第5章機械加工精度1

1、第第5 5章章 機械加工精度機械加工精度工藝系統(tǒng)存在誤差就會產生加工誤差，因此將工工藝系統(tǒng)存在誤差就會產生加工誤差，因此將工藝系統(tǒng)的誤差稱為藝系統(tǒng)的誤差稱為原始誤差原始誤差。加工過程誤差工藝系統(tǒng)原有誤差原始誤差工藝系統(tǒng)工藝系統(tǒng)幾幾何關系何關系誤差誤差刀具誤差刀具誤差測量誤差測量誤差工藝系統(tǒng)工藝系統(tǒng)受力變形受力變形工藝系統(tǒng)工藝系統(tǒng)受熱變形受熱變形工件工件殘余應力引起變形殘余應力引起變形加工原理誤差加工原理誤差機床誤差機床誤差夾具誤差夾具誤差5.1 5.1 工藝系統(tǒng)的原有誤差工藝系統(tǒng)的原有誤差工藝系統(tǒng)原有誤差是指工藝系統(tǒng)原有誤差是指工件相對刀具位置以及相工件相對刀具位置以及相互運動關系不準確而產生

2、的誤差?；ミ\動關系不準確而產生的誤差。一、加工原理誤差一、加工原理誤差是由于采用了是由于采用了近似的成形運動近似的成形運動或或近似的刀刃輪廓近似的刀刃輪廓進行加工所產生的誤差。進行加工所產生的誤差。1.1.采用近似的刀具輪廓加工產生的原理誤差采用近似的刀具輪廓加工產生的原理誤差采用阿基米德蝸桿滾刀加工漸開線齒輪會產生誤差采用阿基米德蝸桿滾刀加工漸開線齒輪會產生誤差用模數銑刀銑削漸開線齒輪產生原理性誤差用模數銑刀銑削漸開線齒輪產生原理性誤差刀號12345678加工齒數范圍121314 16172021252634355455 134135以上齒形2.2.采用近似的成形運動產采用近似的成形運動產生

3、原理誤差生原理誤差（1 1）近似成形運動）近似成形運動（2 2）采用近似的傳動關系）采用近似的傳動關系切削模數蝸桿；蝸桿的螺距切削模數蝸桿；蝸桿的螺距mt配換齒輪時配換齒輪時產生誤差。復雜曲面、曲線加工時采用直線或曲產生誤差。復雜曲面、曲線加工時采用直線或曲線逼近法加工產生誤差。線逼近法加工產生誤差。二、機床的制造精度與磨損二、機床的制造精度與磨損機床精度取決于機床的機床精度取決于機床的制造誤差制造誤差、使用過程的、使用過程的磨磨損損和和機床的安裝機床的安裝。（一）主軸回轉誤差（一）主軸回轉誤差1.1.回轉誤差的概念回轉誤差的概念主軸的主軸的回轉精度回轉精度：主軸的實際回轉軸線相對于平主軸的實

4、際回轉軸線相對于平均回轉軸線的漂移均回轉軸線的漂移。主軸的回轉運動就是繞其理。主軸的回轉運動就是繞其理想軸線的漂移運動。想軸線的漂移運動。主軸實際回轉軸線相對其平主軸實際回轉軸線相對其平均軸線的位移稱為回轉誤差均軸線的位移稱為回轉誤差，因為這一誤差運動，因為這一誤差運動是一個連續(xù)變化的運動，所以也稱其為回轉軸的是一個連續(xù)變化的運動，所以也稱其為回轉軸的誤差運動。誤差運動。徑向跳動徑向跳動：瞬時回轉軸線始終作平行于平均回轉：瞬時回轉軸線始終作平行于平均回轉軸線的徑向運動。軸線的徑向運動。軸向竄動軸向竄動：瞬時回轉軸線沿平均回轉軸線方向周瞬時回轉軸線沿平均回轉軸線方向周期的軸向運動。期的軸向運動。

