機械加工誤差產(chǎn)生的原因及改進措施

向大學(xué)，劉明生

（內(nèi)江職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑工程系，內(nèi)江 641100）

1 機械加工中產(chǎn)生誤差的常見原因

在機械制造業(yè)當(dāng)中，誤差是一真實值與理論設(shè)計值之間的一種差異，由于實際生產(chǎn)能力的限制導(dǎo)致了誤差不可避免，是客觀存在的。因此只有通過提升生產(chǎn)技術(shù)以及工藝水平來減小誤差，從而確保機械加工生產(chǎn)出的成品能夠最大限度的滿足設(shè)計要求。由于誤差本身具有不可避免的特點，所以本文通過對機械加工當(dāng)中較易產(chǎn)生的誤差進行了探討，具體有機床、刀具的幾何誤差、定位誤差、工藝系統(tǒng)受力變形產(chǎn)生的誤差和工藝系統(tǒng)受熱變形產(chǎn)生的誤差以及調(diào)整誤差等。以下就分別對這六種原因進行詳細分析。

1.1 機床的幾何誤差

機床是將金屬毛坯經(jīng)過切削、焊接、擠壓、鍛造等方式加工成機械零件的，現(xiàn)階段的機械半成品以及成品生產(chǎn)都是通過車床進行加工制作的，因此可以說通過機床加工是導(dǎo)致機械產(chǎn)生誤差的主要原因之一。機床使用夾具將工件固定，然后通過高速旋轉(zhuǎn)的刀具對其實行各種切削工作，所以機床的工作精確度直接影響著加工機械零件的尺寸精度。其中機床工作精度主要包括機床主軸的旋轉(zhuǎn)精度、導(dǎo)軌精度以及傳動鏈的精度。

主軸是車床的重要組成部分如圖1所示，車床主軸裝有夾具、工件或者刀具，依靠主軸的旋轉(zhuǎn)控制鉆頭、切刀或者鉸刀對工件進行加工。而由主軸的精度產(chǎn)生的誤差主要是因為，在夾裝工件或者刀具時基準(zhǔn)存在偏差并且在高速旋轉(zhuǎn)的過程中，產(chǎn)生的動力直接傳遞給工件或者刀具產(chǎn)生一定的位移，從而影響到了機械零件加工的精確性；導(dǎo)軌決定著機床上各部件的運動軌跡和方向，是機床的運動基準(zhǔn)。由導(dǎo)軌精度產(chǎn)生的誤差主要是因為機床各部件相對位置關(guān)系存在偏差以及長期的使用使得導(dǎo)軌出現(xiàn)不同程度的磨損以及質(zhì)量安全等問題導(dǎo)致機械零件加工產(chǎn)生誤差，而且導(dǎo)軌的精確度下降對于機床本身的危害性也極大。

圖1 車床主軸結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 刀具的幾何誤差

在機械加工生產(chǎn)過程中會使用到各種加工工具，例如切刀、銑刀、鉸刀、擴刀、鏜孔刀以及鉆頭等，因此由于刀具的使用也容易導(dǎo)致機械加工產(chǎn)生誤差。機床的切削加工是通過刀具和工件之間的相對運動，然后剝離工件毛坯上不需要的余料來實現(xiàn)的。由于刀具種類的不同直接決定了尺寸以及形狀的存在較大的差異性。當(dāng)采用定尺寸刀具進行加工時，即用刀具的相應(yīng)尺寸（如鉆頭、鉸刀、擴刀等）來確保工件被加工部位尺寸精度的方法時，刀具的精確度會直接導(dǎo)致機械零件加工產(chǎn)生誤差，而使用一般刀具進行加工的機械零件，對于誤差的影響則相對要小很多。此外由于刀具和工件之間的運動是相對的，加上夾具在其中所發(fā)揮的貫連作用，因此，夾具的精確與否，也對機械零件的誤差產(chǎn)生了一定的影響，表1為機械加工中不同刀具的參數(shù)要求。

