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【摘 要】 机械加工产品的质量与零件的加工质量、产品的装配质量密切相关,而零件的加工质量是保证产品质量的基础,它包括零件的加工精度和表面质量两方面。
【关键词】 机械加工 精度 几何形状 工艺系统 误差
1. 机械加工精度
1.1机械加工精度的含义及内容
加工精度是指零件经过加工后的尺寸、几何形状以及各表面相互位置等参数的实际值与理想值相符合的程度,而它们之间的偏离程度则称为加工误差。加工精度在数值上通过加工误差的大小来表示。零件的几何参数包括几何形状、尺寸和相互位置三个方面,故加工精度包括:
1.1.1尺寸精度。尺寸精度用来限制加工表面与其基准间尺寸误差不超过一定的范围。
1.1.2几何形状精度。几何形状精度用来限制加工表面宏观几何形状误差,如圆度、圆柱度、平面度、直线度等。
1.1.3相互位置精度。相互位置精度用来限制加工表面与其基准间的相互位置误差,如平行度、垂直度、同轴度、位置度零件各差来表示的要求和允许用专门的符明。
在相同中的各种因对准确和完足产品的工加工方法,的生产条件下所加工出来的一批零件,由于加工素的影响,其尺寸、形状和表面相互位置不会绝全一致,总是存在一定的加工误差。同时,从满作要求的公差范围的前提下,要采取合理的经济以提高机械加工的生产率和经济性。
1.2 影响加工精度的原始误差
机械加工中,多方面的因素都对工艺系统产生影响,从而造成各种各样的原始误差。这些原始误差,一部分与工艺系统本身的结构状态有关,一部分与切削过程有关。按照这些误差的性质可归纳为以下四个方面:
1.2.1工艺系统的几何误差。工艺系统的几何误差包括加工方法的原理误差,机床的几何误差、调整误差,刀具和夹具的制造误差,工件的装夹误差以及工艺系统磨损所引起的误差。
1.2.2工艺系统受力变形所引起的误差。
1.2.3工艺系统热变形所引起的误差。
1.2.4工件的残余应力引起的误差。
1.3 机械加工误差的分类
1.3.1系统误差与随机误差。从误差是否被人们掌握来分,误差可分为系统误差和随机误差(又称偶然误差)。凡是误差的大小和方向均已被掌握的,则为系统误差。系统误差又分为常值系统误差和变值系统误差。常值系统误差的数值是不变的。如机床、夹具、刀具和量具的制造误差都是常值误差。变值系统误差是误差的大小和方向按一定规律变化,可按线性变化,也可按非线性变化。如刀具在正常磨损时,其磨损值与时间成线性正比关系,它是线性变值系统误差;而刀具受热伸长,其伸长量和时间就是非线性变值系统误差。凡是没有被掌握误差规律的,则为随机误差。
1.3.2静态误差、切削状态误差与动态误差。从误差是否与切削状态有关来分,可分为静态误差与切削状态误差。工艺系统在不切削状态下所出现的误差,通常称为静态误差,如机床的几何精度和传动精度等。工艺系统在切削状态下所出现的误差,通常称为切削状态误差,如机房;在切削时的受力变形和受热变形等。工艺系统在有振动的状态下所出现的误差,称为动态误差。
2. 工艺系统的几何误差
2.1加工原理误差
加工原理误差是由于采用了近似的成形运动或近似的刀刃轮廓进行加工所产生的误差。通常,为了获得规定的加工表面,刀具和工件之间必须实现准确的成形运动,机械加工中称为加工原理。理论上应采用理想的加工原理和完全准确的成形运动以获得精确的零件表面。但在实践中,完全精确的加工原理常常很难实现,有时加工效率很低;有时会使机床或刀具的结构极为复杂,制造困难;有时由于结构环节多,造成机床传动中的误差增加,或使机床刚度和制造精度很难保证。因此,采用近似的加工原理以获得较高的加工精度是保证加工质量和提高生产率以及经济性的有效工艺措施。
