机械制造工艺学课件第11讲

1、 误差敏感方向ryryr0xa）rr =xyr0xb）误差不敏感方向误差敏感方向 原始误差对加工精度影响最大的方向称为误差的敏感方向，而原始误差对加工精度影响最小的方向称为误差的不敏感方向。一般加工表面的法线方向为误差敏感方向一般加工表面的法线方向为误差敏感方向，而加工表面的切线方向为误差非敏感方向。通常在研究工艺系统的加工精度时，主要研究误差敏感方向的精度。 一、机床几何误差一、机床几何误差 加工中引起机床误差的原因主要有机床的制造误差、安装误差及其磨损等方面。 这里着重分析对工件加工精度影响较大的主轴回转误差、导轨导向误差、传动链误差3个方面。1机床主轴回转误差1) 主轴回转误差的概念 机

2、床主轴回转时，在主轴的任一截面上速度始终为零的点 为理想回转中心。理想的回转中心在空间相对刀具或工件的 位置是固定不变的。主轴各截面回转中心的连线称为回转轴 线。 主轴回转误差是指主轴实际回转轴线相对于理想回转轴线 的最大变动量。显然变动量越小，即主轴回转误差越小，主 轴回转精度越高；反之越低。主轴理想的回转轴线是一条在空间位置不变的回转轴线。主轴理想的回转轴线是客观存在的，但现实中难以确定其位置，通常以主轴各瞬时回转轴线的平均位置作为主轴轴线，也称为平均轴线平均轴线。2) 主轴回转误差的表现形式为便于分析和研究，主轴回转运动误差可以分解为三种基本形式：轴向跳动、径向跳动、角度摆动。 轴向跳动

3、：瞬时回转轴线沿平均回转轴线方向的轴向运动，如下图(a)所示。主轴的轴向跳动对工件的圆柱面加工没有影响，主要影响端面形状、轴向尺寸精度、端面垂直度等。主轴存在轴向跳动误差时，车削加工螺纹会使加工后的螺纹产生螺距误差。径向跳动：瞬时回转轴线始终平行于平均回转轴线方向的径向运动，如下图(b)所示。主轴的纯径向跳动会使工件产生圆柱度误差，对加工端面基本没有影响。但加工方法不同，所引起的加工误差形式和程度也不同。 主轴径向圆跳动对加工精度的影响（镗孔） 考虑最简单的情况，主轴回转中心在y方向上作简谐直线运动，其频率与主轴转速相同，幅值为2e。则刀尖的坐标值为：e径向跳动对镗孔精度影响式中 r 刀尖回转

4、半径； 主轴转角。() cossinxreyr显然，镗出的孔为一椭圆。纯角度摆动：瞬时回转轴线与平均回转轴线方向成一倾斜角度，但其交点位置固定不变的运动，如下图(c)所示。主轴的角度摆动不仅影响工件加工表面的圆柱度误差，而且影响工件端面误差。实际上，主轴回转误差是三种基本形式误差综合作用的结果，见下图(d)。 3) 影响主轴回转误差的主要因素影响主轴回转误差的因素较多，主要来自于零件加工和整机装配。因主轴结构不同，因素也不同，主轴回转误差亦不同，往往需要具体问题具体分析。这里主要探讨主轴径向误差的影响。为方便讨论，将主轴结构简化处理，将其处理成轴孔与轴颈配合的简单结构。 ab图1 轴径不圆引起

5、车床主轴径向跳动滑动轴承镗床类机床（图2） 切削力随主轴回转而回转，主轴径总是以固定部位与轴承孔内表面的不同部位接触，因此轴承孔的圆度对主轴回转精度影响最大，轴颈圆度影响不大。图2 轴承孔不圆引起镗床主轴径向跳动车床类机床（图1） 切削力的方向大体不变，主轴轴颈以不同的部位与轴承内孔的某一固定部位相接触。因此影响主轴回转精度的，主要是轴承处主轴轴颈的圆度，轴承孔的圆度影响不大。 轴承误差的影响 轴承间隙对回转精度也有影响，如轴承间隙过大，会使主轴工作时油膜厚度增大，油膜承载能力降低，当工作条件(载荷、转速等)变化时，油楔厚度变化较大，主轴轴线漂移量增大由于轴承内、外圈或轴瓦很薄，受力后容易变形

6、，因此与之相配合的轴颈或箱体支承孔的圆度误差，会使轴承圈或轴瓦发生变形而产生圆度误差。与轴承圈端面配合的零件如轴肩、过渡套、袖承端盖、螺母等的有关端面，如果有平面度误差或与主轴回转轴线不垂直，会使轴承圈滚道倾斜，造成主 轴承间隙的影响 与轴承配合的零件误差的影响轴回转轴线的径向、轴向漂移。箱体前后支承孔、主轴前后支承轴颈的同轴度会使轴承内外圈滚道相对倾斜，同样也会引起主轴回转轴线的漂移。由于主轴部件质量不平衡，机床各种随机振动以及回转轴线的不稳定都随主轴转速增加而增加，使主轴在某个转速范围内的回转精度较高，超过这个范围时，误差就较大。 主轴转速的影响4) 提高主轴回转精度的主要措施1）提高主轴

