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影响机械加工精度的因素

2021-09-07 124 上传者：管理员

摘要：随着制造业的迅猛发展,我国作为制造业大国,迎来了前所未有的机遇,关键产品竞争力显著提升。对于机械零件加工精度的要求也在不断提高,以满足科技不断进步的要求。在零件的加工过程中影响零件加工精度的因素很多。本文分析了常见的影响因素,并提出了一些解决措施,以期提高机械加工精度。

关键词：
优化措施
制造业大国
影响因素
机械加工精度
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制造出低成本、高质量的产品一直以来都是制造行业发展的方向。一件产品质量的好坏取决于该产品中单个零件的加工质量和零部件之间的装配质量，而单个零件的质量好坏往往用加工精度来衡量，所以单个零件的加工精度是保证产品质量的基础。基于此，对于影响机械加工精度因素及提高措施的研究十分必要。

1、加工精度的概念

所谓加工精度是指工件加工后实际尺寸与理想尺寸的相似度。相似度越高，加工精度就越高。与之相对应，工件加工后的实际尺寸与理想尺寸的差异程度称为加工误差。工件在实际加工中，加工精度很难直接控制，一般都是以控制加工误差的方式来保证加工精度。工件的加工精度包括零件的尺寸精度、零件的形状精度、零件各结构之间的位置精度三个方面。

2、影响加工精度的因素

2.1机床性能

在加工过程中，工件往往是通过机床的加工转变为产品的，那么产品的质量好坏，在很大程度上取决于机床的性能。机床的性能好坏主要来自于两个方面，机床的制造误差和后期磨损。而不管是机床的制造误差还是后期的磨损，主要反应在机床上这两部分体现出来：

(1)主轴误差：主轴的径向跳动、主轴的端面圆跳动（轴向窜动）、主轴的倾角摆动（上下摆动）。如图1所示。

(2)导轨误差：导轨在水平方向和垂直方向的直线度误差、导轨间的平行度误差。

2.2装夹误差

工件在加工过程中往往要经过夹紧和定位两个环节。因此在装夹过程中存在两种误差：夹紧产生的误差和定位不准产生的误差。因定位不准造成的误差称为定位误差。因夹紧力过大或过小造成的误差称为夹紧误差。如果夹紧力过小，加工过程工件晃动，会导致零件精度过低，造成加工误差；当夹紧力过大，会使工件变形甚至破损，同样会导致加工后的产品加工精度过低。

图1主轴的三种误差

2.3刀具受力变形

刀具在加工过程中会受到很多力。如刀具在切削过程中，受到来自于工件的作用力，在力的作用下，刀具会发生变形，这种变形产生的影响最终会体现在工件上，使加工表面产生尺寸误差或形状误差，导致工件精度无法满足要求，对加工精度造成影响。

2.4工艺系统的受热变形

工艺系统在受热情况下，由于热胀冷缩原因各部位可能会发生不同程度的变形，破坏本来的位置关系。例如刀具在加工过程中受热发生热胀冷缩，导致形状和尺寸变化，这种变化产生的结果就是使被加工的工件精度下降。在机械加工过程中，因为存在摩擦和切削的，所以会产生大量的热量。这些热量的产生对加工精度影响很大，尤其是精密加工中影响更为明显。

2.5工件内应力变化导致的误差

工件的内应力本应是一种平衡的状态，一旦这种平衡被打破，工件就会自发的变形，以应对这种内应力的变化，直至内应力再次保持平衡。工件在切削、焊接、热处理作用下都会使工件内部产生内应力。由于内应力的存在，刚刚加工完成后加工精度合格的工件，可能放置一段时间之后就会发现工件发生了变形，加工精度下降，最终造成的结果就是质量不合格。

3、提升零件加工精度的优化措施

为了得到高质量的产品，就需要不断的提升加工精度，提升加工精度可从以下几方面着手：

3.1减少或消除原始误差

这种方法是从本质出发，找到产生加工误差的主要原因后，是从根源上提高加工精度的方法。在生产中这也是最常用的提升加工精度的途径。针对不同的原始误差措施如下：

(1)针对机床的误差，可通过提高主轴和轴承孔的加工质量，以及主轴和轴承孔的装配质量的方法来提高主轴的回转精度。通过采用耐磨合金导轨等途径提高导轨的耐磨性，保证直线度和平行度。

