【正文】 第5章 滾銑復(fù)合加工機(jī)床誤差分析零件的加工精度是指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)相符合的程度。而實(shí)際生產(chǎn)中，由于生產(chǎn)條件的限制，零件的實(shí)際加工尺寸不可能和設(shè)計(jì)尺寸完全相同，總會(huì)有一定的偏差，而這個(gè)實(shí)際值與理想值之差稱(chēng)為加工誤差。 滾銑復(fù)合加工機(jī)床工藝系統(tǒng)誤差分析在機(jī)械加工中，機(jī)床、夾具、刀具和工件構(gòu)成了一個(gè)完整的系統(tǒng)，稱(chēng)為工藝系統(tǒng)，工藝系統(tǒng)的誤差會(huì)以各種不同方式間接或直接地反映到被加工的零件上，形成加工誤差，因此，工藝系統(tǒng)的誤差又稱(chēng)為原始誤差。原始誤差主要可以歸納為一下幾個(gè)方面：工藝系統(tǒng)的幾何誤差、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差、工藝系統(tǒng)熱變形引起的誤差。機(jī)床工藝系統(tǒng)的幾何誤差包括加工原理誤差，機(jī)床、夾具、刀具的制造誤差和磨損、安裝誤差、調(diào)整誤差。下面分述之：加工原理誤差在本滾銑加工復(fù)合機(jī)床上體現(xiàn)在成形法銑齒上，因?yàn)槌尚畏庸r(shí)，是選擇和被加工齒輪輪廓近似的銑刀來(lái)加工的，一把銑刀可以加工一定齒數(shù)范圍內(nèi)的齒輪，因此這必然導(dǎo)致加工原理誤差；同樣的，飛刀法切向加工蝸輪時(shí)，采用了近似的簡(jiǎn)單的成形運(yùn)動(dòng)代替了實(shí)際的復(fù)雜的成形運(yùn)動(dòng)，加工出來(lái)的蝸輪齒槽就不是螺旋狀，而是斜直槽，當(dāng)蝸輪較厚時(shí)，斜直槽和螺旋槽的區(qū)別增大，影響嚙合精度。當(dāng)然，在誤差允許的范圍內(nèi)，采用近似的加工原理既可以簡(jiǎn)化機(jī)床結(jié)構(gòu)和刀具加工過(guò)程，而且還可以提高加工制造效率。機(jī)床誤差是指在無(wú)切削條件下，來(lái)自機(jī)床本身的制造誤差、安裝誤差和磨損。主要包括由于主軸的幾何偏心、回轉(zhuǎn)誤差導(dǎo)致的誤差以及導(dǎo)軌的自身加工誤差和運(yùn)動(dòng)時(shí)與其他表面的相位位置誤差等等。其中，主軸誤差可以通過(guò)提高主軸的加工精度來(lái)減少主軸的幾何偏心，通過(guò)選用高精度的滾動(dòng)軸承以及消除軸承間隙來(lái)提高主軸的回轉(zhuǎn)精度；對(duì)于導(dǎo)軌誤差，不僅僅要注意提高導(dǎo)軌和床身的加工精度，而且還要注重安裝過(guò)程的合理性，因?yàn)橥鶎?dǎo)軌在安裝過(guò)程中導(dǎo)致的誤差比加工時(shí)產(chǎn)生的誤差還大。調(diào)整誤差是指在加工過(guò)程中安裝夾具，刀具，工件以及在對(duì)刀等一系列過(guò)程中產(chǎn)生的調(diào)整誤差。因?yàn)槭軠y(cè)量工具、機(jī)床微進(jìn)給機(jī)構(gòu)的靈敏度以及刀具最小切削厚度的限制，調(diào)整誤差總是不可避免，因此在自動(dòng)化程度較高的機(jī)床上可以采用光柵等電測(cè)儀器來(lái)提高檢測(cè)調(diào)整精度。 機(jī)床工藝系統(tǒng)受力變形引起誤差以及補(bǔ)償機(jī)械加工過(guò)程中，機(jī)床會(huì)在受到切削力、夾緊力、重力以及慣性力的作用下，會(huì)產(chǎn)生形變，進(jìn)而破壞工件和刀具的相對(duì)位置，產(chǎn)生加工誤差。工藝系統(tǒng)的剛度是指工藝系統(tǒng)抵抗變形的能力，用K表示剛度，K=Fyy,其中Fy是機(jī)床表面所受的法向分力，y是工藝系統(tǒng)法向位移。