影响精密零件加工的因素分析与研究

蒋飞龙 冯桂香

（宁波职业技术学院，浙江 宁波 315000）

1 引言

目前，先进制造技术已经是一个国家经济发展的重要手段之一，许多发达国家都十分重视先进制造技术的水平和发展，利用它进行产品革新、扩大生产和提高国际经济竞争能力。发展先进制造技术是当前世界各国发展国民经济的主攻方向和战略决策，同时又是一个国家独立自主、繁荣富强、经济持续稳定发展、科技保持先进领先的长远大计。目前，精密与特种加工技术水平是一个国家制造工业水平的重要标志之一。精密加工所能达到的精度、表面粗糙度、加工尺寸范围和几何形状是一个国家制造技术水平的重要标志之-。精密与特种加工技术已经成为国际竞争中取得成功的关键技术。发展尖端技术，发展国防工业，发展微电子工业等，都需要精密与特种加工技术来制造相关的仪器、设备。

2 影响精密加工的主要因素

2.1 精密加工机床方面

精密加工机床是实现精密加工的首要条件，即：工件的加工精度主要依赖于机床本身的运动精度，而运动精度又依赖于，组成机床的主要零、部件的材料、加工精度、装配精度等。

产生相应机构的运动误差原因主要有：

1)材料因负荷产生的弹性变形，因温度变化和振动等环境因素而产生的偏移和材料的稳定性；

2)组合件的尺寸精度、形状精度及表面粗糙度的误差；

3)在约束机构中伴有某种程度的变形和间隙；

4)在接触机构中存在因负荷及其变动引起的润滑膜厚度的变化，以及摩擦力、磨损等。

机床本身的运动精度包括：机床主轴回转精度，工作台的静、动态精度及其热稳定性，微量进给装置等。

机床主轴部件是精密加工机床的关键部件，主轴部件的精度直接影响到加工零件的尺寸精度、几何精度和表面粗糙度。因此，精密机床的主轴广泛采用具有回转平稳，回转精度高等优点的空气静压轴承和液体静压轴承，但这两类轴承由于自身的性能，对精密加工精度也有一定的影响。主要原因：空气静压轴承的刚度低，且容易出现振动（如：轴的动态不平衡引起的振动，轴承内部空气流动引起的振动等），液体静压轴承在工作过程中易发热，会引起主轴的热变形等。

导轨应具有精确的导向精度、低速运动平稳、热变形小、刚性高等优点。因而，精密加工的机床广泛采用空气静压导轨和液体静压导轨。这两类导轨对精密加工影响的主要原因有：空气静压导轨的刚度较小，则承载能力较小，虽然由于空气膜的存在，使导轨零件的误差有均匀化的效果，但导轨的直线度不易被匀化。以上是精密加工机床对精密加工精度的主要影响因素。

2.2 精密加工刀具方面

在精密切削加工中，通常进行微量切削，即均匀地切除极薄的金属层，其最小切削深度≤零件的加工精度，而刀具是影响加工精度的重要因素。由刀具造成的零件加工误差主要体现在以下几个方面：刀具的热变形；刀具在切削加工中的受力变形；刀具切削刃的几何精度；刀具表面粗糙度以及刀具和工件之间的亲和性；刀具的磨损。

在实现精密切削加工中，理想的刀具材料主要是天然金刚石，它具有：硬度高、刚度大，与其他物质（除黑色金属外）的亲和力小，摩擦系数小，刀具刃口易刃磨锋利（最小刃口半径ρ=3-5mm)，导向性能好，刀具热变形小等优点。但由于金刚石的碳原子的亲和力很大，不适宜切削黑色金属，且金刚石刀具很脆，怕振动易崩刃，刀具的价格昂贵，刃磨困难等。所以，研究代替金刚石刀具是精密切削刀具的重要研究方面。

2.3 被加工材料方面

用于精密加工的工件材料，其机械物理化学性质对精密加工精度有较大的影响。例如：在采用普通的切削方法加工时，由于切削单位较大，材料的不均匀性、不连续性和各向异性不能明显地表现出来。而在精密加工中，采用了微量切削方法，加工单位很小，则材料的不均匀性质就直接影响加工精度。

由被加工材料造成加工精度下降的主要原因有：工件的受力变形，影响因素有材料自重、切削力、夹紧力以及大气压力等；工件的热变形，影响因素有切削热、材料的传导特性以及环境温度；材料的时效变形，影响因素有材料的残余应力、固溶体相变等；多晶体的晶界段差，即出现晶界阶梯、晶界位错。这是由于晶粒变形的方法不同和晶粒本身的弹性系数不同而引起的；杂质粒子的段差，即表面出现杂质、金属间化合物、沉淀物或生成不规则的空穴和划伤所造成的。

为提高加工表面质量，可以采用一定的措施来降低影响，例如：选用纯度较高、杂质较少、缺陷较少的材料；采用热处理的方法细化组织；材料预先经过压延使晶粒细化和纤维化等

2.4 精密测量方面

精密加工技术和测量技术总是紧密相关的，因为没有高精度测量手段，就不能评价精密加工精度。所以，测量仪器的精度一般比加工精度高一个数量级。

1)在进行精密测量过程中，影响测量精度的主要因素有：接触式测量造成工件表面划伤；

2)测量力的变化，即测量仪器中弹簧的变形，不能保证测量力恒定；随着科学技术的发展，对精密测量技术要求的提高，接触式测量技术逐步向非接触式传感测量技术发展非接触测量技术已成为精密测量的支柱。

2.5 精密加工环境方面

精密加工是微米级的加工，不仅要有精密的加工设备、加工刀具及精密测量仪器和手段，高稳定性的加工环境也是保证精密加工精度的主要因素。环境对加工精度的影响主要原因：

精加工车间内的净化：灰尘的混入会使工件表面划伤，而影响其表面质量；环境温度：在精密加工中，温度变化成为加工误差的主要来源。环境温度的变化会造成机床设备刀具及测量装置等的热变形，从而产生加工误差和测量误差；振动：主要有自然外力引起的振动、交通振动、人走动时的振动及机床设备引起的振动等。在精密切削加工中，振动对加工精度、表面粗糙度均有较大的影响，且会降低金刚石刀具的使用寿命。由于上述原因精密加工环境应净化、防振、恒温。

3 结束语

从精密加工机床、精密加工刀具、被加工材料、精密测量、精密加工环境等五个方面对影响精密加工精度的主要因素及原因所作的分析表明，精密加工产生的误差是多方面的。要提高精密加工精度，不但要了解其影响的因素，还必须掌握解决的途径。

[1]王季琨,沈中伟,刘锡珍主编,机械制造工艺学,天津：天津大学出版社，1998年.

[2]金向楷主编,机械加工工艺基础,北京：清华大学出版社，1990年.