机械制造技术第十二章

理论上应当采用理想的加工原理，来获得精确 的加工表面。但在生产中这样做有时会使机床的结 构复杂，难以保证机床的刚度和精度，或者使刀刃 的轮廓不易制造或精度很低。这样不仅不能保证加 工精度，甚至还会降低加工效率。这时如采用近似 的加工方法，往往可以简化机床结构和刀具的形状， 并能提高生产率，降低加工成本，因此，只要能把 加工误差限制在规定的范围内（一般，原理误差应 小于工件公差值的10%~15%），可以采用近似的 加工方法。
从材料力学知道，任何一个受力的物体总要产生一 定的变形。作用力 F与其引起的在作用力方向上的变形量 Y的比值，称为物体的刚度 k k = F/Y 切削加工中工艺系统在各种外力作用下，将在各个受 力方向上产生相应的变形。工艺系统受力变形，主要是对 加工精度影响最大的敏感方向，即通过刀尖的加工表面的 法线方向的位移。因此，工艺系统的刚度 k xt定义为：零 件加工表面法向分力 F y，与刀具在切削力作用下，相对 工件在该方向的位移 Y 的比值，即 K系统=Fy／y 必须指出，法向位移y除了受Fy的影响外，还受Fx、 Fz的影响，即y值是在切削合力F的作用下，工艺系统在Fy 方向的变形。
• •
2.导轨导向误差
导轨导向精度：是指机床导轨副的运动件实际 运动方向与理想运动方向的符合程度。
导轨导向误差：指机床导轨副的运动件实际运 动方向与理想运动方向两者之间的偏差值。
床身导轨既是机床主要部件的装配基准，又是 保证刀具与工件间导向精度的基准。因此，导轨导 向误差直接影响工件的加工精度。 直线运动导轨导向误差分为： 导轨在水平面内的直线度误差； 导轨在垂直平面内的直线度误差； 两导轨间的平行度误差。
第13章 机械加工误差分析
保证机械产品质量，是机械制造者的首要任务， 任何机械产品都是由若干相互关联的零件装配而成 的。因此，零件的制造质量是保证产品质量的基础。 零件的质量直接影响着产品的性能、寿命、效率、 可靠性等质量指标，而零件的制造质量，是依靠零 件的毛坯制造方法、机械加工、热处理以及表面处 理等工艺来保证的。因此，在零件制造的各个环节 中，应当始终贯彻“质量第一”的思想，以确保产 品的质量。本章主要讨论零件机械加工精度及表面 质量问题。
二.机床误差 机床误差是由机床的制造误差、安装误差和 使用中的磨损引起的。对加工精度影响较大的有： 主轴回转误差 导轨误差 传动链误差
1. 主轴回转误差
机床主轴是决定工件或刀具位置的重要部件， 对主轴的精度要求最主要的就是主轴回转精度（机 床主轴回转时能保持轴线的位置稳定不变的程 度。），即要求主轴回转时能保持轴线的位置稳定 不变。主轴回转误差直接影响被加工零件的形状、 位置精度和表面粗糙度。
13.4 工艺系统受力变形的影响
一、概述
机械加工中，由机床、夹具、工件等环节组成 的工艺系统，在夹紧力、切削力、重力以及惯性力 等的作用下，将产生变形（弹、塑性变形）和振动， 破坏刀具和工件之间的正确位置而形成加工误差， 并使加工表面的表面粗糙度恶化。例如，在车削细 长轴时，工件在切削力的作用下弯曲变形，加工后 会产生鼓形的圆柱度误差。
部件的关键是提高轴承精度。因此，主轴轴承， 特别是前轴承，多选用 D、 C级轴承；当采用滑 动轴承时，则采用静压滑动轴承。以提高轴系刚 度，减少径向圆跳动。其次是提高主轴箱体支承 孔、主轴轴颈和与轴承相配合零件的有关表面的 加工精度，对滚动轴承进行预紧。 ②使主轴回转的误差不反映到工件上 如采用死顶尖磨削外圆，只要保证定位中心 孔的形状、位置精度，即可加工出高精度的外圆 柱面。主轴仅仅提供旋转运动和转矩，而与主轴 的回转精度无关。
