【最新】影响机械加工精度的几个重要因素

2．由于切削力变化引起的误差
加工过程中，由于毛坯加工余量和工件
材质不均等因素，会引起切削力变化，使工
艺系统变形发生变化。从而产生加工误差。
误差复映现象： 图 车削一具有锥形误 差的毛坯，加工表面上必然有锥形误差；待
加工表面上有什么样的误差，加工表面上必
然也有同样性质的误差，这就是切削加工中
的误差复映现象。
误
差
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图4-7 滚齿机传动系统图
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图 传动链误差：是指传动链始末两端传动 元件相对运动的误差。一般用传动链末端元 件的转角误差来衡量。机床传动链误差是影 响表面加工精度的主要原因之一。
提高传动元件的制造精度和装配精度， 减少传动件数，均可减小传动链误差。
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（二）刀具的几何误差
6）其他误差，包括原理误差、测量误差、
调整误差等。
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一、工艺系统的几何误差 （一）机床的几何误差 加工中，刀具相对于工件的成形运动，
通常都是通过机床完成的。工件的加工精度 在很大程度上取决于机床的精度。
机床制造误差中对工件加工精度影响较 大的误差有：主轴回转误差、导轨误差和传 动误差。
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除了导轨本身的制造误差之外，导轨 磨损是造成机床精度下降的主要原因。选 用合理的导轨形状和导轨组合形式，采用 耐磨合金铸铁导轨、镶钢导轨、贴塑导轨、 滚动导轨以及对导轨进行表面淬火处理等 措施均可提高导轨的耐磨性。
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３
．
Z5 Z6 28
传
Z3 Z4 28
动
链
k工 件 Fp/y工，件将它们代入上式得
11 1 1 1
k系 k机
床k刀
具k夹
具k工
46
件
由式（4－6）知，工艺系统刚度的倒数
等于系统各组成环节刚度的倒数之和。若已
知各组成环节的刚度，即可由式（4－6）求
得工艺系统刚度。工艺系统刚度主要取决于
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2．机床刚度 机床结构较为复杂，它由许多零、部件
座
机床刚度与各组成部件的刚度的关系式为:
1 1 1 1 k机 床k刀 架4k主 轴4k尾 座
分析上式可知，机床刚度取决于其组成
部件的刚度，并主要取决于薄弱部件的刚度，
提高机床刚度要从提高弱刚度部件的刚度人
手。
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3．机床部件刚度 如图 是一台车床刀架部件的实测度曲 线图，曲线反映了三次加载、卸载过程中的 变形情况。分析图4－14所示刀架刚度试验 曲线可知，机床部件刚度具有以下特点； l）变形与载荷不成线性关系，曲线上 各点的实际刚度（各点斜率）是不同的，这 说明机床部件的变形不纯粹是弹性变形。
刀具误差对加工精度的影响随刀具种类的
不同而不同。采用定尺寸刀具（例如钻头、铰
刀、键槽铣刀、圆拉刀等）加工时，刀具的尺
寸误差和磨损将直接影响工件尺寸精度。采用
成形刀具（例如成形车刀、成形铣刀、齿轮模
数铣刀、成形砂轮等）加工时，刀具的形状误
差和磨损将直接影响工件的形状精度。对于一
般刀具（例如车刀、健刀、铣刀等），其制造
程刀具的尺寸磨损量；当切削路程 l l' 时，
磨损急剧增加，这时应停止切削。
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刀具的尺寸磨损量可用下式计算
N B N 0 B K N 1 lB 0 l00 N 00 B 1 K N 0 lB0 420
选用新型耐磨刀具材料，合理选用刀具 几何参数和切削用量，正确刃磨刀具，正确 采用冷却润滑液等，均可减少刀具的尺寸磨 损。必要时，还可采用补偿装置对刀具尺寸 磨损进行自动补偿。
（1）径向圆跳动：图4-2a）是主轴回转 轴线相对于平均回转轴线在径向的变动量。 车外圆时它使加工面产生圆度和圆柱度误差 。
图产4生-3径向圆跳动误差的主要原因有：主 轴支承轴颈的圆度误差、轴承工作表面的圆 度误差等。
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（2）轴向圆跳动：图4-2b）是主轴回转 轴线沿平均回转轴线方向的变动量。
组成，其刚度值迄今尚无合适的简易计算方 法，目前主要还是用实验方法进行测定。
测得机床部件刚度 k 主轴 、k 尾 座 、k刀 架
之后，就可以通过计算求得机床刚度。
y系y刀 架 1 2y主 轴 y尾 座
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由刚度定义，上式可写为
Fp Fp k系 k刀
架 1 22k F 主 p
Fp 轴2k尾
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工艺系统在某一位置受力作用产生的变
