影响机械加工精度的因素与优化方法综述

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  摘要:在机械加工中,机床、刀具以及工件之间构成了一个完整的工艺系统,零件的加工精度问题势必也就牵涉到整个工艺系统。因此,也可以说影响机械加工精确度的因素复杂且多变。而研究加工精确的实质,则是为了将加工误差控制在可接受的范围之内,并最大限度的降低误差,提高加工精度。
  关键词:机械加工;精确度;误差
  在实际机械加工生产过程中,影响机械加工精确度的因素多种多样,不仅仅与零件的尺寸、几何形状有关,更与工件、刀具在切割过程中的相对应位置有着密切的联系。因此,可以说机械加工精度问题牵涉到机械加工的整个工艺系统。所以,加强要想进一步提高加工精度,势必要从机械加工整个工艺系统的精度入手。
  一、加工精度是衡量零件加工质量的重要指标,所以保证零件的加工精度很重要。这就要求我们来了解影响机械加工精度的因素,从而提高加工精度。在加工过程中工艺系统会产生各种误差,这些误差与工艺系统本身的结构状态和切削过程有关,产生加工误差的主要因素有:
  (一)加工原理误差
  近似的加工方法在加工过程中被广泛的采用,加工误差也由近似的加工运动或近似的刀具轮廓而产生。
  1、采用近似的加工运动造成的误差
  工件和刀具在运动之间为了达到对工件表面理想的要求往往建立了某种必然的联系。这种联系的建立从理论上讲应该是完全准确的运动联系。但这种准确的联系却似乎往往起不到理想的提升加工精度的效果,在这种准确的联系下,容易造成加工原理误差,机床和夹具面的更加复杂,制造变得更加困难。
  2、采用近似的刀具轮廓造成的误差
  要使刀具刃口做得完全符合理论曲线的轮廓,用成形刀具加工复杂的曲面时,往往非常困难,一般多会采用圆弧、直线等简单近似的线型代替理论曲线。如用滚刀滚切渐开线齿轮时,为了滚刀的制造方便,多用阿基米德基本蜗杆或法向直廓基本蜗杆来代替渐开线基本蜗杆,从而产生了加工原理误差。
  (二)机床几何误差及磨损其对加工精度的影响
  机床是加工中刀具对工件进行加工运动的活动场所,工件的成型运动得益于机床的运行,这使得,机床的精度高低直接影响加工工件精度的高低。在机床制造误差中对工件加工精度影响较大的,主要有主轴回转误差、导轨误差和传动链误差三种。
  1、主轴回转误差
  工件的形状和位置精度主要受到主轴的回转误差直接影响,可分解为径向跳动、轴向跳动和角度摆动。在对不同表面加工的时候,由于存在误差敏感方向,加工误差也随主轴的径向跳动而有所不同。例如,通过车床对外圆或内孔加工过程中,主轴的径向跳动将引起工件的圆度误差,但对于端面加工却未有直接的影响。车端面时,主轴的轴向跳动将造成工件端面的平面度误差,以及端面相对于内、外圆的垂直度误差;车螺纹时,会造成螺距误差。主轴的轴向跳动对加工外圆或内孔的影响不大。主轴的角度摆动与主轴的径向跳动对加工误差的影响较为相似。主要区别在于主轴的角度摆动除对工件加工表面的圆度可能造成误差外,对工件加工表面的圆柱度也可能造成误差。
  2、导轨误差
  机床的导向和承载作用均由导轨来承担,确定机床主要部件相对位置的基准和运动的基准也由导轨来完成。形状精度受导轨各项误差的直接影响较为明显。在被加工工件表面的法线方向上,导轨在水平面内的直线误差将被直接反应出来,对加工精度的影响最大。导轨在垂直平面内的直--线度误差虽然对加工精度产生影响,但影响很小,可忽略不计。前后导轨的平行度误差致使工作台在运动过程中产生摆动,刀尖的运动形成一条空间曲线,它使得工件形状发生变化。
  3、传动链误差
  传动链是切削过程中,工件表面的成形运动的主要实现场所,传动机构主要由蜗杆、蜗轮、螺母、齿轮、丝杆等传动元件等基础部分构成。在加工、装配、和使用的过程中容易对这些基础元件造成磨碎,从而产生误差,这边是引起传动链误差的基础。传动误差因传动机构越多,传动路线越长而越大,机床传动链误差是影响表面加工精度的主要原因之一。
  1)机床热变形对加工精度的影响
  由于热源的影响,机床各部分的温度会有所变化,热源分布的不均匀和机床机构的复杂性,机床的各部件发生不同程度的热变形,机床原有的各部件之间的相互位置关系被破坏,加工精度受到影响。不同类型的机床由于热源不同,对加工精度影响也不同。
  2)刀具热变形对加工精度的影响
  刀具的尺寸和热熔量都较小,这使得切削加工过程中虽然掺人道具的热量较小,故而对刀具来说,同样会产生重要的影响,如刀具热伸长,刀具热变形等,导致加工精度受到影响。进行粗加工时加工精度受刀具热变形的影响可以忽略不计,但对于某些高精度的零件,刀具的这种热变形带来的影响却是巨大的,对加工表面造成形状误差。
  二、提高机械加工精度的优化方法
  (一)采取补偿控制技术,提高机械加工精确度
  在机械加工中,为了进一步提高机械加工精确度,在传动精度要求较高的机床中,通常采用补偿控制技术。而补偿控制装置,主要由校正尺及接收附加运动的螺母等组成。也正因如此,在一定程度上补偿控制装置的组成结构较为简单,补偿精度也主要依赖于校正尺的制作精度。可以说,补偿控制主要是通过高精度测量装置,在加工过程中定时采集误差数据,根据误差的方向和大小,由补偿控制装置控制刀架走一个微量位移。而这种集中补偿技术精确度较高,但是在调试上相对困难。以此同时,目前在数控机床上多采用软件补偿,即事先测量好的误差数据放在数据表中,数控系统在完成每一次精插补后,根据坐标位置从数据表中查找误差补偿值,据此控制坐标轴附加的运动。而这种软件补偿技术,实现起来较为简单,同时误差数据也能得到及时的修改与调整。因此,在采取补偿控制技术中,应根据实际情况进行实际分析,并不断加强对补偿控制技术的研究,从而提高机械加工精确度。
  (二)均化原始误差,提高机械加工精确度
  均化原始误差主要是通过对加工件表面误差的再次加工、再次试切,不断缩小原始误差,将误差平均化的过程。其工作原理在于:通过有密切联系的工件相互比较和检查,找出它们的差异,再进行相互修正加工或基准加工。这种缩小误差的方法,多适用于对加工精确度要求较高的零件表面。
  (三)其他方法,提高机械加工精确度
  因为机械加工是一个整体的系统工程,其任何一个环节都是在机床上完成的,都有可能影响到加工件的精确程度。因此,为了进一步提高机械加工精确度,加强对机床的控制尤为重要。首先,在日常工作中,应该做好机床导轨的保养工作;其次,在加工结束以后,应该做好机床的清理工作,使用干净的抹布沿着导轨面清理;再次,做好机床的安装工作,并保证机床在运行中速度在合理控制范围之内;最后,定期对机床进行上油,避免机床被锈蚀。
  现代化机械加工的生产工艺,要有生产出高质量的的机械零部件,努力提高机械加工精度,尽量避免加工误差,保障机械加工工件产量和质量。现在我国机械加工生产领域还存在很多问题,我们必须地在工作实践中通过不断的努力发现问题解决问题,把我国机械加工精度提升到一个新的高度。
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