影響機械加工精度的常見因素及預防措施

臧成陽，黃連寶

(1.天津市機電工藝學院，天津 300350；2.天津市匯通儀器設備公司，天津 300410）

影響機械加工精度的常見因素及預防措施

臧成陽1，黃連寶2

(1.天津市機電工藝學院，天津 300350；2.天津市匯通儀器設備公司，天津 300410）

優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)是每個機械制造企業(yè)追求的目標。所以最大程度的避免廢品的產(chǎn)生，提高產(chǎn)品合格率是機械加工制造行業(yè)遵循的原則。影響產(chǎn)品合格率的因素有很多，但絕大部分的加工精度誤差是在機械加工過程中產(chǎn)生的，因此企業(yè)在使用機械設備進行生產(chǎn)加工前需要考慮如何減少或避免各種因素對加工精度造成的影響。本文概述了加工精度的概念，分析了影響加工精度的常見典型因素，并根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，歸納了幾種可以預防或減少加工誤差的措施。

機械加工；加工精度；加工誤差

機械產(chǎn)品的性能和使用壽命與產(chǎn)品的加工質(zhì)量有著直接的關(guān)系，評價加工質(zhì)量的標準有兩個，即產(chǎn)品的表面質(zhì)量和加工精度。在加工制造機械產(chǎn)品過程中，由于各種因素的干擾，會使工件和刀具偏離理想位置，從而使加工出來的機械產(chǎn)品不可能與圖紙上標注的幾何參數(shù)完全一致，這種理想與現(xiàn)實的差距就用加工精度或加工誤差來表示。現(xiàn)實中的加工精度不可能達到100%，所以如何提高加工精度，減小加工誤差是機械加工企業(yè)面臨的課題。

1 機械加工精度與加工誤差

1.1 加工精度

加工精度是機械加工制造中經(jīng)常提及的一個高頻詞匯，是衡量機械加工產(chǎn)品質(zhì)量的重要依據(jù)。關(guān)于機械加工精度的定義可以這樣理解：加工完成后的零件的幾何參數(shù)與圖紙上標注的設計幾何參數(shù)的符合度。一般情況下，幾何參數(shù)是指零件的形狀、位置和尺寸。對于所謂的理想零件，是指各幾何參數(shù)與圖紙上的設計幾何參數(shù)完全一致，對尺寸來說，就是零件尺寸的公差帶中心；對于表面位置來說，就是絕對的垂直、平行和一定的角度和距離；對于零件形狀來說，就是絕對符合圖紙設計參數(shù)的平面、曲面等。

1.2 加工誤差

在實際的機械加工制造過程中，總會有這樣那樣的因素對零件的加工精度造成不同程度的影響，所以，實際上不可能把零件做得絕對精確且同理想完全符合，其總會有一些偏差，我們將這種在加工過程產(chǎn)生的偏差稱之為加工誤差。從實際出發(fā)，從多快好省的全面觀點出發(fā)，只要能夠保證零件誤差在可接受的規(guī)定范圍內(nèi)，可以安全穩(wěn)定的在系統(tǒng)中執(zhí)行其應發(fā)揮的功能即可。

2 影響加工精度的因素

2.1 原理誤差

原理誤差是由于在機械加工過程中采用了近似的刀具輪廓代替理論上的刀具或采用近似的加工運動代替理論意義上的加工運動而產(chǎn)生的零件加工誤差。先來看用近似的加工運動代替理論意義上的加工運動所導致的加工誤差。在加工制造零件時，人們?yōu)榱思庸こ瞿撤N特定的零件表面，需要使刀具和被加工零件之間形成某種特定的運動關(guān)系。比如滾切齒輪，需使工件和滾刀之間有準確的展成運動。我們稱這種運動練習為加工原理。從理論上講，在加工零件時我們應采用理想的加工原理，但有時采用理想的加工原理需要極為復雜的機床結(jié)構(gòu)或過多的加工環(huán)節(jié)，這樣一來反而降低了加工精度。所以在實際機械加工中，人們經(jīng)常會采用近似的加工原理，這樣就導致了原理誤差的出現(xiàn)。這時原理誤差不是評價加工方法優(yōu)劣的依據(jù)。另外，機械加工過程中使用近似的刀具輪廓也會為零件帶來原理誤差，在加工制造機械零件的過程中，不僅需要刀具和被加工件之間形成特定的運動關(guān)系，有時加工一些比較特殊或比較復雜的零件時需要一些具有特殊輪廓的刀具，而企業(yè)有時在短時間內(nèi)找不到完全符合要求的刀具，因此只能用一些與理論輪廓刀具近似的道具來代替，這樣一來就會造成原理誤差。

2.2 機床誤差

機床是進行機械加工時必不可少的加工工具，是支配刀具完成加工運動的載體。機械零件從一個毛坯到一個成形的合格零件就是在各種機床上加工完成的，所以機床本身的精度對于零件的加工精度有很大的影響，是影響零件加工精度大小的一個重要因素。在實際的機械加工制造中，人們在討論機床誤差時，主要是從導軌誤差、主軸誤差和傳動鏈誤差三個方面進行探討研究。因此，我們來分別認識這三種機床誤差。

