A precisão da usinagem refere-se ao grau de conformidade entre os três parâmetros geométricos do tamanho real, forma e posição da superfície da peça após a usinagem e os parâmetros geométricos ideais exigidos pelo desenho. Os parâmetros geométricos ideais, para tamanho, são o tamanho médio; para geometria de superfície, são círculos absolutos, cilindros, planos, cones e linhas retas; para as posições relativas entre superfícies são paralelismo absoluto, verticalidade, coaxialidade, simetria, etc. O desvio entre os parâmetros geométricos reais da peça e os parâmetros geométricos ideais é denominado erro de usinagem.
Introdução à precisão de usinagem
A precisão da usinagem é usada principalmente para medir o grau de produção dos produtos. Precisão de usinagem e erro de usinagem são termos para avaliar os parâmetros geométricos da superfície de usinagem. A precisão da usinagem é medida pelo grau de tolerância. Quanto menor for o valor da nota, maior será a precisão; o erro de usinagem é expresso por valor numérico. Quanto maior o valor numérico, maior o erro. Alta precisão de usinagem significa pequenos erros de usinagem e vice-versa.
Existem 20 graus de tolerância de IT01, IT0, IT1, IT2, IT3 a IT18. Dentre eles, IT01 indica que a peça possui a maior precisão de usinagem e IT18 indica que a peça possui a menor precisão de usinagem. Geralmente, IT7 e IT8 são precisão de usinagem de nível médio.
Os parâmetros reais obtidos por qualquer método de processamento não serão absolutamente precisos. Pela função da peça, desde que o erro de processamento esteja dentro da faixa de tolerância exigida pelo desenho da peça, a precisão do processamento é considerada garantida.
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A diferença entre exatidão e precisão: 1. Exatidão refere-se ao grau de proximidade entre o resultado da medição obtido e o valor real. Alta precisão de medição significa que o erro do sistema é pequeno. Neste momento, o valor médio dos dados medidos desvia-se menos do valor real, mas os dados estão dispersos, ou seja, o tamanho do erro acidental não é claro.
2. A precisão refere-se à reprodutibilidade e consistência entre os resultados obtidos por medições repetidas utilizando as mesmas amostras sobressalentes. É possível ter alta precisão, mas exatidão imprecisa. Por exemplo, os três resultados obtidos medindo com comprimento de 1 mm são 1,051 mm, 1,053 e 1,052, respectivamente. Embora tenham alta precisão, são imprecisos.
A precisão indica a exatidão do resultado da medição e a precisão indica a repetibilidade e reprodutibilidade do resultado da medição. A precisão é um pré-requisito para a exatidão.
Conteúdo relacionado 1. A precisão dimensional refere-se ao grau de conformidade entre o tamanho real da peça após o processamento e o centro da faixa de tolerância do tamanho da peça.
2. A precisão da forma refere-se ao grau de conformidade entre a forma geométrica real da superfície da peça usinada e a forma geométrica ideal.
3. A precisão da posição refere-se à diferença na precisão da posição real entre as superfícies relevantes da peça usinada.
4. Relacionamento Normalmente, ao projetar peças de máquinas e especificar a precisão de usinagem das peças, deve-se prestar atenção ao controle do erro de forma dentro da tolerância de posição, e o erro de posição deve ser menor que a tolerância de tamanho. Ou seja, para peças de precisão ou superfícies importantes de peças, os requisitos de precisão de forma devem ser superiores aos requisitos de precisão de posição, e os requisitos de precisão de posição devem ser superiores aos requisitos de precisão de tamanho.
Métodos para melhorar a precisão da usinagem
1. Ajuste o sistema de processo. O método de corte experimental é ajustado pelo corte experimental - medindo o tamanho - ajustando a quantidade de corte da ferramenta - cortando - cortando novamente e repetindo até que o tamanho necessário seja alcançado. Este método tem baixa eficiência de produção e é usado principalmente para produção de pequenos lotes de uma única peça.
O método de ajuste obtém o tamanho necessário pré-ajustando as posições relativas da máquina-ferramenta, acessório, peça de trabalho e ferramenta. Este método tem alta produtividade e é usado principalmente para produção em massa em larga escala.
