機(jī)械制造工藝學(xué)課件第11講

1、 誤差敏感方向ryryr0xa）rr =xyr0xb）誤差不敏感方向誤差敏感方向 原始誤差對(duì)加工精度影響最大的方向稱為誤差的敏感方向，而原始誤差對(duì)加工精度影響最小的方向稱為誤差的不敏感方向。一般加工表面的法線方向?yàn)檎`差敏感方向一般加工表面的法線方向?yàn)檎`差敏感方向，而加工表面的切線方向?yàn)檎`差非敏感方向。通常在研究工藝系統(tǒng)的加工精度時(shí)，主要研究誤差敏感方向的精度。 一、機(jī)床幾何誤差一、機(jī)床幾何誤差 加工中引起機(jī)床誤差的原因主要有機(jī)床的制造誤差、安裝誤差及其磨損等方面。 這里著重分析對(duì)工件加工精度影響較大的主軸回轉(zhuǎn)誤差、導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差、傳動(dòng)鏈誤差3個(gè)方面。1機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差1) 主軸回轉(zhuǎn)誤差的概念 機(jī)

2、床主軸回轉(zhuǎn)時(shí)，在主軸的任一截面上速度始終為零的點(diǎn) 為理想回轉(zhuǎn)中心。理想的回轉(zhuǎn)中心在空間相對(duì)刀具或工件的 位置是固定不變的。主軸各截面回轉(zhuǎn)中心的連線稱為回轉(zhuǎn)軸 線。 主軸回轉(zhuǎn)誤差是指主軸實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線相對(duì)于理想回轉(zhuǎn)軸線 的最大變動(dòng)量。顯然變動(dòng)量越小，即主軸回轉(zhuǎn)誤差越小，主 軸回轉(zhuǎn)精度越高；反之越低。主軸理想的回轉(zhuǎn)軸線是一條在空間位置不變的回轉(zhuǎn)軸線。主軸理想的回轉(zhuǎn)軸線是客觀存在的，但現(xiàn)實(shí)中難以確定其位置，通常以主軸各瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線的平均位置作為主軸軸線，也稱為平均軸線平均軸線。2) 主軸回轉(zhuǎn)誤差的表現(xiàn)形式為便于分析和研究，主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差可以分解為三種基本形式：軸向跳動(dòng)、徑向跳動(dòng)、角度擺動(dòng)。 軸向跳動(dòng)

3、：瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線沿平均回轉(zhuǎn)軸線方向的軸向運(yùn)動(dòng)，如下圖(a)所示。主軸的軸向跳動(dòng)對(duì)工件的圓柱面加工沒有影響，主要影響端面形狀、軸向尺寸精度、端面垂直度等。主軸存在軸向跳動(dòng)誤差時(shí)，車削加工螺紋會(huì)使加工后的螺紋產(chǎn)生螺距誤差。徑向跳動(dòng)：瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線始終平行于平均回轉(zhuǎn)軸線方向的徑向運(yùn)動(dòng)，如下圖(b)所示。主軸的純徑向跳動(dòng)會(huì)使工件產(chǎn)生圓柱度誤差，對(duì)加工端面基本沒有影響。但加工方法不同，所引起的加工誤差形式和程度也不同。 主軸徑向圓跳動(dòng)對(duì)加工精度的影響（鏜孔） 考慮最簡單的情況，主軸回轉(zhuǎn)中心在y方向上作簡諧直線運(yùn)動(dòng)，其頻率與主軸轉(zhuǎn)速相同，幅值為2e。則刀尖的坐標(biāo)值為：e徑向跳動(dòng)對(duì)鏜孔精度影響式中 r 刀尖回轉(zhuǎn)

