最新03第三讲 加工精度与导轨误差
关于机械加工精度与加工误差的分析
关于机械加工精度与加工误差的分析笔者具体分析了加工精确度和加工误差等的基础内容。
以实践情况为例，具体的论述了误差产生的缘由，并且论述了降低误差现象发生几率的措施。
标签：加工精度；加工误差；减小误差引言在平时的工作中，我们不乏见到加工方面的内容，对精确性和误差等都不陌生。
不过真正深入了解的话，会发现其是一门非常深入的学科知识。
不管我们工作中如何努力，都无法将误差发生的几率降低为零，因此我们可以做的只能是通过合理的措施来切实的提升精确性，进而降低误差现象的发生几率。
1 加工精度与加工误差概述所谓的精确度，具体的说是零件在生产之后的具体的数值和设想数值之间符合程度。
不论是我们如何努力，都无法保证生产的零件和我们期待中的一模一样，都会存在各种各样的问题，我们将这种问题称为误差。
以工艺体系来看，它的组成部分有四个，分别是机床、刀具、工件以及夹具。
它们在工作的时候会生成很多不一样的误差，而此类误差在不一样的状态中会通过不一样的形式体现出来。
2 机械加工精度与加工误差的分析2.1 工艺系统集合误差2.1.1 机床的几何误差。
在工作中，刀具的的成形活动均是经由机床来实现的，所以，零件的加工精确性会对机床的精确性产生很大的干扰。
常见的机床生产方面的误差有如下的一些：主轴回转误差、导轨误差等。
如果机床磨损的话，就会导致它的精确性明显的变低。
（1）主轴回转误差。
主轴是机床非常关键的一个组成部分，它把力和运动传递给刀具等，一旦它出现了回转误差的话，就会导致零件的精确性受到很大的干扰。
所谓的回转误差，具体的说是主轴短时间的回转轴线比对于它的平均轴线来讲，出现的变动量。
常见的类型有三个，分别是径向圆跳动、轴向窜动和角度摆动。
导致它形成的原因有很多，比如轴承自身的问题，主轴的挠度等等。
不过它们对回转精确性的影响并不是完全一样的，会因为加工状态而产生变化。
产生轴向窜动的主要原因是主轴轴肩端面和轴承承载端面对主轴回转轴线有垂直度误差。
机床误差及对加工精度的影响
（3）前后导轨平行度的影响
导轨扭曲示意图
例：车床导轨扭曲引起的加工误差
D R=DY
tg , sin Dy
B
H
很小， tg sin
Dy Dy H
BH
B
导轨扭曲引起的加工误差
（4）导轨与主轴回转轴线的平行度的影响
当车床导 轨和主轴回转 轴线在水平面 内不平行时， 使工件产生锥 度。
•单油楔动压轴承圆度误差和波度对回转精度的影响
工件回转类机床
刀具回转类机床
5、提高主轴回转精度的措施
（1）提高主轴部件的制造精度； （2）对滚动轴承进行预紧，消除间
隙； （3）使主轴回转误差不反映到工件
上（误差转移）。
小结
机床的误差决定了机床加工精 度的运动部件的运动精度，决定了 机床加工精度的部件之间及其运动 轨迹之间的相对位置精度。从而影 响了加工精度。
的平面度和垂直度有影响。
（2）径向圆跳动对加工精度的影响
车削加工时， 实际回转轴线相对 于平均回转轴线作 h=AcosØ的运动 Y=A+(R-h)cosØ =Asin2Ø+RcosØ Z=(R-h)sinØ =RsinØ-AcosØsinØ Y2+Z2=R2+Asin2Ø
镗削加工时，
实际回转轴线相对
于平均回转轴线作 h=AcosØ的运动
Z= RsinØ
镗刀
Y=h+RcosØ
=(A+R)cosØ
加工内孔呈椭
圆孔；对端面的加
工无影响。
（3）倾角摆动对加工精度的影响
▪ 几何轴线相对与平均轴线在空间成 一定锥角的圆锥运动。 若沿与平均轴线垂直的各个 截面来看，相当于几何轴线绕平均 轴心做偏心运动，只是各截面的偏 心量不同。因此，无论车削还是镗 削都能获得一个正圆锥。
加工精度概述及加工原理误差和调整误差
2.1 概述 2.1.1 机械加工精度 零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和表面的相互位置）与理 想零件的几何参数相符合的程度。 机械加工误差:零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和表面间的 相互位置）与理想零件的几何参数相偏离的程度。 包含3方面：尺寸精度、形状精度和位置精度。 联系：一般形状公差应限制在位置公差之内，而位置公差一般也应 限制在尺寸公差之内。
2.2.2 调整误差
