加工误差改善措施机械加工论文

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一、机械加工中误差产生的主要原因

在机械加工作业中，误差是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数之间的偏差，偏差越大，误差也就越大，由于目前机械制造业的实际生产水平的限制，导致了误差的不可避免，也就是说是误差在实际加工作业中是客观存在的。由于误差的不可避免的特性，所以本文对机械加工过程中比较容易产生误差的原因进行简单的探讨，大致分为四个主要方面的原因：工艺系统的几何误差、工艺系统的受力变形误差、工艺系统的热变形误差、工件内应力引起的变形误差等。以下将具体的分析

（一）工艺系统的几何误差。

1.加工原理误差。

凡采用近似的加工原理进行加工，由此产生的误差称为加工原理误差，它通常包括采用近似的成型运动和近似的切削刃轮廓两个情况，它是用近似的方法来代替实际加工的轨迹，所以加工原理误差在一定程度上影响了加工精度；

2.机床的几何误差。

机床的切削加工是由刀具与工件之间的相对运动来实现的，将金属毛坯经过切削、拉伸、挤压等方式加工成机械零件的，目前机械半成品和成品基本上都是通过机床进行加工完成的，所以可以说机床加工是导致机械加工误差的主要原因之一。机床使用夹具将工件和刀具固定，然后通过主轴的高速旋转完成零部件的各种切削工作，所以机床的工作精度直接影响到加工机械零件的尺寸精度。机床的几何误差主要包括主轴、导轨、传动链等几个方面。机床主轴装有夹具、工件、刀具，依靠主轴的高速旋转控制钻头、刀具对工件进行加工。而主轴的误差主要是因为机床主轴在回转过程中，回转轴线相对于平均回转轴线在各瞬间都有一定的变动构成了主轴回转运动误差。主轴支承轴径和轴承孔的圆度、轴承的间隙、滚动轴承滚动体的圆度及其尺寸误差等都是造成主轴回转误差的原因。而主轴轴线的定位面与轴线的垂直度误差是造成主轴纯轴向运动的主要原因。机床导轨决定着机床上各部件的运动轨迹和方向，是机床加工运动的基准。由机床导轨产生的误差主要是因为机床各部件相对位置存在偏差以及长期使用过程中造成的不同程度的磨损等问题造成机械零件加工误差，主要表示为导轨在水平面内的直线度误差和导轨在垂直平面内的直线度误差，以及导轨面间的平行度误差；机床传动链误差主要是由于传动链中各传动元件如齿轮、涡轮、蜗杆、丝杆等的制造误差、装配误差和磨损等造成；

（二）工艺系统的受力变形。

1.刀具的误差。

在机械加工过程实际上就是机床的切削加工过程，即通过刀具和工件的相对运动来实现的，剥离工件多余不需要的余料，机械加工过程中，刀具的使用是很重要的，而且刀具的种类很多，如切刀、铣刀、铰刀、钻头等，刀具的制造精度和磨损程度及安装和使用不当都会影响到机械零件的加工精度；

2.装夹误差。

在机械加工过程中，工件的定位和夹紧是很重要的，如果工件的工作位置产生偏差，将直接对工件的加工造成误差；

3.测量误差。

机械加工中测量起主导作用，是工件加工的导向，其误差也将直接影响加工精度；

（三）工艺系统的受力变形误差。

在切削加工过程中，工艺系统受到切削力、重力、夹紧力、传动力和惯性力等的作用，因而产生相应的变形。这种变形将破坏刀具与工件之间已经调整好的位置关系，从而造成加工误差。工艺系统的受力变形可分为弹性变形和塑性变形两种情况。由于塑性变形是永久变形，它产生后将相当于增加了一个工艺系统的几何误差。

1.切削过程中受力点位置的变化引起的工件形状误差

主要表现在用两顶尖装夹车短粗轴和用两顶尖装夹车细长轴，对于工艺系统而言，切削加工中，工艺系统在各种外力作用下，其各部分将在各个方向上产生相应的变形，和理论是存在一定的误差。

