Question

产生加工误差的原因有哪些？如何消减

Answer 1

为了提高加工精度，就必须减小加工误差。加工误差的产生是由于在加工前和加工过程中，机床、夹具、刀具和工件所组成的工艺系统存在很多的误差因素，了解和分析这些因素，才能控制加工误差，保证加工精度。
产生加工误差的原因有以下几个方面：
1)原理误差
加工时由于采用了近似的加工运动或近似的刀具刃形而产生的误差。例如：用齿轮铣刀加工锥齿轮、加工模数相同而齿数不同的圆柱齿轮时所产生的齿形误差。
2)装夹误差
工件在装夹过程中产生的误差，它是定位误差和夹紧误差之和。
定位误差是工件在夹具中定位时，其被加工表面的工序基准在工序尺寸方向上的位置不定性而引起的一项工艺误差。定位误差与定位方法有关，包括定位基准与工序基准不重合引起的基准不重合误差和定位基准制造不准确引起的基准位移误差。
3)机床、夹具和刀具的制造和磨损造成的误差
机床主轴误差，由机床主轴支承轴颈的误差、滚动轴承制造及磨损造成主轴回转时出现径向跳动及轴向窜动。径向圆跳动使车、磨后的外圆及车出的孔产生圆度误差；轴向窜动使车削后的平面产生平面度误差。因此，主轴误差会造成加工零件的形状误差，表面波度和表面粗糙度值大。
消减机床主轴误差可采用更换轴承、调整轴承间隙、换用高精度静压轴承的方法。在外圆磨床上用前后顶尖装夹工件使主轴仅起带动作用，是避免主轴误差的常用方法。
机床导轨误差，是导轨副实际运动方向与理论运动方向的差值。它包括在水平面及垂直面内的直线度误差和在垂直平面内前后导轨的平行度误差（扭曲度）。导轨误差会造成加工表面的形状和位置误差。如车床、外圆磨床的纵向导轨在水平面内的直线度误差，将使工件外圆产生母线的直线度误差；卧式镗床的纵向导轨在水平面内的直线度误差，当工作台进给镗孔时，孔的中心线会产生直线度误差。
为了减小加工误差，须经常对导轨进行检查及测量。及时调整床身的安装垫铁，修刮磨损的导轨，以保证其必需的精度。
机床主轴、导轨等位置关系误差，将使加工表面产生形状与位置误差。如车床床身纵向导轨与主轴在水平面内存在平行度误差，会使加工后的外圆出现锥形；立式铣床主轴与工作台纵向导轨不垂直，铣削平面时将出现下凹度。
机床传动误差，是刀具与工件速比关系误差。传动机构的制造误差、装配间隙及磨损，将破坏正确的运动关系。如车螺纹时，工件每转一转，床鞍不能带动车刀准确地移动一个导程，会产生螺距误差。提高传动机构的精度、缩短传动链的长度、减小装配间隙，可减小因传动机构而造成的加工误差。
夹具各元件的位置误差、夹具的定位元件、对刀元件、刀具引导装置、分度机构、夹具体的加工与装配所造成的误差，将直接影响工件的加工精度。为保证零件的加工精度，一般将夹具的制造公差定为相应尺寸公差的1/3～1/5。夹具在使用一定时间后，因与工件及刀具摩擦而磨损，使加工时产生误差。因此，定期检查夹具的精度与磨损情况，及时修理及更换磨损的夹具，以减小因夹具磨损造成的加工误差。
刀具的制造误差、装夹误差及磨损会造成加工误差。用定尺寸刀具加工时，刀具的尺寸误差将直接反映在工件的加工尺寸上。如铰刀直径过大，则铰孔后的孔径也过大，此时应将铰刀尺寸研小。成形刀具的误差直接造成加工表面的形状误差，如普通螺纹车刀的刀尖角不是60°时，则螺纹的牙型角便产生误差。刀具使用过程中会磨损，并随切削路程增加而增大。磨损后刀具尺寸的变化直接影响工件的加工尺寸，如车削外圆时，工件的直径将随刀具的磨损而增大。因此，加工中应及时刃磨、更换刀具。
4)工艺系统变形误差
机床-夹具-刀具-工件组成的工艺系统，受到力与热的作用，都会产生变形误差。
工艺系统受力变形误差是工艺系统在切削力、传动力、重力和惯性力等外力作用下，产生变形，破坏了刀具与工件间的正确位置，造成加工误差。其变形大小与工艺系统刚度有关。工艺系统刚度不足造成的误差有：工艺系统刚度在不同加工位置上的差别较大时造成形状误差；毛坯余量或硬度不均匀引起切削力变化造成的加工误差；切削力变化造成加工尺寸变化。此外，刀具的锐、钝变化及断续切削都会因切削力变化使工件的尺寸造成较大的加工误差。
减少工件受力变形误差的措施有：零件分粗、精阶段进行加工；减少刀具、工件的悬伸长度或进行有效的支承以提高其刚度，减小变形及振动；改变刀具角度及加工方法，以减小产生弯曲的切削力；调整机床，提高刚度。
工艺系统受热变形误差是切削加工时，切削热及机床传动部分发生的热量，使工艺系统产生不均匀的温升而变形，改变了已调整好的刀具与工件的相互位置，产生加工误差。热变形主要包括：工件受热变形，即在切削过程中工件受切削热的影响而产生的热变形；刀具受热变形，刀具体积较小，温升快，温度高，短时间内会产生很大的伸长量，然后变形不再增加；机床受热变形是机床结构不对称及不均匀受热，会使其产生不对称的热变形。
减少热变形误差的措施有：减轻热源的影响，切削时浇注充分的切削液，可减小工件及刀具的温升及热变形；进行空运转或局部加热，保持工艺系统热平衡；在恒温室中进行精密加工，减少环境温度的变化对工艺系统的影响，探索温度变化与加工误差之间的规律，用预修正法进行加工。
5)工件残余应力引起的误差
工件材料的制造和切削加工过程中会产生很大的热应力。残余应力是在没有外力作用的情况下，存在于工件内部的应力。残余应力使工件处于不稳定状态，有恢复到无应力状态的倾向，在这个过程中，工件会逐渐地改变形状，丧失原有的加工精度。具有残余应力的毛坯和半成品，经切削加工后原有的平衡状态被破坏，内应力重新分布，使工件产生明显变形。
减小残余应力的措施有：铸、锻，焊接件进行回火后退火，零件淬火后回火；粗、精加工应相隔一段时间，加工时应施加较小夹紧力；改善零件结构，使其壁厚均匀，减小毛坯的残余应力。
测量误差是由量具本身误差及测量方法造成的误差。要减小测量误差，需选用精度及最小分度值与工件加工精度相适应的量具。测量方法要正确并正确读数；避免因工件与量具热膨胀系数不同而造成的误差。精密零件应在恒温室中进行测量，定期检查量具，并注意维护保养。