5、角向擺動角向擺動：瞬時回轉軸線與平均回轉軸線成一角瞬時回轉軸線與平均回轉軸線成一角度，其焦點位置固定不變的運動。度，其焦點位置固定不變的運動。主軸回轉時常常是以上三種基本形式的合成動。主軸回轉時常常是以上三種基本形式的合成動。2.2.主軸回轉運動精度的影響因素主軸回轉運動精度的影響因素因素：因素：軸承精度軸承精度；主軸精度主軸精度；床頭箱體上的主軸床頭箱體上的主軸孔精度。孔精度。(1)(1)滑動軸承支承的主軸滑動軸承支承的主軸以工件旋轉的車床類機以工件旋轉的車床類機床，床，主軸軸頸的圓度誤主軸軸頸的圓度誤差是影響主軸徑向跳動差是影響主軸徑向跳動的主要因素的主要因素，軸承孔的，軸承孔的影響很小。

6、影響很小。對于對于刀具旋轉的鏜床類機床刀具旋轉的鏜床類機床，影響主軸徑向跳動，影響主軸徑向跳動的是的是軸承孔的圓度誤差軸承孔的圓度誤差。主軸前、后軸頸不同軸或有圓度誤差使主軸主軸前、后軸頸不同軸或有圓度誤差使主軸產生角向擺動。產生角向擺動。當當兩軸承孔不同軸或有圓度誤差使主軸產生角向兩軸承孔不同軸或有圓度誤差使主軸產生角向擺動。擺動。主軸軸向竄動：由主軸軸頸軸向承載面和主軸箱主軸軸向竄動：由主軸軸頸軸向承載面和主軸箱體孔軸承承載面的誤差決定。體孔軸承承載面的誤差決定。（2 2）滾動軸承支承的主軸）滾動軸承支承的主軸以工件旋轉的車床類機床，以工件旋轉的車床類機床，軸承內圈外滾道圓度軸承內圈外滾道

7、圓度誤差是影響主軸徑向跳動的主要因素誤差是影響主軸徑向跳動的主要因素，軸承外圈，軸承外圈內滾道圓度誤差的影響很小。內滾道圓度誤差的影響很小。對對刀具旋轉的鏜床類機床刀具旋轉的鏜床類機床，軸承外圈內滾道圓度軸承外圈內滾道圓度誤差是影響主軸徑向跳動的主要因素誤差是影響主軸徑向跳動的主要因素，軸承內圈，軸承內圈外滾道圓度誤差的影響很小。外滾道圓度誤差的影響很小。影響的程度比滑動軸承小得多。影響的程度比滑動軸承小得多。滾滾動動體體的的影影響響圖圖5-5 5-5 滾動體尺寸對主軸徑向跳動影響滾動體尺寸對主軸徑向跳動影響軸承間隙影響：軸承間隙影響：推力軸承推力軸承滾道端面跳動造成主軸軸向竄動滾道端面跳動造

8、成主軸軸向竄動安裝滾動軸承的安裝滾動軸承的軸頸軸頸，安裝軸承外環(huán)的安裝軸承外環(huán)的內孔不內孔不圓圓，將引起內、外環(huán)的，將引起內、外環(huán)的變形使?jié)L道不圓變形使?jié)L道不圓，產生產生軸向徑向跳動軸向徑向跳動。箱體的。箱體的前、后軸承孔，主軸前、前、后軸承孔，主軸前、后后軸頸同軸度誤差，會軸頸同軸度誤差，會使?jié)L動軸承內、外圈傾使?jié)L動軸承內、外圈傾斜，產生軸向竄動和徑斜，產生軸向竄動和徑向跳動。向跳動。圖圖6-7 6-7 推力軸承端面跳動推力軸承端面跳動的影響的影響3.3.主軸回轉運動誤差對加工精度影響主軸回轉運動誤差對加工精度影響（1 1）徑向跳動對加工精度影響）徑向跳動對加工精度影響徑向跳動使工件產生圓度

9、誤差徑向跳動使工件產生圓度誤差，影響程度與加工，影響程度與加工方法有關。方法有關。圖圖5-8 5-8 徑向跳動對工件圓度徑向跳動對工件圓度的影響的影響工件隨主軸沿工件隨主軸沿y y方向作純徑向運動，方向作純徑向運動，振幅為振幅為A A。車刀刀尖到平均回轉軸線。車刀刀尖到平均回轉軸線的距離為的距離為R R，實際回轉軸線相對于平，實際回轉軸線相對于平均回轉軸線均回轉軸線O Om m的漂移為的漂移為cos AhARr）（半徑為時，工件實際當0cosARr）（半徑為時，工件實際當為在坐標系在坐標系o om myzyz中，中，cossincos21RAhRAyyzoam）（中的坐標為：點在坐標系coss

