第4章 加工精度

∆Y 2 ∆RY = 2 R0 ∆RX = ∆X
（4-1） ） （4-2） ）
b） ） Y
4
Ｏ
∆RY a） ） Y
∆Y X
Ｏ
X ∆RX
显然： 显然： ∆RX >> ∆RY
图4-3 误差敏感方向
4.1.4 研究加工精度的方法
物理方法
◆理论方法：运用物理学和力学原理，分析研究某一个 理论方法：运用物理学和力学原理， 或某几个因素对加工精度或表面质量的影响。 或某几个因素对加工精度或表面质量的影响。 ◆试验方法：通过试验或测试，确定影响各因素与加工 试验方法：通过试验或测试， 质量指标之间的关系。 质量指标之间的关系。
k= Fp ∆X
（4-7） ）
工艺系统刚度； 式中 k—工艺系统刚度； 工艺系统刚度 Fp—吃刀抗力； 吃刀抗力； 吃刀抗力 ∆X —艺系统位移。 艺系统位移。 艺系统位移
数学方法
◆统计分析方法：运用数理统计原理和方法，根据被测 统计分析方法：运用数理统计原理和方法， 质量指标的统计性质，对工艺过程进行分析和控制。 质量指标的统计性质，对工艺过程进行分析和控制。
5
机械制造工艺学
第4 章 机械加工精度
4.2 工艺系统的几何精度对加工 精度的影响
6
4.2.1 加工原理误差
zn-1 = 1 zn = 96 d b ic
f
z5 = z6 = 23
c a
z7 = z8 = 16
e
图4-17 齿轮机床传动链
18
4.2.2 机床误差
◆ 提高传动精度措施 缩短传动链长度； 缩短传动链长度； 提高末端元件的制造精度与安装精度； 提高末端元件的制造精度与安装精度； 采用降速传动； 采用降速传动； 采用频谱分析方法，找出影响传动精度的误差环节； 采用频谱分析方法，找出影响传动精度的误差环节； 对传动误差进行补偿。 对传动误差进行补偿。
20
4.2.3 刀具与夹具误差
夹具误差
夹具误差影响加工位置精度； 夹具误差影响加工位置精度； 与夹具有关的影响位置误差因 素包括： 素包括： 1）定位误差； ）定位误差； 2）刀具导向（对刀）误差； ）刀具导向（对刀）误差； 3）夹紧误差； ）夹紧误差； 4）夹具制造误差； ）夹具制造误差； 5）夹具安装误差； ）夹具安装误差； …… 通常要求定位误差和夹具 制造误差不大于工件相应 公差的1/3。 公差的 。
∆≈0 ∆
a） ）
b） ）
图4-12 止推轴承端面误差对主轴 轴向窜动的影响
13
4.2.2 机床误差
◆ 主轴回转误差的测量 传统测量方法存在问题： ★ 传统测量方法存在问题： 包含心轴、锥孔误差在内 包含心轴、 非运动状态。 非运动状态。 ★ 准确测量方法
图4-13 传统测量方法
a) 图4-14 主轴回转误差测量法
L±0.05 ±
φ10 F7 k6
Z
φ6F7
H7
g6
Y
图4-19 钻径向孔的夹具
21
4.2.4 调整误差
试切法（图4-20 a） ）
测量误差。 测量误差。 试切时与正式切削时切削厚度 不同造成的误差。 不同造成的误差。 机床进给机构的位移误差。 机床进给机构的位移误差。
a）
调整法（图4-20 b） ）
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 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。 廓进行加工而产生的误差。 例1：在数控铣床上采用球头刀铣削复杂形面零件 图4-4) ：在数控铣床上采用球头刀铣削复杂形面零件(图
S = 8⋅ R ⋅ h
（4-3） ）
定程机构误差。 定程机构误差。 样件或样板误差。 样件或样板误差。 测量有限试件造成的误差。 测量有限试件造成的误差。
b）
图4-20 试切法与调整法
22
机械制造工艺学
第4 章 机械加工精度
4.3 工艺系统受力变形对 加工精度的影响
23
4.3.1 基本概念
工艺系统刚度
在加工误差敏感方向上工艺系统所受外力与变形量之比。 在加工误差敏感方向上工艺系统所受外力与变形量之比。
α f
α
Z
c） ）
图4-16 成形运动间位置误差对外圆和端面车削的影响
16
4.2.2 机床误差
◆ 影响导轨导向精度的主要因素 机床制造误差 机床安装误差 导轨磨损
17
