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一、機(jī)械加工中誤差產(chǎn)生的主要原因

在機(jī)械加工作業(yè)中，誤差是指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)（尺寸、形狀和位置）與理想幾何參數(shù)之間的偏差，偏差越大，誤差也就越大，由于目前機(jī)械制造業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)水平的限制，導(dǎo)致了誤差的不可避免，也就是說是誤差在實(shí)際加工作業(yè)中是客觀存在的。由于誤差的不可避免的特性，所以本文對(duì)機(jī)械加工過程中比較容易產(chǎn)生誤差的原因進(jìn)行簡(jiǎn)單的探討，大致分為四個(gè)主要方面的原因：工藝系統(tǒng)的幾何誤差、工藝系統(tǒng)的受力變形誤差、工藝系統(tǒng)的熱變形誤差、工件內(nèi)應(yīng)力引起的變形誤差等。以下將具體的分析

（一）工藝系統(tǒng)的幾何誤差。

1.加工原理誤差。

凡采用近似的加工原理進(jìn)行加工，由此產(chǎn)生的誤差稱為加工原理誤差，它通常包括采用近似的成型運(yùn)動(dòng)和近似的切削刃輪廓兩個(gè)情況，它是用近似的方法來代替實(shí)際加工的軌跡，所以加工原理誤差在一定程度上影響了加工精度；

2.機(jī)床的幾何誤差。

機(jī)床的切削加工是由刀具與工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，將金屬毛坯經(jīng)過切削、拉伸、擠壓等方式加工成機(jī)械零件的，目前機(jī)械半成品和成品基本上都是通過機(jī)床進(jìn)行加工完成的，所以可以說機(jī)床加工是導(dǎo)致機(jī)械加工誤差的主要原因之一。機(jī)床使用夾具將工件和刀具固定，然后通過主軸的高速旋轉(zhuǎn)完成零部件的各種切削工作，所以機(jī)床的工作精度直接影響到加工機(jī)械零件的尺寸精度。機(jī)床的幾何誤差主要包括主軸、導(dǎo)軌、傳動(dòng)鏈等幾個(gè)方面。機(jī)床主軸裝有夾具、工件、刀具，依靠主軸的高速旋轉(zhuǎn)控制鉆頭、刀具對(duì)工件進(jìn)行加工。而主軸的誤差主要是因?yàn)闄C(jī)床主軸在回轉(zhuǎn)過程中，回轉(zhuǎn)軸線相對(duì)于平均回轉(zhuǎn)軸線在各瞬間都有一定的變動(dòng)構(gòu)成了主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差。主軸支承軸徑和軸承孔的圓度、軸承的間隙、滾動(dòng)軸承滾動(dòng)體的圓度及其尺寸誤差等都是造成主軸回轉(zhuǎn)誤差的原因。而主軸軸線的定位面與軸線的垂直度誤差是造成主軸純軸向運(yùn)動(dòng)的主要原因。機(jī)床導(dǎo)軌決定著機(jī)床上各部件的運(yùn)動(dòng)軌跡和方向，是機(jī)床加工運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)。由機(jī)床導(dǎo)軌產(chǎn)生的誤差主要是因?yàn)闄C(jī)床各部件相對(duì)位置存在偏差以及長(zhǎng)期使用過程中造成的不同程度的磨損等問題造成機(jī)械零件加工誤差，主要表示為導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差和導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度誤差，以及導(dǎo)軌面間的平行度誤差；機(jī)床傳動(dòng)鏈誤差主要是由于傳動(dòng)鏈中各傳動(dòng)元件如齒輪、渦輪、蝸桿、絲桿等的制造誤差、裝配誤差和磨損等造成；

（二）工藝系統(tǒng)的受力變形。

1.刀具的誤差。

在機(jī)械加工過程實(shí)際上就是機(jī)床的切削加工過程，即通過刀具和工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，剝離工件多余不需要的余料，機(jī)械加工過程中，刀具的使用是很重要的，而且刀具的種類很多，如切刀、銑刀、鉸刀、鉆頭等，刀具的制造精度和磨損程度及安裝和使用不當(dāng)都會(huì)影響到機(jī)械零件的加工精度；

2.裝夾誤差。

在機(jī)械加工過程中，工件的定位和夾緊是很重要的，如果工件的工作位置產(chǎn)生偏差，將直接對(duì)工件的加工造成誤差；

3.測(cè)量誤差。

機(jī)械加工中測(cè)量起主導(dǎo)作用，是工件加工的導(dǎo)向，其誤差也將直接影響加工精度；

（三）工藝系統(tǒng)的受力變形誤差。

在切削加工過程中，工藝系統(tǒng)受到切削力、重力、夾緊力、傳動(dòng)力和慣性力等的作用，因而產(chǎn)生相應(yīng)的變形。這種變形將破壞刀具與工件之間已經(jīng)調(diào)整好的位置關(guān)系，從而造成加工誤差。工藝系統(tǒng)的受力變形可分為彈性變形和塑性變形兩種情況。由于塑性變形是永久變形，它產(chǎn)生后將相當(dāng)于增加了一個(gè)工藝系統(tǒng)的幾何誤差。

1.切削過程中受力點(diǎn)位置的變化引起的工件形狀誤差

主要表現(xiàn)在用兩頂尖裝夾車短粗軸和用兩頂尖裝夾車細(xì)長(zhǎng)軸，對(duì)于工藝系統(tǒng)而言，切削加工中，工藝系統(tǒng)在各種外力作用下，其各部分將在各個(gè)方向上產(chǎn)生相應(yīng)的變形，和理論是存在一定的誤差。

