影响加工精度的因素解析课件.ppt

1、第二节第二节 影响加工精度的因素影响加工精度的因素 引起加工误差的根本原因是工艺系统存在着误差，将工艺系统的误差称为原始误差。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)原理误差定位误差调整误差刀具误差夹具误差机床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工件相对于刀具静止状态下的误差工件相对于刀具运动状态下的误差主轴回转误差导轨导向误差传动误差11/16/20221第二节第二节 影响加工精度的因素影响加工精度的因素11/16/20222一、原理误差1 1、定义、定义 由于采用近似的加工运动、近似的刀具轮

2、廓和近似的加工方法所产生的加工误差，为加工原理误差。2 2、产生原因：、产生原因：采用理论上完全正确的加工方法有时会使机床及刀具的结构极为复杂，以致制造困难；由于环节过多增加了机构运动中的误差，反而得不到高的加工精度，所以实际生产中常采用近似的加工原理进行加工。一、原理误差11/16/20223一、原理误差（一）使用近似刀具进行加工（一）使用近似刀具进行加工1 1、原理：、原理：用成形刀具加工复杂形面时，往往采用圆弧、直线等简单线形代替理论轮廓，或用一种线形刃带的刀具加工多种形面。2 2、举例：、举例：用齿轮模数铣刀铣齿轮，若要获得理想齿形，必须对每一种齿数的齿轮制造一把铣刀，对刀具的制造、管

3、理和使用极为不变。因此为每一模数制造一组铣刀（每组8把、15把或26把）来铣不同齿数的齿轮。对于中小模数铣刀，每一模数为8把一组，其中4号铣刀加工齿数范围为21-25齿，其刃带形状是按齿数为23的齿形设计制造的，因此当加工21、22、24、25齿数齿轮时产生误差。再如，用齿轮滚刀加工渐开线齿轮时，由于制造困难，采用阿基米德基本蜗杆或法向直廓蜗杆代替渐开线蜗杆。11/16/20224（二）近似成形运动加工（二）近似成形运动加工 在数控电火花线切割机床上加工模具的曲线轮廓表面时，工件的曲线轮廓由机床x，y工作台分别依次提供微小脉冲进给而合成，曲线实际上是微小折线构成的，即存在着由于采用近似成形运动

4、而产生的原理误差。一、原理误差11/16/20225一、原理误差在车床上车削模数蜗杆11/16/20226第二节第二节 影响加工精度的因素影响加工精度的因素 二、工艺系统的几何误差（二、工艺系统的几何误差（机床、刀具、夹具等的制造误差和磨损机床、刀具、夹具等的制造误差和磨损）（一）机床的几何误差（一）机床的几何误差 1.1.机床的误差机床的误差 （1）主轴回转误差）主轴回转误差 主轴回转误差概念主轴回转误差概念 主轴回转时实际回转轴线主轴回转时实际回转轴线相对于平均回转轴线在径向相对于平均回转轴线在径向的变动量的变动量。11/16/20227主轴回转误差的基本形式：主轴回转误差的基本形式：a.

5、径向圆跳动径向圆跳动 b.角度摆动角度摆动 c.轴向圆跳动轴向圆跳动（一）机床的几何误差（一）机床的几何误差（1）主轴回转误差）主轴回转误差11/16/20228 主轴回转误差对加工精度的影响 不同形式的主轴回转误差对加工精度的影响是不同的。同一形式的主轴回转误差对于不同类型的机床其影响也不同。因此，要根据具体情况进行具体分析。机床可分为工件回转类(如车床、磨床)和刀具回转类机床(如镗床)。在加工过程中，对工件回转类机床，其切削力的方向不变，而刀具回转类机床，其切削力的方向是周期性地变化的。所以主轴的回转误差对加工精度的影响也不同。11/16/20229（一）机床的几何误差（一）机床的几何误差

6、主轴纯径向跳动误差对加工精度的影响镗床上镗孔：设由于主轴的纯径向跳动使轴心线在Y坐标方向上作间谐直线运动，其频率与主轴转速相同，其幅值为A；再设主轴中心偏移最大（A）时，镗刀尖正好通过水平位置。所以当镗刀转过一个角度时，刀尖的轨迹方程为：车削时：处于水平位置切出的半径一侧小一个振幅A，一侧大一个振幅，工件各处直径相等，工件表面接近一个真圆，但中心偏移一个振幅。11/16/202210（一）机床的几何误差（一）机床的几何误差11/16/202211（一）机床的几何误差（一）机床的几何误差主轴轴向窜动误差对加工精度的影响对内外圆加工没有影响；加工的端面与内外圆轴线不垂直，主轴每转一周，就沿轴向窜动

