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课时：2课时教学课题：机床几何误差及其对加工精度的影响教学目标：掌握机床主轴回转精度的概念及对加工精度的影响；了解主轴回转误差产生的原因，主轴回转误差的测量方法及提高主轴回转精度的措施；掌握机床导轨导向精度的概念及对加工精度的影响；了解提高导轨导向精度的措施；掌握机床成形运动之间的位置关系精度和速度关系精度及其对加工精度的影响；了解提高这些精度的措施。
教学重点：了解主轴回转误差产生的原因；主轴回转误差的测量方法及提高主轴回转精度的措施；掌握机床导轨导向精度的概念及对加工精度的影响；了解提高导轨导向精度的措施。
教学难点：了解提高这些精度的措施。
教具仪器：多媒体第三节机床几何误差及其对加工精度的影响2.3机床几何误差及其对加工精度的影响机床的几何精度主要包括回转运动精度、直线运动精度、成形运动间位置关系精度和传动精度等几个方面。
2.3.1主轴回转运动精度理想回转轴线虽然客观存在，但却无法确定其位置，因此通常是以平均回转轴线（即主轴各瞬时回转轴线的平均位置）来代替。
为便于研究，可以将主轴回转轴线的运动误差分解为径向圆跳动、端面圆跳动和倾角摆动三种基本型式，如图4-14所示。
主轴回转误差的产生产生径向圆跳动的原因（1）滑动轴承1）车床：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，造成径向跳动；而轴承内孔有圆度误差时，其影响较小，如图4-15a，b 所示。
2）镗床：由于切削力作用方向是变化的，因而当滑动轴承内孔有圆度误差时，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，如图4-15c所示。
（2）滚动轴承主轴采用滚动轴承时，滚动轴承的内圈、外圈和滚动体本身的几何误差都将影响主轴回转精度。
此外，主轴轴颈的误差、轴承孔的误差、装配质量以及装配间隙等对主轴回转精度也有重要影响。
产生端面圆向跳动的原因推力轴承滚道端面误差会造成主轴端面圆跳动，见图4-16。
由图可见，若只有一个端面滚道存在误差，对端面圆跳动影响很小（图a）；只有当两个滚道端面均存在误差时，才会引起较大的跳动量（图b）。
机床误差对加工精度的影响机床误差是机床的制造、安装误差和使用中的磨损形成的。
在机床的各类误差中，对工件加工精度影响较大的主要是主轴回转误差和导轨误差。
主轴回转误差：机床主轴是带动工件或刀具回转以产生主要切削运动的重要零件。
其回转运动精度是机床主要精度指标之一，主要影响零件加工表面的几何形状精度、位置精度和表面粗糙度。
主轴回转误差主要包括其径向圆跳动、轴向窜动和摆动。
造成主轴径向圆跳动的主要原因是轴径与轴承孔圆度不高、轴承滚道的形状误差、轴与孔安装后不同轴以及滚动体误差等。
主轴径向圆跳动将造成工件的形状误差。
造成主轴轴向窜动的主要原因有推力轴承端面滚道的跳动、轴承间隙等。
以车床为例，主轴轴向窜动将造成车削端面与轴心线的垂直度误差。
主轴前后轴颈的不同轴以及前后轴承、轴承孔的不同轴会造成主轴出现摆动现象。
摆动不仅会造成工件尺寸误差，而且还会造成工件的形状误差。
导轨误差：导轨是确定机床主要部件相对位置的基准件，也是运动的基准，它的各项误差直接影响着工件的精度。
以数控车床为例，当床身导轨在水平面内出现弯曲（前凸）时，工件上产生腰鼓形误差，如图2—97a 所示；当床身导轨与主轴轴心线在垂直面内不平行时，工件上会产生鞍形误差，如图2一97b所示；而当床身导轨与主轴轴心线在水平面内不平行时，工件上会产生锥形误差，如图2—97c 所示。
事实上，数控车床导轨在水平面和垂直面内的几何误差对加工精度的影响程度是不一样的。
影响最大的是导轨在水平面内的弯曲或与主轴轴心线的平行度，而导轨在垂直面内的弯曲或与主轴轴心线的平行度对加工精度的影响则很小，甚至可以忽略。
如图2—98所示，当导轨在水平面和垂直面内都有一个误差△时，前者造成的半径方向的加工误差△R ＝△，而后者△R ≈△2／d ，完全可以忽略不计。