由于调整不准确而产生的误差。工艺系统的调整有两种基本方式（M-2）， 不同的调整方式有不同的误差来源。 1．试切法调整 试切法加工中，经过反复地试切、测量、调整，直至符合规定的尺寸要 求才正式切削整个待加工表面。这时引起调整误差的因素有以下3方面： （1）测量误差 指量具本身的精度、测量方法或使用条件下的误差（如 温度影响、操作者的细心程度）等；
（5）测量误差、工件毛坯内应力而引起的加工误差„ „
加工过程中可能出现的种种原始误差归纳如下：
图2 加工过程中的原始误差
2.1.3 误差的敏感方向 对加工精度影响最大的那个方向（即通过切削刃的加工表面的法向）
如图3，车削时工件的回转轴心是O，刀 尖正确位置在A，设某一瞬时由于各种原始 误差的影响，使刀尖位移到A′，则： 原始误差： δ =AA’
机械加工时，工艺系统的误差称为原始误差（“因”，根源），加 工误差是“果”，是表现。提高和保证加工精度的问题就是控制和减小 原始误差的问题。
2.1.2 影响始误差
上工序存在以下一些原始误差： （1）工件的装夹误差：包括定位误差和夹紧误差； （2）调整误差：包括夹具和定位菱形销的位置调整误差、对刀调整误差； （3）机床、刀具、夹具的制造误差； （4）工艺系统动误差：包括切削力、切削热、磨擦引起的工艺系统的变形和 磨损；
机械加工精度的概念
机械加工精度的概念1. 加工精度与加工误差加工精度是指零件加工后的实际几何参数(尺寸、形状和位置)与理想几何参数的符合程度。
实际加工不可能做得与理想零件完全一致，总会有大小不同的偏差，零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度，称为加工误差。
2.加工经济精度由于在加工过程中有很多因素影响加工精度，所以同一种加工方法在不同的工作条件下所能达到的精度是不同的。
任何一种加工方法，只要精心操作，细心调整，并选用合适的切削参数进行加工，都能使加工精度得到较大的提高，但这样会降低生产率，增加加工成本。
加工误差δ与加工成本C成反比关系。
某种加工方法的加工经济精度不应理解为某一个确定值，而应理解为一个范围，在这个范围内都可以说是经济的。
3. 原始误差由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺系统(简称工艺系统)会有各种各样的误差产生，这些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)反映为工件的加工误差。
工艺系统的原始误差主要有工艺系统的几何误差、定位误差、工艺系统的受力变形引起的加工误差、工艺系统的受热变形引起的加工误差、工件内应力重新分布引起的变形以及原理误差、调整误差、测量误差等。
4.研究机械加工精度的方法a) 研究机械加工精度的方法分析计算法和统计分析法。
b) 采用滑动轴承时主轴的径向圆跳动二、工艺系统集合误差1.机床的几何误差加工中刀具相对于工件的成形运动一般都是通过机床完成的，因此，工件的加工精度在很大程度上取决于机床的精度。
机床制造误差对工件加工精度影响较大的有：主轴回转误差、导轨误差和传动链误差。
机床的磨损将使机床工作精度下降。
主轴回转误差机床主轴是装夹工件或刀具的基准，并将运动和动力传给工件或刀具，主轴回转误差将直接影响被加工工件的精度。
主轴回转误差是指主轴各瞬间的实际回转轴线相对其平均回转轴线的变动量。
它可分解为径向圆跳动、轴向窜动和角度摆动三种基本形式。
产生主轴径向回转误差的主要原因有：主轴几段轴颈的同轴度误差、轴承本身的各种误差、轴承之间的同轴度误差、主轴绕度等。
影响机械加工精度的几个重要因素
（二）工艺系统刚度对加工精度的影响
1．加工过程中由于工艺系统刚度发生
变化引起的误差 图
x
y系 y刀架 yx y刀架 y主轴 y尾座 y主轴 l
lx
F主轴 Fp xl
F尾座 Fp
y系 y刀架 y 例
l
x
Fp
1 k刀 架
1 k主 轴
l
l
x
2
1 k尾
座
x l
2
2．由于切削力变化引起的误差 加工过程中，由于毛坯加工余量和工件 材质不均等因素，会引起切削力变化，使工 艺系统变形发生变化。从而产生加工误差。 误差复映现象： 图 车削一具有锥形误 差的毛坯，加工表面上必然有锥形误差；待 加工表面上有什么样的误差，加工表面上必 然也有同样性质的误差，这就是切削加工中 的误差复映现象。
例如：用三爪自定心卡盘装夹薄壁套简 镗孔时，夹紧前薄壁套筒的内外圆是圆的， 夹紧后工件呈三棱圆形；镗孔后，内孔呈圆 形；但松开三爪卡盘后，外圆弹性恢复为圆 形，所加工孔变成为三棱圆形，使镗孔孔径 产生加工误差。为减少由此引起的加工误差， 可在薄壁套筒外面套上一个开口薄壁过渡环， 使夹紧力沿工件圆周均匀分布。
