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1、第第5 5章章 机械加工精度机械加工精度工艺系统存在误差就会产生加工误差，因此将工艺工艺系统存在误差就会产生加工误差，因此将工艺系统的误差称为系统的误差称为原始误差原始误差。工艺系统工艺系统几几何关系何关系误差误差刀具误差刀具误差测量误差测量误差工艺系统工艺系统受力变形受力变形工艺系统工艺系统受热变形受热变形工件工件残余应力引起变形残余应力引起变形加工原理误差加工原理误差机床误差机床误差夹具误差夹具误差5.1 5.1 工艺系统的原有误差工艺系统的原有误差工艺系统原有误差是指工艺系统原有误差是指工件相对刀具位置以及相互工件相对刀具位置以及相互运动关系不准确而产生的误差。运动关系不准确而产生的误差
2、。一、加工原理误差一、加工原理误差是是由于采用了由于采用了近似的成形运动近似的成形运动或或近似的刀刃轮廓近似的刀刃轮廓进进行加工所产生的误差。行加工所产生的误差。1.1.采用近似的刀具轮廓加工产生的原理误差采用近似的刀具轮廓加工产生的原理误差采用阿基米德蜗杆滚刀加工渐开线齿轮会产生误差采用阿基米德蜗杆滚刀加工渐开线齿轮会产生误差用用模数铣刀铣削渐开线齿轮产生原理性误差模数铣刀铣削渐开线齿轮产生原理性误差刀号12345678加工齿数范围121314 16172021252634355455 134135以上齿形2.2.采用近似的成形运动产采用近似的成形运动产生原理误差生原理误差（1 1）近似成形
3、运动）近似成形运动（2 2）采用近似的传动关系）采用近似的传动关系切削模数蜗杆；蜗杆的螺距切削模数蜗杆；蜗杆的螺距配换齿轮时配换齿轮时产生误差。复杂曲面、曲线加工时采用直线或曲线产生误差。复杂曲面、曲线加工时采用直线或曲线逼近法加工产生误差。逼近法加工产生误差。二、机床的制造精度与磨损二、机床的制造精度与磨损机床精度取决于机床的机床精度取决于机床的制造误差制造误差、使用过程的、使用过程的磨损磨损和和机床的安装机床的安装。（一）主轴回转误差（一）主轴回转误差1.1.回转误差的概念回转误差的概念主轴的主轴的回转精度回转精度：主轴的实际回转轴线相对于平均主轴的实际回转轴线相对于平均回转轴线的漂移回转
4、轴线的漂移。主轴的回转运动就是绕其理想轴。主轴的回转运动就是绕其理想轴线的漂移运动。线的漂移运动。主轴实际回转轴线相对其平均轴线主轴实际回转轴线相对其平均轴线的位移称为回转误差的位移称为回转误差，因为这一误差运动是一个连，因为这一误差运动是一个连续变化的运动，所以也称其为回转轴的误差运动。续变化的运动，所以也称其为回转轴的误差运动。径向跳动径向跳动：瞬时回转轴线始终作平行于平均回转轴：瞬时回转轴线始终作平行于平均回转轴线的径向运动。线的径向运动。轴向窜动轴向窜动：瞬时回转轴线沿平均回转轴线方向周期瞬时回转轴线沿平均回转轴线方向周期的轴向运动。的轴向运动。角向摆动角向摆动：瞬时回转轴线与平均回转
5、轴线成一角度，瞬时回转轴线与平均回转轴线成一角度，其焦点位置固定不变的运动。其焦点位置固定不变的运动。主轴回转时常常是以上三种基本形式的合成动。主轴回转时常常是以上三种基本形式的合成动。2.2.主轴回转运动精度的影响因素主轴回转运动精度的影响因素因素：因素：轴承精度轴承精度；主轴精度主轴精度；床头箱体上的主轴孔床头箱体上的主轴孔精度。精度。(1)(1)滑动轴承支承的主轴滑动轴承支承的主轴以以工件旋转的车床类机工件旋转的车床类机床，床，主轴轴颈的圆度误主轴轴颈的圆度误差是影响主轴径向跳动差是影响主轴径向跳动的主要因素的主要因素，轴承孔的，轴承孔的影响很小。影响很小。对于对于刀具旋转的镗床类机床刀
