浅析机床加工误差及提高精度的措施.pdf

第 1 期 总第 1 5 8期 2 0 1 0年 2月 机 械 工 程 与自 动 化 MECHAN1 CAL ENGI NEERI NG AUTOM AT1 0N NO．1 Fe b． 文章编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 0 0 1 0 1 9 9 - 0 3 浅析机床加工误差及提高精度 的措施 苏明 七 江苏 省徐 州机 电工程高等职 业学校 ，江苏 徐 州 2 2 1 0 1 1 摘要 机床在加工过程 中其工 艺系统会产 生各 种误差 ， 从 而影响零件 的加工 精度 。 工件的加工精度在 很大程度 上取决 于机床的精度 ，研究机床加工过程误 差的产生及防止对提高机床加工精度 有着重要的意义 。 关键词 机床 ；加工误差 ；精度 中图分类号 T H1 6 1 ． 2 1 文 献标识码 B 0 引言 国内机床精度 比较低 ，不仅机床加工有问题而且 其装配工艺也有问题， 我们能产出同样精度 的零件 ， 但 装不出同样精度的整机 。国际上最好的机床是德国生 产的，其精度高 ，经久耐用 ，可以长期在高精度下作 业。日本制造的机床精度也很高， 但是较容易出故障。 影响机床加工精度的主要因素有机床误差、刀具的制 造误差及磨损、夹具误差。 1 机 床误 差 1 ． 1主 轴 回转误 差 机床主轴误差可分解为径向圆跳动、轴向窜动和 角度摆动 3种基本形式。产生主轴径向回转误差的主 要原因有主轴几段轴颈 的同轴度误差、轴承本身的各 种 误差 、 轴 承之 间 的同轴 度误 差 、 主轴挠 度等 。 图 l为 滑动轴承主轴的径 向圆跳动，图 1 a 中， 表示径向 跳动量 ，在切削力 F的作用下，主轴颈以不同的部位 和轴承内径 的某一固定部位相接触 ，此时主轴颈的圆 度误差对主轴径向回转精度影响较大，而轴承内径 的 圆度误 差对 主 轴径 向 回转精 度 的影 响则不 大 ；而在 镗 床 上镗 孔 时 ， 见 图 1 b ，由于 切削力 F 的作用 方 向随 着主轴的回转而回转 ，在切削力 F的作用下 ，主轴总 是 以其轴颈某一固定部位与轴承 内表面的不同部位接 触 ，因此 ，轴承内表面的圆度误差对主轴径向回转精 度 影 响较 大 ，而主 轴颈 圆度 误差 的影 响则 不 大 。 ，， 、 ＼ 、 ／r { 、 _ 、 、 ＼ F ‘ 占 a 主轴 l司的部位和轴承 固定部位相 接触 L b 主轴 固定部位与轴承 不 同部位接 触 图 1 滑动轴承主轴 的径 向圆跳 动 产生轴 向窜动的主要原因是主轴轴肩端面和轴承 1 ． 2 导轨误 差 承载端面对主轴 回转轴线有垂直度误差 。 在车螺纹时， 导轨是机床上确定各机床部件相对位置关系的基 主轴向回转误差可使被加工螺纹的导程产生周期性误 准 ， 也是机床运动的基准 ， 见图 2 。 卧式车床导轨在水 差 。 平面 内的直线度误差 △ 将直接反映在被加工工件表 收稿 日期 2 0 0 9 一 O 4 1 0 ；修 回日期 2 0 0 9 0 9 1 5 作者简介 苏明七 1 9 7 8 一 ， 男 ， 江苏徐州人 ， 助讲 ， 本科 ， 研究方向为职业 教育学 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 0 机 械 工 程 与 自 动 化 2 0 1 0年第 1 期 面的法线方向 加工误差的敏感方向 上，对加工精度 的影响最大 。卧式车床导轨在垂直面内的直线度误差 △ 。 可引起被加工工件 的形状误差和尺寸误差 ，但 △ z 对加工精度的影响要比 △ 小得多。由图 3可知 ， 若因 △ 。 而使刀尖由 a下降至 b ，不难推得工件半径 R的变 化量 z 1 R。 当前后导轨存在平行度误差 扭曲 时 ， 刀架 运 动 时会产 生摆动 ， 刀尖 的运 动轨迹 是一条 空 间曲线 ， 使工件产生形状误差。由图 4可见 ，当前后导轨有了 扭曲误差 △ 3 之后 ， 由几何关系可求得 △ ≈ H／ B , A 。 。 一 般车床的H／ B 2 ／ 3 ， 见车床前后导轨的平行度 误差对加工精度的影响很大。除了导轨本身的制造误 差外 ，导轨的不均匀磨损和安装质量也是造成导轨误 差的重要因素。导轨磨损是机床精度下降的主要原因 之一 。 图 2 卧式车床导 轨直 线度误差 ’ 、 ＼ 。 ．．_ - j 二／ | 图 3 卧式 车 床 导 轨 垂 直 面 内 直 线度 误 差 对 加 工精 度 的 影 响 1 ． 3 传 动链误 差 传动链误差是指传动链始末两端传动元件问相对 运动的误差，一般用传动链末端元件的转角误差来衡 量 。 1 ． 4 数 控机床 独特 性误 差 数控机床与普通机床的最主要差别有两点①数 控机床具有 “ 指挥系统”数控系统 ；②数控机床 具有执行运动的驱动系统伺服系统 。