例如,齿轮滚齿加工用的滚刀有两种原理误差,一是近似造型原理误差,即由于制造上的困难,采用阿基米德基本蜗杆或法向直廓基本蜗杆代替渐开线基本蜗杆;二是由于滚刀刀刃数有限,所切出的齿形实际上是一条折线而不是光滑的渐开线,但由此造成的齿形误差远比由滚刀制造和刃磨误差引起的齿形误差小得多,故忽略不计。又如模数铣刀成形铣削齿轮,模数相同而齿数不同的齿轮,齿形参数是不同的。理论上,同一模数,不同齿数的齿轮就要用相应的一把齿形刀具加工。实际上,为精简刀具数量,常用一把模数铣刀加工某一齿数范围的齿轮,也采用了近似刀刃轮廓。
2.2机床的几何误差
2.2.1主轴回转运动误差的概念。机床主轴的回转精度,对工件的加工精度有直接影响。所谓主轴的回转精度是指主轴的实际回转轴线相对其平均回转轴线的漂移。
理论上,主轴回转时,其回转轴线的空间位置是固定不变的,即瞬时速度为零。实际上,由于主轴部件在加工、装配过程中的各种误差和回转时的受力、受热等因素,使主轴在每一瞬时回转轴心线的空间位置处于变动状态,造成轴线漂移,也就是存在着回转误差。
主轴的回转误差可分为三种基本情况:轴向窜动——瞬时回转轴线沿平均回转轴线方向的轴向运动,径向跳动——瞬时回转轴线始终平行于平均回转轴线方向的径向运动,角度摆动——瞬时回转轴线与平均回转轴线成一倾斜角度,交点位置固定不变的。角度摆动主要影响工件的形状精度,车外圆时,会产生锥形;镗孔时,将使孔呈椭圆形。实际上,主轴工作时,其回转运动误差常常是以上三种基本形式的合成运动造成的。
2.2.2主轴回转运动误差的影响因素。影响主轴回转精度的主要因素是主轴轴颈的误差、轴承的误差、轴承的间隙、与轴承配合零件的误差及主轴系统的径向不等刚度和热变形等。主轴采用滑动轴承时,主轴轴颈和轴承孔的圆度误差和波度对主轴回转精度有直接影响,但对不同类型的机床其影响的因素也各不相同。
参考文献：
[1] 郑渝.机械结构损伤检测方法研究 [D];太原理工大学; 2004年.
[2] 杨春雷,尹国会.浅谈机械加工影响配合表面的原因及对策 [N].中华建筑报; 2005年.
[3] 高原.不锈钢表面复合处理提高耐磨性的研究.
（作者单位：山西长城微光器材股份有限公司）
【关键词】 机械加工 精度 几何形状 工艺系统 误差
1. 机械加工精度
1.1机械加工精度的含义及内容
加工精度是指零件经过加工后的尺寸、几何形状以及各表面相互位置等参数的实际值与理想值相符合的程度,而它们之间的偏离程度则称为加工误差。加工精度在数值上通过加工误差的大小来表示。零件的几何参数包括几何形状、尺寸和相互位置三个方面,故加工精度包括:
1.1.1尺寸精度。尺寸精度用来限制加工表面与其基准间尺寸误差不超过一定的范围。
1.1.2几何形状精度。几何形状精度用来限制加工表面宏观几何形状误差,如圆度、圆柱度、平面度、直线度等。
1.1.3相互位置精度。相互位置精度用来限制加工表面与其基准间的相互位置误差,如平行度、垂直度、同轴度、位置度零件各差来表示的要求和允许用专门的符明。
在相同中的各种因对准确和完足产品的工加工方法,的生产条件下所加工出来的一批零件,由于加工素的影响,其尺寸、形状和表面相互位置不会绝全一致,总是存在一定的加工误差。同时,从满作要求的公差范围的前提下,要采取合理的经济以提高机械加工的生产率和经济性。
1.2 影响加工精度的原始误差
机械加工中,多方面的因素都对工艺系统产生影响,从而造成各种各样的原始误差。这些原始误差,一部分与工艺系统本身的结构状态有关,一部分与切削过程有关。按照这些误差的性质可归纳为以下四个方面:
1.2.1工艺系统的几何误差。工艺系统的几何误差包括加工方法的原理误差,机床的几何误差、调整误差,刀具和夹具的制造误差,工件的装夹误差以及工艺系统磨损所引起的误差。
1.2.2工艺系统受力变形所引起的误差。
1.2.3工艺系统热变形所引起的误差。
1.2.4工件的残余应力引起的误差。
1.3 机械加工误差的分类
