机械加工质量管控论文(机械加工误差的管控论文)
机械加工质量管控论文
机械加工质量管控论文
在机械制造中零件加工精度决定着机械产品的质量，机械加工精度是指零件加工后的实际几何参数，包括机械零件的尺寸、形状和相互位置，与理想几何参数的符合程度。符合程度越高，加工精度就越高。在机械加工过程中，由于各种因素的影响，使得加工出的零件，不可能与理想的要求完全符合。这种加工后零件的实际几何参数(尺寸、形状和相互位置)对理想几何参数的偏离程度叫加工误差。从保证产品的使用性能分析，没有必要把每个零件都加工得绝对精确，允许有一定的加工误差。因此，满足零件使用性能，在零件图样标注的尺寸、形状和相互位置允许误差范围称为公差。
1影响机械加工质量的几种因素分析
要想分析影响机械加工质量的因素，就必须先要要弄清各种影响机械加工原始误差的物理、力学本质，以及它们对加工精度影响的规律，只要掌握和控制影响机械加工误差的方法，才能获得预期的加工精度，必要时能找出进一步提高机械加工精度的方法和途径。
1.1加工误差性质和类型
零件的加工过程中可能出现种种的原始误差，它们会引起工艺系统各环节相互位置关系的变化而造成加工误差。如装夹工件时由夹具产生的定位误差，还存在由夹紧力引起的夹紧误差等。在装央工件前后，必须对机床、刀具、夹具进行调整，井在试切几个工件后再进行精确微调，才能使工件和刀具之间保持正确的相对位置，由于调整不可能绝对精确，因而就会产生调整误差。另外机床、刀具、夹具本身的制造误差在加工前就已经存在了。这类原始误差称为工艺系统的几何误差。由于在加工过程中产生了切削力、切削热和摩擦，它们将引起工艺系统的受力变形、受热变形和磨损，这些都会影响在调整时所获得的工件与刀具之间的相对位置，造成种种加工误差。这类在加工过程中产生的原始误差称为工艺系统的动误差。在加工过程中，还必须对工件进行测量，才能确定加工是否合格，工艺系统是否需要重新调整，任何测量方法和量具、量仅也不可能绝对准确，因此测量误差也是一项不容忽视的原始误差。
1.2加工原理误差
加工原理误差是指采用了近似的成形运动或近似的刀刃轮廓进行加工而产生的误差，一般多为形状误差，如用阿基米德蜗杆该刀切削渐开线齿轮；在数控机床上用直线插补或圆弧插补方法加工复杂曲面s在普通公制丝杠的车床上加工英制螺纹等，都会在实际生产中，采用理论上完全准确的方法进行加工往往会使机床结构复杂，刀具制造困难导致加工效率降低。担通过成形运动或刀刃轮廓近似后往往可简化工艺过程，简化机床和刀具的设计和制造，提高生产率，降低成本，但由此带来的原理误差必须控制在允许的范围内(一般原理误差应小于0.1％)求的前提下，原理误差的存在是允许的。
1.3前后导轨的平行度误差
加工机械时，当车床的前后导轨不平行，存在扭曲时，刀架生产倾倒。因此车床和外因磨床前后导轨的平行度误差对加工精度的影响很大。除导轨本身的制造误差外，导轨的不均匀磨损以及机床的安装也是造成导轨误差的重要原因。
2提高和控制机械加工质量的途径
2.1降低主轴回转误差
为了分析的方便，可以将主轴回转轴线的运动误差分解为三种基本形式：纯径向园跳动、纯轴向窜动和纯角向摆动。由于主轴实际回转中心在不断变化，所以实际误差是上述三种运动形式合成，所产生的一个瞬时值。是以某一固定部位与轴承内表面的不同部位接触，因而当滑动轴承内孔有圆度误差时，将使主轴在回转的过程中产生径向跳动，引起撞孔的圆度误差，而主轴颈本身的圆度误差影响较小，
2.2减少滑动轴承对回转误差的影响
