机械加工中误差产生的原因分析

纪春波，张丽娟，李勇兴

（西京学院，陕西 西安 710123）

机械加工误差指在生产加工过程中，因为种种环境因素或人为因素而使得加工生产后的零件同前期预期零件的尺寸、质量或表面积等产生一些偏差的现象，虽然机械加工误差在实际加工生产过程中属于一种不可避免的现象，但却可以通过人为干预将其控制在合理的范围内，从而尽可能降低生产误差对机械零件的质量影响。而如何才能将机械加工误差控制在合理范围内，则需要从机械加工的整个过程出发，认真梳理机械加工过程中的误差产生来源，发现误差出现的规律，从而才能发现导致误差的本质原因，降低机械误差产生率，提高机械加工效率，争取更大的经济效益。

1 机械加工误差的概念和分类

众所周知，机械加工的精细程度和机械加工所能产生的误差之间有着紧密的联系，上文也提出了——机械加工误差就是指在生产加工过程中，在多种因素影响下，使得加工生产的零件同前期预计零件之间在质量、尺寸、表面积等方面所产生的差异程度。而机械误差则是指在机械加工过程中，因加工产品同标准产品之间存在较大差异（超出机械精度允许范围），使得所生产零件出现质量不足、精度过低的现象。如此来看，不难发现机械加工精度与机械加工误差是评价机械加工质量的重要参数，通过测量差异范围能够直观地反映出机械加工的质量，所测量的差异值越小等级越高，加工出来的机械零件质量也就越高。在实际的生产、加工过程中，为了能更好地反映机械加工的质量，可以通过判断机械加工的精细程度来反映实际机械加工误差的大小。换句话说，通过使用相应的分析方法，对机械加工误差进行科学分析，掌握误差产生的规律和变化，就有可能通过采取针对性措施达到降低机械误差产生概率的目的，从而提高机械加工产品的精度和质量。

在整个机械加工生产过程中，机械与相应道具组成了一套系统的零件加工体系，在不同的生产阶段所产生的生产误差不同，从而对机械加工所造成的最终误差影响也不同，主要可分为生产前期误差及生产过程误差两大类。其中，在加工初期，因加工系统本身初始状态而对机械加工产品所造成的生产误差称为原始误差；另一种是因为加工工件或加工刀具在静态下或者是在生产过程中因位移运动所产生的误差就叫做几何误差。另需注意的是，在机械加工过程中，因切削工序所产生的误差也称为原始误差，这部分误差所产生的影响主要包括对机械零件的形变影响（热变形）以及应力等。需要明确的是，任何的机械加工都不可能完全地避免加工误差，都不能实现加工参数的绝对精准，但只要最终的加工产品在质量允许范围内，都可视作质量合格的产品。

2 机械加工误差产生的原因

（1）机械加工过程中的原理误差。机械加工经过漫长岁月的淬炼，已经慢慢形成了各种各样、各具特色的加工工艺，在对不同的对象进行加工操作的过程中，因所用的加工工艺不同，所应用到的加工原理也就不同，因此，在加工过程中所遇到的客观误差也就不同，例如，在使用齿轮滚刀的过程中，难免会造成齿轮形廓误差，这种误差的产生会导致最终生产出来的机械齿轮同模具之间在外形或尺寸上产生差异，如果差异过大，则可能直接报废，增大了机械加工的残次率，损害了经济效益，不利于公司的长远发展。

（2）机械加工过程中的资源误差。在对机械零件进行加工处理的过程中，所需用到机床、道具、夹具等一系列基本零件制造资源，其中机床是用于提供操作场所，便于刀具对机械零件进行基本加工处理；刀具主要用于对机械零件进行切削、造型处理，使得机械零件逐渐在外形、表面积、尺寸等方面趋近于模具；夹具主要是用来对机械零件进行固定，保证在机械加工过程中不会出现相对位移，确保刀具能按照既定轨迹对其进行切削处理。而在这一系列工具加工过程中，每步工序都可能会对机械零件的最终形态产生影响。例如，机床主轴的误差可能会使得刀具在切削零件时产生旋转径向误差，影响产品的最终加工精度；此外，夹具以及刀具同样作为机械零件，在锻造的过程中本身就可能存在生产误差，这些误差在使用过程中也不可避免地会影响相关产品的生产精度。与此同时，随着机床、刀具、夹具等相关机械加工工具使用时间的过程，也难免会产生磨损、热形变等，这会使得相关机械加工工具的精准度下降，从而影响机械零件的加工精度，增大机械零件的加工误差。

（3）机械加工过程中刀具的几何误差。在机械零件的加工过程中，会根据加工要求使用不同的加工刀具进行切削处理，这时候，加工刀具会同机械零件之间产生强烈摩擦，这就会使得加工刀具的刀口产生不同程度的磨损，但本着物尽其用的原则，虽然会及时进行刀具更换，但并不会每生产一个零件就替换一个刀具，所以，这些刀具在加工过程中就会在不断增大刀具磨损的同时，去加工下一个机械零件，因此，便会对后续每个机械零件产生加工误差；不仅如此，在切削加工的过程中，可能会产生大量的热和作用力，这会对加工刀具的形状造成改变，使得加工刀具差生热形变，从而加大机械零件的加工误差，对机械加工零件的精度造成直接影响。除此之外，在进行机械加工之前，为了能确保机械零件的加工精度，必定会对加工工具进行调试处理，但这些调试工作都是需要逐个进行，且都是在人为操作下完成，这就难以避免每个调试操作所存在的人工误差，这些误差相互作用会影响后续调试步骤，且在实际加工过程中，还会对机械零件的生产精度产生进一步的影响。

