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机械加工误差综合分析及控制

发布时间:2020-12-10点击:43

机械加工误差综合分析及控制

机械加工误差综合分析及控制

    随着科技的发展,人们对机械产品质量的要求越来越高。在机械加工过程中,误差的产生不可避免,为了保证零件的加工质量,减少各种因素对加工精度的影响,就必须进行机械加工误差分析,并在此基础上探寻提升工艺技术的措施,确保产品质量***优化。在机械加工中,由机床、夹具、工件和刀具等构成的机械加工工艺系统在一定条件下由工人来操作或自动地循环运行来加工工件,因此,有多方面的因素会对此系统产生影响,导致刀具和工件的相对位置发生偏离,出现加工误差。零件要满足使用要求,加工误差必须控制在规定范围之内。引起加工误差的因素很多,而且这些因素往往是综合地交错在一起或随机出现的,对加工精度产生综合性的影响。所以要解决精度问题,要控制加工误差,首先必须要分析误差,找出误差的规律,判断产生误差的原因,然后再采取相对应的措施,达到减小加工误差,满足零件加工精度的目的。

    1零件加工误差的分析
    引起加工误差的工艺因素(原始误差)很多,影响因素不同,加工误差的特征也不同,采取的控制措施也不同。1.1误差分析方法和思路。根据零件加工误差的特点,推断出影响误差的主要因素,从而采取相应措施。这种分析方法称为单因素分析法。但是在生产中,影响加工精度的因素常常是非常复杂的,采用单因素分析法很难判断其因果关系,更不能从单个工件的检查得出结论,而是要运用数理统计方法进行归纳、分析、判断、总结,找出其中的主要原因,采取针对性的措施。在具体的生产实践中,通常采用综合分析法,将单因素和统计分析法结合起来。一般先用统计分析方法,寻找误差出现的规律,初步判断产生误差的可能原因,然后再用单因素分析法进行分析、试验,找出影响加工精度的主要因素。加工误差的分析思路如图1所示。***步,列举出所有可能的误差源,并取得量化数据;第二步,根据量化数据,分析研究原始误差到零件加工误差之间的数量转换关系;第三步,采用合适的手段和方法,测量出零件的实际误差值;第四步,对误差进行统计分析,并判断误差性质,找出其中规律;第五步,采取相应的工艺措施消除或减少加工误差;***后,再次检验零件误差[1]。1.2误差分析的具体步骤。误差分析的关键在于能否在具体条件下,找出误差的规律,判断产生加工误差的主要因素,现在结合生产实践的经验,详细阐述综合分析加工误差的具体步骤。1.2.1误差调查。误差调查的目的在于调查误差产生的前因后果及环境,摸清误差产生的规律。可以召集有关人员,召开各种形式的调查会,大家可以自由讨论,集思广益。通过讨论可以了解误差究竟是一贯存在的,还是***近出现的。如果是***近出现的,是在什么条件下出现的,误差大小是否有变化,变化有何规律,等等。误差出现时,切削过程是否有所改变,切削用量是否进行了调整,机床是否进行了调整,刀具是否有所更换,夹具工艺位置是否有所移动,工件材料、毛坯质量有无变化,等等。此外,还必须到现场仔细观察机床、夹具、工件、刀具及实际加工情况。在调查时,尽量多的测量一些零件样本,摸清工件的误差情况,包括其尺寸、形状或位置的误差大小及误差规律,为分析研究提供***手的原始资料。1.2.2误差分析。根据调查结果,采用综合分析法进行初步误差分析。首先,采用统计分析法,对测量数据进行整理,作分布曲线图和点图,从而分析误差的性质、大小及加工过程的稳定性。其次,查找出在具体的工艺条件下可能产生这类误差的所有因素,并对每一项因素采用单因素分析法进行分析。分析内容包括每项因素所产生的误差的特征、大小和方向,它们与误差调查情况是否吻合。如果不吻合,可以排除;如果吻合,需要进一步分析影响的大小,找出可能的主要影响因素。为了便于分析,可以做出因果分析图,具体做法如图2所示。误差分析时,应用分布图可以判断误差的性质和规律,应用点图X--R,不仅可以判断加工误差随时间变化的规律和趋势,而且还可以判断工艺过程的稳定性。1.2.3误差的论证。误差论证的目的主要是针对上述分析得到的主要影响因素产生的误差进行实际测量,得到量化数据。根据实际测得的误差数据,判断上述因素对加工误差的关联关系,进行进一步判断,排除非主要影响因素,找出其中主要影响因素。误差论证时,关键是要设定合理的测量条件,只有在合理的测量条件下测量的数据才有分析价值。比如论证刀具热伸长对外圆圆柱度的影响,可以测量刀具加工工件的平均升温,计算出刀具的热伸长量,测量零件的圆柱度误差,根据圆柱度误差与刀具伸长量的对比分析,判断关联关系。再如,论证误差复映对加工误差的影响时,可以选择加工余量不同的几个零件,加工后测量误差大小,然后分析误差大小与加工余量的关系,从而判断两者之间的关联性。1.2.4误差的验证。通过误差论证,找出影响误差的主要因素,然后采取相应的控制措施,控制加工误差。为了验证判断的正确性和措施的合理性,***后还要进行误差验证,只有在采取措施后误差减小或消除了,才能肯定判断是正确的,采取的工艺措施是合理的。

