浅析机床加工误差的原因及消除方法

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　　摘 要：加工精度是衡量机器零件加工质量的一个重要指标。由于影响加工精度的因素诸多, 不易有效控制, 因此提高加工精度减小加工误差较为困难, 研究机床加工过程误差的产生及防止对提高机床加工精度有着重要的意义。
　　关键字：机床 技工 误差 精度
　　
　　一、影响加工精度误差因素及综合分析
　　由人, 机床、 夹具和刀具在完成任何一个工序(或工艺过程)的加工时, 有许多误差因素在起作用, 这些因素大致分为两部分: 一部分是与工艺系统本身的结构和状态有关的因素; 另一部分则是金属切削过程中产生的因素。具体可分为以下几个方面:
　　（一）机床误差
　　1.主轴回转误差
　　机床主轴误差可分解为径向圆跳动、轴向窜动和角度摆动3种基本形式。产生主轴径向回转误差的主要原因有主轴几段轴颈的同轴度误差、轴承本身的各种误差、轴承之间的同轴度误差、主轴挠度等。
　　2.导轨误差
　　导轨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,导轨误差直接反映在被加工工件表，对加工精度的影响最大。刀架运动时会产生摆动, 刀尖的运动轨迹是一条空间曲线, 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。
　　3.传动链误差
　　传动链误差是指传动链始末两端传动元件间相对运动的误差, 一般用传动链末端元件的转角误差来衡量。
　　4.数控机床独特性误差
　　数控机床与普通机床的最主要差别有两点: ①数控机床具有“指挥系统”――数控系统; ②数控机床具有执行运动的驱动系统――伺服系统。在数控机床上所产生的加工误差, 与在普通机床上产生的加工误差, 其来源有许多共同之处, 但也有其独特之处, 例如伺服进给系统的跟踪误差、检测系统中的采样延滞误差等, 这些都是普通机床加工时所没有的。因此在
　　数控加工中, 除了要控制在普通机床上加工时常出现的那一类误差源以外, 还要有效地抑制数控加工时才可能出现的误差源。
　　（1）机床重复定位精度的影响
　　数控机床的定位精度是指数控机床各坐标轴在数控系统的控制下运动的位置精度, 引起定位误差的因素包括数控系统的误差和机械传动的误差。而数控系统的误差则与插补误差、跟踪误差等有关。机床重复定位精度是指重复定位时坐标轴的实际位置和理想位置的符合程度。
　　（2）检测装置的影响
　　检测反馈装置也称为反馈元件, 通常安装在机床工作台或丝杠上, 相当于普通机床的刻度盘和人的眼睛。检测反馈装置将工作台位移量转换成电信号, 并且反馈给数控装置, 如果与指令值比较有误差, 则控制工作台向消除误差的方向移动。数控系统按有无检测装置可分为开环、闭环与半闭环系统。开环系统精度取决于步进电动机和丝杠精度, 闭环系统精度取决于检测装置精度。检测装置是高性能数控机床的重要组成部分。
　　（3）刀具误差的影响
　　由于采用的刀具具有自动交换功能,因而在提高生产率的同时, 也带来了刀具交换误差。用同一把刀具加工一批工件时, 由于频繁重复换刀, 致使刀柄相对于主轴锥孔产生重复定位误差而降低加工精度。
　　（4）抑制数控机床产生误差的途径抑制数控机床产生误差的途径有硬件补偿和软件
　　补偿。过去一般多采用硬件补偿的方法, 如采用螺距误差补偿功能。随着微电子、控制、监测技术的发展, 出现了新的软件补偿技术, 它的特征是应用数控系统通信的补偿控制单元和相应的软件以实现误差的补偿, 其原理是利用坐标的附加移动来修正误差。
　　（二）刀具产生的误差
　　刀具的制造误差、安装误差以及使用中的磨损, 都影响工件的加工精度。
　　（三）夹具误差
