機(jī)械加工誤差產(chǎn)生原因及解決措施

楊曉娟

機(jī)械加工誤差產(chǎn)生原因及解決措施

楊曉娟

(淮北礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司祁南煤礦,安徽宿州 234115)

在機(jī)械加工工作實(shí)踐中,加工誤差是影響加工精度的最主要原因之一。盡管誤差在實(shí)踐中是不可避免的,但是必須要將其控制在合理的范圍之內(nèi)。本文旨在對(duì)機(jī)械加工誤差產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析,并根據(jù)自己的工作實(shí)踐嘗試性地提出若干解決措施。

加工誤差;主要原因;解決措施

在機(jī)械加工工作中,加工誤差是影響加工精度和生產(chǎn)效能的主要因素之一。然而,無(wú)論是從理論還是從實(shí)踐上來(lái)看,加工誤差都是一個(gè)不可避免、難以克服的現(xiàn)實(shí)性難題。要想解決加工誤差的問(wèn)題,將其控制在合理的可接受范圍之內(nèi),就必須要清楚地界定加工誤差的概念,分析引起加工誤差的主要原因,并在此基礎(chǔ)上探求減少或降低加工誤差的行之有效的措施。

1 加工誤差的概念

加工誤差是指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)之間的偏離程度。在實(shí)踐中,實(shí)際加工后的零件與理想零件不可能達(dá)到完全一致。在機(jī)械加工中,加工誤差是影響加工精度的最主要原因。盡管我們無(wú)法避免加工誤差,但是必須要通過(guò)提高加工工藝,增強(qiáng)操作人員的操作能力,從主觀和客觀上最大限度地減少加工誤差,以提高加工精度。

2 加工誤差產(chǎn)生的主要原因

在機(jī)械加工實(shí)踐中,加工誤差主要是由機(jī)械加工工藝系統(tǒng)產(chǎn)生的原始誤差所導(dǎo)致的。由機(jī)床、夾具、刀具和工件組成的機(jī)械加工工藝系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生各種各樣的誤差,這些誤差在各種不同的工作條件下都會(huì)以各種不同的方式反映為工件的加工誤差。

2.1 工藝系統(tǒng)的幾何誤差

2.1.1 機(jī)床的幾何誤差

機(jī)械加工中刀具相對(duì)于工件的成形運(yùn)動(dòng)一般都是通過(guò)機(jī)床完成的。因此,工件的加工精度在很大程度上取決于機(jī)床的精度。對(duì)工件加工精度影響較大的機(jī)床制造誤差主要包括:主軸回轉(zhuǎn)誤差、導(dǎo)軌誤差和傳動(dòng)鏈誤差。

(1)主軸回轉(zhuǎn)誤差。主軸回轉(zhuǎn)誤差是指主軸各瞬間的實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線相對(duì)其平均回轉(zhuǎn)軸線的變動(dòng)量。它可分解為徑向圓跳動(dòng)、軸向竄動(dòng)和角度擺動(dòng)三種基本形式。適當(dāng)提高主軸及箱體的制造精度,選用高精度的軸承,提供主軸部件的裝配精度,對(duì)高速主軸部件進(jìn)行平衡,對(duì)滾動(dòng)軸承進(jìn)行預(yù)緊等措施,均可提高機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)精度,從而減少加工誤差。

(2)導(dǎo)軌誤差。導(dǎo)軌是機(jī)床上確定各機(jī)床部件相對(duì)位置關(guān)系的基準(zhǔn),也是機(jī)床運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)。車床導(dǎo)軌的精度要求主要有以下三個(gè)方面:在水平面內(nèi)的直線度;在垂直面內(nèi)的直線度;前后導(dǎo)軌的平行度(扭曲)。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。

(3)傳動(dòng)鏈誤差。傳動(dòng)鏈誤差是指?jìng)鲃?dòng)鏈?zhǔn)寄﹥啥藗鲃?dòng)元件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的誤差,一般用傳動(dòng)鏈末端元件的轉(zhuǎn)角誤差來(lái)衡量。

2.1.2 刀具的幾何誤差

任何刀具在切削過(guò)程中都不可避免地要產(chǎn)生磨損,并由此引起工件尺寸和形狀的改變。因此,要想減少加工誤差,就必須減少刀具的尺寸磨損。有效地減少刀具尺寸磨損的措施包括:正確選用刀具材料;選用新型耐磨刀具材料;合理選用刀具幾何參數(shù)和切削用量;正確地刃磨刀具;正確地使用冷卻液。

2.2 工藝系統(tǒng)的定位誤差

2.2.1 基準(zhǔn)不重合誤差

在零件圖上用來(lái)確定某一表面尺寸、位置所依據(jù)的基準(zhǔn)被稱為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。在工序圖上用來(lái)確定本工序被加工表面加工后的尺寸、位置所依據(jù)的基準(zhǔn)被稱為工序基準(zhǔn)。一般情況下,工序基準(zhǔn)應(yīng)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合。在機(jī)床上對(duì)工件進(jìn)行加工時(shí),須選擇工件上若干幾何要素作為加工時(shí)的定位基準(zhǔn)(或稱測(cè)量基準(zhǔn))。如果所選用的定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合,就會(huì)產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合誤差。

2.2.2 定位副制造不準(zhǔn)確誤差

工件在夾具中的正確位置是由夾具上的定位元件來(lái)確定的。夾具上的定位元件不可能按照基本尺寸制造地絕對(duì)準(zhǔn)確。它們的實(shí)際尺寸或位置都允許在分別規(guī)定的公差范圍內(nèi)變動(dòng)。同時(shí),工件上的定位基準(zhǔn)面也會(huì)有制造誤差。工件定位面與夾具定位元件共同構(gòu)成定位副,由于定位副制造的不準(zhǔn)確和定位副間的配合間隙引起的工件最大位置變動(dòng)量,稱為定位副制造不準(zhǔn)確誤差。