10、insin)(AhRz222Rzy徑向跳動對鏜孔圓度的影響徑向跳動對鏜孔圓度的影響（2 2）軸向竄動對加工精度的影響）軸向竄動對加工精度的影響影響加工端面時的影響加工端面時的平面度平面度。圖圖5-10 5-10 主軸軸向跳動引起的加工誤差主軸軸向跳動引起的加工誤差（3 3）角度擺動對加工精度的影響）角度擺動對加工精度的影響影響工件的影響工件的圓度和圓柱度圓度和圓柱度。4.4.提高主軸回轉精度的措施提高主軸回轉精度的措施（1 1）設計與制造高精度主軸部件）設計與制造高精度主軸部件（2 2）使回轉精度）使回轉精度不依賴與機床主軸不依賴與機床主軸圖圖5-11 5-11 用固定頂用固定頂尖定位磨外圓尖

11、定位磨外圓圖圖5-12 5-12 用前、后導用前、后導向鏜模鏜孔向鏜模鏜孔( (二）機床導軌誤差二）機床導軌誤差1.1.機床導軌精度標準機床導軌精度標準圖圖5-13 5-13 機床導軌及其誤差機床導軌及其誤差（1 1）導軌在水平面內的直線度）導軌在水平面內的直線度（2 2）導軌在垂直平面內的直線度）導軌在垂直平面內的直線度（3 3）導軌與導軌間在垂直方向的平行度）導軌與導軌間在垂直方向的平行度2.2.導軌誤差對加工精度的影響導軌誤差對加工精度的影響以車床為例分析導軌誤差對加工精度影響以車床為例分析導軌誤差對加工精度影響（1 1）導軌在）導軌在水平面內直線度水平面內直線度對對加工精度的影響加工精

12、度的影響yRyyy工件直徑將增大：，刀具將產生位移，度誤差導軌在水平面內由直線導軌誤差導軌誤差1111反映到工件上。反映到工件上。當車削軸類工件時，工件會產生軸向誤差當車削軸類工件時，工件會產生軸向誤差圖圖5-15 5-15 車床導軌在水平車床導軌在水平面內的直線度誤差引起工面內的直線度誤差引起工件形狀誤差件形狀誤差（2 2）導軌在）導軌在垂直面垂直面內的直線度誤差對加內的直線度誤差對加工精度的影響工精度的影響222)(zRRRzRzRz221 . 00002. 025/2/1 . 01 . 0252yZRRyzR取誤差敏感方向誤差敏感方向：誤差誤差1111反映到工件上的方向稱反映到工件上的方

13、向稱為誤差敏感方向為誤差敏感方向。它是通過切削點的加工表面法。它是通過切削點的加工表面法線方向，而對加工精度影響較小的方向稱為加工線方向，而對加工精度影響較小的方向稱為加工誤差的非敏感方向誤差的非敏感方向。誤差敏感方向與誤差非敏感。誤差敏感方向與誤差非敏感方向垂直。方向垂直。（3 3）前、后導軌在垂直面內的平行度誤差對加工）前、后導軌在垂直面內的平行度誤差對加工精度的影響精度的影響圖圖5-17 5-17 前后導軌的平前后導軌的平行度對加工精度的影響行度對加工精度的影響前、后導軌在垂直面內的平前、后導軌在垂直面內的平行度誤差為行度誤差為，車床中心高，車床中心高為為H H，導軌寬度為，導軌寬度為B

14、 B，工件加，工件加工誤差工誤差y y為：為：BHyBHy/3.3.導軌誤差產生的原因導軌誤差產生的原因機床的機床的制造誤差制造誤差；機床在使用過程中的；機床在使用過程中的磨損磨損；安安裝不當產生誤差。裝不當產生誤差。（1 1）導軌的磨損）導軌的磨損導軌要產生磨損，在全長上導軌的磨損量是不等導軌要產生磨損，在全長上導軌的磨損量是不等的。的。圖圖5-18 5-18 車床前導軌上兩個車床前導軌上兩個面的磨損情況面的磨損情況導軌磨損使溜板在水平導軌磨損使溜板在水平和垂直平面內產生位移；和垂直平面內產生位移；同時加工中切削力主要同時加工中切削力主要作用在前導軌上，使機作用在前導軌上，使機床床前后導軌磨

