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摘要:随着社会的发展、科技的进步,在机械加工过程中对工件的加工精度也提出了更高地要求,在加工过程中如何减少各种因素对加工精度的影响也成为大家广泛关注的焦点,本文简单的介绍了影响机械加工精度的几种主要因素并结合自身教学与实践的经验提出了解决问题的相关方法。
关键词:机械 加工精度 对策研究
1 概述
在机械加工的过程当中,通常用“加工精度”来衡量一个工件加工好坏的程度,所谓“加工精度”是指零件加工后的实际几何参数(尺寸、形状和位置)与理想几何参数的符合程度。而实际几何参数与理想几何参数之间的差异即称为加工误差,而加工误差直接影响到加工成本的高低,所以加工误差的减少能够大大提高产品的利润。
2 工艺系统几何误差
2.1 机床的几何误差
在加工过程当中,机床是为切削加工提供运动和动力的,而且加工刀具、夹具都是固定在机床上的,所以机床的精度对工件的加工精度起着决定性的作用。而机床制造误差主要有:主轴回转误差、导轨误差和传动误差。机床在长期的工作当中,对各个部件都有很大的磨损,这是导致机床工作精度下降的主要原因。
2.1.1 主轴回转误差
主轴回转误差是一项综合性的误差,是主轴在回转过程当中,实际回转轴线相对于理论回转轴线的变动量。它有三种表现形式:径向圆跳动、轴向窜动和角度摆动。不同形式的主轴回转误差对加工精度的影响也不同,同一种形式的主轴回转误差对于不同加工方法的影响也是不同的。
2.1.2 导轨误差
床身导轨既是装配机床各部件的基准件,又是保证刀具与工件之间导向精度的导向件,因此导轨误差对机械加工精度有直接影响。
在机床的各个部件当中,导轨是实现直线运动的一个重要部件,是机床上确定各机床部件相对位置关系的基准。而导轨误差从以下几个方面影响零件的加工精度:在水平面内的直线度;在垂直面内的直线度、前后导轨的平行度;导轨对主轴轴心线的平行度。
所以导轨在制造和装配过程当中一定要注意其精度,加工过程中减少磨损能从根源上减少导轨误差,最终提高产品的加工精度。
2.1.3 传动链误差
车床的传动系统是由各种传动链组成的,所以在传动的过程当中,传动零件有磨损、装配等各种误差就会影响整个传动系统的精度,最终影响工件的加工精度。特别是对主运动和进给运动的严格传动比零件的加工影响更大,比如说螺纹、齿轮、涡轮、蜗杆等零件在加工时就受传动链误差影响比较大。传动链误差是加工误差的主要来源之一。
2.2 刀具的几何误差
刀具是机械制造中用于切削加工的工具,所以刀具在制造、安装磨损的过程中都会对加工精度造成影响。比如在加工过程当中,采用定尺寸刀具(比如钻头、铰刀、拉刀)加工工件时刀具精度将直接影响到工件尺寸精度。当采用成形刀具(如齿轮、滚刀等)加工工件时刀刃的形状必须是加工表面的共轭曲线,因此刀刃的形状误差会影响加工表面的形状精度。而一般刀具(如普通车刀、创刀等)制造的误差对工件加工影响不大,因为其加工精度由机床运动精度和工人技术水平来保证。
2.3 夹具的几何误差
夹具的制造误差和磨损会直接影响到工件加工表面的位置精度和尺寸精度,一般来说夹具误差对加工表面的位置误差影响最大。在设计夹具时,凡影响到工件精度尺寸的,应严格控制其制造误差,一般可取工件上相应尺寸或位置公差的1/2~1/5作为夹具元件的公差。
3 定位误差
3.1 基准不重合误差
要了解基准不重合误差,我们首先要了解什么叫“设计基准”和“工序基准”,所谓设计基准就是在零件图上用来确定某一表面尺寸位置所依据的基准称为设计基准,所谓工序基准就是在工序图上用来确定本工序被加工表面后的尺寸位置所依据的基准。而机床加工的过程当中,所选的定位基准与工序基准不重合就会产出基准不重合误差。基准不重合误差等于定位基准相对于设计基准在工序尺寸方向上的最大变动量。
3.2 定位副制造不准确误差
