① 减少加工误差的方法
减少加工误差的措施大致可归纳为以下几个方面
一、直接减少原始误差法
即在查明影响加工精度的主要原始误差因素之后,设法对其直接进行消除或减少。例如,车削细长轴时,采用跟刀架、中心架可消除或减少工件变形所引起的加工误差。采用大进给量反向切削法,基本上消除了轴向切削力引起的弯曲变形。若辅以弹簧顶尖,可进一步消除热变形所引起的加工误差。又如在加工薄壁套筒内孔时,采用过度圆环以使夹紧力均匀分布,避免夹紧变形所引起的加工误差。
二、误差补偿法
误差补偿法时人为地制造一种误差,去抵消工艺系统固有的原始误差,或者利用一种原始误差去抵消另一种原始误差,从而达到提高加工精度的目的。
例如,用预加载荷法精加工磨床床身导轨,借以补偿装配后受部件自重而引起的变形。磨床床身是一个狭长的结构,刚度较差,在加工时,导轨三项精度虽然都能达到,但在装上进给机构、操纵机构等以后,便会使导轨产生变形而破坏了原来的精度,采用预加载荷法可补偿这一误差。又如用校正机构提高丝杠车床传动链的精度。在精密螺纹加工中,机床传动链误差将直接反映到工件的螺距上,使精密丝杠加工精度受到一定的影响。为了满足精密丝杠加工的要求,采用螺纹加工校正装置以消除传动链造成的误差。
三、误差转移法
误差转移法的实质是转移工艺系统的集合误差、受力变形和热变形等。例如,磨削主轴锥孔时,锥孔和轴径的同轴度不是靠机床主轴回转精度来保证的,而是靠夹具保证,当机床主轴与工件采用浮动连接以后,机床主轴的原始误差就不再影响加工精度,而转移到夹具来保证加工精度。
在箱体的孔系加工中,在镗床上用镗模镗削孔系时,孔系的位置精度和孔距间的尺寸精度都依靠镗模和镗杆的精度来保证,镗杆与主轴之间为浮动连接,故机床的精度与加工无关,这样就可以利用普通精度和生产率较高的组合机床来精镗孔系。由此可见,往往在机床精度达不到零件的加工要求时,通过误差转移的方法,能够用一般精度的机床加工高精度的零件。
四、误差分组法
在加工中,由于工序毛坯误差的存在,造成了本工序的加工误差。毛坯误差的变化,对本工序的影响主要有两种情况:复映误差和定位误差。如果上述误差太大,不能保证加工精度,而且要提高毛坯精度或上一道工序加工精度是不经济的。这时可采用误差分组法,即把毛坯或上工序尺寸按误差大小分为 n组,每组毛坯的误差就缩小为原来的 1/n,然后按各组分别调整刀具与工件的相对位置或调整定位元件,就可大大地缩小整批工件的尺寸分散范围。
误差分组法的实质 ,是用提高测量精度的手段来弥补加工精度的不足 ,从而达到较高的精度要求。当然,测量、分组需要花费时间,故一般只是在配合精度很高,而加工精度不宜提高时采用。
螺纹是在圆柱或圆锥表面上,沿着螺旋线所形成的具有相同剖面和规定牙型的连续凸起和沟槽。在各种机械产品中,带有螺纹的零件应用广泛。它主要用作连接零件、紧固零件、传动零件和测量用的零件等。在数控车床上加工螺纹是比较常用的加工方法之一,数控车床上加工螺纹以加工精度高、产品统一性好、加工范围广等优势在机械加工中占有越来越重要的地位。下面简单介绍下在数控车床上加工螺纹时,由于设备、刀具或者操作人员的原因,在切削过程中容易发生的故障以及解决办法:
一、扎刀产生的原因和解决方法:
(1)主要原因:车刀的前角太大,机床X轴丝杆间隙较大;车刀安装得过高或过低;工件装夹不牢;车刀磨损过大;切削用量太大;切削油性能不达标。
(2)解决方法:
1、车刀的前角太大,间隙较大:减小车刀前角,维修机床调整X轴的丝杆间隙,利用数控车床的丝杆间隙自动补偿功能补偿机床X轴丝杆间隙;
2、车刀安装得过高或过低:过高,则吃刀到一定深度时,车刀的后刀面顶住工件,增大摩擦力,甚至把工件顶弯,造成扎刀现象;过低,则切屑不易排出,车刀径向力的方向是工件中心,加上横进丝杠与螺母间隙过大,致使吃刀深度不断自动趋向加深,从而把工件抬起出现扎刀。此时,应及时调整车刀高度,使其刀尖与工件的轴线等高。
