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机械加工误差分析及措施

摘要:绿色、高效、优质是机械制造加工企业一直以来都追求的目标。为了实现这一目标,产品的质量必须得到保证,而产品的质量水平与零部件的加工以及装配水平息息相关。其中生产制造过程中的加工误差直接影响着零部件的加工质量,不仅如此,加工误差还会产生严重的安全问题,使得机械制造企业受到经济和声誉上的巨大打击。因此,为了减轻或者避免这种不利的影响,本文讨论了一些机械加工工艺流程中的误差来源与解决措施,希望能给读者一点启发。

关键词:加工精度;加工误差来源;解决措施

加工误差是指机械加工之后工件的实际几何尺寸以及表面质量与理论的尺寸、质量不相符合的现象。在机械加工制造过程中,加工误差是必定会出现的,出现的加工误差又会对机械加工精度造成影响。所以说,我们需要对加工过程中存在的误差来源来认真地梳理,发现其产生的规律,进一步使用对应的方法来减少误差的出现,从而使得最终的制造精度大幅提升。

1机械加工误差产生的原因

1.1原理误差。在加工的过程中没办法采用理想的加工运动方式而采用了近似的加工运动方式,由此产生的加工误差称为原理误差。从实际的情况考虑,如果采用理论中的加工原理对工件进行加工,那么就需要十分复杂的加工机构来实现这一目标,这会造成资源的极大浪费。机械加工企业只需要将加工件的误差控制在一定范围内,能够满足功能需求即可,并不需要提高成本来彻底消除误差。因此,在实际加工中原始误差是一定会存在的,这就会给加工件的加工精度带来影响。1.2机床误差。机床是机械加工的必备条件,生产过程中的每一个环节,零部件的每一次加工都需要机床的参与。所以说,机床自身的误差直接作用于零部件的制造精确度。机床的制造误差包括机床的导轨精度误差、主轴的回转误差以及传动链误差。导轨是机床的最关键部件之一,它起到确定机床其他零部件的相对位置、为刀具等加工部件的运动提供基准等作用。导轨的精度误差主要来源于导轨本身在制造时产生的误差、导轨安装不正确以及导轨在运动较长时间后产生的磨损。主轴是进行切削加工必不可少的部件,是生产时刀具运动的基准,能够直接施加影响作用于被加工部件。主轴的同轴度、跳动度误差、轴承的几何尺寸或表面质量误差以及轴承之间的同轴度误差导致了主轴误差的出现。在主轴零部件的不同误差共同作用下会导致主轴的实际轴线在转动过程中偏离理论位置,造成被加工件精度下降。传动链是由诸多的传动部件例如齿轮、蜗杆、丝杠、螺母等组成的,因而各传动部件的加工精度以及装配误差都会对整个的传动链造成影响,进而产生机床误差。1.3刀具的几何误差。加工过程中不同刀具在切削时与工件的接触部位磨损程度不同,造成的加工误差也不相同,同时刀具的切削会对刀具产生力的作用从而使得刀具本身产生变形磨损,从而使得被加工件产生加工误差;刀具本身在制造过程中产生的误差也会造成工件的误差,例如使用定尺寸刀具进行加工时,刀具的制造误差会直接对被加工零部件的精度产生不好的作用。1.4调整误差。机械加工不是一个一次性就完成的过程,需要经过一个个的步骤。而在每个步骤完成之后需要对夹具、刀具以及工件进行调整,例如重新对刀、重新夹装等,以便确保它们之间相互位置精度的准确。但是这种调整会有误差,这会使得被加工零件的精确度下降。1.5定位误差。在机械加工开始之前需要将工件固定且与机床上的基准部件保持正确的相对位置,这就需要人利用夹具完成这一环节,因而会产生定位误差。被加工件定位时相对于基准的位置精度会对被加工零件的形状、尺寸大小产生直接的影响,这关系着之后的加工以及装配。所以说定位误差在机械制造流程中扮演关键角色。在实际的生产环节中定位误差是没有办法彻底解决的,因此就需要加工人员在不影响后续加工处理以及装配的情况下尽力去减少定位时的基准不重合度,让机械加工误差位于公差带内。1.6夹具的几何误差。上述提到了定位误差的重要作用,实现被加工件的定位需要用到夹具。夹具的具体功能是使得工件能够处于一个参照刀具和机床而言的准确方位,所以说夹具的本身的几何误差对机械制造误差尤其是其中的方位的误差有很大的坏的作用。1.7刀具、工件受热或者受力变形引起的误差。不论被加工件的材料如何,在机械加工的过程中工件受到了刀具的切削,因而会在接触部位产生剧烈的摩擦以及力的作用。这种剧烈的摩擦会使得刀具以及被加工件产生大量的热量,工件与刀具会在高温时会改变自身的刚度性能以及热力学性能,同时工件与刀具都会在力的作用下产生形变。这些情况都会对被加工件的最终成型、装配产生很大的影响。特别是对于一些要求高精度、高质量表面的加工工件来说,例如航天发动机部件的加工,在机械加工的过程中工艺系统所受到的力与热会导致加工部件的报废。因此,为了解决上述问题,在加工过程中一般会使用冷却液、切削液对刀具进行冷却、润滑。

