影响机械加工精度因素浅析

苦丁茶

影响机械加工精度因素浅析

摘 要：在机械加工过程中，往往有很多因素影响工件的最终加工质量，如何使工件的加工达到质量要求，如何减少各种因素对加工精度的影响，就成为加工前必须考虑的事情，也就是要对影响机械加工精度的因素进行分析。本文结合自己多年的教学实践经验，就影响机械加工精度的因素作一阐述。

关键词：加工精度 误差

在机械加工过程中，往往有很多因素影响工件的最终加工质量，如何使工件的加工达到质量要求，如何减少各种因素对加工精度的影响，就成为加工前必须考虑的事情，也就是要对影响机械加工精度的因素进行分析。

一、概述

1. 加工精度与加工误差:加工精度是指零件加工后的实际几何参数(尺寸、形状和位置)与理想几何参数的符合程度。

2.加工经济精度:由于在加工过程中有很多因素影响加工精度，所以同一种加工方法在不同的工作条件下所能达到的精度是不同的。某种加工方法的加工经济精度不应理解为某一个确定值，而应理解为一个范围，在这个范围内都可以说是经济的。

3. 原始误差:工艺系统的原始误差主要有工艺系统的几何误差、定位误差、工艺系统的受力变形引起的加工误差、工艺系统的受热变形引起的加工误差、工件内应力重新分布引起的变形以及原理误差、调整误差、测量误差等。

4.研究机械加工精度的方法：分析计算法和统计分析法。

二、工艺系统集合误差

1.机床的几何误差:加工中刀具相对于工件的成形运动一般都是通过机床完成的，因此，工件的加工精度在很大程度上取决于机床的精度。机床制造误差对工件加工精度影响较大的有：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。

1) 主轴回转误差,机床主轴是装夹工件或刀具的基准，并将运动和动力传给工件或刀具，主轴回转误差将直接影响被加工工件的精度。

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。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，也使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。

2.刀具的几何误差:刀具误差对加工精度的影响随刀具种类的不同而不同。采用定尺寸刀具成形刀具展成刀具加工时，刀具的制造误差会直接影响工件的加工精度；而对一般刀具(如车刀等)，其制造误差对工件加工精度无直接影响。

3.夹具的几何误差:夹具的作用时使工件相当于刀具和机床具有正确的位置，因此夹具的制造误差对工件的加工精度(特别是位置精度)有很大影响。

三、定位误差

1.基准不重合误差:定位基准与设计基准不重合时所产生的基准不重合误差，只有在采用调整法加工时才会产生，在试切法加工中不会产生。

2.定位副制造不准确误差:工件在夹具中的正确位置是由夹具上的定位元件来确定的。基准不重合误差的方向和定位副制造不准确误差的方向可能不相同，定位误差取为基准不重合误差和定位副制造不准确误差的矢量和。

四、工艺系统受力变形引起的误差

1.基本概念:机械加工工艺系统在切削力、夹紧力、惯性力、重力、传动力等的作用下，会产生相应的变形，从而破坏了刀具和工件之间的正确的相对位置，使工件的加工精度下降。

2.工件刚度:工艺系统中如果工件刚度相对于机床、刀具、夹具来说比较低，在切削力的作用下，工件由于刚度不足而引起的变形对加工精度的影响就比较大，其最大变形量可按材料力学有关公式估算。

3.刀具刚度:外圆车刀在加工表面法线(y)方向上的刚度很大，其变形可以忽略不计。镗直径较小的内孔，刀杆刚度很差，刀杆受力变形对孔加工精度就有很大影响。刀杆变形也可以按材料力学有关公式估算。

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4.机床部件刚度

1)机床部件刚度:机床部件由许多零件组成，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。

2) 影响机床部件刚度的因素: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.

5.工艺系统刚度及其对加工精度的影响：

1) 由于工艺系统刚度变化引起的误差

2) 由于切削力变化引起的误差:加工过程中，由于工件的加工余量发生变化工件材质不均等因素引起的切削力变化，使工艺系统变形发生变化，从而产生加工误差。

3) 由于夹紧变形引起的误差:工件在装夹过程中，如果工件刚度较低或夹紧力的方向和施力点选择不当，将引起工件变形，造成相应的加工误差。

4) 其它作用力的影响

6.减小工艺系统受力变形的途径:由前面对工艺系统刚度的论述可知，若要减少工艺系统变形，就应提高工艺系统刚度，减少切削力并压缩它们的变动幅值。

1) 提高工艺系统刚度

2) 减小切削力及其变化:合理地选择刀具材料，增大前角和主偏角，对工件材料进行合理的热处理以改善材料地加工性能等，都可使切削力减小。

五、工艺系统受热变形引起的误差

工艺系统热变形对加工精度的影响比较大，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工件总误差的40%～70%。机床、刀具和工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。

1.工艺系统的热源——内部热源和外部热源

2.减小工艺系统热变形的途径

六、内应力重新分布引起的误差

1.基本概念:没有外力作用而存在于零件内部的应力，称为内应力。 工件上一旦产生内应力之后，就会使工件金属处于一种高能位的不稳定状态，它本能地要向低能位的稳定状态转化，并伴随有变形发生，从而使工件丧失原有的加工精度。

2.内应力的产生

1) 热加工中内应力的产生:在热处理工序中由于工件壁厚不均匀、冷却不均、金相组织的转变等原因，使工件产生内应力。

2) 冷校直产生的内应力:丝杠一类的细长轴经过车削以后，棒料在轧制中产生的内应力要重新分布，产生弯曲。

3.减小内应力变形误差的途径:改进零件结构——设计零件时，尽量做到壁厚均匀，结构对称，以减少内应力的产生。

七、提高加工精度的途径

减小原始误差

转移原始误差

均分原始误差

均化原始误差

误差补偿