4、半徑； 主軸轉(zhuǎn)角。() cossinxreyr顯然，鏜出的孔為一橢圓。純角度擺動(dòng)：瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線與平均回轉(zhuǎn)軸線方向成一傾斜角度，但其交點(diǎn)位置固定不變的運(yùn)動(dòng)，如下圖(c)所示。主軸的角度擺動(dòng)不僅影響工件加工表面的圓柱度誤差，而且影響工件端面誤差。實(shí)際上，主軸回轉(zhuǎn)誤差是三種基本形式誤差綜合作用的結(jié)果，見下圖(d)。 3) 影響主軸回轉(zhuǎn)誤差的主要因素影響主軸回轉(zhuǎn)誤差的因素較多，主要來自于零件加工和整機(jī)裝配。因主軸結(jié)構(gòu)不同，因素也不同，主軸回轉(zhuǎn)誤差亦不同，往往需要具體問題具體分析。這里主要探討主軸徑向誤差的影響。為方便討論，將主軸結(jié)構(gòu)簡化處理，將其處理成軸孔與軸頸配合的簡單結(jié)構(gòu)。 ab圖1 軸徑不圓引起

5、車床主軸徑向跳動(dòng)滑動(dòng)軸承鏜床類機(jī)床（圖2） 切削力隨主軸回轉(zhuǎn)而回轉(zhuǎn)，主軸徑總是以固定部位與軸承孔內(nèi)表面的不同部位接觸，因此軸承孔的圓度對(duì)主軸回轉(zhuǎn)精度影響最大，軸頸圓度影響不大。圖2 軸承孔不圓引起鏜床主軸徑向跳動(dòng)車床類機(jī)床（圖1） 切削力的方向大體不變，主軸軸頸以不同的部位與軸承內(nèi)孔的某一固定部位相接觸。因此影響主軸回轉(zhuǎn)精度的，主要是軸承處主軸軸頸的圓度，軸承孔的圓度影響不大。 軸承誤差的影響 軸承間隙對(duì)回轉(zhuǎn)精度也有影響，如軸承間隙過大，會(huì)使主軸工作時(shí)油膜厚度增大，油膜承載能力降低，當(dāng)工作條件(載荷、轉(zhuǎn)速等)變化時(shí)，油楔厚度變化較大，主軸軸線漂移量增大由于軸承內(nèi)、外圈或軸瓦很薄，受力后容易變形

6、，因此與之相配合的軸頸或箱體支承孔的圓度誤差，會(huì)使軸承圈或軸瓦發(fā)生變形而產(chǎn)生圓度誤差。與軸承圈端面配合的零件如軸肩、過渡套、袖承端蓋、螺母等的有關(guān)端面，如果有平面度誤差或與主軸回轉(zhuǎn)軸線不垂直，會(huì)使軸承圈滾道傾斜，造成主 軸承間隙的影響 與軸承配合的零件誤差的影響軸回轉(zhuǎn)軸線的徑向、軸向漂移。箱體前后支承孔、主軸前后支承軸頸的同軸度會(huì)使軸承內(nèi)外圈滾道相對(duì)傾斜，同樣也會(huì)引起主軸回轉(zhuǎn)軸線的漂移。由于主軸部件質(zhì)量不平衡，機(jī)床各種隨機(jī)振動(dòng)以及回轉(zhuǎn)軸線的不穩(wěn)定都隨主軸轉(zhuǎn)速增加而增加，使主軸在某個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的回轉(zhuǎn)精度較高，超過這個(gè)范圍時(shí)，誤差就較大。 主軸轉(zhuǎn)速的影響4) 提高主軸回轉(zhuǎn)精度的主要措施1）提高主軸

7、部件的制造精度 首先應(yīng)提高軸承的回轉(zhuǎn)精度。其次是提高箱體支承孔、主軸軸頸和與軸承相配合有關(guān)表而的加工精度。此外，還可在裝配時(shí)先測(cè)出滾動(dòng)軸承及主軸錐孔的徑向圓跳動(dòng)，然后調(diào)節(jié)徑向圓跳動(dòng)的方位，使誤差相互補(bǔ)償或抵消，以減少軸承誤差對(duì)主軸回轉(zhuǎn)精度的影響。2）對(duì)滾動(dòng)軸承進(jìn)行預(yù)緊，消除間隙 對(duì)滾動(dòng)軸承適當(dāng)預(yù)緊以消除間隙，甚至產(chǎn)生微量過盈。由于軸承內(nèi)外圈和滾動(dòng)體彈性變形的相互制約，既增加了軸承剛度，又對(duì)軸承內(nèi)外圈滾道和滾動(dòng)體的誤差起均化作用，因而可提高主軸的回轉(zhuǎn)精度。3）使主軸回轉(zhuǎn)誤差不反映到工件上（誤差轉(zhuǎn)移） 直接保證工件在加工過程中的回轉(zhuǎn)精度而不依賴于主軸，是保證工件形狀精度的最簡單而又有效的方法。 如

