機械加工中誤差產生的原因分析

紀春波，張麗娟，李勇興

（西京學院，陜西 西安 710123）

機械加工誤差指在生產加工過程中，因為種種環境因素或人為因素而使得加工生產后的零件同前期預期零件的尺寸、質量或表面積等產生一些偏差的現象，雖然機械加工誤差在實際加工生產過程中屬于一種不可避免的現象，但卻可以通過人為干預將其控制在合理的范圍內，從而盡可能降低生產誤差對機械零件的質量影響。而如何才能將機械加工誤差控制在合理范圍內，則需要從機械加工的整個過程出發，認真梳理機械加工過程中的誤差產生來源，發現誤差出現的規律，從而才能發現導致誤差的本質原因，降低機械誤差產生率，提高機械加工效率，爭取更大的經濟效益。

1 機械加工誤差的概念和分類

眾所周知，機械加工的精細程度和機械加工所能產生的誤差之間有著緊密的聯系，上文也提出了——機械加工誤差就是指在生產加工過程中，在多種因素影響下，使得加工生產的零件同前期預計零件之間在質量、尺寸、表面積等方面所產生的差異程度。而機械誤差則是指在機械加工過程中，因加工產品同標準產品之間存在較大差異（超出機械精度允許范圍），使得所生產零件出現質量不足、精度過低的現象。如此來看，不難發現機械加工精度與機械加工誤差是評價機械加工質量的重要參數，通過測量差異范圍能夠直觀地反映出機械加工的質量，所測量的差異值越小等級越高，加工出來的機械零件質量也就越高。在實際的生產、加工過程中，為了能更好地反映機械加工的質量，可以通過判斷機械加工的精細程度來反映實際機械加工誤差的大小。換句話說，通過使用相應的分析方法，對機械加工誤差進行科學分析，掌握誤差產生的規律和變化，就有可能通過采取針對性措施達到降低機械誤差產生概率的目的，從而提高機械加工產品的精度和質量。

在整個機械加工生產過程中，機械與相應道具組成了一套系統的零件加工體系，在不同的生產階段所產生的生產誤差不同，從而對機械加工所造成的最終誤差影響也不同，主要可分為生產前期誤差及生產過程誤差兩大類。其中，在加工初期，因加工系統本身初始狀態而對機械加工產品所造成的生產誤差稱為原始誤差；另一種是因為加工工件或加工刀具在靜態下或者是在生產過程中因位移運動所產生的誤差就叫做幾何誤差。另需注意的是，在機械加工過程中，因切削工序所產生的誤差也稱為原始誤差，這部分誤差所產生的影響主要包括對機械零件的形變影響（熱變形）以及應力等。需要明確的是，任何的機械加工都不可能完全地避免加工誤差，都不能實現加工參數的絕對精準，但只要最終的加工產品在質量允許范圍內，都可視作質量合格的產品。

2 機械加工誤差產生的原因

（1）機械加工過程中的原理誤差。機械加工經過漫長歲月的淬煉，已經慢慢形成了各種各樣、各具特色的加工工藝，在對不同的對象進行加工操作的過程中，因所用的加工工藝不同，所應用到的加工原理也就不同，因此，在加工過程中所遇到的客觀誤差也就不同，例如，在使用齒輪滾刀的過程中，難免會造成齒輪形廓誤差，這種誤差的產生會導致最終生產出來的機械齒輪同模具之間在外形或尺寸上產生差異，如果差異過大，則可能直接報廢，增大了機械加工的殘次率，損害了經濟效益，不利于公司的長遠發展。

