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提升机械加工质量的策略

时间:2020-05-16 05:16:24

1机械零件的加工精度

加工精度是指零件经过加工后的尺寸、几何形状以及各表面的相互位置等参数的实际值与设计理想值相符合的程度,而它们之间的偏离程度就是加工误差。加工误差的大小即反映了加工精度的高低。限制加工表面的宏观几何形状误差,如圆度、平面度、直线度等;相互位置精度。限制加工表面与其基准间的相互位置误差,如平行度、同轴度、位置度等。在机械加工中,由机床、夹具、刀具与被加工工件一起构成了这一加工过程的一个整体,这一整体称为机械加工工艺系统。因而,分析机械加工精度的过程,也就是分析这一工艺系统在各种不同的工作条件下以各种不同方式反映工件的加工误差。而机床、夹具又是这一工艺系统的重要组成部分。

2机械加工产生误差的原因分析

2.1机床的几何误差。加工中刀具相对于工件的成形运动都是通过机床来完成的,因而,工件的加工精度在很大的程度上取决于机床的精度。机床的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。尤其机床的磨损将使机床工作精度下降。主轴回转误差。机床主轴是装夹刀具的基准,并将运动和动力传递给刀具或工件,主轴回转误差将直接影响被加工工件的精度。主轴回转误差是指主轴每一瞬间的实际回转轴线相对于其平均回转轴线的变动量。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,除了导轨本身的制造误差外,导轨的安装质量和不均匀磨损也是造成导轨误差的主要因素。而导轨磨损是机床精度下降的主要原因之一。传动链误差,传动链误差是指传动链始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的,一般用传动链末端元件的转角误差来衡量。

2.2夹具的几何误差。夹具的作用是使工件相对于机床和刀具具有一个正确的安装位置,因此,夹具的制造误差对工件的加工精度影响很大。一是基准不重合误差,在零件图上确定某一表面尺寸、形状、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所加工表面加工后的尺寸、形状、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。二是定位副制造不准确产生的误差,夹具上的定位元件不可能按基本尺寸制造得绝对准确,其实际尺寸(或位置)都允许在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,由于定位副制造的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。

2.3刀具的几何误差。任何刀具在切削过程中,都要产生磨损,并由此引起工件尺寸和形状的改变。正确的选用刀具材料或新型耐磨刀具材料,合理地选用刀具几何参数和切削用量,均能最大限度地减少刀具磨损。

2.4工艺系统受力变形产生的误差。工件刚度,工艺系统中如果工件刚度相对于机床、夹具、刀具来说比较低,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。加工工艺的安排是否合理也是影响加工精度的一个非常重要的方面。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。但在镗直径较小的孔时,刀杆刚度很差,刀杆的受力变形就对孔加工精度有很大影响。机床部件由许多零件组成,机床部件刚度现在尚无合适的计算方法,目前还是用实验方法来测定。变形与载荷不成线性关系,加载和卸载曲线不重合,卸载曲线滞后于加载曲线。两曲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和接触变形功。第一次卸载后,变形恢复不到第一次加载的起点,必须经多次加载卸载后,加载曲线起点才和卸载曲线终点重合,残余变形才能逐渐减小到零。

2.5工艺系统受热变形引起的误差。工艺系统热变形对加工精度的影响比较大,特别是在精密加工和大件加工中,由热变形引起的加工误差有时可占工件总误差的50%。机床、刀具和工件受到各种热源的作用,温度会逐渐升高,同时它们也会通过各种传热方式向周围的物质散发热量。

2.6调整的几何误差。在机械加工中,对工艺系统的调整是必不可少的,由于调整不可能绝对地准确,因而在调整过程中产生误差。在工艺系统中,刀具、工件在机床上的互相位置精度,是通过调整机床、夹具、刀具或工件等来保证的。当机床、夹具、刀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。

2.7测量的几何误差。零件在加工过程中和加工完成后进行测量时,由于测量方法、检测量具精度以及工件等主客观因素都直接影响测量精度。

3提高机械加工精度的措施

3.1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、量具及刀具本身的精度,控制工艺系统受力、受热变形、刀具磨损、测量误差等。为提高加工精度,需对产生加工误差的各项原始误差逐一进行分析,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方法来解决。对于精密零件的加工应尽可能提高所使用机床的几何精度、刚度和控制加工热变形;也就是选用精密的机床进行加工。对具有成形表面的零件加工,则主要是如何减少刀具的安装误差和成形刀具形状误差。

3.2进行误差补偿。对工艺系统的一些原始误差,可采取误差补偿的方法来控制其对零件加工误差的影响。此法是人为地造出一种新的误差,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。

3.3分化或均化原始误差。为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。分化原始误差法,即分组法。这种办法的就是把原始误差按其大小平均分为n组,每组毛坯误差范围就缩小为原来的1/n,然后按每组分别调整加工。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。它的实质就是通过对有密切联系的工件表面的相互比较和检查中找出它们之间的差异,然后进行相互修正或互为基准的加工。

3.4就地加工。在加工和装配中有些精度问题,涉及到零件或部件间的相互关系,如果只是要求提高零、部件本身的精度,有时不仅困难,甚至不可能。若采用此方法,就可能很方便地解决看起来非常困难的精度问题。就地加工法在机械零件加工中常用来作为保证零件加工精度的有效措施。

4结论

在机械加工过程中,通过对加工误差产生的原因进行分析,掌握其变化的规律,从而采取相应的措施减少加工误差,提高机械加工质量。


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