1、 第15頁 摘 要數控機床因其精度高、高度柔性自動化及適合加工復雜零件的特征，在機械制造企業的應用愈加廣泛。而在機械加工不可避免的會出現加工誤差和加工精度問題，需要綜合運用高等數學 理論力學 材料力學 機械制圖 金屬工藝學 金屬材料及熱處理 互換性原理與技術測量算法語言等課程的基本知識，來解決機械加工精度中常見的問題。我國機械加工水平與世界先進水平還有些差距，因此在機械加工技術水平中仍需繼續努力。影響機械加工精度的因素主要有加工精度、誤差。本文針對數控機床在機械加工中出現的加工精度問題和誤差，如何減小誤差，提高機械加工精度提出了自己的觀點。關 鍵 詞：數控機床、機械加工精度、加工誤差 誤差分析

2、目 錄緒論1一概述1（一） 加工精度于誤差1（二） 加工經濟精度2（三） 原始誤差3（四） 研究機械加工精度的方法3二、工藝系統集合誤差3（一）機床的幾何誤差31. 主軸回轉誤差32. 導軌誤差43. 傳動鏈誤差5（二）刀具的幾何誤差5三、定位誤差5（一）基準不重合誤差5（二）定位副制造不準確誤差5四、工藝系統受力變形引起的誤差6（一）基本概念6（二）工件剛度6（三）刀具剛度6（四） 機床部件剛度6（五）工藝系統剛度及其對加工精度的影響6（六）減小工藝系統受力變形的途徑7五、工藝系統受熱變形引起的誤差7（一）工藝系統的熱源內部熱源和外部熱源7（二）減小工藝系統熱變形的途徑7六、內應力重新分布引

3、起的誤差7（一）基本概念8（二）內應力的產生8（三）減小內應力變形誤差的途徑8七、提高加工精度的措施8（一）減小原始誤差9（二）轉移原始誤差9（三）均分原始誤差9（四）強化原始誤差9（五）誤差補償9 八、實例分析91 刀尖圓弧引起的誤差112誤差消除方法123結束語13參考文獻致謝數控機床機械加工中誤差分析及解決辦法 緒 論在時數控機床集合了電子計算機、伺服系統、自動控制系統、精密測量控制系統及新型機構等先進技術。能夠加工外形復雜、精密、小批量零件，并且具有加工精度高、生產速率高、適應性強等特點。隨著我國機械制造業的快速發展，數數控機床在機械制造業已經得到廣泛的應用，而且對數控機床的精度也求也

4、越來越高。在機械加工過程中，往往有很多因素影響工件的最終加工質量，如何使工件的加工達到質量要求，如何減少各種加工精度的影響，就成文加工前必須考慮的事情。要對影響機械加工精度的因素進行分析和提高機械加工精度，需要綜合運用高等數學 理論力學 材料力學 機械制圖 金屬工藝學 金屬材料及熱處理 互換性原理與技術測量算法語言等課程的基本知識，來解決機械加工精度中常見的問題。一、概述（一） 加工精度與加工誤差1.精度是指零件加工后的實際幾何參數(尺寸、形狀和位置)與理想幾何參數的符合程度。理想的幾何參數，對尺寸而言，就是平均尺寸；對表面幾何形狀而言，就是絕對的圓、圓柱、平面、錐面和直線等；對表面之間的相互

5、位置而言，就是絕對的平行、垂直、同軸、對稱等。際加工不可能做得與理想零件完全一致，總會有大小不同的偏差，零件加工后的實際幾何參數對理想幾何參數的偏離程度，稱為加工誤差。加工精度與加工誤差都是評價加工表面幾何參數的術語。加工精度用公差等級衡量，等級值越小，其精度越高；加工誤差用數值表示，數值越大，其誤差越大。加工精度高，就是加工誤差小，反之亦然。何加工方法所得到的實際參數都不會絕對準確，從零件的功能看，只要加工誤差在零件圖要求的公差范圍內，就認為保證了加工精度。2.械加工精度是指零件加工后的實際幾何參數（尺寸、形狀和位置）與理想幾何參數相符合的程度。它們之間的差異稱為加工誤差。加工誤差的大小反映

6、了加工精度的高低。誤差越大加工精度越低，誤差越小加工精度越高。 3.加工精度內容： 尺寸精度 指加工后零件的實際尺寸與零件尺寸的公差帶中心的相符合程度。 形狀精度 指加工后的零件表面的實際幾何形狀與理想的幾何形狀的相符合程度。 位置精度 指加工后零件有關表面之間的實際位置與理想坐標值的符合程度。（二）加工經濟精度指在正常的加工條件下（采用符合質量標準的設備和工藝裝備，使用標準技術等級的工人、不延長加工時間），一種加工方法所能保證的加工精度和表面粗糙度。加工經濟精度是機械加工中經常用的一個概念。一個零件從設計到加工都要注意其經濟性，因為經濟效益是工廠存在下去的依據。加工精度等級的高低是根據使用要