15、損量不等，前后導軌磨損量不等，使溜板傾斜。使溜板傾斜。（2 2）機床的安裝）機床的安裝機床安裝質量對機床的精度有重要影響。機床安裝質量對機床的精度有重要影響。減少機床導軌誤差對加工精度的影響減少機床導軌誤差對加工精度的影響措施措施為：在為：在機床設計制造時采取措施提高導軌精度和精度的機床設計制造時采取措施提高導軌精度和精度的保持性；在機床安裝時要打好地基，仔細調整床保持性；在機床安裝時要打好地基，仔細調整床身下的支承鐵，使導軌達到規(guī)定的精度，澆灌水身下的支承鐵，使導軌達到規(guī)定的精度，澆灌水泥。使用一段時間后應復查精度。在機床的使用泥。使用一段時間后應復查精度。在機床的使用過程中注意機床的潤滑和

16、清潔，避免沙粒和灰塵過程中注意機床的潤滑和清潔，避免沙粒和灰塵落入。落入。（三）機床傳動鏈誤差（三）機床傳動鏈誤差內傳動鏈誤差是內傳動鏈始、末兩端傳動元件間內傳動鏈誤差是內傳動鏈始、末兩端傳動元件間相對運動誤差，是螺紋加工和展成法加工中影響相對運動誤差，是螺紋加工和展成法加工中影響加工精度的主要因素之一。加工精度的主要因素之一。1.1.機床傳動鏈誤差對加工表面形狀精度影響機床傳動鏈誤差對加工表面形狀精度影響車螺紋時必須保證兩個成形運動之間速度關系準車螺紋時必須保證兩個成形運動之間速度關系準確，即確，即Cdtvv2工刀圖圖5-19 5-19 螺紋表面加工的螺旋螺紋表面加工的螺旋線誤差線誤差在滾齒

17、機上滾齒，必須保在滾齒機上滾齒，必須保持滾刀與工件持滾刀與工件兩個回轉運兩個回轉運動之間速度不變。動之間速度不變。czznn刀工工刀/當這些關系不能滿足時就會造成齒輪的齒形和圓當這些關系不能滿足時就會造成齒輪的齒形和圓周齒距誤差。周齒距誤差。2.2.影響機床傳動鏈精度的主要因素影響機床傳動鏈精度的主要因素內傳動鏈中內傳動鏈中元件的制造誤差元件的制造誤差、裝配誤差裝配誤差和和使用過使用過程中的磨損程中的磨損。在降速傳動中，。在降速傳動中，末端元件的誤差影末端元件的誤差影響最大。響最大。3.3.提高機床傳動鏈精度措施提高機床傳動鏈精度措施（1 1）提高機床內傳動鏈各傳動元件的制造和裝配）提高機床內

18、傳動鏈各傳動元件的制造和裝配精度精度(2)(2)縮短傳動鏈，減少誤差源縮短傳動鏈，減少誤差源圖圖5-20 5-20 精密螺紋磨床的傳動鏈精密螺紋磨床的傳動鏈(3)(3)采用誤差補償裝置采用誤差補償裝置在在傳動鏈中加入一個與傳動鏈中加入一個與誤差大小相等，方向相誤差大小相等，方向相反的誤差，抵消傳動鏈反的誤差，抵消傳動鏈中產生的誤差。中產生的誤差。圖圖5-21 5-21 螺紋加工機床傳動鏈螺紋加工機床傳動鏈誤差補償原理誤差補償原理圖圖5-22 5-22 微機補償精密轉臺分度誤微機補償精密轉臺分度誤差差實現傳動誤差補償首先要解決機床傳動鏈誤差精實現傳動誤差補償首先要解決機床傳動鏈誤差精確測量。確測

