减少机械加工误差提高机械加工精度分析

减少机械加工误差提高机械加工精度分析

张斌,邹莉苹

国网四川省电力公司映秀湾水力发电总厂修造部

摘要：加工出满足图纸精度要求的零件是机械加工的终极目标。但机械加工过程中无可避免的会出现加工误差问题，因而，需要结合具体情况分析误差产生的因素并采取适当和必要的措施提高机械加工的精度。本文在对机械加工精度进行简单阐述的基础上，剖析了机械加工误差产生的原因，并有针对性的提出了减少加工误差提高加工精度的一些措施，以期能够为相关从业人员提供一定参考与借鉴。

关键词：机械加工；加工精度；加工误差

前言：保证机械零件功能和寿命的核心在于优质的机械产品质量，而确保产品质量的重点在于减少机械零件的加工误差提高加工精度。机械加工过程中产生加工误差的因素有很多，需要对加工误差的本质、产生原因等进行分析，以此减少机械加工误差保证机械加工产品质量。此次研究针对机械加工过程中的加工误差，对机械加工精度提升的举措进行了讨论。

一、机械加工精度

所谓机械加工精度，是指零件被加工表面的尺寸特征、几何位置的特征和理论规定值的相符合程度，而两者之间的差异则为加工误差。加工精度用公差等级进行衡量，等级的数值越小，其精度就会越高。加工误差则常用数值来表示，数值越大，其误差越大。若加工精度高，则加工误差小，反之亦然。加工精度包含尺寸精度、几何形状精度和相互间位置精度三方面内容。首先，尺寸精度是用于限制被加工表面与基准间误差在一定范围内的。其次，几何形状精度是用于限制被加工表面宏观几何形状与理论形状误差在一定范围内的。最后，相互间位置精度是用于限制加工表面与基准之间的位置误差在一定范围内的。
　　

二、机械加工过程中存在的加工误差
2.1机械加工误差之定位误差

定位误差一般来说有两方面原因：第一，基准不重合造成的误差，基准是为了确立被加工表面的几何关系所依据的几何元素。若工艺生产过程中图纸基准、工艺基准和测量基准无法重合就会导致误差出现，一般而言，误差的大小与基准间的间距值成正比，因此在生产中应尽量将三种基准统一以期提高制造精度。第二，源自于定位夹具的误差，工件在夹具中的位置是依靠夹具定位元件保证的，但夹具定位面仅能无限接近理论值，其精度与理论值之间事实存在差异，因而，生产中使用的夹具应在经济性范围内尽可能提高其制造精度[1]。
2.2机械加工误差之工艺系统受热变形误差

工艺生产中由于机床运动、工件材料变形剥离和刀具变形等过程的存在因而会产生大量的热，经查，普通碳钢的热膨胀系数约为一米一度一丝，长度1米的零件每升高1℃长度会伸长0.01mm。因而，热量会导致机床传动系统变形，进而影响刀具和工件偏离理论轨迹。其次，热量也会导致刀具性能的降低，影响材料加工表面质量进行影响被加工表面精度。再次，加工过程中工件经历了由冷到热再到冷的过程，会产生一定的轮廓误差，尤其加工大尺寸薄壁精密零件时应特别注意热变形误差。
2.3机械加工误差之工艺系统受力变形

工艺系统运动过程中必然会产生力，有力就会有变形存在。切削加工前一般是在静止状态下调整机床、刀具和工件之间的相对位置关系，但当三者之间产生相对运动后必然会由于受力变形导致加工轨迹的变化，进而导致被加工表面偏离理论加工轨迹产生加工误差。一般而言，机床、刀具和工件的受力变形量与三者自身的刚度及三者之间组成的工艺系统刚度成正比，因而，提高产品精度必须提高工艺系统的刚度，例如提高机床薄弱环节的刚度。或者在不提高工艺系统刚度的前提下尽量降低工艺过程中产生的力，例如减少背吃刀量[2]。

