4.2 影响加工精度的因素Factors Affecting Machining Accuracy  内容提要： ◆机床误差 ◆工艺系统受力变形引起加工误差 ◆工艺系统热变形引起的加工误差 ◆工件内应力引起的变形   基本概念 工艺系统：机床—夹具—刀具—工件构成的一个完整的系统。    举例：车削加工  工件－夹具－车床主轴（旋转运动）                    刀具－刀架（横向纵向滑动） 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。又称为机械加工误差。 误差分类（按机械加工过程分类）：       加工前的误差       加工中的误差       加工后的误差 机械加工误差列表 原理误差Principle error  概念：加工过程中，由于采用了近似的加工运动或近似的刀具形状而产生的加工误差。 采用近似加工运动的目的：使机床结构不致太复杂，比较经济。 采用近似的刀具形状：便于刀具制造或精度保证。 实例分析1：在车床上车削蜗杆 实例分析2：在铣床上用模数铣刀加工渐开线齿轮 实例分析3：复杂轮廓曲面的加工，数控插补误差 机床几何误差the geometry error of machine tool    包含三个方面：机床制造误差；机床安装误差；机床磨损误差。    机床几何误差中对加工精度影响较大的误差有：     1、主轴回转误差（主轴轴线对导轮平行度；回转精度）     2、导轨误差（平行度；直线度）     3、传动链误差（主轴到丝杠间传动精度） 导轨误差Guideway Error 导轨：确定主要部件相对位置的基准，也是尾架、溜板箱等部件移动的基准。 导轨误差：           形状误差             位置误差：c、两导轨间的平行度误差（扭曲）                                         影响分析： a－使刀尖水平面内产生Δy位移，影响工件表面圆柱度                       b－使刀尖水平面内产生Δz位移，影响？                       c－影响工件圆柱度 导轨在水平面内的直线度误差linearity error of guideway in horizontal surface  如图示：Δ1 影响：直接反映在被加    工表面的法方向y上（加    工误差的敏感方向），    此误差对加工精度影响    最大。  由图：4－1  ΔR1＝Δ1     导轨在垂直面内的直线度误差linearity error of guide  way in normal surface  如图示：Δ2 影响：可引起被加工   工件的形状误差和尺寸误差。   但△2对加工精度的影响要比   △1小得多。  △R2＝ △22/(2R)  推导： △obc可视为等腰△ ∠abd =90o-(180o-φ)/2  = φ /2, 因φ很小，故△R2 ≈ Δ2 ?φ /2＝ Δ22 /(2R)  误差敏感方向：加工表面法向，原始误差引起的加工误差最大。 两导轨间的平行度误差（扭曲）the parallelism error between two rail (distortion) 影响：刀架运动时产生摆动， 刀尖运动是一条空间曲线， 使工件产生形状误差。  计算：  Δy  : H＝ Δ3: B   H—车床中心高   B—导轨宽度  Note:  通常车床的H/B≈2/3，  可见车床前后导轨的平行度  误差对加工精度的影响很大。  其他导轨误差 除了导轨本身的制造误差外，导轨的不均匀磨损和安装质量，也使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。  提高导轨直线运动精度的措施 成形运动之间的相互关系精度 主轴回转误差 the rotary error of spindle  机床主轴：是装夹工件或刀具的基准，并将运动和动力传给工件或刀具。 机床主轴结构：一般为多阶梯轴结构，其支承也常为多支承系统。     如图：为某机床主轴的三支承系统，受力为P1,P2,力矩m1,设计结构（分七段）。过去多采用经验和直观方法设计，主要考虑“安全寿命可行性”，而现在多采用有限元和优化设计理论进行设计。   机床主轴的支承The supporting of the machine tool spindle 结构分类：   ①滑动轴承—适合转速高、冲击大和有振动的场合；结构多为剖分式。      ②滚动轴承—摩擦损耗小，维护简单。 主轴回转误差the rotary error of spindle  主轴回转误差: 指主轴各瞬间的实际回转轴线相对其平均回转轴线的变动量。它可分解为径向圆跳动、轴向窜动和角度摆动三种基本形式。 影响：被加工工件的精度（形状、位置精度）和表面粗糙度。 产生主轴径向回转误差的主要原因：   ①主轴几段轴颈的同轴度误差   ②轴承本身的各种误差（内、外环和滚动体误差）   ③轴承之间的同轴度误差   ④主轴挠度   Note: 它们对主轴径向回转精度的影响大小随加工方式的不同而不同。下面将举例说明。 滑动轴承结构the structure of sliding bearing  分两类讨论：  （1）工件旋转类机床（车、磨）：切削力方向基本不变，主轴受力方向基本稳定，主轴轴颈不同部位被压向轴承的表面的某个部位。    主轴轴颈误差—直接传给工件，造成工件圆度误差    轴承孔误差—对加工精度影响很小。  （2）刀具回转类机床（钻、铣、镗）：主轴所受切削力方向随刀具旋转而变化。    轴承孔圆度误差—传给工件    轴颈误差—影响不大 注意：在设计制造中，应根据具体要求，分别对主轴颈和轴承孔提出相应圆度公差以及二者间配合间隙情况。  滚动轴承结构the structure of rolling bearing     分析：切削过程中，主轴与内环一起转动，主轴回转精度与以下因素相关：        （1）内、外环滚道的圆度误差        （2）内外环壁厚差（因壁薄易变形）        （3）滚动体的尺寸差及圆度差     采用滑动轴承时的径向圆跳动分析Radial round pulsate analysis using sliding bearing    举例1：在采用滑动轴承结构为主轴的车床上车削外圆时，切削力F的作用方向可认为大体上时不变的。     车、磨、—工件转    在切削力F的作用下，主轴颈    以不同的部位和轴承内径的某    一固定部位相接触，此时主轴     颈的圆度误差对主轴径向回转    精度影响较大，而轴承内径的    圆度误差对主轴径向回转精度    的影响则不大。   采用滑动轴承时的径向圆跳动分析Radial round pulsate analysis using sliding bearing  举例2：在镗床上镗孔时，由于切削力F的作用方向随着主 轴的回转而回转。  钻、铣、镗—刀具转 在切削力F的作用下，主轴总是 以其轴颈某一固定部位与轴承内 表面的不同部位接触，因此，轴 承内表面的圆度误差对主轴径向 回转精度影响较大，而主轴颈圆 度误差的影响则不大。图中的δd 表示径向跳动量。  主轴轴向窜动对加工精度的影响 ◆产生主
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