機(jī)械加工工藝系統(tǒng)的誤差控制策略

謝祖華，李云妹

（福建船政交通職業(yè)學(xué)院，福建 福州 350007）

隨著技術(shù)的發(fā)展，人們對機(jī)械加工產(chǎn)品質(zhì)量要求不斷提高。機(jī)械加工精度與產(chǎn)品質(zhì)量有直接的關(guān)系，必須重視機(jī)械加工的誤差問題。機(jī)械加工精度會影響零件外觀與使用壽命，機(jī)械產(chǎn)品實(shí)際生產(chǎn)中，要結(jié)合產(chǎn)品用途嚴(yán)格控制加工工藝，加強(qiáng)對加工誤差的控制，提高零件質(zhì)量穩(wěn)定性。

1 機(jī)械加工工藝系統(tǒng)誤差概述

機(jī)械加工精度是零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)相符合的程度，它們之間的偏離即為加工誤差。機(jī)械零件加工精度分為尺寸精度、形狀精度、位置精度。機(jī)械加工中，由機(jī)床、夾具、刀具和工件等組成的統(tǒng)一體稱為工藝系統(tǒng)。工藝系統(tǒng)在刀具和工件的相對位置在靜態(tài)下已經(jīng)存在的誤差稱為工藝系統(tǒng)原始誤差，也叫工藝系統(tǒng)的幾何誤差，如機(jī)床誤差以及刀具、夾具制造誤差以及調(diào)整誤差、安裝誤差；刀具和工件的相對位置在運(yùn)動狀態(tài)下存在的誤差稱為工藝系統(tǒng)的動誤差，工藝系統(tǒng)由于切削力、切削熱引起的受力受熱變形，加工過程中因量具誤差、測量方法的局限產(chǎn)生的測量誤差，工件加工后因工件殘余應(yīng)力引起工件變形而產(chǎn)生的誤差也歸入了工藝系統(tǒng)的動誤差范圍。

2 工藝系統(tǒng)的誤差分析

2．1 幾何誤差

機(jī)械加工生產(chǎn)中由于各種原因，零件加工中必然會產(chǎn)生誤差，保證機(jī)械零件生產(chǎn)中的精度，對增強(qiáng)機(jī)械產(chǎn)品性能具有重要意義。加工原理誤差。機(jī)械加工時，由于零件形狀和結(jié)構(gòu)復(fù)雜，刀具相對于工件的運(yùn)動也較為復(fù)雜，往往是采用近似的成型運(yùn)動或近似的切削刃輪廓進(jìn)行加工，由此產(chǎn)生的誤差即加工原理誤差，如數(shù)控加工中，數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動控制中，工作臺(刀具)X、Y、Z軸的最小移動單位是一個脈沖當(dāng)量，刀具的運(yùn)動軌跡是具有極小臺階所組成的折線，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)給定的直線、圓弧(曲線)函數(shù)，在理想的軌跡上的已知點(diǎn)之間，進(jìn)行數(shù)據(jù)點(diǎn)密化，確定一些中間點(diǎn)的方法，稱為插補(bǔ)原理，插補(bǔ)用折線模擬實(shí)際曲線存在一定誤差；采用類似加工方法及傳動比等，代替理論加工方法，使得機(jī)械零件生產(chǎn)中發(fā)生偏離理想?yún)?shù)的情況；刀具是機(jī)械零件加工的重要工具，實(shí)際生產(chǎn)加工中，不能完全達(dá)到刃口與曲面完全吻合，通常采用近似曲面，由于刀具輪廓差異導(dǎo)致產(chǎn)生加工原理誤差。

