机床制造精度及磨损研究

金属切削机床与其他机器一样，是按一定的精度要求来制成的。因此在工作时，也只能在一定的精度范围内完成必要的运动。

由于机床的制造有误差，因而也就造成零件加工的误差。产生这类误差的主要原因有下列几项：

1.机床床身、刀架、工作台等导轨的直线度

导轨的扭曲或弯曲都会影响工件的加工精度。例如，车床床身导轨的扭曲会引起刀架的偏移，如图3⁃5所示，从而造成工件的加工误差（直线度超差，柱度如产生锥度、细腰、腰鼓等）。要求得这种误差的数值，就必须计算出车刀在水平方向的偏移量，即

式中 y——车刀的位移（mm）；

δ——床身导轨的扭曲变形量（mm）；

H——中心高（mm）；

B——导轨之间的距离（mm）。

因此，在床身导轨扭曲变形量为δ的地方，所加工出来的那一段工件直径将增大或减小2y。

大型机床的床身的弯曲对工件的加工精度也有很大影响。这种弯曲可能是床身安装得不正确或地基下沉所造成的。例如，大型的龙门刨床和龙门铣床，床身长度8～11m，因地基下沉而引起的弯曲变形量可达3～4mm。在床身弯曲的龙门刨床上加工时，如果工件是长而薄的，则工件被压紧在工作台上后，就具有和工作台相同的弯曲形状，如图3⁃6所示，加工后工件的厚度仍可保持正确。但是，若工件很厚，夹紧后不发生弯曲（或弯曲很小），则加工后工件各处的厚度将不一致。

图3⁃5 床身导轨的扭曲变形造成 加工零件的误差

图3⁃6 龙门刨床床身弯曲对加工精度的影响

此外还应注意，床身的扭曲和弯曲都会使刀架、溜板和导轨不能紧密贴合，因而使磨损增加，并成为加工时产生振动的原因之一。

2.机床主轴轴线与床身导轨的平行度或工作台台面的垂直度

在车床或外圆磨床上加工阀杆类零件时，如果床身导轨和主轴轴线在水平面内不平行，则工件上将产生锥度。如果在垂直平面内不平行，则造成的误差还不显著，如图3⁃7所示。

当车刀偏移量为h时，直径上的误差为

式中 D——当车刀和主轴轴线位于同一高度时所车出的直径。

但在转塔车床上加工时，往往把刀具装在垂直平面内，如图3⁃8所示。这时偏移量h是相当大的，就必须考虑其对加工精度的影响。

图3⁃7 车刀在加工表面切向内的偏移对精度的影响

图3⁃8 在转塔车床上刀具安装在垂直平面里加工工件

在钻床上钻孔时，如果主轴轴线与工作台面不垂直，则加工出来的孔将和端面不垂直。

3.主轴及其支承的制造误差（轴颈的圆度、与轴承之间的间隙等）

车床主轴回转的准确性（即其回转轴线的位置是否改变），影响工件横截面上的几何形状精度（如圆度）。如果轴承是滑动的，则当载荷的大小及方向不变时，主轴轴颈在载荷作用下被压在轴承表面的一定位置上，如图3⁃9a所示。这时，主轴轴颈的圆度将传给工件。而轴承孔的圆度对加工精度没有直接的影响。

图3⁃9 主轴轴颈圆度对加工精度的影响

a）车床主轴轴颈圆度对加工精度的影响 b）镗床主轴轴颈圆度对加工精度的影响

在镗床上加工时，镗杆旋转，这时作用力的方向时刻改变，主轴轴颈被压向轴承表面上的每一部分。因而轴承孔的圆度将传给工件，而主轴轴颈的圆度对加工精度没有直接的影响，如图3⁃9b所示。

轴承中的间隙对加工精度有显著的影响，直径间隙的平均值为：

高精度机床0.004～0.010mm(www.xing528.com)

磨床0.010～0.015mm

一般精度的车床0.015～0.025mm

转塔车床、自动及半自动车床0.020～0.025mm

一般精度的铣床及钻床0.020～0.030mm

数控车床0.005～0.010mm

加工中心0.005～0.008mm

这些是轴承在工作情况下的数据，这时轴承的温度是稳定的。

4.丝杠及转位（分度）机构的误差及机床各部件轴线的吻合精度

在车削螺纹时，车床丝杠的螺距误差将反映到工件上。车床进刀刻度盘的分度误差，以及有关传动件（如齿轮）的缺陷都会影响工件的加工精度。

在滚齿机上加工齿轮时，如果机床分度机构制造或是装配得不准确，则在加工齿轮时将造成齿距的累积误差。

此外，机床各部件轴线的吻合精度，对零件的加工精度也有很大影响。如在车床上加工阀杆时，若前后顶尖发生偏移，则加工出来的阀杆会产生锥度。图3⁃10所示为前顶尖发生偏移的情况。通常，当主轴位置很准确时，前顶尖产生跳动的原因是：

1）主轴圆锥孔的圆跳动。

2）前顶尖锥面轴线与轴在主轴圆锥孔内的前顶尖尾部的轴线不吻合。

3）前顶尖与主轴锥孔的配合不精确。

图3⁃10 前顶尖偏移对加工精度的影响

要减少这类加工误差，就必须严格控制前、后顶尖位置的精确度。

由上述可知，当知道了机床本身的制造误差以后，还不能直接求得零件的加工误差，必须要通过一系列的计算和分析。

各类机床的精度标准在国家标准中都有规定。

表3⁃1所列为部分机床几何精度的特征。这些数据的求得，是在机床空载状态下，各部分不动或者作缓慢移动时进行试验而确定的。

表3⁃1 部分机床几何精度的特征

（续）

注：这些数据适用于中等尺寸的通用机床，小型和精度的机床精度较高，而大型及粗糙的机床精度较低。

机床在使用过程中，由于重要摩擦表面的不断磨损，而使机床精度逐渐降低。例如主轴轴承、床身导轨、刀架溜板、工作台溜板、进给机构、螺旋副及重要齿轮等的磨损，都将使加工误差增加。

图3⁃11所示为车床导轨的磨损曲线，图中表示了导轨磨损的不均匀性。

图3⁃11 车床导轨的磨损曲线

由于床身导轨在长度方向上的磨损极不均匀，因而将使刀架溜板在水平面内发生偏斜。如果前面的某一段导轨因磨损而凹下去的深度为a，如图3⁃12所示，则当刀架溜板移动到这一部分时，刀夹就会在水平方向上移开x的距离，于是工件直径在这一部分将增大。

机床的磨损只允许在一定限度内。当达到规定限度时，机床就需要进行修理。机床大修之后，应当要恢复机床在开始使用前的原始精度，或是稍稍降低其精度。

图3⁃12 车床床身导轨的磨损对加工精度的影响