通常都是通过机床完成的。工件的加工精度 在很大程度上取决于机床的精度。
机床制造误差中对工件加工精度影响较 大的误差有：主轴回转误差、导轨误差和传 动误差。
1．主轴回转误差
机床主轴是用来装夹工件或刀具，并将 运动和动力传给工件或刀具的重要零件，主 轴回转误差将直接影响被加工工件的形状精 度和位置精度。
3）第一次卸载后，刀架恢复不到第一 次加载的起点，这说明有残余变形存在，经 多次加载和卸载后，加载曲线起点才和卸载 曲线终点重合，残余变形才逐渐减小到零。
机械加工误差和精度
机械加工误差和精度所谓加工精度是指零件加工后的几何参数（尺寸，几何形状和相互位置）与理想零件几何参数相符合的程度，他们之间的偏离程度则为加工误差。
加工误差的大小反映了加工精度的高低，加工精度包括如下三个方面：（1）尺寸精度：限制加工表面与其基准间尺寸误差不超过一定的范围；（2）几何形状精度：限制加工表面的宏观几何形状误差，如：圆度，圆柱度，平面度，直线度等；（3）相互位置精度：限制加工表面与其基准间的相互位置误差，如：平行度，垂直度，同轴度，位置度等。
在机械加工中，误差是不可避免的，但误差必须在允许的范围内。
通过误差分析，掌握其变化的基本规律，从而采取相应的措施减少加工误差，提高加工精度。
1 机械加工产生误差主要原因1.1 机床的几何误差加工中刀具相对于工件的成形运动一般都是通过机床完成的，因此，工件的加工精度在很大程度上取决于机床的精度。
机床制造误差对工件加工精度影响较大的有：主轴回转误差、导轨误差和传动链误差。
机床的磨损将使机床工作精度下降。
（1）主轴回转误差，机床主轴是装夹工件或刀具的基准，并将运动和动力传给工件或刀具，主轴回转误差将直接影响被加工工件的精度。
（2）导轨误差，导轨是机床上确定各机床部件相对位置关系的基准，也是机床运动的基准。
除了导轨本身的制造误差外，导轨的不均匀磨损和安装质量，也使造成导轨误差的重要因素。
导轨磨损是机床精度下降的主要原因之一。
（3）传动链误差，传动链误差是指传动链始末两端传动元件间相对运动的误差。
一般用传动链末端元件的转角误差来衡量。
1.2 刀具的几何误差刀具误差对加工精度的影响随刀具种类的不同而不同。
采用定尺寸刀具成形刀具展成刀具加工时，刀具的制造误差会直接影响工件的加工精度；而对一般刀具，其制造误差对工件加工精度无直接影响。
夹具的几何误差:夹具的作用时使工件相当于刀具和机床具有正确的位置，因此夹具的制造误差对工件的加工精度有很大影响。
1.3 定位误差一是基准不重合误差。
机床加工中的精度误差分析与改进
机床加工中的精度误差分析与改进在现代制造业中，机床加工是不可或缺的一环。
在机床加工过程中，精度误差是无法避免的。
而这些精度误差可能会对产品的质量和性能产生负面影响。
因此，对机床加工中的精度误差进行分析，并采取相应的改进措施，对于提高产品的质量和竞争力具有重要意义。
一、精度误差的分类机床加工中的精度误差可分为系统误差和随机误差两类。
1. 系统误差系统误差是指由于机床结构、加工环境、材料特性等因素引起的固定的误差。
主要包括机床刚度误差、定位误差、传动误差等。
系统误差较为固定，通过调整机床或者加工方法可以减少或消除。
2. 随机误差随机误差是指由于材料特性、刀具磨损、操作者技术水平等因素引起的不稳定误差。
随机误差具有一定的随机性和不确定性，很难完全消除。
但可以通过加强操作者技术培训、提高加工环境的稳定性等方法来减小随机误差。
二、精度误差的影响因素1. 机床结构机床结构的刚度、稳定性和精度直接影响到加工的精度。
若机床结构不稳定、刚度不足，则易导致加工中出现振动，从而产生较大的精度误差。
2. 加工环境加工环境的温度、湿度和灰尘等因素对加工的精度有较大影响。
温度的变化会导致机床和工件发生热胀冷缩，从而造成加工精度的变化。
湿度和灰尘会影响机床的润滑效果，降低加工精度。
3. 工件材料工件材料的特性如热膨胀系数、硬度等也会对加工精度产生影响。
不同的材料在加工过程中会有不同的热膨胀量，从而引发精度误差。
4. 刀具磨损刀具磨损是机床加工中常见的问题之一。
刀具磨损会导致切削力增大、刀具载荷分布不均匀等问题，从而对加工精度产生重要影响。
三、精度误差的改进措施针对机床加工中的精度误差，可以采取以下改进措施：1. 优化机床结构通过提高机床的刚度、减小机床的振动，可以有效降低机床加工中的精度误差。
可以采用增加加工刚度的设计方案、优化机床结构、选用高刚度的材料等方法来改善机床的稳定性和精度。
2. 控制加工环境保持加工环境的稳定性是减小精度误差的重要手段。
加工精度与加工误差基本知识.
