機(jī)械加工工藝技術(shù)誤差分析與控制

張蕊?盛長(zhǎng)健

摘要：本文研究分析機(jī)械加工工藝技術(shù)過(guò)程中的誤差來(lái)源，然后對(duì)主要的誤差控制方法進(jìn)行了綜合的分析和比較；最后對(duì)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(shuō)明。

關(guān)鍵詞：機(jī)械產(chǎn)品；誤差分析；誤差控制

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(guò)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(gè)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(duì)性較強(qiáng)。所謂機(jī)械加工工藝過(guò)程，是指通過(guò)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(guò)程。

2誤差來(lái)源

在機(jī)械加工工藝過(guò)程中，會(huì)受到加工環(huán)境、人員操作以及車(chē)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(duì)于一些對(duì)緊密度要求較高的“高精尖”設(shè)備，如果誤差過(guò)大，將會(huì)失去利用價(jià)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(lái)源，為誤差控制奠定基礎(chǔ)。

2.1定位誤差

在利用機(jī)床進(jìn)行產(chǎn)品加工時(shí)，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(lái)說(shuō)，在機(jī)械加工階段所產(chǎn)生的定位誤差主要分為兩大類(lèi)：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(shí)，工件是以計(jì)算機(jī)上的數(shù)字模型為基準(zhǔn)，通過(guò)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(huì)導(dǎo)致后期出現(xiàn)配合間隙，所加工出來(lái)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(duì)齊，保證兩者之間的基準(zhǔn)重合。然而，由于加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生機(jī)床振動(dòng)，導(dǎo)致兩者之間的基準(zhǔn)出現(xiàn)偏差，如果不能及時(shí)進(jìn)行基準(zhǔn)調(diào)整，后期加工出來(lái)的工件往往會(huì)出現(xiàn)變形等問(wèn)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(lái)源，可將其分為三類(lèi)：傳動(dòng)鏈誤差、導(dǎo)軌誤差和主軸回轉(zhuǎn)誤差。

2.2.1傳動(dòng)鏈誤差。機(jī)床傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)來(lái)自位于機(jī)床兩端的傳動(dòng)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(duì)運(yùn)動(dòng)階段就會(huì)產(chǎn)生傳動(dòng)誤差。通常來(lái)說(shuō)，這種傳動(dòng)誤差并不會(huì)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(dòng)鏈在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，還會(huì)使得機(jī)床其他構(gòu)件發(fā)生同步運(yùn)動(dòng)，有可能對(duì)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(zhǎng)，導(dǎo)軌表面磨損、不均勻等問(wèn)題也會(huì)逐漸突顯，如果仍以導(dǎo)軌作為衡量基準(zhǔn)，必然會(huì)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。

2.3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(shí)，還需應(yīng)用到各類(lèi)輔助工具，如果工具選用不合理，或是工具本身存在一定問(wèn)題，也有可能導(dǎo)致機(jī)械加工過(guò)程中出現(xiàn)誤差。以?shī)A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(zhǎng)期使用過(guò)程中，出現(xiàn)磨損或松動(dòng)，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(guò)程中必然會(huì)出現(xiàn)一定磨損。磨損到一定程度后，在預(yù)定的加工時(shí)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(wú)法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。除了刀具精度以外，刀具種類(lèi)的選擇、刀具尺寸的選用等，也會(huì)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(guò)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(jiàn)，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(duì)性地采用誤差補(bǔ)償措施。

3.2直接減小誤差法

對(duì)于一些單獨(dú)工件，往往不適宜采取誤差補(bǔ)償法。對(duì)于這些一次性加工完成的工件來(lái)說(shuō)，其誤差的產(chǎn)生主要來(lái)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(duì)于此類(lèi)問(wèn)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(shì)主要體現(xiàn)在以下兩方面：首先，極大簡(jiǎn)化了機(jī)械加工流程。與其他幾類(lèi)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(guò)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(guò)程中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)下列問(wèn)題：雖然其中一個(gè)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(shí)，由于精度太低，引起復(fù)映誤差或定位誤差過(guò)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(shí)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(huì)相應(yīng)縮小。爾后，調(diào)整工件與刀具的相對(duì)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(shí)發(fā)現(xiàn)并修改誤差。

機(jī)械加工精確度是衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)技術(shù)水平的標(biāo)尺之一。在我國(guó)工業(yè)發(fā)展由“中國(guó)制造”向“中國(guó)創(chuàng)造”轉(zhuǎn)變的過(guò)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(wèn)題。客觀來(lái)說(shuō)，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(huì)對(duì)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(cè)，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(guó)科技信息，2014（17）：134-135.endprint