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1、1,机械制造工艺过程第四讲,本次课程内容,1 机床主轴回转误差的概念2 主轴回转误差对加工精度的影响（是什么）3 影响主轴回转精度的主要因素（为什么）4 提高主轴回转精度的措施（怎么办）5 例题分析（实战演练）,2,机床主轴回转误差的基本概念,机床主轴是用来装夹工件或刀具并传递主要切削运动的重要零件。机床主轴的回转精度是机床精度的一项重要指标，主要影响加工表面的几何形状精度、位置精度和表面粗糙度。主轴回转时，其回转轴线的空间位置应该固定不变，即回转轴线没有任何运动。,3,实际上，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
2、间位置都在周期性地变化。,4,机床主轴回转误差的基本概念,主轴回转误差是指主轴实际回转轴线对其理想回转轴线的漂移。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。,5,机床主轴回转误差的基本概念,主轴回转轴线的运动误差可以分解为三种形式：径向圆跳动；端面圆跳动；倾角摆动。,6,机床主轴回转误差的基本概念,7,（A）主轴的端面圆跳动：主轴瞬时回转轴线沿平均回转轴线作直线运动。加工圆柱面：无影响加工端面：左右螺旋面-垂直度误差 被加工端面不平，与圆柱面不垂直；加工螺纹：产生螺距周期性误差。,主轴回转误差对加工精度的影响,8,图3-14
3、,主轴回转误差对加工精度的影响,9,（B）纯径向圆跳动：（镗孔）,考虑最简单的情况，主轴回转中心在X方向上作简谐直线运动，其频率与主轴转速相同，幅值为2e。则刀尖的坐标值为：,式中 R 刀尖回转半径；主轴转角。,显然，上式为一椭圆。,主轴径向圆跳动时，车削分析,10,主轴径向圆跳动时，车削分析,参见图3-16结论：车削出的工件表面接近于正圆若主轴几何轴线作偏心运动，则无论是车削还是镗削，都能得到一个半径为刀尖到平均轴线距离的圆。,11,12,情况一，平面摆动：主轴轴线在某一平面内在平均轴线附近作纯角度摆动。车，圆柱；镗，椭圆柱。情况二，锥角摆动：主轴轴线绕其平均轴线沿圆锥轨迹公转。车，正圆锥；
4、镗；正圆锥。图：主轴纯角度摆动的第二种情况,（C）纯角度摆动：,13,图：,（C）纯角度摆动：,14,轴承误差的影响：轴承间隙的影响：与轴承配合零件误差的影响：主轴转速的影响：主轴系统的径向不等刚度和热变形；其他，如温度、受热膨胀的影响等。,影响主轴回转精度因素,15,轴承误差的影响:主轴采用滑动轴承时，轴承误差主要是指主轴颈和轴承内孔的圆度误差和波度。分三类：滑动轴承 滚动轴承 推力轴承 两个角度：工件回转类机床 刀具回转类机床,影响主轴回转精度因素,16,影响主轴回转精度的主要因素,内外滚道圆度误差、滚动体形状及尺寸误差。,滑动轴承,镗床（图B）轴承孔不圆引起镗床主轴径向跳动。,滚动轴承,
5、车床（图A）轴径不圆引起车床主轴向跳动（注意其频率特性）。,静压轴承 对轴承孔或轴径圆度误差起均化作用。,17,推力轴承,滚道端面平面度误差及与回转轴线的垂直度误差（图C）。,其他因素,轴承孔、轴径圆度误差；轴承孔同轴度误差；轴肩、隔套端面平面度误差及与回转轴线的垂直度误差；装配质量等。,影响主轴回转精度的主要因素,18,影响主轴回转精度的主要因素,19,车、磨类（工件回转）：切削力的方向大体上是不变的，主轴在切削力的作用下，主轴颈以不同部位和轴承内孔的某一固定部位相接触。因此，影响主轴回转精度的，主要是主轴轴颈的圆度和波度，而轴承孔的形状误差影响较小。,影响主轴回转精度的主要因素,20,镗床
