淺析機械加工原始誤差對質量的影響

作者簡介：孫榮楠（1982-）男，漢，遼寧營口人，營口流體設備制造（集團）有限公司，質量工程師，大專學歷。

摘要：隨著機械制造業的不斷發展，對機械加工質量的要求不斷提高，機械加工質量的核心是機械加工精度，為了提高機械加工精度，就必須對產生加工誤差的各項原始誤差進行分析，了解這些誤差因素是如何產生的，才能針對造成加工誤差的主要原始誤差采取有效的預防措施，保證機械加工質量。

關鍵詞：機械加工質量、加工精度、原始誤差。

在機加工中，機床、夾具、工件和刀具構成一個完整的系統，稱為工藝系統。由于工藝系統本身的結構和狀態、操作過程以及加工過程中的物理力學現象而產生刀具和工件之間的相對位置關系發生偏移的各種因素稱為原始誤差。原始誤差根據不同情況放大或縮小地反映給工件，使工件產生加工誤差而影響加工精度。

1、與工藝系統本身初始狀態有關的原始誤差：

1.1、原理誤差：由于采用了近似的成形運動或近似的刀刃輪敦而產生的加工誤差。

1.1.1、 采用近似的加工運動造成的誤差

在加工過程中，為了得到要求的工件表面，必須在工件或刀具的運動之間建立一定的聯系。從理論上講，應采用完全準確的運動聯系，但是有時會使加工工藝極為復雜，甚至是難以做到。如在車削或磨削模數螺紋時，由于其導程t=πm，式中有π這個無理因子，在用配換齒輪來得到導程數值時，就存在原理誤差。

1.1.2、采用近似的刀具輪廓造成的誤差

用成形刀具加工復雜的曲面時，要使刀具刃口做得完全符合理論曲線的輪廓有時非常困難，通常采用圓弧、直線等簡單近似的線型代替理論曲線。如用滾刀滾切漸開線齒輪時，為了滾刀的制造方便，多用阿基米德基本蝸桿或法向直廓基本蝸桿來代替漸開線基本蝸桿，從而產生了加工原理誤差。

1.2、工藝系統幾何誤差

1.2.1、機床的制造誤差

機床誤差是造成加工誤差的主要原始誤差因素。機床誤差主要包括：

（1）主軸回轉誤差是指主軸實際回轉軸線對其理想回轉軸線的漂移。主軸回轉誤差會造成零件加工表面的形位誤差及表面的波紋度和粗糙度。

（2）導軌導向誤差是指機床導軌副的運動件實際運動方向與理想方向的差值。導軌導向誤差會造成工件加工表面的尺寸、形狀與位置誤差，導軌副的不均勻磨損、機床安裝不正確或地基不良，都會增加導向誤差。

（3）傳動鏈的傳動誤差是指內聯系的傳動鏈中首末兩端傳動元件之間相對運動的誤差。它是螺紋、齒輪、蝸輪以及其它按展成原理加工工件時，影響加工精度的主要誤差來源。

（4）機床主軸、導軌間的位置關系誤差，將使加工表面產生形狀與位置誤差。

1.2.2、刀具的制造誤差

刀具對加工精度的影響，隨刀具的種類不同而不同；采用定尺寸刀具、成形刀具加工時，刀具的制造誤差會直接影響加工精度；對于車刀、銑刀、鏜刀等一般刀具，其制造精度對加工精度無直接影響、但刀具磨損后，也會影響工件的尺寸精度及形狀精度。

1.2.3、夾具的制造誤差

夾具的制造誤差指夾具上定位元件、導向元件、對刀元件、分度機構、夾具體等的加工誤差，夾具裝配后以上各種元件工作面間的相對尺寸、位置誤差、以及夾具在使用過程中工作表面的磨損。