7、求決定的。所以說所謂經濟精度就是在滿足使用要求的條件下最低的精度，成本最低，從而達到追求利益最大化的目的。在加工過程中有很多因素影響加工精度，所以同一種加工方法在不同的工作條件下所能達到的精度是不同的。某種加工方法的加工經濟精度不應理解為某一個確定值，而應理解為一個范圍，在這個范圍內都可以說是經濟的。（三）原始誤差由機床、夾具、刀具和工件組成的機械加工工藝系統(簡稱工藝系統)會有各種各樣的誤差產生，這些誤差在各種不同的具體工作條件下都會以各種不同的方式(或擴大、或縮小)反映為工件的加工誤差。工藝系統的原始誤差主要有工藝系統的幾何誤差、定位誤差、工藝系統的受力變形引起的加工誤差、工藝系統的受熱變

8、形引起的加工誤差、工件內應力重新分布引起的變形以及原理誤差、調整誤差、測量誤差等。（四）研究機械加工精度的方法分析計算法和統計分析法。二、工藝系統集合誤差（一）機床的幾何誤差加工中刀具相對于工件的成形運動一般都是通過機床完成的，因此，工件的加工精度在很大程度上取決于機床的精度。機床制造誤差對工件加工精度影響較大的有：主軸回轉誤差、導軌誤差和傳動鏈誤差。機床的磨損將使機床工作精度下降。1. 主軸回轉誤差機床主軸是裝夾工件或刀具的基準，并將運動和動力傳給工件或刀具，主軸回轉誤差將直接影響被加工工件的精度。主軸回轉誤差是指主軸各瞬間的實際回轉軸線相對其平均回轉軸線的變動量。它可分解為徑向圓跳動、軸向

9、竄動和角度擺動三種基本形式。產生主軸徑向回轉誤差的主要原因有：主軸幾段軸頸的同軸度誤差、軸承本身的各種誤差、軸承之間的同軸度誤差、主軸繞度等。但它們對主軸徑向回轉精度的影響大小隨加工方式的不同而不同。譬如，在采用滑動軸承結構為主軸的車床上車削外圓時，切削力f的作用方向可認為大體上時不變的，見右圖，在切削力f的作用下，主軸頸以不同的部位和軸承內徑的某一固定部位相接觸，此時主軸頸的圓度誤差對主軸徑向回轉精度影響較大，而軸承內徑的圓度誤差對主軸徑向回轉精度的影響則不大；在鏜床上鏜孔時，由于切削力f的作用方向隨著主軸的回轉而回轉，在切削力f的作用下，主軸總是以其軸頸某一固定部位與軸承內表面的不同部位接

10、觸，因此，軸承內表面的圓度誤差對主軸徑向回轉精度影響較大，而主軸頸圓度誤差的影響則不大。產生軸向竄動的主要原因是主軸軸肩端面和軸承承載端面對主軸回轉軸線有垂直度誤差。不同的加工方法，主軸回轉誤差所引起的的加工誤差也不同。在車床上加工外圓和內孔時，主軸徑向回轉誤差可以引起工件的圓度和圓柱度誤差，但對加工工件端面則無直接影響。主軸軸向回轉誤差對加工外圓和內孔的影響不大，但對所加工端面的垂直度及平面度則有較大的影響。在車螺紋時，主軸向回轉誤差可使被加工螺紋的導程產生周期性誤差。 適當提高主軸及箱體的制造精度，選用高精度的軸承，提高主軸部件的裝配精度，對高速主軸部件進行平衡，對滾動軸承進行預緊等，均可

11、提高機床主軸的回轉精度。2.導軌誤差導軌是機床上確定各機床部件相對位置關系的基準，也是機床運動的基準。除了導軌本身的制造誤差外，導軌的不均勻磨損和安裝質量，也使造成導軌誤差的重要因素。導軌磨損是機床精度下降的主要原因之一。 3. 傳動鏈誤差傳動鏈誤差是指傳動鏈始末兩端傳動元件間相對運動的誤差。一般用傳動鏈末端元件的轉角誤差來衡量。 （二）刀具的幾何誤差刀具誤差對加工精度的影響隨刀具種類的不同而不同。采用定尺寸刀具成形刀具展成刀具加工時，刀具的制造誤差會直接影響工件的加工精度；而對一般刀具(如車刀等)，其制造誤差對工件加工精度無直接影響。夾具的幾何誤差:夾具的作用時使工件相當于刀具和機床具有正確