由于工藝系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)在外力作用下都會(huì)發(fā)生變形，故工藝系統(tǒng)沿加工表米娜的法向變形總和y系統(tǒng)為：y系統(tǒng)=y機(jī)床+y夾具+y刀具+y工件 51則系統(tǒng)的剛度K系統(tǒng)為：K系統(tǒng)=11K機(jī)床+1K夾具+1K刀具+1K工件 52 下面具體分析本滾銑復(fù)合加工機(jī)床受切削力作用下變形對(duì)工件加工誤差的影響。 滾銑復(fù)合機(jī)床受切削力變形誤差分析 正如上圖中所述，A點(diǎn)表示本滾銑復(fù)合機(jī)床分度頭，B點(diǎn)表示尾座頂尖。那么AB表示機(jī)床工藝系統(tǒng)主軸線，而A’B’表示機(jī)床工藝系統(tǒng)在受切削力作用下變形后的軸線位置。其中Ft表示切削力,FA表示分度頭所受分力，F(xiàn)B表示尾座頂尖所受的切削力分力，ytj表示分度頭的變形，ywz表示尾座頂尖的受力變形，ydj表示銑刀的變形， yx表示刀具切削點(diǎn)的變形，l1表示分度頭夾持點(diǎn)到刀具切削點(diǎn)的距離，l2表示尾座頂尖到刀具切削點(diǎn)的距離。那么，可以得到下式：ytj=FAKtj=l2l1+l2?FtKtj 53ywz=FBKwz=l1l1+l2?FtKwz 54ydj=FtKdj 55yx=ytj+?x=ytj+l1l1+l2?ytjywz=2l1+l2l1+l2?ytjl1l1+l2?ywz 56那么機(jī)床總的變形yjc可以表示為下式：yjc=yx+ydj=2l1+l2l1+l2?ytjl1l1+l2?ywz+FtKdj 57將式5556代入式57，可得下式58：yjc=Ft?[l2?l1+l2l1+l22?1Ktjl1?l2l1+l22?1Kwz+1Kdj] 58對(duì)某一具體切削點(diǎn)來(lái)說(shuō)，切削力Ft、分度頭剛度Ktj，尾座剛度Kwz，刀架剛度Kdj是恒定的，變化的只有該點(diǎn)的位置l1和l2，且有l(wèi)1+l2=L是個(gè)常數(shù)，整理后，可得下式59：yjc=Ft?[(1Kwz1Ktj)?l1L21Kwz?l1L+1Ktj+1Kdj] 59很顯然，這是關(guān)于l1L的二次函數(shù)，當(dāng)l1L=Ktj2（KtjKwz）時(shí)，工藝系統(tǒng)的變形最大，且變形最大值maxyjc為： maxyjc=Ft?[1Ktj+1Kdj14?KtjKwz?1KtjKwz]。 510由式510可知，零件的加工誤差不僅和機(jī)床各部位的剛度有關(guān)，而且還和切削力的大小有關(guān)。而若工件毛坯的余量和材料的硬度不均勻，會(huì)導(dǎo)致切削力的變化，而工藝系統(tǒng)的剛度K系統(tǒng)是恒定的，那么根據(jù)變形ε=FtK系統(tǒng)，工件各部位的變形也會(huì)隨切削力的不同而不同，最后則會(huì)在加工后的零件表面造成誤差復(fù)映。綜上所述，為了減少工藝系統(tǒng)受力后造成的變形，可采取以下措施：（1）選取合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要選取合理的連接方式，合理的連接面，合理的截面形狀。（2）提高刀具和工件的剛度，采用合理的裝夾和加工方式。（3）提高接觸剛度。比如提高導(dǎo)軌的研磨精度，通過(guò)對(duì)滾動(dòng)軸承的預(yù)緊和對(duì)滾珠絲杠的調(diào)整來(lái)消除機(jī)床的間隙等措施來(lái)提高機(jī)床精度。 機(jī)床工藝系統(tǒng)熱變形引起的加工誤差引起工藝系統(tǒng)變形的主要熱源為系統(tǒng)內(nèi)部的摩擦熱、切削熱和外部熱源等等。傳統(tǒng)切削機(jī)床，切削熱使工件單面受熱，造成很大的加工誤差。但是本滾銑復(fù)合加工機(jī)床主要切削塑料和鋁件，因此切削熱影響不大。