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精密零件加工过程中遇到哪些常见问题?


​精密零件加工是一种对零件尺寸、形状、表面质量等要求极高的加工工艺。其加工精度通常能达到微米甚至纳米级别。与普通加工相比,精密零件加工在加工精度、表面粗糙度、尺寸公差等方面有着更为严格的要求。
​精密零件加工
精度问题
尺寸偏差
原因:加工设备的精度不足,如机床的丝杆磨损、导轨精度下降等,会导致刀具或工件的运动精度降低。例如,机床丝杆的螺距误差可能会使刀具在轴向的进给量出现偏差,从而造成零件尺寸误差。另外,切削参数选择不当也会引起尺寸偏差,例如进给速度过快可能会导致刀具切削量过大,超出设计尺寸。
解决方法:定期对加工设备进行精度检测和维护,更换磨损的部件。同时,合理选择切削参数,根据零件材料、刀具性能等因素进行调整,并且在加工过程中利用在线测量系统对尺寸进行实时监测和反馈修正。
形状误差
原因:加工过程中的振动是导致形状误差的常见原因之一。例如,机床本身的振动可能来自于电机的不平衡运转、切削过程中的切削力变化等。刀具的磨损也会使零件的形状发生改变,如铣刀刀刃磨损后,在铣削平面时可能会导致平面度下降。
解决方法:采取减振措施,如在机床的基础部分安装减振垫,优化刀具的几何参数和切削参数以减少切削力的波动。同时,定期更换刀具,并且在加工前对刀具的精度进行检查,确保刀具符合加工要求。
表面粗糙度不符合要求
原因:切削参数不合适,如切削速度过低或进给量过大,会使零件表面留下明显的加工痕迹。刀具的质量和磨损情况也对表面粗糙度有很大影响,例如,刀具刃口不锋利会导致切削过程中材料的撕裂,而不是平滑地切削。另外,加工过程中的冷却液使用不当,如冷却液的流量不足或冷却位置不准确,也会影响表面质量。
解决方法:根据零件材料和刀具材料,选择合适的切削参数,如提高切削速度、降低进给量等。选用高质量的刀具,并在刀具磨损到一定程度后及时更换。合理使用冷却液,确保冷却液能够充分覆盖切削区域,起到良好的冷却和润滑作用。
材料问题
材料变形
原因:在切削加工过程中,由于切削力的作用,材料内部会产生应力。当应力超过材料的屈服极限时,材料就会发生变形。例如,对于薄壁零件,由于其自身的刚性较差,在加工时更容易出现变形。另外,热处理不当也会导致材料变形,如淬火后材料的组织发生变化,产生内应力,进而导致零件变形。
解决方法:对于易变形的零件,采用合理的加工工艺,如采用分步加工,减少每次切削的深度,以降低切削力。在热处理后进行适当的校直或时效处理,消除内应力。同时,在设计零件时,考虑增加加强筋等结构来提高零件的刚性。
材料硬度不符合加工要求
原因:材料的原始硬度可能不符合加工预期,或者在加工过程中由于热处理等因素导致硬度变化。例如,在加工淬硬钢时,如果硬度过高,会增加刀具的磨损,甚至导致刀具损坏;如果硬度过低,则可能无法达到零件的设计性能要求。
解决方法:在加工前对材料的硬度进行检测,根据硬度情况选择合适的加工方法和刀具。如果材料硬度不符合要求,可以先进行适当的热处理,如退火降低硬度或淬火提高硬度,然后再进行加工。
刀具问题
刀具磨损
原因:刀具在切削过程中会与工件材料产生剧烈的摩擦和切削热,这会导致刀具磨损。切削参数不合理,如切削速度过高、进给量过大等,会加速刀具磨损。另外,工件材料的硬度和韧性也会影响刀具磨损速度,例如,加工高硬度的合金材料时,刀具磨损会更快。
解决方法:合理选择切削参数,根据工件材料的性质和刀具的材质来优化切削参数。采用刀具涂层技术,如在刀具表面涂上氮化钛(TiN)、碳化钛(TiC)等涂层,可以提高刀具的耐磨性。同时,建立刀具磨损监测系统,通过监测切削力、切削声音、振动等信号来判断刀具的磨损程度,并及时更换刀具。
刀具崩刃和破损
原因:刀具在切削过程中遇到硬质点、加工余量不均匀或切削力突然增大等情况时,容易发生崩刃和破损。例如,在铣削含有硬质夹杂物的铸件时,刀具可能会碰到夹杂物而崩刃。
解决方法:在加工前对工件材料进行探伤检查,了解材料内部的夹杂物情况。优化加工工艺,如合理安排粗加工和精加工工序,使加工余量均匀分布。选择合适的刀具几何形状和材料,提高刀具的韧性,以应对可能出现的切削力冲击。
工艺系统问题
装夹问题
原因:夹具的定位精度不够,会导致工件在装夹过程中的位置不准确。例如,夹具的定位销磨损后,无法准确地定位工件,使得加工后的零件位置公差不符合要求。另外,夹紧力过大可能会导致工件变形,尤其是对于薄壁和高精度零件。
解决方法:定期检查和维护夹具,更换磨损的定位元件。根据工件的材料和形状,合理确定夹紧力的大小和分布,采用适当的夹紧方式,如采用软爪、弹性夹具等,以减少工件变形。
工艺路线不合理
原因:工艺路线设计没有考虑到零件的精度要求、材料特性和加工设备的性能等因素。例如,将精度要求高的工序安排在精度较低的加工设备上进行,或者没有合理安排热处理工序与机械加工工序的顺序,都会导致加工问题。
解决方法:根据零件的具体要求,综合考虑各种因素,设计合理的工艺路线。例如,对于精度要求高的零件,先在粗加工设备上进行大致形状的加工,然后在高精度的加工设备上进行精加工。在工艺路线中合理安排热处理工序,如在粗加工后进行时效处理,消除内应力,然后再进行精加工。

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