機(jī)械加工質(zhì)量技術(shù)分析

1、科技論壇機(jī)械加工質(zhì)量技術(shù)分析郭海濤(中國第一重型機(jī)械股份公司，黑龍江齊齊哈爾161042)民營科技2011年第9期摘要：機(jī)械加工產(chǎn)品的質(zhì)量主要受零件的加工質(zhì)量和產(chǎn)品的裝配質(zhì)量的影響最為關(guān)鍵，零件加工質(zhì)量是保障機(jī)械加工產(chǎn)品質(zhì)量的前提，制約零件加工質(zhì)量的因素有加工精度和表面質(zhì)量兩方面內(nèi)容?，F(xiàn)分析了機(jī)械加工精度的基本內(nèi)容、工藝系統(tǒng)中的加工原理誤差和機(jī)床的幾何誤差。通過這些影響機(jī)械質(zhì)量的問題進(jìn)行分析，對(duì)提高機(jī)械加工質(zhì)量提供參考依據(jù)。關(guān)鍵詞：機(jī)械

2、加工；加工精度；幾何誤差1機(jī)械／j~r精度11機(jī)械加工精度的含義及內(nèi)容所謂加丁精度主要是指零件加工完成后的尺寸、形狀以及各表面相互位置的參數(shù)的實(shí)際值與理想值相符合的程度，實(shí)際值與理想值之間的差距則稱為加工誤差。加工誤差的程度通過具體數(shù)值這一形式表現(xiàn)出來，其中尺寸、幾何形狀和互換位置構(gòu)成了加工精度零件的幾何參數(shù)，由此可以得m，加工精度主要由包括三個(gè)方面：第一，尺寸精度。尺寸精度用來限制加工表面與其基準(zhǔn)問尺寸誤差不超過一定的范圍。第二，幾何

3、形狀精度。幾何形狀精度用來限制加工表面宏觀幾何形狀誤差，如圓度、圓柱度、平面度、直線度等。第三，相互位置精度。相互位置精度用來限制加工表面與其基準(zhǔn)間的相互位置誤差，如平行度、垂直度、同軸度、位置度零件各差來表示的要求和允許用專門的符明。一般在生產(chǎn)條件相同的情況下，由于受到各種加工因素的影響，對(duì)準(zhǔn)確和完足產(chǎn)品的加工方法所加工出來的一批零件，在尺寸、形狀與表面相互位置不會(huì)完全保持一致，加工誤差不可避免的存在著。同時(shí)，從滿足要求的公差范圍的前

4、提下，要采取合理的方法提高機(jī)械加工的生產(chǎn)率和機(jī)械加工精度。12影響加工精度的原始誤差機(jī)械加工中，多方面的因素都對(duì)丁藝系統(tǒng)產(chǎn)生影響，從而造成各種各樣的原始誤差。這些原始誤差，一部分與1二藝系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)狀態(tài)有關(guān)，一部分與切削過程有關(guān)。誤差的表現(xiàn)形式主要有：第一，按照誤差的性質(zhì)的不同，工藝系統(tǒng)的幾何誤差可歸納為六種誤差，即加工方法的原理誤差、機(jī)床的幾何誤差、調(diào)整誤差，刀具和夾具的制造誤差、工件的裝夾誤差以及工藝系統(tǒng)磨損所引起的誤差。第二，工

5、藝系統(tǒng)因受到外力導(dǎo)致變形所引起的誤差。第三，工藝系統(tǒng)熱變形所引起的誤差。第四，工件受殘余應(yīng)力作用所引起的誤差。l3對(duì)機(jī)械加工誤差進(jìn)行分類第一類是系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差。系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差的劃分標(biāo)準(zhǔn)在于人們對(duì)其掌握程度來進(jìn)行劃分。系統(tǒng)誤差是對(duì)誤差的方向以及大小進(jìn)行了全面的掌握，系統(tǒng)誤差又可劃分為常值系統(tǒng)誤差和變值系統(tǒng)誤差兩個(gè)子誤差。其中在常值系統(tǒng)誤差中，誤差數(shù)值是保持不變的。常值誤差主要包括了機(jī)床、夾具、刀具和量具的制造誤差等內(nèi)容。與常值系統(tǒng)

