机械加工工艺系统是一个弹性系统。弹性系统在外力作用下所产生的变形位移的大小取决于外力大小和系统抵抗外力的能力。工艺系统抵抗外力使其变形的能力称为工艺系统的刚度。工艺系统的刚度用切削力和在该力方向上所引起的刀具与工件间相对变形位移的比值来表示。由于切削力有三个分力，在切削加工中对加工精度影响最大的是刀刃沿加工表面的法线方向（Y方向）的分力，因此计算工艺系统刚度时，通常只考虑此方向上的切削分力FY和变形位移量Y，即

1.车床刀架刚度变形曲线

众所周知，机床部件由许多零件组成。机床部件的刚度，即其抵抗外力使其变形的能力，迄今尚无合适的简易计算方法，主要用实验方法来测定。

图12-21所示为车床刀架刚度变形曲线。分析图中实验曲线，可以总结机床刀架刚度具有以下特点：

图12-21　车床刀架刚度变形曲线

①变形与载荷不成线性关系。

②加载曲线和卸载曲线不重合，卸载曲线滞后于加载曲线。两曲线间所包容的面积就是加载和卸载循环中所损耗的能量。该能量消耗于摩擦力所做的功和接触变形功。

③第一次卸载后，变形恢复不到第一次加载的起点，这说明存在残余变形。经多次加载卸载后，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。

④机床部件的实际刚度远比我们按实体估算的要小。

2.工艺系统刚度对加工精度的影响

（1）刀架刚度的影响。

加工过程中，由于工件的加工余量发生改变而引起切削力变化，所以刀架后移会产生加工误差。

若毛坯存在椭圆形状误差（图12-22），由图可知，令毛坯椭圆长轴方向上吃刀量为ap1，短轴方向吃刀量为ap2。由于椭圆长轴、短轴两方向吃刀量不同，切削力不同，故刀架后移也不同。设对应于ap1产生的让刀为Y1，对应于ap2产生的让刀为Y2，则加工出来的工件必然存在一定的椭圆形状误差。这就是，由于毛坯存在圆度误差Δ毛=ap1-ap2，故将引起工件的圆度误差为Δ工=Y1-Y2，且Δ毛越大，Δ工越大。这种现象称为加工过程中的毛坯误差复映现象。Δ工与Δ毛的比值ε称为误差复映系数，它是误差复映程度的度量，即

图12-22　误差复映现象

由此可知，工序次数n越多，误差复映系数ε越小，加工精度越高。由于ε＜1，所以总的复映系数将是一个很小的值，这样工件精度就随着n增加而逐步提高。这就是加工表面通常采用粗、精、精细加工的几个阶段后逐步达到技术要求的道理。

（2）工件刚度的影响。(www.daowen.com)

图12-23所示为在车床上车削细长杆，此时工件发生弯曲，影响加工精度。因此，加工中一般采取加装跟刀架、活顶尖和改变走刀方向的措施来提高加工精度。

图12-23　工件刚度的影响及措施

（a）车削细长杆出现弯曲；（b）加装跟刀架或活顶尖

3.提高工艺系统刚度措施

（1）合理设计零部件结构。

在设计零部件结构时，应尽量减少连接面数目，并防止有局部低刚度环节出现。对于基础件、支撑件，应合理选择零件结构和截面形状，以提高机床部件中零件间的接合刚度。必要时，应给机床部件以预加反向载荷等。

（2）采用辅助支撑。

例如，在加工细长轴时，工件的刚性差，采用中心架或跟刀架，或采用中间驱动方式，有助于提高工件的刚度。

图12-24（a）所示曲轴车床采用中间驱动而不是端头驱动，好处是明显缩短驱动处与被加工轴颈距离，降低了对刚度的要求。图12-24（b）所示为六角车床采用导套和导杆辅助支撑副提高刀架刚度。

（3）采用合理的装夹和加工方式。

例如，在卧式铣床上铣削角铁形零件，如按图12-24（c）左所示装夹和加工方式，则工件刚度较低；如改用图12-24（c）右所示装夹和加工方式，则工件刚度明显提高。加工箱体零件，粗加工采用短定位销，精加工采用长定位销，以消除定位孔磨损的影响，如图12-24（d）所示。加工汽车凸轮轴则采用托轮增加刚性，如图12-24（e）所示。

（4）减小载荷及其变化。

为了提高工艺系统刚度，建议采取适当的工艺措施来减小工艺系统中的载荷和变化。首先应该合理选择刀具几何参数，例如增大前角、让主偏角接近90°等；其次是控制切削用量，如适当减少进给量和背吃刀量，以减小切削力，相应减小受力变形；再者，将毛坯分组，使加工中的各组毛坯余量相对均匀，这样能减小切削力的变化，从而能够减小复映误差。

图12-24　提高工件刚度的措施

（a）曲轴加工采用中间驱动；（b）采用导向机构；（c）改变装夹和加工方式；
（d）精加工用长定位销；（e）凸轮轴加工采用托轮