影響工件的精度有哪些原因？

一. 簡介

加工精度主要用于生產(chǎn)產(chǎn)品程度，加工精度與加工誤差都是評價加工表面幾何參數(shù)的術(shù)語。加工精度用公差等級衡量，等級值越小，其精度越高；加工誤差用數(shù)值表示，數(shù)值越大，其誤差越大。加工精度高，就是加工誤差小，反之亦然。公差等級從IT01，IT0，IT1，IT2，IT3至IT18一共有20個，其中IT01表示的話該零件加工精度最高的，IT18表示的話該零件加工精度是最低的 ，一般上IT7、IT8是加工精度中等級別。

任何加工方法所得到的實際參數(shù)都不會絕對準(zhǔn)確，從零件的功能看，只要加工誤差在零件圖要求的公差范圍內(nèi)，就認為保證了加工精度。機器的質(zhì)量取決于零件的加工質(zhì)量和機器的裝配質(zhì)量，零件加工質(zhì)量包含零件加工精度和表面質(zhì)量兩大部分。機械加工精度是指零件加工后的實際幾何參數(shù)（尺寸、形狀和位置）與理想幾何參數(shù)相符合的程度。它們之間的差異稱為加工誤差。加工誤差的大小反映了加工精度的高低。誤差越大加工精度越低，誤差越小加工精度越高。

二. 相關(guān)內(nèi)容

尺寸精度：指加工后零件的實際尺寸與零件尺寸的公差帶中心的相符合程度。

形狀精度：指加工后的零件表面的實際幾何形狀與理想的幾何形狀的相符合程度。

位置精度：指加工后零件有關(guān)表面之間的實際位置精度差別。

相互關(guān)系：通常在設(shè)計機器零件及規(guī)定零件加工精度時，應(yīng)注意將形狀誤差控制在位置公差內(nèi)，位置誤差又應(yīng)小于尺寸公差。即精密零件或零件重要表面，其形狀精度要求應(yīng)高于位置精度要求，位置精度要求應(yīng)高于尺寸精度要求。

三.調(diào)整方法

1.對工藝系統(tǒng)進行調(diào)整

● 試切法調(diào)整

通過試切—測量尺寸—調(diào)整刀具的吃刀量—走刀切削—再試切，如此反復(fù)直至達到所需尺寸。此法生產(chǎn)效率低，主要用于單件小批生產(chǎn)。

