機(jī)械加工工藝技術(shù)的誤差原因及控制策略

康 德

(鹽城生物工程高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 鹽城 224000)

0 引言

誤差作為影響機(jī)械加工技術(shù)工藝水平的重要因素，其不僅關(guān)系著機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量與使用壽命，同時(shí)也與機(jī)械加工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益直接相關(guān)，機(jī)械加工工藝技術(shù)的精度越高，產(chǎn)品質(zhì)量與使用壽命也就越能夠得到保障，機(jī)械加工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益也能夠得到提升，而如機(jī)械加工工藝存在誤差過(guò)大，也同樣會(huì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、使用壽命的因素造成直接影響。

1 機(jī)械加工工藝技術(shù)的誤差原因

1.1 定位錯(cuò)誤

定位錯(cuò)誤簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是在進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)，未能將待加工零件準(zhǔn)確、牢固定位，從而使加工零件與定位元件之間出現(xiàn)公差，影響加工零件的尺寸規(guī)格準(zhǔn)確性。一般來(lái)說(shuō)，因定位錯(cuò)誤而導(dǎo)致的機(jī)械加工誤差可分為基準(zhǔn)不重合誤差與定位基準(zhǔn)不準(zhǔn)確誤差2種?；鶞?zhǔn)不重合誤差是指零件加工圖紙中給出的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與零件加工時(shí)的定位基準(zhǔn)之間不重合，這意味著待加工零件的加工尺寸、位置均與設(shè)計(jì)要求不符，加工出的零件自然也就會(huì)出現(xiàn)偏差。而定位基準(zhǔn)不準(zhǔn)確誤差則是指實(shí)際定位基準(zhǔn)不準(zhǔn)確，且定位副(工作定位面與夾具定位元件)存在較大配合間隙，這時(shí)待加工零件在加工過(guò)程中無(wú)法準(zhǔn)確固定在原位置，最大位置變動(dòng)量很容易超出規(guī)定公差范圍，并使加工零件出現(xiàn)較大誤差[1]。

1.2 工具誤差

工具誤差是指在利用各種加工工具或機(jī)床對(duì)零件進(jìn)行加工時(shí)，工具、機(jī)床本身的各方面參數(shù)存在誤差，并對(duì)所加工零件的規(guī)格尺寸精確性造成了影響，通常可具體分為幾何誤差、調(diào)整誤差2種。其中，幾何誤差屬于加工工具制造時(shí)或是長(zhǎng)時(shí)間使用后出現(xiàn)的誤差，對(duì)加工精度的影響比較大，例如在使用夾具時(shí)，對(duì)零件與刀具、機(jī)床間的相對(duì)位置有著十分嚴(yán)格的要求，如果夾具加工時(shí)出現(xiàn)了尺寸問(wèn)題，那么零件與道具、機(jī)床間的實(shí)際相對(duì)位置就會(huì)與設(shè)計(jì)的參數(shù)要求出現(xiàn)偏差，進(jìn)而使零件出現(xiàn)誤差。另外，如機(jī)床導(dǎo)軌在安裝時(shí)出現(xiàn)了偏差，或是因長(zhǎng)期使用而產(chǎn)生不均勻磨損，那么機(jī)床各部件間的相對(duì)位置關(guān)系也會(huì)出現(xiàn)變化，這同樣會(huì)直接導(dǎo)致零件機(jī)械加工誤差的出現(xiàn)。

