數控機床加工精度常用的基本知識

　　

 

 

 

加工精（jīng）度主要用於生產產品程度，加（jiā）工精度與加（jiā）工誤差都（dōu）是評價加工表麵（miàn）幾何參數的術語。加工精度用公差等級衡量，等級值越小，其精度越高；加工誤差用數值表示，數值越大，其（qí）誤差越大。加工精度高，就是（shì）加工誤差小（xiǎo），反之亦然（rán）。公差等級從IT01，IT0，IT1，IT2，IT3至IT18一共有20個，其中IT01表示的話該零件加工精度最高（gāo）的，IT18表示的話該零件加工精度是最低的（de） ，一般上IT7、IT8是加工（gōng）精度中等級別。

 

任（rèn）何加工方法所得到（dào）的實際參數都不會絕對準確，從零件的（de）功能看，隻要加工誤差在零（líng）件圖要求的公差範圍內，就認為保證了加（jiā）工精（jīng）度（dù）。

 

機器的質量取決於零件的加工質量和機器的裝配質量，零件加工質量包含零（líng）件加工精度和表麵質量兩（liǎng）大部分（fèn）。

 

機械加工精度是（shì）指零件加（jiā）工後（hòu）的實際幾何參數（尺寸、形狀和位置）與理想幾何參數相符合的（de）程（chéng）度。它們之間的差異稱為加工誤差。加工誤差的大小反映了加工精度的高低。誤差越大加工精度越低，誤差越小加工精度越高。

 

一、加工精度的調整方法

 

1、減小機床誤差

 

（1）提高主（zhǔ）軸部件的製（zhì）造精度

 

1）應提高軸承的回轉精度 ：

 

①選（xuǎn）用高精度的滾動軸（zhóu）承；

 

②采用高精度的多油鍥動壓軸承；

 

③采用高精度的靜壓軸承。

 

2）應提高與（yǔ）軸承相配件（jiàn）的精度：

 

①提高箱體支撐孔、主軸軸頸的加工精度；

 

②提高與軸承相（xiàng）配合表麵的加工精度；

 

③測量及調節（jiē）相應件的徑向跳動範圍，使誤差補償或相抵消。

 

（2）對滾動軸承適當預緊

 

①可消除間隙；

 

②增加軸承剛度；

 

③均化滾動（dòng）體誤（wù）差。

 

（3）使（shǐ）主軸回轉精度不（bú）反映（yìng）到工件上。

 

2、對工藝係統（tǒng）進行調整

 

（1）試切法調整

 

通過試切—測量尺寸—調整刀（dāo）具的吃刀量—走刀切削—再試（shì）切，如此反複直至達（dá）到（dào）所需尺寸。此法生產效率低，主要用於單件小批生產。

 

（2）調（diào）整法

 

通過預先調整好機床、夾具、工件和刀具的相對位置獲得所需尺寸。此法生產率高（gāo），主要用於大批大量生產。

 

3、減小（xiǎo）刀（dāo）具磨損

 

在刀具尺寸磨損達到急劇磨損階段前就必須重新磨刀。

 

4、減少傳動（dòng）鏈傳動誤差

 

（1）傳動件數少，傳動鏈短，傳動精度高；

 

（2）采用（yòng）降速傳動，是保證傳（chuán）動精（jīng）度的重要原（yuán）則，且越接近末端的傳動副，其傳動比應越小；

 

（3）末端件精度應高於其他傳動件。

 

5、減小工藝係統的受力變形

 

（1）提高係統的剛度，特別是提高工藝係統中薄弱環節的剛度

 

1）合（hé）理（lǐ）的結構設計

 

①盡量減少連接麵的數目；

 

②防（fáng）止有局部低剛度環節出（chū）現；

 

③應合理選擇基礎件、支撐件的結構（gòu）和截麵形狀。

 

2）提高連接表麵的接觸剛度（dù）

 

①提高機床部件（jiàn）中（zhōng）零件（jiàn）間結合麵的質量；

 

②給機床部件以預加載荷；

 

③提高工件定位基準麵（miàn）的精度和減小它的表麵粗糙度值。

 

3）采用（yòng）合理的裝夾（jiá）和定位方式

 

（2）減小載荷及其變化

 

1）合理選擇刀（dāo）具幾何參數和切削用量，以減小切削（xuē）力；

 

2）毛胚分組，盡量使調整中毛胚加工餘量（liàng）均勻。

 

6、減少（shǎo）殘餘應（yīng）力

 

（1）增加消除內應力的熱處理工序；

 

（2）合理安（ān）排（pái）工藝過程。

 

7、減小工藝係統熱變形

 

（1）采用（yòng）合理的機床部件結構及裝（zhuāng）配基準

 

1）采用熱對稱結構——在變速箱中，將軸、軸承、傳動齒輪等對稱布置，可使箱壁溫升均勻，箱體變形減小；

 

2）合（hé）理選擇機床（chuáng）零部件的（de）裝（zhuāng）配基準。

 

