機械加工誤差綜合分析及控制

    隨著科技的發(fā)展，人們對機械產(chǎn)品質量的要求越來越高。在機械加工過程中，誤差的產(chǎn)生不可避免，為了保證零件的加工質量，減少各種因素對加工精度的影響，就必須進行機械加工誤差分析，并在此基礎上探尋提升工藝技術的措施，確保產(chǎn)品質量***優(yōu)化。在機械加工中，由機床、夾具、工件和刀具等構成的機械加工工藝系統(tǒng)在一定條件下由工人來操作或自動地循環(huán)運行來加工工件，因此，有多方面的因素會對此系統(tǒng)產(chǎn)生影響，導致刀具和工件的相對位置發(fā)生偏離，出現(xiàn)加工誤差。零件要滿足使用要求，加工誤差必須控制在規(guī)定范圍之內(nèi)。引起加工誤差的因素很多，而且這些因素往往是綜合地交錯在一起或隨機出現(xiàn)的，對加工精度產(chǎn)生綜合性的影響。所以要解決精度問題，要控制加工誤差，首先必須要分析誤差，找出誤差的規(guī)律，判斷產(chǎn)生誤差的原因，然后再采取相對應的措施，達到減小加工誤差，滿足零件加工精度的目的。

    1零件加工誤差的分析
    引起加工誤差的工藝因素(原始誤差)很多，影響因素不同，加工誤差的特征也不同，采取的控制措施也不同。1．1誤差分析方法和思路。根據(jù)零件加工誤差的特點，推斷出影響誤差的主要因素，從而采取相應措施。這種分析方法稱為單因素分析法。但是在生產(chǎn)中，影響加工精度的因素常常是非常復雜的，采用單因素分析法很難判斷其因果關系，更不能從單個工件的檢查得出結論，而是要運用數(shù)理統(tǒng)計方法進行歸納、分析、判斷、總結，找出其中的主要原因，采取針對性的措施。在具體的生產(chǎn)實踐中，通常采用綜合分析法，將單因素和統(tǒng)計分析法結合起來。一般先用統(tǒng)計分析方法，尋找誤差出現(xiàn)的規(guī)律，初步判斷產(chǎn)生誤差的可能原因，然后再用單因素分析法進行分析、試驗，找出影響加工精度的主要因素。加工誤差的分析思路如圖1所示。***步，列舉出所有可能的誤差源，并取得量化數(shù)據(jù);第二步，根據(jù)量化數(shù)據(jù)，分析研究原始誤差到零件加工誤差之間的數(shù)量轉換關系;第三步，采用合適的手段和方法，測量出零件的實際誤差值;第四步，對誤差進行統(tǒng)計分析，并判斷誤差性質，找出其中規(guī)律;第五步，采取相應的工藝措施消除或減少加工誤差;***后，再次檢驗零件誤差［1］。1．2誤差分析的具體步驟。誤差分析的關鍵在于能否在具體條件下，找出誤差的規(guī)律，判斷產(chǎn)生加工誤差的主要因素，現(xiàn)在結合生產(chǎn)實踐的經(jīng)驗，詳細闡述綜合分析加工誤差的具體步驟。1．2．1誤差調(diào)查。誤差調(diào)查的目的在于調(diào)查誤差產(chǎn)生的前因后果及環(huán)境，摸清誤差產(chǎn)生的規(guī)律。