工藝系統(tǒng)幾何精度對(duì)加工精度的影響及其控制

1、郭德偉1郭德偉2原始誤差與工藝系統(tǒng)原始狀態(tài)有關(guān)的原始誤差(幾何誤差)與工藝過(guò)程有關(guān)的原始誤差(動(dòng)誤差)原理誤差定位誤差調(diào)整誤差刀具誤差?yuàn)A具誤差機(jī)床誤差工藝系統(tǒng)受力變形（包括夾緊變形）工藝系統(tǒng)受熱變形刀具磨損測(cè)量誤差工件殘余應(yīng)力引起的變形工件相對(duì)于刀具靜止?fàn)顟B(tài)下的誤差工件相對(duì)于刀具運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的誤差主軸回轉(zhuǎn)誤差導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差傳動(dòng)誤差郭德偉3 加工原理誤差是指采用了近似的成型運(yùn)動(dòng)或近似的刀刃輪廓進(jìn)行加工而產(chǎn)生的誤差,一般多為形狀誤差。用阿基米德蝸桿滾刀滾切漸開(kāi)線齒輪；在普通公制絲杠的車床上加工英制螺紋等如：在數(shù)控銑床上采用球頭刀銑削復(fù)雜形面零件SRh空間曲面數(shù)控加工郭德偉4 計(jì)量器具誤差主要是由示值誤

2、差、示值穩(wěn)定性、回程誤差和靈敏度等四個(gè)方面綜合起來(lái)的極限誤差。計(jì)量器具誤差會(huì)對(duì)被測(cè)零件測(cè)量精度產(chǎn)生直接的影響。 除量具本身誤差之外，測(cè)量者的視力、判斷能力、測(cè)量經(jīng)驗(yàn)、相對(duì)測(cè)量或間接測(cè)量中所用的對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)學(xué)運(yùn)算精確度、單次測(cè)量判斷的不準(zhǔn)確等因素都會(huì)引起測(cè)量誤差。郭德偉5 利用夾具裝夾工件進(jìn)行加工時(shí)，造成工件加工表面之間尺寸和位置誤差的因素主要有：工件裝夾誤差ZJZJ 包括定位誤差DWDW和夾緊誤差JJJJ 。夾具對(duì)定誤差DDDD 包括對(duì)刀誤差DADA和夾具位置誤差JWJW。 一般情況下，精加工用夾具的有關(guān)尺寸公差取工件相應(yīng)尺寸公差的1/21/3；粗加工時(shí)取1/51/10。 L0.056F710

3、F7k620H 7g 6YZ圖4-7 鉆徑向孔的夾具郭德偉6郭德偉7立軸轉(zhuǎn)塔車床刀架轉(zhuǎn)位誤差的轉(zhuǎn)移立軸轉(zhuǎn)塔車床刀架轉(zhuǎn)位誤差的轉(zhuǎn)移將誤差轉(zhuǎn)移到加工誤差的非敏感方向上，有效提高加工精度將誤差轉(zhuǎn)移到加工誤差的非敏感方向上，有效提高加工精度郭德偉8a）b）（圖 b）（圖 a）郭德偉9 機(jī)床誤差是指在無(wú)切削負(fù)荷下，來(lái)自機(jī)床本身制造誤差、安裝誤差和磨損。 機(jī)床的幾何精度主要包括回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)精度、直線運(yùn)動(dòng)精度、成形運(yùn)動(dòng)間位置關(guān)系精度和傳動(dòng)精度等幾個(gè)方面。 主軸回轉(zhuǎn)誤差是指主軸實(shí)際回轉(zhuǎn)線對(duì)其理想回轉(zhuǎn)軸線的漂移.理想回轉(zhuǎn)軸線通常是以平均回轉(zhuǎn)軸線（即主軸各瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線的平均位置）來(lái)代替。為便于研究，可以將主軸回轉(zhuǎn)軸線

4、的運(yùn)動(dòng)誤差分解為徑向跳動(dòng)、軸向竄動(dòng)和角度擺動(dòng)三種基本型式。（圖4-10）p 主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)精度郭德偉10 徑向跳動(dòng) 產(chǎn)生原因主要是主軸軸承副的制造誤差。根據(jù)不同的主軸零部件布置情況影響到加工精度。只影響形狀誤差, 對(duì)端面加工不影響。滑動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承 主軸采用滾動(dòng)軸承時(shí)，滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈、外圈和滾動(dòng)體本身的幾何誤差都將影響主軸回轉(zhuǎn)精度。此外，主軸軸頸的誤差、軸承孔的誤差、裝配質(zhì)量以及裝配間隙等對(duì)主軸回轉(zhuǎn)精度也有重要影響。Flash演示結(jié)論：結(jié)論：主軸徑向跳動(dòng)影響加工表面的圓度誤差郭德偉11主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度的影響 主軸徑向圓跳動(dòng)對(duì)加工精度的影響（鏜孔）考慮最簡(jiǎn)單的情況，主軸回轉(zhuǎn)中心在X方向上作簡(jiǎn)