6、类（刀具回转）：切削力方向随主轴的回转而回转，主轴颈在切削力作用下总是以其某一固定部位与轴承孔内表面的不同部位接触。因此对主轴回转精度影响较大的是轴承孔的圆度。,影响主轴回转精度的主要因素,以上分析适用于单油楔动压轴承，如采用多油楔动压轴承，主轴回转时周围产生几个油楔，把轴颈推向中央，油膜刚度也较单油楔为高，故主轴回转精度较高，而且影响回转精度的，主要是轴颈的圆度。动压轴承必须在一定运转速度下才能建立起压力油膜，因此，主轴起动和停止过程中轴线都会发生漂移。,21,影响主轴回转精度的主要因素,采用静压轴承，由于油膜压力是有液压泵提供的，与主轴转速无关，同时轴承的油腔对称分布，外载荷由油腔的压力变
7、化差来平衡，因此油膜厚度变化引起的轴线漂移小于动压轴承。静压轴承的承载能力与油膜厚度的关系较小，油膜厚度就较厚，能对轴承孔或轴颈的圆度误差起均化作用，故可得到较高的主轴回转精度。,22,影响主轴回转精度的主要因素,滚动轴承由内圈、外圈和滚动体等组成。轴承内、外圈滚道的圆度误差和波度对回转精度的影响，与单油楔动压滑动轴承的情况相似。外圈滚道相当于轴承孔，内圈滚道相当于轴承。对工件回转类机床，滚动轴承内圈滚道圆度对主轴回转精度影响较大。对刀具回转内机床，外圈滚道对主轴精度影响较大。,23,影响主轴回转精度的主要因素,滚动轴承的内外圈滚道如有波度，则不管是工件回转类机床还是刀具回转类机床，主轴回转时
8、都将产生高频径向圆跳动。滚动轴承滚动体的尺寸误差会引起主轴回转的径向圆跳动。当最大的滚动体通过承载区一次，就会使主轴回转轴线发生一次最大的径向圆跳动。推力轴承滚道端面误差会造成主轴的端面圆跳动。滚锥、向心推力轴承的内外滚道的倾斜既会造成主轴的端面圆跳动，又会引起径向圆跳动和摆动。,24,影响主轴回转精度的主要因素,25,轴承间隙的影响 如轴承间隙过大，会使主轴工作时油膜厚度增大，油膜承载能力降低，当工作条件（载荷、转速等）变化，油楔厚度变化较大，主轴轴线漂移量增大。,影响主轴回转精度的主要因素,26,与轴承配合零件误差的影响 轴承内外圈、轴瓦容易变形产生圆度误差，与之配合的轴颈、箱体支承孔的圆
9、度误差会使轴承圈或轴瓦发生变形而产生圆度误差。与轴承圈端面配合的零件如轴肩、轴承端盖、螺母等端面如有平面度误差或与主轴回转轴线不垂直，会使轴承圈滚道倾斜，造成主轴回转轴线的径向、轴向漂移。,影响主轴回转精度的主要因素,27,与轴承配合零件误差的影响 箱体前后支承孔、主轴前后支承轴颈同轴度会使轴承外圈滚道相对倾斜，同样会使引起主轴回转轴线的漂移。提高与轴承相配合零件的制造精度和装配质量，对提高主轴回转精度有很密切的关系。,影响主轴回转精度的主要因素,28,主轴转速的影响 由于主轴部件质量不平衡、机床各种随机振动以及回转轴线的不稳定随主轴转速增加而增加，使主轴在某个转速范围内回转精度较高，超过这个
