机械制造第4章质量分析与控制(2)

造成主轴的端面圆跳动，又会引起径向圆跳动和摆动。

主轴轴承的间隙过大，会使主轴工作时油膜厚度增大，刚度降低（油膜承载能力降低），当工作条件变化时（载荷、转速等），油楔厚度变化较大，主轴轴线的跳动量增大。

除轴承本身之外，与轴承相配的零件(主轴、箱体孔等)的精度和装配质量都对主轴回转精度产生影响。如主轴轴颈的尺寸和形状误差会使轴承内圈变形。主轴前后轴颈之间，箱体前后轴承孔之间的同轴度误差会使轴承内外圈滚道相对倾斜，引起主轴回转轴线的径向和轴向跳动。此外，轴承定位端面与轴心线的垂直度误差、轴承端面之间的平行度误差等都会引起主轴回转轴线产生轴向窜动。

3）提高主轴回转精度的措施

主轴回转精度是影响加工精度的重要因素之一。为了提高回转精度，主要可采取以下几方面措施：

①提高主轴部件的精度。根据机床精度要求，选择相应的高精度轴承，并合理确定主轴颈、箱体主轴孔、调整螺母等零件的尺寸精度和形状精度。这样可以减少影响回转精度的原始误差。

②使主轴回转精度不依赖于主轴部件。由于组成主轴部件的零件多，累积误差大、对回转精度要求很高的主轴，用进一步提高零件精度的方法来满足要求就比较困难。因此可以考虑使主轴部件的定位功能和驱动功能分开的办法来提高回转精度。例如，磨外圆时，工件由死顶尖定位，主轴仅起驱动作用。由于用高精度的定位基准来满足回转精度要求，主轴部件的误差就不再产生影响；同时这种方法所用零件少，误差累积也少，所以能提高回转精度，但使用中须注意保持定位元件的精度。

③对滚动轴承进行预紧，以消除间隙。

④提高主轴箱体支承孔、主轴轴颈和与轴承相配合的零件有关表面的加工精度。 ⑵ 机床导轨误差

机床导轨是机床中确定某些主要部件相对位置的基准，也是某些主要部件的运动基准，它的各项误差直接影响被加工工件的精度。在机床的精度标准中，直线导轨的导向精度一般包括导轨在水平面内的直线度、在垂直面内的直线度以及前后导轨的平行度（扭曲）等几项主要内容。

机床安装得不正确、水平调整得不好，会使床身产生扭曲，破坏导轨原有的制造精度，特别是长床身机床，如龙门刨床、导轨磨床以及重型、刚性差的机床。机床安装时要有良好的基础，否则将因基础下沉而造成导轨弯曲变形。

导轨误差的另一个重要因素是导轨磨损。因机床在使用过程中，由于机床导轨磨损不均匀，使导轨产生直线度、扭曲度等误差，从而引起溜板在水平面和垂直面内发生位移。

导轨误差对加工精度产生的影响如下：

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1）在水平面内，车床导轨的直线度误差或导轨对主轴轴心线的平行度误差，会使被加工的工件产生鼓形或鞍形。图4-3a表示导轨在水平方向的直线度误差；图4-3b表示由于导轨的直线度误差使工件产生的鞍形误差。由图4-3b知，这个鞍形误差与车床导轨上的直线度误差完全一致，即机床导轨误差将直接反映到被加工的工件上。

图4-3 导轨在水平面内的直线度误差引起的加工误差

2）在垂直平面内车床导轨的直线度误差，也同样能使工件产生直径方向的误差，但是这个误差不大（处在误差非敏感方向）。因为当刀尖沿切线方向偏移Δs时（如图4-4），工件的半径由R增致R’，其增加量为ΔR。从图可知：

?Z2R??R??Z?R?

2R22?Z2?Z2?故 ?R?R??R? （4-1） 2RD

图4-4 导轨在垂直面内的直线度误差

由于ΔZ很小，ΔZ2就更小，而D比较大，所以式（4-1）中ΔR是很小的，可以说对零件的形状精度影响很小。但对平面磨床、龙门刨床及铣床等来说，导轨在垂直面的直线度误差会引起工件相对砂轮（刀具）的法向位移，其误差将直接反映到被加工零件上，形成形状误差（如图4-5）。

3）车床导轨的扭曲度，也会使刀尖相对工件产生偏移（在水平方向和垂直方向的位移）。如图4-6所示，设车床中心高为H，导轨宽度为B，则导轨扭曲量Δ引起的刀尖在工件径向的变化量为：

?d?2??2H??这—误差将使工件产生圆柱度误差。 B 216

1—刨刀 2—工件 3—工作台 4—床身导轨

图4-5 龙门刨床导轨在垂直面内的直线度误差

图4-6 车床导轨扭曲对工件形状精度影响

⑶ 机床传动链误差

机床传动链误差是指内联传动链始末两端传动元件间相对运动的误差。传动链误差对圆柱表面和平面加工来说，一般不影响其加工精度，但对于工件和刀具运动有严格内联系的加工表面，如车螺纹、滚齿等加工方法，机床传动链误差则是影响加工精度的主要因素之一。

