03第三讲 加工精度与导轨误差

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加工误差来源和原始误差
工艺系统：机床，夹具，刀具，工件 原始误差：工艺系统误差。 原始误差来源： 工艺系统本身 → 加工原理误差， 机床、夹具、刀具制造误差，工件装夹误差。 加工过程中出现→力、热、振动、磨损等。
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பைடு நூலகம்原始误差的分类
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)
粗加工条件下，磨损量可达到0.1-0.2mm.
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机床导轨误差对加工精度的影响（3）
（２）提高直线运动精度的措施

选用合理的导轨形状和导轨组合形式，合理的 形状参数

提高精度：加工精度，配合精度

减少磨损：静压导轨，贴塑导轨。
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例题分析：

在车床上车孔时，若主轴回转运动与刀具的直线进给
运动均很准确，只是它们在水平面内或垂直面上不平 行，试分别分析在只考虑机床主轴与导轨的相互位置 误差的影响时，加工后工件内孔将产生什么样的形状 误差？
机械制造工艺过程 第三讲
1
2
本次课程目标

机械加工精度与加工误差 原始误差及其分类 误差的敏感方向 研究加工精度的方法 加工原理误差 调整误差 机床导轨导向误差
3
加工精度与加工误差

加工精度：零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位 置）与理想几何参数相符合的程度。符合程度越高则加工
设计
含义
平面度
0.0 01
1.000 ' ±0.002
pa r alle l p la n e s 0.0 01
圆度
0.01

0.033 300
1.00 ' ±0.05
At any section along the cylinder
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举例
零件的加工精度应包含哪些内容？
几何形状、尺寸、表面相互位置。
4
60.09 60.07 60.04 60.05 60.10
5
60.10 60.05 60.05 60.07 60.09
6
60.07 60.06 60.05 60.09 60.08
7
60.06 60.08 60.06 60.10 60.09
8
60.06 60.10 60.06 60.08 60.07
导轨是机床中确定主要部件相对位置的基准，也是 运动的基准，它的各项误差直接影响被加工工件的精度。
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机床导轨导向误差
导轨导向误差包括： 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）; 导轨与主轴回转轴线的平行度（或垂直度）。
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机床导轨误差对加工精度的影响（1）
１）在水平面内的直线度误差，是敏感方向，影响尺 寸误差和形状误差。如车、磨床。
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调整误差

试切法调整：试切、测量、调整、直至符合规定
的尺寸要求，在正式切削出整个待加工表面。

引起试切调整误差的因素：
1 测量误差：量具本身的精度、测量方法或使用条
件下的误差（温度影响、操作者的细心程度）
2 机床进给机构的位移误差(“爬行”现象)
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调整误差
3 试切时与正式切削时切削层厚度不同的影响：
图：
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导轨误差对车削圆柱面精度的影响（1）
图：
37
图例分析
y : 加工半径误差Ry y z : Rz (z ) 2 / D （3 2） z很小，可以忽略，只需 考虑y引起的加工误差 （3 1 ） 加工表面圆柱度误差 Rmax ymax ymin
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样板制造误差、安装误差、对刀误差等。
3 测量有限试件造成的误差：试切数量有限，不能 把整批切削各种随机误差完全反映出来。
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试切法与调整法
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。
a）
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。
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加工原理误差
加工零件表面时，重要点是工件和刀具之间的运 动联系。如螺纹加工，齿轮加工。 成形刀具加工成形表面也存在加工误差，如齿轮 滚刀有两种误差： 1 齿形---阿基米德蜗杆或法向直廓蜗杆代替渐 开线基本蜗杆； 2 齿数有限代替无限光滑。 模数铣刀成形铣削齿轮，采用近似刀刃齿廓，也 属加工原理误差。
9
60.08 60.09 60.08 60.06 60.08
10
60.10 60.09 60.06 60.09 60.10
7
实例讲解（3）
最大尺寸：D(max)=60.10(mm)， D(min) = 60.04(mm)
该批工件所能达到的加工精度为全部工件的尺寸分散 D(max)- D(min) = 0.06mm 图纸要求：孔径尺寸为60.0－60.10(mm), 全部合格。
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
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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误差敏感方向（1）
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误差敏感方向（2）
S 8 R h
h 式中
R —球头刀半径； h —允许的残留高度。
S
空间曲面数控加工
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加工原理误差
行切法：球头刀与零件轮廓的切点轨迹是一行一行的，而
行间的距离S是按零件加工要求确定的。 将空间立体形面视为众多的平面截线的集合，每次走刀 加工出其中的一条截线。每两次走刀之间的行间距为s。 空间直线插补功能：平面曲线由许多很短的折线去逼近。
α
D ΔR
ΔX
X
Y
B
: 前后导轨的扭曲量
图 导轨扭曲引起的加工误差
δ
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机床导轨误差对加工精度的影响（3）