(2)针对工件的装夹误差，首先，可通过选择合理的定位面的方法减小定位不准所产生的误差。另外，可通过在圆形工件外，加一个开口过渡环的方法，当夹紧力过大时，可通过过渡环开口大小的收紧，来缓冲过大的夹紧力，保护工件表面。（如图2)

图2开口过渡环图示

(3)针对刀具受力变形产生的误差。首先，可通过提高刀具的刚度。其次，可通过减小切削力，如减小每道工序中加工余量，则刀具每次切削工件时，切削工件的厚度变小了，刀具受到的来自于工件的反作用力也就小了。

(4)针对工艺系统受热变形，首先，可通过减少发热量，机床内部的热源是机床产生变形的主要原因，将能移出去的热源，比如油箱和电动机等，放置在机床外部。其次，可通过改善机床的散热条件，加工过程中的切削热、磨削热是使刀具和工件产生变形的主要热源，加工时采用切削液，可有效的减少切削热对工艺系统热变形的影响。最后，可通过控制温度变化，精密零件的加工都必须在恒温条件下进行。比如精密机床开启后，在不带载荷的状态下空载运行，等到机床各部件温度上升到一定阶段后，性能稳定后再进行机械加工。这样就可以避开机床开机时，升温阶段产生热变形的影响。

(5)针对内应力重新分布引起的误差。首先，在设计零件时应尽量做到壁厚均匀，保证应力均衡不被打破。其次，拟定合理的工艺顺序，倘若工件内有内应力产生，那么工件就会发生变形，而这种变形需要安排在精加工以前，防止精加工后零件因为内应力的存在而发生变形。如在粗加工后安排时效工序，让零件变形完成之后再进行精加工，这样可以保证较高的加工精度。

3.2采用补偿法和转移法

(1)补偿法，就是刻意的制造出一种新的人造误差，用新的人造误差去抵消当前的原始误差。原始的正误差用人造的负误差来抵消，而负的原始误差用人造的正误差来抵消。如大型机床设备龙门铣床，铣头的重量过大会使横梁产生弯曲变形。可采用误差补偿法，在刮研横梁导轨时故意将导轨刮成“向上凸”的几何形状（如图3(a）），来抵消横梁因为铣头自重而产生的下垂，从而达到标准要求（如图3(b））。

图3横梁误差补偿法示例

(2)转移法，这种方法是采取措施将误差转移到不影响加工精度的部位。在大型龙门铣床的结构中也可以采用转移法来转移变形部位。如在横梁上再安装一根承重的附加梁（如图4），用附加梁来承受铣头的重量，横梁就不再承重，将横梁的变形转移到了附加梁上。这样一来，附加梁的受力变形对加工精度不会造成影响。

3.3就地加工法

图4横梁误差转移法示例

在加工中，加工精度往往影响到零件之间的相互位置关系，大家的注意力往往集中在一味的想着如何去提高零件本身的精度，如果只是从提高零部件本身的精度出发，难度很大，而且成本很高。这个时候不妨采用“就地加工法”来解决这一问题。就地加工法是机械加工中常用的一种提高加工精度的方法。如平面磨床的工作台面在装配后，做“自磨自”的最终加工；牛头刨工作台装配在自身机床上进行“自刨自”精加工，以保证对滑枕、横梁的平行度。

4、结束语

机械加工精度是生产加工中很重要的环节，虽然从使用性能上讲，无需把每个零件都加工的绝对准确，只需要保证误差值在一定的公差范围内变动就是合格的产品零件。但是从优质的角度出发，要想获得质量更优的产品，就需要尽可能的提升机械加工精度，实现精密加工。而在机械加工中造成加工精度不高的因素很多，只有去了解并且去研究这些影响因素，才能采取相应的措施，来提高加工精度。最终得到高标准、高质量的产品。

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文章来源：影响机械加工精度的因素及优化措施[J].内燃机与配件,2021(17):181-182.