机械加工精度的影响因素及提高措施探讨

机械加工精度的影响因素及提高措施探讨 机械加工精度的影响因素及提高措施探讨

李文博1，梁秋艳2，郑祥东1

（1.大庆油田路桥工程有限责任公司，黑龙江 大庆 163453；2.佳木斯大学机械工程学院，黑龙江 佳木斯 154007）

摘 要：本文在分析机械加工精度影响因素的基础上，针对性分析能够提高机械加工精度的措施，最后以车铣复合加工为例进行具体分析，希望能够为减少机械加工误差、提高机械加工精度起到一定的参考作用。

关键词：机械加工精度；影响因素；提高措施

我国的机械加工正逐渐走向高速度、高精度与复合化发展。但是在机械加工中，各种因素都会影响到机械加工精度，为了确保机械加工的高质量，减小甚至避免影响因素对机械加工精度的影响十分重要。

1 机械加工精度的影响因素分析

1.1 加工原理误差

理论与实践之间总是会存在一定的差距。因加工原理误差导致影响机械加工精度，细化可以分为采用近似的加工运动造成的误差、采用近似的刀具轮廓造成的误差。近似的加工运行造成的误差，是因为在工件与刀具之间，在运动的过程中为了确保工件的表面达到理想的要求，两者之间形成了一定的运动联系，但是这种联系并没有起到提高加工精度的作用，反而导致加工原理误差。

1.2 几何误差及加工机床磨损

机床导致的误差主要为导轨误差、主轴回转误差、传动链误差。导轨误差是因为受到机床承重和导向作用的影响，加上各个零构件的相对位置和运动基准点都是由导轨控制，因导轨存在的运动误差导致工件的形状受到明显影响。主轴回转误差主要是影响到工件的位置与形状精度，因为不同的工件其加工的目的不同，因此导致误差的敏感方向也不同。工件在与刀具进行相对运动的过程中，传动链是其中的主要构件之一，长时间的使用必定会导致其中的基础元件出现磨损，必定会影响到加工精度。

1.3 工艺系统受热变形

刀具、机床与工件之间的接触，必定会有摩擦，长期摩擦必定会产生热量。加上机床持续的动力产生热量，各种热量叠加在一起必定会影响到整个系统的正常运行。整个系统中包括机床、刀具以及工件都会在热量的影响下出现变形。例如，机床的热变形，由于机床与机加工系统之间的结构紧密，产生的热量必定会影响到整个机床，加上散热的不够均匀，导致出现热变形。

1.4 工件内应力

工件在加工的过程中，受到了外载荷与内应力的双重影响。工件之所以会产生内应力是因为金属内部组织的体积变化不均匀导致。工件存在内应力，会影响到工件的稳定性，还会影响到工件原有的加工精度。在机械加工的过程中如果没有及时处理，则会导致工件变形。

2 提高机械加工精度的措施分析

2.1 重视加工原理误差

各个加工企业都越来越重视对误差的克服。如何通过技术实现各个误差问题的解决是目前的重点。这就要各个技术人员做好更加深入的技术创新工作，针对各个影响机械加工精度的因素要实现逐个击破，给予技术人员充足的人力、物力与资金，让技术人员能够更加专心的做好误差消除工作，有效提高机械加工精度。

2.2 做好误差预防工作

想要提高机械加工精度，就需要做好预防工作。在确定了每一个可能影响到机械加工精度的因素之后，就需要减少机械加工的误差源。为了能够更好的提高改善机械加工精度的效果，可以考虑从减少或者降低误差源甚至是加工误差之间的数量转变法。目前比较常用的方法有直接减少原始误差法、误差分组法、补偿误差法和误差转移法。直接减少原始误差法：如果发现在机械加工的过程中出现影响其精度的原因之后，通过采取针对性的工艺措施减小或消除影响因素。如果是因为轴向切削力导致的弯曲变形，可以采用大主偏角反向切削法。

