機(jī)械加工精度的影響因素及提高措施探討

韋力

摘要：加工精度問題歷來是機(jī)械制造業(yè)關(guān)注的重要問題，本文三大方面探討了影響機(jī)械加工精度的因素，并針對(duì)性地提出了提高加工精度的具體措施。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工；精度影響；措施

工件的加工精度直接關(guān)系到設(shè)備的質(zhì)量及使用壽命，雖然從經(jīng)濟(jì)性及使用性的最優(yōu)化角度考慮，一般只要求加工后零件的尺寸大小、幾何形狀、各表面相互位置等的誤差小于精度（即δ<Δ）即可，但因加工過程中的誤差循環(huán)累積會(huì)導(dǎo)致精度大幅度降低，因此，采取科學(xué)的優(yōu)化補(bǔ)償措施以確保加工后實(shí)際值與設(shè)計(jì)理想值之間的偏離誤差在公差范圍內(nèi)，意義深遠(yuǎn)，本文就此進(jìn)行探討。

1 影響機(jī)械加工精度的主要因素

1.1 工藝系統(tǒng)幾何誤差

傳統(tǒng)的機(jī)械加工工藝系統(tǒng)主要由機(jī)床、刀具、夾具及工件四部分構(gòu)成，每一環(huán)節(jié)的操作失誤都可能影響到機(jī)械加工精度。以機(jī)床影響為例，機(jī)床作為刀具和工件的載體，自身精度對(duì)工件的加工精度影響頗大，尤其體現(xiàn)在主軸、導(dǎo)軌及傳動(dòng)鏈三大方面。其中，主軸的徑向圓跳動(dòng)、軸向竄動(dòng)及角度擺動(dòng)等誤差問題，會(huì)降低主軸回轉(zhuǎn)精度進(jìn)而對(duì)零件加工精度造成負(fù)影響；導(dǎo)軌生產(chǎn)制造時(shí)在水平面上直線度、垂直面內(nèi)直線度、前后導(dǎo)軌的平行度等方面都會(huì)存在一定誤差，加上安裝過程中的一些質(zhì)量影響，最終都影響到工件精度，如導(dǎo)軌的水平直線誤差Δ1會(huì)造成工件產(chǎn)生δΗ= 2Δ1的直徑誤差；傳動(dòng)鏈控制著機(jī)床主運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)等的變速問題，若傳動(dòng)元件發(fā)生制造誤差、裝配誤差、磨損等問題，勢(shì)必對(duì)加工工件精度造成負(fù)影響，尤其是齒輪、螺紋等加工工件對(duì)主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)有嚴(yán)格傳動(dòng)比，傳動(dòng)鏈誤差造成的精度影響就更大。

1.2 人為因素誤差

人為因素誤差主要體現(xiàn)在調(diào)整、裝夾、測(cè)量三方面。機(jī)械加工中的調(diào)整一般有試切法調(diào)整及調(diào)整法調(diào)整兩種，但均難做到絕對(duì)準(zhǔn)確，因而會(huì)引發(fā)誤差問題。以試切法調(diào)整為例，在摩擦力作用下在進(jìn)給機(jī)構(gòu)位移中很難做到實(shí)際進(jìn)給量和總理論進(jìn)給量的完全相符，如CA6136車床的總理論進(jìn)給量要求是橫向進(jìn)給一小格刀架向前走0. 02mm，但實(shí)際中刀架向前走距離往往小于理論進(jìn)給量。而裝夾誤差則主要包括對(duì)刀時(shí)的雙曲線形狀誤差，夾具的定位誤差、裝夾力及夾緊方向誤差，工件的形狀或尺寸變形誤差，等等。測(cè)量誤差則主要包括測(cè)量工具、測(cè)量方式及讀取方式方面的各種誤差。

1.3 數(shù)控加工誤差

當(dāng)前，計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造中的應(yīng)用已越來越普遍，較之傳統(tǒng)普通機(jī)床誤差大大減少，但數(shù)控機(jī)床所采用的程序編制、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動(dòng)等技術(shù)帶來的誤差問題也不容忽視。以程序編制為例，其誤差來源主要為數(shù)學(xué)誤差和工藝過程誤差，先說數(shù)學(xué)誤差，由于零件各節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)值通常情況下并非有理數(shù)，且即便為有理數(shù)也在計(jì)算機(jī)所能表示的范圍之外，因而在計(jì)算機(jī)自行舍去部分?jǐn)?shù)據(jù)情況下會(huì)產(chǎn)生逼近算法誤差、模型誤差、截?cái)嗾`差等；工藝過程誤差方面，如一些設(shè)計(jì)圖紙對(duì)尺寸標(biāo)準(zhǔn)不精準(zhǔn)，將φ60+0.03-0.03 寫成φ60+0.060，程序編制過程中若不了解直接以φ60最為基本尺寸進(jìn)行運(yùn)算就會(huì)造成誤差。

