影响零件加工误差的主要因素分析
来源:用户上传
作者:
摘 要：在生产制造和冶金生产过程中，往往需要对机械零件进行机械加工。本文从机械加工工艺系统误差、加工工艺方法误差角度对零件产生的加工误差进行分析探讨。
关键词：零件;工艺系统;加工误差
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.23.034
1 前言
零件加工误差是衡量零件加工质量的重要指标，所以在机械加工过程中保证零件的加工误差就显得尤为重要。零件的机械加工是由机床、零件、刀具和夹具所组成的机械加工工艺系统和采用一定的工艺方法共同完成的。下面对上述影响零件加工误差的主要因素逐一分析探讨。
2 工艺系统误差分析
机械加工工艺系统是由机床、刀具、零件和夹具所组成的一个封闭系统。加工是在刀具和零件之间相互挤压作用下，将多余金属通过发生塑性变形脱离零件母体来完成的。系统中每一组成因素自身误差都会影响零件加工误差。
2.1 机床几何误差
机械加工中的主运动、进给运动通常有机床来提供，因此，工件的加工误差在很大程度上取決于机床本身几何误差即机床精度。机床制造误差对零件加工误差影响较大的有：主轴回转误差、导轨误差和传动链误差，机床的磨损将使机床工作精度下降，使零件产生加工误差。
2.1.1 主轴回转误差
直接影响被加工零件的形状和位置误差。可分解为径向跳动、轴向跳动和角度摆动。由于存在误差敏感方向，加工不同表面时，主轴的径向跳动所引起的加工误差也不同。例如：在普通车床上加工外圆或内孔时，主轴的径向跳动将引起工件的圆度误差，但对于端面加工没有直接影响，车端面时，主轴的轴向跳动将造成工件端面的平面度误差，以及端面相对于内、外圆垂直度的误差;车螺纹时，会造成螺距误差，主轴的轴向跳动对加工外圆或内孔的影响不大，主轴的角度摆动对加工误差的影响与主轴径向跳动对加工误差的影响近似，主要区别在于主轴的角度摆动不仅影响工件加工表面圆度的误差，而且影响工件加工表面的圆柱度的误差。
2.1.2 导轨误差
导轨在机床中起导向和承载的作用，导轨既是机床上确定各机床部件相对位置关系的基准，也是机床运动的基准。它的各项误差直接对形状误差产生影响。导轨在水平面内的直线度误差将直接反应在被加工零件表面的法线方向（误差敏感方向）上，对加工精度的影响最大，导轨在垂直平面内的直线度误差对加工精度影响很小，一般可以忽略不计。前后导轨的平行度误差会使工作台在运动过程中，产生摆动，刀尖的运动轨迹为一条空间曲线，使工件产生形状误差，除了导轨本身的制造误差外，导轨的不均匀磨损和安装质量，也是造成导轨误差的重要因素。导轨磨损是机床精度下降的主要原因之一。
2.1.3 传动链误差
切削过程中，工件表面的主运动、进给运动是通过一系列的传动机构来实现的。传动机构的传动零件有齿轮、丝杆、螺母、蜗轮及蜗杆等，这些传动零件由于其加工、装配和使用过程中磨损而产生误差，这些误差就构成了传动链的传动误差。传动链误差是指传动链始末两传动元件间相对运动的误差。传动机构越多，传动路线越长，则传动误差越大，一般用传动链末端零件的转角误差来衡量。机床传动链误差，是影响表面加工误差的主要原因之一。
2.1.4 机床刚度误差
机床部件刚度是指组成机床部件许多零件刚度的累积。机床部件刚度迄今尚无合适的简易计算方法，目前主要还是用实验方法来测定机床部件刚度。影响机床部件刚度的因素有结合面接触变形的影响、摩擦力的影响、低刚度零件的影响、间隙的影响等。
2.2 刀具几何误差
刀具几何误差对加工误差的影响随刀具种类的不同而不同。刀具几何误差对零件加工误差的影响主要是指刀具的几何形状误差和刀具的安装误差。采用成形刀具切削加工时，刀具的制造误差会直接影响零件的加工误差。例如用成形刀具加工复杂的曲面时，要使刀具的刃口形状做得完全符合零件的轮廓曲线，有时非常困难，往往采用圆弧、直线等简单近似的线型代替轮廓曲线。如用滚刀切削渐开线齿轮时，为了滚刀的制造方便，多用阿基米德基本蜗杆法向直廓基本蜗杆来代替渐开线基本蜗杆，从而使零件产生了加工误差。另外，刀具的刚度对零件加工误差也有较大的影响。例如镗削直径较小的内孔时，若刀杆刚度很差，则刀杆受力变形对孔加工误差就有很大的影响。
