機(jī)械加工精度的影響因素及提高途徑淺析

徐科杰

摘 要：在機(jī)械加工過(guò)程中，一般要經(jīng)過(guò)很多步驟，這樣工件的質(zhì)量也就相應(yīng)受到很多因素影響，其中最主要的是機(jī)床系統(tǒng)。為了確保機(jī)械加工效果，保證工件質(zhì)量符合要求這就需要在開(kāi)始機(jī)械加工之前仔細(xì)考慮各種加工精度影響因素，避免其產(chǎn)生較大影響。本文在以往機(jī)械加工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析了影響機(jī)械加工的精度相關(guān)因素，給出了可提高加工精度并減少機(jī)械加工誤差的方法，以便為提高機(jī)械加工精度提供一定的參考作用。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工；加工精度；避免誤差

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.07.039

1 引言

機(jī)械產(chǎn)品一般包含很多零件，各組成零件都會(huì)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品整體性能產(chǎn)生不同程度的影響，而零件質(zhì)量則在一定程度上決定了產(chǎn)品性能、使用壽命。因而為了得到較好的機(jī)械產(chǎn)品性能，就需要提高機(jī)械零件加工精度。和機(jī)械加工質(zhì)量緊密相關(guān)的兩個(gè)參考指標(biāo)主要是加工精度與表面質(zhì)量。可以利用加工誤差來(lái)衡量加工精度。加工誤差就是指在進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)，在相關(guān)因素影響下，刀具和工件間位置和正確位置產(chǎn)生偏離，這樣成品尺寸就和設(shè)計(jì)尺寸之間存在一定偏差。這種偏差的大小就是加工誤差。

加工精度是指產(chǎn)品工件的尺寸參數(shù)和規(guī)劃設(shè)計(jì)尺寸之間的符合度。

加工誤差是指成品零件的尺寸參數(shù)和理想幾何參數(shù)之間的偏差度。加工精度和加工誤差之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，若加工精度很高，則說(shuō)明相應(yīng)的誤差較小，相反情況下也同樣。有專門的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)來(lái)對(duì)加工精度進(jìn)行衡量。

2 產(chǎn)生加工誤差的主要因素

工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量提出了更高的要求，可以利用加工精度來(lái)衡量零件質(zhì)量，并通過(guò)對(duì)對(duì)比得知零件實(shí)際精度和要求精度之間的差距。這就需要確定出相關(guān)影響機(jī)械加工精度的因素，以此來(lái)盡量避免這些因素產(chǎn)生的影響，確保零件加工精度符合要求，。在加工過(guò)程中有很多因素都會(huì)影響到零件加工精度并產(chǎn)生誤差，這些誤差和所使用的工藝以及機(jī)械系統(tǒng)精度等都有關(guān)系，以下對(duì)這些相關(guān)因素進(jìn)行覺(jué)分析：

2.1 加工原理誤差

在機(jī)械加工過(guò)程中有時(shí)候需要用到近似的加工方法，這樣就由于這所采用的方法而產(chǎn)生加工誤差，此外若選擇近似的刀具輪廓也會(huì)產(chǎn)生這種誤差。

2.1.1 采用近似的加工運(yùn)動(dòng)造成的誤差

在進(jìn)機(jī)械加工時(shí)，工件和刀具一般存在一定的位置關(guān)系，在理論上這種關(guān)系。應(yīng)是確定的，且可以確保加工的零件相關(guān)尺寸符合要求。不過(guò)在實(shí)際加工過(guò)程中這種關(guān)系可能并不能達(dá)到提升加工精度的效果。即使二者之間保持精確的關(guān)系，但也存在加工原理誤差，在這種情況下機(jī)床和夾具面形狀越復(fù)雜，相應(yīng)的誤差也會(huì)越大