加工精度与加工误差基本知识1 概述1.1 加工精度与加工误差加工精度是指零件加工后的实际几何参数(尺寸、形状和位置)与理想几何参数的符合程度。
实际加工不可能做得与理想零件完全一致，总会有大小不同的偏差，零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度，称为加工误差。
1.2 原始误差由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺系统(简称工艺系统)会有各种各样的误差产生，这些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)反映为工件的加工误差。
工艺系统的原始误差主要有工艺系统的几何误差、定位误差、工艺系统的受力变形引起的加工误差、工艺系统的受热变形引起的加工误差、工件内应力重新分布引起的变形以及原理误差、调整误差、测量误差等。
1.3 研究机械加工精度的方法研究机械加工精度的方法分析计算法和统计分析法。
2 工艺系统集合误差2.1 机床的几何误差加工中刀具相对于工件的成形运动一般都是通过机床完成的，因此，工件的加工精度在很大程度上取决于机床的精度。
机床制造误差对工件加工精度影响较大的有：主轴回转误差、导轨误差和传动链误差。
机床的磨损将使机床工作精度下降。
2.1.1 主轴回转误差机床主轴是装夹工件或刀具的基准，并将运动和动力传给工件或刀具，主轴回转误差将直接影响被加工工件的精度。
主轴回转误差是指主轴各瞬间的实际回转轴线相对其平均回转轴线的变动量。
它可分解为径向圆跳动、轴向窜动和角度摆动三种基本形式。
产生主轴径向回转误差的主要原因有：主轴几段轴颈的同轴度误差、轴承本身的各种误差、轴承之间的同轴度误差、主轴绕度等。
但它们对主轴径向回转精度的影响大小随加工方式的不同而不同。
产生轴向窜动的主要原因是主轴轴肩端面和轴承承载端面对主轴回转轴线有垂直度误差。
不同的加工方法，主轴回转误差所引起的的加工误差也不同。
在车床上加工外圆和内孔时，主轴径向回转误差可以引起工件的圆度和圆柱度误差，但对加工工件端面则无直接影响。
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工艺系统本身 → 加工原理误差， 机床、夹具、刀具制造误差，工件装夹误差。 加工过程中出现→力、热、振动、磨损等。
19
原始误差的分类
原始 误差
与工艺系统原始状 态有关的原始误差 (几何误差)
与工艺过程有关的 原始误差(动误差)
2 机床进给机构的位移误差(“爬行”现象)
29
调整误差
3 试切时与正式切削时切削层厚度不同的影响： A 不同材料的刀具刃口半径不同，最小切削层厚度不同。 B 精加工：试切最后一刀往往很薄，切削厚度过小，打滑。 C 粗加工：试切最后一刀切削层厚度较大，刀刃不会打滑。 D 正式切削切深更大，受力变形也很大。所切除的金属层
31 试切法与调整法
试切法（图 a）
测量误差。 试切时与正式切削时切削厚度
设计
1.000 ' ±0.002
含义
0 .0 0 1
平面度
0 .0 0 1 1.000 ' ±0.002
0 .0 0 1
p ar alle l planes
圆度
0 .0 1
1.00 ' ±0.05
3000.033
At any section along the cylinder
12
举例
零件的加工精度应包含哪些内容？
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。每两次走刀之间的行间距为s。
空间直线插补功能：平面曲线由许多很短的折线去逼近。
27
加工原理误差
加工零件表面时，重要点是工件和刀具之间的运动 联系。如螺纹加工，齿轮加工。
成形刀具加工成形表面也存在加工误差，如齿轮 滚刀有两种误差：
25
加工原理误差
加工原理误差：是指采用了近似的成形运动或近似的刀刃轮廓 代替理论的成形运动或刀刃形状进行加工面产生的误差。
例：在数控铣床上采用球头刀铣削复杂形面零件
S 8Rh
式中 R —球头刀半径； h —允许的残留高度。
h
ห้องสมุดไป่ตู้
S
空间曲面数控加工
26
加工原理误差