（4）机械加工过程中的工艺系统误差。机械零件在加工的过程中离不加工工艺，而加工工艺误差的产生主要是因为机械零件在切削、流转等过程中会因作用力、热等因素的影响而产生的弹性形变，从而使得机械零件和加工工具之前产生相对位移，改变了机械零件加工过程的受力位置，而机械零件在切削过程中的受力点正是切点的重要考证，如果受力位置发生改变，也就意味着机械零件在传动过程中的位置偏离了既定轨道——出现位置错位，从而使得刀具切削时不能按照模具位置进行切割，产生了加工工艺误差，大大影响了机械零件的加工质量和加工效率，进而对企业的生产效益造成影响。

3 如何有效控制机械加工误差的产生

（1）从根本上降低机械加工过程的原始误差。如上文所述，原始误差是机械加工过程中需要重点关注对待的加工误差，降低机械加工原始误差主要是通过对机械零件加工过程的工序进行检测来实现的。在充分分析好造成机械加工过程中原始误差所产生的原因后，就需要根据加工实际以及加工需求针对性地寻找解决解决方案，对比方案效果，从而选择出最佳的解决策略降低机械加工原始误差。这一方面，在实际的机械加工过程中，最常用到的误差降低法就是直接降低，这也是能够从源头杜绝加工误差，确保加工质量和机械加工的精度，进而提高生产效率的有效手段。

（2）优化机械零件的加工工艺，提高误差测量精准度。为了能够更好地提高机械加工的精度和效率，必须明确每个机械加工的环节，确保能够将机械加工误差控制在合理的范围内。在提高机械零件加工精度的过程中，最重要也是必须要做的就是明确机械加工过程所用到的加工工艺，以此才能根据具体的加工工艺找到突破口，顺藤摸瓜找到导致加工误差的原因。在实际机械加工过程中，可能会存在两种误差：其中一种是系统误差，另一种则是随机误差。系统误差指在一定时间段内，因某些因素影响从而导致机械零件在加工过程中数量或矢量发生改变或维持原状不变的一种误差，前者称为变值系统误差，后者称为常值系统误差。常值系统误差又包括原理误差、机床制备中各部分原器件所产生的制造加工误差或因为加工工艺链受损所造成的制造误差等；而变值系统误差又包括制造工艺链因热、外作用力影响产生形变加工误差，刀具磨损所造成的机械制造误差等。

随机误差则是指在机械零件加工过程中，因某些不确定的人为因素或环境因素所导致的机械零件生产加工后同模具之间在数量、矢量等方面产生差异的一种现象，随机误差包括零件内部作用力误差、机械零件的定位误差、材料误差等。综合来看，不同误差所差生的原因不同，对机械零件加工后造成的加工误差也各不相同，认清各种误差的本质才能寻找更适合的解决策略来减小甚至消除掉机械加工误差，才能从根本上提高机械零件的加工质量和精度。

（3）充分考虑机械加工过程中可能产生的作用力及热影响，合理选择加工刀具等施工工具。在机械加工的过程中，不但需要考虑所加工的零件是否符合加工标准，同时，也要考虑到加工零件的实用性，控制零件加工的成本，从多个方面共同对机械零件的精度进行控制，例如，要确保机械零件的周边厚度均匀、结构匀称，这样可以尽可能减小机械工件内应力的发生，从而避免机械工件内应力对制造精度产生的影响；与此同时，在机械加工过程中使用不同的切削刀具、不同的切削角度等都会对最后加工零件的质量、形状、表面积等产生影响，因此，在加工之前一定要充分了解加工要求，合理选择适合的刀具、设定切削角度，从而有效控制机械加工的精度，并通过加工后的化学处理及热处理等，进一步降低切削刀具对机械零件加工过程产生的影响，防止机械零件发生热形变，确保零件加工质量。

（4）根据实际情况进行误差补偿，确保机械零件的生产加工质量。虽然原理上是可以通过多种手段来控制甚至消除加工误差对机械零件加工精度的影响的，但不能否认的是，机械加工误差是一个不可避免的问题，因此，为了能够尽可能地保证机械零件的加工精度，除了在生产加工过程中正确使用加工工具、避免加工误差外，还可以通过修改参数的方式以误差补偿的形式确保机械零件的加工精度。而机械零件误差补偿的实施前提则需要相关工作人员首先要能够充分了解机械加工过程中造成加工误差的原因及原理，从而在相应的加工工序中人为修改参数，针对性实现误差补偿，将原本可能造成的加工误差“纠正”到合理范围内，提高机械加工精度。除此之外，还可以通过转移原始误差的方式减少机械加工误差，例如，将原始误差敏感方向转移到相对来说较为不敏感的方向，这样也能够降低机械加工误差概率，进而有效保证整个机械零件加工过程的质量水平。

4 结语

综上所述，一个零件从加工到生产完成需要经过众多环节，每个环节都会因环境影响或人为影响对零件的尺寸、质量或理论值等造成一些影响，这就会使最终生产出来的零件同预计零件之间产生一定的偏差，增大产品残次率，影响生产效益。而若想从根本上解决这个问题，就必须做好理论分析，从生产源头入手，找出产生误差的原因，提出对应性解决方案，寻求经济、可靠的解决方案，将零件加工误差合理、科学地控制在一定的范围内，紧跟时代发展浪潮，提高机械生产效率和机械加工质量，从而尽一切可能降低加工零件的报废率，努力在确保加工质量的前提下提高产品经济效益，提高企业的核心竞争力，谋求更长远的发展。