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度，加工（gōng）精度與加工誤差都是評價加工表麵幾何（hé）參數的術語（yǔ）。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，其誤差越（yuè）大。加（jiā）工精度高，就是加工誤（wù）差（chà）小，反之亦然。公差等級從IT01，IT0，IT1，IT2，IT3至（zhì）IT18一共有（yǒu）20個，其中IT01表示的（de）話該零件（jiàn）加工精度最高的，IT18表示的話該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（fǎ）所得到的實際參數都不會絕對準確，從零件的功能看，隻要加工誤差在零件圖（tú）要求的公差範圍內，就認為保證了加工精度（dù）。

 

機器的質量取決於零件的（de）加工（gōng）質量和機器的裝配質量，零（líng）件加工（gōng）質量包含（hán）零件加（jiā）工精度和表麵質（zhì）量兩大部分。

 

機械加工（gōng）精度是指零件加工後的實際（jì）幾何參（cān）數（尺寸、形狀和位置）與理想幾何（hé）參數相符合的程度。它（tā）們（men）之間的差異稱為（wéi）加工（gōng）誤差。加工誤差的大小（xiǎo）反映了加工精度的高低。誤差越大加工（gōng）精度越低，誤（wù）差越小加工（gōng）精度越高。

 

一、加工精度的調（diào）整方法

 

1、減小機床（chuáng）誤差

 

（1）提高主軸部件的製造精度

 

1）應提（tí）高（gāo）軸承的回轉精度 ：

 

①選用高（gāo）精度的滾動軸承；

 

②采用高精度的多油鍥（qiè）動壓（yā）軸承；

 

③采用高精度的靜壓軸（zhóu）承。

 

2）應提高與軸承相（xiàng）配件的精度：

 

①提高箱體支撐孔、主軸軸頸的加工精度（dù）；

 

②提高與（yǔ）軸承相（xiàng）配合表麵（miàn）的（de）加（jiā）工精度（dù）；

 

③測量及調節（jiē）相應件的徑向跳動（dòng）範圍，使誤差補償或相抵消。

 

（2）對滾動軸承適當預（yù）緊

 

①可消除間隙；

 

②增加軸承剛（gāng）度；

 

③均化滾動體誤差（chà）。

 

（3）使主軸回轉（zhuǎn）精（jīng）度不反映到工件上。

 

2、對工藝係統進行調整

 

（1）試切法（fǎ）調整

 

通過試切—測量（liàng）尺（chǐ）寸（cùn）—調整刀具的吃刀量—走刀切（qiē）削—再試切，如此（cǐ）反複直至達到（dào）所需尺寸（cùn）。此法生產效率低，主要用於單件小批生產。

 

（2）調整法

 

通過預先調整（zhěng）好（hǎo）機床、夾具、工件和刀具的相對位置獲得所需尺寸。此（cǐ）法生產率高，主要用於大批大量生產（chǎn）。

 

3、減小刀具磨損

 

在刀具尺寸磨損達到急劇（jù）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（liàn）短，傳動精度高；

 

（2）采（cǎi）用降速傳動，是保證傳動精度（dù）的重要原則（zé），且越接近末端的傳（chuán）動副，其傳動（dòng）比應越小；

 

（3）末端件精度應高於其他傳動（dòng）件。

 

5、減小工藝係統（tǒng）的受力變形

 

（1）提高係統的剛度，特別是提高工藝（yì）係統中薄弱環節的剛度

 

1）合理的結構設計

 

①盡量減少連（lián）接（jiē）麵（miàn）的數（shù）目；

 

②防止有局部低剛度環節出現；

 

③應合理選擇（zé）基礎件、支撐（chēng）件的結（jié）構和截麵形狀。

 

2）提高連接表麵的接（jiē）觸（chù）剛度

 

①提高機床部件中零件間結（jié）合麵的質量（liàng）；

 

②給機床部件以預加載荷；

 

③提高工件定位基準麵（miàn）的（de）精度和減小它的表麵粗糙度值。

 

3）采（cǎi）用合理的裝夾和定位方式

 

（2）減小載荷及其變化

 

1）合理選擇刀具幾何參數和切削（xuē）用量，以減小切削力（lì）；

 

