机械加工精度的综合分析Word文件下载.docx

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加工误差指零件加工后的实际几何参数与理想几何参数之间的偏离程度。

加工精度的低和高就是通过加工误差的大和小来表示的，加工误差越小，则加工精度越高。

研究加工精度的目的，就是为了弄清楚各种误差对加工精度的影响规律，从而提出减少加工误差，提高加工精度的途径和针对性的措施。

加工误差分为：

尺寸误差、形状误差、相互位置误差。

因此加工精度包括尺寸精度、形状精度和相互位置精度。

4.1.3获得规定加工精度的方法

1.获得尺寸精度的方法

（1）试切法试切法是通过试切－测量－调整－再试切的反复过程，直至达到要求为止。

如图4-1（a），通过反复试切保证尺寸L，此法生产效率低，加工精度取决于操作者的技术水平，适合单件小批生产。

（2）定尺寸刀具法定尺寸刀具法是用刀具的相应尺寸来保证被加工表明尺寸的方法，如钻孔，拉孔，攻螺纹。

此方法的加工精度主要取决于刀具的制造精度和安装精度。

（3）调整法调整法是按工件规定的尺寸预先调整机床，夹具，刀具与工件的相对位置，再进行加工的方法。

此方法生产效率高，精度保持的好，适用于成批及大量的生产。

刀具的位置调整好后，必须保证每一个工件都安装在同一位置上。

如图4-1（b），刀具位置靠挡快1控制，每一个工件的位置则靠三爪自定心卡盘的反爪台阶确定。

图4-1（c）是通过夹具的定位元件2、3、4和导向元件5来控制工件与刀具的位置。

（4）自动控制法自动控制法是用测量装置，进给装置和控制设备构成一个自动加工系统，使加工过程中的测量，补偿调整和切削等一系列工作自动完成的方法。

在加工过程中测量装置自动测量工件的加工尺寸，并与要求的尺寸进行比较后发出信号，信号通过转换，放大后控制进给系统对刀具或机床的位置作相应的调整，直到达到规定的加工尺寸要求后，加工自动停止。

早期的自动控制多采用凸轮控制，机械—液压控制等，现在则广泛采用计算机数字控制，控制精度更高，使用更方便，适应性更好。

（a）试切（b）挡块调整（c）夹具

图4-1获得尺寸精度的方法

2.获得几何形状精度的方法零件的几何形状精度，主要由机床精度和刀具精度来保证。

例如：

车削工件的外圆，主要取决于主轴的回转精度，导轨精度及主轴回转线与导轨之间的相互位置精度，有3种方法。

（1）轨迹法轨迹法是利用切削运动中刀尖的运动轨迹形成被加工表面形状的方法。

刀尖的运动轨迹取决于刀具和工件的相对成形运动，因而获得的形状精度取决于成形运动的精度。

普通车削、铣削、刨削和磨削等均属于刀尖轨迹法。

图4-2（a）是利用工件的旋转和刀具的x、y两个方向的直线运动合成来车削成形表面，图4-2（b）是利用刀的纵向直线运动和工件的横向进给运动来获得平面。

（a）车成形表面（b）刨平面

1-工件2-电机3-丝杠

图4-2轨迹法

（2）成形法成形法是通过成形刀具切削刃的几何形状来切削出工件形状的方法。

成形车刀、铣刀、砂轮成形刀具直接替代了一个成形运动，该法获得的形状精度取决于刀刃的形状精度和其他成形运动精度，用成形刀或砂轮的车、铣、刨、磨、拉等均属于成形法，成形加工可以简化机床结构，提高生产率。

（3）展成法展成法是刀具和工件做展成运动时，由切削刃在被加工表面上的包络表面形成成形表面的方法，如滚齿、插齿、磨齿、滚花键等。

展成法所得被加工表面是刀刃和工件作展成运动过程中所形成得包络面。

刀刃形状必须是被加工表面的共扼曲线，而作为成形运动的展成运动，则必须保证确定速比关系。

展成法所获得的形状精度取决于刀刃和展成运动的精度。

在获得形状精度的方法中，轨迹法的精度主要取决于轨迹运动的精度，成形法的精度主要取决于切削刃的制造精度及刀具的安装精度，展成法的精度主要取决于展成运动的精度和切削刃的形状精度。

