卧加调头高精同轴孔系加工法的误差补偿

卧加调头高精同轴孔系加工法的误差补偿

通常，在对同轴孔系统进行调整和加工时，首先通过返回180c完成了装载和固定。加工的精度只能通过设备自身的精度和一般孔建成。因此，只能保证零件的同治度为0.010.03mm，且偏差非常不稳定且范围广泛。在实际加工中，由于机枪轨道的精度、工作场所轮作的精度和安装的一些误差，仅通过这种方法无法加工高精整件的产品。卧加调头高精同轴孔系加工法综合考虑了机床、工件、装夹、误差补偿等诸多因素,可确保加工零件同轴度稳定地控制在ϕ0.003～0.01mm之间。加工时除了要严格按一般操作程序执行外,还要加上自己独有的操作程序执行,才能加工出同轴度符合要求的工件,并实现批量零件加工时公差稳定可靠。1高精同轴孔加工中心的设计操作者首先要熟练掌握MA-500HB卧式加工中心影响加工同轴度要求的相关机床精度误差,并在此基础上采取相应的措施避免误差的产生或采取相应的误差补偿,实现高精同轴孔系的加工。MA-500HB卧式加工中心的刚性、抗震性好,主轴功率大。最高转速达12000r/min,回转台最小分度为1/1000°。采用工作台送进方式加工,主轴头在Y方向移动,立柱在X方向移动,工作台沿Z方向导轨作纵向移动,台面作B向旋转,其结构如图1所示。1.1对二次铣轴的同+1轴度误差工作台回转180°的分度误差δα是导致同轴度误差产生的最直接原因,因此加工产品前通过实测足够次数的工作台回转180°的分度误差δα的具体值,以得出平均值δa¯¯¯δa¯,作为定值误差的近似处理方法用于补偿。工作台回转导致同轴度误差的Δ1确定过程如下:如图2a所示,工件固定台面之上,被镗孔的一个端面至台面回转中心横移线的距离为lw,孔轴线到台面回转中心纵移线的距离为lx,两孔全长为Lw。当工件在图示双点划线位置镗完d1孔后,横移Lx=2lx后(设无误差),随后工作台回转180°(产生随机性的分度角误差δα),使被镗孔轴线重新与镗轴轴线重合,镗d2孔。由于工作台回转180°的分度误差δα的存在,在调头镗d2孔后,将产生d2孔对d1孔的同轴度误差Δ1。根据同轴度公差带的概念:Δ1=2δx1式中,δx1为由δα引起的已镗孔的轴线同镗轴轴线在x方向上的线值偏差,单位mm。δx1值的计算参见图2b(a图的局部放大)。利用三角关系可求得:同理,可以计算图2a中δx1左,得到从而得到式中因工件安装得不一定是lw=Lw/2,此项同轴度误差应以Δ1左和Δ1右中大值计算。在实际加工过程中,因零件形状及摆放位置不同而具体运算,知道误差值后下一步便是具体的补偿,因角度误差δα而引起的调头镗孔后之孔的同轴度误差Δ1位于X坐标方向,我们可以用X坐标方向的微量补偿消除δα的影响。如图3所示,镗完d1孔后,工作台回转180°并横移工作台Lx后,再横移工作台一个补偿值,使d1孔的轴线与镗轴轴线的交点Q′刚好位于d2孔的孔长之半处,可使d2孔对d1孔的同轴度误差减小至最小值,成为Δ1min。Δ1min=2δx′′1=2δx1min=Lw−Lw12tgδαΔ1min=2δx″1=2δx1min=Lw-Lw12tgδα这时附加的最佳补偿值以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佳为正号时表示补偿值的线位移方向与工作台移动2lx的方向相同,负号则相反。如前所述,由于δα是随机的,所以对于用线位移Δx1佳作补偿时,也应求出Δx1佳的对应算术平均值用于实际补偿中去。通过对MA-500HB卧式加工中心的大量反复测试,该机床工作台回转180°的分度误差δα算术平均值约为±4″,有时作为误差的近似处理方法进行补偿,具体补偿值经过上述详细计算。1.2测定基准和定位基准因双交换工作台交换时由于工作台每次抬起落下因间隙而产生误差,致使第一次定位基准和以后定位基准产生偏差,产生误差导致的结果类似工作台定位精度。镗高精孔系时为了获得稳定的公差范围,应避免工作台的交换,以免产生重复定位误差。1.3资金重合度调整重合度是保证加工高精同轴孔系最关键的前提。MA-500HB卧式加工中心把工作台台心线设为机床X轴的机械原点,故X轴的机械原点与工作台台心纵向移动轨迹的重合度是加工同轴孔最基本的前提。