1、機械加工工藝系統剛度及誤差技術部201304 零件加工精度相關常識工藝系統：工藝系統：機床、夾具、刀具和工機床、夾具、刀具和工件組成的一個系統。件組成的一個系統。零件的加工精度高，則加工成本高，零件的加工精度高，則加工成本高，生產效率低。生產效率低。零件的尺寸、幾何形狀和表面間相零件的尺寸、幾何形狀和表面間相對位置的形成，取決于工件和刀具對位置的形成，取決于工件和刀具在切削運動過程中在切削運動過程中相互位置的關系。 弄清各種原始誤差的物理、力學本質弄清各種原始誤差的物理、力學本質; 它們對加工精度影響的規律它們對加工精度影響的規律; 掌握控制加工誤差的方法掌握控制加工誤差的方法,以期獲得預期以

2、期獲得預期的加工精度的加工精度; 需要時能找出進一步提高加工精度的途需要時能找出進一步提高加工精度的途徑。徑。 研究加工精度的目的影響機械加工精度的因素1 1 裝夾裝夾 設計基準與定位基準不重合、夾緊誤差、間隙設計基準與定位基準不重合、夾緊誤差、間隙引起的定位誤差等等引起的定位誤差等等 2 2 調整調整 調整誤差、機床、刀具、夾具本身的制造誤差調整誤差、機床、刀具、夾具本身的制造誤差3 3 加工加工 切削力、切削熱和摩擦等，引起工件和刀具之切削力、切削熱和摩擦等，引起工件和刀具之間的相對位置，造成種種加工誤差。間的相對位置，造成種種加工誤差。4 4 還有測量、熱、力、近似成形方法、內應力及還有

3、測量、熱、力、近似成形方法、內應力及原理誤差等等。原理誤差等等。加工誤差來源和原始誤差 工藝系統：工藝系統：機床，夾具，刀具，工件機床，夾具，刀具，工件 原始誤差：原始誤差：工藝系統誤差。工藝系統誤差。 原始誤差來源：原始誤差來源： 工藝系統本身工藝系統本身 加工原理誤差加工原理誤差； 機床、夾具、刀具等機床、夾具、刀具等工裝制造誤差工裝制造誤差； 工件工件裝夾誤差裝夾誤差； 加工過程中出現加工過程中出現力、熱、振動、磨損等力、熱、振動、磨損等干擾誤差干擾誤差。加工誤差來源和原始誤差 原始原始誤差誤差與工藝系統原始狀與工藝系統原始狀態有關的原始誤差態有關的原始誤差(定常幾何誤差定常幾何誤差)與

4、工藝過程有關的與工藝過程有關的原始誤差原始誤差(隨機誤差隨機誤差)原理誤差原理誤差定位誤差定位誤差調整誤差調整誤差刀具誤差刀具誤差夾具誤差夾具誤差機床誤差機床誤差工藝系統受力變形（包括夾緊變形）工藝系統受力變形（包括夾緊變形）工藝系統受熱變形工藝系統受熱變形刀具磨損刀具磨損測量誤差測量誤差工件殘余應力引起的變形工件殘余應力引起的變形工件相對于刀具靜止狀態下工件相對于刀具靜止狀態下的誤差的誤差工件相對于工件相對于刀具運動狀刀具運動狀態下的誤差態下的誤差主軸回轉誤差主軸回轉誤差導軌導向誤差導軌導向誤差傳動誤差傳動誤差原始誤差的分類 機械加工工藝系統定常誤差分析機床主軸的回轉運動誤差機械加工工藝系統

5、的幾何誤差包括：機床、夾具、刀具的機械加工工藝系統的幾何誤差包括：機床、夾具、刀具的誤差；是由制造誤差、安裝誤差以及磨損引起的誤差等。誤差；是由制造誤差、安裝誤差以及磨損引起的誤差等。 1、主軸回轉運動誤差的概念和形式、主軸回轉運動誤差的概念和形式 主軸回轉誤差概念主軸回轉誤差概念 主軸回轉時實際回轉軸線與理想回轉軸線的偏移量主軸回轉時實際回轉軸線與理想回轉軸線的偏移量 三種基本形式：三種基本形式： a. 純徑向跳動純徑向跳動 b.b.純角度擺動純角度擺動 c.c.軸向竄動軸向竄動 徑向跳動徑向跳動-瞬時回轉軸線瞬時回轉軸線沿平均回轉軸線的徑向跳沿平均回轉軸線的徑向跳 動運動。動運動。 軸向竄

