1、第二章数控车床精度及加工精度掌握数控车床定位精度、重复定位精度、主轴精度、刀架转位精度的检测方法。掌握数控车床工作精度的检测方法。了解数控车床最小设定单位、返回基准点及温升与热变形的检测。掌握精密量仪的使用，掌握提高工件加工精度的方法。图2-3工件绝对圆并对准主轴1.万能工具显微镜的结构图2-6万能工具显微镜外形图2.测量方法3.工具显微镜的应用(1)螺纹的测量外螺纹测量可用影像法。(2)样板或模具轮廓的测量样板或模具轮廓采用直角坐标测量法、极坐标测量法或采用光学接触法测量。图2-7圆弧检测方法(3)多孔凹模位置度误差的测量图2-8a是一个多孔凹模的设计图。从图2-7b可以看出弧切公式可以写作
2、：图2-8多孔凹模位置误差的测量(4)锥角的测量用万能工具显微镜测量锥角时，一般可以利用仪器附件(如分度台、分度头、测角目镜等)进行直接测量，图2-9所示锥角的测量为间接测量方法。图2-9万能工具显微镜测量锥角图2-10电动轮廓仪图2-11万能测长仪1.三坐标测量机的分类与构成图2-12三坐标测量机的结构形式2.三坐标测量机的测量方法(1)直接测量方法(即手动测量)操作员将决定的顺序利用键盘将指令输入测量机，再由系统逐步执行的操作方式称为直接测量法。(2)程序测量方法程序测量法是指将测量一个零件所需要的全部操作按照其执行顺序编程，以文件形式存入磁盘，测量时按运行程序控制测量机自动测量。(3)自
3、学习测量方法自学习测量法是指在操作者对第一个零件执行直接测量方式的正常测量循环中，借助适当命令使系统自动产生相应的零件测量程序，对其余零件测量时系统会重复调用这些程序。3.三坐标测量机的应用(1)多种几何量的测量测量前必须根据被测件的形状特点选择测头并进行测头的定义和校验，并对被测件的安装位置进行找正。1)触头的定义和校验。2)零件的找正。根据采用的三维找正或二维找正方法，确定初始参考坐标系。运行找正程序。选定第一坐标轴。调用相应子程序进行测量并存储结果。选第二坐标轴。调用相应子程序进行测量并存储结果。对于三维找正中的第三轴，系统自动根据右手坐标准则确定。表2-1三坐标测量机的应用举例表2-1
4、三坐标测量机的应用举例(2)实物程序编制对于在数控机床上加工的形状复杂的零件，当其形状难于建立数学模型使程序编制困难时，常常可以借助于测量机。(3)轻型加工生产型三坐标测量机除用于零件的测量外，还可用于如划线、打冲眼、钻孔、微量铣削及末道工序精加工等轻型加工，在模具制造中可用于模具的安装、装配。1.单频激光干涉仪图2-13单频激光干涉仪原理图图2-14双频激光干涉仪的基本原理2.双频激光干涉仪图2-15激光干涉仪的应用3.激光测量的应用(1)自动螺距误差补偿激光干涉仪不仅能自动测量机器的位置精度，而且还能通过RS232接口使计算机和数控系统实现通信，对误差进行自动补偿，它较通常的手工补偿方法节
5、省了大量时间，同时可最大限度地选用被测轴上的补偿点数，使机床达到最佳精度。(2)回转坐标精度标定回转坐标分度精度标定可对数控转台在任意角度位置，以任意测量间隔进行全自动测量及补偿。(3)机床动态特性测试与评估利用RENISHAW动态特性测量与评估软件，可用激光干涉仪进行机床振动测试与分析(FFT)，滚珠丝杠的动态特性分析，伺服驱动系统的响应特性分析，导轨的动态特性(低速爬行)分析等，从而帮助用户对机器故障源进行分析。(4)触发脉冲输入输出功能利角触发脉冲输入，可实现用外部控制激光干涉仪记录数据，从而可实现类似于激光丝杠动态精度检查仪的功能或机床传动链精度检查功能。(5)可选AB正交信号输出AB