2. Reduzir erros de máquinas-ferramenta 1) Melhorar a precisão de fabricação dos componentes do fuso. A precisão de rotação dos rolamentos deve ser melhorada: ① Selecione rolamentos de alta precisão; ② Use rolamentos de pressão dinâmica de cunha multi-óleo de alta precisão; ③ Use rolamentos de pressão estática de alta precisão. A precisão dos acessórios com rolamentos deve ser melhorada: ① Melhorar a precisão de usinagem do furo de suporte da caixa e do munhão do fuso; ② Melhorar a precisão de usinagem da superfície correspondente ao rolamento; ③ Meça e ajuste a faixa de desvio radial das peças correspondentes para compensar ou compensar os erros.
2) O pré-aperto adequado dos rolamentos ① pode eliminar a folga; ② Aumentar a rigidez do rolamento; ③ Equalize o erro do elemento rolante.
3) Faça com que a precisão da rotação do fuso não seja refletida na peça de trabalho.
3. Reduza o erro de transmissão da corrente de transmissão 1) O número de peças de transmissão é pequeno, a corrente de transmissão é curta e a precisão da transmissão é alta; 2) O uso de transmissão de redução de velocidade (i<1) is an important principle to ensure the transmission accuracy, and the closer the transmission pair is to the end, the smaller the transmission ratio should be; 3) The accuracy of the end parts should be higher than that of other transmission parts.
4. Reduza o desgaste da ferramenta. Antes que o desgaste do tamanho da ferramenta atinja o estágio de desgaste rápido, a ferramenta deve ser afiada novamente.
5. Reduzir a deformação por tensão do sistema de processo principalmente a partir de: (1) melhorar a rigidez do sistema, especialmente melhorar a rigidez dos elos fracos no sistema de processo; (2) reduzir a carga e sua mudança. Melhorar a rigidez do sistema: (1) Projeto estrutural razoável 1) Minimizar o número de superfícies de conexão; 2) Prevenir a ocorrência de ligações locais de baixa rigidez; 3) A estrutura e o formato da seção transversal da base e das peças de suporte devem ser razoavelmente selecionados.
(2) Melhorar a rigidez de contato da superfície de conexão 1) Melhorar a qualidade da superfície de junta entre peças nos componentes da máquina-ferramenta; 2) Pré-carregar os componentes da máquina-ferramenta; 3) Melhore a precisão da superfície de referência de posicionamento da peça e reduza seu valor de rugosidade superficial.
(3) Use métodos razoáveis de fixação e posicionamento
Reduza a carga e sua alteração: (1) Selecione razoavelmente os parâmetros de geometria da ferramenta e a quantidade de corte para reduzir a força de corte; (2) Agrupe as peças brutas para uniformizar a margem de usinagem da peça bruta durante o ajuste.
6. Reduzir a deformação térmica do sistema de processo (1) Reduzir a geração de calor das fontes de calor e isolar as fontes de calor 1) Usar menor quantidade de corte; 2) Quando os requisitos de precisão das peças forem altos, separe os processos de processamento bruto e fino; 3) Separe a fonte de calor da máquina-ferramenta tanto quanto possível para reduzir a deformação térmica da máquina-ferramenta; 4) Para fontes de calor que não podem ser separadas, como rolamentos de fuso, pares de porcas de parafuso e pares de trilhos-guia de alta velocidade, melhore suas características de atrito nos aspectos de estrutura e lubrificação, reduza a geração de calor ou use materiais de isolamento térmico; 5) Use resfriamento de ar forçado, resfriamento de água e outras medidas de dissipação de calor.
(2) Equilibre o campo de temperatura (3) Use uma estrutura razoável de componentes de máquina-ferramenta e dados de montagem 1) Use uma estrutura termicamente simétrica - na caixa de engrenagens, organize simetricamente o eixo, rolamentos, engrenagens de transmissão, etc., o que pode aumentar a temperatura da parede da caixa subir uniformemente e reduzir a deformação da caixa; 2) Selecione razoavelmente o ponto de referência de montagem das peças da máquina-ferramenta.
(4) Acelerar a obtenção do equilíbrio de transferência de calor; (5) Controle a temperatura ambiente.
7. Reduzir o estresse residual (1) Adicionar um processo de tratamento térmico para eliminar o estresse interno; (2) Organizar razoavelmente o processo.
Fatores que afetam a precisão da usinagem
1. Erro de princípio de usinagem Erro de princípio de usinagem refere-se ao erro causado pelo uso de um perfil aproximado da lâmina ou uma relação de transmissão aproximada para usinagem. Erros de princípio de usinagem ocorrem frequentemente na usinagem de roscas, engrenagens e superfícies curvas complexas.
