第十章 机械加工精度1

1、第十章第十章 机械加工精度机械加工精度学习内容一、一、机械加工精度的基本概念机械加工精度的基本概念 二、工艺系统的几何误差二、工艺系统的几何误差三、工艺系统的受力变形误差三、工艺系统的受力变形误差四、工艺系统的热变形误差四、工艺系统的热变形误差五、加工误差综合分析五、加工误差综合分析六、提高加工精度的工艺措施六、提高加工精度的工艺措施学习要求 重点了解机械加工精度基本内容,影响工艺系统的误差的原因和防止措施了解保证和提高加工精度的途径。通过研究加工系统中各种误差的物理实质，掌握其变化的基本规律，分析工艺系统中各种误差与加工精度之间的关系，寻求提高加工精度的途径，以保征零件的机械加工质量。第一节

2、 机械加工精度的基本概念 第二节 工艺系统的几何误差第三节 工艺系统的受力变形误差第四节 工艺系统的热变形误差第五节 加工误差综合分析第六节 提高加工精度的工艺措施第十章 机械加工精度一、机械加工质量 保证机械产品质量，是机械制造者的首要任务，任何机械产品都是由若干相互关联的零件装配而成的。因此，零件的制造质量是保证产品质量的基础。零件的质量直接影响着产品的性能、寿命、效率、可靠性等质量指标，而零件的制造质量，是依靠零件的毛坯制造方法、机械加工、热处理以及表面处理等工艺来保证的。因此，在零件制造的各个环节中，应当始终贯彻“质量第一”的思想，以确保产品的质量。第一节 机械加工精度的基本概念 零件

3、的加工质量是保证机械产品质量的基础。零件的加工质量包括两方面的内容： 机械加工精度 和 表面质量 。 1、机械加工精度是指零件加工后的实际几何参数与理想几何参数的符合程度。符合程度越高，加工精度就越高。2、加工精度包括三方面的内容: 尺寸精度 形状精度 位置精度二、机械加工精度 零件加工的尺寸精度、形状精度和位置精度之间的联系，一般情况下，形状误差应限制在位置公差之内，而位置误差又应限制在尺寸公差之内。如不作特殊说明，零件的形状误差和位置误差不应大于零件尺寸公差的二分之一。 指的是零件加工后的实际尺寸和理想尺寸之间的符合程度。这里的理想尺寸指的是零件图纸标注的设计尺寸的平均值。例如：某一零件图

4、纸标注的设计尺寸为100-0.02 mm，则该零件的理想尺寸是 99.99mm。零件加工后各个表面的实际位置和理想位置的符合程度。这里的理想位置是绝对准确的相互位置。例：平行度就是两个平面绝对平行，垂直度就是准确的90。指的是零件加工后各个表面的实际形状和理想形状之间的符合程度。这里的理想形状指的是绝对准确的表面形状。如：理想平面，理想圆柱体等。 三、加工误差四、加工精度和加工误差之间关系是指零件加工后实际几何参数与理想几何参数的偏差。显然，加工误差越小，加工精度越高。五、加工精度与经济性之间的关系六、获得加工精度的方法七、影响加工精度的误差因素加工精度和加工误差是描述零件加工后实际几何参数和

5、理想几何参数的两种不同的评价方法。 加工精度的高低实际上是通过控制加工误差的大小来实现的。保证和提高加工精度实际上就是限制和降低加工误差的大小。一般来说，零件的加工精度越高，加工成本也越高、生产力低。因此设计人员要根据零件的作用合理地确定零件的加工精度，工艺人员要采取适当的加工方法来保证加工误差不超过零件图上容许的公差，并在此前提下尽可能地降低生产成本。尺寸精度：试切法，调整法，定尺寸刀具，自动控制法；形状精度：机床精度，刀具精度保证；位置精度：机床精度，夹具精度，安装精度。工艺系统误差(1)工艺系统本身(工艺系统的几何误差-静误差): 加工原理误差，机床、夹具、刀具制造误差，工件装夹误差.(

6、2)加工过程中出现（动误差）: 力、热、振动、磨损、测量等。加工误差来源 原始误差（工艺系统误差） 工艺系统（机床，夹具，刀具，工件）七、影响加工精度的误差因素 由于零件的尺寸、几何形状和表面间相对位置的形成，取决于工件和刀具在切削运动过程中相互位置的关系。工艺系统各环节中存在的各种误差在各种不同的具体工作条件下都会以各种不同的方式（或扩大、或缩小）反映到工件的加工要求上。所以在加工中工艺系统的误差是“因”；加工误差是“具体表现”。因此，把工艺系统各环节中所存在的各种误差称之为原始误差。各种原始误差，在不同的具体条件下，以不同的程度和方式反映出。工艺系统的各种原始误差举例 1.毛坯有误差 2.

