数控机床加工精（jīng）度常用的基（jī）本知（zhī）识

　　

 

 

 

加工精度主要用于生产产品程度，加工精度与加工误差都是评价加工表面几何参（cān）数的术语（yǔ）。加工精度用公（gōng）差等（děng）级衡量，等级值（zhí）越小，其精度越高（gāo）；加工误（wù）差用数值表示，数值越大（dà），其误差越（yuè）大。加工（gōng）精度高，就是加工误差小，反之（zhī）亦（yì）然。公（gōng）差等级从IT01，IT0，IT1，IT2，IT3至IT18一（yī）共有20个，其中IT01表示的话该（gāi）零（líng）件加工精度最高的，IT18表（biǎo）示的话该零件加（jiā）工精度是（shì）最（zuì）低的 ，一般上IT7、IT8是加工精度中等级别。

 

任何加工方法所得到的实际参数都不会绝对准确，从零件的功能看（kàn），只要加工误差在零件图（tú）要求的公差范围内，就认为保证了加工精度。

 

机器（qì）的质量（liàng）取决于零件的加工质量和机器的装配质（zhì）量（liàng），零件加工质（zhì）量（liàng）包（bāo）含零件加工精度和表面质量两大部分。

 

机械加（jiā）工精度是指零件（jiàn）加工后的实际几何参数（尺寸、形状和（hé）位置）与理想几何参（cān）数（shù）相符合的程度。它们之间的差（chà）异称为（wéi）加工误差。加工误差的（de）大小（xiǎo）反映了加工精度（dù）的（de）高低。误差越（yuè）大加工精度越低，误差越小加工精度越高。

 

一、加工精度的调整方法

 

1、减小机床误差

 

（1）提高主轴部件的制造精度

 

1）应提高轴承的回转精度 ：

 

①选用高精度的（de）滚动轴承；

 

②采用高精（jīng）度的多油锲动压轴承（chéng）；

 

③采用高精度的静压轴承。

 

2）应提高与轴承相配件的精度：

 

①提高箱体支撑孔、主轴轴颈（jǐng）的（de）加工精度；

 

②提高与轴承相配合表面的加（jiā）工精度；

 

③测量及调节相应件的径向跳动范（fàn）围，使误差补偿或相抵消。

 

（2）对滚动轴承适当预（yù）紧

 

①可消除间隙；

 

②增加轴承刚度；

 

③均化滚动体误差。

 

（3）使主轴回转（zhuǎn）精度不反映到工件上。

 

2、对工（gōng）艺系统进行（háng）调整

 

（1）试切法调整

 

通过试切（qiē）—测（cè）量尺寸—调整刀具的吃刀量—走刀切削—再（zài）试切，如此反复直至达到所需尺寸。此法生产效率（lǜ）低，主要用于单件小批（pī）生产。

 

（2）调整法

 

通过预先（xiān）调整好机床、夹（jiá）具（jù）、工件和刀具的（de）相对位置获得所需尺寸。此法生产（chǎn）率高，主要（yào）用于大（dà）批大量生产。

 

3、减小刀具磨损

 

在刀（dāo）具尺寸（cùn）磨损达到急剧磨损阶段前就必须重新磨刀。

 

4、减少（shǎo）传动链传动误差

 

（1）传动件数（shù）少，传动链短，传动（dòng）精度高；

 

（2）采用降速传动，是保证（zhèng）传动精（jīng）度的重要（yào）原则，且越接近末端（duān）的传动副，其传动比应越小；

 

（3）末端件精度应高于其他传动件。

 

5、减小工艺（yì）系统的（de）受力变形

 

（1）提（tí）高系统的刚度，特别是提高工艺系统中薄弱环节的刚度

 

1）合理的结（jié）构设计（jì）

 

①尽（jìn）量减少连接（jiē）面的数目；

 

②防止有局部低刚度环节（jiē）出现（xiàn）；

 

③应合（hé）理选择基础件、支撑件（jiàn）的结构和截面形状。

 

2）提高（gāo）连接表（biǎo）面的接触刚度

 

①提高机床（chuáng）部件中零（líng）件间结合面的质（zhì）量；

 

②给（gěi）机床（chuáng）部件以预（yù）加（jiā）载荷；

 

③提（tí）高工件定位基准面的精度和减小它（tā）的表面粗糙度值。

 

3）采用合理的装夹和定位（wèi）方式

 

（2）减小载（zǎi）荷及其变化

 

1）合理选择刀具几何参数和切削用量，以减小切削力；

 

2）毛（máo）胚（pēi）分组，尽量（liàng）使（shǐ）调整中毛胚加工余量均匀（yún）。

 

6、减少残余（yú）应力

 

（1）增加消除内应力的热处理工序；

 

（2）合理安排工艺过程。

 

