機械產品加工的誤差分類及形成原因

蔣薇

摘? 要：加工誤差是指零件被加工后的實際幾何參數（尺寸、形狀、位置）與圖紙標注的理想幾何參數的偏離程度，偏離程度越大，說明誤差越大。文章分析了系統誤差和隨機誤差產生的原因，并提出了對加工誤差進行補償的科學方法。

關鍵詞：加工誤差;數控車床;機械加工

在實際工作中，由于受到外力、內力、機床剛性、工藝裝備、溫度、濕度、冷卻、潤滑以及人為操作因素的影響，被加工工件不可避免的會出現各種尺寸、形狀和位置誤差。根據產生的原因，通常可將加工誤差分為系統誤差和隨機誤差兩類。

一、系統誤差

數控車床的系統誤差是由機床自身原因產生的，是機床在制造、運輸、裝配和調試過程中形成的，是機床的屬性誤差，主要是由機床定位誤差、幾何精度誤差、機床部件剛性誤差造成的等。

（一）定位精度誤差

由于機床在裝配過程中要受到主軸、導軌及滾珠絲杠等元件定位精度的影響，在實際加工中要分別對這些定位誤差進行控制。主軸的回轉精度主要影響加工表面的幾何形狀精度、位置精度和加工表面質量。

機床主軸回轉時，理想狀態下其回轉軸線的空間位置是固定不變的，但實際上由于主軸部件中軸承的制造誤差、主軸自身剛度、部件裝配質量和潤滑條件等因素的影響，主軸實際回轉軸線對其理想回轉軸線出現了規律性偏離，具體表現為徑向圓跳動和軸向竄動。

在零件或刀具被夾緊以后，導軌控制了零件運動的五個自由度，僅容許零件及其附屬工裝夾具沿需要的直線方向運動，并且要保證溜板和工作臺運動的方向正確。此時，導軌在運動平面內會產生直線度誤差，前后導軌在垂直面內會產生平行度誤差。

內傳動鏈誤差是機床內聯系傳動鏈中首末兩端構成一個傳動聯系的一系列傳動件之間相對運動產生的位置誤差，誤差的大小直接影響各傳動件之間的位置精度。當傳動鏈中的傳動元件如齒輪、蝸桿、絲杠、螺母等存在制造誤差、裝配誤差和疲勞磨損時，就會破壞傳動鏈中各傳動件正確的運動位置關系，使被加工零件產生誤差。

（二）幾何精度誤差

幾何精度誤差主要來源于數控機床零、部件、輔助元件的制造及裝配精度，是與機床零、部件的形位精度相關的誤差元素。車刀的幾何誤差對加工精度的影響根據刀具種類的不同和加工對象的不同而有所差異，在圓弧面形狀時產生誤差較大。如采用成形刀具、展成刀具加工零件時，車刀的制造精度、安裝誤差會直接影響工件的加工精度。在長期磨損和熱灼時，刀尖形狀和尺寸也會發生變化，如果沒有及時修補，也會產生加工誤差。

夾具的幾何誤差主要是指夾具的定位元件、導向元件、夾具體及輔助元件等的制造與裝配誤差，它對被加工零件的同軸度、位置度、垂直度等位置誤差有比較大的影響。夾具的發展可以用現代化來形容，如近幾年投入市場的液壓夾緊裝置、氣動夾具、組合夾具、電永磁夾具和精密組合平口鉗，特別是熱裝式刀柄的出現，使刀具的定位越來越精準。

（三）機床部件剛度誤差

機床零部件的剛性和他們的組裝質量決定了機床的整體剛度。機床剛度對加工精度的影響很大，特別是在加工較大零件時，零件高速旋轉產生的離心力使得主軸偏離原來的運動軌跡。以國產數控車床為例，對機床精度影響較大的有床身、導軌、床鞍、卡盤、尾座及絲杠剛度等。以上種種因素，均會導致工件在被加工過程中產生變形，從而使加工后零件的形位精度和表面質量達不到要求。

二、隨機誤差

隨機誤差是由機床的外部條件引起的，一般分為運動誤差、內應力形變誤差、熱變形誤差和測量系統誤差等。隨機誤差是偶然性誤差，受外界條件影響較大，加工過程控制好的時候隨機誤差可以減小或避免。

（一）運動誤差

在車削軸類工件時，刀具和工件常會受到力學因素的影響，從而產生相應的變形，偏離了既定的運動軌跡，降低了工件的加工精度。例如，當工件剛度小于刀具及夾具的剛度時，在刀具切削力和主軸高速旋轉產生離心力的作用下，工件就會由于剛度不足而發生彎曲變形，從而出現腰鼓形圓柱度誤差、馬鞍形圓柱度誤差、錐形圓柱度誤差等形狀誤差。反之，當加工硬度很高的零件時，切削困難，刀具及夾具也會出現微小的彎曲變形，從而降低工件的加工精度。

（二）內應力形變誤差

內應力就是在沒有受到外力作用時而存在于零件內部的應力，其產生的原因很多，比如鑄造時冷卻不均勻、加工時受力不均勻等等。工件上一旦產生內應力，就會使工件處于一種高能位的不穩定狀態，從而本能地向低能位的穩定狀態轉化，并伴隨工件變形，最終使工件喪失原有的加工精度。

（三）熱變形誤差

當機床處于運轉狀態時，由于機床運動零部件相對運動產生摩擦熱、刀具與工件切削產生切削熱以及電動機等加工環境因素引起的機床系統變形稱為熱變形，由此引起的床身、主軸等機床零部件剛性形位變化稱為熱變形誤差。由于不同材料的溫度變化規律和速率不盡相同，以及同種材料不同厚度、同一部件不同位置的溫度變化不均勻，使得零件產生熱力變形，最終造成刀具切削工件時的相對位置發生改變，影響工件的加工精度。

（四）測量系統誤差

影響測量系統誤差的因素有很多，如測量原理、方法、儀器引起的測量誤差，熱脹冷縮引起的測量誤差等等。這里主要介紹設備、人為和環境三個影響因素。

在儀器零部件生產和裝配的過程中生產的加工誤差和安裝誤差屬于設備誤差。由于操作者的工作經驗、操作水平、觀感能力、用力大小、讀數不準等的差別，用同一個測量工具對同一個零件的測量還是會有人為誤差。環境對精密零件的加工和測量有很大的影響，如果加工環境中溫度、濕度、風力、氣壓等因素沒有控制好，必然會造成加工和測量誤差。

近年來，國內外數控方面的專業人員、企業技術工程師和高校的研究機構針對誤差補償方法在國產數控機床上的應用開展了大量的研究工作，形成了一些研究成果。如何在加工時快速準確檢測機床各種誤差來源以及如何通過測量與軟件技術相結合的方法實現對誤差值的分析，了解誤差產生的原因和規律，成為解決數控機床加工誤差補償難題的關鍵。

參考文獻

[1]? 陳本鋒.半封閉環數控車床滾珠絲杠反向間隙的誤差補償分析[J].裝備制造技術，2015（10）：162-165.

[2]? 陳本鋒. 數控車床滾珠絲杠反向間隙誤差及其控制研究[D].西華大學，2015.