影響機械加工精度的因素及其分析 

一、在機械加工中，把機床、夾具、刀具、工件構成的一個封閉系統稱為工藝系統。  二、根據切削過程的物理本質和工作階段，可以把影響機械加工精度，造成加工誤差的因素分為三個方面： 

1．加工前存在的誤差：

（1）原理誤差：某些加工方法即存在著誤差； 

（2）機床、夾具、刀具本身的誤差；

（3）工作、夾具、刀具調整時的誤差。 

2．切削過程中物理因素所產生的誤差：

（1）切削力和其它力使工藝系統發生變形； 

（2）切削熱和其他熱源使工藝系統發生變形。  

3．切削后出現的誤差：

（1）工件內應力重新分布而產生的變形； 

（2）測量工件時的測量誤差。 

這些誤差的產生的原因可以歸納為以下幾個方面：

（1）加工原理誤差 

（2）工藝系統的幾何誤差 

（3）工藝系統受力變形引起的誤差

（4）工藝系統受熱變形引起的誤差

（5）工件內應力引起的加工誤差

（6）測量誤差 

 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系進行加工而產生的誤差。   

工藝系統的幾何誤差 

一、由于工藝系統中各組成環節的實際幾何參數和位置，相對于理想幾何參數和位置發生偏離而引起的誤差，統稱為工藝系統幾何誤差。工藝系統幾何誤差只與工藝系統各環節的幾何要素有關。 

二、工藝系統的幾何誤差對加工誤差的影響 

工藝系統的幾何誤差對加工誤差的影響主要體現在機床的幾何誤差對加工誤差的影響。 機床的幾何誤差是通過各種成形運動反映到加工表面的，機床的成形運動主要包括兩大類，即主軸的回轉運動和移動件的直線運動。因而分析機床的幾何誤差主要包括主軸的回轉運動誤差、導軌導向誤差和傳動鏈誤差。 

（一）主軸的回轉運動誤差 

1．主軸的回轉運動誤差是指主軸實際回轉軸線相對于理論回轉軸線的偏移。

2．機床主軸回轉軸線的誤差運動，可以分解為： 

（1）軸向竄動：指瞬時回轉軸線沿平均回轉軸線方向的軸向運動  主要影響工件的的端面形狀和軸向尺寸精度。 

（2）徑向跳動：指瞬時回轉軸線平行于平均回轉軸線的徑向運動量  主要影響加工工件的圓度和圓柱度。 

（3）角度擺動：指瞬時回轉軸線與平均回轉軸線成一傾斜角度作公轉  對工件的形狀精度影響很大，如車外圓時，會產生錐度。  實際上，主軸回轉誤差的三種基本形式是同時存在的，主軸回轉誤差運動是這三種誤差的合成運動。 

3．影響主軸回轉運動誤差的主要因素有：主軸誤差、軸承誤差

4．提高主軸回轉精度的措施：

（1）采用高精度的主軸部件 

（2）使主軸回轉的誤差不反映到工件上 

（二）機床導軌誤差 

1．機床導軌副是實現直線運動的主要部件，其制造和裝配精度是影響直線運動精度的主要因素，導軌誤差對零件的加工精度產生直接的影響。 

2．機床導軌誤差主要反映在以下幾個方面：

（1）機床導軌在水平面內直線度誤差的影響 

（2）機床導軌在垂直面內直線度誤差的影響

（3）機床導軌面間平行度誤差的影響

（4）機床導軌對主軸軸心線平行度誤差的影響 

（三）機床的傳動誤差  為了減少機床傳動誤差對加工精度的影響，可以采用如下措施：  （1）減少傳動鏈中的環節，縮短傳動鏈； 

（2）提高傳動副（特別是末端傳動副）的制造和裝配精度；

（3）消除傳動間隙；

（4）采用誤差校正機構 

工藝系統的其他幾何誤差：刀具誤差、夾具誤差、調整誤差

 工藝系統受力變形引起的誤差

 一、工藝系統在切削力、夾緊力、重力和慣性力等作用下會產生變形，從而破壞了已調整好的工藝系統各組成部分的相互位置關系，導致加工誤差的產生，并影響加工過程的穩定性。 二、工藝系統受力變形對加工誤差的影響 

（一）概念：由機床、夾具、刀具、工件組成的工藝系統，在切削力、傳動力、慣性力、夾緊力以及重力等的作用下，會產生相應的變形（彈性變形及塑性變形）。這種變形將破壞工藝系統間已調整好的正確位置關系，從而產生加工誤差。（例如車削細長軸時，工件在切削力作用下的彎曲變形，加工后會形成腰鼓形的圓柱度誤差） 

（二）切削加工中工藝系統在各種外力作用下，將在各個受力方向上產生相應的變形。工藝系統受力變形，主要是對加工精度影響最大的敏感方向，即通過刀尖的加工表面的法線方向的位移。 

