工艺系统刚度及误差

纯角度摆动会造成车削外圆或内孔的锥度误差；在镗孔
时，若工件进给会使镗出的孔为椭圆形。
提高主轴及支承座孔的加工精度，选用高精度轴承，提高 主轴部件装配精度、预紧和平衡等，提高主轴回转精度。
3、主轴回转精度的测量 （1）静态测量法 （2）动态测量法 4、提高主轴回转精度的措施
（1）提高主轴支承轴承的精度并进行精细的调整安 装。 （2）如使用精密滚动轴承、或液体、气体静压轴承； 主轴部件装配时，应合理地确定各相关零件的精度， 采用轴颈与轴承圈误差抵消法或角度选配法精细的 调整安装并尽量消除轴承间隙，即可保证和提高主 轴的回转精度。 （3）采用双死顶尖装夹工件，可减小机床主轴回转 误差对工件加工精度的影响 （4）采用误差转移法
减小载荷及其变化
• 合理选择刀具几何参数、切削用量以减 小切削力，减少受力变形。 • 毛坯分组，一次调整中加工的毛坯余量 比较均匀，较小切削力的变化，减小复 映误差。
残余应力引起的变形
（一）毛坯制造和热处理过程产生的残余应力。 （二）冷校直带来的残余应力。 （三）切削加工带来的残余应力
机架的抗振性（动刚度）
接合面的间隙
• 部件中各零件间如果有间隙－－受到较小的力 （克服摩擦力）就会使零件相互错动－－表现为 刚度很低。 • 间隙消除后－－相应表面接触－－开始有接 触变形和弹性变形－－表现为刚度很大。 • 单项载荷，第一次加载消除间隙后对加工精度 的影响较小； • 动作载荷不断改变方向（镗、铣），间隙的影 响大。
除轴承本身精度外，与配合件精度有很大关系如主轴轴 颈、支承座孔等精度
产生轴向窜动主要原因是主轴轴肩端面和轴承承载端面
对主轴回转轴线有垂直度误差。
主轴不同形式的回转误差引起的加工误差不同
车床上加工外圆内孔时，主轴径向跳动引起工件圆度和 圆柱度误差，对工件端面无影响； 轴向窜动对圆柱表面影响不大，对端面垂直度平面度影 响大，车削螺纹时会造成导程的周期性误差； 纯角度摆动会造成车削外圆或内孔的锥度误差；在镗孔 时，会使镗出的孔为椭圆形。
条空间曲线，使工件产生形状误差。
若扭曲误差为Δ3,工件误差ΔR≈(H/B)Δ3 ，一般车床 H/B≈2/3，外圆磨床H/B≈1，误差对加工精度影响很大 2、影响因素及提高精度的措施
除导轨制造误差外，导轨的不均匀磨损和安装质量， 也是造成导轨误差的重要因素。导轨磨损是机床精度下降
的主要原因之一。
可采用耐磨合金铸铁、镶钢导轨、贴塑导轨、滚动导 轨导轨表面淬火等措施。
代入上式得： 1 1 1 1 1 k k jc k jj kd k g
工艺系统变形
切削力大小变化引起的加工误差
工艺系统刚度越高，误差复映就越小
夹紧力和重力引起的加工误差
夹紧力和重力引起的加工误差
夹紧力和重力引起的加工误差
夹紧力和重力引起的加工误差
夹紧力和重力引起的加工误差
调整法调整
1）用定程机构调整 2）用样板或样件调整 3）统计抽样件数的影响
机械加工工艺系统刚度（随机误差） 及对加工精度影响
工艺系统的静刚度
• 切削加工时，工艺系统在切削力、加紧力以及重力等 的作用下，将产生相应的变形，使刀具和工件在静态 下调整好的相互位置，以及切削成形运动所需要的正 确几何关系发生变化，而造成加工误差。 例如车削细长轴时，工件在切削力的作用下会发生变 形，使加工出的轴出现中间粗两头细的情况。
工艺系统的其他几何误差
1、刀具的几何误差
包括刀具切削部、装夹部的制造误差及刀具安装误差
① 定尺寸刀具 刀具尺寸精度直接影响工件尺寸精度 ② 成形刀具 ③ 展成刀具 ④ 一般刀具
刀具形状精度直接影响工件形状精度 刀刃形状精度会影响工件加工精度 制造精度对工件加工精度无直接影响
2、调整误差
在工序的调整工作中所存在的误差即调整误差
机床导轨误差
1、机床导轨误差的形式 导轨精度要求主要有以下三方面：
1） 在水平面内的直线度（以卧式车床为例）
Δ1将直接反映在工件加工表面法线方向（误差敏感方向）
上，误差ΔR =Δ1 ，对加工精度影响最大。 刀尖在水平面内的运动轨迹造成工件轴向形状误差。
2） 在垂直面内的直线度
Δ２对工件的尺寸和形状误差影响比Δ1小得多
Δφ∑= ∑Δφwi= ∑Ki Δφi
减少传动链误差的措施：
① 尽可能缩短传动链，减少传动元件数目；
② 尽量采用降速传动，误差被缩小；
③ 提高传动元件、特别是末端元件的制造和 装配精度； ④ 消除传动间隙； ⑤采用误差补偿机构或自动补偿装置。
夹具定位误差
• 夹具误差：定常误差、随机误差
• 定常误差：夹具制作误差、夹具安装误差 • 随机误差：定位点的不确定、夹紧力的不确定、 定位件变形、夹具体变形、温度影响、导向件 的间隙等
颈、轴孔的同轴度误差主轴系统的刚度和热变形等。 但它们对主轴回转精度的影响大小随加工方式而不同
主轴采用滑动轴承的车床类，主轴受力方向一定，主轴颈 圆度误差对加工影响较大，轴承孔圆度误差对加工没影响
镗床主轴受力随镗刀旋转方向不断变化其轴承孔误差对加 工影响大
Baidu Nhomakorabea
滚动轴承结构复杂，影响主轴精度因素也较复杂
•
工艺系统静刚度
定义：k y Fy y
注意：工件和刀具在y方向产生的相对位移y， 不只是Fy 作用的结果，而是Fx、Fy、Fz同时 作用的综合结果
工艺系统静刚度（串联）
