第二章机械加工精度及其控制

1、第二章第二章 机械加工精度机械加工精度 2.1 2.1 概概 述述 零件的加工质量是保证机械产品工作性能和产品寿命的基础。零件的加工质量是保证机械产品工作性能和产品寿命的基础。 衡量进行加工质量的指标有两方面衡量进行加工质量的指标有两方面 加工精度加工精度 表面质量表面质量 本章的任务是讨论零件的机械加工精度问题。本章的任务是讨论零件的机械加工精度问题。 一、机械加工精度和加工误差一、机械加工精度和加工误差 在机械加工过程中，由于各种因素的影响，使刀具和工件在机械加工过程中，由于各种因素的影响，使刀具和工件 间的正确位置发生偏移，因而加工出来的零件不可能与理想的间的正确位置发生偏移，因而加工出

2、来的零件不可能与理想的 要求完全符合，两者的符合程度可用机械加工精度和加工误差要求完全符合，两者的符合程度可用机械加工精度和加工误差 来表示。来表示。 从保证产品的使用性能分析，没有必要把每个零件都加工得绝从保证产品的使用性能分析，没有必要把每个零件都加工得绝 对准确，可以允许有对准确，可以允许有定的加工误差，只要加工误差不超过图样规定的偏定的加工误差，只要加工误差不超过图样规定的偏 差，即为合格品。差，即为合格品。 是指零件加工后的是指零件加工后的实际几何参数实际几何参数( (尺寸、形状和位尺寸、形状和位 置置) )与理想几何参数的符合程度。与理想几何参数的符合程度。 1 1、机械加工精度：

3、、机械加工精度： 2 2、加工误差：、加工误差： 是指零件加工后的实际几何参数是指零件加工后的实际几何参数( (尺寸、形状和位置尺寸、形状和位置) )与与 理想几何参数的理想几何参数的偏离程度偏离程度。加工精度越高，则加工误差越小，。加工精度越高，则加工误差越小， 反之越大。反之越大。 加工精度的高低是以国家有关公差标准来表示的。加工精度的高低是以国家有关公差标准来表示的。保保 证和提高加工精度实际上就是限制和降低加工误差。证和提高加工精度实际上就是限制和降低加工误差。 3 3、机械加工精度包含的内容、机械加工精度包含的内容 尺寸精度尺寸精度 形状精度形状精度 位置精度位置精度 机械加工精度机

4、械加工精度 三者之间的关系：三者之间的关系： （1 1）当尺寸精度要求高时，相应的位置精度和形状精度也要）当尺寸精度要求高时，相应的位置精度和形状精度也要 求高。形状公差应限制在位置公差内，位置公差应限制在尺求高。形状公差应限制在位置公差内，位置公差应限制在尺 寸公差内。寸公差内。 （2 2）当形状精度要求高时，相应的位置精度和尺寸精度不）当形状精度要求高时，相应的位置精度和尺寸精度不 一定要求高。一定要求高。 4 4、加工精度与加工成本和生产效率的关系、加工精度与加工成本和生产效率的关系 一般地，加工精度要求一般地，加工精度要求 ，加工成本，加工成本 ，生产效率，生产效率 。 5 5、研究加

5、工精度的目的、研究加工精度的目的 研究加工精度的目的、就是弄清各种原始误差对加工精研究加工精度的目的、就是弄清各种原始误差对加工精 度影响的规律，掌握控制加工误差的方法，以获得预期的加度影响的规律，掌握控制加工误差的方法，以获得预期的加 工精度，必要时能指出进一步提高加工精度的途径。工精度，必要时能指出进一步提高加工精度的途径。 6 6、研究加工精度的方法、研究加工精度的方法 因素分析法因素分析法 统计分析法统计分析法 在实际生产中，常常结合起来应用。一是先在实际生产中，常常结合起来应用。一是先 用统计分析法寻找误差的出现规律，初步判用统计分析法寻找误差的出现规律，初步判 断产生加工误差的可能

6、原因，然后运用单因断产生加工误差的可能原因，然后运用单因 素分析法进行分析、试验，以便迅速、有效素分析法进行分析、试验，以便迅速、有效 地找出影响加工精度的主要原因。地找出影响加工精度的主要原因。 二、影响加工精度的因素二、影响加工精度的因素 零件的尺寸、几何形状和表面间的相互位置的形成，归根到零件的尺寸、几何形状和表面间的相互位置的形成，归根到 底取决于工件和刀具在切削过程间的相互位置。由于工艺系统底取决于工件和刀具在切削过程间的相互位置。由于工艺系统 存在各种原始误差，它们以不同的方式和程度反映为加工误差。存在各种原始误差，它们以不同的方式和程度反映为加工误差。 由此可见：由此可见： 1

7、1、原始误差、原始误差 机床机床 夹具夹具 刀具刀具 工件工件 亦称机械加亦称机械加 工工艺系统工工艺系统 构成了机械加工系统构成了机械加工系统 故：工艺系统误差称为故：工艺系统误差称为 原始误差。原始误差。 工艺系统误差是工艺系统误差是“因因”，是根源；，是根源； 加工误差是加工误差是“果果”，是表现，是表现。 2 2、零件加工中的各种原理误差、零件加工中的各种原理误差 调整误差调整误差 装夹误差装夹误差 加工误差加工误差 测量误差测量误差 工件毛坯制造误差工件毛坯制造误差 加工原理误差加工原理误差 夹具位置的调整、对刀调整、同轴度调整；夹具位置的调整、对刀调整、同轴度调整； 由切削力、惯性

8、力、刀具磨损、切削热等由切削力、惯性力、刀具磨损、切削热等工艺工艺 系统受力、受热变形和磨损系统受力、受热变形和磨损零件与刀具之间的相零件与刀具之间的相 对位置对位置加工误差；加工误差； 铸、锻、焊、轧制、加工等：切削加工、热处理铸、锻、焊、轧制、加工等：切削加工、热处理 的力、热作用的力、热作用内应力内应力工件变形工件变形加工误差加工误差 由于采用了近似的加工方法。由于采用了近似的加工方法。 机械加工中的原始误差可归纳为：机械加工中的原始误差可归纳为： 定位误差、夹紧误差。合称工件装夹误差；定位误差、夹紧误差。合称工件装夹误差； 测量方法、测量工具（量具和仪器）误差测量方法、测量工具（量具和

