機(jī)械加工精度誤差產(chǎn)生原因及對(duì)策探討

摘要：文章主要圍繞機(jī)械加工精度誤差產(chǎn)生原因及對(duì)策展開(kāi)探討，首先對(duì)加工精度與加工誤差的概念進(jìn)行了闡述，并分析誤差產(chǎn)生的原因，然后，在此基礎(chǔ)上提出了關(guān)于減少誤差、提高機(jī)械加工精度的應(yīng)對(duì)之策。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工；誤差；精度

中圖分類(lèi)號(hào)：TH161 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006—8937（2012）23—0103—02

1 加工精度與加工誤差

加工精度即機(jī)械零件加工后，其實(shí)際幾何參數(shù)與預(yù)期幾何參數(shù)的契合度。通常情況下，實(shí)際加工與理想零件或多或少會(huì)存在誤差，不可能完全一致，這種偏差就是加工誤差，即機(jī)械零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)與之前的理想幾何參數(shù)是有偏頗的。

1.1 原始誤差

眾所周知，機(jī)械加工工藝系統(tǒng)是由機(jī)床、刀具、工件以及夾具構(gòu)成，其會(huì)有各式各樣的誤差，在不同的工作環(huán)境和條件下，這些誤差通過(guò)各種各樣的方式來(lái)反襯工件的加工誤差。對(duì)于工藝系統(tǒng)的原始誤差來(lái)說(shuō)，除了有幾何誤差、定位誤差、調(diào)整誤差、測(cè)量誤差外，還有因受力或受熱變形而帶來(lái)的加工誤差，除此之外，還有工件內(nèi)應(yīng)力重新調(diào)整引起的變形以及原理誤差等。

1.2 工藝系統(tǒng)集合誤差

1.2.1 機(jī)床幾何誤差

一般情況下，與工件的成形運(yùn)動(dòng)相比，加工中刀具是借助機(jī)床來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以說(shuō)，機(jī)床的精度直接受工件的加工精度影響。機(jī)床制造誤差中除了主軸回轉(zhuǎn)誤差、導(dǎo)軌誤差對(duì)工件加工精度有影響外，傳動(dòng)鏈誤差對(duì)其影響也很大。在很大程度上，機(jī)床工作精度會(huì)因機(jī)床的磨損而降低。

1.2.2 主軸回轉(zhuǎn)誤差

對(duì)于裝夾工件或刀具來(lái)說(shuō)，機(jī)床主軸既是其基準(zhǔn)，又是其接收運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力的源泉，加工工件的精度直接取決于主軸回轉(zhuǎn)誤差。從某種意義上來(lái)講，主軸回轉(zhuǎn)誤差就是主軸某一刻的實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與其平均回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)間的變動(dòng)值。

主軸回轉(zhuǎn)誤差的基本形式除了有徑向圓跳動(dòng)、軸向竄動(dòng)外，還有角度擺動(dòng)。引發(fā)主軸徑向回轉(zhuǎn)誤差的誘因除了有主軸幾段軸頸的同軸度誤差、軸承之間的同軸度誤差外，還有軸承本身的各種誤差、主軸繞度等。主軸回轉(zhuǎn)誤差因加工方法的不同，其帶來(lái)的加工誤差也不盡相同。

1.2.3 導(dǎo)軌誤差

通常情況下，導(dǎo)軌既是機(jī)床運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)，又是機(jī)床上明確各機(jī)床部件相應(yīng)位置的基準(zhǔn)。車(chē)床導(dǎo)軌的精度要求既體現(xiàn)在水平面以及垂直面內(nèi)的直線(xiàn)度，還體現(xiàn)在前后導(dǎo)軌的平行度。引發(fā)導(dǎo)軌誤差的因素除了有其自身誤差外，還有其不均衡磨損以及安裝質(zhì)量問(wèn)題。導(dǎo)致機(jī)床精度越來(lái)越低的原因之一就是導(dǎo)軌磨損度越來(lái)越高。

1.2.4 傳動(dòng)鏈誤差

在傳動(dòng)鏈?zhǔn)级撕湍┒酥g，各傳動(dòng)元件之間所存在的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的誤差就是傳動(dòng)鏈誤差。通常情況下，傳動(dòng)鏈誤差通過(guò)其末端元件的轉(zhuǎn)角誤差來(lái)體現(xiàn)。

