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2機械加工的誤差分析
2.1機床自身運轉的制造誤差
作為一種機械,機床本身也存在著誤差,并且隨著使用時間的加長,誤差會越來越大。機床所產生的誤差主要有主軸回轉誤差、導軌的位置誤差、傳動鏈的傳遞誤差。主軸的實際回轉軸線與其理論回轉軸線之間的變動所產生的誤差,即所謂的主軸的回轉誤差,在加工回轉件時,回轉誤差的存在對零件的同軸度、撓度、圓跳動等造成了嚴重的影響,減低了零件的精度。對于機床來說,導軌的位置是決定其加工零件的精度的關鍵要素,導軌的位置誤差的存在對于零件的加工非常不利,分析其位置誤差的產生原因,主要是由于導軌安裝不當而產生的安裝誤差,還有就是導軌自身的制造精度問題,以及導軌在長時間的使用下逐漸產生的變形誤差。傳動鏈為機床運轉傳遞所需要的動力和能量,一旦出現誤差將會對機器的相對運轉造成不利影響,進而影響零件的精度。
2.2機床用具的誤差
機床的用具分為兩種,即刀具和夾具,相比較而言,夾具產生的誤差要遠遠大于刀具產生的誤差。在使用過程中,刀具會產生不同程度的磨損,進而引起零件的加工誤差,不同的機床所使用的刀具也是不同的,因此所引發的零件的誤差程度也不盡相同,一般來說,刀具所導致的誤差并不明顯。而機床夾具在機械加工中是必不可少的輔助設備,其作用就是用來對刀具、零件和機床的位置進行控制,所以夾具產生的誤差較為顯著。
2.3機械加工過程中的定位誤差
基準點不重合以及定位副自身誤差的存在導致在機械加工過程中產生定位誤差。對于機械加工來說,基準點的精準性非常重要,通產要與設計中的基準點重合,否則就會產生很大的誤差,嚴重影響零件的精度。工件的基準面和夾具的定位面組成了定位副,因此,如果夾具的定位面的制造精度不夠,或者定位面上有雜物,就會引起定位不準,從而產生制造誤差。
3降低誤差的措施
為降低零件的誤差,可以采取相應的措施。首先,盡量減少加工中的直接誤差的產生,分析可能出現的誤差,在機械設計之初就對這部分誤差進行充分的考慮,并采取合理措施加以降低或消除,還要針對誤差選擇適當的機床和夾具。其次,有些誤差是不能消除也無法避免的,只能進行補償,這就需要對已知的誤差量進行分析,采取添加原料或加工尺寸留下余量等方式進行誤差的彌補。最后,對于已經加工完成的存在誤差的零件進行分組使用,將加工好的半成品或成品根據其誤差的大小和范圍進行分組匹配或進一步加工,這種方法不僅相對簡單,還具有很強的經濟性。
1.2刀具的幾何誤差刀具是進行零部件加工的最直接工具,刀具的誤差也會直接影響到零件的整體精度,而制造一種零件的時候會選用固定的刀具尺寸,形狀,組合,這些選擇是基于制造合格的零件的要求的,然而刀具的選用過程中難免會出現一些不合格或者質量未達標的產品,每一個刀具的精度都會直接影響到整體的制造效果,幾何誤差會隨著時間的推移逐漸的變大。還有就是夾具的幾何上的誤差,所謂的夾具就是讓工件保持制造零件所需要的合理正確的位置,夾具的誤差也會直接影響到工件的品質和精度。
1.3定位誤差首先是基準不重合的誤差。在設計之初就用某些特定的符號在零件的圖上面確定所有位置的尺寸,稱作設計基準。通過工序圖來確認經過加工后的零件的表面的尺寸位置所遵循的標準為工序基準,通過機床對零件進行加工的時候要注意到通過以上幾種方法進行基準定位,因為基準定位準確能夠保證零部件的精度,但是基準出現誤差的話,部件的精度也會受到影響。其次就是定位不準造成的一定程度上的誤差,因為在實際的操控過程中夾具上的定位原件完全準確的可能性不太大,它們不可能按照基本尺寸制造,這里我們就會說道一個概念那就是公差范圍內的變動,這種變動是一個范圍值,在這個范圍內的變動都是允許的,一旦超過這個變動就會產生我們常說的定位副制造不準確誤差。
1.4工藝系統受力變形產生的誤差首先是工件的剛度,剛度直接影響到部件的加工過程,因為剛度能夠達到標準才能制造出合格的產品,但是如果剛度不合格的話就會造成加工過程中工件因為剛度過低而降低了精度或者被損壞。其次是刀具的剛度,進行加工的時候刀具需要對工件進行雕琢,刀具的剛度要高于工件的剛度且安裝位置正確。第三是機床部件的剛度,一套完整的機床的組成結構是十分復雜的,零件眾多,一般機床部件的剛度都是通過實驗方法實現的。
1.5機床加工工藝系統受熱變形引起的誤差熱量是影響機床加工工藝的另外一個因素,由于機床是處于運轉狀態,很容易產生熱量,通過觀察我們可以發現,因為熱量造成的加工誤差可能會占到總數誤差的一般,整個機床,刀具和工件受到外界的很多熱源的影響會升溫,機床本身也會有一定的溫度。
1.6調整誤差在機床的使用過程中一定要定期的進行維護以保證機床設備的正常運轉。
2.提高機械加工質量和精度的方法
2.1對癥下藥,那些機床加工部件容易出現誤差要認真對待,選用質量過硬的部件,比如夾具,刀具和一些其他的基本的工具的精度和剛度,控制好溫度以免造成誤差,在日常的維護工作當中要及時的發現誤差,找到根本原因進行改正,精密的加工更是需要提升整個機床的精度以達到相應的要求。