　　夹具误差包括定位误差、夹紧误差、夹具安装误差及对刀误差等。工件在夹具中的位置是以其定位基面与定位元件相接触(配合)来确定的。由于定位基面、定位元件工作表面的制造误差, 会使各工件在夹具中的实际位置不相一致。加工后, 各工件的加工尺寸必然大小不一, 形成误差。
　　（四）人为误差
　　由于操作人员的技术水平和心理情绪不稳定引起的加工误差。
　　实际生产中, 影响加工精度的因素往往是错综复杂的, 有时很难定性。总括起来可分为: 系统误差和偶然误差两大类: ( 1)系统误差: 某一零件的工艺规程确定后, 整个系统将在短时期内是不变的, 那么在其中也有按规律变化的误差。如机床主轴旋转时园跳动误差、刀架导轨的直线度误差、刀具磨损引起的误差等。其特点: 有规律可循, 误差是常量。(2)偶然误差: 在同一批零件加工中, 误差出现的大小和方向作不规则变化。如内孔表面突然出现振动刀纹, 经查发现为刀架螺钉松动所致等。这些误差因素具有随机性, 无一定的变化规律。实际上对某一具体误差来讲, 究竟是系统误差还是偶然误差应据具体情况来定。
　　二、消除加工误差的方法与途径
　　（一）自动控制法。涉及测量装置、进给机构和控制系统等组成一个自动加工的作业循环, 使加工过程中的测量、补偿、调整和切削等一系列工作自动完成。
　　（二）试切法。通过试切―测量―调整―再试切的反复过程来进行统计, 找出规律, 从而消除可能产生的误差因素。
　　为使试切法成功有效, 在采用此法前须完成以下几个步骤: 1.应对所使用机床本身精度了如指掌, 对超出精度的因素及时准确进行调整, 如按规定维修机床, 调整导轨锲铁等, 将误差控制在加工零件本身精度的1/2- 1/3范围内。同时检查夹具的定位精度和尺寸精度是否合乎要求。2.正确选择刀具牌号和工件冷却方法及选择合理装夹方法和加工工艺方法。消除由此带来的刀具磨损热变形, 残余应力释放引起的各种加工误差。3.测量误差也不容忽视, 应及时定期检验测量工具的精度保证其正确可靠。4.最后是人的因素, 加强职工的业务技能培训。
　　（三）定尺寸刀具法。用具有一定形状和尺寸的刀具使加工表面得到要求的形状和尺寸, 如: 钻孔的钻头、攻丝的丝锥、铣键槽的成型铣刀等。
　　三、提高加工精度的措施
　　（一）减少原始误差。查明产生加工误差的主要因素, 设法消除或减少这些因素。 例如细长轴的车削, 现在采用了大走刀反向车削法, 基本消除了轴向切削力引起的弯曲变形。
　　（二）补偿原始误差。人为地制造出一种新的误差,去抵消原来工艺系统中的原始误差。
　　（三）转移原始误差。误差转移法就是转移工艺系统的几何误差、受力变形和热变形等。
　　（四）均分原始误差。这种办法就是把原始误差按其大小均分为n 组, 每组毛坯误差范围就缩小为原来的1/ n, 然后按各组分别调整加工。
　　（五）均化原始误差。利用有密切联系的表面相互比较、相互检查从对比中找出差异, 然后进行相互修正或互为基准加工, 使工件被加工表面的误差不断缩小和均匀。
　　（六）就地加工法。采用就地加工的方法, 能很方便地解决看起来非常困难的精度问题。就地加工法在机械零件加工中常用来作为保证零件加工精度的有效措施。
　　四、结语
　　机床加工过程中的误差因素很多, 提高机床加工精度有很强的实践性, 它和实际生产条件及生产工艺有很大关系。要想生产出精度很高的产品比较困难, 这需要工艺人员不断尝试, 通过积累每次工艺数据, 来验证自己的设计数据, 并在以后的设计中予以更正。
　　
　　参考文献
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　　[3]李世荣.数控机床加工误差的原因及补偿方法[J].一线技术.2010.5

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