提高機床加工精度方法探析

耿亞君

[摘要]分析機床在加工產生誤差的主要原因,然后提出提高機械加工精度的措施。

[關鍵詞]機械加工機床精度剛度旋轉精度誤差

中圖分類號:TH12文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)0710108-01

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。通過有效的誤差分析,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。

一、機床加工時產生誤差主要原因

(一)主軸旋轉誤差

主軸旋轉誤差是指主軸瞬時的實際回轉軸線相對其理想回轉軸線的變動量。產生主軸旋轉誤差的主要原因有:主軸在加工過程中產生的軸向竄動、徑向跳動和角度擺動等。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滾動軸承進行預緊等。對高速主軸部件,需要加設平衡裝置進行平衡,均可提高機床主軸的回轉精度。

(二)系統變形產生的誤差

1.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。

2.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。

3.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。

(三)傳動系統誤差

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。

(四)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。

(五)定位誤差

1.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。

2.是定位部件制造不準確誤差。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。

(六)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。

(七)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。

二、提高機械加工精度的措施

(一)提高機床精度

1.提高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。

2.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。

3.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。

4.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。

(二)提高傳動系統的精度

1.適當地提高精度的傳動部件,特別是機床末端執行件的精度,可以有效地提高機床的傳動精度。

2.采用傳動比精確地傳動元件。

3.在可能的前提下盡量縮短傳動鏈。

(三)提高系統的剛度

1.提高系統所使用的元器件的剛度。

2.如果在系統中有液壓或氣動裝置,應采取措施盡量避免因油液或壓縮空氣變形造成的剛度下降。

(四)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。

2.誤差補償法:此法是在機床上加入誤差補償裝置,從而補償或抵消原來系統中固有的誤差,達到減少加工誤差,提高加工精度的目的。

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:

[1]顧維邦,金屬切削機床概論,機械工業出版社,1998.

[2]李玉平,機械加工誤差的分析,新余高專學報,2005.

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