第5章 机械加工精度

k系 统 k机 床 k夹 具 k刀 具 k工 件
工
件
py y工件
四、工艺系统受力变形对加工精度的影响
1、由于切削力产生的系统变形对加工精度的影响 （1）由于切削点位置的变化引起的刚度、变形变化而产生 的形状误差
①工件短粗，刚度高→鞍形
P尾
力：
lx Py头 Py ( l )
Py尾
Py
•
x l
位移：
②加载与卸载曲线不重合 克服摩擦力
损失能量 接触变形
③当载荷去除后，变形不能恢复原点→有塑性变形。 反复加载后，残余变形减到0，重合 ④部件刚度远比想象小
2、影响部件刚度的因素 ①接触变形 ③连接夹紧力的影响 ⑤间隙影响
②个别薄弱环节 ④摩擦力 ⑥变形的复合性
两零件接触面接触情况
机床刚度中薄弱环节 间隙对刚度影响曲线
二、直线运动精度对工件精度的影响
1、机床导轨精度指标 ①运动在水平面内的直线度 ②运动在垂直平面内的直线度 ③前后导轨的平行度（扭曲）
2、机床导轨误差对加工精度的影响 ①普通车床 ➢ 水平面直线度：1：1 影响纵截面形状 ➢ 垂直面直线度：属误差不敏感方向，影响较小 ➢ 扭曲影响：可分解为水平、垂直
x 0 和 x l 时，y1 0
x l 时，最大，为 2
y1
Py l 3 48EI
刚度在该工件轴向的各个位置是不同的 加工后工件各横截面的直径尺寸也不同
形状误差（锥度、鼓形、鞍形等）
（2）由于工件加工余量不均或其他原因 ①导致切削力变化→变形变化→引起形状尺寸误差 ②对于椭圆毛坯：切深大→力大→变形大→椭圆
y x 放大K倍
→放大K0倍
K0≥K
示波器输入信号
S1 kesin kesink0S
ke(1k0S)sin
S2 ke(1k0S)cos
向径为
S12S22ke(1k0S)
当 S=0 时， ke
当 S≠0 时 Rkekk0es
4、获得高圆度工件的方法 ①高精度主轴车床 ②补偿
③使主轴误差不反映到工件上
第五章 机械加工精度
§5.1 机械加工精度概述
一、精度的概念
材料 机器质量→零件质量→ 精度
表面质量 加工精度 加工误差
理想零件
➢
加工精度：
实际加工 零件几何参数
符合程度 偏离程度
理想零件 几何要素
➢ 加工误差：
➢ 理想零件参数：尺寸、形状、位置
二、获得加工精度的方法
1、获得尺寸精度
试切法 调整法 尺寸刀具法 自动控制法
2、夹具的制造精度和磨损
夹具的制造精度和磨损影响工件的精度
3、量具
测量误差为工件公差的 1 ~ 1 10 6
，最多
1 3
§5-3 工艺系统的 受力变形及其对工件精度的影响
一、基本概念
1、变形现象
车棒
车长轴
磨孔
2、概念
➢ 刚度：物体或构件受外力后抵抗变形的能力
➢ 工艺系统的刚度：在误差敏感方向上的分力py与在
三、工艺系统的刚度
工艺系统总变形及合成刚度为
1 1+1+1+1 k系 统 k机 床 k夹 具 k刀 具 k工 件
y 系 统 y 机 床 + y 夹 具 + y 刀 具 + y 工 件
而
k系统
py 、 y系 统
k机床
py 、 y机床
k夹具
py 、 y夹具
k刀具
py 、 y刀 具
因此，有
1 1+1+1+1 k
推力轴承 端面跳动的影响
A．滑动
座 0
颈 0
座 颈
窜 0
接触点为误差 于
窜 0
窜 颈
的变化，取决
B．滚动轴承
与上述类似，同时滚动体影响
座 颈 窜 座
主轴回转轴线的轴向跳动将产生加工端面的平面 度误差
主轴轴向跳动引起的加工误差
3、主轴回转精度的测量 ①表测法
回转轴 几何轴偏心 缺点 敏感方向
工件回转类 刀具回转类
主轴几何轴线 径向跳动产生 的加工误差
➢ 滚动轴承 工件回转类：内环外道↑外环内道↓ 刀具回转类：外环内道↑内环外道↓ 滚动轴承尺寸、形状：低频一半，变形一部分 间隙
此外， 轴颈：内环变形 箱体孔：外环变形 安装面：倾斜
②造成主轴轴向窜动的原因
轴向推力轴承定位→影响为轴承
轴承间隙 对主轴轴线位置的影响
切削力、传动力、重力、离心力、夹紧力 7、工艺系统的受热变形
切削热、环境、运动、电机
§5-2 工艺系统的制造精度和磨损 对加工精度的影响
机床误差(来源)
制造误差 磨损误差 安装误差
机床误差(种类)
回转运动(主轴)误差 直线运动(导轨)误差 传动误差 几何误差(位置)
一、机床主轴的回转精度及其对工件精度的影响
