影響機(jī)械加工精度的主要因素探究

馬吉峰

摘 要：隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)更新突飛猛進(jìn)，產(chǎn)品產(chǎn)量不斷增多與人民對產(chǎn)品質(zhì)量的要求之間的矛盾日益突出，尤其在機(jī)械加工產(chǎn)業(yè)當(dāng)中，產(chǎn)品質(zhì)量對企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益有著決定性的影響。加工精度是衡量加工零件產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)，完善加工工藝，保證加工精度水平，提生產(chǎn)品質(zhì)量，是現(xiàn)代機(jī)械加工企業(yè)成存和發(fā)展的必然之路。文章根據(jù)相關(guān)機(jī)械加工的技術(shù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和筆者自己多年的工作經(jīng)驗(yàn)，對影響機(jī)械加工精度的各種因素以及如何改進(jìn)完善機(jī)械加工工藝進(jìn)行深入的探討和分析。

關(guān)鍵詞：加工精度；機(jī)械加工；技術(shù)工藝

機(jī)械加工是一項(xiàng)十分復(fù)雜的技術(shù)工藝，直接影響機(jī)械加工精度的重要因素即是誤差，在切削過程中，誤差會(huì)直接導(dǎo)致零件本身構(gòu)成的改變，其中刀具外形和傳動(dòng)的雷同都會(huì)造成加工中誤差的出現(xiàn)。

1 加工原理誤差

1.1 采用近似的加工運(yùn)動(dòng)造成的誤差

避免和減小誤差，必須保證切割刀具和加工零件之間運(yùn)動(dòng)關(guān)聯(lián)的精確。然而由于加工零件的質(zhì)地和表面具有一定的特定性，對加工過程造成阻礙，使得加工機(jī)床和夾具無法達(dá)到理論上的絕對精確，導(dǎo)致加工精度不盡如人意，有些特殊情況甚至無法進(jìn)行加工操作。比如模數(shù)螺紋進(jìn)行磨削和車削，由于有π這個(gè)無理因子存在于其導(dǎo)程t=πm式中，導(dǎo)致導(dǎo)程數(shù)值通過配換齒輪來獲得的過程中，發(fā)生原理誤差的現(xiàn)象。

1.2 采用相似的刀具輪廓出現(xiàn)的誤差

由于某些曲面設(shè)計(jì)復(fù)雜，比如漸開線齒輪在通過滾刀的滾切加工過程中，致使加工刀具的刃口無法實(shí)現(xiàn)其理論設(shè)計(jì)的曲線輪廓的加工，實(shí)際加工中，將漸開線基本蝸桿用法向直廓基本蝸桿或者阿基米德基本蝸桿來替代，同時(shí)將其設(shè)計(jì)理論曲線用直觀類似的圓弧或直線來替代，這個(gè)過程中就會(huì)產(chǎn)生加工原理上的誤差。

2 工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差

由于加工過程中產(chǎn)生的傳動(dòng)力、夾緊力、切削力會(huì)導(dǎo)致工藝系統(tǒng)發(fā)生彈性變形，刀具和加工零件原本的精確位置發(fā)生了不同程度的改變。

2.1 切削過程中受力點(diǎn)位置變化引起的誤差

零件加工過程中，由于刀具切削的著力點(diǎn)被工藝系統(tǒng)原有的鋼度影響，出現(xiàn)不同程度的加工系統(tǒng)的變形，直觀上的表現(xiàn)即是加工零件的外形出現(xiàn)誤差。

2.2 切削力大小變化引起的加工誤差

切削過程同時(shí)也會(huì)受到來自加工零件外表的毛坯影響，由于毛坯的外形、大小、材質(zhì)、硬度的不同，導(dǎo)致切削力在切削過程中切削深淺度也會(huì)不停的發(fā)生改變，從而影響切削力發(fā)生改變，間接的促使加工系統(tǒng)外形發(fā)生變化，直觀上表現(xiàn)為經(jīng)過加工的零件與毛坯相比之下，外形雖然相似，卻有著細(xì)小的誤差。加工過程中，傳動(dòng)力、慣性重力、夾緊力等作用力與切削力一起對工藝系統(tǒng)產(chǎn)生改變作用，致使外形改變，出現(xiàn)誤差，這種現(xiàn)象在專業(yè)領(lǐng)域被稱為誤差復(fù)映規(guī)律，產(chǎn)生的加工誤差被稱為誤差復(fù)映，會(huì)對加工精度產(chǎn)生影響。

3 工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差

加工零件過程中，熱源也會(huì)造成工藝系統(tǒng)出現(xiàn)不同程度的熱變形，導(dǎo)致切削刀具與加工零件原本的精確位置發(fā)生變化，運(yùn)動(dòng)關(guān)系出現(xiàn)誤差。由于熱源的分布不均勻、工藝系統(tǒng)的各部位材料、結(jié)構(gòu)也不同，導(dǎo)致這些部件出現(xiàn)的誤差也有會(huì)不同的差異。尤其是精密加工過程中，由熱變形所產(chǎn)生的誤差占加工總誤差量的40%～70%。

3.1 刀具熱變形對加工精度的影響

切削加工過程中，刀具的體積小、熱容量也小，進(jìn)入到刀具的熱量只有總熱量的3%～5%，但是由于切割刀具的熱脹冷縮的特性，也會(huì)造成刀具變形而產(chǎn)生加工誤差。刀具的遇熱變形在粗加工操作中的影響可以忽略不計(jì)，但是對加工精度要求較高的零件加工，切割刀具的遇熱變形就會(huì)產(chǎn)生較大的影響，直觀上會(huì)產(chǎn)生加工零件表面形狀的誤差變化。比如在車削過程中，高速鋼刀具的刃部溫度可以達(dá)到700℃～800℃，其熱伸長量達(dá)到0.03mm～0.05mm。