9、仪器）误差测量误测量误 差；差； 原始原始 误差误差 工艺工艺 系统系统 ( (几几 何误何误 差差) ) 加工加工 过程过程 ( (动动 误差误差) ) 工艺系工艺系 统制造统制造 和磨损和磨损 工艺系统工艺系统 的力、热的力、热 效应效应 机床的制造和磨损机床的制造和磨损 夹具的制造和磨损夹具的制造和磨损 刀具的制造和磨损刀具的制造和磨损 受力变形受力变形 受热变形受热变形 应力变形应力变形 调整误差调整误差 工件装夹误差工件装夹误差 加工误差加工误差 测量误差测量误差 加工原理误差加工原理误差 三、误差的敏感方向三、误差的敏感方向 在加工过程中，各种原始误差的影响会使刀具和工件间正在加工

10、过程中，各种原始误差的影响会使刀具和工件间正 确的几何关系遭到破坏，引起加工误差，各种原始误差的大小确的几何关系遭到破坏，引起加工误差，各种原始误差的大小 和方向各不相同，而加工误差则必须在和方向各不相同，而加工误差则必须在工序尺寸方向工序尺寸方向度量。因度量。因 此不同的原始误差对加工精度有不同的影响。此不同的原始误差对加工精度有不同的影响。 当原始误差的方向与工序尺寸方向一致时，其对加工精当原始误差的方向与工序尺寸方向一致时，其对加工精 度的影响最大。度的影响最大。 通过刀尖的加工表面的法线方向。垂直于切削加工速度通过刀尖的加工表面的法线方向。垂直于切削加工速度 的方向。的方向。 下面以外

11、圆车削为例说明两者的关系。下面以外圆车削为例说明两者的关系。 如图，车削时工件的回转轴线为如图，车削时工件的回转轴线为O O，刀尖正确位置在，刀尖正确位置在A A。设某一瞬时由。设某一瞬时由 于各种原始误差的影响，使刀尖位移到于各种原始误差的影响，使刀尖位移到A A，AAAA即为原始误差即为原始误差，它与，它与OAOA间的间的 夹角为夹角为，由此引起工件加工后的半径由，由此引起工件加工后的半径由R0R0OAOA变为变为R ROAOA，故半径上的加，故半径上的加 工误差工误差R R 为：为： 当原始误差的方向恰为加工表面的法向方向当原始误差的方向恰为加工表面的法向方向( 0 0) )时，引起的加

12、工误差最大；时，引起的加工误差最大； 可以看出：可以看出： 当原始误差的方向恰为加工表面的切线方向当原始误差的方向恰为加工表面的切线方向( 9090) )引起的加工误差最小。引起的加工误差最小。 把对加工精度影响最大的那个方向称为把对加工精度影响最大的那个方向称为误差的敏感方向；误差的敏感方向； 对加工精度影响最小的那个方向则称为对加工精度影响最小的那个方向则称为误差的不敏感方向。误差的不敏感方向。 刨床的误差敏感方向呢？刨床的误差敏感方向呢？ 工件的垂直方向工件的垂直方向 镗削的误差敏感方向呢？镗削的误差敏感方向呢？ 工件内圆切削点的法向方向工件内圆切削点的法向方向 磨削的误差敏感方向呢？磨

13、削的误差敏感方向呢？ 工件的法向方向工件的法向方向 四、研究加工精度的方法四、研究加工精度的方法 1）因素分析法：研究某一确定因素对加工精度的影响，）因素分析法：研究某一确定因素对加工精度的影响， 不考虑因素的同时作用；不考虑因素的同时作用； 2）统计分析法：以实测结果为基础，运用数理统计方法）统计分析法：以实测结果为基础，运用数理统计方法 进行数据处理进行数据处理 在实际生产中，常常结合起来应用。一是先用统计分析法寻找误在实际生产中，常常结合起来应用。一是先用统计分析法寻找误 差的出现规律，初步判断产生加工误差的可能原因，然后运用单因差的出现规律，初步判断产生加工误差的可能原因，然后运用单因

14、 素分析法进行分析、试验，以便迅速、有效地找出影响加工精度的素分析法进行分析、试验，以便迅速、有效地找出影响加工精度的 主要原因。主要原因。 四、全面质量管理四、全面质量管理 （一）（一）（TQM）概念：一个组织以质量为中心，以全员参加为基础，目的在于通）概念：一个组织以质量为中心，以全员参加为基础，目的在于通 过让顾客满意和本组织所有成员及社会受益而达到长期成功的管理途径；过让顾客满意和本组织所有成员及社会受益而达到长期成功的管理途径； 源于美国，发展于日本，推广于世界。源于美国，发展于日本，推广于世界。 质量管理：质量在于生产；质量管理：质量在于生产； 全面质量管理：质量在于生产、企业各项

15、管理工作、设计、生产经营活动等全面质量管理：质量在于生产、企业各项管理工作、设计、生产经营活动等 （二）基本观点（二）基本观点 质量第一的观点；质量第一的观点； 一切为用户服务的观点；质量形成于生产的观点；质一切为用户服务的观点；质量形成于生产的观点；质 量好坏凭数据说话的观点；预防为主，防检结合的观点；以人为本的管量好坏凭数据说话的观点；预防为主，防检结合的观点；以人为本的管 理观点（以全体员工特别是生产一线的职工为本）；突出质量改进的动理观点（以全体员工特别是生产一线的职工为本）；突出质量改进的动 态性管理观点（有组织、有计划、持续地进行质量改进，不断满足变化态性管理观点（有组织、有计划、