5、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圖4-8 徑向跳動(dòng)對(duì)鏜孔精度影響式中 R 刀尖回轉(zhuǎn)半徑； 主軸轉(zhuǎn)角。() cossinXReYR（4-4） 顯然，式（4-4）為一橢圓。郭德偉12圖4-9 徑向跳動(dòng)對(duì)車外圓精度影響12345678仍考慮最簡(jiǎn)單的情況，主軸回轉(zhuǎn)中心在X方向上作簡(jiǎn)諧直線運(yùn)動(dòng)，其頻率與主軸轉(zhuǎn)速相同，幅值為2e。則刀尖運(yùn)動(dòng)軌跡接近于正圓（圖4-9）。 思考：主軸回轉(zhuǎn)中心在X方向上作簡(jiǎn)諧直線運(yùn)動(dòng)，其頻率為主軸轉(zhuǎn)速兩倍，被車外圓形狀如何？結(jié)論：結(jié)論：主軸徑向跳動(dòng)影響加工表面的圓度誤差e 主軸徑向圓跳動(dòng)對(duì)加工精度的影響（車外圓）郭德偉13 軸向竄動(dòng) 推力軸承滾

6、道端面誤差會(huì)造成主軸端面圓跳動(dòng)Flash演示結(jié)論：被加工端面不平，與圓柱面不垂直； 加工螺紋時(shí)，產(chǎn)生螺距周期性誤差。 角度擺動(dòng) 傾角擺動(dòng)可視為徑向圓跳動(dòng)與端面圓跳動(dòng)的綜合。 凡引起徑向圓跳動(dòng)與端面圓跳動(dòng)的因素均會(huì)影響主軸的傾角擺動(dòng)。結(jié)論：與主軸徑向跳動(dòng)影響類似，不僅影響圓度誤差，而且影響圓柱度誤差。郭德偉14AB影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素內(nèi)外滾道圓度誤差、滾動(dòng)體形狀及尺寸誤差圖4-10 軸徑不圓引起車床主軸徑向跳動(dòng)滑動(dòng)軸承圖4-11 軸承孔不圓引起鏜床主軸徑向跳動(dòng)滾動(dòng)軸承郭德偉15 提高主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)精度的措施 選用高精度的軸承，并提高主軸及箱體的制造精度和主軸部件的裝配精度。 對(duì)高速主軸部件要

7、進(jìn)行動(dòng)平衡，對(duì)精密滾動(dòng)軸承要采取預(yù)加載荷等工藝措施。 采用液體或氣體靜壓軸承，由于無(wú)磨損，高剛度（是滾動(dòng)軸承的56倍），以及對(duì)主軸軸頸的形狀誤差的均化作用，可以大幅度地提高主軸回轉(zhuǎn)精度。郭德偉16p 直線運(yùn)動(dòng)精度 機(jī)床的直線運(yùn)動(dòng)精度主要是指導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度。機(jī)床導(dǎo)軌精度主要有導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度、導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度和雙導(dǎo)軌間在垂直方向的平行度。以普通車床為例導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差導(dǎo)軌扭曲Xd2dYd22nBHXRFlash演示郭德偉17導(dǎo)軌在水平面內(nèi)直線度誤差導(dǎo)軌在水平面內(nèi)直線度誤差XXoDR水平面水平面導(dǎo)軌水平面內(nèi)直線度導(dǎo)軌水平面內(nèi)直線度Xd2返回返回郭德偉

8、18導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)直線度誤差導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)直線度誤差垂直平面垂直平面導(dǎo)軌垂直面直線度導(dǎo)軌垂直面直線度YdRYR RRdYd2返回返回22222)(RRRRRRY郭德偉19 提高導(dǎo)軌導(dǎo)向精度的措施 改善導(dǎo)軌其制造精度、接觸精度和精度保持性。 采用靜壓導(dǎo)軌，利用壓力油或壓力空氣的均化作用，可有效提高工作臺(tái)的直線運(yùn)動(dòng)精度和精度保持性。 郭德偉20p 成形運(yùn)動(dòng)間位置關(guān)系精度 機(jī)床的切削成形運(yùn)動(dòng)往往是由幾個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)復(fù)合而成的，各成形運(yùn)動(dòng)之間的位置關(guān)系精度對(duì)工件的形狀精度有很大的影響，所引起的加工誤差量值可根據(jù)工藝系統(tǒng)中的幾何關(guān)系求得。對(duì)外圓和端面車削的影響對(duì)臥鏜內(nèi)孔的影響端銑刀對(duì)稱銑削時(shí)的平面度誤差和位

