课3-保证和提高加工精度的工艺方法.ppt

保证和提高加工精度的途径 本课次要解决的问题 一 有哪些提高加工精度的途径 1 5 1抓住实质 因势利导 直接消除或减小原始误差的方法 例1 用大进给量反向切削的方法加工细长轴 消除轴向切削力引起的弯曲变形向切削力把工件 顶弯 的因素 还没有解决轴向切削力也会使工件 压弯 的问题 在使用了跟刀架以后 后者就成为主要矛盾 轴向切削力引起工件弯曲变形的理由有三点 1 细长轴的一头被夹持在卡盘中间 另一头施以轴向切削力时 就象材料力学中已分析过的 若在一根杆子上施加一个偏置压力 就容易产生弯曲变形 何况这根杆子又很细长 所以弯曲变形特别大 图2 26 a a 顺向进给时Pw对细长轴起压缩作用 b 反向进给时Pw对细长轴起拉伸作用图2 26顺向进给和反向进给车削细长轴的比较 2 工件有了上述弯曲变形后 在高速回转下 由于离心力的作用 又加剧了变形 并引起了振动 3 工件在切削热的作用下必然产生热伸长 一根一米长的细长轴温升40 的轴向伸长量达0 5毫米 而卡盘和尾座顶尖之间的距离又是固定的 工件在轴向就没有伸缩的余地 因此产生了轴向力 加剧了工件的弯曲 为了消除和减小上述原始误差 可以改变进给方向 这就产生了大进给反向切削细长轴的加工方法 它包括了下列几点主要内容 1 进给方向由卡盘一端指向尾座 和一般车削法的进给方向刚好相反 这样一来 轴向切削力Px对工件的作用 从卡盘到切削所在点的一段 是拉伸而不是压缩 图2 26 b 而在切削所在点到尾顶尖一段 则因采用了可伸缩的活顶尖 就不会把工件压弯 2 采用了大进给量和大的主偏角车刀 增大了Px力 工件在强有力的拉伸作用下 还能消除径向的颤动 使切削平稳 3 伸缩性的活顶尖使工件在热伸长下有伸缩的余地 4 在卡盘一端的工件上车出了一个缩颈部分 工件在缩颈部分的直径减小了 柔性就增加了 起了象万向接头一样的作用 消除了由于坯料本身的弯曲而在卡盘强制夹持下轴心歪斜的影响 在用粗车刀车出50 80毫米一段长度以后 装上跟刀架 跟刀架的支承块装在刀尖后面1 2毫米处 然后进行全长度的粗车 精车时跟刀架的支承块装在刀尖前面 以粗车过的表面作为支承基面 以避免支承块在已经精车了的表面上划出痕迹 下表为实际加工中两个典型例子的数据 1 5 2利用矛盾 相反相成 补偿或抵消原始误差的方法工艺系统中产生了关键性的原始误差以后 有时候不允许采取直接消除或减小的方法 由于代价太大或费时太长等原因 于是出现了种种误差补偿或误差抵消的方法 误差补偿的方法就是人为地造出一种新的原始误差去抵消当前成为问题的原有的原始误差 负误差用人为的正误差去抵消 正误差用人为的负误差去抵消 尽量使两者大小相等 方向相反 从而达到减少加工误差 提高加工精度的目的 误差补偿和误差抵消在方式上虽有些区别 但在本质上却没有什么不同 所以在生产中往往把两者统称之为误差补偿 例1 用人为的误差抵消装配后因自重而产生的变形某厂在试制X2012型龙门铣床时 发生了横梁在两个立铣头自重的影响下产生的变形大大地超过了部颁检验标准的情况 在这种情况下若是采用加强横梁刚度或减轻铣头重量的办法 来直接消除或减小原始误差 显然是行不通的 该厂就采取的误差补偿的方法 其做法是 在刮研横梁导轨时故意使导轨面产生 向上凸 的几何形状误差 去抵消横梁因铣头重量而产生 向下垂 的受力变形 