12 影响加工精度的因素解析

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（一）机床的几何误差
(3) 导轨间的平行度误差对加工精度的影响
⊿y≈（H /B）×⊿l3
车床H/B≈2/3，外圆磨床H/B≈1
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（一）机床的几何误差
除导轨制造误差外，导轨的不均匀磨损 和安装质量，也是造成导轨误差的重要因素。 导轨磨损是机床精度下降的主要原因之一。可 采用耐磨合金铸铁、镶钢导轨、贴塑导轨、滚 动导轨导轨表面淬火等措施。
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（一）机床的几何误差
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（一）机床的几何误差
主轴轴向窜动误差对加工精度的影响 对内外圆加工没有影响； 加工的端面与内外圆轴线不垂直，主轴每转一周，就 沿轴向窜动一次，向前窜动的半周内形成右螺旋面， 向后窜动的半周内形成左螺旋面，最后切出如同端面 凸轮一样的形状，并在中心附近出现一个凸台； 加工螺纹时，产生单个螺距的周期误差。 纯角度摆动误差对加工精度的影响 车外圆时会产生圆柱度误差（锥体）； 镗孔时，孔将成椭圆形。
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一、原理误差
一、原理误差
1、定义 由于采用近似的加工运动、近似的刀具 轮廓和近似的加工方法所产生的加工误差，为加 工原理误差。 2、产生原因： ①采用理论上完全正确的加工方法有时会使机床 及刀具的结构极为复杂，以致制造困难； ②由于环节过多增加了机构运动中的误差，反而 得不到高的加工精度，所以实际生产中常采用近 似的加工原理进行加工。
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（一）机床的几何误差
主轴纯径向跳动误差对加工精度的影响 镗床上镗孔：设由于主轴的纯径向跳动使轴心线在Y坐 标方向上作间谐直线运动，其频率与主轴转速相同，其幅 值为A；再设主轴中心偏移最大（A）时，镗刀尖正好通 过水平位置。所以当镗刀转过一个角度时，刀尖的轨迹方 程为：
车削时：处于水平位置切出的半径一侧小一个振幅A， 一侧大一个振幅，工件各处直径相等，工件表面接近一个 真圆，但中心偏移一个振幅。
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（一）机床的几何误差
1）主轴回转误差
（4）影响主轴回转 精度的主要因素
轴承本身误差、轴 承间隙、轴承间同轴 度误差，主轴各段轴 颈、轴孔的同轴度误 差、主轴系统的刚度 和热变形等。 但它们对主轴回转 精度的影响大小随加 工方式而不同
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采用滑动轴承时的影响因素
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图2-3 六角车床刀具垂直安装
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（一）机床的几何误差
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（一）机床的几何误差
结论： 导轨在水平面内的直线度误差将直接 反映在被加工工件表面的法线方向（误差 敏感方向）上，对加工精度的影响最大。 导轨在垂直平面内的直线度误差对加 工精度影响很小，一般可忽略不计。 y — 误差敏感方向 z — 非误差敏感方向
（一）机床的几何误差
4．传动链误差
定义：传动链始末两端传动元件间相对运动的误差。
一般用传动链末端元件的转角误差来衡量。 影响因素： （1）传动链中传动元件的制造误差；
（2）装配误差；
（3）使用过程中的磨损；
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设第j个传动元件有转角误差△φj，则该转角误差通 过相应的传动链传递到被切齿轮的转角误差 φjn28 = Kj 28 △φj 42 80 △ 28 e a c 1 1n 1 式中 K 为第 j个传动件的误差传递系数 i差 K11 。 j 20 28 28 28 56 f b d 72 则被切齿轮转角误差的总和△φ∑为
放大器 记录仪
1.基准圆球 2.电容传感器 3.摇摆杆 4.调整螺钉 5.调整球 6.固定心轴
6
5
4
3
1
2
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（一）机床的几何误差
如果主轴绕固定的轴心回转，则回转误差等于零，而只存 在钢球对回转中心的偏心造成的跳动，其值为两传感器所测 间隙变化的矢量和。此时相互垂直的两传感器分别输出的信 号与间隙变化成正比：
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jn K j j
j 1 j 1
n
n
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（一）机床的几何误差
减少传动链误差的措施：
jn K j j
j 1 j 1 n n
①减少传动元件数目，尽可能缩短传动链； ② 尽量采用降速传动； ③ 提高传动元件、特别是末端元件的制造和装配精度； ④ 消除传动间隙； ⑤采用误差补偿机构或自动补偿装置。
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（一）机床的几何误差
3．导轨与主轴回转轴线位置误差对加工精度的影响
(1)导轨在水平面内倾斜在车削外圆时使工件产生
锥形误差
L d－Δd d Z
