影響加工精度因素課件

第二節(jié)影響加工精度的因素

引起加工誤差的根本原因是工藝系統(tǒng)存在著誤差，將工藝系統(tǒng)的誤差稱為原始誤差。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)誤差原始誤差——原始誤差分類2023/7/11

工藝系統(tǒng)原始誤差方向不同，對(duì)加工精度的影響程度也不同。對(duì)加工精度影響最大的方向，稱為誤差敏感方向。誤差敏感方向一般為已加工表面過切削點(diǎn)的法線方向。誤差敏感方向第二節(jié)影響加工精度的因素2023/7/12一、原理誤差1、定義

由于采用近似的加工運(yùn)動(dòng)、近似的刀具輪廓和近似的加工方法所產(chǎn)生的加工誤差，為加工原理誤差。

2、產(chǎn)生原因：①采用理論上完全正確的加工方法有時(shí)會(huì)使機(jī)床及刀具的結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，以致制造困難；②由于環(huán)節(jié)過多增加了機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)中的誤差，反而得不到高的加工精度，所以實(shí)際生產(chǎn)中常采用近似的加工原理進(jìn)行加工。一、原理誤差2023/7/13一、原理誤差（一）使用近似刀具進(jìn)行加工1、原理：用成形刀具加工復(fù)雜形面時(shí)，往往采用圓弧、直線等簡(jiǎn)單線形代替理論輪廓，或用一種線形刃帶的刀具加工多種形面。2、舉例：

用齒輪模數(shù)銑刀銑齒輪，若要獲得理想齒形，必須對(duì)每一種齒數(shù)的齒輪制造一把銑刀，對(duì)刀具的制造、管理和使用極為不變。因此為每一模數(shù)制造一組銑刀（每組8把、15把或26把）來銑不同齒數(shù)的齒輪。對(duì)于中小模數(shù)銑刀，每一模數(shù)為8把一組，其中4號(hào)銑刀加工齒數(shù)范圍為21-25齒，其刃帶形狀是按齒數(shù)為23的齒形設(shè)計(jì)制造的，因此當(dāng)加工21、22、24、25齒數(shù)齒輪時(shí)產(chǎn)生誤差。再如，用齒輪滾刀加工漸開線齒輪時(shí)，由于制造困難，采用阿基米德基本蝸桿或法向直廓蝸桿代替漸開線蝸桿。2023/7/14（二）近似成形運(yùn)動(dòng)加工在數(shù)控電火花線切割機(jī)床上加工模具的曲線輪廓表面時(shí)，工件的曲線輪廓由機(jī)床x，y工作臺(tái)分別依次提供微小脈沖進(jìn)給而合成，曲線實(shí)際上是微小折線構(gòu)成的，即存在著由于采用近似成形運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的原理誤差。一、原理誤差2023/7/15一、原理誤差在車床上車削模數(shù)蝸桿2023/7/16第二節(jié)影響加工精度的因素

二、工藝系統(tǒng)的幾何誤差（機(jī)床、刀具、夾具等的制造誤差和磨損）（一）機(jī)床的幾何誤差1.機(jī)床的誤差

（1）主軸回轉(zhuǎn)誤差①主軸回轉(zhuǎn)誤差概念主軸回轉(zhuǎn)時(shí)實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線相對(duì)于平均回轉(zhuǎn)軸線在徑向的變動(dòng)量。

2023/7/17②主軸回轉(zhuǎn)誤差的基本形式：

a.徑向圓跳動(dòng)

b.角度擺動(dòng)

c.軸向圓跳動(dòng)

