证产品质量和提高生产效率的有效途径。根据生产的实际情况，可采取以下措施：

（1）提高接触刚度 改善工艺系统主要零件接触面的配合质量是提高接触刚度的主要方法，如刮研机床导轨副、配研顶尖锥体与主轴和尾座套筒锥孔的配合面，以及研磨其他重要配合面的配合精度，从而提高各配合面的形状精度和表面质量，使接触面积增大，减少微观表面的弹性或塑性变形，有效地提高接触刚度。

图3-10 车削断续表面

（2）设法提高工件和刀具的刚度 切削力引起的加工误差，往往是由于工件或刀具本身的刚度较低引起的。可采用缩短切削力作用点，或通过辅助支承，如跟刀架、中心架或支承套等方式，减少工件或刀具的悬伸长度，以提高它们的刚度，减小变形形成的振动。

（3）减小切削力 合理选择刀具的几何参数和切削用量，以及保持锋利的切削刃，可减小切削力，特别是减小变形方向的切削力尤为重要。如在车削细长工件时，采用较大的主偏角，可减小背向切削力对工件的作用，以减小工件的弯曲变形。

（4）工件一般应分粗加工、半精加工和精加工 特别对壁薄或细长工件，在精车时，应以较小的背吃刀量和进给量，在较小的切削力状态下，修正粗加工或半精加工中产生的各种误差，以减少受力变形。

（5）合理安排工序，避免断续切削 如图3-10所示的工件，可采用先车削外径或平面，后铣键槽或钻孔的加工工序。

（6）合理装夹工件，减少夹紧变形 在工件装夹时，应使作用力通过支承面，力求减小弯曲力矩，工件的安装形式也应满足在切削时的刚度要求。