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加工精度那些事你知道吗?
  我们天天与加工打交道,也常常提及精度,但是你说的精度说对了吗?或者说严谨吗?让我们跟“机械前线”来看看精度那些事儿吧!

准确度

指得到的测定结果与真实值之间的接近程度。测量的准确度高,是指系统误差较小,这时测量数据的平均值偏离真值较少,但数据分散的情况,即偶然误差的大小不明确。

精密度

        指使用同种备用样品进行重复测定所得到的结果之间的重现性、一致性。有可能精密度高,但精确度是不准确的。例如,使用1mm的长度进行测定得到的三个结果分别为1.051mm、1.053、1.052,虽然它们的精密度高,但却是不准确的。

准确度表示测量结果的正确性,精密度表示测量结果的重复性和重现性,精密度是准确度的前提条件。

精度的定义

         一般说来,精度是指机床将刀尖点定位至程序目标点的能力。然而,测量这种定位能力的办法很多,更为重要的是,不同的国家有不同的规定。

         日本机床生产商:标定“精度”时,通常采用JISB6201或JISB6336或JISB6338标准。JISB6201一般用于通用机床和普通数控机床,JISB6336一般用于加工中心,JISB6338则一般用于立式加工中心。

        欧洲机床生产商:特别是德国厂家,一般采用VDI/DGQ3441标准。

         美国机床生产商:通常采用NMTBA(National Machine Tool Builder's Assn)标准(该标准源于美国机床制造协会的一项研究,颁布于1968年,后经修改)。

        当标定一台数控机床的精度时,非常有必要将其采用的标准一同标注出来。采用JIS标准,其数据比用美国的NMTBA标准或德国VDI标准明显偏小。

同样的指标,不同的含义

         经常容易混淆的是:同样的指标名在不同的精度标准中代表不同的意义,不同的指标名却具有相同的含义。上述4种标准,除JIS标准之外,皆是在机床数控轴上对多目标点进行多回合测量之后,通过数学统计计算出来的,其关键不同点在于:

目标点的数量

测量回合数

        从单向还是双向接近目标点(此点尤为重要)
       精度指标及其它指标的计算方法
        这是4种标准的关键区别点描述,正如人们所期待的,总有一天,所有机床生产商都统一遵循ISO标准。因此,这里选择ISO标准作为基准。下表中对4种标准进行了比较,本文仅涉及线性精度,因为旋转精度的计算原理与之基本一致。


ISO VDI NMTBA JIS
常用于 通用 德国(欧洲) 美国 日本
要求目标点数 每1~2m 取5个点,再长则增加 取决于轴长度,但最少不能少于5点 不做定义 取决于长度,每0.05m~1m取1个点,之后每100mm加1个点
目标点接近次数 单向最少5次 单向每米10次 最少7次 单向1次计量定位精度,7次计量重复精度
单/双向检测 建议双向 建议双向 建议单向 建议双向
定位偏差 实际位置与目标位置之差 沿轴向的目标点与对应的实际位置点之平均值间的最大差值 与ISO同,但定义为“目标偏差”指标 没有此项指标
平均定位偏差 某一目标位置处定位偏差的代数平均值 与ISO同,但定义为“平均值” 与ISO同,但定义为“平均” 没有此项指标
反向误差 分别从不同方向接近目标点时的平均定位偏差之差值 同ISO 与ISO同,但定义为“空动” 没有此项指标
定位精度 +3与-极限值的最大差额 “定位不确定性”与之含义相似,但计算方法不同 与ISO相近,但定义为“精度” 实际位置与对应目标位置差值的最大值
重复精度单向或双向 目标点对应发散度的最大值 与ISO相近 与ISO相近 与另外三种精度有很大差异。它是指目标点对应的最大发散度除以2
热稳定

钢件:100 x 30 x 20 mm

         温度从25℃下降到 20℃尺寸的变化:在25℃时,尺寸偏大6μm,当温度降至20℃时,尺寸仅偏大0.12μm,这是一个热稳定的过程,即使温度迅速下降,仍然需要一个持续的时间才能维持精度。越大的物体,在温度变化时需要更多的时间来恢复精度稳定。
        高精度加工需维持温度的推荐值如下表,如果是进行高精度加工,可不能对温度变化掉以轻心哦,这是非常重要的!
目标加工精度 温度控制范围
0~2μm 23±0.5℃
2μm~5μm 23±1.0℃
5μm~10μm 23±2.0℃
机械加工产生误差的主要原因

1、主轴回转误差。主轴回转误差是指主轴各瞬间的实际回转轴线相对其平均回转轴线的变动量。产生主轴径向回转误差的主要原因有:主轴几段轴颈的同轴度误差、轴承本身的各种误差、轴承之间的同轴度误差、主轴挠度等。

2、导轨误差。导轨是机床上确定各机床部件相对位置关系的基准,也是机床运动的基准。导轨的不均匀磨损和安装质量,也是造成导轨误差的重要因素。

3、传动链误差。传动链的传动误差是指内联系的传动链中首末两端传动元件之间相对运动的误差。传动误差是由传动链中各组成环节的制造和装配误差以及使用过程中的磨损所引起。