6、正交信号是标准光栅信号，由于RENISHAW激光干涉仪能输出该信号，因而可将该激光干涉仪作为长度基准用于其他场合，如动态光刻等。(6)双轴同步校准在某些机器中，某一轴线运动由双驱动和双反馈系统控制(如龙门铣床和大型龙门移动的机器等)，在这种情况下，双轴校准软件可在一台计算机上连接并控制两个接口卡，提供了同步自动采集两平行轴数据的能力。1.工作原理图2-16便携式表面粗糙度测量仪2.特点1)设计新颖，结构紧凑，经济耐用。2)可用于检测不同形状表面的粗糙度，包括：平面、外圆、内孔、凹槽及其他较难测量的表面。3)既可在车间现场使用，也适用于计量室和实验室。4)传感器可在内置或转出至90、180及27
7、0进行测量，可轻松满足不同状况下的检测要求。5)仪器可在垂直甚至倒置的状态下进行操作。6)配置输出端口，将测量结果输出至微型打印机或计算机。3.应用(1)标准应用用于检测平面、外圆，直径不小于80mm的内孔，以及曲轴等，如图2-17所示。图2-17标准应用(2)测量内孔表面的粗糙度(图2-18)最小内孔孔径6mm，最深长度15.0mm。图2-18测量内孔表面的粗糙度(3)测量凹槽或不通孔底部的粗糙度测量凹槽或不通孔底部的粗糙度，最大深度为8mm，如图2-19所示。图2-19测量凹槽或不通孔底部的粗糙度图2-20小立柱工作台的应用(4)小立柱工作台(图2-20)配套使用小立柱，可使测量更方便、更
8、稳定，尤其适用于检测内孔、凹槽等较难测量的表面。(5)大立柱工作台配套使用450mm250mm70mm花岗岩平板，300mm可升降立柱，可90旋转的仪器安装板，可方便、可靠地检测外圆、内孔、凹槽及倾斜面等复杂形状表面的粗糙度。1.球杆仪的安装图2-21球杆仪的安装图2-22球杆仪的连接2.球杆仪的功能(1)机床精度等级的快速标定、优化切削参数在不同进给率条件下用球杆仪检测机床，这样就可采用满足加工精度要求的进给率进行加工，从而避免了废品的产生。(2)机床动态特性测试与评估、分离故障源球杆仪可以快速找出并分析机床的问题所在，主要可检查反向差、反向间隙、伺服增益、垂直度、直线度、周期误差等性能。1
9、)反向间隙。图2-23反向间隙2)诊断值。3)可能起因 在机床的导轨中可能存在间隙，导致当机床在被驱动换向时出现在运动中跳跃。用于弥补原有反向间隙而对机床进行的反向间隙补偿的数值过大，导致原来具有正值反向间隙问题的机床出现负值反向间隙。机器可能受到编码器滞后现象的影响。4)对加工带来的影响。5)推荐对策 检查数控系统反向间隙补偿参数设置是否正确。检查机器是否受到编码器滞后现象的影响。去除机器导轨的间隙，可能需要更换已磨损的机器部件。(3)方便机床的保养与维护球杆仪可揭示机床精度变化趋势，这样便可提醒维修工程师注意机床极有可能出现的问题，不致酿成大故障，实现机床的预防性维护。(4)缩短新机床开发
10、研制周期用球杆仪检测机床可分析出润滑系统、轴承等的选用对机床精度性能的影响。(5)方便机床验收试验对机床制造厂来说，可用球杆仪快速进行机床出厂检验，并作为随机机床精度验收文件。图2-24ANME B5.54报告(6)有全套完整的附件可供选择对于数控车床而言，有一套特殊附件来实现其360检测，从而可用球杆仪软件来进行两轴联动，故障自动分离。1)360车床适配器组件。图2-25适配器组件零件名称2)检测程序1.直线运动定位精度2.直线运动重复定位精度3.直线运动轴机械原点的返回精度4.直线运动矢动量表2-2返回基准点(参考点)检验方法表2-3公差(单位：mm)表2-4最小设定单位进给检验方法1.试
