第五章机械加工精度

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三、机床传动链误差 •1. 传动链的传动误差 •是指内联系的传动链中首末两端传动元件之间相对运动的误差 。 • 在螺纹加工或用展成法加工齿轮等工件时，必须保证工件 与刀具间有严格的运动关系，传动链的传动误差影响其加工精度 的主要因素。
• 例如：在该齿机上用单头滚刀加工直齿轮时，要求滚刀 与工件之间具有严格的运动关系：滚刀转一转，工件转过一个 齿。这种运动关系是由刀具与工件间的传动链来保证的。
•3、滚齿加工
• 滚齿加工用的齿轮滚刀有两种误差： • 一是切削刃齿廓近似造形误差，由于制造上的困难，采用阿基米德基本 蜗杆或法向直廓基本蜗杆代替渐开线基本蜗杆； • 二是由于滚刀刀齿数有限，实际上加工出的齿形是一条折线，和理论上 的光滑渐开线有差异。
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• 注意：采用近似的成形运动或近似的切削刃轮廓，虽然会 带来加工原理误差，但往往可简化机床或刀具的结构，提高生 产效率，有时反而能得到较高的加工精度。因此，只要具误差 不超过规定的精度要求、在生产中仍能得到广泛的应用。
•6、研究加工精度的方法 • 在实际生产中，常常结合起来应用。一
•因素分析法 •统计分析法
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是先用统计分析法寻找误差的出现规律， 初步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主要原
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二、影响加工精度的因素
•1、原始误差 •机床 •夹具 •刀具 •工件
一点速度始终为零，则这一点即为理想回转中心。
• 瞬时回转中心：主轴在实际回转过程中，在一个位置或时 刻的回转中心，称为瞬时回转中心，主轴各截面瞬时回转中心 的连线叫瞬时回转轴线。
• 主轴的回转运动误差：是指主轴的瞬时回转轴线相对其平均 回转轴线(瞬时回转轴线的对称中心)，在规定测量平面内的变 动量。变动量越小，主轴回转精度越高；反之越低。
间的正确位置发生偏移，因而加工出来的零件不可能与理想的
要求完全符合，两者的符合程度可用机械加工精度和加工误差
来表示。
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•1、机械加工精度： • 是指零件加工后的实际几何参数(尺寸、形状和位置)与 理想几何参数的符合程度。
•2、加工误差： • 是指零件加工后的实际几何参数(尺寸、形状和位置)与 理想几何参数的偏离程度。加工精度越高，则加工误差越小
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•原始 •误差
•工 艺系 统
•加工 过程
•工艺系 统制造 和磨损
•机床的制造和磨损 •夹具的制造和磨损 •刀具的制造和磨损
•工艺系 统热效应
•工艺系统受力变形 •工艺系统受热变形 •工件残余应力变形
•调整误差 •定位误差、夹紧误差 •制造误差 •测量误差 •加工原理误差
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三、误差的敏感方向
• 在加工过程中，各种原始误差的影响会使刀具和工件间正 确的几何关系遭到破坏，引起加工误差，各种原始误差的大小 和方向各不相同，而加工误差则必须在工序尺寸方向度量。因 此．不同的原始误差对加工精度有不同的影响。 • 当原始误差的方向与工序尺寸方向一致时，其对加工 相度的影响最大。
• 把对加工精度影响最大的那个方向称为误差的敏感方向， 对加工精度影响最小的那个方向则称为误差的不敏感方向。
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§5.2 工艺系统的几何精度对加工精度的影响 •一、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切 削刃轮廓进行加工而产生的误差。 •如：
•1、在数控机床上采用“行切法”加工复杂形面。
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三、机床误差
• 机床的制造误差、安装误差以及使用中的磨损都直接影响 工件的加工精度。机床误差可归纳为：
•机床误差
•机床导轨导向误差 •机床主轴回转误差 •机床传动链的误差
•1、机床导轨误差
• 机床导轨是实现直线运动的主要部件，其制造和装配精度
是影响直线运动的主要因素，直接影响工件的加工质量。
• 机床导轨误差多达21项 。