8、采用兩固定頂尖支承磨削外圓柱面。 在鏜床上加工箱體類零件孔。采用前后導(dǎo)向套的鏜模。2.2.機(jī)床導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差機(jī)床導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差導(dǎo)軌是機(jī)床實(shí)現(xiàn)成形運(yùn)動(dòng)法加工的基準(zhǔn)。導(dǎo)軌誤差直接影響加工精度。導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差是指機(jī)床導(dǎo)軌副的運(yùn)動(dòng)件實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向與理想運(yùn)動(dòng)方向的偏差值。在機(jī)床的精度標(biāo)準(zhǔn)中，直線導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度一般包括導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度、導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度、前后導(dǎo)軌的平行度 (即扭曲度)等。1) 導(dǎo)軌在水平面內(nèi)直線度誤差的影響臥式車床在水平面內(nèi)存在直線度誤差y ，見圖(a)，則車刀尖的直線運(yùn)動(dòng)軌跡也要產(chǎn)生直線度誤差y，從而造成工件圓柱度誤差，r=y，如圖(b)所示。這表明水平方向是臥式車床導(dǎo)軌誤差的敏感方

9、向。外圓磨床情況與臥式車床類似。而平面磨床、龍門銑床的加工誤差對(duì)導(dǎo)軌誤差的敏感方向在鉛垂方向上，故平面磨床、龍門刨床、銑床等設(shè)備加工誤差對(duì)導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差不敏感。2) 導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)直線度誤差的影響 臥式車床在垂直面內(nèi)存在直線度誤差z ，見圖a，則車刀尖的直線運(yùn)動(dòng)軌跡也要產(chǎn)生直線度誤差z，從而造成工件圓柱度誤差，r =z2/(2r)= z2/d, 見圖b說明臥式車床對(duì)導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)直線度誤差不敏感。3) 導(dǎo)軌面間平行度誤差的影響臥式車床兩導(dǎo)軌間存在平行度誤差時(shí)，將使床鞍產(chǎn)生橫向傾斜，引起刀架和工件的相對(duì)位置發(fā)生偏斜，刀尖的運(yùn)動(dòng)軌跡是一條空間曲線，從而引起工件產(chǎn)生形狀誤差。根據(jù)右圖幾何

10、關(guān)系，可知因?qū)к壠叫卸日`差所引起的工件半徑的加工誤差r=h/b一般車床h/b約為2/3，外圓磨床h/b約為1，因此導(dǎo)軌間的平行度誤差對(duì)加工精度影響很大。 導(dǎo)軌誤差產(chǎn)生的原因?qū)к壵`差主要來自于機(jī)床安裝、機(jī)床制造、機(jī)床變形(在重力作用下），以及機(jī)床使用中的磨損。機(jī)床的安裝(包括安裝地基和安裝方法)對(duì)導(dǎo)軌的原有精度影響非常大，一般遠(yuǎn)大于導(dǎo)軌的制造誤差。特別是龍門刨床、龍門銑床和導(dǎo)軌磨床等，其床身導(dǎo)軌的剛性較差，在自重的作用下容易產(chǎn)生變形，導(dǎo)致工件產(chǎn)生加工誤差。此外，導(dǎo)軌的不均勻磨損也是造成導(dǎo)軌誤差的重要因素。 3. 3.機(jī)床傳動(dòng)鏈誤差機(jī)床傳動(dòng)鏈誤差1) 機(jī)床傳動(dòng)鏈誤差含義機(jī)床傳動(dòng)鏈誤差是指機(jī)床內(nèi)部傳