7、工件装夹误差 3. 机床导轨误差 4. 工件热变形 八、工艺系统原始误差的分类 由于原始误差的存在，使加工后的工件产生了加工误差。原始误差对加工误差有多大的影响，他们之间存在着一定的换算关系。如：车削时机床导轨在垂直面内的平行度误差，影响了工件与车刀之间的相对位置，从而引起了工件直径的加工误差Y。由于n/B= y/H ,则y= n H/B 。当 H/B不同时，同样的平行度误差造成的加工误差大小是不同的 。当工艺系统的原始误差造成刀具的刀刃在工件外圆切线方向位移时，由此产生的外径加工误差最小，工件外圆法线方向位移时，由此产生的外径加工误差最大。故原始误差与加工误差既有量值上的换算，也有方向上的关

8、系。对加工误差影响最大的方向称为误差敏感方向，反之为非误差敏感方向。九、原始误差与加工误差之间的关系 敏感方向：原始误差产生在加工表面的法线方向；不敏感方向：原始误差产生在加工表面的切线方向设工件半径R=20，加工表面法线方向上的原始误差y = 0.1,加工表面切线方向的原始误差z也是=0.1，来分别看一下对加工误差的影响。例从数量关系上看原始误差对加工误差的影响。RR（zz）= =R2 / 2Ro = 0.10.12 2/ 2/ 2* *20 = 0.0002520 = 0.00025RR（yy）= = y = 0.1 = 400R0.1 = 400R（zz） 由加工表面法线方向上的原始误差

9、y产生的加工误差是加工表面切线方向的原始误差z产生的加工误差的 400倍。 由此可以看出: 发生在加工表面法线方向上的原始误差对加工精度的影响比发生在加工表面切线方向的误差大得多。一般对发生在加工表面切线方向的误差可以忽略不计第二节 工艺系统的几何误差一、加工原理误差二、机床的几何误差三、工艺系统的其他几何误差 工艺系统的几何误差主要是指机床、夹具、刀具本身在制造时所产生的误差、使用中的调整误差和磨损误差以及工件的定位误差等，这些原始误差将不同程度地反映到工件表面上，形成零件的加工误差。一、加工原理误差 是指采用了近似的成型运动或近似的刀刃轮廓进行加工而产生的误差。因为它是在加工原理上存在的误

10、差，故称为加工原理误差。一般多为形状误差。例如1： 滚齿用的齿轮滚刀有两种误差：一是为了制造方便，采用阿基米德蜗杆或法向直廓蜗杆代替渐开线基本蜗杆而产生的刀刃齿廓形误差；二是由于滚刀刀齿有限，实际上加工出的齿形是一条由微小折线段组成的曲线，和理论上的光滑渐开线有差异。 在实际生产中，采用理论上完全准确的方法进行加工往往会使机床的结构复杂，刀具的制造困难，加工的效率降低。而采用近似的成形运动或近似的刀刃轮廓近似加工，则常常可简化机床结构或刀具形状，提高生产效率，且能得到满足要求的加工精度、降低生产成本，故在满足产品精度要求的前提下，原理误差方法产生的误差不超过规定的精度要求，在生产中仍能得到广泛

11、的应用 在三坐标数控铣床上铣削复杂形面零件时，通常要用球头刀并采用“行切法”加工。所谓行切法，就是球头刀与零件轮廓的切点轨迹是一行一行的，而行间的距离是按零件的加工要求确定的。这种方法实质上是将空间立体形面视为众多的平面截线的集合，每次走刀加工出其中的一条截线。由于数控铣床一般只具有直线和圆弧插补功能（少数数控机床具备抛物线和螺旋线插补功能），所以即便是加工一条平面曲线，也必须用许多很短的折线段或圆弧去逼近它。当刀具连续地将这些小线段加工出来，也就得到了所需的曲线形状。逼近的精度可由每根线段的长度来控制。因此，在曲线或曲面的数控加工中，刀具相对于工件的成形运动是近似的。例如2： 机床误差是由机

12、床的制造误差、安装误差和使用中的磨损引起的。下面主要讨论对加工精度影响较大的二、机床的几何误差1、主轴回转误差2、导轨的导向误差3、传动链传动误差。1、主轴回转误差(1)主轴回转误差的基本概念:(2)主轴回转误差定义:(3)主轴回转误差的分类: 纯径向圆跳动、轴向窜动和纯角度摆动主轴回转时，其回转轴线的空间位置应该固定不变，即回转轴线的瞬时速度为零。实际上，由于主轴部件中轴承、轴颈、轴承座孔等的制造误差和配合质量、润滑条件，以及回转过程中多方面的动态因素的影响，使瞬时回转轴线的空间位置呈现周期性变动。 是指主轴实际回转线对其理想回转轴线的漂移。 理想回转轴线虽然客观存在，但却无法确定其位置，因