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Δx
X
f a）
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（一）机床的几何误差
(2)导轨垂直面内倾斜产生 鞍形（双曲面）误差
Hy R0
f
b）
2018/10/6 31 影响加工精度的因素
原始误差—— 引起加工误差的根本原因是工艺系统存在
着误差，将工艺系统的误差称为原始误差。
原始误差分类
与工艺系统原始状 态有关的原始误差 (几何误差)
原始 误差
与工艺过程有关的 原始误差(动误差)
主轴回转误差 工件相对于 机床误差 导轨导向误差 刀具运动状 态下的误差 传动误差 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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（一）机床的几何误差
（6）机床主轴回转精度的测量 表测法 有2个缺点： 不能反映主轴在工作转速下的精度； 不能把主轴回转的径向跳动与试棒轴线相对主轴 回转轴线偏心所引起的径向跳动区分开来。
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（一）机床的几何误差 测试系统 实验内容，如图所示
放大器 示波器
单线形代替理论轮廓，或用一种线形刃带的刀具加工多种形面。
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一、原理误差 （二）近似成形运动加工
在数控电火花线切割机床上加工模具的曲线轮廓 表面时，工件的曲线轮廓由机床x，y工作台分别依 次提供微小脉冲进给而合成，曲线实际上是微小折 线构成的，即存在着由于采用近似成形运动而产生 的原理误差。
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（一）机床的几何误差
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（一）机床的几何误差
分析可知：
车削加工中，主轴回转轴线径向跳动的水平分量最为敏 感，主要影响工件的圆度和圆柱度，对端面无影响； 主轴回转轴线的轴向跳动主要影响被加工工件端面的形 状精度，对圆柱面无影响； 主轴回转轴线的摆动对圆柱面和端面形状均有影响； 对于刀具回转型机床，误差敏感方向随主轴的转动而改 变，始终为刀尖处切削表面的法线方向。 分析主轴回转运动误差对加工表面形状的影响应着重 分析误差敏感方向上的影响。
（一）机床的几何误差
2．导轨误差 机床导轨的精度指标
机床上移动部件的直线运动精度主要取决于导轨精度及部件与 导轨的配合精度。对导轨有如下要求：
»在水平面内的直线度
»在垂直面内的直线度
»前后导轨的平行度 一般机床公差为：1000：0.02，精密机床：1000：0.01 »导轨面的配合精度 一般机床接触斑点16点/25x25mmxmm，精密机床为：
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（一）机床的几何误差
（1）主轴回转误差 ②主轴回转误差的基本形式： a. 径向圆跳动 b. 角度摆动 c.轴向圆跳动
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③主轴回转误差对加工精度的影响 • 不同形式的主轴回转误差对加工精度的影响是不 同的。同一形式的主轴回转误差对于不同类型的 机床其影响也不同。因此，要根据具体情况进行 具体分析。 • 机床可分为工件回转类(如车床、磨床)和刀具回 转类机床(如镗床)。在加工过程中，对工件回转 类机床，其切削力的方向不变，而刀具回转类机 床，其切削力的方向是周期性地变化的。所以主 轴的回转误差对加工精度的影响也不同。
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一、原理误差
（一）使用近似刀具进行加工 1、原理：用成形刀具加工复杂形面时，往往采用圆弧、直线等简 2、举例：
用齿轮模数铣刀铣齿轮，若要获得理想齿形，必须对每一种齿数 的齿轮制造一把铣刀，对刀具的制造、管理和使用极为不变。因 此为每一模数制造一组铣刀（每组8把、15把或26把）来铣不同 齿数的齿轮。对于中小模数铣刀，每一模数为8把一组，其中4号 铣刀加工齿数范围为21-25齿，其刃带形状是按齿数为23的齿形 设计制造的，因此当加工21、22、24、25齿数齿轮时产生误差。 再如，用齿轮滚刀加工渐开线齿轮时，由于制造困难，采用阿基 米德基本蜗杆或法向直廓蜗杆代替渐开线蜗杆。
（一）机床的几何误差
对于车削：影响主轴精度的主要因素是滚动体的形 状误差、内外环的同轴度误差、主轴轴颈的形状误差 和外环内表面的形状误差。 对于镗削：影响因素为内环的形状误差，滚动体的 形状误差和内外环的同轴度误差。
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（5）减少主轴回转误差影响的措施 • 设计与制造高精度的主轴部件； • 对高速运动的系统进行动平衡； • 使回转误差不反映到被加工的工件上，即采用工 件的定位与运动传递分开的结构。例如磨外圆， 工件采用死顶尖；镗箱体上的孔系，采用镗模镗 孔，主轴与镗杆采用浮动连接；磨削机床主轴前 端的锥孔，工件与机床主轴间用弹性连接，主轴 只起传动作用，以减小主轴回转误差对加工精度 的影响。
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原理误差 定位误差 调整误差 刀具误差 夹具误差
工件相对于刀具静止状态下 的误差
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第二节 影响加工精度的因素
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。