机械加工精度

此时刀架变形为
因此，
y刀架
Py K s刀架
Py
Py l x 2 Py x 2 y机床 yx y刀架 ( ) ( ) Ks头 l Ks头 l Ks刀架
1 Ks机床 1 l x 2 Py x 2 1 ( ) ( ) K s头 l K s尾 l K s刀架
当 x 0, y机床
Py头
lx Py ( ) l
Py尾
x Py l
位移： y头
P 头 Ks头
lx ( ) K s头 l Py
Py x P尾 y尾 K s尾 K s尾 l
x lx x yx y头 ( y尾 y头 ) y头 ( ) y尾 l l l
l x 2 Py x 2 y ( ) ( ) Ks尾 l K s尾 l Py
此方向上刀具对工件的变形（位移）量y的比值
ks
py y
静刚度：在静态条件下静力与变形的比值
动刚度：某一频率范围内产生单位振幅所需的激振 力幅值
二、机床部件刚度特点及影响因素
车床刚度的单向静测定
1、部件变形过程与刚度曲线特点 （1）加载变形曲线→不成线性
py
凸
py y
凹
y
有刚性很差的零件，当该 零件变形减小时，K增大
几何精度——各成形运动在空间的相互位置准确性 误差具体形状具体分析 ①车外圆 回转轴线与导轨水平面不平行→锥度 相交线（不在同一平面内）→双曲面
②车端面——回转轴线与导轨不垂直→凸面，凹面 ③镗孔
④铣平面 ⑤滚齿机
四、机床的传动精度及对加工精度的影响
1、机床传动精度分析
五、机床的定位精度对工件精度的影响
k e2 2 2e cos
李沙育图，其半径差为主轴回转精度。 这种方法适合刀具回转型机床的主轴 回转精度测量，如镗，而不适合车床
测量镗床 主轴回转精度
钢球安装偏心 对测量的影响
③单向测量法（美国LRL法） ——测定车床主轴回转 精度的方法
传感器Ⅰ esin y 传感器Ⅱ ecos x 传感器Ⅲ S
2 磁
滞
有预紧力，当载荷 大于力时，K变小
（2）正反加卸载变形曲线
不重合
6 塑性变形摩擦力等消耗能量 5 4 1 3
最大间隙
（2）正反加卸载变形曲线
不重合 塑性变形摩擦力等消耗能量 （3）多次重复加载变形曲线
第一次加载“磁滞”现象严重，以后减小
加、卸载曲线接近，起始点重合 2 磁
滞
6
5
4
1 3
最大间隙
（4）部件刚度曲线特点 ①力和变形不是直线性，不符合胡克定律→部件变 形不纯粹是弹性变形 ②加载与卸载曲线不重合 损失能量 克服摩擦力 接触变形
③当载荷去除后，变形不能恢复原点→有塑性变形。
反复加载后，残余变形减到0，重合 ④部件刚度远比想象小
2、影响部件刚度的因素 ①接触变形 ③连接夹紧力的影响 ②个别薄弱环节 ④摩擦力
六、刀具、夹具、量具的制造精度和磨损对工件 影响
1、刀具的制造精度和磨损的影响
①尺寸刀具和成形刀具的制造精度和尺寸磨损对加 工精度的影响
钻头、绞刀、镗刀块、拉刀→影响尺寸→磨损后 不能重修复 滚刀、插刀、成形车刀→影响形状→重磨 ②一般刀具的磨损对加工精度的影响 如车刀、镗刀、铣刀等，制造精度不会影响加工尺 寸，但磨损则产生影响
定位精度：工作台从一个位置移动到另一个位置的准确度
1、进给机构的传动精度 主要取决于选用的进给机构型式及进给机构的传动精度
2、进给与测量分开时的测量精度 原理误差→阿贝误差→被测的与实际的不在一条直线 上产生的误差 3、爬行误差
动—静系数不一样
刚度 摩擦系数
解决办法
提高系统刚度→电致伸缩 摩擦系数→动静相等；滚动、低塑料 调整速度
x 0 和 x l 时，y1 0
l x 时，最大，为 2
y1
Py l 3 48 EI
刚度在该工件轴向的各个位置是不同的 加工后工件各横截面的直径尺寸也不同 形状误差（锥度、鼓形、鞍形等）
三个阶段
一：起始磨损，非线性 二：正常磨损， 三：快速（剧烈）磨损
减少影响方法
