數控機床加工精度常用的基本知識

　　

 

 

 

加工精度主要用於生產產品程（chéng）度，加工精度與加（jiā）工誤差都是評價加工表麵幾何參數的術語。加工精度用公差等級衡量，等（děng）級值越小，其精度越（yuè）高；加工誤差用數值表示，數值越（yuè）大，其誤差越大。加工精度高，就是加工誤差小（xiǎo），反之亦然。公差等級從IT01，IT0，IT1，IT2，IT3至IT18一共有20個（gè），其（qí）中IT01表示的話該零件加工精度最高（gāo）的，IT18表示的話該（gāi）零件（jiàn）加工（gōng）精度是最低的 ，一般上（shàng）IT7、IT8是加工精度中等級（jí）別。

 

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

 

機器的質量取決於零件的加工質量和機器的裝配質量，零（líng）件加工質量包（bāo）含零件加工精度和表麵質量兩大部分。

 

機械加工精（jīng）度是指零件加工後的實（shí）際幾何參（cān）數（尺寸、形狀和位置）與理想幾何參數相符（fú）合（hé）的程度。它們（men）之間的差異（yì）稱為加工誤差。加工誤差的大小反（fǎn）映了加工精度的高低。誤差越（yuè）大加工（gōng）精度越低，誤差越小加工精度越高。

 

一、加（jiā）工精度的（de）調整方法

 

1、減小機床誤差

 

（1）提高主軸部件的製造精（jīng）度

 

1）應（yīng）提高（gāo）軸承的（de）回轉（zhuǎn）精度 ：

 

①選用高精度的滾動軸承；

 

②采（cǎi）用高精度的多油鍥動壓軸承；

 

③采用高精度的靜壓（yā）軸承。

 

2）應提高與軸承（chéng）相配件（jiàn）的精度：

 

①提高箱（xiāng）體支（zhī）撐孔、主軸軸（zhóu）頸的加工精度；

 

②提高與軸承相配合表麵的（de）加工精度；

 

③測（cè）量及調節相應（yīng）件的徑向跳動範圍（wéi），使誤差補償或（huò）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均化滾動體誤差。

 

（3）使主軸回轉精度（dù）不反（fǎn）映到（dào）工件上。

 

2、對工藝係統進行調整

 

（1）試切法（fǎ）調整

 

通過試切—測量尺寸—調整刀（dāo）具的吃刀量—走刀切削—再試切（qiē），如此反（fǎn）複直至達（dá）到所需尺寸（cùn）。此法（fǎ）生產效（xiào）率低（dī），主要用（yòng）於單件小批生產。

 

（2）調整法

 

通過（guò）預先調整好機床、夾具、工件和（hé）刀具的相對位置獲得所需尺寸。此法生產率高，主要用於大（dà）批（pī）大量生產。

 

3、減小刀具磨損

 

在刀具尺寸磨損達到急劇磨損階段前就必須重新磨刀。

 

4、減少傳動鏈傳動誤差

 

（1）傳動件數少，傳動鏈短，傳動精度高；

 

（2）采用降速傳動，是保證傳動（dòng）精（jīng）度的重（chóng）要原則，且越接近末端的傳動副，其傳動（dòng）比應越小；

 

（3）末端件精度應高於其他傳動件。

 

5、減小工藝（yì）係統的受（shòu）力變形

 

（1）提高係統的剛度（dù），特別是提高工藝係統中（zhōng）薄弱環節（jiē）的剛度

 

1）合理的結構設計

 

①盡量減少連接麵的（de）數目；

 

②防止有局（jú）部低剛度環節出現；

 

③應合理選擇基礎件、支撐（chēng）件的結（jié）構和截麵形狀。

 

2）提高（gāo）連接表麵（miàn）的接觸剛度（dù）

 

①提高機床部件中零件間結合麵的質量（liàng）；

 

②給機床（chuáng）部件以預（yù）加載荷（hé）；

 

③提高工件定位（wèi）基準麵的（de）精度和減小它的表麵粗糙度值。

 

3）采用合理的（de）裝夾和定位方（fāng）式（shì）

 

（2）減小載荷及其變化（huà）

 

1）合理選擇刀具幾何參數和切削（xuē）用量，以減小切削力；

 

2）毛胚分（fèn）組（zǔ），盡量使調整中毛胚加工（gōng）餘量均勻。

 

6、減少殘餘應力

 

（1）增加消除內應力的熱處理工序；

 

（2）合理安排工藝過程。

 

7、減小（xiǎo）工藝係統（tǒng）熱變形

 

（1）采用（yòng）合理的（de）機床部件結構及裝（zhuāng）配（pèi）基準

 

