機械加工精度的影響因素及提高措施探討

李文博1，梁秋艷2,，鄭祥東1

（1.大慶油田路橋工程有限責任公司,，黑龍江 大慶 163453；2.佳木斯大學機械工程學院,，黑龍江 佳木斯 154007）

摘 要：本文在分析機械加工精度影響因素的基礎上,，針對性分析能夠提高機械加工精度的措施，最后以車銑復合加工為例進行具體分析,，希望能夠為減少機械加工誤差,、提高機械加工精度起到一定的參考作用。

關鍵詞：機械加工精度,；影響因素,；提高措施

我國的機械加工正逐漸走向高速度、高精度與復合化發(fā)展,。但是在機械加工中,，各種因素都會影響到機械加工精度，為了確保機械加工的高質量,，減小甚至避免影響因素對機械加工精度的影響十分重要,。

1 機械加工精度的影響因素分析

1.1 加工原理誤差

理論與實踐之間總是會存在一定的差距。因加工原理誤差導致影響機械加工精度,，細化可以分為采用近似的加工運動造成的誤差,、采用近似的刀具輪廓造成的誤差。近似的加工運行造成的誤差,，是因為在工件與刀具之間,，在運動的過程中為了確保工件的表面達到理想的要求，兩者之間形成了一定的運動聯(lián)系,，但是這種聯(lián)系并沒有起到提高加工精度的作用,，反而導致加工原理誤差。

1.2 幾何誤差及加工機床磨損

機床導致的誤差主要為導軌誤差,、主軸回轉誤差,、傳動鏈誤差。導軌誤差是因為受到機床承重和導向作用的影響,，加上各個零構件的相對位置和運動基準點都是由導軌控制,，因導軌存在的運動誤差導致工件的形狀受到明顯影響。主軸回轉誤差主要是影響到工件的位置與形狀精度,，因為不同的工件其加工的目的不同,，因此導致誤差的敏感方向也不同,。工件在與刀具進行相對運動的過程中，傳動鏈是其中的主要構件之一,，長時間的使用必定會導致其中的基礎元件出現(xiàn)磨損,，必定會影響到加工精度。

1.3 工藝系統(tǒng)受熱變形

刀具,、機床與工件之間的接觸,，必定會有摩擦，長期摩擦必定會產(chǎn)生熱量,。加上機床持續(xù)的動力產(chǎn)生熱量,，各種熱量疊加在一起必定會影響到整個系統(tǒng)的正常運行。整個系統(tǒng)中包括機床,、刀具以及工件都會在熱量的影響下出現(xiàn)變形,。例如，機床的熱變形,，由于機床與機加工系統(tǒng)之間的結構緊密,，產(chǎn)生的熱量必定會影響到整個機床，加上散熱的不夠均勻,，導致出現(xiàn)熱變形,。

1.4 工件內應力

工件在加工的過程中，受到了外載荷與內應力的雙重影響,。工件之所以會產(chǎn)生內應力是因為金屬內部組織的體積變化不均勻導致,。工件存在內應力，會影響到工件的穩(wěn)定性,，還會影響到工件原有的加工精度,。在機械加工的過程中如果沒有及時處理，則會導致工件變形,。

2 提高機械加工精度的措施分析

2.1 重視加工原理誤差

各個加工企業(yè)都越來越重視對誤差的克服,。如何通過技術實現(xiàn)各個誤差問題的解決是目前的重點。這就要各個技術人員做好更加深入的技術創(chuàng)新工作,，針對各個影響機械加工精度的因素要實現(xiàn)逐個擊破,，給予技術人員充足的人力、物力與資金,，讓技術人員能夠更加專心的做好誤差消除工作，有效提高機械加工精度,。

2.2 做好誤差預防工作

想要提高機械加工精度,，就需要做好預防工作。在確定了每一個可能影響到機械加工精度的因素之后,，就需要減少機械加工的誤差源,。為了能夠更好的提高改善機械加工精度的效果,，可以考慮從減少或者降低誤差源甚至是加工誤差之間的數(shù)量轉變法。目前比較常用的方法有直接減少原始誤差法,、誤差分組法,、補償誤差法和誤差轉移法。直接減少原始誤差法：如果發(fā)現(xiàn)在機械加工的過程中出現(xiàn)影響其精度的原因之后,，通過采取針對性的工藝措施減小或消除影響因素,。如果是因為軸向切削力導致的彎曲變形，可以采用大主偏角反向切削法,。

