影响机械加工精度的主要因素探究

马吉峰

摘 要：随着我国经济建设的飞速发展，科学技术更新突飞猛进，产品产量不断增多与人民对产品质量的要求之间的矛盾日益突出，尤其在机械加工产业当中，产品质量对企业的经济效益和社会效益有着决定性的影响。加工精度是衡量加工零件产品质量的一个重要标准，完善加工工艺，保证加工精度水平，提生产品质量，是现代机械加工企业成存和发展的必然之路。文章根据相关机械加工的技术质量标准和笔者自己多年的工作经验，对影响机械加工精度的各种因素以及如何改进完善机械加工工艺进行深入的探讨和分析。

关键词：加工精度；机械加工；技术工艺

机械加工是一项十分复杂的技术工艺，直接影响机械加工精度的重要因素即是误差，在切削过程中，误差会直接导致零件本身构成的改变，其中刀具外形和传动的雷同都会造成加工中误差的出现。

1 加工原理误差

1.1 采用近似的加工运动造成的误差

避免和减小误差，必须保证切割刀具和加工零件之间运动关联的精确。然而由于加工零件的质地和表面具有一定的特定性，对加工过程造成阻碍，使得加工机床和夹具无法达到理论上的绝对精确，导致加工精度不尽如人意，有些特殊情况甚至无法进行加工操作。比如模数螺纹进行磨削和车削，由于有π这个无理因子存在于其导程t=πm式中，导致导程数值通过配换齿轮来获得的过程中，发生原理误差的现象。

1.2 采用相似的刀具轮廓出现的误差

由于某些曲面设计复杂，比如渐开线齿轮在通过滚刀的滚切加工过程中，致使加工刀具的刃口无法实现其理论设计的曲线轮廓的加工，实际加工中，将渐开线基本蜗杆用法向直廓基本蜗杆或者阿基米德基本蜗杆来替代，同时将其设计理论曲线用直观类似的圆弧或直线来替代，这个过程中就会产生加工原理上的误差。

2 工艺系统受力变形引起的误差

由于加工过程中产生的传动力、夹紧力、切削力会导致工艺系统发生弹性变形，刀具和加工零件原本的精确位置发生了不同程度的改变。

2.1 切削过程中受力点位置变化引起的误差

零件加工过程中，由于刀具切削的着力点被工艺系统原有的钢度影响，出现不同程度的加工系统的变形，直观上的表现即是加工零件的外形出现误差。

2.2 切削力大小变化引起的加工误差

切削过程同时也会受到来自加工零件外表的毛坯影响，由于毛坯的外形、大小、材质、硬度的不同，导致切削力在切削过程中切削深浅度也会不停的发生改变，从而影响切削力发生改变，间接的促使加工系统外形发生变化，直观上表现为经过加工的零件与毛坯相比之下，外形虽然相似，却有着细小的误差。加工过程中，传动力、惯性重力、夹紧力等作用力与切削力一起对工艺系统产生改变作用，致使外形改变，出现误差，这种现象在专业领域被称为误差复映规律，产生的加工误差被称为误差复映，会对加工精度产生影响。

3 工艺系统受热变形引起的误差

加工零件过程中，热源也会造成工艺系统出现不同程度的热变形，导致切削刀具与加工零件原本的精确位置发生变化，运动关系出现误差。由于热源的分布不均匀、工艺系统的各部位材料、结构也不同，导致这些部件出现的误差也有会不同的差异。尤其是精密加工过程中，由热变形所产生的误差占加工总误差量的40%～70%。

3.1 刀具热变形对加工精度的影响

切削加工过程中，刀具的体积小、热容量也小，进入到刀具的热量只有总热量的3%～5%，但是由于切割刀具的热胀冷缩的特性，也会造成刀具变形而产生加工误差。刀具的遇热变形在粗加工操作中的影响可以忽略不计，但是对加工精度要求较高的零件加工，切割刀具的遇热变形就会产生较大的影响，直观上会产生加工零件表面形状的误差变化。比如在车削过程中，高速钢刀具的刃部温度可以达到700℃～800℃，其热伸长量达到0.03mm～0.05mm。