7、减小工艺系统热变形

 

（1）采用合理的机床部件结构及（jí）装配基准

 

1）采用热对称结构——在变速（sù）箱（xiāng）中，将轴（zhóu）、轴承、传动齿轮等对称（chēng）布置，可使箱壁（bì）温升均匀，箱体变形减小；

 

2）合理选择机床零部件的装配基准（zhǔn）。

 

（2）减少热源的发热和隔离热源

 

1）采用较小的切削用量；

 

2）零件精度要求高时，将粗精（jīng）加工工序分开；

 

3）尽可能将（jiāng）热（rè）源从机床分离出去，减少机床热变形；

 

4）对主轴轴承、丝杆螺母副、高速运动的导轨副等不能分离的热源，从结构、润滑等方（fāng）面改善其（qí）摩擦特（tè）性，减少发热或用隔热材料；

 

5）采用强制式风冷、水冷等散热措施。

 

（1）均衡温度场

 

（2）加速达到（dào）传热平衡

 

（3）控制环（huán）境温度

 

二、加（jiā）工精度误差的原因（yīn）

 

1、加工原理误差

 

加工原理误（wù）差是指采用（yòng）了近似的刀刃轮廓或近似的传动关系进行加工而产生的误差。加工原理误差多出现于螺纹、齿轮、复杂曲面加工中。

 

例如，加（jiā）工渐开线齿轮用的齿轮滚刀，为使滚刀制造方便，采用了阿基米德（dé）基本蜗杆或法向直廓基本蜗杆代替渐开线基本蜗杆，使齿轮渐开线齿形产生了（le）误（wù）差。又如车（chē）削模数蜗杆时，由于蜗杆的螺距（jù）等于蜗轮的周节（即 mπ），其中 m是模数，而（ér）π是一个无理数，但是车床（chuáng）的配换（huàn）齿轮的齿数是（shì）有限的，选择配换齿轮时只能将π化为近似的分数值（π =3.1415）计算，这就将引（yǐn）起刀具对于工件成形运（yùn）动（螺旋运动）的不（bú）准确，造成螺距误差。

 

在加工中，一（yī）般采用近（jìn）似加（jiā）工，在理（lǐ）论误差可以满足加工精度要（yào）求（qiú）的前提下（《=10%-15%尺寸公（gōng）差（chà）），来提高生产率和经济性。

 

2、调整误差

 

机床的调整误差是指由于调整不准确而（ér）产生的误差。

 

3、夹具的制造误差和磨损

 

夹具的误差主要指：

 

（1）定位元件、刀具导向元件、分度机构、夹具体等的制（zhì）造误（wù）差；

 

（2）夹具装配后，以上各种元件工作面（miàn）间的相对尺（chǐ）寸误差；

 

（3）夹具在使用过程中工作表面的磨（mó）损。

 

4、机床误差

 

机床误差是指机（jī）床的制造误差、安装误差和磨损（sǔn）。主要包括机床导轨导向误差、机床主轴回转误差、机床传动链的传动误差。

 

（1）机床导轨导向误差

 

1）导轨导向精度——导轨副运动件（jiàn）实（shí）际运动方向与理想运动方向（xiàng）的符合程度。主要包括：

 

① 导轨在水平（píng）面内直线度Δy和垂直面内的直线度Δz（弯曲）；

 

②前后两导轨的平行度（扭曲）；

 

③ 导轨对主轴（zhóu）回转轴线在（zài）水平面内和垂直面内的平行度误差（chà）或垂直度误差。

 

2）导轨导向精度对切削加工的影响

 

主要考虑导轨误差引起刀具与工件在误差敏感方向的相对位（wèi）移。车（chē）削加工时（shí）误差敏感方向为水平方（fāng）向，垂直方向引起的导向（xiàng）误差产生的加（jiā）工误差（chà）可以忽略；镗削加工时误差（chà）敏感方（fāng）向随刀具回（huí）转而变化；刨削加工（gōng）时误差敏（mǐn）感（gǎn）方向为垂直方向，床身导轨（guǐ）在垂直平（píng）面内的直线度引起加工表（biǎo）面直线度和平面度误差。

 

（2）机床主（zhǔ）轴回转误差

 

机床主轴回（huí）转误差是指实（shí）际（jì）回转轴线对于理想回转轴线的漂移。主要包括主轴端面圆跳动、主轴径向圆跳动、主轴几何轴线倾角摆动。

 

1）主（zhǔ）轴端面圆跳动对加工精度的影响：

 

①加工圆柱面时无影响；

 

②车、镗端面时将产生端面与圆（yuán）柱面轴线垂（chuí）直度误差或端面平面（miàn）度误差；

 

③加工螺纹时，将产生螺距周期（qī）误差。

 