因此，機(jī)床工藝系統(tǒng)的變形引起的加工誤差可以忽略不計(jì)。 滾銑復(fù)合加工機(jī)床控制系統(tǒng)誤差分析，為滾銑復(fù)合加工機(jī)床縱向工作臺(tái)的控制系統(tǒng)簡(jiǎn)圖。 數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)典型示意圖如圖所示為一半閉環(huán)控制環(huán)系統(tǒng)，編碼器裝在絲杠軸末端，而不是直接檢測(cè)工作臺(tái)的移動(dòng)距離，這就必然導(dǎo)致一定的控制原理誤差。而控制系統(tǒng)的每一環(huán)節(jié)都有可能導(dǎo)致誤差，包括步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)誤差，分度系統(tǒng)的等分誤差，以及編碼器的檢測(cè)設(shè)定誤差。步進(jìn)電機(jī)本身就有一定的步進(jìn)誤差，一般步進(jìn)電機(jī)的精度為其步距角的3% ~ 5%，細(xì)分后，這個(gè)誤差可以忽略不計(jì)。但是細(xì)分后又會(huì)帶來(lái)新的誤差，比如說(shuō)電壓失調(diào)誤差和電流增益誤差等等由驅(qū)動(dòng)電源引起的誤差。同時(shí)，若步進(jìn)電機(jī)失步或越步，將導(dǎo)致更大的誤差。分度系統(tǒng)的等分誤差是無(wú)法避免的。例如，176。，而分度頭中選用的蝸輪蝸桿副的傳動(dòng)比為1:36，因此，換算成工件的步距角為θs‘= θs36=176。36=176。，也就是說(shuō)工件轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)需要的脈沖數(shù)n=360176。θs‘=7200，設(shè)定細(xì)分?jǐn)?shù)為5，則脈沖數(shù)N=n5=36000，若齒輪的齒數(shù)z=37，則每一分度脈沖為n0=NZ=3600037=,，若累計(jì)下來(lái)，也將造成較大的誤差?？梢圆捎醚a(bǔ)償算法來(lái)補(bǔ)充，即每次分度后，記下未分度或過(guò)分度的數(shù)值，每當(dāng)它大于1或者小于1，則把它加入下一次分度脈沖數(shù)中。編碼器檢測(cè)設(shè)置誤差是指設(shè)定的編碼器檢測(cè)的時(shí)間間隔。時(shí)間太短，則PLC可能跟不上處理速度；時(shí)間太長(zhǎng)，則容易造成很大的誤差。同時(shí)，縱向工作臺(tái)用手動(dòng)進(jìn)給時(shí)，因工作臺(tái)進(jìn)給速度低且不穩(wěn)定，很容易造成測(cè)量誤差，導(dǎo)致最后齒形有誤差。因此，縱向工作臺(tái)可通過(guò)更換調(diào)速電機(jī)以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)給來(lái)減小甚至消除手動(dòng)進(jìn)給的誤差。第6章 滾銑復(fù)合加工機(jī)床操作說(shuō)明按下滾銑復(fù)合加工機(jī)床綠色啟動(dòng)按鈕后，機(jī)床PLC控制系統(tǒng)啟動(dòng)。圖 觸摸屏歡迎界面由上圖可知，本滾銑復(fù)合加工機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)滾直齒、滾斜齒、銑直齒、銑斜齒、銑螺旋槽共五種加工工藝。下面分述在本滾銑復(fù)合加工機(jī)床上如何實(shí)現(xiàn)上述五種不同工藝。 滾齒加工工藝機(jī)床操作方法點(diǎn)擊上圖中的箭頭圖標(biāo)后，選擇滾齒工藝還是銑齒工藝。 選擇滾齒或銑齒界面點(diǎn)擊上圖中的滾齒按鈕后。 滾直齒或斜齒選擇界面 點(diǎn)擊直齒按鈕，進(jìn)入滾直齒加工工藝設(shè)置界面。 滾直齒工藝參數(shù)設(shè)置界面如上圖所示，輸入待加工齒輪的模數(shù)、齒數(shù)、齒厚這三個(gè)主要參數(shù)。