機加工誤差成因及提高加工精度之措施

王忠建

(江西銅業(yè)集團公司貴溪冶煉廠，江西貴溪 335424)

機加工誤差成因及提高加工精度之措施

王忠建

(江西銅業(yè)集團公司貴溪冶煉廠，江西貴溪 335424)

本文簡要介紹了加工精度與加工誤差的基本知識，介紹了各種誤差及其產(chǎn)生原因，在查明影響加工精度的主要原始誤差因素之后，就如何減小誤差，提高機械加工精度提出了自己的觀點。

機械加工;機床;定位;基準(zhǔn);誤差;精度

1 加工精度與加工誤差

加工精度是指零件加工后的實際幾何參數(shù)(尺寸、形狀和位置)與理想幾何參數(shù)的符合程度。實際加工不可能做得與理想零件完全一致，總會有大小不同的偏差，零件加工后的實際幾何參數(shù)對理想幾何參數(shù)的偏離程度，稱為加工誤差。

1.1 原始誤差

由機床、夾具、刀具和工件組成的機械加工工藝系統(tǒng)會有各種各樣的誤差產(chǎn)生，這些誤差在各種不同的具體工作條件下都會以各種不同的方式(或擴大、或縮小)反映為工件的加工誤差。工藝系統(tǒng)的原始誤差主要有工藝系統(tǒng)的幾何誤差、定位誤差、工藝系統(tǒng)的受力變形引起的加工誤差、工藝系統(tǒng)的受熱變形引起的加工誤差、工件內(nèi)應(yīng)力重新分布引起的變形以及原理誤差、調(diào)整誤差、測量誤差等［1］。

1.2 工藝系統(tǒng)集合誤差

1.2.1 機床幾何誤差

加工中刀具相對于工件的成形運動一般都是通過機床完成的，因此，工件的加工精度在很大程度上取決于機床的精度。機床制造誤差對工件加工精度影響較大的有:主軸回轉(zhuǎn)誤差、導(dǎo)軌誤差和傳動鏈誤差。機床的磨損將使機床工作精度下降。

1.2.2 主軸回轉(zhuǎn)誤差

機床主軸是裝夾工件或刀具的基準(zhǔn)，并將運動和動力傳給工件或刀具，主軸回轉(zhuǎn)誤差將直接影響被加工工件的精度。主軸回轉(zhuǎn)誤差是指主軸各瞬間的實際回轉(zhuǎn)軸線相對其平均回轉(zhuǎn)軸線的變動量［2］。它可分解為徑向圓跳動、軸向竄動和角度擺動三種基本形式。產(chǎn)生主軸徑向回轉(zhuǎn)誤差的主要原因有:主軸幾段軸頸的同軸度誤差、軸承本身的各種誤差、軸承之間的同軸度誤差、主軸繞度等。不同的加工方法，主軸回轉(zhuǎn)誤差所引起的的加工誤差也不同。

1.2.3 導(dǎo)軌誤差

導(dǎo)軌是機床上確定各機床部件相對位置關(guān)系的基準(zhǔn)，也是機床運動的基準(zhǔn)。車床導(dǎo)軌的精度要求主要有以下三個方面:在水平面內(nèi)的直線度;在垂直面內(nèi)的直線度;前后導(dǎo)軌的平行度(扭曲)［3］。除了導(dǎo)軌本身的制造誤差外，導(dǎo)軌的不均勻磨損和安裝質(zhì)量，也使造成導(dǎo)軌誤差的重要因素。導(dǎo)軌磨損是機床精度下降的主要原因之一。

1.2.4傳動鏈誤差

傳動鏈誤差是指傳動鏈?zhǔn)寄﹥啥藗鲃釉g相對運動的誤差。一般用傳動鏈末端元件的轉(zhuǎn)角誤差來衡量。

1.3 刀具的幾何誤差

任何刀具在切削過程中，都不可避免地要產(chǎn)生磨損，并由此引起工件尺寸和形狀地改變。正確地選用刀具材料和選用新型耐磨地刀具材料，合理地選用刀具幾何參數(shù)和切削用量，正確地刃磨刀具，正確地采用冷卻液等，均可有效地減少刀具地尺寸磨損［4］。必要時還可采用補償裝置對刀具尺寸磨損進行自動補償。