2.2誤差補償發現誤差之后通過人為制造出相應的誤差進行補償使得部件達到相應的標準。
2.3分化誤差,出現一定程度上的誤差之后需要把原始的誤差進行分化,找出誤差的反應出的基本情況及基本規律特征,也就是說把風險的統一調整劃分,將誤差類別想死的工件集中到一起,使得誤差的影響分散到幾個不同的部分,分化誤差造成的影響。
工件在機床上的加工精度主要依靠加工刀具來保證,機床上的加工刀具精度高就會使工件在制造過程中得到良好的精度。機床制造誤差,對工件的精度顯著效果。主要的表現形式為:機床主軸回轉誤差、設備傳動鏈誤差和機床導軌誤差。機床在長時間的使用后會出現不同程度的磨損,這樣就會使設備的加工精度受到影響然后下降。
1.2刀具誤差影響
使用類型不同的工具,會對不同工件加工精度產生影響。在機床加工過程中采用成形刀具進行零件工件的加工,成形刀具自身制造的質量會對被加工的工件精度產生影響;但是如果加工過程中機床采用普通刀具時,其刀具自身制造質量的好壞不會對被加工的零件產生影響,進而精度也不會受到波動。因此刀具的幾何誤差修正主要對應它所對應的夾具工具,不受到機器固定位置的影響。
1.3定位誤差影響
第一基準位置產生錯誤。零件圖中一般都會設計基準尺寸、表面尺寸等,基準位置是指可以制造的設計標準。在機器工作過程中,需要對設計圖進行處理,確定表面尺寸的加工過程步驟,進行參照基準位置的定位過程。當定位基準時的選擇和需要加工基準的尺寸不匹配時,工件的加工將會產生錯誤。第二不準確的定位誤差。夾具定位不能夠按照絕對精度的基本尺寸來執行,它們的實際尺寸,被允許在允許的范圍中指定的變化。在加工過程中對尺寸的定位不準確或者加工配合間隙較大都會造成工件位置的變動,進而影響了工件精度。
1.4工藝誤差影響
第一是工件本身的材料性質。機床刀具的剛性如果小于加工工件的剛性,就會出現剛性力不足引起的誤差,在切削過程中工件的變形效果明顯。第二,刀具的剛性。我們在車零件外圓時由于加工表面法線剛度很大,外表面的尺寸變形可以忽略不計。但是鏜直徑較小的內孔,機床的刀具通常情況下會出現受力變形,在運動過程中就會對孔加工精度造成誤差。第三,機器零件的剛性。機床自身存在許多的機械零件,在加工過程中無法準確的確定機械零件的剛度,無法準備測算出零件對工件造成的影響,目前工件加工過程中對機床自身的剛性一般忽略不計。
2采用工藝方法提高加工精度
2.1減少原有的錯誤
最大限度地減少精密測量工具本身精度的測量誤差,減少變形誤差應力,控制機床零件的熱變形誤差,對于磨損的工具,儀器要盡早更換,減少零件制造過程中的誤差。為了達到提高零件加工精度的目的,需要對誤差產生的原因進行進一步的分析,并采取適當的措施以解決導致誤差的錯誤,降低工具和刀具的形狀誤差,使用精密零件的幾何精度的機械加工精度,剛度和熱變形控制處理,最大程度地減少刀具加工過程對零件尺寸的影響。
2.2誤差補償方法
通過對零件的加工圖紙進行分析,得到一些可能出現的誤差情況,然后采取人為的誤差進行尺寸補償,通過誤差補償方法控制工件加工精度。通過這些人工的補償方法以改善所希望達到的精確度,減少零件加工的誤差,達到提高工件加工精度的目的。
2.3分化誤差方法機械
加工中往往會出現大批量的加工過程,為了提高零件的整體加工精度,可采取分批管理,分解加工誤差的方法,使之分批狀態下零件的誤差保持相對值。根據誤差反映規律,首先將加工零件按照尺寸的大小分為若干組,這樣每組工件的尺寸范圍就縮減到一個固定的范圍,然后每組都根據各自的誤差范圍采用一個基準尺寸,分別進行刀具的選擇和刀具相對零件位置的確定,使各組工件的尺寸誤差范圍波動基本一致。
2.4均化誤差方法機械
加工中對于加工精度要求高的零件表面,一次性加工無法達到好的效果,工藝中可以采取過程不斷加工,逐步均化設計要求的方法。這種方法的過程是通過加工使被加工表面尺寸不斷的縮小,誤差不斷的平均化。均化的原理就是首先通過較大尺寸的加工,然后進行不斷的縮減尺寸加工,從中找出加工誤差規律,然后再進行相互修正加工,最終完成工件的加工過程。
從二十世紀20年代開始,隨著汽車、滾動軸承、小型電動機和縫紉機等工業發展,機械加工制造中開始出現自動線,最早出現的是組合機床自動線。機械加工制造業中有鑄造、鍛造、沖壓、熱處理、焊接、切削加工和機械裝配等自動線,也有包括不同性質的工序,如毛坯制造、加工、裝配、檢驗和包裝等的綜合自動線。
采用自動線進行生產的產品應有足夠大的產量;產品設計和工藝應先進、穩定、可靠,并在較長時間內保持基本不變。在大批、大量生產中采用自動線能提高勞動生產率,穩定和提高產品質量,改善勞動條件,縮減生產占地面積,降低生產成本,縮短生產周期,保證生產均衡性,有顯著的經濟效益。
一、機械加工生產線的發展狀況
在汽車、拖拉機、內燃機和壓縮機等許多工業生產領域,組合機床生產線仍是大批量機械產品實現高效、高質量和經濟性生產加工的關鍵裝備,也是不可替代的主要加工設備。現針對組合機床生產線來說明一下國內機械加工生產線的發展情況。
