機械加工質量與控制分析

胡明祥

湖北鄂州職業大學，湖北鄂州 436000

在機械制造中零件加工精度決定著機械產品的質量，機械加工精度是指零件加工后的實際幾何參數，包括機械零件的尺寸、形狀和相互位置，與理想幾何參數的符合程度。符合程度越高，加工精度就越高。在機械加工過程中，由于各種因素的影響，使得加工出的零件，不可能與理想的要求完全符合。這種加工后零件的實際幾何參數(尺寸、形狀和相互位置)對理想幾何參數的偏離程度叫加工誤差。從保證產品的使用性能分析，沒有必要把每個零件都加工得絕對精確，允許有一定的加工誤差。因此，滿足零件使用性能，在零件圖樣標注的尺寸、形狀和相互位置允許誤差范圍稱為公差。

1 影響機械加工質量的幾種因素分析

要想分析影響機械加工質量的因素，就必須先要要弄清各種影響機械加工原始誤差的物理、力學本質，以及它們對加工精度影響的規律，只要掌握和控制影響機械加工誤差的方法，才能獲得預期的加工精度，必要時能找出進一步提高機械加工精度的方法和途徑。

1.1 加工誤差性質和類型

零件的加工過程中可能出現種種的原始誤差，它們會引起工藝系統各環節相互位置關系的變化而造成加工誤差。如裝夾工件時由夾具產生的定位誤差，還存在由夾緊力引起的夾緊誤差等。在裝央工件前后，必須對機床、刀具、夾具進行調整，井在試切幾個工件后再進行精確微調，才能使工件和刀具之間保持正確的相對位置，由于調整不可能絕對精確，因而就會產生調整誤差。另外機床、刀具、夾具本身的制造誤差在加工前就已經存在了。這類原始誤差稱為工藝系統的幾何誤差。

由于在加工過程中產生了切削力、切削熱和摩擦，它們將引起工藝系統的受力變形、受熱變形和磨損，這些都會影響在調整時所獲得的工件與刀具之間的相對位置，造成種種加工誤差。這類在加工過程中產生的原始誤差稱為工藝系統的動誤差。 在加工過程中，還必須對工件進行測量，才能確定加工是否合格，工藝系統是否需要重新調整，任何測量方法和量具、量僅也不可能絕對準確，因此測量誤差也是一項不容忽視的原始誤差。

1.2 加工原理誤差

加工原理誤差是指采用了近似的成形運動或近似的刀刃輪廓進行加工而產生的誤差，一般多為形狀誤差，如用阿基米德蝸桿該刀切削漸開線齒輪；在數控機床上用直線插補或圓弧插補方法加工復雜曲面s在普通公制絲杠的車床上加工英制螺紋等，都會在實際生產中，采用理論上完全準確的方法進行加工往往會使機床結構復雜，刀具制造困難導致加工效率降低。擔通過成形運動或刀刃輪廓近似后往往可簡化工藝過程，簡化機床和刀具的設計和制造，提高生產率，降低成本，但由此帶來的原理誤差必須控制在允許的范圍內(一般原理誤差應小于0.1%)求的前提下，原理誤差的存在是允許的。

1.3 前后導軌的平行度誤差

加工機械時，當車床的前后導軌不平行 ，存在扭曲時，刀架生產傾倒。因此車床和外因磨床前后導軌的平行度誤差對加工精度的影響很大。除導軌本身的制造誤差外，導軌的不均勻磨損以及機床的安裝也是造成導軌誤差的重要原因。

2 提高和控制機械加工質量的途徑

2.1 降低主軸回轉誤差

為了分析的方便，可以將主軸回轉軸線的運動誤差分解為三種基本形式：純徑向園跳動、純軸向竄動和純角向擺動。由于主軸實際回轉中心在不斷變化，所以實際誤差是上述三種運動形式合成，所產生的一個瞬時值。是以某一固定部位與軸承內表面的不同部位接觸，因而當滑動軸承內孔有圓度誤差時，將使主軸在回轉的過程中產生徑向跳動，引起撞孔的圓度誤差，而主軸頸本身的圓度誤差影響較小，

2.2 減少滑動軸承對回轉誤差的影響

采用滾動軸承結構的機床中，滾道形狀誤差對不同機床的影響是不同的。對于車床類機床，由于軸承承載區位置基本上不變，故滾動軸承內環滾道的圓度是影響主軸回轉精度的主要因素，而對于鏗床類機床，由于軸承承載區位置是不斷變化的，滾動軸承外環滾道的圓度是影響主軸回轉精度的主要因素。