接下來(lái)要手動(dòng)調(diào)整機(jī)床。安裝齒坯到分度頭上，較長(zhǎng)的軸類(lèi)零件用頂尖頂??；選擇滾刀型號(hào)，調(diào)整橫向工作臺(tái)對(duì)刀，使刀具的中間平面經(jīng)過(guò)齒坯的軸線。；調(diào)整垂直工作臺(tái)以調(diào)整切削深度，對(duì)于鋁制齒輪，則應(yīng)該分2次或3次走刀；將工作臺(tái)搬動(dòng)一個(gè)滾刀的螺旋角以切出直齒槽。以上步驟完成后，最后點(diǎn)擊“確認(rèn)參數(shù)”按鈕，將彈出參數(shù)確認(rèn)界面，確認(rèn)無(wú)誤后點(diǎn)擊開(kāi)始加工，觸摸屏將實(shí)時(shí)顯示分度角度和縱向工作臺(tái)來(lái)回走刀次數(shù)，當(dāng)縱向工作臺(tái)來(lái)回走刀2~3次后，整個(gè)輪齒加工完畢。 滾直齒參數(shù)確定界面 滾直齒實(shí)時(shí)加工界面 滾斜齒機(jī)床操作方法滾斜齒操作方法跟滾直齒類(lèi)似，則進(jìn)入滾斜齒參數(shù)設(shè)置界面。滾斜齒還要輸入斜齒輪的螺旋角以及旋向。調(diào)整縱向工作臺(tái)搬動(dòng)角度時(shí)。機(jī)床調(diào)整完畢，“確認(rèn)加工”即可。 滾斜齒參數(shù)設(shè)置界面 銑齒加工工藝機(jī)床操作說(shuō)明 ，進(jìn)入銑直齒、銑斜齒和銑螺旋槽的選擇界面。 銑齒類(lèi)型選擇界面 銑直齒加工工藝機(jī)床操作說(shuō)明點(diǎn)擊上圖中的“直齒”按鈕后，輸入加工主要參數(shù)后，開(kāi)始調(diào)整機(jī)床。安裝齒坯到分度頭上，較長(zhǎng)的軸類(lèi)零件用頂尖頂住；調(diào)整橫向工作臺(tái)對(duì)刀，使刀具的中間平面經(jīng)過(guò)齒坯的軸線。；調(diào)整垂直工作臺(tái)以調(diào)整切削深度，對(duì)于鋁制齒輪，可以多次進(jìn)刀銑削； 機(jī)床調(diào)整完畢，點(diǎn)擊確認(rèn)加工，進(jìn)入?yún)?shù)確認(rèn)界面，參數(shù)設(shè)置無(wú)誤后點(diǎn)擊確認(rèn)加工，程序中設(shè)定，縱向工作臺(tái)來(lái)回進(jìn)刀7次，則加工完畢一個(gè)齒。 銑直齒加工界面 銑斜齒加工工藝機(jī)床操作說(shuō)明“斜齒”按鈕后，即進(jìn)入銑斜齒參數(shù)設(shè)置界面，銑斜齒還要輸入齒輪的螺旋角，然后調(diào)整機(jī)床。調(diào)整機(jī)床的方法如上述銑直齒類(lèi)似，只是最后要把縱向工作臺(tái)搬動(dòng)一個(gè)安裝角度，搬動(dòng)的角度即為斜齒輪的螺旋角。最后點(diǎn)擊確認(rèn)參數(shù)即可。 銑螺旋槽加工工藝機(jī)床操作說(shuō)明“螺旋槽”按鈕后，選擇螺旋槽的旋向、螺旋槽的頭數(shù)、螺旋槽導(dǎo)程、模數(shù)等參數(shù)。 銑螺旋槽參數(shù)設(shè)置界面確認(rèn)參數(shù)前，要調(diào)整機(jī)床，可參照銑斜齒輪的調(diào)整方法，最后縱向工作臺(tái)要搬動(dòng)一個(gè)角度90176。λ（λ為螺旋槽的螺旋升角）。 滾銑復(fù)合加工機(jī)床操作流程圖銑螺旋槽嗎？是選擇銑齒嗎？開(kāi)始 否 是 滾直齒嗎？ 否 是 否銑直齒嗎？