影響零件加工誤差的主要因素分析

摘 要：在生產(chǎn)制造和冶金生產(chǎn)過程中，往往需要對機(jī)械零件進(jìn)行機(jī)械加工。本文從機(jī)械加工工藝系統(tǒng)誤差、加工工藝方法誤差角度對零件產(chǎn)生的加工誤差進(jìn)行分析探討。

關(guān)鍵詞：零件;工藝系統(tǒng);加工誤差

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.23.034

1 前言

零件加工誤差是衡量零件加工質(zhì)量的重要指標(biāo)，所以在機(jī)械加工過程中保證零件的加工誤差就顯得尤為重要。零件的機(jī)械加工是由機(jī)床、零件、刀具和夾具所組成的機(jī)械加工工藝系統(tǒng)和采用一定的工藝方法共同完成的。下面對上述影響零件加工誤差的主要因素逐一分析探討。

2 工藝系統(tǒng)誤差分析

機(jī)械加工工藝系統(tǒng)是由機(jī)床、刀具、零件和夾具所組成的一個封閉系統(tǒng)。加工是在刀具和零件之間相互擠壓作用下，將多余金屬通過發(fā)生塑性變形脫離零件母體來完成的。系統(tǒng)中每一組成因素自身誤差都會影響零件加工誤差。

2.1 機(jī)床幾何誤差

機(jī)械加工中的主運(yùn)動、進(jìn)給運(yùn)動通常有機(jī)床來提供，因此，工件的加工誤差在很大程度上取決于機(jī)床本身幾何誤差即機(jī)床精度。機(jī)床制造誤差對零件加工誤差影響較大的有：主軸回轉(zhuǎn)誤差、導(dǎo)軌誤差和傳動鏈誤差，機(jī)床的磨損將使機(jī)床工作精度下降，使零件產(chǎn)生加工誤差。

2.1.1 主軸回轉(zhuǎn)誤差

直接影響被加工零件的形狀和位置誤差。可分解為徑向跳動、軸向跳動和角度擺動。由于存在誤差敏感方向，加工不同表面時(shí)，主軸的徑向跳動所引起的加工誤差也不同。例如：在普通車床上加工外圓或內(nèi)孔時(shí)，主軸的徑向跳動將引起工件的圓度誤差，但對于端面加工沒有直接影響，車端面時(shí)，主軸的軸向跳動將造成工件端面的平面度誤差，以及端面相對于內(nèi)、外圓垂直度的誤差;車螺紋時(shí)，會造成螺距誤差，主軸的軸向跳動對加工外圓或內(nèi)孔的影響不大，主軸的角度擺動對加工誤差的影響與主軸徑向跳動對加工誤差的影響近似，主要區(qū)別在于主軸的角度擺動不僅影響工件加工表面圓度的誤差，而且影響工件加工表面的圓柱度的誤差。

2.1.2 導(dǎo)軌誤差

導(dǎo)軌在機(jī)床中起導(dǎo)向和承載的作用，導(dǎo)軌既是機(jī)床上確定各機(jī)床部件相對位置關(guān)系的基準(zhǔn)，也是機(jī)床運(yùn)動的基準(zhǔn)。它的各項(xiàng)誤差直接對形狀誤差產(chǎn)生影響。導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差將直接反應(yīng)在被加工零件表面的法線方向（誤差敏感方向）上，對加工精度的影響最大，導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度誤差對加工精度影響很小，一般可以忽略不計(jì)。前后導(dǎo)軌的平行度誤差會使工作臺在運(yùn)動過程中，產(chǎn)生擺動，刀尖的運(yùn)動軌跡為一條空間曲線，使工件產(chǎn)生形狀誤差，除了導(dǎo)軌本身的制造誤差外，導(dǎo)軌的不均勻磨損和安裝質(zhì)量，也是造成導(dǎo)軌誤差的重要因素。導(dǎo)軌磨損是機(jī)床精度下降的主要原因之一。

2.1.3 傳動鏈誤差

切削過程中，工件表面的主運(yùn)動、進(jìn)給運(yùn)動是通過一系列的傳動機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的。傳動機(jī)構(gòu)的傳動零件有齒輪、絲桿、螺母、蝸輪及蝸桿等，這些傳動零件由于其加工、裝配和使用過程中磨損而產(chǎn)生誤差，這些誤差就構(gòu)成了傳動鏈的傳動誤差。傳動鏈誤差是指傳動鏈?zhǔn)寄﹥蓚鲃釉g相對運(yùn)動的誤差。傳動機(jī)構(gòu)越多，傳動路線越長，則傳動誤差越大，一般用傳動鏈末端零件的轉(zhuǎn)角誤差來衡量。機(jī)床傳動鏈誤差，是影響表面加工誤差的主要原因之一。

2.1.4 機(jī)床剛度誤差

機(jī)床部件剛度是指組成機(jī)床部件許多零件剛度的累積。機(jī)床部件剛度迄今尚無合適的簡易計(jì)算方法，目前主要還是用實(shí)驗(yàn)方法來測定機(jī)床部件剛度。影響機(jī)床部件剛度的因素有結(jié)合面接觸變形的影響、摩擦力的影響、低剛度零件的影響、間隙的影響等。