（一）機(jī)床的幾何誤差（1）主軸回轉(zhuǎn)誤差2023/7/18

③主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度的影響

不同形式的主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度的影響是不同的。同一形式的主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)于不同類型的機(jī)床其影響也不同。因此，要根據(jù)具體情況進(jìn)行具體分析。機(jī)床可分為工件回轉(zhuǎn)類(如車床、磨床)和刀具回轉(zhuǎn)類機(jī)床(如鏜床)。在加工過程中，對(duì)工件回轉(zhuǎn)類機(jī)床，其切削力的方向不變，而刀具回轉(zhuǎn)類機(jī)床，其切削力的方向是周期性地變化的。所以主軸的回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度的影響也不同。

2023/7/19（一）機(jī)床的幾何誤差主軸純徑向跳動(dòng)誤差對(duì)加工精度的影響鏜床上鏜孔：設(shè)由于主軸的純徑向跳動(dòng)使軸心線在Y坐標(biāo)方向上作間諧直線運(yùn)動(dòng)，其頻率與主軸轉(zhuǎn)速相同，其幅值為A；再設(shè)主軸中心偏移最大（A）時(shí)，鏜刀尖正好通過水平位置。所以當(dāng)鏜刀轉(zhuǎn)過一個(gè)角度時(shí)，刀尖的軌跡方程為：車削時(shí)：處于水平位置切出的半徑一側(cè)小一個(gè)振幅A，一側(cè)大一個(gè)振幅，工件各處直徑相等，工件表面接近一個(gè)真圓，但中心偏移一個(gè)振幅。2023/7/110（一）機(jī)床的幾何誤差2023/7/111（一）機(jī)床的幾何誤差主軸軸向竄動(dòng)誤差對(duì)加工精度的影響對(duì)內(nèi)外圓加工沒有影響；加工的端面與內(nèi)外圓軸線不垂直，主軸每轉(zhuǎn)一周，就沿軸向竄動(dòng)一次，向前竄動(dòng)的半周內(nèi)形成右螺旋面，向后竄動(dòng)的半周內(nèi)形成左螺旋面，最后切出如同端面凸輪一樣的形狀，并在中心附近出現(xiàn)一個(gè)凸臺(tái)；加工螺紋時(shí)，產(chǎn)生單個(gè)螺距的周期誤差。純角度擺動(dòng)誤差對(duì)加工精度的影響車外圓時(shí)會(huì)產(chǎn)生圓柱度誤差（錐體）；鏜孔時(shí)，孔將成橢圓形。2023/7/112（一）機(jī)床的幾何誤差2023/7/113分析可知：車削加工中，主軸回轉(zhuǎn)軸線徑向跳動(dòng)的水平分量最為敏感，主要影響工件的圓度和圓柱度，對(duì)端面無影響；主軸回轉(zhuǎn)軸線的軸向跳動(dòng)主要影響被加工工件端面的形狀精度，對(duì)圓柱面無影響；主軸回轉(zhuǎn)軸線的擺動(dòng)對(duì)圓柱面和端面形狀均有影響；對(duì)于刀具回轉(zhuǎn)型機(jī)床，誤差敏感方向隨主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)而改變，始終為刀尖處切削表面的法線方向。分析主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差對(duì)加工表面形狀的影響應(yīng)著重分析誤差敏感方向上的影響。（一）機(jī)床的幾何誤差2023/7/114（4）影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素軸承本身誤差、軸承間隙、軸承間同軸度誤差，主軸各段軸頸、軸孔的同軸度誤差、主軸系統(tǒng)的剛度和熱變形等。但它們對(duì)主軸回轉(zhuǎn)精度的影響大小隨加工方式而不同（一）機(jī)床的幾何誤差1）主軸回轉(zhuǎn)誤差采用滑動(dòng)軸承時(shí)的影響因素2023/7/115（一）機(jī)床的幾何誤差對(duì)于車削：影響主軸精度的主要因素是滾動(dòng)體的形狀誤差、內(nèi)外環(huán)的同軸度誤差、主軸軸頸的形狀誤差和外環(huán)內(nèi)表面的形狀誤差。對(duì)于鏜削：影響因素為內(nèi)環(huán)的形狀誤差，滾動(dòng)體的形狀誤差和內(nèi)外環(huán)的同軸度誤差。2023/7/116（5）減少主軸回轉(zhuǎn)誤差影響的措施設(shè)計(jì)與制造高精度的主軸部件；對(duì)高速運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)平衡；使回轉(zhuǎn)誤差不反映到被加工的工件上，即采用工件的定位與運(yùn)動(dòng)傳遞分開的結(jié)構(gòu)。例如磨外圓，工件采用死頂尖；鏜箱體上的孔系，采用鏜模鏜孔，主軸與鏜桿采用浮動(dòng)連接；磨削機(jī)床主軸前端的錐孔，工件與機(jī)床主軸間用彈性連接，主軸只起傳動(dòng)作用，以減小主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度的影響。2023/7/117（6）機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)精度的測(cè)量表測(cè)法有2個(gè)缺點(diǎn)：不能反映主軸在工作轉(zhuǎn)速下的精度；不能把主軸回轉(zhuǎn)的徑向跳動(dòng)與試棒軸線相對(duì)主軸回轉(zhuǎn)軸線偏心所引起的徑向跳動(dòng)區(qū)分開來。（一）機(jī)床的幾何誤差2023/7/118（一）機(jī)床的幾何誤差測(cè)試系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，如圖所示1.基準(zhǔn)圓球2.電容傳感器3.搖擺桿4.調(diào)整螺釘5.調(diào)整球6.固定心軸2023/7/119（一）機(jī)床的幾何誤差