1.3.1系统误差与随机误差。从误差是否被人们掌握来分,误差可分为系统误差和随机误差(又称偶然误差)。凡是误差的大小和方向均已被掌握的,则为系统误差。系统误差又分为常值系统误差和变值系统误差。常值系统误差的数值是不变的。如机床、夹具、刀具和量具的制造误差都是常值误差。变值系统误差是误差的大小和方向按一定规律变化,可按线性变化,也可按非线性变化。如刀具在正常磨损时,其磨损值与时间成线性正比关系,它是线性变值系统误差;而刀具受热伸长,其伸长量和时间就是非线性变值系统误差。凡是没有被掌握误差规律的,则为随机误差。
1.3.2静态误差、切削状态误差与动态误差。从误差是否与切削状态有关来分,可分为静态误差与切削状态误差。工艺系统在不切削状态下所出现的误差,通常称为静态误差,如机床的几何精度和传动精度等。工艺系统在切削状态下所出现的误差,通常称为切削状态误差,如机房;在切削时的受力变形和受热变形等。工艺系统在有振动的状态下所出现的误差,称为动态误差。
2. 工艺系统的几何误差
2.1加工原理误差
加工原理误差是由于采用了近似的成形运动或近似的刀刃轮廓进行加工所产生的误差。通常,为了获得规定的加工表面,刀具和工件之间必须实现准确的成形运动,机械加工中称为加工原理。理论上应采用理想的加工原理和完全准确的成形运动以获得精确的零件表面。但在实践中,完全精确的加工原理常常很难实现,有时加工效率很低;有时会使机床或刀具的结构极为复杂,制造困难;有时由于结构环节多,造成机床传动中的误差增加,或使机床刚度和制造精度很难保证。因此,采用近似的加工原理以获得较高的加工精度是保证加工质量和提高生产率以及经济性的有效工艺措施。
例如,齿轮滚齿加工用的滚刀有两种原理误差,一是近似造型原理误差,即由于制造上的困难,采用阿基米德基本蜗杆或法向直廓基本蜗杆代替渐开线基本蜗杆;二是由于滚刀刀刃数有限,所切出的齿形实际上是一条折线而不是光滑的渐开线,但由此造成的齿形误差远比由滚刀制造和刃磨误差引起的齿形误差小得多,故忽略不计。又如模数铣刀成形铣削齿轮,模数相同而齿数不同的齿轮,齿形参数是不同的。理论上,同一模数,不同齿数的齿轮就要用相应的一把齿形刀具加工。实际上,为精简刀具数量,常用一把模数铣刀加工某一齿数范围的齿轮,也采用了近似刀刃轮廓。
2.2机床的几何误差
2.2.1主轴回转运动误差的概念。机床主轴的回转精度,对工件的加工精度有直接影响。所谓主轴的回转精度是指主轴的实际回转轴线相对其平均回转轴线的漂移。
理论上,主轴回转时,其回转轴线的空间位置是固定不变的,即瞬时速度为零。实际上,由于主轴部件在加工、装配过程中的各种误差和回转时的受力、受热等因素,使主轴在每一瞬时回转轴心线的空间位置处于变动状态,造成轴线漂移,也就是存在着回转误差。
主轴的回转误差可分为三种基本情况:轴向窜动——瞬时回转轴线沿平均回转轴线方向的轴向运动,径向跳动——瞬时回转轴线始终平行于平均回转轴线方向的径向运动,角度摆动——瞬时回转轴线与平均回转轴线成一倾斜角度,交点位置固定不变的。角度摆动主要影响工件的形状精度,车外圆时,会产生锥形;镗孔时,将使孔呈椭圆形。实际上,主轴工作时,其回转运动误差常常是以上三种基本形式的合成运动造成的。
2.2.2主轴回转运动误差的影响因素。影响主轴回转精度的主要因素是主轴轴颈的误差、轴承的误差、轴承的间隙、与轴承配合零件的误差及主轴系统的径向不等刚度和热变形等。主轴采用滑动轴承时,主轴轴颈和轴承孔的圆度误差和波度对主轴回转精度有直接影响,但对不同类型的机床其影响的因素也各不相同。
参考文献：
[1] 郑渝.机械结构损伤检测方法研究 [D];太原理工大学; 2004年.
[2] 杨春雷,尹国会.浅谈机械加工影响配合表面的原因及对策 [N].中华建筑报; 2005年.
[3] 高原.不锈钢表面复合处理提高耐磨性的研究.
（作者单位：山西长城微光器材股份有限公司）