偏心是对工件表面光洁度、加工尺寸精度和刀具寿命等产生不利影响的几个关键因素之一。偏心的定义为偏离中心轨迹,在切削过程中的偏心定义为主轴、刀柄和刀具的旋转轴不是其中心线,而是中心线的平行线,偏心是由主轴、刀柄、刀具的装夹偏差和几何外形缺陷引起的。偏心误差由两个几何参数偏移幅度矢量e_c和角位置矢量λ_c组成。在切削参数较大时,较小的偏移值引起的后果可能不显著,而在切削参数较小时,它可能会导致切屑量、铣削力等的周期性偏差。其他研究只显示了偏心对切削力等因素的许多不利影响,而本研究目标在于减少铣刀刀刃上的最终偏心误差,并揭示不同的主轴、刀柄、刀具的安装方位影响其外形轮廓和中心轴线的方式。这一问题的解决非常重要,因为偏心率与切削力成正比,过大的切削力会导致整个加工系统的变形,并产生意外的缺陷部件,因此开展了旨在不消除但减少这一误差的研究工作。本论文的主要研究工作为:(1)在CNC立式铣削加工中心上进行了大量测量实验。采用在轴向分层的方法,使用Swiss SYLVAC千分表测量了主轴、刀柄、刀具的各种装夹方位组合下每层的几何缺陷,分析得到各层的几何偏差,再组合这些几何偏差,发现在各种装夹方位组合下的中心轴线是条曲线,而不是一条直线。采用拟合的方法将这些曲线拟合成一条直线,从而绘出主轴、刀柄、刀具的外形面,这些外形面表示各加工工艺系统零件的外形状态。(2)为了更好地证明不同安装方位将影响偏心这一问题,对不同直径,不同切削刃和不同材料的其他五把铣刀应用了与研究工作(1)相同的测量和分析过程。绘出了各种装夹方位组合下最高层和最低层的偏心值,以显示两者的偏差,从而揭示安装方位影响偏心的显著性。(3)为了检查不同装夹方向对切削力和切削表面粗糙度的影响,并且得到引起的偏心误差、切削力和表面粗糙度最小的一种装夹方向组合,在数控铣削加工中心上用三把铣刀进行了不同装夹方向组合的24次直线切削,用北京航空航天大学制造的测力仪(SDC-C4F型)测量了切削力,并用MarSurf PS1粗糙度测量仪测量了切削表面粗糙度。对时域切削力信号采用了切比雪夫滤波器滤波,计算了各次实验的平均力,采用图形的方式比较不同装夹方向组合的切削力和加工表面粗糙度差异。本论文的研究结果和结论如下:(1)在#1刀具的某种装夹方位组合下切削刃的偏心量仅有约0.019 mm,而在另一种装夹方位组合下切削刃的偏心量达到约0.063 mm,后者约是前者的3倍,这表明安装方位高度影响偏心量。采用其他刀具时的测量结果也支持这一结论。(2)某种安装方位组合下平均切削力仅有约70.649 N,而在同样的切削工况下,另一种安装方位组合下的平均切削力可达-377.239 N,两者差异-447.888 N,差异非常显著。切削力周期性变化,在某种安装方位组合下某个刀齿的切削力最大,而在另一种安装方位组合下另一个刀齿的切削力最大。这些实验结果表明安装方位组合高度影响切削力。(3)#7刀具切削的加工表面粗糙度结果显示:第7号安装方位组合下的表面粗糙度值约为0.50 um,而第8号安装方位组合下的表面粗糙度值约为2.93 um,两者差异2.43um。这些组合下仅有铣刀的安装方位不同。表面粗糙度值的巨大差异表明安装方位组合高度影响加工表面粗糙度。