机械科学与技术
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浅析机械加工误差

  摘 要:针对机械加工过程中不可避免产生加工误差的现实情况,文章重点探讨了机械加工误差问题。首先详细分析了机械加工误差的产生原因,在此基础上探讨了机械加工误差的控制手段和措施,从就地装配加工、减少原始误差和误差补偿三个方面分析了机械加工误差的控制应用手段,对于进一步提高机械加工误差控制应用水平、获得高质量加工表面均具有较好的指导借鉴意义。


  关键词:机械加工;机械制造;加工误差;误差控制


  中图分类号:TH161 文献标识码:A 文章编号:1006-8937(2013)09-0086-02


  由于机械生产制造设备本身固有的精度误差,以及所采用的机械加工生产制造的工艺,在机械加工过程中,机械加工误差是不可避免的。所谓误差,就是指真实值和理论值之间的差异。对于机械加工生产制造而言,通常通过模型计算得到或者通过图纸设计出来的都是理论值,是经过优化和理想化之后的设计值,在实际加工过程中,这种理想化的理论值是不可能实现的,因为理论值并没有考虑机械加工工艺和生产制造设备本身固有的误差。为此,机械加工误差不可避免。既然机械加工误差不可避免,那么就应该想方设法在生产制造过程中,通过采用先进加工方法和加工工艺来消除机械加工误差,或者使机械加工误差得到严格控制,这是机械加工误差控制的根本目标之一。


  本文主要结合机械加工误差的成因,对其影响因素进行深入分析探讨,并据此给出若干切实可行、有效可靠的误差控制方法。


  1 机械加工误差的原因分析


  机械加工误差形成的原因有很多,而且随着不同的加工材料、不同的加工刀具、不同的加工条件及不同的润滑系统等都会发生变化,因此,在分析机械加工误差时,必须要具体情况具体对待。一般来说,机械加工误差形成的原因,主要集中在以下几个方面。


  1.1 加工机床的几何误差


  众所周知,机械加工几乎离不开加工机床,不管加工机床的精度多高,都必然不可避免的会产生机械加工误差。在使用机床进行机械加工之前,首先要对加工工件进行夹装定位,夹具定位就会产生误差。另一方面,加工机床在实现横向进给和纵向进给的过程中,由于导轨、丝杠等传动部件本身具有设计加工误差和传动精度误差,因此,机床加工的过程中也会产生机械加工误差。一般来说,在机床的各个部件的加工与运动过程中,对机械加工误差影响最大的就是导轨的精度误差及夹具的定位误差。因此目前衡量机床精度主要也是从这两个方面进行衡量与考察。


  1.2 加工刀具的几何误差


  在机械加工过程中,不可避免的会使用到各式各样的刀具,比如车刀、铰刀、镗刀、铣刀及磨刀等,不同的刀具在进行机械加工过程中会产生不同的加工误差,而且由于刀具本身也是被机械加工制造出来的,刀具本身也存在一定的精确度,这就使得机械加工误差不可避免。另一方面,刀具在连续运动的过程中实现对被加工工件的切割加工与成形,被加工工件表面的几何形状其实就是刀具切割面的复映,所以刀具的几何尺寸精度误差会直接传递到被加工工件的表面,产生表面加工误差,影响到机械加工表面质量。


  1.3 调整误差


  机械加工是由一系列不同的工艺和工步构成的,在机械加工的过程中,往往需要在每一道工步之后,都要对工艺进行微调,例如重新对刀,或者工件的定位接触或者重新夹装等等,在这样的过程中必然会产生新的误差。因此,当机械加工其他条件都一定或者不再发生变化的时候,调整误差对于被加工工件的误差精度会起到决定性的作用。