2.3 控制主軸回轉誤差對加工精度的影響

主軸回轉誤差對加工精度的影響，取決于不同截面內主軸瞬時回轉中心相對于刀尖位置變化情況。而這種變化應重點分析在加工誤差敏感方向上的影響。對于刀具回轉類機床，加工誤差敏感方向和切削力方向隨主軸回轉而不斷變化，如螳床；對于工件回轉類機床，加工誤差敏感方向和切削力方向均保持不變，如車床。下面以車床、程床為例，就主軸回轉誤差的三種基本形式對加工精度的影響進行分析。 主軸純徑向圓跳動誤差對于孔加工時，鏗出的孔是長短軸不變或變化的橢圓柱。車削時，主軸純徑向圓跳動對工件的圓度誤差影響很小，車出的工件表面接近于一個真圓。主軸純軸向竄動誤差對內外圓柱面的加工沒有影響，但在加工端面時，會使加工出的工件端面與內外圓軸線不垂直，產生平面度誤差，加工螺紋時產生螺距誤差。主軸軸線產生純角度擺動，在車削時工件同一截面的園度誤差小，但是會產生圓柱度誤差。鏜孔時，純角度擺動使主軸軸線與工作臺導軌不平行，使鏗出的孔呈橢圓形。

2.4 提高主軸回轉精度的措施

提高主軸回轉精度通常采用以下措施：

1）選用高精度的軸承，并提高主軸及箱體的制造精度和主軸部件的裝配精度；

2）使回轉精度不依賴于主軸。工件的回轉成形運動不是靠機床主軸的回轉運動來實現，而是靠夾具的回轉運動副來實現，如采用死頂尖磨外因時，提高項尖孔質量，保證兩頂尖孔的同軸度，對保證工件的形狀精度非常重要。

2.5 提高直線運動精度

為了提高機械加工的質量，通常常采用刮研等方法加工提高機床導軌的加工精度和配合接觸精度：采用靜壓導軌或貼塑導軌提高傲動進給定位精度和機床精度保持性；選用合理的導軌形狀和導軌組合形式來提高直線運動精度如90°的雙三角形導軌其直線運動精度保持性較好，而這種導軌的磨損主要在垂直方向，故對一些在垂直方向是誤差非敏感方向的機床(如臥式車床)可長期保持原有精度。

2.6 加工過程工藝調整

在機械加工的每一個工序中，為獲得被加工表面的尺寸、形狀和位置精度，總是要對工藝系統進行這樣或那樣的調整。由于調整個可能絕對地準確，因而產生調整誤差。 單件、小批生產中普遍采用試切法加工。加工時先在工件上試切，然后測量、調整再試切，直至符合規定的尺寸要求時，再正式切削出整個待加工表面。在成批、大量生產中，廣泛采用調整法(或樣件樣板)。預先調整好刀具與工件的相對位置，并在一批零件的加工過程中保持這種相對位置不變來獲得所要求的零件尺寸。在以后的加工免去試切，所以既縮短了調整時間，又可得到較高的加工精度。

2.7 實行超精密加工

實行超精密加工也是提高機械加工質量的一種措施，超精密加工是指加工精度和表面質量超過當前所用公差標準中最高程度酌加工工藝。精密加工和超精密加工的界限不是固定不變的，隨著科學技術的進步而逐漸向前推移。精密加工與超精密加工的主要特點是機床精度高、剛性好，機床具有精確的微量進給裝置，機床工作臺低速運動穩定性好以及工藝系統抗振性好，此外，還具有如下特點：

1）精密和超精密加工都是以精密元件為加工對象，與精密元件密切結合而發展起來的，因此不能脫離精密元件搞精密加工。精密加工的方法、設備和對象是互相關聯的；2）超精密加工時，吃刀且極小，是微量切除和超微量切除，因而對刀具刃磨、砂輪修整和機床均有很高的要求；3）精密和超精密加工是一門綜合性高級技術，要達到高精度和高表面質量，要考慮加工方法、加工工具及其材料的選擇；被加工材料的結構及質量、加工設備的結構及技術性能、測試手段和測試設備的精度；恒溫、凈化、防振的工作環境，工件的定位與夾緊方式和入的技藝等諸多因素，因此，精密加工和超精密加工是一個系統工程；4）在精密加工和超精密加工中，檢測和加工聯系十分緊密，精密測量是精密加工和超精密加工的必要條件，需要具備與加工精度相適應的測量技術，否則就不能判斷加工精度是否達到要求，也無法為加工精度的進一步提高指出方向。

3 結論

總之，為了提高機械加工質量與控制，除了以上工藝以外，還要注意保持工藝系統的熱平衡，這樣可使機床作高速空運轉，當機床在較短時間內達到熱平衡之后，再進行加工。必要時，還可以在機床的適當部位設置控制熱源，人為地給機床加熱，使其盡快地達到熱平衡狀態。另外精密機床加工時應盡量避免中途停車。此外還必須控制加工機械的環境溫度，精密機床一般安裝在恒溫車間，其恒溫精度一般控制在+1℃以內，精密級為+0.5℃。恒溫基數按季節調節一般春、秋為20℃，在夏季取23℃，在冬季可取17℃。以上等因素是機械加工質量與控制綜合因素，缺一不可。

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