6、具旋转的镗床类机床，影响主轴径向跳动的，影响主轴径向跳动的是是轴承孔的圆度误差轴承孔的圆度误差。主轴前、后轴颈不同轴或有圆度误差使主轴主轴前、后轴颈不同轴或有圆度误差使主轴产生角向摆动。产生角向摆动。当当两两轴承孔不同轴或有圆度误差使主轴产生角向摆轴承孔不同轴或有圆度误差使主轴产生角向摆动。动。主轴轴向窜动：由主轴轴颈轴向承载面和主轴箱体主轴轴向窜动：由主轴轴颈轴向承载面和主轴箱体孔轴承承载面的误差决定。孔轴承承载面的误差决定。（2 2）滚动轴承支承的主轴）滚动轴承支承的主轴以工件旋转的车床类机床，以工件旋转的车床类机床，轴承内圈外滚道圆度误轴承内圈外滚道圆度误差是影响主轴径向跳动的主要因素差
7、是影响主轴径向跳动的主要因素，轴承外圈内滚，轴承外圈内滚道圆度误差的影响很小。道圆度误差的影响很小。对对刀具旋转的镗床类机床刀具旋转的镗床类机床，轴承外圈内滚道圆度误轴承外圈内滚道圆度误差是影响主轴径向跳动的主要因素差是影响主轴径向跳动的主要因素，轴承内圈外滚，轴承内圈外滚道圆度误差的影响很小。道圆度误差的影响很小。影响的程度比滑动轴承小得多。影响的程度比滑动轴承小得多。滚滚动动体体的的影影响响图图5-5 5-5 滚动体尺寸对主轴径向跳动影响滚动体尺寸对主轴径向跳动影响轴承间隙影响：轴承间隙影响：推力轴承推力轴承滚道端面跳动造成主轴轴向窜动滚道端面跳动造成主轴轴向窜动安装滚动轴承的安装滚动轴承
8、的轴颈轴颈，安装轴承外环的安装轴承外环的内孔不内孔不圆圆，将引起内、外环的，将引起内、外环的变形使滚道不圆变形使滚道不圆，产生产生轴向径向跳动轴向径向跳动。箱体的。箱体的前、后轴承孔，主轴前、前、后轴承孔，主轴前、后后轴颈同轴度误差，会轴颈同轴度误差，会使滚动轴承内、外圈倾使滚动轴承内、外圈倾斜，产生轴向窜动和径斜，产生轴向窜动和径向跳动。向跳动。图图6-7 6-7 推力轴承端面跳动推力轴承端面跳动的影响的影响3.3.主轴回转运动误差对加工精度影响主轴回转运动误差对加工精度影响（1 1）径向跳动对加工精度影响）径向跳动对加工精度影响径向跳动使工件产生圆度误差径向跳动使工件产生圆度误差，影响程度
9、与加工，影响程度与加工方法有关。方法有关。图图5-8 5-8 径向跳动对工件圆度径向跳动对工件圆度的影响的影响工件随主轴沿工件随主轴沿y y方向作纯径向运动，方向作纯径向运动，振幅为振幅为A A。车刀刀尖到平均回转轴线车刀刀尖到平均回转轴线的距离为的距离为R R，实际回转轴线相对于平实际回转轴线相对于平均回转轴线均回转轴线O Om m的的漂移为漂移为在在坐标系坐标系o om myzyz中，中，径向跳动对镗孔圆度的影响径向跳动对镗孔圆度的影响（2 2）轴向窜动对加工精度的影响）轴向窜动对加工精度的影响影响加工端面时的影响加工端面时的平面度平面度。图图5-10 5-10 主轴轴向跳动引起的加工误差