10、范围时，误差就较大。,影响主轴回转精度的主要因素,29,主轴系统的径向不等刚度和热变形 主轴系统的刚度，在不同方向上往往不等，当主轴上所受外力方向随主轴回转而变化时，就会因变形不一致而使主轴轴线漂移。机床工作时，主轴系统的温度将升高，使主轴轴向膨胀和径向位移。由于轴承径向热变形不相等，前后轴承的热变形也不相同，在装卸工件和进行测量时必须停车而使温度发生变化，这些都会引起主轴回转轴线的位置变化和漂移而影响主轴回转精度。,影响主轴回转精度的主要因素,30,）设计和制造高精度的主轴部件）对滚动轴承预紧）使回转精度不依赖于主轴,提高主轴回转精度的措施,31,）设计和制造高精度的主轴部件 首先，提高轴承
11、的回转精度，如选用高精度滚动轴承（多油楔动压轴承和静压轴承）其次，提高主轴轴颈、箱体支承孔和与轴承配合有关表面的加工精度。此外，装配时，先测出滚动轴承及主轴锥孔的径向圆跳动，然后调节径向圆跳动的方位，使误差相互补偿或抵消，以减少轴承误差对主轴回转精度的影响。,提高主轴回转精度的措施,32,）对滚动轴承预紧 对滚动轴承适当预紧以消除间隙，甚至产生微量过盈，由于轴承内外圈和滚动体弹性变形的相互制约，既增加了轴承刚度，又对轴承内外圈滚道和滚动体的误差起均化作用，因而可提高主轴的回转精度。,提高主轴回转精度的措施,33,）使回转精度不依赖于主轴 直接保证工件在加工过程中的回转精度而不依赖于主轴，是保证
12、工件形状精度的最简单而又有效的方法。,提高主轴回转精度的措施,34,转移误差-外圆磨床上磨削外圆柱面（固定顶尖），避免工件头架主轴回转误差的影响；,提高主轴回转精度的措施,35,镗床上采用导向镗模加工箱体类零件上的孔，刀杆与主轴浮动联接，刀杆的回转精度与机床主轴回转精度无关，仅由刀杆和导套的配合质量决定。,提高主轴回转精度的措施,例题分析,在外圆磨床上加工，若只考虑主轴回转误差的影响，试分析在图中给定的两种情况下，磨削后工件的外圆应是什么形状？为什么？,36,37,A图中，由于主轴（砂轮轴）轴颈是圆的，加工后的工件形状必然也是圆的。磨外圆时，工件对砂轮的径向压力方向是一定的，总是把砂轮轴颈推向
13、主轴轴承固定的承载区上。主轴运转中是轴颈圆周上的各点与轴承上的固定承载区连续接触。因此，主轴的径向跳动只取决于轴颈的圆度，与轴承的圆度无关。B 图中，由于砂轮轴颈不圆，必然引起主轴的径向跳动，加工后的工件产生圆度误差，其形状与主轴相对于工件的转速有关。,参考答案,例题分析,38,在车床上加工圆盘件的端面时，有时会出现圆锥面（中凸或中凹）或端面凸轮似的形状（如螺旋面），试从机床几何误差的影响分析造成如图所示端面几何形状误差的原因是什么？,参考答案,39,图A，端面中凸或中凹的主要原因是横向进给刀架导轨与主轴回转轴线不垂直，或横向导轨在水平面的不直度引起的。图B，端面凸轮状的主要原因是主轴的轴向窜
14、动或横向导轨在水平面的不直度。,例题分析,40,在车床上加工芯轴时，粗、精车外圆A及肩台面B后，在光刀A及B，经检测发现A有圆柱度误差，B对A有垂直度误差。试从机床几何误差的影响，分析产生以上误差的主要原因有哪些？,41,产生A面圆柱度误差的主要原因是车床主轴回转轴线的径向跳动。产生A面圆柱度误差的主要原因有：（1）床身导轨在水平面内的直线度误差；（2）床身导轨和主轴回转轴线在水平面内不平行；（3）床身导轨的扭曲；（4）主轴回转轴线的角向摆动。产生B面对A面不垂直的主要原因有：（1）主轴回转轴线的轴向窜动；（2）刀架横溜板导轨与主轴回转轴线不垂直。,参考答案,机床上各部件都有误差，加工时如何判
