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机械加工精度的误差分析与改进方法
XXX
(东北大学XX学院xx专业1xxx班 学号：20xxxxxx 沈阳 110004)
摘要：随着社会经济的不断发展，对机械加工产品的需求量也越来越大。机械加工是一项对精细化要求很高的产业，产品精度是衡量加工产品质量的主要标志，但是在加工操作过程中，过多的工序、复杂的流程，都造成了非常多的可变因素对工件的质量会产生影响。所以如何减少对精度的影响因素，使加工工件的质量达到质量要求，是机械加工需要考虑的主要问题。但是，制定应对的措施，就需要对加工的所有细节都有深度的了解，并对各种所包含的可变因素进行分析总结，才能提出提高机械加工精度的科学合理的措施。零件的加工质量是保证机械产品质量的基础。零件的加工质量包括零件的机械加工精度和加工表面质量两大方面，这是机械制造工艺学研究的最主要问题。为了说明问题的需要，我们一般将影响机加工精度的因素分为加工前的误差和加工后以及加工过程中的误差。此项分析与研究的目的就是要将这些误差对零件加工精度的影响控制在一定范围内或降至最小，以保证工件的加工精度要求。本文主要详细分析了影响零件机械加工精度的因素及规律，并分析和提出了相应的对策。
关键词：机械加工 工艺分析 质量技术 加工精度 几何误差 质量控制 机械质量 中图分类号：TG156
Mechanical Processing Precision of the Error Analysis and Improvement
Methods
XXX
(Xxxxxxx,xxxxxx,xxxxxx, Northeast University, Shenyang 110004)
Abstract： With the economic and social development, to mechanical processing product demands larger and larger. Mechanical processing is a fine high requirement of the industry, the product is the measure precision processing the quality of products of the main mark, but in the processing operation process, too many processes, complex process, have caused a very more variable factors on the quality of the impact. So how to reduce the influence factors on accuracy, make the machining quality to meet the quality requirements, is the mechanical processing need to consider the main problem. But, formulate measures should be, you need to have all the details of the processing of the depth of understanding, and kinds of the contains variable factors are analyzed and summarized, the improvement of the machining accuracy can be put the scientific and reasonable measures. Parts processing quality is to guarantee the quality of mechanical products based. Parts processing quality including machining precision and surface quality processing two aspects, it is the mechanical manufacturing technology of the most