12、的位置，因此夾具的制造誤差對工件的加工精度(特別是位置精度)有很大影響。三、定位誤差（一）基準不重合誤差在零件圖上用來確定某一表面尺寸、位置所依據的基準稱為設計基準。在工序圖上用來確定本工序被加工表面加工后的尺寸、位置所依據的基準稱為工序基準。一般情況下，工序基準應與設計基準重合。在機床上對工件進行加工時，須選擇工件上若干幾何要素作為加工時的定位基準(或測量基準)，如果所選用的定位基準(或測量基準)與設計基準不重合，就會產生基準不重合誤差。基準不重合誤差等于定位基準相對于設計基準在工序尺寸方向上的最大變動量。定位基準與設計基準不重合時所產生的基準不重合誤差，只有在采用調整法加工時才會產生，在試

13、切法加工中不會產生。（二）定位副制造不準確誤差工件在夾具中的正確位置是由夾具上的定位元件來確定的。基準不重合誤差的方向和定位副制造不準確誤差的方向可能不相同，定位誤差取為基準不重合誤差和定位副制造不準確誤差的矢量和。四、工藝系統受力變形引起的誤差（一）基本概念機械加工工藝系統在切削力、夾緊力、慣性力、重力、傳動力等的作用下，會產生相應的變形，從而破壞了刀具和工件之間的正確的相對位置，使工件的加工精度下降。（二）工件剛度工藝系統中如果工件剛度相對于機床、刀具、夾具來說比較低，在切削力的作用下，工件由于剛度不足而引起的變形對加工精度的影響就比較大，其最大變形量可按材料力學有關公式估算。（三）刀具剛

14、度外圓車刀在加工表面法線(y)方向上的剛度很大，其變形可以忽略不計。鏜直徑較小的內孔，刀桿剛度很差，刀桿受力變形對孔加工精度就有很大影響。刀桿變形也可以按材料力學有關公式估算.（四） 機床部件剛度1 機部件剛度:機床部件由許多零件組成，機床部件剛度迄今尚無合適的簡易計算方法，目前主要還是用實驗方法來測定機床部件剛度。2 影響機床部件剛度的因素:結合面接觸變形的影響 ,摩擦力的影響,低剛度零件的影響,間隙的影響。（五）工藝系統剛度及其對加工精度的影響1. 由于工藝系統剛度變化引起的誤差 2.由于切削力變化引起的誤差:加工過程中，由于工件的加工余量發生變化工件材質不均等因素引起的切削力變化，使工藝

15、系統變形發生變化，從而產生加工誤差。 3.由于夾緊變形引起的誤差:工件在裝夾過程中，如果工件剛度較低或夾緊力的方向和施力點選擇不當，將引起工件變形，造成相應的加工誤差。4.其它作用力的影響（六）減小工藝系統受力變形的途徑由前面對工藝系統剛度的論述可知，若要減少工藝系統變形，就應提高工藝系統剛度，減少切削力并壓縮它們的變動幅值。 1. 提高工藝系統剛度 提高工件和刀具的剛度 提高機床剛度采用合理的裝夾方式和加工方式2.減小切削力及其變化:合理地選擇刀具材料，增大前角和主偏角，對工件材料進行合理的熱處理以改善材料地加工性能等，都可使切削力減小。五、工藝系統受熱變形引起的誤差工藝系統熱變形對加工精度

16、的影響比較大，特別是在精密加工和大件加工中，由熱變形所引起的加工誤差有時可占工件總誤差的40%70%。機床、刀具和工件受到各種熱源的作用，溫度會逐漸升高，同時它們也通過各種傳熱方式向周圍的物質和空間散發熱量。當單位時間傳入的熱量與其散出的熱量相等時，工藝系統就達到了熱平衡狀態。（一）工藝系統的熱源內部熱源和外部熱源（二）減小工藝系統熱變形的途徑 減少發熱和隔熱、改善散熱條件、均衡溫度場、加快溫度場的平衡、控制環境溫度六、內應力重新分布引起的誤差（一）基本概念沒有外力作用而存在于零件內部的應力，稱為內應力。工件上一旦產生內應力之后，就會使工件金屬處于一種高能位的不穩定狀態，它本能地要向低能位的穩

17、定狀態轉化，并伴隨有變形發生，從而使工件喪失原有的加工精度。（二）內應力的產生1.熱加工中內應力的產生 在熱處理工序中由于工件壁厚不均勻、冷卻不均、金相組織的轉變等原因，使工件產生內應力。2.冷校直產生的內應力。（三）減小內應力變形誤差的途徑改進零件結構設計零件時，盡量做到壁厚均勻，結構對稱，以減少內應力的產生。增設消除內應力的熱處理工序合理安排工藝過程粗加工和精加工宜分階段進行，使工件在粗加工后有一定的時間來松弛內應力七、提高加工精度的措施（一）減小原始誤差提高零件加工所使用機床的幾何精度,提高夾具、量具及工具本身精度,控制工藝系統受力、受熱變形、刀具磨損、內應力引起的變形、測量誤差等均屬于