11、验条件1)为保证机床在冷态下开始试验，试验前16h内不得工作。2)试验不得中途停机。3)试验前应检查润滑油的油量和牌号，并符合使用说明书的规定。2.温升测量(1)温升测量方法主轴连续运转，每隔15 min测量一次。图2-28时间温升曲线1)温度测量点应选择尽量靠近被测部件的位置。2)室温测点应设在机床中心高处离机床500mm的任意空间位置，油箱测温点应尽量靠近吸油口。(2)温度测量系统1)温度测量系统采用热电偶，并根据条件可采用图2-29中所示测试系统，热电偶在使用前用分度值为0.1水银温度计校正。图2-29热电偶测量2)热电偶工作端的焊点一般为直径在0.30.5mm的小球，为使热电偶更好的紧
12、贴在被测物体表面，焊点附近可焊上小块纯铜片。3.热位移试验图2-30热位移表示方法表2-5计算方法(1)试验方法测试装置及测量点布置：用检验棒(也可用车削卡盘中的悬臂试件)测量主轴锥孔轴线的综合热位移(图2-31)各测量点应用非接触式的传感器。图2-31试验方法(2)测试仪器及装置试验用检验棒的圆柱部分长度l，当Da(最大切削直径)小于或等于800mm时，l应不小于300mm；当Da大于800mm时，l应不小于500mm。1.加工精度(1)尺寸精度限制加工表面与其基准间尺寸误差不超过一定的范围。(2)几何形状精度限制加工表面的宏观几何形状误差，如：圆度、圆柱度、平面度和直线度等。(3)相互位置
13、精度限制加工表面与其基准间的相互位置误差，如：平行度、垂直度、同轴度和位置度等。2.表面质量(1)表面层的几何形状偏差1)表面粗糙度。2)表面波纹度。(2)表面层的物理、力学性能1)冷作硬化。2)残余应力。3)表面层金相组织变化。1.对零件耐磨性的影响2.对零件疲劳强度的影响3.对零件配合性质的影响1.工艺系统的几何误差及改善措施(1)主轴误差机床主轴是装夹刀具或工件的位置基准，它的误差也将直接影响工件的加工质量。(2)导轨误差导轨是机床的重要基准，它的各项误差将直接影响被加工零件的精度。图2-32机床导轨误差对工件精度的影响图2-33车床导轨的几何误差2.工艺系统受力变形引起的误差及改善措施
14、图2-34工艺系统受力变形引起的加工误差3.工艺系统热变形产生的误差及改善措施(1)机床的热变形对机床的热变形构成影响的因素主要有电动机、电器和机械动力源的能量损耗转化发出的热；传动部件、运动部件在运动过程中发生的摩擦热；切屑或切削液落在机床上所传递的切削热；外界的辐射热。图2-35机床热变形对加工精度的影响(2)工件的热变形由于切削热的作用，工件在加工过程中产生热变形，其热膨胀影响了尺寸精度和形状精度。4.工件内应力引起的误差及改善措施1.工件材料2.切削用量3.刀具几何参数4.切削液1.形位误差的检测原则表2-6形位误差的检测原则表2-6形位误差的检测原则表2-6形位误差的检测原则表2-6
15、形位误差的检测原则2.常用检测符号及其说明表2-7常用检测符号及其说明3.形状误差的检测(1)直线度误差的检测图2-36光隙法测直线度误差1)光隙法。图2-37测微法测素线直线度误差2)测微法。图2-38测微法测轴线直线度误差图2-39水平仪读数原理3)水平仪法。图2-40水平仪测直线度误差示意(2)平面度误差的检测图2-41测微法测平面度误差1)测微法。图2-42实际平面上评定基准的确定2)平晶干涉法。图2-43网格布线和对角线布线图2-44平晶干涉法测平面度误差3)涂色法。(3)圆度误差的检测1)圆度仪法。图2-45圆度仪法测圆度误差2)两点法和三点法。G08AA图2-46三点法测圆度误差