16、持续地进行质量改进，不断满足变化 着的市场和用户的需求）。着的市场和用户的需求）。 加工原理误差是指采用了近似的成形运动或近似的切削刃轮廓进加工原理误差是指采用了近似的成形运动或近似的切削刃轮廓进 行加工而产生的误差。行加工而产生的误差。 数控直线插补、滚齿用的齿轮滚刀：（数控直线插补、滚齿用的齿轮滚刀：（1 1）用阿基米德蜗杆或法向）用阿基米德蜗杆或法向 直廓蜗杆代替渐开线基本蜗杆直廓蜗杆代替渐开线基本蜗杆刀刃齿廓近似造型误差。（刀刃齿廓近似造型误差。（2 2）滚刀）滚刀 齿有限：实际加工出的齿形是一条由微小折线段组成的曲线和理论上齿有限：实际加工出的齿形是一条由微小折线段组成的曲线和理论上

17、 的渐开线有差异的渐开线有差异加工原理误差。（加工原理误差。（3 3）成型铣刀铣齿轮。）成型铣刀铣齿轮。 一、加工原理误差一、加工原理误差 如：如： 1 1、在数控机床上采用、在数控机床上采用“行切法行切法”加工复杂形面。加工复杂形面。 X Y Z R s h Rhs8 2.2 2.2 工艺系统的几何精度对加工精度的影响工艺系统的几何精度对加工精度的影响 2 2、车削模数蜗杆、车削模数蜗杆 由于蜗杆的螺距等于蜗轮的齿距由于蜗杆的螺距等于蜗轮的齿距( (即即mm，其中，其中m m是模数，而是模数，而是一是一 个无理数个无理数3 31415914159) )，但是车床配换齿轮的齿数是有限的。因此，

18、但是车床配换齿轮的齿数是有限的。因此，在选择在选择 配换齿轮时，只能将配换齿轮时，只能将化为近似的分数值计算，这样就会引起刀具相对工件化为近似的分数值计算，这样就会引起刀具相对工件 的成形运动的成形运动( (螺旋运动螺旋运动) )不准确，造成螺距误差。不准确，造成螺距误差。但是，这种螺距误差可通过但是，这种螺距误差可通过 配换齿轮的合理选配而减小。配换齿轮的合理选配而减小。 滚齿加工用的齿轮滚刀有两种误差：滚齿加工用的齿轮滚刀有两种误差： 一是切削刃齿廓近似造形误差，一是切削刃齿廓近似造形误差，由于制造上的困难，采用阿基米德由于制造上的困难，采用阿基米德 基本蜗杆或法向直廓基本蜗杆代替渐开线基

19、本蜗杆；基本蜗杆或法向直廓基本蜗杆代替渐开线基本蜗杆； 二是由于滚刀刀齿数有限，且有容屑槽二是由于滚刀刀齿数有限，且有容屑槽实际上加工出的齿形是一条折实际上加工出的齿形是一条折 线，和理论上的光滑渐开线有差异。线，和理论上的光滑渐开线有差异。 ( (包洛造形包洛造形误差误差) ) 3 3、滚齿加工、滚齿加工 补充知识补充知识: : 1 1、获得零件形状精度的方法、获得零件形状精度的方法 轨迹法轨迹法: : 依靠刀尖的运动轨迹即成形运动精度依靠刀尖的运动轨迹即成形运动精度; ; 成形法成形法: : 依靠成形刀具即成形精度依靠成形刀具即成形精度, ,和成形运动精度和成形运动精度; ; 展成法展成法

20、: : 依靠展成运动即展成运动的精度依靠展成运动即展成运动的精度; ; 2 2、获得零件尺寸精度的方法、获得零件尺寸精度的方法 试切法试切法: :切削切削测量测量调整调整切削切削测量测量再调整再调整- 调整法调整法: :依靠试件、样件、挡块等定行程装置；依靠试件、样件、挡块等定行程装置； 定尺寸刀具法定尺寸刀具法: :依靠刀具自身制造精度；依靠刀具自身制造精度； 自动控制法：自动化的试切法或调整法自动控制法：自动化的试切法或调整法 3 3、获得零件表面的相互位置精度、获得零件表面的相互位置精度 一次安装，连续加工一次安装，连续加工-不受定位精度，夹紧精度影响不受定位精度，夹紧精度影响 多次安装

21、，多次加工多次安装，多次加工-受定位精度，夹紧精度影响受定位精度，夹紧精度影响 注意：注意：采用近似的成形运动或近似的切削刃轮廓，虽然采用近似的成形运动或近似的切削刃轮廓，虽然 会带来加工原理误差，但往往可简化机床或刀具的结构，提高会带来加工原理误差，但往往可简化机床或刀具的结构，提高 生产效率，有时反而能得到较高的加工精度。因此，只要刀具生产效率，有时反而能得到较高的加工精度。因此，只要刀具 误差不超过规定的精度要求、在生产中仍能得到广泛的应用。误差不超过规定的精度要求、在生产中仍能得到广泛的应用。 二、调整误差二、调整误差 在机械加工的每一工序中。总是要对工艺系统进行这样或在机械加工的每一

22、工序中。总是要对工艺系统进行这样或 那样的调整工作不可能绝对地准确，因而产生调整误差。那样的调整工作不可能绝对地准确，因而产生调整误差。 工艺系统的调整的基本方式工艺系统的调整的基本方式 (1)(1)试切法调整试切法调整 (2)(2)调整法调整调整法调整 (1)(1)试切法调整试切法调整 1)1)测量误差。测量误差。由量具本身精度度、测量方法及使用条件引起。由量具本身精度度、测量方法及使用条件引起。 2)2)进给机构的位移误差。进给机构的位移误差。在微量调整刀具的位置、低速微量进在微量调整刀具的位置、低速微量进 给中，常常出现进给机构的给中，常常出现进给机构的“爬行爬行”现象，其结果使刀具的实

23、现象，其结果使刀具的实 际位移与刻度盘上的数值不一致、造成加工误差。际位移与刻度盘上的数值不一致、造成加工误差。 3)3)试切时与正式切削时切削层厚度不同的影响。试切时与正式切削时切削层厚度不同的影响。精加工时，最精加工时，最 后一道切削刃只起挤压作用而不起切削作用，但正式切削时的后一道切削刃只起挤压作用而不起切削作用，但正式切削时的 深度较大。粗加工反之深度较大。粗加工反之( (让刀让刀) )。 应用：应用：单件小批生产中。单件小批生产中。 方法：方法：对工件进行试切对工件进行试切测量测量调整调整再试切，直到达到要再试切，直到达到要 求的精度为止。求的精度为止。 这时，引起调整误差的因素有：

