第二章 机械加工精度及其控制(一)

★ 主轴径向圆跳动对加工精度的影响（镗孔）
考虑最简单的情况，主轴回转中心在x方向上作简谐直线运动，其频 率与主轴转速相同，幅值为2e。则刀尖的坐标值为：
X ( R e) cos Y R sin
式中 R —— 刀尖回转半径； φ—— 主轴转角。 显然，上式为一椭圆。
e
径向跳动对镗孔精度影响
S 8 R h
式中 R ——球头刀半径； h ——允许的残留高度。
h
S
空间曲面数控加工
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例2：用阿基米德蜗杆滚刀滚切渐开线齿轮 采用阿基米德蜗杆或法向直廓蜗杆代替渐开线基本蜗杆 而产生的刀刃齿廓近似造型误差。 由于滚刀刀齿有限，实际加工出的尺形是一条有微小折 线组成的曲线，和理论的光滑渐开线有差异。
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1）导轨在水平面内的直线度（弯曲） Y
对于车床和外圆磨床由于刀尖相对于工件回转轴线在加工表面径向方向的变 化属敏感方向，故其对零件的形状精度影响很大。
R y
车床导轨在水平面内有弯曲后，纵向 进给中刀具相对工件轴线不能平行。因而 工件表面上形成形状误差。当导轨向后凸 时工件产生鞍形误差，向前凸时工件产生 鼓形误差。
间的相互位置）对理想几何参数的偏离程度， 从保证产品使用性能分析允许有一定的加工误 差。
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3、两者关系：
两者从不同角度来评定加工零件的几何参数。
加工精度的高低是由加工误差的小大来表示的 ，保证和提高加工精度问题，实际上是限制和 降低加工误差问题。
4、加工精度的合理制定：
一般加工精度越高则加工成本相对越高，生产
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回转精度：
机床主轴在回转时实际回转轴线对理想回转轴线的相一致程度。
回转误差：
机床主轴在回转时实际回转轴线对理想回转轴线的漂移。
误差产生原因：
由于主轴部件中轴承、轴颈、轴承座孔等的制造误差和配合质量， 润滑条件，以及回转时的动力因素的影响。瞬时回转轴线的空间位置在周 期性变化。
理想回转轴线：
工艺系统中的种种误差，在不同的具体条件下
，以不同的程度和方式反映为加工误差，工艺 系统的误差时”因”,是根源；加工误差是“果 ”，是表现。
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7、原始误差：

工艺系统的各种误差叫原始误差。

研究加工精度的目的，就是要弄清各种原 始误差的物理，力学本质，以及他们对加 工精度影响的规律，掌握控制加工误差的 方法，获得预期的加工精度，需要时找出 进一步提高加工精度的途径。
例 3 ：在曲线获曲面的数控加工中，由于数控铣床一般不具 有空间插补功能。如曲线的加工是由许多很短的折线段逼近 得到，逼近的精度可由每根线段的长度来控制。在三坐标联 动的数控铣床上加工区面，实际上是一面一面的空间直线逼 近空间曲面。即整个曲面是由大量加工出的小直线来逼近。 因此，在曲线或曲面加工中，刀具相对于工件地成形运行是 近似的。
客观存在，但无法确定，通常是以平均回转轴线来代替。
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分类：
径向圆跳动 a）径向圆跳动 端面圆跳动 b）端面圆跳动
倾角摆动
c）倾角摆动 主轴回转误差基本形式
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★ 主轴端面圆跳动对加工精度的影响 被加工端面不平，与圆柱面不垂直； 加工螺纹时，产生螺距周期性误差。
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主轴回转误差对加工精度的影响
e
径向跳动对车外圆精度影响
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★ 主轴倾角摆动对加工精度的影响 几何轴线相对与平均轴线在空间成一定锥角的圆锥运动。 若沿与平均轴线垂直的各个截面来看，相当于几何轴线绕平均轴心做偏心运 动，只是各截面的偏心量不同。因此，无论车削还是镗削都能获得一个正圆柱。
几何轴线在某一平面内作角度摆动 若频率和主轴回转频率一致，沿与平均回转轴线垂直的各个截面看，车削表 面是一个圆，整体为一圆柱，镗孔时，在垂直于主轴平均轴线的各个截面内都形 成椭圆，整体加工出椭圆柱。
第二章 机械加工精 度及其控制
机器零件的加工质量决定了机 器的： 1.性能 2.质量 3.寿命
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第一节 概述

零件的加工质量是保证机械产品质量的基础。
尺寸精度
加工精度
形状精度 位置精度
（通常形状误差限制在位置公差内，位 置公差限制在尺寸公差内）
表面粗糙度 波度
表面几何形状精度
表面质量
纹理方向
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3、提高导轨导向精度的措施 制造误差—— 机床设计制造时，应从结构、润滑、防护装置、采取 措施提高导向精度。 安装误差—— 机床安装时，应校正好水平和保证地基质量。 磨损误差—— 使用时，注意调整导轨配合间隙，同时保证良好的润 滑和维护。
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（二）主轴的回转误差
主轴回转误差的基本概念 机床主轴是用来装 夹工件或刀具并传递主要切削运动的重要部件。 它的回转精度是机床精度的一项很重要指标， 主要影响零件加工表面的几何形状精度、位置 精度和表面粗糙度。 主轴回转误差对加工精度的影响 机床不同、 加工表面不同，主轴回转误差所引起的加工误 差也不相同。
伤痕（划痕、裂纹、砂眼等）
表层加工硬化 表面缺陷层
表层金相组织变化
表层残余应力
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加工质量包含的内容
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机械加工精度