  1.4 定位误差


  在机械加工中,工件需要被定位夹装,只有固定好的工件,才能够顺利完成机械加工。在对工件进行定位和夹装的过程中,往往都是人去完成这一过程,这就必然导致加工误差的产生,即使对于全自动化的加工中心而言,其定位夹装全部由控制系统自动完成,也仍然不可避免的会产生定位误差。工件被定位夹装的精确度会直接影响到加工工件的表面形状的几何尺寸,这对装配的完成有着重要的影响。因此,定位误差,主要是指基准不重合度,是影响机械加工工件误差的决定性因素。在实际的机械加工过程中,加工人员无法彻底消除由于定位误差带来的机械加工误差,但是在公差允许范围内,应当尽可能减小或者降低定位误差所带来的机械加工误差的影响,使得机械加工误差落在公差范围内。


  1.5 工艺系统受力或受热而产生误差


  不管是塑性材料加工还是金属材料加工,机械加工都是一种受力并受热的工艺系统,在这样的系统内,刀具对被加工工件进行机械加工,必然会伴随产生受力与受热的问题,被加工工件受力会影响到加工表面的成形质量,受热则会影响到被加工工件的热力学性能,对于最终的零部件的产品使用性能也会产生影响。尤其是对于一些表面质量要求特别高,或者加工精度要求特别高的零部件,在加工过程中所产生的热或者受力引起的误差,有可能导致整个加工零件全部报废。为此,在机械加工过程中,往往需要采用切削液对加工工艺系统进行润滑和冷却,这也是出于控制和降低机械加工误差的目的。


  2 机械加工误差的控制措施探讨


  通过上文的分析,尽管机械加工误差是不可避免的,但是在机械加工的过程中,可以通过具体的分析找到误差产生的原因,因此,机械加工误差仍然是可以严格控制的。下面对一些可行有效的误差控制措施进行探讨。


  2.1 就地装配加工


  对于一些机械加工精度要求较高、或者重新定位、装配会产生较大定位、装配误差的机械加工工艺系统,往往可以采用一次装配、就地加工的方法,能够避免二次误差的重复产生,有利于提高机械加工的表面质量和精度要求。


  2.2 减少原始误差


  所谓原始误差,主要是指在机械加工过程中,由于机床定位、切削刀具等因素引起的一次机械误差,这种误差都是可以消除的,因此必须要在机械加工之前,对机械加工的各个工步进行检测,查明各个环节产生的误差,采用一定手段消除原始误差,从而获得较高质量的机械加工精度。比如长轴轴向车削过程中,轴向切削力容易引发轴向变形而产生机械加工误差,在实际加工过程中,可以采用大走刀反向车削的方法消除轴向切削力引起的轴向变形误差,从而提高加工精度和表面质量。


  2.3 误差补偿


  有些误差是无法减少或者降低的,在这种情况下,就需要人为的制造新的加工误差,去抵消原来的误差对机械加工系统所带来的影响,从而使得这两种误差相互抵消,消除误差对机械加工工件的影响。必须要注意的是,人为制造的误差,必须要和原来的机械加工系统误差大小相等、方向相反,只有这样,才能够完全消除原有的原始误差对机械加工系统的影响,以获取高质量的加工表面。


  3 结 语


  机械加工误差对于零部件的加工质量、装配质量等都有着明显的影响,必须在生产过程中,不断采用先进的机械加工工艺和生产制造手段,提高机械加工精度,降低机械加工误差,这也是当前机械加工方法发展的必然趋势,有利于提高机械加工产品的市场竞争力。本文通过分析机械加工误差的成因,有针对性的给出了若干具体的提高机械加工精度的方法和措施。对于广大机械加工技术人员而言,如何降低机械加工误差,首先必须要明确影响机械加工误差的若干途径和因素,因此,本文对于机械加工误差的探讨是有一定实际应用价值的,对于机械加工误差的控制具有较好的指导借鉴意义。当然,从另一方面来说,要严格控制机械加工误差,不仅仅需要分析机械加工误差产生的原因,更重要的是,在实际生产过程中,采用先进机械加工工艺和方法进一步降低机械加工误差,这才是机械加工误差控制的最终目的。


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