機械加工誤差產生原因及解決措施

楊曉娟

機械加工誤差產生原因及解決措施

楊曉娟

(淮北礦業集團有限責任公司祁南煤礦,安徽宿州 234115)

在機械加工工作實踐中,加工誤差是影響加工精度的最主要原因之一。盡管誤差在實踐中是不可避免的,但是必須要將其控制在合理的范圍之內。本文旨在對機械加工誤差產生的原因進行分析,并根據自己的工作實踐嘗試性地提出若干解決措施。

加工誤差;主要原因;解決措施

在機械加工工作中,加工誤差是影響加工精度和生產效能的主要因素之一。然而,無論是從理論還是從實踐上來看,加工誤差都是一個不可避免、難以克服的現實性難題。要想解決加工誤差的問題,將其控制在合理的可接受范圍之內,就必須要清楚地界定加工誤差的概念,分析引起加工誤差的主要原因,并在此基礎上探求減少或降低加工誤差的行之有效的措施。

1 加工誤差的概念

加工誤差是指零件加工后的實際幾何參數與理想幾何參數之間的偏離程度。在實踐中,實際加工后的零件與理想零件不可能達到完全一致。在機械加工中,加工誤差是影響加工精度的最主要原因。盡管我們無法避免加工誤差,但是必須要通過提高加工工藝,增強操作人員的操作能力,從主觀和客觀上最大限度地減少加工誤差,以提高加工精度。

2 加工誤差產生的主要原因

在機械加工實踐中,加工誤差主要是由機械加工工藝系統產生的原始誤差所導致的。由機床、夾具、刀具和工件組成的機械加工工藝系統會產生各種各樣的誤差,這些誤差在各種不同的工作條件下都會以各種不同的方式反映為工件的加工誤差。

2.1 工藝系統的幾何誤差

2.1.1 機床的幾何誤差

機械加工中刀具相對于工件的成形運動一般都是通過機床完成的。因此,工件的加工精度在很大程度上取決于機床的精度。對工件加工精度影響較大的機床制造誤差主要包括:主軸回轉誤差、導軌誤差和傳動鏈誤差。

(1)主軸回轉誤差。主軸回轉誤差是指主軸各瞬間的實際回轉軸線相對其平均回轉軸線的變動量。它可分解為徑向圓跳動、軸向竄動和角度擺動三種基本形式。適當提高主軸及箱體的制造精度,選用高精度的軸承,提供主軸部件的裝配精度,對高速主軸部件進行平衡,對滾動軸承進行預緊等措施,均可提高機床主軸的回轉精度,從而減少加工誤差。

(2)導軌誤差。導軌是機床上確定各機床部件相對位置關系的基準,也是機床運動的基準。車床導軌的精度要求主要有以下三個方面:在水平面內的直線度;在垂直面內的直線度;前后導軌的平行度(扭曲)。除了導軌本身的制造誤差外,導軌的不均勻磨損和安裝質量也是造成導軌誤差的重要因素。

(3)傳動鏈誤差。傳動鏈誤差是指傳動鏈始末兩端傳動元件之間相對運動的誤差,一般用傳動鏈末端元件的轉角誤差來衡量。

2.1.2 刀具的幾何誤差

任何刀具在切削過程中都不可避免地要產生磨損,并由此引起工件尺寸和形狀的改變。因此,要想減少加工誤差,就必須減少刀具的尺寸磨損。有效地減少刀具尺寸磨損的措施包括:正確選用刀具材料;選用新型耐磨刀具材料;合理選用刀具幾何參數和切削用量;正確地刃磨刀具;正確地使用冷卻液。

2.2 工藝系統的定位誤差

2.2.1 基準不重合誤差

在零件圖上用來確定某一表面尺寸、位置所依據的基準被稱為設計基準。在工序圖上用來確定本工序被加工表面加工后的尺寸、位置所依據的基準被稱為工序基準。一般情況下,工序基準應與設計基準重合。在機床上對工件進行加工時,須選擇工件上若干幾何要素作為加工時的定位基準(或稱測量基準)。如果所選用的定位基準與設計基準不重合,就會產生基準不重合誤差。