輸入加工工藝參數(shù)入加工參數(shù)輸入加工工藝參數(shù)加工參數(shù)輸入加工工藝參數(shù)加工參數(shù) 是 否終止開(kāi)始加工加工參數(shù)開(kāi)始加工開(kāi)始加工加工參數(shù)確認(rèn)加工參數(shù)加工參數(shù)確認(rèn)加工參數(shù)加工參數(shù)調(diào)整機(jī)床加工參數(shù)調(diào)整機(jī)床加工參數(shù)開(kāi)始加工確認(rèn)加工參數(shù)調(diào)整機(jī)床輸入加工工藝參數(shù)開(kāi)始加工加工參數(shù)確認(rèn)加工參數(shù)加工參數(shù)調(diào)整機(jī)床加工參數(shù)輸入加工工藝參數(shù)加工參數(shù)輸入確認(rèn)加工參數(shù)加工參數(shù)調(diào)整機(jī)床加工參數(shù) 第7章 結(jié)論 全文總結(jié)首先，本文先從總體上介紹了HYX型滾銑復(fù)合機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)以及控制系統(tǒng)，并對(duì)關(guān)鍵部件做了詳細(xì)的介紹和功能分析。本滾銑復(fù)合機(jī)床主要由兩大部件組成，包括主軸主運(yùn)動(dòng)部件和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)及床身部件，關(guān)鍵的機(jī)床的部件有分度頭、PLC控制系統(tǒng)、縱向工作提調(diào)速電機(jī)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)模塊。其次，本文對(duì)于HYX型滾銑復(fù)合加工機(jī)床所能完成的工藝范圍做了詳細(xì)的闡述和分析，本滾銑復(fù)合機(jī)床可以加工平面，階梯面，溝槽、齒輪類(lèi)零件等等。再次，本文針對(duì)HYX型滾銑復(fù)合機(jī)床現(xiàn)有設(shè)計(jì)分析了其具有的缺陷，并從四個(gè)方面提出了對(duì)于滾銑復(fù)合加工機(jī)床的改進(jìn)方案，分別是絲桿的更換、機(jī)床底座支架的安裝與設(shè)計(jì)、觸摸屏的固定安裝、縱向工作臺(tái)的自動(dòng)化改進(jìn)。最后，本文根據(jù)改進(jìn)后的HYX型滾銑復(fù)合機(jī)床編寫(xiě)了關(guān)于觸摸屏的操作流程以及相應(yīng)的機(jī)床調(diào)整步驟。 感想與展望通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我對(duì)于新型機(jī)床的設(shè)計(jì)理念和創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法有了初步的認(rèn)識(shí)和了解，同時(shí)對(duì)于數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)有了一定的認(rèn)識(shí)。除次以外，通過(guò)對(duì)于機(jī)床工藝的分析，我對(duì)于齒輪加工工藝有了一個(gè)比較系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，了解了范成法和成形法的具體加工過(guò)程。通過(guò)對(duì)于機(jī)床的改進(jìn)，我了解了機(jī)床箱體和床身的基本設(shè)計(jì)方法和各種連接方式的優(yōu)劣。最后，我覺(jué)得本滾銑復(fù)合機(jī)床在以下幾個(gè)方面可以做出改進(jìn)和提高：需要做詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，并給出相應(yīng)的加工誤差；應(yīng)該分析切削力和切削用量的關(guān)系，并給出本滾銑復(fù)合加工機(jī)床的允許切削用量；應(yīng)該對(duì)本滾銑復(fù)合加工機(jī)床做剛度分析，已確定可以加工的零件材料，避免機(jī)床因剛度不足而造成誤差甚至事故。參考文獻(xiàn)[1] 李兆銓?zhuān)琜M]..[2] [M]..[3] 濮良貴，[M]..[4] 程子華, 劉小明. 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