2）毛胚分組，盡量使調整中毛（máo）胚加工（gōng）餘量均勻（yún）。

 

6、減少殘餘應（yīng）力

 

（1）增加消除內應（yīng）力的熱處（chù）理工序；

 

（2）合理安排工藝過（guò）程。

 

7、減小工（gōng）藝係統熱變形

 

（1）采（cǎi）用（yòng）合理（lǐ）的機床部件結構及（jí）裝配基準

 

1）采用熱對（duì）稱結構——在變（biàn）速箱中（zhōng），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（xíng）減小；

 

2）合理選擇機床零部件的裝配基準。

 

（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（líng）件精度要求高時（shí），將粗精加工（gōng）工序分開（kāi）；

 

3）盡可能將熱源（yuán）從機（jī）床分離出去，減少機床熱變形；

 

4）對主軸（zhóu）軸承、絲杆螺母副、高（gāo）速運動的導軌副等不能分離的（de）熱源，從結構、潤滑等方麵改善其摩擦（cā）特性，減少（shǎo）發熱或用隔熱材料；

 

5）采用強（qiáng）製式風冷、水冷等散（sàn）熱措（cuò）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（yuán）因

 

1、加工原（yuán）理誤（wù）差

 

加工（gōng）原理誤差是指采（cǎi）用了近似的（de）刀刃輪廓或近似的傳動關係進行加工而產生的誤（wù）差。加工原理誤差多出（chū）現於螺紋、齒輪、複雜曲麵（miàn）加工中。

 

例如，加工漸開線齒輪用的齒輪滾刀，為（wéi）使滾刀（dāo）製造方便，采用了阿基米德（dé）基本蝸杆或法向直（zhí）廓基本蝸杆代替漸開線基本蝸杆，使（shǐ）齒輪漸開線齒形產生了誤差。又如車削模數蝸杆時，由於（yú）蝸杆的螺距等於蝸輪的周節（即 mπ），其中 m是（shì）模數，而（ér）π是一個（gè）無理數，但是車床的配換齒（chǐ）輪的齒數是有限（xiàn）的，選擇配（pèi）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（yú）工件成形運動（螺旋運動）的不準確，造成螺距誤差。

 

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

 

2、調整誤差

 

機床的調整誤差是指由於調整不準確（què）而（ér）產生的誤差。

 

3、夾具的製造誤差和磨（mó）損

 

夾具的誤差主（zhǔ）要（yào）指：

 

（1）定位元件、刀具導向（xiàng）元件、分度機構、夾具體等的製造誤差；

 

（2）夾具裝（zhuāng）配後，以上（shàng）各種元件工作麵間的相對尺寸誤差；

 

（3）夾具在使用過程中工作表麵的磨（mó）損。

 

4、機床誤差

 

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

 

（1）機床導軌導向誤差

 

1）導軌導向精度——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（zhǔ）要包括：

 

① 導軌在水平麵內直線度Δy和垂直麵內的直線度Δz（彎曲）；

 

②前後兩（liǎng）導軌的平行度（扭曲）；

 

③ 導軌對主軸回轉軸（zhóu）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（dǎo）軌導向精度對切削加工的影（yǐng）響

 

主要考慮導軌誤差引起刀具與工（gōng）件在誤差敏感方向的相對（duì）位移。車（chē）削加工時誤差敏感方向為水平方向，垂直方向引起（qǐ）的（de）導向誤差產生（shēng）的加工（gōng）誤差可以忽（hū）略；鏜削加（jiā）工時（shí）誤差敏感（gǎn）方向隨（suí）刀具回轉而（ér）變（biàn）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直線度引起加工表麵直線（xiàn）度（dù）和平麵（miàn）度誤差。

 

（2）機床主軸回轉誤差

 

機床主軸（zhóu）回（huí）轉誤差是指實際（jì）回轉軸（zhóu）線對於理想回轉軸線的（de）漂移（yí）。主要包括主軸端麵圓跳動、主軸徑向圓跳動（dòng）、主軸（zhóu）幾（jǐ）何軸線傾角擺動。

 

1）主軸端麵圓跳動對加工（gōng）精度的影（yǐng）響：

 

①加工圓柱麵時無影響（xiǎng）；

 

