影響機(jī)械加工精度的因素及提高措施

李興瑞

（1.河南理工大學(xué)，焦作 454150；2.鶴壁煤業(yè)技師學(xué)院，鶴壁 458000）

影響機(jī)械加工精度的因素及提高措施

李興瑞1,2

（1.河南理工大學(xué)，焦作 454150；2.鶴壁煤業(yè)技師學(xué)院，鶴壁 458000）

在機(jī)械工藝加工過(guò)程中，零件的加工精度受到工藝系統(tǒng)、加工誤差以及內(nèi)應(yīng)力等諸多因素的影響，而這些因素的變化會(huì)深刻影響一批零件的最終質(zhì)量。因此，提高工件的機(jī)械加工精度，從某種角度來(lái)說(shuō)，就是提高工藝零件的整體質(zhì)量。本文主要對(duì)影響機(jī)械加工精度的相關(guān)因素進(jìn)行深入有效的研究和分析，以解決機(jī)械加工過(guò)程中的一些不利因素，提高機(jī)械加工的精度。

機(jī)械加工精度 零件質(zhì)量 加工工藝 影響因素

引言

機(jī)械加工精度是評(píng)判一批零件工藝質(zhì)量的關(guān)鍵性指標(biāo)。具體來(lái)講，機(jī)械加工精度指的是毛坯件經(jīng)過(guò)操作工人系統(tǒng)的加工后，所呈現(xiàn)出的形狀、尺寸以及表面的粗糙度等要素的實(shí)際測(cè)量值與理論設(shè)計(jì)值之間的符合程度。實(shí)際測(cè)量值與理論值的差別越小，說(shuō)明機(jī)械加工精度越高。在實(shí)際機(jī)械加工過(guò)程中，機(jī)械加工誤差的存在無(wú)法避免。但是，可以通過(guò)總結(jié)機(jī)械加工的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，掌握機(jī)械加工誤差存在的一般規(guī)律，從而采取有效的措施和方法來(lái)提高機(jī)械加工水平，縮小機(jī)械加工過(guò)程中可以避免的誤差值，提高機(jī)械加工的精度。

1 影響機(jī)械加工精度的因素

在機(jī)械加工過(guò)程中，許多因素都能夠直接影響機(jī)械在加工零件時(shí)的精度，且不同的因素也會(huì)對(duì)工件的質(zhì)量造成不同程度的影響。其中，最重要的因素之一就是加工誤差。具體來(lái)說(shuō)，加工誤差主要可以分為三種，即加工前的誤差、加工中的誤差以及加工后的誤差。加工前的誤差主要包括加工系統(tǒng)中本身存在原理誤差、工具誤差和機(jī)床系統(tǒng)中的幾何誤差等；加工中的誤差主要是由于受力和受熱導(dǎo)致的工具變形及磨損所產(chǎn)生的誤差；加工后的誤差則是由工件內(nèi)部存在的內(nèi)應(yīng)力和物理度量等因素造成的誤差。在這幾個(gè)主要因素中，原理誤差、系統(tǒng)誤差、內(nèi)應(yīng)力誤差以及工藝系統(tǒng)因受力和受熱所產(chǎn)生的誤差，是影響機(jī)械加工精度的關(guān)鍵因素。

1.1 加工原理誤差對(duì)加工精度的影響

加工原理誤差主要產(chǎn)生于機(jī)械加工過(guò)程中。在實(shí)際的機(jī)械操作中，工件實(shí)際的運(yùn)動(dòng)軌跡只是類(lèi)似于理論軌跡，與理想情況存在一定的差距。因此，在這種情況下生產(chǎn)出來(lái)的零件的實(shí)際形狀與理想形狀之間存在誤差。例如，齒輪滾刀加工齒輪在加工過(guò)程中所產(chǎn)生的誤差是實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中最典型的誤差。其中，一種是切削刃的齒廓軌跡造成的誤差。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，為了減輕機(jī)械加工過(guò)程的難度，一般采用阿基米德蝸桿和法向直廓蝸桿替代經(jīng)常在齒輪加工過(guò)程中使用的漸開(kāi)線蝸桿。另外一種是在齒輪加工過(guò)程中所用的滾刀的齒數(shù)非常有限，且滾刀在實(shí)際加工環(huán)境中運(yùn)動(dòng)出來(lái)所形成的軌跡是一個(gè)曲折線，這也是原理誤差產(chǎn)生的原因之一。同時(shí)，在進(jìn)行蝸桿加工時(shí)經(jīng)常使用的是無(wú)理數(shù)，并對(duì)其產(chǎn)生的數(shù)值進(jìn)行了簡(jiǎn)化，從而產(chǎn)生了螺距誤差。需要注意的是，誤差并不是一個(gè)必須回避的問(wèn)題。機(jī)械工藝的加工過(guò)程中允許有一定的加工原理誤差存在，因?yàn)檎`差在機(jī)械加工過(guò)程中無(wú)法避免。但是，可以通過(guò)一定的努力，及時(shí)采取有效的誤差控制措施盡量減少誤差。

