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浅析切削加工误差产生的成因及控制措施

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浅析切削加工误差产生的成因及控制措施

发布日期:2017-08-28 作者:泰兴市永兴滤布机械厂 点击:

 1 切削加工误差产生的成因
  1.1 刀具角度误差和刀具磨损产生误差
  刀具角度对切削加工的多方面影响都很大,刀具角度要根据其本身材料,结合工件材料和加工性质等多方面综合选择的。刀具角度的改变对切削刃口的锋利程度,切削力的大小,切削深度和切屑变形的大小。表面粗糙度的优劣影响都比较明显,对刀尖强度和散热性能的影响也较突出。但是,其对尺寸精度的影响是比较隐蔽的,如刀具磨损产生尺寸误差和刀尖装得是否对准机床的迪转中心,都会对加工零件尺寸和表面粗糙度有较大影响。
  1.2 计量错误产生误差
  看错图样、图样尺寸链计算错误、机床刻度盘松动以及操作刻度盘时未消除其传动间隙等因素会造成加工误差。同时,使用量具前未校准量具或没有正确学会使用量具也会造成加工误差。例如,常用量具游标卡尺的使用,其尺身上锁紧螺钉的松紧度是影响测量误差的关键因素;使用千分尺时,测量力的手感也很关键;测量时的量点位置是否正确和阅读数值时的视线是否正对刻线等等均会造成误差。
  1.3 加工系统的刚性不足导致误差
  加工系统的刚性包含机床、工件和刀具三个方面的因素。机床的功率与切削力的大小比较。工件的刚性与刀具的刚性不足所引起的误差。尤其加工大余量的工件或者是易变形的工件时,切削用量大、刀具角度变化以及夹具刚性等综合作用也会导致误差的产生。
  1.4 工艺系统的热变形引起的误差
  工艺系统是指包含机床、工件和刀具及其他一些方面因素所组成的整个切削加工体系。机械加工中,工艺系统在各种热源(切削垫为主要热源)作用下,会引起热变形,从而破坏刀具与工件相对运动的准确性,而引起了热变形加工误差,这个热变形产生的误差还是比较大的。如热变形使机床各部件的相互位置发生变化,这个变化会导致机床的精度误差,然而,这个误差会映射到工件上形成加工误差;工件的受热变形直接造成尺寸误差和形状误差(有热变形伸长量的计算公式或热胀冷缩作参考);刀具在切削热和摩擦热的作用下体积膨胀,硬度下降,耐磨性下降,刀具寿命下降,同时造成加工过程中尺寸变化的误差。所以消除热变形产生误差的方法就是减少热源对切削加工的影响。诸如采用冷却润滑液、改进刀具角度、选用合理的加工工艺和采用弹性夹具等措施进行加工,有条件的最好在恒温下加工,以消除环境温度变化对加工带来的影响,最好的选择是使加工环境的温度和零件使用环境的温度相近。
  1.5 工件残余应力引起的误差
  一般情况下,当零件精度要求不高时,这一项可不予考虑,这主要是切削力和切削热的相互作用而导致的金属内部组织发生的不均匀的体积变化。应力集中使零件处于不稳定状态,即使在常温下,零件的内部组织也在不断变化,原有的加工精度也会逐渐下降形成加工误差。残余应力对零件或机器的精度影响成正比例关系,对零件或机器的使用寿命影响也比较大。
  1.6 机床本身精度误差导致的误差
  机床本身的精度误差所导致的误差是多方面的,这只能校验或修理机床的各部分精度来减少误差的产生,只要保证机床在最好的状态下工作即可。
  2 切削加工误差的控制措施
  切削用量的选择对切削加工的重要性可以说是重中之重。切削用量三要素之间搭配的好坏也是衡量一个车工技术水平的重要标志之一。为什么说是标志呢?它要根据机床的功率、加工的性质、刀具材料和工件材料,还有刀具几何要素、工件的形状和加工余量等一系列参数来综合衡量后,依据这些要素才进行选择的。它选择的好坏对生产率、加工质量等各方面都影响深远。所以说,切削用量三要素之间的选择搭配是每一个车削加工者都要特别注意的地方。一般的外圆加工是先试切削3~5毫米,停车测量后再进给车削,精加工一次车削到零件尺寸,也叫试切削法。这是一般精度零件加工时的车削方法。可是很多人把它应用到精加工中去,这样虽然节约了走刀时间,提高了生产率,但是容易造成尺寸误差和表面粗糙度误差的不统一。因为在接刀时,存在切削用量的变化而引起切削力变化现象,导致尺寸误差和表面粗糙度值不一致等问题的产生。精车外圆时,要同时保证外圆的尺寸精度、形状精度和较低的表面粗糙度值,切削用量的选择显然至关重要。它的选择存在着不易引人注意的技巧问题。即两次车削加工均等地精车外圆,笔者无论在生产中还是在教学中都会得到令人满意的结果。为保证零件的尺寸精度又保证零件的表面粗糙度。应把精车余量均等地分二次进刀,顺序是:第一步,测量精车余量(必须要保证外圆不能有太大的跳动,否则要车削掉跳动以后再开始第一步);第二步,把精车余量分成两等份;第三步,精车第一等份精车余量;第四步,测量并在中滑板上进给应加工的余量(即第二次终精加工)。这里要注意:必须要保证两次加工要尽量用相同的切削速度、切削深度和进给量,这样就可以同时保证尺寸精度和表面粗糙度达到加工要求。其原理是保证精加工的两刀尽量在相近的环境下切削。这样才不会因切削要素的不同而造成尺寸和表面粗糙度的误差。因为:只要加工系统的间隙存在或者加工系统的变形存在,切削用量三要素中任何一个要素量的改变都会引起尺寸精度的变化。车削速度、切削深度和进给量任意一个要素的改变都会引起切削力的变化,而切削力的变化引起车床间隙或者让刀量产生变化,而且对尺寸精度和表面粗糙度的影响都比较大,有时尺寸误差达十几丝,表面粗糙度的误差也很明显。在生产实践中,有些车削技术人员在批量精车外圆时经常会采用在中滑板或者刀架上打上百分表来控制尺寸精度,可是由于工件上加工余量的不同——实质上是切削用量之切削深度发生改变,这时也会造成尺寸误差,他们往往百思不得其解。因此,在批量生产条件下,为了提高生产率,一般在精加工余量的要求中,尽量保证精加工余量相等也不是没有道理的。
  通过多次加工验证后会发现,均等地分二次精加工进刀对保证外圆的尺寸精度、形状精度和较好的表面粗糙度是多么地实用。因此,在单件小批量加工中,掌握分两刀精车外圆的方法是非常有有效的。这一点也同样适用于内圆柱面的加工和其他切削加工(铣、镗等工种)技术人员的使用,尤其适用数控编程技术人员的使用,而且生产实习教学效果明显。因其可操作性较强,所以每个操作人员都可以借鉴验证它在生产加工中的合理性。
  综上所述,精车外圆时产生尺寸超差的因素是多方面的,有时我们没有办法去分析并区分出是那点原因导致的加工误差。所以要保证尺寸精度、形位精度和表面粗糙度的要求,就必须掌握产生误差的各方面原因分析,不但要知其然,还要知其所以然。只要我们把理论分析与实践技能有机地结合起来,融会贯通,形成比较完整和系统的知识,真正掌握切削加工技巧的一些要点就能提高零件切削加工的质量。

 

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