•二、调整误差
• 在机械加工的每一工序中。总是要对工艺系统进行这样或 那样的调整工作不可能绝对地准确，因而产生调整误差。
•工艺系统的调整的基本方 式
•(1)试切法调整 •(2)调整法调整
•
(1)试切法调整 •应用：单件小批生产中。
• 方法：对工件进行试切—测量—调整—再试切，直到达到 要求的精度为止。
•(3)使主轴的回转精度不反映到工件上 • 常采用两个固定顶尖支承，主轴只起传动作用。工件的回 转精度完全取决于顶尖和中心孔的形状误差和同轴度误差，而 提高顶尖和中心孔的精度要比提高主轴部件的精度容易且经济 得多。
•如下图
•
• 外圆磨床磨削外 圆柱面时，采用固定 顶尖支承。
• 在镗床上加工箱体类 零件上的孔时，采用前、 后导向套的镗模，刀杆与 主轴浮动联接，所以刀杆 的回转精度与机床主轴回 转精度也无关，仅由刀杆 和导套的配合质量决定。
•三者之间的关系 •（1：）当尺寸精度要求高时，相应的位置精度和形状精度也要
求高。形状公差应限制在位置公差内，位置公差应限制在尺
寸公差内。
•（2）当形状精度要求高时，相应的位置精度和尺寸精度不 一定要求高。
•
•4、加工精度与加工成本和生产效率的关系 •一般地，加工精度要求↑ ，加工成本↑ ，生产效率↓ 。 •5、研究加工精度的目的 • 研究加工精度的目的、就是弄清各种原始误差对加工精 度影响的规律，掌握控制加工误差的方法，以获得预期的加 工精度，必要时能指出进一步提高加工精度的途径。
•下面以外圆车削为例说明两者的关系。
•
• 如图，车削时工件的回转轴线为O，刀尖正确位置在A。设某一瞬时由
于各种原始误差的影响，使刀尖位移到A’，AA’即为原始误差δ，它与OA间 的夹角为φ，由此引起工件加工后的半径由R0＝OA变为R＝OA’，故半径上 的加工误差△R 为：
•可以看出：
•当原始误差的方向恰为加工表面的法向方向(φ ＝0°)时，引起的加工误差最大； •当原始误差的方向恰为加工表面的切线方向(φ ＝90°)引起的加工误差最小。
•
•4)导轨对主轴回转轴线的平行度或垂直度误差的影响 。 •造成加工表面下凹 。
• 实际应用中，为防止“扫刀”，往往将主轴与进给方向 倾斜一微小角度（30”）。
•
2、机床主轴的回转运动误差
•1．主轴回转运动误差的概
念 •
理想回转中心：机床主轴做回转运动时，主轴的各个截面
必然有它的回转中心，在主轴的任一截面，主轴回转时若只有
•
• 2)磨床导轨在垂直面内直线度误差的影响 由于磨床导轨 在垂直面内存在误差，磨削外圆时，工件沿砂轮切线方向产生 位移(误差非敏感方向)，此时工件产生圆柱度误差。
• 对平面磨床、龙门刨床、铣床等法向方向的位移(误差敏 感方向)，将直接反映被加工件的表面形成的形状误差。
•
• 3)导轨面间平行平行度（扭曲）误差的影响 如车床两导轨 的平行度误差(扭曲)使床鞍产生横向倾斜，刀具产生位移，因 而引起工件形状误差。
•这时，引起调整误差的因素有： • 1)测量误差。由量具本身精度度、测量方法及使用条件引起。
• 2)进给机构的位移误差。在微量调整刀具的位置、低速微量进给中
，常常出现进给机构的“爬行”现象，其结果使刀具的实际位移与刻度盘上的 数值不一致、造成加工误差。
• 3)试切时与正式切削时切削层厚度不同的影响。精加工时，切
•其次应提高轴承 组件的接触刚度
•提高箱体支承孔的加工精度 •主轴轴颈的加工精度 •与轴承相配合表面的加工精度
•
•(2)对滚动轴承进行预紧
• 对滚动轴 承适当预紧
•可消除间隙 •增加轴承刚度 •均化滚动体的误
差
• 微量过盈可使轴承内 、外圈和滚动体的弹性变形 相互制约，这样既增加轴承 刚度，又对滚动体的误差起 均化作用，因而可提高主轴 的回转精度。
，反之越大。
• 加工精度的高低是以国家有关公差标准来表示的。保证 和提高加工精度实际上就是限制和降低加工误差。
• 从保证产品的使用性能分析，没有必要把每个零件都加工得绝对准
确，可以允许有—定的加工误差，只要加工误差不超过图样规定的偏差，
即为合格品。
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•3、机械加工精度包含的内容
•机械加工精度
•尺寸精度 •形状精度 •位置精度
•构成了机械加工系统
•亦称机械加 工工艺系统
• 零件的尺寸、几何形状和表面间的相互位置的形成，归根
到底取决于工件和刀具在切削过程间的相互位置。由于工艺系
统存在各种原始误差，它们以不同的方式和程度反映为加工误
差。由此可见：
•工艺系统误差是“因”，是根源； •加工误差是“果”，是表现。
•故：工艺系统误差称为 原始误差。
第五章机械加工精度
2020年7月26日星期日
•§5.1 概 述
•零件的加工质量是保证机械产品工作性能和产品寿命的基础。
•加工精度 •衡量进行加工质量的指标有两方面 •表面质量
•本章的任务是讨论零件的机械加工精度问题。