1.2 幾何誤差對(duì)機(jī)械加工精度造成的影響

工藝系統(tǒng)中普遍存在幾何誤差。究其原因，主要是在加工系統(tǒng)中使用的工具如機(jī)床、刀具以及夾具等會(huì)有大大小小的幾何誤差存在，且即使開(kāi)始使用時(shí)沒(méi)有誤差存在，也會(huì)在以后的加工使用中產(chǎn)生磨損誤差和調(diào)整誤差，從而影響機(jī)械加工的精度。工藝系統(tǒng)的幾何誤差是工具系統(tǒng)本身固有且不可改變的，會(huì)在加工過(guò)程中最終對(duì)被加工零件造成一定的質(zhì)量影響。

在機(jī)械加工過(guò)程中，工件的加工過(guò)程主要由機(jī)床來(lái)完成。因此，精度越高的機(jī)床能夠制作出高精度工件的可能性也就相對(duì)越高，反之亦然。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，機(jī)床的主軸在回轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的誤差，導(dǎo)軌在運(yùn)行過(guò)程中也會(huì)有一定程度的誤差出現(xiàn)，甚至機(jī)床的傳動(dòng)鏈在啟動(dòng)過(guò)程中也會(huì)與理想情況存在一定偏差。傳動(dòng)鏈誤差和刀具及夾具所產(chǎn)生的誤差相似，主要是由組裝的各個(gè)環(huán)節(jié)的制造誤差和裝配誤差造成。

1.3 工藝系統(tǒng)誤差對(duì)加工精度的影響

機(jī)械加工系統(tǒng)中的工藝系統(tǒng)也是產(chǎn)生誤差的重要環(huán)節(jié)，其會(huì)對(duì)機(jī)械的加工精度造成不小的影響。具體的，根據(jù)導(dǎo)致誤差產(chǎn)生的因素的不同，可以將其分為受力變形導(dǎo)致的誤差和工藝系統(tǒng)受熱導(dǎo)致變形而造成的系統(tǒng)誤差兩種。在機(jī)械工藝制作過(guò)程中，由于工藝系統(tǒng)中的零件會(huì)受到來(lái)自不同方向、不同力度的作用力，長(zhǎng)期下來(lái)就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)工具的變形，從而使工件和切削刀刃之間的位置關(guān)系發(fā)生改變，最終導(dǎo)致加工誤差的形成。但是，由于受外力因素產(chǎn)生的誤差可以通過(guò)增強(qiáng)機(jī)械工具的接觸面的強(qiáng)度來(lái)減少。而熱變形造成的誤差則是由于工藝零件長(zhǎng)期受到主外界熱源的影響而產(chǎn)生的變形，從而使得機(jī)械加工的精度降低。具體來(lái)說(shuō)，工藝系統(tǒng)因受熱導(dǎo)致誤差的原因，主要包括以下兩種：（1）摩擦生熱，在加工工件時(shí)，機(jī)床的各個(gè)部件均會(huì)因接觸摩擦而產(chǎn)生熱量，長(zhǎng)期摩擦產(chǎn)生的熱量足以導(dǎo)致工藝系統(tǒng)變形產(chǎn)生誤差[1]；（2）刀具在切削加工過(guò)程中產(chǎn)生熱量，由于刀具的體積和熱容量都很小，因此在切削加工過(guò)程中，熱量會(huì)集中在切削部位，從而產(chǎn)生高溫高熱，而過(guò)高的溫度會(huì)導(dǎo)致加工出來(lái)的工件品質(zhì)下降。

1.4 工件內(nèi)應(yīng)力對(duì)機(jī)械加工精度的影響

由于工件在加工過(guò)程中受到多種作用力的影響，會(huì)在內(nèi)部有殘余內(nèi)應(yīng)力的存在，而內(nèi)應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致工件內(nèi)部組織產(chǎn)生變化。因此，存在內(nèi)應(yīng)力的工件在機(jī)械加工過(guò)程中是極其不穩(wěn)定的。

