機(jī)械加工誤差分析與工藝改進(jìn)

王明智　唐慶棟

摘要：零件加工后的尺寸、形狀和位置等幾何參數(shù)的實(shí)際值與理想值之間相符合的程度被稱為機(jī)械加工精度。加工誤差是指實(shí)際幾何參數(shù)值與理想幾何參數(shù)值之間的差異。加工精度的高低由加工誤差的大小反應(yīng)。當(dāng)加工誤差越大時(shí)，加工精度越低；當(dāng)加工誤差越小時(shí)，加工精度越高。機(jī)械加工過(guò)程所產(chǎn)生的誤差，可以通過(guò)詳細(xì)分析誤差產(chǎn)生的原因來(lái)避免誤差的產(chǎn)生。以達(dá)到提高機(jī)械加工精度的目的。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工；誤差；工藝改進(jìn)

前言

加工精度分為尺寸精度、形狀精度和位置精度。同一批零件，即使在相同的加工方法和生產(chǎn)條件下所加工出來(lái)的，也會(huì)因加工因素的影響， 不會(huì)完全一致。因?yàn)槠涑叽?、形狀和表面相互位置總是存在一定的加工誤差，在機(jī)械加工的過(guò)程中，誤差的產(chǎn)生的是無(wú)法避免的，因此，只有詳細(xì)分析產(chǎn)生誤差的原因，才能夠進(jìn)而采取相應(yīng)預(yù)防措施以減小機(jī)械加工誤差，提高機(jī)械加工精度。

1.產(chǎn)生原因

1.1 由于機(jī)床的精度決定了工件的加工精度，所以在機(jī)械加工過(guò)程中，刀具相對(duì)于工件的成形運(yùn)動(dòng)通常是通過(guò)機(jī)床完成的。主軸回轉(zhuǎn)誤差、導(dǎo)軸誤差和傳動(dòng)鏈傳送誤差是對(duì)工件加工精度影響較大的機(jī)床制造誤差。

1.2 刀具誤差因刀具種類的不同而對(duì)加工精度產(chǎn)生不同的影響。當(dāng)采用成形刀具加工時(shí)，工件加工精度的直接影響因素是刀具的制造誤差；而刀具的制造誤差在采用一般刀具加工時(shí)，對(duì)工件加工精度并沒(méi)有直接的影響。夾具的幾何誤差：夾具主要用來(lái)調(diào)整工件與刀具和機(jī)床間的正確位置，工件加工精度的重要因素是夾具的制造誤差。

1.3在零件圖上用來(lái)確定某一表面尺寸和位置的基準(zhǔn)稱之為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。在工序圖上用來(lái)確定本工序被加工表面加工后的尺寸、位置的基準(zhǔn)稱之為工序基準(zhǔn)。選擇工件的一些幾何要素作為加工定位基準(zhǔn)，是在機(jī)床上加工工件前所要具備的要素。所選定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合也會(huì)造成誤差；定位副制造不準(zhǔn)確誤差：夾具定位元件不可能按基本尺寸制造得絕對(duì)準(zhǔn)確，其實(shí)際尺寸允許在一定公差范圍內(nèi)變動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致基準(zhǔn)不重合誤差。工件定位面與夾具定位元件共同構(gòu)成定位副。定位副加工誤差會(huì)造成被加工工件與定位副在定位期間有可能產(chǎn)生配合間隙，該間隙的存在會(huì)導(dǎo)致被加工工件尺寸較大的誤差。

1.4加工精度產(chǎn)生影響的原因，主要來(lái)源于工件剛度。在工藝系統(tǒng)中，如果工件剛度較機(jī)床、刀具和夾具低，那么在切削力作用下，工件會(huì)剛度不足引起變形；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(jì)。而鏜或車直徑較小的內(nèi)孔，刀桿剛度不足時(shí)，刀桿受力變形對(duì)孔加工精度就會(huì)有較大影響；機(jī)床部件剛度：機(jī)床部件由許多零件組成，目前，只能用實(shí)驗(yàn)方法來(lái)測(cè)定機(jī)床部件剛度，因?yàn)闄C(jī)床部件剛度尚無(wú)簡(jiǎn)易的計(jì)算方法。

