數控機床加工精度常用的基本知識

　　

 

 

 

加工精度主要用於生（shēng）產產品程（chéng）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（dù）用（yòng）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，其誤差越大。加工精度高（gāo），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（líng）件加（jiā）工精度最高的，IT18表示的（de）話該零件加工精度是最低的 ，一般（bān）上（shàng）IT7、IT8是加工精（jīng）度中等級別。

 

任（rèn）何加工方法所得到（dào）的（de）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（jiàn）圖要求的公差範圍內，就（jiù）認（rèn）為保證了加工精度。

 

機器的質（zhì）量取決於零件的加工質量和機器的裝配質量（liàng），零件加工質量包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際幾何參數（shù）（尺寸、形狀和位置（zhì））與理想幾何參數相符合的程度。它們之（zhī）間的（de）差異稱為（wéi）加工誤差。加工（gōng）誤差的大小反映了加工精度的高低。誤差越大加工精度越（yuè）低，誤差越（yuè）小加工精度越高。

 

一、加工精度的（de）調整方法

 

1、減小機床誤（wù）差（chà）

 

（1）提高（gāo）主軸部件的製造（zào）精度

 

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（jīng）度（dù）的多油鍥動壓軸承；

 

③采用高（gāo）精度的靜壓軸承。

 

2）應提高（gāo）與軸承相配件的精度：

 

①提高箱體（tǐ）支撐孔、主軸軸（zhóu）頸的加工精度；

 

②提（tí）高與軸承相配合表麵的加工精度；

 

③測量及調節相應件的徑向跳動範圍（wéi），使誤差補償或相抵（dǐ）消。

 

（2）對滾動（dòng）軸（zhóu）承適當預緊

 

①可消除間隙；

 

②增加軸承剛度；

 

③均化滾（gǔn）動體誤差。

 

（3）使主軸回轉精度不反映到工件上。

 

2、對（duì）工藝係統進行調整

 

（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—再試切，如此反複（fù）直至達到所需（xū）尺寸。此法生產效率低，主要（yào）用（yòng）於單（dān）件小批（pī）生產。

 

（2）調整法

 

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

 

3、減小刀具磨損（sǔn）

 

在刀具尺寸磨損達到急（jí）劇磨損階（jiē）段前（qián）就必須重新磨刀。

 

4、減少傳動鏈傳動誤差

 

（1）傳（chuán）動件（jiàn）數少，傳動鏈短，傳（chuán）動精度高；

 

（2）采用降速傳動，是（shì）保證傳動精度的重要原則（zé），且越接近末端的傳（chuán）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（xì）統中薄弱（ruò）環節的剛度

 

1）合理的結構設計

 

①盡量減少連接麵的（de）數目；

 

②防止有局部低剛度環節出現；

 

③應合理選擇基礎件、支撐件的結構和截麵形狀。

 

2）提高連接表（biǎo）麵的接觸剛度

 

①提高機床部件中（zhōng）零件間結合麵的（de）質（zhì）量（liàng）；

 

②給機床（chuáng）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）采用合理的裝夾和定位（wèi）方式

 

（2）減小載荷及其變（biàn）化

 

1）合理選擇刀具幾何參數和切削（xuē）用量，以減（jiǎn）小切（qiē）削力；

 

2）毛胚分（fèn）組，盡量使調整中毛胚加工餘量均勻。

 

6、減少殘（cán）餘應力

 

（1）增加消除內應力的熱處理工（gōng）序；

 

（2）合理安排工藝過程。

 

7、減小工藝係統熱變（biàn）形

 

（1）采用合理（lǐ）的機床部（bù）件結構及（jí）裝配（pèi）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（xiāng）壁溫升均勻，箱體變形減小；

 

2）合理選擇機床零部件的裝配基準。

 

（2）減少熱（rè）源的發熱和（hé）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（xù）分開；

 

3）盡可（kě）能（néng）將熱（rè）源（yuán）從機床分離出（chū）去，減少（shǎo）機床熱變形；

 

