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探討影響機(jī)械加工精度的因素與提升策略
1 引 言
零件的加工質(zhì)量是保證機(jī)械產(chǎn)品工作性能和產(chǎn)品壽命的基礎(chǔ)。衡量機(jī)械加工質(zhì)量的指標(biāo)有兩方面即加工精度與表面質(zhì)量，在機(jī)械加工過(guò)程中，由于各種因素的影響，使刀具和工件間的[1]正確位置發(fā)生偏移，因而加工出來(lái)的零件不可能與理想的要求完全符合，兩者的符合程度可用機(jī)械加工精度和加工誤差來(lái)表示。加工精度是指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)（尺寸、形狀和位置）與理想幾何參數(shù)的符合程度。而加工誤差是指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)（尺寸、形狀和位置）與理想幾何參數(shù)的偏離程度。加工精度越高，則加工誤差越小，反之越大。加工精度的高低以國(guó)家有關(guān)公差標(biāo)準(zhǔn)來(lái)表示。
2 獲得加工精度的常用方法
�。�1）獲得尺寸精度的方法：試切法：用于單件小批生產(chǎn)；調(diào)整法：用于成批大量生；定尺寸刀具法：生產(chǎn)率高，刀具制造復(fù)雜；自動(dòng)控制法：切削測(cè)量補(bǔ)償調(diào)整。
（2）獲得形狀精度的方法：軌跡法：利用刀尖運(yùn)動(dòng)軌跡形成工件表面形狀；成形刀具法：由刀刃的形狀形成工件表面形狀；展成法：由切削刃包絡(luò)面形成工件表面形狀[2].
�。�3）獲得位置精度的方法：主要由機(jī)床精度、夾具精度和工件的裝夾精度來(lái)保證。
3 機(jī)械加工精度的影響因素
3.1 工藝系統(tǒng)的幾何精度對(duì)加工精度的影響
3.1.1 加工原理誤差
加工原理誤差是指采用了近似的成形運(yùn)動(dòng)或近似的切削刃輪廓進(jìn)行加工而產(chǎn)生的誤差，如，滾齒加工用的齒輪滾刀有兩種誤差：切削刃齒廓近似造形誤差，由于制造上的困難，采用阿基米德基本蝸桿或法向直廓基本蝸桿代替漸開(kāi)線基本蝸桿；由于滾刀刀齒數(shù)有限，實(shí)際加工出的齒形是一條折線，和理論的光滑漸開(kāi)線有差異。通過(guò)采用近似的成形運(yùn)動(dòng)或近似的切削刃輪廓，雖然會(huì)帶來(lái)加工原理誤差，但往往可簡(jiǎn)化機(jī)床或刀具的結(jié)構(gòu)，提高生產(chǎn)效率，有時(shí)反而能得到較高的加工精度[3].因此，只要誤差不超過(guò)規(guī)定的精度要求、在生產(chǎn)中仍能得到廣泛的應(yīng)用。
3.1.2 機(jī)床誤差
機(jī)床誤差可歸納為：機(jī)床導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差，機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差，機(jī)床傳動(dòng)鏈的誤差。
�。�1）主軸回轉(zhuǎn)誤差 主軸回轉(zhuǎn)誤差即實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線與理想回轉(zhuǎn)軸線的偏移量，具有三種基本形式：
純徑向跳動(dòng)，純角度擺動(dòng)，軸向竄動(dòng)，如圖1所示。
