數控機床加工精度常用的基本知識

　　

 

 

 

加（jiā）工精度（dù）主要用於生產產品程度，加工精度與加工誤差都是評價加工表（biǎo）麵幾何參數的術語。加工精度用公差等（děng）級衡量，等級值越小，其（qí）精度越高；加工誤差用數值表示，數值越大，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，其中IT01表示的話該零件加工精度最高的，IT18表示的話（huà）該（gāi）零件加工精度是最低的 ，一般上IT7、IT8是加工精度中等級別。

 

任何加工方法所得到的實際參數（shù）都不會絕（jué）對準確，從零件的功能看（kàn），隻要加工誤（wù）差在零件圖（tú）要求的公（gōng）差範圍內，就認為保證了加工精度。

 

機器的質量取決於零件的加（jiā）工（gōng）質量（liàng）和機（jī）器的裝配質量，零件加工質量包含零件加工精度和表麵質量兩大部分。

 

機（jī）械加工（gōng）精度是指零件加工後的實際幾何參數（尺寸、形狀和位置）與理想幾何參數相符合的程度。它們（men）之間的差異稱為加（jiā）工（gōng）誤差。加工誤差的大小反映了加工精度（dù）的高低。誤差越大加工精度越低，誤（wù）差（chà）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）提高主軸部件的製造精（jīng）度

 

1）應提高軸承的回轉精度 ：

 

①選用高精度的滾動軸承；

 

②采用高精度的多油鍥動壓軸承；

 

③采用高（gāo）精度的靜壓（yā）軸（zhóu）承。

 

2）應提高與軸承相配（pèi）件的精度（dù）：

 

①提高箱體支撐孔、主軸軸頸的加工精度；

 

②提高與軸承相配合表麵的加工精度（dù）；

 

③測量及調（diào）節相應件的（de）徑向跳動範圍，使誤（wù）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（huà）滾動體誤（wù）差。

 

（3）使主軸回轉精度不（bú）反映（yìng）到工件上。

 

2、對工藝係（xì）統進行（háng）調整

 

（1）試切法（fǎ）調整

 

通過試切—測量尺寸—調整刀具的吃刀量—走刀切削—再試切，如此反複直至達到所需尺寸。此法生產效率（lǜ）低，主要用於單件小批生產。

 

（2）調整（zhěng）法

 

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

 

3、減小刀具磨損

 

在刀具尺寸磨損達（dá）到急劇磨損階段前就必須重新（xīn）磨刀（dāo）。

 

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，是保證傳動精度的重要原則，且越（yuè）接近（jìn）末端的傳動副，其傳動比（bǐ）應越小（xiǎo）；

 

（3）末（mò）端（duān）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（xì）統的剛度，特別是提高工藝係統中薄弱（ruò）環節的剛度

 

1）合理的結構設（shè）計

 

①盡量減少連接麵（miàn）的（de）數目（mù）；

 

②防止有局部低剛度環節（jiē）出（chū）現；

 

③應合理選擇基礎件、支撐件的結構和（hé）截麵形狀。

 

2）提高連接表麵的接觸剛（gāng）度

 

①提高機床部件中零件間結合麵的質量；

 

②給機床部件以預加載荷；

 

③提高（gāo）工件定位基準麵的精度和減小它的表麵（miàn）粗糙度值。

 

3）采用合理的裝夾和定位方（fāng）式

 

（2）減小載荷及其變化

 

1）合理選擇刀具幾何參（cān）數和切削用量，以減小切削力；

 

2）毛胚分組（zǔ），盡量（liàng）使調整中毛胚加工餘量均勻。

 

6、減少殘餘應（yīng）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、減小工藝係統熱變形

 

（1）采用合理的機床部件結構及裝配（pèi）基準

 

1）采用熱對（duì）稱結構——在變速箱中，將軸、軸承、傳動齒輪等對（duì）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（líng）部件的（de）裝配基準。

 

（2）減少熱源的發熱和隔離熱源

 

1）采用較小的切削用量；

 

2）零件精度要求高時，將粗精加工工序分開；

 

3）盡可能將熱源從機床分離（lí）出（chū）去，減少機床（chuáng）熱變形；

 

