基于機械加工精度因素分析及提升策略

【摘要】機械加工是工業(yè)發(fā)展的一個重要環(huán)節(jié)，機械加工精度會受很多因素的影響，因此為了提高機械加工的精度，就需要盡可能加強對其他因素的控制。要想實現(xiàn)機械加工精度的提高，要從細小的環(huán)節(jié)入手，控制加工過程中產(chǎn)生的誤差，通過問題根源的分析來制定相應(yīng)的應(yīng)對策略。本文從影響機械加工精度的因素著手，對提高機械加工精度的策略進行介紹和分析。

【關(guān)鍵詞】機械加工；精度；策略

機械加工精度即加工后零件各表面、形狀、尺寸的實際值和理想值的相符程度，它們之間的不同即為產(chǎn)生的誤差。一般情況下，精度的高低取決于誤差的大小，因此要提高精度就必須從各個環(huán)節(jié)的誤差開始控制。零件的幾何參數(shù)即相互位置、尺寸、幾何形狀，因此其對應(yīng)的機械加工精度即相互位置精度、尺寸精度、幾何形狀精度。相互位置精度一般用于限制加工表面和基準(zhǔn)之間的位置誤差，例如零件的位置度、平行度、垂直度等。尺寸精度用于限制加工表面和基準(zhǔn)之間的尺寸誤差，使其控制在合理范圍內(nèi)。幾何形狀精度用于限制機械加工過程中的宏觀幾何形狀誤差，例如平面度、圓度、直線度等。

對于零件加工而言，其質(zhì)量會直接影響到機械產(chǎn)品的性能和使用壽命。在機械加工過程中，由于各方面因素的影響會使得加工出現(xiàn)誤差，例如工件和刀具位置偏移等問題，都會導(dǎo)致生產(chǎn)出的產(chǎn)品帶有誤差。只有實際加工的零件參數(shù)能夠和規(guī)定參數(shù)相同，才能判定該零件符合標(biāo)準(zhǔn)。為了保證機械加工企業(yè)的長足發(fā)展，需要提高機械加工的精度，盡量減少誤差，從而提高零件的合格率，提高生產(chǎn)效率。機械加工的精度，需要先從影響精度的因素開始分析，要治其本必先知其源。

一、影響機械加工精度的因素

在機械加工過程中，根據(jù)經(jīng)驗的總結(jié)能夠得出有很多因素會對工件的精度造成影響。對于工件而言，其精度直接影響了自身的質(zhì)量，因此在機械加工過程中必須要對產(chǎn)品的誤差嚴(yán)格控制，通過保證精度來保證產(chǎn)品的質(zhì)量合格。由于機械加工過程中產(chǎn)生誤差的方面眾多，因此要從各個方面都進行分析，通過全面的誤差產(chǎn)生源的分析才能夠準(zhǔn)確制定其誤差控制的方法。在機械加工過程中影響精度的因素主要有四種，分別是機械加工精度定位誤差、工藝系統(tǒng)的幾何誤差、工藝系統(tǒng)引起的加工誤差、內(nèi)應(yīng)力分布引起的誤差。

1.機械加工精度定位誤差

設(shè)計基準(zhǔn)一般用于通過零件圖來確定零件某個表面的尺寸和位置，基準(zhǔn)會直接影響到機械產(chǎn)品的生產(chǎn)加工。工序基準(zhǔn)一般用于通過工序圖對零件加工前后的表面尺寸進行核查確定，正常情況下設(shè)計基準(zhǔn)和工序基準(zhǔn)相同。在進行機械加工時，一般選用工件的若干幾何要素作為基準(zhǔn)，如果其定位基準(zhǔn)和設(shè)計基準(zhǔn)不重合，則會因為基準(zhǔn)而造成誤差?；鶞?zhǔn)的誤差量由定位基準(zhǔn)和設(shè)計基準(zhǔn)之間的尺寸變化量決定，因此尺寸變化越大，則誤差越大。除了基準(zhǔn)不重合會造成誤差以外，定位副制造不準(zhǔn)確也會影響機械加工的精度。在機械生產(chǎn)過程中，定位元件能夠決定工件在夾具中的位置。由于夾具中的定位元件不可能完全按照基本尺寸生產(chǎn)，因此獲得產(chǎn)品的實際尺寸都允許在正常范圍內(nèi)存在誤差變動。除了正常誤差以外，工件上的定位基準(zhǔn)面也會受其他因素的影響而產(chǎn)生誤差。定位副是由工件定位面和夾具定位元件組成的，由于其兩個構(gòu)成部分都會產(chǎn)生誤差，因此也會導(dǎo)致定位副整體具有誤差。兩個構(gòu)成部分的配合間隙會引起工件產(chǎn)生最大位置的變動，該種變動則為定位副制造不準(zhǔn)確誤差。

