零件加工誤差的原因及防范措施研究

張鐵創(chuàng)

（洛陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 洛陽471000）

零件加工精度是零件加工后表面的實(shí)際形狀、尺寸、位置等幾何參數(shù)與設(shè)計(jì)要求參數(shù)的符合程度，參數(shù)一致性越高則加工精度就越高。加工誤差指零件實(shí)際參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)的偏離數(shù)值。偏離數(shù)值的大小表示了加工精度的高低，加工精度越高加工誤差則越小。

加工精度一般用公差等級表示，等級值越小，其誤差越小，精度越高。公差等級從IT01、IT0、IT1、IT2～I(xiàn)T18一共有20個(gè)，其中精度最低的是IT18級，精度最高的是IT01級。

零件的形狀精度、尺寸精度和相互位置精度等都屬于工件的加工精度。加工精度的研究，關(guān)鍵要弄清影響精度的問題所在，采取各種措施將影響精度的各種誤差因素進(jìn)行控制，并使其在規(guī)定的公差范圍之內(nèi)。為保證工件的高精度要求，就必須探究加工過程可能影響加工精度的各種因素，進(jìn)而最優(yōu)的加工方案，達(dá)到符合要求的加工精度。

1 誤差產(chǎn)生的原因分析

1.1 因設(shè)備原因造成的的制造誤差

零件加工過程中要用到各種類型的機(jī)床及工具，這些機(jī)床及工具由于長時(shí)間磨損，某些性能會發(fā)生改變，甚至在使用過程中會出現(xiàn)故障，由于設(shè)備、工具原因?qū)е碌牧慵慵庸ぞ认陆担y(tǒng)稱為加工誤差。例如常用的C6140車床，導(dǎo)軌在使用過程中容易向誤差敏感方向移動，這就造成零件表面的直線度和平面度誤差；其次機(jī)床的主軸在旋轉(zhuǎn)過中已偏離主軸中心線，這樣易造成同軸度和圓度誤差；最后機(jī)床的傳動鏈在車床加工零件過程中會發(fā)生位置變化，從而造成位置度和對稱度誤差。

1.2 因各種刀具造成的加工誤差

機(jī)械加工中，刀具的選擇要依照工件的類型選取，不同形狀、不同種類的刀具在使用過程中產(chǎn)生的誤差也各不相同。成型刀具的形狀精度影響零件的形狀公差，例如插齒刀、花鍵滾刀、齒輪滾刀等成型刀具；固定尺寸刀具的精度會影響零件的尺寸公差，如鉸刀、鍵槽銑刀和拉刀等；常用刀具尺寸在加工中對加工精度無直接影響，但在刀具磨損后影響零件的表面粗糙度，如車刀、鏜刀、銑刀等。另外，數(shù)控機(jī)床的加工程序都受刀具的實(shí)際尺寸影響，刀具的磨損和尺寸變化直接影響工件的加工精度。此外，工件材料的硬度和強(qiáng)度也會影響零件的加工精度，零件在加工過程中受到慣性、切削、傳動及動力的作用，使零件和刀具的位置發(fā)生變化引起加工誤差也是影響加工精度的原因。

1.3 因定位和夾緊不當(dāng)造成的裝夾誤差

零件加工的定位常采用六點(diǎn)定位原理定位，一般以設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)進(jìn)行加工。由于某些原因，零件加工時(shí)的定位基準(zhǔn)不能采用設(shè)計(jì)基準(zhǔn)定位，或者定位裝置有誤差都會造成定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不一致，形成定位誤差。夾具在零件加工中起固定工件的作用，夾具的選擇要根據(jù)零件加工的工藝、零件加工的工序慎重選擇。

1.4 因受熱造成的溫度誤差和因內(nèi)應(yīng)力造成的誤差

實(shí)驗(yàn)研究數(shù)據(jù)顯示，因熱變形引起的溫度誤差占總誤差的40%左右，熱變形主要有機(jī)床熱變形、刀具熱變形、零件熱變形等，其中零件熱變形影響最大。在加工過程中，盡管大量使用切削液進(jìn)行冷卻，但這一方法治標(biāo)不治本，因?yàn)槭軣嶙冃蔚牟粌H是加工中的零件和刀具，機(jī)床的各個(gè)部件產(chǎn)生的熱變形不同。受到不均勻熱變形影響的零件此時(shí)與刀具進(jìn)行切削，勢必造成誤差。