13、此通常是以平均平均回转轴线回转轴线（即主轴各瞬时回转轴线的平均位置）来代替。（1）端面圆跳动(轴向串动)： 主轴实际轴线沿平均回转轴线作轴向运动。（2）径向圆跳动： 主轴实际轴线平行平均回转轴线径向运动。（3）角度摆动： 主轴实际轴线与平均回转轴线成一倾斜角度。实际以上三种基本形式是同时存在的，综合影响着工件的加工精度。4）主轴回转误差的产生原因主轴的回转误差不但与主轴部件的加工和装配误差有关,而且还与主轴部件受力、受热后的变形以及磨损有关。因此影响主轴回转误差的主要因素有：主轴支承轴径的制造误差、主轴支承轴承的制造及安装误差、轴承间隙以及切削中的受力变形等。因此我们从以下几个方面诸一分析主轴

14、回转误差的产生原因：(1）产生径向圆跳动的原因(2）产生端面圆向跳动的原因(3）产生倾角摆动的原因(4）主轴支承轴径及箱体轴承孔的误差对回转精度的影响由于机床分:工件回转类机床,如车床。刀具回转类机床,如铣床或镗床。机床的支承又分滑动支承和滚动支承。滑动轴承支承a）车床：切削力方向大体不变，在切削力作用下，主轴轴颈以不同部位和轴承内径某一固定部位接触，主要影响因素是主轴轴颈圆度误差，而轴承孔圆度误差影响较小。b）镗床：切削力方向随主轴回转变化，在切削力作用下，主轴轴颈总是以某一固定部位与轴承内表面不同部位相接触，对主轴回转精度影响较大的是轴承孔的圆度误差，而主轴轴颈的圆度误差影响较小。(1）产

15、生径向圆跳动的原因 采用滚动轴承时，滚动轴承的内圈、外圈和滚动体本身的几何误差都将影响主轴回转精度。此外，主轴轴颈的误差、轴承孔的误差、装配质量以及装配间隙等对主轴回转精度也有重要影响。 纯径向圆跳动是主轴瞬时回转轴线平行于平均回转轴线作运动。主要影响工件的园度和圆柱度。对车削无影响；对镗削有椭圆和圆度误差。滚动轴承结论：(1）产生径向圆跳动的原因主轴纯径向圆跳动对镗孔精度的影响 (2）产生端面圆向跳动的原因 推力轴承滚道端面误差会造成主轴端面圆跳动由图可见，若只有一个端面滚道存在误差，对端面圆跳动影响很小；只有当两个滚道端面均存在误差时，才会引起较大的跳动量。同样，推力轴承滚动体的几何误差，

16、两推力环安装面的误差，以及装配质量和装配间隙等对主轴端面圆跳动误差也有重要影响。车端面-工件端面与轴线不垂直加工螺纹的左右螺旋面-垂直度误差结论：纯轴向窜动：主轴瞬时回转轴线沿平均回转轴线作直线运动。主要影响工件的端面形状和轴向尺寸例：(2）产生端面圆向跳动的原因凡引起径向圆跳动与端面圆跳动的因素均会影响主轴的角度摆动。纯角度摆动包含平面摆动和锥角摆动,可视为径向圆跳动与端面圆跳动的综合。锥角摆动是指轴线绕其平均轴线沿圆锥轨迹公转。主要影响工件的形状精度。如车外圆时，会产生锥度平面摆动是指主轴轴线在某一平面内在平均轴线附近作纯角度摆动。主要影响工件的园度和圆柱度。对车削无影响；对镗削有椭圆和圆

17、度误差。(3）产生倾角摆动的原因5)提高主轴回转精度的措施 （2）提高主轴、箱体孔等零件的制造精度 提高主轴支承轴颈和箱体孔的圆度、同轴度和形状精度。（3）对主轴部件进行适当的预紧 对轴承进行适当预紧，对主轴部件误差起到均化作用，提高主轴刚度。（1）提高主轴轴承的精度 设计和制造时采用高精度滚动轴承。 采用P2或P4级的高精度轴承作为主轴支承。（4）使主轴的回转误差不反映在工件上 在外圆磨床为了避免头架主轴回转误差对工件加工精度的影响，工件 支承在两个不回转的顶尖上。 镗孔时采用浮动镗杆的方法，主轴只起传递扭矩的作用。 机床导轨是机床中确定各主要部件相对位置和运动的基准，加工中必须依靠它来保证

