机械加工误差分析与控制措施

机械加工误差分析与控制措施

杨建利

中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司，辽宁沈阳 110043

摘要：随着先进科技的引入，我国的机械加工水平正在不断提升，在航空航天、交通运输、武器装备以及机械设备等各领域对于机械加工制件提出更高需求的背景下，机械加工制品的质量和精度控制显得尤为重要。然而机械设备、刀具材料、安装操作及工艺细节控制等各方面对可能对机械加工的精度和质量产生不可忽视的不良影响，导致机械加工制品出现尺寸或形状误差，降低机械加工的成品率和生产效率。为此分析机械加工误差产生的潜在诱因，并提出针对性的机械加工误差控制措施，对于提升机械加工水平具有重要的工程意义和理论参考价值。

关键词：机械加工工艺；加工精度与误差；误差控制

引言

机械加工是指通过车、铣、刨、磨、钻等机械加工手段将下料预制的毛坯加工成具有确定尺寸和形状的半成品或成品的加工过程。在此过程中，操作人员将毛坯安装固定于机械设备上并按一定工序操作加工设备完成对制件的加工制备生产。由于机械加工工艺涉及较多工序步骤，机械加工过程复杂，加工工艺过程中的每个细节都会对机械加工制品的最终尺寸产生影响，从而形成机械加工的误差。这些机械加工误差既包括机械设备、刀具等引起的固有误差，也包括人为操作失误引起的工程误差[1]，都影响着机械加工制品的质量和生产效率。因此，探讨机械加工误差的产生原因，并寻找针对性的控制措施对于机械加工企业具有重要的现实意义。

一、机械加工误差原因分析

机械加工过程是一个十分复杂的工艺过程，需要多个加工工艺结合制件数量和具体的制件需求，制定加工过程的流程制度和操作规范，以满足机械加工零部件质量和效率的加工需求[2]。不同机械加工零件的尺寸形状和质量需求等存在较大差异，因此对于机械加工精度的要求也各不相同。然而实际机械加工的工艺细节复杂性不可避免地产生各种加工误差，特别是机床、刀具、夹具等机械加工系统造成的原始误差引起的制件加工误差，导致机加制品的质量并不理想。

（一）机床存在的系统误差

机床本身存在的系统误差会导致在机械加工制品的过程中产生加工误差，特别是机床的主轴、导轨和传动链等重要机构存在的系统误差。首先，机床主轴在回转运动的过程中回转轴线会由于主轴同轴度、主轴挠度及轴承间同轴度等导致与平均回转轴线偏转的变量引起严重的加工误差。其次，导轨的安装问题及磨损不均匀性会导致材料进给和定位的不准确。最后，传动链传动副的装配及零部件的制造和磨损都会导致传动链的传动出现波动，使得机械加工过程产生加工误差。

（二）刀具产生的使用误差

刀具性能对于机械加工精度具有重要影响，刀具在机械加工特别是切削加工过程中，坯料的反作用力不可避免地导致刀具的磨损，刀具尺寸形状的改变会直接导致机械加工零件的质量和精度发生变化。不同的工件需要选用不同的刀具材料和刀具形状尺寸，并选择合理的冷却液以及补偿装置减少刀具尺寸形状的磨损，才能有效达到制品的机械加工性能需求。

（三）夹具定位的细节误差

毛坯零件的定位对于机械加工的精度十分重要，如果定位不精准会导致零件的直接报废。夹具在实际的加工过程中不可避免存在一些误差，导致其在安装配合和辅助定位时不可避免存在工件加工位置的变动，使得加工过程中制件产生加工误差。特别的，机床的零部件在加工过程中都存在规定的加工误差，这些加工误差在零部件组装过程中会堆积累加导致机床的定位不够准确，进而使得制件在加工过程中的位置变动，也会使得零件在机械加工过程中产生位置和尺寸误差。