4.2.2 机床误差
机床传动误差
◆ 机床传动误差对加工精度的影响 以齿轮机床传动链为例： 以齿轮机床传动链为例：
∆φΣ =
∑
n
j =1
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 通常形状误差限制在位置公差内， 置公差限制在尺寸公差内） 置公差限制在尺寸公差内）
图4-1 加工质量包含的内容
2
4.1.2 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。 着误差，将工艺系统的误差称为原始误差。
3
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
图4-2 原始误差构成
4.1.3 误差敏感方向
误差敏感方向
工艺系统原始误差方向不同，对 工艺系统原始误差方向不同， 加工精度的影响程度也不同。 加工精度的影响程度也不同。对 加工精度影响最大的方向， 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。 误差敏感方向一般为已加工表面 过切削点的法线方向。 过切削点的法线方向。
图4-11 轴承孔不圆引起镗床 主轴径向跳动
B A
图4-10 轴径不圆引起车床 主轴径向跳动
12
4.2.2 机床误差
◆ 影响主轴轴向精度的主要因素 ★ 推力轴承 滚道端面平面度误差及 与回转轴线的垂直度误 差（图4-12）。 ） ★ 其他因素 轴承孔、轴径圆度 误差； 误差 ；轴承孔同轴度误 轴肩、 差 ； 轴肩、 隔套端面平 面度误差及与回转轴线 的垂直度误差； 的垂直度误差； 装配质 量等。 量等。
球头刀半径； 式中 R —球头刀半径； 球头刀半径 h —允许的残留高度。 允许的残留高度。 允许的残留高度 例2：用阿基米德蜗杆滚刀 ： 滚切渐开线齿轮
h
S
图4-4 空间曲面数控加工
7
4.2.2 机床误差
主轴回转误差
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。 的漂移。 为便于研究，可将主轴回 为便于研究， 转误差分解为径向圆跳动 径向圆跳动、 转误差分解为径向圆跳动、 端面圆跳动和倾角摆动三种 端面圆跳动和倾角摆动三种 基本型式（ 基本型式（图4-5）。
∆R = α ⋅ H =
D ∆R
X
α
Y
B
δ ⋅H
B
（4-5）
图4-15 导轨扭曲引起的加工误差 15
δ
4.2.2 机床误差
导轨与主轴回转轴线位置误差对加工精度的影响。 导轨与主轴回转轴线位置误差对加工精度的影响。
L D－∆d － Hy d Z X f a） ） ∆z f b） ） ∆z R0
∆ ∆x
e
3 1
结论： 结论 ： 主轴径向跳动影响 加工表面的圆度误差。 加工表面的圆度误差。
图4-7 径向跳动对车外圆精度影响
10
4.2.2 机床误差
★ 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； 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。 加工螺纹时，产生螺距周期性误差。 ★ 主轴倾角摆动对加工精度的影响 与主轴径向跳动影响类 不仅影响圆度误差， 似 , 不仅影响圆度误差 ， 而且影响圆柱度误差。 而且影响圆柱度误差。
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 几何误差) 几何误差
原始 误差
与工艺过程有关的 原始误差(动误差 动误差) 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
∆φΣ A1 A2 Ai
φn ω1 a) ω2 b) ωi ω（频率） （频率）
图4-18 传动链误差的频谱分析
19
4.2.3 刀具与夹具误差
刀具误差
定尺寸刀具（钻头、 定尺寸刀具（钻头、 绞刀等） 绞刀等）尺寸误差影 响加工尺寸误差； 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； 状误差； 刀具磨损影响加工尺 寸误差或形状误差。 寸误差或形状误差。
