机械制造工艺技术的误差及对策

陈艳艳

（鹤壁职业技术学院，河南 鹤壁 458030）

0 引言

在社会生产中，机械制造的出现能有效地改善社会生产状态，因此，在实际的机械制造中，相关企业需要提高工艺技术水平，降低机械制造工艺技术误差的发生概率，只有这样才能保障机械制造的进度，更好地保障工业生产。在机械制造中，零件、机床、工具等都有可能存在误差，一旦出现误差问题，就会影响机械制造的整体水平。机械制造本身属于流水线作业，倘若中间一个环节出现误差就会导致整体加工进度受到影响，所以，现阶段急需解决的机械制造问题就是减少工艺技术误差，让机械制造工艺技术得到不断提升，满足机械制造业的实际需求。本研究对应用机械制造工艺技术时出现的误差进行了分析，就机械制造工艺技术的误差提出了应对方法，以期通过对机械制造工艺技术的完善提高机械制造的质量和效率。

1 机械制造工艺技术的基本内容

机械制造工艺技术是根据机械产品的设计图纸，对特定类型的原材料、坯料等实施加工和制造，使其在结构形态、尺寸、性能、防腐防锈等各个方面达到设计要求，满足使用需求。机械制造工艺技术的要点包括以下几个方面：

（1）机械产品的图纸设计。图纸是制造的核心依据，现阶段主要使用二维和三维的制图软件完成机械制图工作，二维平面制图软件常用CAD，三维机械制图软件包括solidworks、Creo、CATIA 等。图纸设计水平直接影响着后续的机械加工和制造，因而是非常关键的一个环节。

（2）选定加工和制造方法。不同的材料、不同的产品对应着不同的加工制造方法，如铸造、锻造、焊接、切削、电镀、特种加工、数控加工等，机械制造工艺要根据机械产品的加工制造需求设计出科学合理的工序、选定加工制造设备、形成组装流水线[1]。

（3）编制出机械加工和制造的工艺文件。具体包括工艺规程、工艺参数、工位、工艺尺寸、工艺装备等一系列内容。工艺文件用于规范机械制造过程，通过具体的参数提高精确度。

2 机械制造工艺技术中存在的误差

2.1 定位误差

（1）基准不重合误差。机械制造是对设计图纸的精准实现，图纸上要依据设计基准来确定机械零件某一表面的具体位置和尺寸，工件加工时要确保定位基准和图纸设计基准的一致性，如果二者不能完全对应，就会造成基准不重合误差。

（2）定位副制造不准确误差。工件定位基准面和夹具定位元件的工作表面合称为定位副。在定位工件时，并非将其直接固定在夹具体上，而是将工件定位基准面与定位元件工作面相接触，进而实现工件定位。如果定位元件制造精度不足，就会造成定位副制造不准确的误差。定位元件的常见问题包括工作表面精度低、刚度不足、强度不足、耐磨性差等[2]。

2.2 刀具和夹具的几何误差

（1）刀具磨损造成的误差。切削是机械制造工艺中经常使用的一种加工方式，刀具是完成切削的主要工具，数控车床的刀具在使用过程中会出现后刀面磨损、月牙洼磨损、塑性变形、崩刃、裂纹、沟槽等一系列问题。由于工件本身也是金属材料制造而成，刀具在长期的使用中不可避免的会出现磨损，如果不能及时更换受损的刀具，就会导致机械制造出现几何误差，加工精度严重下降。

（2）夹具导致的几何误差。夹具的主要作用是固定工件的位置，为机械产品的加工提供操作条件，夹具在使用的过程中会承受较大的载荷和应力，有可能引发磨损、变形等问题，进而导致几何误差。在日常维护中要重点关注夹具是否存在松动、定位销是否磨损、垫片固定螺母是否上紧、表面是否存在焊渣和飞溅等，这些都是影响夹具精确性的常见因素[3]。

2.3 调整误差

机械加工制造设备在使用过程中经常需要根据实际情况作出适当的调整，这种情况在柔性生产线中较为普遍，其特点是在同一条工艺生产线上作出小幅度调整，以适应不同规格机械产品的加工制造需求。另一方面，刀具、夹具等组件容易受到磨损和变形的影响，主要的维护方式是更换。生产设备调整、工序调整、工具更换等都可能引发一定程度的误差，因此，每一次调整过后都应该重新矫正机械生产设备的精度。

