机械加工工艺技术的误差与原因探究

杨文

【摘 要】本文从机械加工工艺的概念及内容入手，分析了机械加工中产生误差的原因，并对提高机械加工精度，减少加工误差的措施进行了探究，以期为控制机械加工过程，提高机械加工产品质量提供参考价值。

【关键词】机械加工；工艺技术；误差分析

前言：

在机械零件加工过程中，由于每个零件的形状、尺寸、类型与技术要求等各不相同，单个零件很难由独立车床加工完成，而是需要经过一套完整的工艺流程，依据零件的要求选择正确的加工方法，按照一定的加工工序逐步将其加工完成。因此，分析机械加工的工艺技术及加工过程中产生的误差，对于提高零件的加工精度和质量有着重要的意义。

1.机械加工工艺的概念及内容

在零件加工过程中，工艺人员需要对加工零件的尺寸、形状和技术要求等因素进行全面的考察与衡量，并以其结果作为标准来选择合适的工艺流程，还会将加工的内容制成工艺规程。机械加工的工艺规程是车间组织生产的主要依据文件，也是企业改造和扩建车间基本的技术依据，不同加工企业的情况不同，工业流程自然也不同。

机械零件或者工件加工制造的步骤即为机械加工的工艺流程，而通过机械加工方法，改变毛坯尺寸、形状于表面质量，使其成为合格零件的整个过程就是机械加工的工艺过程。例如普通零件经过粗加工、精加工、装配、检验和包装等一系列环节，即组成了普通零件简单的加工流程。机械加工工艺是建立在工艺流程基础上，通过改变机械零件的尺寸、形状和相对位置等，使其成为半成品或者成品的整个过程，其中的每一个步骤和流程都有着详细说明和严格要求。简而言之，加工工艺为工艺环节依据的详细参数，工艺流程为总加工纲领，工艺规程为根据实际的加工情况所编制的加工工艺。

2.机械加工中产生误差的原因

2.1几何误差对加工精度的影响

1）调整误差。在机械加工的过程中，加工机械所需要的夹具、刀具和机床在对机械零件进行加工的过程中会产生误差，需要对误差进行调整，但是在调整的过程中并不能保证完全到位，也可能出现误差。调整过程中因方法的不同也会导致不同误差的出现，误差的出现受到许多因素的影响，因而在研究调整误差时需要结合具体的调整方式。

2）机床自身几何误差。机床自身几何误差主要是安装误差、制造误差和磨损误差等几种常见的误差，其中，制造误差是最大的误差。机床自身的三种基本误差为导轨误差、传动链误差和主轴回转误差。导轨误差，导轨出现误差将会明显作用于加工的精度，出现直线度误差、扭曲度误差、相互位置误差等，为了减少导轨误差，可以从材料、润滑、保护装置、结构等方面着手；传动链误差，该误差出现的原因主要是因为安装传动机构，制造和后续作业等条件下因磨损导致的，出现先后运动误差。实验表明，减少传动链部件数量和缩短传动链可以实现传动误差数值量的减少；主轴回转误差，回转误差会影响产品加工表面的形状，部件因角度摆动出现圆柱度误差，部件端受轴向窜动会有平面度误差，但断面不会受其影响。

2.2机床制造误差

机床制造误差主要表现在主轴回转、导轨与传动链等方面的误差。主轴回转出现误差的原因主要为轴承自身产生的误差、主轴同轴度方面的误差和主轴绕度产生的误差等。导轨出现误差主要为导轨自身制造方面的误差、导轨受到不均匀的磨损而产生的误差与导轨安装过程中产生的误差等。传动链出现误差主要是传动链各组成部分在制造与装配的过程中出现的误差，以及传动链工作中磨损产生的误差。

2.3刀具与夹具的几何误差

刀具在工作中会出现磨损，从而使零件的尺寸与形状发生改变而产生误差，尤其是对于定尺寸的刀具，其在零件加工过程中出现的制造误差直接对影响到零件的加工精度。夹具主要是用来校正刀具与机床的相对位置，其几何误差也会影响到零件的加工精度。

2.4 定位过程中的误差

定位的误差主要分为两种情况，一种为定位副制造时相关数据出现了误差，另一种为基准不重合造成的误差。在零件加工的过程中，如果设计基准和定位基准出现偏差，就很容易造成基准不重合方面的误差。定位副由零件定位面和夹具定位元件构成，如果定位副的制造出现问题或者定位副配合间隙和副制造数值缺乏精确性，就会出现副制造误差。