major problem. To illustrate this need, we generally will affect the accuracy of the machining process of the error of factors into before and after processing and processing process of the error. The analysis and the purpose of the research is to put these error on the influence of the precision parts processing control in a certain range or minimize, in order to keep the process accuracy. This paper analyzes the impact of detailed machining precision mechanical parts of the factors and laws, and analysis and put forward the corresponding countermeasures.
Key words: Mechanical Processing Process Analysis Quality Technology Processing Accuracy Geometric Errors
Quality Control Mechanical Quality
0 前言
*在机械制造中,加工精度是指零件加工后实际几何尺寸的准确程度，它是评定零件加工质量的主要指标之一。在复杂的机械加工操作中，由于人为、设备等客观因素的存在，决定了误差存在的必然性，
但要使加工工件要符合其使用条件，就要尽可能的
把误差控制在一个允许的范围内。在加工过程中，通过对误差规律的摸索总结，制定出科学的应对措施，并对其进行深入贯彻实施，进而有效提高加工精度。为了说明问题的需要，我们一般将影响机加工精度的因素分为加工前的误差和加工后以及加工过程中的误差。此项分析与研究的目的就是要将这
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些误差对零件加工精度的影响控制在一定范围内或降至最小，以保证工件的加工精度要求。下面就机床的几何误差对零件加工精度的影响及其消除作简单分析。
1 机械加工产生误差的主要原因
在机械制造中零件加工精度决定着机械产品的质量，机械加工精度是指零件加工后的实际几何参数，包括机械零件的尺寸、形状和相互位置，与理想几何参数的符合程度。符合程度越高，加工精度就越高。在机械加工过程中，由于各种因素的影响，使得加工出的零件，不可能与理想的要求完全符合。这种加工后零件的实际几何参数(尺寸、形状和相互位置)对理想几何参数的偏离程度叫加工误差。从保证产品的使用性能分析，没有必要把每个零件都加工得绝对精确，允许有一定的加工误差。因此，满足零件使用性能，在零件图样标注的尺寸、形状和相互位置允许误差范围称为公差。 1.1 主轴回转误差
主轴回转误差是指主轴各瞬间的实际回转轴线相对其平均回转轴线的变动量。产生主轴径向回转误差的主要原因有：主轴几段轴颈的同轴度误差、轴承本身的各种误差、轴承之间的同轴度误差、主轴绕度等。所以要进一步提升超精密主轴单元、超精密导轨副单元、超精密平稳驱动系统、超精密轮廓控制技术及纳米级分辨率数控系统的性能并加快其工程化。均可提高机床主轴的回转精度。 1.2 导轨误差
导轨是机床上确定各机床部件相对位置关系的基准，也是机床运动的基准。车床导轨的精度要求主要有以下三个方面：在水平面内的直线度；在垂直面内的直线度；前后导轨的平行度(扭曲)。除了导轨本身的制造误差外，导轨的不均匀磨损和安装质量，也是造成导轨误差的重要因素。 1.3 传动链误差
传动链的传动误差是指内联系的传动链中首末两端传动元件之间相对运动的误差。传动误差是由传动链中各组成环节的制造和装配误差，以及使用过程中的磨损所引起的误差。 1.4 刀具的几何误差
刀具在长时间的操作使用过程中不可避免的会产生磨损，使其物理性质发生变化。刀具的尺寸形状的变化都会让产出工件的尺寸数据发生变化。正确地选用刀具材料和选用新型耐磨的刀具材料，合理地选用刀具几何参数和切削用量，正确地采用
