淺談提高機械加工精度的方法

馬春光

摘要:分析機械加工存在誤差的主要原因,然后提出提高機械加工精度的措施。

關鍵詞:機械加工;精度;誤差

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

1 機械加工產生誤差主要原因

主軸回轉誤差。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。產生主軸徑向回轉誤差的主要原因有: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。

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)。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。

傳動鏈誤差。傳動鏈的傳動誤差是指內聯系的傳動鏈中首末兩端傳動元件之間相對運動的誤差。傳動誤差是由傳動鏈中各組成環節的制造和裝配誤差,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。必要時還可采用補償裝置對刀具尺寸磨損進行自動補償。

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

工藝系統受力變形產生的誤差。一是工件剛度。工藝系統中如果工件剛度相對于機床、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。鏜直徑較小的內孔,刀桿剛度很差,刀桿受力變形對孔加工精度就有很大影響。

三是機床部件剛度。機床部件由許多零件組成,機床部件剛度迄今尚無合適的簡易計算方法,目前主要還是用實驗方法來測定機床部件剛度。變形與載荷不成線性關系,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,變形恢復不到第一次加載的起點,這說明有殘余變形存在,經多次加載卸載后,加載曲線起點才和卸載曲線終點重合,殘余變形才逐漸減小到零。

工藝系統受熱變形引起的誤差。工藝系統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可占工件總誤差的50%。機床、刀具和工件受到各種熱源的作用,溫度會逐漸升高,同時它們也通過各種傳熱方式向周圍的物質和空間散發熱量。

調整誤差。在機械加工的每一工序中,總要對工藝系統進行這樣或那樣的調整工作。由于調整不可能絕對地準確,因而產生調整誤差。在工藝系統中,工件、刀具在機床上的互相位置精度,是通過調整機床、刀具、夾具或工件等來保證的。當機床、刀具、夾具和工件毛坯等的原始精度都達到工藝要求而又不考慮動態因素時,調整誤差的影響,對加工精度起到決定性的作用。

測量誤差。零件在加工時或加工后進行測量時,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 提高機械加工精度的措施

減少原始誤差。提高零件加工所使用機床的幾何精度,提高夾具、量具及工具本身精度,控制工藝系統受力、受熱變形、刀具磨損、內應力引起的變形、測量誤差等均屬于直接減少原始誤差。為了提高機械加工精度,需對產生加工誤差的各項原始誤差進行分析,根據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盡可能提高所使用精密機床的幾何精度、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。

誤差補償法。對工藝系統的一些原始誤差 ,可采取誤差補償的方法以控制其對零件加工誤差的影響。

①誤差補償法:此法是人為地造出一種新的原始誤差,從而補償或抵消原來工藝系統中固有的原始誤差,達到減少加工誤差,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:根據誤差反映規律,將毛坯或上道工序的工件尺寸經測量按大小分為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整刀具相對工件的準確位置,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,然后再進行相互修正加工或基準加工。

轉移原始誤差。這種方法的實質就是將原始誤差從誤差敏感方向轉移到誤差非敏感方向上去。轉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系。若在加工過程中設法使其轉移到加工誤差的非敏感方向,則可大大提高加工精度。轉移原始誤差至其他對加工精度無影響的方面。

3 結束語

在機械加工中,誤差是不可避免的,只有對誤差產生的原因進行詳細的分析,才能采取相應的預防措施減少加工誤差,提高機械加工精度。

參考文獻

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