影响机械加工精度因素与降低加工误差的措施
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作者: 杨民江
摘要:在机械加工过程中,往往有诸多因素影响工件的最终加工质量,如何使工件的加工达到质量要求,如何减少各种因素对加工精度的影响,就成为机械加工前必须思考的事情。本文通过分析影响机械加工精度的主要因素,提出提高机械加工精度降低加工误差的应对措施。
关键词:机械加工精度;因素分析;降低加工误差措施
机械加工精度是指零件加工后的实际几何参数与理想几何参数相符合的程度。任何加工方法所得到的实际参数都不会绝对准确,从零件的功能看,只要加工误差在零件图要求的公差范围内,就认为达到了加工精度。
一般说来加工精度包括三个方面内容:尺寸精度,形状精度和位置精度。
一、影响机械加工精度的因素分析
1、工艺系统集合误差对精度的影响
机床的几何误差:加工中刀具相对于工件的成形运动一般都是通过机床完成的。换言之工件的加工精度在很大程度上取决于机床的精度。机床制造误差对工件加工精度影响较大的因素有: 主轴回转误差、导轨误差和传动链误差。机床的磨损将使机床工作精度下降。(1)主轴回转误差: 机床主轴是装夹工件或刀具的基准,并将运动和动力传递给工件或刀具, 主轴回转误差将直接影响被加工工件的精度。(2)导轨误差:导轨是机床上确定机床各部件相对位置关系的基准,也是零件相对机床运动的基准。除了导轨本身的制造误差外,导轨的不均匀磨损和安装质量,也是造成导轨误差的重要因素。导轨磨损是机床精度下降的主要原因之一。(3)传动链误差:传动链误差是指传动链始末两端传动元件间相对运动的误差。一般用传动链末端元件的转角误差来衡量。
2、刀具和夹具制造误差对精度的影响
(1)一般刀具的制造误差,对加工精度没有直接的影响。毛蟹刀具误差对加工精度有影响。但与刀具的种类不同而不同。定尺寸刀具的尺寸误差,直接影响被加工零件的尺寸精度;成形刀具的误差,主要影响被加工面的形状精度。而刀具的磨损会直接影响刀具相对被加工表面的位置,造成被加工零件的尺寸误差。
(2)夹具的作用是使工件相对于刀具与机床具有正确的位置,因此夹具的制造误差对工件的加工精度有较大影响。夹具的制造误差由定位误差、夹具的安装误差、分度误差以及夹具的磨损构成。夹具的磨损通常会引起工件的定位误差。
3、热变形对加工精度的影响
机械加工中,工艺系统在各种热源的作用下产生一定的热变形。由于工艺系统热源分布的不均匀性及各环节结构、材料的不同,使工艺系统各部分的变形产生差异,从而改变了刀具与工件的准确位置及运动关系,产生加工误差。机床受热源的影响,各部分温度将产生差异,由于热源分布的不均匀和机床机构的复杂性,机床的各部件发生不同程度的热变形,破坏了机床各部件原有的相互位置关系,影响加工精度。不同类型的机床由于热源不同,对加工精度影响也不同。由于刀具的尺寸和热容量小,故易有很高的温升,从而引起刀具的热伸长并造成加工误差。
4、工艺系统受力变形引起的误差
机械加工工艺系统在切削力、夹紧力、惯性力、重力、传动力等的作用下,会产生相应的变形, 从而破坏了刀具和工件之间的正确的相对位置,致使工件的加工精度下降。
(1)工件刚度: 工艺系统中如果工件刚度相对于机床、刀具、夹具来说比较低,在切削力的作用下, 工件由于刚度不足而引起的变形对加工精度的影响就比较大, 其最大变形量可按材料力学有关公式估算。
(2)刀具刚度:外圆车刀在加工表面法线方向上的刚度很大,其变形可以忽略不计。镗直径较小的内孔,刀杆刚度很差,刀杆受力变形对孔加工精度就有很大影响。刀杆变形也可以按材料力学有关公式估算。
(3)机床部件刚度:机床部件由许多零件组成, 机床部件刚度迄今尚无合适的简易计算方法, 当今主要还是用实验方法来测定机床部件刚度。影响机床部件刚度的因素有:结合面接触变形的影响,摩擦力的影响,低刚零件的影响,间隙的影响等。