2 提高機(jī)械加工精度的措施

2.1 采取科學(xué)措施最大限度地減少原始誤差

首先，對(duì)工藝系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整改善，提高加工精度。以機(jī)床為例，關(guān)鍵是要提高軸承的回轉(zhuǎn)精度，包括對(duì)滾動(dòng)軸承適當(dāng)預(yù)緊、增加軸承剛度、均化滾動(dòng)體誤差等等，又如夾具和刀具方面，要選取最適合加工設(shè)計(jì)和工藝的夾具，適當(dāng)更換磨損嚴(yán)重的道具，從而減少人工對(duì)夾具、刀具定位造成的誤差影響。此外，加工過程中有些誤差較難避免，對(duì)此可在預(yù)先對(duì)誤差進(jìn)行科學(xué)估計(jì)的基礎(chǔ)上適當(dāng)增大預(yù)算量，通過合理擴(kuò)大原材料和加工尺寸的余量來減少誤差的產(chǎn)生。其次，對(duì)已產(chǎn)生誤差的零件采取科學(xué)組合措施，達(dá)到產(chǎn)品誤差平均化、縮小化的目的，如將半成品或毛坯尺寸按誤差大小分成若干組，每組毛坯誤差就得到相應(yīng)縮小，再調(diào)整工件與刀具的相對(duì)位置或調(diào)整定位元件，從而縮小整批工件尺寸分布范圍。

2.2 嚴(yán)格控制工藝流程減少加工零件誤差

首先，嚴(yán)格審核零件設(shè)計(jì)圖，明確其尺寸大小、幾何形狀等，嚴(yán)格按照已經(jīng)完善的工藝規(guī)范科學(xué)編制工藝路線、確定工序設(shè)備、操作時(shí)間等，并合理分離粗加工過程及精細(xì)加工過程，從而針對(duì)性地選擇合適的機(jī)械設(shè)備并實(shí)現(xiàn)各工序時(shí)間的合理安排，確保加工精度。其次，遵循“先主后次、基準(zhǔn)先行、先面后孔、先粗后精”的加工原則，同時(shí)鑒于機(jī)械加工過程中溫度控制不足會(huì)引起工件及設(shè)備的變形，進(jìn)而影響加工精度，加工過程中還要把握好溫控時(shí)間，避免熱變問題的產(chǎn)生。此外，每完成一定批量的零件加工后應(yīng)做好設(shè)備的數(shù)據(jù)矯正工作，如此既緩解了機(jī)械疲勞又能一一對(duì)機(jī)械誤差進(jìn)行糾偏，確保加工精度的穩(wěn)定性。

2.3 通過精度補(bǔ)償技術(shù)及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償糾偏

該措施主要針對(duì)的是數(shù)控機(jī)床。較之傳統(tǒng)人工檢測(cè)所強(qiáng)調(diào)的“加工、檢測(cè)，再加工，再檢測(cè)……”，通過精度補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行補(bǔ)償糾偏，優(yōu)勢(shì)更明顯。在數(shù)控機(jī)床中，組成精度補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)元件有測(cè)頭、位置傳感器及光柵尺等，現(xiàn)以測(cè)頭補(bǔ)償技術(shù)在精銑缸蓋底面加工中的應(yīng)用為例進(jìn)行具體探討，該技術(shù)主要通過“精銑刀試切工件去除部分加工余量→測(cè)頭進(jìn)給檢測(cè)試切后的工件面→測(cè)頭退回并記憶變量值△1→測(cè)頭進(jìn)給檢測(cè)工件半精加工表面→測(cè)頭退回并記憶變量值△2→與加工時(shí)的理論坐標(biāo)信息比較并補(bǔ)償修正→用精銑刀以試切面為基準(zhǔn)，加入切入補(bǔ)正量精銑工件面至成品尺寸”等措施，能有效修正主軸變形伸長(zhǎng)及夾具變形傾斜的誤差。但必須指出的是，數(shù)控機(jī)床雖然較之傳統(tǒng)機(jī)床優(yōu)勢(shì)明顯，但其操作和維護(hù)要求都較高，尤其是一些通過編程控制的加工工藝過程要求更高，因此我們還要加大這方面的研究。

總之，機(jī)械加工是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，除上述三大因素外，機(jī)械加工原理問題、特種加工誤差問題，受力與受熱作用下的誤差問題等都會(huì)對(duì)精度造成影響，因此我們還要繼續(xù)加強(qiáng)這方面的研究與探討，采取科學(xué)合理的措施，最大限度地降低各相關(guān)因素產(chǎn)生的誤差問題，從而為實(shí)現(xiàn)我國(guó)機(jī)械加工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展增添助力。

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