工藝系統(tǒng)誤差對機(jī)械加工精度的影響探討

楊鳳艷

（遼寧裝備制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院，沈陽 110000）

工藝系統(tǒng)主要由金屬切割機(jī)床、刀具、夾具以及工件4部分組成，使用過程中，由于外部和內(nèi)部因素會導(dǎo)致出現(xiàn)各種誤差，在不同的工作環(huán)境下通過不同的方式呈現(xiàn)為加工誤差，導(dǎo)致產(chǎn)品加工后的指標(biāo)不符合要求[1]。

1 工件殘余內(nèi)應(yīng)力引起的誤差

工件殘余內(nèi)應(yīng)力是在沒有外力或者不均勻溫度場的作用下，剩余在工件內(nèi)部的自相平衡的內(nèi)應(yīng)力。一旦對機(jī)械工件實(shí)行冷熱處理，就會改變它的外形和體積，從而產(chǎn)生殘余應(yīng)力[2]。含有殘余應(yīng)力的工件始終不能保持穩(wěn)定，如果有外力破壞其內(nèi)部的穩(wěn)定條件，內(nèi)應(yīng)力就會發(fā)生變化，使零件產(chǎn)生形變造成誤差。

2 工藝系統(tǒng)熱變形引起的誤差

熱變形會嚴(yán)重破壞加工精度。有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，熱處理形變造成的誤差占誤差總量的40%～70%。為了減少誤差帶來的負(fù)面影響，需要采用對稱手法制造大型機(jī)械和機(jī)床或者使用自主操控模式調(diào)節(jié)相關(guān)部件的溫度，減小溫差，避免因?yàn)檫^熱而產(chǎn)生形變[3]。工藝的主要改進(jìn)措施是先讓機(jī)床預(yù)熱空轉(zhuǎn)，當(dāng)溫度穩(wěn)定時(shí)再切削加工，或者使機(jī)床在恒溫環(huán)境中運(yùn)行。

3 工藝系統(tǒng)的幾何誤差

3.1 機(jī)床的幾何誤差

3.1.1 導(dǎo)軌誤差

導(dǎo)軌是用來測定機(jī)床中移動(dòng)部位的實(shí)際位置及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律的部件，因此它的任何誤差會直接影響加工精度。該誤差主要由彎曲程度誤差、相對位置誤差以及直線各點(diǎn)跳動(dòng)誤差3部分組成。從專業(yè)理論的角度來看，導(dǎo)軌需要保持直線形狀。但是，由于制造加工時(shí)的誤差影響，每條導(dǎo)軌都存在直線上的偏差。例如：在使用臥式車床時(shí)，若導(dǎo)軌在平面上產(chǎn)生形變，加工的工件可能出現(xiàn)如圖1所示的情況。圖1（a）為工件的腰鼓狀誤差，圖1（b）為工件的馬鞍狀誤差。如果導(dǎo)軌在同一平面上與車床主軸的中心線不平行，就會發(fā)生傾斜，造成如圖1（c）所示的縱向圓柱度誤差。

圖1 機(jī)床導(dǎo)軌誤差對工件精度的影響

3.1.2 主軸的回轉(zhuǎn)誤差

主軸回轉(zhuǎn)誤差的基本形式，如圖2所示。可以看出，主軸的回轉(zhuǎn)精度是機(jī)床加工精度最重要的標(biāo)準(zhǔn)，對工件表面外形精度的高低起到了決定性作用[4]。該誤差主要體現(xiàn)為圓的徑向位移、軸向跳動(dòng)以及單擺3種形式。

圖2 主軸回轉(zhuǎn)誤差的基本形式

首先，導(dǎo)軌主軸在徑向跳動(dòng)的過程中會給工件帶來圓度上的誤差，但不會破壞端口平面的加工精度。其次，導(dǎo)軌在軸線方向的跳動(dòng)會給端口平面帶來橫向和縱向的角度誤差。在螺紋加工制作中，螺距之間會存在一定的周期誤差，但不會給工件的外部圓柱面帶來負(fù)面影響。最后，按照一定角度擺動(dòng)會導(dǎo)致圓度和圓柱度不符合標(biāo)準(zhǔn)，誤差較大。

3.2 刀、夾具制造誤差

3.2.1 刀具誤差

刀具種類的差異直接影響加工精度的誤差。對于固定尺寸大小的刀具，如在使用車刀、孔加工刀具、銑刀、拉刀、螺紋刀具、齒輪刀具、自動(dòng)線及數(shù)控機(jī)床刀具和鉸刀等加工時(shí)，端口表面的幾何精度不僅受上述刀具的設(shè)計(jì)制作精度影響，還與它們的工作環(huán)境有關(guān)[5]。對于具有固定形狀的刀具，如在使用平體成形車刀、棱體成形車刀及成形砂輪等加工時(shí)，它們自身的幾何精度直接決定了端口平面的加工精度。

3.2.2 夾具誤差

夾具存在的問題主要是測定工件、刀具引導(dǎo)體、分度結(jié)構(gòu)和夾具本體等部件的設(shè)計(jì)制造誤差，各部件之間的方位準(zhǔn)確程度和另外的夾具生產(chǎn)誤差。它們的主要磨損都是發(fā)生在位置測定和方向引導(dǎo)零件上。因此，生產(chǎn)工人在生產(chǎn)夾具時(shí)必須保證它們的誤差在規(guī)定的范圍內(nèi)。

4 減小工藝系統(tǒng)誤差和提高機(jī)械加工精度的策略

4.1 降低由機(jī)械加工原理產(chǎn)生的誤差

為了減少由機(jī)械加工原理帶來的誤差，設(shè)計(jì)師要改進(jìn)和完善機(jī)械加工方案或者算法，以保證零件有較高的加工精度。加工過程中，要充分研究和分析誤差產(chǎn)生的原因，找到問題的源頭，遵從正確的工作準(zhǔn)則，保障加工精度。此外，要將實(shí)際加工操作準(zhǔn)則與理論制度相結(jié)合，從而有效保障機(jī)械加工精度。要從失敗中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，在不斷摸索中找到最適合的加工方案，以達(dá)到理想的加工精度。

4.2 降低由機(jī)械加工工藝產(chǎn)生的誤差

為了降低操作中的工藝誤差，需要參考之前的失敗經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)規(guī)律，根據(jù)不同零件的加工順序和尺寸大小進(jìn)行分類，不斷加工。通過加工順序和尺寸大小獲得相關(guān)零件的精度以及重要部件的方位變化和種類，最終確定理想的安裝位置和部件種類。

4.3 降低機(jī)械加工的工件熱變形誤差

在生產(chǎn)加工過程中，為了保證機(jī)械加工精度，必須考慮零件的自身硬度，防止加工過程中零件產(chǎn)生形變，從而減小誤差。設(shè)計(jì)師們要根據(jù)零件的實(shí)際情況采用最適合的加工方案，保證后續(xù)機(jī)械的加工精度。

5 結(jié)語

工藝系統(tǒng)誤差會直接影響機(jī)械工件的加工精度，因此它在很大程度上阻礙了機(jī)械加工的發(fā)展。設(shè)計(jì)師在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)和加工時(shí)，必須綜合考量各方面條件，制定和選用最科學(xué)高效的方案，降低誤差，提高加工精度。設(shè)計(jì)師要找到產(chǎn)生誤差的根源，從源頭減小誤差，保證機(jī)械精度。