3、工件装夹不牢:工件本身的刚性不能承受车削时的切削力,因而产生过大的挠度,改变了车刀与工件的中心高度,形成切削深度突增出现扎刀,此时应把工件装夹牢固,可使用尾座顶尖等,以增加工件刚性。
4、车刀磨损过大:引起切削力增大,顶弯工件,出现扎刀。此时应对车刀加以修磨。
5、切削用量太大:根据工件导程大小和工件刚性选择合理的切削用量。
6、使用专用的切削油产品替代菜籽油、机械油、再生油等非专用油品。
二、产生乱扣问题的原因和解决方法:
(1)主要原因:机床主轴编码器同步传动皮带磨损,检测不到主轴的同步真实转速;编制输入主机的程序不正确;丝杆磨损严重。
(2)解决方法:
1、主轴编码器同步皮带磨损:由于数控车床车削螺纹时,主轴与车刀的运动关系是由机床主机信息处理中心发出的指令来控制的,车削螺纹时主轴转速恒定不变,可以根据工件导程大小和主轴转速来调整移动速度。如果系统检测不到主轴的真实转速,在实际车削时会发出不同的指令,刀具移动的距离就不是一个导程,第二刀车削时螺纹就会乱扣。这种情况下,我们只有维修机床,更换主轴同步皮带。
2、编制输入的程序不正确:车削螺纹时为了防止乱扣,必须保证后一刀车削轨迹要与前一刀车削轨迹重合,在普车上我们用倒顺车法来预防乱扣。在数控车床上,我们用程序来预防乱扣,就是在编制加工程序时,使后一刀起点位置与前一刀起点位置重合,这样车出的螺纹就不会乱扣。有时,由于程序输入的导程不正确,车削时也会出现乱扣现象。
3、丝杆磨损严重:维修机床,更换丝杆并且检查切削油是否存在变质问题,如发生分层、析出、沉淀、杂质等情况应立即更换。
三、螺距不正确产生的原因和解决方法:
(1)产生原因:主轴编码器传送回机床系统的数据不准确;丝杆和主轴的窜动过大;编制和输入的程序不正确。
(2)解决方法:
1、主轴编码器传送数据不准确:维修机床,更换主轴编码器或同步传送皮带;
2、丝杆和主轴窜动过大:调整主轴轴向窜动,丝杆间隙可以用系统间隙自动补偿功能补偿;
3、检视程序,务必使程序中的指令导程与图纸要求一致。
四、牙型不正确产生的原因和解决方法:
(1)产生原因:车刀刀尖刃磨不正确;车刀安装不正确;车刀磨损。
(2)解决方法:
1、车刀刀尖刃磨不正确:正确刃磨和测量车刀刀尖角度,对于牙型角精度要求较高的螺纹车削,可以用标准的机械夹固式螺纹刀车削,或者把螺纹刀用磨床刃磨。
2、车刀安装不正确:装刀时用样板对刀,或者通过用百分表找正螺纹刀杆来装正螺纹刀。
3、车刀磨损:根据车削加工的实际情况,合理选用切削用量,及时修磨车刀,换用极压抗磨性能更高的切削油产品。
五、螺纹表面粗糙的主要原因和解决方法:
(1)产生原因:刀尖产生积屑瘤;刀柄刚性不够,切削时产生震动;车刀径向前角太大;高速切削螺纹时,切削厚度太小或切屑向倾斜方向排出,拉毛已加工牙侧表面;工件刚性差,而切削用量过大;车刀表面粗糙度差。
(2)解决方法:
1、用高速钢车刀切削时应降低切削速度,并且换用粘度适合的切削油;
2、增加刀柄截面,并减小刀柄伸出长度;
3、减小车刀径向前角;
4、高速钢切削螺纹时,最后一刀应使切屑沿垂直轴线方向排出;
5、选择合理的切削用量;
6、刀具削刃口的表面粗糙度应比零件加工表面粗糙度值小。
随着科学技术的发展,数控车床越来越普及,在数控车床上车削螺纹在机械加工中被越来越多的使用。按照规范化的流程对车床进行日常维护和保养可以有效的延长设备的使用寿命。
③ 提高螺纹连接强度的措施有哪些
一、降低影响螺栓疲劳强度的应力幅