因此，对于几何误差所引起的刀具与工件间的相对位移，如果该误差产生在加工表面的法线方向，则对加工精度构成直接影响，即为误差敏感方向；若位移产生在加工表面的切线方向，则不会对加工精度构成直接影响，即为误差非敏感方向。
影响机械零件加工精度的因素及改善对策论文影响机械零件加工精度的因素及改善对策论文1 引言。
常用的衡量机械零件加工质量的指标包括加工精度和表面质量等数个方面，在实际的加工过程中，由于环境温度、工艺系统的几何误差、工件内应力重新分布引起的变形误差等因素的影响，导致加工工具和工件的正确位置可能会产生一定的程度的偏移，使得零件与理想情况下的定位位置存在差异，这种差异即会对零件的加工精度产生影响。
因此，为了在不增加制造成本的情况下，尽可能提升机械零件的加工精度，相关的工艺人员需要结合产品的具体设计要求和实际生产条件，采取诸如更换较高精度加工设备和工装夹具、制定合理的加工工艺、降低加工误差等一系列方式，以期在保证加工过程经济性的同时得到较高的加工精度。
2 主轴回转误差对机械零件加工精度的影响及改进措施。
2.1 主轴回转误差概述。
机床几何误差是整个机械零件加工中决定系统误差的主要因素，主轴回转误差和导轨误差均属于主轴回转误差。
在加工过程中，由于主轴部件中轴承、轴颈、轴承座孔等的制造误差和配合质量、润滑条件、以及回转时的动力因素的影响，往往瞬时回转轴线的空间位置都在周期性地变化，造成实际回转中心与理论回转中心不重合而产生回转误差。
如图 1 所示，主轴回转误差包括径向圆跳动、倾角摆动、端面圆跳动三种形式，常见的成因包括轴承本身系统误差、轴承间隙过大、各段轴颈、轴孔的同轴度误差、温度过高引起热变形等等。
2.2 对加工精度的影响。
根据影响主轴回转精度的因素不同，其对于工件加工精度往往也具有不同的影响，具体表现在以下几个方面：当机床主轴回转误差为径向圆跳动时，工件会产生圆度误差；当机床主轴回转误差为倾角摆动时，车削时工件径向截面仍然会呈一圆形，而轴向截面则是一梯形，镗孔时由于主轴的角度摆动形成的回转轴线与工作台导轨不平行，镗出的孔将为椭圆形。
当机床主轴回转误差为端面圆跳动时，虽然加工圆柱面的情况不会受到影响，但加工端面时，左右螺旋面可能会形成垂直度误差，被加工的端面与圆柱面也可能不垂直。
浅析数控机床坐标轴反向间隙对精度的影响及补偿
数控机床坐标轴反向间隙是指数控机床的导轨与滚珠丝杠副之间的松动。
这种松动和反向运动时导致的误差被称为“反向间隙误差”。
这种误差在加工过程中会影响加工精度和重复定位精度。
1. 反向间隙误差对加工精度的影响
在数控机床加工过程中，由于反向间隙误差的存在，导致执行机构必须反向运动一定距离，才能达到准确的加工位置。
这种偏差会导致工件加工精度下降。
3. 反向间隙误差的补偿方法
为了解决反向间隙误差对加工精度和重复定位精度的影响，需要采取一些措施进行补偿。
常用的方法如下：
（1）空间轨迹补偿
空间轨迹补偿是通过调整机床轨道的轮廓，使得反向运动误差减小或者消除。
这种方法适用于机床结构固定的情况下。
（2）补偿循环
补偿循环可以在程序中加入一些指令，通过反向运动一段距离，再进行正向运动来消除反向间隙误差。
（3）伺服增益调节
通过调节伺服系统的增益参数，可以使反向运动误差减小，从而减少反向间隙误差对加工精度和重复定位精度的影响。
总之，反向间隙误差是数控机床加工过程中影响加工精度和重复定位精度的一个关键因素。
采取合适的方法进行补偿可以有效减少其影响，提高机床的加工精度和重复定位精度。
机床导轨误差对加工精度的影响摘要从金属切削成形原理角度出发，结合直线度、直线与直线平行度的定义，分析机床导轨几何误差对零件加工精度的影响，与传统教材有所区别，并认为本文的讲授方法更合理、更清楚。
并且认为在讲授机床导轨误差对加工精度的影响时，以讲授导轨与主轴轴线平行度误差对加工精度的影响为主，以讲授导轨直线度误差对加工精度的影响为辅，更有利于学生学习和理解。
