《机械制造工程原理》第6章.ppt

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1、第第6 6章章 机机 械械 加加 工工 精精 度度6.1 6.1 机械加工精度的概念机械加工精度的概念6.2 6.2 获得加工精度得方法获得加工精度得方法6.3 6.3 影响加工精度的因素影响加工精度的因素6.4 6.4 加工误差的分析与控制加工误差的分析与控制6.1 6.1 机械加工精度的概念机械加工精度的概念 6.1.1 6.1.1 加工精度与加工误差加工精度与加工误差 加工精度是指加工后零件表面的实际尺寸、形状、加工精度是指加工后零件表面的实际尺寸、形状、位置三种几何参数与图纸要求的理想几何参数的符合位置三种几何参数与图纸要求的理想几何参数的符合程度。程度。加加工工误误差差是是指指加加工

2、工后后零零件件实实际际尺尺寸寸、形形状状、位位置置三种几何参数与理想几何参数的偏离数值。三种几何参数与理想几何参数的偏离数值。零零件件的的理理想想几几何何参参数数，对对尺尺寸寸而而言言，就就是是平平均均尺尺寸寸，对对表表面面几几何何形形状状而而言言，就就是是绝绝对对的的圆圆、圆圆柱柱、平平面面、锥锥面面、直直线线等等，对对表表面面之之间间的的相相互互位位置置而而言言，就就是绝对的平行、垂直、同轴，对称和一定的角度等。是绝对的平行、垂直、同轴，对称和一定的角度等。加加工工精精度度与与加加工工误误差差都都是是评评价价加加工工表表面面几几何何参参数数的的术术语语。加加工工精精度度用用公公差差等等级级

3、衡衡量量，等等级级值值越越小小，其其精精度度越越高高，加加工工误误差差用用数数值值表表示示，数数值值越越大大，其其误误差差越大。加工精度高，就是加工误差小，反之亦然。越大。加工精度高，就是加工误差小，反之亦然。加工经济精度加工经济精度指在正常加工条件下指在正常加工条件下(采用符合质量标准的加工设采用符合质量标准的加工设备、工艺装备和标准技术等级的工人）所能保证的加工备、工艺装备和标准技术等级的工人）所能保证的加工精度和表面质量。精度和表面质量。加工精度：零件实际几何参数(尺寸、形状、位置)与理想（设计）几何参数的接近程度。圆、圆柱、平面、锥面、直线平行、垂直、同轴，对称和角度平均尺寸加工误差：

4、零件实际几何参数与理想几何参数的偏离数值。零件的理想几何参数：表面尺寸:平均尺寸，表面几何形状:绝对的圆、圆柱、平面、锥面、直线 表面相互位置:绝对的平行、垂直、同轴，对称和角度。加工精度用公差等级衡量，等级精度 加工误差用数值表示，数值误差精度反之亦然。尺寸、形状和相互位置的关系尺寸、形状和相互位置的关系表面形状误差表面形状误差尺寸公差尺寸公差(30(305050）表面位置误差表面位置误差尺寸公差尺寸公差（65658585）配合要求高或有特殊功用的零件，其几何形状和相配合要求高或有特殊功用的零件，其几何形状和相互位置精度，则往往有更高的要求。互位置精度，则往往有更高的要求。尺寸、形状和相互位

5、置的关系零件的尺寸、形状和相互位置精度，三者之间是零件的尺寸、形状和相互位置精度，三者之间是有区别也有联系。有区别也有联系。一般，尺寸精度一般，尺寸精度，形状、位置精度，形状、位置精度如为保证轴颈的直径尺寸精度，则轴颈的圆度误如为保证轴颈的直径尺寸精度，则轴颈的圆度误差不应超出其直径的尺寸公差；差不应超出其直径的尺寸公差；如当两个表面自身的平面度很差时，就很难保证如当两个表面自身的平面度很差时，就很难保证其两表面之间的平行度。其两表面之间的平行度。6.1.2 6.1.2 原始误差与加工误差的关系原始误差与加工误差的关系 在机械加工中不允许产生加工误差是做不到的，在机械加工中不允许产生加工误差是

6、做不到的，从零件的功能看，一般也是不必要的。所以，只要加从零件的功能看，一般也是不必要的。所以，只要加工误差在零件图要求的公差范围内，就认为保证了加工误差在零件图要求的公差范围内，就认为保证了加工精度。工精度。机械加工中，零件的实际几何参数的形成主要取机械加工中，零件的实际几何参数的形成主要取决于工件和刀具在切削过程中的相互位置。而工件和决于工件和刀具在切削过程中的相互位置。而工件和刀具的相互位置取决于机床和夹具。因此，在机械加刀具的相互位置取决于机床和夹具。因此，在机械加工中，工件、刀具、机床和夹具形成了加工的系统，工中，工件、刀具、机床和夹具形成了加工的系统，通常把这一系统称为工艺系统。通