3.获得工件相互位置精度的方法位置精度包含了同轴、对称等的定位精度和平行、垂直等的定向精度。

定位精度的获得需要确定刀具与工件的相对位置，定向精度则取决于工件与机床运动方向的相对位置是否正确。

主要依靠机床精度，夹具精度和工件的安装精度来保证。

比如铣槽时，要保证槽相对于轴线的对称度。

4.2机械加工精度的单因素分析

4.2.1概述

在机械加工过程中，零件的尺寸，几何形状和表面间相互位置的形成，取决于工件和刀具在切削运动过程中的相互位置关系，而工件和刀具又安装在夹具和机床上，因此，在加工过程中，机床、刀具、夹具、工件就构成了一个完整的工艺系统。

1.工艺系统的几何误差包括机床、夹具、刀具的制造误差和磨损，尺寸链误差，机床传动链的静态和动态误差，工件、刀具、夹具的安装误差等。

2.工艺系统受力变形产生的误差工艺系统弹性及塑性变形产生的误差，工件夹紧误差惯性力和传动力所引起的误差以及工件残余应力引起的误差等。

3.工艺系统热变形产生的误差包括机床、刀具、夹具以及工件热变形产生的误差。

4.工艺系统原始误差工艺系统中各方面的误差都有可能造成工件的加工误差，能直接引起工件加工误差的各种误差因素称为“原始误差”，根据原始误差的性质、状态主要可将其归纳成为四种，即：

原理误差、工艺系统几何误差、工艺系统受力变形引起的误差、工艺系统受热变形引起的误差。

误差是有方向的，在原始误差中，不一定每个方向上的误差都会全部反映到工件上，如图4-3所示的牛头刨床上刨平面，若在加工过程中刀具在垂直方向上的运动轨迹有误差，则该误差会全部传给工件，造成工件的平面度误差，而刀具在水平方向上的运动轨迹有误差，则对工件的加工精度没有影响，此时，垂直方向称为加工误差的“敏感方向”，水平误差方向称为加工误差的“非敏感方向”。

图4-3牛头刨床刨平面的原理误差分析

一般来说，加工误差的敏感方向在工件加工表面的法线方向，非敏感方向在工件加工表面的切线方向。

4.2.2影响加工精度的因素

1.加工原理误差采用近似的加工运动或者近似的刀具轮廓形状而产生的。

滚齿为了避免刀具制造和刃磨困难，常采用阿基米德基本蜗杆或法向直廓基本蜗杆的滚刀来代替渐开线基本蜗杆的滚刀而产生的所谓的造型误差，另外就是滚刀切削刃数有限，所切成的齿轮的齿形实际上是折线。

例如图4-4数控加工复杂曲面，刀具为圆头铣刀，其曲率与加工表面的曲率半径可能不同，因此刀具与曲面之间存在着误差，虽然存在者原理误差，但却降低了加工成本、简化了机床结构、提高了生产率。