2.3 夹具几何误差
夹具在机械加工中的作用是使工件相对于刀具和机床具占有正确的位置，因此夹具的制造误差对零件的加工误差（特别是位置误差）有很大影响，在现场加工过程中不容忽视。夹具的几何误差主要是指定位零件制造不准确误差、零件装夹时产生的定位误差。
2.4 零件误差
零件误差主要是指零件在机械加工过程中受力、受热产生的变形引起的加工误差。
2.4.1 受力变形误差
在实际加工状态中，零件要承受切削力、夹紧力、惯性力、重力等力的作用，在上述各种力的综合作用下使零件产生相应的变形，从而破坏了零件与刀具、机床之间的正确相对位置，使零件的产生加工误差。例如零件在装夹过程中，如果零件的刚度较低或夹紧力的方向和施力点选择不当，将产生零件夹紧变形，造成相应的加工误差。工艺系统中如果零件的刚度相对于机床、刀具、夹具来说比较低，在切削力的作用下，零件由于刚度不足而引起的变形对加工误差的影响就比较大，其最大变形量可按力学有关公式估算。
2.4.2 受热变形误差
工艺系统热变形对零件加工误差的影响比较大，特别是在精密加工和大件加工中，由热变形所引起的加工误差有时可占零件总误差的40%～70%。机床、刀具和零件受到各种热源的作用，温度会逐渐升高，同时它们也通过各种传热方式向周围的物质和空间散发热量。当单位时间传入的热量与其散出的热量相等时，工艺系统就达到了热平衡状态。 2.5 定位误差
在对零件实施机械加工时，必须选择零件的某一几何要素作为定位基准，以确保零件机械加工的质量。但由于被加工零件自身因素和操作者认为因素的影响，很容易导致基准定位不准确，为后续的教学加工造成负面影响即产生加工误差。零件在机械加工阶段所产生的定位误差主要是指定位参照误差和基准不重合误差。
3 工艺方法误差分析
机械加工工艺是指利用传统机械加工的方法，按照零件的图样和尺寸，使毛坯的形状、尺寸、相对位置和性质成为合格零件的全过程。本文所指的工艺方法误差主要是针对加工原理误差而言。
在机械加工过程中由于采用了近似的加工方法、近似的传动或近似的刀具轮廓而产生的加工误差即称为加工原理误差。零件的机械加工是一个完整的工艺过程，由于开始就存在一定的原理误差，所以，最终无法完全消除这种因取近似值而存在的误差。
加工原理误差多出现于螺纹、齿轮、复杂曲面加工。现场加工举例：加工渐开线齿轮用的齿轮滚刀，为使滚刀制造方便，采用了阿基米德基本蜗杆或法向直廓基本蜗杆代替渐开线基本蜗杆，使齿轮渐开线齿形产生了误差。又如车削模数蜗杆时，由于蜗杆的螺距计算公式为P=mπ，其中m是模数，而π是一个无理数，但是车床的交换齿轮的齿数是有限的，选择交换齿轮时只能将π化为近似的分数值（π=3.1415）计算，这就造成了刀具对于工件成形运动（螺旋运动）的不准确，产生螺距误差。
4 结束语
加工误差是用来评价零件机械加工质量的主要指标之一。总之，在零件机械加工过程中，产生加工误差是不可避免的。只有对加工误差产生的原因进行详细分析，才能采取相应的预防措施尽可能减少加工误差，提高机械加工精度。
参考文献：
[1]黄学荣.零件制造加工及检测工艺设计[J].煤矿机械，2018（08）：97-99.
[2]黄学荣，马敢啸.零件加工质量缺陷分析及纠正工艺设计[J].煤礦机械，2018（02）：69-70.
[3]郑修本.机械制造工艺学[M].北京：机械工业出版社，1998.
[4]吴玉华.金属切削加工技术[M].上海：上海科学技术出版社，1995.
作者简介：刘焕俊（1963-），男，辽宁北票人，本科，主任，讲师，主要从事机械加工技术教学与科研工作。
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14979252.htm