1、加工精度：
零件加工后实际几何参数与理想几何参数接近
程度。符合程度越高，加工精度越高，实际生 产中零件不可能与理想的要求完全符合。

2、加工误差：
指加工后的实际几何参数（尺寸，形状和表面
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二 调整误差
1、试切法 （图a）：单件小批生产
测量误差。 试切时与正式切削时切削厚度不同造成 的误差。 机床进给机构的位移误差。 a）
2、调整法（图b）：大批大量生产
定程机构误差。 样件或样板误差。 测量有限试件造成的误差。 和试切法有关的误差。
b）
试切法与调整法
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三 机床误差
位，并用菱形销插入经半精镗的销孔中作周向 定位。固定活塞的夹紧力作用在活塞的顶部。 由于设计基准（顶面）与定位基准(止口端面) 不重合，及定位止口与夹具上凸台、菱形销与 销孔的配合间隙会引起定位误差，若夹紧力过 大会引起夹紧误差。这两项原始误差统称为工 件装夹误差。
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调整
装夹工件前后，必须对机床、刀具和夹具进行
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3）前后导轨的平行度（扭曲）δ
以车床为例
y tg , si n B H 很 小 ， tg si n


y B H

H y B
一般：
车床： 磨床：
H 1 2 ~ B 2 3
H 1 B
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2、导轨导向精度的影响因素 1）导轨的制造误差 2 ）导轨的安装误差：对长度较长的龙门刨床、龙门铣床 和导轨磨床。他们的床身导轨为一细长结构、刚性较差，在 本身自重作用下就容易变形，若安装不正确或地基不良，都 会造成导轨弯曲变形。 3)导轨的磨损：由于使用程度不同及受力不均，机床使用 一段时间后，导轨全长上各段的磨损量不等。并且在同一横 截面上个导轨面的磨损量也不相等。
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★ 主轴径向圆跳动对加工精度的影响（车外圆） 仍考虑最简单的情况，主轴回转中心在x方向上作简谐直线运动，其频率 与主轴转速相同，幅值为2e。则刀尖运动轨迹接近于正圆。
◎ 思考：主轴回转中心在x方向上 作简谐直线运动，其频率为主轴转 速两倍，被车外圆形状如何？
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结论：主轴径向跳动影响加工表 面的圆度误差
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原始误差的分类
原理误差 定位误差 调整误差 刀具误差 夹具误差 机床误差
与工艺系统原始状 态有关的原始误差 (几何误差)
原始 误差
工件相对于刀具静止状态下 的误差
主轴回转误差 工件相对于 导轨导向误差 刀具运动状 态下的误差 传动误差
与工艺过程有关的 原始误差(动误差)
工艺系统受力变形（包括夹紧变形） 工艺系统受热变形 刀具磨损 测量误差 工件残余应力引起的变形
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加工
由于在加工过程中产生了切削力、切削热和摩
擦，它们将引起工艺系统的受力变形、受热变 形和磨损，影响了工件与刀具之间的相对位置 ，造成加工误差。这类在加工过程中产生的原 始误差称为工艺系统的动误差。

测量
在加工过程中，还必须对工件进行测量，任何
测量方法和量具、量仪也不可能绝对准确，由 此产生的误差称为测量误差。
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影响主轴回转精度的主要因素
1）轴承误差的影响 ★ 滑动轴承 车床类机床（图1） ——切削力的方向大体 不变，主轴经以不同部件与轴承内孔的某一固 定部位相接触。因此影响主轴回转精度的主要 是主轴轴径的圆度。 B A
图1 轴径不圆引起车床主轴 径向跳动
镗床类机床（图2）—— 切削力随主轴回 转而回转，主轴径总是以固定部位与轴承孔 内表面的不同部位接触，因此轴承孔的圆度 对主轴回转精度影响最大。
'
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Z 2）导轨在垂直面内的直线度（弯曲）
垂直面内直线度误差对车床的影响较小，可以忽略不计。但对于龙门刨 床、龙门铣床及导轨磨床来说，导轨在垂直面内的直线度误差将直接反映到 工件上。
R' 2 Z 2 R 2 ( R R ) 2 Z 2 R 2 Z 2 2R R R 2 0 忽 略R 2 项 Z 2 则 ：R 2R
图2 轴承孔不圆引起镗床主轴 径向跳动 33
静压轴承 —— 对轴承孔或轴径圆度误差起均化作用 ★ 滚动轴承 内外滚道圆度误差、滚动体形状及尺寸误差
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误差敏感方向
工艺系统原始误差方向不同，对加工 精度的影响程度也不同。对加工精度影 响最大的方向，称为误差敏感方向。 误差敏感方向一般为已加工表面过切 削点的法线方向。 如图所示车刀加工