Por exemplo, a fresa de engrenagem usada para usinar engrenagens envolventes usa rosca sem-fim básica de Arquimedes ou rosca sem-fim básica de perfil reto normal em vez de rosca sem-fim básica envolvente para facilitar a fabricação da fresa, o que causa erros no formato do dente envolvente da engrenagem. Para outro exemplo, ao girar um sem-fim de módulo, uma vez que o passo do sem-fim é igual ao passo da roda sem-fim (ou seja, mπ), onde m é o módulo e π é um número irracional, o número de dentes do substituto a engrenagem do torno é limitada. Ao selecionar a engrenagem de substituição, π só pode ser convertido em um valor fracionário aproximado (π=3.1415) para cálculo, o que fará com que a ferramenta seja imprecisa no movimento de formação (movimento espiral) da peça de trabalho, resultando em erro de arremesso.
Na usinagem, a usinagem aproximada é geralmente utilizada para melhorar a produtividade e a economia, desde que o erro teórico possa atender aos requisitos de precisão da usinagem (<=10%-15% dimensional tolerance).
2. Erro de ajuste O erro de ajuste de uma máquina-ferramenta refere-se ao erro causado por ajuste impreciso.
3. Erro da máquina-ferramenta O erro da máquina-ferramenta refere-se ao erro de fabricação, erro de instalação e desgaste da máquina-ferramenta. Inclui principalmente o erro de guia do trilho guia da máquina-ferramenta, o erro de rotação do fuso da máquina-ferramenta e o erro de transmissão da cadeia de transmissão da máquina-ferramenta.
(1) Erro de orientação do trilho guia de máquinas-ferramentas 1) Precisão de orientação do trilho guia - o grau de conformidade entre a direção real do movimento das peças móveis do par de trilhos guia e a direção de movimento ideal. Inclui principalmente: ① A retilineidade Δy do trilho-guia no plano horizontal e a retilineidade Δz (flexão) no plano vertical; ② O paralelismo (torção) dos trilhos-guia dianteiros e traseiros; ③ O erro de paralelismo ou erro de perpendicularidade do trilho guia ao eixo de rotação do fuso no plano horizontal e no plano vertical.
2) A influência da precisão da orientação do trilho-guia na usinagem de corte considera principalmente o deslocamento relativo da ferramenta e da peça de trabalho na direção sensível ao erro causada pelo erro do trilho-guia. A direção sensível ao erro no torneamento é a direção horizontal, e o erro de usinagem causado pelo erro de guia na direção vertical pode ser ignorado; a direção sensível a erros no mandrilamento muda com a rotação da ferramenta; a direção sensível a erros no planejamento é a direção vertical, e a retilineidade da guia da base no plano vertical causa os erros de retilineidade e planicidade da superfície usinada.
(2) Erro de rotação do fuso da máquina-ferramenta O erro de rotação do fuso da máquina-ferramenta refere-se ao desvio do eixo de rotação real em relação ao eixo de rotação ideal. Inclui principalmente desvio circular da face final do fuso, desvio circular radial do fuso e oscilação de inclinação do eixo geométrico do fuso.
1) A influência do desvio circular da face final do fuso na precisão da usinagem: ① Nenhuma influência ao usinar superfícies cilíndricas; ② Ao tornear ou mandrilar faces finais, será gerado um erro na perpendicularidade entre a face final e o eixo cilíndrico ou um erro na planicidade da face final; ③ Ao usinar roscas, será gerado um erro de período de passo.
2) A influência do desvio circular radial do fuso na precisão da usinagem: ① Se o erro de rotação radial se manifestar como o movimento linear harmônico simples de seu eixo real na direção da coordenada do eixo y, o furo perfurado pela mandriladora é um furo elíptico e o erro de circularidade é a amplitude do desvio circular radial; enquanto o furo feito pelo torno tem pouco efeito; ② Se o eixo geométrico do fuso se mover excentricamente, um círculo com raio igual à distância da ponta da ferramenta ao eixo médio pode ser obtido independentemente do torneamento ou mandrilamento.