表1 不同刀具的參數(shù)要求

1.3 定位誤差

機械加工當(dāng)中的定位誤差主要分為基準(zhǔn)不重合以及定位制造不準(zhǔn)確兩種情況。其中基準(zhǔn)是機械制造中應(yīng)用最為廣泛的一個概念，通過基準(zhǔn)來確定機械零件的點、線、面之間的關(guān)系。在機械加工中基準(zhǔn)又可以分為設(shè)計基準(zhǔn)、加工基準(zhǔn)以及定位基準(zhǔn)。輪盤類零件一般情況下都是選擇軸孔的軸線作為徑向的尺寸基準(zhǔn)，重要端面以及加工精度最高的面和與其他零件的接觸面等則是作為長度方向的基準(zhǔn)。如果這實際生產(chǎn)過程中定位選擇出現(xiàn)偏差就會造成機械零件加工產(chǎn)生誤差。

定位制造由工件定位面與及夾具定位元件兩者組合而成，其不準(zhǔn)確而產(chǎn)生的誤差，主要是因為機床夾具上定位元件的尺寸設(shè)計與理論標(biāo)準(zhǔn)存在偏差，而且這些誤差必須要保持在規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的公差范圍內(nèi)進行合理變動。但是如果定位誤差變動超出了公差允許的范圍，就會引起工件和夾具存在間隙，并且在機械加工過程中產(chǎn)生較大的位置變動量，從而導(dǎo)致機械加工零件產(chǎn)生誤差，圖2所示為工件夾裝槽。

圖2 工件夾裝槽

1.4 工藝系統(tǒng)受力變形產(chǎn)生的誤差

機械加工過程中由于工藝系統(tǒng)受力變形產(chǎn)生的誤差主要由工件剛度、刀具剛度以及機床部件剛度三方面因素所決定的。其中工件剛度如果低于機床、刀具以及夾具的剛度，則在主軸高速旋轉(zhuǎn)以及切削的過程中，就會由于工件的剛度不足產(chǎn)生變形從而影響了機械零件的加工精度；如果使用外圓車刀進行機械零件加工時，其剛度影響產(chǎn)生的變形可以忽略不計，但是對于加工直徑較小的內(nèi)孔工件時，刀具剛度較差很容易在高速運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生形變，影響到內(nèi)孔的加工尺寸；機床內(nèi)部具有很多復(fù)雜的零部件，所以各種零部件的剛度對機械零件加工誤差也有一定的影響。

1.5 工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差

機械加工過程中由于工件和道具都是在高速運轉(zhuǎn)下進行作業(yè)，此時機床、刀具、夾具以及工件之間會產(chǎn)生摩擦熱，而且熱量會通過各種媒介進行傳播，尤其是在工件和刀具接觸時局部會產(chǎn)生極高的熱量，因此不可避免的會受到熱變形的影響，所以工藝系統(tǒng)受熱變形也是導(dǎo)致機械零件加工產(chǎn)生誤差的一項重要因素。通常情況下對一些對精密度要求較高的零件，特由于熱變形所引發(fā)的誤差甚至?xí)苯釉斐闪慵髲U。

1.6 調(diào)整誤差

機械零件的加工過程可以細化分為不同的工序，而且每一道工序完成以后都要進行相應(yīng)的調(diào)整，如在機床上，工件與及刀具都需要進行調(diào)整，比方說它們的原始精度皆能達到對機械工藝的相應(yīng)規(guī)定，且又不考慮其它動態(tài)性因素，此時，誤差影響的調(diào)整對加工精度有著決定性意義，如果調(diào)整校驗存在偏差也會使機械加工產(chǎn)生誤差。

2 對機械加工中的誤差進行改進的有效措施

雖然說，在機械加工中很難避免誤差的存在，但仍通過可分析其產(chǎn)生的原因，注意加工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，盡量減小誤差對機械零件加工造成的負面影響，本文從以下六個方面分析機械加工誤差的改進措施。