11、動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)過程中出現(xiàn)傳動(dòng)鏈?zhǔn)啄﹥啥藗鲃?dòng)元件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的誤差。傳動(dòng)鏈誤差一般不影響圓柱面和平面的加工精度，但對(duì)齒輪、蝸輪蝸桿、螺紋和絲杠等加工有較大影響。 例如車削單頭螺紋時(shí)，見下圖。要求工件旋轉(zhuǎn)一周，相應(yīng)刀具移動(dòng)一個(gè)螺距s ，這種運(yùn)動(dòng)關(guān)系是由刀具與工件間的傳動(dòng)鏈來保證的。即通過保持總傳動(dòng)比恒定實(shí)現(xiàn)?？倐鲃?dòng)比反映了誤差傳遞的程度，故也稱為誤差傳遞系數(shù)。 titzzzzzzzzsf876543212) 傳動(dòng)鏈誤差產(chǎn)生的原因(1) 傳動(dòng)鏈元件數(shù)量影響傳動(dòng)誤差大小。每增加一個(gè)傳動(dòng)元件，必然會(huì)帶來一部分傳動(dòng)誤差；(2) 傳動(dòng)副的加工和裝配精度影響傳動(dòng)誤差。特別是保證末端傳動(dòng)件的精度，并盡量減小傳動(dòng)鏈中的

12、齒輪副或螺旋副中存在的間隙，避免傳動(dòng)比的不穩(wěn)定和不均勻；(3) 采用減速傳動(dòng)鏈有助于減小傳動(dòng)誤差。按降速比遞增的原則分配各傳動(dòng)副的傳動(dòng)比。傳動(dòng)鏈末端傳動(dòng)副的減速比越大，則傳動(dòng)鏈中其余各傳動(dòng)元件的誤差影響越小，從而減小末端傳動(dòng)元件轉(zhuǎn)角誤差的影響。為此，可增加蝸輪的齒數(shù)或加大母絲杠的螺距，這都有利于減小傳動(dòng)鏈誤差。機(jī)床幾何誤差機(jī)床幾何誤差機(jī)床傳動(dòng)鏈誤差機(jī)床傳動(dòng)鏈誤差機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差機(jī)床導(dǎo)軌誤差機(jī)床導(dǎo)軌誤差軸向竄動(dòng)徑向跳動(dòng)角度擺動(dòng)水平面內(nèi)直線度垂直面內(nèi)直線度前后導(dǎo)軌的平行度內(nèi)聯(lián)傳動(dòng)鏈?zhǔn)寄﹥啥藗鲃?dòng)元件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)誤差二、工藝系統(tǒng)的其它幾何誤差1.刀具誤差2.夾具誤差3.裝夾誤差4.測(cè)量誤差5.調(diào)整誤差1）導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度（彎曲） y 對(duì)于車床和外圓磨床由于刀尖相對(duì)于工件回轉(zhuǎn)軸線在加對(duì)于車床和外圓磨床由于刀尖相對(duì)于工件回轉(zhuǎn)軸線在加工表面徑向方向的變化屬敏感方向，故其對(duì)零件的形狀精度工表面徑向方向的變化屬敏感方向，故其對(duì)零件的形狀精度影響很大。影響很大。yr 車床導(dǎo)軌在水平面內(nèi)有彎曲后，縱向進(jìn)給中刀具相對(duì)工件軸線不能平行。因而工件表面上形成形狀誤差。當(dāng)導(dǎo)軌向后凸時(shí)，工件產(chǎn)生鞍形誤差。當(dāng)導(dǎo)軌向前凸時(shí)，工件產(chǎn)生鼓形誤差。 2）導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度（彎曲） z 垂直面內(nèi)直線度誤差垂直面內(nèi)直線度誤差對(duì)車床的影響較小，可以忽略不對(duì)車床的影響較小