24、这时，引起调整误差的因素有： (2)(2)调整法调整调整法调整 影响调整精度的因素有：影响调整精度的因素有： 1 1）定程机构误差：）定程机构误差：调整精度取决于行程挡块、靠模及凸轮等调整精度取决于行程挡块、靠模及凸轮等 机构的制造精度和刚度；机构的制造精度和刚度； 2 2）样件或样板误差：）样件或样板误差：调整精度取决于样件或样板的制造、安调整精度取决于样件或样板的制造、安 装和对刀精度；装和对刀精度； 3 3）试切法的影响因素和测量有限样件的制造误差：）试切法的影响因素和测量有限样件的制造误差：工艺系统工艺系统 初调好以后，初调好以后，般要试切几个工件，并以其平均尺寸作为判断般要试切几个工

25、件，并以其平均尺寸作为判断 调整是否准确的依据。由于试切加工的工件数调整是否准确的依据。由于试切加工的工件数( (抽样数抽样数) )有限，有限， 不能完全反映整批工件切削加工的各种随机误差。不能完全反映整批工件切削加工的各种随机误差。 三、机床误差三、机床误差 机床的制造误差、安装误差以及使用中的磨损都直接影响机床的制造误差、安装误差以及使用中的磨损都直接影响 工件的加工精度。机床误差可归纳为：工件的加工精度。机床误差可归纳为： 机床导轨导向误差机床导轨导向误差 机床主轴回转误差机床主轴回转误差 机床传动链的误差机床传动链的误差 机床误差机床误差 1 1、机床导轨误差、机床导轨误差 机床导轨误

26、差多达机床导轨误差多达2121项。项。 机床导轨是实现直线运动的主要部件，其制造和装配精度机床导轨是实现直线运动的主要部件，其制造和装配精度 是影响直线运动的主要因素，直接影响工件的加工质量。是影响直线运动的主要因素，直接影响工件的加工质量。 机床导轨误差机床导轨误差 机床导轨误差多达机床导轨误差多达2121项。项。3 36+3=21 6+3=21 。 导轨在水平面内直线度误差导轨在水平面内直线度误差y y 导轨在垂直面内直线度误差导轨在垂直面内直线度误差x 导轨面间平行度（扭曲）误差导轨面间平行度（扭曲）误差 导轨对主轴回转轴线的平行度或垂直度误差导轨对主轴回转轴线的平行度或垂直度误差 （1

27、 1）直线导轨导向精度的主要内容有：）直线导轨导向精度的主要内容有： 1)1)磨床导轨在水平面内直线度误差的影响磨床导轨在水平面内直线度误差的影响 引起工件在半径引起工件在半径 方向上的误差。当磨削长外圆时，造成圆柱度误差。方向上的误差。当磨削长外圆时，造成圆柱度误差。 导向精度：导轨副运动件实际运动方向与理想运动方向的符合程度。其之导向精度：导轨副运动件实际运动方向与理想运动方向的符合程度。其之 差为导向误差。差为导向误差。 2) 2)磨床导轨在垂直面内直线度误差的影响磨床导轨在垂直面内直线度误差的影响 由于磨床由于磨床 导轨在垂直面内存在误差，磨削外圆时，工件沿砂轮切线方向导轨在垂直面内存

28、在误差，磨削外圆时，工件沿砂轮切线方向 产生位移产生位移( (误差非敏感方向误差非敏感方向) )，此时工件产生圆柱度误差。此时工件产生圆柱度误差。 对平面磨床、龙门刨床、铣床等法向方向的位移对平面磨床、龙门刨床、铣床等法向方向的位移( (误差误差 敏感方向敏感方向) )，将直接反映被加工件的表面形成的形状误差。，将直接反映被加工件的表面形成的形状误差。 3)3)导轨面间平行度（扭曲）误差的影响导轨面间平行度（扭曲）误差的影响 如车床两导轨如车床两导轨 的平行度误差的平行度误差( (扭曲扭曲) )使床鞍产生横向倾斜，刀具产生位移，因使床鞍产生横向倾斜，刀具产生位移，因 而引起工件形状误差。而引起

29、工件形状误差。 4)4)导轨对主轴回转轴线的平行度或垂直度误差的影响导轨对主轴回转轴线的平行度或垂直度误差的影响 。 造成加工表面下凹。造成加工表面下凹。 实际应用中，为防止实际应用中，为防止“扫刀扫刀”，往往将主轴与进，往往将主轴与进 给方向倾斜一微小角度（给方向倾斜一微小角度（3030”）。）。 其他因素引起工件形位误差其他因素引起工件形位误差; ; a.a.前后导轨的磨损前后导轨的磨损; ; b. b.机床热变形机床热变形, ,靠主轴位温度高靠主轴位温度高, ,成翘曲成翘曲; ; c. c.润滑润滑 d.d.导轨副的磨损导轨副的磨损; ; 解决措施：解决措施： 1 1）选择合理的导轨形状

30、及组合）选择合理的导轨形状及组合; ;合适的配合长度合适的配合长度 （均化），双三角（导向保持性好）（均化），双三角（导向保持性好） 2 2）提高导轨的制造精度）提高导轨的制造精度; ; 3 3）采用静压导轨、耐磨材料贴面等）采用静压导轨、耐磨材料贴面等 （二）机床主轴的回转误差（二）机床主轴的回转误差 （1 1）主轴回转误差的概念）主轴回转误差的概念（回转轴线理论上是一条固定不变，（回转轴线理论上是一条固定不变， 主轴实际回转轴线对理想回转轴线的漂移）主轴实际回转轴线对理想回转轴线的漂移） 理想回转中心：理想回转中心：机床主轴做回转运动时，主轴的各个截面必然有它机床主轴做回转运动时，主轴的各

