數(shù)控銑削加工精度與加工誤差分析
數(shù)控銑床就是按照加工要求預(yù)先編制程序,由數(shù)字控制系統(tǒng)發(fā)出數(shù)字量作為指令信息對工件進行自動加工的銑床。在整個數(shù)字控制系統(tǒng)中將主軸起停、主軸變速、進退刀、刀具與工件相對位移等操作都用數(shù)字化來表示,大大的提高了整個加工過程中的穩(wěn)定性,從而提高了數(shù)控銑削的加工精度,減小了加工誤差。但是,由于存在數(shù)控銑床本身的精度和加工過程中的控制誤差,所以,提高加工精度和降低加工誤差仍是反映數(shù)控銑床加工能力的重要方面。
一.?dāng)?shù)控銑床系統(tǒng)誤差對加工誤差和加工精度的影響及補償
1. 數(shù)銑工藝系統(tǒng)的幾何誤差。由于數(shù)控銑床系統(tǒng)中各組成環(huán)節(jié)的實際幾何參數(shù)和位置相對于理想幾何參數(shù)和位置也會發(fā)生偏離而引起誤差,所以也會存在幾何誤差。
例如螺距誤差,在數(shù)控銑床的定位精度主要取決于絲杠,目前使用的高精密滾珠絲杠也會存在一定的螺距誤差。為了減小這種影響,一般采用螺距誤差補償,主要是將某軸的實際運動位置和高精度測量系統(tǒng)測量結(jié)果進行對比,并記錄對比誤差,這樣數(shù)控系統(tǒng)可在該軸運動到該位置時自動進行誤差補償。
又例如數(shù)控銑床關(guān)鍵部位加工精度決定了數(shù)銑工件的加工精度等級。目前簡易型數(shù)銑其最小運動分辨率為0.01mm,運動精度和加工精度都在0.03mm以下,超精密型用于特殊加工其精度可達0.001mm以下。
表1 數(shù)控銑床精度特征
精度項目 | 普通型 | 精密型 |
單軸定位精度mm | 0.02/全長 | 0.005/全長 |
單軸重復(fù)定位精度mm | 0.008 | <0.003 |
銑圓精度mm | 0.03~0.04/Φ200 | 0.015/Φ200 |
由上表可以看出,定位精度和重復(fù)定位精度綜合反映了該軸在加工過程中是否穩(wěn)定可靠的工作。
2. 數(shù)銑工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差。數(shù)銑工藝系統(tǒng)在切削力、夾緊力、重力和慣性力等作用下會產(chǎn)生變形,從而破壞工藝系統(tǒng)各組成部分的相互位置關(guān)系,產(chǎn)生加工誤差并影響加工過程的穩(wěn)定性。
補償措施:
(1)提高接觸剛度,改善機床主要零件接觸面的配合質(zhì)量,如機床導(dǎo)軌及裝配面進行刮研。
(2)設(shè)輔助支承,提高局部剛度,如細長軸加工時采用跟刀架,提高切削時的剛度。
(3)采用補償或轉(zhuǎn)移變形的方法。
3. 數(shù)銑工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差。在加工過程中,由于受切削熱、摩擦熱及工作場地周圍熱源的影響,工藝系統(tǒng)的溫度會產(chǎn)生復(fù)雜的變化。在各種熱源的作用下,工藝系統(tǒng)會發(fā)生變形,導(dǎo)致改變系統(tǒng)中各組成部分的正確相對位置,使工件與刀具的相對位置和相對運動產(chǎn)生誤差。
補償措施:
(1)機床結(jié)構(gòu)設(shè)計采用對稱式結(jié)構(gòu)。
(2)采用主動控制方式均衡關(guān)鍵件的溫度。
(3)采用切削液進行冷卻。
(4)加工前先讓機床空轉(zhuǎn)一段時間,使之達到熱平衡狀態(tài)后再加工。
(5)改變刀具及切削參數(shù)。
(6)大型或長工件,在夾緊狀態(tài)下應(yīng)使其末端能自由伸縮
(7)熱變形補償,例如通過測量機床主要部件的溫度變化和熱變形量,建立熱變形量與溫度的函數(shù)式并輸入系統(tǒng),在加工過程中通過溫度測量進行相應(yīng)的補償。
二.?dāng)?shù)控編程工藝對加工誤差和加工精度的影響及補償措施
1. 加工路線因素
(1)進退刀方式對工件輪廓加工精度影響較大,由于存在刀具直徑、機床進給速度突變等原因,所以盡可能采取圓弧切入切出。
(2)數(shù)銑加工盡量采用順銑,有利于提高加工表面質(zhì)量,同時也可以提高刀具壽命。但有些情況下卻應(yīng)該采用逆銑的方式:例如工件表面有硬化或夾砂時,需要采用逆銑, 可以防止刀具損傷;加工非金屬材料特別是含纖維材料時,采用逆銑才可完全切斷纖維,獲得較高的加工精度。
圖 3 順銑和逆銑 a)順銑 b)逆銑
(3)如下圖中所示,在數(shù)銑孔的路線選擇中,如果對位置精度要求不高的話,應(yīng)選擇a圖中所示,采用了最短加工路線,但會產(chǎn)生Y向誤差;如果對位置精度要求較高,則應(yīng)選擇b 圖中所示加工路線,雖然加工路線較長,但避免了Y向誤差。
圖4 數(shù)銑孔加工路線選擇
2. 編程原點的確定。編程原點存在尺寸公差換算所引起的誤差,所以編程原點的選擇直接影響零件加工誤差和精度。
補償措施:
(1) 為避免尺寸鏈換算,應(yīng)選取數(shù)值計算簡單的點。
(2) 盡量選擇精度較高的表面,
(3) 盡可能選擇設(shè)計基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)。
三.工件本身和人為因素對數(shù)銑加工精度和加工誤差的影響和補償
1. 工件內(nèi)應(yīng)力引起的加工誤差。內(nèi)應(yīng)力是工件自身的誤差因素。工件經(jīng)過冷熱加工后會產(chǎn)生一定的內(nèi)應(yīng)力。通常情況下,內(nèi)應(yīng)力處于平衡狀態(tài),但對具有內(nèi)應(yīng)力的工件進行加工時,工件原有的內(nèi)應(yīng)力平衡狀態(tài)被破壞,從而使工件產(chǎn)生變形。
補償措施:
(1)合理設(shè)計零件結(jié)構(gòu),設(shè)計零件時盡量簡化零件結(jié)構(gòu)
(2)合理安排工藝過程,如粗精加工分開,使粗加工后有充足的時間讓內(nèi)應(yīng)力重新分布,保證工件充分變形,再經(jīng)精加工后,就可減少變形誤差。
(3)對工件進行熱處理和時效處理。
2. 測量誤差。在工序調(diào)整及加工過程中測量工件時,由于測量方法、量具精度及工件和環(huán)境溫度等因素對測量結(jié)果準(zhǔn)確性的影響而產(chǎn)生的誤差,都統(tǒng)稱為測量誤差。
結(jié)論
除了上述數(shù)銑機床本身系統(tǒng)誤差和編程工藝誤差、人為誤差外,還有其他一些因素,在實際的加工過程中都要考慮進去,這就需要在進行加工過程中,能夠了解并有效地限制這些因素,才能減小加工誤差,提高加工精度。
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