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機械工程加工精度的影響因素分析研討

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相對於人類社會的發展需求而言,機械工業是國民經濟發展的重要基礎,作爲現代化工業產品的重要生產環節,機械加工是利用機械手段針對相關工件進行加工製造的過程。隨着高尖科技的不斷創新與發展,對於機械元件加工的精度要求愈來愈高,針對影響機械加工精度的誤差成因,如何在機械加工過程中避免或減小機械部件的精度誤差,提高和優化機械產品的加工質量及其性能,成爲現代機械加工製造領域廣爲關注的技術問題。

機械工程加工精度的影響因素分析研討

一、機械加工精度的概念及內涵

機械加工是根據相關工件的外形尺寸或性能結構設計需求,以車牀、銑牀、鑽牀、磨牀、衝壓機、壓鑄機等專用機械加工設備爲介質,採用一定的技術加工手段來進行機械工件產品製作的過程。根據被加工機械元件所處的溫度狀態,機械加工通常分爲冷加工和熱加工兩種方式。

機械加工精度是指相關工件在加工完成後所具有的包括尺寸大小、幾何形狀以及各表面相互位置等參數的實際值,與其預先設計應具備的理想幾何參數需求比對的相符程度。加工精度通常包括尺寸精度、形狀精度和位置精度等方面的內容,尺寸精度用來限制加工表面與其基準間尺寸誤差的範圍,形狀精度用來限制加工表面宏觀幾何形狀誤差,位置精度用來限制加工表面與其基準間的平行度、垂直度、同軸度等相互位置誤差。由於加工機械的性能、技術方法、生產條件等因素的不同影響,機械加工出來的相關零件在其尺寸、形狀和表面相互位置參數與理想參數總是存在一定的偏離誤差,在數值上通常採用加工誤差的大小來表示加工精度。機械元件的加工精度和表面質量等加工質量、是保證相關機械產品裝配質量的基礎,加工誤差的大小反映了加工精度的高低。

二、機械加工誤差及其產生的原因

任何零件在加工過程都會存在加工誤差,其來源是由於機牀一夾具一工件一刀具存在誤差;我們把“機牀一夾具一工件一刀具”構成一個完整的系統,稱爲工藝系統。也即工藝系統的誤差,是造成零件加工誤差的根源,故稱之爲原始誤差。工藝系統誤差是“因”,加工誤差是“果”。原始誤差與加工誤差是一個因果關係,就是說因爲有原始誤差的存在,所以零件一定存在着加工誤差。因此,有多方面的因素對此係統產生影響,引起加工誤差,歸納起來有以下幾方面的因素:

(一)工藝系統幾何誤差。包括機牀、夾具、刀具的製造和磨損。尺寸鏈誤差,機牀傳動鏈的靜態和動態調整誤差及工件、夾具、刀具的安裝誤差。其還包括定位誤差,一是基準不重合誤差:

定位基準與設計基準不重合時所產生的基準不重合誤差,只有在採用調整法加工時纔會產生,在試切法加工中不會產生。二是定位副製造不準確誤差:工件在夾具中的正確位置是由夾具上的定位元件來確定的。基準不重合誤差的方向和定位副製造不準確誤差的方向可能不相同,定位誤差取爲基準不重合誤差和定位副製造不準確誤差的矢量和。

(二)工藝系統熱變形產生的誤差。包括機牀、刀具和工件熱變形以及環境溫度變化所產生的誤差。在加工過程中,由於受切削熱、摩擦熱以及工作場地周圍熱源的影響,工藝系統的溫度會產生複雜的變化,工藝系統會發生變形,改變了系統中各組成部分的正確相對位置,導致了加工誤差的產生。

(三)工藝系統力效應產生的誤差。包括彈性及塑性變形產生的誤差(工藝系統剛性不足或變形引起的誤差),工件的夾緊誤差,離心力和傳動力以及材料本身的殘餘應力引起的誤差等。

現在影響最大的是內應力重新分佈引起的誤差沒有外力作用而存在於零件內部的應力,稱爲內應力。工件上一旦產生內應力之後,就會使工件金屬處於一種高能位的不穩定狀態,它本能地要向低能位的穩定狀態轉化,並伴隨有變形發生,從而使工件喪失原有的加工精度。內應力的產生:在熱處理工序中由於工件壁厚不均勻、冷卻不均、金相組織的轉變等原因,使工件產生內應力。

冷校直產生的內應力:絲槓一類的細長軸經過車削以後,棒料在軋製中產生的內應力要重新分佈,產生彎曲。

(四)由於人的情緒和技術水平的不穩定所引起的加工誤差。

三、機械加工工藝系統誤差

(一)機牀的幾何誤差。在零件的實際加工中,刀具相對於工件的成形作用主在都是透過機牀完成的,因此,工件的加工精度在很大程度上取決於機牀的精度。而機牀製造誤差對工件加工精度影響較大的有:主軸迴轉誤差、導軌誤差和傳動鏈誤差。且不難發現,機牀的磨損將使機牀工作精度下降。

(二)刀具的幾何誤差。任何刀具在切削過程中,都不可避免地要產生磨損,並由此引起所加工零件件尺寸和形狀地改變。正確地選用刀具材料和選用新型耐磨地刀具材料,正確地採用冷卻液、合理地選用刀具幾何參數和切削用量,正確地刃磨刀具等,都可以有效地減少刀具地尺寸磨損,從而提高所加工零件的精準度。而必要的時候還可以採用補償裝置對刀具尺寸磨損進行自動補償。

(三)定位誤差。①基準不重合誤差:在零件圖上用來確定某一表面尺寸、位置所依據的基準稱爲設計基準。在工序圖上用來確定本工序被加工表面加工後的尺寸、位置所依據的基準稱爲工序基準。一般情況下,工序基準應與設計基準重合。在機牀上對工件進行加工時,必須選用工件上若干幾何要素作爲加工時的定位基準,如果所選用的定位基準與設計基準不重合,那麼就會產生基準不重合誤差。基準不重合誤差等於定位基準相對於設計基準在工序尺寸方向上的最大變動量。②定位副製造不準確誤差:工件在夾具中的正確位置是由夾具上的`定位元件來確定的。夾具上的定位元件不可能按基本尺寸製造得絕對準確,它們的實際尺寸都允許在分別規定的公差範圍內變動。同時,工件上的定位基準面也會有製造誤差。工件定位面與夾具定位元件共同構成定位副,由於定位副製造的不準確和定位副間的配合間隙引起的工件最大位置變動量,稱爲定位副製造不準確誤差。

(四)工藝系統受熱變形引起的誤差。工藝系統熱變形對加工精度的影響比較大,特別是在精密加工和大件加工中,由熱變形所引起的加工誤差有時可佔工件總誤差的40~70%。機牀、刀具和工件受到各種熱源的作用,溫度會逐漸升高,同時它們也透過各種傳熱方式向周圍的物質和空間散發熱量。當單位時間傳入的熱量與其散出的熱量相等時,工藝系統就達到了熱平衡狀態。