3) A influência da oscilação de inclinação do eixo geométrico do fuso na precisão da usinagem: ① O eixo geométrico forma uma trajetória cônica com um certo ângulo de cone em relação ao eixo médio no espaço, que é equivalente ao movimento excêntrico do eixo geométrico em torno do eixo médio na perspectiva de cada seção, enquanto os valores de excentricidade em diferentes locais são diferentes da direção axial; ② O eixo geométrico oscila em um determinado plano, o que equivale ao movimento linear harmônico simples do eixo real em um plano a partir da perspectiva de cada seção, enquanto as amplitudes de desvio em diferentes locais são diferentes da direção axial; ③ Na verdade, a oscilação da inclinação do eixo geométrico do fuso é a superposição dos dois acima.
(3) Erro de transmissão da cadeia de transmissão da máquina-ferramenta O erro de transmissão da cadeia de transmissão da máquina-ferramenta refere-se ao erro de movimento relativo entre os elementos de transmissão na primeira e na última extremidade da cadeia de transmissão.
1) Erro de fabricação e desgaste de acessórios O erro de acessórios refere-se principalmente a: ① Erro de fabricação de elementos de posicionamento, elementos guia de ferramenta, mecanismo de indexação, base de fixação, etc.; ② Erro de tamanho relativo entre as superfícies de trabalho dos componentes acima após a montagem do acessório; ③ Desgaste da superfície de trabalho do aparelho durante o uso.
2) Erro de fabricação e desgaste de ferramentas A influência do erro de ferramenta na precisão da usinagem varia de acordo com o tipo de ferramenta. ① A precisão dimensional de ferramentas de tamanho fixo (como brocas, alargadores, fresas de chaveta e broches circulares, etc.) afeta diretamente a precisão dimensional da peça de trabalho. ② A precisão do formato das ferramentas de conformação (como ferramentas de torneamento, fresas, rebolos, etc.) afetará diretamente a precisão do formato da peça de trabalho. ③ O erro de formato da lâmina da ferramenta de desenvolvimento (como fresas de engrenagem, fresas estriadas, ferramentas de modelagem de engrenagem, etc.) afetará a precisão do formato da superfície usinada. ④ A precisão de fabricação de ferramentas gerais (como ferramentas de torneamento, ferramentas de mandrilamento, fresas, etc.) não tem efeito direto na precisão da usinagem, mas as ferramentas estão sujeitas ao desgaste.
3) Deformação do sistema de processo sob força O sistema de processo se deformará sob a ação da força de corte, força de fixação, gravidade e força de inércia, destruindo assim a relação de posição mútua dos componentes do sistema de processo ajustado, resultando em erros de processamento e afetando a estabilidade do processo de processamento. Considere principalmente a deformação da máquina-ferramenta, a deformação da peça e a deformação total do sistema de processo.
4. A influência da força de corte na precisão do processamento
Considerando apenas a deformação da máquina-ferramenta, para usinagem de peças de eixo, a deformação da máquina-ferramenta sob força faz com que a peça usinada apareça em formato de sela com extremidades grossas e meio fino, ou seja, ocorre erro de cilindricidade. Considerando apenas a deformação da peça, para usinagem de peças de eixo, a deformação da peça sob força faz com que a peça apareça em formato de tambor com extremidades finas e meio grosso após a usinagem. Para usinagem de peças furadas, a deformação da máquina-ferramenta ou da peça é considerada separadamente, e o formato da peça após a usinagem é oposto ao das peças usinadas do eixo.
5. A influência da força de fixação na precisão da usinagem
Quando a peça é fixada, devido à baixa rigidez da peça ou ao ponto de aplicação inadequado da força de fixação, a peça é deformada, resultando em erros de usinagem.
6. Deformação térmica do sistema de processo Durante o processamento, o sistema de processo é aquecido e deformado devido ao calor gerado por fontes internas de calor (calor de corte, calor de fricção) ou fontes externas de calor (temperatura ambiente, radiação térmica), afetando assim o processamento precisão. No processamento de peças em grande escala e no processamento de precisão, o erro de processamento causado pela deformação térmica do sistema de processo é responsável por 40%-70% do erro total de processamento.
O impacto da deformação térmica da peça no metal processado inclui dois tipos: aquecimento uniforme da peça e aquecimento desigual da peça.
7. Tensão residual dentro da peça Geração de tensão residual: 1) Tensão residual gerada durante a fabricação da peça bruta e tratamento térmico; 2) Tensão residual causada pelo alisamento a frio; 3) Tensão residual causada pelo corte.