18、工件与刀具之间的正确位置。它的各项误差将直接影响被加工工件的精度。机床导轨的制造误差、工作台或刀架与导轨之间的配合误差是影响直线运动精度的主要因素。导轨的各项误差将直接反映到工件加工表面的加工误差中。导轨误差除导轨本身制造误差外，磨损不匀，安装等都有影响(1)在水平面内的直线度 (2)在垂直面内的直线度(3)前后导轨的平行度（扭曲）2、导轨的导向误差（4）纵向导轨和横向导轨的垂直度。1）导轨误差分类（）、在水平面内的直线度误差 对敏感方向，则影响尺寸误差和形状误差。如车、磨床。（2）、垂直面内的直线度误差： （a）车、磨床：非敏感方向，影响很少 （b）铣、刨、平磨、转塔车：敏感方向，影响大（尺

19、寸、形状）。2）导轨的导向误差对比加工精度的影响(3）、前后导轨平行度（扭曲）： 分解为水平方向和垂直方向分量：产生形状误差。(4）纵向导轨和横向导轨的垂直度。 将使加工工件端面和中心线不垂直。(1）选用合理的导轨形状和导轨组合形式，合理的形状参数，如90度双三角形。(2）改善导轨其制造精度、接触精度和精度保持性(3）采用静压导轨和贴塑导轨，减少导轨磨损，可有效提高工作台的直线运动精度和精度保持性。3）提高导轨导向精度的措施 在车螺纹时，要求主轴与传动丝杠的转速比恒定,当速比i与机床丝杠导程T存在误差时，工件导程S将出现误差。此时影响速比i的因素主要是齿轮副的传动误差，假如齿轮za存在周节误差

20、，在传动时其转角误差要经过几对齿轮副才传递到丝杠上。当传动副为升速时，转角误差被扩大，而降速时转角误差被缩小。而与丝杠连接的齿轮的转角误差，将直接反映到工件上，有着较大的影响。3、传动链传动误差 传运链的传动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。一般用传动链末端元件的转角误差来衡量一般不影响圆柱面和平面的加工精度，但在加工工件运动和刀具运动有严格内联系的表面，如车削、磨削螺纹和滚齿、插齿、磨齿时，则是影响加工精度的重要因素。传动机构越多，传动路线越长，则总的传动误差就越大。 传动精度取决于传动链中个传动元件的制造和装配精度，以及在使用过程中个传动零件的磨损程度。转角误差

21、以末端传角误差评定 提高传动链传动精度的措施1）提高传动零件，特别是末端的制造和装配精度2）减少传动件数目，缩短传动链，使误差来源减少。 如车削精密螺纹时，将进给箱输入轴用离合器直接与丝杠相连，利用挂轮传动丝杠。可获得较高的传动精度。3）消除间隙4）采用误差校正机构 人为地在传动链中加入一个与机床传动误差大小相等、方向相反的误差，使传动元件产生附加运动。对传动误差进行补偿。 如丝杠螺距误差补偿、分度蜗轮周节累积误差补偿等。 此外，在使用过程中进行良好的维护保养以及定期维修，也是保证传动链传动精度的必要措施。三、工艺系统的其他几何误差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

22、机械加工中常用的刀具有：一般刀具、定尺寸刀具及成形刀具。刀具误差对加工精度的影响随刀具种类的不同而不同：（1）采用定尺寸刀具(如钻头、铰刀、键槽铣刀、镗刀块及圆拉刀等)加工时，刀具的尺寸精度直接影响工件的尺寸精度；（2）采用成形刀具(如成形车刀、成形铣刀、成形砂轮等)加工时，刀具的形状精度将直接影响工件的形状精度；（3）展成刀具(如齿轮滚刀、花键滚刀、插齿刀等)的刀刃形状必须是加工表面的共轭曲线，因此刀刃的形状误差会影响加工表面的形状精度；（4）对于一般刀具(如车刀、铣刀、镗刀)，其制造精度对加工精度无直接影响。任何工具在切削过程中都不可避免地要产生磨损，并由此引起工件尺寸和形状误差。刀具的尺

23、寸磨损是指刀刃在加工表面的法线方向（误差敏感方向）上的磨损量，它直接反映出刀具磨损对加工精度的影响。1、刀具误差 夹具的制造误差一般是指定位误差、夹紧误差、夹具的安装误差及对刀误差等。而误差主要与夹具的定位元件、导向元件及夹具体等零件的制造和装配误差有关。这些误差对工件的精度影响较大。所以在设计和制造夹具时，凡影响工件加工精度的尺寸和位置误差对应严格控制。2、夹具误差3、装夹误差 工件的装夹误差是指定位误差和夹紧误差，将直接影响工件加工表面的位置精度或尺寸精度。4、测量误差 工件在加工过程中，要用各种量具、量仪进行检验测量，再根据测量结果对工件进行试切或调整机床。量具本身的制造误差、测量时的接触力、温度及目测正确度等，都直接