4、刀具的几何误差。任何刀具在切削过程中,都不可避免要产生磨损,并由此引起工件尺寸和形状的改变。

5、定位误差。一是基准不重合误差。在零件图上用来确定某一表面尺寸、位置所依据的基准称为设计基准。在工序图上用来确定本工序被加工表面加工后的尺寸、位置所依据的基准称为工序基准。在机床上对工件进行加工时,需选择工件上若干几何要素作为加工时的定位基准,如果所选用的定位基准与设计基准不重合,就会产生基准不重合误差。二是定位副制造不准确误差。

6、工艺系统受力变形产生的误差。一是工件刚度。工艺系统中如果工件刚度相对于机床、刀具、夹具来说比较低,在切削力的作用下,工件由于刚度不足而引起的变形对加工精度的影响就比较大。二是刀具刚度。外圆车刀在加工表面法线方向上的刚度很大,其变形可以忽略不计。镗直径较小的内孔,刀杆刚度很差,刀杆受力变形对孔加工精度就有很大影响。三是机床部件刚度。机床部件由许多零件组成,机床部件刚度迄今尚无合适的简易计算方法,目前主要还是用实验方法来测定机床部件刚度。

7、工艺系统受热变形引起的误差。工艺系统热变形对加工精度的影响比较大,特别是在精密加工和大件加工中,由热变形所引起的加工误差有时可占工件总误差的50%。

8、调整误差。在机械加工的每一工序中,总要对工艺系统进行这样或那样的调整工作。由于调整不可能绝对的准确,因而产生调整误差。在工艺系统中,工件、刀具在机床上的互相位置精度,是通过调整机床、刀具、夹具或工件等来保证的。当机床、刀具、夹具和工件毛坯等的原始精度都达到工艺要求而又不考虑动态因素时,调整误差的影响,对加工精度起到决定性的作用。

9、测量误差。零件在加工时或加工后进行测量时,由于测量方法、量具精度以及工件和主客观因素都直接影响测量精度。

提高加工精度的工艺措施

1、减少原始误差
提高零件加工所使用机床的几何精度,提高夹具、量具及工具本身精度,控制工艺系统受力、受热变形、刀具磨损、内应力引起的变形、测量误差等均属于直接减少原始误差。为了提高机械加工精度,需对产生加工误差的各项原始误差进行分析,根据不同情况对造成加工误差的主要原始误差采取不同的措施解决。对于精密零件的加工应尽可能提高所使用精密机床的几何精度、刚度和控制加工热变形;对具有成形表面的零件加工,则主要是如何减少成形刀具形状误差和刀具的安装误差。这种方法是生产中应用较广的一种基本方法。它是在查明产生加工误差的主要因素之后,设法消除或减少这些因素。例如细长轴的车削,现在采用了大走刀反向车削法,基本消除了轴向切削力引起的弯曲变形。若辅之以弹簧顶尖,则可进一步消除热变形引起的热伸长的影响。

2、补偿原始误差
误差补偿法,是人为地造出一种新的误差,去抵消原来工艺系统中的原始误差。当原始误差是负值时人为的误差就取正值,反之,取负值,并尽量使两者大小相等;或者利用一种原始误差去抵消另一种原始误差,也是尽量使两者大小相等,方向相反,从而达到减少加工误差,提高加工精度的目的。

3、转移原始误差
误差转移法实质上是转移工艺系统的几何误差、受力变形和热变形等。误差转移法的实例很多。如当机床精度达不到零件加工要求时,常常不是一味提高机床精度,而是从工艺上或夹具上想办法,创造条件,使机床的几何误差转移到不影响加工精度的方面去。如磨削主轴锥孔保证其和轴颈的同轴度,不是靠机床主轴的回转精度来保证,而是靠夹具保证。当机床主轴与工件之间用浮动联接以后,机床主轴的原始误差就被转移掉了。

4、均分原始误差
在加工中,由于毛坯或上道工序误差的存在,往往造成本工序的加工误差,或者由于工件材料性能改变,或者上道工序的工艺改变(如毛坯精化后,把原来的切削加工工序取消),引起原始误差发生较大的变化。解决这个问题,最好是采用分组调整均分误差的办法。这种办法的实质就是把原始误差按其大小均分为n 组,每组毛坯误差范围就缩小为原来的1/n,然后按各组分别调整加工。

5、均化原始误差
对配合精度要求很高的轴和孔,常采用研磨工艺。研具本身并不要求具有高精度,但它能在和工件做相对运动过程中对工件进行微量切削,高点逐渐被磨掉(当然,模具也被工件磨去一部分),最终使工件达到很高的精度。这种表面间的摩擦和磨损的过程,就是误差不断减少的过程,这就是误差均化法。它的实质就是利用有密切联系的表面相互比较,相互检查从对比中找出差异,然后进行相互修正或互为基准加工,使工件被加工表面的误差不断缩小和均化。在生产中,许多精密基准件(如平板、直尺等)都是利用误差均化法加工出来的。
6、就地加工法
在加工和装配中,有些精度问题牵涉到零件或部件间的相互关系,相当复杂,如果一味地提高零、部件本身精度,有时不仅困难,甚至不可能,若采用就地加工法(也称自身加工修配法),就可能很方便地解决看起来非常困难的精度问题。就地加工法在机械零件加工中常用来作为保证零件加工精度的有效措施。

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