● 調(diào)整法

通過預(yù)先調(diào)整好機床、夾具、工件和刀具的相對位置獲得所需尺寸。此法生產(chǎn)率高，主要用于大批大量生產(chǎn)。

2.減小機床誤差

(1) 提高主軸部件的制造精度

● 應(yīng)提高軸承的回轉(zhuǎn)精度：

① 選用高精度的滾動軸承；

② 采用高精度的多油鍥動壓軸承；

③ 采用高精度的靜壓軸承

● 應(yīng)提高與軸承相配件的精度：

① 提高箱體支撐孔、主軸軸頸的加工精度；

② 提高與軸承相配合表面的加工精度；

③ 測量及調(diào)節(jié)相應(yīng)件的徑向跳動范圍，使誤差補償或相抵消。

(2) 對滾動軸承適當(dāng)預(yù)緊

① 可消除間隙；

② 增加軸承剛度；

③ 均化滾動體誤差。

(3) 使主軸回轉(zhuǎn)精度不反映到工件上

3.減少傳動鏈傳動誤差

(1) 傳動件數(shù)少，傳動鏈短，傳動精度高；

(2) 采用降速傳動（i<1），是保證傳動精度的重要原則，且越接近末端的傳動副，其傳動比應(yīng)越小；

(3) 末端件精度應(yīng)高于其他傳動件。

4.減小刀具磨損

在刀具尺寸磨損達到急劇磨損階段前就必須重新磨刀

5.減小工藝系統(tǒng)的受力變形

主要從：

(1) 提高系統(tǒng)的剛度，特別是提高工藝系統(tǒng)中薄弱環(huán)節(jié)的剛度；

(2) 減小載荷及其變化

● 提高系統(tǒng)剛度

① 合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計

(1)盡量減少連接面的數(shù)目；

(2)防止有局部低剛度環(huán)節(jié)出現(xiàn)；

(3)應(yīng)合理選擇基礎(chǔ)件、支撐件的結(jié)構(gòu)和截面形狀。

② 提高連接表面的接觸剛度

(1)提高機床部件中零件間結(jié)合面的質(zhì)量；

(2)給機床部件以預(yù)加載荷；

(3)提高工件定位基準(zhǔn)面的精度和減小它的表面粗糙度值。

③采用合理的裝夾和定位方式

減小載荷及其變化

(1) 合理選擇刀具幾何參數(shù)和切削用量，以減小切削力；

(2) 毛胚分組，盡量使調(diào)整中毛胚加工余量均勻。

6.減小工藝系統(tǒng)熱變形

① 減少熱源的發(fā)熱和隔離熱源

(1) 采用較小的切削用量；

(2) 零件精度要求高時，將粗精加工工序分開；

(3) 盡可能將熱源從機床分離出去，減少機床熱變形；

(4) 對主軸軸承、絲桿螺母副、高速運動的導(dǎo)軌副等不能分離的熱源，從結(jié)構(gòu)、潤滑等方面改善其摩擦特性，減少發(fā)熱或用隔熱材料；

(5) 采用強制式風(fēng)冷、水冷等散熱措施。

② 均衡溫度場

③ 采用合理的機床部件結(jié)構(gòu)及裝配基準(zhǔn)

(1) 采用熱對稱結(jié)構(gòu)——在變速箱中，將軸、軸承、傳動齒輪等對稱布置，可使箱壁溫升均勻，箱體變形減??；

(2) 合理選擇機床零部件的裝配基準(zhǔn)。

④ 加速達到傳熱平衡

⑤ 控制環(huán)境溫度

7. 減少殘余應(yīng)力

(1) 增加消除內(nèi)應(yīng)力的熱處理工序；

(2) 合理安排工藝過程。

四. 影響原因

1. 加工原理誤差

加工原理誤差是指采用了近似的刀刃輪廓或近似的傳動關(guān)系進行加工而產(chǎn)生的誤差。加工原理誤差多出現(xiàn)于螺紋、齒輪、復(fù)雜曲面加工中。例如，加工漸開線齒輪用的齒輪滾刀，為使?jié)L刀制造方便，采用了阿基米德基本蝸桿或法向直廓基本蝸桿代替漸開線基本蝸桿，使齒輪漸開線齒形產(chǎn)生了誤差。又如車削模數(shù)蝸桿時，由于蝸桿的螺距等于蝸輪的周節(jié)（即 mπ），其中 m是模數(shù)，而π是一個無理數(shù)，但是車床的配換齒輪的齒數(shù)是有限的，選擇配換齒輪時只能將π化為近似的分數(shù)值（π =3.1415）計算，這就將引起刀具對于工件成形運動（螺旋運動）的不準(zhǔn)確，造成螺距誤差。在加工中，一般采用近似加工，在理論誤差可以滿足加工精度要求的前提下（《=10%-15%尺寸公差)，來提高生產(chǎn)率和經(jīng)濟性。

2. 調(diào)整誤差

機床的調(diào)整誤差是指由于調(diào)整不準(zhǔn)確而產(chǎn)生的誤差。

3. 機床誤差

機床誤差是指機床的制造誤差、安裝誤差和磨損。主要包括機床導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差、機床主軸回轉(zhuǎn)誤差、機床傳動鏈的傳動誤差。

● 機床導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差

(1) 導(dǎo)軌導(dǎo)向精度——導(dǎo)軌副運動件實際運動方向與理想運動方向的符合程度。主要包括：

① 導(dǎo)軌在水平面內(nèi)直線度Δy和垂直面內(nèi)的直線度Δz（彎曲）；

② 前后兩導(dǎo)軌的平行度（扭曲）；

③ 導(dǎo)軌對主軸回轉(zhuǎn)軸線在水平面內(nèi)和垂直面內(nèi)的平行度誤差或垂直度誤差。

(2) 導(dǎo)軌導(dǎo)向精度對切削加工的影響主要考慮導(dǎo)軌誤差引起刀具與工件在誤差敏感方向的相對位移。車削加工時誤差敏感方向為水平方向，垂直方向引起的導(dǎo)向誤差產(chǎn)生的加工誤差可以忽略；鏜削加工時誤差敏感方向隨刀具回轉(zhuǎn)而變化；刨削加工時誤差敏感方向為垂直方向，床身導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度引起加工表面直線度和平面度誤差。