6、動軸向竄動-瞬時回轉軸線瞬時回轉軸線沿平均回轉軸線方向的軸沿平均回轉軸線方向的軸向運動。向運動。 角度擺動角度擺動-瞬時回轉軸線瞬時回轉軸線與平均回轉軸線成一傾斜與平均回轉軸線成一傾斜角，但其交點位置是固定角，但其交點位置是固定不變的運動。不變的運動。圖圖7-12、 主軸回轉運動誤差的影響因素主軸回轉運動誤差的影響因素 軸承本身誤差、軸承間隙、軸承間同軸度誤差，各段軸軸承本身誤差、軸承間隙、軸承間同軸度誤差，各段軸 頸、軸孔的同軸度誤差主軸系統的剛度和熱變形等。頸、軸孔的同軸度誤差主軸系統的剛度和熱變形等。 但它們對主軸回轉精度的影響大小隨加工方式而不同但它們對主軸回轉精度的影響大小隨加工方式

7、而不同主軸采用滑動軸承的車床類，主軸受力方向一定，主軸采用滑動軸承的車床類，主軸受力方向一定，主軸頸主軸頸圓度誤差對加工影響較大，軸承孔圓度誤差對加工沒影響圓度誤差對加工影響較大，軸承孔圓度誤差對加工沒影響鏜床主軸受力隨鏜刀旋轉方向不斷變化其鏜床主軸受力隨鏜刀旋轉方向不斷變化其軸承孔軸承孔誤差對加誤差對加工影響大工影響大滾動軸承結構復雜，影響主軸精度因素也較復雜滾動軸承結構復雜，影響主軸精度因素也較復雜除軸承本身精度外，與配合件精度有很大關系如主軸軸除軸承本身精度外，與配合件精度有很大關系如主軸軸頸、支承座孔等精度頸、支承座孔等精度產生產生軸向竄動主要原因軸向竄動主要原因是主軸軸肩端面和軸承承

8、載端面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。對主軸回轉軸線有垂直度誤差。主軸主軸不同形式的不同形式的回轉誤差引起的加工誤差不同回轉誤差引起的加工誤差不同 車床上加工外圓內孔時，車床上加工外圓內孔時，主軸徑向跳動主軸徑向跳動引起工件圓度和引起工件圓度和圓柱度誤差，對工件端面無影響；圓柱度誤差，對工件端面無影響； 軸向竄動軸向竄動對圓柱表面影響不大，對端面垂直度平面度影對圓柱表面影響不大，對端面垂直度平面度影響大，車削螺紋時會造成導程的周期性誤差；響大，車削螺紋時會造成導程的周期性誤差； 純角度擺動純角度擺動會造成車削外圓或內孔的錐度誤差；在鏜孔會造成車削外圓或內孔的錐度誤差；在

9、鏜孔時，會使鏜出的孔為橢圓形。時，會使鏜出的孔為橢圓形。純角度擺動純角度擺動會造成車削外圓或內孔的錐度誤差；在鏜孔會造成車削外圓或內孔的錐度誤差；在鏜孔時，若工件進給會使鏜出的孔為橢圓形。時，若工件進給會使鏜出的孔為橢圓形。提高主軸及支承座孔的加工精度，選用高精度軸承，提高提高主軸及支承座孔的加工精度，選用高精度軸承，提高主軸部件裝配精度、預緊和平衡等，提高主軸回轉精度。主軸部件裝配精度、預緊和平衡等，提高主軸回轉精度。3、主軸回轉精度的測量、主軸回轉精度的測量（1）靜態測量法）靜態測量法（2）動態測量法）動態測量法 4、提高主軸回轉精度的措施、提高主軸回轉精度的措施（1）提高主軸支承軸承的精

10、度并進行精細的調整安）提高主軸支承軸承的精度并進行精細的調整安裝。裝。 （2）如使用精密滾動軸承、或液體、氣體靜壓軸承；）如使用精密滾動軸承、或液體、氣體靜壓軸承；主軸部件裝配時，應合理地確定各相關零件的精度，主軸部件裝配時，應合理地確定各相關零件的精度，采用軸頸與軸承圈誤差抵消法或角度選配法精細的采用軸頸與軸承圈誤差抵消法或角度選配法精細的調整安裝并盡量消除軸承間隙，即可保證和提高主調整安裝并盡量消除軸承間隙，即可保證和提高主軸的回轉精度。軸的回轉精度。（3）采用雙死頂尖裝夾工件，可減小機床主軸回轉）采用雙死頂尖裝夾工件，可減小機床主軸回轉誤差對工件加工精度的影響誤差對工件加工精度的影響（4