31、个截面必然有它 的回转中心，在主轴的任一截面，主轴回转时若只有一的回转中心，在主轴的任一截面，主轴回转时若只有一点速度始终为零点速度始终为零， 则这一点即为理想回转中心。则这一点即为理想回转中心。 瞬时回转中心：瞬时回转中心：主轴在实际回转过程中，在一个位置或时刻的回转主轴在实际回转过程中，在一个位置或时刻的回转 中心，称为瞬时回转中心，中心，称为瞬时回转中心，主轴各截面瞬时回转中心的连线叫瞬时回转轴主轴各截面瞬时回转中心的连线叫瞬时回转轴 线。线。 主轴的回转运动误差：主轴的回转运动误差：是指主轴的瞬时回转轴线相对其平均回转轴线是指主轴的瞬时回转轴线相对其平均回转轴线 ( (瞬时回转轴线的对

32、称中心瞬时回转轴线的对称中心) )，在规定，在规定测量平面测量平面内的变动量。变动量越小，内的变动量。变动量越小， 主轴回转精度越高；反之越低。主轴回转精度越高；反之越低。 通常用实际回转轴线的平均植（平均位置）作为理想回转轴线通常用实际回转轴线的平均植（平均位置）作为理想回转轴线 （2 2）主轴回转运动误差的形式）主轴回转运动误差的形式 端面圆跳动（轴向漂移）沿平均轴线上窜端面圆跳动（轴向漂移）沿平均轴线上窜 动动 径向圆跳动（径向漂移）轴线始终平行于径向圆跳动（径向漂移）轴线始终平行于 平均轴线平均轴线 倾角摆动倾角摆动 （角向漂移）与平均轴线始终（角向漂移）与平均轴线始终 有个倾角有个倾

33、角 主轴的回转运动主轴的回转运动 误差的基本形式误差的基本形式 注意：注意：实际中常是这几种误实际中常是这几种误 差的合成。差的合成。 端面圆跳动端面圆跳动瞬时回转轴线沿瞬时回转轴线沿 平均回转轴线方向的轴向运动。它主平均回转轴线方向的轴向运动。它主 要影响要影响端面形状和轴向尺寸端面形状和轴向尺寸精度。精度。 径向圆跳动径向圆跳动瞬时回转轴线始瞬时回转轴线始 终平行于平均回转轴线方向的径向运终平行于平均回转轴线方向的径向运 动动b b。它主要影响。它主要影响圆柱面的精度圆柱面的精度。 角度摆动角度摆动瞬时回转轴线与平瞬时回转轴线与平 均回转轴线成一倾斜角度，但其交点均回转轴线成一倾斜角度，但

34、其交点 位置固定不变的运动。在不同横截面位置固定不变的运动。在不同横截面 内，内，轴心运动误差轨迹相似，它影响轴心运动误差轨迹相似，它影响 圆柱面与端面加工精度。圆柱面与端面加工精度。 3. 3. 主轴回转误差对加工精度的影响主轴回转误差对加工精度的影响 （1 1）端面圆跳动）端面圆跳动 1 1）对圆柱面的加工）对圆柱面的加工 无影响无影响( (轴向轴向: :误差不敏感方向误差不敏感方向) )； 2 2）对加工端面的影响）对加工端面的影响 3 3）对螺纹加工的影响）对螺纹加工的影响 ( (法向法向) )如图（a) : A / R = tg 螺距周期误差螺距周期误差:如图（b） （2 2）径向圆

35、跳动）径向圆跳动 使工件产生圆度误差，但影响程度因加工方法的不同而异。如：使工件产生圆度误差，但影响程度因加工方法的不同而异。如： 1)1)镗孔时镗孔时 设设原始误差：原始误差：主轴径向回转误差主轴径向回转误差 表现为表现为y y向简谐运动。向简谐运动。h=Acosh=Acos 在任一时刻刀尖在任一时刻刀尖a a的位置为：的位置为： 分析：分析：这是椭圆的参数方程，加工出的孔呈椭圆形，这是椭圆的参数方程，加工出的孔呈椭圆形， 圆度误差为圆度误差为A A。 2) 2) 车削时车削时 （3 3）倾角摆动）倾角摆动 1 1）几何轴线相对于平均轴线在空间成一定锥角）几何轴线相对于平均轴线在空间成一定锥

36、角的圆锥轨迹的圆锥轨迹 -正圆锥形状误差正圆锥形状误差( (从垂直于平均轴线的截面从垂直于平均轴线的截面看看) ) 2 2）几何轴线在某个平面内做角度摆动，摆动频率与主轴回转）几何轴线在某个平面内做角度摆动，摆动频率与主轴回转 频率一致频率一致. . 从垂直于平均轴线的截面看从垂直于平均轴线的截面看: : -圆柱度（车削）圆柱度（车削）: : 刀尖到平均轴线的距离不变刀尖到平均轴线的距离不变; ; - -椭圆体误差（镗削）椭圆体误差（镗削）: :镗刀尖到几何轴线的距离镗刀尖到几何轴线的距离 不变不变, ,但刀尖到平均轴线的距离变化但刀尖到平均轴线的距离变化 4. 4. 主轴回转运动误差的影响因

37、素主轴回转运动误差的影响因素 主轴的误差：制造主轴的误差：制造 轴承的误差：圆度、波度（主轴颈与内孔）轴承的误差：圆度、波度（主轴颈与内孔） 轴承的间隙：影响油膜厚度轴承的间隙：影响油膜厚度; ; 与轴承配合零件的误差：轴颈和箱体轴承孔与轴承配合零件的误差：轴颈和箱体轴承孔 主轴系统的径向不等刚度和热变形等主轴系统的径向不等刚度和热变形等 影响主轴回转运动影响主轴回转运动 误差的主要因素误差的主要因素 对于不同类型的机床，其影响因素也各不相同。对于不同类型的机床，其影响因素也各不相同。( (滑动轴承滑动轴承) ) 工工 件件 回回 转转 类类 刀刀 具具 回回 转转 类类 思考思考： 1 1

