機(jī)械加工質(zhì)量的分析與控制

宋金鵬

摘 要：文章簡要介紹了機(jī)械加工精度的定義和造成加工誤差出現(xiàn)的原因，并提出了提高機(jī)械加工精度的措施。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工精度；誤差；分析

機(jī)械加工是指利用機(jī)床等機(jī)械作為加工工具，按照?qǐng)D紙要求對(duì)物料的外形進(jìn)行車、銑、刨、磨等加工工序，從而得到誤差在一定要求范圍的工件。由誤差就引出了關(guān)于機(jī)械加工精度的概念，文章就機(jī)械加工這一概念進(jìn)行闡述，并對(duì)引起誤差的原因，誤差的分類和怎樣減小誤差的措施進(jìn)行了分析。

1 機(jī)械加工精度的含義

機(jī)械加工精度是指對(duì)毛坯件進(jìn)行加工后所得到的工件的實(shí)際外形尺寸和設(shè)計(jì)工件時(shí)所希望得到的外形尺寸的相似度。而工件實(shí)際達(dá)到尺寸和希望達(dá)到尺寸的差異值表現(xiàn)為機(jī)械的加工精度。它們之間的差異越大則精度越低，同理差異越小相似度越高則精度越高。

加工精度主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：尺寸精度，用來限制工件的加工表面與其基準(zhǔn)間尺寸誤差不得超過一定的范圍。幾何形狀精度，幾何形狀精度用來限制加工表面宏觀幾何形狀誤差，如圓度、圓柱度、平面度、直線度等。相互位置精度，相互位置精度用來限制加工表面與其基準(zhǔn)間的相互位置誤差，如平行度、垂直度、同軸度、位置度等。

同一批產(chǎn)品即使在相同的條件下生產(chǎn)加工出來，由于其它各種原因和加工因素的影響，其加工精度總會(huì)存在一定的差別，即加工誤差。誤差不可避免，只要誤差能控制在一定的范圍內(nèi)，能夠滿足機(jī)器使用性能的要求。文章將就加工誤差產(chǎn)生的原因和怎樣減小造成加工誤差的措施來達(dá)到選取合適的加工工藝，從而能夠提高效率和經(jīng)濟(jì)性。

2 機(jī)械加工產(chǎn)生誤差的種類和造成誤差的主要原因

機(jī)械加工產(chǎn)生的誤差分為系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差、靜態(tài)誤差、切削狀態(tài)誤差與動(dòng)態(tài)誤差。凡是誤差的大小和方向均已被掌握，則為系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差又分為常值系統(tǒng)誤差和變值系統(tǒng)誤差。常值系統(tǒng)誤差的數(shù)值是不變的。如機(jī)床、夾具、刀具和量具等制造的誤差都是常值的。變值誤差是誤差的大小和方向按一定規(guī)律變化如刀具在正常磨損時(shí)，其磨損值與時(shí)間成線性正比關(guān)系，它是線性變值系統(tǒng)誤差，而刀具受熱伸長，其伸長量和時(shí)間就是非線性變值系統(tǒng)誤差，凡是沒有被掌握誤差規(guī)律的，則為隨機(jī)誤差。從誤差是否與切削狀態(tài)有關(guān)來分，可分為靜態(tài)誤差與切削狀態(tài)誤差。

零件加工的誤差是由于工件與刀具在切削過程中相互位置發(fā)生變動(dòng)而造成。工件和刀具安裝在夾具和機(jī)床上，工件、刀具、夾具、機(jī)床構(gòu)成了一個(gè)完整的工藝系統(tǒng)。工藝系統(tǒng)的種種誤差，是造成零件加工誤差的根源，故稱之為原始誤差。原始誤差分為了加工前誤差和加工中誤差和加工后誤差。

加工前誤差包括：加工原理誤差、調(diào)整誤差、機(jī)床誤差、夾具誤差、工件裝夾誤差、刀具制造誤差等，加工中誤差包括：工藝系統(tǒng)受力變形、工藝系統(tǒng)熱變形、刀具磨損等，加工后誤差包括：殘余應(yīng)力引起變形、測量誤差等。

2.1 機(jī)床本身造成的誤差

機(jī)床是機(jī)械加工的主要工具，而機(jī)床本身的制造安裝誤差將直接影響到工件的加工精度。（1）主軸回轉(zhuǎn)誤差：主軸回轉(zhuǎn)時(shí)實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線與理想回轉(zhuǎn)軸線的偏移量，主要包括主軸的端跳動(dòng)和徑向跳動(dòng)。（2）導(dǎo)軌的精度包括在水平面內(nèi)的直線度、在垂直面內(nèi)的直線度、前后導(dǎo)軌的平行度。（3）機(jī)床的定位精度垂直度等。

2.2 刀具造成的誤差

不同的刀具對(duì)加工精度的影響不同。機(jī)械加工中常用的刀具有：一般刀具、定尺寸刀具和成形刀具。定尺寸刀具（如鉆頭、鉸刀、拉刀等）的尺寸誤差直接影響加工工件的尺寸精度。刀具在安裝使用中不當(dāng)，也將影響加工精度。成形刀具和展成刀具（如成形車刀、成形銑刀及齒輪刀具等）的制造誤差，直接影響被加工表面的形狀精度。采用定尺寸刀具成形刀具展成刀具加工時(shí)，刀具的制造誤差會(huì)直接影響工件的加工精度。夾具誤差與裝夾誤差?yuàn)A具誤差主要是指夾具的定位元件、導(dǎo)向元件及夾具體等的加工與裝配誤差，它將直接影響工件加工表面的位置精度或尺寸精度，對(duì)被加工工件的位置誤差影響最大。