采用滚动轴承结构的机床中，滚道形状误差对不同机床的影响是不同的。对于车床类机床，由于轴承承载区位置基本上不变，故滚动轴承内环滚道的圆度是影响主轴回转精度的主要因素，而对于铿床类机床，由于轴承承载区位置是不断变化的，滚动轴承外环滚道的圆度是影响主轴回转精度的主要因素。
2.3控制主轴回转误差对加工精度的影响
主轴回转误差对加工精度的影响，取决于不同截面内主轴瞬时回转中心相对于刀尖位置变化情况。而这种变化应重点分析在加工误差敏感方向上的影响。对于刀具回转类机床，加工误差敏感方向和切削力方向随主轴回转而不断变化，如螳床；对于工件回转类机床，加工误差敏感方向和切削力方向均保持不变，如车床。下面以车床、程床为例，就主轴回转误差的三种基本形式对加工精度的影响进行分析。主轴纯径向圆跳动误差对于孔加工时，铿出的孔是长短轴不变或变化的椭圆柱。车削时，主轴纯径向圆跳动对工件的`圆度误差影响很小，车出的工件表面接近于一个真圆。主轴纯轴向窜动误差对内外圆柱面的加工没有影响，但在加工端面时，会使加工出的工件端面与内外圆轴线不垂直，产生平面度误差，加工螺纹时产生螺距误差。主轴轴线产生纯角度摆动，在车削时工件同一截面的园度误差小，但是会产生圆柱度误差。镗孔时，纯角度摆动使主轴轴线与工作台导轨不平行，使铿出的孔呈椭圆形。
2.4提高主轴回转精度的措施
提高主轴回转精度通常采用以下措施：1）选用高精度的轴承，并提高主轴及箱体的制造精度和主轴部件的装配精度；2）使回转精度不依赖于主轴。工件的回转成形运动不是靠机床主轴的回转运动来实现，而是靠夹具的回转运动副来实现，如采用死顶尖磨外因时，提高项尖孔质量，保证两顶尖孔的同轴度，对保证工件的形状精度非常重要。
2.5提高直线运动精度
为了提高机械加工的质量，通常常采用刮研等方法加工提高机床导轨的加工精度和配合接触精度：采用静压导轨或贴塑导轨提高傲动进给定位精度和机床精度保持性；选用合理的导轨形状和导轨组合形式来提高直线运动精度如90°的双三角形导轨其直线运动精度保持性较好，而这种导轨的磨损主要在垂直方向，故对一些在垂直方向是误差非敏感方向的机床(如卧式车床)可长期保持原有精度。
2.6加工过程工艺调整
在机械加工的每一个工序中，为获得被加工表面的尺寸、形状和位置精度，总是要对工艺系统进行这样或那样的调整。由于调整个可能绝对地准确，因而产生调整误差。单件、小批生产中普遍采用试切法加工。加工时先在工件上试切，然后测量、调整再试切，直至符合规定的尺寸要求时，再正式切削出整个待加工表面。在成批、大量生产中，广泛采用调整法(或样件样板)。预先调整好刀具与工件的相对位置，并在一批零件的加工过程中保持这种相对位置不变来获得所要求的零件尺寸。在以后的加工免去试切，所以既缩短了调整时间，又可得到较高的加工精度。
2.7实行超精密加工
实行超精密加工也是提高机械加工质量的一种措施，超精密加工是指加工精度和表面质量超过当前所用公差标准中最高程度酌加工工艺。精密加工和超精密加工的界限不是固定不变的，随着科学技术的进步而逐渐向前推移。精密加工与超精密加工的主要特点是机床精度高、刚性好，机床具有精确的微量进给装置，机床工作台低速运动稳定性好以及工艺系统抗振性好，此外，还具有如下特点：1）精密和超精密加工都是以精密元件为加工对象，与精密元件密切结合而发展起来的，因此不能脱离精密元件搞精密加工。精密加工的方法、设备和对象是互相关联的；2）超精密加工时，吃刀且极小，是微量切除和超微量切除，因而对刀具刃磨、砂轮修整和机床均有很高的要求；3）精密和超精密加工是一门综合性高级技术，要达到高精度和高表面质量，要考虑加工方法、加工工具及其材料的选择；被加工材料的结构及质量、加工设备的结构及技术性能、测试手段和测试设备的精度；恒温、净化、防振的工作环境，工件的定位与夹紧方式和入的技艺等诸多因素，因此，精密加工和超精密加工是一个系统工程；4）在精密加工和超精密加工中，检测和加工联系十分紧密，精密测量是精密加工和超精密加工的必要条件，需要具备与加工精度相适应的测量技术，否则就不能判断加工精度是否达到要求，也无法为加工精度的进一步提高指出方向。
