影響機械加工精度因素與降低加工誤差的措施

摘要:在機械加工過程中，往往有諸多因素影響工件的最終加工質量，如何使工件的加工達到質量要求，如何減少各種因素對加工精度的影響，就成為機械加工前必須思考的事情。本文通過分析影響機械加工精度的主要因素，提出提高機械加工精度降低加工誤差的應對措施。

關鍵詞:機械加工精度;因素分析;降低加工誤差措施

機械加工精度是指零件加工后的實際幾何參數與理想幾何參數相符合的程度。任何加工方法所得到的實際參數都不會絕對準確，從零件的功能看，只要加工誤差在零件圖要求的公差范圍內，就認為達到了加工精度。

一般說來加工精度包括三個方面內容:尺寸精度，形狀精度和位置精度。

一、影響機械加工精度的因素分析

1、工藝系統集合誤差對精度的影響

機床的幾何誤差: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。換言之工件的加工精度在很大程度上取決于機床的精度。機床制造誤差對工件加工精度影響較大的因素有: 主軸回轉誤差、導軌誤差和傳動鏈誤差。機床的磨損將使機床工作精度下降。(1)主軸回轉誤差: 機床主軸是裝夾工件或刀具的基準，并將運動和動力傳遞給工件或刀具， 主軸回轉誤差將直接影響被加工工件的精度。(2)導軌誤差:導軌是機床上確定機床各部件相對位置關系的基準，也是零件相對機床運動的基準。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。導軌磨損是機床精度下降的主要原因之一。(3)傳動鏈誤差:傳動鏈誤差是指傳動鏈始末兩端傳動元件間相對運動的誤差。一般用傳動鏈末端元件的轉角誤差來衡量。

2、刀具和夾具制造誤差對精度的影響

(1)一般刀具的制造誤差，對加工精度沒有直接的影響。毛蟹刀具誤差對加工精度有影響。但與刀具的種類不同而不同。定尺寸刀具的尺寸誤差，直接影響被加工零件的尺寸精度;成形刀具的誤差，主要影響被加工面的形狀精度。而刀具的磨損會直接影響刀具相對被加工表面的位置，造成被加工零件的尺寸誤差。

(2)夾具的作用是使工件相對于刀具與機床具有正確的位置，因此夾具的制造誤差對工件的加工精度有較大影響。夾具的制造誤差由定位誤差、夾具的安裝誤差、分度誤差以及夾具的磨損構成。夾具的磨損通常會引起工件的定位誤差。

3、熱變形對加工精度的影響

機械加工中，工藝系統在各種熱源的作用下產生一定的熱變形。由于工藝系統熱源分布的不均勻性及各環節結構、材料的不同，使工藝系統各部分的變形產生差異，從而改變了刀具與工件的準確位置及運動關系，產生加工誤差。機床受熱源的影響，各部分溫度將產生差異，由于熱源分布的不均勻和機床機構的復雜性，機床的各部件發生不同程度的熱變形，破壞了機床各部件原有的相互位置關系，影響加工精度。不同類型的機床由于熱源不同，對加工精度影響也不同。由于刀具的尺寸和熱容量小，故易有很高的溫升，從而引起刀具的熱伸長并造成加工誤差。

4、工藝系統受力變形引起的誤差

機械加工工藝系統在切削力、夾緊力、慣性力、重力、傳動力等的作用下，會產生相應的變形， 從而破壞了刀具和工件之間的正確的相對位置，致使工件的加工精度下降。

(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， 其最大變形量可按材料力學有關公式估算。

(2)刀具剛度:外圓車刀在加工表面法線方向上的剛度很大，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影響。刀桿變形也可以按材料力學有關公式估算。

(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， 當今主要還是用實驗方法來測定機床部件剛度。影響機床部件剛度的因素有:結合面接觸變形的影響，摩擦力的影響，低剛零件的影響，間隙的影響等。

(4)工藝系統剛度及其對加工精度的影響有:由于工藝系統剛度變化引起的誤差;由于切削力變化引起的誤差:加工過程中， 由于工件的加工余量發生變化工件材質不均等因素引起的切削力變化， 使工藝系統變形發生變化，從而產生加工誤差;由于夾緊變形引起的誤差:工件在裝夾過程中，如果工件剛度較低或夾緊力的方向和施力點選擇不當，將引起工件變形，造成相應的加工誤差。

二、降低加工誤差的措施

針對影響機械加工精度因素的分析，在技術上提出降低機械加工誤差的一些措施。

1、減少原始誤差:提高零件加工所使用機床的幾何精度，提高夾具、量具及工具本身精度，控制工藝系統受力、受熱變形、刀具磨損及內應力引起的變形和測量誤差等均屬于直接減少原始誤差。為了提高機械加工精度，需對產生加工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解決。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、剛度和控制加工熱變形;對具有成形表面的零件加工，則主要是如何減少成形刀具形狀誤差和刀具的安裝誤差。

2、分化或均化原始誤差:為了提高一批零件的加工精度，可采取分化某些原始誤差的方法。對加工精度要求高的零件表面，還可以采取在不斷試切加工過程中，逐步均化原始誤差的方法。

(1) 分化原始誤差法:根據誤差反映規律，將毛坯或上道工序的工件尺寸經測量按大小分為n 組，每組工件的尺寸范圍就縮減為原來的1Pn。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，以使整批工件的尺寸分散范圍大大縮小。

(2) 均化原始誤差:均化原始誤差的過程，就是通過加工過程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或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、轉移原始誤差，這種方法的實質就是將原始誤差從誤差敏感方向轉移到誤差非敏感方向上去。

(1) 轉移原始誤差至非敏感方向。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直接關系。若在加工過程中設法使其轉移到加工誤差的非敏感方向(即加工表面的切線方向) ，則可大大提高加工精度。

(2) 轉移原始誤差至其他對加工精度無影響的方面。在大型龍門式機床中，由于橫梁較長，故在其上的主軸箱等部件重力的作用下產生彎曲和扭曲變形。使用這類機床時，橫梁變形即為產生加工誤差的主要原始誤差之一。為了消除這項原始誤差的影響，可在機床結構上再增添一根主要承受主軸箱部件重力的附加梁。

4、誤差補償法，對工藝系統的一些原始誤差，若無適當措施使其減少時，則可采取誤差補償的方法以控制其對零件加工誤差的影響。

(1) 誤差補償法:這種方法就是人為地造出一種新的原始誤差，去補償或抵消原來工藝系統中固有的原始誤差，從而達到減少加工誤差，提高加工精度的目的。

(2) 誤差抵消法:利用原有的一種原始誤差去部分或全部地抵消原有原始誤差或另一種原始誤差。

結束語

總之，為達到加工過程穩定地加工出符合設計精度要求的零件這一機械加工追求的目標。我們在了解加工精度的影響因素后，在掌握降低加工誤差方法的同時，并選用合適的切削參數進行加工，均能使加工精度得到較大幅度的提高，從而降低加工誤差，保證零件的加工質量。

參考文獻

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[2]汪堯.工藝系統幾何誤差對加工精度的影響分析科技信息2004

[3]陳根琴 宋志良.機械制造技術基礎 北京理工大學出版社.2007

作者簡介:

楊民江(1975 —)，男，黑龍江人，本科，畢業于佳木斯工學院，現工作于佳木斯暢通汽車零部件有限公司，工程師，主要從事發動機進排氣管的產品過程開發。