機械加工精度的影響因素及提高措施探析

摘 要：在機械加工中，加工誤差、工藝系統、內應力等都嚴重影響著零件的加工精度，最終影響零件的質量，所以提高機械加工精度就顯得至關重要。文章根據多年實踐經驗，對影響機械加工精度的因素進行了具體的分析，并提出了相應的提高機械加工精度的工藝措施，為機械加工的生產人員提供了有力的技術支持。

關鍵詞：機械加工精度；加工誤差；影響因素；提高措施

引言

機械加工精度是指零件經過加工后的形狀、尺寸、表面粗糙度等的實際值與設計值之間的符合程度。加工精度反應在三個方面：（1）尺寸精度：加工表面與基準件的尺寸誤差必須符合設計要求；（2）形狀精度：零件加工表面自身的幾何形狀誤差；（3）位置精度：零件加工表面與基準之間的相互位置誤差。機械加工誤差是不可避免的，但可以通過實際生產經驗的總結，掌握誤差變化的規律，采取合理的措施減少加工誤差，從而達到提高加工精度的目的。

1 機械加工精度的影響因素探析

在機械加工過程中，對加工精度造成影響的因素有很多，具體可以分為加工前的誤差（如加工原理誤差、機床幾何誤差、刀具制造誤差），加工中的誤差（如工藝系統受力變形、工藝系統熱變形、磨損誤差），加工后的誤差（如內應力引起的誤差、度量誤差）。在眾多影響因素中，對機械加工精度影響較大的有加工原理誤差、工藝系統幾何誤差、工藝系統受力變形、工藝系統熱變形、工件內應力五種因素，下面對這些因素進行一一分析。

1.1 加工原理誤差對加工精度的影響

加工原理誤差指在加工過程中采用了近似的成形運動或切削刃輪廓軌跡造成加工后的實際形狀與理想形狀不完全相符的誤差。最典型的加工原理誤差是齒輪滾刀加工齒輪造成的兩種誤差：（1）切削刃的齒廓軌跡誤差。為了減輕制造上的困難，工業上采用阿基米德基本蝸桿或法向直廓基本蝸桿代替了齒輪加工原理中的漸開線基本蝸桿；（2）滾刀的刀齒數有限，滾刀加工的齒形實際上是一個折線，與理論上的光滑漸開線存在原理誤差。再比如在進行蝸桿加工時，蝸桿的螺距計算是使用了無理數，并對其進行了近似分數值簡化，從而造成的螺距誤差。在生產中，加工原理誤差是允許存在的，但必須保證在零件的誤差允許范圍內。

1.2 工藝系統的幾何誤差對機械加工精度的影響

工藝系統的幾何誤差通常包括機床、刀具、夾具自身的幾何誤差以及在使用過程中的磨損和調整誤差，其中機床、夾具、刀具的自身幾何誤差是加工之前就已經存在的，在加工過程中反饋到零件上。

工件的加工通常是通過機床進行的，機床自身制造精度就決定了工件的加工精度。在實際生產中，對工件精度影響較大的有主軸回轉造成的誤差、導軌造成的誤差以及機床傳動鏈造成的誤差等，其中主軸回轉誤差包括主軸的彎曲撓度、同軸度、軸承誤差等；導軌誤差包括導軌制造誤差、導軌磨損、導軌安裝誤差；傳動鏈誤差是由傳動鏈各個環節的制造和裝配誤差造成的。同樣，刀具和夾具的誤差也是由制造誤差和安裝誤差造成的。

1.3 工藝系統引起的誤差對機械加工精度的影響

工藝系統引起的誤差按照原理不同可以分受力變形和受熱變形兩種，前者是指工藝系統加工過程中受到重力、慣性力、切削力等因素的影響產生了變形，破壞了工件與切削刃之間的位置關系，從而造成了加工誤差，這種誤差通常通過提高接觸剛度、工件剛度、機床剛度以及合理利用夾具來減少；后者是指工藝系統受到了外界熱源的影響而產生了變形，影響了工件的加工精度，工藝系統發生熱變形的原因有以下三種：（1）機床長時間運行成為熱源，而機床結構復雜、散熱不均勻使機床各個部位的溫度不同，產生的變形也不同，最終導致了誤差；（2）工件在加工過程中由于摩擦或其它外因作用變熱，產生了加工誤差；（3）刀具的熱容量和體積都較小，使熱量集中在切削部位，較高的溫度對工件造成了影響。