16、图2-47三点法测圆柱度误差图2-48两点法测圆柱度误差(5)线、面轮廓度误差的检测零件实际轮廓(线或面)的理想轮廓形状由理论正确尺寸确定。图2-49线、面轮廓度标注及其公差带1)仿形法。2)轮廓样板法。3)投影法。4)坐标法。4.位置误差的检测(1)平行度误差的检测1)面对面平行度误差的测量。图2-50面对面平行度误差的测量图2-51线对面平行度误差的测量3)面对线平行度误差的测量。2)线对面平行度误差的测量。图2-52面对线平行度误差的测量4)线对线平行度误差的测量。图2-53线对线平行度误差的测量(2)垂直度误差的检测1)面对面垂直度误差的测量。图2-54面对面垂直度误差的测量2)线对线
17、垂直度误差的测量。图2-55线对线垂直度误差的测量3)面对线垂直度误差的测量。图2-56面对线垂直度误差的测量4)线对面垂直度误差的测量。图2-57线对面垂直度误差的测量(3)倾斜度误差的检测面对面倾斜度及线对面倾斜度误差的检测，如图2-58和图2-59所示。其误差计算式为图2-58面对面倾斜度误差的测量图2-59线对面倾斜度误差的测量(4)同轴度误差的检测1)测量壁厚法如图2-60所示，当内孔和外圆的形状误差很小是，其同轴度误差计算式为图2-60测量壁厚法测同轴度误差2)在平板上打表法 以轴线为基准时的测量。如图2-61所示，将心轴插入孔内(无间隙配合并调整被测零件)，使其基准轴线与平板平行
18、。在靠近被测孔端A、B两点测量，并求出该两点分别与高度(L+d2/2)的差值fAx和fBx。零件翻转90，测得fAy和fBy，则A、B两点同轴度误差为取 和 中较大者作为同轴度误差AfBf图2-61打表法测同轴度误差 以公共轴线为基准时的测量。如图2-62所示，将被测零件基准轮廓的中截面，放置在两个等高的刃口状V形架上，再将两指示器在铅垂截面上调零。沿轴向测量，读取在各位置上对应的读数差值|Ma-Mb|，转动被测件，按上述方法再在若干个截面上测量，以各截面读数差中的最大值作为该零件的同轴度误差。图2-62以公共轴线为基准时的测量(5)对称度误差的检测1)测量壁厚法。图2-63测量壁厚法测对称度
19、误差2)在平板上打表法。图2-64打表法测对称度误差图2-65键槽对称度误差的测量(6)位置度误差的检测位置度误差的测量，通常是先测出实际被测要素的坐标值，再与理想要素的位置相比较，求得位置度误差。图2-66单个孔位置度误差的测量图2-67多孔孔组位置度误差的测量G08AA图2-68圆周分布的多孔孔组位置度误差的测量图2-69径向圆跳动的测量图2-70端面圆跳动的测量图2-71斜向圆跳动的测量图2-72径向全跳动的测量图2-73端面全跳动的测量5.用位置量规检验形位误差图2-74用位置量规检验直线度误差示例图2-75用位置量规检验同轴度误差示例1图2-76用位置量规检验同轴度误差示例2图2-7
20、7用位置量规检验同轴度误差示例31.产生尺寸误差的原因及修正措施(表2-8)表2-8产生尺寸误差的原因及修正措施表2-8产生尺寸误差的原因及修正措施2.产生形状误差的原因及修正措施(表2-9)表2-9产生形状误差的原因及修正措施3.车削工艺中产生的形状误差及修正措施(表2-10)表2-10车削工艺中产生的形状误差及修正措施表2-10车削工艺中产生的形状误差及修正措施表2-11影响表面粗糙度的因素及修正措施4.影响表面粗糙度的因素及修正措施(表2-11)表2-12产生位置误差的原因及修正措施5.产生位置误差的原因及修正措施(表2-12)表2-12产生位置误差的原因及修正措施1.外圆加工的质量分析