3.2 機(jī)床熱變形對加工精度的影響

加工機(jī)床的構(gòu)造復(fù)雜，機(jī)床的型號差異、各個(gè)構(gòu)件所處位置的差異，受不均勻的發(fā)熱的時(shí)候，發(fā)熱位置溫度的差異、熱源輻射的差異，各個(gè)構(gòu)件所產(chǎn)生的熱變形也有所差異，對加工精度的影響也會(huì)有所差異。

3.3 工件熱變形對加工精度的影響

切削熱能直接導(dǎo)致加工零件的熱變形，加工措施的差異和加工零件受熱的均衡差異所造成的變形也有所差異。

3.3.1 工件均勻受熱。車、磨軸類件的外圓等均勻受熱的簡單工件，冷卻后其直徑和長度會(huì)發(fā)生收縮現(xiàn)象，出現(xiàn)誤差；針對加工時(shí)長較短的盤類零件、較短的軸套類零件等，其沿工件軸向方向的溫升近似相等。針對長軸等較長的工件加工，進(jìn)行切削時(shí)，其溫度較低，可以忽略。加工零件的溫度和直徑隨著切削的時(shí)間增加而升高和增大，導(dǎo)致其金屬層厚度被切削的越多，經(jīng)冷卻后會(huì)同時(shí)出現(xiàn)圓柱度和徑向尺寸的誤差。精密絲杠等工件對軸向精度要求很高，熱變形時(shí)其軸向伸長會(huì)產(chǎn)生螺距誤差。

3.3.2 工件不均勻受熱。在進(jìn)行薄片類工件的加工時(shí)，由于加工零件的受熱不均勻和不平衡，會(huì)出現(xiàn)工件單面翹曲，冷卻后會(huì)產(chǎn)生凹形的形狀變化和誤差。

4 刀具、夾具的制造誤差及磨損

夾具會(huì)對加工零件的加工精度造成明顯的影響，夾具起到固定加工零件位置的作用，夾具的夾緊、定位、夾具的安裝、導(dǎo)引、分度、以及夾具的磨損程度，都會(huì)對加工零件的加工精度產(chǎn)生直接的影響。加工刀具的磨損會(huì)造成位置誤差，導(dǎo)致加工零件的尺寸發(fā)生變化，而刀具本身的規(guī)格和質(zhì)量，對誤差的產(chǎn)生影響又有著輕重的區(qū)別。1成形刀、成形銑刀、齒輪滾刀等成型刀具會(huì)嚴(yán)重的影響被加工面形狀的精度；2鉆頭、鉸刀、拉刀、槽銑刀等定尺寸刀具影響被加工零件尺寸的精度；3車刀、鏜刀、銑刀等普通刀具則不會(huì)直接影響加工精度。

5 機(jī)床幾何誤差及磨損其對加工精度的影響

機(jī)床是進(jìn)行零件加工的載體，加工零件的精度在一定程度上受到來自機(jī)床本身制造精度的影響，機(jī)床制造的誤差主要包括三個(gè)部分，即主軸回轉(zhuǎn)、導(dǎo)軌以、傳動(dòng)鏈的誤差。

5.1 主軸回轉(zhuǎn)誤差

主軸的回轉(zhuǎn)包括徑向跳動(dòng)、軸向跳動(dòng)、角度擺動(dòng)。加工零件的位置精度和形狀受到其直接作用。加工不一致和誤差的敏感方向的存在，導(dǎo)致其所產(chǎn)生的誤差也有所差異。比如，進(jìn)行外圓和內(nèi)孔的加工，主軸徑向跳動(dòng)會(huì)出現(xiàn)其圓度的誤差，但是端面的加工卻不會(huì)受到影響。而進(jìn)行端面的加工時(shí)，主軸軸向跳動(dòng)會(huì)產(chǎn)生其平面度發(fā)生誤差以及端面的垂直度的誤差。進(jìn)行螺紋的加工過程中，會(huì)產(chǎn)生螺距的誤差。在影響程度上，主軸角度擺動(dòng)、主軸的徑向跳動(dòng)對加工零件的誤差影響程度相近，其中圓度的誤差和圓柱度的誤差都來自主軸角度擺動(dòng)的影響。

5.2 導(dǎo)軌誤差

導(dǎo)軌水平面上的直線度誤差直接作用于加工件的誤差敏感方向即法線方向上，其垂直平面上的直線度誤差可以忽略不計(jì)。在加工中產(chǎn)生晃動(dòng)，改變刀具的切割軌跡，從而造成加工件的形狀出現(xiàn)誤差。

5.3 傳動(dòng)鏈誤差

加工件表面的加工精度受到的主要影響因素之一，即是傳動(dòng)鏈出現(xiàn)的誤差。機(jī)床的傳動(dòng)由蝸桿、括齒、螺母、絲桿、蝸輪等組成，傳動(dòng)機(jī)的數(shù)量越多，傳動(dòng)距離越大，其產(chǎn)生的誤差也就越大，同時(shí)這些部件本身的質(zhì)量、安裝、加工中出現(xiàn)的磨損也會(huì)對加工件的精度產(chǎn)生影響。

6 結(jié)束語

在機(jī)械加工中，誤差是不可能完全避免的，只能盡量的減小，只有找出誤差出現(xiàn)的原因，逐一排查，采用有效的解決方法，才能提高加工精度，提升產(chǎn)品質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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