7、常把这一系统称为工艺系统。工艺系统实际上不可避免的存在着种种误工艺系统实际上不可避免的存在着种种误差，这些误差必将直接影响工件加工后的精度。差，这些误差必将直接影响工件加工后的精度。就是说工艺系统的误差通过加工过程直接反映就是说工艺系统的误差通过加工过程直接反映到工件上，而形成加工误差。通常把工艺系统到工件上，而形成加工误差。通常把工艺系统的误差称为的误差称为原始误差原始误差。加工误差与原始误差是。加工误差与原始误差是一个因果关系。一个因果关系。除了上述形成原始误差的工艺系统误差以除了上述形成原始误差的工艺系统误差以外，影响加工误差的还有其它许多因素，所以外，影响加工误差的还有其它许多因素，所

8、以也可以把产生加工误差的来源扩大为机械制造也可以把产生加工误差的来源扩大为机械制造系统。可以把机械制造系统视为工艺系统。系统。可以把机械制造系统视为工艺系统。机械制造系统（工艺系统）由三部分组成，即施机械制造系统（工艺系统）由三部分组成，即施行方法、机械实体、切削过程三个部分。因此原始误行方法、机械实体、切削过程三个部分。因此原始误差可分为三大类十二项：差可分为三大类十二项：施行方法误差包括以下四项原始误差：施行方法误差包括以下四项原始误差：原理误差、安装误差、调整误差、测量误差原理误差、安装误差、调整误差、测量误差 机械实体误差包括以下四项原始误差：机械实体误差包括以下四项原始误差：机床误差

9、、夹具误差、刀具误差、毛坯误差机床误差、夹具误差、刀具误差、毛坯误差 切削过程误差包括以下四项原始误差：切削过程误差包括以下四项原始误差：工艺系统受力变形误差、工艺系统受热变形误差、工艺系统受力变形误差、工艺系统受热变形误差、工艺系统磨损误差、内应力变形误差工艺系统磨损误差、内应力变形误差6.1.3 6.1.3 加工误差的性质与分类加工误差的性质与分类 1.1.系统性误差系统性误差 顺次加工一批工件时所产生的大小和方向不变或顺次加工一批工件时所产生的大小和方向不变或按一定规律变化的误差。系统性误差又分为常值系统按一定规律变化的误差。系统性误差又分为常值系统性误差和变值系统性误差。性误差和变值系

10、统性误差。1 1）常值系统性误差）常值系统性误差 大小和方向保持不变的误差。它不随时间等因素大小和方向保持不变的误差。它不随时间等因素变化。如原理误差，调整误差、机械实体误差引起的变化。如原理误差，调整误差、机械实体误差引起的加工误差等都是常值系统性误差。加工误差等都是常值系统性误差。2 2）变值系统性误差）变值系统性误差 大小和方向按一定规律变化的误差。它可大小和方向按一定规律变化的误差。它可以线线性变化，也可以是非线性变化。例如刀以线线性变化，也可以是非线性变化。例如刀具在正常磨损阶段的磨损量与切削路程长度是具在正常磨损阶段的磨损量与切削路程长度是近似线性的关系，该原始误差及其引起的加工近

11、似线性的关系，该原始误差及其引起的加工误差都是线性变值系统性误差。而刀具的热伸误差都是线性变值系统性误差。而刀具的热伸长，在未达到热平衡状态时，其伸长量与时间长，在未达到热平衡状态时，其伸长量与时间呈指数曲线关系，这种原始误差及其加工误差呈指数曲线关系，这种原始误差及其加工误差为非线性的变值系统性误差。为非线性的变值系统性误差。2.2.随机性误差随机性误差 顺顺次次加加工工一一批批工工件件所所产产生生的的大大小小，方方向向无无规规律律变变化化的的误误差差称称为为随随机机性性误误差差。如如毛毛坯坯误误差差、定定位位误误差差、夹夹紧紧误误差差，内内应应力力变变形形等等引引起起的的加加工工误误差差都

12、都是是随随机机性性误误差差。随随机机性性误误差差只只能能通通过过数数理理统统计计方方法法来来揭揭示示其其总总体体规规律律，然然后后采采取取措措施施加加以以控控制制。一一般般来来讲讲，减减小小随随机机误误差差是是困困难难的的，随随着着科科技技的的发发展展，随随机机误误差差的的部部分分原原因因将将逐逐渐渐被被获获知知，从从而而转转变变为为系系统统性性误误差差。在在很很多多情情况况下下，标标志志随随机机性性加加工工误误差差的的标标准准偏偏差差统统计计值值中中隐隐含含变变值值系系统统性性误误差差，如如果果能能通通过过点点图图法法、相相关关分分析析法法或或四四价价中中心心矩矩阵阵法法将将其其揭揭示示出出

13、来来，并并采采取取针针对对性性措措施施加以消除，其值是可以减小的。加以消除，其值是可以减小的。6.2 6.2 获得加工精度的方法获得加工精度的方法1.1.获得表面尺寸精度的方法获得表面尺寸精度的方法可分为可分为试切法、调整法、定尺寸刀具法和自动控试切法、调整法、定尺寸刀具法和自动控制法四种方法。制法四种方法。1 1）试切法）试切法 其其过过程程是是初初调调刀刀具具，试试切切一一小小段段，测测量量试试切切所所得得尺尺寸寸并并与与所所要要求求的的尺尺寸寸比比较较，按按其其差差值值再再调调整整刀刀具具，再再试试切切、再再测测量量，如如此此反反复复数数次次，直直至至达达到到符符合合要要求求的尺寸后，再