关键词导轨误差；加工精度；平行度；直线度中图分类号：g642 文献标识码：b 文章编号：1671-489x(2012)27-0036-03influence of machining precision by error of machine tool guide//wang huilin, zhang pingkuanabstract joining the definition of straightness and parallelism, the paper starts from the forming principle of metal cutting, concluding the affect of machining precision by the geometric error of the machine tool guide. it is different from the tradition explaining method. this method is considered more reasonable and more clearly. at the same time, it is suggested that the influence of the machining precision by the error of parallelism between the guide and spindle axis is instructed, the influence of the machiningprecision by the error of the guide straightness is not instructed. the teaching method is considered more advantageous for the students study.key words error of the guide; machining precision; parallelism; straightnessauthor’s address mechanical engineering institute, taiyuan university of science and technology, taiyuan, china 0300241 引言在研究影响机械零件加工精度的因素时，有一项影响因素必须考虑，那就是机床的原始误差，而机床的原始误差有多项，这里仅讨论机床导轨误差对零件加工精度的影响。
影响机械加工精度的因素机械加工系统（简称工艺系统）由机床、夹具、刀具和工件组成。
影响加工精度的原始误差主要包括以下几方面：1) 工艺系统的几何误差（包括机床、夹具和刀具等的制造误差及其磨损）；2) 工件装夹误差；3) 工艺系统受力变形引起的加工误差；4) 工艺系统受热变形引起的加工误差；5) 工件内应力重新分布引起的变形；6) 其它误差（包括原理误差、测量误差、调整误差）。
一、工艺系统的几何误差（一）机床的几何误差加工中，刀具相对于工件的成形运动，通常都是通过机床完成的，工件的加工精度在很大程度上取决于机床的精度。
机床制造误差中对工件加工精度影响较大的误差有：主轴回转误差、导轨误差和传动误差。
1. 主轴回转误差主轴回转误差是指主轴实际回转轴线相对其平均回转轴线的变动量。
为便于分析，可将主轴回转误差分解为径向圆跳动、轴向圆跳动和角度摇摆三种不同形式的误差。
2．导轨误差导轨是确定机床各主要部件相对位置关系的基准。
（1）导轨在水平面内的直线度误差对加工精度的影响（2）导轨在垂直平面内的直线度误差对加工精度的影响（3）导轨间的平行度误差对加工精度的影响3．传动链误差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，一般用传动链末端元件的转角误差来衡量。
（二）刀具的几何误差刀具误差对加工精度的影响随刀具种类的不同而不同。
采纳定尺寸刀具（例如钻头、铰刀、键槽铣刀、圆拉刀等）加工时，刀具的尺寸误差和磨损将直接影响工件尺寸精度。
采纳成形刀具（例如成形车刀、成形铣刀、成形砂轮等）加工时，刀具的外形误差和磨损将直接影响工件的外形精度。
对于一般刀具（例如车刀、镗刀、铣刀等），其制造误差对工件加工精度无直接影响。
（三）夹具的几何误差夹具的作用是使工件相对于刀具和机床占有正确的位置，夹具的几何误差对工件的加工精度（特殊是位置精度）有很大影响。