（2）機械加工過程中的資源誤差。在對機械零件進行加工處理的過程中，所需用到機床、道具、夾具等一系列基本零件制造資源，其中機床是用于提供操作場所，便于刀具對機械零件進行基本加工處理；刀具主要用于對機械零件進行切削、造型處理，使得機械零件逐漸在外形、表面積、尺寸等方面趨近于模具；夾具主要是用來對機械零件進行固定，保證在機械加工過程中不會出現相對位移，確保刀具能按照既定軌跡對其進行切削處理。而在這一系列工具加工過程中，每步工序都可能會對機械零件的最終形態產生影響。例如，機床主軸的誤差可能會使得刀具在切削零件時產生旋轉徑向誤差，影響產品的最終加工精度；此外，夾具以及刀具同樣作為機械零件，在鍛造的過程中本身就可能存在生產誤差，這些誤差在使用過程中也不可避免地會影響相關產品的生產精度。與此同時，隨著機床、刀具、夾具等相關機械加工工具使用時間的過程，也難免會產生磨損、熱形變等，這會使得相關機械加工工具的精準度下降，從而影響機械零件的加工精度，增大機械零件的加工誤差。

（3）機械加工過程中刀具的幾何誤差。在機械零件的加工過程中，會根據加工要求使用不同的加工刀具進行切削處理，這時候，加工刀具會同機械零件之間產生強烈摩擦，這就會使得加工刀具的刀口產生不同程度的磨損，但本著物盡其用的原則，雖然會及時進行刀具更換，但并不會每生產一個零件就替換一個刀具，所以，這些刀具在加工過程中就會在不斷增大刀具磨損的同時，去加工下一個機械零件，因此，便會對后續每個機械零件產生加工誤差；不僅如此，在切削加工的過程中，可能會產生大量的熱和作用力，這會對加工刀具的形狀造成改變，使得加工刀具差生熱形變，從而加大機械零件的加工誤差，對機械加工零件的精度造成直接影響。除此之外，在進行機械加工之前，為了能確保機械零件的加工精度，必定會對加工工具進行調試處理，但這些調試工作都是需要逐個進行，且都是在人為操作下完成，這就難以避免每個調試操作所存在的人工誤差，這些誤差相互作用會影響后續調試步驟，且在實際加工過程中，還會對機械零件的生產精度產生進一步的影響。

（4）機械加工過程中的工藝系統誤差。機械零件在加工的過程中離不加工工藝，而加工工藝誤差的產生主要是因為機械零件在切削、流轉等過程中會因作用力、熱等因素的影響而產生的彈性形變，從而使得機械零件和加工工具之前產生相對位移，改變了機械零件加工過程的受力位置，而機械零件在切削過程中的受力點正是切點的重要考證，如果受力位置發生改變，也就意味著機械零件在傳動過程中的位置偏離了既定軌道——出現位置錯位，從而使得刀具切削時不能按照模具位置進行切割，產生了加工工藝誤差，大大影響了機械零件的加工質量和加工效率，進而對企業的生產效益造成影響。

3 如何有效控制機械加工誤差的產生

（1）從根本上降低機械加工過程的原始誤差。如上文所述，原始誤差是機械加工過程中需要重點關注對待的加工誤差，降低機械加工原始誤差主要是通過對機械零件加工過程的工序進行檢測來實現的。在充分分析好造成機械加工過程中原始誤差所產生的原因后，就需要根據加工實際以及加工需求針對性地尋找解決解決方案，對比方案效果，從而選擇出最佳的解決策略降低機械加工原始誤差。這一方面，在實際的機械加工過程中，最常用到的誤差降低法就是直接降低，這也是能夠從源頭杜絕加工誤差，確保加工質量和機械加工的精度，進而提高生產效率的有效手段。

