机械加工精度的影响因素及其控制措施

浅析机械加工精度的影响因素及其控制措施

摘要：如何提高机械零件的加工精度，是每个从事机械加工者在加工前必须考虑的问题，文章现对影响机械加工精度的因素进行了较全面的分析，并针对各种影响因素阐述了相应的控制措施。关键词：加工精度；因素；措施

1 机械加工精度和加工误差

1.1 加工精度

零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数相符合的程度。符合程度越高则加工精度就越高。加工精度包括尺寸精度、形状精度和位置精度。

1.2 加工误差

零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度称为加工误差。加工误差的大小表示了加工精度的高低，加工误差是加工精度的度量。在实际生产中，加工精度的高低是以加工误差的大小来衡量的。

2 加工精度的影响因素

零件加工的误差是由于工件与刀具在切削过程中相互位置发生变动而造成。

加工误差包括加工原理误差、机床几何误差、夹具误差、刀具制造误差、工艺系统受力变形、工艺系统热变形、刀具磨损、残余应力引起变形、测量误差等。

2.1 加工原理误差

加工原理误差是指由于采用了近似的加工方法、近似的成形运动或近似的刀具轮廓而产生的误差。例如滚齿用的齿轮滚刀，就有两种误差，一是为了制造方便，采用阿基米德蜗杆代替渐开线基本蜗杆而产生的刀刃齿廓近似造形误差；二是由于滚刀切削刃数有限，切削是不连续的，因而滚切出的齿轮齿形不是光滑的渐开线，而是折线。

2.2 机床几何误差

机床几何误差的来源主要指机床制造、磨损或安装带来的误差。机床几何误差主要有：

（1）主轴回转误差：即主轴回转时实际回转轴线与理想回转轴线的偏移量。包括轴向窜动、径向跳动、角度摆动三种基本形式。主轴的轴向窜动对内、外圆的加工精度没有影响，但加工端面时，会使加工的端面与内外圆轴线产生垂直度误差。主轴每转一周，要沿轴向窜动一次，使得切出的端面产生平面度误差。当加工螺纹时，会产生螺距误差。主轴的纯径向跳动会使镗削加工时镗出的孔为椭圆形。主轴角度摆动会造成车削外圆或内孔的锥度误差；在镗孔时，若工件进给会使镗出的孔为椭圆形。

（2）导轨误差：导轨误差包括水平面内直线度、垂直面内直线度、前后导轨的平行度，对于卧式车床床身导轨在水平面内如果有直线度误差，使工件在纵向截面和横向截面内分别产生形状误差和尺寸误差（误差敏感方向）。而在垂直面内的直线度误差对工件的尺寸精度和形状精度影响很小（误差非敏感方向），可忽略不计。

但对于平面磨床，龙门刨床及铣床等，导轨在垂直面内的直线度误差会引起工件相对于砂轮（刀具）产生法向位移，其误差将直接反映到被加工工件上，造成形状误差。

（3）传动链误差：指机床内传动链始末两端的传动元件间相对运动的误差，一般用传动链末端元件的转角误差来衡量。产生的原因是传动链中各传动元件的制造误差、装配误差及磨损等。

2.3 工艺系统的弹性变形

在外力作用下，工艺系统抵抗变形的能力称为工艺系统的刚度。机床结构复杂，组成的零部件多，各零部件之间有不同的联接和运动方式，因而机床部件的刚度问题就比较复杂。例如，配合零件的接触刚度；薄弱零件自身的变形；连接表面间的间隙、接触表面间的摩擦等。

它的计算至今还没有合适的方法，需要通过实验来测定。工艺系统受力变形不但影响工件的加工精度，而且还影响表面质量，限制切削用量和生产率的提高。

2.4 工艺系统中传动力、惯性力、加紧力和重力引起的变形

2.4.1 传动力的影响

在车床或磨床类机床上加工轴类零件时，常用单爪拨盘带动工件旋转，此时车削出来的工件是没有圆度误差，但产生圆柱度误差。

2.4.2 惯性力的影响

在高速切削时，如果工艺系统中有不平衡的高速旋转的构件存在，就会产生离心力。它和传动力一样，在工件的每一转中不断变

更方向，引起工件几何轴线作上述相同形式的摆角运动，故理论上讲也不会造成工件园度误差。但是要注意的是当不平衡质量的离心力大于切削力时，车床主轴轴颈和轴承内孔表面的接触点就会不断地变化，轴承孔的圆度误差将传给工件地回转轴心。

2.5 工艺系统的热变形

工艺系统在各种热源作用下，会产生相应的热变形，从而破坏工件与刀具间正确的相对位置，造成加工误差。工艺系统的热变形不仅严重地影响加工精度，而且还影响加工效率的提高。

2.6 工件的残余应力

残余应力是由金属内部的相邻宏观或微观组织发生了不均匀的

体积变化而产生的，促使这种变化的因素主要来自热加工或冷加工。

残余应力对零件的影响：

（1）存在残余应力的零件，始终处于一种不稳定状态，其内部组织有要恢复到一种新的稳定的没有内应力状态的倾向。（2）在内应力变化的过程中，零件产生相应的变形，原有的加工精度受到破坏。（3）用这些零件装配成机器，在机器使用中也会逐渐产生变形，从而影响整台机器的质量。

3 提高加工精度的措施

为减少加工误差，应预先查明产生加工误差的主要因素后，再设法对其直接进行消除或减弱。

3.1 减少传动链误差的措施

①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 减小惯性力对加工的影响措施

可采用配重平衡的方法来消除这种影响，必要时亦可适当降低主轴转速，以减小离心力的影响。

3.5 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