1.3 工藝系統(tǒng)誤差

工藝系統(tǒng)誤差簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)在工藝系統(tǒng)中，待加工零件、刀具、機(jī)床部件在受力或受熱后出現(xiàn)變形，進(jìn)而對(duì)加工精度造成影響。以受力變形為例，無(wú)論是待加工零件還是機(jī)床部件、道具，其在機(jī)械加工中都會(huì)受到各種力的影響，如果其中一方的剛度相對(duì)不足，那么就會(huì)在持續(xù)受力的狀態(tài)下出現(xiàn)變形，這時(shí)仍然按照原工序?qū)α慵M(jìn)行加工，就必然會(huì)導(dǎo)致零件加工精度出現(xiàn)變化[2]。例如當(dāng)待加工零件剛度低于機(jī)床及刀具、夾具等加工工具時(shí)，一旦待加工零件在加工過(guò)程中受到切削力的直接影響，受力部位往往會(huì)出現(xiàn)彎曲、凹陷等變形情況，并且零件規(guī)格、尺寸、形狀等發(fā)生明顯變化，按照原工序及設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行加工，自然就會(huì)導(dǎo)致機(jī)械加工誤差。而如機(jī)床存在部件結(jié)合面接觸變形、連接部件間摩擦力過(guò)大、內(nèi)部間隙過(guò)大等問(wèn)題，則會(huì)導(dǎo)致機(jī)床的剛度低于待加工零件，使用這種車床對(duì)零件進(jìn)行加工，很可能會(huì)導(dǎo)致機(jī)床部件變形，這時(shí)機(jī)床控制下的實(shí)際加工操作必然與設(shè)計(jì)要求出現(xiàn)偏差，加工誤差也會(huì)隨之出現(xiàn)。另外，加工過(guò)程中刀具、零件與機(jī)床部件會(huì)在持續(xù)運(yùn)動(dòng)、摩擦的情況下產(chǎn)生熱量，隨著溫度的不斷升高，金屬材質(zhì)的加床部件、待加工零件、刀具自然很可能會(huì)出現(xiàn)變形。

1.4 其他誤差

除比較常見(jiàn)定位誤差、工具誤差與工藝系統(tǒng)誤差外，其他原因?qū)е碌臋C(jī)械加工誤差雖然相對(duì)比較少見(jiàn)，但在機(jī)械加工過(guò)程中仍然時(shí)有出現(xiàn)。例如在機(jī)械加工過(guò)程中，部分零件的加工精度較高，為避免機(jī)械加工誤差的不斷累計(jì)，通常需要在每一道加工工序完成后對(duì)工藝系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，但由于工藝系統(tǒng)調(diào)整通常是由人工完成，很難完全保證調(diào)整操作的準(zhǔn)確性，因此一旦調(diào)整過(guò)程中出現(xiàn)誤差，那么在工件、刀具、夾具、機(jī)床之間的相互位置就會(huì)變化，最終導(dǎo)致不同程度的機(jī)械加工誤差。同時(shí)，由于零件的尺寸、規(guī)格、形狀等都需要通過(guò)測(cè)量來(lái)確定，因此一旦零件的測(cè)量方法不當(dāng)，或是測(cè)量器具精度及待加工零件本身存在問(wèn)題，并對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性造成了影響，零件機(jī)械加工的測(cè)量誤差同樣會(huì)隨之出現(xiàn)，而根據(jù)測(cè)量時(shí)間的不同，測(cè)量誤差還可具體分為加工時(shí)測(cè)量誤差與加工后測(cè)量誤差2種。此外，在未受外力影響的情況下，很多待加工零件的內(nèi)部還會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，這些內(nèi)應(yīng)力不僅會(huì)使零件處于高能位的不穩(wěn)定狀態(tài)中，導(dǎo)致零件不能為穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)化，同時(shí)還會(huì)讓零件直接出現(xiàn)變形，而這也是導(dǎo)致機(jī)械加工誤差的又一原因。

2 機(jī)械加工工藝技術(shù)的誤差控制策略

2.1 原始誤差控制

從當(dāng)前的機(jī)械加工技術(shù)工藝來(lái)看，機(jī)械加工中的誤差原因雖然比較多樣，但基本都是可以預(yù)防的，因此要想有效降低機(jī)械加工誤差，就必須要針對(duì)各種常見(jiàn)誤差原因來(lái)展開(kāi)原始誤差控制，提前消除可能存在的誤差隱患。例如在引入各種機(jī)械加工工具、機(jī)床時(shí)，應(yīng)按照相關(guān)設(shè)計(jì)要求來(lái)對(duì)其尺寸、相對(duì)位置關(guān)系、剛度等進(jìn)行檢查，以保證其各方面質(zhì)量性能均符合要求，避免因刀具剛度不足、機(jī)床部件制造誤差等情況而導(dǎo)致零件加工誤差。而在機(jī)床、加工工具投入使用后，也同樣要定期對(duì)其磨損情況、變形情況、相對(duì)位置情況等進(jìn)行檢查，并在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后及時(shí)更換嚴(yán)重磨損、變形的部件，對(duì)相對(duì)位置發(fā)生變化的部件進(jìn)行調(diào)整，加工前還要檢查待加工零件材料的剛度情況。

