探讨机械加工精度的影响与控制

探讨机械加工精度的影响与控制摘要：虽然我国的机械加工工业已在加工工艺方面取得一定的建树，但若要真正实现机械加工工艺水平的现代化，仍还有较长的一段路要走。

对此本文主要介绍了机械加工精度的影响与控制，仅供参考。

关键词：机械加工；加工工艺；加工精度；影响；控制一、提升机械加工精度的重要性机械加工的精度在很大程度上影响着机械零件的质量，研究影响机械加工精度的因素，减少机械加工时出现的误差，对机械加工业具有重要的意义。

随着各行各业在生产方面的日益高速精确，人们也对机械零件的精度提出了更为严格的要求。

如果不能保证机械零件的加工精度，就会让加工出来的零件出现很大的误差，机械加工的误差不仅会使机械运行存在巨大的安全隐患，更会严重降低零件的使用寿命。

所以，保证机械加工的精度，控制好加工过程中可能出现的误差，可以大大提升机械生产和运行效率。

二、影响机械加工精度的因素1、机床误差1.1 主轴径向回转误差之所以会产生主轴径向回转误差主要有一下几点原因：主轴几段轴颈的同轴度出现误差、轴承本身存在一些误差、轴承之间的同轴度存在误差、主轴绕度存在误差等等（见图1）。

对于不同的加工方法来说，主轴径向回转误差所引起的加工误差也是不同的。

在加工机械零件的外圆和内孔时，主轴径向回转误差会造成工件的圆度和圆柱度出现误差，但在加工工件端面方面则不会造成直接的影响。

当主轴轴肩端面对主轴回转轴线有误差时，就会造成轴向窜动等一系列的问题，这些都会对加工零件的垂直度和平面度等方面造成很大的影响，使部件的精度极大地降低。

1.2导轨误差影响导轨是机床的基本组成，主要负责导向以及承载作用，同时可以对机床中主要的零部件的相对位置进行确定，明确零件的运动基准。

产生误差的原因有以下几个方面：长时间运转，导轨自然磨损；导轨润滑系统出现问题，润滑不到位，导轨研伤；导轨防护罩损坏，加工铁削、残料等异物进入，研伤导轨；导轨误差对加工精度影响最大的是导轨出现的水平面直线度误差，这种误差将被直接的反映在被加工的工件表面的外在法线上。

1.3 机床传动综合误差影响机床加工工件是靠相对运动完成的，机床的加工运动是靠各个传动机构来实现的，一般有齿轮、螺母、丝杆、蜗杆以及蜗轮等主要传动元件，它们出现误差也会影响的加工精度，常见有一下几个方面问题：机床长时间大负载运行，造成各个传动机构的一些固定锁紧装置松动；机床使用久了正常磨损；操作不当，人为损坏。

这些问题对传动元件的影响越大，对工件的加工精度影响就越大，导致发生误差的概率也就越大。

2、受力变形影响加工精度由工件、机床、工具、夹具所组成的工艺系统，由于在加工过程中受到重力、夹紧力、切削力、惯性力、传动力的影响，会发生一定程度的弹性变形，破坏刀具与工件间的准确位置，造成加工误差。

日常中也将此类现象归结为工艺系统刚度不够而引起的变形。

工艺系统刚度对加工精度的影响主要有以下几种形式：由于受力点的位置发生改变而使得工件形状发生误差。

工艺系统刚度除了受到各组成部分影响外，受力点位置的变化也会影响到工艺系统的刚度，导致加工后每一个工件的截面直径尺寸各不相同，加工后工件出现鼓形、锥度、鞍形等形状误差；误差复映，这是由于毛坯加工余量与材料的影响，再加上切削力及工艺系统受力变形的影响，造成工件尺寸与形状的误差，（见图2）在加工工件的每一转的过程中，切削深度的变化也会引起切削力的变化，发生改变后切削力再作用于工艺系统上，使工艺系统的受力变形也产生相应的变化，切削力增大，变形也随之增大，切削力减小，变形也随之减小，这种现象在工艺学上称为误差复映。

