省级期刊机械工程师机械加工精度误差及改进措施

　　省级期刊机械工程师投稿推荐期刊《机械管理开发》杂志是由山西省机械电子工业行业管理办公室主管、山西省机械工程学会主办、各理事单位及机械电子行业企业参加协办、有国家正式刊号(CN14—1134/TH、ISSN1003—773X)、广告经营许可证(晋工商广字 1400004000052)、准许国内外公开发行的科技期刊。发行周期为双月刊。
　　【摘要】在机械加工过程中，由机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统，会不可避免的产生各种各样的误差，并影响到工件的加工精度。本文以教学实践经验及相关理论为基础，对影响机械加工精度的各种因素进行了具体科学的分析，最后对如何减少各种各样因素对加工精度的影响提出了相应的对策、建议和改进措施，提高机械加工精度。

　　【关键词】省级期刊机械工程师,机械加工,加工精度,加工误差

　　1 概述

　　1.1加工精度与加工误差

　　加工精度是指机械零件加工后的实际几何参数(尺寸、形状和位置)与零件图纸所规定的理想几何参数相符合的程度。符合程度越高则加工精度就越高，它们之间的差异称为加工误差。加工误差产生的大小反映了机械加工精度的高低，误差越大则加工精度就越低，误差越小则加工精度就越高。

　　1.2机械加工产生误差的主要原因

　　机械加工中凡是能直接引起加工误差的因素都称为原始误差。原始误差主要有工艺系统的几何误差、定位误差、工艺系统受力变形和工艺系统受热变形引起的加工误差、刀具磨损、加工后工件内应力重新分布引起的变形及加工原理误差、测量误差等。原始误差的存在，使工艺系统各组成部分之间的位置关系或速度关系偏离了理想状态，致使加工后的零件产生了加工误差。

　　2 工艺系统的几何误差

　　工艺系统的几何误差主要是指机床、刀具和夹具本身在制造时所产生的误差，以及使用中产生的磨损和调整误差。这类原始误差在加工过程开始之前已经客观的存在，并在加工过程中反映到工件上去。

　　2.1机床误差

　　机床设备的精度在很大程度上影响了加工精度，因为刀具相对于工件的成形运动一般都是通过机床设备来完成的。机床制造误差对工件加工精度的主要影响有：主轴回转误差、导轨误差、传动链误差。另外，机床磨损会使机床工作精度降低。

　　2.1.1主轴回转误差

　　机床主轴回转误差是指实际回转轴线对于理想回转轴线的漂移。主要包括主轴端面圆跳动、主轴径向圆跳动、主轴几何轴线倾角摆动。其次是使主轴回转的误差不反映到工件上。

　　2.1.2导轨误差

　　导轨导向精度――导轨副运动件实际运动方向与理想运动方向的符合程度。

　　2.1.3传动链误差

　　传动链误差是指机床内传动链始末两端传动元件间相对运动的误差。一般用传动链末端元件的转角误差来衡量。

　　2.2刀具的几何误差

　　刀具误差对加工精度的影响根据刀具的种类不同而异。任何刀具在切削过程中，都不可避免地产生磨损引起刀具误差。

　　2.3夹具的几何误差

　　夹具的作用是使工件相当于刀具和机床具有正确的位置，因此夹具的制造误差对工件的加工精度(特别是位置精度)有很大影响。夹具误差主要是指定位误差、夹紧误差、夹具安装误差和对刀误差以及夹具的磨损等。

　　3 定位误差

　　定位误差是指一批工件采用调整法加工时因定位不正确而引起的尺寸或位置的最大变动量。

　　3.1基准不重合误差

　　在机床上对工件进行加工时，须选择工件上若干几何要素作为加工的定位基准，如果所选用的定位基准与设计基准(在零件图上用来确定某一表面时，定位所依据的标准)不重合，就会产生基准不重合误差。基准不重合误差即工序基准相对定位基准理想位置的最大变动量。

　　3.2定位副制造不准确误差

　　工件在夹具中的正确位置是由夹具上的定位元件来确定的。工件定位面与夹具定位元件共同构成了定位副，而工件的定位面和夹具定位元件不可能制造的绝对准确，不可避免的存在制造误差。所以由于定位副制造得不准确和定位副间的配合间隙引起的工件最大位置变动量，称为定位副制造不准确误差。定位副制造不准确误差只有在采用调整法加工时才会产生，在试切法加工中不会产生。

　　4 工艺系统受力变形引起的误差

　　工艺系统在切削力、夹紧力、传动力、重力和惯性力等外力作用下，会产生变形，破坏刀具和零件之间的正确位置关系，使零件产生加工误差。

　　4.1工件刚度

　　工艺系统中工件刚度相对于机床、刀具、夹具来说比较低，但在切削力的作用下，工件由于刚度不足而引起的变形对加工精度的影响就比较大，形状规则、简单的工件刚度可用有关力学公式推算。

