臥加調(diào)頭高精同軸孔系加工法的誤差補(bǔ)償

臥加調(diào)頭高精同軸孔系加工法的誤差補(bǔ)償

通常，在對(duì)同軸孔系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整和加工時(shí)，首先通過(guò)返回180c完成了裝載和固定。加工的精度只能通過(guò)設(shè)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(shí)際加工中，由于機(jī)槍軌道的精度、工作場(chǎng)所輪作的精度和安裝的一些誤差，僅通過(guò)這種方法無(wú)法加工高精整件的產(chǎn)品。臥加調(diào)頭高精同軸孔系加工法綜合考慮了機(jī)床、工件、裝夾、誤差補(bǔ)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(shí)除了要嚴(yán)格按一般操作程序執(zhí)行外,還要加上自己獨(dú)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(shí)現(xiàn)批量零件加工時(shí)公差穩(wěn)定可靠。1高精同軸孔加工中心的設(shè)計(jì)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(guān)機(jī)床精度誤差,并在此基礎(chǔ)上采取相應(yīng)的措施避免誤差的產(chǎn)生或采取相應(yīng)的誤差補(bǔ)償,實(shí)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(zhuǎn)速達(dá)12000r/min,回轉(zhuǎn)臺(tái)最小分度為1/1000°。采用工作臺(tái)送進(jìn)方式加工,主軸頭在Y方向移動(dòng),立柱在X方向移動(dòng),工作臺(tái)沿Z方向?qū)к壸骺v向移動(dòng),臺(tái)面作B向旋轉(zhuǎn),其結(jié)構(gòu)如圖1所示。1.1對(duì)二次銑軸的同+1軸度誤差工作臺(tái)回轉(zhuǎn)180°的分度誤差δα是導(dǎo)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(guò)實(shí)測(cè)足夠次數(shù)的工作臺(tái)回轉(zhuǎn)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(bǔ)償。工作臺(tái)回轉(zhuǎn)導(dǎo)致同軸度誤差的Δ1確定過(guò)程如下:如圖2a所示,工件固定臺(tái)面之上,被鏜孔的一個(gè)端面至臺(tái)面回轉(zhuǎn)中心橫移線的距離為lw,孔軸線到臺(tái)面回轉(zhuǎn)中心縱移線的距離為lx,兩孔全長(zhǎng)為L(zhǎng)w。當(dāng)工件在圖示雙點(diǎn)劃線位置鏜完d1孔后,橫移Lx=2lx后(設(shè)無(wú)誤差),隨后工作臺(tái)回轉(zhuǎn)180°(產(chǎn)生隨機(jī)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(tái)回轉(zhuǎn)180°的分度誤差δα的存在,在調(diào)頭鏜d2孔后,將產(chǎn)生d2孔對(duì)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(jì)算參見(jiàn)圖2b(a圖的局部放大)。利用三角關(guān)系可求得:同理,可以計(jì)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(xiàng)同軸度誤差應(yīng)以Δ1左和Δ1右中大值計(jì)算。在實(shí)際加工過(guò)程中,因零件形狀及擺放位置不同而具體運(yùn)算,知道誤差值后下一步便是具體的補(bǔ)償,因角度誤差δα而引起的調(diào)頭鏜孔后之孔的同軸度誤差Δ1位于X坐標(biāo)方向,我們可以用X坐標(biāo)方向的微量補(bǔ)償消除δα的影響。