机械加工质量的分析与控制

宋金鹏

摘 要：文章简要介绍了机械加工精度的定义和造成加工误差出现的原因，并提出了提高机械加工精度的措施。

关键词：机械加工精度；误差；分析

机械加工是指利用机床等机械作为加工工具，按照图纸要求对物料的外形进行车、铣、刨、磨等加工工序，从而得到误差在一定要求范围的工件。由误差就引出了关于机械加工精度的概念，文章就机械加工这一概念进行阐述，并对引起误差的原因，误差的分类和怎样减小误差的措施进行了分析。

1 机械加工精度的含义

机械加工精度是指对毛坯件进行加工后所得到的工件的实际外形尺寸和设计工件时所希望得到的外形尺寸的相似度。而工件实际达到尺寸和希望达到尺寸的差异值表现为机械的加工精度。它们之间的差异越大则精度越低，同理差异越小相似度越高则精度越高。

加工精度主要体现在三个方面：尺寸精度，用来限制工件的加工表面与其基准间尺寸误差不得超过一定的范围。几何形状精度，几何形状精度用来限制加工表面宏观几何形状误差，如圆度、圆柱度、平面度、直线度等。相互位置精度，相互位置精度用来限制加工表面与其基准间的相互位置误差，如平行度、垂直度、同轴度、位置度等。

同一批产品即使在相同的条件下生产加工出来，由于其它各种原因和加工因素的影响，其加工精度总会存在一定的差别，即加工误差。误差不可避免，只要误差能控制在一定的范围内，能够满足机器使用性能的要求。文章将就加工误差产生的原因和怎样减小造成加工误差的措施来达到选取合适的加工工艺，从而能够提高效率和经济性。

2 机械加工产生误差的种类和造成误差的主要原因

机械加工产生的误差分为系统误差、随机误差、静态误差、切削状态误差与动态误差。凡是误差的大小和方向均已被掌握，则为系统误差。系统误差又分为常值系统误差和变值系统误差。常值系统误差的数值是不变的。如机床、夹具、刀具和量具等制造的误差都是常值的。变值误差是误差的大小和方向按一定规律变化如刀具在正常磨损时，其磨损值与时间成线性正比关系，它是线性变值系统误差，而刀具受热伸长，其伸长量和时间就是非线性变值系统误差，凡是没有被掌握误差规律的，则为随机误差。从误差是否与切削状态有关来分，可分为静态误差与切削状态误差。

零件加工的误差是由于工件与刀具在切削过程中相互位置发生变动而造成。工件和刀具安装在夹具和机床上，工件、刀具、夹具、机床构成了一个完整的工艺系统。工艺系统的种种误差，是造成零件加工误差的根源，故称之为原始误差。原始误差分为了加工前误差和加工中误差和加工后误差。

加工前误差包括：加工原理误差、调整误差、机床误差、夹具误差、工件装夹误差、刀具制造误差等，加工中误差包括：工艺系统受力变形、工艺系统热变形、刀具磨损等，加工后误差包括：残余应力引起变形、测量误差等。

2.1 机床本身造成的误差

机床是机械加工的主要工具，而机床本身的制造安装误差将直接影响到工件的加工精度。（1）主轴回转误差：主轴回转时实际回转轴线与理想回转轴线的偏移量，主要包括主轴的端跳动和径向跳动。（2）导轨的精度包括在水平面内的直线度、在垂直面内的直线度、前后导轨的平行度。（3）机床的定位精度垂直度等。

2.2 刀具造成的误差

不同的刀具对加工精度的影响不同。机械加工中常用的刀具有：一般刀具、定尺寸刀具和成形刀具。定尺寸刀具（如钻头、铰刀、拉刀等）的尺寸误差直接影响加工工件的尺寸精度。刀具在安装使用中不当，也将影响加工精度。成形刀具和展成刀具（如成形车刀、成形铣刀及齿轮刀具等）的制造误差，直接影响被加工表面的形状精度。采用定尺寸刀具成形刀具展成刀具加工时，刀具的制造误差会直接影响工件的加工精度。夹具误差与装夹误差夹具误差主要是指夹具的定位元件、导向元件及夹具体等的加工与装配误差，它将直接影响工件加工表面的位置精度或尺寸精度，对被加工工件的位置误差影响最大。