4）對主軸（zhóu）軸承、絲杆螺（luó）母副、高速運動的（de）導軌副等不能分離的熱（rè）源，從結構、潤滑（huá）等方麵改善其摩擦特性，減少發熱或用隔熱材料；

 

5）采用強（qiáng）製式風冷（lěng）、水冷等散熱措施。

 

（1）均衡溫度場

 

（2）加速達到傳熱平衡

 

（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（jiā）工原理誤差是指（zhǐ）采用了近似的刀刃輪廓或近似（sì）的傳動關係（xì）進（jìn）行加工而產生的誤差。加工原理誤差多出現於螺紋、齒輪、複雜（zá）曲麵加工中。

 

例（lì）如，加（jiā）工漸開線齒輪用的齒輪滾刀，為（wéi）使滾刀製造方便，采用了阿基米德基本蝸杆或法向直廓基本（běn）蝸杆代替漸（jiàn）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（yóu）於蝸杆的螺距等於蝸輪的周節（jiē）（即 mπ），其中 m是模數，而π是（shì）一個無理數，但是車床的配換（huàn）齒輪的齒數是有（yǒu）限的，選擇配換齒輪（lún）時隻（zhī）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成形（xíng）運動（螺旋運動）的不（bú）準確，造成螺距誤差。

 

在（zài）加工（gōng）中，一（yī）般采用近似加工，在理論（lùn）誤差可以（yǐ）滿足加（jiā）工精度（dù）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

 

機床的調整誤差是指由於調整不準（zhǔn）確而產生的（de）誤差。

 

3、夾具的製造誤差和磨損

 

夾具的誤差主要指：

 

（1）定位元（yuán）件、刀具導向元件、分度（dù）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（de）相對尺寸誤差；

 

（3）夾具在使用過程中工作表麵的磨損。

 

4、機床誤差

 

機床誤差是指機床的製造誤（wù）差、安（ān）裝誤差和（hé）磨損。主要包括機床導（dǎo）軌導向誤差、機床主軸回轉誤差、機床傳動鏈的傳動誤差。

 

（1）機床導軌導向誤差

 

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

 

① 導軌在（zài）水平麵內直線度Δy和垂直麵內的直線度（dù）Δz（彎（wān）曲）；

 

②前後兩導軌的（de）平行度（扭曲（qǔ））；

 

③ 導軌對（duì）主軸回轉軸線在水平麵內和垂直麵內的（de）平（píng）行度誤差或垂直度誤差。

 

2）導軌導向精度對切削加工的影響

 

主要考慮導軌誤差引起刀（dāo）具與工件（jiàn）在誤差敏感（gǎn）方向的相對位移。車削加工時（shí）誤差敏感（gǎn）方向為水平方向，垂直方向引起的導（dǎo）向（xiàng）誤差產生（shēng）的加工誤差可以忽略；鏜削（xuē）加工時誤差敏感方向隨刀具回轉而變化；刨削加工時誤（wù）差敏感方向為垂直方向，床身導軌在垂直平麵內的直線度引起加工表麵直（zhí）線（xiàn）度和平麵度誤（wù）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）主軸端麵圓跳動對加工精度的影響（xiǎng）：

 

①加工圓（yuán）柱麵時無影響；

 

②車、鏜端麵時將產生（shēng）端麵與圓柱麵軸（zhóu）線垂直度誤差或端麵平麵度誤（wù）差；

 

③加工螺紋時，將產生螺距（jù）周期誤差。

 

2）主軸徑向圓跳（tiào）動對加工精度的影響：

 

①若徑向回（huí）轉誤差表現為其實際軸線在y軸坐標方向上作簡諧直線運動（dòng），鏜床鏜出的孔為橢圓形（xíng）孔，圓度誤差為徑向圓跳動幅值；而車床車出的孔沒什麽影響；

 

②若主（zhǔ）軸（zhóu）幾何（hé）軸線作偏心運動，無論車、鏜都能得到一個半徑為刀尖（jiān）到平（píng）均軸線距離的圓。

 