实质上，不管是哪种影响因素，都可以先了解产生的原因，然后了解该工件的加工精度要求为制定相应的工艺加工方案提供有价值参考。误差分组法：如果一个工件在加工的过程中，某一个工序出现误差，必定会影响到工件的下一个工序。面对大批量加工工件就可以采用这种方式，将上一道工序加工后的零件按照误差大小分成N个组，这样一来每组的误差范围就会缩小到原来的N分之一，再对各个组的误差进行调整，这种方式能够有效减小误差。误差转移法：就是利用某种措施将系统中存在的几何误差、受力变形以及热变形等转移到误差相对不敏感的方向，从而将这种误差转移到不敏感的地方，从而达到提高加工精度的目的。补偿误差法：通过人为的方式制造出误差，从而抵消在机械加工过程中存在的误差。这种方式并非通用于所有方式，而是更加适用于原有误差无法通过工艺改良进行控制的情况。

3 从实例角度分析提高车铣复合加工精度措施

3.1 车铣复合加工

车铣复合加工是将车削与铣削两种加工手段合并到一起的机械加工方式，这种先进的切削加工方法应用十分广泛，但是在实际生产的过程中存在很多问题，导致无法充分发挥出车铣加工技术的价值。车铣加工包括铣片加工、工件旋转、铣刀轴向进给和径向进给四个基本运动。

3.2 车铣复合加工误差源

机床的最终加工精度是由刀具相对于工件的位置精度决定的。而加工精度则与几何误差、切削力、工件类型、热变形等有关。误差源见图1。

图1 车铣复合数控机床误差源

3.3 从运动建模角度分析其几何误差

通过分析不同的数控机床的主运动结构，可以发现主要有两条运动链，一条是刀具——机架，一条是工件——机架。针对车铣复合数控机床误差建模的基本步骤，首先分析车铣复合数控机床的结构，这个过程中需要分析在车、铣两种工作状态下参与运动的机床结构。其次，分析相邻体间的特征关系，确定机床在两个模式的各个误差分支，对每一个误差分支中相邻体之间的位置特征关系和运动特征关系进行分析。然后，建立其相邻体间的特征矩阵，通过对车铣复合数控机床在车床模式和铣床模式下各个相邻体间的特征关系进行分析，建立起一个相对应的特征变换矩阵。最后，在上述分析的基础上建立其车铣复合数控机床的误差模型。通过一系列的研究发现，想要实现数控机床的精密加工，就是要让刀具实际运动的中心点与刀具路线上的某一点重合。所谓的刀具路线就是指在工件坐标体系中给定点理论上刀具中心位置的变化曲线，其与机床的运动并没有关联性。

在此基础上，本文对WFL M35五轴车铣复合加工中心作为研究对象对其几何误差源进行分析。机床的几何误差分为静态误差，一般是采用6个自由度描述在空间运动的物体，因此存在6个误差源。包括移动构件、转动构件存在的运动误差，运动轴之间还存在垂直度误差。分别建立其在车床模式下和铣床模式下的几何误差模型。

分析几何误差对车铣复合加工中心加工精度的影响，通过某个具体零件进行分析，该零件在加工过程中的部分程序：

N01 G90 G19 G41 G00 X100 Y-100 Z100 LF

N02 G01 X-200 Y-100 Z100 LF

M02

考虑车铣复合加工的几何误差的过程中，得到刀具实际加工路线的方程。通过计算发现，机床的几何误差与实际加工的区域是相关的。在不同的加工区域，机床的几何误差值可能不同。

4 结语

通过本次实例研究，了解了影响车铣复合加工精度的误差源，并以WFL M35车铣复合加工作为实例，分析了其在车床模式下和铣床模式下的几何误差运动模型，并以某一个零件的加工程序分析几何误差对加工精度的影响。本次研究虽然得到了一定的结论，但是仍然存在不足之处，特别是针对车铣复合加工的误差建模还需要进一步的完善与精确。

参考文献：

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[2]许旭. 机械加工精度的影响因素与提高措施探析[J]. 品牌，2014,29(7):116.

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[4]张岩. 机械加工精度的影响因素及提高措施探析[J]. 山东工业技术,2015,11（03）:41.

中图分类号：TH161

文献标识码：A

文章编号：1671-0711（2017）04（下）-0142-02