機(jī)械精度加工知識(shí)全解（一）
一、加工精度的概述
1、加工精度與加工誤差
加工精度是指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)(尺寸、形狀和位置)與理想幾何參數(shù)的符合程度。實(shí)際加工不可能做得與理想零件完全一致，總會(huì)有大小不同的偏差，零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)對(duì)理想幾何參數(shù)的偏離程度，稱為加工誤差。
2、加工經(jīng)濟(jì)精度
由于在加工過程中有很多因素影響加工精度，所以同一種加工方法在不同的工作條件下所能達(dá)到的精度是不同的。任何一種加工方法，只要精心操作，細(xì)心調(diào)整，并選用合適的切削參數(shù)進(jìn)行加工，都能使加工精度得到較大的提高，但這樣會(huì)降低生產(chǎn)率，增加加工成本。加工誤差δ與加工成本C成反比關(guān)系。某種加工方法的加工經(jīng)濟(jì)精度不應(yīng)理解為某一個(gè)確定值，而應(yīng)理解為一個(gè)范圍，在這個(gè)范圍內(nèi)都可以說是經(jīng)濟(jì)的。
3、原始誤差
由機(jī)床、夾具、刀具和工件組成的機(jī)械加工工藝系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱工藝系統(tǒng))會(huì)有各種各樣的誤差產(chǎn)生，這些誤差在各種不同的具體工作條件下都會(huì)以各種不同的方式(或擴(kuò)大、或縮小)反映為工件的加工誤差。
工藝系統(tǒng)的原始誤差主要有工藝系統(tǒng)的幾何誤差、定位誤差、工藝系統(tǒng)的受力變形引起的加工誤差、工藝系統(tǒng)的受熱變形引起的加工誤差、工件內(nèi)應(yīng)力重新分布引起的變形以及原理誤差、調(diào)整誤差、測(cè)量誤差等。
二、工藝系統(tǒng)集合誤差
1、機(jī)床的幾何誤差
加工中刀具相對(duì)于工件的成形運(yùn)動(dòng)一般都是通過機(jī)床完成的，因此，工件的加工精度在很大程度上取決于機(jī)床的精度。機(jī)床制造誤差對(duì)工件加工精度影響較大的有：主軸回轉(zhuǎn)誤差、導(dǎo)軌誤差和傳動(dòng)鏈誤差。機(jī)床的磨損將使機(jī)床工作精度下降。
（1）主軸回轉(zhuǎn)誤差
機(jī)床主軸是裝夾工件或刀具的基準(zhǔn)，并將運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳給工件或刀具，主軸回轉(zhuǎn)誤差將直接影響被加工工件的精度。
主軸回轉(zhuǎn)誤差是指主軸各瞬間的實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線相對(duì)其平均回轉(zhuǎn)軸線的變動(dòng)量。它可分解為徑向圓跳動(dòng)、軸向竄動(dòng)和角度擺動(dòng)三種基本形式。
產(chǎn)生主軸徑向回轉(zhuǎn)誤差的主要原因有：主軸幾段軸頸的同軸度誤差、軸承本身的各種誤差、軸承之間的同軸度誤差、主軸繞度等。但它們對(duì)主軸徑向回轉(zhuǎn)精度的影響大小隨加工方式的不同而不同。
譬如，在采用滑動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)為主軸的車床上車削外圓時(shí)，切削力F的作用方向可認(rèn)為大體上時(shí)不變的，在切削力F的作用下，主軸頸以不同的部位和軸承內(nèi)徑的某一固定部位相接觸，此時(shí)主軸頸的圓度誤差對(duì)主軸徑向回轉(zhuǎn)精度影響較大，而軸承內(nèi)徑的圓度誤差對(duì)主軸徑向回轉(zhuǎn)精度的影響則不大；在鏜床上鏜孔時(shí)，由于切削力F的作用方向隨著主軸的回轉(zhuǎn)而回轉(zhuǎn)，在切削力F的作用下，主軸總是以其軸頸某一固定部位與軸承內(nèi)表面的不同部位接觸，因此，軸承內(nèi)表面的圓度誤差對(duì)主軸徑向回轉(zhuǎn)精度影響較大，而主軸頸圓度誤差的影響則不大。
（2）采用滑動(dòng)軸承時(shí)主軸的徑向圓跳動(dòng)
產(chǎn)生軸向竄動(dòng)的主要原因是主軸軸肩端面和軸承承載端面對(duì)主軸回轉(zhuǎn)軸線有垂直度誤差。
不同的加工方法，主軸回轉(zhuǎn)誤差所引起的的加工誤差也不同。在車床上加工外圓和內(nèi)孔時(shí)，主軸徑向回轉(zhuǎn)誤差可以引起工件的圓度和圓柱度誤差，但對(duì)加工工件端面則無直接影響。主軸軸向回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工外圓和內(nèi)孔的影響不大，但對(duì)所加工端面的垂直度及平面度則有較大的影響。在車螺紋時(shí)，主軸向回轉(zhuǎn)誤差可使被加工螺紋的導(dǎo)程產(chǎn)生周期性誤差。
適當(dāng)提高主軸及箱體的制造精度，選用高精度的軸承，提高主軸部件的裝配精度，對(duì)高速主軸部件進(jìn)行平衡，對(duì)滾動(dòng)軸承進(jìn)行預(yù)緊等，均可提高機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)精度。
（3）導(dǎo)軌誤差
導(dǎo)軌是機(jī)床上確定各機(jī)床部件相對(duì)位置關(guān)系的基準(zhǔn)，也是機(jī)床運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)。車床導(dǎo)軌的精度要求主要有以下三個(gè)方面：在水平面內(nèi)的直線度；在垂直面內(nèi)的直線度；前后導(dǎo)軌的平行度(扭曲)。
