机械加工工艺的技术误差问题分析与对策研究

陈 辉，陈素芹，王桂珍，张金柱

（徐工集团工程机械股份有限公司科技分公司，江苏 徐州 221000）

具有复杂与繁琐特性的机械加工工艺是机械加工的重要内容[1]。机械的加工过程对工艺有着严格的要求，工艺存在缺陷则会导致最终产品难以达到交付标准[2-5]。在企业的生产管理中，会通过设置工艺规程来对成品质量进行控制[7]。这种工艺规程能够对加工流程进行详细指导，有效协调加工的位置、规格、尺寸、顺序等问题[8]。然而，由于零件生产的精密性，在实际机械加工生产中，往往存在着一些加工工艺的技术误差[9]。机械加工工艺的技术误差分析能够帮助企业寻找到降低误差的解决方案，从而提升零件的精度，提高产品的质量，为企业的长远发展打下良好的基础[10]。

1 零件加工精度影响因素

1.1 内在因素

机械加工企业常常为了降低企业的成本支出，而减缓设备更新换代的速度[11]。较为缓慢的设备更新速度容易使企业的机械加工设备落后于市场需求，以至于被市场淘汰。其次，长时间、高强度的使用也会使加工设备出现由于老化、压力、损耗等原因带来的精度损失。因此，应注重对设备的日常维护保养，定时对设备进行精度校准，通过对设备的维修、养护、零部件更换等方法来延长设备寿命，提高设备的零件加工精度[12]。

1.2 受力因素

受力因素也会导致机械加工设备在工作中出现零件精度异常的问题。一些外力可能会导致机械加工设备出现微小的变形或者是工作状态不佳的情况[13]。这些设备的微小变化会使加工系统的部分工件发生位置变化，从而使待加工零件的位置出现变化，从而影响零件的加工精度。可能发生位移的工件主要有刀具、夹具等，在长时间持续加工中，加工系统过强的承载力容易使刀具、夹具发生位移，以至于加工系统出现微小形变，从而降低零件加工精度[14]。另外，作为一个多结构的复杂系统，零件加工系统的各部分在承受内部压力的同时也要承担加载在零件上的力，因此零件加工系统各分部件之间的连接处也容易发生位移，使机械加工设备产生微小的变形，从而影响零件精度。

1.3 热变因素

此外，热变因素也是影响机械加工工艺零件加工精度的一个重要原因。在刀具切削工序中，可能出现由于操作人员不严格执行操作规范而采用不专业的工具进行加工的情况，使得加工精度出现降低。为对降低的精度进行弥补，操作工可能使用不专业工具进行反复切削，大量增加零件与加工设备间的摩擦力，使得零件与刀具间产生大量热量，降低了零件精度。长时间的加工运行也会导致零件与加工设备的温度升高，不仅降低了零件的精度，还可能导致设备的损坏或异常。

2 机械加工工艺技术误差分析

2.1 加工过程位置误差

在使用机床进行加工时，会通过具体产品不同的几何特征来设置不同的位置基准。在实际生产活动中，不标准的操作和存在误差的加工零器件会使得出现一定的基准位置误差。这些零件极小的定位误差会在后期的机械加工中对最终加工精度造成较大的影响。在机械加工工艺中，产生这种基准位置误差的原因主要包含位置精度误差与基准位置精度误差。机械加工中，产品精度的基准通常由其使用的数控机床零点进行校正。位置精度误差是指数字模型与待加工零件之间存在的精度误差，这种误差在加工后期会导致设备配套误差的发生，从而使产品与图纸不匹配，使机械加工成品的精度不满足生产要求，最终造成原料与时间的浪费。在实际的生产加工工艺流程中，还需要通过程序对零件进行批量化的重复性加工。在进行批量加工时，应注意控制图纸位置基准与加工设备位置基准的一致性，以保证这两个基准之间的位置差尽可能小。由图纸位置基准和数控机床位置基准的不一致而导致的精度误差即为基准位置精度误差。在实际的加工生产过程中，由于数控机床的振动、零件的毛刺等客观原因，会使得零件加工的基准位置精度误差较大，以至于零件发生变形，同样会造成原材料的浪费与工期的延误。

2.2 机床制造误差

机床在生产制造过程中容易产生由机械运行摩擦而导致的制造误差，这种误差主要来自于轴、导轨等部件之间的机械磨损。制造误差主要分为主轴运转误差与传动链误差。主轴运转时的转速和运转量发生不确定的改变，会造成加工机床严重的机械磨损，这种由主轴运转的不确定性导致的机械磨损带来的机械加工工艺技术误差即为主轴运转误差。主轴运转误差在使实际运转与程序设定的运转发生错位的基础上，使得产品存在一定的误差。实际加工过程中，机床使用传送链对物料与待加工工件进行传输，而传动链两侧容易出现进度不一致，导致传送链误差，进而导致零件误差与产品误差。

