CNC机械加工精度知识

加工精度主要用来衡量生产的程度。加工精度和加工误差是评价加工表面几何参数的术语。加工精度通过公差等级来衡量。等级值越小，精度越高；加工误差用数值表示。数值越大，误差越大。加工精度高意味着加工误差小，反之亦然。公差等级有IT01、IT0、IT1、IT2、IT3至IT18共20个。其中，IT01表示该零件加工精度最高，IT18表示该零件加工精度最低。一般IT7、IT8属于中等加工精度。任何加工方法得到的实际参数都不会绝对准确。从零件的功能来看，只要加工误差在零件图要求的公差范围内，就认为加工精度是有保证的。

一台机器的质量取决于零件的加工质量和机器的装配质量。零件的加工质量包括零件加工精度和表面质量两个方面。

加工精度是指加工后零件的实际几何参数（尺寸、形状、位置）与理想几何参数的一致程度。它们之间的差异称为加工误差。加工误差的大小反映了加工精度的水平。误差越大，加工精度越低，误差越小，加工精度越高。

1、加工精度的调整方法

减少机器错误

(1)提高主轴部件的制造精度

1）应提高轴承的旋转精度：

①选用高精度滚动轴承；

②采用高精度多油楔动压轴承；

③采用高精度静压轴承。

2）带轴承的配件精度应提高：

①提高箱体支撑孔和主轴轴颈的加工精度；

②提高与轴承配合表面的加工精度；

③测量并调整相应零件的径向跳动范围，以补偿或抵消误差。

（2）。适当预紧滚动轴承

①消除间隙；

②增加轴承刚度；

③ 消除滚动体误差。

（3）。使主轴旋转精度不反映在工件上。

2、调整工艺系统

(1)试切方法调整

试切——测量尺寸——调整刀具切削深度——切削——再次试切，如此重复，直至达到所需尺寸。该方法生产效率低，主要用于单件小批量生产。

(2)调整方法

通过预先调整机床、夹具、工件和刀具的相对位置来获得所需的尺寸。该方法生产率较高，主要用于大规模批量生产。

3.减少刀具磨损

在刀具尺寸磨损达到快速磨损阶段之前，必须对刀具进行刃磨。

4、减少传动链的传动误差

(1)传动部件少，传动链条短，传动精度更高；

(2)采用降速传动是保证传动精度的重要原则，传动副越靠近末端，传动比应越小；

(3)端件的精度应高于其他传动部件的精度。

5、减少工艺系统的应力变形

(1)提高系统刚度，特别是工艺系统中薄弱环节的刚度

1）结构设计合理

① 尽量减少连接面的数量；

②防止局部低刚性连杆的出现；

③应合理选择底座和支撑件的结构和截面形状。

2）提高连接面的接触刚度

①提高机床部件中零件之间的结合面质量；

②对机床部件进行预紧；

③提高工件定位基准面的精度，降低其表面粗糙度值。

3）采用合理的装夹和定位方法

(2)减少负荷及其变化

1）合理选择刀具几何参数和切削用量，减小切削力；

2）对毛坯进行分组，调整时使毛坯加工余量均匀。

加工精度误差的原因

1、加工原理错误

加工原理误差是指采用近似的叶片轮廓或近似的传动关系进行加工而引起的误差。螺纹、齿轮、复杂曲面加工中经常出现加工原理误差。

例如，用于加工渐开线齿轮的齿轮滚刀，为了方便滚刀制造，采用阿基米德基本蜗杆或普通直齿廓基本蜗杆代替渐开线基本蜗杆，造成齿轮渐开线齿形误差。又如，车削模数蜗杆时，由于蜗杆的节距等于蜗轮的节距（即mπ），其中m为模数，π为无理数，因此更换的齿数车床的齿轮是有限的。选择替换齿轮时，只能将π换算成近似小数值（π=3.1415）进行计算，这会导致刀具在工件的成形运动（螺旋运动）中不准确，产生螺距误差。

