机械加工精度误差产生原因及对策探讨

摘要：文章主要围绕机械加工精度误差产生原因及对策展开探讨，首先对加工精度与加工误差的概念进行了阐述，并分析误差产生的原因，然后，在此基础上提出了关于减少误差、提高机械加工精度的应对之策。

关键词：机械加工；误差；精度

中图分类号：TH161 文献标识码：A 文章编号：1006—8937（2012）23—0103—02

1 加工精度与加工误差

加工精度即机械零件加工后，其实际几何参数与预期几何参数的契合度。通常情况下，实际加工与理想零件或多或少会存在误差，不可能完全一致，这种偏差就是加工误差，即机械零件加工后的实际几何参数与之前的理想几何参数是有偏颇的。

1.1 原始误差

众所周知，机械加工工艺系统是由机床、刀具、工件以及夹具构成，其会有各式各样的误差，在不同的工作环境和条件下，这些误差通过各种各样的方式来反衬工件的加工误差。对于工艺系统的原始误差来说，除了有几何误差、定位误差、调整误差、测量误差外，还有因受力或受热变形而带来的加工误差，除此之外，还有工件内应力重新调整引起的变形以及原理误差等。

1.2 工艺系统集合误差

1.2.1 机床几何误差

一般情况下，与工件的成形运动相比，加工中刀具是借助机床来实现的，所以说，机床的精度直接受工件的加工精度影响。机床制造误差中除了主轴回转误差、导轨误差对工件加工精度有影响外，传动链误差对其影响也很大。在很大程度上，机床工作精度会因机床的磨损而降低。

1.2.2 主轴回转误差

对于装夹工件或刀具来说，机床主轴既是其基准，又是其接收运动与动力的源泉，加工工件的精度直接取决于主轴回转误差。从某种意义上来讲，主轴回转误差就是主轴某一刻的实际回转轴线与其平均回转轴线间的变动值。

主轴回转误差的基本形式除了有径向圆跳动、轴向窜动外，还有角度摆动。引发主轴径向回转误差的诱因除了有主轴几段轴颈的同轴度误差、轴承之间的同轴度误差外，还有轴承本身的各种误差、主轴绕度等。主轴回转误差因加工方法的不同，其带来的加工误差也不尽相同。

1.2.3 导轨误差

通常情况下，导轨既是机床运动的基准，又是机床上明确各机床部件相应位置的基准。车床导轨的精度要求既体现在水平面以及垂直面内的直线度，还体现在前后导轨的平行度。引发导轨误差的因素除了有其自身误差外，还有其不均衡磨损以及安装质量问题。导致机床精度越来越低的原因之一就是导轨磨损度越来越高。

1.2.4 传动链误差

在传动链始端和末端之间，各传动元件之间所存在的相对运动的误差就是传动链误差。通常情况下，传动链误差通过其末端元件的转角误差来体现。

1.3 刀具的几何误差

无论何种刀具只要进行切削，磨损是在所难免的，同时工件尺寸及形态也会发生相应的变化。降低刀具尺寸磨损是讲究方法策略的：首先，对于刀具材料要精挑细选，选择那些既耐磨性能又高的刀具材料。其次，对刀具几何参数和切削用量选用要恰到好处。再次，对刃磨刀具进行规范化；最后，合理地使用冷却液等。

1.4 定位误差

1.4.1 基准不重合误差

基准主要有两大类，分别是设计基准和工艺基准。设计基准是指在零件设计图上用以确定其它点、线及表面位置时的基准。工艺基准主要包括工序基准、测量基准和定位基准三部分。通常定位基准要同设计基准相互重合。在加工工件过程中，必须以工件上部分几何要素为定位基准对工件进行定位，一旦出现定位基准同设计基准不重合现象，就会导致基准不重合误差的产生。

1.4.2 定位副制造不准确误差

夹具上的定位元件能够保证工件在夹具上处于正确位置。不过在制造定位元件时无法保证实际尺寸同基本尺寸完全相同，通常定位元件的实际尺寸在规定的范围内有一定变动。与此同时，在制造工件定位面过程中也会存在一定的误差。定位副主要由定位元件和工件定位面构成。定位副制造不准确误差指因定位副制造失真及其配合间隙造成加工工件位置发生变化而产生的误差。

1.5 工艺系统受力变形引起的误差

1.5.1 工件刚度

在工艺系统中，如果工件刚度比夹具、刀具低的话，就会在高速切削过程中产生变形现象，从而对工件精度产生较大影响，根据材料力学中相关计算公式可对工件最大变形量进行计算。

1.5.2 刀具刚度

由于外圆车刀在机加工表明法线方向具有较强的刚度，因此它基本不存在变形现象。而镗直径比较小的内孔，由于刀杆刚度明显不强很容易影响孔加工的精细度。同样也可以按材料力学中有关公式对刀杆变形量进行估算。

1.5.3 机床部件刚度

机床部件是由数量众多的零件构成的，到目前为止，并没有一种适合计算其刚度的方法出现，通常都采用实验手段对其刚度进行测定。通过对机床刚度实验获得的曲线进行分析可知，其特点主要为变形同载荷之间不存在线性关系；加载与卸载这两条曲线并不重合，加载曲线要领先卸载曲线；只有历经反复的加载和卸载，才会逐渐消除残余变形的存在，使得加载曲线的起点同卸载曲线的重点相互重合；我们以实体进行估算出的机床部件刚度值要大于其实际的刚度值。

1.6 工艺系统受热变形引起的误差

工艺系统中由热变形导致的误差也会对加工精度产生较大影响，尤其在进行精密加工及大件加工过程中，这种影响会十分明显，工件总误差的40%～70%都是由工艺系统中的热变形引起的。

2 提高机械加工精度的措施

2.1 减少原始误差

尽最大努力提升加工零件时用到的机床、夹具以及量具等部件的几何精度，并对工艺系统中因受热、切削力以及内应力所引起的变形进行控制等都属于减少原始误差的手段。对那些精密零件进行加工过程中，为了减少原始误差，应竭尽全力来提升精密机床的刚度及精度；在加工那些表面已经成形的零件时，主要从两方面来减少原始误差：一是减低成形刀具的形状误差，二是减少刀具安装过程中产生的误差。