二、装夹误差装夹误差包括定位误差和夹紧误差两个部分。
（一）定位误差的概念因定位不精确而引起的误差称为定位误差。
机床机械加工误差产生的原因剖析机床机械加工误差是指在机床加工过程中，加工零件与理论轨迹或规格要求存在的偏离或差异。
机床机械加工误差会直接影响零件的质量和精度，因此对其原因进行剖析是非常必要的。
一、机床本身因素1.刚度不足：机床刚度不足会导致机床在加工过程中容易产生振动和变形，从而影响零件的精度。
2.导轨精度：机床导轨的精度直接影响机床的定位精度和运动精度，导轨精度不高会导致机床在加工过程中产生偏差。
3.传动系统误差：机床传动系统（如螺杆传动、齿轮传动等）的误差会直接影响机床的定位精度和运动精度。
4.刀具磨损：刀具在长时间使用后会出现磨损，导致加工出来的零件尺寸偏差增大。
二、加工过程因素1.切削力：切削力是机床加工中产生的力，切削力的大小和切削方向会直接影响加工零件的精度和形状。
2.切削温度：切削过程中产生的热量会引起刀具和工件的热膨胀，从而影响加工零件的精度。
3.冷却液不当：冷却液不当会导致切削区温度过高，从而加剧刀具磨损和工件变形，进而影响加工精度。
4.装夹力：工件在机床上的夹紧力不均匀会导致工件在加工过程中产生变形，影响加工零件的精度。
三、操作因素1.操作技术：操作人员的操作技术熟练程度不同会导致机床的使用不当，从而影响加工零件的精度。
2.操作误差：操作人员在操作过程中可能会发生误操作，如切削深度设置错误、切削速度过快等，进而影响加工结果。
3.测量误差：机床的定位精度和运动精度需要通过测量来确认，而测量误差会直接导致加工零件的尺寸偏差。
四、环境因素1.温度变化：环境温度的变化会导致机床零部件的热膨胀或收缩，从而影响机床的定位精度和运动精度。
2.湿度变化：环境湿度的变化会导致机床零部件的腐蚀和生锈，进而影响机床的使用性能和加工质量。
机床导轨误差对加工精度的影响摘要从金属切削成形原理角度出发，结合直线度、直线与直线平行度的定义，分析机床导轨几何误差对零件加工精度的影响，与传统教材有所区别，并认为本文的讲授方法更合理、更清楚。
并且认为在讲授机床导轨误差对加工精度的影响时，以讲授导轨与主轴轴线平行度误差对加工精度的影响为主，以讲授导轨直线度误差对加工精度的影响为辅，更有利于学生学习和理解。
关键词导轨误差；加工精度；平行度；直线度中图分类号：g642 文献标识码：b 文章编号：1671-489x(2012)27-0036-03influence of machining precision by error of machine tool guide//wang huilin, zhang pingkuanabstract joining the definition of straightness and parallelism, the paper starts from the forming principle of metal cutting, concluding the affect of machining precision by the geometric error of the machine tool guide. it is different from the tradition explaining method. this method is considered more reasonable and more clearly. at the same time, it is suggested that the influence of the machining precision by the error of parallelism between the guide and spindle axis is instructed, the influence of the machiningprecision by the error of the guide straightness is not instructed. the