淺談提高機(jī)械加工精度的方法

馬春光

摘要:分析機(jī)械加工存在誤差的主要原因,然后提出提高機(jī)械加工精度的措施。

關(guān)鍵詞:機(jī)械加工;精度;誤差

加工精度是指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)(尺寸、形狀和位置)與理想幾何參數(shù)的符合程度。在機(jī)械加工中,誤差是不可避免的,但誤差必須在允許的范圍內(nèi)。通過誤差分析,掌握其變化的基本規(guī)律,從而采取相應(yīng)的措施減少加工誤差,提高加工精度。

1 機(jī)械加工產(chǎn)生誤差主要原因

主軸回轉(zhuǎn)誤差。主軸回轉(zhuǎn)誤差是指主軸各瞬間的實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線相對其平均回轉(zhuǎn)軸線的變動(dòng)量。產(chǎn)生主軸徑向回轉(zhuǎn)誤差的主要原因有: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、主軸繞度等。適當(dāng)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(jìn)行平衡,對滾動(dòng)軸承進(jìn)行預(yù)緊等,均可提高機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)精度。

導(dǎo)軌誤差。導(dǎo)軌是機(jī)床上確定各機(jī)床部件相對位置關(guān)系的基準(zhǔn),也是機(jī)床運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)。車床導(dǎo)軌的精度要求主要有以下三個(gè)方面:在水平面內(nèi)的直線度;在垂直面內(nèi)的直線度;前后導(dǎo)軌的平行度(扭曲)。除了導(dǎo)軌本身的制造誤差外,導(dǎo)軌的不均勻磨損和安裝質(zhì)量,也是造成導(dǎo)軌誤差的重要因素。

傳動(dòng)鏈誤差。傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)誤差是指內(nèi)聯(lián)系的傳動(dòng)鏈中首末兩端傳動(dòng)元件之間相對運(yùn)動(dòng)的誤差。傳動(dòng)誤差是由傳動(dòng)鏈中各組成環(huán)節(jié)的制造和裝配誤差,以及使用過程中的磨損所引起。

刀具的幾何誤差。任何刀具在切削過程中,都不可避免要產(chǎn)生磨損,并由此引起工件尺寸和形狀地改變。正確地選用刀具材料和選用新型耐磨的刀具材料,合理地選用刀具幾何參數(shù)和切削用量 ,正確地采用冷卻液等,均能最大限度地減少刀具的尺寸磨損。必要時(shí)還可采用補(bǔ)償裝置對刀具尺寸磨損進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。

定位誤差。一是基準(zhǔn)不重合誤差。在零件圖上用來確定某一表面尺寸、位置所依據(jù)的基準(zhǔn)稱為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。在工序圖上用來確定本工序被加工表面加工后的尺寸、位置所依據(jù)的基準(zhǔn)稱為工序基準(zhǔn)。在機(jī)床上對工件進(jìn)行加工時(shí),須選擇工件上若干幾何要素作為加工時(shí)的定位基準(zhǔn),如果所選用的定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合,就會(huì)產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合誤差。二是定位副制造不準(zhǔn)確誤差。夾具上的定位元件不可能按基本尺寸制造得絕對準(zhǔn)確,它們的實(shí)際尺寸(或位置)都允許在分別規(guī)定的公差范圍內(nèi)變動(dòng)。工件定位面與夾具定位元件共同構(gòu)成定位副,由于定位副制造得不準(zhǔn)確和定位副間的配合間隙引起的工件最大位置變動(dòng)量,稱為定位副制造不準(zhǔn)確誤差。

工藝系統(tǒng)受力變形產(chǎn)生的誤差。一是工件剛度。工藝系統(tǒng)中如果工件剛度相對于機(jī)床、刀具、夾具來說比較低,在切削力的作用下,工件由于剛度不足而引起的變形對加工精度的影響就比較大。

二是刀具剛度。外圓車刀在加工表面法線(y)方向上的剛度很大,其變形可以忽略不計(jì)。鏜直徑較小的內(nèi)孔,刀桿剛度很差,刀桿受力變形對孔加工精度就有很大影響。

三是機(jī)床部件剛度。機(jī)床部件由許多零件組成,機(jī)床部件剛度迄今尚無合適的簡易計(jì)算方法,目前主要還是用實(shí)驗(yàn)方法來測定機(jī)床部件剛度。變形與載荷不成線性關(guān)系,加載曲線和卸載曲線不重合,卸載曲線滯后于加載曲線。兩曲線線間所包容的面積就是載加載和卸載循環(huán)中所損耗的能量,它消耗于摩擦力所做的功和接觸變形功;第一次卸載后,變形恢復(fù)不到第一次加載的起點(diǎn),這說明有殘余變形存在,經(jīng)多次加載卸載后,加載曲線起點(diǎn)才和卸載曲線終點(diǎn)重合,殘余變形才逐漸減小到零。

