影響機械加工精度的主要因素探究

馬吉峰

摘 要：隨著我國經濟建設的飛速發展，科學技術更新突飛猛進，產品產量不斷增多與人民對產品質量的要求之間的矛盾日益突出，尤其在機械加工產業當中，產品質量對企業的經濟效益和社會效益有著決定性的影響。加工精度是衡量加工零件產品質量的一個重要標準，完善加工工藝，保證加工精度水平，提生產品質量，是現代機械加工企業成存和發展的必然之路。文章根據相關機械加工的技術質量標準和筆者自己多年的工作經驗，對影響機械加工精度的各種因素以及如何改進完善機械加工工藝進行深入的探討和分析。

關鍵詞：加工精度；機械加工；技術工藝

機械加工是一項十分復雜的技術工藝，直接影響機械加工精度的重要因素即是誤差，在切削過程中，誤差會直接導致零件本身構成的改變，其中刀具外形和傳動的雷同都會造成加工中誤差的出現。

1 加工原理誤差

1.1 采用近似的加工運動造成的誤差

避免和減小誤差，必須保證切割刀具和加工零件之間運動關聯的精確。然而由于加工零件的質地和表面具有一定的特定性，對加工過程造成阻礙，使得加工機床和夾具無法達到理論上的絕對精確，導致加工精度不盡如人意，有些特殊情況甚至無法進行加工操作。比如模數螺紋進行磨削和車削，由于有π這個無理因子存在于其導程t=πm式中，導致導程數值通過配換齒輪來獲得的過程中，發生原理誤差的現象。

1.2 采用相似的刀具輪廓出現的誤差

由于某些曲面設計復雜，比如漸開線齒輪在通過滾刀的滾切加工過程中，致使加工刀具的刃口無法實現其理論設計的曲線輪廓的加工，實際加工中，將漸開線基本蝸桿用法向直廓基本蝸桿或者阿基米德基本蝸桿來替代，同時將其設計理論曲線用直觀類似的圓弧或直線來替代，這個過程中就會產生加工原理上的誤差。

2 工藝系統受力變形引起的誤差

由于加工過程中產生的傳動力、夾緊力、切削力會導致工藝系統發生彈性變形，刀具和加工零件原本的精確位置發生了不同程度的改變。

2.1 切削過程中受力點位置變化引起的誤差

零件加工過程中，由于刀具切削的著力點被工藝系統原有的鋼度影響，出現不同程度的加工系統的變形，直觀上的表現即是加工零件的外形出現誤差。

2.2 切削力大小變化引起的加工誤差

切削過程同時也會受到來自加工零件外表的毛坯影響，由于毛坯的外形、大小、材質、硬度的不同，導致切削力在切削過程中切削深淺度也會不停的發生改變，從而影響切削力發生改變，間接的促使加工系統外形發生變化，直觀上表現為經過加工的零件與毛坯相比之下，外形雖然相似，卻有著細小的誤差。加工過程中，傳動力、慣性重力、夾緊力等作用力與切削力一起對工藝系統產生改變作用，致使外形改變，出現誤差，這種現象在專業領域被稱為誤差復映規律，產生的加工誤差被稱為誤差復映，會對加工精度產生影響。

3 工藝系統受熱變形引起的誤差

加工零件過程中，熱源也會造成工藝系統出現不同程度的熱變形，導致切削刀具與加工零件原本的精確位置發生變化，運動關系出現誤差。由于熱源的分布不均勻、工藝系統的各部位材料、結構也不同，導致這些部件出現的誤差也有會不同的差異。尤其是精密加工過程中，由熱變形所產生的誤差占加工總誤差量的40%～70%。

3.1 刀具熱變形對加工精度的影響

切削加工過程中，刀具的體積小、熱容量也小，進入到刀具的熱量只有總熱量的3%～5%，但是由于切割刀具的熱脹冷縮的特性，也會造成刀具變形而產生加工誤差。刀具的遇熱變形在粗加工操作中的影響可以忽略不計，但是對加工精度要求較高的零件加工，切割刀具的遇熱變形就會產生較大的影響，直觀上會產生加工零件表面形狀的誤差變化。比如在車削過程中，高速鋼刀具的刃部溫度可以達到700℃～800℃，其熱伸長量達到0.03mm～0.05mm。