受轴向变载荷的紧螺栓连接,在最大应力不变的条件下,应力幅越小,螺栓连接的疲劳强度越高。为此,在保证工作拉力 F 和总拉力 F Q 不变的条件下,可采取适当减小螺栓刚度、增大被连接件刚度及增大预紧力的方法,都能达到减小应力幅(图 3-29 ),提高螺栓连接疲劳强度的目的。
图 3 - 29 降低螺栓应力幅的措施
图3-30 腰状杆螺栓与空心螺栓图3-31 弹性元件
减小螺栓刚度的措施有:适当增加螺栓的长度,或采用腰状杆螺栓或空心螺栓(图 3-30 )。或在螺母下面安装上弹性元件(图 3-31 )。
为了增大被连接件的刚度,可以不用垫片或采用刚度较大的垫片。对于有紧密性要求的连接,从增大被连接件刚度的角度来看,不应采用较软的气缸垫片。此时以采用刚度较大的金属垫片或密封环较好。图 3-32 是气缸密封元件的示意图。
二、改善螺纹牙上载荷分布不均的现象
螺纹连接受载时,螺栓受拉伸,螺母受压缩,故螺栓的螺距增大,而螺母的螺距减小,如图 3-33 所示。由图 3-34 可知,靠近支承面的螺纹受载最大,以后各圈螺纹的载荷依次递减。因此,采用螺纹牙圈数过多的加厚螺母,并不能提高连接的强度。
( a )软垫片密封 ( b )密封环
图 3-32气缸密封元件
为了改善螺纹牙间载荷不均的情况,可以采用下述方法:
1 悬置螺母(图 3 — 35 a ),使螺栓和螺母同时受拉,以减小螺距差;
2 环槽螺母(图 3 — 35b )或内斜螺母(图 3 — 35c ),使螺纹牙受力位置由上而下逐渐外移,而载荷将向上移,从而使各圈螺纹受载趋于均匀;图 3 — 35d 所示为同时兼有悬置螺母、环槽螺母和内斜螺母的作用。
3 采用钢丝螺套亦可起到均载作用,故可显着提高螺纹连接的疲劳强度(图3—36)
图3-33 旋合螺纹的变形示意图 图3-34旋合螺纹间的载荷分布
( a )悬置螺母 ( b )环槽螺母 ( c )内斜螺母 ( d )
图 3 - 35 均载螺母结构
r = 0.2 d
(a)加大圆角 (b)卸载槽
图 3 - 37 圆角和卸载结构
三、减小应力集中的影响
螺纹的牙根、螺纹的收尾、螺栓头和螺栓杆的过渡处都要产生应力集中。为了减小应力集中,可以采用较大的圆角和卸载结构(图 3 — 37 )或将螺纹的收尾改为退刀槽等。但应注意,采用一些特殊结构会使制造成本增高。
四、避免附加弯曲应力
由于制造和装配误差或设计不当,易使螺栓产生附加弯曲应力,如图 3 — 39c 所示的钩头螺栓连接,螺栓在偏心载荷作用下将引起附加弯曲应力,若取 e ≈ d 1 时,弯曲应力为拉应力的 8 倍,这将严重降低螺栓的强度。因此,应尽量避免使用钩头螺栓。此外,螺母与螺栓头部支承面的粗糙不平或偏斜,也会引起附加弯曲应力。为减小附加弯曲应力,应从结构、制造及装配等方面采取措施。如在铸、煅件等粗糙表面上安装螺栓时,应制成球面垫圈(图 3 — 38 )、凸台或沉头座(图 3 - 40 )。当支承面为倾斜表面时,应采用斜面垫圈(图 3 - 41 )等。
( a ) ( b ) ( c )
图 3 - 38 球面垫圈 图 3 - 39 螺栓承受偏心载荷
(a)凸台 (b)沉头座
图 3 - 40 凸台与沉头座 图 3 - 41 斜面垫圈
五、采用合理的制造工艺方法
螺栓的制造工艺对疲劳强度有重要的影响。例如,采用冷镦螺栓头部和辗压螺纹的工艺方法,可以显着提高螺栓的疲劳强度。这是因为除可降低应力集中外,冷镦和辗压工艺使材料纤维未被切断,金属流线走向合理(图 3 — 42 ),而且有冷作硬化的效果,并使表层留有残余应力。因而较切削螺纹疲劳强度提高约 30% 。同时,这种无切削工艺本身还可以节省材料和提高生产率等。
此外,在工艺上采用氰化、氮化、喷丸等处理,都可提高螺纹连接件疲劳强度。
图 3 - 42 冷镦与滚压加工