每件毛坯的形状误差、同轴度误差、圆度误差、平宜度误差都可以通过复映系数体现出工件加工的误差，这都是由于切削余量不均所引发的。

当遇到大批量加工生产时，大多采用定尺寸调整法进行加工，将刀具调整至一定程度的切深后，就连续性批量加工，之后不会再进行试刀或调整切深。

这样就造成一批尺寸、大小均各不相同的毛坯，加工余量也各不相同，由于误差复映的结果，造成了一批尺寸散、形状误差复映的工件。

3、定位误差基准不重合误差是指定位基准与设计基准不重合时所产生的基准不重合误差，只有在采用调整法加工时才会产生，在试切法加工中不会产生。

定位副制造不准确误差是指工件在夹具中的正确位置是由夹具上的定位元件来确定的。

基准不重合误差的方向和定位副制造不准确误差的方向可能不相同，定位误差取为基准不重合误差和定位副制造不准确误差的矢量和4、机床刀具、工装夹具的影响机床加工工件是需要相对应的刀具及工装夹具来进行切削加工的，刀具在制造时本身的误差正常情况是不会对加工精度有影响的，这里主要指的是定制尺寸、成形刀具，它们的误差会影响到加工精度。

其次就是刀具的磨损，这会直接影响工件的表面加工精度。

再有就是为方便工件加工而制作的工装夹具，如果它们在制作过程中本身就存在误差，那么工件加工就更无法保证其加工精度了。

5、工艺系统受热变形引起的误差工艺系统热变形对加工精度的影响比较大，特别是在精密加工和大件加工中，由热变形所引起的加工误差有时可占工件总误差的40%～70%。

机床、刀具和工件受到各种热源的作用，温度会逐渐升高，同时它们也通过各种传热方式向周围的物质和空间散发热量。

当单位时间传入的热量与其散出的热量相等时，工艺系统就达到了热平衡状态。

6、内应力重新分布引起的误差内应力重新分布引起的误差是指没有外力作用而存在于零件内部的应力，称为内应力。

工件上一旦产生内应力之后，就会使工件金属处于一种高能位的不稳定状态，它本能地要向低能位的稳定状态转化，并伴随有变形发生，从而使工件丧失原有的加工精度。

内应力的产生包括三个方面。

a.热加工中内应力的产生：在热处理工序中由于工件壁厚不均匀、冷却不均、金相组织的转变等原因，使工件产生内应力。

b.冷校直产生的内应力：丝杠一类的细长轴经过车削以后，棒料在轧制中产生的内应力要重新分布，产生弯曲。

c.减小内应力变形误差的途径：改进零件结构——设计零件时，尽量做到壁厚均匀，结构对称，以减少内应力的产生。

三、提高机械加工精度的控制措施1、提高加工人员的素质机械加工企业必须不断提升加工人员的素质，因为他们是最直接接触加工的人员，只有让他们了解工艺流程，才能加工出高精度的零件，企业可以通过定期开设培训班、开展专业技能竞赛等方式，来不断提升加工人员的技术水平，同时企业也可以引进高素质的机械加工人才，不断注入新鲜血液来充实整个加工团队。

2、引进数控机床，实现机械加工工艺的自动化与信息化众所周知，传统的机械加工工艺整体水平不高，基本不可能实现高精度工件的加工，随着信息技术的发展及其与传统机床的融合，使普通机床逐步朝着数字化、信息化、智能化的方向发展。

数字化生产线、数字化的制造装备、数字化工厂的应用范围将越来越广阔；而采用智能技术来达到的多信息融合下的重构优化、过程控制、智能化误差补偿控制、复杂曲面加工运动轨迹优化控制、故障自诊、智能维护、信息集成等目标，可大力提升机械工艺的成形、加工精度与生产加工效率。

