機械精度加工知識全解（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際幾何參數(尺寸、形狀和位置)與理想幾何參數的符合程度。實際加工不可能做得與理想零件完全一致，總會有大小不同的偏差，零件加工后的實際幾何參數對理想幾何參數的偏離程度，稱為加工誤差。
2、加工經濟精度
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到的精度是不同的。任何一種加工方法，只要精心操作，細心調整，并選用合適的切削參數進行加工，都能使加工精度得到較大的提高，但這樣會降低生產率，增加加工成本。加工誤差δ與加工成本C成反比關系。某種加工方法的加工經濟精度不應理解為某一個確定值，而應理解為一個范圍，在這個范圍內都可以說是經濟的。
3、原始誤差
由機床、夾具、刀具和工件組成的機械加工工藝系統(簡稱工藝系統)會有各種各樣的誤差產生，這些誤差在各種不同的具體工作條件下都會以各種不同的方式(或擴大、或縮小)反映為工件的加工誤差。
工藝系統的原始誤差主要有工藝系統的幾何誤差、定位誤差、工藝系統的受力變形引起的加工誤差、工藝系統的受熱變形引起的加工誤差、工件內應力重新分布引起的變形以及原理誤差、調整誤差、測量誤差等。
二、工藝系統集合誤差
1、機床的幾何誤差
加工中刀具相對于工件的成形運動一般都是通過機床完成的，因此，工件的加工精度在很大程度上取決于機床的精度。機床制造誤差對工件加工精度影響較大的有：主軸回轉誤差、導軌誤差和傳動鏈誤差。機床的磨損將使機床工作精度下降。
（1）主軸回轉誤差
機床主軸是裝夾工件或刀具的基準，并將運動和動力傳給工件或刀具，主軸回轉誤差將直接影響被加工工件的精度。
主軸回轉誤差是指主軸各瞬間的實際回轉軸線相對其平均回轉軸線的變動量。它可分解為徑向圓跳動、軸向竄動和角度擺動三種基本形式。
產生主軸徑向回轉誤差的主要原因有：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。但它們對主軸徑向回轉精度的影響大小隨加工方式的不同而不同。
譬如，在采用滑動軸承結構為主軸的車床上車削外圓時，切削力F的作用方向可認為大體上時不變的，在切削力F的作用下，主軸頸以不同的部位和軸承內徑的某一固定部位相接觸，此時主軸頸的圓度誤差對主軸徑向回轉精度影響較大，而軸承內徑的圓度誤差對主軸徑向回轉精度的影響則不大；在鏜床上鏜孔時，由于切削力F的作用方向隨著主軸的回轉而回轉，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表面的不同部位接觸，因此，軸承內表面的圓度誤差對主軸徑向回轉精度影響較大，而主軸頸圓度誤差的影響則不大。
（2）采用滑動軸承時主軸的徑向圓跳動
產生軸向竄動的主要原因是主軸軸肩端面和軸承承載端面對主軸回轉軸線有垂直度誤差。
不同的加工方法，主軸回轉誤差所引起的的加工誤差也不同。在車床上加工外圓和內孔時，主軸徑向回轉誤差可以引起工件的圓度和圓柱度誤差，但對加工工件端面則無直接影響。主軸軸向回轉誤差對加工外圓和內孔的影響不大，但對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，主軸向回轉誤差可使被加工螺紋的導程產生周期性誤差。
適當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，對高速主軸部件進行平衡，對滾動軸承進行預緊等，均可提高機床主軸的回轉精度。
（3）導軌誤差
導軌是機床上確定各機床部件相對位置關系的基準，也是機床運動的基準。車床導軌的精度要求主要有以下三個方面：在水平面內的直線度；在垂直面內的直線度；前后導軌的平行度(扭曲)。
臥式車床導軌在水平面內的直線度誤差△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，對加工精度的影響最大。臥式車床導軌在垂直面內的直線度誤差△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。
當前后導軌存在平行度誤差(扭曲)時，刀架運動時會產生擺動，刀尖的運動軌跡是一條空間曲線，使工件產生形狀誤差。當前后導軌有了扭曲誤差△3之后，由幾何關系可求得△y≈(H/B)△3。一般車床的H/B≈2/3，車床前后導軌的平行度誤差對加工精度的影響很大。
（4）臥式車床導軌直線度誤差
除了導軌本身的制造誤差外，導軌的不均勻磨損和安裝質量，也使造成導軌誤差的重要因素。導軌磨損是機床精度下降的主要原因之一。
（5）傳動鏈誤差
傳動鏈誤差是指傳動鏈始末兩端傳動元件間相對運動的誤差。一般用傳動鏈末端元件的轉角誤差來衡量。
2、刀具的幾何誤差
刀具誤差對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，刀具的制造誤差會直接影響工件的加工精度；而對一般刀具(如車刀等)，其制造誤差對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。必要時還可采用補償裝置對刀具尺寸磨損進行自動補償。
3、夾具的幾何誤差
夾具的作用時使工件相當于刀具和機床具有正確的位置，因此夾具的制造誤差對工件的加工精度(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整法加工時因定位不正確而引起的尺寸或位置的最大變動量。定位誤差由基準不重合誤差和定位副制造不準確誤差造成。
1、基準不重合誤差
在零件圖上用來確定某一表面尺寸、位置所依據的基準稱為設計基準。在工序圖上用來確定本工序被加工表面加工后的尺寸、位置所依據的基準稱為工序基準。一般情況下，工序基準應與設計基準重合。在機床上對工件進行加工時，須選擇工件上若干幾何要素作為加工時的定位基準(或測量基準)，如果所選用的定位基準(或測量基準)與設計基準不重合，就會產生基準不重合誤差。基準不重合誤差等于定位基準相對于設計基準在工序尺寸方向上的最大變動量。
定位基準與設計基準不重合時所產生的基準不重合誤差，只有在采用調整法加工時才會產生，在試切法加工中不會產生。
2、定位副制造不準確誤差
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準確，它們得實際尺寸(或位置)都允許在分別規定得公差范圍內變動。同時，工件上的定位基準面也會有制造誤差。工件定位面與夾具定位元件共同構成定位副，由于定位副制造得不準確和定位副間的配合間隙引起的工件最大位置變動量，稱為定位副制造不準確誤差。
基準不重合誤差的方向和定位副制造不準確誤差的方向可能不相同，定位誤差取為基準不重合誤差和定位副制造不準確誤差的矢量和。
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