14、切削整个待加工表面。的尺寸后，再切削整个待加工表面。试切法可以达到较高的加工精度，但要求工人有试切法可以达到较高的加工精度，但要求工人有较高的技术水平，而且加工效率也很低，所以，一般较高的技术水平，而且加工效率也很低，所以，一般只用于单件小批生产。只用于单件小批生产。2 2）调整法）调整法 其其过过程程是是经经过过对对刀刀(调调整整)使使刀刀具具与与工工件件的的相相对对理理想位置在切削中保持不变加工一批工件的方法。想位置在切削中保持不变加工一批工件的方法。在在加加工工前前使使刀刀具具获获得得正正确确位位置置的的操操作作称称为为对对刀刀，其其方方法法可可分分为为两两类类：用用样样件件或或对对刀刀

15、块块对对刀刀的的静静对对刀刀法法和和试试切切工工件件的的动动对对刀刀法法。而而在在以以后后的的重重复复加加工工中中使使刀刀具具到到位位的的控控制制方方法法是是借借助助于于机机床床进进给给机机构构的的刻刻度度盘盘、挡铁、行程开关等来实现的。挡铁、行程开关等来实现的。静静对对刀刀法法就就是是在在机机床床不不切切削削时时用用样样件件或或对对刀刀块块和和塞塞尺尺来来找找正正刀刀具具位位置置。又又有有线线内内对对刀刀和和线线外外对对刀刀两两种种。线线外外对对刀刀就就是是在在线线外外调调控控刀刀具具、刀刀架架或或刀刀夹夹等等装装置置，装到机床以后马上可以加工，这样可减少停机时间。装到机床以后马上可以加工，

16、这样可减少停机时间。动动对对刀刀法法就就是是试试切切一一个个或或数数个个工工件件，在在工工件件的的尺尺寸寸位位于于要要求求尺尺寸寸的的公公差差带带合合适适位位置置时时，作作为为刀刀具具的正确位置。的正确位置。调整法因能节省辅助时间，故生产效率比试切调整法因能节省辅助时间，故生产效率比试切法高，又因其排除了试切法加工中可能存在的人为法高，又因其排除了试切法加工中可能存在的人为因素，从而使加工的工件尺寸在无其它误差时呈正因素，从而使加工的工件尺寸在无其它误差时呈正态分布。因而在汽车零件的大量生产中，获得普遍态分布。因而在汽车零件的大量生产中，获得普遍的应用。的应用。a）b）图.试切法与调整法3 3

17、）定尺寸刀具法）定尺寸刀具法 就是以刀具的相应尺寸来保证加工表面的尺寸精就是以刀具的相应尺寸来保证加工表面的尺寸精度。如用铰刀或钻头加工孔，又如用拉刀或铣刀加工度。如用铰刀或钻头加工孔，又如用拉刀或铣刀加工一定尺寸的凹槽等，其工件尺寸都是主要取决于刀具一定尺寸的凹槽等，其工件尺寸都是主要取决于刀具的相关尺寸。定尺寸刀具法操作简单，生产率高，加的相关尺寸。定尺寸刀具法操作简单，生产率高，加工误差也比较稳定，在各种生产类型的机械加工中均工误差也比较稳定，在各种生产类型的机械加工中均可应用，但在保证孔的位置精度方面不如镗孔加工，可应用，但在保证孔的位置精度方面不如镗孔加工，也不宜于特大孔的加工。也不

18、宜于特大孔的加工。4 4）自动控制法）自动控制法 一一种种是是自自动动测测量量，就就是是将将测测量量，调调整整和和切切削削加加工工等机构综合为一个相互联系、相互协调的自动化系统。等机构综合为一个相互联系、相互协调的自动化系统。另另外外一一种种是是靠靠数数控控装装置置按按事事先先经经数数控控程程序序运运算算得得到到的的数数控控指指令令来来进进行行自自动动控控制制刀刀具具或或工工作作台台的的位位置置，以以得到尺寸精度。得到尺寸精度。自自动动控控制制法法的的实实质质就就是是试试切切法法的的自自动动化化。因因为为控控制制信信号号直直接接来来源源于于工工件件尺尺寸寸，因因此此加加工工精精度度基基本本上上

19、不不受受工工艺艺系系统统原原始始误误差差的的影影响响，仅仅受受工工件件测测量量误误差差，执执行行机机构构灵灵敏敏度度的的影影响响。目目前前在在磨磨削削加加工工中中应应用用较较多多，因因为为磨磨削削时时余余量量小小、切切屑屑细细、工工件件表表面面粗粗糙糙度度也也小小，不不致致有有较较大大的的动动态态测测量量误误差差。当当然然，要要求求测测量量装装置置具具有良好的动态特性和灵敏度。有良好的动态特性和灵敏度。2.2.获得表面几何形状精度的方法获得表面几何形状精度的方法可分为刀尖轨迹法可分为刀尖轨迹法 、成形刀具法和展成法三种方法。、成形刀具法和展成法三种方法。1 1）刀尖轨迹法）刀尖轨迹法 就就是是