teaching method is considered more advantageous for the students study.key words error of the guide; machining precision; parallelism; straightnessauthor’s address mechanical engineering institute, taiyuan university of science and technology, taiyuan, china 0300241 引言在研究影响机械零件加工精度的因素时，有一项影响因素必须考虑，那就是机床的原始误差，而机床的原始误差有多项，这里仅讨论机床导轨误差对零件加工精度的影响。
在目前已出版的相关教材中，关于此问题的讲授均是首先以普通卧式车床上加工外圆柱为例，考查导轨误差对所加工零件产生的影响。
这本身并没有问题，但有些教材在分析时考查的是导轨在水平面内或在垂直面内导轨直线度对零件加工精度的影响，这种分析不但不符合成形原理，而且有部分教材所用参考图也不符合直线度的定义，等等。
关键是作为教材，这些问题会给学生或其他初学者造成难以理解的学习困难，甚至产生误解。
本文对此展开讨论，目的是对该问题有一个较好的解释。
2 圆柱体的成形原理在普通卧式车床上加工圆柱体，其成形原理是：工件旋转，在刀具切削作用下形成圆即母线；刀具沿垂直于该圆平面的直线即导线运动，形成圆柱体。
对应于卧式车床，就是工件安装在车床主轴上，由主轴带着作旋转运动，其回转轴线是主轴回转轴线，刀具所切圆面垂直于该轴线，且圆心在该轴线上。
那么刀具移动的直线就平行于主轴轴线，而刀具的移动是依靠导轨导向的，故应该要求导轨与主轴轴线平行，才能加工出合格的圆柱体。
这里假设主轴轴线无回转误差，仅研究导轨误差对加工精度的影响，那么就只应该研究导轨与主轴轴线产生平行度误差时对加工精度的影响，与导轨的直线度误差无直接关系。
事实上，直线度和平行度是两个完全不同的概念。
直线度是直线自身误差，平行度是线与线、线与面、面与面之间的相对关系误差。
假设两条线可以都很直，则认为各自都无直线度误差，但可能二者有较大的平行度误差，但就在卧式车床上加工外圆柱这个问题，对车床导轨与主轴的平行度误差与车床导轨本身的直线度误差来讲，二者有些许统一，即该两种误差均被分解为水平、垂直两个方向，由图1可以看到，二者有些许相似，又有时统一。
正是由于这些许相似与统一，给讲解带来不少麻烦，以至于一些教材出现偏差，即以导轨的直线度误差代替平行度误差。
3 导轨误差对加工精度的影响在普通卧式车床上加工外圆时，刀具的直线运动方向取决于导轨方向，导轨的误差会1:1地影响到刀具运动的轨迹，故下面所讲的导轨的误差方向、大小即是刀具轨迹的误差方向、大小。
导轨与主轴轴线的误差此处仍把它分解为水平方向和垂直方向，如图1所示为水平方向的误差。
图1中平行度误差为y，曲线表示的是直线的实际情况，其直线度误差为p。
1）导轨有直线度误差，同时与主轴轴线有平行度误差，即y＞p，p≥0。
在机床装配时，需要调整导轨直线与主轴轴线之间的平行度，此值为y，但由于制造和测量技术等原因，由图1可以看到，要保证导轨与主轴轴线的平行度，必须首先保证导轨有更高的直线度，也就是说，导轨的直线度误差包含在导轨对主轴轴线的平行度误差之内，即y＞p，p≥0。
因此可见，这里应该分析导轨与主轴轴线之间的平行度误差对加工精度的影响，才是导轨误差对加工精度的真正影响。
假设导轨误差如图1所示，此时加工一圆柱体，且被加工零件的轴向长度正好与图1所示导轨误差位置长度一致，那么刀具从导轨的一端移到另一端时，刀尖在零件半径方向上移动的最大距离y，造成零件的径向尺寸误差是：δd=2y。
就具体加工出的零件形状而言又分为两种情况。
①假设导轨无直线度误差，即y＞p，p=0，那么，该圆柱体一端大、一端小，母线是直线，其外形成为圆锥体，其形状误差即圆柱度误差t为：t=y。
此时加工误差只与导轨的平行度误差相关，与其直线度误差不直接相关。
②假设导轨有直线度误差，即y＞p，p＞0。
