機(jī)械加工工藝技術(shù)誤差分析與控制
機(jī)械加工工藝技術(shù)在一定程度上決定了機(jī)械產(chǎn)品的精確度和可靠性,下面是小編搜集整理的一篇探究機(jī)械加工工藝技術(shù)誤差分析的論文范文,供大家閱讀參考。
摘 要:機(jī)械加工過程中過量的誤差影響機(jī)械產(chǎn)品性能。在研究分析機(jī)械加工工藝技術(shù)誤差來源的基礎(chǔ)之上,確定了誤差來源,主要包括定位誤差、機(jī)床制造誤差和工具幾何誤差;分析了相應(yīng)的誤差控制方法,包括誤差補(bǔ)償法、直接減小誤差法和誤差分組法,并加以比較;最終提出了三種誤差控制方法在不同機(jī)械加工中的應(yīng)用特征。對(duì)實(shí)踐工作有參考價(jià)值。
關(guān)鍵詞:機(jī)械產(chǎn)品;加工工藝;誤差分析;誤差控制;精度
近年來,受產(chǎn)品精細(xì)化發(fā)展趨勢(shì)的影響,人們對(duì)機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高。然而在實(shí)際過程中,加工所得產(chǎn)品的參數(shù)與規(guī)劃設(shè)計(jì)之間總是不可避免地存在一定誤差,如果誤差超過標(biāo)準(zhǔn)范圍,必然會(huì)影響其使用性能。因此,必須加強(qiáng)機(jī)械加工工藝技術(shù)中的誤差分析,并在此基礎(chǔ)上探尋提升工藝技術(shù)的措施,從而確保產(chǎn)品質(zhì)量最優(yōu)化。
1、機(jī)械加工工藝
在機(jī)械加工中,工藝員根據(jù)加工設(shè)備條件、待加工產(chǎn)品數(shù)量,以及工人加工素質(zhì)等實(shí)際情況,確定應(yīng)采用的工藝過程,并把相關(guān)加工內(nèi)容和要求制成工藝文件,這些工藝文件也稱為工藝規(guī)程,是組織生產(chǎn)的重要技術(shù)文件。由于各個(gè)工廠的實(shí)際生產(chǎn)情況和工藝流程各不相同,因此工藝規(guī)程的針對(duì)性較強(qiáng)。
所謂機(jī)械加工工藝過程,是指通過機(jī)械加工改變毛坯的表面質(zhì)量、尺寸與形狀等,使其成為零件的過程。例如,一個(gè)普通零件的粗加工、精加工、裝配、檢驗(yàn)、包裝等過程,為一套完整的機(jī)械加工工藝過程。以上過程中所采用的技術(shù),稱作機(jī)械加工工藝技術(shù)。
2、誤差來源
在機(jī)械加工工藝過程中,會(huì)受到加工環(huán)境、人員操作以及車床自身等因素的影響,導(dǎo)致加工所得工件與設(shè)計(jì)尺寸之間存在較大差異,尤其是對(duì)于一些對(duì)緊密度要求較高的“高精尖”設(shè)備,如果誤差過大,將會(huì)失去利用價(jià)值,造成材料浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失。因此,必須詳細(xì)分析機(jī)械加工工藝技術(shù)誤差來源,為誤差控制奠定基礎(chǔ)[1]。
2.1、定位誤差
在利用機(jī)床進(jìn)行產(chǎn)品加工時(shí),往往需要選擇該產(chǎn)品上的某一幾何要素作為定位基準(zhǔn)。然而,受到人為操作或零件自身因素的影響,很容易導(dǎo)致基準(zhǔn)定位不準(zhǔn)確,為后期機(jī)械加工造成負(fù)面影響。通常來說,在機(jī)械加工階段所產(chǎn)生的定位誤差主要分為兩大類:定位參照誤差和基準(zhǔn)不重合誤差。
2.1.1、定位參照誤差
使用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行機(jī)械加工時(shí),工件是以計(jì)算機(jī)上的數(shù)字模型為基準(zhǔn),通過程序控制指令進(jìn)行復(fù)制加工。然而,如果數(shù)字模型與待加工工件之間的定位參照存在明顯誤差,就會(huì)導(dǎo)致后期出現(xiàn)配合間隙,所加工出來的工件與模型之間存在較大差距,難以滿足實(shí)際使用需求,造成材料浪費(fèi)。