(4)工艺系统刚度及其对加工精度的影响有:由于工艺系统刚度变化引起的误差;由于切削力变化引起的误差:加工过程中, 由于工件的加工余量发生变化工件材质不均等因素引起的切削力变化, 使工艺系统变形发生变化,从而产生加工误差;由于夹紧变形引起的误差:工件在装夹过程中,如果工件刚度较低或夹紧力的方向和施力点选择不当,将引起工件变形,造成相应的加工误差。
二、降低加工误差的措施
针对影响机械加工精度因素的分析,在技术上提出降低机械加工误差的一些措施。
1、减少原始误差:提高零件加工所使用机床的几何精度,提高夹具、量具及工具本身精度,控制工艺系统受力、受热变形、刀具磨损及内应力引起的变形和测量误差等均属于直接减少原始误差。为了提高机械加工精度,需对产生加工误差的各项原始误差进行分析,根据不同情况对造成加工误差的主要原始误差采取不同的措施解决。对于精密零件的加工应尽可能提高所使用精密机床的几何精度、刚度和控制加工热变形;对具有成形表面的零件加工,则主要是如何减少成形刀具形状误差和刀具的安装误差。
2、分化或均化原始误差:为了提高一批零件的加工精度,可采取分化某些原始误差的方法。对加工精度要求高的零件表面,还可以采取在不断试切加工过程中,逐步均化原始误差的方法。
(1) 分化原始误差法:根据误差反映规律,将毛坯或上道工序的工件尺寸经测量按大小分为n 组,每组工件的尺寸范围就缩减为原来的1Pn。然后按各组的误差范围分别调整刀具相对工件的准确位置,使各组工件的尺寸分散范围中心基本一致,以使整批工件的尺寸分散范围大大缩小。
(2) 均化原始误差:均化原始误差的过程,就是通过加工过程使被加工表面原有误差不断缩小和平均化的过程。均化的原理就是通过有密切联系的工件或工具表面的相互比较和检查,从中找出它们之间的差异,然后再进行相互修正加工或基准加工。
3、转移原始误差,这种方法的实质就是将原始误差从误差敏感方向转移到误差非敏感方向上去。
(1) 转移原始误差至非敏感方向。各种原始误差反映到零件加工误差上的程度与其是否在误差敏感方向上有直接关系。若在加工过程中设法使其转移到加工误差的非敏感方向(即加工表面的切线方向) ,则可大大提高加工精度。
(2) 转移原始误差至其他对加工精度无影响的方面。在大型龙门式机床中,由于横梁较长,故在其上的主轴箱等部件重力的作用下产生弯曲和扭曲变形。使用这类机床时,横梁变形即为产生加工误差的主要原始误差之一。为了消除这项原始误差的影响,可在机床结构上再增添一根主要承受主轴箱部件重力的附加梁。
4、误差补偿法,对工艺系统的一些原始误差,若无适当措施使其减少时,则可采取误差补偿的方法以控制其对零件加工误差的影响。
(1) 误差补偿法:这种方法就是人为地造出一种新的原始误差,去补偿或抵消原来工艺系统中固有的原始误差,从而达到减少加工误差,提高加工精度的目的。
(2) 误差抵消法:利用原有的一种原始误差去部分或全部地抵消原有原始误差或另一种原始误差。
结束语
总之,为达到加工过程稳定地加工出符合设计精度要求的零件这一机械加工追求的目标。我们在了解加工精度的影响因素后,在掌握降低加工误差方法的同时,并选用合适的切削参数进行加工,均能使加工精度得到较大幅度的提高,从而降低加工误差,保证零件的加工质量。
参考文献
[1]郑修本. 机械制造工艺学. 北京:机械工业出版社,2004.
[2]汪尧.工艺系统几何误差对加工精度的影响分析科技信息2004
[3]陈根琴 宋志良.机械制造技术基础 北京理工大学出版社.2007
作者简介:
杨民江(1975 ―),男,黑龙江人,本科,毕业于佳木斯工学院,现工作于佳木斯畅通汽车零部件有限公司,工程师,主要从事发动机进排气管的产品过程开发。
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