現代組合機床生產線作為機電一體化產品,它是控制、驅動、測量、監控、刀具和機械組件等技術的綜合反映。我國傳統的組合機床自動線主要采用機、電、氣、液壓控制,近年來隨著數控技術、電子技術、計算機技術等的發展,組合機床的機械結構和控制系統也發生了翻天覆地的變化。
1.節拍時間進一步縮短。早期的生產線要實現短的節拍,往往要采用并列的雙工位或設置雙線的辦法。現在主要是通過縮短基本時間和輔助時間來實現的。縮短基本時間的主要途徑是采用新的刀具材料和新穎刀具,以通過提高切削速度和進給速度來縮短基本時間。縮短輔助時間主要是縮短包括工件輸送、加工模塊快速引進以及加工模塊由快進轉換為工進后至刀具切入工件所花的時間。目前,隨行夾具高速輸送裝置常用的有電液比例閥控制的或擺線驅動的輸送裝置。
2.柔性化進展迅速。數控組合機床的出現,不僅完全改變了過去那種由繼電器電路組成的組合機床的控制系統,而且也使組合機床機械結構乃至通用部件標準發生了或正在發生著巨大的變化。傳統意義上的組合機床剛性自動線和生產線,也具有了一定的柔性。由數控加工模塊組成的柔性組合機床和柔性自動線,可通過應用和改變數控程序來實現自動換刀、自動更換多軸箱和改變加工行程、工作循環、切削參數以及加工位置等,以適應變型品種的加工。
單坐標加工模塊由數控滑臺和主軸部件(或多軸箱,包括可換多軸箱)組成。雙坐標加工模塊由數控十字滑臺和主軸部件組成,例如數控雙坐標銑削模塊。
多軸加工模塊是又一種重要模塊,主要用于加工箱體和盤類工件的柔性組合機床和柔性自動線。這類模塊有多種不同的結構形式,但基本上可分為自動換箱式多軸加工模塊、轉塔式多軸加工模塊和回轉工作臺式多軸加工模塊。自動換箱式模塊由于可在專門設置的多軸箱庫中儲存較多的多軸箱,故可用來加工較多不同品種的工件。而轉塔式和回轉工作臺式多軸加工模塊,由于在轉塔頭和回轉工作臺上允許裝的多軸箱數量有限,所以這種加工模塊只能實現有限品種的加工。
除上述各種CNC加工模塊外,機器人和伺服驅動的夾具也是柔性組合機床和柔性自動線的重要部件。特別在柔性自動線上,目前已較普遍地采用龍門式空架機器人進行工件的自動上下料,用于工件的轉位或翻轉。為搬運不同的工件,可在自動線旁設置手爪庫,以實現手爪的自動更換。夾具配備伺服驅動裝置,以適應工件族內不同工件的自動夾緊。
3.加工精度日益提高。為了滿足用戶對工件加工精度的高要求,除了進一步提高主軸部件、鏜桿、夾具(包括鏜模)的精度,采用新的專用刀具,優化切削工藝過程,采用刀具尺寸測量控制系統和控制機床及工件的熱變形等一系列措施外,目前,空心工具錐柄(HSK)和過程統計質量控制(SPC)的應用已成為自動線提高和監控加工精度的新的重要技術手段。空心工具錐柄是一種采用徑向(錐面)和軸向(端面)雙向定位的新穎工具,其優點是具有較高的抗彎剛度、扭轉剛度和很高的重復精度。SPC是基于工序能力的用于監控工件加工質量的一種方法。目前,在自動線上這種質量保證系統愈來愈多地被用來對整個生產過程中的加工質量進行連續監控。
4.可靠性和利用率不斷改善和提高。為提高加工過程的可靠性、利用率和工件的加工質量,采用過程監控,對其各組成設備的功能、加工過程和工件加工質量進行監控,以便快速識別故障、快速進行故障診斷和早期預報加工偏差,使操作人員和維修人員能及時地進行干預,以縮短設備調試周期、減少設備停機時間和避免加工質量偏差。
故障診斷技術中的基于知識的故障診斷技術,可對自動線運行中產生的所有故障進行診斷(而不是局限于診斷最常出現的故障),確定故障部位及其原因,這為迅速排除故障贏得了時間,從而顯著地縮短自動線的調試時間和停機時間。
當前,自動線的控制技術已由集中控制方式轉向分散控制方式。根據對這種新的控制模式的研究表明,采用分散控制系統要比采用集中控制系統可節省費用。這主要是由于分散控制系統可減少電纜敷設費用(采用總線系統)、減少電氣保養維修費(由于提高了透明度)、省去控制柜臺架(分散控制系統的控制柜直接設置在自動線的加工工位上)和無需設置集中冷卻裝置等。此外,這種分散控制系統由于總體配置簡單,有利于加快自動線的投入運行,并由于一目了然的結構配置,在產生故障時很容易確定故障的部位。最后,分散控制系統的模塊化和標準化也有利于降低成本和提高透明度。
二、機械加工生產線的發展趨勢
2現今我國的機械加工技術
現狀相較于西方發達國家,雖然我國的機械加工技術發展較晚,但是經過數十幾年的發展與研究儼然已經取得了十分驕人的成績。尤其是機械加工技術類型繁多,能夠滿足一些機械產品的加工需求,提高機械產品的加工精確度與質量。目前,我國現代機械加工技術類型主要包括:高速加工技術;超精密加工技術;數控加工技術;水噴射加工技術;超高能束加工技術;超自動化加工技術;快速成型技術;成型工藝技術;干式切削技術等。而從我國機械加工技術的整體發展趨勢來看,我們可以清楚的看到,目前我國的機械加工技術正走在高速、超高速,精密、超精密的發展方向。高速、超高速加工是一項系統工程,其是在高速主軸、高速加工機床結構、高速加工刀具、系統的不斷改進上發展而來的。同時,高速、超高速加工技術不僅可以用于加工普通的鋼、鐵、有色金屬材料,還可以加工高強度的合金鋼、纖維強化復合材料,擴大加工范圍的同時,也極大的提高了我國機械加工的生產效率,加工質量。目前,高速、超高速加工技術正在我國航天、航空、汽車、機床等制造行業中被廣泛應用。而精密、超精密加工技術則在我國尖端武器制造中占據著十分重要的地位,始終是我國機械加工技術發展的最主要方向。具體來講,精密、超精密加工技術,其在我國是一項內容十分廣泛的新技術,工藝實質在于提高機械加工的精確度,使表面質量達到極高的標準,并且在提高機電產品的使用性能、可靠性等方面都有著十分重要的作用。因此,精密、超精密加工技術也可謂是國際競爭中的核心技術之一。
