淺析機械加工精度的主要影響因素及對策

王明冬

摘要：利用文獻資料法，結合日常工作實踐，分析了形成機械加工精度誤差的主要原因，同時提出了對策措施。

關鍵詞：機械加工精度措施

一、前言：

零件精度是指零件加工后的實際物理尺寸及形狀位置尺寸與設計值的符合程度。實際的加工值不可能做得與設計完全一致，總會有大小不同的偏差，零件加工后的實際參數值（尺寸，形狀和位置）與設計值相應參數的差值程度，稱為加工誤差。加工誤差按照來源可分如下幾類。

1 “近似原理”帶來的加工誤差

一是零件與刀具運動聯系帶來的誤差。理論上，工件與刀具之間所形成的運動關系應該是完全精確的，但實際加工過程很難實現這種“高精準確”。因為加工時，為了滿足加工的基本原則，需要在被加工件與刀之間形成一定的運動關系，以求獲得適當的加工面。實際加工時，受機床和夾具多樣性的影響，工件與刀具之間的運動很難保持相對穩定，加上加工本身為近似運動，便導致加工精度誤差的出現。二是刀具輪廓運動采用近似加工帶來的加工誤差。在實際加工中運用圓弧、直線這些相對簡單但與設計曲線形似的線形逼近甚至替代。這樣因實際加工與設計及理論的近似、替代就帶來了誤差，加工精度就會受影響，甚至會出現近似替代不當導致質量缺陷的風險。

2 機床本身的幾何誤差

工件的加工制造主要是通過各種機床完成的。為此，機床本身的精度對工件加工精度起著至關重要的影響。一是主軸回轉誤差。主軸回轉誤差將對工件的形狀及位置公差有著最為直接的影響。主軸的回轉誤差可以被認為是主軸角度擺動，徑、軸向跳動構成。隨著具體加工工件表面位置的差異及主軸回轉誤差表現的差異在，而導致的加工誤差差別也各有不同。例如，工件加工時，由于主軸徑向跳動誤差，會對工件的外圓的精度造成一定影響。二是機床導軌誤差。導軌一旦存在誤差，都會對工件加工精度產生不良影響。導軌的主要作用是其導向以及承載功能，同時能對定位機床的主要零部件，并明確零件相對運動基準，所以機床導軌的誤差對加工工件的外形尺寸帶來重大影響。其最大的莫過于水平面直線度誤差，該誤差將能直接的反映在加工工件表面的外法線上。導軌縱向截面的直線誤差對加工工件精度影響比較小，甚至可以忽略。三是機床傳動鏈誤差。機床的傳動機構能完成工件的切削加工。齒輪、螺母、絲桿、蝸桿以及蝸輪等基礎元件是構成傳動機構的主要零部件，他們在整個切削加工的過程中都會出現不同程度的磨損，這些磨損會對整個傳動機構的正常運轉造成不利影響。

3 刀具的制造誤差、磨損及夾具的制造誤差

刀具制作本身的誤差對加工精度的影響視刀具種類而各異。普通刀具的制造誤差一般對加工精度影響較小，但其安裝的尺寸誤差將直接影響加工工件的精度；成形刀具的誤差影響的主要是加工面形狀精度。刀具使用過程中都會磨損，磨損會直接影響加工表面的位置精度而導致尺寸誤差。夾具的功能是保證工件相對于刀具和機床的位置準確，固夾具制造的誤差會對工件的誤差有直接影響。

4 加工受力變形帶來的誤差

一是切削過程中受力點位置變化。在切削過程中，隨著切削力著力點位置的變化，會引起系統變形的差異，對工件加工表面帶來形狀誤差。二是切削力變化引起的加工 誤差。工件的毛坯有這些特性：外形尺寸，形狀大小，表面層材料硬度都相差較大；這些差別在加工時使切削刀具力不斷變化，這樣切削力的也會隨著變化，一定速度下導致工件發生相應的變形，也就是工件在完成加工后還保留與毛坯時類似的行位或尺寸誤差，盡管工件表面殘留的誤差比毛坯表面誤差要小得多。這種狀況就是所謂的“誤差復映“。其他作用力，如傳動力、慣性重力、夾緊力等也會使工件的發生變形，進而引起加工誤差。

