中国船舶重工集团有限公司第七一○研究所 湖北宜昌 443003
摘要：本文对机械加工中的误差种类进行了分析。论述了几种常见的加工误差原因。提出了控制尺寸精度的方法及提高机械加工精度的一些措施。
关键词：机械加工；误差分析；措施
0 引言
在机械加工中，由于各种因素的影响，刀具和工件之间的正确位置发生变化，使加工后的表面不能与理想表面完全符合，如车削后工件的外圆尺寸有大有小；外圆柱面出现锥形、多角形及椭圆形；箱体镗出的孔与基准平面不垂直或不平行。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称为加工精度，两者不符合的程度称为加工误差。
1 误差的种类及分析
1．1 误差种类
(1)理论误差：采用近似的加工方法而产生的误差。
(2)装夹误差：工件在装夹过程中产生的误差称为装夹误差，包括夹紧误差及定位误差。
(3)机床误差：零件在机床上加工时，其精度在很大程度上是由机床保证的，机床的各种误差，将对工件产生不同影响。机床误差主要有机床主轴误差、导轨误差及导轨的位置精度。
(4)夹具误差：使用夹具进行加工时，工件的精度往往取决于夹具的精度。夹具误差主要有夹具各元件间的位置误差、夹具磨损产生的误差，此外，夹具安装在机床上的对定误差及对刀误差，会使夹具上的定位元件与切削运动及刀具的相对位置产生误差，从而影响工件的加工精度。
(5)刀具几何误差：包括刀具的制造误差、装夹误差及磨损。
(6)工艺系统变形引起的加工误差：机床、夹具、刀具和工件在加工时形成一个统一的整体，称为工艺系统。工艺系统受到力与热的作用都会产生变形，其中任何一个组成部分的变形，都会影响工件的加工精度。
(7)工件残余应力引起的误差。
(8)测量误差：主要由量具本身及测量方法造成。
(9)调整误差：进刀位置误差、定程元件位置误差及对刀误差。
(10)操作误差：操作者缺少必须的理论知识及技术，工作责任心不强是产生操作误差的主要原因。
1．2常见的加工误差原因分析
(1)机床主轴误差：由于机床主轴支承颈的误差，滚动轴承的误差及磨损，主轴回转时将出现径向跳动及轴向窜动。径向跳动使车、磨后的外圆及镗出的孔产生圆度误差。砂轮轴的径向跳动使砂轮产生振动，增大工件的表面粗糙度。主轴的轴向窜动使车削后的平面产生平面度误差，车螺纹时将增大工件的螺距误差。更换滚动轴承，调整轴承间隙，换用高精度的静压轴承，可以恢复及提高主轴精度。在外圆磨床上用前、后顶尖装夹工件，使主轴仅起带动作用，是避免因主轴误差造成加工误差的一种常用方法。
(2)导轨误差：导轨是工件台、刀架、动务头、砂轮架等部件进行运动的依据。导轨的误差直接影响工件的形状及位置精度。它包括在水平面及垂直面内的直线度误差，在垂直平面内前后导轨的平行度误差(扭曲度)。这些误差在不同机床上将对工件产生不同影响。
(3)传动链误差：刀具与工件的正确运动关系，如车螺纹及滚齿、插齿时的运动，是由齿轮、丝杠螺母及蜗轮蜗杆等传动机构实现的。传动机构的制造误差，装配间隙及磨损，将破坏正确的运动关系。提高传动机构的精度，缩短传动链长度，减小装配间隙，可以减小因传动链而造成的加工误差。
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(4)刀具的几何误差：任何刀具在切削过程中，都不可避免要受损，并由此引起工件尺寸和形状的改变。正确选用刀具材料和选用新型耐磨的刀具材料，合理选用刀具几何参数和切削用量，正确采用冷却液等，均能最大限度地减少刀具的尺寸磨损。必要时还可采用补偿装置对刀具尺寸磨损进行自动补偿。
(5)定位误差：一是基准不符(在基准不重合情况下进行加工，不仅影响尺寸精度，也影响加工表面到设计基准的相对位置精度。不能简单地将设计基准用作定位基准，而是要根据工艺要求，按基本原则选择各个工序的定位基准)；二是定位副制造不准确(工件定位面与夹具定位元件共同构成定位副，夹具上的定位元件不可能按基本尺寸制造得绝对准确，它们的实际尺寸(或位置)都允许在分别规定的公差范围内变动)。
(6)工艺系统变形引起的加工误差：
