加工精度主要用来衡量生产的程度。加工精度和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来衡量,等级值越小,精度越高。加工误差用数值来表示,数值越大,误差越大。加工精度高,加工误差小,反之亦然。
公差等级共分为IT01、IT0、IT1、IT2、IT3至IT18共20个等级,其中IT01表示该零件加工精度最高,IT18表示该零件加工精度最低,一般IT7、IT8为中等加工精度。
任何加工方法得到的实际参数都不会绝对准确,从零件的功能出发,只要加工误差在零件图要求的公差范围内,就认为加工精度是得到保证的。
机器的质量取决于零件的加工质量和机器的装配质量,零件的加工质量包括加工精度和表面质量两部分。
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)与理想几何参数的一致程度,它们之间的差值称为加工误差。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。
加工精度的调整方法
减少机床误差
- 提高主轴部件的制造精度
应提高轴承的旋转精度:
- 选用高精度滚动轴承。
- 采用高精度多油楔动压轴承。
- 采用高精度静压轴承。
应提高轴承附件的精度:
- 提高箱体支撑孔及主轴颈的加工精度。
- 提高与轴承配合表面的加工精度。
- 测量并调整相应零件的径向跳动范围,以补偿或抵消误差。
- 滚动轴承的适当预紧
可消除间隙;
增加轴承刚度;
均衡滚动体误差。
- 使主轴旋转精度不反映在工件上。
对工艺系统进行调整
审判 C乌廷 米方法 A调整
通过试切—测量尺寸—调整刀具切削量—切削—再次试切,重复进行,直至达到所需尺寸。此种方式生产效率低,主要用于单件小批量生产。
调整 米方法
通过预先调整机床、夹具、工件、刀具的相对位置来获得所需尺寸,此种方法生产率较高,主要用于大批量生产。
减少刀具磨损
在尺寸磨损达到急性磨损阶段之前,必须重新磨锐工具。
减少传动链传输误差
- 传动零件数量少,传动链短,传动精度高。
- 采用减速传动是保证传动精度的重要原则,且传动副越靠近末端,其传动比应越小。
- 端件的精度应高于其他传动部件的精度。
减少工艺系统应力变形
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合理的结构设计
- 尽量减少连接表面的数量。
- 防止出现局部低刚性链接。
- 应合理选择底座和支撑件的结构和截面形状。
增加连接表面的接触刚度
- 提高机床零部件之间结合面的质量。
- 预载机床零部件。
- 提高工件定位基准面的精度,降低其表面粗糙度值。
采用合理的夹紧和定位方法
减少 大号负担和 电视继承人 C亨吉斯
- 合理选择刀具几何形状和切削用量,减少切削力。
- 将毛坯分组,调整时尽量使毛坯加工余量均匀。
减少残余应力
- 增加热处理工序,消除内应力。
- 合理安排工序。
减少工艺系统的热变形
- 采用合理的机床零部件结构和装配基准
- 采用热对称结构——在齿轮箱内,将轴、轴承、传动齿轮等对称布置,使箱壁温升均匀,减少箱体变形。
- 合理选择机床零部件的装配基准。
- 减少热源的发热,隔离热源
- 采用较小的切削量。
- 当零件精度要求较高时,应将粗加工与精加工工序分开。
- 尽量将热源与机床隔开,减少机床热变形。
- 对于无法隔离的热源,如主轴轴承、丝杠螺母副、高速导轨副等。从结构、润滑等方面改善它们的摩擦特性,减少发热或使用隔热材料。
- 采用强迫风冷、水冷等散热措施。
- 平衡温度场
- 加速实现传热平衡
- 控制环境温度
机械加工精度误差的原因
加工原理错误
加工原理误差是指采用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,加工原理误差常发生在螺纹、齿轮、复杂曲面的加工中。
例如加工渐开线齿轮所用的齿轮滚刀。为了滚刀制造方便,多用阿基米德基本蜗杆或普通直齿面基本蜗杆来代替渐开线基本蜗杆,这就使齿轮的渐开线齿形产生误差。例如车削模数蜗杆时,蜗杆的螺距等于蜗轮的螺距(即mπ),其中m为模数,π为无理数。但车床更换齿轮的齿数是有限的,在选用更换齿轮时,只能将π折算成近似的分数值(π=3.1415)进行计算。这样就会造成刀具在工件的成形运动(螺旋运动)中动作不准确,产生螺距误差。
在机械加工中,在理论误差能够满足加工精度要求(<=10%-15%尺寸公差)的前提下,一般采用近似加工,以提高生产率和经济性。
调整误差
机床的调整误差是指由于调整不准确而产生的误差。
制造误差和夹具磨损
夹具的误差主要指:
