機(jī)械加工工藝技術(shù)的誤差與原因探究

楊文

【摘 要】本文從機(jī)械加工工藝的概念及內(nèi)容入手，分析了機(jī)械加工中產(chǎn)生誤差的原因，并對(duì)提高機(jī)械加工精度，減少加工誤差的措施進(jìn)行了探究，以期為控制機(jī)械加工過(guò)程，提高機(jī)械加工產(chǎn)品質(zhì)量提供參考價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械加工；工藝技術(shù)；誤差分析

前言：

在機(jī)械零件加工過(guò)程中，由于每個(gè)零件的形狀、尺寸、類型與技術(shù)要求等各不相同，單個(gè)零件很難由獨(dú)立車床加工完成，而是需要經(jīng)過(guò)一套完整的工藝流程，依據(jù)零件的要求選擇正確的加工方法，按照一定的加工工序逐步將其加工完成。因此，分析機(jī)械加工的工藝技術(shù)及加工過(guò)程中產(chǎn)生的誤差，對(duì)于提高零件的加工精度和質(zhì)量有著重要的意義。

1.機(jī)械加工工藝的概念及內(nèi)容

在零件加工過(guò)程中，工藝人員需要對(duì)加工零件的尺寸、形狀和技術(shù)要求等因素進(jìn)行全面的考察與衡量，并以其結(jié)果作為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)選擇合適的工藝流程，還會(huì)將加工的內(nèi)容制成工藝規(guī)程。機(jī)械加工的工藝規(guī)程是車間組織生產(chǎn)的主要依據(jù)文件，也是企業(yè)改造和擴(kuò)建車間基本的技術(shù)依據(jù)，不同加工企業(yè)的情況不同，工業(yè)流程自然也不同。

機(jī)械零件或者工件加工制造的步驟即為機(jī)械加工的工藝流程，而通過(guò)機(jī)械加工方法，改變毛坯尺寸、形狀于表面質(zhì)量，使其成為合格零件的整個(gè)過(guò)程就是機(jī)械加工的工藝過(guò)程。例如普通零件經(jīng)過(guò)粗加工、精加工、裝配、檢驗(yàn)和包裝等一系列環(huán)節(jié)，即組成了普通零件簡(jiǎn)單的加工流程。機(jī)械加工工藝是建立在工藝流程基礎(chǔ)上，通過(guò)改變機(jī)械零件的尺寸、形狀和相對(duì)位置等，使其成為半成品或者成品的整個(gè)過(guò)程，其中的每一個(gè)步驟和流程都有著詳細(xì)說(shuō)明和嚴(yán)格要求。簡(jiǎn)而言之，加工工藝為工藝環(huán)節(jié)依據(jù)的詳細(xì)參數(shù)，工藝流程為總加工綱領(lǐng)，工藝規(guī)程為根據(jù)實(shí)際的加工情況所編制的加工工藝。

2.機(jī)械加工中產(chǎn)生誤差的原因

2.1幾何誤差對(duì)加工精度的影響

1）調(diào)整誤差。在機(jī)械加工的過(guò)程中，加工機(jī)械所需要的夾具、刀具和機(jī)床在對(duì)機(jī)械零件進(jìn)行加工的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生誤差，需要對(duì)誤差進(jìn)行調(diào)整，但是在調(diào)整的過(guò)程中并不能保證完全到位，也可能出現(xiàn)誤差。調(diào)整過(guò)程中因方法的不同也會(huì)導(dǎo)致不同誤差的出現(xiàn)，誤差的出現(xiàn)受到許多因素的影響，因而在研究調(diào)整誤差時(shí)需要結(jié)合具體的調(diào)整方式。

2）機(jī)床自身幾何誤差。機(jī)床自身幾何誤差主要是安裝誤差、制造誤差和磨損誤差等幾種常見(jiàn)的誤差，其中，制造誤差是最大的誤差。機(jī)床自身的三種基本誤差為導(dǎo)軌誤差、傳動(dòng)鏈誤差和主軸回轉(zhuǎn)誤差。導(dǎo)軌誤差，導(dǎo)軌出現(xiàn)誤差將會(huì)明顯作用于加工的精度，出現(xiàn)直線度誤差、扭曲度誤差、相互位置誤差等，為了減少導(dǎo)軌誤差，可以從材料、潤(rùn)滑、保護(hù)裝置、結(jié)構(gòu)等方面著手；傳動(dòng)鏈誤差，該誤差出現(xiàn)的原因主要是因?yàn)榘惭b傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，制造和后續(xù)作業(yè)等條件下因磨損導(dǎo)致的，出現(xiàn)先后運(yùn)動(dòng)誤差。實(shí)驗(yàn)表明，減少傳動(dòng)鏈部件數(shù)量和縮短傳動(dòng)鏈可以實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)誤差數(shù)值量的減少；主軸回轉(zhuǎn)誤差，回轉(zhuǎn)誤差會(huì)影響產(chǎn)品加工表面的形狀，部件因角度擺動(dòng)出現(xiàn)圓柱度誤差，部件端受軸向竄動(dòng)會(huì)有平面度誤差，但斷面不會(huì)受其影響。