可以召集有關人員，召開各種形式的調(diào)查會，大家可以自由討論，集思廣益。通過討論可以了解誤差究竟是一貫存在的，還是***近出現(xiàn)的。如果是***近出現(xiàn)的，是在什么條件下出現(xiàn)的，誤差大小是否有變化，變化有何規(guī)律，等等。誤差出現(xiàn)時，切削過程是否有所改變，切削用量是否進行了調(diào)整，機床是否進行了調(diào)整，刀具是否有所更換，夾具工藝位置是否有所移動，工件材料、毛坯質量有無變化，等等。此外，還必須到現(xiàn)場仔細觀察機床、夾具、工件、刀具及實際加工情況。在調(diào)查時，盡量多的測量一些零件樣本，摸清工件的誤差情況，包括其尺寸、形狀或位置的誤差大小及誤差規(guī)律，為分析研究提供***手的原始資料。1．2．2誤差分析。根據(jù)調(diào)查結果，采用綜合分析法進行初步誤差分析。首先，采用統(tǒng)計分析法，對測量數(shù)據(jù)進行整理，作分布曲線圖和點圖，從而分析誤差的性質、大小及加工過程的穩(wěn)定性。其次，查找出在具體的工藝條件下可能產(chǎn)生這類誤差的所有因素，并對每一項因素采用單因素分析法進行分析。分析內(nèi)容包括每項因素所產(chǎn)生的誤差的特征、大小和方向，它們與誤差調(diào)查情況是否吻合。如果不吻合，可以排除;如果吻合，需要進一步分析影響的大小，找出可能的主要影響因素。為了便于分析，可以做出因果分析圖，具體做法如圖2所示。誤差分析時，應用分布圖可以判斷誤差的性質和規(guī)律，應用點圖X－－Ｒ，不僅可以判斷加工誤差隨時間變化的規(guī)律和趨勢，而且還可以判斷工藝過程的穩(wěn)定性。1．2．3誤差的論證。誤差論證的目的主要是針對上述分析得到的主要影響因素產(chǎn)生的誤差進行實際測量，得到量化數(shù)據(jù)。根據(jù)實際測得的誤差數(shù)據(jù)，判斷上述因素對加工誤差的關聯(lián)關系，進行進一步判斷，排除非主要影響因素，找出其中主要影響因素。誤差論證時，關鍵是要設定合理的測量條件，只有在合理的測量條件下測量的數(shù)據(jù)才有分析價值。比如論證刀具熱伸長對外圓圓柱度的影響，可以測量刀具加工工件的平均升溫，計算出刀具的熱伸長量，測量零件的圓柱度誤差，根據(jù)圓柱度誤差與刀具伸長量的對比分析，判斷關聯(lián)關系。再如，論證誤差復映對加工誤差的影響時，可以選擇加工余量不同的幾個零件，加工后測量誤差大小，然后分析誤差大小與加工余量的關系，從而判斷兩者之間的關聯(lián)性。1．2．4誤差的驗證。通過誤差論證，找出影響誤差的主要因素，然后采取相應的控制措施，控制加工誤差。為了驗證判斷的正確性和措施的合理性，***后還要進行誤差驗證，只有在采取措施后誤差減小或消除了，才能肯定判斷是正確的，采取的工藝措施是合理的。