20、靠靠刀刀尖尖(点点)的的运运动动轨轨迹迹来来获获得得所所要要求求的的表表面面几几何何形形状状。刀刀尖尖的的轨轨迹迹取取决决于于刀刀具具与与工工件件的的相相对对成成形形运运动动。如如普普通通车车削削是是工工件件旋旋转转形形成成母母线线和和刀刀具具移移动动形形成成导导线线。刀刀尖尖的的合合成成轨轨迹迹是是紧紧密密相相连连的的螺螺旋旋线线。又又如如内内、外外圆圆磨磨削削，是是工工件件旋旋转转与与移移动动构构成成成成形形运运动动，由由若若干干个个刀刀尖尖(磨磨粒粒)形形成成的的轨轨迹迹而而形形成成。刨刨削削的的成成形形运运动是刀尖与工件在两个相互垂直方向上的移动。动是刀尖与工件在两个相互垂直方向上的移

21、动。刀尖轨迹法所得到的表面形状精度取决于成形运刀尖轨迹法所得到的表面形状精度取决于成形运动的精度，即母线和导线的形成精度。包括机床的运动的精度，即母线和导线的形成精度。包括机床的运动精度、刚度、刀尖的磨损等。动精度、刚度、刀尖的磨损等。2 2）成形刀具法）成形刀具法 利利用用成成形形刀刀具具加加工工的的方方法法称称为为成成形形刀刀具具法法。以以刀刀具具切切削削刃刃在在切切削削基基面面的的投投影影为为母母线线。由由此此母母线线的的相相对对运运动动来来形形成成加加工工表表面面。如如用用曲曲线线刃刃成成型型车车刀刀加加工工回回转转曲面，或用成型拉刀拉削成形面等。曲面，或用成型拉刀拉削成形面等。用用成

22、成形形刀刀具具法法加加工工的的表表面面几几何何形形状状精精度度取取决决于于刃刃口的形状精度。后者取决于机床的运动精度。口的形状精度。后者取决于机床的运动精度。3 3）展成法）展成法 又又称称范范成成法法。就就是是以以一一定定形形状状的的刀刀刃刃与与工工件件按按一一定定速速比比关关系系作作展展成成运运动动。被被加加工工表表面面是是刀刀刃刃在在展展成成运运动动中中形形成成的的与与光光滑滑曲曲面面逼逼近近的的包包络络面面。刀刀刃刃必必须须是是被被加加工工表表面面轮轮廓廓曲曲线线的的共共轭轭曲曲线线。常常用用的的滚滚齿齿，插插齿齿等等轮轮齿齿齿齿形形加加工工均均属属于于展展成成法法。加加工工表表面面的

23、的形形状状精精度度取取决于机床传动链的传动精度和刀刃的形状精度。决于机床传动链的传动精度和刀刃的形状精度。0 0范成法加工时，刀具与齿坯之间必须保持精确的传动比。范成法加工时，刀具与齿坯之间必须保持精确的传动比。作者：潘存云教授0 0i=0 0/=z/z/=z/z0 0共轭齿廓互为包络线共轭齿廓互为包络线切切削削运运动动让刀运动让刀运动0 0范成运动范成运动3.3.获得表面相互位置精度的方法获得表面相互位置精度的方法 获得加工表面之间位置精度有两种情况，一种是获得加工表面之间位置精度有两种情况，一种是零件比较简单，可以在一次安装中，将有相互位置要零件比较简单，可以在一次安装中，将有相互位置要求

24、的几个表面同时加工出来。因此，其位置精度主要求的几个表面同时加工出来。因此，其位置精度主要取决于机床部件之间的位置精度和运动精度，一般可取决于机床部件之间的位置精度和运动精度，一般可获得较高的位置精度。另一种是零件比较复杂，有相获得较高的位置精度。另一种是零件比较复杂，有相互位置要求的表面不能在一次安装中连续加工。这时，互位置要求的表面不能在一次安装中连续加工。这时，由于需要多次安装，因此，其加工表面的位置精度还由于需要多次安装，因此，其加工表面的位置精度还与安装精度有关。与安装精度有关。常用的保证位置精度的安装方法有：常用的保证位置精度的安装方法有：直接找正安装法、划线找正安装法和机床夹具安

25、装法。直接找正安装法、划线找正安装法和机床夹具安装法。从零件的功能看，只要加工误差在零件图要求的从零件的功能看，只要加工误差在零件图要求的公差范围内，就认为保证了加工精度。公差范围内，就认为保证了加工精度。零件几何参数主要取决于工件和刀具在切削过程零件几何参数主要取决于工件和刀具在切削过程中的相互位置中的相互位置,其取决于机床和夹具。其取决于机床和夹具。工件、刀具、机床和夹具，称为工艺系统。工件、刀具、机床和夹具，称为工艺系统。6.3 6.3 影响加工精度的因素影响加工精度的因素 工艺系统存在种种误差，通过加工反映到工件上，工艺系统存在种种误差，通过加工反映到工件上，形成加工误差。形成加工误差