2.2 刀具幾何誤差

刀具幾何誤差對加工誤差的影響隨刀具種類的不同而不同。刀具幾何誤差對零件加工誤差的影響主要是指刀具的幾何形狀誤差和刀具的安裝誤差。采用成形刀具切削加工時(shí)，刀具的制造誤差會直接影響零件的加工誤差。例如用成形刀具加工復(fù)雜的曲面時(shí)，要使刀具的刃口形狀做得完全符合零件的輪廓曲線，有時(shí)非常困難，往往采用圓弧、直線等簡單近似的線型代替輪廓曲線。如用滾刀切削漸開線齒輪時(shí)，為了滾刀的制造方便，多用阿基米德基本蝸桿法向直廓基本蝸桿來代替漸開線基本蝸桿，從而使零件產(chǎn)生了加工誤差。另外，刀具的剛度對零件加工誤差也有較大的影響。例如鏜削直徑較小的內(nèi)孔時(shí)，若刀桿剛度很差，則刀桿受力變形對孔加工誤差就有很大的影響。

2.3 夾具幾何誤差

夾具在機(jī)械加工中的作用是使工件相對于刀具和機(jī)床具占有正確的位置，因此夾具的制造誤差對零件的加工誤差（特別是位置誤差）有很大影響，在現(xiàn)場加工過程中不容忽視。夾具的幾何誤差主要是指定位零件制造不準(zhǔn)確誤差、零件裝夾時(shí)產(chǎn)生的定位誤差。

2.4 零件誤差

零件誤差主要是指零件在機(jī)械加工過程中受力、受熱產(chǎn)生的變形引起的加工誤差。

2.4.1 受力變形誤差

在實(shí)際加工狀態(tài)中，零件要承受切削力、夾緊力、慣性力、重力等力的作用，在上述各種力的綜合作用下使零件產(chǎn)生相應(yīng)的變形，從而破壞了零件與刀具、機(jī)床之間的正確相對位置，使零件的產(chǎn)生加工誤差。例如零件在裝夾過程中，如果零件的剛度較低或夾緊力的方向和施力點(diǎn)選擇不當(dāng)，將產(chǎn)生零件夾緊變形，造成相應(yīng)的加工誤差。工藝系統(tǒng)中如果零件的剛度相對于機(jī)床、刀具、夾具來說比較低，在切削力的作用下，零件由于剛度不足而引起的變形對加工誤差的影響就比較大，其最大變形量可按力學(xué)有關(guān)公式估算。

2.4.2 受熱變形誤差

工藝系統(tǒng)熱變形對零件加工誤差的影響比較大，特別是在精密加工和大件加工中，由熱變形所引起的加工誤差有時(shí)可占零件總誤差的40%～70%。機(jī)床、刀具和零件受到各種熱源的作用，溫度會逐漸升高，同時(shí)它們也通過各種傳熱方式向周圍的物質(zhì)和空間散發(fā)熱量。當(dāng)單位時(shí)間傳入的熱量與其散出的熱量相等時(shí)，工藝系統(tǒng)就達(dá)到了熱平衡狀態(tài)。

2.5 定位誤差

在對零件實(shí)施機(jī)械加工時(shí)，必須選擇零件的某一幾何要素作為定位基準(zhǔn)，以確保零件機(jī)械加工的質(zhì)量。但由于被加工零件自身因素和操作者認(rèn)為因素的影響，很容易導(dǎo)致基準(zhǔn)定位不準(zhǔn)確，為后續(xù)的教學(xué)加工造成負(fù)面影響即產(chǎn)生加工誤差。零件在機(jī)械加工階段所產(chǎn)生的定位誤差主要是指定位參照誤差和基準(zhǔn)不重合誤差。

3 工藝方法誤差分析

機(jī)械加工工藝是指利用傳統(tǒng)機(jī)械加工的方法，按照零件的圖樣和尺寸，使毛坯的形狀、尺寸、相對位置和性質(zhì)成為合格零件的全過程。本文所指的工藝方法誤差主要是針對加工原理誤差而言。

在機(jī)械加工過程中由于采用了近似的加工方法、近似的傳動或近似的刀具輪廓而產(chǎn)生的加工誤差即稱為加工原理誤差。零件的機(jī)械加工是一個完整的工藝過程，由于開始就存在一定的原理誤差，所以，最終無法完全消除這種因取近似值而存在的誤差。

加工原理誤差多出現(xiàn)于螺紋、齒輪、復(fù)雜曲面加工。現(xiàn)場加工舉例：加工漸開線齒輪用的齒輪滾刀，為使?jié)L刀制造方便，采用了阿基米德基本蝸桿或法向直廓基本蝸桿代替漸開線基本蝸桿，使齒輪漸開線齒形產(chǎn)生了誤差。又如車削模數(shù)蝸桿時(shí)，由于蝸桿的螺距計(jì)算公式為P=mπ，其中m是模數(shù)，而π是一個無理數(shù)，但是車床的交換齒輪的齒數(shù)是有限的，選擇交換齒輪時(shí)只能將π化為近似的分?jǐn)?shù)值（π=3.1415）計(jì)算，這就造成了刀具對于工件成形運(yùn)動（螺旋運(yùn)動）的不準(zhǔn)確，產(chǎn)生螺距誤差。

4 結(jié)束語

加工誤差是用來評價(jià)零件機(jī)械加工質(zhì)量的主要指標(biāo)之一。總之，在零件機(jī)械加工過程中，產(chǎn)生加工誤差是不可避免的。只有對加工誤差產(chǎn)生的原因進(jìn)行詳細(xì)分析，才能采取相應(yīng)的預(yù)防措施盡可能減少加工誤差，提高機(jī)械加工精度。

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作者簡介：劉煥俊（1963-），男，遼寧北票人，本科，主任，講師，主要從事機(jī)械加工技術(shù)教學(xué)與科研工作。