3.2 机床热变形对加工精度的影响

加工机床的构造复杂，机床的型号差异、各个构件所处位置的差异，受不均匀的发热的时候，发热位置温度的差异、热源辐射的差异，各个构件所产生的热变形也有所差异，对加工精度的影响也会有所差异。

3.3 工件热变形对加工精度的影响

切削热能直接导致加工零件的热变形，加工措施的差异和加工零件受热的均衡差异所造成的变形也有所差异。

3.3.1 工件均匀受热。车、磨轴类件的外圆等均匀受热的简单工件，冷却后其直径和长度会发生收缩现象，出现误差；针对加工时长较短的盘类零件、较短的轴套类零件等，其沿工件轴向方向的温升近似相等。针对长轴等较长的工件加工，进行切削时，其温度较低，可以忽略。加工零件的温度和直径随着切削的时间增加而升高和增大，导致其金属层厚度被切削的越多，经冷却后会同时出现圆柱度和径向尺寸的误差。精密丝杠等工件对轴向精度要求很高，热变形时其轴向伸长会产生螺距误差。

3.3.2 工件不均匀受热。在进行薄片类工件的加工时，由于加工零件的受热不均匀和不平衡，会出现工件单面翘曲，冷却后会产生凹形的形状变化和误差。

4 刀具、夹具的制造误差及磨损

夹具会对加工零件的加工精度造成明显的影响，夹具起到固定加工零件位置的作用，夹具的夹紧、定位、夹具的安装、导引、分度、以及夹具的磨损程度，都会对加工零件的加工精度产生直接的影响。加工刀具的磨损会造成位置误差，导致加工零件的尺寸发生变化，而刀具本身的规格和质量，对误差的产生影响又有着轻重的区别。1成形刀、成形铣刀、齿轮滚刀等成型刀具会严重的影响被加工面形状的精度；2钻头、铰刀、拉刀、槽铣刀等定尺寸刀具影响被加工零件尺寸的精度；3车刀、镗刀、铣刀等普通刀具则不会直接影响加工精度。

5 机床几何误差及磨损其对加工精度的影响

机床是进行零件加工的载体，加工零件的精度在一定程度上受到来自机床本身制造精度的影响，机床制造的误差主要包括三个部分，即主轴回转、导轨以、传动链的误差。

5.1 主轴回转误差

主轴的回转包括径向跳动、轴向跳动、角度摆动。加工零件的位置精度和形状受到其直接作用。加工不一致和误差的敏感方向的存在，导致其所产生的误差也有所差异。比如，进行外圆和内孔的加工，主轴径向跳动会出现其圆度的误差，但是端面的加工却不会受到影响。而进行端面的加工时，主轴軸向跳动会产生其平面度发生误差以及端面的垂直度的误差。进行螺纹的加工过程中，会产生螺距的误差。在影响程度上，主轴角度摆动、主轴的径向跳动对加工零件的误差影响程度相近，其中圆度的误差和圆柱度的误差都来自主轴角度摆动的影响。

5.2 导轨误差

导轨水平面上的直线度误差直接作用于加工件的误差敏感方向即法线方向上，其垂直平面上的直线度误差可以忽略不计。在加工中产生晃动，改变刀具的切割轨迹，从而造成加工件的形状出现误差。

5.3 传动链误差

加工件表面的加工精度受到的主要影响因素之一，即是传动链出现的误差。机床的传动由蜗杆、括齿、螺母、丝杆、蜗轮等组成，传动机的数量越多，传动距离越大，其产生的误差也就越大，同时这些部件本身的质量、安装、加工中出现的磨损也会对加工件的精度产生影响。

6 结束语

在机械加工中，误差是不可能完全避免的，只能尽量的减小，只有找出误差出现的原因，逐一排查，采用有效的解决方法，才能提高加工精度，提升产品质量。

参考文献

[1]杨叔子.机械加工工艺师手册[M].机械工业出版社.

[2]富成科.机械制造基础[M].北京：人民出版社，1998.10.