10、主轴轴向跳动引起的加工误差（3 3）角度摆动对加工精度的影响）角度摆动对加工精度的影响影响工件的影响工件的圆度和圆柱度圆度和圆柱度。4.4.提高主轴回转精度的措施提高主轴回转精度的措施（1 1）设计与制造高精度主轴部件）设计与制造高精度主轴部件（2 2）使回转精度）使回转精度不依赖与机床主轴不依赖与机床主轴图图5-11 5-11 用固定顶用固定顶尖定位磨外圆尖定位磨外圆图图5-12 5-12 用前、后导用前、后导向镗模镗孔向镗模镗孔(二）机床导轨误差二）机床导轨误差1.1.机床导轨精度标准机床导轨精度标准图图5-13 5-13 机床导轨及其误差机床导轨及其误差（1 1）导轨在水平面内的直线度）
11、导轨在水平面内的直线度（2 2）导轨在垂直平面内的直线度）导轨在垂直平面内的直线度（3 3）导轨与导轨间在垂直方向的平行度）导轨与导轨间在垂直方向的平行度2.2.导轨误差对加工精度的影响导轨误差对加工精度的影响以以车床为例分析导轨误差对加工精度影响车床为例分析导轨误差对加工精度影响（1 1）导轨在）导轨在水平面内直线度水平面内直线度对对加工精度的影响加工精度的影响导轨误差导轨误差1111反映到工件上。反映到工件上。当当车削轴类工件时，工件会产生轴向误差车削轴类工件时，工件会产生轴向误差图图5-15 5-15 车床导轨在水平车床导轨在水平面内的直线度误差引起工面内的直线度误差引起工件形状误差件形
12、状误差（2 2）导轨在）导轨在垂直面垂直面内的直线度误差对加内的直线度误差对加工精度的影响工精度的影响误差敏感方向误差敏感方向：误差误差1111反映到工件上的方向称为反映到工件上的方向称为误差敏感方向误差敏感方向。它是通过切削点的加工表面法线方。它是通过切削点的加工表面法线方向，而对加工精度影响较小的方向称为加工向，而对加工精度影响较小的方向称为加工误差的误差的非敏感方向非敏感方向。误差敏感方向与误差非敏感方向垂直。误差敏感方向与误差非敏感方向垂直。（3 3）前、后导轨在垂直面内的平行度误差对加工）前、后导轨在垂直面内的平行度误差对加工精度的影响精度的影响图图5-17 5-17 前后导轨的平前
13、后导轨的平行度对加工精度的影响行度对加工精度的影响前、后导轨在垂直面内的平前、后导轨在垂直面内的平行度误差为行度误差为，车床中心高车床中心高为为H H，导轨宽度为导轨宽度为B B，工件加工件加工误差工误差y y为：为：3.3.导轨误差产生的原因导轨误差产生的原因机床的机床的制造误差制造误差；机床在使用过程中的；机床在使用过程中的磨损磨损；安装安装不当产生误差。不当产生误差。（1 1）导轨的磨损）导轨的磨损导轨要产生磨损，在全长上导轨的磨损量是不等导轨要产生磨损，在全长上导轨的磨损量是不等的。的。图图5-18 5-18 车床前导轨上两个车床前导轨上两个面的磨损情况面的磨损情况导轨磨损使溜板在水平
14、导轨磨损使溜板在水平和垂直平面内产生位移；和垂直平面内产生位移；同时加工中切削力主要同时加工中切削力主要作用在前导轨上，使机作用在前导轨上，使机床床前后导轨磨损量不等，前后导轨磨损量不等，使溜板倾斜。使溜板倾斜。（2 2）机床的安装）机床的安装机床安装质量对机床的精度有重要影响。机床安装质量对机床的精度有重要影响。减少机床导轨误差对加工精度的影响减少机床导轨误差对加工精度的影响措施措施为：在机为：在机床设计制造时采取措施提高导轨精度和精度的保持床设计制造时采取措施提高导轨精度和精度的保持性；在机床安装时要打好地基，仔细调整床身下的性；在机床安装时要打好地基，仔细调整床身下的支承铁，使导轨达到规