臥式車床導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差△1將直接反映在被加工工件表面的法線方向（加工誤差的敏感方向）上，對(duì)加工精度的影響最大。臥式車床導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差△2可引起被加工工件的形狀誤差和尺寸誤差。但△2對(duì)加工精度的影響要比△1小得多。若因△2而使刀尖由a下降至b，不難推得工件半徑R的變化量。
當(dāng)前后導(dǎo)軌存在平行度誤差(扭曲)時(shí)，刀架運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生擺動(dòng)，刀尖的運(yùn)動(dòng)軌跡是一條空間曲線，使工件產(chǎn)生形狀誤差。當(dāng)前后導(dǎo)軌有了扭曲誤差△3之后，由幾何關(guān)系可求得△y≈(H/B)△3。一般車床的H/B≈2/3，車床前后導(dǎo)軌的平行度誤差對(duì)加工精度的影響很大。
（4）臥式車床導(dǎo)軌直線度誤差
除了導(dǎo)軌本身的制造誤差外，導(dǎo)軌的不均勻磨損和安裝質(zhì)量，也使造成導(dǎo)軌誤差的重要因素。導(dǎo)軌磨損是機(jī)床精度下降的主要原因之一。
（5）傳動(dòng)鏈誤差
傳動(dòng)鏈誤差是指?jìng)鲃?dòng)鏈?zhǔn)寄﹥啥藗鲃?dòng)元件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的誤差。一般用傳動(dòng)鏈末端元件的轉(zhuǎn)角誤差來衡量。
2、刀具的幾何誤差
刀具誤差對(duì)加工精度的影響隨刀具種類的不同而不同。采用定尺寸刀具成形刀具展成刀具加工時(shí)，刀具的制造誤差會(huì)直接影響工件的加工精度；而對(duì)一般刀具(如車刀等)，其制造誤差對(duì)工件加工精度無直接影響。
任何刀具在切削過程中，都不可避免地要產(chǎn)生磨損，并由此引起工件尺寸和形狀地改變。正確地選用刀具材料和選用新型耐磨地刀具材料，合理地選用刀具幾何參數(shù)和切削用量，正確地刃磨刀具，正確地采用冷卻液等，均可有效地減少刀具地尺寸磨損。必要時(shí)還可采用補(bǔ)償裝置對(duì)刀具尺寸磨損進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。
3、夾具的幾何誤差
夾具的作用時(shí)使工件相當(dāng)于刀具和機(jī)床具有正確的位置，因此夾具的制造誤差對(duì)工件的加工精度(特別使位置精度)有很大影響。如右圖鉆床夾具中，鉆套軸心線f至夾具定位平面c間的距離誤差，影響工件孔a至底面B尺寸L的精度；鉆套軸心線f至夾具定位平面c間的平行度誤差，影響工件孔軸心線a至底面B的平行度；夾具定位平面c與夾具體底面d底的垂直度誤差，影響工件孔軸心線a與底面B間的尺寸精度和平行度；鉆套孔的直徑誤差亦將影響工件孔a至底面B的尺寸精度和平行度。
三、定位誤差
定位誤差是指一批工件采用調(diào)整法加工時(shí)因定位不正確而引起的尺寸或位置的最大變動(dòng)量。定位誤差由基準(zhǔn)不重合誤差和定位副制造不準(zhǔn)確誤差造成。
1、基準(zhǔn)不重合誤差
在零件圖上用來確定某一表面尺寸、位置所依據(jù)的基準(zhǔn)稱為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。在工序圖上用來確定本工序被加工表面加工后的尺寸、位置所依據(jù)的基準(zhǔn)稱為工序基準(zhǔn)。一般情況下，工序基準(zhǔn)應(yīng)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合。在機(jī)床上對(duì)工件進(jìn)行加工時(shí)，須選擇工件上若干幾何要素作為加工時(shí)的定位基準(zhǔn)(或測(cè)量基準(zhǔn))，如果所選用的定位基準(zhǔn)(或測(cè)量基準(zhǔn))與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合，就會(huì)產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合誤差。基準(zhǔn)不重合誤差等于定位基準(zhǔn)相對(duì)于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)在工序尺寸方向上的最大變動(dòng)量。
定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合時(shí)所產(chǎn)生的基準(zhǔn)不重合誤差，只有在采用調(diào)整法加工時(shí)才會(huì)產(chǎn)生，在試切法加工中不會(huì)產(chǎn)生。
2、定位副制造不準(zhǔn)確誤差
工件在夾具中的正確位置是由夾具上的定位元件來確定的。夾具上的定位元件不可能按基本尺寸制造得絕對(duì)準(zhǔn)確，它們得實(shí)際尺寸(或位置)都允許在分別規(guī)定得公差范圍內(nèi)變動(dòng)。同時(shí)，工件上的定位基準(zhǔn)面也會(huì)有制造誤差。工件定位面與夾具定位元件共同構(gòu)成定位副，由于定位副制造得不準(zhǔn)確和定位副間的配合間隙引起的工件最大位置變動(dòng)量，稱為定位副制造不準(zhǔn)確誤差。
基準(zhǔn)不重合誤差的方向和定位副制造不準(zhǔn)確誤差的方向可能不相同，定位誤差取為基準(zhǔn)不重合誤差和定位副制造不準(zhǔn)確誤差的矢量和。
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