機械加工質量的分析與控制

宋金鵬

摘 要：文章簡要介紹了機械加工精度的定義和造成加工誤差出現的原因，并提出了提高機械加工精度的措施。

關鍵詞：機械加工精度；誤差；分析

機械加工是指利用機床等機械作為加工工具，按照圖紙要求對物料的外形進行車、銑、刨、磨等加工工序，從而得到誤差在一定要求范圍的工件。由誤差就引出了關于機械加工精度的概念，文章就機械加工這一概念進行闡述，并對引起誤差的原因，誤差的分類和怎樣減小誤差的措施進行了分析。

1 機械加工精度的含義

機械加工精度是指對毛坯件進行加工后所得到的工件的實際外形尺寸和設計工件時所希望得到的外形尺寸的相似度。而工件實際達到尺寸和希望達到尺寸的差異值表現為機械的加工精度。它們之間的差異越大則精度越低，同理差異越小相似度越高則精度越高。

加工精度主要體現在三個方面：尺寸精度，用來限制工件的加工表面與其基準間尺寸誤差不得超過一定的范圍。幾何形狀精度，幾何形狀精度用來限制加工表面宏觀幾何形狀誤差，如圓度、圓柱度、平面度、直線度等。相互位置精度，相互位置精度用來限制加工表面與其基準間的相互位置誤差，如平行度、垂直度、同軸度、位置度等。

同一批產品即使在相同的條件下生產加工出來，由于其它各種原因和加工因素的影響，其加工精度總會存在一定的差別，即加工誤差。誤差不可避免，只要誤差能控制在一定的范圍內，能夠滿足機器使用性能的要求。文章將就加工誤差產生的原因和怎樣減小造成加工誤差的措施來達到選取合適的加工工藝，從而能夠提高效率和經濟性。

2 機械加工產生誤差的種類和造成誤差的主要原因

機械加工產生的誤差分為系統誤差、隨機誤差、靜態誤差、切削狀態誤差與動態誤差。凡是誤差的大小和方向均已被掌握，則為系統誤差。系統誤差又分為常值系統誤差和變值系統誤差。常值系統誤差的數值是不變的。如機床、夾具、刀具和量具等制造的誤差都是常值的。變值誤差是誤差的大小和方向按一定規律變化如刀具在正常磨損時，其磨損值與時間成線性正比關系，它是線性變值系統誤差，而刀具受熱伸長，其伸長量和時間就是非線性變值系統誤差，凡是沒有被掌握誤差規律的，則為隨機誤差。從誤差是否與切削狀態有關來分，可分為靜態誤差與切削狀態誤差。

零件加工的誤差是由于工件與刀具在切削過程中相互位置發生變動而造成。工件和刀具安裝在夾具和機床上，工件、刀具、夾具、機床構成了一個完整的工藝系統。工藝系統的種種誤差，是造成零件加工誤差的根源，故稱之為原始誤差。原始誤差分為了加工前誤差和加工中誤差和加工后誤差。

加工前誤差包括：加工原理誤差、調整誤差、機床誤差、夾具誤差、工件裝夾誤差、刀具制造誤差等，加工中誤差包括：工藝系統受力變形、工藝系統熱變形、刀具磨損等，加工后誤差包括：殘余應力引起變形、測量誤差等。

2.1 機床本身造成的誤差

機床是機械加工的主要工具，而機床本身的制造安裝誤差將直接影響到工件的加工精度。（1）主軸回轉誤差：主軸回轉時實際回轉軸線與理想回轉軸線的偏移量，主要包括主軸的端跳動和徑向跳動。（2）導軌的精度包括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。（3）機床的定位精度垂直度等。

2.2 刀具造成的誤差

不同的刀具對加工精度的影響不同。機械加工中常用的刀具有：一般刀具、定尺寸刀具和成形刀具。定尺寸刀具（如鉆頭、鉸刀、拉刀等）的尺寸誤差直接影響加工工件的尺寸精度。刀具在安裝使用中不當，也將影響加工精度。成形刀具和展成刀具（如成形車刀、成形銑刀及齒輪刀具等）的制造誤差，直接影響被加工表面的形狀精度。采用定尺寸刀具成形刀具展成刀具加工時，刀具的制造誤差會直接影響工件的加工精度。夾具誤差與裝夾誤差夾具誤差主要是指夾具的定位元件、導向元件及夾具體等的加工與裝配誤差，它將直接影響工件加工表面的位置精度或尺寸精度，對被加工工件的位置誤差影響最大。