◆ 自动控制法:
这种方法是用度量装置、进给机构和控制系统 构成加工过程的自动循环，即自动完成加工中的切 削、度量、补偿调整等一系列的工作，当工件达到 要求的尺寸时，机床自动退刀,停止加工。
2.获得形状精度的方法 成形刀具法:加工精度主要取决于刀刃的形状精度 轨迹法:加工精度则与机床的精度关系密切。例如， 车削圆柱类零件时，其圆度、圆柱度等形状精度， 主要决定于主轴的回转精度、导轨的导向精度以及 主轴回转轴心线与导轨之间的相互位置精度
• 3 . 装夹误差 • 工件的装夹误差是指定位误差和夹紧误
差，将直接影响工件加工表面的位置精度 或尺寸精度。 • 4 . 测量误差 • 工件在加工过程中，要用各种量具、 量 仪 进行检验测量，再根据测量结果对工件 进行试切或调整机床。量具本身的制造误 差、测量时的接触力、温度及目测正确度 等，都直接影响加工精度。因此，要正确 地选择和使用量具，以保证测量精度。
三.获得加工精度的方法
1.获得尺寸精度的方法 （1）试切法
（2）调整法 （3）定尺寸刀具法 （4）自动控制法
◆ 试切法: 就是通过试切、测量、调整、再试切，……， 反复进行到被加工尺寸达到要求为止的加工方法。 这种方法的效率低，操作者的技术水平要求高，主 要适用于单件、小批生产。（动画演示）
◆ 调整法
机械加工原始误差 原 理 误 差 误 差 形 的 变 形 变 起 夹 装 差 件 误 差 工 床 误 差 机 具 误 差 热 引 夹 具 误 统 刀 整 系 损 力 调 艺 磨 应 工 具 内 差 刀 件 误 工 量 度
一.原理误差 原理误差是由于采用了近似的成形运动或刀刃 形状而产生的。例如，滚切渐开线齿形就存在两项 原理误差:一是为便于制造，用阿基米德基本蜗杆 或法向直廓基本蜗杆，来代替渐开线基本蜗杆而产 生的误差；另一个是由于滚刀刀刃数有限，滚切出 的齿形不是连续光滑的渐开线，而是由若干短线组 成的折线。
§13-1机械加工精度概述
一.加工精度与加工误差 加工精度：指零件经机械加工后，其几何参 数（尺寸、形状、表面相互质量）的实际值与理 论值的符合程度。 加工误差：指零件经机械加工后，其几何参 数（尺寸、形状、表面相互质量）的实际值与理 论值之差。
二.尺寸、形状、和相互位置精度的关系 零件的的加工精度包括：尺寸精度、形状精度 和相互位置精度，三者之间是既有区别又有联系的。 通常，形状公差应限制在位置公差之内，而位置误 差又要限制在尺寸公差之内。例如，为保证轴颈的 直径尺寸精度，则轴颈的圆度误差不应超出直径的 尺寸公差。当尺寸精度要求高时，相应的位置、形 状精度也要求高。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，这要根据零 件的功能要求来决定。
主轴回转轴线的运动误差，是和主轴部件的制 造精度以及切削过程中主轴受力、受热后变形有关， 但主轴部件的制造精度是主要的。 在主轴采用滑动轴承的结构时，主轴是以轴颈 在轴套内旋转的。对于车床类机床的主轴，因切削 力的方向不变，主轴轴颈被压向轴套表面某一位置， 因此，主轴轴颈的圆度误差将直接传给工件（ 图 （a）），而轴套孔的误差则对加工精度的影响较 小。对镗床类机床，由于作用在主轴上的切削力是 随镗刀的旋转而变化的，故轴套孔的圆度误差将传 给工件，而轴颈的圆度误差对加工精度的影响不大 （ 图（b））