26、。工艺系统的误差称为原始误差。加工误差与原始误差是一个因果关系。除了工艺系统误差以外，造成加工误差的还有其它因素，所以把产生加工误差的来源扩大为机械制造系统。工艺系统误差占主要部分，可以把机械制造系统视为工艺系统。机械制造系统（工艺系统）由三部分组成：施行方法、机械实体、切削过程三个部分。原始误差可分为三大类十二项：施行方法误差：原理误差、安装误差、调整误差、测量误差机械实体误差：机床误差、夹具误差、刀具误差、毛坯误差切削过程误差：工艺系统受力变形误差、工艺系统受热变形误差、工艺系统磨损误差、内应力变形误差6.3.1 6.3.1 原理误差原理误差 由于采用了近似的加工方法、近似的成形运动、近似

27、由于采用了近似的加工方法、近似的成形运动、近似的刀具轮廓而产生的原始误差。的刀具轮廓而产生的原始误差。如：用滚刀滚切渐开线齿面时产生的齿形误差。如：用滚刀滚切渐开线齿面时产生的齿形误差。原因：滚刀切削刃数有限，切削不连续，因而实际滚切出的齿轮齿原因：滚刀切削刃数有限，切削不连续，因而实际滚切出的齿轮齿形不是光滑的渐开线，而是折线。形不是光滑的渐开线，而是折线。用成形铣刀铣削齿面时产生的齿形误差；用成形铣刀铣削齿面时产生的齿形误差；铣刀不是纯铣刀不是纯粹的渐开线粹的渐开线6.3.26.3.2 机床误差机床误差通常一定精度的机床只能加工出一定精度的工件通常一定精度的机床只能加工出一定精度的工件导轨

28、的导向误差；导轨的导向误差；主轴的回转误差；主轴的回转误差；传动链的传动误差。传动链的传动误差。1 1机床几何误差机床几何误差 导轨的导向误差；主轴的回转误差；传动链的传动误差导轨的导向误差；主轴的回转误差；传动链的传动误差 1 1）导轨的导向误差）导轨的导向误差导轨是机床中确定主要部件相对位置的基准，也是运动基导轨是机床中确定主要部件相对位置的基准，也是运动基准，它的各项误差直接影响被加工工件的精度。准，它的各项误差直接影响被加工工件的精度。（1 1）导轨在水平面内的直线度误差）导轨在水平面内的直线度误差 （2 2）导轨在垂直面内的直线度误差）导轨在垂直面内的直线度误差 （3 3）两导轨间的

29、平行度误差两导轨间的平行度误差（1 1）导轨在水平面内的直线度误差）导轨在水平面内的直线度误差（2 2）导轨在垂直面内的直线度误差）导轨在垂直面内的直线度误差假设假设:平面磨床、龙门平面磨床、龙门刨床这时是误差敏感刨床这时是误差敏感方向，所以导轨误差方向，所以导轨误差将直接反映到被加工将直接反映到被加工的零件上。的零件上。图图：显然：工艺系统原始误差方向不同，工艺系统原始误差方向不同，对加工精度的影响程度也不同。对加工精度的影响程度也不同。对加工精度影响最大的方向，对加工精度影响最大的方向，称为误差敏感方向。称为误差敏感方向。误差敏感方向一般为已加工误差敏感方向一般为已加工表面过切削点的法线方

30、向。表面过切削点的法线方向。误差敏感方向误差敏感方向RYRRR=X图.误差敏感方向YR0Xa）YR0Xb）在敏感方向上的原始误差将以在敏感方向上的原始误差将以1:11:1的关系转化为加工误差。它对加的关系转化为加工误差。它对加工误差影响最大。其它方向的原始误差对加工误差的影响都不同程工误差影响最大。其它方向的原始误差对加工误差的影响都不同程度地减小。度地减小。前后导轨的平行度误差前后导轨的平行度误差一般车床一般车床:H/B=2/3磨床磨床:H=B（3）两导轨间的平行度误差两导轨间的平行度误差前后导轨扭曲前后导轨扭曲引起工件形状误差（鼓形，马鞍型，锥度）引起工件形状误差（鼓形，马鞍型，锥度）若若

31、车车床床导导轨轨与与主主轴轴回回转转轴轴线线在在水水平平面面内内有有平平行行度度误误差差，车车出出的的内内外外圆圆柱柱面面就就产产生生锥锥度度；若若在在垂垂直直面面内内有有平平行行度度误误差差，则则圆圆柱柱面面成成双曲线回转体（图双曲线回转体（图)。主轴回转误差是指主轴实际回转线对其理想回转轴线主轴回转误差是指主轴实际回转线对其理想回转轴线的漂移。的漂移。为便于研究，可将主轴回转误差分解为径向圆跳动、为便于研究，可将主轴回转误差分解为径向圆跳动、端面圆跳动和倾角摆动三种基本型式。端面圆跳动和倾角摆动三种基本型式。（1 1）主轴的纯径向跳动）主轴的纯径向跳动 （2 2）主轴的纯轴向窜动）主轴的纯