2 提高加工精度的措施

2.1 盡可能選用精密機(jī)床，提高制造精度

“工欲善其事，必先利其器”。要想提高零件加工的精度，選用精密機(jī)床是最直接的手段。近年來數(shù)控機(jī)床以精度高、剛性大、加工質(zhì)量高被大量使用在零件的加工中。數(shù)控機(jī)床能加工零件上的曲線輪廓、空間曲面和形狀復(fù)雜、尺寸繁多、劃線與檢測困難的凹槽。由于數(shù)控機(jī)床比普通機(jī)床價(jià)格高得多，因此不一定將零件的所有加工內(nèi)容都安排在數(shù)控工序中進(jìn)行，要注意做好數(shù)控加工工序和普通加工工序的銜接，最好的辦法是根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)、定位和夾緊等方面來考慮，使零件的剛性不被破壞。達(dá)到能相互滿足加工需要，使工件質(zhì)量和技術(shù)性能達(dá)到要求。

對于一般機(jī)床，要想提高加工精度首先提高機(jī)床本身的精度，做到常用常檢、常用常修，及時(shí)更換磨損的零部件，保證機(jī)床良好的工件狀態(tài)。嚴(yán)格控制零件加工過程中受到的作用力，減小工件由于受熱、磨損、內(nèi)應(yīng)力及變形等產(chǎn)生的影響，如果變形根據(jù)情況，制定應(yīng)對方案，從而提高零件的加工精度。

2.2 選用專用、組合夾具，提高裝夾精度

零件加工時(shí)，根據(jù)加工工藝選好加工設(shè)備后，就要考慮選擇夾具，為了提高零件的加工精度，建議選用專用或組合夾具，來保證零件的定位精度。專用夾具指專門為零件的某道工序而設(shè)計(jì)的夾具，它能一次裝夾到位，減小定位誤差，保證較高的加工精度，專用夾具適用于零件固定且批量大的生產(chǎn)中。當(dāng)零件不斷變化時(shí)，最好采用組合夾具。組合夾具是由一套預(yù)先制造的具有不同幾何形狀、不同尺寸和不同規(guī)格的高精度、高硬度且有良好互換性的元件組成，這些元件根據(jù)零件的工藝要求，可以組裝成各種專用夾具。組合夾具的元件精度高，耐磨且實(shí)現(xiàn)完全互換，元件精度一般為IT6～I(xiàn)T7級。用組合夾具加工的工件，位置精度一般可達(dá)IT8～I(xiàn)T9級。組合夾具適用于新產(chǎn)品試制和多品種小批量生產(chǎn)。組合夾具體積較大、剛度較差的缺點(diǎn)制約了它的發(fā)展。

2.3 用控制溫度、誤差轉(zhuǎn)移法來補(bǔ)償溫度誤差

溫度誤差占總誤差的比重較大，所以補(bǔ)償溫度誤差應(yīng)做為提高精度最重要的途徑來考慮?？刂茻嵩词强刂茩C(jī)床熱變形最根本的措施，可以從以下方面控制熱源：第一電機(jī)產(chǎn)生的熱是熱變形的首要原因，選用額定功率大的電機(jī)能減少熱能的產(chǎn)生，額定功率最好選用比計(jì)算功率大25%的電機(jī)，這樣可有效降低電動機(jī)溫升。也可對電配箱配以冷機(jī)，予以強(qiáng)迫冷卻。第二高速切削也是減小熱變形的主要方法。當(dāng)金屬切削的線速度達(dá)到一定值時(shí)，被切削的金屬產(chǎn)生由于塑性變形小，而產(chǎn)生的切削熱也少。

零件熱變形可以通過誤差轉(zhuǎn)移的方法來補(bǔ)償誤差，誤差轉(zhuǎn)移是通過合理的措施將熱變形進(jìn)行轉(zhuǎn)移，誤差轉(zhuǎn)移時(shí)不能影響誤差的精度。例如，可以用工件表面誤差向其切線方向轉(zhuǎn)移的辦法來補(bǔ)償誤差。

2.4 通過誤差分組提高整體精度

零件加工需要一整套復(fù)雜的工序，各個(gè)工序之間相互聯(lián)系，如果上一工序中存在較大誤差，下面的工序?qū)苡绊?。在大批量生產(chǎn)時(shí)，可以用分組法來減小上一道工序的誤差。具體做法是將上一工序的零件進(jìn)行誤差分析，并以誤差大小分組，依據(jù)分組情況適當(dāng)調(diào)節(jié)工藝，尋求最小誤差值，以此減小誤差，降低整體誤差值。

3 結(jié) 語

機(jī)械行業(yè)的技術(shù)和發(fā)展水平?jīng)Q定著一個(gè)國家工業(yè)發(fā)展水平，機(jī)械加工的精妙之處在于對細(xì)節(jié)化的控制，找到誤差產(chǎn)生的原因，并針對性地加以控制是提高加工精度最有效的措施。