2解决措施

2.1清楚地认识不同性质的误差。提高制造精确度的一个关键环节是需要分辨明白不同性质的误差。加工过程中产生的误差一般会被区别为系统误差和随机误差。系统误差是指在一段时间内加工零部件时出现的数量和矢量遵循某种规律变化或者维持原状的加工误差,分别称为变值系统误差和常值系统误差。常值系统误差包含有原理误差、机床设备各个部分元件的制造误差、制造工艺链受力所带来的制造误差等;变值系统误差包含制造工艺链受热、刀具摩擦磨损带来的制造误差等。随机误差说的是在加工的过程中误差的数量与矢量不遵循规则变化的制造误差,其包括零部件的内应力误差、定位误差、坯料误差等。认清楚不同的误差之后就可以按照不同的解决方案来减小或者消除加工误差,提高加工的精度。2.2原始误差减小法。众所周知原始误差包含了机床的精度误差、夹具误差等等。具体问题具体分析,面对差异化的原始误差造成的加工精度较差的问题需要互不相同的方案,在开始加工之前就将问题解决,能够明显的降低或者减少原始误差对于零件加工的影响。例如在加工制造精度要求比较高、结构有比较复杂的航空部件时,就需要优秀的性能卓越的加工设备。例如智能化机床的使用能够提高加工精度,防止热变形、测量机床的空间精度并加以自动补偿。降低原始误差的常见措施有转移法和补偿法。原始误差转移法是指在没有办法完全消除原始误差的情况下,将原始误差转移至对于被加工部件精度要求不高的部位,这样就能够避免原始误差对零部件的制造精确度产生太大的坏的作用。原始误差补偿法是指在机械加工过程中人为地制造一种误差,人为制造的误差必须要和需要消除的误差大小相等,方向相反,使两种误差互相抵消,这样就能提高被加工件的精度。2.3不同的零部件需要有不同的加工方式。大构件的加工要采用不同的加工方式,加工时材料去除量占毛坯总重的90%左右,其结构的厚度以及规格条件都要求采用高速加工技术以降低切削力、减小工件的变形,这对零部件的制造精确度有很大的提高,同时也可以保证加工的效率。2.4误差分组。通过对误差出现的规律进行研究,通过仔细测量之后将部件的尺寸按照值的高低来分组,分为a组,这样一来每一组零部件的尺寸范围变成了之前的1/a。接着遵循各个组的误差范围进行再次对刀,让各组的零部件尺寸范围中心保持相同,这样的话能极大降低加工件的尺寸分散范围水平。采用误差分组的方法能在一定程度上增加加工的精度,同时该方法经济有效。2.5设计时改进被加工件的结构。在设计加工件时不仅仅要考虑到功能方面的实现,成本的控制问题还应该尽力达到方便加工的要求。例如壁厚要均匀,结构要匀称,来减小工件内应力的发生,因为内应力的产生也会对制造精确度产生坏的作用。另外在加工时适当地选择不同材质的刀具,加大刀具的前角和主偏角,在加工前或者加工后对被加工件实施适当的化学处理、热处理等手段,这些方法都能有效降低刀具对零部件的切削力,从而减小零部件的变形。2.6构建机械加工的专家系统。随着机械制造智能化程度的不断进步,用以解决复杂问题的智能程序被应用到了机械加工工艺流程当中。该智能程序能够充分表示机械加工误差领域的知识, 可根据用户的需求迅速、 准确、全面地提供加工误差的定义、 图例、 测量方法、 产生的原因以及相应的控制措施等信息。使用专家系统能快速、有效地分析出加工误差的原因所在并提出解决方案用以提高机械制造加工的精度。

3总结

从一个零件开始加工到加工结束有很多个环节,每个环节都有可能因为不同的原因造成零件的几何尺寸、表面质量与理论值有一定的偏差。只有通过分析形成误差的原因,才能提出对应的解决方案。找出最为经济最为可靠的解决方法,使得零件的加工误差保持在公差带的范围之内是企业需要考虑的重要问题。而随着机械智能化的发展,智能化数控中心的出现也将为机械加工制造带来新的革命,我国目前需要做的就是紧跟这股浪潮,勇于创新,敢于开拓,在机械加工精度这一领域加强自身的核心竞争力。

作者:王建政 单位:中铝中州铝业有限公司

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