38、滑动轴承误差滑动轴承误差? ? a a 刀具回转类刀具回转类-镗床镗床, ,磨床磨床, ,铣床铣床. 主轴回转一周主轴回转一周, ,主轴径向跳动两次主轴径向跳动两次-来回两次来回两次. . b b 工件回转类工件回转类-车床车床. 主轴回转一周主轴回转一周, ,主轴径向跳动一次主轴径向跳动一次. . 2 2 滚动轴承误差？滚动轴承误差？ 内圈内圈-主轴颈主轴颈 外圈外圈-轴承孔轴承孔 滚动体尺寸误差滚动体尺寸误差( (依保持架与主轴转速比而定依保持架与主轴转速比而定) ) 3 3 向心推力轴承误差？向心推力轴承误差？ 滚道的端面误差滚道的端面误差 内外滚道的倾斜内外滚道的倾斜 圆度与波度圆度与

39、波度 （4 4）提高主轴回转精度的措施）提高主轴回转精度的措施 1)1)提高主轴部件的制造精度和选择合理的主轴结构提高主轴部件的制造精度和选择合理的主轴结构 首先应提高轴首先应提高轴 承的回转精度承的回转精度 选用高精度的滚动轴承选用高精度的滚动轴承 采用高精度的多油楔动压轴承采用高精度的多油楔动压轴承 采用高精度的静压轴承采用高精度的静压轴承 提高箱体支承孔的加工精度提高箱体支承孔的加工精度 主轴轴颈的加工精度主轴轴颈的加工精度 与轴承相配合表面的加工精度与轴承相配合表面的加工精度 其次应提高轴承其次应提高轴承 组件的接触刚度组件的接触刚度 a) a)采用固定的顶尖定位加工（简单而行之有效的

40、方法），主轴只起传采用固定的顶尖定位加工（简单而行之有效的方法），主轴只起传 动作用。工件的回转精度完全取决于顶尖和中心孔的形状误差和同轴度误差，动作用。工件的回转精度完全取决于顶尖和中心孔的形状误差和同轴度误差， 而提高顶尖和中心孔的精度要比提高主轴部件的精度容易且经济得多。而提高顶尖和中心孔的精度要比提高主轴部件的精度容易且经济得多。B)B)采采 用无心磨削加工（环类零件：外圆用无心磨削加工（环类零件：外圆- -无心磨床；内圆无心磨床；内圆- -内圆磨床内圆磨床+ +电磁）；电磁）；c)c) 采用双支承镗模支承加工采用双支承镗模支承加工 2)2)对滚动轴承进行预紧对滚动轴承进行预紧 可消除

41、间隙可消除间隙 增加轴承刚度增加轴承刚度 均化滚动体的误差均化滚动体的误差 3)3)采取合适的加工工艺采取合适的加工工艺 如下图 对滚动轴对滚动轴 承适当预紧承适当预紧 微量过盈可使轴微量过盈可使轴 承内、外圈和滚动体的弹性承内、外圈和滚动体的弹性 变形相互制约，这样既增加变形相互制约，这样既增加 轴承刚度，又对滚动体的误轴承刚度，又对滚动体的误 差起均化作用，因而可提高差起均化作用，因而可提高 主轴的回转精度。主轴的回转精度。 外圆磨床磨外圆磨床磨 削外圆柱面时，采用削外圆柱面时，采用 固定顶尖支承。固定顶尖支承。 在镗床上加工箱在镗床上加工箱 体类零件上的孔时，采用体类零件上的孔时，采用

42、前、后导向套的镗模，刀前、后导向套的镗模，刀 杆与主轴浮动联接，所以杆与主轴浮动联接，所以 刀杆的回转精度与机床主刀杆的回转精度与机床主 轴回转精度也无关，仅轴回转精度也无关，仅由由 刀杆和导套的配合质量决刀杆和导套的配合质量决 定。定。 （三）机床传动链误差（三）机床传动链误差 是指内联系的传动链中首末两端传动元件之间相对运动的误差。是指内联系的传动链中首末两端传动元件之间相对运动的误差。 在螺纹加工或用展成法加工齿轮等工件时，必须保证工在螺纹加工或用展成法加工齿轮等工件时，必须保证工 件与刀具间有严格的运动关系，传动链的传动误差影响其加工精件与刀具间有严格的运动关系，传动链的传动误差影响其

43、加工精 度的主要因素。度的主要因素。 1. 1. 传动链的传动误差传动链的传动误差 例如：在该齿机上用单头滚刀加工直齿轮时，要求滚例如：在该齿机上用单头滚刀加工直齿轮时，要求滚 刀与工件之间具有严格的运动关系：刀与工件之间具有严格的运动关系：滚刀转一转，工件转过一滚刀转一转，工件转过一 个齿个齿。这种运动关系是由。这种运动关系是由刀具与工件间的传动链刀具与工件间的传动链来保证的。来保证的。 由于各传动件在传动链中所处的位置不同，它们对由于各传动件在传动链中所处的位置不同，它们对 工件工件加工精度加工精度( (即末端件的转角误差即末端件的转角误差) )的影响程度是不同的。的影响程度是不同的。 如

44、如传动链是传动链是升速升速传动，则传动元件的转角误差将被传动，则传动元件的转角误差将被扩大扩大；反；反 之，则转角误差将被缩小。之，则转角误差将被缩小。 如图所示的机床传动系统，可具体表示为如图所示的机床传动系统，可具体表示为 96 1 46 46 23 23 23 23 16 64 )( fcdgn ii 2 2传动链误差的传递系数传动链误差的传递系数 传动链误差一般可用传动链末端元件的转角误差来衡量。传动链误差一般可用传动链末端元件的转角误差来衡量。 1111 96 1 46 46 23 23 23 23 16 64 kii fcn 假设滚刀轴均匀旋转，若齿轮假设滚刀轴均匀旋转，若齿轮Z