4）對主軸軸承、絲杆螺母副、高（gāo）速運動的導軌副等不能分離的熱源，從結構、潤滑等方麵改善其摩擦特性，減少發（fā）熱或（huò）用隔熱材料；

 

5）采（cǎi）用強（qiáng）製式風冷、水冷等散熱措施。

 

（1）均衡溫度場（chǎng）

 

（2）加速達到傳熱（rè）平衡

 

（3）控製環（huán）境溫度（dù）

 

二、加工精（jīng）度誤差的（de）原因

 

1、加工原理誤差

 

加工原理誤（wù）差是指采用了近似的刀刃輪廓或近似的（de）傳動關係進行（háng）加工而產生的（de）誤差。加工原理誤差多出現於螺紋、齒輪、複雜曲麵加工中。

 

例如，加工漸開線齒輪用的齒輪滾刀，為使滾刀製造（zào）方（fāng）便，采用了阿基米德基本（běn）蝸（wō）杆或法向直廓基本蝸（wō）杆代替漸開線基本蝸杆，使齒輪漸開線齒形產生了誤差。又如車削模數蝸杆時，由於（yú）蝸杆的螺距等於蝸（wō）輪的周節（即 mπ），其中 m是模數，而π是一（yī）個無理數，但是車床的配換（huàn）齒輪的齒數是有限的，選擇配換齒輪時（shí）隻能將π化（huà）為近似的分數值（π =3.1415）計算，這就將引起刀（dāo）具對於工（gōng）件成形運動（螺旋運動）的（de）不準確，造成螺距誤差。

 

在加（jiā）工中，一般采用近似加工，在理論誤差可以滿（mǎn）足加工精度要求的前提下（《=10%-15%尺寸公差），來提（tí）高生產率和經濟（jì）性。

 

2、調整誤差

 

機床的調整誤差是指由於（yú）調整不準確而產生的誤（wù）差。

 

3、夾具的製造誤（wù）差和磨損

 

夾具（jù）的誤（wù）差主要指：

 

（1）定位元件、刀具導向元件、分度機構、夾具體等（děng）的製造誤（wù）差（chà）；

 

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

 

（3）夾具在使用過程中工作表麵（miàn）的磨（mó）損。

 

4、機床誤差

 

機床（chuáng）誤（wù）差（chà）是指機床的製造誤（wù）差、安裝誤差和磨損。主（zhǔ）要包括機床導（dǎo）軌導向誤差、機床主軸回轉誤差、機床傳動鏈（liàn）的傳動（dòng）誤差。

 

（1）機床（chuáng）導軌導向誤差

 

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

 

① 導軌（guǐ）在水平（píng）麵內直線度（dù）Δy和垂（chuí）直麵內的直線度Δz（彎曲（qǔ））；

 

②前後兩導軌的平行度（扭曲）；

 

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

 

2）導軌導向精度對切（qiē）削加工的（de）影響

 

主要考慮導軌誤差引起刀具與工件在誤差敏（mǐn）感方向的相對位移。車削加工時誤差敏感（gǎn）方向為水平方向，垂直方（fāng）向引起的導（dǎo）向誤差（chà）產生的加工誤差可以忽略；鏜削加工時誤差敏感方向隨刀具回轉而變化；刨削加工時誤差敏感方向為垂直方向，床身導軌在垂直平麵內的（de）直線度引起加工表麵直線度和平麵度誤差。

 

（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（xiàn）對於理想回轉軸線的漂移。主要包括主（zhǔ）軸端麵圓跳動、主軸徑向圓跳動、主軸（zhóu）幾何軸線（xiàn）傾角擺動。

 

1）主軸端麵圓跳動對加工精度的影響：

 

①加工圓柱麵時無影響；

 

②車、鏜端麵（miàn）時將產生端麵與圓柱麵軸線垂直度誤差或端（duān）麵平麵度誤差；

 

