3-2原始误差对加工精度影响

第二节原始误差对加工精度的影响机械加工过程中的原始误差工艺系统原始误差对机械加工精度的影响及其控制工艺系统原始误差对尺寸精度的影响及其控制工艺系统原始误差对形状精度的影响及其控制工艺系统原始误差对位置精度的影响原始误差与工艺系统初始状态有关的原始误差与工艺过程有关的原始误差机床几何误差其他静误差受力受热变形其他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主轴回转误差机床导轨导向误差机床传动链传递误差工艺系统受力变形工艺系统受热变形刀具磨损测量误差工件内应力引起的变形一机械加工过程中的原始误差原始误差：工艺系统的种种误差，是造成零件加工误差的根源，故称之为原始误差。二工艺系统原始误差对机械加工精度的影响及其控制（一）工艺系统原始误差对尺寸精度的影响及其控制影响零件获得尺寸精度的主要因素包括：尺寸测量精度、微量进给精度、微薄切削层的极限厚度、定位和调整精度、以及刀具的制造精度等。1.尺寸测量精度尺寸测量精度即试切法加工时对工件试切尺寸的测量精度。保证尺寸测量精度的主要措施包括：1)合理选择测量工具测量工具的精度应与被测尺寸的精度要求协调，可以参考表3-1选用。保证尺寸测量精度的主要措施1)合理选择测量工具例如测量外圆尺寸，即，公差Ｔ＝0.025mm。查表知对应IT7的系数为0.275，即测量工具的允许误差为0.275T＝0.006875mm＝6.875μm。这时可选用0级千分尺，在50～80mm范围内测量极限误差为6μm。2)选择的测量工具或测量方法应尽可能符合“阿贝原则”3)多次重复测量、减小或消除随机误差750h00.025-502.微量进给精度试切法加工时机床进刀机构的微量进给精度。3.微薄切削层的极限厚度试切法加工时能切下切削层的最小厚度。4.工件的定位和刀具的调整精度采用调整法加工时，一批零件的尺寸精度主要取决于工件的定位和刀具的调整精度。（二）工艺系统原始误差对形状精度的影响及其控制1.影响形状精度的主要因素在机械加工中，获得零件加工表面形状精度的基本方法是成形运动法。当零件形状精度要求超过现有机床设备所能提供的成形运动精度时，可以采用非成形运动法。机床几何精度：各成形运动本身的精度各成形运动之间的相互位置关系的精度各成形运动之间的运动精度2.原理误差由于采用了近似的成形运动或刀刃形状而产生的误差。滚切渐开线齿形就存在两项原理误差:为便于刀具制造，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；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。在加工正弦曲线的内曲面时，用曲柄滑块机构来获得近似的正弦曲线，也存在原理误差。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。原理误差存在的合理性：3.机床几何精度的影响及控制机床导轨导向误差机床主轴回转误差机床传动链的传动误差图3-1导轨的直线度图3-2导轨扭曲引起的加工误差1)机床导轨导向误差(1)直线导轨导向精度•卧式车床或外圆磨床的导轨垂直面内有直线度误差△Z，使刀尖运动轨迹产生直线度误差△Z，由于是误差非敏感方向，零件的加工误差△R≈△／2R可忽略不计。平面磨床、龙门刨床这时是误差敏感方向，所以导轨误差将直接反映到被加工的零件上。(2)误差敏感方向:工件加工表面法线方向，在此方向上原始误差对加工误差影响最大，分析导轨导向误差，主要考虑导轨引起的刀具与工件在误差敏感方向的相对位移。