影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素軸承本身誤差、軸承間隙、軸承間同軸度誤差，各段軸頸、軸孔的同軸度誤差主軸系統(tǒng)的剛度和熱變形等。但它們對(duì)主軸回轉(zhuǎn)精度的影響大小隨加工方式而不同。
�。�2）機(jī)床導(dǎo)軌誤差 導(dǎo)軌是確定主要部件相對(duì)位置的基準(zhǔn)，也是運(yùn)動(dòng)基準(zhǔn)，各項(xiàng)誤差直接影響被加工工件的精度對(duì)導(dǎo)軌的精度要求主要有：在水平面內(nèi)的直線度在垂直面內(nèi)的直線度，前后導(dǎo)軌的平行度（扭曲）。導(dǎo)軌誤差對(duì)加工精度的影響：如車削時(shí)導(dǎo)軌在水平面內(nèi)彎曲，向前凸出，則出現(xiàn)鼓形誤差[4];向后凸出，則出現(xiàn)鞍形誤差如圖2所示。
�。�3）機(jī)床傳動(dòng)鏈誤差 指機(jī)床內(nèi)傳動(dòng)鏈?zhǔn)寄﹥啥说膫鲃?dòng)元件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的誤差，一般用傳動(dòng)鏈末端元件的轉(zhuǎn)角誤差來(lái)衡量。產(chǎn)生的原因是傳動(dòng)鏈中各傳動(dòng)元件的制造誤差、裝配誤差及磨損等。若傳動(dòng)齒輪i在某一時(shí)刻產(chǎn)生轉(zhuǎn)角誤差為$Ui,則它所造成傳動(dòng)鏈末端元件的轉(zhuǎn)角誤差為Ki$Ui,Ki為該軸到末端元件的總傳動(dòng)比，稱為誤差傳遞系數(shù)，若Ki大于1則誤差被擴(kuò)大；反之，若Ki小于1誤差被縮小。各傳動(dòng)件對(duì)工件精度影響的總和為EKi$Ui.
3.1.3 刀具的幾何誤差
包括刀具切削部、裝夾部的制造誤差及刀具安裝誤差：定尺寸刀具：刀具尺寸精度直接影響工件尺寸精度；成形刀具：刀具形狀精度直接影響工件形狀精度；展成刀具：刀刃形狀精度會(huì)影響工件加工精度；一般刀具：制造精度對(duì)工件加工精度無(wú)直接影響[5].
3.1.4 調(diào)整誤差
在工序的調(diào)整工作中所存在的誤差即調(diào)整誤差一次調(diào)整后存在的誤差對(duì)這一批零件的影響不變。
但大批量加工中存在多次調(diào)整，不可能每次完全相同。對(duì)全部零件來(lái)說(shuō)，每次調(diào)整誤差為偶然性誤差。
機(jī)床調(diào)整誤差可理解為零件尺寸分布曲線中心的最大偏移量。
3.2 工藝系統(tǒng)的受力變形對(duì)加工精度的影響
工藝系統(tǒng)加工中受到的力有：切削力，傳動(dòng)力，慣性力，夾緊力，重力等。工藝系統(tǒng)在這些力的作用下，將產(chǎn)生相應(yīng)的變形。這種變形將破壞切削刃和工件之間已調(diào)整好的正確的位置關(guān)系，從而產(chǎn)生加工誤差。工藝系統(tǒng)的剛度對(duì)加工精度的影響歸納起來(lái)為下列常見(jiàn)形式：由于受力點(diǎn)位置的變化而產(chǎn)生的工件形狀誤差；誤差復(fù)映；毛坯材料硬度不均勻使切削力產(chǎn)生變化，工藝系統(tǒng)受力變形隨之變化而產(chǎn)生加工誤差；工藝系統(tǒng)中其它作用力使工藝系統(tǒng)中某些環(huán)節(jié)受力變形而產(chǎn)生加工誤差，如圖3所示。
3.3 工藝系統(tǒng)的熱變形對(duì)加工精度的影響
