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搅扰数控加床加工精度的几大首恶

随着工业自动化技术的不断发展,数控车床取代传统机床,成为制造业的主力军已是大势所趋。与落后的传统机床相比,数控机床由于安装了数字化的程序控制系统,因而在设计结构、工作流程、加工性能等方面都得到了巨大的改良。采用数控机床进行加工,不仅可以有效提高生产效率,同时也使工件质量更加稳定、加工精度更高。为了精益求精,进一步提升加工质量,我们有必要对数控机床加工中可能产生的各种误差有更深入的了解。根据机床加工精度误差产生的原理,可以大致可分为两大类,即原始误差和加工误差。前者是由机床自身系统和结构引起的,而后者是由加工时的外部条件引发,二者共同对机加工精度造成影响。数控机床的原始误差由组成机床的系统和各部件的规格、质量、相互间的联系不达标引起的误差,可是说是数控机床的“先天缺陷”,也是数控机床精度误差产生的主要原因。按照功能不同,又可分为三类:1、定位精度误差:这是由于机床在装配过程中的主轴精度、导轨精度及丝杠等定位精度的不准确造成的,又包括主轴回转误差、导轨误差和传动链误差三小类。(1)主轴回转误差:机床主轴是装夹工件或刀具的基准,担负着将驱动力和运动方式传递给工件或刀具的责任,由于主轴的形状、安装或运动精度不够造成的误差称为主轴回转误差,直接影响加工工件的精度;(2)导轨误差:导轨是机床上确定各部件相对位置关系和运动协调性的基准。由于导轨在某一平面内的直线度不够,或前后导轨平行度出现偏差,于是就造成了导轨误差。导轨误差大小决定了刀具是否能均匀而平稳地直线进给,从而影响切削动作的几何精度,同时还决定了导轨的磨损程度和使用寿命。另外,阻尼性过高或者是严重磨损的导轨,也都会对刀具的行进产生不利影响,导致不能精准定位。因此,导轨除了位置定位准确之外,还必须具备低阻尼和耐磨损的特点。(3)传动链误差:传动链的作用就是联系其首位两端的传动元件,传动元件间相对运动的误差被称为传动链误差。一般用传动链末端元件的转角误差来衡量。2、几何精度误差:由部件几何形状不规范引起的误差,通常分为刀具的几何误差、夹具的几何误差、基准不重合误差和定位副制造不准确误差四小类。(1)刀具的几何误差:当采用成形刀具、展成刀具进行加工时,刀具几何形状的误差会直接影响工件的加工精度,例如加工油套管螺纹时,管螺纹的精度很大程度上取决于使用的螺纹梳刀的几何形状误差大小。但对一般刀具而言,并无直接影响。(2)夹具的几何误差:夹具的作用是使工件固定在正确的位置上接受加工,因此夹具的制造误差将直接导致工件位置出现偏差,对加工精度有很大影响。(3)基准不重合误差:只有在采用调整法加工时,由于定位基准与设计基准不重合造成的误差,在试切法加工中不会产生。(4)定位副制造不准确误差:工件在夹具中的正确位置是由夹具上的定位元件来确定的,定位元件不精确造成了这种误差。当基准不重合误差和定位副制造误差的方向不同时,定位误差应当取两者的矢量和。3、机床部件刚度误差在组成机床的众多部件当中,每个部件都具有刚度属性,并共同决定了机床的整体刚度。就车床而言,当床身刚度、导轨刚度和丝杠刚度等不达标时,均会导致工件发生变形,甚至在加工过程中产生振动,从而使工件表面出现振纹,因此对机床精度具有较大的影响。到目前为止,还没有简易的刚度计算方法,刚度大小主要还是通过实验方法和经验来进行判定。在设计机床部件结构时,应尽量选择良好的结构刚度和材料刚度。另外,选择的吃刀量和进给速度,也可以一定程度上减小部件刚度对工件加工精度的影响。数控机床的加工误差区别于原始误差那样的机床“先天缺陷”,机床的加工误差主要是由加工作业中的外部条件引起的,可以视为是“后天缺陷”。它主要由工艺系统受载变形、热变形和内应力重新分布引起。1、工艺系统受载变形引起的误差工件在接受加工时,必然承受着各种外力的作用,在外力作用下会产生相应的变形,导致工件和刀具的相对位置发生偏移,降低了加工精度。因此,合理选择刀具材料,增大刀具的前角和主偏角,减小切削力,以及提高工艺刚度都有助于减少此类误差的产生。除此之外,对工件进行科学的热处理,压缩变动幅值也是行之有效的方法。2、热变形引起的误差除了外力引起工件形变以外,过高的温度也会引起部件和工件发生热变形,在精密加工和大件加工中,热变形对加工精度影响非常大,有时甚至可能占到总误差百分比的40到70之多。因此,在加工过程中,应尽量减少热量的散出,加快热量的排出,以避免温度过高引起热变形。当单位时间产生的热量与散出的热量相等时,加工系统就达到了热平衡状态,这是一种高效、理想的加工状态。3、内应力重新分布引起的误差存在于工件内部的应力称为内应力,内应力大小与所受外力的关系不大,而是与工件的壁厚是否均匀、结构是否对称有关。内应力的产生,将使工件处于一种高能位的不稳定状态,接下来,按照自然规律,工件会本能地向低能位的稳定状态转化。在这一转化过程中,将伴随着几何形状的改变,影响加工精度。因此,在设计零件时,壁厚均匀,结构对称有利于减少工件内应力的产生。除了上述因素以外,工艺设计、工作环境以及操作人员的技能水平等也都对数控机床加工精度产生一定的影响。加工工件时,要结合具体情况及多种因素,从设计、制造、操做三个方面加以考虑。

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