基于机械加工精度因素分析及提升策略

【摘要】机械加工是工业发展的一个重要环节，机械加工精度会受很多因素的影响，因此为了提高机械加工的精度，就需要尽可能加强对其他因素的控制。要想实现机械加工精度的提高，要从细小的环节入手，控制加工过程中产生的误差，通过问题根源的分析来制定相应的应对策略。本文从影响机械加工精度的因素着手，对提高机械加工精度的策略进行介绍和分析。

【关键词】机械加工；精度；策略

机械加工精度即加工后零件各表面、形状、尺寸的实际值和理想值的相符程度，它们之间的不同即为产生的误差。一般情况下，精度的高低取决于误差的大小，因此要提高精度就必须从各个环节的误差开始控制。零件的几何参数即相互位置、尺寸、几何形状，因此其对应的机械加工精度即相互位置精度、尺寸精度、几何形状精度。相互位置精度一般用于限制加工表面和基准之间的位置误差，例如零件的位置度、平行度、垂直度等。尺寸精度用于限制加工表面和基准之间的尺寸误差，使其控制在合理范围内。几何形状精度用于限制机械加工过程中的宏观几何形状误差，例如平面度、圆度、直线度等。

对于零件加工而言，其质量会直接影响到机械产品的性能和使用寿命。在机械加工过程中，由于各方面因素的影响会使得加工出现误差，例如工件和刀具位置偏移等问题，都会导致生产出的产品带有误差。只有实际加工的零件参数能够和规定参数相同，才能判定该零件符合标准。为了保证机械加工企业的长足发展，需要提高机械加工的精度，尽量减少误差，从而提高零件的合格率，提高生产效率。机械加工的精度，需要先从影响精度的因素开始分析，要治其本必先知其源。

一、影响机械加工精度的因素

在机械加工过程中，根据经验的总结能够得出有很多因素会对工件的精度造成影响。对于工件而言，其精度直接影响了自身的质量，因此在机械加工过程中必须要对产品的误差严格控制，通过保证精度来保证产品的质量合格。由于机械加工过程中产生误差的方面众多，因此要从各个方面都进行分析，通过全面的误差产生源的分析才能够准确制定其误差控制的方法。在机械加工过程中影响精度的因素主要有四种，分别是机械加工精度定位误差、工艺系统的几何误差、工艺系统引起的加工误差、内应力分布引起的误差。

1.机械加工精度定位误差

设计基准一般用于通过零件图来确定零件某个表面的尺寸和位置，基准会直接影响到机械产品的生产加工。工序基准一般用于通过工序图对零件加工前后的表面尺寸进行核查确定，正常情况下设计基准和工序基准相同。在进行机械加工时，一般选用工件的若干几何要素作为基准，如果其定位基准和设计基准不重合，则会因为基准而造成误差。基准的误差量由定位基准和设计基准之间的尺寸变化量决定，因此尺寸变化越大，则误差越大。除了基准不重合会造成误差以外，定位副制造不准确也会影响机械加工的精度。在机械生产过程中，定位元件能够决定工件在夹具中的位置。由于夹具中的定位元件不可能完全按照基本尺寸生产，因此获得产品的实际尺寸都允许在正常范围内存在误差变动。除了正常误差以外，工件上的定位基准面也会受其他因素的影响而产生误差。定位副是由工件定位面和夹具定位元件组成的，由于其两个构成部分都会产生误差，因此也会导致定位副整体具有误差。两个构成部分的配合间隙会引起工件产生最大位置的变动，该种变动则为定位副制造不准确误差。

2.工艺系统的几何误差

工艺系统的几何误差体现在加工原理、机床、刀具、调整四个方面。其中的加工原理误差是在进行近似切削刃轮廓加工时形成的，该种误差对机械加工的影响可以控制，因此只要将误差控制在一定范围内，就仍然可以用于机械生产。当机床转动链产生误差或机床主动回转具有误差以后会形成机床整体误差，如果机床导轨导向不准确也会影响机械加工的精度。刀具误差会表现在刀具安装、刀具装夹部制造以及刀具切削三个环节，如果刀具无法具有很好的尺寸精度，则会影响产生的尺寸。刀具和刀刃的形状精度对产品的形状会造成直接影响，但是此种影响不会直接作用于机械产品，而是会产生间接影响。在机械加工过程中，会由于分批加工等原因进行工序的调整，从而使得每批加工的零件都不可能完全相同，因此会因工序调整造成一定的误差。

3.工艺系统引起的加工误差

工艺系统会因为受力变形或者受热变形从而对机械加工的精度造成影响。工艺系统加工过程中，会因为重力、惯性力等的作用，使得工艺系统因受力造成变形。产生变形以后的工艺系统会对其生产加工造成影响，破坏工件和切削刀之间的位置关系，从而造成加工误差。工艺系统会因为受力点位置改变而影响工件的形状，不均匀的毛坯材料在不同硬度的情况下对切削力的影响不同，因此对工艺系统会造成不同程度的影响，进而产生不同程度的误差。除了以上的影响以外，还会因其他不确定环节的作用力使得工艺系统变形，导致加工误差的产生。工艺系统除了会受力变形以外，还会因受热而变形。工艺系统会因为受不同热源的影响而发生变形，从而影响生产工件的精度。工艺系统受热变形的原因主要有三种：第一，机床运作过久变热形成热源，由于机床的结构较为复杂，并且热源分布不均匀，因此机床各个部位受温度影响的情况不同，从而导致产生的误差不同。此种原因造成的误差对机械加工的幾何精度和加工精度有很大的影响。第二，工件在生产过程中会因为自身或外因的作用变热，导致工件出现加工误差。第三，由于刀具的材料特性，其热容量和体积都较小，因此使得热量都集中在切削部位，其温度会对处于切削环节的部件造成影响，影响加工的精度。

