机床误差分析

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。
机床误差
机床误差是指在无切削负荷下，来自机床本身制造误差、 安装误差和磨损，主要包括主轴回转误差、导轨误差、传动 链误差。 主轴回转误差 （1）主轴回转误差的概念 理论上机床主轴回转时，回转轴线的空间位置是固定不 变的，即它的瞬时速度为零。而实际主轴系统中存在着各种 影响因素，使主轴回转轴线的位置发生变化。将主轴实际回 转轴线相对于理论回转轴线的偏移称为主轴回转误差。它将 直接影响被加工工件的形状精度和位置精度。
（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。
• 获得加工精度方法： • 1、获得尺寸精度的方法：试切法、调 整法、定尺寸刀具法、自动控制法； • 2、获得形状精度的方法：轨迹法、仿 形法、成形法、展成法； • 3、获得位置精度的方法：直接找正装 夹、画线找正装夹、夹具装夹。
• 机械加工过程中，获得工件形状精度 的方法是 （ ） • (A)试切法 • (B)成形法 • (C)夹具装夹
二、影响加工精度的因素
• 1、原始误差 • 零件的机械加工是在由机床、夹具、刀具和工件组成 的工艺系统中进行的。 • 工艺系统中凡是能直接引起加工误差的因素都称 为原始误差。 • 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。 原始误差的存在，使工艺系统各组成部分之间的位置 关系或速度关系偏离了理想状态，致使加工后的零件 产生了加工误差。 • 若原始误差是在加工前已存在，即在无切削负荷的情 况下检验的，称为工艺系统静误差；若在有切削负荷 情况下产生的则称为工艺系统动误差。
90°)引起的加工误差最小。
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。
加工原理误差
加工原理是指加工表面的形成原理。加工原理误差是由 于采用了近似的切削运动或近似的切削刃形状所产生的加工 误差。 为了获得规定的加工表面，要求切削刃完全符合理论曲 线的形状，刀具和工件之间必须作相对准确的切削运动。但 往往为了简化机床或刀具的设计与制造，降低生产成本，提 高生产率和方便使用而采用了近似的加工原理，在允许的范 围内存在一定的原理误差。
• 影响主轴回转精度的主要因素 • 一是主轴轴颈与支承座孔的圆度误差， 波度和同轴度、止推面或轴肩与回转轴线 的垂直度误差。 • 二是滑动轴承轴颈和轴承孔的圆度、波 度和同轴度、端面与回转轴线的垂直度； 或滚动轴承滚道的圆度、波度、滚动体的 圆度误差和尺寸误差，滚道与轴承内孔的 同轴度误差(如图7.4);轴承间隙及止推滚动 轴承的滚道与回转轴线的垂直度误差等。
超过图样规定的偏差，即为合格品。
3、机械加工精度包含的内容
机械加工精度

尺寸精度 如长度，宽度 形状精度 如圆度，锥度
位置精度 如平行度，同轴度
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（形状精度大于位置精度，位置精度大于尺寸精度）
回 转 误 差 对 加 工 精 度 的 影 响
图 例
动画
图 例
2
(A+R）cosφ 1，
Acosφ Om 3 A O A O
φ
R 1
Rsinφ
图 例
4
图7.6 镗孔时纯径向跳动对加工精度的影响
图 例
图7.7 纯角度摆动
O－工件孔中心线 Om－主轴回转中心线
• 在车床上车削工件端面是
3．提高主轴回转精度的措施
6、研究加工精度的方法
一是因素分析法，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。一般不考虑其它因素的 同时作用，主要是分析各项误差单独的变化规律。 二是统计分析法，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。 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，然后再运用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。
•
本章介绍机械加工精度与加工误差， 从保证零件的机械加工质量出发，研究 机械加工系统中各种误差对加工精度的 影响，分析其内在的联系。研究工艺系 统中各种误差与加工精度之间的关系， 掌握其变化的基本规律，寻求提高加工 精度的途径。 • 本章讨论的内容有机械加工精度与误 差的基本概念、影响加工精度的因素、 加工误差的综合分析及提高加工精度的 途径四个方面。
2、零件加工中的各种误差

