零件加工誤差的原因及防范措施研究

張鐵創

（洛陽職業技術學院，河南 洛陽471000）

零件加工精度是零件加工后表面的實際形狀、尺寸、位置等幾何參數與設計要求參數的符合程度，參數一致性越高則加工精度就越高。加工誤差指零件實際參數與設計參數的偏離數值。偏離數值的大小表示了加工精度的高低，加工精度越高加工誤差則越小。

加工精度一般用公差等級表示，等級值越小，其誤差越小，精度越高。公差等級從IT01、IT0、IT1、IT2～IT18一共有20個，其中精度最低的是IT18級，精度最高的是IT01級。

零件的形狀精度、尺寸精度和相互位置精度等都屬于工件的加工精度。加工精度的研究，關鍵要弄清影響精度的問題所在，采取各種措施將影響精度的各種誤差因素進行控制，并使其在規定的公差范圍之內。為保證工件的高精度要求，就必須探究加工過程可能影響加工精度的各種因素，進而最優的加工方案，達到符合要求的加工精度。

1 誤差產生的原因分析

1.1 因設備原因造成的的制造誤差

零件加工過程中要用到各種類型的機床及工具，這些機床及工具由于長時間磨損，某些性能會發生改變，甚至在使用過程中會出現故障，由于設備、工具原因導致的零件零件加工精度下降，統稱為加工誤差。例如常用的C6140車床，導軌在使用過程中容易向誤差敏感方向移動，這就造成零件表面的直線度和平面度誤差；其次機床的主軸在旋轉過中已偏離主軸中心線，這樣易造成同軸度和圓度誤差；最后機床的傳動鏈在車床加工零件過程中會發生位置變化，從而造成位置度和對稱度誤差。

1.2 因各種刀具造成的加工誤差

機械加工中，刀具的選擇要依照工件的類型選取，不同形狀、不同種類的刀具在使用過程中產生的誤差也各不相同。成型刀具的形狀精度影響零件的形狀公差，例如插齒刀、花鍵滾刀、齒輪滾刀等成型刀具；固定尺寸刀具的精度會影響零件的尺寸公差，如鉸刀、鍵槽銑刀和拉刀等；常用刀具尺寸在加工中對加工精度無直接影響，但在刀具磨損后影響零件的表面粗糙度，如車刀、鏜刀、銑刀等。另外，數控機床的加工程序都受刀具的實際尺寸影響，刀具的磨損和尺寸變化直接影響工件的加工精度。此外，工件材料的硬度和強度也會影響零件的加工精度，零件在加工過程中受到慣性、切削、傳動及動力的作用，使零件和刀具的位置發生變化引起加工誤差也是影響加工精度的原因。

1.3 因定位和夾緊不當造成的裝夾誤差

零件加工的定位常采用六點定位原理定位，一般以設計基準作為定位基準進行加工。由于某些原因，零件加工時的定位基準不能采用設計基準定位，或者定位裝置有誤差都會造成定位基準與設計基準不一致，形成定位誤差。夾具在零件加工中起固定工件的作用，夾具的選擇要根據零件加工的工藝、零件加工的工序慎重選擇。

1.4 因受熱造成的溫度誤差和因內應力造成的誤差

實驗研究數據顯示，因熱變形引起的溫度誤差占總誤差的40%左右，熱變形主要有機床熱變形、刀具熱變形、零件熱變形等，其中零件熱變形影響最大。在加工過程中，盡管大量使用切削液進行冷卻，但這一方法治標不治本，因為受熱變形的不僅是加工中的零件和刀具，機床的各個部件產生的熱變形不同。受到不均勻熱變形影響的零件此時與刀具進行切削，勢必造成誤差。

2 提高加工精度的措施

2.1 盡可能選用精密機床，提高制造精度

“工欲善其事，必先利其器”。要想提高零件加工的精度，選用精密機床是最直接的手段。近年來數控機床以精度高、剛性大、加工質量高被大量使用在零件的加工中。數控機床能加工零件上的曲線輪廓、空間曲面和形狀復雜、尺寸繁多、劃線與檢測困難的凹槽。由于數控機床比普通機床價格高得多，因此不一定將零件的所有加工內容都安排在數控工序中進行，要注意做好數控加工工序和普通加工工序的銜接，最好的辦法是根據零件的結構、定位和夾緊等方面來考慮，使零件的剛性不被破壞。達到能相互滿足加工需要，使工件質量和技術性能達到要求。

對于一般機床，要想提高加工精度首先提高機床本身的精度，做到常用常檢、常用常修，及時更換磨損的零部件，保證機床良好的工件狀態。嚴格控制零件加工過程中受到的作用力，減小工件由于受熱、磨損、內應力及變形等產生的影響，如果變形根據情況，制定應對方案，從而提高零件的加工精度。

2.2 選用專用、組合夾具，提高裝夾精度

零件加工時，根據加工工藝選好加工設備后，就要考慮選擇夾具，為了提高零件的加工精度，建議選用專用或組合夾具，來保證零件的定位精度。專用夾具指專門為零件的某道工序而設計的夾具，它能一次裝夾到位，減小定位誤差，保證較高的加工精度，專用夾具適用于零件固定且批量大的生產中。當零件不斷變化時，最好采用組合夾具。組合夾具是由一套預先制造的具有不同幾何形狀、不同尺寸和不同規格的高精度、高硬度且有良好互換性的元件組成，這些元件根據零件的工藝要求，可以組裝成各種專用夾具。組合夾具的元件精度高，耐磨且實現完全互換，元件精度一般為IT6～IT7級。用組合夾具加工的工件，位置精度一般可達IT8～IT9級。組合夾具適用于新產品試制和多品種小批量生產。組合夾具體積較大、剛度較差的缺點制約了它的發展。

2.3 用控制溫度、誤差轉移法來補償溫度誤差

溫度誤差占總誤差的比重較大，所以補償溫度誤差應做為提高精度最重要的途徑來考慮。控制熱源是控制機床熱變形最根本的措施，可以從以下方面控制熱源：第一電機產生的熱是熱變形的首要原因，選用額定功率大的電機能減少熱能的產生，額定功率最好選用比計算功率大25%的電機，這樣可有效降低電動機溫升。也可對電配箱配以冷機，予以強迫冷卻。第二高速切削也是減小熱變形的主要方法。當金屬切削的線速度達到一定值時，被切削的金屬產生由于塑性變形小，而產生的切削熱也少。

零件熱變形可以通過誤差轉移的方法來補償誤差，誤差轉移是通過合理的措施將熱變形進行轉移，誤差轉移時不能影響誤差的精度。例如，可以用工件表面誤差向其切線方向轉移的辦法來補償誤差。

2.4 通過誤差分組提高整體精度

零件加工需要一整套復雜的工序，各個工序之間相互聯系，如果上一工序中存在較大誤差，下面的工序將會受影響。在大批量生產時，可以用分組法來減小上一道工序的誤差。具體做法是將上一工序的零件進行誤差分析，并以誤差大小分組，依據分組情況適當調節工藝，尋求最小誤差值，以此減小誤差，降低整體誤差值。

3 結 語

機械行業的技術和發展水平決定著一個國家工業發展水平，機械加工的精妙之處在于對細節化的控制，找到誤差產生的原因，并針對性地加以控制是提高加工精度最有效的措施。