實質上,，不管是哪種影響因素，都可以先了解產(chǎn)生的原因,，然后了解該工件的加工精度要求為制定相應的工藝加工方案提供有價值參考,。誤差分組法：如果一個工件在加工的過程中，某一個工序出現(xiàn)誤差,，必定會影響到工件的下一個工序,。面對大批量加工工件就可以采用這種方式，將上一道工序加工后的零件按照誤差大小分成N個組,，這樣一來每組的誤差范圍就會縮小到原來的N分之一,，再對各個組的誤差進行調整，這種方式能夠有效減小誤差,。誤差轉移法：就是利用某種措施將系統(tǒng)中存在的幾何誤差,、受力變形以及熱變形等轉移到誤差相對不敏感的方向，從而將這種誤差轉移到不敏感的地方,，從而達到提高加工精度的目的,。補償誤差法：通過人為的方式制造出誤差，從而抵消在機械加工過程中存在的誤差,。這種方式并非通用于所有方式,，而是更加適用于原有誤差無法通過工藝改良進行控制的情況。

3 從實例角度分析提高車銑復合加工精度措施

3.1 車銑復合加工

車銑復合加工是將車削與銑削兩種加工手段合并到一起的機械加工方式,，這種先進的切削加工方法應用十分廣泛,，但是在實際生產(chǎn)的過程中存在很多問題，導致無法充分發(fā)揮出車銑加工技術的價值,。車銑加工包括銑片加工,、工件旋轉、銑刀軸向進給和徑向進給四個基本運動,。

3.2 車銑復合加工誤差源

機床的最終加工精度是由刀具相對于工件的位置精度決定的,。而加工精度則與幾何誤差、切削力,、工件類型,、熱變形等有關,。誤差源見圖1。

圖1 車銑復合數(shù)控機床誤差源

3.3 從運動建模角度分析其幾何誤差

通過分析不同的數(shù)控機床的主運動結構,，可以發(fā)現(xiàn)主要有兩條運動鏈,，一條是刀具——機架，一條是工件——機架,。針對車銑復合數(shù)控機床誤差建模的基本步驟,，首先分析車銑復合數(shù)控機床的結構，這個過程中需要分析在車,、銑兩種工作狀態(tài)下參與運動的機床結構,。其次，分析相鄰體間的特征關系,，確定機床在兩個模式的各個誤差分支,，對每一個誤差分支中相鄰體之間的位置特征關系和運動特征關系進行分析。然后,，建立其相鄰體間的特征矩陣,，通過對車銑復合數(shù)控機床在車床模式和銑床模式下各個相鄰體間的特征關系進行分析，建立起一個相對應的特征變換矩陣,。最后,，在上述分析的基礎上建立其車銑復合數(shù)控機床的誤差模型。通過一系列的研究發(fā)現(xiàn),，想要實現(xiàn)數(shù)控機床的精密加工,，就是要讓刀具實際運動的中心點與刀具路線上的某一點重合。所謂的刀具路線就是指在工件坐標體系中給定點理論上刀具中心位置的變化曲線,，其與機床的運動并沒有關聯(lián)性,。

在此基礎上，本文對WFL M35五軸車銑復合加工中心作為研究對象對其幾何誤差源進行分析,。機床的幾何誤差分為靜態(tài)誤差,，一般是采用6個自由度描述在空間運動的物體，因此存在6個誤差源,。包括移動構件,、轉動構件存在的運動誤差，運動軸之間還存在垂直度誤差,。分別建立其在車床模式下和銑床模式下的幾何誤差模型,。

分析幾何誤差對車銑復合加工中心加工精度的影響，通過某個具體零件進行分析,，該零件在加工過程中的部分程序：

N01 G90 G19 G41 G00 X100 Y-100 Z100 LF

N02 G01 X-200 Y-100 Z100 LF

M02

考慮車銑復合加工的幾何誤差的過程中,，得到刀具實際加工路線的方程。通過計算發(fā)現(xiàn),，機床的幾何誤差與實際加工的區(qū)域是相關的,。在不同的加工區(qū)域，機床的幾何誤差值可能不同,。

4 結語

通過本次實例研究,，了解了影響車銑復合加工精度的誤差源，并以WFL M35車銑復合加工作為實例,，分析了其在車床模式下和銑床模式下的幾何誤差運動模型,，并以某一個零件的加工程序分析幾何誤差對加工精度的影響。本次研究雖然得到了一定的結論,，但是仍然存在不足之處,，特別是針對車銑復合加工的誤差建模還需要進一步的完善與精確。

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中圖分類號：TH161

文獻標識碼：A

文章編號：1671-0711（2017）04（下）-0142-02