论影响机械加工精度的因素及提高措施

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【摘 要】随着国民经济实力和科学技术水平的提高，社会发展要求提高产品的质量。而加工精度是衡量零件加工质量的重要指标，所以保证零件的加工精度很重要。本文介绍了机械加工精度的概念及内容，分析了影响机械加工精度的因素并提出了提高机械加工精度的工艺措施。

【关键词】机械加工；精度；误差；因素；措施

随着国民经济实力和科学技术水平的提高，社会发展要求提高产品的质量。而加工精度是衡量零件加工质量的重要指标，所以保证零件的加工精度很重要。这就要求我们来了解影响机械加工精度的因素，采取措施来提高加工精度。

1 机械加工精度的含义及内容

加工精度是指零件经过加工后的实际几何参数与与理想几何参数符合的程度，而它们之间的偏离程度则称为加工误差。一个零件的加工误差越小，加工精度就越高。零件的几何参数包括尺寸、几何形状和相互位置三个方面，故加工精度包括：（1）尺寸精度：用来限制加工表面与其基准间尺寸误差不超过一定的范围。（2）几何形状精度：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。（3）相互位置精度：用来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。

2 影响机械加工精度的因素

2.1 工艺系统的几何误差

2.1.1 加工原理误差

（1）采用近似的刀具轮廓造成的误差

用成形刀具加工复杂的曲面时，要使刀具刃口做得完全符合理论曲线的轮廓，有时非常困难，往往采用圆弧、直线等简单近似的线型代替理论曲线。如用滚刀滚切渐开线齿轮时，为了滚刀的制造方便，多用阿基米德蜗杆或法向直廓蜗杆来代替渐开线基本蜗杆，从而产生了加工原理误差。

（2）采用近似传动比的成形运动造成的误差

如在车削模数蜗杆时，由于蜗杆的螺距是π的倍数，而π是一个无理数，只能用近似传动比的挂轮来实现π，因而产生由近似传动比的成形运动所引起的加工原理误差。

2.1.2 机床几何误差及磨损其对加工精度的影响

加工中刀具相对于工件的成形运动一般都是通过机床完成的，因此工件的加工精度在很大程度上取决于机床的精度。

（1）主轴回转误差

主轴的回转误差直接影响被加工工件的形状和位置精度，可分解为径向跳动、轴向蹿动和角度摆动。例如，在车床上加工外圆或内孔时，主轴的径向跳动将引起工件的圆度误差；车端面时，主轴的轴向蹿动将造成工件端面的平面度误差，以及端面相对于内、外圆的垂直度误差；主轴的角度摆动则不仅影响工件加工表面的圆度误差，而且影响工件加工表面的圆柱度误差。

（2）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，它的各项误差将直接影响被加工零件的精度。在分析导轨导向误差对加工精度的影响时，主要应考虑导轨误差引起刀具与工件在误差敏感方向的相对位移。机床安装不正确和导轨磨损也是造成导轨误差的原因。

（3）传动链误差

传动链误差是由于传动链中的传动元件存在制造误差和装配误差引起的。使用过程中的磨损，也会产生传动链误差。传动机构越多，传动路线越长，则传动误差越大。

2.1.3 刀具、夹具的制造误差及磨损

刀具误差对加工精度的影响随刀具的种类不同而异。一般刀具的制造误差对加工精度没有直接的影响；定尺寸刀具的尺寸及形状误差与磨损会直接影响工件的尺寸及形状精度；成形刀具的制造和磨损误差主要影响工件的形状精度。夹具误差主要是指定位元件、导向元件、对刀装置、分度机构及夹具体等零件的制造、装配误差及有关工作表面的磨损。这些误差对加工精度影响很大，因此在设计和制造夹具时，应对影响工件精度的尺寸严格控制。