1）采用熱對稱結構——在變速箱（xiāng）中，將軸、軸（zhóu）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）合理選擇機床零部件的裝配（pèi）基準。

 

（2）減少熱源的發熱和隔離熱源

 

1）采用較小的切削用量；

 

2）零（líng）件精度要求高時，將粗精加工工序分開；

 

3）盡可能將熱（rè）源從機床分離出去，減少機床熱變形；

 

4）對主軸軸承、絲杆螺（luó）母副、高速運動的導軌副等不（bú）能分離的熱源，從結構、潤滑（huá）等方麵改善其摩擦特（tè）性，減少發熱或用隔熱材料；

 

5）采用強製式風冷、水冷等散熱措施。

 

（1）均衡溫度場

 

（2）加（jiā）速達到傳熱平衡

 

（3）控製環境溫度

 

二、加工精度誤差的原因

 

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（jìn）似的傳動關係進行加工（gōng）而（ér）產生的誤差。加工（gōng）原理誤差（chà）多出現於螺紋、齒輪、複雜曲麵加工中（zhōng）。

 

例如，加工漸開線齒輪（lún）用的齒輪滾刀，為使滾刀製造（zào）方便，采（cǎi）用（yòng）了阿基米德基本蝸杆或法向直廓基本蝸杆代替漸開線基本蝸杆，使齒（chǐ）輪漸開（kāi）線齒形產生了誤差。又如車削模數（shù）蝸杆時，由於蝸杆的螺距等於蝸輪的周節（即 mπ），其中 m是模（mó）數，而π是一個無理數，但是車床（chuáng）的（de）配換齒輪（lún）的齒數是有限（xiàn）的，選擇配換齒（chǐ）輪時隻能（néng）將（jiāng）π化為（wéi）近似的分數值（π =3.1415）計算，這就將引起刀具對於（yú）工（gōng）件成形運動（螺旋（xuán）運動）的不準確，造成螺距誤差。

 

在加工中，一（yī）般采用近似加工，在理論誤差可以（yǐ）滿足加工精度要求的前提下（《=10%-15%尺（chǐ）寸公差），來提高生產率和經濟（jì）性。

 

2、調整誤差

 

機床的調整（zhěng）誤差是指由於調整不準確而產生的誤差。

 

3、夾具的製造誤差和磨損

 

夾具的誤差主要指（zhǐ）：

 

（1）定位元件、刀具導向元件、分度機構、夾具體等的製造誤差；

 

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

 

（3）夾具（jù）在使用過程中工作表麵的磨損（sǔn）。

 

4、機（jī）床誤差

 

機（jī）床誤差是（shì）指機床的製造（zào）誤差、安裝誤差和磨損。主要包括機床導軌導向誤差、機床主軸回轉誤差、機床傳動鏈的傳動誤差。

 

（1）機床導軌導向（xiàng）誤差

 

1）導軌導向（xiàng）精度——導（dǎo）軌副運動件實際（jì）運動方向與理想運動方向的（de）符合程度。主要包括：

 

① 導軌在水平麵內直線度Δy和垂直麵內的直線度（dù）Δz（彎曲）；

 

②前後（hòu）兩導軌的平行度（扭（niǔ）曲）；

 

③ 導軌對主軸回轉軸線在水平（píng）麵內（nèi）和（hé）垂直（zhí）麵內的平行度誤差或垂直度誤差。

 

2）導軌導（dǎo）向精度（dù）對切削加工的影響

 

主要考慮導軌誤（wù）差引起刀具與工件在誤差敏感方向的相對位（wèi）移。車削加工時誤差敏感方向為水平方向，垂直方向引起的導向誤差產生的加工誤差可以忽略；鏜削加工（gōng）時誤差敏感方（fāng）向隨刀具回轉而變化；刨（páo）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度引起加工表麵直線度和平麵度誤差。

 

（2）機床（chuáng）主軸回轉誤差

 

機床主軸回轉誤差是指實際回轉軸線（xiàn）對於理想回（huí）轉軸線的漂移。主要包括主（zhǔ）軸端麵圓跳動、主軸徑向（xiàng）圓跳動、主軸幾何軸線傾角擺動。

 

1）主軸端麵圓跳動對（duì）加工精（jīng）度的影響：

 

①加（jiā）工圓柱麵時無影響；

 

②車（chē）、鏜端麵時將產生端麵與（yǔ）圓柱麵軸線垂直度誤（wù）差（chà）或（huò）端麵平麵度（dù）誤差；

 

③加工螺紋時，將產生螺距周期誤（wù）差。

 

2）主軸徑向圓跳動（dòng）對加工精度的影響：

 