- 定位元件、刀具导向元件、分度机构、夹具本体等的制造误差。
- 夹具组装后,上述各零部件工作表面之间的相对尺寸误差。
- 夹具在使用过程中工作表面的磨损。
机床错误
机床误差是指机床的制造误差、安装误差和磨损,主要包括机床导轨的导向误差、机床主轴的回转误差和机床传动链的传动误差。
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导轨导向精度——导轨副运动部件的实际运动方向与理想运动方向的符合程度。主要包括:
- 导轨在水平面内的直线度Δy和在垂直平面内的直线度Δz(弯曲)。
- 前后导轨的平行度(扭曲度)。
- 导轨相对于主轴旋转轴在水平面和垂直面内的平行度误差或垂直度误差。
导轨导向精度对切削加工的影响。主要考虑导轨误差引起的刀具与工件在误差敏感方向上的相对位移。车削加工中的误差敏感方向为水平方向,垂直方向的导向误差引起的加工误差可以忽略不计。镗孔加工中的误差敏感方向随刀具的旋转而变化。刨削加工中的误差敏感方向为垂直方向,床身导轨在垂直平面内的直线度引起加工表面的直线度和平面度误差。
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机床主轴回转误差是指实际旋转轴线相对于理想旋转轴线的漂移量,主要包括主轴端面圆跳动、主轴径向圆跳动、主轴几何轴线倾斜摆幅等。
- 主轴端面圆跳动对加工精度的影响:
- 加工圆柱面时无影响。
- 在车削或镗孔端面时,会产生端面与圆柱轴线的垂直度误差或端面平面度误差。
- 在加工螺纹时,会产生螺距循环误差。
- 主轴径向圆跳动对加工精度的影响:
- 如果径向旋转误差表现为其实际轴在y轴坐标方向做简谐直线运动,则镗床镗出的孔为椭圆孔,圆度误差为径向圆跳动幅度;而车床车出的孔影响不大;
- 如果主轴几何轴线做偏心运动,则无论车削还是镗孔,都可以得到半径等于刀尖到平均轴线距离的圆。
- 主轴几何轴倾斜摆动对加工精度的影响:
- 几何轴相对于平均轴在空间中形成具有一定锥角的圆锥轨迹,从各截面看,相当于几何轴心绕平均轴心做偏心运动,而不同位置的偏心率值与轴向不同。
- 几何轴在一定的平面内摆动,从各截面看,相当于实际轴心在平面内做简谐直线运动,而不同位置的跳动幅度与轴向不同。
- 实质上,主轴几何轴线的倾斜摆幅是上述两者的叠加。
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机床传动链的传动误差是指传动链首端与末端传动元件之间的相对运动误差。
工艺系统应力变形
工艺系统在切削力、夹紧力、重力、惯性力等作用下都会产生变形,从而破坏调整后的工艺系统各部件的相互位置关系,产生加工误差,影响加工过程的稳定性。主要考虑机床的变形、工件的变形和工艺系统总的变形。
切削力对加工精度的影响
仅考虑机床的变形,对于轴类零件的加工,机床受力变形使加工后的工件呈现两端粗、中间细的马鞍形,即产生圆柱度误差。仅考虑工件的变形,对于轴类零件的加工,工件受力变形使加工后工件呈现两端细、中间粗的鼓形。对于孔类零件的加工,分别考虑机床的变形或工件的变形,加工后工件的形状与加工后的轴类零件相反。
夹紧力对加工精度的影响
工件装夹时,由于工件刚性较小或夹紧力作用点不当,都会引起工件产生相应的变形,从而造成加工误差。
制造误差与切削刀具磨损
刀具误差对加工精度的影响因刀具类型的不同而不同。
- 定尺寸刀具(如钻头、铰刀、键槽铣刀和圆拉刀等)的尺寸精度直接影响工件的尺寸精度。
- 成形刀具(如成形车刀、成形铣刀、成形砂轮等)的形状精度将直接影响工件的形状精度。
- 显影刀具(如齿轮滚刀、花键滚刀、插齿刀等)的刃形误差将影响加工表面的形状精度。
- 一般刀具(如车刀、镗刀、铣刀)的制造精度对加工精度无直接影响,但刀具容易磨损。
加工场所的环境影响
加工部位往往有很多细小的金属切屑,这些金属切屑如果与零件的定位面或者定位孔接触,就会影响零件的加工精度,对于高精度的加工来说,一些太小肉眼看不到的金属切屑就会影响精度,虽然这个影响因素会被识别出来,但是并没有很有效的方法可以消除,往往很大程度上依赖于操作者的操作技巧。
工艺系统的热变形
在加工过程中,工艺系统由于内部热源(切削热、摩擦热)或外部热源(环境温度、热辐射)产生的热量而发热变形,从而影响加工精度。在大型工件加工和精密加工中,由工艺系统热变形引起的加工误差约占总加工误差的40%-70%。
工件热变形对加工金属的影响包括工件的均匀加热和工件的不均匀加热两种。
工件内部的残余应力
残余应力的产生:
- 毛坯制造和热处理过程中产生的残余应力。
- 冷矫直引起的残余应力。
- 切削加工引起的残余应力。