32、轴向窜动 （3 3）主轴的纯角度摆动）主轴的纯角度摆动 2)2)主轴回转误差主轴回转误差机床主轴是工件或刀具的位置基准和运动基准，它的误差机床主轴是工件或刀具的位置基准和运动基准，它的误差直接影响加工精度，对主轴的要求集中到一点就是：在运直接影响加工精度，对主轴的要求集中到一点就是：在运动时能保持轴心线的位置不变。动时能保持轴心线的位置不变。主轴的回转误差主轴的回转误差主轴回转精度不但与主轴部件的制造精度有关，还和受力变形有关主轴回转精度不但与主轴部件的制造精度有关，还和受力变形有关（1 1）主轴的纯径向跳动）主轴的纯径向跳动实际回转轴线始终平行于理想回转轴线，在一个平面内作实际回转轴线始终平

33、行于理想回转轴线，在一个平面内作等幅的跳动。等幅的跳动。不同形式的主轴回转误差对加工精度的影响不同，同一形不同形式的主轴回转误差对加工精度的影响不同，同一形式的回转误差在不同的加工方式（如车削和镗削）中对加式的回转误差在不同的加工方式（如车削和镗削）中对加工精度的影响也不一样工精度的影响也不一样工件旋转，刀具不转。主轴轴心沿工件旋转，刀具不转。主轴轴心沿 y 坐标作简谐直坐标作简谐直线运动，线运动，y=Acos,振幅值为振幅值为A。车削出出的工件表面接近真圆车削出出的工件表面接近真圆1234主轴中心向右主轴中心向右偏心最大偏心最大敏感方向固定对车外圆尺寸精度的影响敏感方向固定对车外圆尺寸精度的

34、影响考虑最简单的考虑最简单的情况，主轴回情况，主轴回转中心在转中心在Y Y方方向上作简谐直向上作简谐直线运动，其频线运动，其频率与主轴转速率与主轴转速相同，幅值为相同，幅值为2A2A。则刀尖的。则刀尖的坐标值为：坐标值为：镗轴和刀具旋转，镗轴和刀具旋转，工件不转工件不转y=(A+R)cosz=Rsin敏感方向变化对镗孔尺寸精度的影响敏感方向变化对镗孔尺寸精度的影响工件回转类机床：切削力的方向大致不变，在切削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轴

35、轴径的形状误差是影响回转精度的主要因素。主要因素。刀具回转类机床 切削力的切削力的方向随主轴回方向随主轴回转而变化，主转而变化，主轴轴径以某一轴轴径以某一固定位置与轴固定位置与轴承孔的不同位承孔的不同位置相接触，这置相接触，这时轴承孔的形时轴承孔的形状精度是影响状精度是影响回转精度的主回转精度的主要因素。要因素。不同加工方法主轴精度对工件影响不同不同加工方法主轴精度对工件影响不同（2 2）主轴的纯轴向窜动）主轴的纯轴向窜动实际回转轴线始终沿理想回转轴线作等幅的窜动。实际回转轴线始终沿理想回转轴线作等幅的窜动。螺旋面螺旋面车削螺纹，会产生车削螺纹，会产生单个螺距内的周期单个螺距内的周期误差误差（

36、3 3）主轴的纯角度摆动）主轴的纯角度摆动实际回转轴线与理想回转轴线始终成一个倾角实际回转轴线与理想回转轴线始终成一个倾角当主轴具有纯角度摆动时，车削加工仍然能够得到一个圆当主轴具有纯角度摆动时，车削加工仍然能够得到一个圆的工件，但工件有锥度，而在镗削加工时，镗出的孔则将的工件，但工件有锥度，而在镗削加工时，镗出的孔则将是椭圆形。是椭圆形。镗孔时镗孔时纯角度摆动对直径尺寸的影响纯角度摆动对直径尺寸的影响 提高主轴回转精度的措施：提高主轴回转精度的措施：1 1，提高主轴的轴承精度。，提高主轴的轴承精度。如：精密滚动轴承，多油楔动压和静压滑动轴承如：精密滚动轴承，多油楔动压和静压滑动轴承2 2，减

37、少机床主轴回转误差对加工精度的影响。，减少机床主轴回转误差对加工精度的影响。3 3，对滚动轴承进行预紧，以消除间隙。，对滚动轴承进行预紧，以消除间隙。4 4，提高主轴箱体支承孔，主轴轴颈与轴承相配，提高主轴箱体支承孔，主轴轴颈与轴承相配合的零件有关表面的加工精度。合的零件有关表面的加工精度。3 3）传动链的传动误差）传动链的传动误差加工螺旋面、齿轮、蜗轮等成形表面时，刀具和零件之间加工螺旋面、齿轮、蜗轮等成形表面时，刀具和零件之间精确的运动关系精确的运动关系回转运动速度与直线运动速度或回转回转运动速度与直线运动速度或回转运动速度与回转运动速度之间的恒定关系是由机床传动系运动速度与回转运动速度之

38、间的恒定关系是由机床传动系统即传动链来保证的。统即传动链来保证的。传动链误差传动链误差是指机床内联系传动链是指机床内联系传动链始末两端传动元件之间相对运动的误差。或传动链误差是始末两端传动元件之间相对运动的误差。或传动链误差是指刀具与工件间的速比有误差。指刀具与工件间的速比有误差。如车螺纹时，要求工件转过一转，刀具跟踪移如车螺纹时，要求工件转过一转，刀具跟踪移动一个导程，若有传动链误差，则使工件产生动一个导程，若有传动链误差，则使工件产生导程误差，又如单头滚刀滚齿时，要求滚刀转导程误差，又如单头滚刀滚齿时，要求滚刀转过一转；工件跟踪转过一个齿距，若有传动链过一转；工件跟踪转过一个齿距，若有传动