　　4.2机床部件的刚度

　　机床的结构形状复杂，各部件受力影响变形各不相同，且变形后对工件加工精度的影响也不同。

　　5 工艺系统受热变形引起的误差

　　工艺系统在切削热和摩擦热等各种热源的影响下，机械加工时会产生复杂的变形，破坏了工艺系统间的相对位置精度，造成了加工误差。

　　6 工件内部的残余应力引起的误差

　　残余应力也称内应力，是指在没有外力作用下或去除外力后工件内存留的应力。具有残余应力的零件处于一种不稳定的状态，零件将会不断缓慢地翘曲变形，原有的加工精度会逐渐丧失。

　　7 加工现场环境影响

　　加工现场往往有许多细小的金属屑，这些金属屑如果存在与零件定位面或定位孔位置就会影响零件的加工精度，对于高精度机械加工，一些细小到目视不到的金属屑都会影响到加工精度。

　　8 提高机械加工精度的措施

　　(1)减少原始误差。提高零件加工所使用机床的几何精度，提高夹具、量具及工具本身精度，控制工艺系统受力、受热变形、刀具磨损、内应力引起的变形、测量误差等均属于直接减少原始误差。为了提高机械加工精度，需对产生加工误差的各项原始误差进行分析，根据不同情况对造成加工误差的主要原始误差采取不同的措施解决。对于精密零件的加工应尽可能提高所使用精密机床的几何精度、刚度和控制加工热变形;对具有成形表面的零件加工，则主要是如何减少成形刀具形状误差和刀具的安装误差。　　(2)误差补偿法。对工艺系统的一些原始误差，可采取误差补偿的方法以控制其对零件加工误差的影响。①误差补偿法：此法是人为地造出一种新的原始误差，从而补偿或抵消原来工艺系统中固有的原始误差，达到减少加工误差，提高加工精度的目的。②误差抵消法：利用原有的一种原始误差去部分或全部地抵消原有原始误差或另一种原始误差。

　　(3)分化或均化原始误差。为了提高一批零件的加工精度，可采取分化某些原始误差的方法。对加工精度要求高的零件表面，还可以采取在不断试切加工过程中，逐步均化原始误差的方法。①分化原始误差(分组)法：根据误差反映规律，将毛坯或上道工序的工件尺寸经测量按大小分为n组，每组工件的尺寸范围就缩减为原来的1/n。然后按各组的误差范围分别调整刀具相对工件的准确位置，使各组工件的尺寸分散范围中心基本一致，以使整批工件的尺寸分散范围大大缩小。②均化原始误差：此法过程为通过加工使被加工表面原有误差不断缩小和平均化的过程。均化的原理就是通过有密切联系的工件或工具表面的相互比较和检查，从中找出它们之间的差异，然后再进行相互修正加工或基准加工。

　　(4)转移原始误差。这种方法的实质就是将原始误差从误差敏感方向转移到误差非敏感方向上去。转移原始误差至非敏感方向。各种原始误差反映到零件加工误差上的程度与其是否在误差敏感方向上有直接关系。若在加工过程中设法使其转移到加工误差的非敏感方向，则可大大提高加工精度。转移原始误差至其他对加工精度无影响的方面。

　　9 采用现代化的机械加工技术，实现实时加工误差控制

　　随着机械加工技术的不断提高，现代化的数控机床已经得到了普及和广泛的应用。在数控机床机械加工中，通过计算机技术进行软件编程及程序化操作，我们能够实时监测到工件在加工工艺系统中的每一个过程的几何参数，从而实现了实时的加工误差控制和补偿。实时加工误差控制是在高精度的测量装备仪器中，对加工过程中的每一个环节采集工件加工的误差数据，实时了解到工件在加工的当前状态下的实际几何参数，然后根据被监测到的工件误差的方向和程度，由补偿控制装置构建一个误差的数据位移，进行实时的误差补偿。在这种技术状态下，实时的误差补偿受补偿装置惯性的影响，导致补偿措施有些滞后，但这种减少加工误差，提高加工精度的方法效率高，而且其效果也很好，值得被推广和应用。

　　10 结束语

　　在机械加工中，误差是不可避免的，只有对误差产生的原因进行详细的分析，才能采取相应的预防措施减少加工误差，提高机械加工精度。提高机械产品的质量和性能，是当前机械生产企业提高市场竞争力的重要手段。目前，我国机械加工生产领域还存在着一些问题，尤其是加工工艺技术还有待提高。因此，我们必须通过不断的实践，发现机械加工工艺系统中存在的问题，加强技术创新，提高机械加工精度，提高市场竞争力。