1.3 刀具的幾何誤差

無(wú)論何種刀具只要進(jìn)行切削，磨損是在所難免的，同時(shí)工件尺寸及形態(tài)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。降低刀具尺寸磨損是講究方法策略的：首先，對(duì)于刀具材料要精挑細(xì)選，選擇那些既耐磨性能又高的刀具材料。其次，對(duì)刀具幾何參數(shù)和切削用量選用要恰到好處。再次，對(duì)刃磨刀具進(jìn)行規(guī)范化；最后，合理地使用冷卻液等。

1.4 定位誤差

1.4.1 基準(zhǔn)不重合誤差

基準(zhǔn)主要有兩大類(lèi)，分別是設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)。設(shè)計(jì)基準(zhǔn)是指在零件設(shè)計(jì)圖上用以確定其它點(diǎn)、線(xiàn)及表面位置時(shí)的基準(zhǔn)。工藝基準(zhǔn)主要包括工序基準(zhǔn)、測(cè)量基準(zhǔn)和定位基準(zhǔn)三部分。通常定位基準(zhǔn)要同設(shè)計(jì)基準(zhǔn)相互重合。在加工工件過(guò)程中，必須以工件上部分幾何要素為定位基準(zhǔn)對(duì)工件進(jìn)行定位，一旦出現(xiàn)定位基準(zhǔn)同設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合現(xiàn)象，就會(huì)導(dǎo)致基準(zhǔn)不重合誤差的產(chǎn)生。

1.4.2 定位副制造不準(zhǔn)確誤差

夾具上的定位元件能夠保證工件在夾具上處于正確位置。不過(guò)在制造定位元件時(shí)無(wú)法保證實(shí)際尺寸同基本尺寸完全相同，通常定位元件的實(shí)際尺寸在規(guī)定的范圍內(nèi)有一定變動(dòng)。與此同時(shí)，在制造工件定位面過(guò)程中也會(huì)存在一定的誤差。定位副主要由定位元件和工件定位面構(gòu)成。定位副制造不準(zhǔn)確誤差指因定位副制造失真及其配合間隙造成加工工件位置發(fā)生變化而產(chǎn)生的誤差。

1.5 工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差

1.5.1 工件剛度

在工藝系統(tǒng)中，如果工件剛度比夾具、刀具低的話(huà)，就會(huì)在高速切削過(guò)程中產(chǎn)生變形現(xiàn)象，從而對(duì)工件精度產(chǎn)生較大影響，根據(jù)材料力學(xué)中相關(guān)計(jì)算公式可對(duì)工件最大變形量進(jìn)行計(jì)算。

1.5.2 刀具剛度

由于外圓車(chē)刀在機(jī)加工表明法線(xiàn)方向具有較強(qiáng)的剛度，因此它基本不存在變形現(xiàn)象。而鏜直徑比較小的內(nèi)孔，由于刀桿剛度明顯不強(qiáng)很容易影響孔加工的精細(xì)度。同樣也可以按材料力學(xué)中有關(guān)公式對(duì)刀桿變形量進(jìn)行估算。

1.5.3 機(jī)床部件剛度

機(jī)床部件是由數(shù)量眾多的零件構(gòu)成的，到目前為止，并沒(méi)有一種適合計(jì)算其剛度的方法出現(xiàn)，通常都采用實(shí)驗(yàn)手段對(duì)其剛度進(jìn)行測(cè)定。通過(guò)對(duì)機(jī)床剛度實(shí)驗(yàn)獲得的曲線(xiàn)進(jìn)行分析可知，其特點(diǎn)主要為變形同載荷之間不存在線(xiàn)性關(guān)系；加載與卸載這兩條曲線(xiàn)并不重合，加載曲線(xiàn)要領(lǐng)先卸載曲線(xiàn)；只有歷經(jīng)反復(fù)的加載和卸載，才會(huì)逐漸消除殘余變形的存在，使得加載曲線(xiàn)的起點(diǎn)同卸載曲線(xiàn)的重點(diǎn)相互重合；我們以實(shí)體進(jìn)行估算出的機(jī)床部件剛度值要大于其實(shí)際的剛度值。

1.6 工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差

工藝系統(tǒng)中由熱變形導(dǎo)致的誤差也會(huì)對(duì)加工精度產(chǎn)生較大影響，尤其在進(jìn)行精密加工及大件加工過(guò)程中，這種影響會(huì)十分明顯，工件總誤差的40%～70%都是由工藝系統(tǒng)中的熱變形引起的。