45、Z1 1有转角误差有转角误差1 1，而，而 其他各传动件无误差，则传到末端件所产生的其他各传动件无误差，则传到末端件所产生的转角误差转角误差1n 1n为： 为： 由于所有的传动件都存在误差，因此，由于所有的传动件都存在误差，因此，各传动件对工各传动件对工 件精度影响的总和件精度影响的总和 为各传动元件所引起末端元件转角误 为各传动元件所引起末端元件转角误 差的叠加：差的叠加： 同理，可求得其它齿轮转角误差同理，可求得其它齿轮转角误差i i，对末端件所产，对末端件所产 生的转角误差为生的转角误差为 如果考虑到传动链中各传动元件的转角误如果考虑到传动链中各传动元件的转角误 差都是差都是独立的随机变

46、量独立的随机变量，则传动链末端元件，则传动链末端元件 的总转角误差可用概率法进行估算：的总转角误差可用概率法进行估算： ii k in n j jj n j jn k 11 可以认为可以认为: : 各传动元件的转角误差是转角的正弦函数各传动元件的转角误差是转角的正弦函数 如以末端元件的圆频率为基准如以末端元件的圆频率为基准, ,各传动元件引起末端元件的转角误差就各传动元件引起末端元件的转角误差就 是其是其各次的谐波分量各次的谐波分量 . )sin( jjjj t 1111 96 1 46 46 23 23 23 23 16 64 kii fcn n j jj n j jn k 11 ) 1 s

47、in( 1 )sin( 1 11 jn n j j jj n j n n j j n j jjjj n j jn t k k t k tt tk 3 3减少传动链传动误差的措施减少传动链传动误差的措施 1)1)尽可能缩短传动链尽可能缩短传动链 ； ； 2)2)减少各传动元件装配时的几何偏减少各传动元件装配时的几何偏 心，提高装配精度；心，提高装配精度； 3)3)各元件在传动链中位置不同，对转动精各元件在传动链中位置不同，对转动精 度的影响不同；度的影响不同； 末端元件的误差影响最大，尽可能提高末端元件的安装、制造精度。末端元件的误差影响最大，尽可能提高末端元件的安装、制造精度。 在传动链中按降

48、速比递增的原则分配备传动副的传动比；降速比尽量放在传动链中按降速比递增的原则分配备传动副的传动比；降速比尽量放 在末端，则传动链中其余各传动元件误差的影响就越小；在末端，则传动链中其余各传动元件误差的影响就越小； 4)4)传动比传动比i i应小（传动比应小（传动比1,1,误差大；传动比误差大；传动比1 机床、机床、 夹具、刀具的变形夹具、刀具的变形 简支梁的工件变形量：简支梁的工件变形量： “腰鼓形腰鼓形”工件形状工件形状 立式车床、龙门刨床、龙门铣床等的横梁及刀架，大型铣镗床立式车床、龙门刨床、龙门铣床等的横梁及刀架，大型铣镗床 滑枕内的轴等，其刚度均随刀架位置或滑枕伸出长度不同而异。滑枕内

49、的轴等，其刚度均随刀架位置或滑枕伸出长度不同而异。 镗床镗床铣床铣床 3 3、其他受力作用点变化（刀具的变形）、其他受力作用点变化（刀具的变形） 分析时：参照以上例子具体分析。分析时：参照以上例子具体分析。 （二）切削力大小发生变化（二）切削力大小发生变化（引起原因：余量不均和材质不均引起原因：余量不均和材质不均） 工件就形成圆度误差，这种现象称为工件就形成圆度误差，这种现象称为“误差复映误差复映”。 假设车削外圆，工件毛坯存在圆度误差（椭圆假设车削外圆，工件毛坯存在圆度误差（椭圆) )： 由于工件毛坯存在圆度误差由于工件毛坯存在圆度误差 切削深度在切削深度在a ap1 p1与 与a ap2

50、p2之间变化。 之间变化。 切削分力切削分力f f也随切削深度也随切削深度a ap p的变化由的变化由 最大最大F Fmax max变到最小 变到最小F Fmin min 工艺系统将产生相应的变形工艺系统将产生相应的变形 最大最大y ymax max变到最小 变到最小y ymin min 1 1、误差复映、误差复映 工艺系统由于受力变形的变化使工件产生相应的圆度误差，工艺系统由于受力变形的变化使工件产生相应的圆度误差， g=y1-y2g=y1-y2，这种现象称误差复印。，这种现象称误差复印。 毛坯圆度的最大误差：毛坯圆度的最大误差： 车削后工件的圆度误差：车削后工件的圆度误差： 称为误差复映系

51、数称为误差复映系数 定定 义义 1 1复映系数定量地反映了毛坯误差经过加复映系数定量地反映了毛坯误差经过加 工后工后减少减少的程度，它与工艺系统刚度成反的程度，它与工艺系统刚度成反 比，与径向切削力系数比，与径向切削力系数C C成正比。成正比。 2 2要减少工件的复映误差，可要减少工件的复映误差，可增加工艺系增加工艺系 统刚度或减少径向切削力系数统刚度或减少径向切削力系数。 21PPm aa )()( 75. 0 yaAyafCF pPFy xt y xt y k F y k F y min 2 max 1 , 21 yy w 2 22 2 1 11 1 )( )( p xtxt p p xt

52、xt p a k C k yaC y a k C k yaC y )( 2121pp xt aa k c yyg xtm k cg 当毛坯误差较大，一次进给不能满足加工精度要求时，当毛坯误差较大，一次进给不能满足加工精度要求时， 需要多次进给来消除毛坯误差需要多次进给来消除毛坯误差m m复映到工件上。复映到工件上。 3 3、误差复映规律的应用、误差复映规律的应用 第二次进给后工件的误差为：第二次进给后工件的误差为： 第第n n次进给后工件的误差为：次进给后工件的误差为： 误差复映规律的应用：误差复映规律的应用： 1 1、估算加工后的工件误差、估算加工后的工件误差 2 2、根据工件的公差值与毛坯

53、误差值、根据工件的公差值与毛坯误差值 来确定加工次数。来确定加工次数。 设第一次进给量为设第一次进给量为f1f1，毛坯误差为，毛坯误差为m1 m1 ，则由上式可得到第，则由上式可得到第 一次进给后工件的误差一次进给后工件的误差w1w1为：为： mm xt F gpp xt w k fC aa k c yy 1 75. 0 1 12121 )( 第一次 mg xt F g k fC 121 75. 0 2 2 m n xt F n mnngn k fC )( 75. 0 11 误差复印规律的实质：由于工艺系统刚度不足加上切削力大小变化而引起误差复印规律的实质：由于工艺系统刚度不足加上切削力大小变

