影响机械加工精度的主要因素分析与研究

鄂丽喆

摘要：不论是加工何种机械零件，其误差都是不可避免的，也必定会对其精度产生一定的影响，只有认真分析误差产生的原因，才能有效地采取应对方法来减少由于加工而带来的误差，最终提高机械加工的精度。本文分析了影响机械加工精度的因素，阐述了提高加工精度的4种途径。

关键词：机械加工精度因素方法

中图分类号：F407.4文献标识码：A 文章编号：

加工精度是指零件加工后的实际几何参数与理想几何参数(尺寸、形状及各表面相互位置等参数)的符合程度。符合程度越高，加工精度就越高。加工误差是指零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度。它分为尺寸误差、形状误差和位置误差。用任何一种加工方法，都不可能将零件的尺寸加工得与设计尺寸完全吻合，多少总会存在一些误差。在实际生产中，只需将加工误差控制在不影响产品的使用性能即可合格。加工误差的大小标明了加工精度的高低。加工误差与加工精度是描述同一问题的两个相反的概念。零件的尺寸、几何形状和相互位置精度三者之间是既有区别又有联系的。一般的情况是尺寸精度高，其几何形状和相互位置精度也高。例如，为保证轴的直径尺寸精度，则相应位置的圆度误差不应超出直径的尺寸公差。又如，要保证两平面的平行度，则平面本身的平面度误差就应该很小.通常，零件的形状误差约占相应尺寸公差的30%－50%，然而对于某些配合要求高或有特殊功用的零件，其几何形状和相互位置精度则往往有更高的要求。

一、影响机械加工精度的因素

1、工艺系统的制造精度和磨损对加工精度的影响在机械加工时，由机床、夹具、刀具和工件构成的系统称为工艺系统。工艺系统中各构成部分对加工精度有不同程度的影响。

（1）机床的制造精度和磨损

导轨误差。导轨是机床中确定主要部件相对位置的基准，也是运动的基准，它的各项误差直接影响被加工工件的精度。如车床的车身导轨在水平面内有弯曲时，纵向切削中,导轨向后凸出时工件上就产生鞍形加工误差;导轨向前凸出时，产生鼓形加工误差。导轨在垂直面内的弯曲对加工精度的影响可以忽略不计。

主轴回转误差。是指主轴各瞬间的实际回转轴线相对平均回转轴线的变动量。分为四种基本形式：纯轴向窜动、纯径向跳动、纯角度摆动、轴心漂移。

不同形式的主轴回转误差对加工精度的影响不同，同一形式的回转误差在不同的加工方式（如车削、镗削）中对加工精度的影响也不一样。

传动链误差。是指传动链始末两端传动元件间相对运动的误差。为了保证传动链的的传动精度，应注意保证传动机构尤其是末端传动件的制造和装配精度，尽量减少传动件，缩短传动路线或必要时采用附用的校正机构。

（2）刀具、夹具的制造精度和尺寸磨损

刀具误差对加工精度的意向随刀具的种类不同而不同。一般刀具（如车刀、镗刀及铣刀等）的制造误差，对加工精度没有直接的影响；定尺寸刀具（如钻刀、铰刀、拉刀等）的尺寸误差，直接影响被加工零件的尺寸精度；成形刀具（如成形刀、成形铣刀及齿轮滚刀等）的误差，主要影响被加工面的形状精度。而刀具的磨损会直接影响刀具相对被加工面的位置，造成被加工零件的尺寸误差。夹具的作用是使工件相对于刀具和机床具有正确的位置，因此夹具的制造误差对工件的加工精度（特别是位置精度）有很大影响。夹具的制造误差由定位误差、夹紧误差、夹具的安装误差、导轨误差及夹具的磨损组成。夹具的磨损会引起工件的定位误差。

（3）调整误差

零件加工的每一个工序中，为了获得被加工表面的形状、尺寸和位置精度，总要进行一些调整工作（如安装夹具、调整刀具尺寸等）。由于调整不可能绝对正确，因此会带来加工误差。