2 提高機(jī)械加工精度的措施

2.1 減少原始誤差

盡最大努力提升加工零件時(shí)用到的機(jī)床、夾具以及量具等部件的幾何精度，并對(duì)工藝系統(tǒng)中因受熱、切削力以及內(nèi)應(yīng)力所引起的變形進(jìn)行控制等都屬于減少原始誤差的手段。對(duì)那些精密零件進(jìn)行加工過(guò)程中，為了減少原始誤差，應(yīng)竭盡全力來(lái)提升精密機(jī)床的剛度及精度；在加工那些表面已經(jīng)成形的零件時(shí)，主要從兩方面來(lái)減少原始誤差：一是減低成形刀具的形狀誤差，二是減少刀具安裝過(guò)程中產(chǎn)生的誤差。

2.2 誤差補(bǔ)償法

所謂誤差補(bǔ)償法就是在加工零件時(shí)，故意出現(xiàn)一些誤差，從而與原始誤差相互抵消，或者使兩個(gè)原始誤差相互抵消，進(jìn)而起到提升機(jī)械加工精度的作用。

比如，采用預(yù)加載荷法對(duì)導(dǎo)軌變形所造成的精度下降現(xiàn)象進(jìn)行補(bǔ)償。由于磨穿床身導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)狹長(zhǎng)、剛度較低的特性，在進(jìn)行精加工時(shí)，雖然其三項(xiàng)精度都可以達(dá)到要求，不過(guò)在安裝完進(jìn)給和操作機(jī)構(gòu)后，就會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)軌出現(xiàn)變形從而影響加工精度，采用預(yù)加載荷法可彌補(bǔ)這一損失。另外在進(jìn)行精密螺紋加工過(guò)程中，絲杠車(chē)床傳動(dòng)鏈所導(dǎo)致的誤差會(huì)直接影響到加工精度，而在絲杠機(jī)床上安裝校正機(jī)構(gòu)可以有效減少傳動(dòng)鏈誤差，從而達(dá)到提高加工精度的目的，圖1即螺紋加工校正裝置分解圖。

2.3 分化或均化原始誤差

采用分化或均化原始誤差法也能夠有效提高機(jī)械加工精度。分化原始誤差法適用于批量生產(chǎn)的零件，那些對(duì)加工精度具有較高要求的零件表面適合采用均化原始誤差法提高加工精度。

2.3.1 分化原始誤差

以誤差反映規(guī)律為理論依據(jù)，將所加工工件的毛坯或者是上一道加工工序的工件尺寸經(jīng)過(guò)測(cè)量后，以尺寸大小劃分為n組，這樣每一組工件的尺寸范圍就會(huì)變?yōu)樵瓉?lái)的1/n。然后以每組的尺寸范圍對(duì)刀具進(jìn)行調(diào)整，使劃分出每組工件的尺寸范圍中心保持一致，從而有效提高整批工件的加工精度。

2.3.2 均化原始誤差

均化原始誤差法就是采用不斷對(duì)比加工的方法，對(duì)工件表面誤差進(jìn)行均化從而提高精度的過(guò)程。具體方法就是將所加工工件同與其關(guān)系較為密接的工件進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)二者之間的不同點(diǎn)，然后有針對(duì)性實(shí)施修正或基準(zhǔn)加工來(lái)消除誤差。

2.4 轉(zhuǎn)移原始誤差

事實(shí)上，轉(zhuǎn)移原始誤差法就是對(duì)誤差敏感度的轉(zhuǎn)移。在加工零件過(guò)程中，如果原始誤差出現(xiàn)在加工敏感方向上，就會(huì)對(duì)精度產(chǎn)生很大影響，如果出現(xiàn)在非敏感方向上，就會(huì)將精度影響降到最低。因此，在進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)，要設(shè)法將原始誤差轉(zhuǎn)移到對(duì)加工精度影響最低，或者是沒(méi)有影響的非敏感方向，從而達(dá)到提高加工精度的目的。

3 結(jié) 語(yǔ)

無(wú)論加工任何工件，產(chǎn)生誤差現(xiàn)象都是在所難免的，要想盡最大限度消除誤差對(duì)加工精度的影響，就要對(duì)所有能夠產(chǎn)生誤差的因素進(jìn)行細(xì)致的研究與分析，并采用各種有效措施預(yù)防或減低加工誤差，以達(dá)到提高機(jī)械加工精度的目的。

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