(a)工艺系统受力作用的变形误差：作用在工艺系统中的力有切削力、夹紧力、构件及工件的重力和运动部件产生的惯性力，要减少工艺系统的受力变形，就要提高工艺系统的刚度。减少受力变形误差的措施主要有：零件分粗、精阶段进行加工；减少刀具、工件的悬伸长度或进行有效的支承以提高其刚度，可减少变形及振动；减少产生变形的切削力；安排工序顺序时，尽可能不要加工断续表面，如先车平面，后钻孔；先精镗孔，后插槽；调整机床，提高刚度，如调整导轨塞铁减少间隙，锁紧不工作的导轨，减少或消除轴承间隙，修整部件间的连接面并旋紧联接螺钉等。
(b)工艺系统受热变形的误差：切削加工时，切削热及机床工作时发出的热量，使工艺系统产生不均匀的温升并产生复杂的变形，因而改变了刀具与工件的相互位置及已调整好的加工尺寸，产生加工误差。减少受热变形误差的措施有：切削时采用压缩空气或大流量的切削液中淋工件及刀具，可减少其温升及热变形；预热机床在热平衡状态下进行加工;在恒温室中进行精密加工，减少环境温度的变化对工艺系统的影响；摸索温度变化与加工误差之间的规律，用预修正方法进行加工。
(7)减少残余应力的措施：高温时效、低温时效、振动去应力、分粗精阶段加工、采用热校直。
(8)测量误差：要用精度及最小分度值与工件加工精度相适应的量具，定期鉴定量具并注意对其维护保养；测量时要正确选用测量方法并正确读数，避免视差及读数错误。
(9)操作误差：努力提高操作者的技术素质及工作责任心。
2 控制尺寸精度的方法及提高机械加工精度的措施
2．1 控制尺寸精度的方法
(1)定尺寸刀具法。加工表面的尺寸由刀具的相应尺寸保证，如钻孔、铰孔、拉孔、攻螺纹、套螺纹等加工方法。
(2)试切法。加工时按确定的转速、进给量在工件上试切一小部分，然后根据测量结果调整刀具位置，然后再试切-测量-调整，直至加工尺寸符合要求后再正式切削全部加工表面。
(3)定程法。在成批、大量生产中，为提高生产率，可采用定程、靠模、行程开关及百分表来确定开始加工及加工结束时间，刀具与工件的相对位置，使同一批零件的加工尺寸一致。定程装置的重复精度、刀具的磨损、工艺系统的热变形、同批工件的硬度及加工余量的变化等因素，都会影响加工精度，因此采用定程法加工时应经常抽验工件并及时进行调整，防止成批报废工件。
(4)边测量边加工法。磨削时的加工表面是逐渐接近加工尺寸的，因此可以边测量边进行加工，当达到所需尺寸时停止加工，这种方法可得到较高的精度及生产率。
2．2 提高机械加工精度的措施
(1)减少原始误差。提高零件加工所使用机床的几何精度，提高夹具、量具及工具本身精度，控制工艺系统受力、受热、刀具磨损、内应力引起的变形及测量误差等，这些可直接减少原始误差。为了提高机械加工精度，需对产生加工误差的各项原始误差进行分析，根据不同情况对造成加工误差的主要原始误差采取不同的措施解决。对于精密零件的加工应尽可能提高所使用精密机床的几何精度和刚度，并且控制加工热变形；对具有成形表面的零件加工，则主要是减少成形刀具形状误差和刀具的安装误差。
(2)对工艺系统的一些原始误差，可采取误差补偿的方法以控制其对零件加工误差的影响。
(a)误差补偿法：此法是人为地造出一种新的原始误差，从而补偿或抵消原来工艺系统中固有的原始误差，达到减少加工误差，提高加工精度的目的。
(b)误差抵消法：利用原有的一种原始误差减去部分或全部抵消原有原始误差或另一种原始误差，为了提高一批零件的加工精度，可采取分化某些原始误差的方法。对加工精度要求高的零件表面，还可以采取在不断试切加工过程中，逐步均化原始误差的方法。
(3)转移原始误差。这种方法的实质就是将原始误差从误差敏感方向转移到误差非敏感方向上去。各种原始误差反映到零件加工误差程度与其是否在误差敏感方向上有直接关系。若在加工过程中设法使其转移到加工误差的非敏感方向，即转移原始误差至其他对加工精度无影响的方面，则可大大提高加工精度。
3 结束语
在机械加工中，误差是不可避免的，只有对误差产生的原因进行详细的分析，才能采取相应的预防措施，减少加工误差，提高机械加工精度。
论文作者:钱芳,靳桂崑
论文发表刊物:《防护工程》2019年第5期
论文发表时间:2019/6/10
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