3.2 機床熱變形對加工精度的影響

加工機床的構造復雜，機床的型號差異、各個構件所處位置的差異，受不均勻的發熱的時候，發熱位置溫度的差異、熱源輻射的差異，各個構件所產生的熱變形也有所差異，對加工精度的影響也會有所差異。

3.3 工件熱變形對加工精度的影響

切削熱能直接導致加工零件的熱變形，加工措施的差異和加工零件受熱的均衡差異所造成的變形也有所差異。

3.3.1 工件均勻受熱。車、磨軸類件的外圓等均勻受熱的簡單工件，冷卻后其直徑和長度會發生收縮現象，出現誤差；針對加工時長較短的盤類零件、較短的軸套類零件等，其沿工件軸向方向的溫升近似相等。針對長軸等較長的工件加工，進行切削時，其溫度較低，可以忽略。加工零件的溫度和直徑隨著切削的時間增加而升高和增大，導致其金屬層厚度被切削的越多，經冷卻后會同時出現圓柱度和徑向尺寸的誤差。精密絲杠等工件對軸向精度要求很高，熱變形時其軸向伸長會產生螺距誤差。

3.3.2 工件不均勻受熱。在進行薄片類工件的加工時，由于加工零件的受熱不均勻和不平衡，會出現工件單面翹曲，冷卻后會產生凹形的形狀變化和誤差。

4 刀具、夾具的制造誤差及磨損

夾具會對加工零件的加工精度造成明顯的影響，夾具起到固定加工零件位置的作用，夾具的夾緊、定位、夾具的安裝、導引、分度、以及夾具的磨損程度，都會對加工零件的加工精度產生直接的影響。加工刀具的磨損會造成位置誤差，導致加工零件的尺寸發生變化，而刀具本身的規格和質量，對誤差的產生影響又有著輕重的區別。1成形刀、成形銑刀、齒輪滾刀等成型刀具會嚴重的影響被加工面形狀的精度；2鉆頭、鉸刀、拉刀、槽銑刀等定尺寸刀具影響被加工零件尺寸的精度；3車刀、鏜刀、銑刀等普通刀具則不會直接影響加工精度。

5 機床幾何誤差及磨損其對加工精度的影響

機床是進行零件加工的載體，加工零件的精度在一定程度上受到來自機床本身制造精度的影響，機床制造的誤差主要包括三個部分，即主軸回轉、導軌以、傳動鏈的誤差。

5.1 主軸回轉誤差

主軸的回轉包括徑向跳動、軸向跳動、角度擺動。加工零件的位置精度和形狀受到其直接作用。加工不一致和誤差的敏感方向的存在，導致其所產生的誤差也有所差異。比如，進行外圓和內孔的加工，主軸徑向跳動會出現其圓度的誤差，但是端面的加工卻不會受到影響。而進行端面的加工時，主軸軸向跳動會產生其平面度發生誤差以及端面的垂直度的誤差。進行螺紋的加工過程中，會產生螺距的誤差。在影響程度上，主軸角度擺動、主軸的徑向跳動對加工零件的誤差影響程度相近，其中圓度的誤差和圓柱度的誤差都來自主軸角度擺動的影響。

5.2 導軌誤差

導軌水平面上的直線度誤差直接作用于加工件的誤差敏感方向即法線方向上，其垂直平面上的直線度誤差可以忽略不計。在加工中產生晃動，改變刀具的切割軌跡，從而造成加工件的形狀出現誤差。

5.3 傳動鏈誤差

加工件表面的加工精度受到的主要影響因素之一，即是傳動鏈出現的誤差。機床的傳動由蝸桿、括齒、螺母、絲桿、蝸輪等組成，傳動機的數量越多，傳動距離越大，其產生的誤差也就越大，同時這些部件本身的質量、安裝、加工中出現的磨損也會對加工件的精度產生影響。

6 結束語

在機械加工中，誤差是不可能完全避免的，只能盡量的減小，只有找出誤差出現的原因，逐一排查，采用有效的解決方法，才能提高加工精度，提升產品質量。

參考文獻

[1]楊叔子.機械加工工藝師手冊[M].機械工業出版社.

[2]富成科.機械制造基礎[M].北京：人民出版社，1998.10.