2.3 定位误差

当在加工时，如果加工选取的工序基准和设计基准不重合将会造成基准不重合误差。二是夹具上用来定位的夹具在制造时总是带有一定的误差，而这部分误差将直接累积到工件加工时的误差中。

2.4 工件在加工时受力变形

工件和机床的刚性不一样，因此在加工过程中如果工件的刚度低，将会在吃刀受力时产生一定的变形从而造成加工误差。而如果工件刚度高而机床的刚性低则在加工时刀具或夹具等会在加工时产生让刀从而对加工精度造成影响。

2.5 工件受热变形引起的误差

工艺系统在各种热源的影响下会产生很复杂的变形，导致工件产生加工误差。

2.6 调整误差

在工序的调整工作中所存在的误差即调整误差，一次调整后存在的误差对这一批零件的影响是不变的。但大批量加工中存在多次调整，不可能每次完全相同。对全部零件来说，每次调整误差为偶然性误差。机床调整误差可理解为零件尺寸分布曲线中心的最大偏移量。

3 提高加工精度的措施

3.1 消除或减少原始误差

如加工细长轴时易产生弯曲和振动，增大主偏角减小背向力，使用跟刀架或中心架增加工件刚度。但在进给力作用下，会因“压杆失稳”而被压弯；在切削热的作用下，工件会变长，也将产生变形。采取措施：采用反向进给的切削方法，使用弹性的尾座顶尖。

3.2 误差补偿法

利用原有误差或制造误差来抵消原始误差。如龙门铣床因铣削头自重产生下凹变形，刮研横梁导轨使上凸；加工曲轴时前后刀架同时切削，径向力方向相反；精磨磨床床身导轨预加载荷，用配重代替工作时的部件等。

3.3 误差分组法

在加工中，对于毛坯误差、定位误差而引起的工序误差，可采取分组的方法来减少其影响。误差分组法是把毛坯或上道工序加工的工件尺寸经测量按大小分为n组，每组工件的尺寸误差范围就缩减为原来的1/n。然后按各组分别调整刀具与工件的相对位置或选用合适的定位元件，使各组工件的尺寸分散范围中心基本一致，以使整批工件的尺寸分散范围大大缩小。这方法比起一味提高毛坯或定位基准的精度要经济得多。例如某厂采用心轴装夹工件剃齿，由于配合间隙太大，剃齿后工件齿圈径向圆跳动超差。为不用提高齿坯加工精度而减少配合间隙，采用误差分组法，将工件内孔尺寸按大小分成4组，分别与相应的4根心轴之一相配合，保证了剃齿的加工精度要求。

3.4 误差平均法

误差平均法就是利用有密切联系的表面之间的相互比较和相互修正或者利用互为基准进行加工，以达到很高的加工精度。例如，对配合精度要求很高的轴和孔，常采用研磨的方法来达到。研具本身的精度并不高，分布在研具上的磨料粒度大小也可能不一样，但由于研磨时工件与研具间作复杂的相对运动，使工件上各点均有机会与研具的各点相互接触并受到均匀的微量切削。高低不平处逐渐接近，几何形状精度也逐步共同提高，并进一步使误差均化，因此，就能获得精度高于研具原始精度的加工表面。又如三块一组的精密标准平板，就是利用三块平板相互对研，配刮的方法加工的。因为三块平板要能够分别两两密合，只有在都是精确平面的条件下才有可能。此时误差平均法是通过对研、配刮加工使被加工表面原有的平面度误差不断缩小而使误差均化的。

4 结束语

在机械加工过程中，误差总是会发生。只有对误差产生的原理和原因进行理解和大量的分析基础上，才能对减小或消除误差，从而有效提高机加工的精度。

参考文献

[1]郑渝.机械结构损伤检测方法研究[D].太原理工大学，2004.