数控加工技术可高水平的完成生产加工任务。

自从数控机床得到普及以来，就凭借其高自动化的性能，优良的信息反馈处理能力，高水准的加工精度而受到了机械加工工业的广泛青睐。

在利用现代化数控技术的基础上，还可配套使用如柔性制造系统（FMS）等先进的机械加工工艺。

FM兼有加工制造和部分生产管理两种功能，因此能综合地提高生产效益，可满足各类装配作业进行配套使用，及时安排所需零件的加工，实现高效生产，减少毛坯与在制品的库存量，减少流动资金占用量，极大地缩短了生产周期；提高设备的利用率，减少设备数量和厂房面积；减少直接劳动力，在少人看管条件下可实现可实现24h连续“无人化生产”；保障产品质量的一致性，且不受特定的加工顺序与生产节拍的限制，尤其适应于多品种小批量生产的机械制造系统。

3、减小误差的相关措施3.1减少传动链误差的措施尽可能缩短传动链，减少传动元件数目；②尽量采用降速传动，误差被缩小；③提高传动元件、特别是末端元件的制造和装配精度；④消除传动间隙；⑤采用误差补偿机构或自动补偿装置。

3.2提高主轴回转精度的措施①提高主轴的轴承精度；②减少机床主轴回转误差对加工精度的影响；③对滚动轴承进行预紧，以消除间隙；④提高主轴箱体支承孔、主轴轴颈和与轴承相配合的零件有关表面的加工精度。

3.3减小传动力对加工的影响措施对同轴度要求比较高且需要调头加工的轴类工件，常用双顶尖装夹工件，其前顶尖为普通顶尖，装在主轴孔内，并随主轴一起转动，后顶尖为活顶尖装在尾架套筒内。

工件利用中心孔被顶在前后顶尖之间，并通过拨盘和卡箍随主轴一起转动。

3.4减小工艺系统受力变形的措施①提高接触刚度：通过提高导轨等结合面的刮研质量、形状精度并降低表面粗糙度，都能增加接触面积，有效地提高接触刚度。

预加载荷，也可增大接触刚度。

②提高零部件刚度减小受力变形：加工细长轴时，采用中心架或跟刀架来提高工件的刚度，也可采用反拉法切削，工件受拉不受压不会因偏心压缩而产生弯曲变形。

采用导套、导杆等辅助支承来加强刀架的刚度。

③合理安装工件减小夹紧变形。

对刚性较差的工件选择合适的夹紧方法，能减小夹紧变形，提高加工精度。

④减少摩擦防止微量进给时的“爬行”。

采用塑料滑动导轨，其摩擦特性好，有效防止低速爬行，运行平稳，定位精度高，具有良好的耐磨性、减振性和工艺性。

此外，还有滚动导轨和静压导轨。

4、保证和提高加工精度的主要途径4.1 直接减少或消除原始误差直接减少误差发在生产中应用较广，是在查明产生加工误差的主要因素直接进行消除或减少的方法。

例如前面提到的车削细长轴，由于工艺系统刚性差，轴容易弯曲或断裂，因此一是可以采用“大进给反向切削法”再辅以弹性顶尖，可消除热伸长的危害。

二是采用较大的主偏角车刀。

4.2转移原始误差转移原始误差是指工艺系统的原始误差转移到不影响（或少影响）加工精度的方向或其他零部件上去。

例如转塔车床工作时需要经常旋转，难以保持旋转精度，因此生产中可采用“立刀”安装法，即把刀刃的切削基面放在垂直面内。

再例如磨削主轴锥孔保证其和轴颈的同轴度，不是靠机床主轴的回转精度来保证，而是靠夹具保证。

当机床主轴与工件之间用浮动联接以后，机床主轴的原始误差就被转移掉了。

4.3误差补偿法误差补偿法，是人为地造出一种新的误差，去抵消原来工艺系统中的原始误差。

当原始误差是负值时人为的误差就取正值，反之，取负值，并尽量使两者大小相等；或者利用一种原始误差去抵消另一种原始误差，也是尽量使两者大小相等，方向相反，从而达到减少加工误差，提高加工精度的目的。

4.4均分原始误差法在生产中常常遇到这种情况，本工序的加工精度稳定，工序能力也足够，但毛坯的精度太低，引起定位误差或复映误差太大，因而不能保证加工精度。