尺寸补偿 降低切削速度，延长刀具寿命 选用耐磨刀具材料—复合氮化硅，立方氮化硅
③砂轮的磨损及修复（快、与硬度有关） 外圆磨床，直径大→对工件尺寸形状影响小 内圆磨床，直径小→磨损对工件精度影响大 齿轮磨床，大平面磨床→磨损对工件精度影响大
2、夹具的制造精度和磨损
夹具的制造精度和磨损影响工件的精度 3、量具 1 1 1 ~ ，最多 测量误差为工件公差的 3 10 6
§5-3 工艺系统的 受力变形及其对工件精度的影响
一、基本概念
1、变形现象 车棒
车长轴
磨孔
2、概念 刚度：物体或构件受外力后抵抗变形的能力 工艺系统的刚度：在误差敏感方向上的分力py与在
三、影响加工精度的因素
1、原理误差：采用近似加工原理或近似刀具切削刃形 状 2、安装误差：定位误差、夹紧误差、夹具本身误差 3、调整误差：调整方法与调整时的测量误差等
4、测量误差：量具本身、方法、温度
5、工艺系统的制造精度和磨损 6、工艺系统的受力变形
切削力、传动力、重力、离心力、夹紧力
7、工艺系统的受热变形 切削热、环境、运动、电机
径向跳动
轴向跳动
摆动
2、主轴回转精度的分析
工件回转类 机床 刀具回转类 轴承精度 影响因素 主轴安装
轴颈 轴承 孔
滑动轴承 主轴精度 轴承 动压 滚动轴承 主轴孔精度 ①主轴径向跳动分析 滑动轴承 轴颈圆度、轴瓦内孔圆度及其配合 工件回转类：传动力与切削力不变→轴瓦接触点不变 →轴颈影响↑轴瓦↓
静压
刀具回转类：切削力回转扭矩→主轴颈接触点不变 →轴瓦内孔影响↑，轴颈↓
工件回转类
刀具回转类
主轴几何轴线 径向跳动产生 的加工误差
滚动轴承
工件回转类：内环外道↑外环内道↓ 刀具回转类：外环内道↑内环外道↓
滚动轴承尺寸、形状：低频一半，变形一部分 间隙 此外， 轴颈：内环变形
箱体孔：外环变形 安装面：倾斜 ②造成主轴轴向窜动的原因
⑤间隙影响
⑥变形的复合性
两零件接触面接触情况
机床刚度中薄弱环节
间隙对刚度影响曲线
三、工艺系统的刚度
工艺系统总变形及合成刚度为
1 k系统

1
k机床 k夹具 k刀具 k工件
py y系统
+
1
+
1
+
1
y系统 y机床 +y夹具 +y刀具 +y工件
而
k系统 、
k机床
py y机床
py y刀具
、
k夹具
二、获得加工精度的方法
试切法 1、 获得尺寸精度 调整法 尺寸刀具法 自动控制法 非成形运动法：刮、研和对磨 2、 获得形状精度 点成形运动法：轨迹法 成形运动法 成形法 线成形运动法 展成法
试切法加工
调整法加工
定尺寸刀具 法加工
轨迹法加工
成形法加工
展成法加工
3、
找正法 获得位置精度 夹具 机床装夹面
示波器上光点的向径 S x2 S y2 ke 为常数。 当主轴有偏差δ时
x e cos wt cos( wt ) y e sin wt sin( wt )
示波器上，
Sx ke cos wt k cos( wt ) Sy ke sin wt k sin( wt ) 向径为
§5-2 工艺系统的制造精度和磨损 对加工精度的影响
制造误差
机床误差(来源) 磨损误差 安装误差
回转运动(主轴)误差
机床误差(种类)
直线运动(导轨)误差
传动误差 几何误差(位置)
一、机床主轴的回转精度及其对工件精度的影响
1、主轴回转精度的概念 ①回转动态过程
理想回转中心：在主轴的任一界面上有一点O其速度 始终为V＝0 瞬时回转中心：实际存在的一个变动的回转中心 瞬时回转轴线：各瞬时回转中心连线
第五章 机械加工精度
学习目的与要求
（1）掌握机械加工精度的概念以及加工精度与加工误差的关 系 （2）熟悉工艺系统的原始误差种类及其对加工精度的影响， （3）掌握加工误差问题的综合分析与解决
（4）掌握加工误差的基本计算方法
（5）熟悉提高和保证加工精度的途径、常用方法
主要内容
第5章 机械加工精度 5.1 机械加工精度概述 5.2 工艺系统的制造精度和磨损对工件精度的影响
