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(zhì)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(zhì)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(chǔ)上探尋提升工藝技術(shù)的措施，確保產(chǎn)品質(zhì)量***優(yōu)化。在機械加工中，由機床、夾具、工件和刀具等構(gòu)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(yīng)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(yīng)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(guān)系，更不能從單個工件的檢查得出結(jié)論，而是要運用數(shù)理統(tǒng)計方法進行歸納、分析、判斷、總結(jié)，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(jié)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(zhuǎn)換關(guān)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(zhì)，找出其中規(guī)律;第五步，采取相應(yīng)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(guān)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(jié)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(guān)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(zhì)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(jié)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(zhì)、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(yīng)用分布圖可以判斷誤差的性質(zhì)和規(guī)律，應(yīng)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(guān)聯(lián)關(guān)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(guān)鍵是要設(shè)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(guān)聯(lián)關(guān)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(guān)系，從而判斷兩者之間的關(guān)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(yīng)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(guān)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(jié)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(zhì)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(guān)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(yù)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(yù)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(yù)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(zhuǎn)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(zhuǎn)預(yù)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(yīng)力變形誤差。減少內(nèi)應(yīng)力引起的誤差，常用措施有:(1)采取時效處理和振動消除應(yīng)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(zhuǎn)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(shù)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(jié)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(chǔ)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(shù)，創(chuàng)新更多的新工藝新方法，形成先進制造技術(shù)，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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