（4）测量误差

工件在加工过程中，要用各种量具进行检验。由于量具本身的制造误差、测量时的接触力、温度等都直接影响加工误差。因此要正确地选择和使用量具，以保证测量精度。

2、工艺系统的受力变形对加工精度的影响

工艺系统中的机床、夹具、刀具及工件等在切削力、传动力、惯性力、重力等作用时会产生弹性变形，从而破坏了刀具和工件之间正确的相对位置，使工件的加工精度降低。

（1）工件刚度不足受力变形。工艺系统中如果工件的刚度相对于机床、夹具、刀具来说比较低，在切削力的作用下，工件由于刚度不足而引起的变形对加工精度的影响就比较大。

（2）刀具刚度不足受力变形。外圆车刀在加工表面法线（y）方向上的刚度很大，其变形可以忽略不计。镗直径较小的内孔，刀杆刚度很差，刀杆受力变形对孔加工精度就有很大影响。

（3）机床部件刚度不足受力变形。机床部件有许多零件组成，其不同的部件对精度影响不同。

3、工艺系统受热变形对加工精度的影响

在金属切削加工过程中，工艺系统由于受到切削热、摩擦热以及日光和供暖设备的辐射热等热源的影响，其会产生复杂的变化，对加工精度会产生很大的影响，其影响分为以下三种：

（1）机床的热变形破坏了机床的几何精度，降低了机床的加工精度；

（2）工件热变形的热源是切削热。热变形对加工精度的影响表现为两方面，当工件受热膨胀均匀时，会引起尺寸大小的变化；若膨胀不均匀，会引起形状的变化；

（3）刀具热变形。刀具从常温到热平衡的连续工作的过程中逐渐伸长，会产生平面度和圆柱度误差。

4、加工原理误差对加工精度的影响

加工原理误差是由于采用了近似的加工运动或者近似的刀具轮廓产生的。如在用滚刀切削渐开线齿轮、渐开线花键轴时，是利用展成法原理，为了得到切削刃口，在滚刀上形成了刀齿，这些刀齿是有限的，因此滚刀只能断续切削，切出的齿形是由各个刀齿轨迹的包络线所形成的，是一条近似的折线。

5、定位误差对加工精度的影响

定位误差主要包括基准位移误差和基准不重合误差，其主要影响被加工零件的位置精度。

二、提高加工精度的途径

保证和提高加工精度的方法，大致可概括为以下几种：减小原始误差法、补偿原始误差法、转移原始误差法、均分原始误差法。

1、减少原始误差

这种方式属于对症下药。即在确定了错误产生的直接原因后将这个原因进行调理改善，如刀锋迟钝造成的走刀不顺，产生相阻偏离或平面粗糙时需立即更换刀片或磨合。再如轴向引力也会造成走刀路线偏差，就像引力过大可导致行星坠落原理，通过调整走刀路线或者刀片质量使其接近最精准要求。

2、补偿原始误差

误差补偿原理很好理解，人工凭自己的判断向可能出现误差的反方向进行误差性操作，例如一项切割工艺很可能向右偏差3mm，这个几率出现机会将近90%，那么每次在设计机械运行的时候就向左取3mm 的值，以中和实际错误率，这样误差总数就会控制在接近零的地域。

3、转移原始误差

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。除了主要工具的准确度改正可以提高精准度之外还能够通过加强辅助工具的质量来改善这一状况。模具的质量，可以保证绑定零件的坚固程度，另一方面可以想办法让辅助设施分担重要零件接受的偏差度。

4、均分原始误差

在加工中，由于毛坯或上道工序误差（以下统称“原始误差”）的存在，往往造成本工序的加工误差，或者由于工件材料性能改变，或者上道工序的工艺改变，引起原始误差发生较大的变化，这种原始误差的变化，对本工序的影响主要有两种情况：误差复映，引起本工序误差;定位误差扩大，引起本工序误差。解决这个问题，最好是采用分组调整均分误差的办法。这种办法的实质就是把原始误差按其大小均分为n 组，每组毛坯误差范围就缩小为原来的1/n，然后按各组分别调整加工。

误差难于杜绝的。但是对完美的追求也是不能懈怠的。如果仅仅满足于合格就行是终将要被更精确、更完善的加工工艺和产品所淘汰，所以对待降低失误率，将误差缩减在一个很小的范围内是非常有必要的。

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