在加工过程当中工件在夹具中的正确位置是由夹具上的定位元件来确定的,工作定位面与夹具定位元件共同构成定位副,而在加工过程当中夹具上的定位元件不可能按基本尺寸制造得绝对准确,它们的实际尺寸都允许在分别规定的公差范围内变动,而工件上的定位基准面也会制造误差。所以当定位副制造得不准确时,其和定位副间的配合间隙会引起工件的最大位置变动量,这就是定位副制造不准确误差的概念。
4 工艺系统受力效应引起的误差
4.1 工艺系统受力变形引起的误差
工艺系统是个弹性系统,弹性系统在外力作用下所产生的变形位移的大小取决与外力的大小和系统抵抗外力的能力,工艺系统抵抗外力使其变形的能力称为工艺系统的刚度。
机械加工过程当中工艺系统在切削力、传动力、惯性力、加紧力等的作用下会产生相应的变形,从而破坏了刀具和工具的正确的相对位置,使工件的加工精度下降。通过减少工艺变形提高工艺系统刚度,减少切削力并压缩它们的变动幅值可以提高工件的加工精度。
4.2 工件受内应力对加工精度的影响
内应力也称为残余应力,是指外部载荷去除后仍残存在工件内部的应力,有残余应力的工件处于一种很不稳定的状态,它的内部组织有要恢复到稳定状态的强烈倾向,即使在常温下这种变化也在不断地进行直到残余应力完全消失为止,在这个过程中零件的形状逐渐变化,从而逐渐丧失原有的加工精度。残余应力产生的实质原因是由于金属内部组织发生了不均匀的体积变化,所以在设计零件时应该尽量做到壁厚均匀、结构对称,这样能大大减少内应力大的产生。
5 工艺系统受热变形的误差
机床在运转与加工过程中由于摩擦生热、切削生热以及工作场地周围热源等作用温度会逐渐上升,由于机床各部件受热程度不同,温升存在差异,因此各部件的相对位置将发生变化,从而造成加工误差。可以通过减少发热、隔热加冷却水、加强散热能力、用热补偿等方法减少热变形的倾向。
6 数控加工的误差
随着社会发展数控机床在现代机械加工当中使用得越来越普遍,虽然以上各种传统的加工误差在数控加工中也会产生,但是由于数控机床的制造精度、装配精度比普通机床高很多,而且它们的结构模式也不一样,所以数控加工机床的加工精度远远高于普通机床的加工精度,但是由于数控机床的使用过程当中有了程序编制、输入装置、数控装置、伺服驱动及位置检测等步骤,所以数控加床也有了另外新的误差来源。
关键词:机械 加工精度 对策研究
1 概述
在机械加工的过程当中,通常用“加工精度”来衡量一个工件加工好坏的程度,所谓“加工精度”是指零件加工后的实际几何参数(尺寸、形状和位置)与理想几何参数的符合程度。而实际几何参数与理想几何参数之间的差异即称为加工误差,而加工误差直接影响到加工成本的高低,所以加工误差的减少能够大大提高产品的利润。
2 工艺系统几何误差
2.1 机床的几何误差
在加工过程当中,机床是为切削加工提供运动和动力的,而且加工刀具、夹具都是固定在机床上的,所以机床的精度对工件的加工精度起着决定性的作用。而机床制造误差主要有:主轴回转误差、导轨误差和传动误差。机床在长期的工作当中,对各个部件都有很大的磨损,这是导致机床工作精度下降的主要原因。
2.1.1 主轴回转误差
主轴回转误差是一项综合性的误差,是主轴在回转过程当中,实际回转轴线相对于理论回转轴线的变动量。它有三种表现形式:径向圆跳动、轴向窜动和角度摆动。不同形式的主轴回转误差对加工精度的影响也不同,同一种形式的主轴回转误差对于不同加工方法的影响也是不同的。
2.1.2 导轨误差
床身导轨既是装配机床各部件的基准件,又是保证刀具与工件之间导向精度的导向件,因此导轨误差对机械加工精度有直接影响。
在机床的各个部件当中,导轨是实现直线运动的一个重要部件,是机床上确定各机床部件相对位置关系的基准。而导轨误差从以下几个方面影响零件的加工精度:在水平面内的直线度;在垂直面内的直线度、前后导轨的平行度;导轨对主轴轴心线的平行度。
所以导轨在制造和装配过程当中一定要注意其精度,加工过程中减少磨损能从根源上减少导轨误差,最终提高产品的加工精度。
2.1.3 传动链误差
