机械加工中的高精度加工技术分析研究

机械加工中的高精度加工技术分析研究

文章论述了高精度加工技术在机械加工中的意义和作用，并对高精度加工技术的组成作了简要介绍；在此基础上分析了造成加工误差的原因；提出了高精度加工技术的实现方法；给出了高精度加工技术的发展和研究方向。最后得出结论，加工误差是不能完全避免的，我们只能通过分析造成误差的原因并采取相关措施来提高工件的加工精度。

标签：高精度加工技术；加工精度；加工误差；工艺

1 前言

高精度加工技术是指采用当下最先进的制造生产工艺来提高机械加工过程中的精度，所以“高精度加工”的概念和外延是相对的，我们所说的高精度加工技术是一个与所处时代既相互协调又要有所突破创新的技术领域。目前所指的高精度加工技术是指将被加工件的尺寸误差和形位误差控制在亚微米级内、被加工件的表面粗糙度达到或接近镜面质量的制造技术的总称。

2 高精度加工技术的意义和组成

机械加工精度的高低通常用加工误差来表示，加工精度越高的工件的加工误差越小，即该工件通过机械加工后的尺寸、形位等参数与它的CAD数模所对应参数的一致性高。

工件的加工精度一般可分为尺寸精度、形状精度和位置精度三部分。尺寸精度是指被加工件的实际尺寸与CAD模型尺寸的符合程度；形状精度指被加工件的实际几何形状与CAD模型几何形状的符合程度；位置精度指被加工件所具备特征的位置与CAD模型所对应特征位置的符合程度。在实际的生产制造过程中，提高机械加工精度对提高零部件的互换性、改善机械设备的装配性能、控制产品的废品率等方面具有重大意义。当下的高精度加工技术包含有高精度切削加工技术、高精度磨削加工技术、高精度抛光加工技术和特种加工技术等四个主要组成部分。

3 加工误差产生的因素

3.1 通用机床本身存在加工误差

在实际的加工制造过程中，被加工件一般通过夹具固定在机床上，本身无法移动。零件的加工过程就是刀具对于它的成形运动，而这种运动往往都是由电机或液压缸控制机床实现的，因此，被加工件的加工精度在很大程度上取决于机床的精度。除此之外，有的机床可能初始加工精度好，但随着使用磨损的加剧，其加工精度会明显降低，机床的精度保持性也是衡量机床加工精度的一个重要指标。

3.2 刀具本身存在磨损和几何误差

工件的加工制造是通过刀具对工件的成形运动实现的。所以就加工精度而言，刀具本身的几何形状误差将会产生直接影响。此外，刀具有一定的使用寿限，盲目地增大刀具的使用寿限会使刀具的磨损加剧，从而造成更大的加工误差。

3.3 夹具的装夹误差

机械加工过程中使用夹具的目的是为了确定工件和机床、刀具之间的相对位置关系。工件在夹具上的装夹精度会对工件本身的加工精度产生重要影响。

3.4 定位误差

定位误差通常包含两个方面：基准不重合误差和定位副不准确误差。前者是由于CAD模型上的设计基准与实际加工工序中所依据的工序基准不重合时产生的。后者是由定位副不准确产生的，定位副由工件的定位面和夹具的装夹面共同组成，故工件和夹具接触面的配合质量会对定位副的质量产生较大的影响。定位误差往往会严重影响工件的加工精度。

3.5 受外部环境干扰所造成的变形误差包括两个方面：受外力产生变形和受热产生变形

通过切削加工的实例可以看出，一般的车削加工系统由车床、车刀、工件和夹具四部分组成，当工件的刚度明显强于系统其它部分时，车刀和夹具可能会因受切削力作用而发生变形，进而影响加工精度；当刀具的刚度明显强于系统其它部分时，工件和夹具可能会因受切削力作用而发生变形，进而影响加工精度；如果加工系统中的机床刚度本身较差，每次卸载后都不能完全恢复到加工前的状态，则在每次加工后就会产生由切削力造成的残余变形，对零件的制造加工精度影响较大。

加工过程往往会产生大量的热量，尤其在一些密闭、现场环境差的加工环境中，如果热量不能被及时、有效地引导排除掉，加工过程中产生的热可能会致使加工系统发生变形，从而影响加工系统的加工精度。一般来说，加工制造过程中会产生大量热量，为了降低温度对工艺系统变形的影响，需要设计良好的冷却系统。

3.6 调整误差

一般来说，在机械加工的每一道工序后，都需要对被加工件进行测量，然后根据测量结果对加工系统进行一些调整。但即使通过数控编码进行调整，也会存在传动链等误差，从而造成实际调整后的位置无法与理论位置完全一致，从而产生调整误差。我们通过安装工件和夹具到机床上以及合适刀具的选取来实现对加工系统的调整。当我们的初始加工状态调整完毕并符合工艺对精度的要求时，调

整误差是影响加工精度的第一要素。

4 高精度加工技术的实现方法

4.1 采用特殊的加工方法

从中国制造行业的情况来看，通用机床仍占有举足轻重的地位。但在通用机床上采用普通加工方法又无法满足我们的加工需求，可以考虑通过调整或增加工序来保障工件的加工精度。

4.2 减少原始误差

采用高精度的数控加工中心、高精度的组合夹具以及量具；对有超高精度要求的零件，可以考虑设置恒温无尘的加工制造环境，以尽可能控制加工系统受力、受热变形产生的误差；要经常更换和修磨刀具，减少刀具磨损引起的变形误差；还要尽可能减小测量误差等。工程实际中，应该区别出造成加工误差的主要因素并采取相应措施。

4.3 误差补偿法

以切削加工为例，在加工锥面或圆弧时受刀尖圆弧影响会造成过切或少切，可预先采集刀尖圆弧半径，通过半径补偿来提高精度。

4.4 转移原始误差

同样的原始误差，由于其是否作用在误差敏感方向上，它对工件的加工精度影响就会有很大不同。大的原始误差由于作用在误差非敏感方向上，可能就不会造成大的加工误差；而小的原始误差因为作用在误差敏感方向上，可能就会对零件的最终加工精度产生大的影响。转移误差的实质就是通过合理地选择加工设备、正确地规划工艺工序，尽可能地将原始误差从误差敏感方向转移到误差非敏感方向上去。

5 高精度加工技术的发展趋势

随着先进加工技术的普及和应用，高精度的加工技术正在由亚微米级迈入纳米级，本文对今后高精度加工技术的发展趋势作了以下六点总结：

（1）加工机床向更高精度、模块化和大型化发展；（2）通过引入视觉测量等光学非接触测量手段，实现在线测量；（3）通过计算机仿真技术进行制造仿真和误差补偿；（4）提供被加工件材料组织结构的均匀性；（5）搭建集设计制造测量一体化的加工制造系统，并采用闭环自适应的系统架构，避免人工干预；（6）结合其它学科的研究成果建立微量加工机理和理论。

6 结束语