影响机械加工精度的几个重要因素

a
14
除了导轨本身的制造误差之外，导轨 磨损是造成机床精度下降的主要原因。选 用合理的导轨形状和导轨组合形式，采用 耐磨合金铸铁导轨、镶钢导轨、贴塑导轨、 滚动导轨以及对导轨进行表面淬火处理等 措施均可提高导轨的耐磨性。
a
15
３
．
Z5 Z6 28
传
Z3 Z4 28
动
链
误
差
图4-7 滚a 齿机传动系统图
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。
a
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误差复映系数：加工前后误差之比值，称
为误差复映系数，它代表误差复映的程度。
（1） 导 轨在水平 面内的直 线度误差 对加工精 度的影响
a
9
导轨在水平面内有直线度误差Δy时，在 导轨全长上刀具相对于工件的正确位置将产 生Δy的偏移量，使工件半径产生ΔR=Δy的误 差。导轨在水平面内的直线度误差将直接反 映在被加工工件表面的法线方向（误差敏感 方向）上，对加工精度的影响最大。
这表分明析工式艺（系4统－刚11度）愈可大知，ε误与差k复系成映反系比数；愈小，
加工后复映到工件上的误差值就愈小。
尺寸误差和形位误差都存在复映现象。如
果我们知道某加工工序的复映系数，就可以通
过测量待加工表面的误差统计值来估算加工后
工件的误差统计值。
a
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当工件表面加工精度要求高时，须经多
次切削才能达到加工要求。第一次切削的复
序基准不重合以及定位面和定位元件制造不 准确而引起。
a
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定位误差 dw 的组成：由基准不重合误 差 jb 和定位副（含工件定位基面和定位元
件）制造不准确误差 db 两部分组成。
定位误差 dw 值为上述两项误差在工序
尺寸方向上的代数和：
dwjbdb
43
a
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（二）夹紧
误差
工件或
夹具刚度过
低或夹紧力
a
4
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。
主轴回转误差：是指主轴实际回转轴线 相对其平均回转轴线的变动量。
a
5
主轴回转误差分解为径向圆跳动、轴向 圆跳动和角度摆动三种不同形式的误差。
（1）径向圆跳动：图4-2a）是主轴回转 轴线相对于平均回转轴线在径向的变动量。 车外圆时它使加工面产生圆度和圆柱度误差 。
a
28
根据刚度定义知：
k机 床 Fp/y机 床 ，
k刀具 Fp/ y刀具 ，
k夹
具 Fp/
y夹
，
具
k工件 Fp/ y工件 ，将它们代入上式得
1 1 k系 k机
1 床k刀
1 具k夹
1 具k工
46
件
由式（4－6）知，工艺系统刚度的倒数
等于系统各组成环节刚度的倒数之和。若已
知各组成环节的刚度，即可由式（4－6）求
得工艺系统刚度。工艺系统刚度主要取决于
薄弱环节的刚度。 a
29
2．机床刚度
机床结构较为复杂，它由许多零、部件
组成，其刚度值迄今尚无合适的简易计算方
法，目前主要还是用实验方法进行测定。
测得机床部件刚度 k 主轴 、k 尾座 、k
之后，就可以通过计算求得机床刚度。
刀
架
y系y刀 架 1 2y主 轴 y尾 座
a
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由刚度定义，上式可写为
Fp Fp k系 k刀
架 1 22k F 主 p
Fp 轴2k尾
座
机床刚度与各组成部件的刚度的关系式为:
1 1 1 1 k机 床 k刀 架4k主 轴4k尾 座
分析上式可知，机床刚度取决于其组成
部件的刚度，并主要取决于薄弱部件的刚度，
提高机床刚度要从提高弱刚度部件的刚度人
第二节 影响机械加工精度的因素
机械加工系统（简称工艺系统）的组 成：机床、夹具、刀具和工件。
a
1
影响加工精度的主要因素有：
l）工艺系统的几何误差，包括机床、夹
具和刀具等的制造误差及其磨损。
2）工件装夹误差。
3）工艺系统受力变形引起的加工误差。
4）工艺系统受热变形引起的加工误差。
5）工件内应力重新分布引起的变形。
a
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4）部件实测刚度远比按实体结构估算 值小。
一个外形尺寸很大的刀架，它的实测平 均刚度值只相当于一个截面积较小的铸铁悬 臂梁的刚度，其原因在于刀架外形尺寸看起 来很大，但它是由许许多多零件组装而成， 零件间有间隙，结合面间有接触变形，由于 这些因素的影响，总的变形就大了。
a
34
（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
（2）提高接触刚度 提高接触刚度是提
高工艺系统刚度的关键。减少组成件数，提高