图4-7所示为一台滚齿机的传动系统简图，被加工齿轮装夹在工作台上，它与蜗轮同轴回转。由于传动链中的各个传动元件不可能制造、安装绝对准确，每个传动元件的误差都将通过传动链影响被加工齿轮的加工精度。其工件转角为

?n(?g)??d?式中

642323461????ic?if? 1623234696?n(?g)——工件转角；

?d——滚刀转角；

ic——差动轮系的传动比，在滚切直齿时，ic?1； if——分度挂轮传动比。

传动链传动误差—般可用传动链末端元件的转角误差来衡量，但由于各传动件在传动链中所处的位置不同．它们对工件加上精度（即末端件的转角误差）的影响程度也是不同的。假设滚刀轴均匀旋转，若齿轮z1有转角误差??1，而其它各传动件无误差，则传到末端件（亦即第n个传动元件）

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上所产生的转角误差为??1n

??1n???1?642323461????ic?if??k1??1 1623234696式中，k1为z1到末端件的传动比。由于它反映了z1的转角误差对末端元件传动精度的影响，故又称之为误差传递系数。

图4-7 滚齿机传动链图

同理，若第j个传动元件有转角误差??j，则该转角误差通过相应的传动链传递到工作台上的转角误差为：

??jn??kj??j

式中 kj为第j个传动件的误差传递系数。

由于所有的传动件都存在误差，因此，各传动件对工件精度影响的总和???为各传动元件所引起末端元件转角误差的迭加：

???????j?1njn??k??jj?1nj

从上式可知，为了减小传动误差，可采取以下措施；

1) 提高传动元件，特别是末端件的制造精度和装配精度。如滚齿机工作台部件中作为末端传动件的分度蜗轮副的精度要比传动链中其它齿轮的精度高1—2级。

2) 减少传动件数目，缩短传动链，使误差来源减少。

3) 消除传动链中齿轮的间隙。各传动副零件间存在的间隙，会使末端件的瞬时速度不均匀，速比不稳定，从而产生传动误差。例如数控机床的进给系统，在反向时传动链间的间隙会使运动滞后于指令脉冲，造成反向死区而影响传动精度。

4) 采用误差校正机构（校正尺、偏心齿轮、行星校正机构、数控校正装置、激光校正装置等）对传动误差进行补偿。采用此方法是根据实测准确的传动误差值，采用修正装置让机床作附加的微

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量位移，其大小与机床传动误差相等，但方向相反，以抵消传动链本身的误差。在精密螺纹加工机床上都有此校正装置。

5）尽可能采用降速传动。因为传动件在同样原始误差的情况下，采用降速传动时kj<1，传动误差被缩小，其对加工误差的影响较小。速度降得越多，对加工误差的影响越小。

3．刀具几何误差

机械加工中常用的刀具有：一般刀具、定尺寸刀具、成形刀具以及展成法刀具。不同的刀具误差对工件加工精度的影响情况不一样。

一般刀具（如普通车刀、单刃镗刀和面铣刀、刨刀等）的制造误差对加工精度没有直接影响，但对于用调整法加工的工件，刀具的磨损对工件尺寸或形状精度有一定影响。这是因为加工表面的形状主要是由机床精度来保证，加工表面的尺寸主要由调整决定。

定尺寸刀具（如钻头、铰刀、圆孔拉刀、键槽铣刀等）的尺寸误差和形状误差直接影响被加工工件的尺寸精度和形状精度。这类刀具的安装和使用不当，也会影响加工精度。

成形刀具（如成形车刀、成形铣刀、盘形齿轮铣刀、成形砂轮等）的误差主要影响被加工面的形状精度。

展成法刀具（如齿轮滚刀、花键滚刀、插齿刀等）的刀刃形状必须是加工表面的共轭曲线，因此刀刃的几何形状误差会直接影响加工表面的形状精度。

任何刀具在切削过程中都不可避免地要产生磨损，并由此引起工件尺寸和形状的改变（即误差）。例如用成形刀具加工时，刀具刃口的不均匀磨损将直接复映在工件上，造成形状误差；在加工较大表面（一次走刀需较长时间）时，刀具的尺寸磨损会严重影响工件的形状精度；用调整法加工一批工件时，刀具的磨损会扩大工件尺寸的分散范围。

4．夹具几何误差

夹具的作用是使工件相对于刀具和机床具有正确的位置，因此夹具的制造误差对工件的加工精度特别是位置精度有很大的影响。例如用镗模进行箱体的孔系加工时，箱体和镗杆的相对位置是由镗模来决定，机床主轴只起传递动力的作用，这时工件上各孔的位置精度就完全依靠夹具（镗模）来保证。

夹具误差包括制造误差、定位误差、夹紧误差、夹具安装误差、对刀误差等。这些误差主要与夹具的制造与装配精度有关。所以在夹具的设计制造以及安装时，凡影响零件加工精度的尺寸和形位公差应严格控制。

夹具的制造精度必须高于被加工零件的加工精度。精加工时（IT6—IT8），夹具主要尺寸的公差一般可规定为被加工零件相应尺寸公差的1/2～l/3；粗加工时（IT11以下），因工件尺寸公差较大，

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