機械加工中的高精度加工技術分析研究

摘 要：文章論述了高精度加工技術在機械加工中的意義和作用，并對高精度加工技術的組成作了簡要介紹；在此基礎上分析了造成加工誤差的原因；提出了高精度加工技術的實現方法；給出了高精度加工技術的發展和研究方向。最后得出結論，加工誤差是不能完全避免的，我們只能通過分析造成誤差的原因并采取相關措施來提高工件的加工精度。

關鍵詞：高精度加工技術；加工精度；加工誤差；工藝

1 前言

高精度加工技術是指采用當下最先進的制造生產工藝來提高機械加工過程中的精度，所以“高精度加工”的概念和外延是相對的，我們所說的高精度加工技術是一個與所處時代既相互協調又要有所突破創新的技術領域。目前所指的高精度加工技術是指將被加工件的尺寸誤差和形位誤差控制在亞微米級內、被加工件的表面粗糙度達到或接近鏡面質量的制造技術的總稱。

2 高精度加工技術的意義和組成

機械加工精度的高低通常用加工誤差來表示，加工精度越高的工件的加工誤差越小，即該工件通過機械加工后的尺寸、形位等參數與它的CAD數模所對應參數的一致性高。

工件的加工精度一般可分為尺寸精度、形狀精度和位置精度三部分。尺寸精度是指被加工件的實際尺寸與CAD模型尺寸的符合程度；形狀精度指被加工件的實際幾何形狀與CAD模型幾何形狀的符合程度；位置精度指被加工件所具備特征的位置與CAD模型所對應特征位置的符合程度。在實際的生產制造過程中，提高機械加工精度對提高零部件的互換性、改善機械設備的裝配性能、控制產品的廢品率等方面具有重大意義。當下的高精度加工技術包含有高精度切削加工技術、高精度磨削加工技術、高精度拋光加工技術和特種加工技術等四個主要組成部分。

3 加工誤差產生的因素

3.1 通用機床本身存在加工誤差

在實際的加工制造過程中，被加工件一般通過夾具固定在機床上，本身無法移動。零件的加工過程就是刀具對于它的成形運動，而這種運動往往都是由電機或液壓缸控制機床實現的，因此，被加工件的加工精度在很大程度上取決于機床的精度。除此之外，有的機床可能初始加工精度好，但隨著使用磨損的加劇，其加工精度會明顯降低，機床的精度保持性也是衡量機床加工精度的一個重要指標。

3.2 刀具本身存在磨損和幾何誤差

工件的加工制造是通過刀具對工件的成形運動實現的。所以就加工精度而言，刀具本身的幾何形狀誤差將會產生直接影響。此外，刀具有一定的使用壽限，盲目地增大刀具的使用壽限會使刀具的磨損加劇，從而造成更大的加工誤差。

3.3 夾具的裝夾誤差

機械加工過程中使用夾具的目的是為了確定工件和機床、刀具之間的相對位置關系。工件在夾具上的裝夾精度會對工件本身的加工精度產生重要影響。

3.4 定位誤差

定位誤差通常包含兩個方面：基準不重合誤差和定位副不準確誤差。前者是由于CAD模型上的設計基準與實際加工工序中所依據的工序基準不重合時產生的。后者是由定位副不準確產生的，定位副由工件的定位面和夾具的裝夾面共同組成，故工件和夾具接觸面的配合質量會對定位副的質量產生較大的影響。定位誤差往往會嚴重影響工件的加工精度。

3.5 受外部環境干擾所造成的變形誤差包括兩個方面：受外力產生變形和受熱產生變形

通過切削加工的實例可以看出，一般的車削加工系統由車床、車刀、工件和夾具四部分組成，當工件的剛度明顯強于系統其它部分時，車刀和夾具可能會因受切削力作用而發生變形，進而影響加工精度；當刀具的剛度明顯強于系統其它部分時，工件和夾具可能會因受切削力作用而發生變形，進而影響加工精度；如果加工系統中的機床剛度本身較差，每次卸載后都不能完全恢復到加工前的狀態，則在每次加工后就會產生由切削力造成的殘余變形，對零件的制造加工精度影響較大。

加工過程往往會產生大量的熱量，尤其在一些密閉、現場環境差的加工環境中，如果熱量不能被及時、有效地引導排除掉，加工過程中產生的熱可能會致使加工系統發生變形，從而影響加工系統的加工精度。一般來說，加工制造過程中會產生大量熱量，為了降低溫度對工藝系統變形的影響，需要設計良好的冷卻系統。

3.6 調整誤差

一般來說，在機械加工的每一道工序后，都需要對被加工件進行測量，然后根據測量結果對加工系統進行一些調整。但即使通過數控編碼進行調整，也會存在傳動鏈等誤差，從而造成實際調整后的位置無法與理論位置完全一致，從而產生調整誤差。我們通過安裝工件和夾具到機床上以及合適刀具的選取來實現對加工系統的調整。當我們的初始加工狀態調整完畢并符合工藝對精度的要求時，調整誤差是影響加工精度的第一要素。

4 高精度加工技術的實現方法

4.1 采用特殊的加工方法

從中國制造行業的情況來看，通用機床仍占有舉足輕重的地位。但在通用機床上采用普通加工方法又無法滿足我們的加工需求，可以考慮通過調整或增加工序來保障工件的加工精度。

4.2 減少原始誤差

采用高精度的數控加工中心、高精度的組合夾具以及量具；對有超高精度要求的零件，可以考慮設置恒溫無塵的加工制造環境，以盡可能控制加工系統受力、受熱變形產生的誤差；要經常更換和修磨刀具，減少刀具磨損引起的變形誤差；還要盡可能減小測量誤差等。工程實際中，應該區別出造成加工誤差的主要因素并采取相應措施。

4.3 誤差補償法

以切削加工為例，在加工錐面或圓弧時受刀尖圓弧影響會造成過切或少切，可預先采集刀尖圓弧半徑，通過半徑補償來提高精度。

4.4 轉移原始誤差

同樣的原始誤差，由于其是否作用在誤差敏感方向上，它對工件的加工精度影響就會有很大不同。大的原始誤差由于作用在誤差非敏感方向上，可能就不會造成大的加工誤差；而小的原始誤差因為作用在誤差敏感方向上，可能就會對零件的最終加工精度產生大的影響。轉移誤差的實質就是通過合理地選擇加工設備、正確地規劃工藝工序，盡可能地將原始誤差從誤差敏感方向轉移到誤差非敏感方向上去。

5 高精度加工技術的發展趨勢

隨著先進加工技術的普及和應用，高精度的加工技術正在由亞微米級邁入納米級，本文對今后高精度加工技術的發展趨勢作了以下六點總結：

（1）加工機床向更高精度、模塊化和大型化發展；（2）通過引入視覺測量等光學非接觸測量手段，實現在線測量；（3）通過計算機仿真技術進行制造仿真和誤差補償；（4）提供被加工件材料組織結構的均勻性；（5）搭建集設計制造測量一體化的加工制造系統，并采用閉環自適應的系統架構，避免人工干預；（6）結合其它學科的研究成果建立微量加工機理和理論。

6 結束語

本文簡要闡述了高精度加工技術具有的意義和組成，分析了造成加工誤差的原因，并由此論述了高精度加工技術的實現方法，最后給出了高精度加工技術的發展和研究方向。總而言之，在機械加工的過程中，要完全避免加工誤差是不切實際的，我們只能通過分析來抓住造成誤差的主因，然后根據主因采取相關措施。

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