影響機械加工精度的主要因素探討

黃晨華

(沈陽黎明航空零部件責任有限公司，遼寧 沈陽 110043)

1 因機械加工原理拖導致的加工誤差

1.1 因運用近似的加工運動所導致的加工誤差

在進行加工工作時，為了符合機械加工的基本要求，通常需要在加工零件與刀具之間形成某種運動聯(lián)系，力求獲得合適的加工工作表面。就加工理論而言，工件與刀具之間所構(gòu)成的運動聯(lián)系應當是完全精準的，但在實際加工過程中這種高精準度是很難實現(xiàn)的。在實際加工環(huán)節(jié)，受機床以及夾具復雜性的影響，工件與刀具之間的運動聯(lián)系很難保持較高的加工精度，此時受近似加工運動的影響，便會導致機械加工精度出現(xiàn)誤差，對所加工的零件質(zhì)量形成一定的影響，與零件的標準值之間存在一定的誤差。

1.2 因采用近似于理論的刀具輪廓所導致的加工誤差

為確保機械加工的精度，理論上應采用成型的刀具對機械零件的復雜曲面進行加工，但在實際加工工作中，成型的刀具的刃口很難完全滿足理論上對零件輪廓的標準要求。在實際加工工作當中，通常運用圓弧、直線這些相對簡單的同時又與理論曲線有一定形似度的線形加以替代。此時因刀具輪廓與加工原理存在一定的誤差，此時便會導致機械加工精度受到影響，進而導致所加工的零件質(zhì)量存在一定缺陷。

2 工件加工機床存在幾何誤差造成的不利影響

工件的生產(chǎn)加工任務主要是通過加工機床來完成的。為此，作為工程加工生產(chǎn)的重要機械設備，機床精度對工件加工精度有著決定性的影響。

2.1 加工機床存在的主軸回轉(zhuǎn)誤差對加工精度的影響

加床存在的主軸回轉(zhuǎn)誤差將對工件的具體性狀以及工件加工的具體位置造成最為直接的影響。主軸的回轉(zhuǎn)誤差可以被分解為徑向與軸向跳動以及主軸角度擺動，在具體的加工工作中受加工工件具體表面位置的不同以及主軸回轉(zhuǎn)誤差變現(xiàn)的不同，而導致的加工誤差也各有不同。比如，在進行工件加工時，由于主軸存在徑向跳動誤差，此時便會處于加工狀態(tài)下的工件的外圓或是內(nèi)孔的精度造成一定影響，但主軸的跳動誤差卻不會對工件的端面加工造成不利影響。在機床主軸所存在的三種誤差表現(xiàn)形式當中，主軸的角度擺動誤差與主軸的徑向跳動誤差對工件加工精度的影響較為相似，主軸這兩種誤差表現(xiàn)形式對工件加工精度影響的差別主要體現(xiàn)在，主軸的角度擺動誤差除對加工工件表面的圓度產(chǎn)生影響之外，還會對加工工件表面的圓柱度帶來一定程度的影響。

2.2 加工機床導軌存在誤差對加工精度造成不利影響

機床導軌在機床構(gòu)成零部件中主要其導向以及承載作用，同時可以對機床中主要的零部件的相對位置進行確定，明確零件的運動基準。一旦機床導軌出現(xiàn)誤差將嚴重影響到加工工件的外在形狀。在導軌誤差中對加工精度影響最大的莫過于導軌出現(xiàn)的水平面直線度誤差，這種誤差將被直接的反映在被加工的工件表面的外在法線上。導軌縱向截面對所存在的直線誤差對被加工工件的精度影響不大，通常對被加工工件所造成的影響可以忽略不計。

2.3 加工機床傳動鏈出現(xiàn)誤差導致加工精度受到不利影響

在對工件所進行的切削加工工作都是在機床的傳動機構(gòu)中得以完成的，機床的傳動機構(gòu)主要由：齒輪、螺母、絲桿、蝸桿以及蝸輪等主要傳動元件所構(gòu)成的，傳動元件在進行工件切削加工的過程中會出現(xiàn)不同程度的磨損，傳動元件的個別磨損會對整個傳動機構(gòu)的正常運轉(zhuǎn)造成不利影響，導致傳動鏈出現(xiàn)轉(zhuǎn)動誤差，對機床上被切削的工價質(zhì)量造成影響。構(gòu)成機床傳動機構(gòu)的元件越多，傳動鏈條就會越長，傳動鏈條出現(xiàn)誤差的機率就會變得越大，導致機械加工誤差發(fā)生的機率也會越高。