3结论
总之，为了提高机械加工质量与控制，除了以上工艺以外，还要注意保持工艺系统的热平衡，这样可使机床作高速空运转，当机床在较短时间内达到热平衡之后，再进行加工。必要时，还可以在机床的适当部位设置控制热源，人为地给机床加热，使其尽快地达到热平衡状态。另外精密机床加工时应尽量避免中途停车。此外还必须控制加工机械的环境温度，精密机床一般安装在恒温车间，其恒温精度一般控制在+1℃以内，精密级为+0.5℃。恒温基数按季节调节一般春、秋为20℃，在夏季取23℃，在冬季可取17℃。以上等因素是机械加工质量与控制综合因素，缺一不可。
机械加工误差的管控论文
机械加工误差的管控论文
随着国家经济实力和整体科技水平的提高，机械工业的发展对产品质量有更高的要求。而加工精度是衡量零件加工质量的主要指标，在机械加工过程中，会有很多因素影响工件的加工质量，如何使工件的加工达到质量要求，以及如何减少各种因素对加工精度的影响，就成为加工前必须考虑的问题，也就是要对影响机械加工精度的因素进行分析。在机械加工中，由机床、夹具、刀具与被加工工件一起构成了这一加工过程的一个整体，这一整体称为机械加工工艺系统。因而，分析机械加工精度的过程，也就是分析这一工艺系统在各种不同的工作条件下以各种不同方式（或放大、或缩小）反映工件的加工误差。而机床、夹具又是这一工艺系统的重要组成部分。下面我们就分析这一工艺系统存在的误差。
1.机床的几何误差
加工中刀具相对于工件的成形运动都是通过机床来完成的，因而，工件的加工精度在很大的程度上取决于机床的精度。机床的制造误差对工件加工精度影响较大的有：主轴回转误差、导轨误差和传动链误差。尤其机床的磨损将使机床工作精度下降。
1.1主轴回转误差
主轴回转误差对于工件的位置精度和形状精度都会产生直接的影响，其可以分解为角度摆动、轴向跳动以及径向跳动。因为存在一定的误差敏感方向，所以加工表面不同，主轴的径向跳动引起的误差也不同。比如在车床上加工内孔或者外圆时，就会由于主轴的径向跳动而引起圆度误差，但是对端面的加工却没有直接的影响；而在车端面时，轴向跳动又会引起工件端面的平面度误差，和端面相对内外圆垂直度的误差；在车螺纹时则会造成螺距的误差等。主轴轴向跳运对于内孔或者外圆的精度影响比较小，主轴径向跳动和主轴的角度摆动对加工误差的影响比较相似，区别就在于主轴角度摆动除了影响工件加工表面的圆度误差外，还会影响到圆柱度误差。
1.2导轨误差
导轨是机床上确定各机床部件相对位置关系的.基准，除了导轨本身的制造误差外，导轨的安装质量和不均匀磨损也是造成导轨误差的主要因素。而导轨磨损是机床精度下降的主要原因之一。
1.3传动链误差
工件在切削的过程中，其表面的成形运动是靠一系列的传动机构实现的。该传动机构包括齿轮、螺母、蜗杆、丝杆等传动元件。由于这些元件会在装配、加工以及使用过程中产生磨损而导致误差，所以就导致传动链的传动误差。传动线路越长、传动机构越复杂，传动误差就会相应的越大。影响工件表面加工精度的误差因素中，主要因素就是机床的传动链误差。
2.夹具的几何误差
