浅析机械加工工艺对零部件精度的影响

刘牧

摘 要：文章通过对机械加工工艺系统的分析来讨论加工工艺对零部件精度的影响，以采用有效措施提高加工精度。

关键词：机械加工；加工工艺；零件精度

1 加工工艺系统的几何误差对零部件精度的影响

1.1 机床主轴的回转误差

机床的主轴传递了加工的主要动力，主轴的旋转情况决定着刀具和工件的相对位置，它影响着工件加工表面的平整程度。主轴在加工过程中容易产生回转误差，即主轴在不同时刻的回转轴线偏离标准中心轴线，偏离产生的误差会将直接在其加工的零部件上得到体现。主轴产生回转误差的主要因素有：主轴的磨损，主轴轴承的匹配，主轴的同轴度等。为了消除主轴的回转误差，要严格按照要求完成主轴的装配，定期做好主轴的润滑保养工作，缩小主轴回转误差对零部件精度的影响。

1.2 导轨和传动系统的误差

机床的导轨是加工过程中位置移动的基准，只有导轨的各方面性能保持正常才能保证加工过程中进给、切削、退刀等位移的准确性。导轨的安装质量在一定程度上制约着工件的加工精度，并且导轨在长期加工使用中产生的磨损将使加工误差不断增加，因此零部件的误差一部分是来自于导轨的误差。零部件的误差还来自于机床传动系统的误差，传动系统的误差是指机床内联系传统链中首末元件之间的相对运动产生的误差。

1.3 刀具的精度

刀具的精度也影响着零部件的加工精度，尤其在一些特殊的加工方式中刀具的精度对工件的加工精确起着决定性作用。刀具的磨损与切削路径的关系如图1所示。

图1 刀具的尺寸磨损与切削路程的关系

刀具在切削过程中，切削刃、刀面与工件、切屑产生强烈摩擦，使刀具磨损。当刀具磨损达到一定值时，工件的表面粗糙度值增大，切屑颜色和形状发生变化，并伴有振动。刀具磨损将直接影响切削生产率、加工质量和成本。

为了提高成形刀具的刃磨和安装精度，除了在安装设备时采用对刀样板或对刀显微镜，实现成形刀具的精确安装外，还可选用新型耐磨刀具材料，合理选用刀具几何参数和切削用量，正确刃磨刀具，正确采用冷却润滑液，实际加工时要采用补偿装置对刀具尺寸磨损进行自动补偿，这样均可提高零件加工精度。

2 加工工艺系统的受热、受力变形对零部件精度的影响

2.1 刀具的热变形和受力变形

机械加工中刀具对工件进行剪切使其变形过程中，切屑与道具摩擦产生大量的热量，刀具在高温的条件下发生热变形，不同材质的刀具变形情况不同，相同的是这种变化都由快到慢最终趋于稳定。由于刀具的热变形，工件被切削的尺寸往往会增多，导致工件的精度不准确。在加工工艺过程中，必须要选择合适的刀具，注意切削量，并使用冷却液来控制刀具的热变形，提高零部件加工的精度。

2.2 工件的热变形和受力变形

加工过程中，工件受切削产生热量的影响同样发生热变形，并且工件的热变形对加工精度的影响非常大。例如在刨床上加工长方体锤头的上表面时，加工表面受到刨刀挤压形成切屑并且温度迅速升高，然而工件下表面温度较低，工件在受热不均匀的条件下发生热变形，中部弯曲、上表面凸起，造成切削量过多进而影响了工件的精度。减小工件热变形主要措施：一方面可以对工件非加工表面进行预热，减小温差造成的热变形程度；另一方面使用合适的冷却润滑液，防止加工产生的过高的温度。

2.3 机床本身的热变形和受力变形

工件的加工是工件、刀具和机床的整体系统配合下完成的，機床本身在这个系统中首先受到加工时产生热量的影响，其次还受到自身运转产生热量的影响。机床的受热变形主要表现为局部部件形状改变，各部件相对位置偏移。例如传动皮带受热后长度发生变化，出现打滑现象影响主轴转速；轴类、齿轮类元件受热弯曲，导致主轴倾斜打破了原来的相对位置等情况都影响了加工精度。要想消除这些不良的影响必须根据产生热量的来源，采用降温处理。

通过提高机床受力部位刚度，减小其受力变形的可能性可以有效地控制机床受力变形，减小它对加工精度的影响。

3 加工工艺过程中的操作对零部件精度的影响

3.1 装夹与调整

在机械加工生产过程中，随着工序的进行对工件再装夹和再调整是不可避免的，然而在重新装夹和调整过程中，由于手工操作的准确性，很难保证工件和刀具的相对位置处于理想的状态。装夹调整中微小的偏差改变了工件的加工量，零部件的误差在受其他因素影响的基础上进一步扩大，最终导致整体加工精度较低。所以在机械加工过程中，要规范操作、减小再装夹和调整的误差；对于大批量零部件生产工艺中，可使用固定夹具以及适当的辅助工具，减小装夹调整误差对零部件加工精度的影响。

3.2 测量误差

测量是工件加工过程中的必要环节，它可以保证工件的加工尺寸并且可以做出有效地调整。测量的准确性直接关乎到被加工零部件的精度，然而测量时使用不合理的测量方法或不正确的测量工具往往是导致零部件加工误差较大的原因。为了减少测量误差、提高加工精度，必须规范测量操作，保证量具的有效性。

3.3 数控编程

在数控机床的编程过程中，数控加工的原点确定、加工路线设置、插补方式以及数据处理等都影响着加工零部件的精度。当数控机床长期使用或由于其本身传动系统结构上的原因，可能存在反向死区误差。这时需要在数控编程采取措施，以消除反向死区误差，提高加工精度。尤其是当被加工的零件尺寸精度接近数控机床的重复定位精度时，更为重要。

如加工心轴装配底板，如图，加工中编程的刀具移动方向需为O→A→①→②→B→③→④，增加A，B两个辅助点，用于加工过渡，即可消除机床反向间隙。另外，编程时候尽量用绝对方式编程，绝对方式编程以某一固定点（工件坐标原点）为基准，每一段程序和整个加工过程都以此为基准。而尽可能少用增量方式编程，增量方式是以前一点为基准，在加工下一点，如此连续执行多段程序必然产生累积误差。

4 结束语

机械加工工艺过程中存在着诸多不良因素，它们在不同程度上影响着零部件的加工精度。通过对加工工艺认真仔细地分析，找到各种误差、变化和不合理的操作，采取针对性措施尽量消除不良因素的影响，并将客观存在的因素控制合理范围之内，零部件的机械加工精度将会逐渐提高。

参考文献

[1]付琼芳.工艺系统误差对机械加工精度的影响[J].机械制造与自动化，2010（5）.

[2]崔影明.关于影响机械加工精度因素浅析[J].黑龙江科技信息，2010（16）.

[3]王发.浅析机械加工误差的产生及如何提高精度[J].民营科技，2010（2）.