54、化而引起 加工误差。（加工误差。（k k系 系=c. =c.m/m/g g，可测量系统刚度），可测量系统刚度） （三）其它力引起的加工误差（三）其它力引起的加工误差 (1)(1)夹紧力引起的加工误夹紧力引起的加工误 差差 薄壁套薄壁套 薄壁件磨削薄壁件磨削 (2)(2)重力引起的加工误差重力引起的加工误差 在工艺系统中，由于零部件的自重也会产生变形。如龙门在工艺系统中，由于零部件的自重也会产生变形。如龙门 铣床、龙门刨床铣床、龙门刨床刀架横粱的变形刀架横粱的变形，铣镗床，铣镗床镗杆伸长而下垂变形镗杆伸长而下垂变形 等，都会造成加工误差。等，都会造成加工误差。 (3)(3)惯性力引起的加工误差惯

55、性力引起的加工误差 在高速切削时，如果在高速切削时，如果 工艺系统中有不平衡工艺系统中有不平衡 的高速旋转的构件存的高速旋转的构件存 在，就会产生离心力在，就会产生离心力 离心力在工件的每一离心力在工件的每一 转中不断变更方向，转中不断变更方向， 当不平衡质量的离心当不平衡质量的离心 力大于切削力时力大于切削力时 车床主轴轴颈和轴套内孔表面的接触点就会不停地变化，轴车床主轴轴颈和轴套内孔表面的接触点就会不停地变化，轴 套孔的圆度误差将传给工件的回转轴心套孔的圆度误差将传给工件的回转轴心 对重平衡对重平衡 (4)(4)传动力传动力 车床车床: :两顶尖定位两顶尖定位, ,单爪单爪拨盘带动件形成圆

56、周进给拨盘带动件形成圆周进给; ; 四、机床部件刚度四、机床部件刚度 （一）机床部件刚度的测定（一）机床部件刚度的测定 1 1 静态测定法：机床静态测定法：机床不工作状态不工作状态 2 2 工作状态测定法：依据工作状态测定法：依据误差复映误差复映规律规律 1 1、静态测定法、静态测定法 机床不工作，模拟切削力情况，对机床施加静载荷，测出机床不工作，模拟切削力情况，对机床施加静载荷，测出 机床各部件的静载变形，作出刚度特性曲线及计算其刚度机床各部件的静载变形，作出刚度特性曲线及计算其刚度 刚度曲线的特点：刚度曲线的特点：1 1）变形与作用力不是线性关系，不纯粹是弹）变形与作用力不是线性关系，不纯

57、粹是弹 性变形性变形;2;2）加载与卸载曲线不重合，包容面积表示损失的能量，）加载与卸载曲线不重合，包容面积表示损失的能量， 克服摩擦、接触变形等；克服摩擦、接触变形等；3 3）卸载曲线不回原点，有残留变形，）卸载曲线不回原点，有残留变形， 反复加反复加- -卸载后残留变形趋于零。卸载后残留变形趋于零。4 4）部件的实际刚度远比实体）部件的实际刚度远比实体 估算小（刚度是指平均刚度。）估算小（刚度是指平均刚度。） 2 2、工作状态测定法、工作状态测定法 依据误差复印规律测定系统刚度（见课本）依据误差复印规律测定系统刚度（见课本） （二）影响机床部件刚度的因素（二）影响机床部件刚度的因素 1 1

58、连接表面接触变形（实际接触面积远小于理论接触面积）连接表面接触变形（实际接触面积远小于理论接触面积） 试验表明，接触变形试验表明，接触变形y y与压与压 强强F F的关系如图所示，接触刚度将的关系如图所示，接触刚度将 随载荷的增加而增大。随载荷的增加而增大。 接触变形接触变形：塑性和弹性变形：塑性和弹性变形 dy dp k j 接触刚度：零件接触表面抵抗因外力而产生变形的能力接触刚度：零件接触表面抵抗因外力而产生变形的能力 原因：实际接触面积小于理想接触面积，实际接触面积的原因：实际接触面积小于理想接触面积，实际接触面积的 大小与该表面的加工方法有关。大小与该表面的加工方法有关。 措施：措施：

59、1 1）（用配刮、配研等方法）增大接触面积；）（用配刮、配研等方法）增大接触面积；2 2）预）预 加接触载荷，提高接触刚度；加接触载荷，提高接触刚度；3 3）减少配合零件的数目以减）减少配合零件的数目以减 少接合面数量少接合面数量 如果部件中有某些刚度很低的零件时，受力后这些如果部件中有某些刚度很低的零件时，受力后这些 低刚度零件会产生很大的变形，使整个部件的刚度降低。低刚度零件会产生很大的变形，使整个部件的刚度降低。 2 2机床零件本身刚度机床零件本身刚度 由于床鞍部件中的楔铁细长、由于床鞍部件中的楔铁细长、 刚性差，不易加工平直，使刚性差，不易加工平直，使 用接触不良，故在外力作用用接触不

60、良，故在外力作用 下最易变形。下最易变形。 垫板垫板 零件配合面间的间隙的影响，主要反映在载荷经常变化的零件配合面间的间隙的影响，主要反映在载荷经常变化的 铣、镗床、铣床上。当载荷方向改变时，间隙引起位移。铣、镗床、铣床上。当载荷方向改变时，间隙引起位移。 3 3零件间间隙的影响（间隙大、刚度小）零件间间隙的影响（间隙大、刚度小） 4 4零件间的摩擦力的影响（零件间受力而发生错动）零件间的摩擦力的影响（零件间受力而发生错动） 如果载荷是单向的，那么在第一次加载消除间隙后，对加工精如果载荷是单向的，那么在第一次加载消除间隙后，对加工精 度影响较小。度影响较小。 摩擦力对接触刚度的影响是这样的：摩