因此，只要原理误差在允许范围内，这些近似的加工工具就可以采用。

图4-4　数控加工复杂曲面原理误差

2.工艺系统几何误差

（1）机床的几何误差在加工过程中，刀具相对工件的各种成形运动是由机床来完成，而刀具、工件和机床之间的位置关系也靠机床来保证。

因此，机床的几何误差对加工精度的影响是很大的。

机床的几何误差，包括机床的制造、安装、调整误差及磨损引起的误差。

在机床的各个部件中，主轴、导轨、传动链是影响加工精度的主要部件。

1）主轴的回转误差理论上，主轴旋转时的旋转轴线应与主轴的几何轴线重合，且在旋转的过程中该轴线在空中的位置保持不变。

但由于各种误差因素的影响，实际主轴的回转轴线在每一瞬间的空间位置是变化的，因而就有了主轴回转误差。

主轴回转误差是指主轴各瞬间的实际旋转轴线相对于平均旋转轴线的变动量，为便于分析,将主轴旋转误差分成如下三种，如图4-5。

图4-5主轴回转误差基本形式

a.径向圆跳动主轴瞬间旋转轴线始终作平行于平均旋转轴线的径向漂移运动，如图4-5（a）。

b.轴向窜动主轴瞬时旋转轴线相对于平均旋转轴线在轴向的漂移运动，如图4-5（b）。

对工件圆柱表面的加工精度没有影响，但在加工端面时，则会产生端面与轴线的垂直度误差，车螺纹也会产生螺距的周期性误差。

不同形式的主轴回转误差对加工精度的影响不同，机床主轴上一般都安装有刀具或工件，其形状误差一方面使表面成形运动不准确，另一方面使刀具与工件之间的正确位置遭到破坏。

若该误差刚好处在加工误差的敏感方向，就会造成加工误差。

例如，车床、镗床主轴的旋转运动形成圆形所需的成形运动，若主轴有径向圆跳动，就会造成工件的圆度误差；

车外圆时，主轴的角度摆动将会使车出来的外圆有锥度误差。

c.纯角度摆动主轴瞬时旋转轴线与平均旋转轴线成一倾斜角，其交点位置固定不变的漂移运动。

纯角度摆动，车削外圆或内孔表面会产生锥度，如图4-5（c）。

车端面时，主轴的径向圆跳动对其精度没有影响，但轴向窜动则使工件端面时而接近刀具，时而远离刀具，造成实际背吃刀量时而增大，时而减少，最终造成工件端面不平。

车螺纹时，由于螺纹牙形为三角形或梯形，径向和轴向都是其敏感方向，因此主轴的径向圆跳动和轴向窜动都将使得刀具相对于工件的位置发生变动，从而造成螺距误差。

铣削平面和磨削平面时，若铣床、磨床主轴有径向圆跳动或者轴向窜动，也会使铣刀（砂轮）中心的运动轨迹或刀具（砂轮）与工件的位置发生变动，从而造成工件的形状误差。

主轴回转误差产生的原因有主轴轴颈的误差，轴颈之间的同轴度，主轴的挠度，支承端对轴颈轴心线的垂直度误差。

主轴一般通过轴承安装在箱体的主轴孔中，所以轴承的制造、安装误差是造成主轴回转误差的原因。

以滚动轴承为例，其内、外环滚道的不圆，滚动体的不圆和尺寸不一致，轴承内环孔与滚道、外环外圆与滚道的不同轴等误差，都是造成主轴回转误差的原因。

由于轴承内外环均是薄壁零件，容易变形，因此主轴支承轴颈的圆度误差及其与各段轴颈的不同轴，箱体主轴孔的圆度误差及各轴承的不同轴，也是造成主轴回转误差的原因。

此外，轴承间隙的调整质量也是一个不可忽略的因素。

对于主轴回转误差的检测，生产中常用“打表法”。

如图4-6，检测时，将检验棒插入主轴孔中，在心棒外圆和端面等处按照规定装上千分表，用手轻转主轴，观察表针的跳动情况，表针的最大最小读数差即为主轴的回转误差。

此法简单易行，但难以区分误差性质，而且不能真正反映加工时的状态，因此，在研究、设计机床时，常用“动态检测”进行检测，但此法需要精密、复杂的检测仪器，如图4-7中的2、4传感器将主轴的旋转信通过放大器5传递给示波器6。

图4-6传统打表法测量主轴旋转误差

（a）（b）

1—摆动盘2，4—传感器3—精密测球5—放大器6—示波器

图4-7主轴回转误差测量法

提高主轴加工精度的途径为：

a.提高主轴零件的加工精度

b.提高轴承精度

c.提高轴承座孔精度

2）导轨误差　机床导轨的作用是支承并引导运动部件，使之沿直线或圆周轨迹准确地运动。

导轨的误差将使该运动轨迹出现误差，进而造成工件的形状误差。

一般导轨误差的主要表现形式有：

a.导轨的直线度误差　导轨的直线度误差可有水平和垂直两个方向，如图4-8，这两个方向上的误差并不一定全部传给工件，只是处于加工误差敏感方向上的误差才会对工件的精度造成较大的影响。

图4-8导轨的直线度误差

对车床和外圆磨床而言，因为刀具（砂轮）处于水平位置，水平方向为敏感方向，因此导轨在水平面的直线度误差将会使工件的素线不直（工件素线的形状与导轨形状相同），造成工件的圆柱度误差。

在刨床、铣床和平面磨床上加工平面时，刀具（砂