1.5影響加工精度的因素還有工藝系統(tǒng)熱變形。在刀具切削時(shí)，機(jī)床、刀具和工件的溫度會(huì)因受各種熱源的作用而逐漸升高并以各種傳熱方式向周圍的物質(zhì)和空間散發(fā)熱量，引起熱變形，從而影響加工精度。尤其在精密加工和大件加工中，熱變形所引起的加工誤差有時(shí)會(huì)占工件總誤差的50%。

1.6工藝系統(tǒng)調(diào)整貫穿于每一道機(jī)械加工工序中。產(chǎn)生調(diào)整誤差的原因是由于調(diào)整不可能絕地準(zhǔn)確。在工藝系統(tǒng)中，通過(guò)調(diào)整來(lái)保證機(jī)床、刀具、夾具或工件間的互相位置精度。假設(shè)機(jī)床、刀具、夾具和工件的原始精度都達(dá)到工藝要求的同時(shí)又不考慮動(dòng)態(tài)因素，調(diào)整誤差就是影響加工精度的決定性因素。

2.工藝改進(jìn)

2.1通過(guò)提高機(jī)床的幾何精度；提高夾具、量具及工具本身的精度；控制工藝系統(tǒng)受力、受熱變形所產(chǎn)生的誤差；減少刀具磨損、內(nèi)應(yīng)力所引起的變形誤差；減小測(cè)量誤差等方法減少原始誤差。提高機(jī)械加工精度的有效方法為：分析產(chǎn)生加工誤差的各項(xiàng)原始誤差，并根據(jù)不同情況對(duì)各項(xiàng)主要原始誤差采取相應(yīng)解決措施。在加工精密零件時(shí)應(yīng)當(dāng)盡量提高所使用的精密機(jī)床的幾何精度、剛度和控制加工熱變形；加工具有成形表面的零件應(yīng)盡量減少成形刀具形狀誤差和刀具的安裝誤差。

2.2工藝系統(tǒng)原始誤差對(duì)零件加工誤差的影響可以用誤差補(bǔ)償?shù)姆椒ㄟM(jìn)行控制。人為地造出一種新原始誤差來(lái)補(bǔ)償或抵消原工藝系統(tǒng)中的固有原始誤差稱為誤差補(bǔ)償法，其目的在于減少加工誤差、提高加工精度。

2.3提高一批零件的加工精度還可以用分化某些原始誤差的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。加工精度要求較高的零件表面， 可在不斷試切加工過(guò)程中，逐步均化其原始誤差。根據(jù)誤差反應(yīng)規(guī)律，經(jīng)測(cè)量將毛坯或工序的工件尺寸按大小分為 n 組，每組工件的尺寸范圍就縮減為原來(lái)的 1/n，被稱為分化原始誤差法。為縮小整批工件的尺寸分散范圍，可按各組的誤差范圍對(duì)刀具相對(duì)于工件的準(zhǔn)確位置進(jìn)行分別調(diào)整，使各組工件的尺寸分散范圍中心基本保持一致；通過(guò)相互比較和檢查有密切聯(lián)系的工件或工具表面，找出它們之間的差異，進(jìn)行相互修正加工或基準(zhǔn)加工，稱之為均化原始誤差。

2.4將原始誤差從誤差敏感方向轉(zhuǎn)移到誤差非敏感方向稱之為轉(zhuǎn)移原始誤差。零件加工誤差的程度由各種原始誤差體現(xiàn)。根據(jù)其是否在誤差敏感方向所決定。為提高機(jī)械加工精度，可在機(jī)械加工過(guò)程中，設(shè)法將原始誤差從加工誤差的敏感方向轉(zhuǎn)移到加工誤差的非敏感方向，也就是將原始誤差轉(zhuǎn)移到其它對(duì)加工精度無(wú)影響的方向。

3.結(jié)論

本文對(duì)機(jī)械加工誤差的主要產(chǎn)生原因和提高加工精度的工藝措施進(jìn)行了探討。

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