機械加工誤差的管控

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本文作者：趙金宇、李楊 單位：沈陽機床集團

隨著國家經(jīng)濟實力和整體科技水平的提高，機械工業(yè)的發(fā)展對產(chǎn)品質(zhì)量有更高的要求。而加工精度是衡量零件加工質(zhì)量的主要指標，在機械加工過程中，會有很多因素影響工件的加工質(zhì)量，如何使工件的加工達到質(zhì)量要求，以及如何減少各種因素對加工精度的影響，就成為加工前必須考慮的問題，也就是要對影響機械加工精度的因素進行分析。在機械加工中，由機床、夾具、刀具與被加工工件一起構(gòu)成了這一加工過程的一個整體，這一整體稱為機械加工工藝系統(tǒng)。因而，分析機械加工精度的過程，也就是分析這一工藝系統(tǒng)在各種不同的工作條件下以各種不同方式（或放大、或縮?。┓从彻ぜ募庸?a href="http://www.baojiexiang.com/lunwen/jxkzlw/25164.html" target="_blank">誤差。而機床、夾具又是這一工藝系統(tǒng)的重要組成部分。下面我們就分析這一工藝系統(tǒng)存在的誤差。

1.機床的幾何誤差

加工中刀具相對于工件的成形運動都是通過機床來完成的，因而，工件的加工精度在很大的程度上取決于機床的精度。機床的制造誤差對工件加工精度影響較大的有：主軸回轉(zhuǎn)誤差、導(dǎo)軌誤差和傳動鏈誤差。尤其機床的磨損將使機床工作精度下降。

1.1主軸回轉(zhuǎn)誤差

主軸回轉(zhuǎn)誤差對于工件的位置精度和形狀精度都會產(chǎn)生直接的影響，其可以分解為角度擺動、軸向跳動以及徑向跳動。因為存在一定的誤差敏感方向，所以加工表面不同，主軸的徑向跳動引起的誤差也不同。比如在車床上加工內(nèi)孔或者外圓時，就會由于主軸的徑向跳動而引起圓度誤差，但是對端面的加工卻沒有直接的影響；而在車端面時，軸向跳動又會引起工件端面的平面度誤差，和端面相對內(nèi)外圓垂直度的誤差；在車螺紋時則會造成螺距的誤差等。主軸軸向跳運對于內(nèi)孔或者外圓的精度影響比較小，主軸徑向跳動和主軸的角度擺動對加工誤差的影響比較相似，區(qū)別就在于主軸角度擺動除了影響工件加工表面的圓度誤差外，還會影響到圓柱度誤差。

1.2導(dǎo)軌誤差

導(dǎo)軌是機床上確定各機床部件相對位置關(guān)系的基準，除了導(dǎo)軌本身的制造誤差外，導(dǎo)軌的安裝質(zhì)量和不均勻磨損也是造成導(dǎo)軌誤差的主要因素。而導(dǎo)軌磨損是機床精度下降的主要原因之一。

1.3傳動鏈誤差

工件在切削的過程中，其表面的成形運動是靠一系列的傳動機構(gòu)實現(xiàn)的。該傳動機構(gòu)包括齒輪、螺母、蝸桿、絲桿等傳動元件。由于這些元件會在裝配、加工以及使用過程中產(chǎn)生磨損而導(dǎo)致誤差，所以就導(dǎo)致傳動鏈的傳動誤差。傳動線路越長、傳動機構(gòu)越復(fù)雜，傳動誤差就會相應(yīng)的越大。影響工件表面加工精度的誤差因素中，主要因素就是機床的傳動鏈誤差。

2.夾具的幾何誤差

夾具的作用是使工件相對于機床和刀具具有一個正確的安裝位置，因此，夾具的制造誤差對工件的加工精度影響很大。一是基準不重合誤差，在零件圖上確定某一表面尺寸、形狀、位置所依據(jù)的基準稱為設(shè)計基準。在工序圖上用來確定本工序所加工表面加工后的尺寸、形狀、位置所依據(jù)的基準稱為工序基準。在機床上對工件進行加工時，須選擇工件上若干幾何要素作為加工時的定位基準，如果所選用的定位基準與設(shè)計基準不重合，就會產(chǎn)生基準不重合誤差。二是定位副制造不準確產(chǎn)生的誤差，夾具上的定位元件不可能按基本尺寸制造得絕對準確，其實際尺寸（或位置）都允許在規(guī)定的公差范圍內(nèi)變動。工件定位面與夾具定位元件共同構(gòu)成定位副，由于定位副制造的不準確和定位副間的配合間隙引起的工件最大位置變動量，稱為定位副制造不準確誤差。