工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差。工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響比較大,特別是在精密加工和大件加工中,由熱變形所引起的加工誤差有時(shí)可占工件總誤差的50%。機(jī)床、刀具和工件受到各種熱源的作用,溫度會(huì)逐漸升高,同時(shí)它們也通過各種傳熱方式向周圍的物質(zhì)和空間散發(fā)熱量。

調(diào)整誤差。在機(jī)械加工的每一工序中,總要對工藝系統(tǒng)進(jìn)行這樣或那樣的調(diào)整工作。由于調(diào)整不可能絕對地準(zhǔn)確,因而產(chǎn)生調(diào)整誤差。在工藝系統(tǒng)中,工件、刀具在機(jī)床上的互相位置精度,是通過調(diào)整機(jī)床、刀具、夾具或工件等來保證的。當(dāng)機(jī)床、刀具、夾具和工件毛坯等的原始精度都達(dá)到工藝要求而又不考慮動(dòng)態(tài)因素時(shí),調(diào)整誤差的影響,對加工精度起到?jīng)Q定性的作用。

測量誤差。零件在加工時(shí)或加工后進(jìn)行測量時(shí),由于測量方法、量具精度以及工件和主客觀因素都直接影響測量精度。

2 提高機(jī)械加工精度的措施

減少原始誤差。提高零件加工所使用機(jī)床的幾何精度,提高夾具、量具及工具本身精度,控制工藝系統(tǒng)受力、受熱變形、刀具磨損、內(nèi)應(yīng)力引起的變形、測量誤差等均屬于直接減少原始誤差。為了提高機(jī)械加工精度,需對產(chǎn)生加工誤差的各項(xiàng)原始誤差進(jìn)行分析,根據(jù)不同情況對造成加工誤差的主要原始誤差采取不同的措施解決。對于精密零件的加工應(yīng)盡可能提高所使用精密機(jī)床的幾何精度、剛度和控制加工熱變形;對具有成形表面的零件加工,則主要是如何減少成形刀具形狀誤差和刀具的安裝誤差。

誤差補(bǔ)償法。對工藝系統(tǒng)的一些原始誤差 ,可采取誤差補(bǔ)償?shù)姆椒ㄒ钥刂破鋵α慵庸ふ`差的影響。

①誤差補(bǔ)償法:此法是人為地造出一種新的原始誤差,從而補(bǔ)償或抵消原來工藝系統(tǒng)中固有的原始誤差,達(dá)到減少加工誤差,提高加工精度的目的。

②誤差抵消法:利用原有的一種原始誤差去部分或全部地抵消原有原始誤差或另一種原始誤差。

分化或均化原始誤差。為了提高一批零件的加工精度,可采取分化某些原始誤差的方法。對加工精度要求高的零件表面,還可以采取在不斷試切加工過程中,逐步均化原始誤差的方法。

①分化原始誤差(分組)法:根據(jù)誤差反映規(guī)律,將毛坯或上道工序的工件尺寸經(jīng)測量按大小分為n組,每組工件的尺寸范圍就縮減為原來的1/n。然后按各組的誤差范圍分別調(diào)整刀具相對工件的準(zhǔn)確位置,使各組工件的尺寸分散范圍中心基本一致,以使整批工件的尺寸分散范圍大大縮小。

②均化原始誤差:此法過程為通過加工使被加工表面原有誤差不斷縮小和平均化的過程。均化的原理就是通過有密切聯(lián)系的工件或工具表面的相互比較和檢查,從中找出它們之間的差異,然后再進(jìn)行相互修正加工或基準(zhǔn)加工。

轉(zhuǎn)移原始誤差。這種方法的實(shí)質(zhì)就是將原始誤差從誤差敏感方向轉(zhuǎn)移到誤差非敏感方向上去。轉(zhuǎn)移原始誤差至非敏感方向。各種原始誤差反映到零件加工誤差上的程度與其是否在誤差敏感方向上有直接關(guān)系。若在加工過程中設(shè)法使其轉(zhuǎn)移到加工誤差的非敏感方向,則可大大提高加工精度。轉(zhuǎn)移原始誤差至其他對加工精度無影響的方面。

3 結(jié)束語

在機(jī)械加工中,誤差是不可避免的,只有對誤差產(chǎn)生的原因進(jìn)行詳細(xì)的分析,才能采取相應(yīng)的預(yù)防措施減少加工誤差,提高機(jī)械加工精度。

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