机械制造工艺精品教案-机床几何误差及其对加工精度的影响

课时：2课时
教学课题：机床几何误差及其对加工精度的影响
教学目标：掌握机床主轴回转精度的概念及对加工精度的影响；
了解主轴回转误差产生的原因，主轴回转误差的测量方法及提高主轴回转精度的措
施；
掌握机床导轨导向精度的概念及对加工精度的影响；
了解提高导轨导向精度的措施；
掌握机床成形运动之间的位置关系精度和速度关系精度及其对加工精度的影响；
了解提高这些精度的措施。

教学重点：了解主轴回转误差产生的原因；
主轴回转误差的测量方法及提高主轴回转精度的措施；
掌握机床导轨导向精度的概念及对加工精度的影响；
了解提高导轨导向精度的措施。

教学难点：了解提高这些精度的措施。

教具仪器：多媒体
第三节机床几何误差及其对加工精度的影响
2.3机床几何误差及其对加工精度的影响
机床的几何精度主要包括回转运动精度、直线运动精度、成形运动间位置关系精度和传动精度等几个方面。

2.3.1主轴回转运动精度
理想回转轴线虽然客观存在，但却无法确定其位置，因此通常是以平均回转轴线（即主轴各瞬时回转轴线的平均位置）来代替。

为便于研究，可以将主轴回转轴线的运动误差分解为径向圆跳动、端面圆跳动和倾角摆动三种基本型式，如图4-14所示。

主轴回转误差的产生
产生径向圆跳动的原因
（1）滑动轴承
1）车床：主轴轴颈的圆度误差将在回转过程中引起轴线位置产生瞬时变化，造成径向跳动；而轴承内孔有圆度误差时，其影响较小，如图4-15a，b 所示。

2）镗床：由于切削力作用方向是变化的，因而当滑动轴承内孔有圆度误差时，将使主轴在回转的过程中产生径向跳动，引起镗孔的圆度误差，如图4-15c所示。

（2）滚动轴承
主轴采用滚动轴承时，滚动轴承的内圈、外圈和滚动体本身的几何误差都将影响主轴回转精度。

此外，主轴轴颈的误差、轴承孔的误差、装配质量以及装配间隙等对主轴回转精度也有重要影响。

产生端面圆向跳动的原因
推力轴承滚道端面误差会造成主轴端面圆跳动，见图4-16。

由图可见，若只有一个端面滚道存在误差，对端面圆跳动影响很小（图a）；只有当两个滚道端面均存在误差时，才会引起较大的跳动量（图b）。

同样，推力轴承滚动体的几何误差，两推力环安装面的误差，以及装配质量和装配间隙等对主轴端面圆跳动误差也有重要影响。

产生倾角摆动的原因
倾角摆动可视为径向圆跳动与端面圆跳动的综合。

凡引起径向圆跳动与端面圆跳动的因素均会影响主轴的倾角摆动。

主轴回转误差对零件的加工精度的影响
由于存在误差敏感方向，加工不同表面时，主轴的径向跳动所引起的加工误差也不同。

例如，在车床上加工外圆或内孔时，主轴的径向跳动将引起工件的圆度误差，但对于端面加工没有直接影响。

车端面时，主轴的轴向窜动将造成工件端面的平面度误差，以及端面相对于内、外圆的垂直度误差；车螺纹时，会造成螺距误差。

主轴的轴向窜动对加工外圆或内孔的影响不大。

主轴的角度摆动对加工误差的影响与主轴径向跳动对加工误差的影响相似，主要区别在于主轴的角度摆动不仅影响工件加工表面的圆度误差，而且影响工件加工表面的圆柱度误差。

主轴回转精度的测量
可以通过对主轴回转精度的测量，可以加深对主轴回转精度的理解。

主轴回转精度的测量装置如图4-20所示。

在主轴端部连结一个精密的测量球3，球的中心和主轴回转轴心线间有微小偏心e，在球的横向（垂直于主轴回转轴线方向）相互垂直的位置上安装两个位移传感器2、4，并使之与测量球之间保持一定的间隙。

当主轴旋转时，由于轴心线的漂移引起测量间隙产生微小的变化，两个传感器接受此信号经放大器5放大后，分别输入到示波器6的水平和垂直偏置端口。

假设测量球的圆度误差很小，近似正圆，主轴也没有回转误差，此时在示波器上显示出一个以偏心距e为半径的圆。

当主轴存在回转误差时，传感器测出误差信号叠加到球心所作的圆周运动上，这时示波器上将描绘出一个非圆的李沙育图形，它是由不重合的每转回转误差曲线叠加而成。

包容该图形半径差为最小的两个同心圆的半径差△R min，即为主轴回。