浅析机械加工精度影响因素与提高途径

2023-02-15

在机械加工实际生产过程中, 影响加工精度的因素是复杂的。零件的尺寸、几何形状和表面间相对位置的形成, 取决于工件和刀具在切削过程中相互位置关系, 而工件和刀具是安装在夹具和机床上, 并受其约束。在加工时, 机床、刀具和工件便构成完整系统, 加工精度问题也就牵涉到整个工艺系统的精度问题。以下主要探讨机械加工精度的影响因素。

1 机械加工精度的影响因素

1.1 机床几何误差

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。主轴的回转误差直接影响被加工工件的形状和位置精度, 可分解为径向跳动、轴向跳动和角度摆动。由于存在误差敏感方向, 加工不同表面时, 主轴的径向跳动所引起的加工误差也不同。例如, 在车床上加工外圆或内孔时, 主轴的径向跳动将引起工件的圆度误差, 但对于端面加工没有直接影响。

1.2 刀具和夹具制造误差

刀具误差对加工精度的影响随刀具的种类不同而不同。一般刀具的制造误差, 对加工精度没有直接的影响;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, 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有很大影响。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组成。夹具的磨损会引起工件的定位误差。

1.3 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, 从而破坏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, 各部分温度将发生变化, 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, 使加工表面产生形状误差。

2 提高机械加工精度的途径

2.1 实行实时补偿控制

补偿控制技术主要应用在传动精度要求很高的机床中, 其补偿控制装置由校正尺及接收附加运动的螺母等组成。补偿控制装置简单可靠, 但补偿精度依赖于校正尺的制作精度, 另外校正尺的调整也比较复杂。在数控机床上都采用软件补偿, 事先测量好的误差数据放在数据表中, 数控系统在完成每一次精插补后, 根据坐标位置从数据表中查找误差补偿值, 据此控制坐标轴附加的运动。软件补偿实现起来较简单, 误差数据随时可以修改调整。实时补偿控制是通过高精度测量装置在加工过程中定时采集误差数据, 根据误差的方向和大小由补偿控制装置控制刀架走一个微量位移。实时补偿控制采集的是当前状态下的实际误差, 虽然补偿装置的机枕惯性使补偿的位置会稍微滞后, 但补偿精度仍然比较高, 实时补偿控制的缺点是补偿装置复杂且调试相对困难。

2.2 均化原始误差

对加工精度要求的零件表面, 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。均化原始误差是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。原理是通过有密切联系的工件相互比较和检查, 找出它们的差异, 再进行相互修正加工或基准加工。

2.3 转移原始误差

将原始误差从误差敏感方向转移到误差非敏感方向上去, 各种原始误差反映到零件加工误差上的程度与其是否在误差敏感方向有关系。在加工中设法使其转移到加工误差的非敏感方向可提高加工精度。如对具有分度或转位的多工位加工工序由于分度转位的误差将影响零件有关表面的加工精度, 若将切削刀具安装到适当位置, 使分度转位误差处于零件加工表面的切向, 这样可减小分度转位误差对加工精度的影响。

2.4 分化原始误差

为了提高一批零件的加工精度, 可用分化某些原始误差的方法。根据误差规律, 将毛坯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。如精加工齿形中为保证加工后齿圈与齿轮内孔的同轴度, 采取各种类型心轴定位。对一批齿轮工件来说, 加工后齿圈与内孔之间的位置精度主要取决于这一批齿轮内孔与心轴的配合间隙。可以通过齿轮内孔尺寸分组并相应和多挡尺寸的心轴配合使其配合间隙缩小数倍而提高齿轮齿形的加工精度。

2.5 其他方法

平时机床导轨的保养工作要一丝不苟的完成。当加工结束以后, 必须把床身清理干净, 然后再用干净抹布拭擦导轨面直至无污物, 最后加上机油, 以避免锈蚀, 机床的正确安装和在加工时速度的合理控制都能减小加工误差。

3 结语

在加工过程中要加工出符合设计精度要求的零件是机械加工追求的目标之一, 我们在了解加工误差产生的诸多原因后, 在掌握消除和减少加工误差方法的同时, 要在加工零件过程中认真总结分析产生误差的因素及原因, 并加以控制, 可使加工误差控制在零件需求的许可范围之内, 从而保证零件的加工质量。

摘要：机械产品的质量与组成该机械产品的零件的制造质量密切相关, 机械加工精度是指零件经机械加工后的实际几何参数与零件的理想几何参数相符合的程度。符合的程度愈高, 加工精度也愈高。研究加工精度的目的, 就是研究如何把各种误差控制在规定的公差范围之内, 从而寻找降低加工误差, 提高加工精度的措施。文章主要探讨了影响机械加工精度的因素及其具体的提高途径。

关键词：机械加工,加工精度,机械工程