如圖3所示,鏜完d1孔后,工作臺(tái)回轉(zhuǎn)180°并橫移工作臺(tái)Lx后,再橫移工作臺(tái)一個(gè)補(bǔ)償值,使d1孔的軸線與鏜軸軸線的交點(diǎn)Q′剛好位于d2孔的孔長(zhǎng)之半處,可使d2孔對(duì)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(shí)附加的最佳補(bǔ)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(hào)時(shí)表示補(bǔ)償值的線位移方向與工作臺(tái)移動(dòng)2lx的方向相同,負(fù)號(hào)則相反。如前所述,由于δα是隨機(jī)的,所以對(duì)于用線位移Δx1佳作補(bǔ)償時(shí),也應(yīng)求出Δx1佳的對(duì)應(yīng)算術(shù)平均值用于實(shí)際補(bǔ)償中去。通過(guò)對(duì)MA-500HB臥式加工中心的大量反復(fù)測(cè)試,該機(jī)床工作臺(tái)回轉(zhuǎn)180°的分度誤差δα算術(shù)平均值約為±4″,有時(shí)作為誤差的近似處理方法進(jìn)行補(bǔ)償,具體補(bǔ)償值經(jīng)過(guò)上述詳細(xì)計(jì)算。1.2測(cè)定基準(zhǔn)和定位基準(zhǔn)因雙交換工作臺(tái)交換時(shí)由于工作臺(tái)每次抬起落下因間隙而產(chǎn)生誤差,致使第一次定位基準(zhǔn)和以后定位基準(zhǔn)產(chǎn)生偏差,產(chǎn)生誤差導(dǎo)致的結(jié)果類(lèi)似工作臺(tái)定位精度。鏜高精孔系時(shí)為了獲得穩(wěn)定的公差范圍,應(yīng)避免工作臺(tái)的交換,以免產(chǎn)生重復(fù)定位誤差。1.3資金重合度調(diào)整重合度是保證加工高精同軸孔系最關(guān)鍵的前提。MA-500HB臥式加工中心把工作臺(tái)臺(tái)心線設(shè)為機(jī)床X軸的機(jī)械原點(diǎn),故X軸的機(jī)械原點(diǎn)與工作臺(tái)臺(tái)心縱向移動(dòng)軌跡的重合度是加工同軸孔最基本的前提。另外X軸機(jī)械原點(diǎn)重復(fù)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(dá)若不到0.004mm就必須重新調(diào)校。例如實(shí)測(cè)MA-500HB臥式加工中心回轉(zhuǎn)180°的重合度誤差為0.015mm時(shí),我們就可以利用標(biāo)準(zhǔn)彎板校直,然后回轉(zhuǎn)180°校準(zhǔn),取誤差平均值重新修改機(jī)床的X方向的機(jī)械坐標(biāo)原點(diǎn)(機(jī)床參數(shù)),最終達(dá)到0.004mm。每次批量產(chǎn)品加工前必須提前驗(yàn)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(dǎo)軌在2個(gè)互相垂直的方向產(chǎn)生了同工作臺(tái)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(cè)面定位基準(zhǔn)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(zhǔn)的平行度誤差。如果調(diào)頭鏜孔的話,孔軸心線會(huì)斜向交叉,產(chǎn)生同軸度誤差。調(diào)頭加工高精同軸孔系時(shí),盡量避免主柱導(dǎo)軌Y軸的移動(dòng),以免產(chǎn)生同軸誤差,相比而言,對(duì)孔同軸度公差的影響較大的是立柱導(dǎo)軌橫向移動(dòng)的精度。為避免立柱導(dǎo)軌在X方向的移動(dòng)定位誤差,工作臺(tái)回轉(zhuǎn)時(shí)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(guò)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心,盡可能地減小移動(dòng)帶來(lái)的坐標(biāo)定位誤差。2同軸加工孔的旋轉(zhuǎn)工件的裝夾位置是指被鏜孔的工件放置于機(jī)床坐標(biāo)系中的相對(duì)位置,被鏜孔工件放于可回轉(zhuǎn)的工作臺(tái),機(jī)床以相對(duì)坐標(biāo)來(lái)定位刀具所處的位置。對(duì)工件來(lái)說(shuō),同軸孔Y方向的坐標(biāo)是由工作臺(tái)面決定的(盡量使加工孔的軸線接近臺(tái)面),其余2個(gè)方向可以靈活改動(dòng)。