2.1 減少原始誤差

減少原始誤差是機械加工中減小誤差影響的一種基本方法，主要是通過對機械零件的各個加工工序進行檢測，查明誤差存在的原因后針對性的促使盡量減少誤差對工件加工帶來的影響。例如在進行細長軸的車削加工時，由于軸向切削力很容易引發(fā)彎曲變形影響機械零件的加工精度，所以可以使用大走刀反向的車削方法消除軸向切削力引起的彎曲變形。

2.2 補償原始誤差

雖然誤差無法徹底消除，但是可以通過人為地制造出一種新的誤差，抵消原誤差對機械零件加工時帶來的影響。運用補償原始誤差法需要注意的是兩種誤差必須保持大小相等方向相反，即如果原始誤差是正值，則人為地制造誤差應(yīng)該為負值。

2.3 轉(zhuǎn)移原始誤差

在機械加工過程中還可以通過轉(zhuǎn)移原始誤差，減小誤差。具體可以通過轉(zhuǎn)移工藝系統(tǒng)的幾何誤差、受力變形以及熱變形等。例如機械零件加工過程中如果機床精度無法滿足零件加工時的要求，可以通過優(yōu)化機械加工工藝上或者增強家具的精度來轉(zhuǎn)移由于機床精度不足產(chǎn)生的影響。

2.4 均分原始誤差

在機械加工過程中由于工件毛坯自身性能的問題或者在上一道加工工序中產(chǎn)生的誤差延續(xù)到下一工序當(dāng)中時，就會不斷擴大誤差對工件精確度的影響，此時就需要通過均分法來進行處理。此法實際上就是將原始誤差進行等量劃分（假設(shè)分為n組），那么此時每組的誤差范圍相對原來來說就縮短了1/n，接著再對每一道工序進行優(yōu)化調(diào)整，從而最大限度的減少了原始誤差對機械加工零件的影響。

2.5 均化原始誤差

通常在于整個機械零件的加工過程之中難免會有一些對配合精度具有較高要求的孔、軸存在，此時，往往會采用刀具研磨工藝，而該工藝則對磨具（研磨工具）本身的精度要求不高，只是當(dāng)研磨工具與工件在高速旋轉(zhuǎn)并且進行切削研磨時，通過反復(fù)的摩擦?xí)r改變工件的形狀并最終達到較高的精確度，此時工件與研磨具之間就行成了一個相互摩擦并且損耗的過程，通過摩擦和損耗不斷地減少誤差，即誤差均化法。該方法其實質(zhì)是對工件與及磨具的接觸表面間相比較下尋找彼此間的差異，繼而在機械加工的整個過程當(dāng)中進行不斷的修正，以加工表面誤差的縮小及均化來減少和降低工件加工表面的誤差。在機械零件加工中，多數(shù)精密基準(zhǔn)的工件都采用到了均化原始誤差的原理。

2.6 就地加工法

由于在進行機械零件的加工（或配裝）時，常存在著一系列的精度問題，如各機械零件（或部件）之間的互配關(guān)系，如果彼此間的配合存在偏差也會造成誤差影響。但是此時如果僅僅是依靠提高零件以及或者其他部件自身的精確度，往往需要較高的工藝水平優(yōu)勢甚至是無法實現(xiàn)的，因此需要采用到就地加工法，且該方法也常常被用以確保加工精度的有效措施于機械零件的加工當(dāng)中。

3 結(jié)束語

本文對機械加工當(dāng)中易致誤差的原因進行分析研究，并從中總結(jié)出一些技術(shù)要點以及注意事項，通過在機械生產(chǎn)過程中進行實踐應(yīng)用，能夠有效地降低誤差，提高了加工的精度，使機械加工企業(yè)獲得更高的經(jīng)濟效益。

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