機(jī)械加工精度淺析

韓壽權(quán)

摘要：本文簡要介紹了加工精度與加工誤差基本知識(shí)。結(jié)合生產(chǎn)教學(xué)實(shí)際，詳細(xì)介紹了各種誤差極其形成原因，并就如何減小誤差，提高機(jī)械加工精度提出了自己的觀點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：加工精度；減小誤差

1 概述

1.1 加工精度與加工誤差

加工精度是指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)(尺寸、形狀和位置)與理想幾何參數(shù)的符合程度。實(shí)際加工不可能做得與理想零件完全一致，總會(huì)有大小不同的偏差，零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)對理想幾何參數(shù)的偏離程度，稱為加工誤差。

1.2 原始誤差

由機(jī)床、夾具、刀具和工件組成的機(jī)械加工工藝系統(tǒng)(簡稱工藝系統(tǒng))會(huì)有各種各樣的誤差產(chǎn)生，這些誤差在各種不同的具體工作條件下都會(huì)以各種不同的方式(或擴(kuò)大、或縮小)反映為工件的加工誤差。

工藝系統(tǒng)的原始誤差主要有工藝系統(tǒng)的幾何誤差、定位誤差、工藝系統(tǒng)的受力變形引起的加工誤差、工藝系統(tǒng)的受熱變形引起的加工誤差、工件內(nèi)應(yīng)力重新分布引起的變形以及原理誤差、調(diào)整誤差、測量誤差等。

1.3 研究機(jī)械加工精度的方法

研究機(jī)械加工精度的方法分析計(jì)算法和統(tǒng)計(jì)分析法。

2 工藝系統(tǒng)集合誤差

2.1 機(jī)床的幾何誤差

加工中刀具相對于工件的成形運(yùn)動(dòng)一般都是通過機(jī)床完成的，因此，工件的加工精度在很大程度上取決于機(jī)床的精度。機(jī)床制造誤差對工件加工精度影響較大的有：主軸回轉(zhuǎn)誤差、導(dǎo)軌誤差和傳動(dòng)鏈誤差。機(jī)床的磨損將使機(jī)床工作精度下降。

2.1.1 主軸回轉(zhuǎn)誤差

機(jī)床主軸是裝夾工件或刀具的基準(zhǔn)，并將運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳給工件或刀具，主軸回轉(zhuǎn)誤差將直接影響被加工工件的精度。

主軸回轉(zhuǎn)誤差是指主軸各瞬間的實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線相對其平均回轉(zhuǎn)軸線的變動(dòng)量。它可分解為徑向圓跳動(dòng)、軸向竄動(dòng)和角度擺動(dòng)三種基本形式。

產(chǎn)生主軸徑向回轉(zhuǎn)誤差的主要原因有：主軸幾段軸頸的同軸度誤差、軸承本身的各種誤差、軸承之間的同軸度誤差、主軸繞度等。但它們對主軸徑向回轉(zhuǎn)精度的影響大小隨加工方式的不同而不同。

產(chǎn)生軸向竄動(dòng)的主要原因是主軸軸肩端面和軸承承載端面對主軸回轉(zhuǎn)軸線有垂直度誤差。不同的加工方法，主軸回轉(zhuǎn)誤差所引起的的加工誤差也不同。在車床上加工外圓和內(nèi)孔時(shí)，主軸徑向回轉(zhuǎn)誤差可以引起工件的圓度和圓柱度誤差，但對加工工件端面則無直接影響。主軸軸向回轉(zhuǎn)誤差對加工外圓和內(nèi)孔的影響不大，但對所加工端面的垂直度及平面度則有較大的影響。在車螺紋時(shí)，主軸向回轉(zhuǎn)誤差可使被加工螺紋的導(dǎo)程產(chǎn)生周期性誤差。

適當(dāng)提高主軸及箱體的制造精度，選用高精度的軸承，提高主軸部件的裝配精度，對高速主軸部件進(jìn)行平衡，對滾動(dòng)軸承進(jìn)行預(yù)緊等，均可提高機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)精度。

2.1.2 導(dǎo)軌誤差

導(dǎo)軌是機(jī)床上確定各機(jī)床部件相對位置關(guān)系的基準(zhǔn)，也是機(jī)床運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)。車床導(dǎo)軌的精度要求主要有以下三個(gè)方面：在水平面內(nèi)的直線度；在垂直面內(nèi)的直線度；前后導(dǎo)軌的平行度(扭曲)。

除了導(dǎo)軌本身的制造誤差外，導(dǎo)軌的不均勻磨損和安裝質(zhì)量，也使造成導(dǎo)軌誤差的重要因素。導(dǎo)軌磨損是機(jī)床精度下降的主要原因之一。

