如何利用不同的工艺方法降低工艺系统误差对加工精度的影响

利用不同的工艺方法降低工艺与系统误差对加工精度的影响由机床、夹具、刀具与工件组成的机械加工工艺系统简称工艺系统,工艺系统会产生各种各样的误差,这些误差会在具体的工作条件下以各种不同方式反映出工件的加工误差,使零件加工后的实际几何参数与理想几何参数不相符。根据工艺系统的误差性质,将其归纳为工艺系统的几何误差、工艺系统受力变形引起的误差、工艺系统受热变形引起的误差及工件残余内应力引起的误差等四方面。以下着重通过对误差产生因素及对加工精度的影响进行剖析，并提出相应的改善措施，利用不同的工艺方法以提高机械加工精准度。首先对工艺与系统误差进行分析。一、加工原理误差产生误差因素的分析：由于采用了近似的加工运动或近似的刀具轮廓而形成的加工误差。如车削螺纹时必须使刀具和工件间完成准确的螺旋运动（即成形运动）；滚刀齿轮时必须使滚刀和工件间有准确的展成运动。在生产实践中，采用理论上完全精确地成形运动是不可能实现的，所以在这种情况下通常采用近似的成形运动，以获得较高的加工精度和提高加工效率，使机械加工更为经济。近似的成形运动或刃形所产生的误差，多为形状误差机床的误差。（1）主轴回转误差——主轴回转时实际回转轴线与理想回转轴线的偏移量有以下三种基本形式：a.纯径向跳动b.纯角度摆动c.轴向窜动影响主轴回转精度的主要因素：轴承本身误差、轴承间隙、轴承间同轴度误差，各段轴颈、轴孔的同轴度误差主轴系统的刚度和热变形等。但它们对主轴回转精度的影响大小随加工方式而不同主轴采用滑动轴承的车床类，主轴受力方向一定，主轴颈圆度误差影响较大，轴承内径圆度误差没影响。镗床主轴受力随镗刀旋转方向不断变化轴承孔误差影响大；滚动轴承结构复杂，影响主轴精度因素也较复杂。除轴承本身精度外，与配合件精度有很大关系如主轴轴颈、支承座孔等精度产生轴向窜动主要原因是主轴轴肩端面和轴承承载端面对主轴回转轴线有垂直度误差。主轴不同形式的回转误差将会引起不同的加工误差：车床上加工外圆内孔时，主轴径向跳动引起工件圆度和圆柱度误差，对工件端面无影响；轴向窜动对圆柱表面影响不大，对端面垂直度平面度影响大，车削螺纹时会造成导程的周期性误差；纯角度摆动会造成车削外圆或内孔的锥度误差；在镗孔时，会使镗出的孔为椭圆形。纯角度摆动会造成车削外圆或内孔的锥度误差；在镗孔时，若工件进给会使镗出的孔为椭圆形。提高主轴及支承座孔的加工精度，选用高精度轴承，提高主轴部件装配精度、预紧和平衡等，提高主轴回转精度。（2）机床导轨误差导轨精度要求主要有以下三方面：①在水平面内的直线度（以卧式车床为例）Δ1将直接反映在工件加工表面法线方向（误差敏感方向）上，误差ΔR=Δ1，对加工精度影响最大。刀尖在水平面内的运动轨迹造成工件轴向形状误差。②在垂直面内的直线度Δ2对工件的尺寸和形状误差影响比Δ1小得多，对卧式车床ΔR≈Δ22/D，若设Δ2=0.1mm,D=40mm，则ΔR=0.00025mm，影响可忽略不计。而对平面磨床、龙门刨床误差将直接反映在工件上。③前后导轨的平行度（扭曲）卧式车床或外圆磨床若前后导轨存在平行度误差时，刀具和工件之间相对位置会发生变化，刀尖运动轨迹是一条空间曲线，使工件产生形状误差。若扭曲误差为Δ3，工件误差ΔR≈(H/B)Δ3，一般车床H/B≈2/3，外圆磨床H/B≈1，误差对加工精度影响很大除导轨制造误差外，导轨的不均匀磨损和安装质量，也是造成导轨误差的重要因素。导轨磨损是机床精度下降的主要原因之一。可采用耐磨合金铸铁、镶钢导轨、贴塑导轨、滚动导轨导轨表面淬火等措施。（3）机床传动链误差指机床内传动链始末两端的传动元件间相对运动的误差，一般用传动链末端元件的转角误差来衡量。产生的原因是传动链中各传动元件的制造误差、装配误差及磨损等。