如果主軸繞固定的軸心回轉(zhuǎn)，則回轉(zhuǎn)誤差等于零，而只存在鋼球?qū)剞D(zhuǎn)中心的偏心造成的跳動(dòng)，其值為兩傳感器所測(cè)間隙變化的矢量和。此時(shí)相互垂直的兩傳感器分別輸出的信號(hào)與間隙變化成正比：

ex=ecosωt,ey=esinωt;

將它們通過DWY-3振動(dòng)位移測(cè)試儀放大后輸入示波器的x軸和y軸，熒光屏上的光點(diǎn)將按運(yùn)動(dòng)方程描繪出一個(gè)正圓圖形，該圓半徑即代表e的大小。2023/7/120（一）機(jī)床的幾何誤差如果主軸回轉(zhuǎn)過程中也存在軸線的徑向誤差δ，這個(gè)誤差信號(hào)將迭加到偏心運(yùn)動(dòng)信號(hào)上，使示波器熒光屏上的光點(diǎn)描繪出一個(gè)非圓的實(shí)際李沙育圖形，如圖為主軸回轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)后，各轉(zhuǎn)誤差曲線迭加而成的李沙育圖形。

圖中曲線圓的外切圓與其內(nèi)切圓的半徑差ΔR即為主軸回轉(zhuǎn)軸線的徑向運(yùn)動(dòng)誤差，它影響工作的圓度。圖形輪廓線的寬度B表示隨機(jī)徑向變動(dòng)量，它影響工作的表面粗糙度。

這種方法不能用來測(cè)量工件回轉(zhuǎn)型機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)精度，因?yàn)橹鬏S徑向跳動(dòng)的垂直分量所引起的加工形狀誤差為二次小量，主要是水平分量起作用。因此只有在與車刀位置相同的誤差敏感方向上測(cè)量，才能正確地反映車床類主軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)精度及加工形狀誤差，通常用單點(diǎn)測(cè)量法在車削敏感方向上進(jìn)行測(cè)量。2023/7/121（一）機(jī)床的幾何誤差2．導(dǎo)軌誤差機(jī)床導(dǎo)軌的精度指標(biāo)