15、定的精度，浇灌水泥。使用支承铁，使导轨达到规定的精度，浇灌水泥。使用一段时间后应复查精度。在机床的使用过程中注意一段时间后应复查精度。在机床的使用过程中注意机床的润滑和清洁，避免沙粒和灰尘落入。机床的润滑和清洁，避免沙粒和灰尘落入。（三）机床传动链误差三）机床传动链误差内内传动链误差是内传动链始、末两端传动元件间相传动链误差是内传动链始、末两端传动元件间相对运动误差，是螺纹加工和展成法加工中影响加工对运动误差，是螺纹加工和展成法加工中影响加工精度的主要因素之一。精度的主要因素之一。1.1.机床传动链误差对加工表面形状精度影响机床传动链误差对加工表面形状精度影响车车螺纹时必须保证两个成形运动之间
16、速度关系准确，螺纹时必须保证两个成形运动之间速度关系准确，即即图图5-19 5-19 螺纹表面加工的螺旋螺纹表面加工的螺旋线误差线误差在在滚齿机上滚齿，必须保滚齿机上滚齿，必须保持滚刀与工件持滚刀与工件两个回转运两个回转运动之间速度不变。动之间速度不变。当当这些关系不能满足时就会造成齿轮的齿形和圆这些关系不能满足时就会造成齿轮的齿形和圆周齿距误差。周齿距误差。2.2.影响机床传动链精度的主要因素影响机床传动链精度的主要因素内内传动链中传动链中元件的制造误差元件的制造误差、装配误差装配误差和和使用过程使用过程中的磨损中的磨损。在降速传动中，。在降速传动中，末端元件的误差影响最末端元件的误差影响最
17、大。大。3.3.提高机床传动链精度措施提高机床传动链精度措施（1 1）提高机床内传动链各传动元件的制造和装配）提高机床内传动链各传动元件的制造和装配精度精度(2)(2)缩短传动链，减少误差源缩短传动链，减少误差源图图5-20 5-20 精密螺纹磨床的传动链精密螺纹磨床的传动链(3)(3)采用误差补偿装置采用误差补偿装置在在传动链中加入一个与传动链中加入一个与误差大小相等，方向相误差大小相等，方向相反的误差，抵消传动链反的误差，抵消传动链中产生的误差。中产生的误差。图图5-21 5-21 螺纹加工机床传动链螺纹加工机床传动链误差补偿原理误差补偿原理图图5-22 5-22 微机补偿精密转台分度误微
18、机补偿精密转台分度误差差实现传动误差补偿首先要解决机床传动链误差精确实现传动误差补偿首先要解决机床传动链误差精确测量。测量。三、刀具的制造误差及磨损三、刀具的制造误差及磨损1.1.尺寸刀具和成形尺寸刀具和成形刀具制造误差及磨损对加工精度刀具制造误差及磨损对加工精度影响影响2.2.普通刀具的尺寸磨损对加工普通刀具的尺寸磨损对加工精度的影响精度的影响制造误差对加工精度影响很小，制造误差对加工精度影响很小，但但磨损影响工件的尺寸精度和磨损影响工件的尺寸精度和形状精度。形状精度。图图5-23 5-23 车刀的尺寸磨损车刀的尺寸磨损刀具磨损的过程刀具磨损的过程图图6-24 6-24 刀具磨损曲线刀具磨损
19、曲线初期磨损阶段初期磨损阶段刀具刃磨后，表面粗糙，磨刀具刃磨后，表面粗糙，磨损快。磨损量称初期磨损量，损快。磨损量称初期磨损量，用用正常磨损阶段正常磨损阶段。刀具经切。刀具经切削后，表面粗糙度值变低，削后，表面粗糙度值变低，刀具磨损变慢。磨损曲线的斜率刀具磨损变慢。磨损曲线的斜率k k称单位磨损量称单位磨损量，即为刀具切削即为刀具切削1000m1000m路程时的尺寸磨损量。路程时的尺寸磨损量。急剧磨损阶段急剧磨损阶段刀具急剧磨损，不能使用，更换刀具或刃磨刀具。刀具急剧磨损，不能使用，更换刀具或刃磨刀具。刀具尺寸磨损量的计算刀具尺寸磨损量的计算例：精车一根例：精车一根4545钢轴，轴长钢轴，轴长
