第6章 机械加工精度影响因素及控制尺寸精度形状精度位置精度波纹度几何精度表面层物理机械性能表层材料的冷作硬化表层材料的金相组织变化表层材料的残余应力制制 造造 质质 量量微观几何形状精度宏观几何形状精度圆度、圆柱度、直 线度、平面度等（表面粗糙度）6.1 机械加工精度的概念及其获得方法6.1.1 机械加工精度的概念机械加工精度是指零件经机械加工后的实际 几何参数（尺寸，形状、表面相互位置）与零件 的理想几何参数相符合的程度符合的程度愈高 ，加工精度也愈高实际加工的零件不可能做得 与理想零件完全一致，经加工后零件的实际几何 参数与零件的理想几何参数的偏离的程度，称为 加工误差6.1.2 机械加工精度获得方法（1）尺寸精度获得方法1〕试切法 试切法切削轴 Movie\Ch4（加工精度）\试切法.swf2）定尺寸刀具法定尺寸刀具加工3）调整法调整法是按零件规定的尺寸预先调整好刀具与工件的相对机床的位置，并在一批零件的加工过程中保持这个位置不变，以保证工件被加工尺寸然后进行加工Movie\Ch4（加工精度）\调整法.swf)4）自动控制法自动控制法是用尺寸测量装置、进给装置和控制系统组成一个自动加工控制系统，使加工过程中的测量、补偿调整和切削加工自动完成以保证加工尺寸精度的方法。
5）主动控制法（Movie\Ch4（加工精度）\主动测量法.swf ）6.1.3 形状和相互位置精度获得几何形状精度的方法： （1）轨迹法：通过刀尖运动的轨迹来获得 形状精度的方法车锥孔 Movie\Ch2（机床夹具）\轨迹法.swf（2）仿形法： 刀具依照仿形装置进给获得 工件形状精度的方法仿形车削成形车削 Movie\Ch2（机床夹具）\成形法.swf3）成形法：利用成形刀具对工件加工获得形状精 度的方法n4）相切法：利用回转形状的刀具对工件加工 获得形状精度的方法n（Movie\Ch2（机床夹具）\相切法.swf）（5）展成法：利用工件和刀具的展成切削运 动进行加工的方法（Movie\Ch2（机床夹具）\展成法.swf）获得相互位置精度的方法：直接找正定位法：用划针或百分表直接在机床上找正工件位置划线找正定位法：先按零件图在毛坯上划好线， 再以所的划线为基准找正它在机床的位置夹具定位法：在机床上安装好夹具，工件放在夹 具中定位机床控制法：利用机床的相对位置精度保证位置 精度6.1.4 三种精度之间的关系一般情况下，形状精度最高，位置精 度次之，尺寸精度最低机械加工时，由机床、夹具、刀具 和工件构成的统一体称为工艺系统 系统。
由于工艺系统本身的结构和状态 以及加工过程中的物理力学现象 而产生的各种误差称为原始误差 工艺系统：工艺系统：原始误差：原始误差：6.2 影响机械加工精度的因素u原始误差与加工精度的关系工艺系统原始误差方向不同，对加工精工艺系统原始误差方向不同，对加工精 度的影响程度也不同度的影响程度也不同ØØ 见图示见图示：：ΔRΔYRRΔR =ΔX显然：误差敏感方向ＯYR0Xa）ＯYR0Xb）误差敏感方向——影响加工精度最大的那个方向 （即通过刀刃的加工表面的法向）Ø 当原始误差方向恰为加工表面法线方向时，引起的加工误差为最大；Ø 当原始误差的方向恰为加工表面的切线方向时，引起的加工误差为最小；当原始误差的方向与误差敏感方向一致时， 对加工精度的影响最大 u原始误差与加工精度的关系原 始 误 差工艺系统的制造误差（几何误差）刀具制造误差夹具制造误差机床制造误差工艺系统受力变形（包括夹紧变形） 工艺系统受热变形 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 传动误差原始误差的来源原始误差的来源与工艺过程有关的 原始误差(动误差)加工原理误差其他原始误差定位误差 调整误差 测量误差 刀具磨损6.2.1 加工原理误差在加工中由于采用近似的加工运动方式或近似的刀具切刃形状而产生的误差。