2）主轴（zhóu）径向圆跳动对加（jiā）工精度的（de）影响：

 

①若径向回转误差（chà）表现（xiàn）为其实际轴线在y轴坐标（biāo）方向上作简谐直线运动，镗床镗出（chū）的孔为椭圆形孔，圆度误差为径向圆跳动幅（fú）值；而车（chē）床车出的孔没什么影响（xiǎng）；

 

②若主轴几（jǐ）何轴（zhóu）线作偏心运动，无论车、镗都能得到一个半（bàn）径为刀尖（jiān）到平均轴线距离的（de）圆。

 

3）主轴几何轴线倾角摆动对加工精度（dù）的影响：

 

①几何轴线相对于平均轴线在空间成（chéng）一定锥角的圆锥轨迹，从各截面（miàn）看相当于几何轴心绕平均轴心作偏心运动，而从轴向看各处偏心值不（bú）同；

 

②几何轴（zhóu）线在某一平面内作摆动，从各截面看相当于（yú）实际轴线在一平面内作简谐直线运动，而从轴（zhóu）向看各处跳动幅值不同；

 

③实际上主轴几何轴线的倾角摆动为上述两种的叠加。

 

（3）机床传动链的传动误差

 

机（jī）床传（chuán）动（dòng）链的传动误差是指传动链中首（shǒu）末两端传（chuán）动元件之间的相对运动误差。

 

5、工（gōng）艺系统受力变形

 

工艺系统在切削力、夹紧力、重力和惯性力等作用下会产生变（biàn）形，从而破坏了已调整好的工（gōng）艺系统（tǒng）各组成部分（fèn）的相互位置关系，导致加工误差（chà）的产生，并（bìng）影响加工过程的稳定性。主要考（kǎo）虑机床变形、工件变形以及工艺系统的总变形。

 

（1）切削力对加工（gōng）精度的影响

 

只考虑机床（chuáng）变形，对加工轴类零件来（lái）讲，机（jī）床受力变形使加工工件呈两端粗、中间细的鞍形，即产（chǎn）生圆柱度误差。只考虑工件变形，对（duì）加工轴（zhóu）类零件来讲，工件受力变形使加工后工件呈（chéng）两端细、中间粗的鼓形。而对加工孔类零件来（lái）讲，单独考虑机床或工件的变（biàn）形，加工后工件（jiàn）的形（xíng）状与加工的轴类零件相（xiàng）反。

 

（2）夹紧力对加工精度的影响

 

工件装夹时，由于工（gōng）件刚度较低或夹（jiá）紧（jǐn）力着力点不当，使工件产（chǎn）生相应的变形，造成的加工误差。

 

6、刀具（jù）的制造误差和磨损

 

刀具误差对加工精度的影响根据刀具的种类不同而异。

 

（1）定尺寸刀（dāo）具（如钻头、铰刀、键（jiàn）槽铣刀及圆拉刀等）的尺寸精度直接影响工件的尺寸精度。

 

（2）成型刀具（如成型车刀、成型铣刀（dāo）、成型砂轮等）的形状精度（dù）将直接影（yǐng）响工件的形状精度。

 

（3）展成刀具（如齿轮滚刀、花键滚刀、插齿刀具等）的（de）刀刃形状误差会影响（xiǎng）加工（gōng）表面（miàn）的形状（zhuàng）精度（dù）。

 

（4）一般刀（dāo）具（如车刀、镗刀、铣刀），其制造精度对加工精度无直接影响，但（dàn）刀具易磨损。

 

7、加工现场环境影响

 

加工现场往往有许多细小金属屑，这（zhè）些金属屑（xiè）如（rú）果存在与零件定位面或定位孔位置就（jiù）会影响零件加工精度，对于高精度加（jiā）工，一些细小到目视不到的金属屑都会影响到精度。这个影响因素会被识别出来但并无十分到（dào）位的方法来杜绝，往往对操作员的（de）作业手法依赖很高。

 

8、工艺系统（tǒng）的热变形

 

在加工过程（chéng）中，由于内部热源（yuán）（切削热、摩擦热）或外部热源（环（huán）境（jìng）温度、热辐射）产热使工艺系（xì）统受热而发生变形，从而影响加工精度。在大型工件加工和精密加工中， 工艺（yì）系统热变形引起的加工（gōng）误差占加工总误差的40%-70%。

 

工件（jiàn）热变形对加工金的的影响包括工件均（jun1）匀受热和工件不均匀受热两种。

 

9、工件内部的残余应力

 

残余应力的产（chǎn）生：

 

（1）毛胚制造和热处理过程中（zhōng）产生的残余（yú）应力；

 

（2）冷校直带来（lái）的残余应（yīng）力；

 

（3）切削加工（gōng）带来的（de）残余应力（lì）。