導軌是存在于各種機床上的重要零部件之一，是確定機床其他主要零部件運動的基準和相對位置的基準，執(zhí)行承載和導向功能的一種重要零部件。導軌的各項誤差會對零件的加工精度產(chǎn)生直接影響。其中受導軌誤差影響最大的是加工誤差中的形狀誤差，在加工零件表面的法線方向上，導軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差不容易被反應出來，導軌誤差對加工精度的影響最小，而導軌在水平面內(nèi)的誤差會使刀具在水平面內(nèi)產(chǎn)生較大的位移，引起零件在半徑上產(chǎn)生較大的誤差。

主軸誤差。機床的主軸誤差一般就是指主軸的回轉(zhuǎn)誤差，主軸是各種機床在生產(chǎn)時刀具和被加工零件的運動基準和位置基準。主軸回轉(zhuǎn)誤差就是在主軸運轉(zhuǎn)的情況下，主軸的軸心線位置的偏離程度。由于構(gòu)成主軸的各零部件都會存在著一些誤差，比如軸頸會存在同軸度誤差、主軸存在撓度誤差、軸承存在誤差等，在這些誤差的綜合作用下主軸在每一瞬間時回轉(zhuǎn)軸線的空間位置都會產(chǎn)生變化 ，最終導致主軸誤差的產(chǎn)生。對于主軸誤差，可以認為在任一瞬間內(nèi)，主軸的實際軸線與理論軸線會發(fā)生偏離，即主軸會相對與主軸的理想回轉(zhuǎn)軸線做相對運動，人們把這個相對運動分解為三種獨立的運動，即純徑向移動、純軸向竄動及純角度擺動，以這三種獨立的運動來量化描述主軸誤差的大小。另外，不同的加工方法，主軸回轉(zhuǎn)誤差對零件的加工精度的影響是不同的。

傳動鏈誤差。前面在介紹原理誤差時說過，為了得到某種特定的表面，人們需要在機械加工時在刀具和工件之間建立某種運動關(guān)系。比如滾切齒輪表面，需使工件和滾刀之間有準確的展成運動。在機床機構(gòu)中，負責和完成這種運動關(guān)系就是機床中的傳動系統(tǒng)，也就是傳動鏈。所以機床傳動鏈誤差對被加工件的加工精度有很大的影響，有必要對傳動鏈誤差進行深入的分析研究。構(gòu)成傳動鏈的常見零部件有齒輪、絲杠、渦輪、螺母、蝸桿等基礎部件。在機床進行生產(chǎn)加工的過程中，由于這些部件自身存在著誤差，導致傳動鏈誤差的產(chǎn)生，且隨著對機床不斷使用，這些部件的摩擦磨損不斷加重，會導致傳動鏈誤差進一步放大，且傳動鏈誤差會隨著傳動機構(gòu)的增多，傳動路線的增長而不斷增大。

2.3 工藝系統(tǒng)變形產(chǎn)生的加工誤差

工藝系統(tǒng)的變形對于被加工零件的加工精度有很大的影響，而工藝系統(tǒng)的變形主要是由受到外力或受熱所引起的，下面我們分別了解這兩種情況下引起的工藝系統(tǒng)變形對工件加工精度產(chǎn)生的影響。

首先，工藝系統(tǒng)會因為受到外力的作用而產(chǎn)生變形，從而對被加工零件的加工精度產(chǎn)生影響。另外，在加工一些剛度大的工件時，也會發(fā)生這種現(xiàn)象，這時的變形是由于機床本身老化造成的。在粗車時，由于切削力較大，引起了刀具相對工件發(fā)生退讓，粗車完成后又恢復原形，這時進行精車時，即使不進刀，刀尖也能車削到工件，有時甚至需要向后退刀，才能夠達到精車所要求的切削厚度，這時只能憑借經(jīng)驗決定是否向后退刀和退多少，這樣一來必然會導致加工誤差的產(chǎn)生。

在機床上進行加工制造時，工藝系統(tǒng)會受到摩擦熱、切削熱及外界的溫度熱源的影響，造成機床中的刀具、工件及機床中的一些零部件受熱變形，從而改變了他們之間的位置關(guān)系和自身的尺寸和形狀，破壞了刀具和工件之間相對運動關(guān)系的正確性，改變已調(diào)整好的加工尺寸，導致被吃刀量和切削力的變化，且對傳動鏈的精度產(chǎn)生破壞。因此，由于工藝系統(tǒng)受熱，會因為工藝系統(tǒng)及各零部件的精度產(chǎn)生變化，最終對被加工件的加工精度產(chǎn)生明顯的影響，導致加工誤差的產(chǎn)生。特別是在精密加工和大件加工時，因工藝系統(tǒng)受熱邊形引起的加工誤差是被加工件最主要的加工誤差來源。