（四）加工工艺的过程误差

在机械加工过程中作用在工件上的切削力以及反作用于刀具和机床的作用力会使得工件、刀具和机床零部件的形状刚度发生改变影响工件加工精度。首先，工件的选材不同，工件的刚度硬度差别较大，部分工件会因为刚度较低引起工件在加工过程中发生大变形造成工件加工精度大幅度降低。其次，刀具的刚度达不到要求时会在机械加工过程中发生变形，进而影响加工制件时的切削力和进给量，从而导致加工工件的加工质量远低于实际需求。最后，机床的零部件在机械加工过程中会发生磨损和变形，累积作用于工件上导致机械加工精度降低。

（五）系统温度产生的误差

机械加工过程中工件与刀具之间力的作用和摩擦导致机械加工系统及加工环境的变化，温度场的变化会降低工件、刀具及机床的变形抗力，使得在较高温度下整个机械加工系统都会发生变形，进而影响工件的定位与机械加工，导致制件出现加工误差。此时，冷却系统的选择至关重要，选择合理的冷却液有利于机械加工系统温度控制，从而降低温度变化导致的加工误差。

（六）其他操作细节的误差

机械加工过程中的工序较多，相互衔接的过程及每一工序的加工调整不可避免出现不准确的情况，引起工件的加工误差。整个机械加工系统包括工件、刀具和机床相互之间存在定位校准的问题，特别是在各部分存在原始加工精度的情况下，各部位在每个工序进行前都应该进行位置的核查校准，如果调整不到位则直接会反映到工件的质量和加工精度上，导致加工误差的产生。

三、机械加工误差的控制措施

机械加工的工艺细节和机械系统零部件的精度问题等都会带来加工制件的加工误差产生，且如前文所述影响加工误差的因素相对较多，故有效控制加工误差并提高工件的加工精度至关重要。目前针对机械加工误差的诱因可以从以下几个方面进行加工误差的控制[3, 4]。

（一）直接控制措施

针对机械加工系统存在的刚度、精度等问题引起的加工误差，采取有效的措施，合理选用工件和刀具材料，减少工件与刀具在机械加工中的变形，提高机床组成各工作部件的精度和刚度要求，定期检查校准，保证机床的正常稳定运行。选择合适的刀具材料和冷却液类型，避免刀具的磨损。根据机械加工系统的情况合理设计工件的定位基准，采用夹具对工件进行有效定位，保证机械加工的正常稳定进行。有效调控机械加工工序，保证工序间的有效衔接，避免操作不准确和失误，保证工件的机械加工质量和加工精度。

（二）补偿误差措施

补偿误差措施是指采用一定的手段制造与加工误差反向的新误差，因此来减小甚至消除机械加工系统误差对制件质量的影响。例如可以采用补偿装置对机床中定位不精准的部位进行调整，使得零件的实际定位与设计定位重合，保证机械加工的精度。又如机械加工过程中系统环境的温度和工件的温度不可避免地升高，可以采用冷却循环系统对加工位置进行冲刷，一方面降低工件和系统的温度，另一方面带走毛刺和切屑，减少杂质对工件质量和加工精度的影响。

（三）转移误差措施

在机械加工过程中有的误差对制件加工精度的影响较大，有的对加工精度的影响相对较小，因此在机加过程中，可以采取一定的措施将影响较大的误差降到最低，适当地加大影响较小的加工误差上去，以此来降低机械加工误差对加工制件的质量和加工精度的影响。例如通过调整刀具的安装位置来降低分度转位的误差，从而降低工件的整体加工误差。

四、结束语

机械加工误差的存在严重影响工件的加工质量和加工精度，进而影响制件的成品率和效益。由于机械加工过程的复杂性，导致机械加工误差的影响因素较多。通过对产生机械加工误差的各种诱因进行详细的分析，并有针对性性地采取误差控制的措施，从而最大程度地降低甚至消除机械加工误差，对于机械加工水平的提高和机械加工效益的提高具有重要的工程价值和意义。

参考文献

[1]刘俊英,陈晓威.探究机械加工工艺技术误差与控制措施[J].现代制造技术与装备,2019(08):186-187.

[2]闵福均.分析机械加工工艺技术误差产生机理及应对措施[J].中国金属通报,2020(07):262-263.

[3]杨昆飞.机械加工工艺技术误差产生机理与解决对策[J].世界有色金属,2019(18):52-53.

[4]蔡苏明.机械加工工艺技术误差产生机理与解决措施[J].南方农机,2020,51(08):170.