影响机械加工精度因素分析(共11页)

精选优质文档-倾情为你奉上目 录影响机械加工精度因素分析 杨波摘 要：在机械加工过程中，加工精度是机械加工质量的核心部分，往往有很多因素影响工件的最终加工质量，文章介绍了影响机械加工精度的几个重要因素。在诸多误差因素中,机床的几何误差、工艺系统的受力变形和受热变形占有突出的地位,通过懂得这些误差因素是如何影响加工误差的,可以使工件的加工达到质量要求。 关键词:加工精度;误差;工艺系统1 加工原理误差加工过程由于采用了近似的加工方法,近似的传动或近似的刀具轮廓而产生的加工误差。1.1 采用近似的加工运动造成的误差在许多场合,为了得到要求的工件表面,必须在工件或刀具的运动之间建立一定的联系。从理论上讲,应采用完全准确的运动联系。但是采用理论上完全准确的加工原理有时使机床或夹具极为复杂,致使制造困难,反而难以达到较高的加工精度,有时甚至是不可能做到。如在车削或磨削模数螺纹时,由于其导程t=m,式中有这个无理因子,在用配换齿轮来得到导程数值时,就存在原理误差。1.2 采用近似的刀具轮廓造成的误差用成形刀具加工复杂的曲面时,要使刀具刃口做得完全符合理论曲线的轮廓,有时非常困难,往往采用圆弧、直线等简单近似的线型代替理论曲线。如用滚刀滚切渐开线齿轮时,为了滚刀的制造方便,多用阿基米德基本蜗杆或法向直廓基本蜗杆来代替渐开线基本蜗杆,从而产生了加工原理误差。2 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，因此，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有：主轴回转误差、导轨误差和传动链误差。2.1 主轴回转误差主轴回转误差是指主轴各瞬间的实际回转轴线相对其平均回转轴线的变动量。产生主轴径向回转误差的主要原因有：主轴几段轴颈的同轴度误差、轴承本身的各种误差、轴承之间的同轴度误差、主轴绕度等。适当提高主轴及箱体的制造精度，选用高精度的轴承，提高主轴部件的装配精度，对高速主轴部件进行平衡，对滚动轴承进行预紧等，均可提高机床主轴的回转精度。2.2 导轨误差导轨是机床上确定各机床部件相对位置关系的基准，也是机床运动的基准。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，也使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。2.3 传动链误差传动链的传动误差是指内联系的传动链中首末两端传动元件之间相对运动的误差。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所引起。3 刀具、夹具的制造误差及磨损刀具误差对加工精度的影响随刀具的种类不同而不同。一般刀具(如车刀、镗刀及铣刀等)的制造误差,对加工精度没有直接的影响;定尺寸刀具(如钻头、铰刀、拉刀及槽铣刀等)的尺寸误差,直接影响被加工零件的尺寸精度;成形刀具(成形刀、成形铣刀以及齿轮滚刀等)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,夹具的作用是使工件相对于刀具和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(特别是位置精度)有很大影响。夹具的制造误差由定位误差、夹紧误差、夹具的安装误差、导引误差、分度误差以及夹具的磨损组成。夹具的磨损会引起工件的定位误差。 4 定位误差4.1基准不重合误差在零件图上用来确定某一表面尺寸、位置所依据的基准称为设计基准。在工序图上用来确定本工序被加工表面加工后的尺寸、位置所依据的基准称为工序基准。在机床上对工件进行加工时，须选择工件上若干几何要素作为加工时的定位基准，如果所选用的定位基准与设计基准不重合，就会产生基准不重合误差。4.2 定位副制造不准确误差夹具上的定位元件不可能按基本尺寸制造得绝对准确，它们的实际尺寸(或位置)都允许在分别规定的公差范围内变动。工件定位面与夹具定位元件共同构成定位副，由于定位副制造得不准确和定位副间的配合间隙引起的工件最大位置变动量，称为定位副制造不准确误差。 5 工艺系统受热变形引起的误差机械加工中,工艺系统在各类热源的浸染下发生必然的热变形。因为工艺系统热源分布的不平均性及各环节结构、材料的分歧,使工艺系统各部门的变形发生差异,从而破损了刀具与工件的切确位置及行为关系,发生加工误差。尤其对于慎密加工,热变形引起的加工误差占总加工误差的40%70%。5.1 机床热变形对加工精度的影响机床受热源的影响,各部门温度将发生转变,因为热源分布的不平均和机床机构的复杂性,机床的各部件发生分歧水平的热变形,破损了机床各部件原有的彼此位置关系,影响加工精度。分歧类型的机床因为热源分歧,对加工精度影响也分歧。5.2 刀具热变形对加工精度的影响尽管在切削加工中传入刀具的热量只有3%5%,但因为刀具的尺寸和热容量小,故仍有很高的温升,从而引起刀具的热伸长并造成加工误差。粗加工时刀具的热变形对加工精度的影响可忽略不计;对于加工要求较高的零件,刀具的热变形对加工精度影响较大,使加工概况发生外形误差。例如用高速钢刀具车削时,刃部的温度高达700800,刀具热伸长量可达0.03 mm0.05 mm。5.3 工件热变形对加工精度的影响工件的热变形主要是由切削热引起的,热变形情形与加工体例和是否平均受热有关。 5.3.1 工件平均受热对于一些简单的平均受热工件,如车、磨轴类件的外圆,待加工后冷却到室温时其长度和直径将有所缩短,由此而发生尺寸误差;加工盘类零件或较短的轴套类零件,因为加工行程较短,可以近似认为沿工件轴向标的目的的温升相等。对于较长工件(如长轴)的加工,起头走刀时,工件温度较低,变形较小。跟着切削的进行,工件温度逐渐升高,直径逐渐增大,是以工件概况被切去的金属层厚度越来越大,冷却后不仅发生径向尺寸误差,而且还会发生圆柱度误差;对于轴向精度要求较高的工件(如慎密丝杠),其热变形引起的轴向伸长将发生螺距误差。 