镗刀杆进给：导轨不直、扭曲或者与镗杆轴线不平行等误差，引起
镗出的孔与其基准的相互位置误差，不会产生孔的形状误差。

镗床误差敏感方向是随主轴回转而变化的，导轨在水平面及垂直面 内的直线度误差均直接影响加工精度。
制造结果:
1 .0 0 1 1 .0 0 1 1 .0 0 1
1 你接受我制造出来的零 件吗?
2 问题是什么? 3 如何消除该问题?
6 .0 0
直线度
0.0 01
1.000 ' ±0.002
Meas ured error Š 0 . 0 0 1
0.0 01 0.0 01 1.000 ' ±0.002
理想尺寸：公差带的平均尺寸D(M)=60+(0.1)/2=60.05mm
最大加工误差：D(max) - D (M) =60.10 - 60.05=0.05mm
最小加工误差：D(min) - D (M) =60.04 - 60.05= -0.01mm
举例
设计要求:
1.00±0.001 6.00±0.001
6
实例讲解（2）
举例 : 在组合镗床上用调整法精镗一批工件的孔 , 图纸要求孔的直径 0.10 为 600 mm ，测得的实际尺寸列表如下 :
1
A B C D E 60.07 60.08 60.06 60.08 60.09
2
60.08 60.10 60.05 60.07 60.08
3
60.07 60.08 60.05 60.04 60.09
Y
误差敏感方向
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研究加工精度的方法
单因素分析法(理论和实验方法) 通过分析计算或实验、测试等方法，研究某一确定因素对加 工精度的影响，主要是分析各项误差单独的变化规律。
统计分析法（数学方法）
运用数理统计方法对生产中一批工件的实测结果进行数据处 理，用以控制工艺过程的正常进行。
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研究加工精度的方法
机床导轨误差对加工精度的影响（2）
2）垂直面内的直线度误差：
车、磨床：非敏感方向，影响很少；
铣、刨、平磨、转塔车：敏感方向，影响大（尺 寸、形状）。
机床导轨误差对加工精度的影响（3）
3）前后导轨平行度（扭曲）： 分解为水平方向和垂直方向 分量
前后导轨不平行，加工 半径误差 R yr aH H / B H : 车床中心高 B : 导轨宽度 a : 导轨倾斜度

需要时能找出进一步提高加工精度的途径。
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影响机械加工精度的因素（ 1 ）
活塞加工中精 镗销孔工序的 加工过程中， 影响工件和刀 具间相互位置 的因素有哪些？
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影响机械加工精度的因素（ 2 ）
1 装夹
设计基准与定位基准不重合、夹紧误差、间隙 引起的定位误差等等 2 调整 调整误差、机床、刀具、夹具本身的制造误差 3 加工 切削力、切削热和摩擦等，引起工件和刀具之 间的相对位置，造成种种加工误差。 4 还有测量、热、力、近似成形方法、内应力及 原理误差等等。

尺寸精度：长度50
0.1；
0.033
内径 300
外径 40

几何形状精度：圆度0.01； 位置精度：平行度0.02；
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零件加工精度的关系