1.4 工件內應力對機械加工精度的影響

工件內應力是指工件的外載荷去除以后，工件內部仍殘存的應力，主要由于金屬內部組織的體積變化不均勻造成。具有內應力的工件是不穩定的，其內部組織會不斷發生變化，直到內應力消失為止，在內應力變化過程中，工件的原有加工精度也會消失。工件的內應力主要是在熱加工和冷加工中產生，如毛坯的鑄造殘余應力、冷校直中的內應力、切削中產生的內應力等。工件在經過加工過程中因為外界因素產生冷熱不均勻，從而產生內應力，加工后不及時處理，內應力逐漸消失，就會使工件出現變形。在實際生產中通常通過合理設計零件結構、時效處理、合理安排工藝等手段消除內應力。

2 提高機械加工精度的措施探討

根據上文的分析，結合實踐經驗可以得知，提高機械加工的精度的工藝措施有四種，分別是直接減少誤差法、誤差補償法、誤差分組法、誤差轉移法。

2.1直接減少誤差法

在查明工件產生誤差的原因后，通過某種工藝措施對其減小或消除。如：采用“大主偏角反向切削法”進行細長軸的車削，可以較好的消除軸向切削力引起的彎曲變形，如果車床的頂尖采用彈簧頂尖，還可以有效的消除熱變形造成的誤差。綜合而言，就是對某具體工件可能產生誤差的各方面因素進行具體分析，針對此工件的加工精度要求，制定相應的工藝加工方案，從而達到控制工件誤差，提高機械加工精度的目的。

2.2 補償誤差法

所謂補償誤差就是通過人為的制造一種新的誤差，來抵消工藝系統中的固有誤差，從而達到控制誤差的目的。此方法主要適用于原有誤差無法通過工藝改良進行控制的情況，通過制造誤差達到正負相抵消的目的。此方法的應用是建立在對機械加工誤差全面了解，并完全掌握其成因的基礎上進行的，否則盲目制造誤差會進一步增加誤差，達不到誤差抵消的目的。

2.3 誤差分組法

在工件加工過程中，上道工序中的工件誤差，會給本工序造成一定的影響，如：誤差復映造成本工序的加工誤差擴大、定位誤差造成本工序的位置誤差擴大。為了解決這個問題，在大批量加工工件時，可以采用誤差分組法，即將上道工序加工后的零件按照誤差大小分成N組，那么每組的誤差范圍就會縮小到原來的1/N，然后再各組的誤差進行分別調整，從而達到減小誤差，提高加工精度的目的。

2.4 誤差轉移法

誤差轉移法是指通過某種措施將工藝系統中的幾何誤差、受力變形以及熱變形等轉移到誤差非敏感的方向，使加工過程的誤差對機械精度不會造成影響，從而達到提高機械加工精度的目的。機械加工誤差通常是指其敏感方向的誤差，如加工表面，只要將誤差轉移到非敏感方向，如加工表面的切線方向，機械加工的精度就會得到很大的提高。

3 結束語

在機械加工的過程中，誤差是不可避免的，但可以結合具體情況對誤差產生的原因進行具體的分析，并采取合理的對策減小誤差，從而達到提高機械加工精度的目的。文章著者根據多年的工作經驗，對影響機械加工精度的幾個關鍵因素進行了具體的分析，并提出了提高機械加工精度的措施，為機械加工領域的發展提供了有效的技術支撐。

參考文獻

[1]盧秉恒.機械制造技術[M].北京：機械工業出版社，2005.

[2]張全.機械加工工藝對零件加工精度的影響[J].工具技術，2007（08）：70-71.

[3]朱政紅，張春偉.影響機械加工精度的幾種因素[J].組合機床與自動化加工技術，2008（11）：77-85.

作者簡介：李順（1987-），男，天津，中國電子科技集團公司第45所助理工程師，主要從事機械加工、制造及工藝技術、專用設備設計工作。