加工精度A.doc

在制定工艺方案、审核用户提供的零件时,能不能加工以及如何加工,要由两方面确定：.一是加工件的尺寸,形状和材质;二是加工件各部位的尺寸精度;成批加工稳定性要求;形位公差和粗糙度要求.本文探讨后一个问题。一.尺寸精度： JB/T 9871-1999金属切削机床 精度等级3.4节中有这样的叙述：“相对精度等级为P级的圆柱面加工机床，如能达到IT6至IT7的公差，圆度.圆柱度达8级的加工精度，则一般应放在绝对精度等级级的位置上（例如卧式车床）。”即标准中明确了卧式车床为相对精度P级（即普通精度等级）机床，绝对精度等级为级，加工精度为IT6IT7。数控车床CAK系列是在卧式车床的基础上发展起来的，它执行的JB/T8324.1-96简式数控卧式车床 精度的主要项目与卧式车床相同，因此CAK系列加工精度应为IT6IT7。普及型数控车床CKS系列在主要部件制造精度、成品精度上较经济型数控车床有所提高，执行的GB/T16462-1996数控卧式车床 精度检验也比简式数控卧式车床 精度有所提高。CKS系列加工精度应确定为IT6。CKG6132数控高精度车床、CHH6125卧式车削中心应属于相对精度M级（精密级）或G级（高精密级）机床，绝对精度为或级，其加工精度为IT5IT6。上述精度要求是标准或参照标准规定，也是写在样本、说明书中对用户的承诺，是必须达到的。从发展趋势看用户对数控卧式车床加工精度有提高的要求：如汽车的主要部件制造精度在提高；有些用户要求以车代磨等。我们应力争加工精度达到更高些。前述加工精度为精车精度，半精车可达IT8IT10。IT11IT12粗车就可达到。见表1。数控卧式车床轴向加工精度能满足用户要求。加工对象难以遇到轴向尺寸公差小于0.1mm的零件。即使切槽宽度有公差要求、又不能用同一刀刃加工，达到精度要求也不困难。 表1 m加工直径mm3050508080120120180180250250315IT5111315182023精车IT6161922252932IT7253035404652IT8394654637281半精车IT9627487100115130IT10100120140160185210粗车IT11160190220250290320IT12250300350400460520加工直径mm3154004005005006306308008001000IT52527303540精车IT63640445056IT75763708090半精车IT88997110125140IT9140155175200230IT10230250280320360粗车IT11360400440500560IT12570630700800900二工序能力系数Cp：有些用户要求机床验收时批量加工零件，测量计算Cp值。在正常生产状态下工序能够完成设计质量标准的实际加工能力称Cp值。它反映了成批加工的稳定性。 Cp=T/6S（1） 式中 T：质量标准，即工件的公差范围。 S：质量分布的标准偏差，6S即工序能力。 （一）Cp值的计算：工序能力Cp值与随机误差有关。随机误差就是大小不按一定规律变化的误差.或称偶然误差。少量测量随机误差毫无规律，但大量加工实测经过统计可知随机误差分布接近正态分布曲线，又称钟形曲线。如图1示。该曲线特点为：1. 对称性：绝对值相等的正负误差出现次数大体相等。2. 单峰性：绝对值小的误差比绝对值大的误差出现次数多。3. 有界性：在一定条件下误差的绝对值不会超过一定限度（否则为粗大误差或称过失误差）。4. 随机误差曲线分布的分散程度和均方根误差的大小有关。均方根误差表示了随机误差的分布范围 n= i2/n（2）1式中：i=Xi- 为分布中心，Xi即误差，n为检测件数.在i中的值是不可知的,我们用X代替，用残差Vi代替i。Vi=Xi-X（3） nS = Vi2/（n-1）（4）1S为由X代替以后求得的近似均方根误差称标准离差或标准偏差。（或S）越小正态分布曲线越陡，随机误差分布越集中，说明精度越高。如图2示。通常认为超出3的概率已经很小，占0.27%，故认为是随机误差的极限误差，即Cp=T/6（5）用S代替形成常用的（1）式Cp=T/6S（二）Cpk值的计算：Cpk是有偏移的工序能力系数。Cp值是反映在质量标准中心和质量特性值分布中心重合时，即公差带中心M与分布中心一致时的工序能力。但在实际中由于系统误差的存在.二者有偏移，如图3.为偏移量。由于M与偏移使工序能力受到影响.不合格品率也不一样。所以在估算工序能力系数时应把考虑进去，这时求出的工序能力系数记为Cpk。由图3可知=|-M|，把对工件直径公差范围T的一半的比值K称为“偏移系数” 其含义是反映M与的偏移程度。 |-M|K= = （6）T/2 T/2用K值修正Cp值即：Cpk=（1-K）Cp=（1-K）T/6S（7）从（7）式可以看出：1 当K=0时，M与无偏移，则Cpk= Cp，这是我们希望的。2 当位于标准界限之外时，K1，Cpk1.67T10Sp1.3310ST8S0.00006p18ST6S0.006p0.676ST4S0.27p4.45工序能力不足四级0.67 CT4SP4.45工序能力严重不足Cp1时，工序能力基本满足要求但不充分.需要严格控制.检验不可放宽。而1.67C1.33时，不合格品率为十万分之六以下. 质量上可以放心.允许影响质量因素的一些小波动.若不是主要工序也可适当放宽检验和控制的标准.所以一般要求C1.33是合理的。至于 C1.67，即使影响质量诸因素有一定波动也不必担心超差.甚至可以免检.但达到这一数值极不经济。（六）在C1.33时，本厂CKS,CAK机床所能达到的精度：前述工序能力与随机误差有关，数控机床加工圆柱表面时随机误差的主要构成是X轴的重复定位精度与刀架的重复定位精度。