2.3 工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差

2.3.1 工件剛度

工藝系統(tǒng)中如果工件剛度相對(duì)于機(jī)床、刀具、夾具來(lái)說(shuō)比較低,在切削力的作用下,工件由于剛度不足而引起的變形對(duì)加工精度的影響就比較大。

2.3.2 刀具剛度

外圓車刀在加工表面法線(y)方向的剛度很大,其變形可以忽略不計(jì)。鏜直徑較小的內(nèi)孔,刀桿剛度很差,刀桿受力變形對(duì)孔加工精度就有很大的影響。

2.3.3 機(jī)床部件剛度

機(jī)床部件由許多零件組成,機(jī)床部件剛度迄今尚無(wú)合適的簡(jiǎn)易計(jì)算方法,目前主要還是用實(shí)驗(yàn)方法來(lái)測(cè)定機(jī)床部件剛度。

2.4 工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差

機(jī)床、刀具和工件受到各種熱源的作用,溫度會(huì)逐漸升高,同時(shí)它們也通過(guò)各種熱傳方式向周圍的物質(zhì)和空間散發(fā)熱量。工藝系統(tǒng)的受熱變形也會(huì)引起較大的加工誤差,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)可占工件總誤差的40%～70%。在機(jī)械加工的每一道工序中,總要對(duì)工藝系統(tǒng)進(jìn)行這樣或那樣的調(diào)整工作。由于調(diào)整不可能絕對(duì)的準(zhǔn)確,因而產(chǎn)生調(diào)整誤差。

2.5 測(cè)量誤差

零件在加工時(shí)或加工后進(jìn)行測(cè)量時(shí),測(cè)量方法、量具精度以及工件和其他主客觀因素都會(huì)直接影響測(cè)量精度。

3 減少加工誤差的主要措施

在機(jī)械加工工作中,我們必須要克服各種不利因素,最大限度地減少加工誤差,提高加工精度。主要措施有以下幾個(gè)方面。

3.1 減少原始誤差

為了減少機(jī)械加工誤差,需對(duì)產(chǎn)生誤差的各項(xiàng)原始誤差進(jìn)行分析,根據(jù)不同情況對(duì)造成加工誤差的主要原始誤差采取不同的措施。直接減少原始誤差的措施有:提高零件加工所使用機(jī)床的幾何精度;提高夾具、量具以及工具本身精度;控制工藝系統(tǒng)由于受力受熱引起的變形以及刀具磨損和內(nèi)應(yīng)力引起的變形;減少測(cè)量誤差。對(duì)于精密零件的加工應(yīng)盡可能提高所使用精密機(jī)床的幾何精度、剛度并最大限度地對(duì)加工熱變形進(jìn)行控制;對(duì)具有成形表面的零件加工,則要設(shè)法減少成形刀具形狀誤差和刀具的安裝誤差。

3.2 轉(zhuǎn)移原始誤差

轉(zhuǎn)移原始誤差,實(shí)質(zhì)上就是要將原始誤差從誤差敏感方向轉(zhuǎn)移到誤差非敏感方向上去。各種原始誤差反映到零件加工誤差上的程度與其是否在誤差敏感方向上有著直接的關(guān)系。如果在加工過(guò)程中能夠設(shè)法將原始誤差轉(zhuǎn)移到加工誤差的非敏感方向,則可大大提高加工精度。

3.3 均分原始誤差

根據(jù)誤差反映規(guī)律,將毛坯或上到工序上的工件尺寸經(jīng)測(cè)量按照大小分為n組,每組工件的尺寸范圍就縮減為原來(lái)的1/n。然后按各組的誤差范圍分別調(diào)整刀具相對(duì)工件的準(zhǔn)確位置,使各組工件的尺寸分散范圍中心基本一致,從而使整批工件的尺寸分散范圍大大縮小。

3.4 均化原始誤差

均化原始誤差的過(guò)程,實(shí)際上就是通過(guò)加工,使被加工表面原有誤差不斷縮小和平均化的過(guò)程。均化的原理就是通過(guò)有密切聯(lián)系的工件和工具表面的相互比較和檢查,從中找出它們之間的差異,然后再進(jìn)行相互修正加工或基準(zhǔn)加工。

3.5 實(shí)施誤差補(bǔ)償

對(duì)工藝系統(tǒng)的一些原始誤差,可以采取誤差補(bǔ)償?shù)姆椒▉?lái)控制其對(duì)零件加工誤差的影響。實(shí)施誤差補(bǔ)償,就是要人為地制造出一種新的原始誤差,從而補(bǔ)償或抵消原來(lái)工藝系統(tǒng)中固有的原始誤差,以達(dá)到減少加工誤差、提高加工精度的目的。

4 結(jié)束語(yǔ)

總之,減少加工誤差、提高加工精度對(duì)于機(jī)械加工工作來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。只有找準(zhǔn)誤差產(chǎn)生的具體原因,有的放矢,多管齊下,才能最大限度地減少誤差、提高精度,進(jìn)而提高機(jī)械加工工作的效率。

[1] 謝進(jìn),等.機(jī)械原理[M].北京:高等教育出版社,2004.

[2] 朱正欣.機(jī)械制造技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1999.

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[4] 李玉平.機(jī)械加工誤差的分析[J].新余高專學(xué)報(bào), 2005(04).

責(zé)任編輯:訾興建

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楊曉娟(19742),女,安徽淮北人,淮北礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司祁南煤礦機(jī)電修配廠助理工程師。