2.2 工艺系统受力变形引起的误差

工艺系统在加工时由于切削力、夹紧力和传动力等作用会产生相应变形，使刀具和工件静态相对位置发生变化，从而产生加工误差。

2.2.1 工艺系统刚度

切削过程中，工艺系统的刚度随切削力着力点位置的变化而变化，引起系统变形的差异，使被加工表面产生形状误差。

2.2.2 误差复映

在加工过程中，由于工件毛坯加工余量或材料硬度不均，引起切削力和工艺系统受力变形的变化，使毛坯的形状误差复印到加工后的工件表面，这种现象称为“误差复印”。

2.2.3 夹紧力、重力、惯性力等其它作用力也会使工艺系统产生变形，从而引起加工误差，影响加工精度。

2.3 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影响下产生复杂的变形，从而改变了工件、刀具及机床之间的位置，破坏了刀具与工件之间相对运动的准确性，产生加工误差。尤其对于精密加工，热变形引起的加工误差占总加工误差的40%～70%。

2.3.1 机床热变形对加工精度的影响

机床受热源的影响，各部分温度将发生变化，由于热源分布的不均匀和机床机构的复杂性，机床的各部件发生不同程度的热变形，破坏了机床各部件原有的相互位置关系，影响加工精度。不同类型的机床由于热源不同，对加工精度影响也不同。

2.3.2 工件热变形对加工精度的影响

工件的热变形主要是由切削热引起的。由于加工方式的不同，切削热传给工件的多少也不等。另外，工件的受热均匀与否，对热变形的影响也很大；若工件单面受热，就产生弯曲变形。

2.3.3 刀具热变形对加工精度的影响

尽管在切削加工中传入刀具的热量只有3%～5%，但由于刀具的尺寸和热容量小，故仍有很高的温升，从而引起刀具的热伸长并造成加工误差。

2.4 工件内应力引起的误差

没有外力作用而存在于零件内部的应力，称为内应力。具有内应力的零件，内部组织处于不稳定状态，它有要恢复到无应力状态下的强烈倾向，使原有的加工精度逐渐丧失。促使这种变形的内应力有三方面：毛坯制造中产生的内应力、冷校直带来的内应力和切削加工的附加应力。

3 提高加工精度的工艺措施

生产实际中有许多减少误差的方法和措施，从技术上看，分成两大类。

3.1 误差预防

3.1.1 直接减少误差法

这种方法是生产中应用较广的一种基本方法。它是在查明产生加工误差的主要因素之后，设法消除或减少这些因素。例如细长轴的车削，采用了大走刀反向车削法，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。

3.1.2 误差转移法

误差转移法是把影响加工精度的原始误差转移到不影响加工精度的方向或其他零部件上去。例如转塔车床在生产中采用“立刀”安装法，把刀架的转位误差转移到误差不敏感方向，由刀（下转第115页）（上接第103页）架转位误差引起的加工误差可以忽略不计。

3.1.3 误差分组法

成批生产中，在对配合精度要求很高的配合中，将配合件测量后按一定尺寸均分为n组，再按相应的组分别进行配对。这样每组毛坯误差范围就缩小为原来的1/n，从而提高零件的加工精度。

3.1.4 误差平均法

对配合精度要求很高的轴和孔，常采用研磨工艺。研具本身并不要求具有高精度，但它能在和工件作相对运动过程中对工件进行微量切削，最终达到很高的精度。这种表面间相对研擦和磨损的过程，就是误差相互比较和相互消除的过程。这就是误差平均法。在生产中，许多精密基准件都是利用误差平均法加工出来的。

3.1.5 就地加工法

在加工和装配中有些精度问题，牵涉到零件或部件间的相互关系，相当复杂，如果一味地提高零、部件本身精度，有时不仅困难，甚至不可能，若采用就地加工法的方法，就可能很方便地解决看起来非常困难的精度问题。就地加工法在机械零件加工中常用来作为保证零件加工精度的有效措施。

3.2 误差补偿

误差补偿法，是人为地造出一种新的误差，去抵消原来工艺系统中的原始误差。当原始误差是负值时人为的误差就取正值，反之，取负值，并尽量使两者大小相等；或者利用一种原始误差去抵消另一种原始误差，也是尽量使两者大小相等，方向相反，从而达到减少加工误差，提高加工精目的。

总之，在机械加工中，误差是不可避免的，只有对误差产生的原因进行详细的分析，才能采取相应的预防措施减少加工误差，提高机械加工精度。

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