冷却液等，均能最大限度地减少刀具的尺寸磨损。必要时还可采用补偿装置对刀具尺寸磨损进行自动补偿。
1.5 定位误差
一是基准不重合误差。在零件图上用来确定某一表面尺寸、位置所依据的基准称为设计基准。在工序图上用来确定本工序被加工表面加工后的尺寸、位置所依据的基准称为工序基准。在机床上对工件进行加工时，须选择工件上若干几何要素作为加工时的定位基准，如果所选用的定位基准与设计基准不重合，就会产生基准不重合误差。二是定位副制造不准确误差。夹具上的定位元件不可能按基本尺寸制造得绝对准确，它们的实际尺寸(或位置)都允许在分别规定的公差范围内变动。工件定位面与夹具定位元件共同构成定位副，由于定位副制造得不准确和定位副间的配合间隙引起的工件最大位置变动量，称为定位副制造不准确误差。 1.6 工艺系统受力变形产生的误差
一是工件刚度。生产过程中，工件在切割过程中要受到一定的应力作用，如果工件的刚度太差，必然会在应力的作用下产生弯曲等形状变化，会极大的影响加工精度。
二是刀具刚度。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。
三是机床部件刚度。机床部件由许多零件组成，机床部件刚度迄今尚无合适的简易计算方法，目前主要还是用实验方法来测定机床部件刚度。变形与载荷不成线性关系，加载曲线和卸载曲线不重合，卸载曲线滞后于加载曲线。两曲线线间所包容的面积就是载加载和卸载循环中所损耗的能量，它消耗于摩擦力所做的功和接触变载和卸载循环中所损耗的能量，它消耗于摩擦力所做的功和接触变形功；第一次卸载后，变形恢复不到第一次加载的起点，这说明有残余变形存在，经多次加载卸载后，加载曲线起点才和卸载曲线终点重合，残余变形才逐渐减小到零。
1.7 工艺系统受热变形引起的误差
加工环境也会对加工工艺产生影响，比如在生产切割过程中产生的摩擦热源，和一些接触性热源，工件会因受热膨胀，并会在受到限制时产生各种性状的改变，所以改善工艺环境，最大限度的减少这种影响因素的产生，是提高工艺精度的有效方法。
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1.8 孔径增大，导致误差
铰刀外径尺寸设计值偏大或铰刀刃口有毛刺；切削速度过高；进给量不当或加工余量过大；铰刀主偏角过大；铰刀弯曲；铰刀刃口上粘附着切屑瘤；刃磨时铰刀刃口摆差超差；切削液选择不合适；安装铰刀时锥柄表面油污未擦干净或锥面有磕碰伤；锥柄的扁尾偏位装入机床主轴后锥柄圆锥干涉；主轴弯曲或主轴轴承过松或损坏；铰刀浮动不灵活；与工件不同轴；手铰孔时两手用力不均匀，使铰刀左右晃动。出现这种现象可根据具体情况适当减小铰刀外径；降低切削速度；适当调整进给量或减少加工余量；适当减小主偏角；校直或报废弯曲的不能用的铰刀；用油石仔细修整到合格；控制摆差在允许的范围内；选择冷却性能较好的削液；安装铰刀前必须将铰刀锥柄及机床主轴锥孔内部油污擦净，锥面有磕碰处用油石修光；修磨铰刀扁尾；调整或更换主轴轴承；重新调整浮动卡头，并调整同轴度，注意正确操作。 1.9 测量误差
受到机械自动化程度的影响，零件在加工过程中或加工结束后都要人工进行测量，所以测量方法是否正确、测量器具的精准程度、及很多人为因素都影响着工件的精度。
2 提高和控制机械加工质量的途径
2.1 降低主轴回转误差
为了分析的方便，可以将主轴回转轴线的运动误差分解为三种基本形式：纯径向园跳动、纯轴向窜动和纯角向摆动。由于主轴实际回转中心在不断变化，所以实际误差是上述三种运动形式合成，所产生的一个瞬时值。是以某一固定部位与轴承内表面的不同部位接触，因而当滑动轴承内孔有圆度误差时，将使主轴在回转的过程中产生径向跳动，引起撞孔的圆度误差，而主轴颈本身的圆度误差影响较小。
2.2 减少滑动轴承对回转误差的影响
采用滚动轴承结构的机床中，滚道形状误差对不同机床的影响是不同的。对于车床类机床，由于轴承承载区位置基本上不变，故滚动轴承内环滚道的圆度是影响主轴回转精度的主要因素，而对于铿床类机床，由于轴承承载区位置是不断变化的，滚动轴承外环滚道的圆度是影响主轴回转精度的主要因素。
2.3 控制主轴回转误差对加工精度的影响
主轴回转误差对加工精度的影响，取决于不同
