机械加工中的误差分析

作者简介：袁胜春（1965—），本科，高级讲师，机械专业学科带头人，从事机械专业的理论及实习的教学与管理工作。

摘要：在零件的加工过程中，误差是客观存在且不可避免的，本文着眼于金属切削过程的物理本质和切削工作阶段，对加工中形成误差的原因进行分析，掌握产生误差的因素，从而提高零件的加工精度。

关键词：机械加工；加工误差；分析

误差是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数的符合程度。在零件的加工过程中，机床精度、计量器具精度、加工方法、加工人员技术水平、环境等因素，使得误差是客观存在且不可避免的。本文从金属切削过程的物理本质和切削工作阶段分析，产生加工误差的原因有如下几种：

一、工件与刀具相对运动时的几何轨迹误差

（1）近似的成形运动和近似的刀刃形状所产生的加工误差。在某些情况下，按原理准确地加工无法制造零件，这样将使设备的结构或刀具的外形复杂化，制造很困难，用近似的加工方法，不但可以简化机床或刀具的结构，且能提高生产率，使加工过程更经济。所以我们常常在满足零件技术要求的情况下，采取近似方法进行加工，既然是近似，就必然存在误差。

（2）机床、夹具、刀具的制造误差以及机床、夹具、刀具的磨损影响工件尺寸和形状精度。机床、夹具、刀具本身与其他机械加工的产品一样，只能按一定的精度制造出来，在使用过程中还有磨损，致使原有的精度逐渐降低。机床、夹具、刀具本身的误差会影响切削运动的几何轨迹，进而影响加工零件的几何精度。

（3）机床调整方面的误差。机械加工各工序都要进行机床的调整。例如：在卧式镗床上镗箱体孔时，要进行夹具在工作台上的安装调整，镗床主轴的高度调整，后支承与主轴的同轴度调整，工作台纵向、横向移动的调整和进给行程的调整，以及刀刃在镗杆上伸出长度的调整等。而这些调整都会产生误差影响零件的精度。

（4）工件装夹产生的误差。工件装夹到夹具内时，由定位和加紧过程引起的误差会影响加工表面的位置精度。

二、切削过程物理因素的误差

（1）切削力和其他作用力引起的误差。刀具对工件进行切削时，产生的切削力会使工件、刀具、机床以及夹具产生弹性变形，因此，会造成加工误差。此外还有加紧力、离心力、重力等引起的误差。

（2）切削热和其他热源使刀具和工件的相对位置产生误差。在金属切削加工过程中，工艺系统的温度会产生复杂的变化，这是该系统所产生的切削热、摩擦热以及阳光和供暖设备的辐射热而引起的。工艺系统中，机床、刀具、夹具、工件的结构一般都比较复杂，所以热的传递和分布就比较复杂。温度的变化会引起工件体积的变化，并造成切深和切削力的改变。也就是说：温度的变化将导致工艺系统中各元件间正确的相对位置的改变，使刀具与工件的相对位置和切削运动产生误差。

三、加工后的误差

（1）工件内应力引起的误差。内应力是指在没有外力作用下或去除外力后存在于工件材料内的应力，应力通常处于平稳状态，并在外观上无任何表现。当切削加工完毕后，毛坯原来内应力的平衡状态即被破坏，因此就会产生重新平衡或应力消减，这样就使工件产生变形而造成误差。例如：因工件各部分受热不均匀或受热后冷却速度不同而产生局部的塑性变形，工件材料金相组织的变化不均匀引起的内应力，都能影响工件的加工精度。

（2）测量误差。工件加工后能否达到预定的加工精度必须用测量结果来加以鉴别。为防止废品产生，首先在调整机床时，必须以测量结果为依据，测量误差就直接影响调整精度。前道工序加工后测量的误差将直接影响工件的后道工序的加工精度。工件加工后的测量误差则直接影响工件精度的评定。测量误差产生的原因很多，例如：量具本身的制造误差和使用中的磨损；在测量过程中，温度发生变化或量具与工件的温度有差别；量具与工件的相对位置不正确；量具在测量过程中用力不一致以及测量者的经验、技能等主观因素。

通过对机床加工误差的各种因素进行分析证明，一个工序加工完成后工件的尺寸和形状误差是一系列工艺因素综合影响的结果。在具体的加工条件下，各种工艺因素对加工精度的影响程度是不同的。在分析具体工序时，必须分清主次，找出起主要作用的因素，这样，才能合理地选择加工方法，确定工序公差，保证和提高工件的加工精度。