机械制造工艺学
第4章 机械加工精度
4.1 概述
1
4.1.1 机械加工精度的基本概念
加工精度是指零件加工后的实际几何参数与理想 加工精度 是指零件加工后的实际几何参数与理想 几何参数的接近程度。 几何参数的接近程度。 加工误差是指加工后零件的实际几何参数对理想 加工误差是指加工后零件的实际几何参数对理想 几何参数的偏离程度。 几何参数的偏离程度。
a）径向圆跳动 ）
b）端面圆跳动 ）
c）倾角摆动 ）
图4-5 主轴回转误差基本形式
8
4.2.2 机床误差
◆ 主轴回转误差对加工精度的影响 ★ 主轴径向圆跳动对加工精度的影响（镗孔） 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 考虑最简单的情况，主轴回转中心在 方向上作简谐 直线运动，其频率与主轴转速相同，幅值为2e。 直线运动，其频率与主轴转速相同，幅值为 。则刀 尖的坐标值为： 尖的坐标值为：
11
4.2.2 机床误差
◆ 影响主轴回转精度的主要因素 ★ 滑动轴承 车床（图4-10）— 轴径不圆 10） 车床（ 引起车床主轴向跳动（ 引起车床主轴向跳动（注意 其频率特性）。 其频率特性）。 镗床（图4-11）— 轴承孔不 镗床（ 11） 圆引起镗床主轴径向跳动。 圆引起镗床主轴径向跳动。 静压轴承 — 对轴承孔或轴 径圆度误差起均化作用。 均化作用 径圆度误差起均化作用。 ★ 滚动轴承 内 外滚道 圆度误 内外 滚道圆 度误 差 、 滚 动体形状及尺寸误差。 动体形状及尺寸误差。
b)
14
1 — 摆动盘 2，4 — 传感器 3 — 精密测球 5 — 放大器 6 — 示波器 ，
4.2.2 机床误差
导轨导向误差
◎导轨副运动件实际运动方向与理想运动方向的偏差。 导轨副运动件实际运动方向与理想运动方向的偏差。 包括：导轨在水平面内的直线度， ◎包括：导轨在水平面内的直线度，导轨在垂直面内的 直线度，前后导轨平行度（扭曲） 直线度 ， 前后导轨平行度 （ 扭曲 ） ， 导轨与主轴回转 轴线的平行度（或垂直度） 轴线的平行度（或垂直度）等。 ∆X ◆ 导轨导向误差对加工精度的影响 导轨水平面内直线度误差，误 导轨水平面内直线度误差， 差敏感方向，影响显著。 差敏感方向，影响显著。 导轨垂直面内直线度误差， 导轨垂直面内直线度误差，误 差非敏感方向，影响小。 差非敏感方向，影响小。 导轨扭曲对加工精度的影响， 导轨扭曲对加工精度的影响， 影响显著（ 15）。 影响显著（图4-15）。
X = ( R + e) cos φ Y = R sin φ
式中 R —刀尖回转半径； 刀尖回转半径； 刀尖回转半径 φ—主轴转角。 主轴转角。 主轴转角 显然，上式为一椭圆。 显然，上式为一椭圆。
图4-6 径向跳动对镗孔精度影响
9
e
4.2.2 机床误差
★ 主轴径向圆跳动对加工精度的影响（车外圆） 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 仍考虑最简单的情况，主轴回转中心在 方向上作简谐 直线运动，其频率与主轴转速相同，幅值为2e。 直线运动，其频率与主轴转速相同，幅值为 。则刀尖 运动轨迹接近于正圆（ 运动轨迹接近于正圆（图4-7）。 ） ◎ 思考 ： 主轴回转中心在 思考： X方向上作简谐直线运动， 方向上作简谐直线运动， 方向上作简谐直线运动 其频率为主轴转速两倍， 其频率为主轴转速两倍 ， 被车外圆形状如何？ 被车外圆形状如何？
k j ⋅∆φ
j
=
∑
n
j =1
1 k j ⋅ s in ω nt + α j kj
z1 = 64 z3 = z4 = 23 z2 = 16
（4-6） ）
式中∆φΣ—传动链总的转角误差； 式中 传动链总的转角误差； ∆φj—第j个传动元件的转角误差； 个传动元件的转角误差； 个传动元件的转角误差 kj — 第j个传动元件的误差传递系 个传动元件的误差传递系 数，其数值等于该元件至末端元件的传 动比； 动比； ωn — 传动链末端元件角速度； 传动链末端元件角速度； αj— 第j个传动元件转角wk.baidu.com差的初相 个传动元件转角误差的初相 角。