2.3 变形误差

在机械加工工艺中，还会出现变形误差，可能的原因包括机械加工材料所存在的材料物理性能问题，加工过程释放的大量热量导致的零件温度变形等。某些特殊机械加工原材料可能存在塑性强、韧性强、脆性弱，或者脆性强、韧性低等情况，使得材料可能发生塑性变形，产生缺陷、裂纹，甚至是发生刚性断裂。材料变形会导致零件出现极大的误差，甚至会使产品出现完全不能使用的情况。

3 机械加工技术误差对策研究

3.1 误差补偿

机械加工技术中最常用的误差消除方法是误差补偿法。机械元件一般都会广泛存在着原始误差，这些原始误差是由加工过程中的摩擦、塑性变形、拉伸、磨损等等原因造成的。因此，可以通过对机械加工系统原始误差的研究，通过反向的误差扣除来对加工零件尺寸数据的设定进行修改，实现针对性地误差补偿。误差补偿的步骤主要有反向偏差的测定、反向偏差的补偿、位置精度的测定、位置精度的补偿。反向偏差通常采用百分表、千分表或者双频激光干涉仪进行测量。在使用分度表进行偏差测量时，应注意不要将表杆设置过长，以防止在测量过程中分度表出现位移，使测量结果不准确。许多国产数控机床不具备误差补偿功能，对于这类机床，可采用单向位置编程的方式进行反向误差的清除。将机械模块固定，将低速单向位置固定在起始点，并进行插补加工。在插补过程中遇到反向误差时，给出反向间隙值，然后再次进行插补。采用这种方法能够提高插补作业的精度，降低加工零件的机械加工技术误差。

3.2 减小温度变形

温度变形是机械加工工艺技术误差的主要因素之一。在精密零件与大型器件的加工中，由温度变形导致的零件加工误差一般大于加工总误差的40%。引起温度变形的原因主要包括切削、摩擦等热传导操作引起的内部温度升高，和热对流、热辐射等外源热量引起的外部温度升高。为减小机械加工工艺中的温度变形，应从问题的根源上寻找突破点。首先，可以考虑通过减少热源发热或对热源进行隔离的方式阻碍零件加工过程受到温度影响。为了减少切削热，可以适当降低切削工作的时间与次数。在进行粗加工后，应该将零件夹具松开，待零件完全冷却后再夹紧，继续进行下一步的精密加工，以尽量降低粗加工带来的温度升高对零件精度的影响。也可以通过将加工系统部件进行分类的方法，将热源进行分离。电机、冷却系统、变速箱等部分可以从机床分离，而难以分离的轴承、导轨等可以通过润滑等方式降低其摩擦系数，减少加工过程中的发热。当热源既难以分离，又难以进行隔热操作时，可以采用设置水冷或风冷等装置对热源进行冷却。例如，切削液、润滑油等液体可以使用冷机进行冷却，而丝杆可以使用冷却液来进行降温。其次，可以通过加速机床达到热平衡状态的方式来减少温度变形对零件精度的影响，具体操作方式包括在进行零件加工前使机床空转，以及使用可控热源进行人为加热，以使机床快速达到热平衡。对于精度要求极高的机床，还应对环境室温进行控制，保持加工车间温度恒定，以减少环境热对流。

3.3 落实机械加工原则

在机械加工的过程中，为从操作标准的角度进一步提升零件加工精度，应遵循五大原则。首先，应该确定加工的基准面。其次，对于需要进行平面加工和钻孔操作的工件，应该遵循“先平面再钻孔”的原则。再次，在加工工艺的设计中，应对加工阶段进行划分，粗加工与细加工分离。然后，应该提高设备精度，在设备出现难以通过维修或更换零部件来解决的误差问题时，应该及时对设备进行更换或更新。在工作中应该尽量选用精度较高的机床，并且定时对夹具、量具等部件进行校准，对设备进行定时维护包养。最后，应该着力于提高操作人员的技术水平，避免不规范操作导致的人为误差。综合以上五点机械加工原则，可以看出，科学地制定包含各类设备与工序操作规范、设备维修与维护安排、员工培训与考察计划等内容的企业综合规章制度能够从内因角度对产品误差进行降低。

4 结束语

对于机械加工企业而言，产品质量是企业的立身之本。要保证产品的质量，不仅需要从设备层面对机床进行定期检查、维修、养护、更换，与热源部件的隔热降温处理，还可以从技术层面入手，采用误差补偿的方式对生产误差进行降低。此外，还要加强对操作人员的操作规范培训，三管齐下，以实现机械加工工艺技术误差的有效降低。