另外X轴机械原点重复定位精度也是保证孔同轴度要求的必要条件。重合度精度达若不到0.004mm就必须重新调校。例如实测MA-500HB卧式加工中心回转180°的重合度误差为0.015mm时,我们就可以利用标准弯板校直,然后回转180°校准,取误差平均值重新修改机床的X方向的机械坐标原点(机床参数),最终达到0.004mm。每次批量产品加工前必须提前验校,确保加工零件的合格率。1.4垂直度误差影响孔轴度立柱导轨在2个互相垂直的方向产生了同工作台面的垂直度误差,X轴方向的垂直度误差影响了孔轴心线与工件侧面定位基准的平行度误差,Y轴方向的垂直度误差影响了孔轴心线与工件底面定位基准的平行度误差。如果调头镗孔的话,孔轴心线会斜向交叉,产生同轴度误差。调头加工高精同轴孔系时,尽量避免主柱导轨Y轴的移动,以免产生同轴误差,相比而言,对孔同轴度公差的影响较大的是立柱导轨横向移动的精度。为避免立柱导轨在X方向的移动定位误差,工作台回转时工件所产生同轴孔系的偏移,我们要把同轴要求的轴线通过工作台回转中心,尽可能地减小移动带来的坐标定位误差。2同轴加工孔的旋转工件的装夹位置是指被镗孔的工件放置于机床坐标系中的相对位置,被镗孔工件放于可回转的工作台,机床以相对坐标来定位刀具所处的位置。对工件来说,同轴孔Y方向的坐标是由工作台面决定的(尽量使加工孔的轴线接近台面),其余2个方向可以灵活改动。在X轴方向上由于调头镗孔要移动回转工作台,移动的值越大,产生的定位误差越大,这些误差最终会影响孔系的同轴精度。所以摆放同轴孔系的工件时应尽量使轴线与工作台回转中心靠近,这样能减少X方向的移动,提高孔系的同轴加工精度。在Z轴方向上尽量使回转中心平分对应孔系的深度方向,进一步提高同轴精度。3确定正确的定位基准装夹变形也是影响调头镗孔同轴要求的关键因素。夹紧变形是工件在夹紧状态时与加工后松开状态时相对位置产生的偏移,夹紧变形是不可忽视的。调头镗孔前的铸件由于壁厚不均,研磨过的基准本身也有平面度误差,如果装夹工件的夹紧力过大或压紧的力点不当,都会使零件产生扭曲变形。这样在夹紧状态下加工同轴孔是满足同轴要求的,一旦松开时,2孔产生了偏移,就会导致同轴误差。在加工过程中,基准本身存在平面度误差,所以定位基准压紧时会产生一定的变形,这就要求我们在加工前找到基准面的最高点,压紧时压力点处于高点处,尽量保证压紧、松开时零件不产生变形。此外,压紧力要适中,不易过大,必要时在精镗前微微松一下压板,压板的大小要适中,防止过大或过小。在×××-01-376零件的加工过程中采用了基础板和弯板定位,经济、简单(如图4所示),考虑到水平放置时主轴头与工作台台面产生很多干涉,所以采用工件B基准面为主定位平面,A基准面紧贴弯板平面,A基准与B基准的形位公差易于控制。夹紧元件选用2个直压板结构,夹紧点选在引起变形最小的S基准轴线两侧附近,夹紧力适中。另外,辅助U型钳口夹紧,以使A基准面与弯板基准相互紧贴。Z方向定位元件采用圆柱销定位。工件压紧前、后用杠杆千分表对X、Y两个方向检测是否产生压紧变形,精镗后在压紧状态与松开状态下进行自检,分析是否产生加工变形,必要时移动压力点或重新研磨两基准,直至装夹变形减为最低或零变形。4精铣前误差补偿法加工前的监控包括基准的检测,防止基准的平面度误差,找到压紧点。工件压紧前、后用杠杆表检测是否产生压紧变形,如超过允许误差须重新修研基准。精镗前用测量探头进行预检,分析产生的误差原因,必要时用误差补偿法纠正。精镗后在压紧状态与松开状态下进行自检,分析是否产生加工变形。如产生变形就必须分析原因,改变加工方法减少加工变形。5真实地分析误差为提高加工精度采用误差补偿法,是一种行之有效的办法。采用误差补偿法必须要准确地分析误差产生的原因,采取真实准确的误差数据,否则会适得其反。此外,我们确保在没有程序、装夹、刀具等其他非机床因素影响下,可以用试镗法测量出同轴度误差值,然后人为地进行矢量补偿。6对同轴度方差的跟踪利用此法,作者在MA-500HB卧式加工中心上试制加工出诸如×××-01-376、×××-02-55等高精度同轴孔系产品,并已应用于批量生产,同时在实施此操作方法前后对30件工件的同轴度公差分别进行了跟踪计录,并为此制成了如图5所示的直方图。