5 工件受熱變形帶來的誤差

一是機床熱變形對加工精度的影響。由于機床各功能機構差異大，熱源也呈不均勻分布，機床各功能機構的熱變形也差別大，這些變形破壞了各部件原有的相互位置關系，從而影響加工精度。不同功能的機床由于熱源差異，對加工精度的影響也各不相同。二是刀具熱變形對加工精度的影響。加工中刀具與工件在一定速度下接觸運動，熱量會產生并傳遞給刀具和工件。盡管傳遞給刀具的熱量很小，但由于刀具具有的小尺寸和小熱容特性，固會有很高的溫升，從而引起熱變形，并帶來加工誤差。對于工件加工要求越高，這種由于刀具的熱變形而帶來的加工誤差就越大。

6 加工生熱對加工精度產生的影響

工件被切削時，工件與刀具因摩擦會局部產生大量的熱，局部熱量集中導致工件和刀具受熱局部剛性不足而產生變形。如下列舉了幾種情況：1）工件被切削時表面受熱不均勻，當加工結束后加工零件的局部受熱逐漸冷卻后，工件受熱部便會冷卻收縮，便會帶來尺寸誤差。2）細長工件（長度>5倍直徑）的切削加工也會出現類似的情況：剛開始加工時工件受熱比較小，變形也小；但隨著時間的累積，被加工工件表面的熱量迅速累積，而導致工件受熱直徑變大，所以此時被切去的部分就變多，待加工完成后隨著溫度的冷卻工件直徑將會出現一頭大一頭小的現象，這就是尺寸誤差，也會帶來圓柱度誤差。3）當對工件進行磨削加工時，加工的區域往往受熱多，其他地方則受熱少，由于受熱不均會帶來工件的翹曲變形，加工完成后冷卻下來變形會加劇，這種情況對于薄片類工件尤為突出。

二、提高機加工精度的措施

鑒于以上對于誤差來源的分析，結合實際的加工經驗，對于如何降低誤差保證精度大致概括為減小原始誤差法，補償原始誤差法，均化或分化原始誤差法。

1）減少原始誤差。在進行了以上誤差來源分析后，要對實際加工中的誤差來源做一個系統分析從而具體問題具體對待。如因為刀具磨損導致走刀不暢而導致偏離或加工表面粗糙時應及時更換刀具；對于要求緊密的工件加工時要使用加工精度高的機床；對于有特定表面成型要求的工件，可以考慮設計如何走刀能避免或降低因刀具帶來的誤差。

2）補償原始誤差法。補償的方法可以是人為故意添加的誤差，用以補償或減少，甚至能抵消原始誤差以達到提高精度的目的。

3）均化或分化原始誤差法。這種方法是將加工誤差因加工工序而采取分化的手段。即“分組調整均分誤差法”：“根據誤差反映規律，將毛坯或上道工序的工件尺寸經測量按大小分為 n 組，每組工件的尺寸范圍就縮減為原來的 1/n。然后按各組的誤差范圍分別調整刀具相對工件的準確位置，使各組工件的尺寸分散范圍中心基本一致，以使整批工件的尺寸分散范圍大大縮小。”還可以使均化原始誤差，它的實質是利用工件或工件表面相互比較，在對比中找到差異后及時修正或互為加工基準，使其在加工中誤差不斷縮小。

三、小結

機械加工中的誤差是不可避免的，在對誤差之所以產生作出正確分析后采取相對應的預防措施可減少誤差從而能提高精度。

參考文獻：

[1]顧維邦.金屬加工概論[M].機械工業出版社，1998.

[2]耿君亞.機械加工誤差分析[J].新余高專學報，2005.