機(jī)床上移動(dòng)部件的直線運(yùn)動(dòng)精度主要取決于導(dǎo)軌精度及部件與導(dǎo)軌的配合精度。對(duì)導(dǎo)軌有如下要求：在水平面內(nèi)的直線度在垂直面內(nèi)的直線度前后導(dǎo)軌的平行度一般機(jī)床公差為：1000：0.02，精密機(jī)床：1000：0.01導(dǎo)軌面的配合精度一般機(jī)床接觸斑點(diǎn)16點(diǎn)/25x25mmxmm，精密機(jī)床為：20點(diǎn)/25x25mmxmm2023/7/1222．導(dǎo)軌誤差(1)導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差對(duì)加工精度的影響⊿R=⊿y（一）機(jī)床的幾何誤差

可使刀尖的運(yùn)動(dòng)軌跡產(chǎn)生同樣程度的彎曲誤差，將直接反映在被加工工件表面的法線方向（加工誤差的敏感方向）上，對(duì)加工精度的影響最大。由此產(chǎn)生的工件各截面上的半徑誤差等于導(dǎo)軌在水平面內(nèi)相應(yīng)點(diǎn)的彎曲誤差。2023/7/1232．導(dǎo)軌誤差(2)導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度誤差對(duì)加工精度的影響設(shè)⊿z=0.1mm，

R=20mm，則⊿R=0.01/40mm=0.00025mm。

⊿R≈(⊿z)2/(2R)（一）機(jī)床的幾何誤差

同樣使刀尖運(yùn)動(dòng)軌跡產(chǎn)生彎曲誤差，但這種誤差發(fā)生在被加工面切線方向上，對(duì)加工形狀的影響很小。但對(duì)于龍門刨床、龍門銑床及導(dǎo)軌磨床，導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度將直接反映到工件上。如圖2-142023/7/124圖2-3六角車床刀具垂直安裝

2023/7/125（一）機(jī)床的幾何誤差2023/7/126

導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度誤差對(duì)加工精度影響很小，一般可忽略不計(jì)。

y—誤差敏感方向z—非誤差敏感方向

導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差將直接反映在被加工工件表面的法線方向（誤差敏感方向）上，對(duì)加工精度的影響最大。

結(jié)論：（一）機(jī)床的幾何誤差2023/7/127

(3)導(dǎo)軌間的平行度誤差對(duì)加工精度的影響

⊿y≈（H/B）×⊿l3

（一）機(jī)床的幾何誤差車床H/B≈2/3，外圓磨床H/B≈12023/7/128

除導(dǎo)軌制造誤差外，導(dǎo)軌的不均勻磨損和安裝質(zhì)量，也是造成導(dǎo)軌誤差的重要因素。導(dǎo)軌磨損是機(jī)床精度下降的主要原因之一?？刹捎媚湍ズ辖痂T鐵、鑲鋼導(dǎo)軌、貼塑導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌導(dǎo)軌表面淬火等措施。（一）機(jī)床的幾何誤差2023/7/1293．導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線位置誤差對(duì)加工精度的影響（一）機(jī)床的幾何誤差XZLfdd－ΔdΔxa）(1)導(dǎo)軌在水平面內(nèi)傾斜在車削外圓時(shí)使工件產(chǎn)生錐形誤差2023/7/130（一）機(jī)床的幾何誤差HyR0fb）(2)導(dǎo)軌垂直面內(nèi)傾斜產(chǎn)生鞍形（雙曲面）誤差2023/7/131定義：傳動(dòng)鏈?zhǔn)寄﹥啥藗鲃?dòng)元件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的誤差。一般用傳動(dòng)鏈末端元件的轉(zhuǎn)角誤差來衡量。

4．傳動(dòng)鏈誤差（一）機(jī)床的幾何誤差影響因素：（1）傳動(dòng)鏈中傳動(dòng)元件的制造誤差；（2）裝配誤差；（3）使用過程中的磨損；2023/7/132

設(shè)第j個(gè)傳動(dòng)元件有轉(zhuǎn)角誤差△φj，則該轉(zhuǎn)角誤差通過相應(yīng)的傳動(dòng)鏈傳遞到被切齒輪的轉(zhuǎn)角誤差