机械加工误差及影响因素

10．1．2加工误差的产生 零件的机械加工是在由机床、刀具、夹具和工件组成的工 艺系统内完成的。零件加工表面的几何尺寸、几何形状和加工 表面之间的相互位置关系取决于工艺系统间的相对运动关系。 1． 加工原理误差 加工原理误差是指采用了近似的刀刃轮廓或近似的传动关 系进行加工而产生的误差。例如，加工渐开线齿轮用的齿轮滚 刀，为使滚刀制造方便，采用了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，使齿轮渐开线齿形产生了误差。 2． 工艺系统的几何误差 工艺系统中各组成环节的实际几何参数和位置，相对于理 想几何参数和位置发生偏离而引起的误差，统称为工艺系统几 何误差。工艺系统几何误差只与工艺系统各环节的几何要素有 关。
5． 工件内应力引起的加工误差 内应力是工件自身的误差因素。工件冷热 加工后会产生一定的内应力。通常情况下内应 力处于平衡状态，但对具有内应力的工件进行 加工时，工件原有的内应力平衡状态被破坏， 从而使工件产生变形。 6． 测量误差 在工序调整及加工过程中测量工件时，由 于测量方法、量具精度等因素对测量结果准确 性的影响而产生的误差，统称为测量误差。
(a)轴向窜动
(b)径向跳动
(c)角度摆动
（1） 轴向窜动 轴向窜动是指瞬时回转轴 线沿平均回转轴线方向的轴向运 动，如图10-1a所示，它主要影响 工件的的端面形状和轴向尺寸精 度。 （2） 径向跳动 径向跳动是指瞬时回转轴 线平行于平均回转轴线的径向运 动量。如图10-1b所示。它主要影 响加工工件的圆度和圆柱度。 （3） 角度摆动 角度摆动是指瞬时回转轴 线与平均回转轴线成一倾斜角度 作公转，如图10-1c所示，它对工 件的形状精度影响很大，如车外 圆时，会产生锥度。
图 10-3 滚动轴承的形状误差 (a)内环滚道形状误差(b) 外环滚道形状误差(c) 内环滚道与孔的同轴度误差(d) 滚动体尺寸与形状误差
3) 主轴回转误差对加工精度的影响 例如在车削圆柱表面时，回转误差沿 刀具与工件接触点的法线方向分量ΔY对 精度影响最大，如图10-4b所示，反映 到工件半径方向上的误差为ΔR=ΔY，而 切向分量Δz的影响最小，如图10-4a所 示，由图4-4可看出，存在误差Δz时， 反映到工件半径方向上的误差为ΔR， 其关系式为： （ R +ΔR ）2 = Δz2 + R2 整理中略去高阶微量ΔR2项可得：ΔR =Δz2 / 2R 设Δz=0.01mm，R=50mm，则ΔR= 0.000001mm。此值完全可以忽略不计。
图10-2 主轴采用滑动轴承的回转误差 （a）工件回转类机床 (b) 刀具回转类机床
主轴采用滚动轴承支承时，如图10-3所示，内外环滚道的形 状误差（图a、b）、内环滚道与内孔的同轴度误差（图c）、 滚动体的尺寸误差和形状误差（图d），都对主轴回转精度有 影响。主轴轴承间隙增大会使轴向窜动与径向圆跳动量增大。 采用推力轴承时，其滚道的端面误差会造成主轴的端面圆跳 动。角接触球轴承和圆锥滚子轴承的滚道误差既会造成主轴 端面圆跳动，也会引起径向跳动和摆动。
因此，一般称法线方向为误差的敏感方向， 切线方向为非敏感方向。分析主轴回转误差对加工 精度的影响时，应着重分析误差敏感方向的影响。
图 10-4 回转误差对加工精度的影响 (a) 切线方向 (b) 法线方向
图10-5主轴轴向窜动对端面加工的影响
4) 提高主轴回转精度的措施 （1） 采用高精度的主轴部件 获得高精度的主轴部件的关键是提高轴承精度。因此， 主轴轴承，特别是前轴承，多选用D、C级轴承；当采用 滑动轴承时，则采用静压滑动轴承。以提高轴系刚度， 减少径向圆跳动。其次是提高主轴箱体支承孔、主轴轴 颈和与轴承相配合零件的有关表面的加工精度，对滚动 轴承进行预紧。 （2）使主轴回转的误差不反映到工件上 如采用死顶尖磨削外圆，只要保证定位中心孔的形状、 位置精度，即可加工出高精度的外圆柱面。主轴仅仅提 供旋转运动和转矩，而与主轴的回转精度无关。
第6章
机械加工误差及影响因素
10．1．1机械加工误差的概念 机械加工误差是指零件加工后的实际几何 参数（几何尺寸、几何形状和相互位置）与理 想几何参数之间偏差的程度。零件加工后实际 几何参数与理想几何参数之间的符合程度即为 加工精度。加工误差越小，符合程度越高，加 工精度就越高。研究加工误差的目的，就是要 分析影响加工误差的各种因素及其存在的规律， 从而找出减小加工误差、提高加工精度的合理 途径。
(d)主轴回转误差
2) 影响主轴回转运动误差的主要因素有： （1） 主轴误差 主轴误差主要包括主轴支承轴径的圆度误差、同轴度误差（使主轴轴心线 发生偏斜）和主轴轴径轴向承载面与轴线的垂直度误差（影响主轴轴向窜动量）。 （2） 轴承误差 主轴采用滑动轴承支承时，主轴轴径和轴承孔的圆度误差对主轴回转精 度有直接影响。对于工件回转类机床，切削力的方向大致不变，在切削力的作用 下，主轴轴径以不同部位与轴承孔的某一固定部位接触，这时主轴轴径的形状误 差是影响回转精度的主要因素，如图10-2a所示。对于刀具回转类机床，切削力 的方向随主轴回转而变化，主轴轴径以某一固定位置与轴承孔的不同位置相接触， 这时轴承孔的形状精度是影响回转精度的主要因素，如图10-2b所示。对于动压 滑动轴承，轴承间隙增大会使油膜厚度变化大，轴心轨迹变动量加大。
10．2 工艺系统的几何误差对加工误差的影响
10．2．1机床的几何误差 机床的几何误差是通过各种成形运动反映到加工表面的， 机床的成形运动主要包括两大类，即主轴的回转运动和移动件 的直线运动。因而分析机床的几何误差主要包括主轴的回转运 动误差、导轨导向误差和传动链误差。 1. 主轴的回转运动误差 1) 主轴的回转运动误差的概念 主轴的回转运动误差是指主轴实际回转轴线相对于理论回转 轴线的偏移。由于主轴部件在制造、装配、使用中等各种因素 的影响，会使主轴产生回转运动误差，其误差形式可以分解为： 轴向窜动、径向跳动和角度摆动三种，实际上，主轴回转误差 的三种基本形式是同时存在的。
3． 工艺系统受力变形引起的误差 工艺系统在切削力、夹紧力、重力和惯 性力等作用下会产生变形，从而破坏了已调 整好的工艺系统各组成部分的相互位置百度文库系， 导致加工误差的产生，并影响加工过程的稳 定性。 4． 工艺系统受热变形引起的误差 在加工过程中，由于受切削热、摩擦热 以及工作场地周围热源的影响，工艺系统的 温度会产生复杂的变化。在各种热源的作用 下，工艺系统会发生变形，导致改变系统中 各组成部分的正确相对位置，导致加工误差 的产生。