2.1.3 傳動(dòng)鏈誤差

傳動(dòng)鏈誤差是指傳動(dòng)鏈?zhǔn)寄﹥啥藗鲃?dòng)元件間相對運(yùn)動(dòng)的誤差。一般用傳動(dòng)鏈末端元件的轉(zhuǎn)角誤差來衡量。

2.2 刀具的幾何誤差

任何刀具在切削過程中，都不可避免地要產(chǎn)生磨損，并由此引起工件尺寸和形狀地改變。正確地選用刀具材料和選用新型耐磨地刀具材料，合理地選用刀具幾何參數(shù)和切削用量，正確地刃磨刀具，正確地采用冷卻液等，均可有效地減少刀具地尺寸磨損。必要時(shí)還可采用補(bǔ)償裝置對刀具尺寸磨損進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。

3 定位誤差

3.1 基準(zhǔn)不重合誤差

在零件圖上用來確定某一表面尺寸、位置所依據(jù)的基準(zhǔn)稱為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。在工序圖上用來確定本工序被加工表面加工后的尺寸、位置所依據(jù)的基準(zhǔn)稱為工序基準(zhǔn)。一般情況下，工序基準(zhǔn)應(yīng)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合。在機(jī)床上對工件進(jìn)行加工時(shí)，須選擇工件上若干幾何要素作為加工時(shí)的定位基準(zhǔn)(或測量基準(zhǔn))，如果所選用的定位基準(zhǔn)(或測量基準(zhǔn))與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合，就會(huì)產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合誤差?；鶞?zhǔn)不重合誤差等于定位基準(zhǔn)相對于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)在工序尺寸方向上的最大變動(dòng)量。

3.2 定位副制造不準(zhǔn)確誤差

工件在夾具中的正確位置是由夾具上的定位元件來確定的。夾具上的定位元件不可能按基本尺寸制造得絕對準(zhǔn)確，它們得實(shí)際尺寸(或位置)都允許在分別規(guī)定得公差范圍內(nèi)變動(dòng)。同時(shí)，工件上的定位基準(zhǔn)面也會(huì)有制造誤差。工件定位面與夾具定位元件共同構(gòu)成定位副，由于定位副制造得不準(zhǔn)確和定位副間的配合間隙引起的工件最大位置變動(dòng)量，稱為定位副制造不準(zhǔn)確誤差。

4 工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差

4.1 工件剛度

工藝系統(tǒng)中如果工件剛度相對于機(jī)床、刀具、夾具來說比較低，在切削力的作用下，工件由于剛度不足而引起的變形對加工精度的影響就比較大，其最大變形量可按材料力學(xué)有關(guān)公式估算。

4.2 刀具剛度

外圓車刀在加工表面法線(y)方向上的剛度很大，其變形可以忽略不計(jì)。鏜直徑較小的內(nèi)孔，刀桿剛度很差，刀桿受力變形對孔加工精度就有很大影響。刀桿變形也可以按材料力學(xué)有關(guān)公式估算。

4.3 機(jī)床部件剛度

機(jī)床部件由許多零件組成，機(jī)床部件剛度迄今尚無合適的簡易計(jì)算方法，目前主要還是用實(shí)驗(yàn)方法來測定機(jī)床部件剛度。變形與載荷不成線性關(guān)系，加載曲線和卸載曲線不重合，卸載曲線滯后于加載曲線。兩曲線線間所包容的面積就是載加載和卸載循環(huán)中所損耗的能量，它消耗于摩擦力所作的功和接觸變形功；第一次卸載后，變形恢復(fù)不到第一次加載的起點(diǎn)，這說明有殘余變形存在，經(jīng)多次加載卸載后，加載曲線起點(diǎn)才和卸載曲線終點(diǎn)重合，殘余變形才逐漸減小到零； 機(jī)床部件的實(shí)際剛度遠(yuǎn)比我們按實(shí)體估算的要小。

5 工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差

工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響比較大，特別是在精密加工和大件加工中，由熱變形所引起的加工誤差有時(shí)可占工件總誤差的40%～70%。機(jī)床、刀具和工件受到各種熱源的作用，溫度會(huì)逐漸升高，同時(shí)它們也通過各種傳熱方式向周圍的物質(zhì)和空間散發(fā)熱量。當(dāng)單位時(shí)間傳入的熱量與其散出的熱量相等時(shí)，工藝系統(tǒng)就達(dá)到了熱平衡狀態(tài)。

6 結(jié)論：提高加工精度的途徑

減小原始誤差；轉(zhuǎn)移原始誤差 ；均分原始誤差 ；均化原始誤差 ；誤差補(bǔ)償