機械加工誤差分析以及解決措施

王建政

（中鋁中州鋁業(yè)有限公司，河南 焦作 454171）

加工誤差是指機械加工之后工件的實際幾何尺寸以及表面質(zhì)量與理論的尺寸、質(zhì)量不相符合的現(xiàn)象。在機械加工制造過程中，加工誤差是必定會出現(xiàn)的，出現(xiàn)的加工誤差又會對機械加工精度造成影響。所以說，我們需要對加工過程中存在的誤差來源來認真地梳理，發(fā)現(xiàn)其產(chǎn)生的規(guī)律，進一步使用對應的方法來減少誤差的出現(xiàn)，從而使得最終的制造精度大幅提升。

1 機械加工誤差產(chǎn)生的原因

1.1 原理誤差

在加工的過程中沒辦法采用理想的加工運動方式而采用了近似的加工運動方式，由此產(chǎn)生的加工誤差稱為原理誤差。從實際的情況考慮，如果采用理論中的加工原理對工件進行加工，那么就需要十分復雜的加工機構(gòu)來實現(xiàn)這一目標，這會造成資源的極大浪費。機械加工企業(yè)只需要將加工件的誤差控制在一定范圍內(nèi)，能夠滿足功能需求即可，并不需要提高成本來徹底消除誤差。因此，在實際加工中原始誤差是一定會存在的，這就會給加工件的加工精度帶來影響。

1.2 機床誤差

機床是機械加工的必備條件，生產(chǎn)過程中的每一個環(huán)節(jié)，零部件的每一次加工都需要機床的參與。所以說，機床自身的誤差直接作用于零部件的制造精確度。機床的制造誤差包括機床的導軌精度誤差、主軸的回轉(zhuǎn)誤差以及傳動鏈誤差。導軌是機床的最關(guān)鍵部件之一，它起到確定機床其他零部件的相對位置、為刀具等加工部件的運動提供基準等作用。導軌的精度誤差主要來源于導軌本身在制造時產(chǎn)生的誤差、導軌安裝不正確以及導軌在運動較長時間后產(chǎn)生的磨損。主軸是進行切削加工必不可少的部件，是生產(chǎn)時刀具運動的基準，能夠直接施加影響作用于被加工部件。主軸的同軸度、跳動度誤差、軸承的幾何尺寸或表面質(zhì)量誤差以及軸承之間的同軸度誤差導致了主軸誤差的出現(xiàn)。在主軸零部件的不同誤差共同作用下會導致主軸的實際軸線在轉(zhuǎn)動過程中偏離理論位置，造成被加工件精度下降。傳動鏈是由諸多的傳動部件例如齒輪、蝸桿、絲杠、螺母等組成的，因而各傳動部件的加工精度以及裝配誤差都會對整個的傳動鏈造成影響，進而產(chǎn)生機床誤差。

1.3 刀具的幾何誤差

加工過程中不同刀具在切削時與工件的接觸部位磨損程度不同，造成的加工誤差也不相同，同時刀具的切削會對刀具產(chǎn)生力的作用從而使得刀具本身產(chǎn)生變形磨損，從而使得被加工件產(chǎn)生加工誤差；刀具本身在制造過程中產(chǎn)生的誤差也會造成工件的誤差，例如使用定尺寸刀具進行加工時，刀具的制造誤差會直接對被加工零部件的精度產(chǎn)生不好的作用。

1.4 調(diào)整誤差

機械加工不是一個一次性就完成的過程，需要經(jīng)過一個個的步驟。而在每個步驟完成之后需要對夾具、刀具以及工件進行調(diào)整，例如重新對刀、重新夾裝等，以便確保它們之間相互位置精度的準確。但是這種調(diào)整會有誤差，這會使得被加工零件的精確度下降。

1.5 定位誤差

在機械加工開始之前需要將工件固定且與機床上的基準部件保持正確的相對位置，這就需要人利用夾具完成這一環(huán)節(jié)，因而會產(chǎn)生定位誤差。被加工件定位時相對于基準的位置精度會對被加工零件的形狀、尺寸大小產(chǎn)生直接的影響，這關(guān)系著之后的加工以及裝配。所以說定位誤差在機械制造流程中扮演關(guān)鍵角色。在實際的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中定位誤差是沒有辦法徹底解決的，因此就需要加工人員在不影響后續(xù)加工處理以及裝配的情況下盡力去減少定位時的基準不重合度，讓機械加工誤差位于公差帶內(nèi)。

1.6 夾具的幾何誤差

上述提到了定位誤差的重要作用，實現(xiàn)被加工件的定位需要用到夾具。夾具的具體功能是使得工件能夠處于一個參照刀具和機床而言的準確方位，所以說夾具的本身的幾何誤差對機械制造誤差尤其是其中的方位的誤差有很大的壞的作用。

1.7 刀具、工件受熱或者受力變形引起的誤差

不論被加工件的材料如何，在機械加工的過程中工件受到了刀具的切削，因而會在接觸部位產(chǎn)生劇烈的摩擦以及力的作用。這種劇烈的摩擦會使得刀具以及被加工件產(chǎn)生大量的熱量，工件與刀具會在高溫時會改變自身的剛度性能以及熱力學性能，同時工件與刀具都會在力的作用下產(chǎn)生形變。這些情況都會對被加工件的最終成型、裝配產(chǎn)生很大的影響。特別是對于一些要求高精度、高質(zhì)量表面的加工工件來說，例如航天發(fā)動機部件的加工，在機械加工的過程中工藝系統(tǒng)所受到的力與熱會導致加工部件的報廢。因此，為了解決上述問題，在加工過程中一般會使用冷卻液、切削液對刀具進行冷卻、潤滑。