4.内应力分布引起的误差

工件加工在不受外力的情况下，其自身也会产生内应力。该种内应力会影响工件金属的能位状态，使其处于向低能位转化的状态，以寻求自身的稳定。该种转化过程会使工件发生变形，从而影响工件加工的精度。工件内应力会在热加工和冷校直工序中产生，工件在热处理过程中会因为其自身壁厚的不均寻、冷却不均匀等原因而产生内应力。由于丝杠之类的工件较为细长，因此在经过车削以后其内应力会重新分布，使得工件出现弯曲。

二、提高机械加工精度的策略

机械加工精度的提高需要从五个方面着手，分别是减少原始误差、补偿误差、分化误差、转移误差、就地加工。这些方法能够从不同方面、不同程度实现对加工误差的控制，从而提高机械加工的精度。

1.减少原始误差

提高机械精度的最基本方法就是减少原始误差，要在加工过程中将夹具、量具、工具本身的梢度提高，并且控制工艺系统在各方面的受力影响，降低其变形的程度。要想使机械加工精度得到很好的提高，就需要对导致误差产生的各方面因素进行分析，根据不同的影响程度和原因制定相应的解决方案。只有将方案措施做到具有绝对的针对性，才能提高误差控制的效果，从而提高机械加工的精度。在对精密零件进行加工时，要从其几何精度、刚度、加工变形等多个方面进行控制，以保证误差控制的效果。在对具有成形表面的零件进行加工时，要对成形刀具进行定时的检查，并检查其安装是否妥当，以减少其对精度的影响。

2.补偿误差

对于机械加工过程中产生的原始误差，要对其通过补偿从而控制成品的误差。该种方法适用于对原始误差无控制方法可行的情况，该种方法主要包含误差补偿法和误差抵消法两种。误差补偿法即通过人为的操作来制造出一种新的原始误差，通过该种误差来对原先工艺产生的误差进行补偿，从而达到正负相抵的效果。该种方法的应用需要先对误差产生因素有全面的了解，并且能够掌握其成因，从而通过相对的补偿来控制机械加工的误差。误差抵消法即通过对一种原始误差的利用，来实现对原有原始误差或另外一种原始误差的抵消。

3.分化误差

分化误差主要是通过将原始误差进行分化或均化处理，从而减小工件的误差，提高工件的精度。该应用该方法时，能够对精度要求较高的零件表面进行试切加工，从而逐步实现原始误差的均化。分化误差主要是根据误差反映的规律将工件尺寸在测量后分为N组，此种状态下的工件尺寸范围就缩减为原先的1/N。接着要根据每一组的误差范围情况进行刀具相对工件位置的调整，该过程要保证每一组工件的尺寸分散范围和中心能够保持一致，从而控制工件整体的误差。通过适当使用定位元件来控制上道工序加工误差对机械加工精度的影响，从而将工件尺寸范围控制在一定标准内，这种方法相比较其他精度提高的方法要更加简便可行。均化原始误差的过程就是将加工过程中的表面原有误差进行不断的均化使其逐渐缩小，在此过程中，要对工件或工具的表面进行多次的核对和比较，找出差异之所在，再对其进行修正处理。

4.转移误差

转移误差即将误差转移到非敏感的方向，使该种误差对加工的精度没有影响。机械加工的误差是由其敏感方向的误差直接造成的，因此在机械加工過程中，只要将误差转移到非敏感方向，就会使加工过程的误差对机械精度不会造成影响。非敏感方向一般是加工表面切线方向，将误差往该方面转移能够使加工精度得到很大的提高。大型机床因其横梁较差，因此在受到重力作用以后容易发生扭曲变形，为了避免这种问题的产生可以在机床的结构基础上添加一根承重附和梁，该附和梁能够起到承受机床自身重力的作用，因此不容易发生扭曲变形，同时也减少了机床加工产生的误差。

5.就地加工

就地加工即在进行机械加工时，对重要工件的表面在装配以后再进行精加工。一般的工件由于在进行精加工以后再进行装配，因此每一个零件的误差累计会对工件整体造成较大的影响。但是在装配以后再进行精加工则可以从整体上控制误差，使整体的误差最小，从而提高机械加工的精度。在机械加工和装配的过程中，很多零件的相互关系都会影响到精度，并且此中相互关系较为复杂，因此如果只注重提高零件的精度，则无法实现工件整体的精度标准。先精加工再装配的方法不仅不能保证工件的精度，还需要相对较高的成本。就地加工方法较为简便，不仅能够减少操作的难度，还能够提高装配后工件的精度。该种方法的适用范围较广，操作也较为简便，能够避免重复繁琐的操作程序，并且从整体上做到精度的提高。

总之，对于机械加工而言，加工出精度合乎标准的工件是其加工的追求目标。在机械加工过程中，影响机械加工精度的因素众多，除了已总结出的方面以外，还有其他不定性因素会对其造成影响。因此在机械生产过程中很难做到完全没有误差，但必须要将误差控制在一定范围内，保证工件的精度合格。在掌握导致误差的原因以后，要制定相应的措施来减少误差，要从加工过程和加工以后进行双重的控制。尽量在工艺原始误差阶段将误差进行有效的控制。在无法避免误差的情况下还可以通过加工过程中的处理来提高精度。在机械加工过程中，要确保工件的精度合格，否则会使其在使用过程中造成不可预计的影响和损失。因此，机械加工精度的提高要从基础方面入手，定时对加工设备进行检测，通过方法的调控来实现误差的控制。

参考文献

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作者简介：张国明；性别：男；单位：福建铁路机电学校；职称：讲师。