00220cos2'RRROAOAR);2/(90;002minmaxRRR时，当敏感方向时，当'AA原始误差：ΔYΔYoDΔR水平面导轨水平面内直线度图3-3误差的敏感方向(3)直线导轨导向误差对直线运动精度及加工精度的影响（根据误差敏感方向判断）对普通车床，加工外圆时导轨在水平面内的直线度误差Δy将直接转换为工件表面的圆柱度误差，而在垂直面内的直线度误差Δz对加工误差的影响可以忽略不计。对车刀装在垂直方向的立式转塔车床则导轨在垂直面内的直线度误差Δz直接转换为工件表面的圆柱度误差。一般平面磨床对工件加工平面的形状精度起主要影响作用的是砂轮架和工作台导轨在垂直平面内的直线度误差及两导轨之间在垂直方向的平行度误差(1：1地反映为被加工平面的平面度误差)。图3-4导轨扭曲误差BHRRRRRACy/cossinsincos)sin(00一般H/B≈2/3，外圆磨床H≈B•车床前后导轨之间扭曲对加工精度的影响：刀架运动时会产生摆动，刀尖的运动轨迹是一条空间曲线，使工件产生形状误差。(4)提高导轨导向精度的主要措施选用合理的导轨形状和导轨组合形式，并在可能的条件下增加工作台与床身导轨的配合长度。提高机床导轨的制造精度，主要是提高导轨的加工精度和配合接触精度。选用适当的导轨类型必须强调指出，机床安装不正确或者地基不良引起的导轨误差，往往远大于制造误差。特别是对于长度较长的龙门刨床、龙门铣床和导轨磨床更是如此。2)机床主轴回转误差主轴回转误差指主轴实际回转轴线相对于理想回转轴线的偏离程度，也称作主轴“漂移”。机床主轴是决定工件或刀具位置的重要部件，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。(1)机床主轴回转误差的基本概念分解：径向跳动、轴向窜动和角度摆动。实际上三种基本形式同时存在，综合影响着工件的加工精度。(2)影响主轴回转精度的主要因素①轴承误差的影响②与轴承配合零件误差的影响③主轴转速的影响④主轴系统的径向不等刚度和热变形机床主轴回转误差轴承误差的影响（2）轴承误差①采用滑动轴承机床的几何误差•对工件回转类机床（车床，磨床等），切削力方向大体不变，主轴在切削力作用下，主轴颈以不同部位和轴承内孔某一固定部位接触，因此影响主轴回转精度的主要是主轴颈的圆度误差和波度，而轴承孔的形状误差影响较小•对于刀具回转类机床（镗床），由于切削力方向岁主轴的回转而变化，主轴颈在切削力作用下总以某一固定部位与轴承内表面不同部位接触，因此，对主轴回转精度影响较大的是轴承孔的圆度和波度。（2）轴承误差②采用滚动轴承机床的几何误差采用滚动轴承时影响主轴回转精度的因素•采用滚动轴承。外圆滚道相当于轴承孔，内圆滚道相当于主轴颈，对于工件回转类机床，内圆滚道圆度误差对主轴回转精度影响较大，对刀具回转类机床，外圆滚道圆度对主轴精度影响较大，而波度对两类车床都产生高频径向跳动。•滚动轴承滚动体尺寸误差会引起主轴回转的径向跳动，但值较小。•主轴的前ˎ后轴承处分别存在径向跳动，跳动量不足同一方向。或方向相同大小不等，主轴回转轴线会产生角度摆动。频率和径向跳动一致。图3-5主轴回转误差的基本形式a—平均回转轴线；n—主轴转速；p—实际回转轴线；—回转位置；l—轴承距离；Δ轴—轴向窜动；Δ径—径向跳动；Δω—角度摆动图3-6机床主轴回转误差的类型(a)纯径向跳动；(b)纯轴向窜动；(c)纯倾角摆动Ⅰ—理想回转轴线；Ⅱ—实际回转轴线(3)主轴回转误差对加工误差的影响图3-7径向跳动对车削外圆的影响①纯径向跳动主轴的纯径向跳动误差在用车床加工端面时不引起加工误差，在车削外圆时对加工的误差影响关系如图。在用刀具回转类机床加工内圆表面，例如用镗床镗孔时，主轴轴承孔或滚动轴承外圆的圆度误差将直接复映到工件的圆柱面上(图4-8)。图3-8纯径向跳动对镗孔加工精度的影响②轴向窜动对车、镗削加工精度的影响主轴的轴向窜动对内、外圆的加工精度没有影响，但加工端面时，会使加工的端面与内外圆轴线产生垂直度误差。