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摘要:首先对机械加工业的发展历史进行了简单回顾,之后对机械加工业的发展现状进行了深入的阐述与分析,最后又进一步对影响机械加工精度的因素进行了分析,以求提高机械零件的质量。
关键词:
机械加工;状况;前景;误差
中图分类号:F4
文献标识码:A
文章编号:1672-3198(2010)16-0334-02
从20世纪20年代开始,随着工业的不断发展,组合机床自动线出现在机械加工业中。随着科学技术的发展,机械加工业中陆续出现铸造、锻造、冲压、热处理、焊接、切削加工和机械装备等自动线,尤其是伴随着近30年来人类智能型生产工具的出现、加工方法逆向思维的突破、机床结构的革命性变革以及工具概念的变异,包含不同性质的工序的综合自动线也应运而生。
采用自动线生产的产品大多采取批量生产,产品的设计和工艺也都较为稳定、可靠、先进。因此,在大批量采用自动线加工机械零件时,能够在稳定甚至提高产品质量的同时,改善劳动条件,缩减生产占地面积,降低生产成本,缩短生产周期,提高劳动生产率,保证生产均衡性,提高经济效益。
1 机械加工生产线的发展状况
1.1 节拍时间缩短
并列的双工位或设置双线是早期生产线缩短节拍的主要做法。而现在主要是通过采用新的刀具材料和新颖刀具从而提高切削速度和进给速度来缩短基本时间,并且通过缩短包括工件输送、加工模块快速引进以及加工模块有快进转换为工进后至道具切入工件所花的时间来缩短辅助时间,从而达到缩短节拍时间的目的。
1.2 柔性化进展迅速
数控组合机床的出现与普及,完全改变了过去常用的由继电器电路组成组合机床的控制系统,同时,也使组合机床机械结构乃至通用部件标准发生了或正在发生着巨大的变化。这样,传统意义上的组合机床刚性自动线和生产线,也具有了一定的柔性。由数控加工模块组成的柔性组合机床和柔性自动线,可通过应用和改变数控程序来实现自动更换多轴箱、自动换刀和改变加工位置、切削参数、工作循环以及加工行程等,以适应变型品种的加工。1.3 加工精度日益提高
为了满足用户对工件加工精度的高要求,除了进一步提高主轴部件、镗杆、夹具(包括镗模)的精度,优化切削工艺过程,采用刀具尺寸测量控制系统,采用新的专用刀具和控制机床及工件的热变形等一系列措施外,目前,自动线提高和监控加工精度的新的重要技术手段就是应用过程统计质量控制(SPC)和空心工具锥柄(HSK)。过程统计质量控制(SPC)是基于工序能力的用于监控工件加工质量的一种方法。目前,在自动线上这种质量保证系统愈来愈多地应用于对整个生产过程中的加工质量进行连续、实时监控。空心工具锥柄(HSK)是一种采用轴向(端面)和径向(锥面)双向定位的新颖工具,具有抗弯刚度、扭转刚度较高和重复精度很高的优点。
1.4 利用率和可靠性不断改善和提高
为提高加工过程的利用率、可靠性和工件的加工质量,应当采用过程监控,对其各组成设备的功能、加工过程和工件加工质量进行监控,这样就可以快速的识别故障、迅速的对故障进行诊断,从而尽早预报加工偏差,使操作人员和维修人员能及时、有效地进行干预,以缩短设备调试周期、减少设备停机时间、避免加工质量偏差。故障诊断技术有很多种,其中,基于知识的故障诊断技术,不仅可以诊断最常出现的故障,它可以对自动线运行中的所有故障进行诊断,确定故障发生的部位与原因,从而为及时排除故障赢得了时间,大大的缩短自动先的停机时间和调试时间。
当前,自动线的控制技术已由集中控制方式转向分散控制方式。分散控制系统可减少电缆敷设费用(采用总线系统)、减少电气保养维修费(由于提高了透明度)、省去控制柜台架(分散控制系统的控制柜直接设置在自动线的加工工位上)和无需设置集中冷却装置等,从而节省了很多费用。此外,分散控制系统总体配置简单,这就有利于加快自动线的投入运行,而且由于这种一目了然的结构配置,产生故障时就很容易确定故障的部位。同时,分散控制系统的标准化和模块化也有利于提高透明度、降低成本。
2 机械加工误差产生的主要原因
2.1 工艺系统集合误差
工艺系统集合误差包括了三个方面:机床的几何误差、刀具的几何误差以及夹具的几何误差。
机床制造误差主要包括三个部分:主轴回转误差、导轨误差和传动链误差。刀具几何误差对机械加工误差的影响随刀具种类的不同而不同:采用定尺寸刀具加工时,刀具的制造误差会直接影响工件的加工精度;而对一般刀具(如车刀等),其制造误差对机械加工误差无直接影响。夹具的作用是使工件相对于刀具和机床具有正确的位置,因此夹具的几何误差对机械加工误差(特别是位置误差)有很大影响。
