基于機(jī)械加工誤差產(chǎn)生的原因及措施研究

張春旺 姜蕊

濱州渤海活塞有限公司 山東 濱州 256602

1 機(jī)械加工誤差的定義

機(jī)械加工誤差通常指的是，在具體加工操作過(guò)程中，實(shí)際加工后的幾何參數(shù)與預(yù)先規(guī)定的幾何參數(shù)之間存在偏差的程度，包括幾何尺寸、幾何形狀和相互位置。與之相對(duì)應(yīng)的，實(shí)際和理想幾何參數(shù)之間的相符合程度就是加工精度。加工誤差和加工精度呈反比例函數(shù)，符合程度與加工精度呈正比例函數(shù)。其實(shí)，加工精度和加工誤差所反映的問(wèn)題是相一致的，只不過(guò)是換了另一種談法而已，本質(zhì)上是相同的。而我們之所以去分析研究這種誤差，其意義在于我們可以通過(guò)找到各類(lèi)誤差的產(chǎn)生原因，來(lái)規(guī)避機(jī)械加工誤差，從而達(dá)到加工精準(zhǔn)度的大幅度上升。

2 機(jī)械加工誤差的原因

2.1 制造誤差

制造誤差是指機(jī)床機(jī)械制造流程中產(chǎn)生的誤差，主要表現(xiàn)在3個(gè)方面，分別是：1）回轉(zhuǎn)誤差，此類(lèi)誤差出現(xiàn)在主軸位置，機(jī)床機(jī)械制造中軸承引起了回轉(zhuǎn)誤差，主軸之間會(huì)瞬間產(chǎn)生誤差，軸承、同軸度、主軸繞度等均是制造誤差的來(lái)源，回轉(zhuǎn)誤差是一類(lèi)變動(dòng)性的誤差，其在機(jī)床機(jī)械生產(chǎn)干預(yù)了零件的精度[2]；2）導(dǎo)軌誤差，機(jī)床機(jī)械制造生產(chǎn)中有一定的位置關(guān)系，當(dāng)位置關(guān)系出現(xiàn)誤差時(shí)就會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)軌誤差，導(dǎo)軌誤差后會(huì)出現(xiàn)不均勻磨損、傳動(dòng)偏位的問(wèn)題；3）傳動(dòng)鏈誤差，機(jī)床中傳動(dòng)鏈開(kāi)始端、末尾端的傳動(dòng)元件相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生了誤差，導(dǎo)致機(jī)床生產(chǎn)的元件上有裝配誤差，影響了機(jī)床制造的過(guò)程。

2.2 工藝系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因

就目前機(jī)械加工實(shí)際情況而言，工藝加工誤差主要包括三種，分別為幾何誤差、主軸回轉(zhuǎn)誤差，還有傳動(dòng)鏈誤差。其中，對(duì)于幾何誤差，其產(chǎn)生主要就是由于機(jī)床在實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)磨損，會(huì)致使加工刀具實(shí)際應(yīng)用中受到影響，在這種情況下會(huì)致使另外兩種誤差的出現(xiàn)，從而導(dǎo)致機(jī)械加工過(guò)程中其精度受到不利影響。就機(jī)械加工系統(tǒng)而言，主軸在實(shí)際應(yīng)用中的主要作用為定位工件，并且也是加工刀具使用的基準(zhǔn)，同時(shí)可為加工刀具提供工作動(dòng)力，因而若主軸存在誤差，則會(huì)導(dǎo)致零件加工精度受到影響。對(duì)于傳動(dòng)鏈誤差，其主要就是由于在傳動(dòng)元件進(jìn)行相互運(yùn)動(dòng)中有一定誤差產(chǎn)生，其表現(xiàn)主要就是在轉(zhuǎn)角位置末端元件有誤差產(chǎn)生。

2.3 定位誤差產(chǎn)生的原因

對(duì)于定位誤差而言，其出現(xiàn)原因主要為基準(zhǔn)未能夠重合。在實(shí)際機(jī)械加工過(guò)程中，涉及的基準(zhǔn)主要有兩種，分別為工藝基準(zhǔn)以及設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，其中，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)誤差的產(chǎn)生是在零件設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要就是在對(duì)零件圖進(jìn)行繪制以及對(duì)零件尺寸進(jìn)行標(biāo)注過(guò)程中產(chǎn)生誤差，工藝基準(zhǔn)誤差主要就是在加工工藝應(yīng)用中產(chǎn)生誤差。在零件實(shí)際加工該過(guò)程中，對(duì)于已確定相關(guān)幾何元素，若未將其作為基準(zhǔn)，則很容易造成在定位上出現(xiàn)誤差。

