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【推荐】数控机床加工精度调整方法及误差原因

2023-01-16 来源:长春农业机械网

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数的术语。加工精度用公差等级衡量,等级值越小,其精度越高;加工误差用数值表示,数值越大,其误差越大。加工精度高,就是加工误差小,反之亦然。公差等级从IT01,IT0,IT1,IT2,IT3至IT18一共有20个,其中IT01表示的话该零件加工精度最高的,IT18表示的话该零件加工精度是最低的,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,只要加工误差在零件图要求的公差范围内,就认为保证了加工精度。

机器的质量取决于零件的加工质量和机器的装配质量,零件加工质量包含零件加工精度和表面质量两大部分。

机械加工精度是指零件加工后的实际几何参数(尺寸、形状和位置)与理想几何参数相符合的程度。它们之间的差异称为加工误差。加工误差的大小反映了加工精度的高低。误差越大加工精度越低,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选用高精度的滚动轴承;

②采用高精度的多油锲动压轴承;

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、主轴轴颈的加工精度;

②提高与轴承相配合表面的加工精度;

③测量及调节相应件的径向跳动范围,使误差补偿或相抵消。

(2)对滚动轴承适当预紧

①可消除间隙;

②增加轴承刚度;

③均化滚动体误差。

(3)使主轴回转精度不反映到工件上。

2、对工艺系统进行调整

(1)试切法调整

通过试切—测量尺寸—调整刀具的吃刀量—走刀切削—再试切,如此反复直至达到所需尺寸。此法生产效率低,主要用于单件小批生产。

图源络

(2)调整法

通过预先调整好机床、夹具、工件和刀具的相对位置获得所需尺寸。此法生产率高,主要用于大批大量生产。

3、减小刀具磨损

在刀具尺寸磨损达到急剧磨损阶段前就必须重新磨刀。

4、减少传动链传动误差

(1)传动件数少,传动链短,传动精度高;

(2)采用降速传动,是保证传动精度的重要原则,且越接近末端的传动副,其传动比应越小;

(3)末端件精度应高于其他传动件。

5、减小工艺系统的受力变形

(1)提高系统的刚度,特别是提高工艺系统中薄弱环节的刚度

1)合理的结构设计

①尽量减少连接面的数目;

②防止有局部低刚度环节出现;

③应合理选择基础件、支撑件的结构和截面形状。

2)提高连接表面的接触刚度

①提高机床部件中零件间结合面的质量;

②给机床部件以预加载荷;

③提高工件定位基准面的精度和减小它的表面粗糙度值。

3)采用合理的装夹和定位方式

(2)减小载荷及其变化

1)合理选择刀具几何参数和切削用量,以减小切削力;

2)毛胚分组,尽量使调整中毛胚加工余量均匀。

6、减少残余应力

(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装配基准

1)采用热对称结构——在变速箱中,将轴、轴承、传动齿轮等对称布置,可使箱壁温升均匀,箱体变形减小;

2)合理选择机床零部件的装配基准。

(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,将粗精加工工序分开;

3)尽可能将热源从机床分离出去,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、润滑等方面改善其摩擦特性,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。

(3)均衡温度场

(4)加速达到传热平衡

(5)控制环境温度

二、加工精度误差的原因

(1)数控机床加工中的位置误差对加工精度的影响

位置误差是指加工后零件的实际表面、轴线或对称平面之间的相互位置相对于其理想位置的变动量或偏离程度,如垂直度、位置度、对称度等。数控机床加工中的位置误差通常指死区误差,产生位置误差的原因主要在机床零件加工时由于传动时产生的间隙和弹性变形导致加工误差,以及在加工中,机床的刀头需要克服摩擦力等因素导致产生位置误差。在开环系统中位置精度受到的影响是很大的,而在闭环随动系统中,则主要取决于位移检测装置的精度和系统的速度放大系数,一般影响较小。

