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论提高机械加工精度的措施

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  加工精度是指零件加工后实际的几何参数(尺寸、形状和位置)与理想的几何参数的相符合程度[1],符合程度越高则加工精度就越高。而加工误差则是指零件在加工后这些实际的几何参数相对理想几何参数的偏差。而加工误差大小反映了加工精度高低。加工精度包括4个方面:1)尺寸精度:指加工后零件的实际尺寸与理想零件尺寸的公差带中心的相符合程度。2)几何形状精度:指加工后的零件的实际几何形状与理想的几何形状的相符合程度,如:圆度,平面度,圆柱度,直线度等。3)相互位置精度:指加工后零件表面之间的实际位置与理想位置的相符合程度,如:垂直度,平行度,同轴度,位置度等[3]。4)表面粗糙度:指加工后零件的表面光洁程度[2]。掌握误差的基本规律,采取措施减少误差,就能提高加工精度,最终达到提高加工产品的质量的目的。
  1 机械加工误差产生的原因――影响加工精度的因素
  零件的机械加工是由机床、夹具、刀具和弓箭组成的工艺系统中进行的。工艺系统中凡是能直接引起加工误差的因素都称为原始误差。原始误差的存在,使工艺系统各组成部分之间的位置关系或速度关系偏离了理想状态,致使加工后的零件产生了加工误差。若原始误差是在加工前已存在,即在无切削负荷的情况下检验的,称为工艺系统静误差;若切削负荷情况下产生的则称为工艺系统动误差。
  加工原理误差:加工原理是指加工表面的形成原理。加工原理误差是由于采用了近似的切削运动或近似的切削刃形状所产生的加工误差。为了获得规定的加工表面,要求切削刃完全符合理论曲线的形状,刀具和工件之间必须作相对准确的切削运动。但往往为了简化机床或刀具的设计和制造,降低生产成本,提高生产率和方便使用而采用了近似的加工原理,在允许的范围内存在一定的原理误差。
  1.1 机床误差
  在机械加工过程中,机床是主要的生产设备,机床产生的误差就是生产设备产生的误差。机床误差是指在无切削负荷下,来自机床本身的制造误差、安装误差和磨损。
  1)主轴回转误差。主轴回转误差指主轴各瞬间的交际回转轴线相对于其平均回转轴线的变动量。主轴回转误差分为三种类型:纯径向跳动、纯轴向窜动和纯角度摆动。产生主轴径向回转误差的主要原因:轴承本身的各种误差、主轴几段轴颈的同轴度误差、轴承之间的同轴度误差、主轴的绕度等。
  2)导轨误差。机床导轨是机床主要部件的相对位置关系的基准,也是机床运动的基准。导轨误差直接影响加工精度。车床导轨的精度要求主要在水平面内和垂直面内的直线度、前后导轨的平行度和导轨与主轴回转轴线的平行度误差几个方面。
  3)传动链误差。传动链误差是指机床内联系的传动链中首末两端传动元件间相对运动的误差。传动误差是由传动链中各组成环节的制造和装配误差,以及使用过程中的磨损引起的。
  1.2 工件残余应力引起的变形
  残余应力:是指当外部载荷去除以后,依然残留在工件内部的应力。这样的内应力也会引起工件的变形。
  1.3 工艺系统产生的误差
  工艺系统工具产生的误差。工件刚度:工件刚度相对较低,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。刀具刚度: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。机床部件刚度:目前主要是用实验方法来测定机床部件刚度。经多次加载卸载后,加载曲线起点才和卸载曲线终点重合,残余变形才逐渐减小到零。工艺系统是一弹性系统,在加工时由存在切削力、夹紧力和传动力等力的作用产生相应变形破坏了刀具和工件间的正确位置产生的加工误差。这也是工艺系统中受力变形所产生的误差。
  工艺系统受热变形产生的误差。工艺系统在由于个部件的受热膨胀产生变形从而产生的误差,这个误差对加工精度的影响比较大,在精密加工和大件加工中,热变形引起的加工误差有时可总误差的50%。
  1.4 切削参数产生的误差
  在进行零件进行加工前,根据设计图纸及产品技术要求、产品生产纲领及现有生产设备的情况,来确定合适的切削参数,使得加工所产生的误差能够降到最小。
  1.5 调整、测量误差
  零件在进行加工时或加工后所进行的测量,由于测量方法、量具精度以及工件和主客观因素都直接影响测量精度产生误差。调整工艺系统中各部件时也会产生误差。
  2 提高机械加工精度的措施
  提高加工精度的途径有减少误差法、误差补偿法、误差分组法、误差转移法、平均误差法、控制误差法和“就地加工”法。这些能有效的控制加工中产生的误差。以下就这些措施作个简单的介绍。
  2.1 误差分组法和平均误差法
  误差分组法:根据误差规律,将毛坯或上道工序的工件尺寸按测量大小分为m组,每组工件的尺寸就缩为原来的1/m。然后按各组的误差范围来分别调整刀具相对工件的位置,使各组工件的尺寸分散范围中心基本处于一致,缩小整批工件的尺寸分散范围。
  平均误差法:通过加工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,从中找出它们间的差异,进行相互修正加工或基准加工。
  2.2 减少误差法和误差转移法
  减少误差法:减少原始误差是在查明产生加工误差的主要因素后,设法消除或减少这些主要因素。
  误差转移法:转移原始误差是将原始误差从误差敏感方向转移到非敏感方向上去。各种原始误差反映到零件加工误差上的程度就与其是否在误差敏感方向上有了直接关系。 如果在加工过程中能设法使其转移到加工误差的非敏感方向上来,则大大提高了加工精度[1]。
  2.3 误差补偿法
  误差补偿法:误差补偿法是人为地造出一种新的原始误差,从而来补偿或抵消原来工艺系统中的固有原始误差。
  2.4 “就地加工”法
  “就地加工”法:就地加工法是在机械加工中,对某些重要表面在装配前不进行精加工,待装配后,再在自身机床上对这些表面作精加工。在加工和装配中有些的精度问题,牵涉到了零件或部件之间的相互关系,相当复杂,如果一味地提高零、部件本身的精度,有时不仅困难,而且也不可能。若采用就地加工法,就可能很方便地解决掉看起来非常困难的精度问题[2]。
  3 结论
  对于机械加工过程中,机械加工误差的产生是无法避免的,加工工作者们可以根据误差对产品的影响程度,对加工误差产生的原因进行一定的技术分析,掌握其变化的基本规律,就能够及时的采取相应的预防措施来减少加工误差,就能提高机械加工的精度。从而保证了机械加工产品的质量,提高了加工产品的使用寿命[5]。
  
  参考文献:
  [1]陆坤,论机械加工误差产生原因及精度提高方法[J].科技信息,365.
  [2]孔祥海、吕银玲,浅谈机械加工精度的提高[J].中国科技信息,2010,21:128-129.
  [3]刘美仙,浅谈如何提高机械加工精度[J].福建轻纺,2009,12:55-56.
  [4]马春光,浅谈提高机械加工精度的方法[J].中国新技术新产品,2009,15:138.
  [5]俞红梅,提高机械加工精度方法探析[J].科学时代,2010,15:78-80.

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