臥加調頭高精同軸孔系加工法的誤差補償

臥加調頭高精同軸孔系加工法的誤差補償

通常，在對同軸孔系統(tǒng)進行調整和加工時，首先通過返回180c完成了裝載和固定。加工的精度只能通過設備自身的精度和一般孔建成。因此，只能保證零件的同治度為0.010.03mm，且偏差非常不穩(wěn)定且范圍廣泛。在實際加工中，由于機槍軌道的精度、工作場所輪作的精度和安裝的一些誤差，僅通過這種方法無法加工高精整件的產(chǎn)品。臥加調頭高精同軸孔系加工法綜合考慮了機床、工件、裝夾、誤差補償?shù)戎T多因素,可確保加工零件同軸度穩(wěn)定地控制在?0.003～0.01mm之間。加工時除了要嚴格按一般操作程序執(zhí)行外,還要加上自己獨有的操作程序執(zhí)行,才能加工出同軸度符合要求的工件,并實現(xiàn)批量零件加工時公差穩(wěn)定可靠。1高精同軸孔加工中心的設計操作者首先要熟練掌握MA-500HB臥式加工中心影響加工同軸度要求的相關機床精度誤差,并在此基礎上采取相應的措施避免誤差的產(chǎn)生或采取相應的誤差補償,實現(xiàn)高精同軸孔系的加工。MA-500HB臥式加工中心的剛性、抗震性好,主軸功率大。最高轉速達12000r/min,回轉臺最小分度為1/1000°。采用工作臺送進方式加工,主軸頭在Y方向移動,立柱在X方向移動,工作臺沿Z方向導軌作縱向移動,臺面作B向旋轉,其結構如圖1所示。1.1對二次銑軸的同+1軸度誤差工作臺回轉180°的分度誤差δα是導致同軸度誤差產(chǎn)生的最直接原因,因此加工產(chǎn)品前通過實測足夠次數(shù)的工作臺回轉180°的分度誤差δα的具體值,以得出平均值δaˉˉˉδaˉ,作為定值誤差的近似處理方法用于補償。工作臺回轉導致同軸度誤差的Δ1確定過程如下:如圖2a所示,工件固定臺面之上,被鏜孔的一個端面至臺面回轉中心橫移線的距離為lw,孔軸線到臺面回轉中心縱移線的距離為lx,兩孔全長為Lw。當工件在圖示雙點劃線位置鏜完d1孔后,橫移Lx=2lx后(設無誤差),隨后工作臺回轉180°(產(chǎn)生隨機性的分度角誤差δα),使被鏜孔軸線重新與鏜軸軸線重合,鏜d2孔。由于工作臺回轉180°的分度誤差δα的存在,在調頭鏜d2孔后,將產(chǎn)生d2孔對d1孔的同軸度誤差Δ1。根據(jù)同軸度公差帶的概念:Δ1=2δx1式中,δx1為由δα引起的已鏜孔的軸線同鏜軸軸線在x方向上的線值偏差,單位mm。δx1值的計算參見圖2b(a圖的局部放大)。利用三角關系可求得:同理,可以計算圖2a中δx1左,得到從而得到式中因工件安裝得不一定是lw=Lw/2,此項同軸度誤差應以Δ1左和Δ1右中大值計算。在實際加工過程中,因零件形狀及擺放位置不同而具體運算,知道誤差值后下一步便是具體的補償,因角度誤差δα而引起的調頭鏜孔后之孔的同軸度誤差Δ1位于X坐標方向,我們可以用X坐標方向的微量補償消除δα的影響。如圖3所示,鏜完d1孔后,工作臺回轉180°并橫移工作臺Lx后,再橫移工作臺一個補償值,使d1孔的軸線與鏜軸軸線的交點Q′剛好位于d2孔的孔長之半處,可使d2孔對d1孔的同軸度誤差減小至最小值,成為Δ1min。Δ1min=2δx′′1=2δx1min=Lw?Lw12tgδαΔ1min=2δx″1=2δx1min=Lw-Lw12tgδα這時附加的最佳補償值以Δx1佳表示Δx1佳=δx1?δx′12=δx1?δx1min=(3Lw?4lw+Lw14+lxtgδα2)tgδαΔx1佳=δx1-δx′12=δx1-δx1min=(3Lw-4lw+Lw14+lxtgδα2)tgδαΔx1佳為正號時表示補償值的線位移方向與工作臺移動2lx的方向相同,負號則相反。如前所述,由于δα是隨機的,所以對于用線位移Δx1佳作補償時,也應求出Δx1佳的對應算術平均值用于實際補償中去。通過對MA-500HB臥式加工中心的大量反復測試,該機床工作臺回轉180°的分度誤差δα算術平均值約為±4″,有時作為誤差的近似處理方法進行補償,具體補償值經(jīng)過上述詳細計算。1.2測定基準和定位基準因雙交換工作臺交換時由于工作臺每次抬起落下因間隙而產(chǎn)生誤差,致使第一次定位基準和以后定位基準產(chǎn)生偏差,產(chǎn)生誤差導致的結果類似工作臺定位精度。鏜高精孔系時為了獲得穩(wěn)定的公差范圍,應避免工作臺的交換,以免產(chǎn)生重復定位誤差。1.3資金重合度調整重合度是保證加工高精同軸孔系最關鍵的前提。MA-500HB臥式加工中心把工作臺臺心線設為機床X軸的機械原點,故X軸的機械原點與工作臺臺心縱向移動軌跡的重合度是加工同軸孔最基本的前提。