在数控机床 上所产生的加工误差 ，与在普通机床上产生的加工误 差，其来源有许多共同之处 ，但也有其独特之处 ，例 如伺服 进给 系统 的跟 踪误 差 、检 测系统 中的采样延 滞 误差等 ，这些都是普通机床加工时所没有的。因此在 数控加工中，除了要控制在普通机床上加工时常出现 的那一类误差源以外 ，还要有效地抑制数控加工时才 可 能 出现 的误 差源 。 图 4 卧 式 车 床 导 轨 扭 曲 对加 工精 度 的影 响 1 ． 4 ． 1 机 床重复 定位精 度 的影响 数控机床的定位精度是指数控机床各坐标轴在数 控系统的控制下运动的位置精度 ，引起定位误差的因 素包括数控系统的误差和机械传动的误差。而数控系 统 的误差 则与插 补误差 、跟 踪误 差等 有关 。机床重 复 定位 精度 是指重 复定位 时 坐标轴 的实 际位置 和理想位 置的符合程度。 1 ． 4 ． 2 检 测装 置的影 响 检测反馈装置也称为反馈元件，通常安装在机床 工作台或丝杠上 ，相当于普通机床的刻度盘和人的眼 睛。检测反馈装置将工作台位移量转换成电信号 ，并 且反馈给数控装置，如果与指令值比较有误差，则控 制工作台向消除误差的方向移动。数控系统按有无检 测装置可分为开环、闭环与半闭环系统。开环系统精 度取决于步进电动机和丝杠精度，闭环系统精度取决 于检测装置精度。检测装置是高性能数控机床的重要 组成部分 。 1 ． 4 ． 3刀具误 差 的影响 在加工中心， 由于采用的刀具具有 自动交换功能， 因而在提高生产率的同时， 也带来了刀具交换误差。 用 同一把刀具加工一批工件时，由于频繁重复换刀，致 使刀柄相对于主轴锥孑 L 产生重复定位误差而降低加工 精度。 1 ． 4 ． 4 抑制数 控机 床产 生误 差 的途 径 抑制数控机床产生误差的途径有硬件补偿和软件 补偿 。过去一般多采用硬件补偿的方法 ，如加工中心 采用螺距误差补偿功能。随着微电子 、控制、监测技 术的发展 ，出现了新的软件补偿技术 ，它的特征是应 用数控系统通信的补偿控制单元和相应的软件以实现 误差的补偿 ，其原理是利用坐标的附加移动来修正误 差 。 2 刀具 的 制造误 差及磨 损 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 0年 第 1期 机 械 工 程 与自 动 化 2 01 刀具的制造误差、 安装误差以及使用 中的磨损 ， 都 影响工件的加工精度。 3夹 具误 差 夹 具误 差包括 定 位误 差 、夹 紧误 差 、夹具 安装 误 差及对刀误差等 。工件在夹具 中的位置是以其定位基 面与定位元件相接触 配合 来确定的。 由于定位基面、 定位元件工作表面的制造误差 ，会使各工件在夹具中 的实际位置不相一致 。加工后 ，各工件的加工尺寸必 然 大小 不一 ，形成 误 差 。 4 提 高加 工精 度的措 施 1 减 少原始 误 差 。查 明产生 加工 误差 的 主要 因 素 ， 设法消除或减少这些因素。 例如细长轴的车削 ， 现 在采用了大走刀反 向车削法 ，基本消除了轴向切削力 引起 的弯 曲变形 。 2 补偿原始误差。 人为地制造出一种新的误差， 去抵 消原 来 工艺 系统 中的原 始误 差 。 3 转移原始误差。误差转移法就是转移工艺系 统的几何误差、受力变形和热变形等。 4 均分原始误差 。这种办法就是把原始误差按 其大小均分为 组 ，每组毛坯误差范 围就缩小为原来 的 1 ／ n ，然后按各组分别调整加工 。 5 均化原始误差 。利用有密切联 系的表面相互 比较、相互检查从对 比中找出差异 ，然后进行相互修 正或互为基准加工 ，使工件被加工表面的误差不断缩 小 和均 匀 。 6 就地加工法 。采用就地加工的方法 ，能很方 便地解决看起来非常困难的精度问题。就地加工法在 机械零件加工中常用来作为保证零件加工精度的有效 措施 。 5 结语 机床加工过程中的误差因素很多，提高机床加工 精度有很强的实践性 ，它和实际生产条件及生产工艺 有很大关系。 要想生产出精度很高的产品比较困难 ， 这 需要工艺人员不断尝试 ，通过积累每次工艺数据 ，来 验证 自己的设计数据，并在 以后的设计中予以更正 。 参考文献 E 1 3 何兆风． 公差与配合[ M] ． 北京 机械 工业 出版社 ， 2 0 0 8 ． E 2 ] 技 工学校机械类 通用教材编 审委 员会． 车工工艺学 E M] ． 第 4版． