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機床主軸是機床上的一個主要部件,由於機床主軸用於安裝刀具或工件,因此它是刀具或工件的相對位置基準和運動基準。機床主軸迴轉精度是機床的主要精度指標之一,直接影響著被加工零件的加工精度及表面粗糙度。機床主軸的迴轉誤差是一項綜合性的誤差,是主軸在迴轉過程中實際迴轉軸線相對於理論迴轉軸線的漂移。
下面主要分析主軸純徑向跳動對零件加工的影響。
一、主軸純徑向跳動產生的原因
主軸純徑向跳動是指主軸實際迴轉軸線繞平均軸線作平行的公轉運動。
引起主軸純徑向跳動的主要原因是主軸軸頸和軸承的精度誤差。機床上使用的軸承分為滑動軸承和滾動軸承兩類,軸承的型別不同,對純徑向跳動的影響也是不同的。
1、採用滑動軸承對主軸純徑向跳動的影響
採用滑動軸承作支承時,主軸以其軸頸在軸承孔內旋轉。對於車床類機床,在加工過程中,主軸的受力方向是一定的,主軸軸頸被切削力壓向軸承孔表面的固定地方。這時主軸軸頸的不同部位和軸承孔內的某一固定部位相接觸,所以軸頸的圓度誤差會使主軸迴轉產生純徑向跳動,而軸承孔的形狀誤差對主軸迴轉精度的影響很小。
對於鏜床類機床,作用在主軸上的切削力是隨鏜刀的旋轉而轉動的,軸頸上的某一固定部位與軸承孔表面的不同部位相接觸,因此軸承孔的圓度誤差會引起鏜床主軸的純徑向跳動,而鏜床主軸軸頸形狀誤差對主軸迴轉精度的影響不大。
2、採用滾動軸承對主軸純徑向跳動的影響
主軸採用滾動軸承作支承時,引起主軸純徑向跳動的因素除了軸承本身的精度外,還與軸承相配合件的精度有關。
(1)滾動軸承精度的影響
滾動軸承外圈和內圈的滾道形狀精度和位置精度對主軸純徑向跳動的影響與滑動軸承類似。車削時,內圈滾道的精度影響較大;鏜削時,外圈滾道的精度影響較大。
滾動體的形狀誤差和尺寸的不一致會造成主軸的純徑向跳動。當直徑較大的滾動體位於左邊時,會使內圈右移,即主軸位置右移:相反,當直徑較大的滾動體位於右邊時,會使內圈位置左移,即主軸位置左移。
由於滾動體保持架的轉速低於內圈的轉速,因此,它所引起的純徑向跳動頻率較低。
滾動軸承的間隙對主軸的純徑向跳動也是有影響的。設軸承的承載區在右邊,這時內圈右移,當一個滾動體位於水平位置時,內圈的右移量比滾動體不在水平位置時的要小,使主軸產生純徑向跳動,這種純徑向跳動的頻率比內圈的轉速要高得多。
(2)與滾動軸承相配合件的影響
軸承內圈是薄壁零件,受力後很容易變形,主軸軸頸的圓度誤差將導致內圈變形而引起主軸的純徑向跳動。同理,軸承外圈也是薄壁零件,裝到箱體孔中後,箱體孔的圓度誤差也將引起外圈滾道產生變形,引起主軸的純徑向跳動。
二、主軸純徑向跳動對零件加工的影響
1、對鏜削加工的影響
在鏜床上鏜孔時,鏜刀隨鏜床主軸一起作旋轉運動。當主軸作純徑向跳動時,將使軸心線沿某一固定方向作簡諧運動。鏜出的孔形是由慣性座標系中鏜刀刀尖的運動軌跡所決定。
設鏜刀刀尖在動座標系的位置為:m=r,n=0,其中r為所加工孔的半徑。
2、對車削加工的影響
在車床上加工外圓或鏜孔時,工件隨車床主軸一起作旋轉運動。因此工件被加工表面的幾何形狀是由刀具在動座標系中的相對軌跡決定的。在車床上進行內外圓車削,主軸徑向跳動主要影響加工件的同軸度誤差,對工件圓度誤差的影響可以忽略不計。
三、結論
通過對主軸純徑向跳動的分析可以看出,主軸迴轉誤差對零件加工精度的影響很大。因此在機械加工中,應採取有效措施減少主軸迴轉誤差對零件加工精度的影響。採取的措施可以從兩個方面來考慮。
首先要提高主軸的迴轉精度。主軸軸承是影響主軸迴轉精度的關鍵零件,對於精密機床可採用精密的滾動軸承,也採用多油楔動壓軸承和靜壓軸承。同時還要提高與軸承相配合零件的精度。
其次要減少主軸迴轉誤差對零件加工的影響。可以採用運動和定位分離的主軸結構,使工件在加工過程中的迴轉精度不受機床主軸迴轉誤差的影響,使主軸迴轉誤差不反映到工件上。
鏜孔加工中機床主軸迴轉誤差對加工精度有什麼影響?