（2）減少熱源的發熱和隔離熱源

 

1）采用較小（xiǎo）的切削用量；

 

2）零件精度要求高（gāo）時，將粗精加工工序分開；

 

3）盡可能將（jiāng）熱源從機（jī）床分離出（chū）去，減少機床熱變形；

 

4）對主軸軸承、絲杆螺母副、高速運動的導軌副等不能分離的熱源，從（cóng）結構、潤（rùn）滑等方麵改（gǎi）善其（qí）摩擦特性，減少發熱或用隔熱材料；

 

5）采用強製式風冷、水（shuǐ）冷等散熱措施。

 

（1）均衡溫度（dù）場

 

（2）加（jiā）速達到傳熱平（píng）衡（héng）

 

（3）控製環境（jìng）溫度

 

二、加工精度誤差的（de）原因

 

1、加工原理誤差

 

加工原理誤差是指采用了近似的刀刃輪廓或近似的傳（chuán）動關係進行加工而（ér）產生（shēng）的誤差（chà）。加工原理誤差多（duō）出現於螺紋、齒輪、複雜曲麵加工中。

 

例（lì）如，加工漸開線齒輪用的齒輪滾刀，為使滾刀製造方便，采用了阿基米德（dé）基本蝸杆或法向直廓基（jī）本蝸杆代替漸開線基本（běn）蝸杆（gǎn），使齒輪漸開線齒形產生了誤差。又如車削模數蝸杆時，由於蝸杆的螺（luó）距等於（yú）蝸輪的周節（即 mπ），其中 m是模數，而π是一個無理數，但（dàn）是車床（chuáng）的配換齒輪的齒數是有限的（de），選擇配換齒輪時隻能將π化為近似的分數值（π =3.1415）計算，這就將引起刀具對於工件（jiàn）成（chéng）形運動（螺旋運動）的不準確，造成（chéng）螺距誤差。

 

在加工中，一般采用（yòng）近似加工，在理論誤差可以滿（mǎn）足加工精度要求的前提下（《=10%-15%尺（chǐ）寸公差（chà）），來提高生產率和經濟性。

 

2、調整誤差

 

機床的（de）調整誤差是指由於調整不準確（què）而產生的誤差。

 

3、夾（jiá）具的製造誤差和磨損

 

夾具的誤差主要指：

 

（1）定位元件、刀具導向元件、分度機（jī）構、夾具體等的製造誤差；

 

（2）夾具裝配後，以上各種元件工作麵（miàn）間的相（xiàng）對尺寸誤差（chà）；

 

（3）夾具在使用過程中工（gōng）作（zuò）表麵的磨損（sǔn）。

 

4、機（jī）床（chuáng）誤差

 

機床誤差是（shì）指機床的製造誤差、安裝誤差和磨損（sǔn）。主要（yào）包括機床導（dǎo）軌導（dǎo）向誤差、機床主軸回轉誤差、機床（chuáng）傳動鏈的傳動誤（wù）差。

 

（1）機床導軌導向誤差

 

1）導軌導（dǎo）向精度——導軌副運動件實際運動方向與理想運動方向的符合程度。主要包括：

 

① 導軌在水平麵內直線（xiàn）度Δy和（hé）垂直麵內的（de）直線（xiàn）度Δz（彎曲）；

 

②前後兩導軌的平（píng）行度（扭曲）；

 

③ 導軌對主軸回轉軸線在水平麵內和垂直麵內的平行（háng）度誤差或垂直度誤差。

 

2）導軌（guǐ）導向精度對切削加工的影響

 

主（zhǔ）要考慮導軌誤差引起刀（dāo）具與工件在誤差敏感方向的相對（duì）位移（yí）。車（chē）削加工時誤差敏感（gǎn）方向為水平方向，垂直方向（xiàng）引起的導向誤差產（chǎn）生的加工（gōng）誤差可以忽略；鏜削（xuē）加工時誤差敏感方向（xiàng）隨刀具（jù）回轉而變化；刨削加工時誤差敏感（gǎn）方向為垂直方向，床身導軌在垂直平麵內的直線（xiàn）度（dù）引起加工表麵（miàn）直線（xiàn）度和平麵度誤差。

 

（2）機床主軸回轉誤差

 

機床主軸回轉誤差是指實際回轉軸線對於理想回轉軸線的漂移。主要包括主軸端麵圓跳（tiào）動、主軸徑向圓跳動、主軸幾何軸線傾角擺（bǎi）動（dòng）。

 

1）主軸端麵圓跳（tiào）動對加（jiā）工精度（dù）的影響：

 

①加工圓柱麵（miàn）時無影響；

 

②車、鏜端麵時將產生（shēng）端麵與圓柱麵軸線垂直度誤（wù）差或端麵平麵（miàn）度（dù）誤（wù）差；

 

③加工螺紋時，將產生螺距周期誤差。

 

2）主軸徑向圓跳動對加工精度的影響：

 

