工艺系统几何精度对加工精度的影响及其控制

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4.2.5 机床几何误差对加工精度的影响及其控制
成形运动间位置关系精度 机床的切削成形运动往往是由几个独立运动复合而成的， 各成形运动之间的位置关系精度对工件的形状精度有很大的 影响，所引起的加工误差量值可根据工艺系统中的几何关系 求得。
对外圆和端面车削的影响
对卧镗内孔的影响
端铣刀对称铣削时的平面度误差和位移加工
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4.2.5 机床几何误差对加工精度的影响及其控制
成形运动间速度关系精度 传动链误差是指机床内联系传动链始末两端传动元件之 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。
z1 = 64
z3 = z4 = 23
n d k
z2 = 16
zn-1 = 1 zn = 96 d
各传动件对工件精度影响的总和,即传动链的总转角误差为：
jn k j j sin( j t j ) j 1 j 1
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n
4.2.5 机床几何误差对加工精度的影响及其控制
jn k j j sin( j t j ) j 1 j 1
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4
4.2.3 装夹误差与夹具误差对加工精度的影响及其控制
装夹误差与夹具误差
利用夹具装夹工件进行加工时，造成工件加工表面之间尺寸和位置 误差的因素主要有：
L±0.05 Z
工件装夹误差ΔZJ
包括定位误差ΔDW和夹紧误差ΔJJ 。 夹具对定误差ΔDD 包括对刀误差ΔDA和夹具位置误差ΔJW。
φ10
件的转角误差 △φj 将在工件上造成幅值为kj△j、频率为在工作台每转 中出现1/kj 次的转角误差 △φjn。
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4.2.5 机床几何误差对加工精度的影响及其控制
采用频谱分析方法，找出影响传动精度的误差环节
ΔφΣ A1 A2 Ai
φn a)
ω1
ω2
b)
ωi
ω（频率）
图4-18 传动链误差的频谱分析
频 Fr 域 Do equ ma enc in y
5 3
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频域与时域
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4.2.5 机床几何误差对加工精度的影响及其控制
提高传动精度的方法
• 减少传动链中传动件数目，缩短传动链长度。 • 采用降速传动链，以减小传动链中各元件对末端元件转角误差的影响。
• 提高传动元件，特别是末端传动元件的制造精度和装配精度。
3
4.2.2 量具误差与测量误差对加工精度的影响及其控制
量具误差与测量误差
计量器具误差主要是由示值误差、示值稳定性、回程
误差和灵敏度等四个方面综合起来的极限误差。计量器具 误差会对被测零件测量精度产生直接的影响。 除量具本身误差之外，测量者的视力、判断能力、测 量经验、相对测量或间接测量中所用的对比标准、数学运 算精确度、单次测量判断的不准确等因素都会引起测量误 差。
z5 = z6 = 23
f
b c a e ic
ห้องสมุดไป่ตู้
n d k
——工件转角 ——滚刀转角 ——传动比
z7 = z8 = 16
jn k j j
j 1 j 1
n
n
图4-17 齿轮机床传动链
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4.2.5 机床几何误差对加工精度的影响及其控制
一般用传动元件产生的转角误差是因为制造时的几何偏心或运动偏 心及装配到轴上时的安装偏心等所引起，因此可近似认为各传动元件的 转角误差是转角的正弦函数。
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4.2 工艺系统原有误差对加工精度的影响及其控制
原理误差 定位误差 调整误差 刀具误差 夹具误差
与工艺系统原始状 态有关的原始误差 (几何误差)
工件相对于刀具静止状态下 的误差
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
b）
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a）
4.2.5 机床几何误差对加工精度的影响及其控制
机床误差
机床误差是指在无切削负荷下，来自机床本身制造误 差、安装误差和磨损。 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。 主轴回转运动精度 主轴回转误差是指主轴实际回转线对其理想回转轴线的漂移. 理想回转轴线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跳 动、轴向窜动和角度摆动三种基本型式。（图4-10）
成形运动间速度关系精度一般不影响圆柱面和平面的加工精度, 但 在加工工件运动和刀具运动有严格内联系的表面, 如车削、磨削螺纹和 滚齿、插齿、磨齿时, 则是影响加工精度的重要因素。
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频域与时域
频域与时域
11 9
7
1
时域 Time Dom ain
sum13579 t sum1357 s sum um13 135
机械制造技术基础
第4章 机械加工质量
Machining Quality
4.2 工艺系统几何精度对 加工精度的影响及其控制