夹具的作用是使工件相对于机床和刀具具有一个正确的安装位置，因此，夹具的制造误差对工件的加工精度影响很大。一是基准不重合误差，在零件图上确定某一表面尺寸、形状、位置所依据的基准称为设计基准。在工序图上用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸、形状、位置所依据的基准称为工序基准。在机床上对工件进行加工时，须选择工件上若干几何要素作为加工时的定位基准，如果所选用的定位基准与设计基准不重合，就会产生基准不重合误差。二是定位副制造不准确产生的误差，夹具上的定位元件不可能按基本尺寸制造得绝对准确，其实际尺寸（或位置）都允许在规定的公差范围内变动。工件定位面与夹具定位元件共同构成定位副，由于定位副制造的不准确和定位副间的配合间隙引起的工件最大位置变动量，称为定位副制造不准确误差。
3.刀具的几何误差
任何刀具在切削过程中，都要产生磨损，并由此引起工件尺寸和形状地改变。正确的选用刀具材料或新型耐磨刀具材料，合理地选用刀具几何参数和切削用量，均能最大限度地减少刀具磨损。必要时可以采用补偿装置对刀具的磨损进行补偿；同时，对于数控铣来说，装夹刀具的刀柄以及弹簧夹头的精度也应该受到一定的重视，这两者的好坏也反映了主轴回转的径向跳动对工件的影响。
4.工艺系统受力变形产生的误差
4.1工件刚度
工艺系统中如果工件刚度相对于机床、夹具、刀具来说比较低，在切削力的作用下，工件由于刚度不足而引起的变形对加工精度的影响就比较大。还有加工工艺的安排是否合理也是影响加工精度的一个非常重要的方面。
4.2刀具刚度
外圆车刀在加工表面法线方向上的刚度很大，其变形可以忽略不计。但在镗直径较小的孔时，刀杆刚度很差，刀杆的受力变形就对孔加工精度有很大影响。
4.3机床部件刚度
机床部件由许多零件组成，机床部件刚度现在尚无合适的计算方法，目前还是用实验方法来测定。变形与载荷不成线性关系，加载和卸载曲线不重合，卸载曲线滞后于加载曲线。两曲线间所包容的面积就是加载和卸载循环中所损耗的能量，它消耗于摩擦力所做的功和接触变形功。第一次卸载后，变形恢复不到第一次加载的起点，这说明有残余变形存在，必须经多次加载卸载后，加载曲线起点才和卸载曲线终点重合，残余变形才能逐渐减小到零。
5.工艺系统受热变形引起的误差
工艺系统热变形对加工精度的影响比较大，特别是在精密加工和大件加工中，由热变形引起的加工误差有时可占工件总误差的50％。机床、刀具和工件受到各种热源的作用，温度会逐渐升高，同时它们也会通过各种传热方式向周围的物质散发热量。
6.调整的几何误差
在机械加工的每一道工序中，对工艺系统的调整是必不可少的，由于调整不可能绝对地准确，因而在调整过程中产生误差。在工艺系统中，刀具、工件在机床上的互相位置精度，是通过调整机床、夹具、刀具或工件等来保证的。当机床、夹具、刀具和工件毛坯等的原始精度都达到工艺要求而又不考虑动态因素时，调整误差的影响，对加工精度起到决定性的作用。
7.测量的几何误差
零件在加工过程中和加工完成后进行测量时，由于测量方法、检测量具精度以及工件等主客观因素都直接影响测量精度。
8.结论
加工精度的高低一般都是通过加工误差的大小反应出来的，工艺系统的原始误差主要有工艺系统的几何误差、定位误差、工艺系统的受力变形引起的加工误差、工艺系统的受热变形引起的加工误差、工件内应力重新分布引起的变形以及原理误差、调整误差、测量误差等。从原始误差产生的主要来源看，提高加工精度的途径有：减小原始误差；转移原始误差；均分原始误差；均化原始误差；误差补偿等。因此，我们必须积极采取有效措施，尽量减少原始误差，进而不断提高加工精度。