在X軸方向上由于調(diào)頭鏜孔要移動(dòng)回轉(zhuǎn)工作臺(tái),移動(dòng)的值越大,產(chǎn)生的定位誤差越大,這些誤差最終會(huì)影響孔系的同軸精度。所以擺放同軸孔系的工件時(shí)應(yīng)盡量使軸線與工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心靠近,這樣能減少X方向的移動(dòng),提高孔系的同軸加工精度。在Z軸方向上盡量使回轉(zhuǎn)中心平分對(duì)應(yīng)孔系的深度方向,進(jìn)一步提高同軸精度。3確定正確的定位基準(zhǔn)裝夾變形也是影響調(diào)頭鏜孔同軸要求的關(guān)鍵因素。夾緊變形是工件在夾緊狀態(tài)時(shí)與加工后松開(kāi)狀態(tài)時(shí)相對(duì)位置產(chǎn)生的偏移,夾緊變形是不可忽視的。調(diào)頭鏜孔前的鑄件由于壁厚不均,研磨過(guò)的基準(zhǔn)本身也有平面度誤差,如果裝夾工件的夾緊力過(guò)大或壓緊的力點(diǎn)不當(dāng),都會(huì)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(kāi)時(shí),2孔產(chǎn)生了偏移,就會(huì)導(dǎo)致同軸誤差。在加工過(guò)程中,基準(zhǔn)本身存在平面度誤差,所以定位基準(zhǔn)壓緊時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的變形,這就要求我們?cè)诩庸で罢业交鶞?zhǔn)面的最高點(diǎn),壓緊時(shí)壓力點(diǎn)處于高點(diǎn)處,盡量保證壓緊、松開(kāi)時(shí)零件不產(chǎn)生變形。此外,壓緊力要適中,不易過(guò)大,必要時(shí)在精鏜前微微松一下壓板,壓板的大小要適中,防止過(guò)大或過(guò)小。在×××-01-376零件的加工過(guò)程中采用了基礎(chǔ)板和彎板定位,經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單(如圖4所示),考慮到水平放置時(shí)主軸頭與工作臺(tái)臺(tái)面產(chǎn)生很多干涉,所以采用工件B基準(zhǔn)面為主定位平面,A基準(zhǔn)面緊貼彎板平面,A基準(zhǔn)與B基準(zhǔn)的形位公差易于控制。夾緊元件選用2個(gè)直壓板結(jié)構(gòu),夾緊點(diǎn)選在引起變形最小的S基準(zhǔn)軸線兩側(cè)附近,夾緊力適中。另外,輔助U型鉗口夾緊,以使A基準(zhǔn)面與彎板基準(zhǔn)相互緊貼。Z方向定位元件采用圓柱銷(xiāo)定位。工件壓緊前、后用杠桿千分表對(duì)X、Y兩個(gè)方向檢測(cè)是否產(chǎn)生壓緊變形,精鏜后在壓緊狀態(tài)與松開(kāi)狀態(tài)下進(jìn)行自檢,分析是否產(chǎn)生加工變形,必要時(shí)移動(dòng)壓力點(diǎn)或重新研磨兩基準(zhǔn),直至裝夾變形減為最低或零變形。4精銑前誤差補(bǔ)償法加工前的監(jiān)控包括基準(zhǔn)的檢測(cè),防止基準(zhǔn)的平面度誤差,找到壓緊點(diǎn)。工件壓緊前、后用杠桿表檢測(cè)是否產(chǎn)生壓緊變形,如超過(guò)允許誤差須重新修研基準(zhǔn)。精鏜前用測(cè)量探頭進(jìn)行預(yù)檢,分析產(chǎn)生的誤差原因,必要時(shí)用誤差補(bǔ)償法糾正。精鏜后在壓緊狀態(tài)與松開(kāi)狀態(tài)下進(jìn)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(shí)地分析誤差為提高加工精度采用誤差補(bǔ)償法,是一種行之有效的辦法。采用誤差補(bǔ)償法必須要準(zhǔn)確地分析誤差產(chǎn)生的原因,采取真實(shí)準(zhǔn)確的誤差數(shù)據(jù),否則會(huì)適得其反。此外,我們確保在沒(méi)有程序、裝夾、刀具等其他非機(jī)床因素影響下,可以用試鏜法測(cè)量出同軸度誤差值,然后人為地進(jìn)行矢量補(bǔ)償。6對(duì)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(yīng)用于批量生產(chǎn),同時(shí)在實(shí)施此操作方法前后對(duì)30件工件的同軸度公差分別進(jìn)行了跟蹤計(jì)錄,并為此制成了如圖5所示的直方圖。