1.2.4、定位誤差

定位誤差是工件在夾具中定位，由于定位不準造成的加工面相對于工序基準沿加工要求方向上的最大位置變動量。定位誤差主要包括：

（1）基準不重合誤差是定位基準與工序基準不一致所引起的定位誤差。

（2）基準位置誤差是指定位基準面和定位元件本身的制造誤差所引起的定位誤差

兩者方向可能不相同，定位誤差取為基準不重合誤差和定位副制造不準確誤差的矢量和。

1.2.5、調整誤差

調整的作用主要是使刀具與工件之間達到正確的相對位置，由于調整不可能絕對準確，因而產生調整誤差。工藝系統的調整有兩種基本方式，即試切法和調整法。

（1）試切法普遍應用在小批生產中，影響調整誤差的因素包括測量誤差產生的誤差、調整吃刀量產生的誤差、試切時與正式切削時切削層厚度不同的誤差。

（2）調整法廣泛應用在大批大量生產中，調整法對工藝系統調整時也要以試切為依據，因此影響試切法的所有因素都對調整法有影響。此外影響調整誤差的因素還有定程機構誤差、樣板或樣件的誤差、測量有限試件造成的誤差。

2、與切削過程有關的原始誤差

2.1、工藝系統受力變形產生的誤差

切削加工時、由機床、刀具、夾具個工件組成的工藝系統在切削力、加緊力、慣性力、以及重力等的作用下，將產生相應的變形，使刀具和工件在靜態下調整好的相互位置以及切削成形所需要的正確幾何關系發生變化，而造成加工誤差。工藝系統抵抗變形的能力，可用剛度來描述。工藝系統剛度對加工精度的影響可以歸結兩個方面：

2.1.1、切削過程中，工藝系統的剛度會隨切削力作用點位置的變化而變化，因此，使工藝系統受力變形亦隨之變化，使工件產生誤差。

2.1.2、當毛坯形狀誤差較大或材料硬度很不均勻導致切削力產生較大變化而引起的加工誤差。

2. 2、工藝系統受熱變形產生的誤差

機械加工中，工藝系統受到切削熱、摩擦熱、環境溫度和輻射熱的影響，溫度會逐漸升高，當超過熱平衡狀態，工件和刀具間的正確相對位置就會遭到破壞，造成加工誤差。

2.2.1、機床熱變形對加工精度的影響

機床受熱各部件溫度將發生轉變，因為受熱不均和機床機構的復雜性，機床的各部件發生分歧水平的熱變形，破損了機床各部件原有的彼此位置關系，影響加工精度。

2.2.2、刀具熱變形對加工精度的影響

盡管在切削加工中傳入刀具的熱量只有3%～5%，但因為刀具的尺寸和熱容量小，故仍有很高的溫升，從而引起刀具的熱伸長并造成加工誤差。

2.2.3、工件熱變形對加工精度的影響

工件的熱變形主要是由切削熱引起的，熱變形情形與是否平均受熱有關。

（1）工件平均受熱，如車、磨軸類件的外圓，待加工后冷卻到室溫時其長度和直徑將有所縮短，由此而發生尺寸誤差。對于較長工件（如長軸）的加工，隨著切削的進行，工件溫度逐漸升高，直徑逐漸增大，工件被切去的金屬層厚度越來越大，冷卻后不僅發生徑向尺寸誤差，而且還會發生圓柱度誤差。

（2）工件不平均受熱，如磨削零件單一概況，因為工件單面受熱而發生向上翹曲變形，加工冷卻后將形成中凹的外形誤差，這種現象對于加工薄片類零件尤為凸起。

2.3、工件殘余應力引起的誤差、

殘余應力也稱內應力，是指在沒有外力作用下或去除外力后工件內存留的應力，具有殘余應力的零件處于一種不穩定的狀態，它內部的組織有強烈的傾向要恢復到一個穩定的沒有應力的狀態。在這一過程中，零件將會翹曲變形，原有的加工精度會逐漸喪失。其外界因素來自熱加工和冷加工。通過適當的熱處理或時效可以一定程度避免此種誤差。

結論：機械制造業的發展的根本就是要提高加工精度，確保產品質量。既然原始誤差是客觀存在的，就只有了解這些誤差因素是如何產生和影響加工誤差，并針對造成加工誤差的主要原始誤差采取有效的解決措施，才能提高機械加工的精度，促進產品質量的提高。