2.2.2 定位副制造不準確誤差

工件在夾具中的正確位置是由夾具上的定位元件來確定的。夾具上的定位元件不可能按照基本尺寸制造地絕對準確。它們的實際尺寸或位置都允許在分別規定的公差范圍內變動。同時,工件上的定位基準面也會有制造誤差。工件定位面與夾具定位元件共同構成定位副,由于定位副制造的不準確和定位副間的配合間隙引起的工件最大位置變動量,稱為定位副制造不準確誤差。

2.3 工藝系統受力變形引起的誤差

2.3.1 工件剛度

工藝系統中如果工件剛度相對于機床、刀具、夾具來說比較低,在切削力的作用下,工件由于剛度不足而引起的變形對加工精度的影響就比較大。

2.3.2 刀具剛度

外圓車刀在加工表面法線(y)方向的剛度很大,其變形可以忽略不計。鏜直徑較小的內孔,刀桿剛度很差,刀桿受力變形對孔加工精度就有很大的影響。

2.3.3 機床部件剛度

機床部件由許多零件組成,機床部件剛度迄今尚無合適的簡易計算方法,目前主要還是用實驗方法來測定機床部件剛度。

2.4 工藝系統受熱變形引起的誤差

機床、刀具和工件受到各種熱源的作用,溫度會逐漸升高,同時它們也通過各種熱傳方式向周圍的物質和空間散發熱量。工藝系統的受熱變形也會引起較大的加工誤差,特別是在精密加工和大件加工中,由熱變形所引起的加工誤差有時可占工件總誤差的40%～70%。在機械加工的每一道工序中,總要對工藝系統進行這樣或那樣的調整工作。由于調整不可能絕對的準確,因而產生調整誤差。

2.5 測量誤差

零件在加工時或加工后進行測量時,測量方法、量具精度以及工件和其他主客觀因素都會直接影響測量精度。

3 減少加工誤差的主要措施

在機械加工工作中,我們必須要克服各種不利因素,最大限度地減少加工誤差,提高加工精度。主要措施有以下幾個方面。

3.1 減少原始誤差

為了減少機械加工誤差,需對產生誤差的各項原始誤差進行分析,根據不同情況對造成加工誤差的主要原始誤差采取不同的措施。直接減少原始誤差的措施有:提高零件加工所使用機床的幾何精度;提高夾具、量具以及工具本身精度;控制工藝系統由于受力受熱引起的變形以及刀具磨損和內應力引起的變形;減少測量誤差。對于精密零件的加工應盡可能提高所使用精密機床的幾何精度、剛度并最大限度地對加工熱變形進行控制;對具有成形表面的零件加工,則要設法減少成形刀具形狀誤差和刀具的安裝誤差。

3.2 轉移原始誤差

轉移原始誤差,實質上就是要將原始誤差從誤差敏感方向轉移到誤差非敏感方向上去。各種原始誤差反映到零件加工誤差上的程度與其是否在誤差敏感方向上有著直接的關系。如果在加工過程中能夠設法將原始誤差轉移到加工誤差的非敏感方向,則可大大提高加工精度。

3.3 均分原始誤差

根據誤差反映規律,將毛坯或上到工序上的工件尺寸經測量按照大小分為n組,每組工件的尺寸范圍就縮減為原來的1/n。然后按各組的誤差范圍分別調整刀具相對工件的準確位置,使各組工件的尺寸分散范圍中心基本一致,從而使整批工件的尺寸分散范圍大大縮小。

3.4 均化原始誤差

均化原始誤差的過程,實際上就是通過加工,使被加工表面原有誤差不斷縮小和平均化的過程。均化的原理就是通過有密切聯系的工件和工具表面的相互比較和檢查,從中找出它們之間的差異,然后再進行相互修正加工或基準加工。

3.5 實施誤差補償

對工藝系統的一些原始誤差,可以采取誤差補償的方法來控制其對零件加工誤差的影響。實施誤差補償,就是要人為地制造出一種新的原始誤差,從而補償或抵消原來工藝系統中固有的原始誤差,以達到減少加工誤差、提高加工精度的目的。

4 結束語

總之,減少加工誤差、提高加工精度對于機械加工工作來說是至關重要的。只有找準誤差產生的具體原因,有的放矢,多管齊下,才能最大限度地減少誤差、提高精度,進而提高機械加工工作的效率。

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[4] 李玉平.機械加工誤差的分析[J].新余高專學報, 2005(04).

責任編輯:訾興建

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楊曉娟(19742),女,安徽淮北人,淮北礦業集團有限責任公司祁南煤礦機電修配廠助理工程師。