19、量。三、刀具的制造誤差及磨損三、刀具的制造誤差及磨損1.1.尺寸刀具和成形尺寸刀具和成形刀具制造誤差及磨損對加工精刀具制造誤差及磨損對加工精度影響度影響2.2.普通刀具的尺寸磨損對加工普通刀具的尺寸磨損對加工精度的影響精度的影響制造誤差對加工精度影響很小，制造誤差對加工精度影響很小，但但磨損影響工件的尺寸精度和磨損影響工件的尺寸精度和形狀精度。形狀精度。圖圖5-23 5-23 車刀的尺寸磨損車刀的尺寸磨損刀具磨損的過程刀具磨損的過程圖圖6-24 6-24 刀具磨損曲線刀具磨損曲線初期磨損階段初期磨損階段刀具刃磨后，表面粗糙，磨刀具刃磨后，表面粗糙，磨損快。磨損量稱初期磨損量，損快。磨損量稱初期

20、磨損量，用用正常磨損階段正常磨損階段。刀具經切。刀具經切削后，表面粗糙度值變低，削后，表面粗糙度值變低，表示。0刀具磨損變慢。磨損曲線的斜率刀具磨損變慢。磨損曲線的斜率k k稱單位磨損量稱單位磨損量，即為刀具切削即為刀具切削1000m1000m路程時的尺寸磨損量。路程時的尺寸磨損量。急劇磨損階段急劇磨損階段刀具急劇磨損，不能使用，更換刀具或刃磨刀具。刀具急劇磨損，不能使用，更換刀具或刃磨刀具。刀具尺寸磨損量的計算刀具尺寸磨損量的計算)(10000mmkL例：精車一根例：精車一根4545鋼軸，軸長鋼軸，軸長L L=2000mm=2000mm，直徑，直徑d d=100mm=100mm，所用車刀材料

21、為，所用車刀材料為YT15YT15，背吃刀量，背吃刀量a ap p=0.5mm=0.5mm，進給量，進給量f f=0.2mm/r=0.2mm/r，切削速度，切削速度v v=100m/min=100m/min，加工后產生圓柱度誤差是多少？，加工后產生圓柱度誤差是多少？切削行程長度切削行程長度mfLdl6 .31412 . 0200010001001000查表查表6-26-2得得mkm860刀具磨損刀具磨損m238100010006 .31416刀具尺寸磨損使工件產生的圓柱度誤差為刀具尺寸磨損使工件產生的圓柱度誤差為4646mm四、調整誤差四、調整誤差1.1.試切法加工時影響調整誤差因素試切法加工

22、時影響調整誤差因素（1 1）測量誤差）測量誤差量具精度、測量方法和使用條件決定了測量誤差。量具精度、測量方法和使用條件決定了測量誤差。（2 2）加工余量）加工余量影響影響刀具在微量進給過程中的刀具在微量進給過程中的爬行爬行產生進給誤差。產生進給誤差。在進給手輪低速微量轉動過程中，工作臺由不動在進給手輪低速微量轉動過程中，工作臺由不動到移動，在由移動到停滯不動的反復過程稱為爬到移動，在由移動到停滯不動的反復過程稱為爬行。行。圖圖5-26 5-26 低速微量進給時的爬行現象低速微量進給時的爬行現象（3 3）微量進給誤差）微量進給誤差改善進給系統(tǒng)爬行的措施是改善進給系統(tǒng)爬行的措施是提高提高滑移面的滑

23、移面的加工精加工精度度和和表面質量表面質量，改善潤滑條件改善潤滑條件和提高進給和提高進給系統(tǒng)剛系統(tǒng)剛性性；在生產中工人要正確操作減少爬行。；在生產中工人要正確操作減少爬行。2.2.調整法加工影響調整精度的因素調整法加工影響調整精度的因素（1 1）定程機構誤差）定程機構誤差定程機構的制造精度與調整，以及與之配合的離定程機構的制造精度與調整，以及與之配合的離合器、電器開關，控制閥等的靈敏度成為調整誤合器、電器開關，控制閥等的靈敏度成為調整誤差的主要來源。差的主要來源。（2 2）測量有限個工件造成的誤差）測量有限個工件造成的誤差五、夾具制造誤差與磨損五、夾具制造誤差與磨損5.2 5.2 工藝系統(tǒng)的加