11、）采用誤差轉移法）采用誤差轉移法 機床導軌誤差 1、機床導軌誤差的形式、機床導軌誤差的形式導軌精度要求主要有以下三方面：導軌精度要求主要有以下三方面： 1） 在水平面內的直線度在水平面內的直線度（以臥式車床為例）（以臥式車床為例）1將直接反映在工件加工表面法線方向（誤差敏感方向）將直接反映在工件加工表面法線方向（誤差敏感方向）上，誤差上，誤差R =1 ，對加工精度影響最大。，對加工精度影響最大。刀尖在水平面內的運動軌跡造成工件軸向形狀誤差。刀尖在水平面內的運動軌跡造成工件軸向形狀誤差。2） 在垂直面內的直線度在垂直面內的直線度 對工件的尺寸和形狀誤差影響比對工件的尺寸和形狀誤差影響比1小得多小

12、得多對臥式車床對臥式車床R 22/D 若設若設2= = 0.10.1mm, ,D=40=40mm，則則R =0.00025=0.00025mm，影響可忽略不計。，影響可忽略不計。 而對平面磨床、龍而對平面磨床、龍門刨床誤差將直接反映在工件上。門刨床誤差將直接反映在工件上。3）導軌在垂直面內的直線度的特殊情況為斜坡狀，）導軌在垂直面內的直線度的特殊情況為斜坡狀，加工的工件軸向形狀為鞍形。加工的工件軸向形狀為鞍形。4） 前后導軌的平行度（扭曲）前后導軌的平行度（扭曲） 臥式車床或外圓磨床若前后導軌存在平行度誤差時，臥式車床或外圓磨床若前后導軌存在平行度誤差時，刀具和工件之間相對位置發生變化，刀尖運

13、動軌跡是一刀具和工件之間相對位置發生變化，刀尖運動軌跡是一條空間曲線，使工件產生形狀誤差。條空間曲線，使工件產生形狀誤差。 若扭曲誤差為若扭曲誤差為3,工件誤差工件誤差R(H/B)3 ，一般車床，一般車床H/B2/3，外圓磨床，外圓磨床H/B1，誤差對加工精度影響很大，誤差對加工精度影響很大2、影響因素及提高精度的措施、影響因素及提高精度的措施 除導軌制造誤差外，導軌的不均勻磨損和安裝質量，除導軌制造誤差外，導軌的不均勻磨損和安裝質量，也是造成導軌誤差的重要因素。導軌磨損是機床精度下降也是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。的主要原因之一。 可采用耐磨合金鑄鐵、鑲鋼導

14、軌、貼塑導軌、滾動導可采用耐磨合金鑄鐵、鑲鋼導軌、貼塑導軌、滾動導軌導軌表面淬火等措施。軌導軌表面淬火等措施。 機床傳動鏈誤差 概念：指機床內傳動鏈始末兩端的傳動元件間相對運動的指機床內傳動鏈始末兩端的傳動元件間相對運動的誤差誤差 一般用傳動鏈末端元件的轉角誤差來衡量。產生的原因一般用傳動鏈末端元件的轉角誤差來衡量。產生的原因 是傳動鏈中各傳動元件的制造誤差、裝配誤差及磨損等。是傳動鏈中各傳動元件的制造誤差、裝配誤差及磨損等。若傳動齒輪若傳動齒輪 i 在某一時刻產生轉角誤差為在某一時刻產生轉角誤差為i，則它所，則它所造成傳動鏈末端元件的轉角誤差：造成傳動鏈末端元件的轉角誤差：wi =Ki i

15、Ki 為該軸到末端元件的總傳動比，稱為誤差傳遞系數，為該軸到末端元件的總傳動比，稱為誤差傳遞系數，若若Ki大于大于1 1則誤差被擴大；反之，若則誤差被擴大；反之，若Ki小于小于1 1誤差被縮小。誤差被縮小。各傳動件對工件精度影響的總和為：各傳動件對工件精度影響的總和為： = wi= Ki i 減少傳動鏈誤差的措施：減少傳動鏈誤差的措施： 盡可能縮短傳動鏈，減少傳動元件數目；盡可能縮短傳動鏈，減少傳動元件數目； 盡量盡量采用降速傳動，誤差被縮??；采用降速傳動，誤差被縮??； 提高傳動元件、特別是末端元件的制造和提高傳動元件、特別是末端元件的制造和 裝配精度；裝配精度； 消除傳動間隙；消除傳動間隙；

16、采用誤差補償機構或自動補償裝置。采用誤差補償機構或自動補償裝置。夾具定位誤差 夾具誤差：定常誤差、隨機誤差 定常誤差：夾具制作誤差、夾具安裝誤差 隨機誤差：定位點的不確定、夾緊力的不確定、定位件變形、夾具體變形、溫度影響、導向件的間隙等 工藝系統的其他幾何誤差1 1、刀具的幾何誤差、刀具的幾何誤差 包括刀具切削部、裝夾部的制造誤差及刀具安裝誤差包括刀具切削部、裝夾部的制造誤差及刀具安裝誤差 定尺寸刀具定尺寸刀具 刀具尺寸精度直接影響工件尺寸精度刀具尺寸精度直接影響工件尺寸精度 成形刀具成形刀具 刀具形狀精度直接影響工件形狀精度刀具形狀精度直接影響工件形狀精度 展成刀具展成刀具 刀刃形狀精度會影