截面内主轴瞬时回转中心相对于刀尖位置变化情况。而这种变化应重点分析在加工误差敏感方向上的影响。对于刀具回转类机床，加工误差敏感方向和切削力方向随主轴回转而不断变化，如螳床；对于工件回转类机床，加工误差敏感方向和切削力方向均保持不变，如车床。下面以车床、程床为例，就主轴回转误差的三种基本形式对加工精度的影响进行分析。 主轴纯径向圆跳动误差对于孔加工时，铿出的孔是长短轴不变或变化的椭圆柱。车削时，主轴纯径向圆跳动对工件的圆度误差影响很小，车出的工件表面接近于一个真圆。主轴纯轴向窜动误差对内外圆柱面的加工没有影响，但在加工端面时，会使加工出的工件端面与内外圆轴线不垂直，产生平面度误差，加工螺纹时产生螺距误差。主轴轴线产生纯角度摆动，在车削时工件同一截面的园度误差小，但是会产生圆柱度误差。镗孔时，纯角度摆动使主轴轴线与工作台导轨不平行，使铿出的孔呈椭圆形。
2.4 提高主轴回转精度的措施
提高主轴回转精度通常采用以下措施： 1）选用高精度的轴承，并提高主轴及箱体的制造精度和主轴部件的装配精度；
2）使回转精度不依赖于主轴。工件的回转成形运动不是靠机床主轴的回转运动来实现，而是靠夹具的回转运动副来实现，如采用死顶尖磨外因时，提高项尖孔质量，保证两顶尖孔的同轴度，对保证工件的形状精度非常重要。 2.5 提高直线运动精度
为了提高机械加工的质量，通常常采用刮研等方法加工提高机床导轨的加工精度和配合接触精度：采用静压导轨或贴塑导轨提高傲动进给定位精度和机床精度保持性；选用合理的导轨形状和导轨组合形式来提高直线运动精度如90°的双三角形导轨其直线运动精度保持性较好，而这种导轨的磨损主要在垂直方向，故对一些在垂直方向是误差非敏感方向的机床(如卧式车床)可长期保持原有精度。 2.6 加工过程工艺调整
在机械加工的每一个工序中，为获得被加工表面的尺寸、形状和位置精度，总是要对工艺系统进行这样或那样的调整。由于调整个可能绝对地准确，因而产生调整误差。 单件、小批生产中普遍采用试切法加工。加工时先在工件上试切，然后测量、调整再试切，直至符合规定的尺寸要求时，再正式切削出整个待加工表面。在成批、大量生产中，广泛采用调整法(或样件样板)。预先调整好刀具与工件的相对位置，并在一批零件的加工过程中保持这
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相对位置不变来获得所要求的零件尺寸。在以后的加工免去试切，所以既缩短了调整时间，又可得到较高的加工精度。 2.7 实行超精密加工
实行超精密加工也是提高机械加工质量的一种措施，超精密加工是指加工精度和表面质量超过当前所用公差标准中最高程度酌加工工艺。精密加工和超精密加工的界限不是固定不变的，随着科学技术的进步而逐渐向前推移。精密加工与超精密加工的主要特点是机床精度高、刚性好，机床具有精确的微量进给装置，机床工作台低速运动稳定性好以及工艺系统抗振性好，此外，还具有如下特点：
1）精密和超精密加工都是以精密元件为加工对象，与精密元件密切结合而发展起来的，因此不能脱离精密元件搞精密加工。精密加工的方法、设备和对象是互相关联的；
2）超精密加工时，吃刀且极小，是微量切除和超微量切除，因而对刀具刃磨、砂轮修整和机床均有很高的要求；
3）精密和超精密加工是一门综合性高级技术，要达到高精度和高表面质量，要考虑加工方法、加工工具及其材料的选择；被加工材料的结构及质量、加工设备的结构及技术性能、测试手段和测试设备的精度；恒温、净化、防振的工作环境，工件的定位与夹紧方式和入的技艺等诸多因素，因此，精密加工和超精密加工是一个系统工程；
4）在精密加工和超精密加工中，检测和加工联系十分紧密，精密测量是精密加工和超精密加工的必要条件，需要具备与加工精度相适应的测量技术，否则就不能判断加工精度是否达到要求，也无法为加工精度的进一步提高指出方向。
3 结语
总之，为了提高机械加工质量与控制，除了以上工艺以外，还要注意保持工艺系统的热平衡，这样可使机床作高速空运转，当机床在较短时间内达到热平衡之后，再进行加工。必要时，还可以在机床的适当部位设置控制热源，人为地给机床加热，使其尽快地达到热平衡状态。另外精密机床加工时应尽量避免中途停车。此外还必须控制加工机械的环境温度，精密机床一般安装在恒温车间，其恒温精度一般控制在+1℃以内，精密级为+0.5℃。恒温基数按季节调节一般春、秋为20℃，在夏季取23℃，在冬季可取17℃。以上等因素是机械加工质量与控制综合因素，缺一不可。
参 考 文 献
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