1.1機械加工的質量問題質量問題是機械加工最核心問題,加工質量能夠直接反映機械加工水平,在我國機械加工行業中,受到我國機械加工傳統觀念思想觀念、管理系統以及工人的素質等問題,導致機械加工質量始終處于發展過程中,達不到國際先進水平。
1.2機械加工的工藝問題機械加工工藝問題主要體現在產品的制造程序合理性與規范性,機械加工工藝問題也是產品制造的規劃問題反映。機械加工工藝問題會造成整體制造能力受到限制,所制造出的產品的競爭力不足。機械加工工藝問題與制造工程師、設計工程師的具體設計有關,缺乏高素質的工程師人才。
1.3機械加工的設備應用問題我國諸多企業在近些年來加大了機械加工設備投資,諸多世界先進水平的制造裝備也被引進我國。然而,先進設備制造應用也存在一定的問題,不能發揮先進設備作用,得不到應有的加工效果。這就是我國在機械設備應用中對先進制造技術掌握水平較低,不能較好的應用先進制造設備。
1.4機械加工污染問題機械加工污染在我國行業內關注度不高,機械加工產生的污染物往往較難處理,從而對社會環境產生較為惡劣的影響。加工污染問題在企業得不到重視也與國家政策規定有關,國家對于企業加工制造管控能力欠缺。
1.5機械加工成本問題加工成本問題是現代制造企業較為關注的問題,然而我國機械加工行業卻不能協調加工質量和成本的關系,往往造成加工成本和加工質量不協調的現象。其中,加工成本問題仍然是加工能力不足,導致加工浪費較為嚴重。
2.機械加工的改善分析
2.1精益制造在機械加工應用分析制造理論是機械加工的重要指導,在機械加工中要深化先進制造理論影響。其中,精益制造就是最為典型的制造理論,機械加工應用精益生產的思想來改善整個制造系統,以5S的要求規范整個機械加工過程。通過采用精益制造的思想能夠提升加工的成本性、質量,完善機械加工體系。
2.2綠色制造在機械加工中應用分析綠色制造技術要保證產品的功能、質量、成本的前提下,綜合考慮環境影響和資源效率的現代制造模式。它使產品從設計、制造、使用到報廢整個產品生命周期中不產生環境污染或環境污染最小化,符合環境保護要求,對生態環境無害或危害極少,節約資源和能源,使資源利用率最高,能源消耗最低。
2.3信息技術在機械加工應用分析信息技術在機械加工應用主要是利用計算機以及通信技術進行機械加工控制,其中包括傳感技術、通信技術以及計算機技術,實現機械加工的自動化。通過信息技術應用能夠有效的提升機械加工控制性,采用數據顯示整個制造過程,利用信息技術大幅提升機械加工水平。
2.4先進設備管理在機械加工應用分析通過采用先進設備管理技術能夠有效的保障機械加工的加工能力,并且在加工中進行設備技術的分析,在掌握整個設備運行特點后進行正式加工,并且根據其加工特點統計加工信息數據,用于設備的管理的改進。
2數控機床機械加工精度提升的誤差補償技術
在現代科技的發展和應用中,保證機械加工的精度的方法有兩種,一是提高數控機床的質量,二是采用誤差補償技術,本文著重從誤差補償技術進行精度提升的研究。誤差補償一般又可以分為誤差預防和誤差補償技術,在誤差補償技術中常用的方法是誤差建模、誤差測量、誤差補償實施。(1)硬件靜態補償法。在機械加工精度控制中利用硬件靜態補償法是指通過添加外部硬件機構,在外力的作用下讓機床運用副位置產生與誤差方向相反的運動來減少加工中的誤差。在加工螺絲時由于加工機床絲杠之間存在誤差,通過螺距校正尺來進行絲杠之間的螺距,就屬于是靜態補償法。由于靜態補償法的局限性,只能在停止時進行數值或者是硬件的參數調整進行補償,在運動時不能進行實時的補償,這種硬件靜態補償法被使用的頻率相對較低,一般會和其他方法進行綜合使用。(2)靜態補償法和動態補償法綜合使用。上面已經給提到靜態補償法是在數控機床加工的靜止時,通過調整參數進行誤差補償,這種補償法可以對精度進行系統補償提高,不能在運動中進行隨機的誤差補償,通過和動態補償法的相結合可以實現加工精度的大大提高。動態補償是在加工的切削情況下,依據機床的工況、環境條件和空間位置的變化追蹤進行補償量亦或參數補償,通過運動的實時現狀進行反饋補償,例如在軸承的機床加工中,通過對熱量、幾何形狀、切削程度的監控進行及時的參數修改補償,是一種具有現實實際意義的誤差補償法,但對于數控機床的技術水平要求極高,投入的成本很大。(3)進給伺服系統補償法。伺服系統是驅動各加工坐標軸運動的傳動裝置。