解决了新产品试制中的难题 达到了部颁检验标准的要求 图2 29 图2 29龙门铣床横梁的变形与刮研 1 5 3化整为零 各个击破 分组调整或均分误差的方法在机械加工中有时会遇到这样的情况 本工序的工艺系统精度是稳定的 可是由上工序来的毛坯精度起了变化 若按原来的工艺加工 就会产生超差 毛坯精度的变化可能是由于材料性能改变而引起的 也可能是由于上工序的工艺起了变化而产生的 例如 有些表面原来须经过切削加工的 后来改成精铸 精锻 冷拉等工艺而不切削了 这种毛坯精度的变坏对工序的影响 主要有下列两方面 1 通过误差复映规律 引起了本工序的尺寸误差和形状误差的扩大 2 通过定位误差的作用 引起了本工序各表面间位置误差的扩大 要解决这类问题 最好采用分组调整 即均分误差 的方法 这个方法的实质就是 把毛坯按误差的大小分为n组 每组毛坯误差的范围就缩小为原来的 然后按各组分别调整刀具相对于工件的位置 使各组工件的尺寸分散范围中心基本上一致 那么整批工件的尺寸分散就比分组调整以前小得多了 这个办法比起直接提高本工序的加工精度要简便易行一些 图2 30铣小平面 1 5 4创造条件 转移矛盾 变形转移和误差转移的方法在大型龙门铣床的结构中采用的转移变形的例子 图2 31表示在横梁上再安装一根附加的梁 使它承担铣头和对重的重量 这样一来 横梁就不吃重量 把原来 向下垂 的受力变形转移到附加梁上去 很明显 附加梁的受力变形对加工精度不起任何影响 转移误差和转移变形在实质上并没有什么区别 只是前者指的是工艺系统的静误差 而后者指的是工艺系统的动误差 现在先来看一下六角车床应用误差转移的例子 由于六角转塔在使用中经常不断地转来转去 要长期保持六个位置的定位精度是很困难的 修理也比较费事 所以在一般六角车床的刀具调整中 都是把刀刃的切削基面放在垂直平面内 在生产中称为 立刀 安装法 图2 32 这样一来 六角转塔的转位误差 而产生的加工误差就小到可以忽略不计 根据这个思路 若在车床加工中也采用立刀安装的方法 就可以把四方刀架的转位误差转移掉 消灭镗削内孔时产生的报废现象 图2 32六角车床的 立刀 安装法 图2 31横梁变形的转移 1 5 5有的放矢 用力用在刀口上 就地加工 达到最终精度的方法在机械加工和装配中 有些精度问题牵涉到很多零部件间的相互关系 初看起来似乎很复杂 如果我们的思想束缚在一味提高零部件本身的精度上 就得不出多快好省的解决办法 工人在长期实践的基础上 采用了 就地加工 的简捷方法 干净利索地解决了初看起来困难重重的精度问题 例如 在六角车床制造中 转塔上六个安装刀架的大孔的轴心线必须保证和机床主轴旋转的轴心线重合 而六个平面又必须和主轴中心线垂直 如果把转塔作为单独零件加工出这些表面 要在装配中达到上述两项要求是很困难的 因为其中包含了很复杂的尺寸链关系 图2 33六角车床转塔上六个孔和平面的加工与检验 就地加工的办法是 这些表面在装配前不进行精加工 在六角转塔装配到机床上以后 在主轴上装上镗刀杆 使镗刀旋转 转塔作纵进给运动 就可以依次精镗出转塔上的六个孔 然后再在主轴上装上一个能作径向进给的小刀架 刀具一面旋转 一面径向进给 依次精加工转塔的六个平面 由于转塔上孔的轴心线是依据主轴旋转轴心线而加工成的 当然保证了二者的同轴度 同样道理 也保证了六个平面与主轴轴心线的垂直度 然后 卸去刀架 