20、L L=2000mm=2000mm，直径直径d d=100mm=100mm，所用车刀材料为所用车刀材料为YT15YT15，背吃刀量背吃刀量a ap p=0.5mm=0.5mm，进给量进给量f f=0.2mm/r=0.2mm/r，切削速度切削速度v v=100m/min=100m/min，加工后产生圆柱度误差是多少？加工后产生圆柱度误差是多少？切削行程长度切削行程长度查表查表6-26-2得得刀具磨损刀具磨损刀具尺寸磨损使工件产生的圆柱度误差为刀具尺寸磨损使工件产生的圆柱度误差为4646mm四、调整误差四、调整误差1.1.试切法加工时影响调整误差因素试切法加工时影响调整误差因素（1 1）测量误差）
21、测量误差量具精度、测量方法和使用条件决定了测量误差。量具精度、测量方法和使用条件决定了测量误差。（2 2）加工余量）加工余量影响影响刀具在微量进给过程中的刀具在微量进给过程中的爬行爬行产生进给误差。产生进给误差。在在进给手轮低速微量转动过程中，工作台由不动到进给手轮低速微量转动过程中，工作台由不动到移动，在由移动到停滞不动的反复过程称为爬行。移动，在由移动到停滞不动的反复过程称为爬行。图图5-26 5-26 低速微量进给时的爬行现象低速微量进给时的爬行现象（3 3）微量进给误差）微量进给误差改善进给系统爬行的措施是改善进给系统爬行的措施是提高提高滑移面的滑移面的加工精度加工精度和和表面质量表面
22、质量，改善润滑条件改善润滑条件和提高进给和提高进给系统刚性系统刚性；在生产中工人要正确操作减少爬行。在生产中工人要正确操作减少爬行。2.2.调整法加工影响调整精度的因素调整法加工影响调整精度的因素（1 1）定程机构误差）定程机构误差定程机构的制造精度与调整，以及与之配合的离合定程机构的制造精度与调整，以及与之配合的离合器、电器开关，控制阀等的灵敏度成为调整误差的器、电器开关，控制阀等的灵敏度成为调整误差的主要来源。主要来源。（2 2）测量有限个工件造成的误差）测量有限个工件造成的误差五、夹具制造误差与磨损五、夹具制造误差与磨损5.2 5.2 工艺系统的加工过程误差工艺系统的加工过程误差工艺系统
23、加工过程误差是在加工过程中，由于工艺工艺系统加工过程误差是在加工过程中，由于工艺系统内部在系统内部在力力、热热作用下，作用下，工艺系统变形工艺系统变形，从而，从而破破坏了工件相对刀具及切削成形运动的位置产生的误坏了工件相对刀具及切削成形运动的位置产生的误差。差。一、工艺系统受力变形对加工精度的影响一、工艺系统受力变形对加工精度的影响（一）切削力变化引起变形对加工精度影响一）切削力变化引起变形对加工精度影响1.1.切削力大小变化产生加工误差切削力大小变化产生加工误差（1 1）误差复映）误差复映图图5-27 5-27 毛坯形状误差的复毛坯形状误差的复映映工件加工后的形状仍与毛工件加工后的形状仍与毛
24、坯形状相似的现象坯形状相似的现象称误差称误差复映。复映。复映误差的计算：复映误差的计算：毛坯的误差：毛坯的误差：切削力为：切削力为：工艺系统变形：工艺系统变形：工件误差：工件误差：令令误差复映系数。误差复映系数。当当工件毛坯有形状误差或相互位置误差时，都将以工件毛坯有形状误差或相互位置误差时，都将以一定的复映系数传递给工件形成加工误差。在成批一定的复映系数传递给工件形成加工误差。在成批或大量生产中，用调整法加工一批工件时，由于毛或大量生产中，用调整法加工一批工件时，由于毛坯尺寸变化，复映误差会造成一批工件的尺寸分散。坯尺寸变化，复映误差会造成一批工件的尺寸分散。毛坯材料硬度不均及夹杂硬质点，会
