分析和消除机械加工精度的影响因素

李寒

摘 要 机械加工是将设计变为实物的重要环节，在机械加工过程中，由于影响加工精度的因素很多，误差的出现是无法避免的。如何使被加工的工件符合设计者的要求，如何减少影响加工精度的因素，在加工前就应弄清影响加工精度的各种因素。本文总结了影响加工精度的一些常见因素，从而可以有针对性地提出一些改进措施来提高加工精度。

关键词 机械加工 加工精度 误差 改进措施

一、前言

工件的加工质量确保了产品由图纸变成实物、工作性能和使用寿命。衡量机械加工质量的核心标准是加工精度。由于各种因素的影响，工件和刀具的相对位置会发生偏移，因此加工出来的产品与设计的不可能完全符合，两者的符合程度用机械加工精度和加工误差来表示。加工精度是指零件加工后的实际参数和理想参数的符合程度，他们之间的差异叫做加工误差。为了机械加工企业长久的发展，需要提高机械加工精度，从而提高零产品的合格率，提高生产效率。因此首先要弄清影响加工精度的因素，再采取相应的措施来消除影响。

二、影响机械加工精度的因素

1、机床误差

工件的加工大部分都是在机床上完成的，所以工件的加工精度在很大一部分取决于机床的精度。机床的制造误差对加工精度影响较大的主要有：主轴回转误差、导轨误差和传动链误差。另外机床的磨损对加工精度的影响也较大。

主轴回转误差是指主轴各瞬间的实际回转轴线相对平均回转轴线的变动量。它可以分解为径向圆跳动、轴向窜动和角度摆动等三种基本形式。产生主轴径向回转误差主要原因有：主轴几段轴颈的同轴度误差、轴承的各种误差、轴承之间的同轴度误差、主轴系统的刚度和热变形等。另外选择的加工方式不同对主轴回转误差的影响也不同。

导轨是机床上确定各机床部件相对位置的基准。也是机床运动的基准。机床导轨的精度有以下几个方面的要求：在水平面上的直线度、在垂直平面内的直线度、前后导轨的平行度。除了导轨本身的制造误差外，导轨的磨损不均匀和安装质量也影响导轨的精度。

刀具作为机械加工加工的重要组成部分，其对加工精度的影响主要分为静态误差（刀具的制造误差、外形误差、尺寸误差）和动态误差（刀具磨损）。夹具的作用是使工件相对刀具和机床有正确的位置。因此对加工的精度有相当大的影响。

在机床上，主运动进给运动和变速都是通过传动链来完成的。如果传动零件有误差（制造误差、装配误差和磨损），就会对加工精度产生影响。

2、工艺系统引起的误差

在加工过程中，工艺系统会在切削力、夹紧力、惯性力、重力、传动力的作用下产生变形，破坏了工件和刀具的相对位置，从而对机械加工精度产生影响。工艺系统对加工精度的影响主要包括：由受力点变化而产生的形状误差、误差复映、毛坯硬度不均匀使刀具切削力改变，工艺系统随之变形而产生误差、工艺系统中某个环节变形引起误差。

工艺系统在热源的影响下产生形变，从而引起误差。主要分为以下几类：机床热形变引起的加工误差、工件热形变引起的误差、刀具热形变引起的误差。

3、内应力重分布引起误差

零件在没有外力作用下存在的内部应力，称之为内应力。零件存在应力的时候，处在高能的不稳定状态，本能地向地能的稳定状态跃进，并伴有变形产生，从而使零件丧失原有的精度。在热处理工序中由于零件壁厚不均匀、冷却不均、晶相组织转变等，使零件产生内应力。

三、消除机械加工精度的影响因素

首先，在机械加工生产中，直接减少误差法在生产实践中应用较为普遍， 是在弄清产生加工误差的主要原因后直接进行消除或减少的方法。例如：细长轴的车削或由于力和热的作用使工件产生弯曲形变， 所以采用“大进给反向切削法”， 再用弹簧后顶尖， 可进一步消除热伸长带来的形变。一方面，工人也常人为的制造出一种新的误差来抵消一种原始误差，或者用原有的误差来抵消原有的误差或另一种误差，从而减小加工误差，提高加工精度。另一方面，工人也改变通过加工工序来将工艺系统的误差转移到不受影响的方向上，使加工精度不受这种误差影响。例如， 对加工过程中分度或转位的多工位加工工序运用转位刀架加工工序， 其分度、转位误差将直接影响零件的表面加工精度。

其次，对有表面精度要求的零件，可以采取在不断试切的加工方法，在加工过程中逐步均化原始误差。对配合精度要求很高的孔和轴，常运用研磨工艺。用研具摩擦工件表面时，凸点逐渐被磨掉，最终使零件达到很高的表面精度。

再次，一般的工件先精加工后再进行装配，因此整个机构的误差随零件的装配而累加，从而影响整个机构的精度。但在装配以后再精加工就可以从整体上控制误差，使整体的误差降到最小，这样就提高了机械加工的精度。

總而言之，在生产实际中，机械加工的精度达不到设计的要求是难免的。要想获得高质量的产品，我们必须在生产之前就弄清可能会产生的误差，然后在加工过程中或之后采取相应的措施，来消除误差的影响，提高机械加工精度。

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（作者单位：长江大学文理学院机电与信息工程系）