2.毛坯件误差。

3.切削过程中受力方向变化引起的加工误差。

4.其他力引起的加工误差。

（四）工艺系统的热变形引起的误差。

在机械加工过程中，工艺系统在各种热源的作用下，都会产生一定的热变形。由于热变形及其不均匀性，使刀具在工件之间的准确位置和运动关系遭到破坏，产生加工误差。工艺系统的热源主要有内部热源和外部热源，内部热源主要来自加工工程中，它包括切屑热、摩擦热、派生热源；外部热源主要是来自于环境温度的变化和由阳光、灯光及取暖设备等直接作用于工艺系统的辐射热；由于机床热源的不均匀性及其结构的复杂性，使机床的温度场不均匀，机床各部分的变形程度不等，破坏了机床原有的几何精度，从而降低了机床的加工精度。

1.摩擦热主要在车床和磨床上比较明显

其中车床的主要热源是主轴箱轴承和齿轮的摩擦热，一般对端面和圆锥面车削会造成大的加工误差；磨床的主要热源是高速回转的砂轮主轴的摩擦热及液压系统的发热；所以机床本身热变形是影响加工精度的主要因素；

2.切削热主要表现在工件的热变形和刀具的热变形

当工件受热不均匀，或工件结构较复杂时，其热变形会以弯曲或者其他形式出现，可能造成更大的加工误差。以此，工件的加工精度要求越高，加工时就越要严格控制工件的热变形。而刀具在切削时受切削热作用，因刀具实体一般较小，热容量小，所以升温很快，当刀具切削大面积工件表面时，随刀具的升温会给工件带来较大的形状误差；

（五）工件内应力引起的变形误差。

工件的内应力是指当外载荷去掉后扔存在于工件内部的应力存在内应力时，工件处于一种不稳定的相对平衡状态。随着内应力的自然释放或者受其他因素影响而失去平衡状态，工件将产生相应的变形，破坏其原有的精度。主要表现在以下几个方面：（1）毛坯制造中产生的内应力；（2）冷校直引起的内应力。

二、减少加工误差的主要措施

在机械加工中，由于工艺系统存在的各种原始误差，总要以不同的程度造成工件的加工误差，既然误差是不可避免的，但是我们可以分析产生加工误差的主要原因，采取适当的加工工艺，设法控制原始误差的产生或者控制原始误差对加工精度的影响程度。其主要途径分析如下：

（一）减少或者消除原始误差。

提高工件加工时所使用的机床、夹具、量具及工具的精度，以及控制工艺系统受力、受热变形等均可以直接减少原始误差。

（二）转移原始误差。

对工艺系统的原始误差，也可在一定的条件下使其转移到不影响加工精度的方面或误差的不敏感方向。这样就可以在未减少原始误差的情况下，获得加高的加工精度。

（三）补偿或抵消原始误差。

误差补偿法是指人为地造成一种误差去抵消加工过程中的原始误差，从而减少加工误差。

（四）直接减少热源的发热及其影响。

为减少机床的热变形，应尽可能将机床中的电机、变速箱、液压系统、切削液系统等热源从机床主体中分离出来，对应不能分的热源，可以从结构、润滑等方面采取一些措施，以减少摩擦热的产生。一些大型精密机床还可以采用冷冻机，将润滑液、切削液强制冷却。

（五）热补偿。

热补偿就是将机床的某些部位加热，使机床受热均匀，从而产生均匀的热变形，如果热补偿使用恰当，将会对机床的精度产生显著的效果。

（六）热平衡。

当机床达到热平衡时，热变形趋于稳定，有利于确保加工精度。

三、结束语

综上所述，机械加工过程中误差产生的原因很多，只有找到产生误差的主要原因，从根本上找到解决问题的办法，才能使机械加工误差控制在允许的范围内，满足日益增长的精度要求。

作者：叶宝根 单位：江西工程高级技工学校