機(jī)床誤差。機(jī)床振動會導(dǎo)致工件移動；機(jī)床的制造誤差、安裝誤差以及使用中的磨損，都直接影響工件的加工精度。機(jī)床誤差包括機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動誤差、導(dǎo)軌的導(dǎo)向誤差、傳動鏈機(jī)構(gòu)的傳動誤差等；機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)會產(chǎn)生摩擦，可能引起主軸回轉(zhuǎn)誤差與傳動鏈誤差。主軸回轉(zhuǎn)誤差發(fā)生率較高，不穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)量會加速軸承磨損，運(yùn)轉(zhuǎn)時同軸轉(zhuǎn)速不同等磨損機(jī)械設(shè)備；機(jī)床導(dǎo)軌作用是固定工件，一些機(jī)床使用年限較長，導(dǎo)軌表面有劃痕等影響表面光滑度，借助導(dǎo)軌確定部件的定位會發(fā)生誤差。機(jī)械加工中，機(jī)床兩端傳動滾動引導(dǎo)傳動鏈完成能量傳遞，滾筒運(yùn)動時難以保持相同轉(zhuǎn)速，受到機(jī)床裝配影響，傳動鏈運(yùn)動誤差會引起其他機(jī)床構(gòu)件運(yùn)動誤差。

刀具誤差。機(jī)械加工刀具分為一般刀具、定尺寸刀具、成型刀具以及展成法刀具。定尺寸刀具如鉸刀、拉刀、鉆頭的尺寸誤差直接影響工件尺寸精度；成型刀具的制造誤差影響被加工表面的形狀精度；如齒輪滾刀、插齒刀等展成法刀具的刀刃形狀必須是加工表面的共軛曲線，刀刃的幾何形狀影響加工表面的形狀精度；任何刀具在切削過程中都不可避免地產(chǎn)生磨損，由此造成工件尺寸和形狀誤差。

夾具誤差。夾具誤差包括制造誤差、定位誤差、夾具安裝誤差、夾緊變形、對刀誤差。機(jī)械加工需要夾具等輔助工具，輔助工具質(zhì)量會影響加工件精度。如選用質(zhì)量不達(dá)標(biāo)夾具，加工時出現(xiàn)松動導(dǎo)致模板固定不穩(wěn)，人工操作失誤會導(dǎo)致誤差出現(xiàn)。

2．2 動誤差

工藝系統(tǒng)的受力變形。加工時，機(jī)械系統(tǒng)受到的力有傳動力、切削力、夾緊力、慣性力、重力等，機(jī)械系統(tǒng)在這些力的作用下產(chǎn)生變形，這種變形將破壞刀具與工件之間已經(jīng)調(diào)整好的位置關(guān)系，導(dǎo)致加工工具與零件位置錯位，從而產(chǎn)生誤差。

受力變形引起的誤差主要包括機(jī)械零件受力點(diǎn)位置變化引起誤差，機(jī)械零件受力程度變化引起誤差。工藝系統(tǒng)切削著力點(diǎn)伴隨切削位置變化，被加工機(jī)械零件存在質(zhì)地等方面的不均勻問題，所以，機(jī)械零件加工中受力程度不均也導(dǎo)致誤差存在。工件原材料機(jī)械性能會導(dǎo)致誤差產(chǎn)生，待加工件強(qiáng)度較低，加工時容易發(fā)生彎曲等變形造成產(chǎn)品誤差。

3 機(jī)械加工工藝誤差控制策略

機(jī)械加工工藝是通過機(jī)械加工改變毛坯表面質(zhì)量等，是需要經(jīng)過多個加工環(huán)節(jié)的煩瑣過程，每個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會對產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生影響，必須結(jié)合工廠現(xiàn)有設(shè)備、人員技術(shù)等制定科學(xué)的工藝規(guī)程。機(jī)械加工工藝誤差控制措施包括減小直接誤差法、誤差補(bǔ)償法、誤差分組法等。減小直接誤差法是最經(jīng)濟(jì)便捷的誤差控制方式，加工前，根據(jù)加工工藝流程等全面分析加工中可能產(chǎn)生的誤差，加工中密切關(guān)注加工流程。如進(jìn)行加工時使用刀具造成誤差，刀具加工中磨損嚴(yán)重，加工精度受到影響，要合理選擇刀具尺寸精度，達(dá)到損耗厚度及時更換刀具。