18、直接減少原始誤差。為了提高機械加工精度,需對產生加工誤差的各項原始誤差進行分析,根據不同情況對造成加工誤差的主要原始誤差采取不同的措施解決。對于精密零件的加工應盡可能提高所使用精密機床的幾何精度、剛度和控制加工熱變形;對具有成形表面的零件加工,則主要是如何減少成形刀具形狀誤差和刀具的安裝誤差。（二）轉移原始誤差這種方法的實質就是將原始誤差從誤差敏感方向轉移到誤差非敏感方向上去。轉移原始誤差至非敏感方向。各種原始誤差反映到零件加工誤差上的程度與其是否在誤差敏感方向上有直接關系。若在加工過程中設法使其轉移到加工誤差的非敏感方向,則可大大提高加工精度。轉移原始誤差至其他對加工精度無影響的方面。（三）

19、均分原始誤差此法過程為通過加工使被加工表面原有誤差不斷縮小和平均化的過程。均化的原理就是通過有密切聯系的工件或工具表面的相互比較和檢查,從中找出它們之間的差異,然后再進行相互修正加工或基準加工。（四）強化原始誤差根據誤差反映規律,將毛坯或上道工序的工件尺寸經測量按大小分為n組,每組工件的尺寸范圍就縮減為原來的1/n。然后按各組的誤差范圍分別調整刀具相對工件的準確位置,使各組工件的尺寸分散范圍中心基本一致,以使整批工件的尺寸分散范圍大大縮小。（五）誤差補償對工藝系統的一些原始誤差 ,可采取誤差補償的方法以控制其對零件加工誤差的影響。八、實例分析接下來以數控車切削加工軸類件為例，說明機械加工精度的

20、影響機及解決辦法。數控車床引起高精度、高度柔性自動化及適合加工復雜零件的特性，在機械制造企業的應用廣泛。然而，數控車床的傳動、運動部件還是機械的，車刀刀尖也不是一個真正的點，而是一段圓弧，仍然容易產生加工誤差。圖1 刀尖零件圖圖2 刀尖圓弧一起的加工誤差圖3 一般加工路線圖圖4 改進的加工路線圖1 刀尖圓弧引起的誤差誤差分析在數控車床使用過程中，為了降低被加工工件表面的粗糙度，減緩刀具磨損，提高刀具壽命，通常將車刀刀尖刃磨成圓弧，圓弧半徑一般在0.41.6mm之間。如圖1所示，采用試切法對刀時由a、b兩點分別確定刀架中心的x、z位置。這樣，加工程序所描述的刀位點是p點，數控系統將控制p點的運動

21、軌跡，而在切削時實際起作用的切削刃則是刀尖圓弧上的各切點，這勢必會產生加工表面的形狀誤差。在車削外圓、內孔及端面時，這個誤差為零。而在加工弧面和錐面時，這個誤差就很明顯。圖1零件sr10-0.04球面加工的誤差分析見圖2。圖中m線為加工程序所描述的p的軌跡，即工件的理想尺寸，而實際加工后的輪廓是n線，陰影就是少切削部分，即加工誤差。假設刀尖圓弧半徑為r=0.4mm，理論分析表明，n線是半徑為r-r=9.6的圓弧，m、n兩圓弧圓心x、z向均相距r=0.4mm，最大誤差約為0.17mm，不滿足精度要求。2誤差消除方法選擇刀尖圓弧中心點為刀位點，調用刀尖半徑補償(g41、g42)指令其編程和加工步驟

22、如下：按輪廓表面編程，設置右刀補，圖1零件球面精加工程序如下： n04 g42 g00 x8 z50 n05 g03 x20 z42 f100 以a、b點對刀，并在相應方向使刀具增加位移量：(偏刀類)dx =2r，dz =r，或(尖刀類)dx =2r，dz =0； 輸入刀具半徑r； 加工。調用刀具半徑補償指令，特別注意以a、b點對刀后要找出正確的刀尖圓心位置。在刀補建立時，要使刀尖圓弧圓心沿工件待加工輪廓表面(編程軌跡)運動，而車刀不是回轉類刀具，傳統的車削加工基本不涉及刀尖圓心的問題，故須對車削數控系統的刀具半徑補償有本質的認識。 2 絲杠副間隙產生的誤差 誤差分析中拖板絲杠副間隙是必然存在的，對普通車床來說，間隙較大；對數控車床而言，由于采用的是滾珠絲杠副，并且都進行了預緊，從理論上講，是達到了零間隙，無反向空程。實際上，對于有相對運動的傳動部件，間隙是不可避免的。對高精度的滾珠絲杠副而言，只是間隙非常微小；如果真正達到零間隙，運行的阻力就會增大。因而，在絲杠反向運動時，還是存在微小的空程，這個空程就足夠影響加工精度。在加工軸