21、表2-13外圆加工的质量分析表2-13外圆加工的质量分析表2-13外圆加工的质量分析2.端面加工质量分析表2-14端面加工的质量分析表2-14端面加工的质量分析3.车削细长轴容易出现的质量问题及解决措施(1)弯曲工件长径比大，刚性差；车削时径向切削力和离心力的作用，工件产生热变形伸长及切削应力；毛坯材料本身为变形杆件等多方面的原因，都会造成工件弯曲。解决的方法是使用中心架、跟刀架，增加工件的刚性；合理选择刀具的几何角度(主要是大前角、大主偏角)，减小径向切削力、减少切削热量的产生；使用弹簧顶尖，减小工件线膨胀带来的不利影响，充分浇注切削液，减少摩擦并迅速带走已产生的热量，对毛坯或工件进行必要的
22、热处理。(2)锥度工件回转中心与主轴回转中心不同轴和刀具切削过程中的磨损均会导致工件出现锥度。(3)腰鼓形加工的零件两端尺寸小、中间直径大。解决的方法是增大车刀主偏角，保持切削刃锋利以减小切削中的径向切削分力，避免出现让刀；车削中途随时检查、调整支承爪，保持支承爪圆弧面中心与车床主轴旋转中心重合。(4)中凹形与腰鼓形相反，工件两端直径大而中间尺寸小，直线度变差。(5)竹节形工件表面直径不等，呈一段大一段小有规律的变化，或是表面出现等距不平的现象。(6)多棱形工件的径向剖面呈多角形是这种缺陷的特征，它的出现与低频振动有密切关系。(7)麻花形支承爪的压力使工件受的扭矩过大，导致工件扭曲而形成。(8
23、)振动波纹与多棱形相类似，但程度不同，可参考多棱形的介绍。4.孔加工时产生误差的原因及修正措施(1)钻孔产生误差原因及修正措施(表2-15)表2-16车孔时产生误差的原因及修正措施(2)车孔时产生误差的原因及修正措施(表2-16)表2-16车孔时产生误差的原因及修正措施表2-17铰孔时产生误差的原因及修正措施(3)铰孔产生误差的原因及修正措施(表2-17)表2-17铰孔时产生误差的原因及修正措施表2-17铰孔时产生误差的原因及修正措施(4)外排屑深孔钻易出现的故障及其排除(表2-18)表2-18外排屑深孔钻头的故障及排除表2-18外排屑深孔钻头的故障及排除表2-19内排屑深孔钻的故障及排除(5
24、)内排屑深孔钻的故障及排除(表2-19)表2-20螺纹车削中产生误差的原因及修正措施5.螺纹车削产生误差的原因及修正措施(表2-20)表2-20螺纹车削中产生误差的原因及修正措施表2-20螺纹车削中产生误差的原因及修正措施表2-20螺纹车削中产生误差的原因及修正措施表2-20螺纹车削中产生误差的原因及修正措施6.车削薄壁工件容易出现的加工误差表2-21薄壁工件的加工误差表2-21薄壁工件的加工误差7.大模数多头蜗杆强力切削容易出现的质量问题及其分析(1)车削中出现扎刀现象造成扎刀现象的主要原因是：工件夹紧不牢靠而走动，致使切削量陡增。(2)齿形不正确齿形不正确主要出在车刀的刃磨和安装上。(3)表面质量差刀杆刚性不足而产生振动；车刀磨钝或损坏；工件刚性差且切削用量选择不适当；粗加工时借刀量过大而无法修整；精加工阶段余量未留足；切削液选用不当；车削中出现积屑瘤或切屑拉毛蜗杆齿侧面都将使表面质量下降。表2-22槽加工质量分析8.槽加工容易出现的问题表2-22槽加工质量分析表2-22槽加工质量分析表2-22槽加工质量分析