2.3 定位誤差

當(dāng)在加工時(shí)，如果加工選取的工序基準(zhǔn)和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合將會(huì)造成基準(zhǔn)不重合誤差。二是夾具上用來定位的夾具在制造時(shí)總是帶有一定的誤差，而這部分誤差將直接累積到工件加工時(shí)的誤差中。

2.4 工件在加工時(shí)受力變形

工件和機(jī)床的剛性不一樣，因此在加工過程中如果工件的剛度低，將會(huì)在吃刀受力時(shí)產(chǎn)生一定的變形從而造成加工誤差。而如果工件剛度高而機(jī)床的剛性低則在加工時(shí)刀具或夾具等會(huì)在加工時(shí)產(chǎn)生讓刀從而對(duì)加工精度造成影響。

2.5 工件受熱變形引起的誤差

工藝系統(tǒng)在各種熱源的影響下會(huì)產(chǎn)生很復(fù)雜的變形，導(dǎo)致工件產(chǎn)生加工誤差。

2.6 調(diào)整誤差

在工序的調(diào)整工作中所存在的誤差即調(diào)整誤差，一次調(diào)整后存在的誤差對(duì)這一批零件的影響是不變的。但大批量加工中存在多次調(diào)整，不可能每次完全相同。對(duì)全部零件來說，每次調(diào)整誤差為偶然性誤差。機(jī)床調(diào)整誤差可理解為零件尺寸分布曲線中心的最大偏移量。

3 提高加工精度的措施

3.1 消除或減少原始誤差

如加工細(xì)長軸時(shí)易產(chǎn)生彎曲和振動(dòng)，增大主偏角減小背向力，使用跟刀架或中心架增加工件剛度。但在進(jìn)給力作用下，會(huì)因“壓桿失穩(wěn)”而被壓彎；在切削熱的作用下，工件會(huì)變長，也將產(chǎn)生變形。采取措施：采用反向進(jìn)給的切削方法，使用彈性的尾座頂尖。

3.2 誤差補(bǔ)償法

利用原有誤差或制造誤差來抵消原始誤差。如龍門銑床因銑削頭自重產(chǎn)生下凹變形，刮研橫梁導(dǎo)軌使上凸；加工曲軸時(shí)前后刀架同時(shí)切削，徑向力方向相反；精磨磨床床身導(dǎo)軌預(yù)加載荷，用配重代替工作時(shí)的部件等。

3.3 誤差分組法

在加工中，對(duì)于毛坯誤差、定位誤差而引起的工序誤差，可采取分組的方法來減少其影響。誤差分組法是把毛坯或上道工序加工的工件尺寸經(jīng)測量按大小分為n組，每組工件的尺寸誤差范圍就縮減為原來的1/n。然后按各組分別調(diào)整刀具與工件的相對(duì)位置或選用合適的定位元件，使各組工件的尺寸分散范圍中心基本一致，以使整批工件的尺寸分散范圍大大縮小。這方法比起一味提高毛坯或定位基準(zhǔn)的精度要經(jīng)濟(jì)得多。例如某廠采用心軸裝夾工件剃齒，由于配合間隙太大，剃齒后工件齒圈徑向圓跳動(dòng)超差。為不用提高齒坯加工精度而減少配合間隙，采用誤差分組法，將工件內(nèi)孔尺寸按大小分成4組，分別與相應(yīng)的4根心軸之一相配合，保證了剃齒的加工精度要求。

3.4 誤差平均法

誤差平均法就是利用有密切聯(lián)系的表面之間的相互比較和相互修正或者利用互為基準(zhǔn)進(jìn)行加工，以達(dá)到很高的加工精度。例如，對(duì)配合精度要求很高的軸和孔，常采用研磨的方法來達(dá)到。研具本身的精度并不高，分布在研具上的磨料粒度大小也可能不一樣，但由于研磨時(shí)工件與研具間作復(fù)雜的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使工件上各點(diǎn)均有機(jī)會(huì)與研具的各點(diǎn)相互接觸并受到均勻的微量切削。高低不平處逐漸接近，幾何形狀精度也逐步共同提高，并進(jìn)一步使誤差均化，因此，就能獲得精度高于研具原始精度的加工表面。又如三塊一組的精密標(biāo)準(zhǔn)平板，就是利用三塊平板相互對(duì)研，配刮的方法加工的。因?yàn)槿龎K平板要能夠分別兩兩密合，只有在都是精確平面的條件下才有可能。此時(shí)誤差平均法是通過對(duì)研、配刮加工使被加工表面原有的平面度誤差不斷縮小而使誤差均化的。

4 結(jié)束語

在機(jī)械加工過程中，誤差總是會(huì)發(fā)生。只有對(duì)誤差產(chǎn)生的原理和原因進(jìn)行理解和大量的分析基礎(chǔ)上，才能對(duì)減小或消除誤差，從而有效提高機(jī)加工的精度。

參考文獻(xiàn)

[1]鄭渝.機(jī)械結(jié)構(gòu)損傷檢測方法研究[D].太原理工大學(xué)，2004.