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鏜孔指的是對鍛出,鑄出或鑽出孔的進一步加工,可擴大孔徑、提高精度、減小表面粗糙度,還可以較好地糾正原來孔軸線的偏斜。鏜孔在金屬切削加工過程中,存在著很多影響工件尺寸精度的誤差因素,這些因素有的與工藝系統有關,有的與切削過程有關。下面我們簡要分析下鏜孔加工中機床主軸迴轉誤差對加工精度的影響。
一、純徑向跳動對加工精度影響在鏜孔時,主軸如有純徑向跳動,將使軸心線在與座標軸成角的方向上作簡諧直線運動其頻率與主軸轉速相同。鏜刀正處在角度位置上,而主軸中心則與迴轉中心,點偏移了個距離主軸的角速度。
二、假設主軸的簡諧運動是在水平方向上,因此在鏜刀尖通過其水平位置,那麼當鏜刀再轉過角時,刀尖軌跡其垂直分量根據水平分量及垂直分量可得鏜尖在加工時,主軸迴轉具有純徑向跳動誤差時,那麼鏜出的孔將是橢圓形的。
三、鏜刀在車削外圓時,主軸中心的瞬時偏移距離在向的誤差分量對加工後工件的影響很小,如主軸迴轉中心的瞬時偏移距離,由此而產生的半徑誤差。
四、在加工螺紋時,由於主軸的軸向竄完全可以忽略不計,但在向徑向的分量對半徑則有直接影響,它會轉化為精密車床的主軸徑向跳動誤差。
五、軸向竄動對加工精度的影響主軸的軸向竄動對於加工內外圓柱沒有影響。但在車端面時,如果主軸有軸向竄動,則端面與外圓不垂直,端面對軸心線的垂直度隨切削直徑的減小而增大。
六、純角度擺動對加工精度的影響如果車床主軸存在純角度擺動,則在車外圓時產生錐面,而不是圓柱面,在鏜孔時,鏜出的孔將是橢圓形的。
由上述分析可知,根據機床精度的等級選擇相應精度的軸承,只有當主軸支承座孔以及有關零件都製造裝配得很精確時,高精度的軸承才能發揮其作用,主軸才能獲得很高的迴轉精度。
機床製造的哪些誤差對工件加工精度影響較大
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(1)、主軸迴轉誤差;機床主軸是裝夾工件或刀具的基準,並將運動和動力傳給工件或刀具,主軸迴轉誤差將直接影響被加工工件的精度。
①. 徑向圓跳動:是主軸迴轉軸線相對於平均迴轉軸線在徑向的變動量。
車外圓時它使加工面產生圓度和圓柱度誤差。產生徑向圓跳動誤差的主要原因有:主軸支承軸頸的圓度誤差、軸承工作表面的圓度誤差等。
②. 軸向圓跳動:是主軸迴轉軸線沿平均迴轉軸線方向的變動量。
車端面時它使工件端面產生垂直度、平面度誤差。產生軸向國跳動的原因是主軸軸肩端面和推力軸承承載端面對主軸迴轉軸線有垂直度誤差。
③. 角度擺動:主軸迴轉軸線相對平均迴轉軸線成一傾斜角度的運動。車削時,它使加工表面產生圓柱度誤差和端面的形狀誤差。
提高主軸及箱體軸承孔的製造精度,選用高精度的軸承,提高主軸部件的裝配精度,對主軸部件進行平衡,對滾動軸承進行預緊等,均可提高機床主軸的迴轉精度。
(2)、導軌誤差
導軌是機床上確定各機床部件相對位置關係的基準,也是機床運動的基準。
(3) 、傳動鏈誤差
傳動鏈誤差是指傳動鏈始末兩端傳動元件間相對運動的誤差。一般用傳動鏈末端元件的轉角誤差來衡量。傳動鏈誤差是指傳動鏈始末兩端傳動元件相對運動的誤差。
一般用傳動鏈末端元件的轉角誤差來衡量。機床傳動鏈誤差是影響表面加工精度的主要原因之一。提高傳動元件的製造精度和裝配精度,減少傳動件數,均可減小傳動鏈誤差。
機床用直線加工時跟隨誤差對輪廓精度有什麼影響
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機床的誤差有精度誤差,幾何誤差等。
數控機床的精度誤差,主要包括有:定位誤差,重複定位誤差,反向差值,返參考點誤差,反向間隙等指標。
機床的幾何誤差
加工中刀具相對於工件的成形運動一般都是通過機床完成的,因此,工件的加工精度在很大程度上取決於機床的精度。機床製造誤差對工件加工精度影響較大的有:主軸迴轉誤差、導軌誤差和傳動鏈誤差。