接触面的表面质量，均可减少接触变形，提高
接触刚度。对于相配合零件，可以通过适当预
紧消除间隙，增大实际接触面积。
a
40
（3）采用合理的装夹方式和加工方法 提高工件的装夹刚度，应从定位和夹紧两个 方面采取措施。
a
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2．减小切削力及其变化 改善毛坯制造工艺，减小加工余量，适 当增大前角和后角，改善工件材料的切削性 能等均可减小切削力。为控制和减小切削力 的变化幅度，应尽量使一批工件的材料性能 和加工余量保持均匀。
变化引起的误差 图
y 系 y 刀 架 yxy 刀 架 y 主 轴 y 尾 座 y 主x l轴 l x
F主轴Fp xl Fy系 例尾 座y刀 F p架 yx l F p k刀 1 a架 k主 1 轴 l lx 2k尾 1 座 x l 2 35
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
刀、键槽铣刀、圆拉刀等）加工时，刀具的尺
寸误差和磨损将直接影响工件尺寸精度。采用
成形刀具（例如成形车刀、成形铣刀、齿轮模
数铣刀、成形砂轮等）加工时，刀具的形状误
差和磨损将直接影响工件的形状精度。对于一
般刀具（例如车刀、健刀、铣刀等），其制造
误差对工件加工精度无直接影响。
a
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图 刀具的尺寸磨损量NB是在被加工表面的 法线方向上测量的。刀具的尺寸磨损NB与切
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。
a
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三、工艺系统受力变形引起的误差 （一）工艺系统刚度 图 1．工艺系统刚度 机械加工中，工艺系统在切削力、夹紧
力、传动力、惯性力和重力等的作用下，将 产生相应变形, 使工件产生加工误差。工艺系 统在外力作用下产生变形的大小，不仅取决 于作用力的大小，还取决于工艺系统的刚度。
差等。
a
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在设计夹具时，对夹具上直接影响工件 加工精度的有关尺寸的制造公差一般取为工 件上相应尺寸公差的1／2－1／5。
夹具元件磨损将使夹具的误差增大。为 保证工件加工精度，夹具中的定位元件、导 向元件、对刀元件等关键易损元件均需选用 高性能耐磨材料制造。
a
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二、装夹误差 装夹误差包括：定位误差、夹紧误差。 （一）定位误差 图 定位误差：因定位不正确而引起的误差。 定位误差的产生：是由于定位基准与工
6）其他误差，包括原理误差、测量误差、
调整误差等。
a
2
一、工艺系统的几何误差 （一）机床的几何误差 加工中，刀具相对于工件的成形运动，
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。
a
3
1．主轴回转误差
夹具的作用是使工件相对于刀具和机床
占有正确的位置，夹具的几何误差对工件的
加工精度（特别是位置精度）有很大影响。
在图4－9所示钻床夹具中，影响工件孔轴线
a与底面B间尺寸L和平行度的因素有：钻套
轴线与夹具定位元件支承平面C间的距离和
平行度误差；夹具定位元件支承平面C与夹
具体底面d的垂直度误差；钻套孔的直径误
刚度；减小切削力及其变化。
1．提高工艺系统刚度
提高工艺系统刚度应从提高其各组成部
分薄弱环节的刚度入手，这样才能取得事半
功倍的效果。提高工艺系统刚度设计机械制造装备时应切实保证关键
零部件的刚度 在机床和夹具中应保证支承件
（如床身、立柱、横梁、夹具体等）。主轴部
件和传动件有足够的刚度。
N B N0 B K N 1B l 0 l00 N 00 B 1 K N 0 lB0 420
选用新型耐磨刀具材料，合理选用刀具 几何参数和切削用量，正确刃磨刀具，正确 采用冷却润滑液等，均可减少刀具的尺寸磨 损。必要时，还可采用补偿装置对刀具尺寸 磨损进行自动补偿。
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（三）夹具的几何误差 图
作用方向、
作用点选择
不当，都会
使工件或夹
具产生变形，
造成加工误
差。
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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，
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图 传动链误差：是指传动链始末两端传动 元件相对运动的误差。一般用传动链末端元 件的转角误差来衡量。机床传动链误差是影 响表面加工精度的主要原因之一。