3.刀具的幾何誤差

任何刀具在切削過程中，都要產(chǎn)生磨損，并由此引起工件尺寸和形狀地改變。正確的選用刀具材料或新型耐磨刀具材料，合理地選用刀具幾何參數(shù)和切削用量，均能最大限度地減少刀具磨損。必要時可以采用補償裝置對刀具的磨損進行補償；同時，對于數(shù)控銑來說，裝夾刀具的刀柄以及彈簧夾頭的精度也應(yīng)該受到一定的重視，這兩者的好壞也反映了主軸回轉(zhuǎn)的徑向跳動對工件的影響。

4.工藝系統(tǒng)受力變形產(chǎn)生的誤差

4.1工件剛度

工藝系統(tǒng)中如果工件剛度相對于機床、夾具、刀具來說比較低，在切削力的作用下，工件由于剛度不足而引起的變形對加工精度的影響就比較大。還有加工工藝的安排是否合理也是影響加工精度的一個非常重要的方面。

4.2刀具剛度

外圓車刀在加工表面法線方向上的剛度很大，其變形可以忽略不計。但在鏜直徑較小的孔時，刀桿剛度很差，刀桿的受力變形就對孔加工精度有很大影響。

4.3機床部件剛度

機床部件由許多零件組成，機床部件剛度現(xiàn)在尚無合適的計算方法，目前還是用實驗方法來測定。變形與載荷不成線性關(guān)系，加載和卸載曲線不重合，卸載曲線滯后于加載曲線。兩曲線間所包容的面積就是加載和卸載循環(huán)中所損耗的能量，它消耗于摩擦力所做的功和接觸變形功。第一次卸載后，變形恢復(fù)不到第一次加載的起點，這說明有殘余變形存在，必須經(jīng)多次加載卸載后，加載曲線起點才和卸載曲線終點重合，殘余變形才能逐漸減小到零。

5.工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差

工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響比較大，特別是在精密加工和大件加工中，由熱變形引起的加工誤差有時可占工件總誤差的50％。機床、刀具和工件受到各種熱源的作用，溫度會逐漸升高，同時它們也會通過各種傳熱方式向周圍的物質(zhì)散發(fā)熱量。

6.調(diào)整的幾何誤差

在機械加工的每一道工序中，對工藝系統(tǒng)的調(diào)整是必不可少的，由于調(diào)整不可能絕對地準確，因而在調(diào)整過程中產(chǎn)生誤差。在工藝系統(tǒng)中，刀具、工件在機床上的互相位置精度，是通過調(diào)整機床、夾具、刀具或工件等來保證的。當機床、夾具、刀具和工件毛坯等的原始精度都達到工藝要求而又不考慮動態(tài)因素時，調(diào)整誤差的影響，對加工精度起到?jīng)Q定性的作用。

7.測量的幾何誤差

零件在加工過程中和加工完成后進行測量時，由于測量方法、檢測量具精度以及工件等主客觀因素都直接影響測量精度。

8.結(jié)論

加工精度的高低一般都是通過加工誤差的大小反應(yīng)出來的，工藝系統(tǒng)的原始誤差主要有工藝系統(tǒng)的幾何誤差、定位誤差、工藝系統(tǒng)的受力變形引起的加工誤差、工藝系統(tǒng)的受熱變形引起的加工誤差、工件內(nèi)應(yīng)力重新分布引起的變形以及原理誤差、調(diào)整誤差、測量誤差等。從原始誤差產(chǎn)生的主要來源看，提高加工精度的途徑有：減小原始誤差；轉(zhuǎn)移原始誤差；均分原始誤差；均化原始誤差；誤差補償?shù)?。因此，我們必須積極采取有效措施，盡量減少原始誤差，進而不斷提高加工精度。