2 解決措施

2.1 清楚地認識不同性質(zhì)的誤差

提高制造精確度的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)是需要分辨明白不同性質(zhì)的誤差。加工過程中產(chǎn)生的誤差一般會被區(qū)別為系統(tǒng)誤差和隨機誤差。系統(tǒng)誤差是指在一段時間內(nèi)加工零部件時出現(xiàn)的數(shù)量和矢量遵循某種規(guī)律變化或者維持原狀的加工誤差，分別稱為變值系統(tǒng)誤差和常值系統(tǒng)誤差。常值系統(tǒng)誤差包含有原理誤差、機床設備各個部分元件的制造誤差、制造工藝鏈受力所帶來的制造誤差等；變值系統(tǒng)誤差包含制造工藝鏈受熱、刀具摩擦磨損帶來的制造誤差等。隨機誤差說的是在加工的過程中誤差的數(shù)量與矢量不遵循規(guī)則變化的制造誤差，其包括零部件的內(nèi)應力誤差、定位誤差、坯料誤差等。認清楚不同的誤差之后就可以按照不同的解決方案來減小或者消除加工誤差，提高加工的精度。

2.2 原始誤差減小法

眾所周知原始誤差包含了機床的精度誤差、夾具誤差等等。具體問題具體分析，面對差異化的原始誤差造成的加工精度較差的問題需要互不相同的方案，在開始加工之前就將問題解決，能夠明顯的降低或者減少原始誤差對于零件加工的影響。例如在加工制造精度要求比較高、結(jié)構(gòu)有比較復雜的航空部件時，就需要優(yōu)秀的性能卓越的加工設備。例如智能化機床的使用能夠提高加工精度，防止熱變形、測量機床的空間精度并加以自動補償。降低原始誤差的常見措施有轉(zhuǎn)移法和補償法。原始誤差轉(zhuǎn)移法是指在沒有辦法完全消除原始誤差的情況下，將原始誤差轉(zhuǎn)移至對于被加工部件精度要求不高的部位，這樣就能夠避免原始誤差對零部件的制造精確度產(chǎn)生太大的壞的作用。原始誤差補償法是指在機械加工過程中人為地制造一種誤差，人為制造的誤差必須要和需要消除的誤差大小相等，方向相反，使兩種誤差互相抵消，這樣就能提高被加工件的精度。

2.3 不同的零部件需要有不同的加工方式

大構(gòu)件的加工要采用不同的加工方式，加工時材料去除量占毛坯總重的90%左右，其結(jié)構(gòu)的厚度以及規(guī)格條件都要求采用高速加工技術(shù)以降低切削力、減小工件的變形，這對零部件的制造精確度有很大的提高，同時也可以保證加工的效率。

2.4 誤差分組

通過對誤差出現(xiàn)的規(guī)律進行研究，通過仔細測量之后將部件的尺寸按照值的高低來分組，分為a組，這樣一來每一組零部件的尺寸范圍變成了之前的1/a。接著遵循各個組的誤差范圍進行再次對刀，讓各組的零部件尺寸范圍中心保持相同，這樣的話能極大降低加工件的尺寸分散范圍水平。采用誤差分組的方法能在一定程度上增加加工的精度，同時該方法經(jīng)濟有效。

2.5 設計時改進被加工件的結(jié)構(gòu)

在設計加工件時不僅僅要考慮到功能方面的實現(xiàn)，成本的控制問題還應該盡力達到方便加工的要求。例如壁厚要均勻，結(jié)構(gòu)要勻稱，來減小工件內(nèi)應力的發(fā)生，因為內(nèi)應力的產(chǎn)生也會對制造精確度產(chǎn)生壞的作用。另外在加工時適當?shù)剡x擇不同材質(zhì)的刀具，加大刀具的前角和主偏角，在加工前或者加工后對被加工件實施適當?shù)幕瘜W處理、熱處理等手段，這些方法都能有效降低刀具對零部件的切削力，從而減小零部件的變形。

2.6 構(gòu)建機械加工的專家系統(tǒng)

隨著機械制造智能化程度的不斷進步，用以解決復雜問題的智能程序被應用到了機械加工工藝流程當中。該智能程序能夠充分表示機械加工誤差領(lǐng)域的知識，可根據(jù)用戶的需求迅速、 準確、全面地提供加工誤差的定義、 圖例、 測量方法、 產(chǎn)生的原因以及相應的控制措施等信息。使用專家系統(tǒng)能快速、有效地分析出加工誤差的原因所在并提出解決方案用以提高機械制造加工的精度。

3 總結(jié)

從一個零件開始加工到加工結(jié)束有很多個環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)都有可能因為不同的原因造成零件的幾何尺寸、表面質(zhì)量與理論值有一定的偏差。只有通過分析形成誤差的原因，才能提出對應的解決方案。找出最為經(jīng)濟最為可靠的解決方法，使得零件的加工誤差保持在公差帶的范圍之內(nèi)是企業(yè)需要考慮的重要問題。而隨著機械智能化的發(fā)展，智能化數(shù)控中心的出現(xiàn)也將為機械加工制造帶來新的革命，我國目前需要做的就是緊跟這股浪潮，勇于創(chuàng)新，敢于開拓，在機械加工精度這一領(lǐng)域加強自身的核心競爭力。