2.1.2、基準(zhǔn)不重合誤差
除了參照計(jì)算機(jī)數(shù)字模型進(jìn)行工件加工外,還可利用已有的實(shí)際工件進(jìn)行工件加工復(fù)制。在加工之前,需要將標(biāo)準(zhǔn)件與加工模板對(duì)齊,保證兩者之間的基準(zhǔn)重合。然而,由于加工過程中會(huì)產(chǎn)生機(jī)床振動(dòng),導(dǎo)致兩者之間的基準(zhǔn)出現(xiàn)偏差(如圖1所示),如果不能及時(shí)進(jìn)行基準(zhǔn)調(diào)整,后期加工出來的工件往往會(huì)出現(xiàn)變形等問題。
2.2、機(jī)床制造誤差
根據(jù)機(jī)床制造誤差的產(chǎn)生來源,可將其分為三類:傳動(dòng)鏈誤差、導(dǎo)軌誤差和主軸回轉(zhuǎn)誤差。
2.2.1、傳動(dòng)鏈誤差
機(jī)床傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)來自位于機(jī)床兩端的傳動(dòng)滾筒引導(dǎo)。由于兩端滾筒存在一定的水平高度差,因此在相對(duì)運(yùn)動(dòng)階段就會(huì)產(chǎn)生傳動(dòng)誤差。通常來說,這種傳動(dòng)誤差并不會(huì)直接影響機(jī)床工件的加工精度。然而,由于機(jī)床自身裝配和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的制約,傳動(dòng)鏈在運(yùn)動(dòng)過程中,還會(huì)使得機(jī)床其他構(gòu)件發(fā)生同步運(yùn)動(dòng),有可能對(duì)機(jī)床工件的加工精度造成負(fù)面影響。
2.2.2、導(dǎo)軌誤差
機(jī)床導(dǎo)軌除了用于固定工件外,還能夠?yàn)楣ぜ鶞?zhǔn)位置的確定提供參考依據(jù)。然而,隨著機(jī)床使用年限的增長(zhǎng),導(dǎo)軌表面磨損、不均勻等問題也會(huì)逐漸突顯,如果仍以導(dǎo)軌作為衡量基準(zhǔn),必然會(huì)產(chǎn)生誤差。
2.2.3、主軸回轉(zhuǎn)誤差
導(dǎo)致主軸回轉(zhuǎn)誤差的因素較多,除了軸承自身磨損、老化外,還有在加工階段出現(xiàn)的同軸轉(zhuǎn)速誤差、主軸繞素誤差,以及回轉(zhuǎn)誤差等。由于主軸在機(jī)械加工中發(fā)揮主要作用,因此其一旦出現(xiàn)回轉(zhuǎn)誤差,將直接影響零件加工精度[2]。
2.3、工具幾何誤差
除了上述必要加工設(shè)備外,在進(jìn)行機(jī)械加工時(shí),還需應(yīng)用到各類輔助工具,如果工具選用不合理,或是工具本身存在一定問題,也有可能導(dǎo)致機(jī)械加工過程中出現(xiàn)誤差。以?shī)A具為例,其主要作用是將被加工模板固定在機(jī)床上,其產(chǎn)生的幾何誤差主要體現(xiàn)在兩方面:一是夾具在長(zhǎng)期使用過程中,出現(xiàn)磨損或松動(dòng),導(dǎo)致工件固定不穩(wěn),那么后期加工就容易出現(xiàn)工件位移,造成加工誤差(如圖2所示);二是夾具的加工位置出現(xiàn)偏差。以刀具為例,其作為一種易耗材料,在工件加工過程中必然會(huì)出現(xiàn)一定磨損(如圖3所示)。磨損到一定程度后,在預(yù)定的加工時(shí)間內(nèi)就難以取得預(yù)期的加工效果,使得工件尺寸、加工進(jìn)度等都無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。除了刀具精度以外,刀具種類的選擇、刀具尺寸的.選用等,也會(huì)成為影響機(jī)械加工工藝的重要因素。
