浅析机械加工精度的主要影响因素及对策

王明冬

摘要：利用文献资料法，结合日常工作实践，分析了形成机械加工精度误差的主要原因，同时提出了对策措施。

关键词：机械加工精度措施

一、前言：

零件精度是指零件加工后的实际物理尺寸及形状位置尺寸与设计值的符合程度。实际的加工值不可能做得与设计完全一致，总会有大小不同的偏差，零件加工后的实际参数值（尺寸，形状和位置）与设计值相应参数的差值程度，称为加工误差。加工误差按照来源可分如下几类。

1 “近似原理”带来的加工误差

一是零件与刀具运动联系带来的误差。理论上，工件与刀具之间所形成的运动关系应该是完全精确的，但实际加工过程很难实现这种“高精准确”。因为加工时，为了满足加工的基本原则，需要在被加工件与刀之间形成一定的运动关系，以求获得适当的加工面。实际加工时，受机床和夹具多样性的影响，工件与刀具之间的运动很难保持相对稳定，加上加工本身为近似运动，便导致加工精度误差的出现。二是刀具轮廓运动采用近似加工带来的加工误差。在实际加工中运用圆弧、直线这些相对简单但与设计曲线形似的线形逼近甚至替代。这样因实际加工与设计及理论的近似、替代就带来了误差，加工精度就会受影响，甚至会出现近似替代不当导致质量缺陷的风险。

2 机床本身的几何误差

工件的加工制造主要是通过各种机床完成的。为此，机床本身的精度对工件加工精度起着至关重要的影响。一是主轴回转误差。主轴回转误差将对工件的形状及位置公差有着最为直接的影响。主轴的回转误差可以被认为是主轴角度摆动，径、轴向跳动构成。随着具体加工工件表面位置的差异及主轴回转误差表现的差异在，而导致的加工误差差别也各有不同。例如，工件加工时，由于主轴径向跳动误差，会对工件的外圆的精度造成一定影响。二是机床导轨误差。导轨一旦存在误差，都会对工件加工精度产生不良影响。导轨的主要作用是其导向以及承载功能，同时能对定位机床的主要零部件，并明确零件相对运动基准，所以机床导轨的误差对加工工件的外形尺寸带来重大影响。其最大的莫过于水平面直线度误差，该误差将能直接的反映在加工工件表面的外法线上。导轨纵向截面的直线误差对加工工件精度影响比较小，甚至可以忽略。三是机床传动链误差。机床的传动机构能完成工件的切削加工。齿轮、螺母、丝杆、蜗杆以及蜗轮等基础元件是构成传动机构的主要零部件，他们在整个切削加工的过程中都会出现不同程度的磨损，这些磨损会对整个传动机构的正常运转造成不利影响。

3 刀具的制造误差、磨损及夹具的制造误差

刀具制作本身的误差对加工精度的影响视刀具种类而各异。普通刀具的制造误差一般对加工精度影响较小，但其安装的尺寸误差将直接影响加工工件的精度；成形刀具的误差影响的主要是加工面形状精度。刀具使用过程中都会磨损，磨损会直接影响加工表面的位置精度而导致尺寸误差。夹具的功能是保证工件相对于刀具和机床的位置准确，固夹具制造的误差会对工件的误差有直接影响。

4 加工受力变形带来的误差

一是切削过程中受力点位置变化。在切削过程中，随着切削力着力点位置的变化，会引起系统变形的差异，对工件加工表面带来形状误差。二是切削力变化引起的加工 误差。工件的毛坯有这些特性：外形尺寸，形状大小，表面层材料硬度都相差较大；这些差别在加工时使切削刀具力不断变化，这样切削力的也会随着变化，一定速度下导致工件发生相应的变形，也就是工件在完成加工后还保留与毛坯时类似的行位或尺寸误差，尽管工件表面残留的误差比毛坯表面误差要小得多。这种状况就是所谓的“误差复映“。其他作用力，如传动力、惯性重力、夹紧力等也会使工件的发生变形，进而引起加工误差。

5 工件受热变形带来的误差

一是机床热变形对加工精度的影响。由于机床各功能机构差异大，热源也呈不均匀分布，机床各功能机构的热变形也差别大，这些变形破坏了各部件原有的相互位置关系，从而影响加工精度。不同功能的机床由于热源差异，对加工精度的影响也各不相同。二是刀具热变形对加工精度的影响。加工中刀具与工件在一定速度下接触运动，热量会产生并传递给刀具和工件。尽管传递给刀具的热量很小，但由于刀具具有的小尺寸和小热容特性，固会有很高的温升，从而引起热变形，并带来加工误差。对于工件加工要求越高，这种由于刀具的热变形而带来的加工误差就越大。

6 加工生热对加工精度产生的影响

工件被切削时，工件与刀具因摩擦会局部产生大量的热，局部热量集中导致工件和刀具受热局部刚性不足而产生变形。如下列举了几种情况：1）工件被切削时表面受热不均匀，当加工结束后加工零件的局部受热逐渐冷却后，工件受热部便会冷却收缩，便会带来尺寸误差。2）细长工件（长度>5倍直径）的切削加工也会出现类似的情况：刚开始加工时工件受热比较小，变形也小；但随着时间的累积，被加工工件表面的热量迅速累积，而导致工件受热直径变大，所以此时被切去的部分就变多，待加工完成后随着温度的冷却工件直径将会出现一头大一头小的现象，这就是尺寸误差，也会带来圆柱度误差。3）当对工件进行磨削加工时，加工的区域往往受热多，其他地方则受热少，由于受热不均会带来工件的翘曲变形，加工完成后冷却下来变形会加剧，这种情况对于薄片类工件尤为突出。

二、提高机加工精度的措施

鉴于以上对于误差来源的分析，结合实际的加工经验，对于如何降低误差保证精度大致概括为减小原始误差法，补偿原始误差法，均化或分化原始误差法。

1）减少原始误差。在进行了以上误差来源分析后，要对实际加工中的误差来源做一个系统分析从而具体问题具体对待。如因为刀具磨损导致走刀不畅而导致偏离或加工表面粗糙时应及时更换刀具；对于要求紧密的工件加工时要使用加工精度高的机床；对于有特定表面成型要求的工件，可以考虑设计如何走刀能避免或降低因刀具带来的误差。

2）补偿原始误差法。补偿的方法可以是人为故意添加的误差，用以补偿或减少，甚至能抵消原始误差以达到提高精度的目的。

3）均化或分化原始误差法。这种方法是将加工误差因加工工序而采取分化的手段。即“分组调整均分误差法”：“根据误差反映规律，将毛坯或上道工序的工件尺寸经测量按大小分为 n 组，每组工件的尺寸范围就缩减为原来的 1/n。然后按各组的误差范围分别调整刀具相对工件的准确位置，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。”还可以使均化原始误差，它的实质是利用工件或工件表面相互比较，在对比中找到差异后及时修正或互为加工基准，使其在加工中误差不断缩小。

三、小结

机械加工中的误差是不可避免的，在对误差之所以产生作出正确分析后采取相对应的预防措施可减少误差从而能提高精度。

參考文献：

[1]顾维邦.金属加工概论[M].机械工业出版社，1998.

[2]耿君亚.机械加工误差分析[J].新余高专学报，2005.