形量 y 系 应为工艺系统各组成环节在此位置
受该力作用产生的变形量的代数和，即
y 系 y 机 床 y 刀 具 y 夹 具 y 工 件 45
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根据刚度定义知：
k机 床 Fp/y机 床 ，
k刀 具 Fp/y刀 具 ， k夹 具 Fp/y夹 具 ，
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误差复映系数：加工前后误差之比值，称
为误差复映系数，它代表误差复映的程度。
分析式（4－11）可知ε与
k
成反比；
系
这表明工艺系统刚度愈大，误差复映系数愈小，
加工后复映到工件上的误差值就愈小。
尺寸误差和形位误差都存在复映现象。如
果我们知道某加工工序的复映系数，就可以通
过测量待加工表面的误差统计值来估算加工后
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2．导轨误差 导轨是机床中确定各主要部件相对位置
关系的基准。
（1） 导 轨在水平
面内的直
线度误差 对加工精 度的影响
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导轨在水平面内有直线度误差Δy时，在 导轨全长上刀具相对于工件的正确位置将产 生Δy的偏移量，使工件半径产生ΔR=Δy的误 差。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。
具体底面d的垂直度误差；钻套孔的直径误
差等。 2021/2/2
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在设计夹具时，对夹具上直接影响工件 加工精度的有关尺寸的制造公差一般取为工 件上相应尺寸公差的1／2－1／5。
夹具元件磨损将使夹具的误差增大。为 保证工件加工精度，夹具中的定位元件、导 向元件、对刀元件等关键易损元件均需选用 高性能耐磨材料制造。
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1．主轴回转误差
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机床主轴是用来装夹工件或刀具，并将 运动和动力传给工件或刀具的重要零件，主 轴回转误差将直接影响被加工工件的形状精 度和位置精度。
主轴回转误差：是指主轴实际回转轴线 相对其平均回转轴线的变动量。
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主轴回转误差分解为径向圆跳动、轴向 圆跳动和角度摆动三种不同形式的误差。
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（2）导轨在垂直平面内的直线度误差对 加工精度的影响
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导轨在垂直平面内有直线度误差Δz时， 也会使车刀在水平面内发生位移，使工件半 径产生误差ΔR。与Δz值相比，ΔR属微小量， 由此可知，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。
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车端面时它使工件端面产生垂直度、平 面度误差。产生轴向国跳动的原因是主轴轴 肩端面和推力轴承承载端面对主轴回转轴线 有垂直度误差。
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（3）角度摆动：图4-2c）主轴回转轴线 相对平均回转轴线成一倾斜角度的运动。车 削时，它使加工表面产生圆柱度误差和端面 的形状误差。
提高主轴及箱体轴承孔的制造精度，选 用高精度的轴承，提高主轴部件的装配精度， 对主轴部件进行平衡，对滚动轴承进行预紧 等，均可提高机床主轴的回转精度。
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（三）夹具的几何误差 图
夹具的作用是使工件相对于刀具和机床
占有正确的位置，夹具的几何误差对工件的
加工精度（特别是位置精度）有很大影响。
在图4－9所示钻床夹具中，影响工件孔轴线
a与底面B间尺寸L和平行度的因素有：钻套
轴线与夹具定位元件支承平面C间的距离和
平行度误差；夹具定位元件支承平面C与夹
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二、装夹误差 装夹误差包括：定位误差、夹紧误差。 （一）定位误差 图 定位误差：因定位不正确而引起的误差。 定位误差的产生：是由于定位基准与工
序基准不重合以及定位面和定位元件制造不 准确而引起。
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定位误差 dw 的组成：由基准不重合误 差 jb 和定位副（含工件定位基面和定位元
力、传动力、惯性力和重力等的作用下，将 产生相应变形, 使工件产生加工误差。工艺系 统在外力作用下产生变形的大小，不仅取决 于作用力的大小，还取决于工艺系统的刚度。