车床的传动系统是由各种传动链组成的,所以在传动的过程当中,传动零件有磨损、装配等各种误差就会影响整个传动系统的精度,最终影响工件的加工精度。特别是对主运动和进给运动的严格传动比零件的加工影响更大,比如说螺纹、齿轮、涡轮、蜗杆等零件在加工时就受传动链误差影响比较大。传动链误差是加工误差的主要来源之一。
2.2 刀具的几何误差
刀具是机械制造中用于切削加工的工具,所以刀具在制造、安装磨损的过程中都会对加工精度造成影响。比如在加工过程当中,采用定尺寸刀具(比如钻头、铰刀、拉刀)加工工件时刀具精度将直接影响到工件尺寸精度。当采用成形刀具(如齿轮、滚刀等)加工工件时刀刃的形状必须是加工表面的共轭曲线,因此刀刃的形状误差会影响加工表面的形状精度。而一般刀具(如普通车刀、创刀等)制造的误差对工件加工影响不大,因为其加工精度由机床运动精度和工人技术水平来保证。
2.3 夹具的几何误差
夹具的制造误差和磨损会直接影响到工件加工表面的位置精度和尺寸精度,一般来说夹具误差对加工表面的位置误差影响最大。在设计夹具时,凡影响到工件精度尺寸的,应严格控制其制造误差,一般可取工件上相应尺寸或位置公差的1/2~1/5作为夹具元件的公差。
3 定位误差
3.1 基准不重合误差
要了解基准不重合误差,我们首先要了解什么叫“设计基准”和“工序基准”,所谓设计基准就是在零件图上用来确定某一表面尺寸位置所依据的基准称为设计基准,所谓工序基准就是在工序图上用来确定本工序被加工表面后的尺寸位置所依据的基准。而机床加工的过程当中,所选的定位基准与工序基准不重合就会产出基准不重合误差。基准不重合误差等于定位基准相对于设计基准在工序尺寸方向上的最大变动量。
3.2 定位副制造不准确误差
在加工过程当中工件在夹具中的正确位置是由夹具上的定位元件来确定的,工作定位面与夹具定位元件共同构成定位副,而在加工过程当中夹具上的定位元件不可能按基本尺寸制造得绝对准确,它们的实际尺寸都允许在分别规定的公差范围内变动,而工件上的定位基准面也会制造误差。所以当定位副制造得不准确时,其和定位副间的配合间隙会引起工件的最大位置变动量,这就是定位副制造不准确误差的概念。
4 工艺系统受力效应引起的误差
4.1 工艺系统受力变形引起的误差
工艺系统是个弹性系统,弹性系统在外力作用下所产生的变形位移的大小取决与外力的大小和系统抵抗外力的能力,工艺系统抵抗外力使其变形的能力称为工艺系统的刚度。
机械加工过程当中工艺系统在切削力、传动力、惯性力、加紧力等的作用下会产生相应的变形,从而破坏了刀具和工具的正确的相对位置,使工件的加工精度下降。通过减少工艺变形提高工艺系统刚度,减少切削力并压缩它们的变动幅值可以提高工件的加工精度。
4.2 工件受内应力对加工精度的影响
内应力也称为残余应力,是指外部载荷去除后仍残存在工件内部的应力,有残余应力的工件处于一种很不稳定的状态,它的内部组织有要恢复到稳定状态的强烈倾向,即使在常温下这种变化也在不断地进行直到残余应力完全消失为止,在这个过程中零件的形状逐渐变化,从而逐渐丧失原有的加工精度。残余应力产生的实质原因是由于金属内部组织发生了不均匀的体积变化,所以在设计零件时应该尽量做到壁厚均匀、结构对称,这样能大大减少内应力大的产生。
5 工艺系统受热变形的误差
机床在运转与加工过程中由于摩擦生热、切削生热以及工作场地周围热源等作用温度会逐渐上升,由于机床各部件受热程度不同,温升存在差异,因此各部件的相对位置将发生变化,从而造成加工误差。可以通过减少发热、隔热加冷却水、加强散热能力、用热补偿等方法减少热变形的倾向。
6 数控加工的误差
随着社会发展数控机床在现代机械加工当中使用得越来越普遍,虽然以上各种传统的加工误差在数控加工中也会产生,但是由于数控机床的制造精度、装配精度比普通机床高很多,而且它们的结构模式也不一样,所以数控加工机床的加工精度远远高于普通机床的加工精度,但是由于数控机床的使用过程当中有了程序编制、输入装置、数控装置、伺服驱动及位置检测等步骤,所以数控加床也有了另外新的误差来源。