3、機(jī)械加工工藝技術(shù)誤差控制
3.1、誤差補(bǔ)償法
誤差雖然不可避免,但可通過人為參數(shù)修改和機(jī)械調(diào)整實(shí)現(xiàn)誤差補(bǔ)償,達(dá)到誤差控制的目的。實(shí)施該方法的前提條件是機(jī)械加工中的誤差可見,即在進(jìn)行加工之前,相關(guān)設(shè)備管理人員能夠清晰了解造成工件加工誤差的直接原因,從而以此為出發(fā)點(diǎn),有針對(duì)性地采用誤差補(bǔ)償措施。例如,在制作數(shù)控機(jī)床上的滾珠絲杠時(shí),考慮到其后期會(huì)因頻繁操作出現(xiàn)磨損,導(dǎo)致其螺距減小,因此在裝配時(shí)預(yù)加了一拉伸力,間接增長(zhǎng)了其螺距,從而能夠有效避免上述問題。
3.2、直接減小誤差法
對(duì)于一些單獨(dú)工件,往往不適宜采取誤差補(bǔ)償法。對(duì)于這些一次性加工完成的工件來說,其誤差的產(chǎn)生主要來源于加工硬件的精度,例如章節(jié)2.3中提到的刀具誤差、夾具誤差等。因此對(duì)于此類問題,首先需分析影響工件誤差的決定性因素,隨后采取直接減小誤差法。直接減小誤差法的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下兩方面:首先,極大簡(jiǎn)化了機(jī)械加工流程[3]。與其他幾類誤差處理方法相比,直接減小誤差法不需在后期進(jìn)行設(shè)備調(diào)整和器具更換,因此極大提升了機(jī)械加工效率;其次,誤差處理效果好。直接減小誤差法的目的是從機(jī)械加工的源頭上進(jìn)行誤差防控,從而避免后續(xù)加工過程中不可控因素的發(fā)生。
3.3、誤差分組法
在機(jī)械加工工藝過程中,有時(shí)會(huì)出現(xiàn)下列問題:雖然其中一個(gè)工序的工藝能力充足、加工精度穩(wěn)定,但在上一工序?qū)Π氤善返募庸r(shí),由于精度太低,引起復(fù)映誤差或定位誤差過多,從而難以保證精度。若要求提供上一工序加工精度或毛坯精度,通常不是經(jīng)濟(jì)合理的做法。這時(shí)可采用誤差分組法,將半成品或毛坯尺寸按照誤差大小分成若干組,每組毛坯誤差就會(huì)相應(yīng)縮小[4]。爾后,調(diào)整工件與刀具的相對(duì)位置,或調(diào)整定位元件,以縮小整批工件尺寸分布范圍。誤差分組法的優(yōu)點(diǎn)在于能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并修改誤差。在章節(jié)3.1和3.2的兩種誤差控制方法中,一旦在工件加工過程中出現(xiàn)明顯誤差,只能終止加工過程,影響整個(gè)工件的加工效率。誤差分組法可在加工過程中實(shí)現(xiàn)誤差分化,從而確保機(jī)械加工的持續(xù)性和經(jīng)濟(jì)性[5]。
4、結(jié)語
機(jī)械加工精確度是衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)技術(shù)水平的標(biāo)尺之一。在我國(guó)工業(yè)發(fā)展由“中國(guó)制造”向“中國(guó)創(chuàng)造”轉(zhuǎn)變的過程中,保證機(jī)械加工工件的精確性和可靠性,已逐漸成為機(jī)械加工行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)問題。
客觀來說,機(jī)械加工誤差是不可避免的,但只要將誤差控制在允許范圍內(nèi),就不會(huì)對(duì)工件使用產(chǎn)生明顯影響。因此,需要不斷優(yōu)化機(jī)械加工工藝技術(shù),做好加工階段的質(zhì)量檢測(cè),為機(jī)械加工的精確度提供必要保證。
參考文獻(xiàn)
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