如 在普通车床上车削蜗杆；在卧式铣床上用 模数铣刀铣齿轮用模数铣刀铣齿轮时的齿形误差（1）机床的几何误差机床几何误差的来源机床制造机床制造 磨损磨损 安装安装机床制造误差主轴回转误差导轨误差传动链误差6.2.2 6.2.2 工艺系统的几何误差工艺系统的几何误差 1). 主轴回转误差主轴的实际回转轴线对其理想回转轴线的变动量 2）将动力或运动传递给工件或刀具主轴各瞬时实际回转轴线的平均位置 主轴回转误差的分解：主轴回转误差的分解： 径向跳动、轴向跳动和角度摆动三种基本型式 主轴的功用：主轴的功用： 1） 装夹工件、刀具或夹具的基准；定义定义：：理想回转轴线：理想回转轴线：①①轴向跳动轴向跳动Ø 主轴轴肩端面的平面度及其与回转轴线有垂 直度误差； Ø 轴承承载端面与回转轴线有垂直度误差车端面→可以引起所加工端面的垂直度、平 面度误差和轴向尺寸精度误差； 加工螺纹→产生螺距误差l l 轴向跳动对加工精度的影响：轴向跳动对加工精度的影响： l l 轴向跳动的产生原因轴向跳动的产生原因主轴实际回转轴线沿平均回转轴线的方向作纯轴向蹿动主轴轴向窜动对端面加工精度的影响l 径向跳动产生的原因加 工 方 式 不 同主轴各段轴颈的同轴度误差；ü 轴承误差（圆度）；轴承之间的同轴度误差、ü 主轴轴颈误差（圆度）；主轴挠度影 响 也 不 同主轴实际回转轴线相对于平均回转轴线在径向的变动量②②径向跳动径向跳动uu滑动轴承滑动轴承工件回转型(车削）：切削力作用方向是不变的Ø 主轴轴颈的圆度误差将在回转过程中引起轴 线位置产生瞬时变化，对主轴径向回转精度 影响较大；Ø 轴承内孔径的圆度误差对主轴径向回转精度影 响较小。
Ø 轴承的内孔圆度误差将使主轴在回转的过程中产生径向跳动，引起镗孔的圆度误差；Ø 主轴轴颈的圆度误差对主轴径向回转精度影响较小刀具回转型 ：切削力作用方向是变化的ØØ 车削加工：车削加工：工件回转，刀具移动12345678A假设主轴轴线沿X轴作简谐运动：x=AcosφX2+Y2=R2+A2Sin2φ车削出的工件表面接近于一个真圆 车削加工时，径向跳动对工件的圆度影响很小；但与定位基准有同轴度误差,并产生圆柱度误差l径向跳动对加工精度的影响： 考虑最简单的情况，主轴回转中心在X方向上作简谐 直线运动，其频率与主轴转速相同，幅值为AØØ 镗削加工镗削加工：：镗刀回转，工件不转镗刀回转，工件不转X= Acosφ X= Acosφ （（φ φ＝＝ωtωt））当镗刀转过一个φ角时（位置1’），刀尖轨迹的水平分量和垂直分量分别计算得：X=(A+R)cosφY=Rsinφ将上两式平方相加得:X2/(A+R)2+Y2/R2=1→镗出的孔为椭圆形AARφOm 11，AcosφO234OY= RsinφX=(A+R）cosφ镗孔时纯径向跳动对加工精度的影响X= Acosφ X= Acosφ （（φ φ＝＝ωtωt））主轴径向回转误差可以引起工件的圆度误差和圆柱度误差；l径向跳动对加工精度的影响： l l 产生角度摆动的原因产生角度摆动的原因③③角度摆动角度摆动主轴实际回转轴线相对于平均回转轴线成倾斜一个角 度作摆动角度摆动可视为径向圆跳动与轴向窜动轴向窜动的综合。