行切法：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S是按零件加工要求确定的。
原理误差
定位误差 调整误差 刀具误差
工件相对于刀具静止状态下 的误差
夹具误差 机床误差
主轴回转误差 工件相对于
导轨导向误差 刀具运动状
传动误差
态下的误差
工艺系统受力变形（包括夹紧变形）
工艺系统受热变形
刀具磨损
测量误差
工件残余应力引起的变形
20
误差敏感方向（1）
21
误差敏感方向（2）
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。
弄清各种原始误差的物理、力学本质; 它们对加工精度影响的规律; 掌握控制加工误差的方法,以期获得预期的加工
精度; 需要时能找出进一步提高加工精度的途径。
16 影响机械加工精度的因素（1）
活塞加工中精 镗销孔工序的 加工过程中， 影响工件和刀 具间相互位置 的因素有哪些？
17 影响机械加工精度的因素（2）
1 装夹 设计基准与定位基准不重合、夹紧误差、间隙引 起的定位误差等等 2 调整 调整误差、机床、刀具、夹具本身的制造误差 3 加工 切削力、切削热和摩擦等，引起工件和刀具之间 的相对位置，造成种种加工误差。 4 还有测量、热、力、近似成形方法、内应力及原 理误差等等。
18 加工误差来源和原始误差
厚度就比试切部分小，同样引起工件的尺寸误差。
30
调整法
试切调整与样件（样板）调整
除试切法调整精度的因素外，其他因素：
1 定程机构误差：行程档块、靠模、凸轮等制造精 度和调整，离合器、电灯开关等的灵敏度等。
2 样件或样板的误差：
样板制造误差、安装误差、对刀误差等。
3 测量有限试件造成的误差：试切数量有限，不能 把整批切削各种随机误差完全反映出来。
但形状精度要求高时，相应的位置精度和尺寸精 度有时不一定要求高.
14 零件加工精度相关常识
零件的加工精度高，则加工成本高，生产效率低。 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：机床、夹具、刀具和工件组成的一个系统。
15
研究加工精度的目的
几何形状、尺寸、表面相互位置。
尺寸精度：长度50 0.1；
内径 外径
3000.033 40
几何形状精度：圆度0.01；
位置精度：平行度0.02；
13 零件加工精度的关系
通常形状公差应限制在位置公差之内，而位置公 差一般也应限制在尺寸公差之内。
当尺寸精度要求高时，相应的位置精度、形状精 度也要求高。
03第三讲 加工精度与导轨误差
2
本次课程目标
机械加工精度与加工误差 原始误差及其分类 误差的敏感方向 研究加工精度的方法 加工原理误差 调整误差 机床导轨导向误差
直线度
0 .0 0 1 1.000 ' ±0.002 Measured error Š 0 .0 01
0 .0 0 1
精度的影响，主要是分析各项误差单独的变化规律。
统计分析法（数学方法） 运用数理统计方法对生产中一批工件的实测结果进行数据处理，
用以控制工艺过程的正常进行。
24 研究加工精度的方法
单因素分析法和统计分析法，这两种方法在生产实际中往 往结合起来应用。
一般先用统计分析法找出误差的出现规律，判断产生加工 误差的可能原因，然后运用单因素分析法进行分析、试验， 以便迅速有效地找出影响加工精度的关键因素。
1 齿形---阿基米德蜗杆或法向直廓蜗杆代替渐开线 基本蜗杆；
2 齿数有限代替无限光滑。
模数铣刀成形铣削齿轮，采用近似刀刃齿廓，也属 加工原理误差。
28
调整误差
试切法调整：试切、测量、调整、直至符合规定 的尺寸要求，在正式切削出整个待加工表面。
引起试切调整误差的因素：
1 测量误差：量具本身的精度、测量方法或使用条 件下的误差（温度影响、操作者的细心程度）
o
22
误差敏感方向（3）
ΔY
误差敏感方向一般为已加工表面 过切削点的法线方向。
RY
Y 2 2 R0
RX X
显然： RX RY
（1） （2）
Ｏ
a）
Y
X ΔRY
Ｏ
X
ΔRX
b）
Y
误差敏感方向
23 研究加工精度的方法
单因素分析法(理论和实验方法) 通过分析计算或实验、测试等方法，研究某一确定因素对加工