在加工中，一般在理论误差能满足加工精度要求的前提下，采用近似加工，以提高生产率和经济性（<=10%-15%尺寸公差）。

2、调整误差

机床的调整误差是指因调整不准确而引起的误差。

3、夹具的制造误差和磨损

夹具的误差主要指：

(1)定位元件、刀具导向元件、分度机构、夹具底座等制造误差；

(2)夹具组装后上述各部件工作面之间的相对尺寸误差；

(3)夹具工作面在使用过程中的磨损。

4、机床故障

机床误差是指机床的制造误差、安装误差和磨损。主要包括机床导轨引导误差、机床主轴回转误差、机床传动链传动误差等。

(1)机床导轨引导误差

1）导轨引导精度——导轨副运动部件的实际运动方向与理想运动方向的符合程度。主要包括：

①导轨在水平面内的直线度Δy和在垂直面内的直线度Δz（弯曲）；

②前后导轨的平行度（扭转度）；

③导轨与主轴旋转轴线在水平面和垂直面的平行度误差或垂直度误差。

2）导轨引导精度对切削加工的影响

主要考虑导轨误差引起的刀具与工件在误差敏感方向上的相对位移。车削加工时，误差敏感方向为水平方向，垂直方向引导误差引起的加工误差可以忽略不计；镗孔加工时，误差敏感方向随着刀具的旋转而变化；刨削加工中，误差敏感方向是垂直方向，床身导轨在垂直平面内的直线度造成加工表面的直线度和平面度误差。

(2)机床主轴旋转误差

机床主轴回转误差是指实际回转轴线相对于理想回转轴线的漂移。主要包括主轴端面圆跳动、主轴径向圆跳动、主轴几何轴线倾斜摆幅。

1）主轴端面圆跳动对加工精度的影响：

① 加工圆柱面时无影响；

② 车削或镗削端面时，会产生端面与圆柱轴线的垂直度误差或端面平面度误差；

③ 加工螺纹时，会产生螺距周期误差。

2）主轴径向圆跳动对加工精度的影响：

①若径向旋转误差表现为其实际轴在y轴坐标方向的简谐直线运动，则镗床所钻的孔为椭圆孔，圆度误差为径向圆跳动幅度；而车床车削的孔则没有影响；

②如果主轴几何轴偏心移动，无论车削还是镗削，都可以得到半径等于刀尖到平均轴距离的圆。

3）主轴几何轴的倾斜摆幅对加工精度的影响：

① 几何轴相对于空间平均轴形成一定锥角的圆锥轨迹。从各个截面来看，相当于几何轴心绕平均轴心偏心移动，而不同位置的偏心率值与轴向方向不同；

②几何轴在一定平面内摆动。从各截面来看，相当于实际轴心在平面内做简谐振动，而不同位置的跳动幅度与轴向不同；

③实际上，主轴几何轴的倾斜摆幅是以上两者的叠加。

(3)机床传动链的传动误差

机床传动链的传动误差是指传动链首尾端传动元件之间的相对运动误差。

5、工艺系统受力变形

工艺系统在切削力、夹紧力、重力和惯性力的作用下会发生变形，从而破坏所调整的工艺系统各部件的相对位置关系，产生加工误差，影响加工过程的稳定性。主要考虑机床变形、工件变形和工艺系统总变形。

(1)切削力对加工精度的影响

仅考虑机床的变形，对于轴类零件的加工，机床受力变形，使加工的工件呈现两端厚、中间薄的马鞍形，即出现圆柱度误差。仅考虑工件的变形，对于轴类零件的加工，工件受力变形，使加工后的工件呈现两端薄、中间厚的鼓形。对于加工孔类零件，单独考虑机床或工件的变形，加工后工件的形状与加工轴类零件相反。

(2)夹紧力对加工精度的影响

工件装夹时，由于工件刚性较低或装夹力点不当，工件会产生相应的变形，从而产生加工误差。

6、刀具的制造误差和磨损

刀具误差对加工精度的影响根据刀具类型的不同而不同。

(1)定尺寸刀具(如钻头、铰刀、键槽铣刀和圆拉刀等)的尺寸精度直接影响工件的尺寸精度。

(2)成形刀具(如成形车刀、成形铣刀、成形砂轮等)的形状精度将直接影响工件的形状精度。

(3)展开刀具(如齿轮滚刀、花键滚刀、插齿刀等)的刃形误差会影响加工表面的形状精度。

(4)通用刀具(如车刀、镗刀、铣刀)的制造精度对加工精度无直接影响，但刀具容易磨损。

7、加工现场环境的影响

加工现场常常存在许多细小的金属碎片。如果这些金属切屑与零件的定位面或定位孔接触，就会影响零件的加工精度。对于高精度加工，一些小到肉眼看不见的金属切屑会影响精度。这种影响因素会被识别出来，但没有非常有效的方法来消除它，而且往往高度依赖于操作者的操作技能。

8、工艺系统的热变形

加工过程中，由于内部热源（切削热、摩擦热）或外部热源（环境温度、热辐射）产生的热量，工艺系统受热变形，从而影响加工精度。在大型工件加工和精密加工中，工艺系统热变形引起的加工误差占总加工误差的40%-70%。

工件热变形对被加工金属的影响包括工件受热均匀和工件受热不均匀两种。

9.工件内部的残余应力

残余应力的产生：

(1)毛坯制造和热处理过程中产生的残余应力；

(2)冷矫直产生的残余应力；

(3)切削加工产生的残余应力。