(2)数控机床加工中由于几何误差导致的加工精度误差

数控机床加工中,由于刀具和夹具在受外力和加工中产生的热量等外界因素的影响下,机床的几何精度受到影响,机床上加工的零部件产生几何变形,从而导致产生几何误差。据研究,数控机床产生几何误差的主要原因无外乎以下两种:内部因素和外部因素。机床产生几何误差的内部因素指机床本身的因素导致的几何误差,如机床的工作台面的水平度、机床导轨的水平程度和直线度、机床刀具和夹具的几何准确程度等。外部因素主要是指在外部环境和加工过程中的热变形等因素影响下产生的几何误差,如刀具或零部件在切削过程中,由于受热膨胀、变形,从而产生几何误差,影响了机床的加工精度和零部件的加工精度。

(3)数控机床加工中由于机床定位导致的加工精度误差

通过长期的零部件加工的数据分析和实践操作看出,机床定位对于数控机床的加工精度有较大影响。数控机床的加工误差,从结构上看,多由定位精度引起,其中机床的进给系统是影响定位精度的主要环节。数控机床的进给系统通常由机械传动系统和电气控制系统两部分组成,定位精度与结构设计中的机械传动系统有关。在闭环系统中,数控机床通常可以通过定位检测装置防止进给系统中的主要部件产生位置偏差,如滚珠丝杠等部件。而对于开环系统,由于影响因素较多、情况比较复杂,无法进行定位监控,所以对数控机床的加工精度影响较大。

2提高数控机床加工精度的对策

在数控机床的加工过程中,其所加工的零部件的精度直接影响产品的质量,部分机械零部件和精密设备的零部件对加工精度的要求非常高,提高数控机床的加工精度是解决问题的关键所在。通过广泛的研究与分析得出,提高数控机床的加工精度的对策大致有以下几种方法:

(1)通过控制数控机床的原始误差提高加工精度

数控机床加工过程中,误差本身是不可避免的,被加工零件与数控机床之间存在必然的误差,这种一定存在的误差称为原始误差。

因此,要提高数控机床的加工精度,控制数控机床的原始误差是重要对策之一。针对产生原始误差的可能性要进行系统的分析,根据误差产生的原因和误差类型要制定相应的改进措施。机械零件在加工过程中,数控机床的位置精度、几何精度对零部件的加工精度有重要影响,要通过位置控制和几何精度控制来减少位置误差和几何误差对零件的影响。同时对于加工过程中产生的变形误差,要用风冷、水冷等方法控制加工过程中的热变形,减少热变形误差带来的加工精度影响。同时对于位置误差,要合理选择适合零件材质的刀具,避免刀具变形,同时根据被加工零件的胚料形状选择合理的夹具,有必要的情况下要针对零部件的形状尺寸专门设计夹具,避免产生位置误差。

(2)合理设计机床核心部件避免定位误差

机床的定位精度对零部件的精度有重要影响,影响机床定位精度的核心部件如进给系统、导轨、工作台面等的直线度、水平度等。在设计数控机床时,要合理选择核心部件,例如在选择目前在机床中广泛使用的滚珠丝杠时,应当充分考虑滚珠丝杠的精度,应当选取和安装比较成熟的滚珠丝杠技术。滚珠丝杠的支撑同样不可忽视,滚珠丝杠的支撑与系统的传动精度密切相关,滚珠丝杠的支撑主要由轴向载荷和回转速度决定,对数控车床的加工精度有重要影响,通常选用高精度的固定和支撑方式。并且设计过程中应严格对滚珠丝杠的承载能力要进行相关校核。

而拖链,作为机床外防护的一部分,现在对机床来说已经不可或缺。由于其链节结构,在跟随刀架运动时,也会产生一定的振动,这种振动,会直接传递到刀具上,最终会对加工精度造成一定的影响。

(3)通过实时监控技术提高数控机床的加工精度

随着数控技术的不断提高,对数控机床进行加工过程全程实时监控,及时调整加工过程中的误差环节,并对加工过程中的每一个环节的误差数据进行采集,并反馈至控制终端,并通过误差数据采取相应的误差补偿机制,进行及时的误差补偿,能够有效提高零件的加工精度。

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