主轴每转一周，要沿轴向窜动一次，使得切出的端面产生平面度误差。当加工螺纹时，会产生螺距误差。主轴轴向窜动对端面加工精度的影响主轴轴向窜动对端面加工精度的影响车削加工时工件每一横截面内的圆度误差很小，但轴平面有圆柱度误差（锥度）。车外圆：得到圆形工件，但产生圆柱度误差（锥体）车端面：产生平面度误差镗孔时，由于主轴的纯角度摆动使得主轴回转轴线与工作台导轨不平行，使镗出的孔呈椭圆形，如下图所示。③角度摆动对车、镗削加工精度的影响主轴纯角度摆动对加工精度的影响，取决于不同的加工内容。主轴纯角度摆动对镗孔精度的影响不同型式的主轴回转误差对加工精度的影响是不同的；而同一类型的回转误差在不同的加工方式中的影响也不相同。如表3-2所示。主轴回转误差的基本形式车床上车削镗床上镗削内、外圆端面螺纹孔端面纯径向跳动影响极小无影响螺距误差圆度和圆柱度误差无影响纯轴向窜动无影响平面度误差垂直度误差螺距误差无影响平面度误差、垂直度误差纯角度摆动圆柱度误差形响极小螺距误差圆柱度误差平面度误差表3-2机床主轴回转误差产生的加工误差主轴回转误差对加工精度的影响图3-11用固定顶尖支撑磨外圆图3-12用镗模镗孔(4)提高主轴回转精度的措施①提高主轴部件的制造精度轴承的回转精度,箱体支承孔、主轴轴颈和与轴承相配合零件有关表面的加工精度。②对滚动轴承进行预紧③使主轴的回转误差不反映到工件上(图3-11，12)•如3-11，在外圆磨床磨削外圆柱面，为避免工件头架主轴回转误差影响，工件采用两个固定顶尖支承，主轴只起传动作用，工件回转精度完全取决于顶尖和中心孔的形状误差和同轴度误差。又如3-12，在镗床上加工箱体类零件孔时，可采用带前ˎ后导向套的镗模，刀杆与主轴浮动连接，所以刀杆的回转精度和机床主轴的回转精度也无关，仅有刀杆和导套的配合质量决定。3)机床传动链的传动误差21211111)1(2222211111196196146462323232396146462323232316649614646232323231664)(jnjjnjjnjjnnnnnnnnnnnnnnjKKKKKiiZKiiZii概率法估算：转角误差：各传动件所引起末端件分度蜗轮：分度蜗杆：齿轮：对齿轮：对刀具关系：工件分差分差分差刀工机床传动链的传动误差图3-14丝杠加工误差校正曲线装置的原理图1－工件；2－螺母；3－母丝杠；4－杠杆；5－校正尺；6－触头；7－校正曲线减少传动链传动误差的措施①缩短传动链②降低传动比③减小传动链中各传动件的加工、装配误差即减小Δj，可以直接提高传动精度。特别是末端件的误差影响最大，故末端件(如滚齿机的分度蜗轮、螺纹加工机床的最后一个齿轮及传动丝杠)应做得更精确些。④采用校正装置需要特别说明的是：•机床导轨导向误差、机床主轴回转误差和机床传动链的传动误差不仅影响工件的形状精度，也影响工件的尺寸精度和位置精度。（三）工艺系统原始误差对位置精度的影响影响位置精度的主要因素：机床的几何精度工件的找正精度夹具的制造和安装精度刀具的制造和安装精度工件加工表面之间位置的检测精度等。•机床的几何精度：•采用一次装夹法，影响加工表面位置精度主要因素是机床几何精度，如主轴回转轴线与三爪卡盘定心轴线同轴度ˎ龙门铣床工作台面与各铣头主轴回转轴线垂直度和平行度等。•当车床主轴回转轴线和三爪卡盘定心轴线存在同轴度误差，加工出的圆柱面也会有同轴度误差。•当工件表面通过多次装夹法获得，各次装夹的定位面ˎ定位元件位置精度直接影响价格后各有关表面位置精度。•工件的找正精度及多次装夹获得法定安装精度•零件各表面之间位置精度通过找正装夹法时，即在加工前直接根据刀具刃口的切削成形表面来找正并确定工件的准确位置时，零件各有关表面之间位置精度主要取决于工件安装时的找