1.4 定位誤差

1.4.1 基準(zhǔn)不重合誤差

在零件圖上用來確定某一表面尺寸、位置所依據(jù)的基準(zhǔn)稱為設(shè)計基準(zhǔn)。在工序圖上用來確定本工序被加工表面加工后的尺寸、位置所依據(jù)基準(zhǔn)稱工序基準(zhǔn)［5］。一般情況下，工序基準(zhǔn)應(yīng)與設(shè)計基準(zhǔn)重合。在機床上對工件加工時，須選擇工件上若干幾何要素作為加工時的定位基準(zhǔn)(或測量基準(zhǔn))，如果所選用的定位基準(zhǔn)(或測量基準(zhǔn))與設(shè)計基準(zhǔn)不重合，就會產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合誤差?；鶞?zhǔn)不重合誤差等于定位基準(zhǔn)相對于設(shè)計基準(zhǔn)在工序尺寸方向上的最大變動量。

1.4.2 定位副制造不準(zhǔn)確誤差

工件在夾具中的正確位置是由夾具上的定位元件來確定的。夾具上的定位元件不可能按基本尺寸制造得絕對準(zhǔn)確，它們的實際尺寸(或位置)都允許在分別規(guī)定得公差范圍內(nèi)變動［6］。同時，工件上的定位基準(zhǔn)面也會有制造誤差。工件定位面與夾具定位元件共同構(gòu)成定位副，由于定位副制造得不準(zhǔn)確和定位副間的配合間隙引起的工件最大位置變動量，稱為定位副制造不準(zhǔn)確誤差。

1.5 工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差

1.5.1 工件剛度

工藝系統(tǒng)中如果工件剛度相對于機床、刀具、夾具來說比較低，在切削力的作用下，工件由于剛度不足而引起的變形對加工精度的影響就比較大，其最大變形量可按材料力學(xué)有關(guān)公式估算［7］。

1.5.2 刀具剛度

外圓車刀在加工表面法線方向上的剛度很大，其變形可以忽略不計。鏜直徑較小的內(nèi)孔，刀桿剛度很差，刀桿受力變形對孔加工精度就有很大影響。刀桿變形也可以按材料力學(xué)有關(guān)公式估算。

1.5.3 機床部件剛度

機床部件由許多零件組成，機床部件剛度迄今尚無合適的簡易計算方法，目前主要還是用實驗方法來測定機床部件剛度［8］。變形與載荷不成線性關(guān)系，加載曲線和卸載曲線不重合，卸載曲線滯后于加載曲線。兩曲線線間所包容的面積就是載加載和卸載循環(huán)中所損耗的能量，它消耗于摩擦力所作的功和接觸變形功;第一次卸載后，變形恢復(fù)不到第一次加載的起點，這說明有殘余變形存在，經(jīng)多次加載卸載后，加載曲線起點才和卸載曲線終點重合，殘余變形才逐漸減小到零;機床部件的實際剛度遠比我們按實體估算的要小。

1.6 工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差

工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響比較大，特別是在精密加工和大件加工中，由熱變形所引起的加工誤差有時可占工件總誤差的40%～70%。機床、刀具和工件受到各種熱源的作用，溫度會逐漸升高，同時它們也通過各種傳熱方式向周圍的物質(zhì)和空間散發(fā)熱量。當(dāng)單位時間傳入的熱量與其散出的熱量相等時，工藝系統(tǒng)就達到了熱平衡狀態(tài)。

2 提高機械加工精度的措施

2.1 減少原始誤差

提高零件加工所使用機床的幾何精度，提高夾具、量具及工具本身精度，控制工藝系統(tǒng)受力、受熱變形、刀具磨損、內(nèi)應(yīng)力引起的變形、測量誤差等均屬于直接減少原始誤差。對于精密零件的加工應(yīng)盡可能提高所使用精密機床的幾何精度、剛度和控制加工熱變形;對具有成形表面的零件加工，則主要是如何減少成形刀具形狀誤差和刀具的安裝誤差。