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垂直作用于工件加工表面的背向力与工
艺系统在该方向上的变形y的比值，称为工
工艺系统刚度K 系 （N／㎜）
k系Fp/ y
件）制造不准确误差 db 两部分组成。
定位误差 dw 值为上述两项误差在工序
尺寸方向上的代数和：
dwjbdb
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（二）夹紧
误差
工件或
夹具刚度过
低或夹紧力
作用方向、
作用点选择
不当，都会
使工件或夹
具产生变形，
造成加工误
差。 2021/2/2
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例如：用三爪自定心卡盘装夹薄壁套简
镗孔时，夹紧前薄壁套筒的内外圆是圆的，
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2）加载曲线和卸载曲线不重合，卸载
曲线滞后于加载曲线；两曲线所包容的面积
代表加载和卸载循环中消耗的能量，它消耗
于克服部件内零件间摩擦力和接触塑性变形
所做的功。
3）第一次卸载后，刀架恢复不到第一
次加载的起点，这说明有残余变形存在，经
多次加载和卸载后，加载曲线起点才和卸载
曲线终点重合，残余变形才逐渐减小到零。
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误差对工件加工精度无直接影响。
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图 刀具的尺寸磨损量NB是在被加工表面的 法线方向上测量的。刀具的尺寸磨损NB与切
削路程l的关系如图4－8所示。新刃磨刀具切
削初期，刀具磨损较剧烈，这段时间的刀具
磨损量称为初期磨损量NB；进入正常磨损阶
段后，磨损量与切削路程成正比，其斜率称
为相对磨损，相对磨损表示每切削1000m路
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4）部件实测刚度远比按实体结构估算 值小。
一个外形尺寸很大的刀架，它的实测平 均刚度值只相当于一个截面积较小的铸铁悬 臂梁的刚度，其原因在于刀架外形尺寸看起 来很大，但它是由许许多多零件组装而成， 零件间有间隙，结合面间有接触变形，由于 这些因素的影响，总的变形就大了。
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（二）工艺系统刚度对加工精度的影响 1．加工过程中由于工艺系统刚度发生
变化引起的误差 图
y 系 y 刀 y 架 x y 刀 y 架 主 轴 y 尾 y 座 主x l轴 lx
2021/2/F F2y系 例主 尾 座 轴 y 刀 F F pp架 yxx llF p k 刀 1 架 k 主 1 l轴 lx 2k 尾 1 x l座 2 35
第二节 影响机械加工精度的因素
机械加工系统（简称工艺系统）的组 成：机床、夹具、刀具和工件。
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影响加工精度的主要因素有：
l）工艺系统的几何误差，包括机床、夹
具和刀具等的制造误差及其磨损。
2）工件装夹误差。
3）工艺系统受力变形引起的加工误差。
4）工艺系统受热变形引起的加工误差。
5）工件内应力重新分布引起的变形。
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（3）导 轨间的平 行度误差 对加工精 度的影响
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当前后导轨在垂直平面内有平行度误差 （扭曲误差）时，刀架将产生摆动，刀架沿 床身导轨作纵向进给运动时，刀尖的运动轨 迹是一条空间曲线，使工件产生圆柱度误差。
导轨间在垂直方向有平行度误差时，将 使工件与刀具的正确位置在误差敏感方向产 生偏移量，使工件半径产生ΔR=Δy的误差， 对加工精度影响较大。
工件的误差统计值。
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当工件表面加工精度要求高时，须经多
次切削才能达到加工要求。第一次切削的复
映系数 1加工表 /待 面加 1 工；表第面 二次切削 的复映系数 2 加工表 /面 加2工表 ，面 …，1则
该加工表面总的复映系数
总 123 n
因每个复映系数均小于1，故总的复映
夹紧后工件呈三棱圆形；镗孔后，内孔呈圆
形；但松开三爪卡盘后，外圆弹性恢复为圆
形，所加工孔变成为三棱圆形，使镗孔孔径
产生加工误差。为减少由此引起的加工误差，
可在薄壁套筒外面套上一个开口薄壁过渡环，
使夹紧力沿工件圆周均匀分布。
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三、工艺系统受力变形引起的误差 （一）工艺系统刚度 图 1．工艺系统刚度 机械加工中，工艺系统在切削力、夹紧
系数将是一个很小的数值。
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（三）减小工艺系统受力变形的途径
由工艺系统刚度表达式（4－4）可知，
减少工艺系统变形的途径为：提高工艺系统
刚度；减小切削力及其变化。