通常形状公差应限制在位置公差之内，而位置公
差一般也应限制在尺寸公差之内。

当尺寸精度要求高时，相应的位置精度、形状精 度也要求高。

但形状精度要求高时，相应的位置精度和尺寸精 度有时不一定要求高.
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零件加工精度相关常识

零件的加工精度高，则加工成本高，生产效率低。

零件的尺寸、几何形状和表面间相对位置的形成，取 决于工件和刀具在切削运动过程中相互位置的关系。

工艺系统：机床、夹具、刀具和工件组成的一个系统。
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研究加工精度的目的

弄清各种原始误差的物理、力学本质; 它们对加工精度影响的规律; 掌握控制加工误差的方法,以期获得预期的加工 精度;
精度就越高。

加工误差：零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的
偏离程度称为加工误差。
加工误差的大小表示了加工精度的高低，加工误差是加工
精度的度量。
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加工精度与加工误差
加工精度定义：
实际→理想，几何参数的符合程度。
加工精度与加工误差： 加工精度，符合程度； 加工误差，偏差大小。
加工精度与经济性： 加工精度高，成本高，生产力低。
A 不同材料的刀具刃口半径不同，最小切削层厚度不同。
B 精加工：试切最后一刀往往很薄，切削厚度过小，打滑。
C 粗加工：试切最后一刀切削层厚度较大，刀刃不会打滑。 D 正式切削切深更大，受力变形也很大。所切除的金属层 厚度就比试切部分小，同样引起工件的尺寸误差。
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调整法
试切调整与样件（样板）调整
除试切法调整精度的因素外，其他因素： 1 2 定程机构误差：行程档块、靠模、凸轮等制造精 度和调整，离合器、电灯开关等的灵敏度等。 样件或样板的误差：
单因素分析法和统计分析法，这两种方法在生产实际中往
往结合起来应用。 一般先用统计分析法找出误差的出现规律，判断产生加工 误差的可能原因，然后运用单因素分析法进行分析、试验，
以便迅速有效地找出影响加工精度的关键因素。
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加工原理误差
加工原理误差：是指采用了近似的成形运动或近似的刀刃轮 廓代替理论的成形运动或刀刃形状进行加工面产生的误差。 例：在数控铣床上采用球头刀铣削复杂形面零件
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实例讲解（1）
右图为加工一批小轴外径尺寸分布图。
对每个零件可测出一个肯定的值 误差=d(实际)-d(理想)；
各个零件可能不一样，但一批零件的 误差有一个变化范围 精度= d(实际最大)- d(实际最小)， 精度表示一批工件误差重复的程度
公差是设计人员根据零件的使用要求 在设计图纸上合理规定的加工范围, 又称设计精度 公差= d(max)-d(min)
b）
图 试切法与调整法
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工艺系统的制造误差及磨损

引起机床误差的原因有： 机床的制造误差 安装误差
机床磨损

机床误差的项目很多，对加工精度影响较大的是： 导轨导向误差 主轴回转误差 传动链误差
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机床导轨导向误差
导轨导向精度：
机床导轨副的运动件实际运动方向与理想运动方向 的符合程度。
导轨导向误差： 机床导轨副的运动件实际运动方向与理想运动方向 两者之间的偏差称为导向误差。
敏感方向：原始误差产生在加工表面的法线方向；
不敏感方向：原始误差产生在加工表面的切线方向。
o
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误差敏感方向（3）
ΔY
Ｏ
X ΔRY
误差敏感方向一般为已加工表面 过切削点的法线方向。
Y 2 RY 2 R0
RX X
（ 1） （ 2）
a）
Y
显然： RX RY
b）
Ｏ
X ΔRX

普通镗： 工作台进给，导轨不直（扭曲），加工孔的轴线不直。 导轨与主轴回转轴线不平行，则镗出的孔呈椭圆形。
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机床导轨误差对加工精度的影响（3）

机床导轨副的磨损：
与工作的连续性、负荷特性、工作条件、导轨
的材质和机构有关。
一般卧式车床，两班制使用一年后，前导轨
（三角形导轨）磨损量可达0.04-0.05mm;