工艺系统误差对加工精度的影响
摘要：在中职机械加工专业中主要对刀具和夹具引起的误差进行了重点讲解与分析，对工艺系统的机床、受力变形、受热变形、工件残余内应力等方面因素引起的误差内容只是作了简单的介绍，而在实际生产中这些误差又不可避免，直接影响到产品的精度；因此本文只对工艺系统中机床、受力变形、受热变形、工件残余内应力引起的误差进行重点分析。
关键词：工艺系统；几何误差、受力变形、受热变形、工件残余内应力、中职机加工专业
由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺系统简称工艺系统，工艺系统会产生各种各样的误差，这些误差在具体的工作条件下的实际几何参数与理想几何参数总是存在着一定的误差。根据误差的成因，我们把工艺系统的引起的误差分为：几何误差、工艺系统受力变形、工艺系统受热变形及工件残余内应力引起的误差等四方面。误差总是客观存在的，在教学中我们要让学生知道这些误差产生的原因，在实训和工作中可根据实际情况选择合理的加工方法和工艺。由于本人从事中职机械类专业教学，在本文中对刀具、夹具引起的误差不作分析。
一、几何误差的产生与影响
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，刀具的选择与刃磨、工装夹具的制造、安装、调整误差等。
1．原理误差
采用近似加工法（主要采用的是成型刀法和仿形法）产生的误差称为原理误差，从理论上讲按理想的加工原理可以获得准确的零件表面。但在实际生产中，采用理论加工原理会使机床、刀具或夹具的结构极为复杂，造成制造环节多，反而得不到高的加工精度。根据工件的工艺要求和成本要求可以采用近似加工法，这样既能保证要求的加工精度，又可以提高生产率，降低加工成本。
2．机床的几何误差
机床出厂时不可避免地存在着标准范围内允许的制造误差；机床现场固定、安装、调试由于受现场具体条件和成本要求等方面的影响一般很难达到安装标准的要求，这样很大程度上也影响到了设备本身所能达到的精度，同时也会影响到加工精度；机床在使用过程中存在着自然磨损及加速磨损的因素，这也是机床产生误差不可避免的因素。
2.1导轨是机加工中确定刀具运行轨迹精度的重要基准，也是工件加工精度最基本的保障。其中导轨误差主要存在于的形状误差、位置误差。由于制造的原因，而导轨的误差又不可能避免。以我们常用的CA6140车床为例，当床身导轨存在着形状误差（直线度误差和扭曲度误差）时，刀具运行轨迹就会与理想轨迹要素发生偏移，如直线度误差会造成工件会形成中部凹或凸形的情况，根据导轨扭曲变形的情况不同会造成实际加工表面与理想工件表面产生不同的曲面变形；当床身导轨与主轴轴心产生位置误差时，工件将产生柱度误差，形成锥形。
2.2机床主轴的回转精度在很大程度上决定着工件加工表面的几何形状精度。造成主轴回转精度误差的主要原因是滑动轴承颈或滚动轴承滚道的圆度误差、滚动轴承内环的壁厚误差、轴承间隙以及切削中的受力变形等。主轴的回转误差产生的主要原因有主轴的径向圆跳动、轴向窜动和纯角度摆动。主轴的径向圆跳动会使工件产生圆度误差；轴向窜动会使工件端面产生平面度误差或垂直度误差，及加工螺纹时在单个螺距内产生周期误差；角度摆动会使工件产生圆度误差和圆柱度误差。在解决这方面的问题，我们可以通过提高主轴组件的设计、制造和安装精度，尤其是要提高主轴轴承的精度以提高主轴回转精度。
2.3 传动链的误差的产生与影响
传动链误差产生的原因是在传动机构本身制造、安装及使用过程中磨损造成的。设计时在工艺要求允许的情况下尽量的减少传动链中的中间环节、缩短传动链，使其结构更为简单合理，同时还要提高传动元件中制造、装配精度，在机床使用过程中做到定期按要求进行保养，避免超负荷加工，这些都是保证或提高传动链精度的方法。
3．刀、夹具制造误差的产生与影响（略）
二．受力变形误差的产生与影响
在机械加工过程中，切削力、传动力、夹紧力、惯性力及重力等作用下会使工件和机床产生相应的变形，变形程度的大小直接影响到了加工精度。而机床的设计、制造、装配能否达到加工要求，工装夹具的设计是否合理，刀具的合理选择及工件刚度的大小是受力变形误差产生的主要因素；因此，选择满足工艺要求的机床，增大工件装夹接触面积，提高接触面的表面精度，制定合理的加工工艺，合理装夹工件，选择刚度足够的刀具及合理的角度，是减少工艺系统受力变形的主要手段。
三．热变形误差的产生与影响
在机械加工过程中热变形直接影响到了工件的加工精度，特别是在特殊材料工件、精度要求很高工件、细长轴及薄壁件的加工时，往往因热变形引起的误差造成工件不合格。产生热变形的原因主要有：机床运行过程中运动副相互作用会产生热量，这样会造成机床某些部件扭曲变形、机构间装配间隙发生变化或干涉，造成机构传动动力时发生震颤，影响加工精度；切削热是工件加工中产生热量最主要的因素，主要是由切削时刀具与工件间挤压、变形、摩擦等方面产生的；周围环境的不同也会产生不同程度的热量。为了避免或减小热变形对工件加工精度的影响，通常在机床大件的结构设计上采取对称结构，对热变形部件设计在对加工精度影响小的方向上，对发热量较大的部件采取主动冷却措施，在工件加工时合理的选择刀具、加工工艺及加工参数可有效减少切削热的产生；在切削区施加充足的切削液，粗、精加工分开使粗加工的余热不带到精加工工序中。而对周围环境所产生的热可通过主动降温措施都可以达到目的。
4．工件残余内应力误差的产生与影响
残余应力主要是工件因热处理工艺和铸造工艺产生的内应力。工件内部结构在一定的时间内处于一种不稳定状态，从而引起工件的变形，影响工件的加工精度。在铸造毛坯、锻造毛坯、冷热校正毛坯件等都会产生内应力。这些作为加工工件的毛坯件，为了避免工件加工完成后内应力变形产生误差，我们可以通过合理的热处理工艺得到有效的解决，也可以给工件足够的变形消除内应力的时间、合理安排加工工艺和工序等方式都能减小或消除内应力的影响。
在生产实际中，误差是不可避免的，它会不同程度地影响工件的加工精度，由于影响工件加工精度不是某个单一的问题，而是牵涉很多的方面因素，它们相互关联，情况复杂。因此我们不能只为了提高零、部件精度，而不从实际加工条件出发，这样就会造成加工困难、大大的增加成本。因此，应根据实际出发，不断的研究探索，综合分析，选择既经济又有效的加工工艺和方法来解决加工中的问题。
参考文献：
[1] 王季琨：《机械制造工艺学》.天津大学出版社,1998.
[2] 连苏宁：《机械制造技术》西安交通大学出版社,2007.