调整误差 定位误差 夹紧误差
机加工前，对机床、夹具、刀具调整中；
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。
机械加工中的原始误差可归纳为：
调整误差
加工前误差
工件装夹误差 机床误差 夹具误差 刀具制造误差
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。

可消除间隙
增加轴承刚度
均化滚动体的误差
(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
图 例
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。把对加工误差影响最大的那个方向（即通过刀刃 的加工表面的法线方向）称为误差敏感方向。
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。
衡量进行加工质量的指标 有两方面
一、机械加工精度和加工误差
表面质量
加工精度
在机械加工过程中，由于各种因素的影响，使刀具和工件 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
主 轴 回 转 误 差 概 念
主 轴 回 转 误 差 分 类 及 影 响 因 素
主轴回转误差可分为如图7．3所示的三种基本类 型： 纯径向跳动：主轴实际回转轴线相对于理论回转 轴线在径向的变动量。 产生原因：主轴支承轴颈的圆度误差和轴承工作表面 的圆度误差。 纯轴向窜动：主轴实际回转轴线沿理论回转轴线 在轴向的变动量。 产生原因：主轴轴肩端面和推力轴承承载端面对主轴 的回转轴线有垂直度误差。 纯角度摆动： 主轴实际回转轴线与理论回转轴线在角度方向上的偏 移量。
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。
导轨误差
机床导轨是机床主要部件的相对位置及运动的基准，导 轨误差将直接影响加工精度。 (1)导轨在垂直面内的直线度误差 卧式车床或外圆磨床的导轨垂直面内有直线度误差ΔZ如 图7.9(a)，使刀尖运动轨迹产生直线度误差ΔZ，由于是误差 非敏感方向，零件的加工误差ΔR≈ΔZ2／2R可忽略不计。 而平面磨床、尤门刨床这时是误差敏感方向，所以导轨 误差将直接反映到被加工的零件上。
图 例
7- 3
图 例
7
（2）主轴回转误差对加工精度的影响 不同型式的主轴回转误差对加工精度的影响是不同的；而 同一类型的回转误差在不同的加工方式中的影响也不相同。如 图7.5、7.6、7.7和表7.1所示。
表7．1 机床主轴回转误差产生的加工误差
车床上车削 主轴回转误差的 基本形式 纯径向跳动 纯轴向窜动 纯角度摆动 内、外圆 影响极小 无影响 圆柱度误差 端面 无影响 平面度误差 垂直度误差 形响极小 螺距误差 螺距误差 螺纹 孔 圆度误差 无影响 圆柱度误差 镗床上镗削 端面 无影响 平面度误差 垂直度误差 平面度误差
来表示。
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。符合程度越高则加工精度就越高。 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。 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
(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
4、加工精度与加工成本和生产效率的关系
一般情况地，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。 目的： 1. 减少损失，提高经济效益 2. 分析影响因素，控制加工精度 3. 研究各种加工方法的经济精度，正确选择加工方法。
加 工 原 理 误 差
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。
(1)提高主轴部件的制造精度 首先应提高轴 承的回转精度
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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
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)对滚动百度文库承进行预紧 对滚动轴 承适当预紧
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＝
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 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。
工 艺 系 统 静 误 差
图 例
原 始 误 差
工艺系统受力变形
加工中误差
工艺系统热变形 刀具磨损
工 艺 系 统 动 误 差
加工后误差
残余应力引起变形 测量误差
原 始 误 差 举 例
图7．1 为活塞销孔精镗工序中的各种原始误差： 由于定位基准不是设计基准而产生的定位误差; 由于夹紧力过大而产生的夹紧误差属工件装夹误差； 机床制造或使用中的磨损产生的导轨误差属于机床误差； 调整刀具与工件之间位置而产生的对刀误差属调整误差； 由于切削热、摩擦热等因素的影响而产生的机床热变形属 于工艺系统热变形; 还有加工过程中的刀具磨损; 加工完毕测量工序尺寸时,由于测量方法和量具本身的误差 而产生的测量误差。