這種補償系統可以正反兩個方向運行,能夠根據加工軌跡的要求,進行實時的正向或者反向運動,其加工控制精度可以達到0.1微米,另外它的調速范圍寬、快速響應并無超調、低速大轉矩。在典型的數控機床進給系統中由步進電機構成的開環控制系統,步進電機的角位移或者線位移與脈沖數成正比,其轉速與脈沖頻率成正比,它將指令脈沖變成步進電機輸出軸的旋轉運動來控制機床加工;閉環進給位置伺服系統,它主要是采用直流伺服電動機或交流伺服電動機驅動,機床工作臺的實際位移可通過檢測裝置及時反饋給數控裝置中的比較器,以便于指令位移信號進行比較,兩者差距有作為伺服電機的控制信號,進而驅動工作臺消除位移誤差;半閉環進給位置伺服系統,該系統由位置控制單元和速度控制單元構成,光電脈沖編碼器發出的脈沖,一方面用作位置的反饋信號,另一方面用作測速信號。當點擊的負載變化時候,反饋脈沖信號的頻率將會隨著變化,在實際的機床加工中,通過控制伺服電機的轉速進行精度誤差的減小。(4)修改G代碼補償法。G代碼是編制機床加工程序的語言,G代碼中有刀具的補償功能,像G44、G43是刀具長度補償。G代碼的補償原理是通過對刀位信息的修改來補償誤差的范圍。這種補償也被廣泛用于數控機床的機械加工誤差補償,例如Hsu等人建立的五軸機床誤差補償模型,根據對模型對CAM軟件生成的初始刀位進行修改,用修改G代碼的方法完成數控機床機械加工誤差補償。這種補償方法需要G代碼的編程人員進行工件的幾何形狀確定,確定工藝過程和刀具軌跡,在進行實際的運行中,如果出現位置偏移就需要通過修改G代碼進行誤差補償,一般運用于比較簡單的加工零件,其形狀不復雜,主要是直線和圓弧組成的輪廓,數據的處理量不大,在遇到工作量大,復雜的零件時候,就需要通過計算機的G代碼控制進行修改,程序員通過計算機輔助進行編程。(5)坐標偏置補償法。坐標偏置補償法是利用數控系統的坐標原點偏移,參照位置等信號的反饋進行機床誤差的補償。在程序員進行操作時候,可以通過數控系統的直觀顯示進行零件加工的誤差校對,對于出現誤差的,可以通過操作數控系統對原點坐標進行重新設置,使其對出現的誤差進行補償,這種補償方法適用于三軸坐標的數控機床。這種補償法一般在使用側頭時候用的是固定側頭,同時還需要一定的軟件補償,保證地基的穩定。
3結束語
綜上所述,誤差補償法可以有效的提高數控機床機械加工精度,并能夠給數控機床帶來經濟效益。誤差補償可以有效的控制數控機床機械加工過程的零件精度,有助于提高機械加工工藝技術,能夠適應數控機械加工企業的高級精度、高級質量水平化發展方向。誤差補償法是在原有數控機床的基礎上,通過科學的技術和手段,來實現零件設計的理論值,目前誤差補償的技術已經被廣泛的應用和被相關學者所關注,并且在通過不斷完善和更新誤差補償技術,使其成為現代社會精密工程的主要技術。
作者:王少彬 單位:浙江省寧波市寧波大紅鷹學院
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2.改進設計的問題盡管機械加工機床工具箱的設計十分重要,仍然存在著如下問題:一是工具箱的層次劃分并不合理;二是工具箱的內部構造不符合生產的需要;三是工具箱的質量太大,難以滿足柔性生產中的快速移動的要求。這些問題不僅導致生產效率降低,而且也有可能造成工人在使用當中發生安全事故,對人身安全帶來一定的威脅,并且也不利于較為貴重的量具與刀具的保管。因此妥善的進行工具箱的再設計,并且與生產的實際情況緊密結合,有助于防范這些問題的出現。
二、機械加工機床工具箱的改進設計建議
1.改進設計方案進行機械加工機床工具箱改進設計的首要任務是明確這一改進設計的具體方案,其作為總體的指導思想,直接影響著工具箱的具體設計工作。基本看來,在當前強調柔性生產及考慮當前工具箱所存在問題的基礎上,改進設計方案有必要關注如下一些方面:一是工具箱設計存在臺面設計問題,這使得放置在臺面上的各種工具很有可能被無意的碰落,因而改進設計必須關注工具箱的層次問題;二是層次改進設計的首要任務是確立臺面的位置與高度,在這一基礎上,進行分層次的劃分,確保工具箱的不同層次的劃分較為合理,所使用的各種工具在工具箱中得到合理的擺放;三是由于當前工具箱較重,不利于快速移動,因而要關注工具箱的四個腳的位置,有必要配備輪子等裝置,以便于移動。
2.材料的選擇與零件的配合就材料的選擇而言,機械加工機床工具箱在生產中有著很重要的作用。一般在實際中工具箱的外門要使用45#鋼,而工具箱的內部框架、箱蓋以及層底等要采用Q235,就零件間的配合連接而言,箱底層和萬向腳輪可以進行固定支撐之間的配合調整。這3個零件需要通過焊接的方式連接在一起,框架與箱底層、層板和框架之間、框架與層擋板之間也是采用焊接方式。在頂層板、內門、外門以及箱底層之間都需要留出一定的間隙,用作門的旋轉和打開。