2.工藝系統(tǒng)的幾何誤差

工藝系統(tǒng)的幾何誤差體現(xiàn)在加工原理、機床、刀具、調(diào)整四個方面。其中的加工原理誤差是在進行近似切削刃輪廓加工時形成的，該種誤差對機械加工的影響可以控制，因此只要將誤差控制在一定范圍內(nèi)，就仍然可以用于機械生產(chǎn)。當(dāng)機床轉(zhuǎn)動鏈產(chǎn)生誤差或機床主動回轉(zhuǎn)具有誤差以后會形成機床整體誤差，如果機床導(dǎo)軌導(dǎo)向不準(zhǔn)確也會影響機械加工的精度。刀具誤差會表現(xiàn)在刀具安裝、刀具裝夾部制造以及刀具切削三個環(huán)節(jié)，如果刀具無法具有很好的尺寸精度，則會影響產(chǎn)生的尺寸。刀具和刀刃的形狀精度對產(chǎn)品的形狀會造成直接影響，但是此種影響不會直接作用于機械產(chǎn)品，而是會產(chǎn)生間接影響。在機械加工過程中，會由于分批加工等原因進行工序的調(diào)整，從而使得每批加工的零件都不可能完全相同，因此會因工序調(diào)整造成一定的誤差。

3.工藝系統(tǒng)引起的加工誤差

工藝系統(tǒng)會因為受力變形或者受熱變形從而對機械加工的精度造成影響。工藝系統(tǒng)加工過程中，會因為重力、慣性力等的作用，使得工藝系統(tǒng)因受力造成變形。產(chǎn)生變形以后的工藝系統(tǒng)會對其生產(chǎn)加工造成影響，破壞工件和切削刀之間的位置關(guān)系，從而造成加工誤差。工藝系統(tǒng)會因為受力點位置改變而影響工件的形狀，不均勻的毛坯材料在不同硬度的情況下對切削力的影響不同，因此對工藝系統(tǒng)會造成不同程度的影響，進而產(chǎn)生不同程度的誤差。除了以上的影響以外，還會因其他不確定環(huán)節(jié)的作用力使得工藝系統(tǒng)變形，導(dǎo)致加工誤差的產(chǎn)生。工藝系統(tǒng)除了會受力變形以外，還會因受熱而變形。工藝系統(tǒng)會因為受不同熱源的影響而發(fā)生變形，從而影響生產(chǎn)工件的精度。工藝系統(tǒng)受熱變形的原因主要有三種：第一，機床運作過久變熱形成熱源，由于機床的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，并且熱源分布不均勻，因此機床各個部位受溫度影響的情況不同，從而導(dǎo)致產(chǎn)生的誤差不同。此種原因造成的誤差對機械加工的幾何精度和加工精度有很大的影響。第二，工件在生產(chǎn)過程中會因為自身或外因的作用變熱，導(dǎo)致工件出現(xiàn)加工誤差。第三，由于刀具的材料特性，其熱容量和體積都較小，因此使得熱量都集中在切削部位，其溫度會對處于切削環(huán)節(jié)的部件造成影響，影響加工的精度。

4.內(nèi)應(yīng)力分布引起的誤差

工件加工在不受外力的情況下，其自身也會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。該種內(nèi)應(yīng)力會影響工件金屬的能位狀態(tài)，使其處于向低能位轉(zhuǎn)化的狀態(tài)，以尋求自身的穩(wěn)定。該種轉(zhuǎn)化過程會使工件發(fā)生變形，從而影響工件加工的精度。工件內(nèi)應(yīng)力會在熱加工和冷校直工序中產(chǎn)生，工件在熱處理過程中會因為其自身壁厚的不均尋、冷卻不均勻等原因而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。由于絲杠之類的工件較為細長，因此在經(jīng)過車削以后其內(nèi)應(yīng)力會重新分布，使得工件出現(xiàn)彎曲。

二、提高機械加工精度的策略

機械加工精度的提高需要從五個方面著手，分別是減少原始誤差、補償誤差、分化誤差、轉(zhuǎn)移誤差、就地加工。這些方法能夠從不同方面、不同程度實現(xiàn)對加工誤差的控制，從而提高機械加工的精度。

1.減少原始誤差

提高機械精度的最基本方法就是減少原始誤差，要在加工過程中將夾具、量具、工具本身的梢度提高，并且控制工藝系統(tǒng)在各方面的受力影響，降低其變形的程度。要想使機械加工精度得到很好的提高，就需要對導(dǎo)致誤差產(chǎn)生的各方面因素進行分析，根據(jù)不同的影響程度和原因制定相應(yīng)的解決方案。只有將方案措施做到具有絕對的針對性，才能提高誤差控制的效果，從而提高機械加工的精度。在對精密零件進行加工時，要從其幾何精度、剛度、加工變形等多個方面進行控制，以保證誤差控制的效果。在對具有成形表面的零件進行加工時，要對成形刀具進行定時的檢查，并檢查其安裝是否妥當(dāng)，以減少其對精度的影響。