③加工螺紋時，將（jiāng）產（chǎn）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（ruò）徑向回轉誤差表現為其實際軸（zhóu）線在y軸坐（zuò）標（biāo）方向上作簡諧直線運動，鏜床（chuáng）鏜出的孔為橢圓形孔，圓度誤（wù）差為徑向圓跳動（dòng）幅（fú）值；而車床車出的孔沒什（shí）麽影（yǐng）響；

 

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

 

3）主軸幾（jǐ）何軸線傾（qīng）角擺動對（duì）加工精度的影響（xiǎng）：

 

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

 

②幾何軸線在某一平麵內作擺動，從各截麵看相當於實際軸線在（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實際上主軸幾何軸線的傾角（jiǎo）擺動為上述（shù）兩種的疊加（jiā）。

 

（3）機床傳動鏈的傳動誤差

 

機床傳（chuán）動（dòng）鏈的傳動誤差是指（zhǐ）傳動（dòng）鏈中首末兩端傳動元件之間（jiān）的相對運（yùn）動誤差。

 

5、工藝係統受力變形

 

工（gōng）藝係（xì）統在切（qiē）削力、夾緊力（lì）、重力和慣性力等作用（yòng）下會產生變形，從而破壞了已調整好的（de）工藝係（xì）統（tǒng）各組成部分的相互位置（zhì）關係，導致加工（gōng）誤差的（de）產生，並影響加（jiā）工過程的穩（wěn）定性。主要考慮機床變（biàn）形、工件變形（xíng）以及工藝係統（tǒng）的總變形。

 

（1）切削力對加（jiā）工精度的（de）影響

 

隻考慮機床變形，對（duì）加工軸（zhóu）類零件來講，機床（chuáng）受力變形使加工工件（jiàn）呈兩端粗（cū）、中間細的鞍形（xíng），即產生圓柱度誤差。隻考慮（lǜ）工件變（biàn）形，對加工軸（zhóu）類零件來講（jiǎng），工件受力變形使加工後工件呈兩（liǎng）端細、中間粗的鼓形。而對加工孔類零件來（lái）講，單獨考慮機床或工件的（de）變形，加工（gōng）後工件的形狀與加工的軸類零件相反。

 

（2）夾緊力對加工精度的影響

 

工件裝（zhuāng）夾時，由於工件剛度較低或（huò）夾緊（jǐn）力著力點不當，使工件產生相應的變形，造（zào）成（chéng）的加工誤差。

 

6、刀具的製造誤差和（hé）磨損

 

刀具誤差對加工精度的影響根據刀具的（de）種（zhǒng）類不同而異。

 

（1）定尺寸刀具（如（rú）鑽（zuàn）頭、鉸刀、鍵槽銑刀及圓拉刀等）的尺寸精度直接影響工（gōng）件的尺寸精度。

 

（2）成型刀具（如成型車刀、成型（xíng）銑（xǐ）刀、成型（xíng）砂輪（lún）等）的形狀精度將直接影響（xiǎng）工件的形狀精度。

 

（3）展成（chéng）刀（dāo）具（如齒輪滾刀、花鍵滾刀、插齒刀具（jù）等）的刀刃（rèn）形狀誤差會影響加工表麵的形狀精度。

 

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

 

7、加工（gōng）現場（chǎng）環境影（yǐng）響

 

加工（gōng）現場往往有許多細小金屬屑，這（zhè）些金屬屑如果存在與零（líng）件定位麵或定（dìng）位孔位置就會影響零件加工精度，對於高精度加工（gōng），一些細小到目視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分到位的方法來杜絕，往往（wǎng）對操作員（yuán）的作業手法依賴很高。

 

8、工藝係統的熱（rè）變形

 

在加工（gōng）過程中，由於內部熱源（切削熱、摩擦熱）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，從而影（yǐng）響（xiǎng）加工精度。在大型工件加工和精密加工中， 工（gōng）藝係統熱變形引起的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（de）影響包（bāo）括工件均勻受熱和工件不均勻受熱兩種。

 

9、工（gōng）件內（nèi）部的殘餘應力

 

殘餘應力的產（chǎn）生：

 

（1）毛胚製造和熱處理過程中產生的殘餘應力；

 

（2）冷校直帶來的殘餘應力；

 

（3）切削加工帶（dài）來的殘餘應力。