若传动齿轮i在某一时刻产生转角误差为Δφi，则它所造成传动链末端元件的转角误差：Δφwi=KiΔφiKi为该轴到末端元件的总传动比，称为误差传递系数，若Ki大于1则误差被扩大；反之，若Ki小于1误差被缩小。各传动件对工件精度影响的总和为：Δφ∑=∑Δφwi=∑KiΔφi减少传动链误差的措施：①尽可能缩短传动链，减少传动元件数目；②尽量采用降速传动，误差被缩小；③提高传动元件、特别是末端元件的制造和装配精度；④消除传动间隙；⑤采用误差补偿机构或自动补偿装置。（4）刀具的几何误差包括刀具切削部、装夹部的制造误差及刀具安装误差①定尺寸刀具，刀具尺寸精度直接影响工件尺寸精度；②成形刀具，刀具形状精度直接影响工件形状精度；③展成刀具，刀刃形状精度会影响工件加工精度；④一般刀具，制造精度对工件加工精度无直接影响。（5）夹具的几何误差包括夹具制造误差、定位误差和夹紧误差，磨损对工件尺寸精度和位置精度影响会很大。定位误差产生因素分析：工件在加工过程中，因工件在机床上相对于机刀具的位置不正确而产生的加工误差：包括基准不重合误差、定位副制造不准确误差直接影响工件的尺寸精度和位置精度。夹紧误差产生因素分析：工件或夹具刚度过低或夹紧力作用方向、作用点选择不当，都会使工件或夹具产生变形，造成加工误差。（6）调整误差在工序的调整工作中所存在的误差即调整误差一次调整后存在的误差对这一批零件的影响是不变的。但大批量加工中存在多次调整，不可能每次完全相同。对全部零件来说，每次调整误差为偶然性误差。机床调整误差可理解为零件尺寸分布曲线中心的最大偏移量。加工中不产生废品的条件：Δfb+Δt≤T。二、受力变形误差的产生与影响在机械加工过程中，切削力、传动力、夹紧力、惯性力及重力等作用下会使工件和机床产生相应的变形，变形程度的大小直接影响到了加工精度。而机床的设计、制造、装配能否达到加工要求，工装夹具的设计是否合理，刀具的合理选择及工件刚度的大小是受力变形误差产生的主要因素；因此，选择满足工艺要求的机床，增大工件装夹接触面积，提高接触面的表面精度，制定合理的加工工艺，合理装夹工件，选择刚度足够的刀具及合理的角度，是减少工艺系统受力变形的主要手段。三、工艺系统热变形引起的误差热变形对精密加工影响很大，据有关资料统计。在精密加工中。热变形引起的加工误差占总加工误差的40%~70%。热变形不仅降低了系统的加工精度,而且还影响了加工效率。引起热变形的根源是工艺系统在加工过程中出现的各种热源。这些热源大体上可分为四类：切削和磨削加工时产生的切削热；机床运动副工作时所发出的热；周围环境通过空气对流而传来的热；日光、灯光、加热器等产生的辐射热。为了减小机床热变形对加工精度的影响,通常在机床大件的结构设计上采取对称结构或采用主动控制方式均衡关键件温度，以减少其因受热出现的弯曲或扭曲变形；在结构连接设计上，其布局使关键部件的热变形位于对加工精度影响较小的方向上；对发热量较大的部件。采取足够的冷却措施或采取隔离热源的方法。在工艺措施方面，让机床空运转一段时间，当其达到或接近热平衡(传入热与散出热相等)时再进行加工；或将精密机床安装在恒温室中使用。在加工方面，采用在切削区施加充足的切削液；提高切削速度或进给量，以减少传入工件的热量；粗、精加工分开，使粗加工的余热不带到精加工工序中；刀具和砂轮勿让其过分磨钝就进行刃磨和修正；对大型或较长的工件，在夹紧状态下应使其末端能自由伸缩。