8. Impacto do ambiente do local de processamento Muitas vezes há muitos pequenos pedaços de metal no local de processamento. Se esses cavacos de metal existirem na superfície de posicionamento ou na posição do furo de posicionamento da peça, isso afetará a precisão do processamento da peça. Para processamento de alta precisão, alguns cavacos de metal tão pequenos que não podem ser vistos afetarão a precisão. Este fator de influência será identificado, mas não existe um método muito eficaz para eliminá-lo e muitas vezes depende muito das habilidades operacionais do operador.
Método de medição
A precisão de usinagem adota diferentes métodos de medição de acordo com diferentes conteúdos de precisão de usinagem e requisitos de precisão. De modo geral, existem os seguintes métodos: 1. Dependendo se os parâmetros medidos são medidos diretamente, podem ser divididos em medição direta e medição indireta. Medição direta: meça diretamente os parâmetros medidos para obter as dimensões medidas. Por exemplo, meça com um paquímetro ou comparador. Medição indireta: meça os parâmetros geométricos relacionados às dimensões medidas e obtenha as dimensões medidas após o cálculo. Obviamente, a medição direta é mais intuitiva e a medição indireta é mais complicada. Geralmente, quando as dimensões medidas ou a medição direta não podem atender aos requisitos de precisão, a medição indireta deve ser usada.
2. Dependendo se o valor de leitura do instrumento de medição representa diretamente o valor da dimensão medida, ele pode ser dividido em medição absoluta e medição relativa. Medição absoluta: o valor de leitura representa diretamente o tamanho da dimensão medida, como medir com um paquímetro. Medição relativa: o valor de leitura representa apenas o desvio da dimensão medida em relação ao padrão. Se o diâmetro do eixo for medido com um comparador, a posição zero do instrumento deve ser ajustada primeiro com um bloco padrão e depois a medição é realizada. O valor medido é a diferença entre o diâmetro do eixo lateral e o tamanho do bloco padrão, que é uma medida relativa. De modo geral, a precisão relativa da medição é maior, mas a medição é mais problemática.
3. Dependendo se a superfície medida está em contato com o cabeçote de medição do instrumento de medição, ela é dividida em medição de contato e medição sem contato. Medição de contato: O cabeçote de medição está em contato com a superfície contatada e há uma força de medição mecânica. Por exemplo, usando um micrômetro para medir peças. Medição sem contato: O cabeçote de medição não entra em contato com a superfície da peça medida. A medição sem contato pode evitar a influência da força de medição no resultado da medição. Por exemplo, usando método de projeção, método de interferência de ondas de luz, etc.
4. De acordo com o número de parâmetros medidos de uma só vez, é dividido em medição única e medição abrangente. Medição única: Cada parâmetro da parte medida é medido separadamente. Medição abrangente: A medição reflete os indicadores abrangentes dos parâmetros relevantes da peça. Por exemplo, ao medir a rosca com um microscópio de ferramenta, o diâmetro médio real da rosca, o erro de meio ângulo do perfil do dente e o erro cumulativo de passo podem ser medidos separadamente.
A medição abrangente é geralmente mais eficiente e confiável para garantir a intercambialidade das peças e é frequentemente usada para a inspeção de peças acabadas. A medição única pode determinar o erro de cada parâmetro separadamente e geralmente é usada para análise de processo, inspeção de processo e medição de parâmetros especificados.
5. De acordo com o papel da medição no processo de processamento, ela é dividida em medição ativa e medição passiva. Medição ativa: A peça é medida durante o processamento, e os resultados são utilizados diretamente para controlar o processamento das peças, de forma a evitar a geração de desperdícios no tempo. Medição passiva: A medição é realizada após o processamento da peça. Este tipo de medição só pode determinar se a peça processada está qualificada e se limita a descobrir e eliminar desperdícios.
6. De acordo com o estado da peça medida durante o processo de medição, ela é dividida em medição estática e medição dinâmica. Medição estática: a medição é relativamente estática. Por exemplo, o micrômetro mede o diâmetro. Medição dinâmica: durante a medição, a superfície medida e o cabeçote de medição simulam movimento relativo no estado de trabalho. O método de medição dinâmica pode refletir a condição das peças próximas ao estado de uso, que é a direção de desenvolvimento da tecnologia de medição.