5.3.2 工件不平均受热当工件受热不均时,如磨削零件单一概况,因为工件单面受热而发生向上翘曲变形,加工冷却后将形成中凹的外形误差,这种现象对于加工薄片类零件尤为凸起。6 工艺系统受力变形产生的误差6.1 基本概念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，使工件的加工精度下降。6.2 工件刚度不足受力变形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。6.3 刀具刚度不足受力变形外圆车刀在加工表面法线(y)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。6.4 机床部件刚度不足受力变形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，目前主要还是用实验方法来测定机床部件刚度。变形与载荷不成线性关系，加载曲线和卸载曲线不重合，卸载曲线滞后于加载曲线。两曲线线间所包容的面积就是加载和卸载循环中所损耗的能量，它消耗于摩擦力所做的功，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。6.5 工艺系统刚度及其对加工精度的影响6.5.1 由于工艺系统刚度变化引起的误差6.5.2 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。 6.5.3 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。 6.5.4 其它作用力的影响 6.6 减小工艺系统受力变形的途径由前面对工艺系统刚度的论述可知，若要减少工艺系统变形，就应提高工艺系统刚度，减少切削力并压缩它们的变动幅值。6.6.1 提高工艺系统刚度 6.6.2 减小切削力及其变化合理地选择刀具材料，增大前角和主偏角，对工件材料进行合理的热处理以改善材料地加工性能等，都可使切削力减小。7 工件残余应力引起的误差残余应力是指当外部载荷去掉以后仍存留在工件内部的应力。残余应力是由于金属发生了不均匀的体积变化而产生的。其外界因素来自热加工和冷加工。有残余应力的零件处于一种不稳定状态。一旦其内应力的平衡条件被打破，内应力的分布就会发生变化，从而引起新的变形，影响加工精度。7.1内应力产生的原因 内应力产生的原因主要有：毛坯制造中产生的内应力；冷校正产生的内应力；切削加工产生的内应力。7.2 减小或消除内应力的措施一是采用适当的热处理工序。二是给工件足够的变形时间。三是零件结构要合理，结构要简单，壁厚要均匀。8 调整误差在机械加工的每一工序中，总要对工艺系统进行这样或那样的调整工作。由于调整不可能绝对地准确，因而产生调整误差。在工艺系统中，工件、刀具在机床上的互相位置精度，是通过调整机床、刀具、夹具或工件等来保证的。当机床、刀具、夹具和工件毛坯等的原始精度都达到工艺要求而又不考虑动态因素时，调整误差的影响，对加工精度起到决定性的作用。9 测量误差零件在加工时或加工后进行测量时，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。10 提高机械加工精度的措施10.1 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、内应力引起的变形、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。10.2 误差补偿法对工艺系统的一些原始误差，可采取误差补偿的方法以控制其对零件加工误差的影响。10.2.1 误差补偿法此法是人为地造出一种新的原始误差，从而补偿或抵消原来工艺系统中固有的原始误差，达到减少加工误差，提高加工精度的目的。10.2.2 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。10.3 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。10.3.1 分化原始误差(分组)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1/n。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。 10.3.2 均化原始误差此法过程为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。10.4 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。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，则可大大提高加工精度。转移原始误差至其他对加工精度无影响的方面。结论在机械加工中，误差是不可避免的，只有对误差产生的原因进行详细的分析，才能采取相应的预防措施，减少加工误差，提高机械加工精度。随着我国机械制造业的发展和各种各样零件的需求与日俱增，机械加工精度必然要求更精。因此，机械加工精度在现代机械领域仍占有不可代替的作用。参考文献：1 张福润机械制造工艺学华中科技大学出版社 1998年 第二版2 姚智慧机电一体化丛书哈尔滨工业大学出版社 2002年 第二版3 李玉平机械加工误差的分析新余高专学报 2005年 第四版 4 朱正欣 机械制造技术 北京机械工业出版社 1999年 第二版5 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年第二版 6 张亮峰机械加工工艺基础与实习高等教育出版社 1999年 第三版专心-专注-专业