2.4 测量误差

测量是保证质量的重要措施，实施工件加工之前要通过精确的测量来定位工件的位置、矫正机械设备各个组件的安装精度，在工件完成加工之后要通过精确的测量检查其几何尺寸是否达到足够的精度，测量一旦出现误差，势必会成为机械制造工艺中的重大缺陷。通常情况下量具的精度和测量方法是决定测量精度的主要因素，如果测量上存在误差，主要从这两个方面开展排查。

2.5 工艺系统受热变形引发误差

机械制造过程中存在多种发热源，大体上可分为2 类。（1）内部热源，刀具在切削工件的过程中会与其产生剧烈的摩擦作用，进而产生热量。（2）外部热源，主要是来自生产制造环境的热量，如厂房内温度过高，或者其他热源产生的热辐射直接作用在设备或者工件上。热量的聚集会导致加工机具和工件发生变形，这是由热胀冷缩效应所引起的，以上就是工艺系统受热引发误差的内在机制。根据实践统计，大约50%的机械加工误差是由此而引发的，尤其是在精密加工中，因此，在机械制造工艺中应该加大对热变形误差的控制力度[4]。

2.6 机床制造误差

（1）主轴回转误差。机床上的钻孔操作依赖于各类回转装置，主轴的实际回转轴线受到加工过程的影响，会产生一定程度的变化，将这一参数和主轴的平均回转轴线加以对比，即可确定主轴的回转误差情况。这种误差的成因包括各轴承之间存在同轴度误差、轴承本身的制造精度存在问题或者主轴的同轴度存在误差。

（2）导轨误差。机床上存在多种部件，导轨用于确定这些部件之间的相对位置，同时机床在运行时也是以导轨为基准。造成机床导轨出现误差的常见原因是导轨安装不规范、导轨磨损、导轨制造精度低等。

（3）传动链误差。传动链起始端和末端的传动元件在使用过程中有可能产生相对运动误差，这种误差的主要成因是使用过程磨损以及安装不规范。

3 机械制造工艺技术误差的应对方法

3.1 开展技术误差调查工作，全面掌握误差来源

机械制造工艺技术误差会严重损害机械产品的制造精度，进而制约产品质量。处理待工艺技术误差，最重要的举措是监督和预防，这是一种防患于未然的处理思路。在具体实施过程中首先要根据机械制造工艺开展技术误差调研，全面掌握误差来源，然后在此基础上确定出误差监督的对象，制定出预防误差的措施。机械制造企业在日常管理工作中应该建立技术档案，对以往产生过的机械制造误差开展系统性的调研，分析总结其成因，汇总误差来源。重点监督内容包括机械加工设备、夹具和定位元件、测量工具、加工制造过程中的热源、刀具等。另外，造成机械加工误差的情况会不断变化，相关企业应该根据实际情况，作出灵活的判断，过往的经验和资料是一方面，对新情况的分析和研究也是不可少的一部分，总之就是要全面、系统地掌握机械制造工艺中的误差来源，借此来明确预防误差的大方向。

3.2 预防和控制热变形误差

机械加工制造过程中难免会产生热量，关键在于对其实施有效的控制，防止其产生强烈的热胀效应。控制热量的措施如下：

（1）控制环境温度，加快环境热量散发。机械设备的生产加工环境应该形成良好的通风散热条件，综合利用自然通风和机械通风，加快环境热量散发。并且消除制造环境中存在的不必要的热源，避免热辐射干扰生产制造过程。

（2）采取冷却措施。在切削作业中总是会产生热量，并且随着切削时间的延长，热量不断积聚，导致工件和刀具表面温度快速升高。对于这种情况，作业时可采用冷却降温技术。可用的措施如喷雾冷却，其原理是通过高压雾化的方式将气液两相流体转化成细小的雾滴，切削产生的热量会被这些雾滴吸收，进而达到降温的目的。再如低温风冷切削也是一种冷却加工的技术路径，其原理是以冷风强烈冲击切削加工区域，温度一般可控制在零摄氏度以下，具体根据需求来控制。