1．工藝系統的剛度kxt定義為：零件加工表面法向分力Fy，與刀具在切削力作用下，相對工件在該方向的位移Yxt的比值，即kxt = Fy / Yxt  工藝系統的總變形量應是：Yxt = Yjc + Ydj + Yjj + Yg （矢量和） 而kxt =Fy/Yxt   kjc =Fy/Yjc   kdj =Fy/Y dj   kjj=Fy/Yjj   kg =Fy/Yg 式中：Yxt ——工藝系統的總變形量（mm）；kxt——工藝系統的總剛度（N/mm）；  Yjc——機床變形量（mm）；         kjc——機床剛度（N/mm）； Ydj——刀具變形量（mm）；         kdj——刀具剛度（N/mm）；Yjj——夾具變形量（mm）；         kjj——夾具剛度（N/mm）； Yg——工件變形量（mm）；         kg——工件剛度（N/mm）。 工藝系統剛度的一般式為：kxt= Fy/(Yjc + Ydj + Yjj + Yg)  因此，當知道工藝系統各個組成部分的變形后，即可求出系統剛度。

（三）工藝系統受力變形引起加工誤差的原因

 1．由于切削力著力點位置變化引起的工件形狀誤差

例如：

（1）在車床兩頂尖間車削短粗的軸，工藝系統的變形完全取決于頭架、尾座（包括頂尖）和刀架的變形。 

（2）在車床兩頂尖間車削細長軸，工藝系統的變形完全取決于工件的變形。

2．由于切削力變化而引起的加工誤差 在切削加工中，往往由于被加工表面的幾何形狀誤差引起切削力的變化，從而造成工件的加工誤差。當毛坯的誤差較大，一次走刀不能滿足加工精度要求時，需要多次走刀來消除Δm復映到工件上的誤差。 

3．其它力引起的加工誤差：慣性力、傳動力、重力、夾緊力（三爪卡盤夾緊薄壁套筒車孔，需在套筒外面加上一個厚壁的開口過渡套，或采用專用夾頭，使夾緊力均勻分布在套筒上） （四）減少工藝系統受力變形的主要措施

1．提高接觸剛度； 

2．提高工件剛度，減少受力變形

3．提高機床部件剛度，減少受力變形

4．合理裝夾工件，減少夾緊變形   

工藝系統受熱變形引起的誤差 

一、在加工過程中，由于受切削熱、摩擦熱以及工作場地周圍熱源的影響，工藝系統的溫度會產生復雜的變化。在各種熱源的作用下，工藝系統會發生變形，導致改變系統中各組成部分的正確相對位置，導致加工誤差的產生。

二、工藝系統熱變形對加工精度的影響  

（一）概述：在機械加工過程中，工藝系統在各種熱源的影響下，常產生復雜的變形，破壞了工藝系統間的相對位置精度，造成了加工誤差。據統計，在某些精密加工中，由于熱變形引起的加工誤差約占總加工誤差的40％～70％。熱變形不僅降低了系統的加工精度，而且還影響了加工效率的提高。 

（二）工藝系統的熱源  引起工藝系統熱變形的熱源大致可分為兩類：內部熱源和外部熱源。 內部熱源包括切削熱和摩擦熱；外部熱源包括環境溫度和輻射熱。切削熱和摩擦熱是工藝系統的主要熱源。 

（三）工藝系統的熱平衡   

工件內應力引起的加工誤差 

一．內應力是工件自身的誤差因素。工件冷熱加工后會產生一定的內應力。通常情況下內應力處于平衡狀態，但對具有內應力的工件進行加工時，工件原有的內應力平衡狀態被破壞，從而使工件產生變形。 

二、工件內應力引起的加工誤差 

（一）零件在沒有外加載荷的情況下，仍然殘存在工件內部的應力稱內應力或殘余應力。工件在鑄造、鍛造及切削加工后，內部會存在的各種內應力。零件內應力的重新分布不僅影響零件的加工精度，而且對裝配精度也有很大的影響。內應力存在于工件的內部，而且其存在和分布情況相當復雜.  

1．毛坯的內應力：鑄、鍛、焊等毛坯在生產過程中，由于工件各部分的厚薄不均，冷卻速度不均勻而產生內應力。 

2．冷校直引起的內應力：細長的軸類零件，如光杠、絲杠、曲軸、凸輪軸等在加工和運輸中很容易產生彎曲變形，因此，大多數在加工中安排冷校直工序，這種方法簡單方便，但會帶來內應力，引起工件變形而影響加工精度。目前已不采用。

3．工件切削時的內應力 

（二）減少或消除內應力的措施

1．合理設計零件結構

2．采取時效處理 

（1）自然時效：在毛坯制造之后，或粗、精加工之間，讓工件停留一段時間，利用溫度的自然變化，經過多次熱脹冷縮，使工件的內應力逐漸消除。這種方法效果好，但需要時間長(一般要半年至五年)。 

（2）人工時效：將工件放在爐內加熱到一定溫度，再隨爐冷卻以達到消除應力的目的。這種方法對大型零件需要一套很大的設備，其投資和能源消耗較大。 

（3）振動時效：以激振的形式將振動的機械能加到含大量內應力的工件內，引起工件內部晶格變化以消除內應力，一般在幾十分鐘便可消除內應力，適用于大小不同的鑄、鍛、焊接件毛坯及有色金屬毛坯。這種方法不需要龐大的設備，所以比較經濟、簡便，且效率高。   

 測量誤差  在工序調整及加工過程中測量工件時，由于測量方法、量具精度等因素對測量結果準確性的影響而產生的誤差，統稱為測量誤差。

激光簡易夾具在焊接加工中主要產生誤差的地方在于：

1、   加工前工件及夾具本身存在的誤差

2、   加工中導軌絲桿、夾具和工件的結合精度及熱效應（根據不同的焊接參數不同）的影響

3、   加工后氧化、飛濺及測量因素

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2015-042001