機(jī)械加工工藝技術(shù)誤差分析與控制

杜世超+李澤瓊

摘要：本文研究分析機(jī)械加工工藝技術(shù)過程中的誤差來源，然后對主要的誤差控制方法進(jìn)行了綜合的分析和比較；最后對誤差控制方法在各種機(jī)械加工當(dāng)中應(yīng)用的主要特征進(jìn)行了說明。

關(guān)鍵詞：機(jī)械產(chǎn)品；加工工藝；誤差分析；誤差控制；精度

機(jī)械加工工藝技術(shù)先進(jìn)程度對機(jī)械產(chǎn)品的精確度和可靠性具有決定性的作用。21世紀(jì)以來，產(chǎn)品精細(xì)化發(fā)展是一種未來的發(fā)展趨勢，大家對機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量要求更加嚴(yán)格。然而在進(jìn)行產(chǎn)品加工時，由于加工技術(shù)和偶然因素的存來總會產(chǎn)生一些誤差，如果這些誤差超過了規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)范圍，肯定會嚴(yán)重影響著產(chǎn)品的使用性能。所以，我們需要不斷加強(qiáng)機(jī)械加工工藝技術(shù)中的誤差分析，然后在這個基礎(chǔ)上不斷探索發(fā)現(xiàn)提升工藝技術(shù)的一些具體措施，從而保證生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量。

1機(jī)械加工工藝

在機(jī)械加工中，工藝員根據(jù)加工設(shè)備條件、待加工產(chǎn)品數(shù)量，以及工人加工素質(zhì)等實(shí)際情況，確定應(yīng)采用的工藝過程，并把相關(guān)加工內(nèi)容和要求制成工藝文件，這些工藝文件也稱為工藝規(guī)程，是組織生產(chǎn)的重要技術(shù)文件。由于各個工廠的實(shí)際生產(chǎn)情況和工藝流程各不相同，因此工藝規(guī)程的針對性較強(qiáng)。

所謂機(jī)械加工工藝過程，是指通過機(jī)械加工改變毛坯的表面質(zhì)量、尺寸與形狀等，使其成為零件的過程。例如，一個普通零件的粗加工、精加工、裝配、檢驗(yàn)、包裝等過程，為一套完整的機(jī)械加工工藝過程。以上過程中所采用的技術(shù)，稱作機(jī)械加工工藝技術(shù)。

2誤差來源

在機(jī)械加工工藝過程中，會受到加工環(huán)境、人員操作以及車床自身等因素的影響，導(dǎo)致加工所得工件與設(shè)計(jì)尺寸之間存在較大差異，尤其是對于一些對緊密度要求較高的“高精尖”設(shè)備，如果誤差過大，將會失去利用價值，造成材料浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失。因此，必須詳細(xì)分析機(jī)械加工工藝技術(shù)誤差來源，為誤差控制奠定基礎(chǔ)[1]。

2.1定位誤差

在利用機(jī)床進(jìn)行產(chǎn)品加工時，往往需要選擇該產(chǎn)品上的某一幾何要素作為定位基準(zhǔn)。然而，受到人為操作或零件自身因素的影響，很容易導(dǎo)致基準(zhǔn)定位不準(zhǔn)確，為后期機(jī)械加工造成負(fù)面影響。通常來說，在機(jī)械加工階段所產(chǎn)生的定位誤差主要分為兩大類：定位參照誤差和基準(zhǔn)不重合誤差。

2.1.1定位參照誤差

使用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行機(jī)械加工時，工件是以計(jì)算機(jī)上的數(shù)字模型為基準(zhǔn)，通過程序控制指令進(jìn)行復(fù)制加工。然而，如果數(shù)字模型與待加工工件之間的定位參照存在明顯誤差，就會導(dǎo)致后期出現(xiàn)配合間隙，所加工出來的工件與模型之間存在較大差距，難以滿足實(shí)際使用需求，造成材料浪費(fèi)。

2.1.2基準(zhǔn)不重合誤差

除了參照計(jì)算機(jī)數(shù)字模型進(jìn)行工件加工外，還可利用已有的實(shí)際工件進(jìn)行工件加工復(fù)制。在加工之前，需要將標(biāo)準(zhǔn)件與加工模板對齊，保證兩者之間的基準(zhǔn)重合。然而，由于加工過程中會產(chǎn)生機(jī)床振動，導(dǎo)致兩者之間的基準(zhǔn)出現(xiàn)偏差，如果不能及時進(jìn)行基準(zhǔn)調(diào)整，后期加工出來的工件往往會出現(xiàn)變形等問題。

2.2機(jī)床制造誤差

根據(jù)機(jī)床制造誤差的產(chǎn)生來源，可將其分為三類：傳動鏈誤差、導(dǎo)軌誤差和主軸回轉(zhuǎn)誤差。

2.2.1傳動鏈誤差

機(jī)床傳動鏈的傳動來自位于機(jī)床兩端的傳動滾筒引導(dǎo)。由于兩端滾筒存在一定的水平高度差，因此在相對運(yùn)動階段就會產(chǎn)生傳動誤差。通常來說，這種傳動誤差并不會直接影響機(jī)床工件的加工精度。然而，由于機(jī)床自身裝配和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的制約，傳動鏈在運(yùn)動過程中，還會使得機(jī)床其他構(gòu)件發(fā)生同步運(yùn)動，有可能對機(jī)床工件的加工精度造成負(fù)面影響。

2.2.2導(dǎo)軌誤差

機(jī)床導(dǎo)軌除了用于固定工件外，還能夠?yàn)楣ぜ鶞?zhǔn)位置的確定提供參考依據(jù)。然而，隨著機(jī)床使用年限的增長，導(dǎo)軌表面磨損、不均勻等問題也會逐漸突顯，如果仍以導(dǎo)軌作為衡量基準(zhǔn)，必然會產(chǎn)生誤差。