    2减少误差、提高加工精度的工艺措施
    减少加工误差,提高零件加工精度,关键在于两个环节,***个环节是找出误差规律或主要影响因素,第二个环节就是针对***环节的分析结果采取合理的工艺措施,***后达到减小误差的目的。影响零件加工精度的因素(原始误差)很多,需要对症下药才能有效。2.1减少原始误差对加工精度影响的常用措施。2.1.1调整误差。工艺系统中的调整主要是指工件安装位置和刀具对刀位置的调整。调整的目的是保证工件和刀具在加工过程中保持正确的相对位置。减少这类误差的主要措施有:(1)采用先进的装置、正确的方法和认真负责的态度进行调整,确保工件和刀具的正确位置;(2)粗、精加工分开,减小由于切削力的变化引起工件和刀具的位置偏移变化;(3)零件的精加工工序采用基准统一,减少工件的装夹次数。2.1.2刀具误差。刀具误差主要是指切削过程中刀具磨损引起的加工误差。减少这种误差的常用措施有:(1)选择高硬度的刀具材料,提高刀具刃磨质量,减缓刀具磨损;(2)合理选择刀具几何参数和切削参数,合理安排加工工序,充分使用冷却液等,降低切削温度,减缓刀具磨损;(3)尽量选用多刃刀具,增加切削过程的平稳性,减少冲击磨损。2.1.3度量误差。度量时产生的误差称为度量误差。减少度量误差的常用措施有:(1)根据零件加工精度要求选择合适的度量工具;(2)采用正确的度量方法和认真负责的工作态度,对于零件的关键尺寸采取多人测量等措施均可减少度量误差。同时要注意平时对量具进行定期鉴定和保养,以便保证量具的精度和使用寿命。2.1.4机床几何误差。机床几何误差主要是指机床加工时主轴回转误差、导轨导向误差和传动链的传动误差等引起的加工误差。减少这类误差的主要措施有:(1)对于提高主轴的回转精度,可以换用高精度的静***承,更换高精度的滚动轴承,对滚动轴承进行预紧等措施;(2)导轨的导向误差一旦出现,一般情况下不方便调整,只能采取预防措施,确保安装正确,合理使用,注意及时保养和检测等措施来推迟这类误差的出现。(3)机床传动链误差只影响内联传动,对于外联传动加工,可以不考虑传动链的误差。和导轨误差一样,一旦机床传动链出现误差,一般情况下不方便调整,只能采取预防措施推迟这类误差的出现。(4)调整加工方式,将机床几何误差转移到误差非敏感方向或完全不影响加工精度的方向。2.1.5工艺系统的受力变形产生的误差。减少这类误差的常用措施有:(1)提高工艺系统的刚度。调整机床主轴和导轨,提高机床的刚度;减少刀具的悬伸长度,提高刀具的刚度;合理的装夹和加工方式,提高工件的刚度;(2)采用合理的工艺措施,减小切削力的大小及切削力的变化。如合理选择刀具角度和切削用量,可以减小切削力;毛坯分组,使加工余量均匀,可以减小切削力的变化。2.1.6工艺系统的受热变形产生的误差。工艺系统在各种热因素的影响下产生热膨胀变形,导致工件和刀具之间的理想位置发生偏移,引起加工误差。减少这类误差的常用措施有:(1)控制机床的热变形。空运转预热机床,达到热平衡,在热平衡状态下进行加工;(2)合理选择切削用量、加工方式、切削刀具,减少切削热;(3)在工艺上,粗、精加工分开;(4)控制温度环境,在恒温条件下进行加工;(5)采取充分冷却和强制冷却措施进行散热。2.1.7内应力变形误差。减少内应力引起的误差,常用措施有:(1)采取时效处理和振动消除应力;(2)粗、精阶段分开加工,并安排在不同的工序中进行;(3)对于精密零件,不允许采用冷校直,只能采用热校直。减少原始误差对加工精度的影响,除了采用上述控制误差措施外,通常还可以采用均分原始误差、均化原始误差、转移原始误差等方法来减少原始误差对加工精度的影响。2.2误差补偿措施。在实际生产中,影响加工精度的因素常常非常复杂,要找到主要的影响因素并不容易,有时即使找到了主要影响因素,也不便于直接调整,这时可以考虑采用误差补偿措施。从提高加工精度考虑,在现有工艺系统条件下,误差补偿技术是一种行之有效的方法。误差补偿的常用措施有:在线测量与在线补偿、采用校正装置及其他补偿方法等。

    3结语
    随着科技的发展,对零件的精度要求越来越高,除了在传统工艺基础上采取合理工艺措施减少误差,提高精度,还可以通过融入高新技术,创新更多的新工艺新方法,形成先进制造技术,实现精密和超精密加工及纳米加工,确保零件在使用过程中的安全性、可靠性、稳定性。


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