3.改進設計的內容一是抽屜及箱體均使用1.2mm冷軋鋼板,經磷酸鹽處理后,外加靜電粉體烤漆,以達到防銹效果。箱體四周每隔25mm應鑲有滑軌固定溝槽,以方便抽屜彈性調整變換的使用。為確保箱體結構堅固,底部應附有調整腳,可保護箱體,并改善因地面不平整而造成的晃動現象。二是旋開式連桿鎖裝置,一經上鎖,抽屜即全部鎖住。抽屜鋁合金把手內部設有安全扣裝置,未經人為操作,抽屜不會滑出掉落。可選用鎖王系統,一支鎖王鑰匙可開啟500組不同鎖號的工具箱,管理方便。抽屜四周每隔19mm鑲有一槽孔,并可配合槽隔板、橫隔板作彈性間隔。抽屜使用3mm特殊滑軌設計,并配合軸承滑動、單軌抽屜開度90%,每屜荷重100kg,復軌抽屜100%全開,每屜荷重200kg。三是全寬式鋁合金把手設計,并附有標示紙及PVC透明膠片。滑軌設有固定扣定位,以防搬運時掉落。抽屜把手外緣與箱體平整,不露出箱體外部,防撞、安全、美觀。抽屜、把手與面板可分離的組合式設計,可微調抽屜面板間距,并可節省零件更換費用。四是背掛板精準方孔設計,可搭配各類掛鉤,拆裝調整容易,方便工具定位。使用寬幅轉輪,移動更穩固、輕巧靈活,兩只定向,兩只萬向附剎轉輪,四輪平均荷重400kg。分類盒可單獨或排列使用,方便收納,適合小型零件、螺絲的分類儲存。應用精控安全鎖,確保堅固耐用,故障率低槽孔可配合隔板,可隨意調整屜內空間。使用條紋膠墊可防止工具滑落,并保護漆面不受損。應用組合式分類盒,可單獨或排列使用,方便收納,適合小零件、螺絲的分類儲存。隔板可與槽片組合應用,擁有更適當的空間配置。
4.改進設計的保障一是建議成立改進設計工作小組。工具箱的改進設計與信息技術的變化息息相關,工具箱改進策略的制定不宜限定于某項信息技術的規格與現狀,而是應采用通透性設計,并建立不斷檢查修正的機制,以確保改進設計計劃的可行性與時效性。因此,建議改進設計部門成立專門工作小組,研究制定各項改進作業標準。二是加強設計人員信息教育培訓。工具箱改進設計過程涉及到車間管理人員、工具箱使用人員及信息化作業人員,為有效規劃及管理,在工具箱改進設計工作的召集人應由主管負責人擔任,而從事工具箱改進設計的人員不僅需要具備相當程度的工具使用與信息化素養,也必須不斷吸取新知識,以掌握信息技術的發展。目前工具箱使用與改進人員通常缺乏信息及電腦背景,建議工具箱改進設計人員應配合時展趨勢,加強信息教育,以應對電子化作業的發展趨勢,充分學習與應用信息化技術來進行工具箱的重新設計。
一、機械加工精度
1、機械加工精度的含義及內容
加工精度是指零件經過加工后的尺寸、幾何形狀以及各表面相互位置等參數的實際值與理想值相符合的程度,而它們之間的偏離程度則稱為加工誤差。加工精度在數值上通過加工誤差的大小來表示。零件的幾何參數包括幾何形狀、尺寸和相互位置三個方面,故加工精度包括:(1)尺寸精度。尺寸精度用來限制加工表面與其基準間尺寸誤差不超過一定的范圍。(2)幾何形狀精度。幾何形狀精度用來限制加工表面宏觀幾何形狀誤差,如圓度、圓柱度、平面度、直線度等。(3)相互位置精度。相互位置精度用來限制加工表面與其基準間的相互位置誤差,如平行度、垂直度、同軸度、位置度零件各差來表示的要求和允許用專門的符明。
在相同中的各種因對準確和完足產品的工加工方法,的生產條件下所加工出來的一批零件,由于加工素的影響,其尺寸、形狀和表面相互位置不會絕全一致,總是存在一定的加工誤差。同時,從滿作要求的公差范圍的前提下,要采取合理的經濟以提高機械加工的生產率和經濟性。
2、影響加工精度的原始誤差
機械加工中,多方面的因素都對工藝系統產生影響,從而造成各種各樣的原始誤差。這些原始誤差,一部分與工藝系統本身的結構狀態有關,一部分與切削過程有關。按照這些誤差的性質可歸納為以下四個方面:(1)工藝系統的幾何誤差。工藝系統的幾何誤差包括加工方法的原理誤差,機床的幾何誤差、調整誤差,刀具和夾具的制造誤差,工件的裝夾誤差以及工藝系統磨損所引起的誤差。(2)工藝系統受力變形所引起的誤差。(3)工藝系統熱變形所引起的誤差。(4)工件的殘余應力引起的誤差。
3、機械加工誤差的分類
(1)系統誤差與隨機誤差。從誤差是否被人們掌握來分,誤差可分為系統誤差和隨機誤差(又稱偶然誤差)。凡是誤差的大小和方向均已被掌握的,則為系統誤差。系統誤差又分為常值系統誤差和變值系統誤差。常值系統誤差的數值是不變的。如機床、夾具、刀具和量具的制造誤差都是常值誤差。變值系統誤差是誤差的大小和方向按一定規律變化,可按線性變化,也可按非線性變化。如刀具在正常磨損時,其磨損值與時間成線性正比關系,它是線性變值系統誤差;而刀具受熱伸長,其伸長量和時間就是非線性變值系統誤差。凡是沒有被掌握誤差規律的,則為隨機誤差。
(2)靜態誤差、切削狀態誤差與動態誤差。從誤差是否與切削狀態有關來分,可分為靜態誤差與切削狀態誤差。工藝系統在不切削狀態下所出現的誤差,通常稱為靜態誤差,如機床的幾何精度和傳動精度等。工藝系統在切削狀態下所出現的誤差,通常稱為切削狀態誤差,如機房;在切削時的受力變形和受熱變形等。工藝系統在有振動的狀態下所出現的誤差,稱為動態誤差。
二、工藝系統的幾何誤差
1、加工原理誤差