换上心轴和千分表 就可以检查所要求的同轴度和垂直度两项精度 图2 33 就地加工 的要点就是 要保证部件间什么样的位置关系 就在这样的位置关系上利用一个部件装上刀具去加工另一个部件 有的人把这种方法称为 自干自 就地加工 这个简捷的方法 不但在机床装配中用来达到最终精度 而且在零件的机械加工中也常常用来作为保证加工精度的有效措施 在现场中经常可以看到在机床上 就地 修正花盘平面的平面度 修正卡爪的同心度 在机床上 就地 修正夹具的定位面等等 1 5 6有比较 才有鉴别 误差平均的方法在现场中 经常看到一些几何精度要求很高的轴和孔采用研磨方法来达到 研具本身并不要求具有很高的精度 但它却能在和工件作相对的运动中对工件进行微量的切削 最初是工件和研具的表面粗糙中最高点相接触 在一定的压力下 高点先磨损 主要是工件磨去很多 研具磨去较少 然后接触面扩大 高低不平处逐渐接近 几何形状的精度 圆度 圆柱度 也逐渐提高 这种表面间相对研擦和磨损的过程 也就是误差不断地减少的过程 称之为误差平均的方法 利用误差平均的方法来制造精密零件 在机械加工的历史上由来已久 它是劳动人民智慧的结晶 在没有精密机床的时代 已经制造出号称 原始平面 的精密平 平面度达到几个微米 这样高的精度 即使在今天也没有一台机床能够直接加工出来 还得靠 三块平板合研 的 误差平均 法刮研出来 还可以看到与平板相似的 基准 工具 如 直尺 角度规 多棱体 分度盘 标准丝杆等高精密度的量具和工具 到今天还都采用 误差平均 法来获得的 现在又有不少新的经验 使这种传统的老方法有了新的发展 误差平均法的实质是 利用有密切联系的表面相互比较 相互检查 从对比中找出差距以后 或是相互纠正 如偶件的对研 或是互为基准进行加工 所谓有密切联系的表面有三种类型 一种是配偶件的表面 如精密标准丝杠与螺母研具 一种是成套件的表面 如三块式原始平板 直尺 还有一种是工件本身相互有牵连的表面 如分度盘的各个槽 在下面特地把分度盘的加工作为一个典型例子来进行介绍和分析 在这种误差平均的方法中 采用了所谓圆分度误差封闭性的原理 在精密测量和精密加工中这种方法的用处也是很大的 值得注意 1 5 7化劣势为优势 变被动为主动 积极控制和偶件自动配制的方法从原始误差的性质来看 常值系统性误差是比较容易对付的 只要把它量出来 就可以应用前述的误差补偿的方法来达到消除或减小误差的目的 对于变值系统性原始误差就不是用一种固定的补偿量所能解决的 于是在生产中就发展了可变补偿的方法 即所谓三种形式的积极控制方法 1 主动测量 即是在加工中随时测量出工件的实际尺寸 形状 位置精度 随时给刀具以附加的补偿量以控制刀具和工件间的相对位置 这样 工件尺寸的变动范围始终在我们掌握之中 现代机械加工中的自动测量和自动补偿就属于这种形式 2 偶件自动配磨 这种方法是将互配件中的一件作为基准 去控制另一件的加工精度 在加工过程中自动测量工件的实际尺寸 并和基准件的尺寸比较 直到到达规定的差值时 机床自动停止 从而保证精密偶件间要求很高的配合间隙 3 积极控制起决定性作用的加工条件 在某些复杂精密零件的加工中 不可能对主要精度参数直接进行主动测量和控制 就应该针对起决定作用的误差因素进行积极控制 把它掌握在很小的变动范围以内 这就是积极控制的第三种形式 精密螺纹磨床的自动恒温控制就是一个突出的例子 再见