先调整好刀具和工件在机床上的相对位置，并 在一批零件的加工过程中保持这个位置不变，以保 证被加工尺寸的方法。调整法广泛用于各类半自动、 自动机床和自动线上，适用于成批、大量的生产。
◆ 定尺寸刀具法:
用刀具的相应尺寸来保证工件被加工部位尺寸 的方法，如铰孔、拉孔和攻螺纹等。这种方法的加 工精度，主要决定于刀具的制造、刃磨质量和切削 用量。其优点是生产率较高，但刀具制造较复杂， 常用于孔、螺纹和成形表面的加工。
在主轴采用滚动轴承结构时，主轴回转精度不 仅取决于滚动轴承本身的精度，而且还与轴承配合 件的精度关系密切。由于轴承内、外环是薄壁零件， 受力后容易变形，因此，与之相配合的轴颈或箱体 轴承孔的圆度误差，会使轴承的内、外环变形而造 成主轴的回转误差。
• (2)提高主轴回转精度的措施 (2)提高主轴回转精度的措施 • ①采用高精度的主轴部件 获得高精度的主轴
刀具的磨损，除了对切削性能、加工表 面质量有不良影响外，也直接影响加工精度。 这种影响主要来源于刀刃在加工表面法向上的 磨损量，即刀具的尺寸磨损。车削外圆时，刀 具的逐渐磨损会使工件产生锥度误差（图413）。
• 2 . 夹具误差 • 夹具误差主要包括：定位元件、刀具导
向件、分度机构、夹具体等的制造误差； 夹具装配后，以上各种元件工作面之间的 相对位置误差；夹具使用过程中工作表面 的磨损。夹具误差将直接影响工件加工表 面的位置精度或尺寸精度。
展成法:常用于各种齿轮加工，其形状精度与刀 具精度以及机床传动精度有关
3.获得相互位置精度的方法 零件的相互位置精度，主要由机床精度、夹具 精度和工件的装夹精度来保证。例如，在平面上钻 孔，孔中心线对平面的垂直度，取决于钻头进给方 向与工作台或夹具定位面的垂直度。
§13-2影响加工精度ห้องสมุดไป่ตู้因素
机械加工中零件的尺寸、形状和相互位置误差， 主要是由于工件与刀具在切削运动中相互位置发生 了变动而造成的。 由于工件和刀具安装在夹具和机床上，因此， 机床、夹具、刀具和工件构成了一个完整的工艺系 统。 工艺系统中的种种误差，是造成零件加工误差 的根源，故称之为原始误差。 加工中可能出现的原始误差，可列举如 下图
由于主轴系统自身存在着各种误差，如主轴 轴颈和轴承座孔的误差；滚动轴承的内环、外环和 滚动体的误差；回转过程中各种静、动态因素的影 响等，使主轴回转轴线的空间位置在每一瞬间都是 变动的，即产生轴线在空间的漂移。为了便于分析， 常把主轴的回转误差分解为径向跳动、轴向窜动和 角度摆动。实际上主轴回转误差的三种基本形式是 同时存在的，综合影响着工件的加工精度。
导轨导向精度，除受导轨制造误差的影响外，还受 机床安装是否正确，地基是否坚固，导轨的润滑状 况，磨损的均匀性，导轨的热变形以及运动部件的 重心移动和过大切削力引起的导轨弹性变形等因素 的影响。
3.传动链传动误差
传运链的传动误差：指内联系的传动链中首、 末两端传动元件之间相对运动的误差。 传动链传动误差，一般不影响圆柱面和平面的 加工精度，但在加工工件运动和刀具运动有严格内 联系的表面，如车削、磨削螺纹和滚齿、插齿、磨 齿时，则是影响加工精度的重要因素。例如，在车 螺纹时，要求主轴与传动丝杠的转速比恒定。在滚 齿机上用单头滚刀加工直齿轮时，要求滚刀与工件 之间具有严格的运动关系：滚刀转一转，工件转过 一个齿。 当传动链中的各传动元件，如齿轮、蜗 轮、蜗杆等，因有制造误差、装配误差和磨损，会 破坏正确运动关系，使工件产生误差。