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 6 ． Ana l y s i s o f M a c h i ne Er r o r a nd I m p r o v e m e nt o f M a c h i ni ng Ac c u r a c y SU M i ng qi J i a n g s u Xu z h o u Hi g h e r Vo c a t io n a l S c h o o l o f El e c t r ic a l a n d Me c h a n i c a l Eng i n e e r i n g，Xu z h o u 2 2 1 O i 1 ，Ch i n a Abs t r ac t The l a t he c r a f t s ys t e m wi l l pr o duc e va r i o us e r r o r s i n t he c our s e o f pr oc e s si n g，whi c h i n f l ue n c e t he ma c hi ni ng a c c ur a c y of t he p ar t s．Th e ma c hi ni ng a c c ur a c y of t he wor kpi e c e de pe n ds on t he p r e c i s i on of t h e l a t he t o a g r e a t e xt e nt ．St udy o n t h e pr oc e s s i ng e r r o r o f t h e l a t h e a n d t h e p r e v e n t i v e me a s u r e s h a s i mp o r t a n t me a n i n g f o r i mp r o v i n g t h e ma c h i n i n g a c c u r a c y o f t h e l a t h e ． Ke y wo r ds mac h i n e t ool s； pr oc e s s i ng e r r or s； a c c u r a c y 上接 第 1 9 8页 7结束 语 加工中心加工工艺规划是对工件进行数控加工的 前期工艺准备工作，这项工作必须在程序编制以前完 成 。 只有 正确 地对 加工 中心 加工 工艺 进行 仔 细研究 ， 选 择合适的定位装夹方案 ， 有效利用各种加工刀具 ， 设定 最佳切削用量， 提高编程效率， 才能切实有效地保证零 件加工质量、提高生产效率。 参考文献 [ 1 ] 孙德茂． 数 控机床铣 削加工直 接编程技术[ M] ． 北京 机械 工业 出版社 ， 2 0 0 6 ． [ 2 ] 刘雄伟． 数 控加工理论与编程技术 [ M] ． 北京 机械工业 出 版社 ， 2 0 0 1 ． I nv e s t i g a t i o n 0 f NC M a c h i ni n g Pr o c e s s Ba s e d 0 n M a c h i ni ng Ce nt e r YUAN Li b i n，S UN S h i j u n CS R Qi s h u y a n Lo c o mo t i v e b - Ro l l i n g S t o c k Te c hn o l o g y Re s e a r c h I n s t i t u t e Co．Lt d．，Ch a n g z h o u 21 3 0 11 ，Chi n a Ab s t r a c t Th i s a r t i c l e i n v e s t i g a t e s t h e t e c h n i q u e d e s i g n p r o b l e m s i n NC p r o c e s s i n g o f ma c h i n i n g c e n t e r ，c l a r i f i e s t h e p r i n c i p l e s a n d me t h od s of t e c hni q ue de s i g n．The t oo l c onf i gu r a t i o n，mac hi ni ng p a r a me t e r s e l e c t i o n a nd NC pr ogr a mm i ng ar e di s c u s s e d i n de t a i l ． A f e a s i b l e i n t e g r a l ma c h i n i n g p l a n i s p u t f o r wa r d ． Ke y wo r d s NC p r o c e s s i n g ； p r o c e s s i n g r o u t e ； t o o [s e l e c t i o n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m