2.2 誤差補(bǔ)償

受機(jī)械加工技術(shù)工藝水平的限制，當(dāng)前機(jī)械加工中的各種誤差很難完全避免，為保證加工零件的質(zhì)量，還需在控制機(jī)械加工原始誤差的同時(shí)，通過(guò)誤差補(bǔ)償?shù)姆绞絹?lái)降低機(jī)械加工誤差。例如在進(jìn)行零件加工之前，如發(fā)現(xiàn)機(jī)床部件存在比較明顯的原始誤差，就可以人為制造出與之相對(duì)的新原始誤差，對(duì)系統(tǒng)中固有的原始誤差進(jìn)行補(bǔ)償或抵消，從而降低或消除加工誤差、提高加工精度的目的。

2.3 分化原始誤差

分化原始誤差簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是根據(jù)誤差反映規(guī)律以及上道工序、毛坯工件的尺寸大小，對(duì)待加工零件進(jìn)行科學(xué)分組，使每一組零件的尺寸范圍都能夠縮減到一定范圍內(nèi)，這時(shí)再按照各組工件的誤差范圍來(lái)調(diào)整刀具，就可以確定工件的準(zhǔn)確位置，將整批零件的加工誤差縮小至允許誤差范圍內(nèi)。

2.4 變形預(yù)防與改良

機(jī)械加工誤差的原因雖然比較多樣，但其中很大一部分都是因零件或加工工具、機(jī)床變形而導(dǎo)致誤差，因此在機(jī)械加工過(guò)程中，對(duì)加工零件、機(jī)床、加工工具的變形進(jìn)行有效預(yù)防與改良，因變形所導(dǎo)致的機(jī)械誤差問(wèn)題就能夠得到有效解決。針對(duì)待加工零件的熱變形問(wèn)題，可通過(guò)對(duì)零件熱處理的操作細(xì)節(jié)規(guī)范來(lái)降低熱變形的發(fā)生概率，如零件已經(jīng)出現(xiàn)變形，則可以選擇對(duì)變形零件進(jìn)行淬火，并在淬火之后立即停止回火，這樣淬火后零件中的剩余奧氏體就會(huì)逐漸轉(zhuǎn)化為馬氏體，并導(dǎo)致零件脹大，最終恢復(fù)到變形前的狀態(tài)。針對(duì)裝夾變形問(wèn)題，則可以針對(duì)零件的特點(diǎn)來(lái)對(duì)工裝進(jìn)行合理選用，或是為零件設(shè)計(jì)專用工裝，以提高工裝的固定效果，在正式加工之前，還需要停止相關(guān)準(zhǔn)備工作查看零件的固定情況，對(duì)固定不牢固的零件進(jìn)行加固。這樣一來(lái)，零件在加工過(guò)程中不易出現(xiàn)位移問(wèn)題，零件出現(xiàn)裝夾變形的概率自然也會(huì)隨之大大降低。

3 結(jié)語(yǔ)

機(jī)械加工工藝技術(shù)的更新發(fā)展雖然提高了各種零件產(chǎn)品的機(jī)械加工精度，但卻無(wú)法真正消除加工誤差，要想降低誤差對(duì)加工精度的影響，保證零件加工質(zhì)量，還需全面認(rèn)識(shí)到機(jī)械加工誤差的主要原因，同時(shí)通過(guò)原始誤差控制、分化原始誤差、誤差補(bǔ)償?shù)确椒▉?lái)對(duì)誤差進(jìn)行有效控制。