①若徑向回轉誤差表現為其實際軸線在y軸（zhóu）坐標（biāo）方（fāng）向上作簡諧直線運動，鏜床鏜出的孔為橢圓形孔，圓度誤差為徑向圓跳動幅值；而車（chē）床車出的孔沒什麽影響；

 

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

 

3）主（zhǔ）軸幾（jǐ）何（hé）軸線傾角擺動對加工精（jīng）度的影響：

 

①幾何軸線相對於平均軸線在（zài）空間成一定錐角的圓錐軌跡，從各截麵看相（xiàng）當（dāng）於幾何軸心繞平均軸心作偏心運動，而從軸向看各處（chù）偏心（xīn）值不同；

 

②幾何軸線在某一平麵內作擺動，從各（gè）截麵看相當於實（shí）際軸線在一平麵內（nèi）作簡諧（xié）直線運動，而從軸向看各處跳動幅值不同；

 

③實（shí）際上主軸幾何軸線的傾角擺動為上述兩種的疊加。

 

（3）機床傳動鏈的傳動誤差

 

機床（chuáng）傳動鏈的傳動誤差是指傳動鏈中首末兩端傳動元件之間的相對運動誤差。

 

5、工藝係統受力變形

 

工藝係統在切削力、夾緊力、重力和慣性力等作用下會產生變形，從而破（pò）壞了已調整好的工藝係（xì）統（tǒng）各（gè）組成部分的相互位置關係，導（dǎo）致加工誤差的產生，並影（yǐng）響加工（gōng）過程的穩定性。主要考慮機床變（biàn）形、工件（jiàn）變形以及工藝係統的總變形（xíng）。

 

（1）切削力對加工精度的影響（xiǎng）

 

隻考慮機床變形，對加工軸類零（líng）件來講（jiǎng），機床受力變形（xíng）使（shǐ）加工工件呈兩端粗、中（zhōng）間細（xì）的鞍形，即產生圓柱度誤差。隻考（kǎo）慮工件變（biàn）形，對加（jiā）工軸類零件來講，工件受力變形（xíng）使加工後工件呈（chéng）兩端細、中間（jiān）粗的鼓形（xíng）。而對加工孔類零（líng）件（jiàn）來講（jiǎng），單獨考慮機床或工件的變形，加工後工件（jiàn）的形狀（zhuàng）與加工的（de）軸類零件相反。

 

（2）夾緊力對加工精度的（de）影響

 

工件裝夾時，由於工件剛度較低或夾緊力著力點不當，使工件（jiàn）產生相（xiàng）應（yīng）的變形，造成的加工（gōng）誤差。

 

6、刀具的製造誤差和磨損

 

刀具誤差對加工精度的影響根據刀具的種類（lèi）不同而異。

 

（1）定尺寸刀具（如（rú）鑽頭、鉸刀、鍵槽銑刀及圓（yuán）拉刀等）的尺（chǐ）寸精度直接影響工件的尺寸精度。

 

（2）成型刀（dāo）具（如成型車刀、成型銑刀、成型砂輪等）的形狀精度將直接影響工（gōng）件的形狀精度。

 

（3）展成刀具（如齒輪（lún）滾刀、花鍵滾刀、插（chā）齒刀具等）的刀刃形狀誤差會影響加工表麵的（de）形（xíng）狀精度。

 

（4）一般刀具（jù）（如車刀、鏜（táng）刀、銑（xǐ）刀），其（qí）製造精度對加工精度無直接影響，但刀具易（yì）磨損。

 

7、加工現場環境影響

 

加工現場往往有許多細小金屬屑，這些金屬屑如果存在與零件定位麵或定位（wèi）孔位置就會影響零件加工精度（dù），對於高精度（dù）加工，一（yī）些（xiē）細小到目視（shì）不（bú）到（dào）的（de）金屬屑都會影響到精度。這個影響因素會被（bèi）識別出來但並無十分到位的（de）方法來杜絕，往（wǎng）往對操作員的作業手法依賴很高。

 

8、工藝（yì）係統的熱變形

 

在（zài）加工（gōng）過（guò）程中（zhōng），由於內（nèi）部熱源（切削熱、摩（mó）擦熱）或外部熱源（環境溫度、熱輻射）產熱使工藝係統受熱而發生變形（xíng），從而（ér）影響加工精度。在（zài）大型工件加工（gōng）和精密加工（gōng）中， 工（gōng）藝係統熱變形引起的（de）加工誤差占加工總誤差的40%-70%。

 

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

 

9、工（gōng）件內部的殘餘應力

 

殘餘應力的產生：

 

（1）毛胚（pēi）製造和熱處理過程中產生的殘（cán）餘應力；

 

（2）冷校（xiào）直帶來的殘餘應力；

 

（3）切削加工帶來（lái）的（de）殘餘應力。