加工原理誤差是由于采用了近似的成形運動或近似的刀刃輪廓進行加工所產生的誤差。通常,為了獲得規定的加工表面,刀具和工件之間必須實現準確的成形運動,機械加工中稱為加工原理。理論上應采用理想的加工原理和完全準確的成形運動以獲得精確的零件表面。但在實踐中,完全精確的加工原理常常很難實現,有時加工效率很低;有時會使機床或刀具的結構極為復雜,制造困難;有時由于結構環節多,造成機床傳動中的誤差增加,或使機床剛度和制造精度很難保證。因此,采用近似的加工原理以獲得較高的加工精度是保證加工質量和提高生產率以及經濟性的有效工藝措施。
例如,齒輪滾齒加工用的滾刀有兩種原理誤差,一是近似造型原理誤差,即由于制造上的困難,采用阿基米德基本蝸桿或法向直廓基本蝸桿代替漸開線基本蝸桿;二是由于滾刀刀刃數有限,所切出的齒形實際上是一條折線而不是光滑的漸開線,但由此造成的齒形誤差遠比由滾刀制造和刃磨誤差引起的齒形誤差小得多,故忽略不計。又如模數銑刀成形銑削齒輪,模數相同而齒數不同的齒輪,齒形參數是不同的。理論上,同一模數,不同齒數的齒輪就要用相應的一把齒形刀具加工。實際上,為精簡刀具數量,常用一把模數銑刀加工某一齒數范圍的齒輪,也采用了近似刀刃輪廓。
2、機床的幾何誤差
(1)主軸回轉運動誤差的概念。機床主軸的回轉精度,對工件的加工精度有直接影響。所謂主軸的回轉精度是指主軸的實際回轉軸線相對其平均回轉軸線的漂移。
瞬時速度為零。實際上,由于主軸部件在加工、裝配過程中的各種誤差和回轉時的受力、受熱等因素,使主軸在每一瞬時回轉軸心線的空間位置處于變動狀態,造成軸線漂移,也就是存在著回轉誤差。超級秘書網
主軸的回轉誤差可分為三種基本情況:軸向竄動——瞬時回轉軸線沿平均回轉軸線方向的軸向運動,如圖l(a)所示。徑向跳動——瞬時回轉軸線始終平行于平均回轉軸線方向的徑向運動,如圖l(b)所示。角度擺動——瞬時回轉軸線與平均回轉軸線成一傾斜角度,交點位置固定不變的。
(a)軸向竄動;(b)徑向跳動;(c)角度擺動動,如圖1(c)所示。角度擺動主要影響工件的形狀精度,車外圓時,會產生錐形;鏜孔時,將使孔呈橢圓形。實際上,主軸工作時,其回轉運動誤差常常是以上三種基本形式的合成運動造成的。
(2)主軸回轉運動誤差的影響因素。影響主軸回轉精度的主要因素是主軸軸頸的誤差、軸承的誤差、軸承的間隙、與軸承配合零件的誤差及主軸系統的徑向不等剛度和熱變形等。主軸采用滑動軸承時,主軸軸頸和軸承孔的圓度誤差和波度對主軸回轉精度有直接影響,但對不同類型的機床其影響的因素也各不相同。
參考文獻:
二、遵循編寫原則,使校本教材編寫更具體系性
校本教材編寫具有一定的原則,如目標性、過程性及前瞻性等,但在編寫過程中,也應做到有所側重,而不是一味地照搬基本原則。以我校為例,在編寫過程中,主要突出以下幾點,以解決當前學生學習的迫切性問題:
(1)新穎性:我國很多中職學校傳授的知識過于陳舊,并不適合當今制造業的發展,因此在進行校本教材的編寫中,我們根據中職學生的年齡特點,做到有新意有創意,在似曾相識的感覺中找到一種全新的感覺。
(2)開放性:中職學校以培養符合行業需求的應用型人才為主,具有教育性和職業性的雙重特性。因此,在進行校本教材的編寫過程中,應該讓與教材有關的人員參與進來,如生產的服務者、企業人員等有實際工作經驗的人擔任顧問,這樣可以使本地區、本行業情況,以及科研第一線的新技術、新工藝與教學內容相融合,從而廣泛納入各類有用的信息來為教材的編寫服務。
(3)趣味性:教材的編寫可以不采用傳統教材的樣式,重在調動學生學習的興趣。因此,我校以學生喜歡的形式進行教材編寫,如教案式、圖形圖表形式等,以激發學生探索知識的欲望。
(4)系統性:教材的編寫必須做到有層次、有系統地體現每個知識點,根據每個地區的不同情況,可以做適當層疊或延伸,一點一點地將知識體系在螺旋上升的過程中展現出來。
三、以生為本,使校本教材編寫更具建構性
一本教材,首先最重要的就是要得到學生的認可和喜歡,否則,不論編定的多么理想,終究都是不完善的。尤其是機械加工專業的教材,小到一個小數點、一個參數,大到一幅圖形、一個公式,都出不得半點差錯,否則造成的損失是不可估量的。教學要以生為本,教材的編寫也應對學生以后的工作負責任。參編人員固然需要足夠的專業知識儲備,但更需要一顆工作細致認真的責任心,以保證教材的語言、內容、信息、知識等方面的準確、科學。機械加工專業的校本教材應突出機械加工實習基地或實訓車間的需要的特點,因此在編寫過程中,要立足于這個不同于傳統教室的特定空間的特殊需要。首先,在機械加工實習基地,教師的任務是指導而不是學生動手實踐的代替者,因此,教材的編寫首先要能為學生獨立學習服務,教材中應明確告訴學生如何獨立的選擇和使用勞動工具,設計完整清晰、且通俗易懂的實習的方法和過程,從而使學生在教材的幫助下設定適合自己的學習目標,確定自己的學習進度,充分依靠自我和小組,成為學生的主體。同時,教師也應根據教學內容的不同需要選擇不同的教學方法,如分段教學法、項目教學法和崗位培訓法,以適合學生自主學習的需要和教師更好地為學生教學服務的校本教材,幫助學生管理好學生的學習活動,在以生為本的理念中進行自我管理式學習。
(一)原始誤差