精度检验标准规定如表4。表4 允 差X轴重复定位精度刀架重复定位精度普及型（CKS）75经济型（CAK）1210表4可见两种机床 精度允差差别很大，按CKS达到IT6. CAK达到IT7为目标要求。现验算能否达到该目标：以表4中X轴重复定位精度的1/6为该项标准偏差；以表4中刀架重复定位精度（极差）按公式（9）或表2算出该项标准偏差；两个标准偏差的平方和再开方得机床质量分布的标准偏差S。以机床最大回转直径的1/8为试件直径. 试件公差的1/2（半径公差）为质量标准T；按公式（1）计算Cp值，计算内容从略.结果如表5。表5机床最大回转直径mm3204005006308001000试件直径mm405062.578.8100125Cp（Cpk）CAK（IT7）0.50.590.690.79CKS（IT6）0.610.730.840.90结果表明仅仅达到精度检验标准的机床.加工工件分散度甚差，Cp800圆度（精度等级）0.003（5）0.005（56）（67）（7）圆柱度（精度等级）0.02/3075（910）0.03/ 75150（1011）0.03/ 100（10）0.04/ 100（1011）机床主轴轴承对工件圆度有极其重要的影响.数控车床提高了主轴轴承精度及选用进口件，故在以往的国内外机床样机试验中.加工试件圆度都远远高于标准规定，甚至可达0.00120.0015。而圆柱度影响因素很多.包括导轨各项精度，按表7所列尚不能达到8级，而JB/T9871要求卧式车床达到8级，数控卧式车床不应低于卧式车床精度.实践验证也能达到8级（其数值相当于IT6尺寸公差值），因此，按表8对机床提出要求：表8精度CKSCAK圆度（精度等级）粗车78精车56圆柱度（精度等级）精车8圆度5级适用于一般量仪的主轴.滚珠轴承的配合轴，P级精度机床主轴轴颈也多在此范畴。6级则可适用于通用减速器轴颈等。加工球面时其圆度实为轮廓度.依靠圆弧补偿加工，精度级别要降低。数值小于IT6尺寸公差的圆柱度.较少见。像尾座套筒.排气阀.销杆等圆柱面很长行程也很长要求圆柱度公差很高的，其尺寸公差.粗糙度 要求也很高，要经过磨加工。车削较长的零件圆柱度精度级别达不到很高。 表9 m加工直径mm305050808012012018018025025031531540040050041.522.53.54.5678圆度（精车）精度等级52.5345789106456810121315圆度（粗车）精度等级77810121416182081113151820232527圆柱度（精车）精度等级81113151820232527（二）位置公差：位置公差要求较高的工件，其基准和被测表面应在一次装卡下加工.以消除定位误差。手动自定心卡盘的定位精度满足不了一般工件的位置精度要求。当不得不在两次装卡下加工时，必须使卡具的重复定位误差小于位置公差的1/3，通常采用芯轴.涨胎.自车软爪以致超级精密卡盘等。1. 同轴度和跳动：在一次装卡下可达到以下精度表10同轴度和跳动CKSCAK粗车（精度等级）78精车（精度等级）56同轴度和跳动5级体现为加工CA6140主轴时，除轴颈及短锥外的各项同轴度和跳动要求皆可满足。6级则适于尺寸公差IT7的圆柱表面。数值见表11。表11 m加工直径mm30505012012025025050050080080012504568101215精车 精度等级5810121520256121520253040粗车 精度等级7202530405060830405060801002. 平行度和垂直度：指端面对端面. 圆柱面对端面.的位置公差。普及型经济型精度标准P2工作精度检验项目允差皆为25m/300mm相当于5级。从机床其它精度项目和测试结果可知两者有区别。在一次装卡下可达精度见表12表12平行度和垂直度CKSCAK粗车（精度等级）67精车（精度等级）3445平行度和垂直度数值见表13。表13 m加工直径mm4063631001001601602502504004006306301000精度等级345681012154810121520253051215202530405062025304050608073040506080100120四.粗糙度：对粗糙度的要求应与该机床加工精度相匹配。本厂样本标注CAK为Ra1.6，CKS Ra0.81.6，CHH6125.CKG6132则为Ra0.4.有色金属Ra0.1。样机试验表明普及型数控卧式车床精车外圆时：45号钢可达Ra0.40.8，黄铜和铝合金可达Ra0.20.4。具体要求见表14。表14 Ram粗糙度经济型（CAK）普及型（CKS）高精度粗车黑色金属6.36.3半精车黑色金属3.23.2有色金属1.61.6精车黑色金属1.60.81.250.4有色金属0.80.40.1影响粗糙度的因素.机床只是一个方面。刀具和切削参数或许更为重要，不予讨论。上述要求是针对车外圆的，车内孔当刀杆有足够刚度时.也可按上述要求。车削端面时，采用恒线速车削粗糙度与外圆大体相当，但接近中心若受转数限制局部粗糙度降低。切槽时一次行程只能达Ra12.5，二次行程能达Ra3.2，若达Ra1.6则需小进给量再次加工。有的图纸用Rz表示粗糙度，它是另一个表示微观不平度高度特征的表面粗糙度参数。Ra是轮廓算术平偏差，而Rz表示微观不平度十点高度的参数。两者之间可自GB1031-68与GB1031-83中的Ra. Rz值做表15.以对照参考。表15 mGB1031-83Ra第一系列GB1031-68GB1031-83GB1031-68旧级别代号RaRz第一系列Rz0.1100.080.160.80.40.80.290.160.321.60.81.60.480.320.633.21.63.20.870.631.256.33.26.31.661.25