凡引起径向圆跳动与轴向窜动轴向窜动的因素均会影 响主轴的角度摆动 l 角度摆动对加工精度的影响： 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④④提高主轴回转精度的措施提高主轴回转精度的措施（5） 对滚动轴承进行预紧，以消除间隙1） 提高主轴及箱体的制造精度；（2） 选用高精度轴承；（3） 提高主轴部件装配精度；（4） 对高速主轴部件要进行动平衡;2）机床导轨误差导轨在水平面内的直线度导轨在垂直面内的直线度前后导轨的平行度（扭曲）Ø 机床导轨精度要求：l确定各主要部件位置关系的基准; l是实现直线运动的主要部件ØØ 导轨导轨的功用：的功用：ØØ 导轨的导轨的制造和装配精度制造和装配精度：： 影响直线运动的主要因素→ 直接影响工件的加工精度 ①①导轨在水平面内的直线度误差导轨在水平面内的直线度误差Ø 导轨误差对加工精度的影响当导轨在水平面内的直线度误差为△y时,引起工件 在半径方向的误差为：△R=△y l车、磨削外圆时，为误差敏感方向，对加工 精度影响最大；导轨向外凸 →导轨向内凹 →工件产生腰鼓形误差；工件产生鞍形误差；l铣削、刨削平面时，为误差非敏感方向，对 加工精度影响最小。
以卧式车床为例）图示幻灯片 36ΔYΔYoDΔR= ΔY水平面导轨水平面内直线度导轨在水平面内直线度误差②导轨在垂直面内的直线度误差床身导轨在垂直面内有直线度误差，会引起刀 尖产生切向位移△Z，造成工件在半径方向产生的 误差为：△R≈△Z2/ D设：△Z=△Y=0. 1mm ，D=40mm ，则由于水平面内原始误差而产生的加工误差：△R= △Y =0.1mm,由于垂直面内原始误差产生的加工误差：△ R ≈△Z2/D =0.00025mm图示垂直平面导轨垂直面直线度ΔZdΔR ≈△Z2/ DΔZ导轨在垂直面内直线度误差Rd/2对平面磨床，龙门刨床 及铣床等，误差敏感方向为 加工表面的法线方向， 导轨在垂直面内的直线度误 差会引起工件相对于砂轮（ 刀具）产生法向位移，其误 差将直接反映到被加工工件 上，造成形状误差结论：结论：龙门刨床导轨垂直面内直线度误差1－刨刀 2－工件 3－工作台 4－床身导轨原始误差引起工件相对于刀具产生相对位移，若产生 在加工表面法向方向（误差敏感方向），对加工精度 有直接影响；产生在加工表面切向方向（误差非敏感 方向） ，可忽略不计③前后导轨平行度误差的影响床身前后导轨有平行度误差（扭曲）时，会使车床溜板在沿床身移动时发生偏斜，从而使刀尖相对工件产生偏移，使工件产生形状误差（鼓形、鞍形、锥度）。
从几何关系中可得出：△y ≈(H/B) △一般车床H≈2B/3，外圆磨床H≈B，因此该项原始误差△对加工精度的影响很大车床前后导轨扭曲的最终结果反映在工件上，将产生加工误差△yØ 机床制造精度； Ø 导轨磨损：使用过程中的磨损及磨损不均匀 （2班制工作9个月0.03mm）； Ø 机床安装质量（重型机床因自重导轨下沉2~3mm）ØØ 导轨误差产生原因导轨误差产生原因Ø 提高导轨精度的措施①提高机床导轨、溜板的制造精度及安装精度②采用耐磨合金铸铁导轨、镶钢导轨、贴塑导轨、滚动导轨等③采用静压导轨，利用压力油或压力空气的均化作用，可有效提高工作台的直线运动精度和精度保持性在车螺纹、插齿、滚齿等加工时，刀具与工件之间有严格的传动比要求要满足这一要求，机床内联系传动链的误差必须控制在允许的范围内3 3）机床传动链误差）机床传动链误差定义：定义：传动链误差是指传动链始末两端传动元件 间相对运动的误差传动链末端元件产生的转角误差表示：表示：影响：影响：滚、插、磨（展成法磨齿）齿轮等加工→齿距精度车、磨、铣螺纹→螺距精度举例：以滚齿机为例加以说明 若滚刀上的齿轮Z1有转角误差 ， 造成工作台的转角误差 为：若传动链中第i个元件有转角误差该元件造成工作台的转角误差 为：图示kj—该元件至工作台之间的传动比→误差 传递系数kj＞1（升速传动），误差被放大kj＜1（降速传动），误差被缩小总误差：总误差：① 减少传动环节，缩短传动链，以减少误差来 源。
② 提高传动元件，特别是提高末末端传动元件端传动元件（ 如车床丝杠螺母副、滚齿机分度蜗轮）的制造 精度和装配精度③ 传动链中按降速比递增的原则分配各传动副 的传动比传动链末端传动副的降速传动比越 大，则传动链中其余各传动元件误差对传动精 度的影响就越小。