● 機床主軸回轉(zhuǎn)誤差

機床主軸回轉(zhuǎn)誤差是指實際回轉(zhuǎn)軸線對于理想回轉(zhuǎn)軸線的漂移。主要包括主軸端面圓跳動、主軸徑向圓跳動、主軸幾何軸線傾角擺動。

1、主軸端面圓跳動對加工精度的影響：

① 加工圓柱面時無影響；

② 車、鏜端面時將產(chǎn)生端面與圓柱面軸線垂直度誤差或端面平面度誤差；

③ 加工螺紋時，將產(chǎn)生螺距周期誤差。

2、主軸徑向圓跳動對加工精度的影響：

① 若徑向回轉(zhuǎn)誤差表現(xiàn)為其實際軸線在y軸坐標(biāo)方向上作簡諧直線運動，鏜床鏜出的孔為橢圓形孔，圓度誤差為徑向圓跳動幅值；而車床車出的孔沒什么影響；

②若主軸幾何軸線作偏心運動，無論車、鏜都能得到一個半徑為刀尖到平均軸線距離的圓。

3、主軸幾何軸線傾角擺動對加工精度的影響：①幾何軸線相對于平均軸線在空間成一定錐角的圓錐軌跡，從各截面看相當(dāng)于幾何軸心繞平均軸心作偏心運動，而從軸向看各處偏心值不同；②幾何軸線在某一平面內(nèi)作擺動，從各截面看相當(dāng)于實際軸線在一平面內(nèi)作簡諧直線運動，而從軸向看各處跳動幅值不同；③實際上主軸幾何軸線的傾角擺動為上述兩種的疊加。

● 機床傳動鏈的傳動誤差

機床傳動鏈的傳動誤差是指傳動鏈中首末兩端傳動元件之間的相對運動誤差。

④ 夾具的制造誤差和磨損

夾具的誤差主要指：

1）定位元件、刀具導(dǎo)向元件、分度機構(gòu)、夾具體等的制造誤差；

2）夾具裝配后，以上各種元件工作面間的相對尺寸誤差；

3）夾具在使用過程中工作表面的磨損。

⑤ 刀具的制造誤差和磨損

刀具誤差對加工精度的影響根據(jù)刀具的種類不同而異。

1）定尺寸刀具（如鉆頭、鉸刀、鍵槽銑刀及圓拉刀等）的尺寸精度直接影響工件的尺寸精度。

2）成型刀具（如成型車刀、成型銑刀、成型砂輪等）的形狀精度將直接影響工件的形狀精度。

3）展成刀具（如齒輪滾刀、花鍵滾刀、插齒刀具等）的刀刃形狀誤差會影響加工表面的形狀精度。

4）一般刀具（如車刀、鏜刀、銑刀），其制造精度對加工精度無直接影響，但刀具易磨損。

⑥ 工藝系統(tǒng)受力變形

工藝系統(tǒng)在切削力、夾緊力、重力和慣性力等作用下會產(chǎn)生變形，從而破壞了已調(diào)整好的工藝系統(tǒng)各組成部分的相互位置關(guān)系，導(dǎo)致加工誤差的產(chǎn)生，并影響加工過程的穩(wěn)定性。主要考慮機床變形、工件變形以及工藝系統(tǒng)的總變形。

● 切削力對加工精度的影響

只考慮機床變形，對加工軸類零件來講，機床受力變形使加工工件呈兩端粗、中間細的鞍形，即產(chǎn)生圓柱度誤差。只考慮工件變形，對加工軸類零件來講，工件受力變形使加工后工件呈兩端細、中間粗的鼓形。而對加工孔類零件來講，單獨考慮機床或工件的變形，加工后工件的形狀與加工的軸類零件相反。