39、链误差，则使工件的齿距或齿厚产生误差。误差，则使工件的齿距或齿厚产生误差。传动链误差是由传动链中某些环节的周期传动链误差是由传动链中某些环节的周期性误差分量合成的。而各个环节的误差是由元性误差分量合成的。而各个环节的误差是由元件的制造误差和装配质量、磨损程度、结构的件的制造误差和装配质量、磨损程度、结构的刚度、惯性等因素决定的。刚度、惯性等因素决定的。2 2刀具几何误差（刀具制造误差与磨损）刀具几何误差（刀具制造误差与磨损）刀刀具具的的制制造造与与磨磨损损误误差差对对加加工工精精度度的的影影响响，随随刀刀具的种类不同而不同。具的种类不同而不同。（1 1）对对于于定定尺尺寸寸刀刀具具：刀刀具具的

40、的尺尺寸寸误误差差直直接接影影响响工工件件表表面面的的尺尺寸寸误误差差。如如麻麻花花钻钻、扩扩孔孔钻钻、绞绞刀刀、丝丝锥、镗刀、键槽铣刀、圆孔拉刀等。锥、镗刀、键槽铣刀、圆孔拉刀等。（2 2）对对于于成成形形刀刀具具：刀刀具具的的形形状状误误差差直直接接影影响响工工件件表表面面的的形形状状误误差差。如如成成形形车车刀刀、成成形形铣铣刀刀及及成成形形砂砂轮等。轮等。（3 3）对于用展成法加工的刀具：刀具的形状误差将）对于用展成法加工的刀具：刀具的形状误差将直接影响加工表面的形状误差；如齿轮滚刀和插齿刀等。直接影响加工表面的形状误差；如齿轮滚刀和插齿刀等。（4 4）对于一般刀具：是靠刀尖轨迹产生加

41、工表面的，）对于一般刀具：是靠刀尖轨迹产生加工表面的，刀尖位置是由调整达到的，所以刀具的误差对工件精度刀尖位置是由调整达到的，所以刀具的误差对工件精度没有直接影响。但这些刀具的几何参数和形状不适当，没有直接影响。但这些刀具的几何参数和形状不适当，将影响加工表面的粗糙度，波纹度等表面层质量。如车将影响加工表面的粗糙度，波纹度等表面层质量。如车刀、镗刀、立铣刀、盘铣刀等。刀、镗刀、立铣刀、盘铣刀等。（5 5）砂轮磨损）砂轮磨损 3 3夹具几何误差（夹具的制造误差与磨损）夹具几何误差（夹具的制造误差与磨损）夹夹具具本本身身的的制制造造误误差差和和它它们们之之间间的的相相互互位位置置误误差差以及使用过

42、程中的磨损，构成了夹具误差。以及使用过程中的磨损，构成了夹具误差。夹夹具具误误差差将将直直接接或或间间接接引引起起刀刀具具与与工工件件之之间间的的相相对位置误差，从而造成工件的加工误差。对位置误差，从而造成工件的加工误差。对对加加工工误误差差的的影影响响程程度度取取决决于于元元件件误误差差的的方方向向和和工工件件位位置置误误差差的的敏敏感感方方向向。夹夹具具误误差差包包括括定定位位误误差差、夹夹紧紧误误差差、磨磨损损误误差差、对对刀刀或或导导引引误误差差以以及及夹夹具具的的安安装误差。装误差。对对于于IT5IT7级级精精度度的的零零件件,夹夹具具精精度度一一般般是是零件精度的零件精度的1/21

43、/3。对对于于IT8级级精精度度以以下下的的零零件件,夹夹具具精精度度一一般般是是零件精度的零件精度的1/51/10。3.2.4 3.2.4 调整误差调整误差1 1试切法调整试切法调整 1 1）测量误差：测量误差：2 2）加工余量的影响：加工余量的影响：3 3）机床微量进给的影响机床微量进给的影响2 2定程机构调整定程机构调整3.3.样件或样板调整样件或样板调整6.3.3 工艺系统受力变形的误差对加工精度的影响工艺系统受力变形的误差对加工精度的影响 机机械械加加工工过过程程中中，工工艺艺系系统统在在切切削削力力，夹夹紧紧力力，传传动动力力、惯惯性性力力，重重力力作作用用下下会会产产生生变变形形

44、，破破坏坏刀刀具具和和零零件件之之间的正确位置关系，使零件产生误差。间的正确位置关系，使零件产生误差。如车削细长轴，加工薄壁零件内孔，砂轮无进给磨削等。如车削细长轴，加工薄壁零件内孔，砂轮无进给磨削等。超精密加工中最难解决的一个问题：装夹变形。超精密加工中最难解决的一个问题：装夹变形。工工艺艺系系统统的的受受力力变变形形是是指指工工艺艺系系统统在在切切削削力力、传传动动力力、惯惯性性力力，重重力力，夹夹紧紧力力作作用用下下形形成成的的变变形形。这这些些变变形形通通常常按按弹弹性性变变形形来来近近似似处处理理和和研研究究。受受力力变变形形主主要要取取决决于于两大因素：一是工艺实体的刚度，二是力源