3 提高機械加工精度的措施

3.1 科學分析誤差性質(zhì)，加大科技投入力度

認清誤差性質(zhì)是提高加工精度的一個重要步驟，對于各種加工誤差，我們按照它們在零件中出現(xiàn)的規(guī)律來看，可以分為系統(tǒng)誤差和隨機誤差兩大類。

首先看系統(tǒng)誤差，當連續(xù)加工一批零件時，這種誤差的大小和方向保持不變，或者按照一定的規(guī)律變化。前者也被稱為常值系統(tǒng)誤差，包括原理誤差、機床零部件的制造誤差、工藝系統(tǒng)受靜力引起的加工誤差等；后者為變值系統(tǒng)誤差，包括工藝系統(tǒng)受熱、刀具磨損引起的加工誤差等。隨機誤差就是指那些誤差的大小和方向不按規(guī)律變化的加工誤差，工件的內(nèi)應力誤差、定位誤差、毛坯誤差等都屬于隨機誤差。區(qū)別誤差的性質(zhì)后，我們就可以根據(jù)不同的誤差采取行應的調(diào)整措施。比如常值系統(tǒng)誤差的解決途徑，一般是在查明誤差的大小和方向后，通過相應的檢修工藝裝備和調(diào)整來解決，有時還會用某種常值誤差來抵消它。而對于變直系統(tǒng)誤差，可以在搞清楚變化規(guī)律后，通過自動連續(xù)補償、自動周期補償?shù)韧緩絹斫鉀Q。而對于隨機誤差，由于沒有固定的規(guī)律可循，很難完全消除，只能對產(chǎn)生的根源采取適當?shù)拇胧┮詼p小影響。

3.2 直接減小誤差法

這種提高加工精度的措施在日常的機械加工中應用廣泛，直接減小誤差法就是在搞清楚加工誤差的主要原因后采取直接的措施減小或消除誤差的方法總稱。在用車床車削細長軸工件時，工件會在切削力的作用下彎曲變形，導致車削面各處的車削量大小不一，這時我們可以根據(jù)直接法，在工件與車刀相對的一側(cè)加上固定措施，并采用大進給反向切削法，以此來減小加工誤差。

3.3 原始誤差減小法

我們知道原始誤差包括夾具誤差、量具誤差、機床的幾何精度誤差等，對于不用的原理誤差我們要用到不同的辦法解決。原始誤差減小法，就是在機械加工開始發(fā)現(xiàn)這些原始誤差，以便可以提前分析并采取有效的措施降低其對零件加工精度的影響。比如，對于精密零部件的加工，要控制好加工過程中工藝系統(tǒng)的熱變形所產(chǎn)生的誤差，并盡量使用精密度高的機床進行加工制造。減小原始誤差的幾種常見具體方法有轉(zhuǎn)移原始誤差法和補償原始誤差法。

轉(zhuǎn)移原始誤差法。當我們很難降低或消除原始誤差對加工精度的影響時，我們可以換一個角度來思考問題，那就是在原始誤差很難減小時，不要想如何來減小和消除它的存在，而是設法將影響加工精度的因素轉(zhuǎn)移到對工件加工精度要求不高的地方去。誤差補償法的實質(zhì)就是為了減小機床工藝系統(tǒng)中存在的誤差，而人為引入另一種新誤差與工藝系統(tǒng)誤差相抵消，從而提高零件精度的方法。當工藝系統(tǒng)誤差導致的效果增大時，新引入的人為誤差的效果必然就是減小，反之則新引入的人為誤差效果就是增大。需要注意的是，新引入的人為誤差應盡量達到兩種誤差剛好抵消的效果。

3.4 就地加工法

對于一些加工精度要求較高零件，加工起來是比較費時費力的，還有一些裝配問題會牽涉到各零件之間的相互關(guān)系，這類零件的加工精度要求也是較高的，比較不容易加工。這時我們可以采取就地加工法解決這些問題。

4 結(jié)語

機械加工精度是評價零件質(zhì)量的一個重要指標，是機械制造企業(yè)的重要信譽保證。雖然機械加工誤差是機械生產(chǎn)中無法避免的現(xiàn)象，在機械加工中也容許一定范圍加工誤差的存在，但為了避免機械加工誤差過大，超出正常的允許范圍，在生產(chǎn)中需要有意識的采取一些措施，減小或消除機械加工誤差，以確保零件的加工質(zhì)量。

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其他同理

根據(jù)最大隸屬度原則，可得該次評價最大隸屬度為 0.4502,對應評價等級，則評語集為 {優(yōu)，良，合格，差}為良好區(qū)間內(nèi)，即可以評判此次訓練效果為“良好”。

4 結(jié)語

運用綜合模糊評判法進行訓練效果評估是檢驗部隊訓練效果的一種有效方法,一定程度上消除了以往訓練效果評估過于定性籠統(tǒng)和人為因素較大的影響。但需要指出的是，這里所提出的訓練評估指標體系還有待完善，還需要領(lǐng)域?qū)＜疫M一步論證研究以及實際訓練效果的檢驗，在不斷完善和持續(xù)改進中進一步推動訓練效果評估規(guī)范化和科學化發(fā)展。

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