3 機(jī)械加工誤差的應(yīng)對(duì)策略

3.1 減小原始誤差

在機(jī)械加工中可以利用機(jī)械加工中的過(guò)程性控制來(lái)減小原始誤差而提高加工精度，并在這一進(jìn)程中通過(guò)對(duì)各種造成原始誤差的成因分析，并對(duì)成因進(jìn)行對(duì)應(yīng)的處理。對(duì)直接減小加工誤差的做法可以歸結(jié)為：1）提高用于工件加工的夾具、刀具、量具的精度；2）有效減小工具測(cè)量的誤差；3）對(duì)受力或受熱受刀具的磨損和內(nèi)應(yīng)力引起的變形進(jìn)行過(guò)程控制；4）對(duì)應(yīng)用成形表面加工刀具時(shí)，應(yīng)盡量較少成形刀具的形狀誤差和安裝誤差。

3.2 靜態(tài)補(bǔ)償

機(jī)床機(jī)械制造誤差中的靜態(tài)補(bǔ)償是一類(lèi)基礎(chǔ)措施，主要是在機(jī)床加工程序中增加硬件結(jié)構(gòu)，在外力的作用下控制方向上的誤差，致力于減少誤差。例如：機(jī)床機(jī)械中加工螺絲部件，使用螺距校正尺控制螺絲的間距，平衡螺絲間距參數(shù)，完成平衡補(bǔ)償?shù)墓ぷ鳌ｌo態(tài)補(bǔ)償既可以作為獨(dú)立的誤差控制方法，也可以與其他方法結(jié)合，完成機(jī)床機(jī)械制造中的誤差補(bǔ)償。

3.3 進(jìn)一步完善及優(yōu)化加工工藝

在實(shí)際開(kāi)展機(jī)械加工過(guò)程中，機(jī)械加工工藝對(duì)機(jī)械零件加工具有一定指導(dǎo)作用，通過(guò)有效提升編制工藝合理性，以及提升工藝系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)性，可使機(jī)械加工精度水平得以有效改善。比如，在實(shí)際機(jī)械加工過(guò)程中，對(duì)于相同加工對(duì)象，可編制多種不同工藝方案，對(duì)不同工藝加工精度實(shí)行對(duì)比論證，在此基礎(chǔ)上選擇最理想加工工藝方案。另外，對(duì)于相關(guān)工藝設(shè)備，可進(jìn)行進(jìn)一步升級(jí)，也可更換更先進(jìn)設(shè)備，可將普通機(jī)床以多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床代替，從而使機(jī)械加工的自動(dòng)化水平及智能化水平得以有效提升，在此基礎(chǔ)上使誤差得以減少，使加工精度得以有效提升。

3.4 通過(guò)就地加工提高精度

在機(jī)械加工或者安裝過(guò)程中，許多工件的加工并不是獨(dú)立進(jìn)行的，因?yàn)楹芏嗖考际腔ハ嘤兴?lián)系的，按照平常的機(jī)械加工步驟，很容易產(chǎn)生無(wú)法規(guī)避的誤差，但是如若采取就地加工的途徑，往往能夠從很大程度上避免這些誤差，不僅如此，還能夠大大地提升機(jī)械加工的精準(zhǔn)度。

3.5 進(jìn)給補(bǔ)償

機(jī)床機(jī)械生產(chǎn)誤差控制中的進(jìn)給補(bǔ)償，主要是依靠進(jìn)給伺服系統(tǒng)完成的補(bǔ)償。進(jìn)給補(bǔ)償在機(jī)床驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的傳動(dòng)裝置上給出控制標(biāo)準(zhǔn)，完善機(jī)床加工的軌跡，控制好軌跡正反兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，加工精度能夠達(dá)到0.1μm，伺服系統(tǒng)能夠?yàn)闄C(jī)床誤差補(bǔ)償提供開(kāi)環(huán)控制、閉環(huán)控制的方法，通過(guò)伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速降低誤差量。

3.6 減少穩(wěn)定變形

因刀具和加工件之間的相互作用，在工件加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，這就在一定程度上導(dǎo)致因刀具或工件因受熱而產(chǎn)生一定的變形，從而引發(fā)加工誤差，因此對(duì)這一過(guò)程的控制可以有效地提升工件的質(zhì)量。可通過(guò)以下幾種方式進(jìn)行熱量的降低：1）有效切斷和減少機(jī)床和熱源之間的聯(lián)系；2）利用冷卻液進(jìn)行設(shè)備的冷卻；3）在車(chē)床上配置散熱設(shè)備；4）減少主軸及工件摩擦，加注潤(rùn)滑劑。

4 結(jié)語(yǔ)

在機(jī)械加工過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工誤差的降低，以及機(jī)械加工精準(zhǔn)度的提升，是機(jī)械工作者們一以貫之的渴求。而經(jīng)過(guò)剖析引起機(jī)械加工誤差的成因后，我們才能發(fā)現(xiàn)高效有用的解決措施并運(yùn)用到機(jī)械加工的過(guò)程中去，提升機(jī)械加工工藝的品質(zhì)。