15、断哪些部件的误差对加工精度有直接影响？哪些部件的误差对加工精度没有影响？,42,例题分析,43,加工时，使机床运动部件的误差影响刀具与工件正确的相对位置和相对运动关系的因素，都会直接影响加工精度。其中主要的是机床主轴的回转精度和导轨的直线运动精度，以及成形运动之间的相对位置和运动配合关系。具体分析时，主要考虑影响被加工表面发现方向(误差敏感方向)的位置误差与运动误差。其他方向的误差对加工精度的影响较小。,参考答案,例题分析,44,在卧式镗床上采用工件进给镗孔时，若镗刀回转直径为80mm，工件直线进给运动与镗杆回转运动轴线有130的交角，试求加工后孔的圆度误差？,参考答案,45,在内圆磨床上磨削
16、主轴锥孔时，若工件回转轴线与砂轮回转轴线不等高，锥孔会产生怎样的加工误差？当用标准检验棒做着色检验接触情况时会发生什么现象？它对机床主轴的使用性能有何影响？,46,例题分析,参考答案,47,磨削后，锥孔呈旋转双曲面。因此，在用标准检验着色棒做着色检验时，发现主轴锥孔的接触面积减小。当主轴锥孔与工具锥柄结合时，因锥面接触面积小，接触刚度低，使顶尖的定位精度降低，使锥孔的磨损加剧。,何谓加工原理误差？由于近似加工方法都将产生加工原理误差，因而都不是完善的加工方法，这种说法对吗？,48,例题分析,参考答案,49,在某些情况下，采用近似加工方法（近似的传动方式或近似形状的刀具），可使机床结构简化，刀具
17、数量减少，加工简便且易实现，对保证零件的加工质量，提高劳动生产率，降低零件的加工成本是有利的。若采用理论上要求的精确的加工原理，需要设计结构复杂的机床和刀具。由于传动链的累积误差及复杂刀具的制造误差，可能反而比近似加工的原理误差更大。因此，不能认为，一旦有原理误差就不是一种完善的加工方法，而要看其对加工精度实际影响的程度，当包含原理误差在内的总加工误差在规定的公差范围内就可以了。,试比较试切调整法与样件调整法的优缺点及其适用场合？为什么试切调整法可以消减常值系统误差？,50,例题分析,51,（1）试切调整法符合实际加工状况，调整准确，且无需其他专用的工装和技术准备。但需多次试切、调刀、度量，花
18、费工时及材料并可能出废品。多用于成批生产。（2）样件调整法，调整工作简单、方便。但调整较难准确，且需专门设计，制造样件（或样板、对刀块等）。多用于中、小零件的大批生产。实际使用时，可结合两种方法的特点综合使用，既简单、方便，又准确。（3）试切一批工件时，能方便地发现整批工件的常值系统误差。并通过调刀等办法给予消除。但由于存在重新调整的误差，因此常值误差或多或少总还存在。,参考答案,在六角自动车床上加工一批工件，试分析说明用试切法调刀或用样件调刀影响尺寸精度的主要因素各有哪些？（不考虑加工过程中其他因素的影响）,52,例题分析,用试切法调整的误差包括：试件的尺寸测量精度；刀具的微调精度；试切件数；档块的调整精度及重复定位精度；转塔刀架的定位精度。用样件法调整的误差包括：样件尺寸的设计、制造及安装误差；调整时目测对刀等主观误差；工艺系统的变形；弹簧夹头的制造及安装误差；档块的调整精度及重复定位精度；转塔刀架的定位精度。,53,参考答案,小结,1 机床主轴回转误差的概念2 主轴回转误差对加工精度的影响（三类）3 影响主轴回转精度的主要因素（五点）4 提高主轴回转精度的措施（三条）5 例题分析（实战演练）,54,