● 夾緊力對加工精度的影響

工件裝夾時，由于工件剛度較低或夾緊力著力點不當(dāng)，使工件產(chǎn)生相應(yīng)的變形，造成的加工誤差。

⑦ 工藝系統(tǒng)的熱變形

在加工過程中，由于內(nèi)部熱源（切削熱、摩擦熱）或外部熱源（環(huán)境溫度、熱輻射）產(chǎn)熱使工藝系統(tǒng)受熱而發(fā)生變形，從而影響加工精度。在大型工件加工和精密加工中， 工藝系統(tǒng)熱變形引起的加工誤差占加工總誤差的40%-70%。工件熱變形對加工金的的影響包括工件均勻受熱和工件不均勻受熱兩種。

⑧工件內(nèi)部的殘余應(yīng)力

殘余應(yīng)力的產(chǎn)生：

1）毛胚制造和熱處理過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力；

2）冷校直帶來的殘余應(yīng)力；

3）切削加工帶來的殘余應(yīng)力。

⑨ 加工現(xiàn)場環(huán)境影響

加工現(xiàn)場往往有許多細小金屬屑，這些金屬屑如果存在與零件定位面或定位孔位置就會影響零件加工精度，對于高精度加工，一些細小到目視不到的金屬屑都會影響到精度。這個影響因素會被識別出來但并無十分到位的方法來杜絕，往往對操作員的作業(yè)手法依賴很高。

五. 測量方法

加工精度根據(jù)不同的加工精度內(nèi)容以及精度要求，采用不同的測量方法。一般來說有以下幾類方法：

1、按是否直接測量被測參數(shù)，可分為直接測量和間接測量。

直接測量：直接測量被測參數(shù)來獲得被測尺寸。例如用卡尺、比較儀測量。間接測量：測量與被測尺寸有關(guān)的幾何參數(shù)，經(jīng)過計算獲得被測尺寸。

顯然，直接測量比較直觀，間接測量比較繁瑣。一般當(dāng)被測尺寸或用直接測量達不到精度要求時，就不得不采用間接測量。

2、按量具量儀的讀數(shù)值是否直接表示被測尺寸的數(shù)值，可分為絕對測量和相對測量。

絕對測量：讀數(shù)值直接表示被測尺寸的大小、如用游標(biāo)卡尺測量。

相對測量：讀數(shù)值只表示被測尺寸相對于標(biāo)準(zhǔn)量的偏差。如用比較儀測量軸的直徑，需先用量塊調(diào)整好儀器的零位，然后進行測量，測得值是被側(cè)軸的直徑相對于量塊尺寸的差值，這就是相對測量。一般說來相對測量的精度比較高些，但測量比較麻煩。

3、按被測表面與量具量儀的測量頭是否接觸，分為接觸測量和非接觸測量。

接觸測量：測量頭與被接觸表面接觸，并有機械作用的測量力存在。如用千分尺測量零件。

非接觸測量：測量頭不與被測零件表面相接觸，非接觸測量可避免測量力對測量結(jié)果的影響。如利用投影法、光波干涉法測量等。

4、按一次測量參數(shù)的多少，分為單項測量和綜合測量。

單項測量：對被測零件的每個參數(shù)分別單獨測量。

綜合測量：測量反映零件有關(guān)參數(shù)的綜合指標(biāo)。如用工具顯微鏡測量螺紋時，可分別測量出螺紋實際中徑、牙型半角誤差和螺距累積誤差等。

綜合測量一般效率比較高，對保證零件的互換性更為可靠，常用于完工零件的檢驗。單項測量能分別確定每一參數(shù)的誤差，一般用于工藝分析、工序檢驗及被指定參數(shù)的測量。

5、按測量在加工過程中所起的作用，分為主動測量和被動測量。

主動測量：工件在加工過程中進行測量，其結(jié)果直接用來控制零件的加工過程，從而及時防治廢品的產(chǎn)生。

被動測量：工件加工后進行的測量。此種測量只能判別加工件是否合格，僅限于發(fā)現(xiàn)并剔除廢品。

6、按被測零件在測量過程中所處的狀態(tài)，分為靜態(tài)測量和動態(tài)測量。

靜態(tài)測量：測量相對靜止。如千分尺測量直徑。

動態(tài)測量：測量時被測表面與測量頭模擬工作狀態(tài)中作相對運動。

動態(tài)測量方法能反映出零件接近使用狀態(tài)下的情況，是測量技術(shù)的發(fā)展方向。