機床的磨損將使機床工作精度下降。
(1)主軸迴轉誤差
機床主軸是裝夾工件或刀具的基準,並將運動和動力傳給工件或刀具,主軸迴轉誤差將直接影響被加工工件的精度。
主軸迴轉誤差是指主軸各瞬間的實際迴轉軸線相對其平均迴轉軸線的變動量。它可分解為徑向圓跳動、軸向竄動和角度擺動三種基本形式。
產生主軸徑向迴轉誤差的主要原因有:主軸幾段軸頸的同軸度誤差、軸承本身的各種誤差、軸承之間的同軸度誤差、主軸繞度等。但它們對主軸徑向迴轉精度的影響。大小隨加工方式的不同而不同。
譬如,在採用滑動軸承結構為主軸的車床上車削外圓時,切削力f的作用方向可認為大體上時不變的,在切削力f的作用下,主軸頸以不同的部位和軸承內徑的某一固定部位相接觸,此時主軸頸的圓度誤差對主軸徑向迴轉精度影響較大,而軸承內徑的圓度誤差對主軸徑向迴轉精度的影響則不大;在鏜床上鏜孔時,由於切削力f的作用方向隨著主軸的迴轉而回轉,在切削力f的作用下,主軸總是以其軸頸某一固定部位與軸承內表面的不同部位接觸,因此,軸承內表面的圓度誤差對主軸徑向迴轉精度影響較大,而主軸頸圓度誤差的影響則不大。
(2)採用滑動軸承時主軸的徑向圓跳動
產生軸向竄動的主要原因是主軸軸肩端面和軸承承載端面對主軸迴轉軸線有垂直度誤差。
不同的加工方法,主軸迴轉誤差所引起的的加工誤差也不同。在車床上加工外圓和內孔時,主軸徑向迴轉誤差可以引起工件的圓度和圓柱度誤差,但對加工工件端面則 無直接影響。主軸軸向迴轉誤差對加工外圓和內孔的影響不大,但對所加工端面的垂直度及平面度則有較大的影響。
在車螺紋時,主軸向迴轉誤差可使被加工螺紋的 導程產生週期性誤差。
適當提高主軸及箱體的製造精度,選用高精度的軸承,提高主軸部件的裝配精度,對高速主軸部件進行平衡,對滾動軸承進行預緊等,均可提高機床主軸的迴轉精度。
(3)導軌誤差
導軌是機床上確定各機床部件相對位置關係的基準,也是機床運動的基準。車床導軌的精度要求主要有以下三個方面:在水平面內的直線度;在垂直面內的直線度;前後導軌的平行度(扭曲)。
臥式車床導軌在水平面內的直線度誤差△1將直接反映在被加工工件表面的法線方向(加工誤差的敏感方向)上,對加工精度的影響最大。臥式車床導軌在垂直面內的直線度誤差△2可引起被加工工件的形狀誤差和尺寸誤差。但△2對加工精度的影響要比△1小得多。
若因△2而使刀尖由a下降至b,不難推得工件半徑r的變化量。
當前後導軌存在平行度誤差(扭曲)時,刀架運動時會產生擺動,刀尖的運動軌跡是一條空間曲線,使工件產生形狀誤差。當前後導軌有了扭曲誤差△3之後,由幾何關係可求得△y≈(h/b)△3。一般車床的h/b≈2/3,車床前後導軌的平行度誤差對加工精度的影響很大。
(4)臥式車床導軌直線度誤差
除了導軌本身的製造誤差外,導軌的不均勻磨損和安裝質量,也使造成導軌誤差的重要因素。導軌磨損是機床精度下降的主要原因之一。
(5)傳動鏈誤差
傳動鏈誤差是指傳動鏈始末兩端傳動元件間相對運動的誤差。一般用傳動鏈末端元件的轉角誤差來衡量。
刀具的幾何誤差
刀具誤差對加工精度的影響隨刀具種類的不同而不同。採用定尺寸刀具成形刀具展成刀具加工時,刀具的製造誤差會直接影響工件的加工精度;而對一般刀具(如車刀等),其製造誤差對工件加工精度無直接影響。
任何刀具在切削過程中,都不可避免地要產生磨損,並由此引起工件尺寸和形狀地改變。正確地選用刀具材料和選用新型耐磨地刀具材料,合理地選用刀具幾何引數和 切削用量,正確地刃磨刀具,正確地採用冷卻液等,均可有效地減少刀具地尺寸磨損。必要時還可採用補償裝置對刀具尺寸磨損進行自動補償。
夾具的幾何誤差
夾具的作用時使工件相當於刀具和機床具有正確的位置,因此夾具的製造誤差對工件的加工精度(特別使位置精度)有很大影響。
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