机械加工误差产生的原因及措施

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1加工误差的原因分析

由机床、刀具、夹具和工件组成了机械加工的工艺系统，整个系统的误差也就影响着加工误差。工艺系统的误差是“因”，是根源；加工误差是“果”，是表现。因此把工艺系统的误差称为原始误差。系统条件改变了，误差则随之改变，在机械加工工艺系统中，加工误差的产生主要是由原始误差引起的。这些原始误差主要可归纳为以下几个方面：

1.1加工原理误差

采用近似的加工运动或者近似的刀具轮廓，都会产生原理误差。在较多的情况下，为了使工件表面符合规定要求，就需要工件和刀具两者之间有一定的运动联系。例如，车螺纹就需要刀具与工件之间有螺旋运动的联系；滚切齿轮就需要滚刀与工件之间有准确的展成运动联系等，这种联系就叫做加工原理。这种运动联系是用机床或夹具来保证的，或是用成型刀具来保证的。但是在理论上采用的加工原理比较准确时，就需要机床或夹具制造得比较复杂，或者中间环节过多，反而增加了机床的运动误差，进而影响了加工精度的提高。另外，在用成型刀具加工复杂的曲线表面时，刀具刃口只能近似符合理论曲线，因此就会产生原理误差。

1.2定位安装误差

定位和安装是使用夹具固定工件的两个必要动作过程，定位元件决定工件的位置，而制造得非常准确的定位元件是不存在的，都允许有一定的公差范围，这样误差也就随之产生了。另外，在安装工件时一般都是由人来操作完成的，即使全部由控制系统自动完成的定位安装，误差也会产生，工件形状和尺寸受工件定位夹装精度的影响很大，进而影响工件的装配精度。因此，操作者不能完全消除定位安装误差，但应当尽量使误差降到最低限度。

1.3机床误差

机床误差表现在自身的制造、磨损和安装三个方面。一般来说，机床在制造、安装以及使用过程中都会出现一定的偏差，虽然机床出厂之前都要经过检验，但主要检验机床的重要零部件的形状和位置误差，而且这些检验是在没有切削载荷的情况下进行的，它反映的是机床的静误差。在机床静误差中导轨误差、主轴误差和传动链误差三者对加工精度影响最大。（1）导轨误差。机床上不论各部件相对位置还是相对运动，导轨都是它们的基准。机床导轨的几何精度由其制造精度和使用的磨损状况所决定，也与机床安装好坏有关。就是说，导轨本身的制造误差以及导轨的不均匀磨损和安装质量都能使导轨产生误差。检验导轨精度时一般检验导轨水平面和垂直面的两个直线度和前后导轨的平行度。（2）主轴误差。机床主轴是工件或刀具的位置基准和运动基准，它的误差直接影响工件的加工精度。由于主轴轴颈有圆度误差和同轴度误差，轴承本身也有误差，各个轴承之间还存在同轴度误差，主轴的挠度对轴颈轴线的垂直度误差以及支撑端面对轴颈轴线的垂直度误差等多种因素影响，在每一瞬时，主轴回转轴线在空间位置上都是在变化的，即存在回转误差。（3）传动链误差。传动链始末各元件都有不同程度的误差和偏差，各传动元件在加工时也有几何偏心、运动偏心和安装偏心，以及在运转中也存在角误差等因素，说明存在传动链误差，它一般用传动链末端元件的转动误差来考量。

1.4刀具误差

刀具在加工工件时会被磨损，使得工件表面精度发生改变，致使出现加工误差，降低工件质量。通常减少刀具磨损有下面几个方法：选择适合的刀具材料；选择适当的切削量；规范刃磨刀具方法；选择合适的冷却液等。

1.5调整误差

机械加工是由各种工序组成的，在每一个工序中，总是要进行这样或那样的调整工作，如：重新对刀、定位、夹装等等，由于这样的调整不一定绝对准确，也就带来了调整误差，它极大地影响着工件的加工精度。

1.6工艺系统的受力变形

机械加工时，机床部件、刀具、夹具和工件在切削力的作用下，都会出现程度不等的变形，致使刀刃和加工表面在位置上发生变化，就产生了加工误差。若想减少工艺系统的变形程度，可以加强系统刚度，减少切削用量，压缩变动幅度值。