四、几何精度影响加工精度零件的加工精度是指零件完工后的实际几何参数对理想几何参数的符合程度，符合程度越高米加工精度就越高。工艺系统版扩机床、工件、工具和夹具，在进行切削加工时，机床由于自身制造工艺存在问题，有可能存在主轴回转误差等，从而造成被加工零件的形状及位置精度不足，机床主轴的径向以及轴向摆动对于加工要求不通的零件会产生不同程度的精度影响，此外，机床安装过程中存在的问题以及长期使用过程中的磨损，都会对零件的加工精度产生影响，刀具随着使用时间的延长，磨损现象会十分明显，这种不均匀的磨损会使刀具的相对位置发生改变，从而使得零件的精度大幅度下降，在整个加工工业系统当中，为了将零件进行有效的固定，使得保持和刀具之间一定的位置，就需要使用夹具，夹具的误差主要包括出厂时的制造误差以及在使用过程中产生的定位误差和安装位置不准确造成的误差，此外，随着所以时间的增加，夹具表面也会发生磨损，从而影响零件间的加工精度。对加工机床、刀具以及夹具进行误差分析后，操作人员必须通过有效的补偿技术对误差进行控制，使其在可以接受的范围之内，在实际加工生产中，机床的精度各不相同，对于不同精度的机床，操作人员需要采用不同的补偿技术进行加工精度的控制。精度较高的机床设备中都有补偿控制装置，可以根据实际的需要进行矫正；对于一些比较先进的数控机床，可以通过专门的软件对各种磨损进行补偿校正，操作人员只需要将需要补偿的数据输入到设备中，软件可以自行进行计算和补偿，并且可以随时工件需要对相关的补偿数据进行修正和设定。对于一些普通机床，操作人员只能够根据校正尺的数据来进行手动的设置补偿螺母，从而完成误差的补偿。对误差的分析后找寻提高机械加工精度的措施与方法。一、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、受热变形、刀具磨损及内应力引起的变形和测量误差等均属于直接减少原始误差。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、刚度和控制加工热变形；对具有成形表面的零件加工，则主要是如何减少成形刀具形状误差和刀具的安装误差。二、误差补偿法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。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。误差抵消法：利用原有的一种原始误差去部分或全部地抵消原有原始误差或另一种原始误差。三、自身加工修配法影响机械加工的精度因素有很多，不仅是在装配和加工中产生的误差，在设备以及加工部件的本身出现误差也是常有发生的，因此，提高机械加工精度的措施不能单纯的在加工中进行改进，同时好要注意加工设备以及部件等。自身加工修配法可以对加工的部件、材料以及加工设备等自身的误差进行调整，如果真的是加工部件或设备出现的误差，即使加工技术再好，加工过程再标准，加工出来的工件也会存在误差，这是机械加工人员必须掌握的常识。通过自身加工修配法的实施，可以有效的降低机械工件加工的误差，充分的提高机械加工的效率。四、分组均分原始误差法在机械加工中，有些误差是无法避免的，如果处理不得当的话，会导致误差越来越大、误差的工件越来越多，例如，工件加工有一个规定的工序，如果工序得某一环节出现误差，就会导致后续的误差越来越大，而有些人员为了避免这样的误差，则会将后续的工序进行更改，一旦更改后就会有其他的工件出现误差的情况。对于这类情况必须采用分组均分原始误差法才能有效降低加工工件的整体误差，可以计算原始的加工误差，然后将要加工的工件进行分组加工，同时要尽量控制每一个环节的误差，尽量不要去随便更改加工工序，否则会让其他工件加工也出现混乱的状态。最后，在机械的加工中，误差是不可避免的，只有对误差产生的原因进行详细分析，方能采取相应的预防措施减少加工误差，提高机械加工精度。但在某些情况下提高零部件本身精度一时会十分困难，应综合地运用各种的工艺方法类似上述所说的来解决加工中遇到的问题，以降低误差影响