2.毛坯件誤差。

3.切削過程中受力方向變化引起的加工誤差。

4.其他力引起的加工誤差。

（四）工藝系統(tǒng)的熱變形引起的誤差。

在機(jī)械加工過程中，工藝系統(tǒng)在各種熱源的作用下，都會(huì)產(chǎn)生一定的熱變形。由于熱變形及其不均勻性，使刀具在工件之間的準(zhǔn)確位置和運(yùn)動(dòng)關(guān)系遭到破壞，產(chǎn)生加工誤差。工藝系統(tǒng)的熱源主要有內(nèi)部熱源和外部熱源，內(nèi)部熱源主要來自加工工程中，它包括切屑熱、摩擦熱、派生熱源；外部熱源主要是來自于環(huán)境溫度的變化和由陽(yáng)光、燈光及取暖設(shè)備等直接作用于工藝系統(tǒng)的輻射熱；由于機(jī)床熱源的不均勻性及其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，使機(jī)床的溫度場(chǎng)不均勻，機(jī)床各部分的變形程度不等，破壞了機(jī)床原有的幾何精度，從而降低了機(jī)床的加工精度。

1.摩擦熱主要在車床和磨床上比較明顯

其中車床的主要熱源是主軸箱軸承和齒輪的摩擦熱，一般對(duì)端面和圓錐面車削會(huì)造成大的加工誤差；磨床的主要熱源是高速回轉(zhuǎn)的砂輪主軸的摩擦熱及液壓系統(tǒng)的發(fā)熱；所以機(jī)床本身熱變形是影響加工精度的主要因素；

2.切削熱主要表現(xiàn)在工件的熱變形和刀具的熱變形

當(dāng)工件受熱不均勻，或工件結(jié)構(gòu)較復(fù)雜時(shí)，其熱變形會(huì)以彎曲或者其他形式出現(xiàn)，可能造成更大的加工誤差。以此，工件的加工精度要求越高，加工時(shí)就越要嚴(yán)格控制工件的熱變形。而刀具在切削時(shí)受切削熱作用，因刀具實(shí)體一般較小，熱容量小，所以升溫很快，當(dāng)?shù)毒咔邢鞔竺娣e工件表面時(shí)，隨刀具的升溫會(huì)給工件帶來較大的形狀誤差；

（五）工件內(nèi)應(yīng)力引起的變形誤差。

工件的內(nèi)應(yīng)力是指當(dāng)外載荷去掉后扔存在于工件內(nèi)部的應(yīng)力存在內(nèi)應(yīng)力時(shí)，工件處于一種不穩(wěn)定的相對(duì)平衡狀態(tài)。隨著內(nèi)應(yīng)力的自然釋放或者受其他因素影響而失去平衡狀態(tài)，工件將產(chǎn)生相應(yīng)的變形，破壞其原有的精度。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）毛坯制造中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力；（2）冷校直引起的內(nèi)應(yīng)力。

二、減少加工誤差的主要措施

在機(jī)械加工中，由于工藝系統(tǒng)存在的各種原始誤差，總要以不同的程度造成工件的加工誤差，既然誤差是不可避免的，但是我們可以分析產(chǎn)生加工誤差的主要原因，采取適當(dāng)?shù)募庸すに?，設(shè)法控制原始誤差的產(chǎn)生或者控制原始誤差對(duì)加工精度的影響程度。其主要途徑分析如下：

（一）減少或者消除原始誤差。

提高工件加工時(shí)所使用的機(jī)床、夾具、量具及工具的精度，以及控制工藝系統(tǒng)受力、受熱變形等均可以直接減少原始誤差。

（二）轉(zhuǎn)移原始誤差。

對(duì)工藝系統(tǒng)的原始誤差，也可在一定的條件下使其轉(zhuǎn)移到不影響加工精度的方面或誤差的不敏感方向。這樣就可以在未減少原始誤差的情況下，獲得加高的加工精度。

（三）補(bǔ)償或抵消原始誤差。

誤差補(bǔ)償法是指人為地造成一種誤差去抵消加工過程中的原始誤差，從而減少加工誤差。

（四）直接減少熱源的發(fā)熱及其影響。

為減少機(jī)床的熱變形，應(yīng)盡可能將機(jī)床中的電機(jī)、變速箱、液壓系統(tǒng)、切削液系統(tǒng)等熱源從機(jī)床主體中分離出來，對(duì)應(yīng)不能分的熱源，可以從結(jié)構(gòu)、潤(rùn)滑等方面采取一些措施，以減少摩擦熱的產(chǎn)生。一些大型精密機(jī)床還可以采用冷凍機(jī)，將潤(rùn)滑液、切削液強(qiáng)制冷卻。

（五）熱補(bǔ)償。

熱補(bǔ)償就是將機(jī)床的某些部位加熱，使機(jī)床受熱均勻，從而產(chǎn)生均勻的熱變形，如果熱補(bǔ)償使用恰當(dāng)，將會(huì)對(duì)機(jī)床的精度產(chǎn)生顯著的效果。

（六）熱平衡。

當(dāng)機(jī)床達(dá)到熱平衡時(shí)，熱變形趨于穩(wěn)定，有利于確保加工精度。

三、結(jié)束語

綜上所述，機(jī)械加工過程中誤差產(chǎn)生的原因很多，只有找到產(chǎn)生誤差的主要原因，從根本上找到解決問題的辦法，才能使機(jī)械加工誤差控制在允許的范圍內(nèi)，滿足日益增長(zhǎng)的精度要求。

作者：葉寶根 單位：江西工程高級(jí)技工學(xué)校