1.7工艺系统的热变形

机械加工时，影响到工艺系统的有切削热和摩擦热等因素，所以工件、刀具以及机床的多数部件温度都会升高，产生变形，它们之间原有的相对位置也随之改变，工件和刀具之间正确的相对运动形式也遭到破坏，从而破坏了传动系统的精度。

1.8内应力引起的变形

内应力是由于金属内部组织发生不均匀的体积变化而产生的，它的外界因素来源于热加工和冷加工。如果零件内部状态不稳定，其内部组织就会发生变化，从而影响加工精度。下面的三种情况会产生内应力：毛坯制造会产生内应力，同样冷矫正和切削加工也会产生内应力。因此，要想使工件得到均匀的韧性，就要进行适当的热处理，平衡其内部结构，减小磨损度。

2减少加工误差、提高加工精度的措施

通过详细分析，了解到尽管机械加工误差是不可避免的，但只要认真研究，把产生误差的原因找出来，并切实努力加以控制，则加工的精度会得到很大提高，具体的控制措施主要有以下几个方面。

2.1减少受力变形

在有些零件的加工中，不论怎样，加工精度都得不到有效提高，效率还很低，这时需要控制工艺系统由于受力而产生的变形，才能降低误差。例如：车细长轴，即使切削用量已经非常小，但还是发生弯曲和振动现象。这时我们会采用跟刀架，但经过分析受力和变形，就能看到，跟刀架只能消除一部分径向切削力，防止顶弯，但是轴向切削力的压弯没有解决，这时我们如果改变进给方向，采用大进给反向车削方法，就能消除工件由于轴向压弯产生的变形，进而提高加工精度。

2.2就地加工

在机加工或装配中，有一些精度问题往往牵涉到好多零部件之间的相互关系，用普通方法一味地追求零部件精度来降低误差很难达到要求，如果采用就地加工方法就能顺利地解决问题。例如：在制作转塔车床过程中，转塔上有六个用来安装刀架的大孔，要求这些孔的轴心线必须和机床主轴旋转轴线重合，这六个平面又需要和主轴中心线垂直。如果将转塔作为单独零件加工，由于尺寸链太多，要想达到以上两项要求则非常困难。如果这些大孔在装配前不加工，在转塔装配到机床上后，在主轴上装上镗刀，这六个孔就很容易被加工了，而且精度也能保证，这就是就地加工。

2.3变形转移和误差转移

转移误差是工艺系统的静误差，转移变形是工艺系统的动误差，二者没有区别。当机床精度较低或工件精度要求较高时，当前装备不能满足加工工件要求时，工人就应该在工艺上和夹具上做文章、想办法，创造条件转移机床的原始误差，使其原有误差转移到不影响或少影响加工精度的方向上去。这种方法使原始误差改变了方向，降低了对加工误差的影响，也就提高了加工精度。

2.4误差补偿

人为造出一些新的原始误差，使原有系统的原始误差不同程度得到抵消，这种方法就称为误差补偿法。系统负误差可以通过人为的正误差抵消，系统的正误差可以通过人为的负误差抵消，两者的大小尽量相等，而方向一定要相反，才能减少加工的误差，提高加工的精度和质量。误差补偿和误差抵消虽然在表面上有点区别，但是在本质上是一样的，在实际生产中都称为补偿误差。

2.5误差平均法

误差平均法就是利用密切联系的表面，使之相互比较，相互检查，从对比中找差距，密切联系的表面可以分为三类：一是配偶件表面；二是成套件表面；三是工件本身有牵连的表面。比如：偶件之间相互研磨、相互纠正，或者是互为基准进行加工。这种互相联系的表面之间互相研磨和互相磨损的过程，也就是误差不断减少的过程。

3结束语

减少加工误差，提高加工精度，是我们不断追求的目标，对于机械加工质量也是至关重要的。因此，在加工之前，一定要认真分析影响加工精度的因素，并在实际操作中采取有效的控制措施和先进的加工工艺，才能最大限度地减少加工误差、提高加工精度，进而提高机械加工工作的质量和效率。

作者:王洪启 单位:天津地热勘查开发设计院