（2）優化機械零件的加工工藝，提高誤差測量精準度。為了能夠更好地提高機械加工的精度和效率，必須明確每個機械加工的環節，確保能夠將機械加工誤差控制在合理的范圍內。在提高機械零件加工精度的過程中，最重要也是必須要做的就是明確機械加工過程所用到的加工工藝，以此才能根據具體的加工工藝找到突破口，順藤摸瓜找到導致加工誤差的原因。在實際機械加工過程中，可能會存在兩種誤差：其中一種是系統誤差，另一種則是隨機誤差。系統誤差指在一定時間段內，因某些因素影響從而導致機械零件在加工過程中數量或矢量發生改變或維持原狀不變的一種誤差，前者稱為變值系統誤差，后者稱為常值系統誤差。常值系統誤差又包括原理誤差、機床制備中各部分原器件所產生的制造加工誤差或因為加工工藝鏈受損所造成的制造誤差等；而變值系統誤差又包括制造工藝鏈因熱、外作用力影響產生形變加工誤差，刀具磨損所造成的機械制造誤差等。

隨機誤差則是指在機械零件加工過程中，因某些不確定的人為因素或環境因素所導致的機械零件生產加工后同模具之間在數量、矢量等方面產生差異的一種現象，隨機誤差包括零件內部作用力誤差、機械零件的定位誤差、材料誤差等。綜合來看，不同誤差所差生的原因不同，對機械零件加工后造成的加工誤差也各不相同，認清各種誤差的本質才能尋找更適合的解決策略來減小甚至消除掉機械加工誤差，才能從根本上提高機械零件的加工質量和精度。

（3）充分考慮機械加工過程中可能產生的作用力及熱影響，合理選擇加工刀具等施工工具。在機械加工的過程中，不但需要考慮所加工的零件是否符合加工標準，同時，也要考慮到加工零件的實用性，控制零件加工的成本，從多個方面共同對機械零件的精度進行控制，例如，要確保機械零件的周邊厚度均勻、結構勻稱，這樣可以盡可能減小機械工件內應力的發生，從而避免機械工件內應力對制造精度產生的影響；與此同時，在機械加工過程中使用不同的切削刀具、不同的切削角度等都會對最后加工零件的質量、形狀、表面積等產生影響，因此，在加工之前一定要充分了解加工要求，合理選擇適合的刀具、設定切削角度，從而有效控制機械加工的精度，并通過加工后的化學處理及熱處理等，進一步降低切削刀具對機械零件加工過程產生的影響，防止機械零件發生熱形變，確保零件加工質量。

（4）根據實際情況進行誤差補償，確保機械零件的生產加工質量。雖然原理上是可以通過多種手段來控制甚至消除加工誤差對機械零件加工精度的影響的，但不能否認的是，機械加工誤差是一個不可避免的問題，因此，為了能夠盡可能地保證機械零件的加工精度，除了在生產加工過程中正確使用加工工具、避免加工誤差外，還可以通過修改參數的方式以誤差補償的形式確保機械零件的加工精度。而機械零件誤差補償的實施前提則需要相關工作人員首先要能夠充分了解機械加工過程中造成加工誤差的原因及原理，從而在相應的加工工序中人為修改參數，針對性實現誤差補償，將原本可能造成的加工誤差“糾正”到合理范圍內，提高機械加工精度。除此之外，還可以通過轉移原始誤差的方式減少機械加工誤差，例如，將原始誤差敏感方向轉移到相對來說較為不敏感的方向，這樣也能夠降低機械加工誤差概率，進而有效保證整個機械零件加工過程的質量水平。

4 結語

綜上所述，一個零件從加工到生產完成需要經過眾多環節，每個環節都會因環境影響或人為影響對零件的尺寸、質量或理論值等造成一些影響，這就會使最終生產出來的零件同預計零件之間產生一定的偏差，增大產品殘次率，影響生產效益。而若想從根本上解決這個問題，就必須做好理論分析，從生產源頭入手，找出產生誤差的原因，提出對應性解決方案，尋求經濟、可靠的解決方案，將零件加工誤差合理、科學地控制在一定的范圍內，緊跟時代發展浪潮，提高機械生產效率和機械加工質量，從而盡一切可能降低加工零件的報廢率，努力在確保加工質量的前提下提高產品經濟效益，提高企業的核心競爭力，謀求更長遠的發展。