另外X軸機械原點重復定位精度也是保證孔同軸度要求的必要條件。重合度精度達若不到0.004mm就必須重新調校。例如實測MA-500HB臥式加工中心回轉180°的重合度誤差為0.015mm時,我們就可以利用標準彎板校直,然后回轉180°校準,取誤差平均值重新修改機床的X方向的機械坐標原點(機床參數(shù)),最終達到0.004mm。每次批量產(chǎn)品加工前必須提前驗校,確保加工零件的合格率。1.4垂直度誤差影響孔軸度立柱導軌在2個互相垂直的方向產(chǎn)生了同工作臺面的垂直度誤差,X軸方向的垂直度誤差影響了孔軸心線與工件側面定位基準的平行度誤差,Y軸方向的垂直度誤差影響了孔軸心線與工件底面定位基準的平行度誤差。如果調頭鏜孔的話,孔軸心線會斜向交叉,產(chǎn)生同軸度誤差。調頭加工高精同軸孔系時,盡量避免主柱導軌Y軸的移動,以免產(chǎn)生同軸誤差,相比而言,對孔同軸度公差的影響較大的是立柱導軌橫向移動的精度。為避免立柱導軌在X方向的移動定位誤差,工作臺回轉時工件所產(chǎn)生同軸孔系的偏移,我們要把同軸要求的軸線通過工作臺回轉中心,盡可能地減小移動帶來的坐標定位誤差。2同軸加工孔的旋轉工件的裝夾位置是指被鏜孔的工件放置于機床坐標系中的相對位置,被鏜孔工件放于可回轉的工作臺,機床以相對坐標來定位刀具所處的位置。對工件來說,同軸孔Y方向的坐標是由工作臺面決定的(盡量使加工孔的軸線接近臺面),其余2個方向可以靈活改動。在X軸方向上由于調頭鏜孔要移動回轉工作臺,移動的值越大,產(chǎn)生的定位誤差越大,這些誤差最終會影響孔系的同軸精度。所以擺放同軸孔系的工件時應盡量使軸線與工作臺回轉中心靠近,這樣能減少X方向的移動,提高孔系的同軸加工精度。在Z軸方向上盡量使回轉中心平分對應孔系的深度方向,進一步提高同軸精度。3確定正確的定位基準裝夾變形也是影響調頭鏜孔同軸要求的關鍵因素。夾緊變形是工件在夾緊狀態(tài)時與加工后松開狀態(tài)時相對位置產(chǎn)生的偏移,夾緊變形是不可忽視的。調頭鏜孔前的鑄件由于壁厚不均,研磨過的基準本身也有平面度誤差,如果裝夾工件的夾緊力過大或壓緊的力點不當,都會使零件產(chǎn)生扭曲變形。這樣在夾緊狀態(tài)下加工同軸孔是滿足同軸要求的,一旦松開時,2孔產(chǎn)生了偏移,就會導致同軸誤差。在加工過程中,基準本身存在平面度誤差,所以定位基準壓緊時會產(chǎn)生一定的變形,這就要求我們在加工前找到基準面的最高點,壓緊時壓力點處于高點處,盡量保證壓緊、松開時零件不產(chǎn)生變形。此外,壓緊力要適中,不易過大,必要時在精鏜前微微松一下壓板,壓板的大小要適中,防止過大或過小。在×××-01-376零件的加工過程中采用了基礎板和彎板定位,經(jīng)濟、簡單(如圖4所示),考慮到水平放置時主軸頭與工作臺臺面產(chǎn)生很多干涉,所以采用工件B基準面為主定位平面,A基準面緊貼彎板平面,A基準與B基準的形位公差易于控制。夾緊元件選用2個直壓板結構,夾緊點選在引起變形最小的S基準軸線兩側附近,夾緊力適中。另外,輔助U型鉗口夾緊,以使A基準面與彎板基準相互緊貼。Z方向定位元件采用圓柱銷定位。工件壓緊前、后用杠桿千分表對X、Y兩個方向檢測是否產(chǎn)生壓緊變形,精鏜后在壓緊狀態(tài)與松開狀態(tài)下進行自檢,分析是否產(chǎn)生加工變形,必要時移動壓力點或重新研磨兩基準,直至裝夾變形減為最低或零變形。4精銑前誤差補償法加工前的監(jiān)控包括基準的檢測,防止基準的平面度誤差,找到壓緊點。工件壓緊前、后用杠桿表檢測是否產(chǎn)生壓緊變形,如超過允許誤差須重新修研基準。精鏜前用測量探頭進行預檢,分析產(chǎn)生的誤差原因,必要時用誤差補償法糾正。精鏜后在壓緊狀態(tài)與松開狀態(tài)下進行自檢,分析是否產(chǎn)生加工變形。如產(chǎn)生變形就必須分析原因,改變加工方法減少加工變形。5真實地分析誤差為提高加工精度采用誤差補償法,是一種行之有效的辦法。采用誤差補償法必須要準確地分析誤差產(chǎn)生的原因,采取真實準確的誤差數(shù)據(jù),否則會適得其反。此外,我們確保在沒有程序、裝夾、刀具等其他非機床因素影響下,可以用試鏜法測量出同軸度誤差值,然后人為地進行矢量補償。6對同軸度方差的跟蹤利用此法,作者在MA-500HB臥式加工中心上試制加工出諸如×××-01-376、×××-02-55等高精度同軸孔系產(chǎn)品,并已應用于批量生產(chǎn),同時在實施此操作方法前后對30件工件的同軸度公差分別進行了跟蹤計錄,并為此制成了如圖5所示的直方圖。