运用误差分析提高加工精度

何延辉

何延辉

河南送变电工程公司河南郑州450001

摘要：随着国民经济实力和科学技术水平的提高，社会日益强调提高产品的质量。在机械加工过程中，往往存在很多因素影响着工件的最终加工质量，而加工精度正是衡量零件加工质量的重要指标。因此，如何使工件加工达到质量要求、减少各种因素对加工精度的影响，就成为加工前必须考虑的事情；也就意味着，需要对影响机械加工精度的因素进行分析。

关键词：误差分析；加工精度；产品质量

一、机械加工精度概述

加工精度是指零件加工后实际几何参数（包括尺寸、形状和位置）与理想几何参数的符合程度，它们之间的偏离程度则称为“加工误差”。在数值上，加工精度通过加工误差的大小来表示。

零件的几何参数涉及尺寸、形状和位置3个方面，分别是尺寸精度、形状精度和位置精度。其中，尺寸精度用来限制加工表面与其基准间尺寸误差，使其不超过一定的范围；形状精度用来限制加工表面宏观几何形状误差，如圆度、圆柱度、平面度、直线度等；位置精度则是限制加工表面与其基准间的相互位置误差，如平行度、垂直度、同轴度、位置度等。

二、产生误差的主要原因

1、加工原理误差

加工原理误差是指由于采用了近似的成形运动或刀刃轮廓进行加工而产生的误差。通常，为获得符合规定的加工表面，刀具和工件之间必须实现准确的成形运动，机械加工中将其称为“加工原理”。理论上应采用理想的加工原理和完全准确的成形运动，以获得精准的零件表面。但在实践中，完全精准的加工原理常常很难实现：有时是加工效率很低；有时是要求极为复杂机床或刀具的结构而导致制造困难；有时则是由于结构环节多，致使机床转动中的误差增加，或是机床刚度和制造精度难以保证。因此，采用近似的加工原理以获得较高的加工精度，是保证加工质量、提高生产率及经济性的有效工艺措施。

2、机床几何误差

相对于工件的成形运动，加工中刀具一般都是通过机床完成的。因此，工件加工精度在很大程度上取决于机床精度。机床制造误差对工件加工精度影响较大的有主轴回转误差、导轨误差、传动链误差等。

3、刀具的几何误差及磨损

刀具误差对加工精度的影响，随着刀具种类的不同而各不相同。采用定尺寸刀具或成形刀具加工时，刀具的制造误差会直接影响工件的加工精度；而对于一般刀具，其制造误差对工件加工精度则并无直接影响。刀具的磨损会直接影响刀具相对被加工零件表面的位置，造成被加工零件的尺寸误差。正确地选择刀具材料、合理选用刀具的几何参数和切削用量、适当地使用冷却液等，均能最大限度地减少刀具的尺寸磨损。

4、夹具的几何误差

夹具的作用是使工件相对于刀具和机床具有正确的位置，夹具的几何误差对工件的加工精度（特别是位置精度）有很大影响。在设计夹具时，对夹具上直接影响工件加工精度的有关尺寸的制造公差，一般取为工件上相应尺寸公差的1/2～1/5。

夹具元件磨损将增大夹具的误差。为保证工件加工精度，夹具中的定位元件、导向元件、对刀元件等关键易损元件，均需选用高性能耐磨材料制造。

5、工件装夹误差

工件装夹误差是由定位误差和夹紧误差两方面误差造成的。定位误差主要是基准不重合误差和定位副制造不准确误差；夹紧误差是指工件、夹具刚度过低，或是夹紧力作用方向、作用点选择不当，就会使工件或夹具产生变形，造成加工误差。