瞬时回转中心相对于理想回转中心的位置变动量
S f (t , )
t—时间，θ—转角
②误差敏感方向：经过刀具刀刃的切削点又垂直于已加 工表面的方向。误差敏感方向上的误差对工件加工精度 影响很大，而垂直于该方向的误差则影响很小。 ③主轴回转精度：主轴回转轴线在回转时相对其平均轴
线的变动量在误差敏感方向的最大位移值。
4、获得高圆度工件的方法 ①高精度主轴车床 ②补偿 ③使主轴误差不反映到工件上
二、直线运动精度对工件精度的影响
1、机床导轨精度指标
①运动在水平面内的直线度 ②运动在垂直平面内的直线度 ③前后导轨的平行度（扭曲） 2、机床导轨误差对加工精度的影响 ①普通车床 水平面直线度：1：1 影响纵截面形状 垂直面直线度：属误差不敏感方向，影响较小 扭曲影响：可分解为水平、垂直
k e2 2 2e (cos wt cos( wt ) sin wt sin( wt ))
坐标变换，使x与e重合
即示波器银屏变化 r e cos 不能反映误 差，只有e=0 或 ＝0 才能真正反映。
是 e 与 的和， - e e
轴向推力轴承定位→影响为轴承
轴承间隙 对主轴轴线位置的影响
推力轴承 端面跳动的影响
A．滑动
座 0 窜 0
颈 0 窜 0
座 颈 窜 颈
座 颈 窜 座
接触点为误差 的变化，取决 于 B．滚动轴承 与上述类似，同时滚动体影响
主轴回转轴线的轴向跳动将产生加工端面的平面 度误差
5.3 工艺系统的受力变形及其对工件精度的影响
5.4 工艺系统的热变形及其对工件精度的影响 5.5 保证和提高加工精度的途径
5.6 加工误差的统计分析法
5.7 点图分析法 5.8 质量管理图
§5.1 机械加工精度概述
一、精度的概念
材料 精度 机器质量→零件质量→ 表面质量 加工精度 加工误差
理想零件 符合程度 理想零件 实际加工 加工精度： 零件几何参数 偏离程度 几何要素 加工误差： 理想零件参数：尺寸、形状、位置
当 x l , y机床
Py Ks头
Py

Py K s刀架
Py
Ks尾
Ks刀架
Py Py Py l 当 x , y机床 2 4Ks头 4Ks尾 Ks刀架
②工件细长→鼓形
Py l 3 x 2 l x 2 Py l 3 x 2 (l x)2 y1 ( ) ( ) 3EI l l 3EI l
主轴轴向跳动引起的加工误差
3、主轴回转精度的测量 ①表测法
回转轴
缺点 敏感方向 动态
几何轴偏心
②双向测量法（捷克VUOSO）刀具回转
当没有回转误差时，间隙变化为
示波器上为
x e cos wt y e sin wt
Sx ke cos wt Sy ke sin wt
放大K倍
K0≥K
→放大K0倍
示波器输入信号
S1 ke sin ke sin k0 S ke(1 k0 S ) sin S ke(1 k S ) cos 0 2
向径为 S12 S2 2 ke(1 k0 S ) 当 S=0 时， ke 当 S≠0 时 R ke kk0es
因此，有
py
y夹具
+
、 k刀具
1 + 1 +
、
1 k系统

1
1
k机床 k夹具 k刀具 k工件
k工件
py y工件
四、工艺系统受力变形对加工精度的影响
1、由于切削力产生的系统变形对加工精度的影响 （1）由于切削点位置的变化引起的刚度、变形变化而产生 的形状误差 ①工件短粗，刚度高→鞍形
P尾
力：
车床导轨扭曲对工件形状的影响
②外圆磨床：与车床相同。但由于要求高，采用工作台 转角 ③龙门刨床：就地刨
④镗： 固定镗
水平：影响
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垂直：影响 浮动镗：不影响
3、导轨运动误差的来源 新机床导轨的制造精度 磨损——材料表面处理，润滑 安装精度——地基， 找正
三、机床的几何精度对加工精度的影响