2 提高機(jī)械加工精度的措施

總體來(lái)說(shuō)，要想減少在機(jī)械加工過(guò)程中產(chǎn)生的誤差，就要對(duì)可能造成工件誤差的各種因素進(jìn)行具體分析，有針對(duì)性地提高加工精度要求，并采取相應(yīng)的措施減小誤差，從而達(dá)到提高工件質(zhì)量的目的。上文我已經(jīng)逐個(gè)分析了在機(jī)械加工過(guò)程中產(chǎn)生誤差的幾種因素，事實(shí)上，對(duì)于一些誤差的產(chǎn)生，可以通過(guò)采取某種工藝措施來(lái)避免或者消除。

2.1 采取有效措施來(lái)減少誤差

例如：采用“大主偏角反向切削法”來(lái)切割較為細(xì)長(zhǎng)的車(chē)軸。這種方法能夠很好地消除由于受力不均導(dǎo)致車(chē)軸變形而造成的誤差。

2.2 補(bǔ)償誤差法

補(bǔ)償誤差法主要是為了減少誤差對(duì)工藝質(zhì)量的影響。機(jī)械工人一般會(huì)有意識(shí)地人為制造一種新型的誤差，并利用這種誤差來(lái)對(duì)機(jī)械加工中所產(chǎn)生的固有誤差進(jìn)行抵消，從而有效避免影響機(jī)械加工精度的誤差產(chǎn)生。這種“以毒攻毒”的辦法主要應(yīng)用于無(wú)法通過(guò)提高機(jī)械加工工藝來(lái)提高加工精度的情況。通過(guò)人為制造誤差的方法來(lái)平衡掉工藝誤差，可有效提高工件的加工質(zhì)量[2]。

2.3 誤差分組法

一批合格零件的產(chǎn)生一般都會(huì)經(jīng)過(guò)多道機(jī)械加工程序。在這個(gè)過(guò)程中，每一道工序中所產(chǎn)生的誤差都會(huì)給下面一道工序造成一定的影響，從而造成誤差的不斷擴(kuò)大。在大批量的零件加工過(guò)程中，為了解決這個(gè)實(shí)際問(wèn)題，可以按誤差的大小進(jìn)行分組。具體來(lái)說(shuō)，就是按照產(chǎn)生誤差的大小，將上一道工序中加工的零件分成多組，使每組零件的誤差范圍在原來(lái)的基礎(chǔ)上大幅縮小，分組后再對(duì)每組的誤差分別進(jìn)行有效調(diào)整，從而達(dá)到提高加工精度的目的。

2.4 轉(zhuǎn)移誤差法

轉(zhuǎn)移誤差法主要是指將產(chǎn)生誤差的工藝系統(tǒng)中的諸多因素轉(zhuǎn)移到對(duì)誤差不敏感的方向和位置上，從而使加工過(guò)程的誤差對(duì)機(jī)械加工精度的影響降低，加工出高精度、高質(zhì)量的零件。

3 結(jié)語(yǔ)

機(jī)械加工過(guò)程中的誤差是必然存在且不能避免的，但在實(shí)際生產(chǎn)中可以采取有效措施和方法來(lái)控制誤差的產(chǎn)生，使誤差產(chǎn)生在可控范圍內(nèi)，從而達(dá)到提高機(jī)械加工精度的目的。

[1]許軍峰，吳英.提高機(jī)械加工精度的具體措施分析[J].科技資訊，2015，（1）：4-9.

[2]楊良軍.淺析機(jī)械加工精度[J].科技展望，2015，（6）：12-13.

Factors Affecting Machining Accuracy and Improving Measures

LI Xingrui1,2
(1.Henan Institute of Technology, Jiaozuo 454150; 2.Hebi Coal Industry Technician College, Hebi 458000)

In machining process, the machining accuracy of parts is affected by many factors such as process system, machining error and internal stress. The change of these factors will affect the final quality of a batch of parts. Therefore, to improve the machining accuracy of the workpiece, from a certain point of view, is to improve the overall quality of process parts. In this paper, the influencing factors of machining precision are deeply researched and analyzed to solve some unfavorable factors in machining process and improve the precision of machining.

machining precision, parts quality, processing technology, influencing factors