机械加工误差产生原因及解决措施

2010-08-15杨晓娟

淮北职业技术学院学报 2010年5期

关键词：机械加工基准刀具

杨晓娟

机械加工误差产生原因及解决措施

杨晓娟

(淮北矿业集团有限责任公司祁南煤矿,安徽宿州 234115)

在机械加工工作实践中,加工误差是影响加工精度的最主要原因之一。尽管误差在实践中是不可避免的,但是必须要将其控制在合理的范围之内。本文旨在对机械加工误差产生的原因进行分析,并根据自己的工作实践尝试性地提出若干解决措施。

加工误差;主要原因;解决措施

在机械加工工作中,加工误差是影响加工精度和生产效能的主要因素之一。然而,无论是从理论还是从实践上来看,加工误差都是一个不可避免、难以克服的现实性难题。要想解决加工误差的问题,将其控制在合理的可接受范围之内,就必须要清楚地界定加工误差的概念,分析引起加工误差的主要原因,并在此基础上探求减少或降低加工误差的行之有效的措施。

1 加工误差的概念

加工误差是指零件加工后的实际几何参数与理想几何参数之间的偏离程度。在实践中,实际加工后的零件与理想零件不可能达到完全一致。在机械加工中,加工误差是影响加工精度的最主要原因。尽管我们无法避免加工误差,但是必须要通过提高加工工艺,增强操作人员的操作能力,从主观和客观上最大限度地减少加工误差,以提高加工精度。

2 加工误差产生的主要原因

在机械加工实践中,加工误差主要是由机械加工工艺系统产生的原始误差所导致的。由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺系统会产生各种各样的误差,这些误差在各种不同的工作条件下都会以各种不同的方式反映为工件的加工误差。

2.1 工艺系统的几何误差

2.1.1 机床的几何误差

机械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。对工件加工精度影响较大的机床制造误差主要包括:主轴回转误差、导轨误差和传动链误差。

(1)主轴回转误差。主轴回转误差是指主轴各瞬间的实际回转轴线相对其平均回转轴线的变动量。它可分解为径向圆跳动、轴向窜动和角度摆动三种基本形式。适当提高主轴及箱体的制造精度,选用高精度的轴承,提供主轴部件的装配精度,对高速主轴部件进行平衡,对滚动轴承进行预紧等措施,均可提高机床主轴的回转精度,从而减少加工误差。

(2)导轨误差。导轨是机床上确定各机床部件相对位置关系的基准,也是机床运动的基准。车床导轨的精度要求主要有以下三个方面:在水平面内的直线度;在垂直面内的直线度;前后导轨的平行度(扭曲)。除了导轨本身的制造误差外,导轨的不均匀磨损和安装质量也是造成导轨误差的重要因素。

(3)传动链误差。传动链误差是指传动链始末两端传动元件之间相对运动的误差,一般用传动链末端元件的转角误差来衡量。

2.1.2 刀具的几何误差

任何刀具在切削过程中都不可避免地要产生磨损,并由此引起工件尺寸和形状的改变。因此,要想减少加工误差,就必须减少刀具的尺寸磨损。有效地减少刀具尺寸磨损的措施包括:正确选用刀具材料;选用新型耐磨刀具材料;合理选用刀具几何参数和切削用量;正确地刃磨刀具;正确地使用冷却液。

2.2 工艺系统的定位误差

2.2.1 基准不重合误差

在零件图上用来确定某一表面尺寸、位置所依据的基准被称为设计基准。在工序图上用来确定本工序被加工表面加工后的尺寸、位置所依据的基准被称为工序基准。一般情况下,工序基准应与设计基准重合。在机床上对工件进行加工时,须选择工件上若干几何要素作为加工时的定位基准(或称测量基准)。如果所选用的定位基准与设计基准不重合,就会产生基准不重合误差。

2.2.2 定位副制造不准确误差

工件在夹具中的正确位置是由夹具上的定位元件来确定的。夹具上的定位元件不可能按照基本尺寸制造地绝对准确。它们的实际尺寸或位置都允许在分别规定的公差范围内变动。同时,工件上的定位基准面也会有制造误差。工件定位面与夹具定位元件共同构成定位副,由于定位副制造的不准确和定位副间的配合间隙引起的工件最大位置变动量,称为定位副制造不准确误差。

2.3 工艺系统受力变形引起的误差

2.3.1 工件刚度

工艺系统中如果工件刚度相对于机床、刀具、夹具来说比较低,在切削力的作用下,工件由于刚度不足而引起的变形对加工精度的影响就比较大。

2.3.2 刀具刚度

外圆车刀在加工表面法线(y)方向的刚度很大,其变形可以忽略不计。镗直径较小的内孔,刀杆刚度很差,刀杆受力变形对孔加工精度就有很大的影响。

2.3.3 机床部件刚度

机床部件由许多零件组成,机床部件刚度迄今尚无合适的简易计算方法,目前主要还是用实验方法来测定机床部件刚度。

2.4 工艺系统受热变形引起的误差

机床、刀具和工件受到各种热源的作用,温度会逐渐升高,同时它们也通过各种热传方式向周围的物质和空间散发热量。工艺系统的受热变形也会引起较大的加工误差,特别是在精密加工和大件加工中,由热变形所引起的加工误差有时可占工件总误差的40%～70%。在机械加工的每一道工序中,总要对工艺系统进行这样或那样的调整工作。由于调整不可能绝对的准确,因而产生调整误差。

2.5 测量误差

零件在加工时或加工后进行测量时,测量方法、量具精度以及工件和其他主客观因素都会直接影响测量精度。

3 减少加工误差的主要措施

在机械加工工作中,我们必须要克服各种不利因素,最大限度地减少加工误差,提高加工精度。主要措施有以下几个方面。

3.1 减少原始误差

为了减少机械加工误差,需对产生误差的各项原始误差进行分析,根据不同情况对造成加工误差的主要原始误差采取不同的措施。直接减少原始误差的措施有:提高零件加工所使用机床的几何精度;提高夹具、量具以及工具本身精度;控制工艺系统由于受力受热引起的变形以及刀具磨损和内应力引起的变形;减少测量误差。对于精密零件的加工应尽可能提高所使用精密机床的几何精度、刚度并最大限度地对加工热变形进行控制;对具有成形表面的零件加工,则要设法减少成形刀具形状误差和刀具的安装误差。

3.2 转移原始误差

转移原始误差,实质上就是要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上有着直接的关系。如果在加工过程中能够设法将原始误差转移到加工误差的非敏感方向,则可大大提高加工精度。

3.3 均分原始误差

根据误差反映规律,将毛坯或上到工序上的工件尺寸经测量按照大小分为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,从而使整批工件的尺寸分散范围大大缩小。

3.4 均化原始误差

均化原始误差的过程,实际上就是通过加工,使被加工表面原有误差不断缩小和平均化的过程。均化的原理就是通过有密切联系的工件和工具表面的相互比较和检查,从中找出它们之间的差异,然后再进行相互修正加工或基准加工。

3.5 实施误差补偿

对工艺系统的一些原始误差,可以采取误差补偿的方法来控制其对零件加工误差的影响。实施误差补偿,就是要人为地制造出一种新的原始误差,从而补偿或抵消原来工艺系统中固有的原始误差,以达到减少加工误差、提高加工精度的目的。