振动
1、内应力的产生 ①毛坯：工件壁厚不均 ②工件切削内应力 ③热处理 ④校直
2、内应力的减少和消除法 ①时效处理：天然、人工 ②铸、锻件结构，应壁厚均匀，不能差太多 ③零件的结构主要考虑港督问题 ④机械加工时，注意减少切削力 ⑤尽量不采用冷校直
六、机床刚度的测定
1、机床刚度的静测定法
➢
单向加载测定法：不能反映切削状态；只加载
此方向上刀具对工件的变形（位移）量y的比值
ks
py y
➢ 静刚度：在静态条件下静力与变形的比值
➢ 动刚度：某一频率范围内产生单位振幅所需的激振
力幅值
二、机床部件刚度特点及影响因素
车床刚度的单向静测定
1、部件变形过程与刚度曲线特点 （1）加载变形曲线→不成线性
py 凸
py
凹
y
y
有预紧力，当载荷
有刚性很差的零件，当该
动态 ②双向测量法（捷克VUOSO）刀具回转
当没有回转误差时，间隙变化为
示波器上为
x e cos wt
y
e sin
wt
Sx ke cos wt
S
y
ke sin
wt
示波器上光点的向径 Sx2 Sy2 ke 为常数。 当主轴有偏差δ时
x ecoswtcos(wt) y esinwtsin(wt)
定位精度：工作台从一个位置移动到另一个位置的准确度 1、进给机构的传动精度
主要取决于选用的进给机构型式及进给机构的传动精度
2、进给与测量分开时的测量精度
原理误差→阿贝误差→被测的与实际的不在一条直线
上产生的误差
3、爬行误差
动—静系数不一样 刚度
解决办法
摩擦系数 提高系统刚度→电致伸缩
摩擦系数→动静相等；滚动、低塑料
示波器上，
Sxkecoswtkcos(wt) Sykesinwtksin(wt)
向径为
k e 2 2 2 e ( c o s w tc o s ( w t ) s i n w ts i n ( w t ) )
坐标变换，使x与e重合
k e222ecos
是 e 与 的和，-ee
即示波器银屏变化 recos不能反映误
误差复映
①毛坯的形状误差，圆度、圆柱度、平面度等都以一 定误差复映成工件的加工误差，这是由余量不均引起 的 ②采用多次走刀减小误差复映 ③调整法加工时，毛坯大小不一→工件尺寸分散→计 算误差复映
2、由于夹紧力、重力等产生的系统变形对加工精度影响 （1）由于工件的夹紧变形引起的加工误差
应用
床身导轨面
调整速度
六、刀具、夹具、量具的制造精度和磨损对工件 影响
1、刀具的制造精度和磨损的影响 ①尺寸刀具和成形刀具的制造精度和尺寸磨损对加 工精度的影响 ➢ 钻头、绞刀、镗刀块、拉刀→影响尺寸→磨损后
不能重修复 ➢ 滚刀、插刀、成形车刀→影响形状→重磨 ②一般刀具的磨损对加工精度的影响 如车刀、镗刀、铣刀等，制造精度不会影响加工尺 寸，但磨损则产生影响
三个阶段
一：起始磨损，非线性 二：正常磨损， 三：快速（剧烈）磨损
减少影响方法
尺寸补偿 降低切削速度，延长刀具寿命 选用耐磨刀具材料—复合氮化硅，立方氮化硅
③砂轮的磨损及修复（快、与硬度有关） 外圆磨床，直径大→对工件尺寸形状影响小
内圆磨床，直径小→磨损对工件精度影响大 齿轮磨床，大平面磨床→磨损对工件精度影响大
P
力，
y
而
Px、Py、 都P对z 刚度有影响
➢ 三向加载测定法：三向加载，三向测力
2、用生产法测定车床刚度——按误差复映原理进行的
K系
Cp
s0.75
1
K
系
头
1 K头
1 K刀
1
K
系
中
1 K刀
1 4K头
1 4K尾
1
11
K 系 尾 K 尾 K 刀
3、接触刚度的测定
径向跳动
轴向跳动
摆动
2、主轴回转精度的分析 机床 工件回转类 刀具回转类 轴承精度 影响因素 主轴精度 主轴孔精度
轴颈
主轴安装 轴承
孔
静压
滑动轴承
轴承
动压
滚动轴承
①主轴径向跳动分析
➢ 滑动轴承
轴颈圆度、轴瓦内孔圆度及其配合
工件回转类：传动力与切削力不变→轴瓦接触点不变 →轴颈影响↑轴瓦↓
刀具回转类：切削力回转扭矩→主轴颈接触点不变 →轴瓦内孔影响↑，轴颈↓
车床导轨扭曲对工件形状的影响
②外圆磨床：与车床相同。但由于要求高，采用工作台 转角
③龙门刨床：就地刨
④镗：
水平：影响 固定镗
垂直：影响 浮动镗：不影响
3、导轨运动误差的来源 ➢ 新机床导轨的制造精度 ➢ 磨损——材料表面处理，润滑 ➢ 安装精度——地基， 找正