①若徑向回轉誤差表現為其（qí）實際軸（zhóu）線在y軸坐標方向上（shàng）作簡諧直線運動，鏜床鏜出的孔為橢圓（yuán）形孔，圓度（dù）誤差（chà）為徑向圓跳動幅（fú）值；而車床車出的孔沒什麽影響；

 

②若主軸幾何軸線作偏心運動，無論車、鏜都能得到一個半徑為（wéi）刀尖到平均軸線距離的圓。

 

3）主軸幾何軸線傾角擺動（dòng）對加工精度的影響：

 

①幾何軸線相對於平（píng）均軸線在空間成一定錐角的圓錐軌跡，從各截麵看相當於幾何軸心（xīn）繞平均軸心（xīn）作偏心運動，而從軸向看各（gè）處偏心值不同；

 

②幾何軸線在某一平麵內作擺動，從各截麵看相當（dāng）於實際軸線（xiàn）在（zài）一平麵內作簡諧直線運動，而從軸向看各處跳動幅值不同；

 

③實際上主軸幾何（hé）軸（zhóu）線的傾角擺動為上述兩（liǎng）種的疊加。

 

（3）機床傳動鏈（liàn）的傳動誤差

 

機床傳動鏈的傳動誤差是（shì）指傳動鏈中首（shǒu）末兩端傳動（dòng）元件之間的（de）相對運動（dòng）誤差。

 

5、工藝（yì）係統受力變形（xíng）

 

工藝係統在切削力（lì）、夾緊力、重力（lì）和慣性力（lì）等作用下會（huì）產生變形，從而破壞了已調整好的（de）工藝係統各組成部分的相互位置關係，導致加工誤差的產生，並影響加工過程的穩定性。主要考慮機床變形（xíng）、工件變（biàn）形以及工藝係統（tǒng）的總變形。

 

（1）切削力對（duì）加工精度的影響

 

隻考慮機床變形（xíng），對加工軸類零件來講，機床受力變形使加工工件呈兩端粗（cū）、中間細（xì）的鞍形，即產（chǎn）生圓柱度誤差。隻考慮工件變形，對加工（gōng）軸類零（líng）件來講，工件受力（lì）變形使加（jiā）工後工件（jiàn）呈兩端（duān）細、中間粗的鼓形。而對（duì）加工孔類零件來講，單獨考慮機床或工件的變形，加工後（hòu）工件的（de）形狀與加工的軸類零件相反（fǎn）。

 

（2）夾緊力（lì）對加工精度的影響

 

工件裝（zhuāng）夾時，由於工件剛（gāng）度較低或夾緊力著（zhe）力點不當，使工件（jiàn）產生相應的變形，造成的加工誤差。

 

6、刀具的（de）製造誤差和磨損

 

刀（dāo）具誤差對（duì）加工精度的影響根據刀具的種類不同而異。

 

（1）定尺寸刀具（如鑽頭、鉸刀、鍵槽（cáo）銑刀及圓拉刀等（děng））的尺寸精度直接影響（xiǎng）工件的尺寸精度。

 

（2）成型刀具（如（rú）成型車刀、成型銑刀、成型砂（shā）輪等）的形（xíng）狀精（jīng）度將直接影響工件的形（xíng）狀精（jīng）度。

 

（3）展成刀具（如齒輪滾（gǔn）刀、花鍵滾刀、插齒（chǐ）刀具等）的刀刃形（xíng）狀誤差會影響加工表麵的形狀精度。

 

（4）一般刀具（如（rú）車刀、鏜刀、銑刀（dāo）），其製造精度對加工精度無直接影響，但刀具易磨損。

 

7、加工現場環境影響

 

加工現（xiàn）場往往有許（xǔ）多細小金屬屑，這些金屬（shǔ）屑如果存在與（yǔ）零件定位麵或定位孔位置就會影響零件（jiàn）加工精度，對於高精度加工，一些細小到目視（shì）不到的金屬屑都會影響到精度。這個影響因素會被識別出來但並無十（shí）分到位的方法來杜絕，往往對操作員的作業（yè）手法依賴很高。

 

8、工藝（yì）係統的熱（rè）變形

 

在加工過（guò）程中，由於（yú）內部熱源（切（qiē）削熱、摩擦熱）或外部熱源（環境溫度、熱輻射）產熱（rè）使工藝係統受熱而發生變形，從而影響加工精度（dù）。在大型工件加工和精密（mì）加工中， 工藝（yì）係統熱變形引起的加（jiā）工誤差（chà）占加（jiā）工總誤差的40%-70%。

 

工件熱變形對加（jiā）工金的的影響包括（kuò）工件（jiàn）均勻受熱和工（gōng）件不均勻受熱兩種。

 

9、工件內（nèi）部的殘餘應力

 

殘餘（yú）應力的產生（shēng）：

 

（1）毛（máo）胚製造和熱處理過程中產生的殘餘應力；

 

（2）冷校（xiào）直帶來的（de）殘（cán）餘應力；

 

（3）切削加工帶來的（de）殘餘應力。