1、刀具、夾具的誤差。刀具和夾具的制造誤差對于工件的加工精度有很大的影響。盡管,在一定范圍內的誤差是允許存在的,但是刀具在使用過程中會隨著切削產生磨損,因此會對工件的形狀和尺寸產生影響,進而降低機械加工的精度;而夾具則對于加工精度中的位置精度起著重要作用,它決定著刀具和機床之間的位置,刀具和夾具的誤差都屬于影響機械加工精度的原始誤差。
2、受力變形產生的誤差。受切削力的作用,若工件剛度相對低于刀具、夾具、機床等,就會對機械加工的精度產生較大的影響,加之一旦夾緊力的方向和施力點的選擇出現偏頗,就會引起工件變形,導致加工誤差的產生,進而降低加工工件的精度。其次,我們知道,外圓車刀的變形較為微小,而若內孔鏜直徑過小,則刀桿剛度也會較差,剛度不足引起變形就會對加工精度產生影響,可以說這都與機械加工的精度密切相關。
3、測量誤差。測量精度受測量方法、工件、量具精度等主客觀因素的影響,在對零件進行測量時往往會產生一定的誤差,因此對于工件精度也會產生一定的影響。
4、調整誤差。機械加工作為一個復雜的過程具有繁多的工序,而在每一道加工工序中都會進行適時的調整,因而也就出現了調整誤差。在工藝系統中,絕對正確的調整是無法保證的,調整誤差對機械加工的精度具有至關重要的作用,忽略加工的動態因素,甚至可以說調整誤差對于機械加工的精度起著決定作用。
5、受熱變形產生的誤差。根據調查,工藝系統中由于受熱變形引起的加工誤差甚至可以達到總誤差的一半左右,這一數據充分顯示了受熱變形引起的誤差對于加些加工的重要影響。受各種熱源的作用,機床、工件、刀具等溫度會隨之升高,當傳入的熱量和它們自身散發的熱量在單位時間內達到同等水平時,就會出現“熱平衡”。
(二)其他誤差
1、導軌誤差。機床部件的相對位置關系是以導軌為基準的,因此,導軌誤差將會直接影響機床運動,一般來說,導軌誤差主要是由其安裝質量的好壞和其不均勻的磨損程度造成的,導軌誤差的存在也是促使機械加工精度下降的原因之一。
2、傳動鏈誤差。傳動鏈誤差主要是依靠末端元件的轉角誤差來衡量的,傳動鏈中裝配的誤差和各構成部分的制造是導致傳動誤差的主要原因。
3、主軸回轉誤差。眾所周知,軸承本身就存在誤差,軸承之間還存在同軸度的誤差,另外,主軸幾段軸頸同樣存在同軸度的誤差,此外還包括主軸撓度等,這都是導致主軸頸項回轉誤差的原因,而主軸誤差會對機械加工工件的精度產生直接影響。
4、定位誤差。定位誤差包括基準不重合誤差和定位副制造不準確誤差。我們在對工件進行加工時,需要根據各種因素確定加工的定位基準,而基準不重合誤差正是由于定位基準和設計基準的不重合造成的,但基準不重合誤差只存在于調整法加工。定位副制造不準確誤差和基準不重合誤差的矢量和既定位差。
二、提高機械加工精度的措施
(一)分析加工誤差,降低原始誤差。為了提高機械加工的精度,確保產品質量,需要對導致加工誤差的原因進行全面的分析,具體情況具體分析,采用不同的措施和手段,最大限度的降低原始誤差。具體來說可以從以下幾個方面入手,首先要做的是提高夾具、量具等工具的自身精度以及機床的幾何精度和剛度等,從根源上解決問題,確保后續過程的實施,其次要減少測量誤差,調整誤差等原始誤差,控制加工熱變形,逐步提高精密零件的加工質量。
(二)加大科技投入,確保研發資金到位。隨著人們對于產品質量要求的提高,機械加工精度的要求也隨之提高,在分析了各種影響加工精度的因素的基礎上,應該進一步的加大科技投入,確保充足的研發資金,針對加工過程的各個環節采取不同的措施,降低誤差,最終達到提高機械加工的精度的目的。
(三)運用補償控制技術,減少加工誤差。補償控制技術對傳動精度要求高的機床具有直接有效的作用,運用此種方法可以在加工過程中采集誤差數據,不僅裝置簡單,且裝置的安全性較高,但和軟件補償相比,補償控制技術校正尺的調整較為復雜,這就導致其調試具有一定的難度。
(四)創造條件,進行誤差轉移。減少加工誤差要學會運用逆向思維,例如,在機床精度不達標時,不僅可以從提高機床的精度入手,還可以從工藝或夾具上采取措施,通過條件的創造,轉移工藝系統中的受力變形,受熱變形和幾何誤差等,例如在對磨削主軸錐孔進行加工時,就依靠夾具來保證精度,通過工件和機床主軸之間的浮動聯接轉移掉原始誤差,一樣能達到降低誤差,提高機械加工精度的目的。
(五)通過自身加工修配,解決精度問題。在機械加工的過程中,有的精度問題十分復雜,如果僅僅從提高零件自身精度入手,往往很難解決問題,此時就可以采用自身加工修配法來解決問題,采取此種方法可以有效確保零件加工的精度,解決一些難度較大的精度問題。
(六)通過誤差均化,加工精密基準件。不同的加工零件需要運用不同的解決措施來提高精度,對于平板等精密基準件來說誤差均化是加工的最佳方法,在加工時通過對比和檢驗,發現差異然后再進行修正,從而達到均化、縮小工件表面誤差的目標,在生產中提高加工的精度。
(七)分組調整,均分原始誤差。有時,在加工過程中,由于上道工序或者基礎原料上的誤差存在,或者工件材料性能的改變等因素導致原始誤差的擴大,此時采取分組進行調整,均分誤差的方法就可以解決這個問題,均分原始誤差的本質其實就是將原始誤差均分到各個加工環節中,實現誤差的縮小,減少由于誤差所帶來的精度、質量的下降。