9、移加工郭德偉21圖4-14 成形運(yùn)動(dòng)間位置誤差對(duì)外圓和端面車削的影響fZzzc）LXZfdDdxa）Hyr0fb）返回返回Xd2022rHrdytan2dZ 平面度誤差平面度誤差郭德偉22圖4-15 成形運(yùn)動(dòng)間位置誤差對(duì)臥鏜內(nèi)孔的影響返回返回dcdc ( (刀尖回轉(zhuǎn)直徑刀尖回轉(zhuǎn)直徑) )dccos)cos1 (2cd圓度誤差圓度誤差212sin21cos22很小很小cd42f郭德偉23圖4-16 端銑刀對(duì)稱銑削時(shí)的平面度誤差和位移加工返回返回sin)(11 2sin)2()2(2sin222ccccdBdBddbb郭德偉24p 成形運(yùn)動(dòng)間速度關(guān)系精度 傳動(dòng)鏈誤差是指機(jī)床內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈?zhǔn)寄﹥啥藗鲃?dòng)

10、元件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的誤差。一般用傳動(dòng)鏈末端元件的轉(zhuǎn)角誤差來(lái)衡量。圖4-17 齒輪機(jī)床傳動(dòng)鏈z7 = z8 = 16z1 = 64zn = 96z5 = z6 = 23z3 = z4 = 23bz2 = 16zn-1 = 1icefacdkdn傳動(dòng)比dn滾刀轉(zhuǎn)角工件轉(zhuǎn)角kjnjjjnnjk11郭德偉25 一般用傳動(dòng)元件產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角誤差是因?yàn)橹圃鞎r(shí)的幾何偏心或運(yùn)動(dòng)偏心及裝配到軸上時(shí)的安裝偏心等所引起，因此可近似認(rèn)為各傳動(dòng)元件的轉(zhuǎn)角誤差是轉(zhuǎn)角的正弦函數(shù)。 若傳動(dòng)元件j，在某一時(shí)刻產(chǎn)生轉(zhuǎn)角誤差)sin(jjjjtj 第j 個(gè)傳動(dòng)元件轉(zhuǎn)角誤差的幅值j 第j 個(gè)傳動(dòng)元件轉(zhuǎn)角誤差的初相角j 第j 個(gè)傳動(dòng)元件角速

11、度則所造成傳動(dòng)鏈末端元件n的轉(zhuǎn)角誤差：Kj 誤差傳遞系數(shù)(元件j到n的傳動(dòng)比)jjjnk各傳動(dòng)件對(duì)工件精度影響的總和,即傳動(dòng)鏈的總轉(zhuǎn)角誤差為：)sin(11jjnjjjnjjntk郭德偉26 可見(jiàn)，傳動(dòng)鏈傳動(dòng)誤差（末端元件總轉(zhuǎn)角誤差）也是周期性變化的。如以末端元件的圓頻率為基準(zhǔn)，各傳動(dòng)元件引起末端元件的轉(zhuǎn)角誤差就是它的各次諧波分量?；蛘呤钦f(shuō)，幅值為、圓頻率為j j的第j個(gè)元件的轉(zhuǎn)角誤差 j 將在工件上造成幅值為kjj、頻率為在工作臺(tái)每轉(zhuǎn)中出現(xiàn)1/kj j 次的轉(zhuǎn)角誤差 jn。)1sin(1jnjnjjjtkktkttnjnnjj1又傳動(dòng)鏈誤差)sin(11jjnjjjnjjntk郭德偉27圖4-18 傳動(dòng)鏈誤差的頻譜分析a)nA1A2Aib)（頻率）A（幅值）12i 成形運(yùn)動(dòng)間速度關(guān)系精度一般不影響圓柱面和平面的加工精度, 但在加工工件運(yùn)動(dòng)和刀具運(yùn)動(dòng)有嚴(yán)格內(nèi)聯(lián)系的表面, 如車削、磨削螺紋和滾齒、插齒、磨齒時(shí), 則是影響加工精度的重要因素。郭德偉28頻域與時(shí)域