机械加工的误差分析

王少杰

摘  要：任何机械加工中都有加工尺寸的概念，无论是加工大型机械上使用的尺寸为?10的螺栓，还是加工手机上使用的尺寸为?0.5的螺钉，它们都具有一定的基准尺寸和公差，且加工后的尺寸会影响到该工件的使用。无论加工误差是0.1 mm，还是0.000 1 mm，都可能无法达到工件的加工要求，进而生产出不合格的产品。因此，分析机械加工误差产生的原因，并从根源上解决问题，对提高产品加工的良品率有很大帮助。

关键词：机械加工;轴线;精度控制;机械磨损

中图分类号：TH161              文献标识码：A               DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.01.096

机械加工误差是指工厂车间所加工、生产的工件达不到设计标准，导致产品无法达到生产标准，进而不能交付使用或在以后的使用中存在严重的安全隐患。加工误差与很多因素都有关系，比如机床磨损误差（包括主轴回转误差、导轨误差和传动系统误差）;刀具、夹具和量具误差;加工工艺造成的误差等。这些因素都具有不确定性，任何一种因素都可能导致误差产生，进而增大了加工误差分析和加工精度控制的难度。

1  机床磨损造成的加工误差

机床磨损造成的加工误差分为主轴回转误差、导轨误差和传功系统误差等。

1.1  主轴回转误差

主轴回转误差是指主轴实际回转轴线与其理想回转轴线存在偏移量的情况，主要表现为主轴径向跳动、主轴轴向跳动和主轴角向摆动等情况。

1.1.1  主轴径向跳动

主轴径向跳动是指主轴在运动时，径向上产生了一定的偏移量，主要表现为在加工圆形工件时，产品圆度达不到加工要求。因此，在加工圆形工件时，如果发现工件的圆度达不到要求，则应考虑是否是由主轴径向跳动造成的，进而确定解决问题的方法。

1.1.2  主轴轴向跳动

主轴轴向跳动是指主轴在运动时，轴向上产生一定的跳动现象，主要表现为在车削端面或铣削平面出现波浪纹，这会严重影响加工工件表面的平整度和美观。因此，在加工平面时，如果发现平面上存在波浪纹，则应考虑是否是由主轴轴向跳动引起的，进而确定解决问题的方法。

1.1.3  主轴角向摆动

主轴角向摆动是指主轴在运动时，其实际轴线与理想轴线间存在倾斜角，主要表现为在加工圆柱状工件时，工件的圆柱度无法达到加工要求。当在加工中遇到这种情况时，应考虑是否是因轴承磨损而导致间隙过大。

1.2  导轨误差

机床中导轨的主要作用是承载工件和引导工件运动，它既是工件的运动基准，又是确定机床上主要部件之间相对位置的基准，其导向精度会直接影响加工工件的精度。

导轨误差一般分为2种情况：①导轨在水平面内和垂直面内的直线度误差;②前、后导轨在垂直面内的平行度误差。导轨误差在机床镗孔和铣削平面时尤为明显，主要表现为镗孔的中心线与基准面不平行或所铣平面与基准面不平行，这对加工工件的使用性能造成了极大的影响。因此，提高机床导轨的导向精度是十分必要的。

1.3  传动系统的误差

机床内部的传动系统是整个机床的运动核心。机床在加工工件时，工件从形状规则的毛坯变成形状各异的产品的过程正是通过该系统内部一系列的传动元件，比如齿轮、蜗杆与丝杆等的紧密配合实现的。

在机床加工车螺纹、滚齿等对工件与刀具之间的传动比有严格要求的工件时，如果传动系统的精度较低，则工件的表面精度就难以达到要求。具体表现为齿间距不均匀、齿高不均匀或齿顶不在同一直线上，这会严重影响工件的使用性能。如果发现传动系统的精度较低，则一定要及时修理、调整。

2  刀具、夹具和量具误差

2.1  刀具误差

刀具是加工时机床上与工件直接接触的部件，直接影响着加工工件的精度。一般而言，在加工不同材质的工件时，选择对应的刀具即可满足加工的要求，但刀具在装夹时可能会出现一定误差，比如刀具的刀刃顶尖与主轴回转中心线不重合（主要在车端面时产生影响，端面中心可能会存在一段盲区）。此外，刀具具有一定的使用寿命，长时间使用后会出现磨损。因此，当发现加工后工件表面不光滑时，应及时更换刀具。

2.2  夹具误差

夹具是机床的重要组成部分之一，工件在机床中的定位和夹紧是靠夹具实现的。夹具的主要作用是夹紧工件并确定其在机床中的位置，进而可减少机床的加工误差。夹具误差主要表现为定位误差，指在进行某一道工序时，加工的工序基准与工件的定位基准不重合，比如钻孔中心相比于设计中心存在偏移现象。

2.3  量具误差

量具是用来确定工件尺寸的工具，但有时采用量具测得的工件尺寸与实际尺寸不符，这是因为量具在长期使用后会出现磨损的现象。因此，在使用前，应查看所使用量具的零点是否可读零。

3  加工工艺造成的误差

加工工艺造成的误差主要体现在加工过程中，主要指在整个工艺系统中，各个部位因机床运转产生的热量而出现了热变形。热变形在机床加工中是一种较为常见的现象，热变形对精度要求较低的加工工件的影响并不大，但在精密加工中，热变形会引起较大的误差，进而对工件产生巨大的影响。热变形主要包括机床热变形、刀具热变形和工件热变形。在机床加工中，刀具受热后会伸长，导致加工所得尺寸变小;工件热变形是指工件热膨胀导致加工时尺寸相比于变形前较大，进而导致加工所得尺寸变小。热变形的情况一般是因工艺方案不合理、主轴转速不合理或没有选择合适的冷却方案而引起的。

4  结束语

随着科学技术的不断发展，越来越多的高科技产品出现在人们的视野中，人们对各种零件的精度要求也越来越高，特别是航空航天领域，一个不合格的零件可能会带来不可挽回的损失。因此，机械加工的精度控制也越来越重要。机械加工的误差分析是一个复杂而漫长的过程，不同的原因会造成不同形式的误差，而相同的误差也可能是由几个不同的原因造成的。因此，在实际的生产中，如果发现加工中存在误差，则应系统地分析误差产生的原因，从而解决误差带来的各种问题。

参考文献

[1]于俊一，邹青.机械制造技术基础[M].第二版.北京：机械工业出版社，2009.

〔编辑：张思楠〕

Machining Error Analysis

Wang Shaojie

Abstract： Any machining in both size and processing concept， whether it is the size used for the processing of large machinery used on the bolt size ?10， or processing phone for ?0.5 screws， they all have certain basic dimensions and tolerances ， and the size after processing will affect the use of the workpiece. Whether processing error is 0.1 mm， or 0.000 1 mm， may not achieve the processing requirements of the workpiece， thereby producing a substandard product. Therefore， the analysis of the reasons for machining errors generated and address the root causes of the problem， to improve the yield of products processed much help.

Key words： machining; axis; precision control; mechanical wear