机床主轴的回转误差对加工精度的影响.

机床主轴的回转误差对加工精度的影响

【关键词】

机床主轴的回转误差径向圆跳动轴向窜动纯角度摆动措施

【摘要】

工艺系统的几何误差是指机床、夹具、刀具和工件的原始误差（机床、夹具、刀具的制造误差以及工件毛坯和半成品所存在的误差等）。这些误差在加工中会或多或少地反映到工件上去，造成加工误差。随着机床、夹具、刀具在使用过程中逐渐磨损，工艺系统的几何误差将进一步扩大，工件的加工精度也就相应的降低。而机床的几何误差包括了：机床的制造精度、安装误差和磨损引起的误差。在加工过程中也会将这些误差会反映到工件上去，影响加工精度。

一.机床主轴回转误差的概念

主轴回转误差是指主轴各瞬间的实际回转轴线相对其平均回转轴线的变动量。产生主轴径向回转误差的主要原因有：主轴几段轴颈的同轴度误差、轴承本身的各种误差、轴承之间的同轴度误差、主轴绕度等。因为机床的主轴传递着主要的加工运动，故其回转误差将在很大的程度上决定工件的加工质量。

衡量机床主轴回转误差的主要指标是主轴回转误差的指标是主轴前端的径向圆跳动和轴向窜动。生产中主要用图1所示的方法来测量这种误差，不同类型和精度的机床，对跳动量有不同的要求，例如：对于普通的中型车床，标准规定，在靠近主轴端面处径向圆跳动允许差值为0.01mm，距第一测点300mm处允许值为0.02mm，轴向窜动允许为0.01mm.

图1

结论：主轴的实际回转轴线对其理想回转轴线（一般用平均回转轴线来代替）产生的偏移量。而主轴的回转误差实际上是其基本形式：径向圆跳动、轴向窜动和纯角度摆动三种误差的合成。由于主轴实际的回转轴线在空间的位置是在不断的变化的，也就是上述的三种运动所产生的位移（误差）是一个瞬时值。

二.主轴回转运动误差对加工精度的影响

一般情况下，只能用一定精度的机床加工出一定精度的工件。尽管各类机床的精度标准各不同，但归纳起来，车间的所有机床，我们分为：

1.主轴误差

1）工件回转类车床

车床加工（工件回转，刀具移动）误差敏感方向不变即是在加工轴类零件时通过刀刃外（内）圆表面的法线方向。以下借车床上车外圆来说明主轴回转误差对加工精度的影响：

（1）径向圆跳动

图2

假设：如图2所示在工件的1处切出的半径比在工件的2、4处切出的半径小一个值A，而在工件的3处切出的半径比在工件的2、4处切出的半径大一个值A。

但是因为是轴类件，工件直径都相等，其他各点直径误差也很小，所以车削出的工件表面较接近一个规则的圆。

工件回转(车削)的情况:

①工件回转在1处：

R1 = R － A

②工件回转在2处：

R2 = R

③工件回转在3处：

R3 = R + A

④工件回转在4处：

R4 = R

D1-3= R1+R2=2R

D2-4= 2R = D1-3

即：

Y2+Z2=R2+A2Sin2Φ

结论：主轴的纯径向圆跳动对车削加工工件的圆度影响较小。

（2）轴向窜动

图3

主轴的轴向窜动对内外圆的加工精度没有影响，但是在加工端面时，会使加工的端面与内外圆轴线产生垂直度误差。

结论：主轴每转动一周，都要沿轴向窜动一次，即当主轴向前窜动时形成右螺旋面，向后窜动时形成左螺旋面，加工端面时会使工件产生平面度误差A；若是加工螺纹必然产生周期性螺距误差（图3所示）。

（3）主轴纯角度摆动

主轴纯角度摆动是指主轴实际回转轴线与平均回转轴线成一定的倾斜角度，但其交点位置固定不变得运动。图4所示

图4

即在车外圆时：所得到的圆形工件，产生圆柱度（锥体）；在车端面时：产生平面度误差。因此在车床上要注重机床日常维护机床的精度，及时调整主轴的间隙，使其处在良好的工作环境中。

2）刀具回转类镗床

加工时误差敏感方向和切削力方向随着主轴回转而变化。

（1）径向圆跳动

例如：图5主轴的纯径向跳动而使轴线在Y轴方向作运动，则：Y=ACosΦ(Φ=ωt)且主轴中心偏大（等于A）时，镗刀尖正好通过水平位置1处.

当镗刀转过一个Φ角时（1处），刀尖轨迹的水平分量和垂直分量分别：

Y=ACosΦ+RCosΦ=(A+R)CosΦ

Z=RSinΦ

将上两式平方相加得到：

1

)

(2

2

2

2

=

+

+R

Z

R

A

Y

结论：此时镗出的孔为椭圆形。

（2）主轴纯角度摆动

图6

镗孔时，由于主轴的纯角度摆动使得主轴的回转轴线与工作台导轨不平行（图6）。

结论：镗出的孔呈椭圆形。

为了克服这些，通常在成批生产中，广泛采用镗模加工孔系，如图2-2.3a所示。工件5装夹在镗模上，镗杆4被支承在镗模的导套6里，导套的位置决定了镗杆的位置，装在镗杆上的镗刀3将工件上相应的孔加工出来。当用两个或两个以上的支承1来引导镗杆时，镗杆与机床主轴2必须浮动联接。当采用浮动联接时，机床精度对孔系加工精度影响很小，因而可以在精度较低的机床上加工出精度较高的孔系。孔距精度主要取决于镗模（必要时借助已加工孔导向图6a），一般可达±0.05mm。能加工公差等级IT7的孔，其表面粗糙度可达Ra5～1.25μm。当从一端加工、镗杆两端均有导向支承时，孔与孔之间的同轴度和平行度可达0.02～0.03mm；当分别由两端加工时，可达0.04～0.05mm。

+

a.用镗模加工孔系

1—镗架支承2—镗床主轴3—镗刀

4—镗杆5—工件6—导套

b.利用已加工孔导向