7、一次，向前窜动的半周内形成右螺旋面，向后窜动的半周内形成左螺旋面，最后切出如同端面凸轮一样的形状，并在中心附近出现一个凸台；加工螺纹时，产生单个螺距的周期误差。纯角度摆动误差对加工精度的影响车外圆时会产生圆柱度误差（锥体）；镗孔时，孔将成椭圆形。11/16/202212（一）机床的几何误差（一）机床的几何误差11/16/202213分析可知：车削加工中，主轴回转轴线径向跳动的水平分量最为敏感，主要影响工件的圆度和圆柱度，对端面无影响；主轴回转轴线的轴向跳动主要影响被加工工件端面的形状精度，对圆柱面无影响；主轴回转轴线的摆动对圆柱面和端面形状均有影响；对于刀具回转型机床，误差敏感方向随主轴的转动

8、而改变，始终为刀尖处切削表面的法线方向。分析主轴回转运动误差对加工表面形状的影响应着重分析误差敏感方向上的影响。（一）机床的几何误差（一）机床的几何误差11/16/202214（4）影响主轴回转）影响主轴回转精度的主要因素精度的主要因素 轴承本身误差、轴轴承本身误差、轴承间隙、轴承间同轴承间隙、轴承间同轴度误差，度误差，主轴主轴各段轴各段轴 颈、轴孔的同轴度误颈、轴孔的同轴度误差、主轴系统的刚度差、主轴系统的刚度和热变形等。和热变形等。但它们对主轴回转但它们对主轴回转精度的影响大小随加精度的影响大小随加工方式而不同工方式而不同（一）机床的几何误差（一）机床的几何误差1）主轴回转误差）主轴回转误

9、差采用滑动轴承时的影响因素11/16/202215（一）机床的几何误差（一）机床的几何误差对于车削：影响主轴精度的主要因素是滚动体的形状误差、内外环的同轴度误差、主轴轴颈的形状误差和外环内表面的形状误差。对于镗削：影响因素为内环的形状误差，滚动体的形状误差和内外环的同轴度误差。11/16/202216（5）减少主轴回转误差影响的措施 设计与制造高精度的主轴部件；对高速运动的系统进行动平衡；使回转误差不反映到被加工的工件上，即采用工件的定位与运动传递分开的结构。例如磨外圆，工件采用死顶尖；镗箱体上的孔系，采用镗模镗孔，主轴与镗杆采用浮动连接；磨削机床主轴前端的锥孔，工件与机床主轴间用弹性连接，主

10、轴只起传动作用，以减小主轴回转误差对加工精度的影响。11/16/202217（6）机床主轴回转精度的测量表测法 有2个缺点：不能反映主轴在工作转速下的精度；不能把主轴回转的径向跳动与试棒轴线相对主轴回转轴线偏心所引起的径向跳动区分开来。（一）机床的几何误差（一）机床的几何误差11/16/202218（一）机床的几何误差（一）机床的几何误差记录仪示波器放大器放大器654312测试系统 实验内容，如图所示1.基准圆球 2.电容传感器3.摇摆杆 4.调整螺钉 5.调整球 6.固定心轴11/16/202219（一）机床的几何误差（一）机床的几何误差 如果主轴绕固定的轴心回转，则回转误差等于零，而只存在

11、钢球对回转中心的偏心造成的跳动，其值为两传感器所测间隙变化的矢量和。此时相互垂直的两传感器分别输出的信号与间隙变化成正比：ex=ecost,ey=esin t;将它们通过DWY-3振动位移测试仪放大后输入示波器的x轴和y轴，荧光屏上的光点将按运动方程描绘出一个正圆图形，该圆半径即代表e的大小。记录仪示波器放大器放大器65431211/16/202220（一）机床的几何误差（一）机床的几何误差如果主轴回转过程中也存在轴线的径向误差，这个误差信号将迭加到偏心运动信号上，使示波器荧光屏上的光点描绘出一个非圆的实际李沙育图形，如图为主轴回转数转后，各转误差曲线迭加而成的李沙育图形。图中曲线圆的外切圆与

12、其内切圆的半径差R即为主轴回转轴线的径向运动误差，它影响工作的圆度。图形轮廓线的宽度B表示随机径向变动量，它影响工作的表面粗糙度。这种方法不能用来测量工件回转型机床主轴的回转精度，因为主轴径向跳动的垂直分量所引起的加工形状误差为二次小量，主要是水平分量起作用。因此只有在与车刀位置相同的误差敏感方向上测量，才能正确地反映车床类主轴的回转运动精度及加工形状误差，通常用单点测量法在车削敏感方向上进行测量。11/16/202221（一）机床的几何误差（一）机床的几何误差2 2导轨误差导轨误差 机床导轨的精度指标 机床上移动部件的直线运动精度主要取决于导轨精度及部件与导轨的配合精度。对导轨有如下要求：在