2.1.2 采用近似的刀具輪廓造成的誤差

為了使得工件完全符合設(shè)計(jì)要求，若想通過(guò)刀具刃口相關(guān)尺寸完全準(zhǔn)確一般不能實(shí)現(xiàn)。因?yàn)槿暨x擇成形刀具來(lái)進(jìn)行復(fù)雜曲面加工，則很難達(dá)到加工要求，。因而主要選擇圓弧、直線等線型進(jìn)行代替。舉例來(lái)說(shuō)如果選擇滾刀滾切漸開(kāi)線來(lái)加工齒輪，一般選擇阿基米德基本蝸桿輪廓線，而不是直接選擇展開(kāi)線，這樣雖然方便加工，但造成了加工原理誤差。

2.2 機(jī)床幾何誤差及磨損其對(duì)加工精度的影響

刀具在加工機(jī)械零件時(shí)，主要在機(jī)床上進(jìn)行，機(jī)床在運(yùn)行過(guò)程中，工件和刀具之間產(chǎn)出相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而得到所要求的尺寸。這樣機(jī)床的精度就直接決定了工件的加工精度。在機(jī)床系統(tǒng)中，影響工件精度的因素主要有這幾種誤差，主軸回轉(zhuǎn)誤差、導(dǎo)軌與傳動(dòng)鏈誤差，以下對(duì)這些誤差進(jìn)行簡(jiǎn)要描述。

2.2.1 主軸回轉(zhuǎn)誤差

主軸回轉(zhuǎn)誤差會(huì)顯著影響到工件的形位公差，主軸回轉(zhuǎn)誤差主要可分為徑向跳動(dòng)、軸向和角度擺動(dòng)三種，具體見(jiàn)圖1。

在誤差敏感的方向，加工工件的表面不同，相應(yīng)的加工誤差也會(huì)因?yàn)闄C(jī)床主軸的徑向跳動(dòng)表現(xiàn)出較大變化。例如通過(guò)機(jī)床加工外圓時(shí)，這種跳動(dòng)可能導(dǎo)致圓度誤差，但其并不影響端面加工精度。在相反情況下，車端面時(shí)，軸向跳動(dòng)則會(huì)對(duì)斷面的平面度產(chǎn)生影響，但不會(huì)影響到圓度。如果加工螺紋也同樣會(huì)造成螺距誤差。而主軸的角度擺動(dòng)產(chǎn)生的影響和徑向擺動(dòng)基本一致，區(qū)別在于，后者可能對(duì)工件的表面圓柱度也會(huì)有一定程度的影響。

2.2.2 導(dǎo)軌誤差

車刀在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，機(jī)床的導(dǎo)向和承載都是通過(guò)導(dǎo)軌來(lái)實(shí)現(xiàn)。一些位置基準(zhǔn)和運(yùn)動(dòng)基準(zhǔn)等都是通過(guò)導(dǎo)軌來(lái)滿足。導(dǎo)軌各項(xiàng)誤差會(huì)對(duì)工件的形狀精度產(chǎn)生較大影響，導(dǎo)軌在水平上的直線誤差將會(huì)直接影響到工件的法線方向精度，而相應(yīng)的加工精度影響也最大。而其在垂直方向上的直線度誤差則不會(huì)對(duì)加工精度產(chǎn)生多少影響。導(dǎo)軌間的平行度誤差會(huì)使得工作臺(tái)產(chǎn)生擺動(dòng)，這樣也會(huì)影響到刀尖的運(yùn)動(dòng)曲線空間，從而影響工件形狀加工精度。

2.2.3 傳動(dòng)鏈誤差

在進(jìn)行切削時(shí)，工件表面主要通過(guò)傳動(dòng)鏈來(lái)實(shí)現(xiàn)。和傳動(dòng)相關(guān)的構(gòu)件主要有蝸桿、蝸輪絲桿等。機(jī)床在使用過(guò)程中隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，這些傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不可避免的產(chǎn)生各種磨損和損壞，這樣也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的的誤差。從而導(dǎo)致傳動(dòng)鏈誤差。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)越多中間涉及到的傳動(dòng)路線越長(zhǎng)，這樣相應(yīng)的傳動(dòng)鏈誤差也越大，從而對(duì)加工精度影響越顯著。