45、。两大因素：一是工艺实体的刚度，二是力源。1刚度的概念刚度的概念刚度：指物体受外力作用时抵抗变形的能力。刚度：指物体受外力作用时抵抗变形的能力。以外力以外力F与受力方向上的变形与受力方向上的变形y的比值的比值K表示：表示：在机械加工中，由于工艺系统的实际情况较为复杂，在机械加工中，由于工艺系统的实际情况较为复杂，在切削过程中的受力是三个方向的力在切削过程中的受力是三个方向的力()()，同时，工艺系统受力变形不单是构件的弹性变形，同时，工艺系统受力变形不单是构件的弹性变形，它还包括工艺系统各组成元件之间的接触变形，位移、它还包括工艺系统各组成元件之间的接触变形，位移、间隙消除等。因此，工艺系统刚

46、度是一个特定的概念，间隙消除等。因此，工艺系统刚度是一个特定的概念，它是按实际受力情况、敏感方向、考虑到力与位移方它是按实际受力情况、敏感方向、考虑到力与位移方向的一致性来定义的。向的一致性来定义的。工艺系统刚度：指工件加工表面在切削法向分力工艺系统刚度：指工件加工表面在切削法向分力Fy的作用下，刀具相当于工件在该方向上位移的作用下，刀具相当于工件在该方向上位移y y的比值的比值 K K瞬时刚度瞬时刚度：物体受力后产生变形，力和变形之间的关系物体受力后产生变形，力和变形之间的关系不一定是线性的，上述刚度是指平均刚度，瞬时刚度是不一定是线性的，上述刚度是指平均刚度，瞬时刚度是指物体在受力方向上某

47、一时刻的力变化与在该方向上产指物体在受力方向上某一时刻的力变化与在该方向上产生的变形变化量的比值。生的变形变化量的比值。静刚度：在静态条件下测量的刚度。静刚度：在静态条件下测量的刚度。2 2工件和刀具的刚度工件和刀具的刚度简简单单工工件件和和刀刀具具的的刚刚度度可可按按材材料料力力学学的的有有关关公公式式求求得得其其近近似值。似值。悬悬臂梁公式：臂梁公式：；简简支梁公式：支梁公式：；EE工件材料的弹性模量，工件材料的弹性模量，N Nmmmm；II工件截面的惯性矩，工件截面的惯性矩，mmmm。LL工件长度，工件长度，mmmm；yy工件的变形。工件的变形。3 3机床（夹具）部件的刚度机床（夹具）部

48、件的刚度1)1)机床部件的变形曲线及其特点机床部件的变形曲线及其特点 （三次加载与卸载变形曲线的特点）（三次加载与卸载变形曲线的特点）（1 1）变变形形曲曲线线是是非非线线形形的的。不不符符合合虎虎克克定定律律，反反映映出出部件的变形不仅仅是弹性变形。部件的变形不仅仅是弹性变形。（2 2）加加载载曲曲线线与与卸卸载载曲曲线线不不重重合合。表表明明在在加加卸卸载载过过程程中有能量消耗。中有能量消耗。（3 3）卸卸载载后后变变形形曲曲线线不不能能回回到到起起始始点点。表表明明在在变变形形过过程中存在塑性变形和残余变形。程中存在塑性变形和残余变形。（4 4）部件的变形曲线与单个构件的变形曲线相差较大

49、。）部件的变形曲线与单个构件的变形曲线相差较大。车床刀架头尾架单向静刚度测试车床刀架头尾架单向静刚度测试车床刀架静刚度曲线车床刀架静刚度曲线静静刚刚度度测测试试系系统统2 2）影响机床部件刚度的主要因素）影响机床部件刚度的主要因素（1 1）接触变形（接触表面质量）的影响）接触变形（接触表面质量）的影响接接触触面面间间的的变变形形与与零零件件的的表表面面粗粗糙糙度度,几几何何形形状状,接接触触面面积积大小及材料的物理机械性能有关大小及材料的物理机械性能有关.（2 2）刚度较差的零件的影响）刚度较差的零件的影响如如:机器或部件中的镶条机器或部件中的镶条,键等连接零件。键等连接零件。（3 3）预紧力

50、的影响）预紧力的影响（4 4）摩擦力的影响）摩擦力的影响加加载载时时，连连接接表表面面间间的的摩摩擦擦力力阻阻止止变变形形增增加加，卸卸载载时时，摩摩擦力阻止变形恢复。擦力阻止变形恢复。（5 5）间隙的影响）间隙的影响有有间间隙隙时时，在在较较小小的的力力作作用用下下，就就会会产产生生较较大大的的位位移移，表表现刚度很底。现刚度很底。图7.13零件之间的间隙，零件之间的间隙，挤掉其间的油膜挤掉其间的油膜层的变形，接着层的变形，接着是部件中薄弱零是部件中薄弱零件变形如图件变形如图7 71313刀架溜板中楔刀架溜板中楔铁变形，最后才铁变形，最后才是其它组成零件是其它组成零件本身的弹性变形本身的弹性