2.5工艺系统热变形的误差

机械加工的工艺系统在受热作用时，会发生变形，尤其是存在比较剧烈的温差时，对工具自身运动与几何关系会产生比较大的破坏作用。控制好加工的热影响对于精度有积极的意义。加工工艺的变形主要包含三种：工件热变形、机床热变形和刀具热变形。如果所需加工的零件的长度长，而精度要求高时，工件的热变形对精度的影响是最为明显的。工件加工时，经常在单面进行切削，由于存在温差，会导致工件的隆起，产生较大的誤差。而加工中将隆起的部分削平，当温度降低之后，削平的部位又会出现收缩，有凹槽，导致较大的平面误差度。经过试验和实践经验分析得出，对于此类问题最为常用的方式是加入切削液，对温差进行补偿，尽量降低加工时零件表面的温度。

2.6加工精度受加工原理的误差

机械加工的过程中由于采取了近似加工法，近似传动法或近似刀具轮廓而产生的加工误差称之为加工原理误差。很多时候为了得到要求的工件表面，在实际加工过程中，工艺师会在工件或刀具的运动之间建立一定的关联。理论上来说要采用完全准确的运动联系，但是实际生产中由于完全准确的加工原理会导致机床或夹具制造极为复杂，使得制造工艺极为复杂而难以满足现实条件，基本上不可能做得到，这就是近似加工运动误差。

3.提高机械加工精度的措施

3.1直接减少误差的方法

在机械加工的生产过程中直接减少误差法被广泛应用。工艺人员需要明确机械加工过程中出现误差而影响加工精度的主要因素，再选择合适的方法减少加工过程中出现的误差。例如在细长轴车削过程中，加工零件很容易出现热变形的情况，工艺人员可以采用“大走刀反向切削”的方法，并加装弹簧后顶尖，这样就可以很好地消除细长轴因切削受热而出现的弯曲变形。又如在磨削薄片工件的两端时，工艺人员可以采用环氧树脂粘强剂将薄片工件在自由状态下占到平板上，并将平板和工件都放在磁力吸盘上面，磨平薄片工件的上端面，然后取下平板上的工件，以已经磨平的上端面作为基准再磨平工件的另一端面。这样就可以很好地消除薄片工件的加紧变形，有效解决薄片工件两端面的磨削平行度。

3.2 误差补偿的方法

此法是工艺人员在机械加工的过程中故意制造一种新误差，用来补偿原来工艺加工中存在的原始误差，从而实现减少加工误差，提高工件加工精度的目的。例如在制造数控机床上的滚珠丝杆时，工艺人员可以将丝杆螺距的磨的比标准值稍微小一点，然后在装配的时候适当加大拉伸力，使丝杆螺距与标准螺距相一致，从而有效补偿滚珠丝杆制造时产生的误差，而且产生的应压力可以抵消机床工作时丝杆的内应压力，从而减少了标准螺距因消热变形而出现的原始误差。

3.3 分化原始误差的方法

如果这道加工工序的精度稳定，工艺能力也满足要求，但是下道工序加工的毛坯或者半成品粗度出现了变化，就会出现定位误差或者复映误差较大的情况，无法保证加工工序的精度，而提高毛坯或者上道工序的加工精度，则需要耗费更多的经济成本。此时工艺人员可以采取分化原始误差的方法，将毛坯或者半成品的尺寸按照误差的大小分成n组，每一组毛坯或者半成品的误差相应的缩小为原来的1/n，然后工艺人員按照备组的尺寸对刀具和工件的相对位置进行合理调整，这样就可以缩小整皮加工工件的尺寸分布范围，这比提高毛坯或者上道工序的加工精度易于操作且节约成本。

3.4均化原始误差法

对于要求加工配合精度很高的轴和孔的加工过程中一般采用研磨方式，研磨工艺本身精度并不高，但是却能通过与工件做相对运动时经过研磨对工件进行微量的切削，使得工件达到很高的精度，当然，研磨工具也相应地被工件磨去一部分，这种表面之间的摩擦和磨损是一种不断减小误差的过程，这个方法就是均化原始误差法，既能提高零部件的加工进度，又能提高磨具自身的精度，这种方法的实质就是两个相互作用的表面进行比较和检查，然后找出两者之间的差异，并互为基础，进行修正，不断缩小和分化零部件表面的误差。

4.结束语

总之，机械加工过程中不可避免会出现误差，而分析影响机械加工精度的原因，对于工艺人员在机械加工时选择合适的机械加工工艺及流程和减少加工误差非常重要。因此，机械加工人员在工作实践的过程中，需要不断总结机械加工的经验和教训，创新机械加工工艺，改进机械加工流程，以便更好减少机械加工过程中产生的误差，保障加工工件的精度和质量。

参考文献：

[1]刘伟鹏.关于机械加工工艺技术的误差分析[J].科技创新导报，2012，32：57.

[2]李彦凤.滚珠丝杠旋风硬铣削加工热变形误差及其控制技术研究[D].山东大学，2014.

[3]于阳.机械加工精度的影响因素及提高加工精度的途径[J].现代制造技术与装备，2014，02：30-31.