y y jc y jj yd y g 各部分刚度： k jc Fy y jc , k jj Fy y jj , kd Fy yd , kg Fy yg
与工艺系统原始状 态有关的原始误差 (定常几何误差)
工件相对于刀具静止状态下 的误差
原始 误差
与工艺过程有关的 原始误差 (随机误差)
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
机械加工工艺系统刚度及误差
技术部 201304
零件加工精度相关常识
• 工艺系统：机床、夹具、刀具和工 件组成的一个系统。 • 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。
刀具 工件 夹具 机床
研究加工精度的目的
祝各位学习愉快！
机床部件静刚度
机床部件静刚度曲线的特点
• 是弹性变形 • 加载与御载曲线不重合；有能量损失，克 服摩擦和接触变形所作的功 • 御载后曲线不回到原点；有残留变形 • 部件的实际刚度远比按实体所估算的小。
影响部件静刚度的主要因素
• • • • 连接表面间的接触变形 薄弱零件本身的变形 摩擦力的影响 接合面的间隙
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、刀具等工装制造误差； 工件装夹误差； 加工过程中出现→力、热、振动、磨损等干扰误差。
加工误差来源和原始误差
原始误差的分类
原理误差 定位误差 调整误差 刀具误差 夹具误差
一次调整后存在的误差对这一批零件的影响是不变的。
但大批量加工中存在多次调
整，不可能每次完全相同。 对全部零件来说，每次调整
误差为偶然性误差。机床调
整误差可理解为零件尺寸分 布曲线中心的最大偏移量。
加工中不产生废品的 条件：Δ
fb+Δ t≤T
通常Δfb=6σ
误差调整方法
试切法调整
1）进给机构的位移误差 2）最小切削层厚度极限的影响
• 径向跳动--瞬时回转轴线 沿平均回转轴线的径向跳 动运动。 • 轴向窜动--瞬时回转轴线 沿平均回转轴线方向的轴 向运动。 • 角度摆动--瞬时回转轴线 与平均回转轴线成一倾斜 角，但其交点位置是固定 不变的运动。
图7-1
2、 主轴回转运动误差的影响因素
轴承本身误差、轴承间隙、轴承间同轴度误差，各段轴
连接表面间的接触变形
1 连接表面间的接触变形 零件表面间存在：宏观 几何形状误差和微观的 表面粗糙度。 实际接触面积只是理论 接触面积的一部分，并 且真正处于 接触状态的，只是这一 部分的一些凸峰。 外力作用时，在接触点 将产生较大的接触应力 ，并产生接触 变形（表面层弹性变形 ，局部塑性变形）以上 是部件刚度曲线 不呈直线，以及刚度远 比同尺寸实体的刚度要 低的原因。
• 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; • 需要时能找出进一步提高加工精度的途 径。
影响机械加工精度的因素
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。
结论：连接表面的接触刚度将随法向载荷的增加而增大， 并受接触表面材料、硬度、表面粗糙度、表面纹理方向， 以及表面几何形状误差等因素的影响。
薄弱零件本身的变形
摩擦力的影响
• 机床部件受力变形－－零件间连接表 面发生错动－－加载时摩擦力使零件变 形阻碍位移的传递－－御载时摩擦力使 零件变形阻碍位移的恢复－－造成加载 御载刚度曲线不重合。
机床传动链误差
概念：指机床内传动链始末两端的传动元件间相对运动的 误差 一般用传动链末端元件的转角误差来衡量。产生的原因 是传动链中各传动元件的制造误差、装配误差及磨损等。 若传动齿轮 i 在某一时刻产生转角误差为Δφi，则它所
造成传动链末端元件的转角误差：Δφwi =Ki Δφi
Ki 为该轴到末端元件的总传动比，称为误差传递系数， 若Ki大于1则误差被扩大；反之，若Ki小于1误差被缩小。 各传动件对工件精度影响的总和为：
对卧式车床ΔR ≈Δ22/D 若设Δ2= 0.1mm,D=40mm，则
ΔR =0.00025mm，影响可忽略不计。 而对平面磨床、龙
门刨床误差将直接反映在工件上。
3）导轨在垂直面内的直线度的特殊情况为斜坡状，
加工的工件轴向形状为鞍形。
4） 前后导轨的平行度（扭曲）
卧式车床或外圆磨床若前后导轨存在平行度误差时， 刀具和工件之间相对位置发生变化，刀尖运动轨迹是一
机械加工工艺系统定常误差分析
机床主轴的回转运动误差
机械加工工艺系统的几何误差包括：机床、夹具、刀具的 误差；是由制造误差、安装误差以及磨损引起的误差等。
1、主轴回转运动误差的概念和形式
主轴回转误差概念
主轴回转时实际回转轴线与理想回转轴线的偏移量
三种基本形式：
a. 纯径向跳动 b.纯角度摆动 c.轴向窜动
减小工艺系统受力变形的途径
（一）提高工艺系统的刚度
（二）减小载荷及其变化
提高工艺系统的静刚度
1 合理的结构设计 2 提高连接表面的接触刚度 （1）提高机床部件中零件间接合表面的质量 （2）给机床部件以预加载荷 （3）提高工件定位基准面的精度和减小表面 粗糙度值 3 采用合理的装夹和加工方式（夹紧力方向最 好与铣削力一致）