25、产生圆度误差。毛坯材料硬度不均及夹杂硬质点，会产生圆度误差。（2 2）减小工件复映误差的措施）减小工件复映误差的措施减小工艺系统的误差复映系数减小工艺系统的误差复映系数采用多次走刀减小误差复映采用多次走刀减小误差复映毛坯经毛坯经n n次走刀后，工件的误差为：次走刀后，工件的误差为：2.2.切削力作用点的改变引起变形对加工精度的影切削力作用点的改变引起变形对加工精度的影响响在在车床上顶车轴的示车床上顶车轴的示意图。意图。刀具变形很小可忽略，刀具变形很小可忽略，夹具并入机床考虑，工夹具并入机床考虑，工艺系统变形来自艺系统变形来自机床变机床变形形和和工件变形工件变形。工艺系。工艺系统变形统变形符合叠
26、加原理符合叠加原理。（1 1）机床变形引起的加工误差）机床变形引起的加工误差切削力切削力F Fy y引起的头架、尾座变形为引起的头架、尾座变形为工艺系统的总位移为工艺系统的总位移为由于工艺系统变形产生加工误差，加工后工件的形由于工艺系统变形产生加工误差，加工后工件的形状如图状如图图图5-29 5-29 机床变形引起机床变形引起工件的加工误差工件的加工误差（2 2）工件变形引起的误差）工件变形引起的误差I I工件截面惯性矩工件截面惯性矩工件产生两端细，中间粗的腰鼓形误差。工件产生两端细，中间粗的腰鼓形误差。工艺系统总变形量工艺系统总变形量分析工艺系统受力变形对加工精度影响时，首先分分析工艺系统受
27、力变形对加工精度影响时，首先分析工艺系统各组成部分的变形，再将工艺系统各部析工艺系统各组成部分的变形，再将工艺系统各部分变形叠加，即可计算出工艺系统的变形量，根据分变形叠加，即可计算出工艺系统的变形量，根据变形规律即可求出加工误差。变形规律即可求出加工误差。（二）其他力对工艺系统变形的影响二）其他力对工艺系统变形的影响1.1.传动力以及惯性力的影响传动力以及惯性力的影响图图5-30 5-30 拨动力的影响拨动力的影响2.2.夹紧力的影响夹紧力的影响图图5-31 5-31 薄壁套筒夹紧变形引起薄壁套筒夹紧变形引起误差误差图图5-32 5-32 薄片薄片工件夹紧变形工件夹紧变形误差误差3.3.重力
28、的影响重力的影响图图5-33 5-33 重力的影响重力的影响（三）减少工艺系统受力变形的措施三）减少工艺系统受力变形的措施1.1.采用新加工方法采用新加工方法寻求寻求新的加工机理新的加工机理及工艺方法是减少变形，提高加及工艺方法是减少变形，提高加工精度的根本措施。工精度的根本措施。2.2.提高系统刚度提高系统刚度（1 1）提高接触刚度）提高接触刚度提高接触面的配合质量；施以预加载荷，增加接触提高接触面的配合质量；施以预加载荷，增加接触面积。面积。（2 2）提高工件刚度和刀具刚度）提高工件刚度和刀具刚度加工细长轴时加工细长轴时采用跟刀架采用跟刀架；采用；采用导套或导杆增加刀导套或导杆增加刀具刚度。具刚度。图图5-36 5-36 六角车床上提高刀架刚度的装置及措施六角车床上提高刀架刚度的装置及措施3.3.转移或补偿工艺系统的受力变形转移或补偿工艺系统的受力变形图图5-35 5-35 用附加梁转移横梁用附加梁转移横梁变形变形图图5-36 5-36 用辅助梁产生反向用辅助梁产生反向预变形补偿变形预变形补偿变形4.4.采用适当工艺措施采用适当工艺措施减小切削力减小工艺系统变形；采用合理的刀具减小切削力减小工艺系统变形；采用合理的刀具角度和切削用量。角度和切削用量。