2.3 工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差

機(jī)械加工中，因表面摩擦而產(chǎn)生大量的摩擦熱，這樣就會(huì)使得相關(guān)零件產(chǎn)生一定的熱變形。由于各構(gòu)件的變形程度一般不同這樣就會(huì)出現(xiàn)變形誤差，這種誤差和工藝系統(tǒng)熱源分布有緊密關(guān)系。這種原因?qū)е碌恼`差占到機(jī)械加工誤差總比例的十分之四左右。

2.3.1 機(jī)床熱變形對(duì)加工精度的影響

由于熱源的影響，機(jī)床在加工過(guò)程中不可避免的產(chǎn)生各部件之間的溫度差異，這樣就隨之產(chǎn)生熱變形，因而原來(lái)的機(jī)床部件之間的位置關(guān)系就會(huì)出現(xiàn)變化。相應(yīng)的就會(huì)影響到工件的加工精度。機(jī)床類型不同，相應(yīng)的熱源分布就不同，造成機(jī)床由于熱源不同，對(duì)加工精度影響也不同。

2.3.2 刀具熱變形對(duì)加工精度的影響

一般來(lái)說(shuō)刀具是精密金屬材料制作的，這樣其熱熔量很小，在進(jìn)行切削時(shí)即使吸收的熱量較少，但仍然會(huì)產(chǎn)生重要的影響主要表現(xiàn)有刀具熱伸長(zhǎng)變形等。這樣就會(huì)顯著影響到加工精度。如果是進(jìn)行粗加工則刀具熱變形的影響不會(huì)對(duì)工件精度造成多少影響，但如果是高精度的零件，這種變形造成的影響卻不可忽略并導(dǎo)致產(chǎn)生形狀誤差。

3 提高機(jī)械加工精度的措施

3.1 加大科技投入力度

為了提高機(jī)械加工精度，需要深入分析相關(guān)影響加工精度的因素，并在全面科學(xué)分析基礎(chǔ)上。進(jìn)行較大的科技技術(shù)和資金投入，針對(duì)相關(guān)因素產(chǎn)生的誤差而研究出一些新工藝、技術(shù)，來(lái)盡量減少這些誤差，并提高加工精度。

3.2 減少原始誤差

盡量選擇購(gòu)買一些高精度高可靠性的機(jī)床量具、夾具以及刀具。同時(shí)降低工藝系統(tǒng)在機(jī)械加工過(guò)程中的受力、磨損變形。以此來(lái)減小機(jī)床系統(tǒng)的原始誤差。深入分析和加工誤差相關(guān)的各種因素。并有針對(duì)性制定各種策略并采取相應(yīng)的具體措施來(lái)處理這些原始誤差，并達(dá)到提高機(jī)械加工精度的目的。對(duì)于精密零件的加工一般選擇高精度高精密的機(jī)床。如果工件有較高的成形表面要求，則可選擇一些合適的成形刀具，并盡量減少安裝相關(guān)的誤差。

3.3 誤差預(yù)防

也可以通過(guò)誤差預(yù)防來(lái)提高加工精度，這種方法主要是指采取相應(yīng)措施來(lái)減少誤差源。這些措施有：轉(zhuǎn)移誤差，誤差分組，選擇高精度設(shè)備等。不過(guò)這種方法有一定局限性，表現(xiàn)在，如果精度要求較高，則利用這種方法來(lái)提高加工精度需要花費(fèi)極大的成本，因而適用范圍有限。

4 總結(jié)

在機(jī)械加工的過(guò)程中，不可避免的因?yàn)楦鞣N內(nèi)外因素影響而產(chǎn)生各種誤差，需要采取科學(xué)的態(tài)度來(lái)面對(duì)誤差，并深入分析誤差的成因而采取合理的對(duì)策來(lái)減小加工誤差，以此來(lái)達(dá)到提高加工精度的目的。確保加工的零件符合精度要求。

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