24、工過程誤差工藝系統(tǒng)的加工過程誤差工藝系統(tǒng)加工過程誤差是在加工過程中，由于工工藝系統(tǒng)加工過程誤差是在加工過程中，由于工藝系統(tǒng)內部在藝系統(tǒng)內部在力力、熱熱作用下，作用下，工藝系統(tǒng)變形工藝系統(tǒng)變形，從，從而而破壞了工件相對刀具及切削成形運動的位置產破壞了工件相對刀具及切削成形運動的位置產生的誤差。生的誤差。一、工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響一、工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響（一）切削力變化引起變形對加工精度影響（一）切削力變化引起變形對加工精度影響1.1.切削力大小變化產生加工誤差切削力大小變化產生加工誤差（1 1）誤差復映）誤差復映圖圖5-27 5-27 毛坯形狀誤差的復毛坯形狀誤差的復映映工

25、件加工后的形狀仍與毛工件加工后的形狀仍與毛坯形狀相似的現象坯形狀相似的現象稱誤差稱誤差復映。復映。復映誤差的計算：復映誤差的計算：毛坯的誤差：毛坯的誤差：21pppmaaa切削力為：切削力為：75. 011saCFppy 75. 022saCFppy 工藝系統(tǒng)變形：工藝系統(tǒng)變形：xtppKsaCy75. 011 xtppKsaCy75. 022 工件誤差：工件誤差：pxtpgaKsCyy 75. 021 令令 xtpKsC75. 0誤差復映系數。誤差復映系數。當工件毛坯有形狀誤差或相互位置誤差時，都將當工件毛坯有形狀誤差或相互位置誤差時，都將以一定的復映系數傳遞給工件形成加工誤差。在以一定的復

26、映系數傳遞給工件形成加工誤差。在成批或大量生產中，用調整法加工一批工件時，成批或大量生產中，用調整法加工一批工件時，由于毛坯尺寸變化，復映誤差會造成一批工件的由于毛坯尺寸變化，復映誤差會造成一批工件的尺寸分散。毛坯材料硬度不均及夾雜硬質點，會尺寸分散。毛坯材料硬度不均及夾雜硬質點，會產生圓度誤差。產生圓度誤差。（2 2）減小工件復映誤差的措施）減小工件復映誤差的措施減小工藝系統(tǒng)的誤差復映系數減小工藝系統(tǒng)的誤差復映系數采用多次走刀減小誤差復映采用多次走刀減小誤差復映毛坯經毛坯經n n次走刀后，工件的誤差為：次走刀后，工件的誤差為：mngnmggmg32121122112.2.切削力作用點的改變引

27、起變形對加工精度的影切削力作用點的改變引起變形對加工精度的影響響nii11在車床上頂車軸的示在車床上頂車軸的示意圖。意圖。刀具變形很小可忽略，刀具變形很小可忽略，夾具并入機床考慮，工夾具并入機床考慮，工藝系統(tǒng)變形來自藝系統(tǒng)變形來自機床變機床變形形和和工件變形工件變形。工藝系。工藝系統(tǒng)變形統(tǒng)變形符合疊加原理符合疊加原理。（1 1）機床變形引起的加工誤差）機床變形引起的加工誤差xtjxYYLXYYYYtjwztjx)(切削力切削力F Fy y引起的頭架、尾座變形為引起的頭架、尾座變形為)()(LxKFYLxLKFYwzywztjytj22)()(LxKFLxLKFYwzytjyx工藝系統(tǒng)的總位移為工藝系統(tǒng)的總位移為22)()(LxKFLxLKFKFYYYwzytjydjydjxxt由于工藝系統(tǒng)變形產生加工誤差，加工后工件的由于工藝系統(tǒng)變形產生加工誤差，加工后工件的形狀如圖形狀如圖圖圖5-29 5-29 機床變形引起機床變形引起工件的加工誤差工件的加工誤差（2 2）工件變形引起的誤差）工件變形引起的誤差LxxLEIFYyg22)(3I I工件截面慣性矩工件截面慣性矩00gYx時，當EIFLYLxyg4823max時，當0gYLx時，當工件產生兩端細，中間粗的腰鼓形誤差。工件產生兩端細，中間粗的腰鼓形誤差