17、響工件加工精度刀刃形狀精度會影響工件加工精度 一般刀具一般刀具 制造精度對工件加工精度無直接影響制造精度對工件加工精度無直接影響2 2、調整誤差、調整誤差 在工序在工序的調整工作中所存在的誤差即調整誤差的調整工作中所存在的誤差即調整誤差 一次調整后存在的誤差對這一批零件的影響是不變的。一次調整后存在的誤差對這一批零件的影響是不變的。 但但大批量加工中存在多次調大批量加工中存在多次調 整，不可能每次完全相同。整，不可能每次完全相同。 對全部零件來說，每次調整對全部零件來說，每次調整 誤差為偶然性誤差。機床調誤差為偶然性誤差。機床調 整誤差可理解為零件尺寸分整誤差可理解為零件尺寸分 布曲線中心的最

18、大偏移量。布曲線中心的最大偏移量。加工中不產生廢品的加工中不產生廢品的條件：條件：fb+ +tT通常通常fb=6試切法調整1）進給機構的位移誤差2）最小切削層厚度最小切削層厚度極限的影響調整法調整1）用定程機構調整2）用樣板或樣件調整3）統計抽樣件數的影響誤差調整方法機械加工工藝系統剛度（隨機誤差）及對加工精度影響工藝系統的靜剛度切削加工時，工藝系統在切削力、加緊力以及重力等切削加工時，工藝系統在切削力、加緊力以及重力等的作用下，將產生相應的變形，使刀具和工件在靜態的作用下，將產生相應的變形，使刀具和工件在靜態下調整好的相互位置，以及切削成形運動所需要的正下調整好的相互位置，以及切削成形運動所

19、需要的正確幾何關系發生變化，而造成加工誤差。確幾何關系發生變化，而造成加工誤差。例如車削細長軸時，工件在切削力的作用下會發生變例如車削細長軸時，工件在切削力的作用下會發生變形，使加工出的軸出現中間粗兩頭細的情況。形，使加工出的軸出現中間粗兩頭細的情況。工藝系統靜剛度yyyxyzFkyyyFFFF定義：注意：工件和刀具在 方向產生的相對位移 ，不只是作用的結果，而是 、 同時作用的綜合結果工藝系統靜剛度（串聯）gdjjjcgygdydjjyjjjcyjcgdjjjckkkkkyFkyFkyFkyFkyyyyy11111,代入上式得：代入上式得：各部分剛度：各部分剛度：工藝系統變形切削力大小變化引

20、起的加工誤差工藝系統剛度越高，誤差復映就越小夾緊力和重力引起的加工誤差夾緊力和重力引起的加工誤差夾緊力和重力引起的加工誤差夾緊力和重力引起的加工誤差夾緊力和重力引起的加工誤差機床部件靜剛度機床部件靜剛度曲線的特點 是彈性變形 加載與御載曲線不重合；有能量損失，克服摩擦和接觸變形所作的功 御載后曲線不回到原點；有殘留變形 部件的實際剛度遠比按實體所估算的小。影響部件靜剛度的主要因素 連接表面間的接觸變形連接表面間的接觸變形 薄弱零件本身的變形薄弱零件本身的變形 摩擦力的影響摩擦力的影響 接合面的間隙接合面的間隙連接表面間的接觸變形低的原因。比同尺寸實體的剛度要不呈直線，以及剛度遠是部件剛度曲線，

21、局部塑性變形）以上變形（表面層彈性變形，并產生接觸將產生較大的接觸應力外力作用時，在接觸點部分的一些凸峰。接觸狀態的，只是這一且真正處于接觸面積的一部分，并實際接觸面積只是理論表面粗糙度。幾何形狀誤差和微觀的零件表面間存在：宏觀連接表面間的接觸變形 1結論：連接表面的接觸剛度將隨法向載荷的增加而增大，并受接觸表面材料、硬度、表面粗糙度、表面紋理方向，以及表面幾何形狀誤差等因素的影響。薄弱零件本身的變形摩擦力的影響 機床部件受力變形零件間連接表機床部件受力變形零件間連接表面發生錯動面發生錯動加載時摩擦力使零件變加載時摩擦力使零件變形阻礙位移的傳遞形阻礙位移的傳遞御載時摩擦力使御載時摩擦力使零件變形阻礙位移的恢復零件變形阻礙位移的恢復造成加載造成加載御載剛度曲線不重合。御載剛度曲線不重合。 接合面的間隙 部件中各零件間如果有間隙受到較小的力部件中各零件間如果有間隙受到較小的