13、水平面内的直线度 在垂直面内的直线度前后导轨的平行度一般机床公差为：1000：0.02，精密机床：1000：0.01 导轨面的配合精度一般机床接触斑点16点/25x25mmxmm，精密机床为：20点/25x25mmxmm11/16/2022222导轨误差导轨误差 (1)导轨在水平面内的直线度误差对加工精度的影响导轨在水平面内的直线度误差对加工精度的影响 R=y（一）机床的几何误差（一）机床的几何误差 可使刀尖的运动轨迹产生同样程度的弯曲误差，将直接反映在被加工工件表面的法线方向（加工误差的敏感方向）上，对加工精度的影响最大。由此产生的工件各截面上的半径误差等于导轨在水平面内相应点的弯曲误差。1

14、1/16/2022232导轨误差导轨误差(2)导轨在垂直平面内的直线度误差对加工精度的影响导轨在垂直平面内的直线度误差对加工精度的影响 设设z=0.1mm，R=20 mm，则则R=0.01/40 mm =0.00025 mm。R(z)2/(2R)（一）机床的几何误差（一）机床的几何误差 同样使刀尖运动轨迹产生弯曲误差，但这种误差发生在被加工面切线方向上，对加工形状的影响很小。但对于龙门刨床、龙门铣床及导轨磨床，导轨在垂直面内的直线度将直接反映到工件上。如图2-1411/16/202224图2-3 六角车床刀具垂直安装11/16/202225（一）机床的几何误差（一）机床的几何误差11/16/2

15、02226 导轨在垂直平面内的直线度误差对加导轨在垂直平面内的直线度误差对加工精度影响很小，一般可忽略不计。工精度影响很小，一般可忽略不计。y 误差敏感方向误差敏感方向z 非误差敏感方向非误差敏感方向 导轨在水平面内的直线度误差将直接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。敏感方向）上，对加工精度的影响最大。结论：结论：（一）机床的几何误差（一）机床的几何误差11/16/202227(3)导轨间的平行度误差对加工精度的影响导轨间的平行度误差对加工精度的影响 y（H/B）l3（一）机床的几何误差（

16、一）机床的几何误差车床车床H/B2/3，外圆磨床外圆磨床H/B111/16/202228 除导轨制造误差外，导轨的不均匀磨损除导轨制造误差外，导轨的不均匀磨损和安装质量，也是造成导轨误差的重要因素。和安装质量，也是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。可导轨磨损是机床精度下降的主要原因之一。可采用耐磨合金铸铁、镶钢导轨、贴塑导轨、滚采用耐磨合金铸铁、镶钢导轨、贴塑导轨、滚动导轨导轨表面淬火等措施。动导轨导轨表面淬火等措施。（一）机床的几何误差（一）机床的几何误差11/16/2022293导轨与主轴回转轴线位置误差对加工精度的影响导轨与主轴回转轴线位置误差对加工精度的影响

17、（一）机床的几何误差（一）机床的几何误差XZLfdddxa）(1)导轨在水平面内倾斜在车削外圆时使工件产生锥形误差11/16/202230（一）机床的几何误差（一）机床的几何误差HyR0fb）(2)导轨垂直面内倾斜产生鞍形（双曲面）误差11/16/202231定义：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。4传动链误差传动链误差（一）机床的几何误差（一）机床的几何误差影响因素：（1）传动链中传动元件的制造误差；（2）装配误差；（3）使用过程中的磨损；11/16/202232111172156422828282828282080Kdcbafein差 设第设第j

18、个传动元件有转角误差个传动元件有转角误差j，则该转角误差通，则该转角误差通过相应的传动链传递到被切齿轮的转角误差过相应的传动链传递到被切齿轮的转角误差 则被切齿轮转角误差的总和则被切齿轮转角误差的总和为为jnjjnjjnK11 jn=Kj j 式中式中K Kj j为第为第j j个传动件的误差传递系数个传动件的误差传递系数。11/16/202233 消除传动间隙；消除传动间隙；采用误差补偿机构或自动补偿装置。采用误差补偿机构或自动补偿装置。减少传动链误差的措施：减少传动链误差的措施：（一）机床的几何误差（一）机床的几何误差jnjjnjjnK11减少传动元件数目，尽可能缩短传动链；减少传动元件数目，尽可能缩短传动链；尽量采用降速传动；尽量采用降速传动；提高传动元件、特别是末端元件的制造和装配精度；提高传动元件、特别是末端元件的制造和装配精度；11/16/202234