2.2 定位误差
定位误差主要包含两个部分:基准不重和误差和定位副制造不准确误差。基准不重合误差是由于定位基准与设计基准不重合所产生的基准不重合误差。而定位副制造不准确误差是工件在夹具中的正确位置是由夹具上的定位元件来确定的。基准不重合误差的方向和定位副制造不准确误差的方向可能不相同,定位误差取为基准不重合误差和定位副制造不准确误差的矢量和。
2.3 工艺系统受力变形引起的误差
工艺系统刚度及其对加工精度的影响主要包括由于工艺系统刚度变化引起的误差、由于切削力变化引起的误差、由于夹紧变形引起的误差和其他作用力的影响。由于切削力引起的误差是在加工过程中,由于工件的加工余量发生变化工件材质不均等因素引起的切削力变化,使工艺系统变形发生变化,从而产生加工误差。由于夹紧变形引起的误差是指工件在装夹过程中,如果工件刚度较低或夹紧力的方向和施力点选择不当,将引起工件变形,造成相应的加工误差。
2.4 工艺系统受热变形引起的误差
工艺系统热变形对加工误差的影响比很大,特别是在大件加工和精密加工中,由热变形所引起的加工误差有时可占工件总误差的50%,这就大大的影响了机械加工的精度。
2.5 调整误差
机械加工的每一工序都要对工艺系统进行这样或那样的调整工作。调整是不可能绝对地准确的,这样也就会产生调整误差。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,调整误差对机械加工误差起到决定性的作用。
2.6 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,从而也就产生了测量误差。
3 总结
在机械加工的过程中,应当注意降低机床、刀具、夹具的几何误差,提高刀具、量具、工具、夹具及工件本身的刚度和精度,同时,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。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。
参考文献
[1]李玉平.机械加工误差的分析[J].新余高专学报,2005,(2).
[2]王俊普.智能控制[M].合肥:中国科学技术大学出版社,1996.
关键词:
机械加工;状况;前景;误差
中图分类号:F4
文献标识码:A
文章编号:1672-3198(2010)16-0334-02
从20世纪20年代开始,随着工业的不断发展,组合机床自动线出现在机械加工业中。随着科学技术的发展,机械加工业中陆续出现铸造、锻造、冲压、热处理、焊接、切削加工和机械装备等自动线,尤其是伴随着近30年来人类智能型生产工具的出现、加工方法逆向思维的突破、机床结构的革命性变革以及工具概念的变异,包含不同性质的工序的综合自动线也应运而生。
采用自动线生产的产品大多采取批量生产,产品的设计和工艺也都较为稳定、可靠、先进。因此,在大批量采用自动线加工机械零件时,能够在稳定甚至提高产品质量的同时,改善劳动条件,缩减生产占地面积,降低生产成本,缩短生产周期,提高劳动生产率,保证生产均衡性,提高经济效益。
1 机械加工生产线的发展状况
1.1 节拍时间缩短
并列的双工位或设置双线是早期生产线缩短节拍的主要做法。而现在主要是通过采用新的刀具材料和新颖刀具从而提高切削速度和进给速度来缩短基本时间,并且通过缩短包括工件输送、加工模块快速引进以及加工模块有快进转换为工进后至道具切入工件所花的时间来缩短辅助时间,从而达到缩短节拍时间的目的。
1.2 柔性化进展迅速
数控组合机床的出现与普及,完全改变了过去常用的由继电器电路组成组合机床的控制系统,同时,也使组合机床机械结构乃至通用部件标准发生了或正在发生着巨大的变化。这样,传统意义上的组合机床刚性自动线和生产线,也具有了一定的柔性。由数控加工模块组成的柔性组合机床和柔性自动线,可通过应用和改变数控程序来实现自动更换多轴箱、自动换刀和改变加工位置、切削参数、工作循环以及加工行程等,以适应变型品种的加工。1.3 加工精度日益提高