2.2.3主軸回轉(zhuǎn)誤差

導(dǎo)致主軸回轉(zhuǎn)誤差的因素較多，除了軸承自身磨損、老化外，還有在加工階段出現(xiàn)的同軸轉(zhuǎn)速誤差、主軸繞素誤差，以及回轉(zhuǎn)誤差等。由于主軸在機(jī)械加工中發(fā)揮主要作用，因此其一旦出現(xiàn)回轉(zhuǎn)誤差，將直接影響零件加工精度[2]。

2.3工具幾何誤差

除了上述必要加工設(shè)備外，在進(jìn)行機(jī)械加工時，還需應(yīng)用到各類輔助工具，如果工具選用不合理，或是工具本身存在一定問題，也有可能導(dǎo)致機(jī)械加工過程中出現(xiàn)誤差。以夾具為例，其主要作用是將被加工模板固定在機(jī)床上，其產(chǎn)生的幾何誤差主要體現(xiàn)在兩方面：一是夾具在長期使用過程中，出現(xiàn)磨損或松動，導(dǎo)致工件固定不穩(wěn)，那么后期加工就容易出現(xiàn)工件位移，造成加工誤差；二是夾具的加工位置出現(xiàn)偏差。以刀具為例，其作為一種易耗材料，在工件加工過程中必然會出現(xiàn)一定磨損。磨損到一定程度后，在預(yù)定的加工時間內(nèi)就難以取得預(yù)期的加工效果，使得工件尺寸、加工進(jìn)度等都無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。除了刀具精度以外，刀具種類的選擇、刀具尺寸的選用等，也會成為影響機(jī)械加工工藝的重要因素。

3機(jī)械加工工藝技術(shù)誤差控制

3.1誤差補(bǔ)償法

誤差雖然不可避免，但可通過人為參數(shù)修改和機(jī)械調(diào)整實(shí)現(xiàn)誤差補(bǔ)償，達(dá)到誤差控制的目的。實(shí)施該方法的前提條件是機(jī)械加工中的誤差可見，即在進(jìn)行加工之前，相關(guān)設(shè)備管理人員能夠清晰了解造成工件加工誤差的直接原因，從而以此為出發(fā)點(diǎn)，有針對性地采用誤差補(bǔ)償措施。例如，在制作數(shù)控機(jī)床上的滾珠絲杠時，考慮到其后期會因頻繁操作出現(xiàn)磨損，導(dǎo)致其螺距減小，因此在裝配時預(yù)加了一拉伸力，間接增長了其螺距，從而能夠有效避免上述問題。

3.2直接減小誤差法

對于一些單獨(dú)工件，往往不適宜采取誤差補(bǔ)償法。對于這些一次性加工完成的工件來說，其誤差的產(chǎn)生主要來源于加工硬件的精度，例如章節(jié)2.3中提到的刀具誤差、夾具誤差等。因此對于此類問題，首先需分析影響工件誤差的決定性因素，隨后采取直接減小誤差法。直接減小誤差法的應(yīng)用優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下兩方面：首先，極大簡化了機(jī)械加工流程[3]。與其他幾類誤差處理方法相比，直接減小誤差法不需在后期進(jìn)行設(shè)備調(diào)整和器具更換，因此極大提升了機(jī)械加工效率；其次，誤差處理效果好。直接減小誤差法的目的是從機(jī)械加工的源頭上進(jìn)行誤差防控，從而避免后續(xù)加工過程中不可控因素的發(fā)生。

3.3誤差分組法

在機(jī)械加工工藝過程中，有時會出現(xiàn)下列問題：雖然其中一個工序的工藝能力充足、加工精度穩(wěn)定，但在上一工序?qū)Π氤善返募庸r，由于精度太低，引起復(fù)映誤差或定位誤差過多，從而難以保證精度。若要求提供上一工序加工精度或毛坯精度，通常不是經(jīng)濟(jì)合理的做法。這時可采用誤差分組法，將半成品或毛坯尺寸按照誤差大小分成若干組，每組毛坯誤差就會相應(yīng)縮小[4]。爾后，調(diào)整工件與刀具的相對位置，或調(diào)整定位元件，以縮小整批工件尺寸分布范圍。誤差分組法的優(yōu)點(diǎn)在于能夠及時發(fā)現(xiàn)并修改誤差。在章節(jié)3.1和3.2的兩種誤差控制方法中，一旦在工件加工過程中出現(xiàn)明顯誤差，只能終止加工過程，影響整個工件的加工效率。誤差分組法可在加工過程中實(shí)現(xiàn)誤差分化，從而確保機(jī)械加工的持續(xù)性和經(jīng)濟(jì)性[5]。

機(jī)械加工精確度是衡量一個國家工業(yè)技術(shù)水平的標(biāo)尺之一。在我國工業(yè)發(fā)展由“中國制造”向“中國創(chuàng)造”轉(zhuǎn)變的過程中，保證機(jī)械加工工件的精確性和可靠性，已逐漸成為機(jī)械加工行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)問題。客觀來說，機(jī)械加工誤差是不可避免的，但只要將誤差控制在允許范圍內(nèi)，就不會對工件使用產(chǎn)生明顯影響。因此，需要不斷優(yōu)化機(jī)械加工工藝技術(shù)，做好加工階段的質(zhì)量檢測，為機(jī)械加工的精確度提供必要保證。

參考文獻(xiàn)：

[1]李建.機(jī)械加工工藝技術(shù)的誤差原因與策略探討[J].中國科技信息，2014（17）：134-135.