•一、机械加工精度和加工误
差 •
在机械加工过程中，由于各种因素的影响，使刀具和工件
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•2、零件加工中的各种误差 •调整误差 •机加工前，对机床、夹具、刀具调整中； •定位误差 •夹紧误差 •制造误差 •由切削力、惯性力、刀具磨损、切削热等引起 •测量误差 ； •因残余应力产生的误差 •工件加工、测量好后 ； •加工原理误差 •由于采用了近似的加工方法。
•机加工中的原始误差可归纳为：
•
• 机床导轨误差多达21项。3× 6+3=21 。
• 机床导轨误差
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•（1）直线导轨导向精度的主要内容有 ：
•导轨在水平面内直线度误差 •导轨在垂直面内直线度误差 •导轨面间平行度（扭曲）误差 •导轨对主轴回转轴线的平行度或垂直度误差 • 1)磨床导轨在水平面内直线度误差的影响 引起工件在半 径方向上的误差。当磨削长外圆时，造成圆柱度误差。
削刃只起挤压作用而不起切削作用，但正式切削时的深度较大工件。
•
(2)调整法调整 •影响调整精度的因素有：
•1）上述影响试切法调整精度的因素，因为采用调整法对工艺系统进行调整 时，也要以试切为依据。 •2）用定程机构调整时，调整精度取决于行程挡块、靠模及凸轮等机构的制 造精度和刚度； •3）用样件或样板调整时，调整精度取决于祥件或样板的制造、安装和对刀 精度； •4）工艺系统初调好以后，—般要试切几个工件，并以其平均尺寸作为判断 调整是否准确的依据。由于试切加工的工件数(称为抽样件数)不可能太多， 不能完全反映整批工件切削过程中的各种随机误差，故试切加工几个工件 的平均尺寸与总体尺寸不能完全符合，也造成加工误差。
•主轴的误差
•影响主轴回转运动 误差的主要因素
•轴承的误差 •轴承的间隙 •与轴承配合零件的误差
•主轴系统的径向不等刚度和热变形等 •对于不同类型的机床，，其影响因素也各不相同。
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4．提高主轴回转精度的措施 •(1)提高主轴部件的制造精度
•首先应提高轴 承的回转精度
•选用高精度的滚动轴承 •采用高精度的多油楔动压轴承 •采用高精度的静压轴承
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•2、车削模数蜗杆 • 由于蜗杆的螺距等于蜗轮的齿距(即πm，其中m是模数，而π是一个无
理数3．14159…)，但是车床配换齿轮的齿数是有限的。因此，在选择配换 齿轮时，只能将π化为近似的分数值计算，这样就会引起刀具相对工件的成 形运动(螺旋运动)不准确，造成螺距误差。但是，这种螺距误差可通过配换 齿轮的合理选配而减小。
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•2．主轴回转运动误差的形 式
•端面圆跳动（轴向漂移
•主轴的回转运
）
动误差的基本形 式
•径向圆跳动（径向漂移 ）
•角度摆动（角向漂移）
•注意：实际中常是这几种误 差的合成。
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• 端面圆跳动——瞬时回转轴线 沿平均回转轴线方向的轴向运动。它 主要影响端面形状和轴向尺寸精度。
• 径向圆跳动——瞬时回转轴线始 终平行于平均回转轴线方向的径向运 动b。它主要影响圆柱面的精度。
• 角度摆动——瞬时回转轴线与平 均回转轴线成一倾斜角度，但其交点 位置固定不变的运动。在不同横截面 内，轴心运动误差轨迹相似，它影响 圆柱面与端面加工精度。
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3. 主轴回转误差对加工精度的影响
•（1）端面圆跳 动 •1）对圆柱面的加工
•无影响；
•2）对加工端面的影 响
•如图（a）
•3）对螺纹加工的影 响
•如图（b）
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•（2）径向圆跳 动 •使工件产生圆度误差，但影响程度因加工方法的不同而异。如： •1)镗孔时 •设原始误差：主轴径向回转误 差表现为y向简谐运动。 h=•A在co任s一时刻刀尖a的位置为：
•分析：这是椭圆的参数方程，加工出的孔呈椭圆形 ，圆度误差为A。
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•2) 车削时
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4. 主轴回转运动误差的影响因素