2.4机械加工误差之零件内应力

零件制备过程中由于其组织存在微观或宏观的不均匀性而造成内应力的存在，当使用机械加工方法将其外部载荷去除时内应力会释放进而造成产品变形，尤其对于大尺寸厚重零件，在其加工后应采取一定的热处理手段消除内应力。
2.5机械加工误差之工艺协同集合

第一，机床主轴回转误差，机床主轴把运动与动力通过传递给刀具或者工件，若轴的精度有误差则会造成机床主轴回转误差，例如轴与轴承之间的同轴度误差会造成主轴径向回转误差。第二，导轨误差，导轨是机床上决定零件位置的核心部件，但在实际情况下不但导轨自身会出现误差，导轨的不均衡磨损与安装质量均会造成了误差情况。第三，传动链造成的误差，主要就是传动链首尾端在运动间造成的偏差值，使用展成法原理加工零件时应重点关注该误差。第四，刀具几何误差，由于刀具在切削过程中易于产生磨损等问题，继而直接影响到零件被加工表面的形状与大小。
　　

三、机械加工精度提高与加工误差减少的方式
3.1运用误差补偿方式

众所周知，误差补偿方式事实上是一种通过设置人为误差来补偿加工误差的方式，误差补偿方式可以消除工艺系统里面的原始误差，从而将机械加工过程中的误差减少，继而达到提升加工精度的目的。一般误差补偿过程分为四个阶段：首先，是对客观误差的精确检测和分析，确定误差项目。其次，误差数据处理，区分系统误差和偶然误差。再次，设计和选择合理的误差补偿机构和控制系统。最后，对误差补偿结果进行验证。

3.2采用误差分组方式

实际生产时，工序的生产进度是持续稳定的，同时工艺能力是充足的。但是，受到毛坯与工序半成品质量一致性差等因素的影响，零件最终尺寸分散度较大，不仅影响了工序精度，还降低了生产效益。此时需采用一种误差分组的方式进行处理，其过程是把毛坯或工序半成品按其尺寸范围进行分段或分组，例如，尺寸为28±0.1mm的一批高度块可再分为27.9~28和28~28.1两个组，这样两个子组内的毛坯尺寸分散范围缩小了一半，然后针对两个子组分别调整不同的刀具相对工件的位置，此法可有效减少误差，从而提高加工精度[3]。
3.3因事为制减少误差方式

通常而言，每个工艺系统都有其固有的原始误差，因而，针对不同的系统分析其原始误差产生的原因和规律，寻找降低误差的方法则为因事为制误差减少方式。例如，数控机械应放置于恒温间保证其工作环境，数控机床及其加工的零件精度往往较高，当环境温度变化较大时热变形必然导致零件加工时存在加工误差。再有，对于锻造毛坯，在零件加工后应采取一定的去应力退化手段消除其内应力，这也是因事为制误差减少方式的一种，其他诸如此类等等，即采取直接消除原始误差产生原因的方法均属此类。
 

结束语：通过对机械精度的定义阐述和误差产生原因分析可以看出，加工误差的存在必然会降低产品质量，但加工误差的产生又是难以避免的，因此有必要对加工误差产生的原因进行具体而深入的分析。从本文归纳分析的五个造成加工误差的因素看，加工误差是可以查明的。另外，针对加工误差本文又提出了部分零件精度提高手段和方法，由此可看出，采取有效途径可以降低加工误差。因此，为了提高零件精度，工艺人员需仔细分析误差产生的原因，针对原因采取有针对性的控制手段，以期降低加工误差提高零件精度，同时可以总结更多有用的经验。

参考文献：

[1]刘静璧.机械加工工艺技术的误差分析及实践思考[J].湖北农机化,2020,(18):163-164.
[2]李兰花.机械加工工艺技术的误差分析及策略分析[J].技术与市场,2020,27(11):104,106.
[3]王世伟.机械加工工艺技术误差分析与改进策略[J].科技资讯,2020,18(28):56-57,60.

作者简介：

张斌（1976、12-），男，国网四川省电力公司映秀湾水力发电总厂修造部，主要从事机械加工工作。

邹莉苹（1981、12-），女，国网四川省电力公司映秀湾水力发电总厂修造部，主要从事金属技术监督工作。