    2減少誤差、提高加工精度的工藝措施
    減少加工誤差，提高零件加工精度，關鍵在于兩個環(huán)節(jié)，***個環(huán)節(jié)是找出誤差規(guī)律或主要影響因素，第二個環(huán)節(jié)就是針對***環(huán)節(jié)的分析結果采取合理的工藝措施，***后達到減小誤差的目的。影響零件加工精度的因素(原始誤差)很多，需要對癥下藥才能有效。2．1減少原始誤差對加工精度影響的常用措施。2．1．1調(diào)整誤差。工藝系統(tǒng)中的調(diào)整主要是指工件安裝位置和刀具對刀位置的調(diào)整。調(diào)整的目的是保證工件和刀具在加工過程中保持正確的相對位置。減少這類誤差的主要措施有:(1)采用先進的裝置、正確的方法和認真負責的態(tài)度進行調(diào)整，確保工件和刀具的正確位置;(2)粗、精加工分開，減小由于切削力的變化引起工件和刀具的位置偏移變化;(3)零件的精加工工序采用基準統(tǒng)一，減少工件的裝夾次數(shù)。2．1．2刀具誤差。刀具誤差主要是指切削過程中刀具磨損引起的加工誤差。減少這種誤差的常用措施有:(1)選擇高硬度的刀具材料，提高刀具刃磨質量，減緩刀具磨損;(2)合理選擇刀具幾何參數(shù)和切削參數(shù)，合理安排加工工序，充分使用冷卻液等，降低切削溫度，減緩刀具磨損;(3)盡量選用多刃刀具，增加切削過程的平穩(wěn)性，減少沖擊磨損。2．1．3度量誤差。度量時產(chǎn)生的誤差稱為度量誤差。減少度量誤差的常用措施有:(1)根據(jù)零件加工精度要求選擇合適的度量工具;(2)采用正確的度量方法和認真負責的工作態(tài)度，對于零件的關鍵尺寸采取多人測量等措施均可減少度量誤差。同時要注意平時對量具進行定期鑒定和保養(yǎng)，以便保證量具的精度和使用壽命。2．1．4機床幾何誤差。機床幾何誤差主要是指機床加工時主軸回轉誤差、導軌導向誤差和傳動鏈的傳動誤差等引起的加工誤差。減少這類誤差的主要措施有:(1)對于提高主軸的回轉精度，可以換用高精度的靜***承，更換高精度的滾動軸承，對滾動軸承進行預緊等措施;(2)導軌的導向誤差一旦出現(xiàn)，一般情況下不方便調(diào)整，只能采取預防措施，確保安裝正確，合理使用，注意及時保養(yǎng)和檢測等措施來推遲這類誤差的出現(xiàn)。(3)機床傳動鏈誤差只影響內(nèi)聯(lián)傳動，對于外聯(lián)傳動加工，可以不考慮傳動鏈的誤差。和導軌誤差一樣，一旦機床傳動鏈出現(xiàn)誤差，一般情況下不方便調(diào)整，只能采取預防措施推遲這類誤差的出現(xiàn)。(4)調(diào)整加工方式，將機床幾何誤差轉移到誤差非敏感方向或完全不影響加工精度的方向。2．1．5工藝系統(tǒng)的受力變形產(chǎn)生的誤差。減少這類誤差的常用措施有:(1)提高工藝系統(tǒng)的剛度。調(diào)整機床主軸和導軌，提高機床的剛度;減少刀具的懸伸長度，提高刀具的剛度;合理的裝夾和加工方式，提高工件的剛度;(2)采用合理的工藝措施，減小切削力的大小及切削力的變化。如合理選擇刀具角度和切削用量，可以減小切削力;毛坯分組，使加工余量均勻，可以減小切削力的變化。2．1．6工藝系統(tǒng)的受熱變形產(chǎn)生的誤差。工藝系統(tǒng)在各種熱因素的影響下產(chǎn)生熱膨脹變形，導致工件和刀具之間的理想位置發(fā)生偏移，引起加工誤差。減少這類誤差的常用措施有:(1)控制機床的熱變形?？者\轉預熱機床，達到熱平衡，在熱平衡狀態(tài)下進行加工;(2)合理選擇切削用量、加工方式、切削刀具，減少切削熱;(3)在工藝上，粗、精加工分開;(4)控制溫度環(huán)境，在恒溫條件下進行加工;(5)采取充分冷卻和強制冷卻措施進行散熱。2．1．7內(nèi)應力變形誤差。減少內(nèi)應力引起的誤差，常用措施有:(1)采取時效處理和振動消除應力;(2)粗、精階段分開加工，并安排在不同的工序中進行;(3)對于精密零件，不允許采用冷校直，只能采用熱校直。減少原始誤差對加工精度的影響，除了采用上述控制誤差措施外，通常還可以采用均分原始誤差、均化原始誤差、轉移原始誤差等方法來減少原始誤差對加工精度的影響。2．2誤差補償措施。在實際生產(chǎn)中，影響加工精度的因素常常非常復雜，要找到主要的影響因素并不容易，有時即使找到了主要影響因素，也不便于直接調(diào)整，這時可以考慮采用誤差補償措施。從提高加工精度考慮，在現(xiàn)有工藝系統(tǒng)條件下，誤差補償技術是一種行之有效的方法。誤差補償?shù)某Ｓ么胧┯?在線測量與在線補償、采用校正裝置及其他補償方法等。

    3結語
    隨著科技的發(fā)展，對零件的精度要求越來越高，除了在傳統(tǒng)工藝基礎上采取合理工藝措施減少誤差，提高精度，還可以通過融入高新技術，創(chuàng)新更多的新工藝新方法，形成先進制造技術，實現(xiàn)精密和超精密加工及納米加工，確保零件在使用過程中的安全性、可靠性、穩(wěn)定性。

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