2.2機(jī)床制造誤差

機(jī)床制造誤差主要表現(xiàn)在主軸回轉(zhuǎn)、導(dǎo)軌與傳動(dòng)鏈等方面的誤差。主軸回轉(zhuǎn)出現(xiàn)誤差的原因主要為軸承自身產(chǎn)生的誤差、主軸同軸度方面的誤差和主軸繞度產(chǎn)生的誤差等。導(dǎo)軌出現(xiàn)誤差主要為導(dǎo)軌自身制造方面的誤差、導(dǎo)軌受到不均勻的磨損而產(chǎn)生的誤差與導(dǎo)軌安裝過(guò)程中產(chǎn)生的誤差等。傳動(dòng)鏈出現(xiàn)誤差主要是傳動(dòng)鏈各組成部分在制造與裝配的過(guò)程中出現(xiàn)的誤差，以及傳動(dòng)鏈工作中磨損產(chǎn)生的誤差。

2.3刀具與夾具的幾何誤差

刀具在工作中會(huì)出現(xiàn)磨損，從而使零件的尺寸與形狀發(fā)生改變而產(chǎn)生誤差，尤其是對(duì)于定尺寸的刀具，其在零件加工過(guò)程中出現(xiàn)的制造誤差直接對(duì)影響到零件的加工精度。夾具主要是用來(lái)校正刀具與機(jī)床的相對(duì)位置，其幾何誤差也會(huì)影響到零件的加工精度。

2.4 定位過(guò)程中的誤差

定位的誤差主要分為兩種情況，一種為定位副制造時(shí)相關(guān)數(shù)據(jù)出現(xiàn)了誤差，另一種為基準(zhǔn)不重合造成的誤差。在零件加工的過(guò)程中，如果設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和定位基準(zhǔn)出現(xiàn)偏差，就很容易造成基準(zhǔn)不重合方面的誤差。定位副由零件定位面和夾具定位元件構(gòu)成，如果定位副的制造出現(xiàn)問(wèn)題或者定位副配合間隙和副制造數(shù)值缺乏精確性，就會(huì)出現(xiàn)副制造誤差。

2.5工藝系統(tǒng)熱變形的誤差

機(jī)械加工的工藝系統(tǒng)在受熱作用時(shí)，會(huì)發(fā)生變形，尤其是存在比較劇烈的溫差時(shí)，對(duì)工具自身運(yùn)動(dòng)與幾何關(guān)系會(huì)產(chǎn)生比較大的破壞作用?？刂坪眉庸さ臒嵊绊憣?duì)于精度有積極的意義。加工工藝的變形主要包含三種：工件熱變形、機(jī)床熱變形和刀具熱變形。如果所需加工的零件的長(zhǎng)度長(zhǎng)，而精度要求高時(shí)，工件的熱變形對(duì)精度的影響是最為明顯的。工件加工時(shí)，經(jīng)常在單面進(jìn)行切削，由于存在溫差，會(huì)導(dǎo)致工件的隆起，產(chǎn)生較大的誤差。而加工中將隆起的部分削平，當(dāng)溫度降低之后，削平的部位又會(huì)出現(xiàn)收縮，有凹槽，導(dǎo)致較大的平面誤差度。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)分析得出，對(duì)于此類問(wèn)題最為常用的方式是加入切削液，對(duì)溫差進(jìn)行補(bǔ)償，盡量降低加工時(shí)零件表面的溫度。

2.6加工精度受加工原理的誤差

機(jī)械加工的過(guò)程中由于采取了近似加工法，近似傳動(dòng)法或近似刀具輪廓而產(chǎn)生的加工誤差稱之為加工原理誤差。很多時(shí)候?yàn)榱说玫揭蟮墓ぜ砻?，在?shí)際加工過(guò)程中，工藝師會(huì)在工件或刀具的運(yùn)動(dòng)之間建立一定的關(guān)聯(lián)。理論上來(lái)說(shuō)要采用完全準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)聯(lián)系，但是實(shí)際生產(chǎn)中由于完全準(zhǔn)確的加工原理會(huì)導(dǎo)致機(jī)床或夾具制造極為復(fù)雜，使得制造工藝極為復(fù)雜而難以滿足現(xiàn)實(shí)條件，基本上不可能做得到，這就是近似加工運(yùn)動(dòng)誤差。

