機床的幾何誤差對加工精度的影響分析與研究

大量的生產實踐和實驗研究表明：影響機加工工件加工精度的因素很多。為了說明問題的需要，我們一般將影響機加工精度的因素分為加工前的誤差和加工后以及加工過程中的誤差。此項分析與研究的目的就是要將這些誤差對零件加工精度的影響控制在一定范圍內或降至最小，以保證工件的加工精度要求。下面就機床的幾何誤差對零件加工精度的影響及其消除作簡單分析。

一、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，分為徑向圓跳動、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如下：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以及主軸撓度等。這些因素對主軸徑向回轉精度的影響因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是不變的，見圖1。

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。圖1中的δd表示徑向跳動量。

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加工誤差也不同。主軸回轉誤差產生的加工誤差有：徑向跳動，影響工件圓度；軸向竄動，影響軸向尺寸，加工螺紋時影響螺距值；角度擺動，影響圓柱度。

提高主軸回轉精度的主要措施是消除軸承的間隙。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。

二、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）。

1.導軌在水平面內的直線度誤差

臥式車床導軌在水平面內的直線度誤差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。

2.導軌在垂直平面內的直線度誤差

臥式車床導軌在垂直面內的直線度誤差對加工精度影響很少，一般可忽略不計。

3.前后導軌平行度誤差（扭曲）

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。

4.導軌與主軸回轉軸線的平行度誤差

若車床與主軸回轉軸線在水平面內有平行度誤差，車出的內外圓柱面就會產生錐度；若車床與主軸回轉軸線在垂直面內有平行度誤差，則圓柱面會成雙曲回轉體。因是非誤差敏感方向，故可忽略。

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，也是造成導軌誤差的重要因素。此外，導軌磨損也是機床精度下降的主要原因之一。

三、傳動鏈誤差

傳動鏈誤差是指機床內聯系傳動鏈始末兩端的傳動元件間的相對運動誤差，一般用傳動鏈末端元件的轉角誤差來衡量。減小傳動鏈傳動誤差的措施有：減小傳動件的數目，縮短傳動鏈，傳動元件越少，傳動累積誤差就越小，傳動精度就越高；傳動比越小，傳動元件的誤差對傳動精度的影響就越小，特別是傳動鏈尾端的傳動元件的傳動比越小，傳動鏈的傳動精度就越高。

（作者單位：湖南省化工職業技術學院）