（3）恒温加工。现代化的机械加工企业通常会建立恒温加工车间，这种高水平的加工环境主要用于制造精密度高的机械设备和仪器。车间内设置由专门的温度、湿度传感器，对温、湿度参数实施精确地测量，然后自动化的调节车间内的温、湿度，使其保持恒温工作条件[5]。

3.3 定位误差预防措施

（1）机械加工制造之前应该复查设计图纸，确定设计基准面，然后对应工件，确定定位基准，确保设计基准和工件定位基准完全重合，实际上这一工作主要由人工方式来操作或者核查，技术人员在工件定位之后利用精确的测量工具复核工件定位的准确性，在每一次的测量中都要注意操作的规范性和测量工具的精确度，避免测量误差。

（2）检查定位元件。这一装置直接影响着定位副的精度。技术人员应该检查定位元件表面是否存在变形、焊渣、磨损之类的情况，对于不满足使用要求的定位元件，应该及时予以更换。为了防止其出现问题，在每次使用之前都要实施一次系统性的检查，确认无误后方可实施加工操作。

3.4 预防调整误差的措施

机械加工制造工艺中的各类设备在日常维护管理中需要对损坏的零部件加以更换，如刀具、夹具、定位元件、主轴、钻具等。在柔性生产中甚至要对某一个模块进行整体更换。为了预防调整误差，设备、零部件或者模块更换调整完毕之后，要对其安装精度、加工精度等实施严格的检查和校正。重点观察工艺系统中可拆卸的灵活部件，检查其水平度、垂直度、紧固方式、紧固程度等是否达标。必要时可通过试加工的方式检验其在运行过程中的精度。

3.5 预防机床自身误差的方式

机床本身也是一种机械产品，机床在生产、制造、运输和安装的过程中也可能存在误差，进而导致其在机械制造过程中出现各种问题。机械制造企业在选购产品时应该优先考虑技术先进、质量口碑俱佳的机床，尤其要考察供应商的售后服务水平。在机床安装和调试阶段，根据说明书系统性地检查其各项性能参数，通过一定时长的试运行观察其是否存在导轨误差、传动链误差以及主动回转误差等问题。并且确定误差到底是由设备自身所引起还是由安装不规范所引起，如果是前者，应该及时和供应商沟通更换事宜。

3.6 误差补偿措施

机械产品加工制造中的误差不可能完全消除，只要将其控制在可接受的范围之内，即可达到质量要求。对精度要求相对较低的机械产品可采用误差补偿技术来提高制造精度，这种技术建立在数字化的基础之上，由数字化系统测量判断加工过程是否存在热变形误差、运动误差、几何误差等情况，并且自动化地对后续地机械加工过程实施调整，达到误差补偿的目的，本质上是一种技术矫正。机械加工系统中集成了大量的传感器，用于监督、检测各种机械加工参数。其实施关键在发出误差信号、信号同步反向以及综合合成。数控机床中广泛使用三种误差补偿技术，其一是单项误差合成补偿法，其二是误差直接补偿法，其三是相对误差分解、合成补偿法。

3.7 运用误差分组法

机械产品的加工一般分为多个步骤和工序，尤其是复杂的机械产品，如果每一个步骤中都存在误差，那么这种误差就会产生累积效应，越是后面的工序，误差情况越严重。在机械加工和制造环节和采用误差分组法来降低各个环节的误差、控制整体误差，进而提高加工精度。这种技术的实施要点是按照工序层层分解误差控制目标，每一道工序都要将误差控制在尽可能小的范围之内，并且通过精确的计算确定出每一道工序可允许的误差范围，只有这样才能满足末端工序的误差控制要求，实现层层分解、整体控制的效果。

4 结语

在现代化的机械制造生产中，运用机械制造工艺技术时产生误差是不可避免的，但是可以对其进行有效的控制，机械制造中最常见的就是零件、机床、工具产生的误差，只有及时地进行检查控制，才能有效地降低误差带来的影响，让机械制造生产可以不断地提升效率，更好地为工业发展作出贡献。