誤差補(bǔ)償法是機(jī)械加工產(chǎn)生誤差可以通過技術(shù)人員人為補(bǔ)救減小，針對某些可見性誤差，通過添加材料等方式進(jìn)行修補(bǔ)調(diào)整。

誤差分組法是針對系統(tǒng)工序進(jìn)行誤差控制方式，大部分環(huán)節(jié)工藝完善，但工序中存在某環(huán)節(jié)加工技術(shù)不成熟，誤差會降低成品精度。可將系統(tǒng)中產(chǎn)生誤差進(jìn)行分組，可控制的誤差分為一組，使用控制降低誤差的工藝為重點(diǎn)，制定有效的控制誤差措施。難以控制的誤差采用高精度機(jī)床等措施。

機(jī)床在線監(jiān)檢。隨著機(jī)械加工技術(shù)不斷提高，數(shù)控機(jī)床得到普及，通過計(jì)算機(jī)檢測技術(shù)可以實(shí)時檢測到工件的幾何參數(shù)，根據(jù)檢測誤差微量位移進(jìn)行誤差補(bǔ)償。

控制溫度變形。主要方法是采用冷卻液帶走刀具切割工件產(chǎn)生的大量摩擦熱與變形熱。同時，注意減少機(jī)床與熱源聯(lián)系，安裝散熱裝置，減少零件因溫度升高產(chǎn)生的誤差。減小或消除內(nèi)應(yīng)力措施：合理設(shè)計(jì)零件結(jié)構(gòu)、合理安排工藝過程、必要時，增加時效處理工序。

4 機(jī)械加工誤差控制注意要點(diǎn)

控制機(jī)床誤差的內(nèi)容包括：控制回轉(zhuǎn)軸誤差、軌道誤差以及傳動鏈誤差。控制回轉(zhuǎn)軸誤差主要措施：設(shè)計(jì)制造高精度主軸部件、對高速運(yùn)動系統(tǒng)進(jìn)行動平衡以及定位與運(yùn)動傳遞結(jié)構(gòu)分開；控制軌道誤差：以車床導(dǎo)軌為例，控制車床導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差以及垂直面內(nèi)的直線度誤差；為減小傳動鏈誤差，減少傳動元件數(shù)量，縮短傳動鏈，提高傳動元件的制造與裝配精度，采用降速傳動合理分配各傳動副的傳動比，盡量消除傳動元件之間的間隙。

減小工藝系統(tǒng)受力變形的主要措施：提高工藝系統(tǒng)的剛度設(shè)置輔助支承提高工件剛度。

機(jī)械加工工序需要遵循一定原則。先加工基準(zhǔn)面，為后續(xù)加工提供基準(zhǔn)參考。可將機(jī)械加工分為不同階段，各階段選擇不同機(jī)械設(shè)備。對箱體等零件加工要遵循先孔后面的原則，更好地確定孔和平面的位置精度。機(jī)械產(chǎn)品加工中，應(yīng)注意將粗精加工分開進(jìn)行，為了提高切削效率，粗加工常需大量切削，毛坯受到較大切削力，導(dǎo)致表面加工中出現(xiàn)硬化狀態(tài)，粗精加工同時進(jìn)行會降低精加工精度，部分精度要求較高的機(jī)械加工零件需要失效處理降低內(nèi)應(yīng)力影響。進(jìn)行熱處理時，需遵循一定原則，為提高金屬切削性能的熱處理需安排在加工前完成，提高零件性能熱處理多在加工后完成，熱處理后零件出現(xiàn)變形需進(jìn)行精磨處理。粗加工主要任務(wù)是減少加工余量，選擇功率大的機(jī)床，精加工需較高精度的加工機(jī)床作業(yè)。

5 結(jié)語

采用現(xiàn)代化機(jī)械加工工藝，是當(dāng)前機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)提高市場競爭力的重要手段。必須加強(qiáng)對機(jī)械加工工藝誤差的產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，采取有效的誤差控制方法，提升機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量。