2.3 定位誤差

當在加工時，如果加工選取的工序基準和設計基準不重合將會造成基準不重合誤差。二是夾具上用來定位的夾具在制造時總是帶有一定的誤差，而這部分誤差將直接累積到工件加工時的誤差中。

2.4 工件在加工時受力變形

工件和機床的剛性不一樣，因此在加工過程中如果工件的剛度低，將會在吃刀受力時產生一定的變形從而造成加工誤差。而如果工件剛度高而機床的剛性低則在加工時刀具或夾具等會在加工時產生讓刀從而對加工精度造成影響。

2.5 工件受熱變形引起的誤差

工藝系統在各種熱源的影響下會產生很復雜的變形，導致工件產生加工誤差。

2.6 調整誤差

在工序的調整工作中所存在的誤差即調整誤差，一次調整后存在的誤差對這一批零件的影響是不變的。但大批量加工中存在多次調整，不可能每次完全相同。對全部零件來說，每次調整誤差為偶然性誤差。機床調整誤差可理解為零件尺寸分布曲線中心的最大偏移量。

3 提高加工精度的措施

3.1 消除或減少原始誤差

如加工細長軸時易產生彎曲和振動，增大主偏角減小背向力，使用跟刀架或中心架增加工件剛度。但在進給力作用下，會因“壓桿失穩”而被壓彎；在切削熱的作用下，工件會變長，也將產生變形。采取措施：采用反向進給的切削方法，使用彈性的尾座頂尖。

3.2 誤差補償法

利用原有誤差或制造誤差來抵消原始誤差。如龍門銑床因銑削頭自重產生下凹變形，刮研橫梁導軌使上凸；加工曲軸時前后刀架同時切削，徑向力方向相反；精磨磨床床身導軌預加載荷，用配重代替工作時的部件等。

3.3 誤差分組法

在加工中，對于毛坯誤差、定位誤差而引起的工序誤差，可采取分組的方法來減少其影響。誤差分組法是把毛坯或上道工序加工的工件尺寸經測量按大小分為n組，每組工件的尺寸誤差范圍就縮減為原來的1/n。然后按各組分別調整刀具與工件的相對位置或選用合適的定位元件，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。這方法比起一味提高毛坯或定位基準的精度要經濟得多。例如某廠采用心軸裝夾工件剃齒，由于配合間隙太大，剃齒后工件齒圈徑向圓跳動超差。為不用提高齒坯加工精度而減少配合間隙，采用誤差分組法，將工件內孔尺寸按大小分成4組，分別與相應的4根心軸之一相配合，保證了剃齒的加工精度要求。

3.4 誤差平均法

誤差平均法就是利用有密切聯系的表面之間的相互比較和相互修正或者利用互為基準進行加工，以達到很高的加工精度。例如，對配合精度要求很高的軸和孔，常采用研磨的方法來達到。研具本身的精度并不高，分布在研具上的磨料粒度大小也可能不一樣，但由于研磨時工件與研具間作復雜的相對運動，使工件上各點均有機會與研具的各點相互接觸并受到均勻的微量切削。高低不平處逐漸接近，幾何形狀精度也逐步共同提高，并進一步使誤差均化，因此，就能獲得精度高于研具原始精度的加工表面。又如三塊一組的精密標準平板，就是利用三塊平板相互對研，配刮的方法加工的。因為三塊平板要能夠分別兩兩密合，只有在都是精確平面的條件下才有可能。此時誤差平均法是通過對研、配刮加工使被加工表面原有的平面度誤差不斷縮小而使誤差均化的。

4 結束語

在機械加工過程中，誤差總是會發生。只有對誤差產生的原理和原因進行理解和大量的分析基礎上，才能對減小或消除誤差，從而有效提高機加工的精度。

參考文獻

[1]鄭渝.機械結構損傷檢測方法研究[D].太原理工大學，2004.