2.2 誤差補償法

誤差補償法時人為地制造一種誤差，去抵消工藝系統(tǒng)固有的原始誤差，或者利用一種原始誤差去抵消另一種原始誤差，從而達到提高加工精度的目的。

例如，用預(yù)加載荷法精加工磨床床身導(dǎo)軌，借以補償裝配后受部件自重而引起的變形。磨床床身是一個狹長的結(jié)構(gòu)，剛度較差，在加工時，導(dǎo)軌三項精度雖然都能達到，但在裝上進給機構(gòu)、操縱機構(gòu)等以后，便會使導(dǎo)軌產(chǎn)生變形而破壞了原來的精度，采用預(yù)加載荷法可補償這一誤差。又如用校正機構(gòu)提高絲杠車床傳動鏈的精度。在精密螺紋加工中，機床傳動鏈誤差將直接反映到工件的螺距上，使精密絲杠加工精度受到一定的影響。為了滿足精密絲杠加工的要求，采用螺紋加工校正裝置以消除傳動鏈造成的誤差，如圖1所示。

圖1 螺紋加工校正裝置

2.3 分化或均化原始誤差

為了提高一批零件的加工精度，可采取分化某些原始誤差的方法。對加工精度要求高的零件表面，還可以采取在不斷試切加工過程中，逐步均化原始誤差的方法。

2.3.1 分化原始誤差

根據(jù)誤差反映規(guī)律，將毛坯或上道工序的工件尺寸經(jīng)測量按大小分為n組，每組工件的尺寸范圍就縮減為原來的1/n［9］。然后按各組的誤差范圍分別調(diào)整刀具相對工件的準(zhǔn)確位置，使各組工件的尺寸分散范圍中心基本一致，以使整批工件的尺寸分散范圍大大縮小。

2.3.2 均化原始誤差

此法過程為通過加工使被加工表面原有誤差不斷縮小和平均化的過程。均化的原理就是通過有密切聯(lián)系的工件或工具表面的相互比較和檢查，從中找出它們之間的差異，然后再進行相互修正加工或基準(zhǔn)加工。

2.4 轉(zhuǎn)移原始誤差

這種方法的實質(zhì)就是將原始誤差從誤差敏感方向轉(zhuǎn)移到誤差非敏感方向上去。轉(zhuǎn)移原始誤差至非敏感方向。各種原始誤差反映到零件加工誤差上的程度與其是否在誤差敏感方向上有直接關(guān)系。若在加工過程中設(shè)法使其轉(zhuǎn)移到加工誤差的非敏感方向，則可大大提高加工精度［10］。轉(zhuǎn)移原始誤差至其他對加工精度無影響的方面。

3 結(jié)束語

在機械加工中，誤差是不可避免的，只有對誤差產(chǎn)生的原因進行詳細的分析，才能采取相應(yīng)的預(yù)防措施減少加工誤差，提高機械加工精度。

［1］李玉平.機械加工誤差的分析［J］.新余高專學(xué)報，2005，(4).

［2］朱正欣.機械制造技術(shù)［M］.北京:機械工業(yè)出版社，1999.

［3］汪堯.工藝系統(tǒng)幾何誤差對加工精度的影響分析［J］.科技信息，2004，(4).

［4］周葉芳.光纜施工中的幾個注意要點及測試，第二屆學(xué)術(shù)年會通信學(xué)會2006年學(xué)術(shù)年會論文集，2006.

［5］王振岳.沙漠地帶光纜線路維護技術(shù)的研究，中國通信學(xué)會2002年光纜電纜學(xué)術(shù)年會論文集，2002.

［6］張永紅，宋禹廷.光纜線路的維護及管理.電信技術(shù)，2007，(1).

［7］陳大喜，朱鐵光.大型回轉(zhuǎn)機械診斷現(xiàn)場實用技術(shù)［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2002.

［8］黃文虎，夏松波，劉瑞巖等.設(shè)備故障診斷原理、技術(shù)及應(yīng)用［M］.北京:科學(xué)出版社，1996.

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［10］鄭國偉.一設(shè)備管理與維修工作手冊［M］.長沙:湖南科學(xué)技術(shù)出版社，1986.

Causes of Machining Error and Measures on Increasing Machining Precision

WANG Zhong－jian

(JCC Guixi Smelter，Guixi，Jiangxi，China 335424)

The basic knowledge of machining precision and machining error is briefly introduced，and variety errors and its causes based on practice are introduced.After confirming the main original errors which effecting machine machining，the opinions to reduce error and enhance machine machining precision are proposed in this article.

machining;machine;position;benchmark;error;precision

TG50

B

1009－3842(2011)01－0081－03

2011－01－14

王忠建(1953－)，男，漢族，湖南長沙人，工程師，主要從事機械加工專業(yè)工作，E－mail:wjm530903@163.com