②車、鏜端麵時將（jiāng）產生端麵與圓（yuán）柱（zhù）麵軸線垂直度誤（wù）差或端麵平麵度誤差；

 

③加工螺紋時，將產生螺距周期（qī）誤差。

 

2）主軸徑向圓跳動對加（jiā）工精（jīng）度的（de）影響：

 

①若徑向回轉誤（wù）差（chà）表（biǎo）現為其實際軸線在y軸坐標方向上（shàng）作簡諧直線運動，鏜床鏜出的孔為（wéi）橢圓形孔，圓度誤差為徑向圓跳動幅值；而（ér）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刀尖到平均軸線距離（lí）的圓。

 

3）主軸幾何軸線傾角擺動對加（jiā）工精度的影響：

 

①幾何軸線相對於平均軸線（xiàn）在空間（jiān）成一定錐（zhuī）角的圓錐軌跡，從（cóng）各截麵看（kàn）相當於幾何軸心繞平均軸心作偏心運動，而從軸向（xiàng）看各（gè）處偏心（xīn）值不同；

 

②幾何軸線在某一平麵內作擺（bǎi）動，從各截麵看相當於實際軸線在一平麵內作（zuò）簡諧直線運動，而從軸向看各（gè）處跳動幅值不同；

 

③實際上主軸幾何軸線的傾角擺動為上述兩種的疊（dié）加。

 

（3）機床傳動鏈的傳動誤差

 

機床（chuáng）傳動鏈的（de）傳動誤差（chà）是指傳（chuán）動鏈中（zhōng）首末兩端傳（chuán）動元件之間的相對運動誤差。

 

5、工藝係統受力變（biàn）形

 

工藝係統在切削力（lì）、夾緊力、重力和慣性力等作用下會產生變形，從而破壞了已調整（zhěng）好的工藝係統各（gè）組成（chéng）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（kǎo）慮機床變形、工件變形以及工藝係統的總變形。

 

（1）切（qiē）削力對加工精度的影響

 

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

 

（2）夾（jiá）緊力對加工精度的影響

 

工件（jiàn）裝夾時，由於工件剛度較（jiào）低或夾緊力著力點不（bú）當，使工件產生相應的變形，造成的加工（gōng）誤差。

 

6、刀具的製（zhì）造誤差和磨（mó）損

 

刀具誤差對加工（gōng）精度的影響根據（jù）刀（dāo）具的種類不同而異。

 

（1）定尺寸刀具（如鑽頭、鉸刀、鍵槽銑刀（dāo）及圓拉刀等）的尺寸精度直接影（yǐng）響工件的尺寸精度。

 

（2）成型刀具（如成型車刀、成型（xíng）銑刀、成型（xíng）砂輪等（děng））的（de）形狀精度將直接影響工件的形狀精度（dù）。

 

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

 

（4）一般刀具（如車刀、鏜刀（dāo）、銑刀），其（qí）製造精度對加（jiā）工精度無直接影響，但刀具易磨損。

 

7、加（jiā）工現場環（huán）境影響

 

加工（gōng）現場往往有許多（duō）細（xì）小金屬屑，這些金屬屑如果存在與零件（jiàn）定位麵或定位孔位（wèi）置就會影響零件加工精度，對於高精度加工，一些細小到目視不到的金屬屑都（dōu）會影響到（dào）精度（dù）。這個影響因素會被識別出來但並無十分到位的方（fāng）法來杜絕，往往對操作員的作業手法依賴很高。

 

8、工藝係統的（de）熱變形

 

在加工過（guò）程中（zhōng），由（yóu）於內部熱源（切削熱、摩擦熱）或外部熱源（yuán）（環境溫度、熱輻射）產熱使工藝係統受熱而發生變形，從而影響加工精（jīng）度。在大型工件加工和（hé）精（jīng）密加工中， 工藝係統熱變形引起的加工誤差占加工總誤差的40%-70%。

 

工件熱變形對加工金的的影響包括工件均勻受熱和工件不均（jun1）勻受（shòu）熱（rè）兩種。

 

9、工（gōng）件內部的殘餘應力

 

殘餘（yú）應力的產生：

 

（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）切削加工帶來的殘餘應力。