3.提高機(jī)械加工精度的措施

3.1直接減少誤差的方法

在機(jī)械加工的生產(chǎn)過(guò)程中直接減少誤差法被廣泛應(yīng)用。工藝人員需要明確機(jī)械加工過(guò)程中出現(xiàn)誤差而影響加工精度的主要因素，再選擇合適的方法減少加工過(guò)程中出現(xiàn)的誤差。例如在細(xì)長(zhǎng)軸車削過(guò)程中，加工零件很容易出現(xiàn)熱變形的情況，工藝人員可以采用“大走刀反向切削”的方法，并加裝彈簧后頂尖，這樣就可以很好地消除細(xì)長(zhǎng)軸因切削受熱而出現(xiàn)的彎曲變形。又如在磨削薄片工件的兩端時(shí)，工藝人員可以采用環(huán)氧樹(shù)脂粘強(qiáng)劑將薄片工件在自由狀態(tài)下占到平板上，并將平板和工件都放在磁力吸盤上面，磨平薄片工件的上端面，然后取下平板上的工件，以已經(jīng)磨平的上端面作為基準(zhǔn)再磨平工件的另一端面。這樣就可以很好地消除薄片工件的加緊變形，有效解決薄片工件兩端面的磨削平行度。

3.2 誤差補(bǔ)償?shù)姆椒?/p>

此法是工藝人員在機(jī)械加工的過(guò)程中故意制造一種新誤差，用來(lái)補(bǔ)償原來(lái)工藝加工中存在的原始誤差，從而實(shí)現(xiàn)減少加工誤差，提高工件加工精度的目的。例如在制造數(shù)控機(jī)床上的滾珠絲桿時(shí)，工藝人員可以將絲桿螺距的磨的比標(biāo)準(zhǔn)值稍微小一點(diǎn)，然后在裝配的時(shí)候適當(dāng)加大拉伸力，使絲桿螺距與標(biāo)準(zhǔn)螺距相一致，從而有效補(bǔ)償滾珠絲桿制造時(shí)產(chǎn)生的誤差，而且產(chǎn)生的應(yīng)壓力可以抵消機(jī)床工作時(shí)絲桿的內(nèi)應(yīng)壓力，從而減少了標(biāo)準(zhǔn)螺距因消熱變形而出現(xiàn)的原始誤差。

3.3 分化原始誤差的方法

如果這道加工工序的精度穩(wěn)定，工藝能力也滿足要求，但是下道工序加工的毛坯或者半成品粗度出現(xiàn)了變化，就會(huì)出現(xiàn)定位誤差或者復(fù)映誤差較大的情況，無(wú)法保證加工工序的精度，而提高毛坯或者上道工序的加工精度，則需要耗費(fèi)更多的經(jīng)濟(jì)成本。此時(shí)工藝人員可以采取分化原始誤差的方法，將毛坯或者半成品的尺寸按照誤差的大小分成n組，每一組毛坯或者半成品的誤差相應(yīng)的縮小為原來(lái)的1/n，然后工藝人員按照備組的尺寸對(duì)刀具和工件的相對(duì)位置進(jìn)行合理調(diào)整，這樣就可以縮小整皮加工工件的尺寸分布范圍，這比提高毛坯或者上道工序的加工精度易于操作且節(jié)約成本。

3.4均化原始誤差法

對(duì)于要求加工配合精度很高的軸和孔的加工過(guò)程中一般采用研磨方式，研磨工藝本身精度并不高，但是卻能通過(guò)與工件做相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)經(jīng)過(guò)研磨對(duì)工件進(jìn)行微量的切削，使得工件達(dá)到很高的精度，當(dāng)然，研磨工具也相應(yīng)地被工件磨去一部分，這種表面之間的摩擦和磨損是一種不斷減小誤差的過(guò)程，這個(gè)方法就是均化原始誤差法，既能提高零部件的加工進(jìn)度，又能提高磨具自身的精度，這種方法的實(shí)質(zhì)就是兩個(gè)相互作用的表面進(jìn)行比較和檢查，然后找出兩者之間的差異，并互為基礎(chǔ)，進(jìn)行修正，不斷縮小和分化零部件表面的誤差。

4.結(jié)束語(yǔ)

總之，機(jī)械加工過(guò)程中不可避免會(huì)出現(xiàn)誤差，而分析影響機(jī)械加工精度的原因，對(duì)于工藝人員在機(jī)械加工時(shí)選擇合適的機(jī)械加工工藝及流程和減少加工誤差非常重要。因此，機(jī)械加工人員在工作實(shí)踐的過(guò)程中，需要不斷總結(jié)機(jī)械加工的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，創(chuàng)新機(jī)械加工工藝，改進(jìn)機(jī)械加工流程，以便更好減少機(jī)械加工過(guò)程中產(chǎn)生的誤差，保障加工工件的精度和質(zhì)量。

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