工藝系統誤差對機械加工精度的影響探討

楊鳳艷

（遼寧裝備制造職業技術學院，沈陽 110000）

工藝系統主要由金屬切割機床、刀具、夾具以及工件4部分組成，使用過程中，由于外部和內部因素會導致出現各種誤差，在不同的工作環境下通過不同的方式呈現為加工誤差，導致產品加工后的指標不符合要求[1]。

1 工件殘余內應力引起的誤差

工件殘余內應力是在沒有外力或者不均勻溫度場的作用下，剩余在工件內部的自相平衡的內應力。一旦對機械工件實行冷熱處理，就會改變它的外形和體積，從而產生殘余應力[2]。含有殘余應力的工件始終不能保持穩定，如果有外力破壞其內部的穩定條件，內應力就會發生變化，使零件產生形變造成誤差。

2 工藝系統熱變形引起的誤差

熱變形會嚴重破壞加工精度。有關數據統計顯示，熱處理形變造成的誤差占誤差總量的40%～70%。為了減少誤差帶來的負面影響，需要采用對稱手法制造大型機械和機床或者使用自主操控模式調節相關部件的溫度，減小溫差，避免因為過熱而產生形變[3]。工藝的主要改進措施是先讓機床預熱空轉，當溫度穩定時再切削加工，或者使機床在恒溫環境中運行。

3 工藝系統的幾何誤差

3.1 機床的幾何誤差

3.1.1 導軌誤差

導軌是用來測定機床中移動部位的實際位置及其運動規律的部件，因此它的任何誤差會直接影響加工精度。該誤差主要由彎曲程度誤差、相對位置誤差以及直線各點跳動誤差3部分組成。從專業理論的角度來看，導軌需要保持直線形狀。但是，由于制造加工時的誤差影響，每條導軌都存在直線上的偏差。例如：在使用臥式車床時，若導軌在平面上產生形變，加工的工件可能出現如圖1所示的情況。圖1（a）為工件的腰鼓狀誤差，圖1（b）為工件的馬鞍狀誤差。如果導軌在同一平面上與車床主軸的中心線不平行，就會發生傾斜，造成如圖1（c）所示的縱向圓柱度誤差。

圖1 機床導軌誤差對工件精度的影響

3.1.2 主軸的回轉誤差

主軸回轉誤差的基本形式，如圖2所示。可以看出，主軸的回轉精度是機床加工精度最重要的標準，對工件表面外形精度的高低起到了決定性作用[4]。該誤差主要體現為圓的徑向位移、軸向跳動以及單擺3種形式。

圖2 主軸回轉誤差的基本形式

首先，導軌主軸在徑向跳動的過程中會給工件帶來圓度上的誤差，但不會破壞端口平面的加工精度。其次，導軌在軸線方向的跳動會給端口平面帶來橫向和縱向的角度誤差。在螺紋加工制作中，螺距之間會存在一定的周期誤差，但不會給工件的外部圓柱面帶來負面影響。最后，按照一定角度擺動會導致圓度和圓柱度不符合標準，誤差較大。

3.2 刀、夾具制造誤差

3.2.1 刀具誤差

刀具種類的差異直接影響加工精度的誤差。對于固定尺寸大小的刀具，如在使用車刀、孔加工刀具、銑刀、拉刀、螺紋刀具、齒輪刀具、自動線及數控機床刀具和鉸刀等加工時，端口表面的幾何精度不僅受上述刀具的設計制作精度影響，還與它們的工作環境有關[5]。對于具有固定形狀的刀具，如在使用平體成形車刀、棱體成形車刀及成形砂輪等加工時，它們自身的幾何精度直接決定了端口平面的加工精度。

3.2.2 夾具誤差

夾具存在的問題主要是測定工件、刀具引導體、分度結構和夾具本體等部件的設計制造誤差，各部件之間的方位準確程度和另外的夾具生產誤差。它們的主要磨損都是發生在位置測定和方向引導零件上。因此，生產工人在生產夾具時必須保證它們的誤差在規定的范圍內。

4 減小工藝系統誤差和提高機械加工精度的策略

4.1 降低由機械加工原理產生的誤差

為了減少由機械加工原理帶來的誤差，設計師要改進和完善機械加工方案或者算法，以保證零件有較高的加工精度。加工過程中，要充分研究和分析誤差產生的原因，找到問題的源頭，遵從正確的工作準則，保障加工精度。此外，要將實際加工操作準則與理論制度相結合，從而有效保障機械加工精度。要從失敗中總結經驗和教訓，在不斷摸索中找到最適合的加工方案，以達到理想的加工精度。

4.2 降低由機械加工工藝產生的誤差

為了降低操作中的工藝誤差，需要參考之前的失敗經驗，總結規律，根據不同零件的加工順序和尺寸大小進行分類，不斷加工。通過加工順序和尺寸大小獲得相關零件的精度以及重要部件的方位變化和種類，最終確定理想的安裝位置和部件種類。

4.3 降低機械加工的工件熱變形誤差

在生產加工過程中，為了保證機械加工精度，必須考慮零件的自身硬度，防止加工過程中零件產生形變，從而減小誤差。設計師們要根據零件的實際情況采用最適合的加工方案，保證后續機械的加工精度。

5 結語

工藝系統誤差會直接影響機械工件的加工精度，因此它在很大程度上阻礙了機械加工的發展。設計師在進行機械設計和加工時，必須綜合考量各方面條件，制定和選用最科學高效的方案，降低誤差，提高加工精度。設計師要找到產生誤差的根源，從源頭減小誤差，保證機械精度。