零件加工误差的原因及防范措施研究

张铁创

（洛阳职业技术学院，河南 洛阳471000）

零件加工精度是零件加工后表面的实际形状、尺寸、位置等几何参数与设计要求参数的符合程度，参数一致性越高则加工精度就越高。加工误差指零件实际参数与设计参数的偏离数值。偏离数值的大小表示了加工精度的高低，加工精度越高加工误差则越小。

加工精度一般用公差等级表示，等级值越小，其误差越小，精度越高。公差等级从IT01、IT0、IT1、IT2～IT18一共有20个，其中精度最低的是IT18级，精度最高的是IT01级。

零件的形状精度、尺寸精度和相互位置精度等都属于工件的加工精度。加工精度的研究，关键要弄清影响精度的问题所在，采取各种措施将影响精度的各种误差因素进行控制，并使其在规定的公差范围之内。为保证工件的高精度要求，就必须探究加工过程可能影响加工精度的各种因素，进而最优的加工方案，达到符合要求的加工精度。

1 误差产生的原因分析

1.1 因设备原因造成的的制造误差

零件加工过程中要用到各种类型的机床及工具，这些机床及工具由于长时间磨损，某些性能会发生改变，甚至在使用过程中会出现故障，由于设备、工具原因导致的零件零件加工精度下降，统称为加工误差。例如常用的C6140车床，导轨在使用过程中容易向误差敏感方向移动，这就造成零件表面的直线度和平面度误差；其次机床的主轴在旋转过中已偏离主轴中心线，这样易造成同轴度和圆度误差；最后机床的传动链在车床加工零件过程中会发生位置变化，从而造成位置度和对称度误差。

1.2 因各种刀具造成的加工误差

机械加工中，刀具的选择要依照工件的类型选取，不同形状、不同种类的刀具在使用过程中产生的误差也各不相同。成型刀具的形状精度影响零件的形状公差，例如插齿刀、花键滚刀、齿轮滚刀等成型刀具；固定尺寸刀具的精度会影响零件的尺寸公差，如铰刀、键槽铣刀和拉刀等；常用刀具尺寸在加工中对加工精度无直接影响，但在刀具磨损后影响零件的表面粗糙度，如车刀、镗刀、铣刀等。另外，数控机床的加工程序都受刀具的实际尺寸影响，刀具的磨损和尺寸变化直接影响工件的加工精度。此外，工件材料的硬度和强度也会影响零件的加工精度，零件在加工过程中受到惯性、切削、传动及动力的作用，使零件和刀具的位置发生变化引起加工误差也是影响加工精度的原因。

1.3 因定位和夹紧不当造成的装夹误差

零件加工的定位常采用六点定位原理定位，一般以设计基准作为定位基准进行加工。由于某些原因，零件加工时的定位基准不能采用设计基准定位，或者定位装置有误差都会造成定位基准与设计基准不一致，形成定位误差。夹具在零件加工中起固定工件的作用，夹具的选择要根据零件加工的工艺、零件加工的工序慎重选择。

1.4 因受热造成的温度误差和因内应力造成的误差

实验研究数据显示，因热变形引起的温度误差占总误差的40%左右，热变形主要有机床热变形、刀具热变形、零件热变形等，其中零件热变形影响最大。在加工过程中，尽管大量使用切削液进行冷却，但这一方法治标不治本，因为受热变形的不仅是加工中的零件和刀具，机床的各个部件产生的热变形不同。受到不均匀热变形影响的零件此时与刀具进行切削，势必造成误差。

2 提高加工精度的措施

2.1 尽可能选用精密机床，提高制造精度

“工欲善其事，必先利其器”。要想提高零件加工的精度，选用精密机床是最直接的手段。近年来数控机床以精度高、刚性大、加工质量高被大量使用在零件的加工中。数控机床能加工零件上的曲线轮廓、空间曲面和形状复杂、尺寸繁多、划线与检测困难的凹槽。由于数控机床比普通机床价格高得多，因此不一定将零件的所有加工内容都安排在数控工序中进行，要注意做好数控加工工序和普通加工工序的衔接，最好的办法是根据零件的结构、定位和夹紧等方面来考虑，使零件的刚性不被破坏。达到能相互满足加工需要，使工件质量和技术性能达到要求。

对于一般机床，要想提高加工精度首先提高机床本身的精度，做到常用常检、常用常修，及时更换磨损的零部件，保证机床良好的工件状态。严格控制零件加工过程中受到的作用力，减小工件由于受热、磨损、内应力及变形等产生的影响，如果变形根据情况，制定应对方案，从而提高零件的加工精度。

2.2 选用专用、组合夹具，提高装夹精度

零件加工时，根据加工工艺选好加工设备后，就要考虑选择夹具，为了提高零件的加工精度，建议选用专用或组合夹具，来保证零件的定位精度。专用夹具指专门为零件的某道工序而设计的夹具，它能一次装夹到位，减小定位误差，保证较高的加工精度，专用夹具适用于零件固定且批量大的生产中。当零件不断变化时，最好采用组合夹具。组合夹具是由一套预先制造的具有不同几何形状、不同尺寸和不同规格的高精度、高硬度且有良好互换性的元件组成，这些元件根据零件的工艺要求，可以组装成各种专用夹具。组合夹具的元件精度高，耐磨且实现完全互换，元件精度一般为IT6～IT7级。用组合夹具加工的工件，位置精度一般可达IT8～IT9级。组合夹具适用于新产品试制和多品种小批量生产。组合夹具体积较大、刚度较差的缺点制约了它的发展。

2.3 用控制温度、误差转移法来补偿温度误差

温度误差占总误差的比重较大，所以补偿温度误差应做为提高精度最重要的途径来考虑。控制热源是控制机床热变形最根本的措施，可以从以下方面控制热源：第一电机产生的热是热变形的首要原因，选用额定功率大的电机能减少热能的产生，额定功率最好选用比计算功率大25%的电机，这样可有效降低电动机温升。也可对电配箱配以冷机，予以强迫冷却。第二高速切削也是减小热变形的主要方法。当金属切削的线速度达到一定值时，被切削的金属产生由于塑性变形小，而产生的切削热也少。

零件热变形可以通过误差转移的方法来补偿误差，误差转移是通过合理的措施将热变形进行转移，误差转移时不能影响误差的精度。例如，可以用工件表面误差向其切线方向转移的办法来补偿误差。

2.4 通过误差分组提高整体精度

零件加工需要一整套复杂的工序，各个工序之间相互联系，如果上一工序中存在较大误差，下面的工序将会受影响。在大批量生产时，可以用分组法来减小上一道工序的误差。具体做法是将上一工序的零件进行误差分析，并以误差大小分组，依据分组情况适当调节工艺，寻求最小误差值，以此减小误差，降低整体误差值。

3 结 语

机械行业的技术和发展水平决定着一个国家工业发展水平，机械加工的精妙之处在于对细节化的控制，找到误差产生的原因，并针对性地加以控制是提高加工精度最有效的措施。