6、工艺系统受力变形产生的误差

在进行机械零件加工时，加工工艺系统会在各种阻力的作用与反作用下，产生一定程度的变形，使得刀具、工件等发生变化，也必然使机械零件加工误差逐步增大。这种因受力变形引起的误差，主要由以下因素造成：一是机床。机床一般都是由很多零件、部件组成，而这些零件、部件由于自身刚度不足等原因，会产生不同程度的误差；二是加工零件自身。如果加工零件的刚度较低，加工时则会由于机械零件刚度的不够而产生变形，进而导致了机械零件加工精度的降低；三是刀具自身刚度。

7、工艺系统受热变形引起的误差

机械加工中，工艺系统在各种热源的作用下会产生一定的热变形。由于工艺系统热源分布的不均匀性，以及各环节结构、材料的不同，致使工艺系统各部分的变形存在差异，从而破坏了刀具与工件的准确位置和运功关系，因而出现加工误差。尤其是对于精密加工，热变形引起的加工误差占总加工误差的40%～70%。

8、工件内应力重新分布引起的误差

内应力是指在没有外力作用或去除外力作用时残留在工件内部的应力。机械零件产生内应力后，就会使机械零件处于一种极为不稳定的状态，而它也就本能地需要恢复原来的状态，由此使得机械零件失去原有的加工精度。对此，我们可以采取改进零件结构的方法减小内应力的发生，如设计零件时尽量做到壁厚均匀、结构对称等。另外，工件中如有内应力产生，应使因内应力重新分布引起的变形在机械加工之前或是粗加工阶段尽早完成，而不让内应力变形发生在精加工阶段或精加工之后。

9、调整误差

在机械加工的每一工序中，都需对工艺系统进行这样或那样的调整。在工艺系统中，工件、刀具在机床上的互相位置精度，是通过调整机床、刀具、夹具或工件等加以保证的。由于调整不可能做到绝对准确，因而就会产生调整误差。

10、测量误差

零件在加工时或加工后的测量环节，由于测量方法、量具精度等主客观因素的存在，都将直接影响到测量精度。

三、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：

1、因势利导

这种方法是不破坏自然界的规律，因势利导，直接消除或减小柔性工件受力变形。这也是现在生产中应用较广的一种方法。其运用的要点在于，查明产生加工误差的主要因素后设法消除或减少这些因素。例如，车削细长轴零件时采用大走刀、反向车削法、基本消除了轴向切削力引起的弯曲变形；若辅之以弹簧顶尖，则可进一步消除热变形引起的热伸长的影响。

2、人为设误

这是误差补偿法，即人为地创造一种新的误差来抵消原有工艺系统中的原始误差。当原始误差为负值时，人为误差就取正值，反之则取负值，并尽量使两者大小相等；同样尽量使两者大小相等、方向相反。通过这种方法来达到减少加工误差、提高加工精度的目的。

3、缩小范围、分别处理

加工中由于存在原始误差，往往会造成本工序的加工误差。或由于工件材料性能改变，或因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。

4、创造条件、撇开干扰

误差转移法实质上是转移工艺系统的几何误差、受力变形和热变形等。这种方法的实例很多：当机床精度达不到零件加工要求时，不能一味地提高机床精度，而是应当从工艺上或夹具上想办法，创造条件，使机床的几何误差转移到不影响加工精度的方面；磨削主轴锥孔和轴颈的同轴度，需要靠夹具而非机床主轴的回转精度加以保证，这样便可将机床主轴的原始误差转移。

5、误差平均

对配合精度要求很高的轴和孔，常采用研磨工艺。研磨器具本身并不要求具有高精度，但它能在和工件做相对运动的过程中对工件进行微量切削，逐渐磨掉高点，最终使工件达到很高的精度。这种表面间相对研磨、磨损的过程，就是误差不断减少的过程，亦可称其为“误差平均”。

小结

随着我国机械制造业的发展，必然会对机械加工精度提出更高的要求。因此，我们应当对误差产生的原因进行详细分析，并采取相应的措施减少加工误差，以提高机械加工精度。

参考文献：

[1]《张力架线机械设备和应用》中国电力出版社蒋平海主编2005年5月