3）主軸幾何軸線傾角擺動對加工精度的（de）影響：

 

①幾何軸線相對（duì）於（yú）平均軸線在空間成一定錐（zhuī）角的圓錐軌跡，從各截麵看相（xiàng）當於幾何軸心繞平（píng）均軸心作偏心運（yùn）動，而從軸向看各處偏（piān）心值不同；

 

②幾何軸線在某一平（píng）麵內作擺動，從各截麵看相當（dāng）於實際軸線在一平麵內作簡諧直線運動，而從軸向看各處跳（tiào）動幅值不同；

 

③實際上主軸幾何軸線的傾角擺動為上述兩種（zhǒng）的疊加。

 

（3）機床傳動鏈的傳動誤差

 

機床傳動鏈（liàn）的傳動誤差是指傳動鏈（liàn）中（zhōng）首末兩端傳動元件之間（jiān）的相（xiàng）對運（yùn）動誤差。

 

5、工藝（yì）係統受力變形（xíng）

 

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

 

（1）切削力對加工精度（dù）的影響

 

隻考（kǎo）慮機床變形，對加工軸類零件來（lái）講，機床受力變形（xíng）使（shǐ）加工工件呈兩端粗、中間細的鞍形，即產生（shēng）圓柱（zhù）度誤差。隻考慮工件變形，對加工軸（zhóu）類零件來講，工件受（shòu）力變形使加工後工件呈兩（liǎng）端細、中間粗的鼓（gǔ）形。而對加工孔類零件來講，單獨（dú）考慮機床或工（gōng）件的變形，加工後工（gōng）件的（de）形（xíng）狀與加工（gōng）的軸類零件相反（fǎn）。

 

（2）夾緊力對加（jiā）工精度的影響

 

工件裝夾時，由於（yú）工件剛度較低或夾（jiá）緊力著（zhe）力點不當，使工件產生相應的（de）變形，造成的加工誤差。

 

6、刀具的製造（zào）誤差和磨損

 

刀具誤差對加工（gōng）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（jiǎo）刀、鍵槽銑刀及圓拉刀（dāo）等）的尺寸精度直接影響工件的尺寸精度。

 

（2）成型刀具（如成型（xíng）車刀、成型銑刀、成型砂輪（lún）等）的形狀精度將直接影響工件（jiàn）的形狀精度。

 

（3）展成刀（dāo）具（如齒輪滾刀、花鍵（jiàn）滾刀、插齒刀具等（děng））的刀刃形狀誤（wù）差會影響加工表（biǎo）麵的形狀精度。

 

（4）一般刀（dāo）具（如車刀、鏜刀、銑刀），其製造精（jīng）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（jiā）工現場往往（wǎng）有許多細小金屬屑，這些金屬屑如果存在與（yǔ）零件（jiàn）定位麵或定位孔位置就會影響零件加工精度（dù），對於高精度加工，一些細小到目視不到的金屬屑都會（huì）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（cāo）作員的（de）作業手法（fǎ）依賴很高。

 

8、工藝（yì）係統的熱變形

 

在加工過程（chéng）中，由於內部熱源（切削熱、摩擦熱）或外部熱源（環境（jìng）溫度、熱（rè）輻（fú）射）產熱使工藝係統受熱而發生變形，從（cóng）而（ér）影響加工精度。在大型工件加（jiā）工（gōng）和精密加工中， 工藝係統熱（rè）變（biàn）形引起的加工誤（wù）差占加工總誤差（chà）的40%-70%。

 

工件（jiàn）熱變形對加工金的的（de）影響包括工（gōng）件均勻受熱（rè）和工件不均勻受熱兩種。

 

9、工件內部的殘餘應力

 

殘餘應（yīng）力的（de）產生：

 

（1）毛胚製造和熱處理過程（chéng）中產生的殘餘應力；

 

（2）冷校直帶來的殘餘應（yīng）力（lì）；

 

（3）切削加工帶來的殘餘（yú）應力。