7、部件的制造精度 首先应提高轴承的回转精度。其次是提高箱体支承孔、主轴轴颈和与轴承相配合有关表而的加工精度。此外，还可在装配时先测出滚动轴承及主轴锥孔的径向圆跳动，然后调节径向圆跳动的方位，使误差相互补偿或抵消，以减少轴承误差对主轴回转精度的影响。2）对滚动轴承进行预紧，消除间隙 对滚动轴承适当预紧以消除间隙，甚至产生微量过盈。由于轴承内外圈和滚动体弹性变形的相互制约，既增加了轴承刚度，又对轴承内外圈滚道和滚动体的误差起均化作用，因而可提高主轴的回转精度。3）使主轴回转误差不反映到工件上（误差转移） 直接保证工件在加工过程中的回转精度而不依赖于主轴，是保证工件形状精度的最简单而又有效的方法。 如

8、采用两固定顶尖支承磨削外圆柱面。 在镗床上加工箱体类零件孔。采用前后导向套的镗模。2.2.机床导轨导向误差机床导轨导向误差导轨是机床实现成形运动法加工的基准。导轨误差直接影响加工精度。导轨导向误差是指机床导轨副的运动件实际运动方向与理想运动方向的偏差值。在机床的精度标准中，直线导轨的导向精度一般包括导轨在水平面内的直线度、导轨在垂直面内的直线度、前后导轨的平行度 (即扭曲度)等。1) 导轨在水平面内直线度误差的影响卧式车床在水平面内存在直线度误差y ，见图(a)，则车刀尖的直线运动轨迹也要产生直线度误差y，从而造成工件圆柱度误差，r=y，如图(b)所示。这表明水平方向是卧式车床导轨误差的敏感方

9、向。外圆磨床情况与卧式车床类似。而平面磨床、龙门铣床的加工误差对导轨误差的敏感方向在铅垂方向上，故平面磨床、龙门刨床、铣床等设备加工误差对导轨在水平面内的直线度误差不敏感。2) 导轨在垂直面内直线度误差的影响 卧式车床在垂直面内存在直线度误差z ，见图a，则车刀尖的直线运动轨迹也要产生直线度误差z，从而造成工件圆柱度误差，r =z2/(2r)= z2/d, 见图b说明卧式车床对导轨在垂直面内直线度误差不敏感。3) 导轨面间平行度误差的影响卧式车床两导轨间存在平行度误差时，将使床鞍产生横向倾斜，引起刀架和工件的相对位置发生偏斜，刀尖的运动轨迹是一条空间曲线，从而引起工件产生形状误差。根据右图几何

10、关系，可知因导轨平行度误差所引起的工件半径的加工误差r=h/b一般车床h/b约为2/3，外圆磨床h/b约为1，因此导轨间的平行度误差对加工精度影响很大。 导轨误差产生的原因导轨误差主要来自于机床安装、机床制造、机床变形(在重力作用下），以及机床使用中的磨损。机床的安装(包括安装地基和安装方法)对导轨的原有精度影响非常大，一般远大于导轨的制造误差。特别是龙门刨床、龙门铣床和导轨磨床等，其床身导轨的刚性较差，在自重的作用下容易产生变形，导致工件产生加工误差。此外，导轨的不均匀磨损也是造成导轨误差的重要因素。 3. 3.机床传动链误差机床传动链误差1) 机床传动链误差含义机床传动链误差是指机床内部传

11、动机构传动过程中出现传动链首末两端传动元件间相对运动的误差。传动链误差一般不影响圆柱面和平面的加工精度，但对齿轮、蜗轮蜗杆、螺纹和丝杠等加工有较大影响。 例如车削单头螺纹时，见下图。要求工件旋转一周，相应刀具移动一个螺距s ，这种运动关系是由刀具与工件间的传动链来保证的。即通过保持总传动比恒定实现。总传动比反映了误差传递的程度，故也称为误差传递系数。 titzzzzzzzzsf876543212) 传动链误差产生的原因(1) 传动链元件数量影响传动误差大小。每增加一个传动元件，必然会带来一部分传动误差；(2) 传动副的加工和装配精度影响传动误差。特别是保证末端传动件的精度，并尽量减小传动链中的

12、齿轮副或螺旋副中存在的间隙，避免传动比的不稳定和不均匀；(3) 采用减速传动链有助于减小传动误差。按降速比递增的原则分配各传动副的传动比。传动链末端传动副的减速比越大，则传动链中其余各传动元件的误差影响越小，从而减小末端传动元件转角误差的影响。为此，可增加蜗轮的齿数或加大母丝杠的螺距，这都有利于减小传动链误差。机床几何误差机床几何误差机床传动链误差机床传动链误差机床主轴回转误差机床主轴回转误差机床导轨误差机床导轨误差轴向窜动径向跳动角度摆动水平面内直线度垂直面内直线度前后导轨的平行度内联传动链始末两端传动元件间相对运动误差二、工艺系统的其它几何误差1.刀具误差2.夹具误差3.装夹误差4.测量误差5.调整误差1）导轨在水平面内的直线度（弯曲） y 对于车床和外圆磨床由于刀尖相对于工件回转轴线在加对于车床和外圆磨床由于刀尖相对于工件回转轴线在加工表面径向方向的变化属敏感方向，故其对零件的形状精度工表面径向方向的变化属敏感方向，故其对零件的形状精度影响很大。影响很大。yr 车床导轨在水平面内有弯曲后，纵向进给中刀具相对工件轴线不能平行。因而工件表面上形成形状误差。当导轨向后凸时，工件产生鞍形误差。当导轨向前凸时，工件产生鼓形误差。 2）导轨在垂直面内的直线度（弯曲） z 垂直面内直线度误差垂直面内直线度误差对车床的影响较小，可以忽略不对车床的影响较小