工藝系統(tǒng)在各種熱源的影響下會(huì)產(chǎn)生很復(fù)雜的變形，導(dǎo)致工件產(chǎn)生加工誤差。工藝系統(tǒng)的熱變形對(duì)加工精度的影響主要分為以下幾種：機(jī)床熱變形引起的加工誤差，機(jī)床受熱源的影響，各部分溫升將發(fā)生變化，由于熱源分布的不均勻和機(jī)床結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，機(jī)床各部件將發(fā)生不同程度的熱變形，破壞了機(jī)床原有的幾何精度，從而降低了機(jī)床的加工精度；工件熱變形引起的加工誤差：使工件產(chǎn)生變形的熱源，使工件產(chǎn)生變形的熱源為切削熱（主要）與外部熱源，同時(shí)，不同的加工方法，不同的工件材料、結(jié)構(gòu)和尺寸件的受熱變形也不相同[6];刀具熱變形引起的加工誤差：刀具的熱變形主要是切削熱引起的，傳給刀具的熱量雖不多，但由于刀具體積小、熱容量小且熱量又集中在切削部分，因此切削部分仍產(chǎn)生很高的溫升。
4 提高機(jī)械加工精度的措施
�。�1）直接減少誤差法 直接減少誤差法在生產(chǎn)中應(yīng)用較廣，是在查明產(chǎn)生加工誤差的主要因素直接進(jìn)行消除或減少的方法。例如：細(xì)長(zhǎng)軸的車削，由于受力和熱的影響而使工件產(chǎn)生彎曲變形，現(xiàn)采用“大進(jìn)給反向切削法”,再輔之以彈簧后頂尖，可進(jìn)一步消除熱伸長(zhǎng)的危害，如圖4所示。
�。�2）誤差補(bǔ)償法 誤差補(bǔ)償法，就是人為地造出一種新的原始誤差。去抵消原來(lái)工藝系統(tǒng)中固有的原始誤差，從而減少加工誤差，提高加工精度[7].
�。�3）誤差轉(zhuǎn)移法 誤差轉(zhuǎn)移法實(shí)質(zhì)上是將工藝系統(tǒng)的幾何誤差、受力變形和熱變形等，轉(zhuǎn)移到不影響加工精度的方向去。例如，對(duì)具有分度或轉(zhuǎn)位的多工位加工工序或采用轉(zhuǎn)位刀架加工的工序，其分度、轉(zhuǎn)位誤差將直接影響零件有關(guān)表面的加工精度。若將刀具垂直安裝（如圖），可將轉(zhuǎn)塔刀架轉(zhuǎn)位時(shí)的重復(fù)定位誤差轉(zhuǎn)移到零件內(nèi)孔加工表面的誤差非敏感方向，可減少加工誤差的產(chǎn)生，提高加工精度[8].
（4）均分原始誤差法 提高毛坯精度或上道工序的加工精度，往往是不經(jīng)濟(jì)的。這時(shí)，可把毛坯（或上道工序的工件）按尺寸誤差大小分為n組，每組毛坯的誤差就縮小為原來(lái)的1/n,然后按各組的平均尺寸分別調(diào)整刀具與工件的相對(duì)位置或調(diào)整定位元件、就可大大縮小整批工件的尺寸分散范圍。在生產(chǎn)中會(huì)遇到這種情況：本工序的加工精度穩(wěn)定，工序能力也足夠，但毛坯或上道工序加工的半成品精度太低，引起定位誤差或復(fù)映誤差過(guò)大，因而不能保證加工精度[9].
�。�5）就地加工法 機(jī)床零件裝到工作位置上再精加工，消除誤差影響。如牛頭刨、龍門刨工作臺(tái)面裝配在自身機(jī)床上進(jìn)行“自刨自”精加工，以保證對(duì)滑枕、橫梁的平行度；平面磨床工作臺(tái)面在裝配后作“自磨自”精加工；在機(jī)床上修正卡盤平面的平直度，卡爪的同軸度。
5 結(jié) 語(yǔ)
在機(jī)械加工的過(guò)程中，誤差的產(chǎn)生不能夠避免，只有結(jié)合具體情況對(duì)誤差出現(xiàn)的原因進(jìn)行詳盡的剖析，才能夠采取相應(yīng)的對(duì)策減小加工誤差，從而真正提高機(jī)械加工的精度。使加工誤差控制在零件需求的許可范圍之內(nèi)，從而保證零件的加工質(zhì)量。
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