3 刀具、夾具的制造誤差及磨損

刀具誤差對加工精度的影響隨刀具的種類不同而不同。一般刀具的制造誤差對加工精度沒有直接的影響；定尺寸刀具的尺寸誤差直接影響被加工零件的尺寸精度；成形刀具的誤差主要影響被加工面的形狀精度。而刀具的磨損會直接影響刀具相對被加工表面的位置，造成被加工零件的尺寸誤差，夾具的作用是使工件相對于刀具和機床具有正確的位置，因此夾具的制造誤差對工件的加工精度有很大影響。

4 工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差

4.1 切削過程中受力點位置變化引起的加工誤差

在切削過程中，工藝系統(tǒng)的剛度隨切削力著力點位置的變化而變化，引起系統(tǒng)變形的差異，使被加工表面產(chǎn)生形狀誤差。

4.2 切削力大小變化引起的加工誤差——誤差復映

工件的毛坯外形雖然具有粗略的零件形狀，但它在尺寸、形狀以及表面層材料硬度上都有較大的誤差。毛坯的這些誤差在加工時使切削深度不斷發(fā)生變化，從而導致切削力的變化，進而引起工藝系統(tǒng)產(chǎn)生相應的變形，使得零件在加工后還保留與毛坯表面類似的形狀或尺寸誤差。當然，工件表面殘留的誤差比毛坯表面誤差要小得多。這種現(xiàn)象稱為“誤差復映規(guī)律”，所引起的加工誤差稱為“誤差復映”。除切削力外，傳動力、慣性重力、夾緊力等其他作用力也會使工藝系統(tǒng)的變形發(fā)生變化，從而引起加工誤差，影響加工精度。

5 工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差

機械加工中，工藝系統(tǒng)在各種熱源的作用下產(chǎn)生一定的熱變形。由于工藝系統(tǒng)熱源分布的不均勻性及各環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)、材料的不同，工藝系統(tǒng)各部分的變形產(chǎn)生差異，從而破壞了刀具與工件的準確位置及運動關(guān)系，產(chǎn)生加工誤差。尤其對于精密加工，熱變形引起的加工誤差占總加工誤差的40%-70%。

5.1 機床熱變形對加工精度的影響

機床受熱源的影響，各部分溫度將發(fā)生變化。由于熱源分布的不均勻和機床機構(gòu)的復雜性，機床的各部件發(fā)生不同程度的熱變形，破壞了機床各部件原有的相互位置關(guān)系，影響加工精度。不同類型的機床由于熱源不同，對加工精度影響也不同。

5.2 刀具熱變形對加工精度的影響

盡管在切削加工中傳入刀具的熱量只有3%-5%，但由于刀具的尺寸和熱容量小，故仍有很高的溫升，從而引起刀具的熱伸長，并造成加工誤差。粗加工時刀具的熱變形對加工精度的影響可忽略不計；對于加工要求較高的零件，刀具的熱變形對加工精度影響較大，使加工表面產(chǎn)生形狀誤差。

6 工件加工過程中受熱情況對加工精度所產(chǎn)生的影響

在對工件進行切削加工時，工件與切削工具在相互作用下，會產(chǎn)生大量的熱，而這變形則主要是由于切削熱所導致的。當被切削的工件表面受熱不均勻時，待切削加工結(jié)束，車、磨軸類加工零件的切削熱逐漸消除冷卻后，此類工件外圓的直徑或是長度便會因切削熱的冷卻作用而有所收縮，此時便會導致被切削的工件在尺寸上產(chǎn)生誤差。此外在對長度較長的工件進行切削時，初始階段的切削，被切削工件表面的溫度并不是很高，但隨著切削時間的逐步延長，被切削的工件表面的溫度會逐步升高，此時便會導致被切削的工件直徑會變得越來越大，此時被切去的金屬層厚度也會開始逐漸變大，待切削加工工作結(jié)束之后，被加工工件表面溫度冷卻，此時工件便會出現(xiàn)徑向尺寸誤差，甚至還會導致被加工工件出現(xiàn)圓柱度誤差。

工件不均勻受熱。當工件受熱不均時，例如磨削零件單一表面，由于工件單面受熱而產(chǎn)生向上翹曲變形，加工冷卻后將形成中凹的形狀誤差，這種現(xiàn)象對于加工薄片類零件尤為突出。

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