浅析机械加工误差产生的原因及解决措施

摘 要：机械加工中会产生各种误差，产生误差有多种原因，本文着重分析机械加工存在误差的主要原因，并提出减小机械加工误差的方法。

关键词：机械加工；误差

机械加工误差是指零件加工后的实际几何参数对理想几何参数之间偏差的偏离程度。零件加工后实际几何参数与理想几何参数之间的符合程度即为加工精度。 在实际的加工过程中总希望实际值愈接近理想值越好，这样加工精度就愈高，但是加工过程中由于多种原因理想值与实际值总会有不同程度的偏差。所以，加工误差的大小反映了加工精度的高低。在机械加工中，机床、刀具、夹具及定位基准、工艺系统等都可能会产生误差，对产品的质量造成一定影响。因此，误差是不可避免的，但误差必须在允许的范围内。通过误差分析，掌握其变化的基本规律，从而采取相应的措施减少加工误差，提高加工精度。

1. 机械加工产生误差主要原因

1.1 机床的几何误差

机床是将金属毛坯经过切削、焊接、挤压、锻造等方式加工成机械零件的，现阶段的机械半成品以及成品生产都是通过车床进行加工制作的，因此可以说通过机床加工是导致机械产生误差的主要原因之一。机床使用夹具将工件固定，然后通过高速旋转的刀具对其实行各种切削工作，所以机床的工作精确度直接影响着加工机械零件的尺寸精度。其中机床工作精度主要包括机床主轴的旋转精度、导轨精度以及传动链的精度。

机床主轴是刀具或装夹工件的基准，同时主轴还能把动力和运动传给所有需要加工的工件和刀具，因此主轴回转的误差往往会直接导致和影响整个被加工零部件的精度。主轴回转误差通常都是指主轴每一个瞬间的真实回转轴线相对其平均回转轴线的一个变动量。它通常都是分为轴向窜动、角度摆动和径向圆跳动三种形式进行研究和分析的。引发和产生主轴径向回转误差原因主要有：轴承本身的各种误差、轴承之间的同轴度误差、主轴几段轴颈的同轴度误差、主轴绕度等。不过它们对主轴径向回转精度的影响大小，一般情况下都是随具体的加工方式而改变的。轴承承载端面和主轴轴肩端面对主轴回转轴线，就极易产生轴向窜动，所以就会产生垂直度的误差。加工方法的不同，所引起的主轴回转误差的加工误差也不一样。在车床加工内孔和外圆的时候，主轴径向回转误差通产还能引起工件的圆柱度和圆度误差，不过一般情况下是对加工工件的端面不会产生影响的。主轴轴向回转误差通常对加工内孔和外圆的影响起不到太大的作用，不过对于加工端面的平面度和垂直度则有着至关重要的影响。在车螺纹的时候，主轴向回转误差还能导致被加工螺纹的导程产生相应周期性的误差。

1.2 刀具、夹具及定位基准产生的误差

任何刀具在切削过程中，都不可避免要产生磨损，并由此引起工件尺寸和形状的改变。正确地选用刀具材料和选用新型耐磨的刀具材料，合理地选用刀具几何参数和切削用量，正确地采用冷却液等，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。

夹具上的定位元件不可能按基本尺寸制造得绝对准确，他们的实际尺寸（或位置）都允许在分别规定的公差范围内变动。但是如果定位误差变动超出了公差允许的范围，就会引起工件和夹具存在间隙，并且在机械加工过程中产生较大的位置变动量，从而导致机械加工零件产生误差。

1.3 工艺系统受力变形产生的误差

机械加工过程中由于工艺系统受力变形产生的误差主要由工件刚度、刀具刚度以及机床部件刚度三方面因素所决定的。其中工件刚度如果低于机床、刀具以及夹具的刚度，则在主轴高速旋转以及切削的过程中，就会由于工件的刚度不足产生变形从而影响了机械零件的加工精度；如果使用外圆车刀进行机械零件加工时，其刚度影响产生的变形可以忽略不计，但是对于加工直径较小的内孔工件时，刀具刚度较差很容易在高速运转过程中产生形变，影响到内孔的加工尺寸；机床内部具有很多复杂的零部件，所以各种零部件的刚度对机械零件加工误差也有一定的影响。

2. 对机械加工中的误差进行改进的有效措施

2.1 直接减小或消除误差法。

提高工件加工时所使用的机床、夹具、量具及工具的精度，控制工艺系统受力、受热变形等均可到目的。为提高加工精度，该法应在查明产生加工误差的主要因素后根据具体情况进行实施。对精密零件的加工，应尽可能提高所用机床的精度，并控制加工过程中的变形，对敌刚度零件的加工，主要是减少工件的受力变形，对成形面零件的加工，主要是减少成型刀具的形状误差及道具的安装误差。例如，车削细长轴，因工件刚性差，容易产生弯曲和震动，得不到准确的几何形状精度和比较粗糙的表面。其主要误差因素为，径向力顶弯工件，轴向力压弯工件，离心力甩弯工件并使其震动，切削热使工件产生延长。实际加工中，通过采用跟刀架来消除径向力的影响，通过采用打进给反响切削来消除轴向力的影响、通过采用弹簧顶尖来消除热变形的影响。

2.2 补偿或抵消误差法。

误差补偿法，是人为的造成一种新的误差去抵消原来工艺系统中的原始误差。误差抵消法是利用原有的一种误差去抵消另一种误差，尽量使两者等值，反向。两种方法无本质区别，生产中统称为误差补偿。例如，摇臂钻床在主轴箱自重的影响下产生弹性变形，是主轴工作时与工作太不垂直。为减小该误差可以采用预变形的办法，先通过近似计算，找出横梁的弹性变形曲线，据此确定横梁导轨几何形状及所采用的预变形形状。将导轨的支承面做成反向弯曲面，当受主轴箱重力作用是，则近似平直，从而补偿了其弹性所引起的变形。

2.3 误差转移法。

对工艺系统的原始误差，可在一定条件下使其转移到不受影响加工精度的方向或误差的非重要方向。这样就可以在不减少原始误差的情况下，获得较高的加工精度。通过误差转移的方法，能够用一般精度的机床加工高精度的零件。如镗床镗孔，孔系的位置精度和空间局的尺寸精度都依靠镗模和镗杆的精度来保证，若镗杆与机床主轴之间采用桡性联接传动，可是机床误差与加工精度无关。

在加工的装配中，有些精度问题涉及到零件间的相互关系，相当复杂。如果单纯的提高零部件的精度来满足设计要求，有时不仅困难，设置不可能。

3. 结束语

本文对机械加工当中易致误差的原因进行分析研究，并从中总结出一些技术要点以及注意事项，通过在机械生产过程中进行实践应用，能够有效地降低误差，提高了加工的精度，使机械加工企业获得更高的经济效益。■

参考文献

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