在图1所示情况下，加工后的零件外形从整体上看是锥体，但其母线不是直线，而是类似于导轨直线误差的情况。
2）导轨有直线度误差，同时与主轴轴线有平行度误差，且y=p ＞0，这时导轨的直线度误差如图2所示，即导轨的直线度误差与导轨和主轴轴线的平行度误差相同，也就是说导轨与主轴轴线的平行度误差完全由导轨的直线度误差引起，这时二者造成的零件尺寸误差、圆柱度误差分别相等，即：δd=2y=2p，t=y=p。
但是，此时的圆柱体的外形不是呈圆锥体，而是呈两头大、中间小的类似马鞍形。
图2是现行机械制造专业教材普遍使用的一种讲解导轨误差对加工精度影响的图例，图中画的是导轨的直线度误差，文字却讲的是导轨的平行度误差，让初学者难以理解。
而实践中出现这种导轨与主轴轴线的平行度误差完全由导轨的直线度误差引起的情况几乎没有。
所以，此处还是不讲导轨的直线度误差，而用导轨的平行度误差来解释机床导轨几何误差引起零件加工误差的影响最好。
此外，由于导轨直线度误差导致的零件加工误差无法确定其形状，即使出现导轨的平行度误差与直线度误差相等的情况，也只能分析其造成的零件加工尺寸误差，无法分析加工后的零件形状。
所以，建议对这里的讲解仅考虑机床导轨与机床主轴的平行度误差，用图3所示的示意图分析。
同理，导轨与主轴轴线平行度误差在垂直面上分量对加工精度的影响，与其在水平面内分量的影响分析方法类似，其误差的定量结果即产生的尺寸误差是：δd=2δ2/d。
式中δ是导轨平行度误差在垂直面的分量值。
产生的圆柱度误差是：t=δ2/d。
圆柱体的外形是回转双曲面。
但如果考虑导轨的直线度误差，零件的尺寸误差、圆柱度误差同样不变，但其外形则不能被准确地描述出来具体是什么形状。
4 找准核心，借助视频，正确讲解，突出重点通过前面的分析，明确导轨自身的直线度误差及导轨对主轴轴线的平行度误差均会对加工精度产生影响，而且两种误差对加工精度的影响情况具有一定的相似性和统一性（如图1、图2）。
另外，零件制造不可能绝对准确，故导轨总是存在直线度误差；机床安装也不可能绝对准确，平行度误差也总是存在的。
这里采用单因素分析法，所以，一定要把导轨的直线度误差对加工精度的影响，与导轨与主轴轴线的平行度误差对加工精度的影响分开，分别分析。
下面先分析导轨与主轴轴线平行度误差对加工精度的影响。
导轨与主轴轴线的平行度误差对加工精度的影响，是从切削加工成形原理来进行分析，这需要学生具有一定的空间想象力和主动思维才能完成。
所以，首先要向学生介绍清楚在普通卧式车床上车削外圆柱时的成形方法，再借助于ppt动画演示成形过程，帮助学生理解切削圆柱体的成形原理。
然后，分析该平行度误差在水平面内的分量对加工精度的影响。
也就是说，假设误差仅发生在水平面内，在垂直面内的误差为0，也用动画演示，可以看到此时加工出来的零件外形呈圆锥形。
另外，再假设该平行度误差在垂直面内的分量对加工精度的影响，也就是说，假设误差仅发生在垂直面内，在水平面内的误差为0，也用动画演示，可以看到此时加工出来的零件外形呈回转双曲面形。
误差原因与误差结果的定量关系如前文所述。
在这一讲解过程中，应该特别注意强调，尽管导轨的误差有许多项，装配成机床后，每一项误差都少不了，且任何一项误差都对加工精度产生影响。
但这里是单因素分析，每次只分析其中一项误差，甚至是一项误差的一个分量对加工精度的影响，其他误差都不考虑，即认为其他误差都为0。
另外就是动画演示效果很好，它对帮助理解非常重要，不可或缺。
在完全理解导轨与主轴轴线的平行度误差对加工精度的影响基础上，分析导轨直线度对加工精度的影响，这在前面已经讲到。
当导轨与主轴轴线的平行度误差完全由导轨的直线度引起，这时可以将导轨的直线度按误差曲线分段，在每一段内相当于导轨与主轴轴线的平行度误差对加工精度的影响。
这样就非常容易理解导轨直线度误差对零件加工精度的影响。
5 结论通过前面的分析，可以清楚地知道，在分析导轨误差对加工精度影响时，分析的是导轨与主轴轴线平行度对加工精度的影响，虽和导轨直线度有关，但如果考虑到导轨直线度问题，则情况会变得比较复杂。
事实上导轨的平行度误差包含了其直线度误差，溜板导轨与机床导轨接触长度又较长，正常情况下导轨的直线度误差可以忽略。