Geometric Precisions of Technological System and its influence and control to machining Precision
2Y 2 d d
Flash演示
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H 导轨扭曲 R X n B
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4.2.5 机床几何误差对加工精度的影响及其控制
提高导轨导向精度的措施 • 改善导轨其制造精度、接触精度和精度保持性。 • 采用静压导轨，利用压力油或压力空气的均化作用，可 有效提高工作台的直线运动精度和精度保持性。
又
n
n
j 1 j t n t n t n kj
n
传动链误差
1 k j j sin( nt j ) kj j 1
可见，传动链传动误差（末端元件总转角误差）也是周期性变化的。 如以末端元件的圆频率为基准，各传动元件引起末端元件的转角误差就
是它的各次谐波分量。或者是说，幅值为△ｊ、圆频率为ωj的第j个元
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4.2.5 机床几何误差对加工精度的影响及其控制
直线运动精度 机床的直线运动精度主要是指导轨的导向精度。机床导 轨精度主要有导轨在水平面内的直线度、导轨在垂直面内的 直线度和双导轨间在垂直方向的平行度。
以普通车床为例
导轨在水平面内的直线度误差 导轨在垂直面内的直线度误差
d 2 X
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4.2.5 机床几何误差对加工精度的影响及其控制
径向跳动 产生原因主要是主轴轴承副的制造误差。根据不同的主 轴零部件布置情况影响到加工精度。只影响形状误差, 对端 面加工不影响。 •滑动轴承 •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。 结论：主轴径向跳动影响加工表面的圆度误差
倾角摆动。 结论：与主轴径向跳动影响类似，不仅影响圆度误差，而 且影响圆柱度误差。
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4.2.5 机床几何误差对加工精度的影响及其控制
提高主轴回转运动精度的措施
• 选用高精度的轴承，并提高主轴及箱体的制造精度和主轴 部件的装配精度。
• 对高速主轴部件要进行动平衡，对精密滚动轴承要采取预
加载荷等工艺措施。 • 采用液体或气体静压轴承，由于无磨损，高刚度（是滚动 轴承的5～6倍），以及对主轴轴颈的形状误差的均化作用， 可以大幅度地提高主轴回转精度。
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4.2.5 机床几何误差对加工精度的影响及其控制
轴向窜动 推力轴承滚道端面误差会造成主轴端面圆跳动
Flash演示
结论：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。 角度摆动 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
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4.2.4 刀具误差与调整误差对加工精度的影响及其控制
立轴转塔车床刀架转位误差的转移
将误差转移到加工误差的非敏感方向上，有效提高加工精度
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4.2.4 刀具误差与调整误差对加工精度的影响及其控制
调整误差
调整刀具与工件之间位置而产生的对刀误差 试切法（图 a） 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。 调整法（图 b） 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。
F7 k6
φ6F7
g6
H7
一般情况下，精加工用夹具的有
Y
关尺寸公差取工件相应尺寸公差的
1/2～1/3；粗加工时取1/5～1/10。 图4-7 钻径向孔的夹具
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4.2.4 刀具误差与调整误差对加工精度的影响及其控制
刀具误差
定尺寸刀具（钻头、 绞刀等）尺寸误差影响 加工尺寸误差 成形刀具和展成刀具 形状误差影响加工形状 误差 刀具磨损影响加工尺 寸误差或形状误差
• 采用误差补偿的方法。
调心滚子轴承 补偿同轴度误差
图4-19 丝扛加工误差补偿装置
1 — 工件 2 — 螺母 3 — 母丝杠 4 — 杠杆 5 — 校 正尺 6 — 触头 7 — 校正曲线
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若传动元件j，在某一时刻产生转角误差
j j sin( j t j )
Δj —— 第j 个传动元件转角误差的幅值
αj —— 第j 个传动元件转角误差的初相角 ωj —— 第j 个传动元件角速度
则所造成传动链末端元件n的转角误差：
jn k j j
n
Kj ——误差传递系数(元件j到n的传动比)
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4.2.1 原理误差对加工精度的影响及其控制
加工原理误差
加工原理误差是指采用了近似的成型运动或近似的刀 刃轮廓进行加工而产生的误差,一般多为形状误差。
如：在数控铣床上采用球头刀铣削复杂形面零件 用阿基米德蜗杆滚刀滚切渐开线齿轮； 在普通公制丝杠的车床上加工英制螺纹等
h
S
空间曲面数控加工
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