为了满足用户对工件加工精度的高要求,除了进一步提高主轴部件、镗杆、夹具(包括镗模)的精度,优化切削工艺过程,采用刀具尺寸测量控制系统,采用新的专用刀具和控制机床及工件的热变形等一系列措施外,目前,自动线提高和监控加工精度的新的重要技术手段就是应用过程统计质量控制(SPC)和空心工具锥柄(HSK)。过程统计质量控制(SPC)是基于工序能力的用于监控工件加工质量的一种方法。目前,在自动线上这种质量保证系统愈来愈多地应用于对整个生产过程中的加工质量进行连续、实时监控。空心工具锥柄(HSK)是一种采用轴向(端面)和径向(锥面)双向定位的新颖工具,具有抗弯刚度、扭转刚度较高和重复精度很高的优点。
1.4 利用率和可靠性不断改善和提高
为提高加工过程的利用率、可靠性和工件的加工质量,应当采用过程监控,对其各组成设备的功能、加工过程和工件加工质量进行监控,这样就可以快速的识别故障、迅速的对故障进行诊断,从而尽早预报加工偏差,使操作人员和维修人员能及时、有效地进行干预,以缩短设备调试周期、减少设备停机时间、避免加工质量偏差。故障诊断技术有很多种,其中,基于知识的故障诊断技术,不仅可以诊断最常出现的故障,它可以对自动线运行中的所有故障进行诊断,确定故障发生的部位与原因,从而为及时排除故障赢得了时间,大大的缩短自动先的停机时间和调试时间。
当前,自动线的控制技术已由集中控制方式转向分散控制方式。分散控制系统可减少电缆敷设费用(采用总线系统)、减少电气保养维修费(由于提高了透明度)、省去控制柜台架(分散控制系统的控制柜直接设置在自动线的加工工位上)和无需设置集中冷却装置等,从而节省了很多费用。此外,分散控制系统总体配置简单,这就有利于加快自动线的投入运行,而且由于这种一目了然的结构配置,产生故障时就很容易确定故障的部位。同时,分散控制系统的标准化和模块化也有利于提高透明度、降低成本。
2 机械加工误差产生的主要原因
2.1 工艺系统集合误差
工艺系统集合误差包括了三个方面:机床的几何误差、刀具的几何误差以及夹具的几何误差。
机床制造误差主要包括三个部分:主轴回转误差、导轨误差和传动链误差。刀具几何误差对机械加工误差的影响随刀具种类的不同而不同:采用定尺寸刀具加工时,刀具的制造误差会直接影响工件的加工精度;而对一般刀具(如车刀等),其制造误差对机械加工误差无直接影响。夹具的作用是使工件相对于刀具和机床具有正确的位置,因此夹具的几何误差对机械加工误差(特别是位置误差)有很大影响。
2.2 定位误差
定位误差主要包含两个部分:基准不重和误差和定位副制造不准确误差。基准不重合误差是由于定位基准与设计基准不重合所产生的基准不重合误差。而定位副制造不准确误差是工件在夹具中的正确位置是由夹具上的定位元件来确定的。基准不重合误差的方向和定位副制造不准确误差的方向可能不相同,定位误差取为基准不重合误差和定位副制造不准确误差的矢量和。
2.3 工艺系统受力变形引起的误差
工艺系统刚度及其对加工精度的影响主要包括由于工艺系统刚度变化引起的误差、由于切削力变化引起的误差、由于夹紧变形引起的误差和其他作用力的影响。由于切削力引起的误差是在加工过程中,由于工件的加工余量发生变化工件材质不均等因素引起的切削力变化,使工艺系统变形发生变化,从而产生加工误差。由于夹紧变形引起的误差是指工件在装夹过程中,如果工件刚度较低或夹紧力的方向和施力点选择不当,将引起工件变形,造成相应的加工误差。
2.4 工艺系统受热变形引起的误差
工艺系统热变形对加工误差的影响比很大,特别是在大件加工和精密加工中,由热变形所引起的加工误差有时可占工件总误差的50%,这就大大的影响了机械加工的精度。
2.5 调整误差
机械加工的每一工序都要对工艺系统进行这样或那样的调整工作。调整是不可能绝对地准确的,这样也就会产生调整误差。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,调整误差对机械加工误差起到决定性的作用。
2.6 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,从而也就产生了测量误差。
3 总结
在机械加工的过程中,应当注意降低机床、刀具、夹具的几何误差,提高刀具、量具、工具、夹具及工件本身的刚度和精度,同时,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。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。
参考文献
[1]李玉平.机械加工误差的分析[J].新余高专学报,2005,(2).
[2]王俊普.智能控制[M].合肥:中国科学技术大学出版社,1996.