2.補償誤差

對于機械加工過程中產(chǎn)生的原始誤差，要對其通過補償從而控制成品的誤差。該種方法適用于對原始誤差無控制方法可行的情況，該種方法主要包含誤差補償法和誤差抵消法兩種。誤差補償法即通過人為的操作來制造出一種新的原始誤差，通過該種誤差來對原先工藝產(chǎn)生的誤差進行補償，從而達到正負相抵的效果。該種方法的應(yīng)用需要先對誤差產(chǎn)生因素有全面的了解，并且能夠掌握其成因，從而通過相對的補償來控制機械加工的誤差。誤差抵消法即通過對一種原始誤差的利用，來實現(xiàn)對原有原始誤差或另外一種原始誤差的抵消。

3.分化誤差

分化誤差主要是通過將原始誤差進行分化或均化處理，從而減小工件的誤差，提高工件的精度。該應(yīng)用該方法時，能夠?qū)纫筝^高的零件表面進行試切加工，從而逐步實現(xiàn)原始誤差的均化。分化誤差主要是根據(jù)誤差反映的規(guī)律將工件尺寸在測量后分為N組，此種狀態(tài)下的工件尺寸范圍就縮減為原先的1/N。接著要根據(jù)每一組的誤差范圍情況進行刀具相對工件位置的調(diào)整，該過程要保證每一組工件的尺寸分散范圍和中心能夠保持一致，從而控制工件整體的誤差。通過適當(dāng)使用定位元件來控制上道工序加工誤差對機械加工精度的影響，從而將工件尺寸范圍控制在一定標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，這種方法相比較其他精度提高的方法要更加簡便可行。均化原始誤差的過程就是將加工過程中的表面原有誤差進行不斷的均化使其逐漸縮小，在此過程中，要對工件或工具的表面進行多次的核對和比較，找出差異之所在，再對其進行修正處理。

4.轉(zhuǎn)移誤差

轉(zhuǎn)移誤差即將誤差轉(zhuǎn)移到非敏感的方向，使該種誤差對加工的精度沒有影響。機械加工的誤差是由其敏感方向的誤差直接造成的，因此在機械加工過程中，只要將誤差轉(zhuǎn)移到非敏感方向，就會使加工過程的誤差對機械精度不會造成影響。非敏感方向一般是加工表面切線方向，將誤差往該方面轉(zhuǎn)移能夠使加工精度得到很大的提高。大型機床因其橫梁較差，因此在受到重力作用以后容易發(fā)生扭曲變形，為了避免這種問題的產(chǎn)生可以在機床的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上添加一根承重附和梁，該附和梁能夠起到承受機床自身重力的作用，因此不容易發(fā)生扭曲變形，同時也減少了機床加工產(chǎn)生的誤差。

5.就地加工

就地加工即在進行機械加工時，對重要工件的表面在裝配以后再進行精加工。一般的工件由于在進行精加工以后再進行裝配，因此每一個零件的誤差累計會對工件整體造成較大的影響。但是在裝配以后再進行精加工則可以從整體上控制誤差，使整體的誤差最小，從而提高機械加工的精度。在機械加工和裝配的過程中，很多零件的相互關(guān)系都會影響到精度，并且此中相互關(guān)系較為復(fù)雜，因此如果只注重提高零件的精度，則無法實現(xiàn)工件整體的精度標(biāo)準(zhǔn)。先精加工再裝配的方法不僅不能保證工件的精度，還需要相對較高的成本。就地加工方法較為簡便，不僅能夠減少操作的難度，還能夠提高裝配后工件的精度。該種方法的適用范圍較廣，操作也較為簡便，能夠避免重復(fù)繁瑣的操作程序，并且從整體上做到精度的提高。

總之，對于機械加工而言，加工出精度合乎標(biāo)準(zhǔn)的工件是其加工的追求目標(biāo)。在機械加工過程中，影響機械加工精度的因素眾多，除了已總結(jié)出的方面以外，還有其他不定性因素會對其造成影響。因此在機械生產(chǎn)過程中很難做到完全沒有誤差，但必須要將誤差控制在一定范圍內(nèi)，保證工件的精度合格。在掌握導(dǎo)致誤差的原因以后，要制定相應(yīng)的措施來減少誤差，要從加工過程和加工以后進行雙重的控制。盡量在工藝原始誤差階段將誤差進行有效的控制。在無法避免誤差的情況下還可以通過加工過程中的處理來提高精度。在機械加工過程中，要確保工件的精度合格，否則會使其在使用過程中造成不可預(yù)計的影響和損失。因此，機械加工精度的提高要從基礎(chǔ)方面入手，定時對加工設(shè)備進行檢測，通過方法的調(diào)控來實現(xiàn)誤差的控制。

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作者簡介：張國明；性別：男；單位：福建鐵路機電學(xué)校；職稱：講師。