6、誤差不同，變值系統(tǒng)誤差的誤差大小以及方向都是變化的，應(yīng)且這種變化呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，具有線性變化和非線性變化兩種形式。其中在刀具正常磨損時(shí)，其磨損值與時(shí)間成線性正比關(guān)系，它是線性變值系統(tǒng)誤差；而刀具受熱伸長，其伸長量和時(shí)間就是非線性變值系統(tǒng)誤差。人們對(duì)沒有掌握到誤差規(guī)律的誤差稱之為隨機(jī)誤差，隨機(jī)誤差由于無規(guī)律可循，具有突發(fā)性和不確定性，在對(duì)機(jī)械加丁誤差的分析研究的過程中對(duì)隨機(jī)誤差必須予以重視，在工作實(shí)踐中努力尋找誤差規(guī)律。第二類是靜態(tài)誤差

7、、切削狀態(tài)誤差與動(dòng)態(tài)誤差。靜態(tài)誤差與切削狀態(tài)誤差的劃分標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)誤差的產(chǎn)生是否與切削狀態(tài)有關(guān)來加以劃分的。T藝系統(tǒng)在不切削狀態(tài)下所出現(xiàn)的誤差，通常稱為靜態(tài)誤差，它具體包括了機(jī)床的幾何精度誤差和傳動(dòng)精度誤差。工藝系統(tǒng)在切削狀態(tài)下所出現(xiàn)的誤差，一般情況下被稱之為切削狀態(tài)誤差，它包含了機(jī)房在切削時(shí)的受力變形和受熱變形等。所謂動(dòng)態(tài)誤差是_[藝系統(tǒng)在有振動(dòng)的狀態(tài)下所出現(xiàn)的誤差。2工藝系統(tǒng)的幾何誤差21加T原理誤差由于近似的刀刃輪廓或近似的成形運(yùn)動(dòng)

8、進(jìn)行加工所產(chǎn)生的誤差，就是所謂的加工原理誤差。在機(jī)械加工中，只有刀具和工件之間進(jìn)行準(zhǔn)確的成形運(yùn)動(dòng)，才能獲取規(guī)定的加工表面，這就是加工原理。為了使零件的表面精確，必須在理論上使用十分準(zhǔn)確的成型運(yùn)動(dòng)和理想的加工原理。但是，在實(shí)際的加1二過程中，常常難以實(shí)現(xiàn)完全精確的加_T原理，從而使得加工效率極低。很多時(shí)候造成復(fù)雜的刀具和機(jī)床構(gòu)造，給機(jī)床的制造造成了極大的阻礙。在機(jī)床傳動(dòng)中由于過多的結(jié)構(gòu)環(huán)節(jié)，從而造成誤差的增加。因此，想要使加工精度得到較大

9、的保障，應(yīng)該盡量使用相似的加工原理，也可以使經(jīng)濟(jì)性和生產(chǎn)效率得到提高。例如，在齒輪加工中存在兩種滾刀誤差，一個(gè)是由于制造上的困難，采用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的近似造型原理誤差。另一個(gè)是由于有限的刀刃數(shù)，例如，齒輪滾齒加工用的滾刀有兩種原理誤差：一是近似造型原理誤差，即由于制造上的困難，采用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；二是所切出的齒形由于滾刀刀刃數(shù)有限，實(shí)際上是一條折線而不是光滑的漸

10、開線，但是這種誤差很小，和滾刀制造所產(chǎn)生的誤差相比，幾乎可以忽略不計(jì)。又如模數(shù)銑刀成形銑削齒輪，齒數(shù)不同而模數(shù)相同的齒輪，它有不同的齒形參數(shù)。在理論上需要用一把齒形道具加工模數(shù)相同而齒數(shù)不同的齒輪。而在實(shí)際加工過程中，常用一把模數(shù)銑刀加工某一齒數(shù)范圍的齒輪，從而達(dá)到精簡刀具數(shù)量的目的。22機(jī)床的幾何誤差221主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差的概念工件的加工精度受到機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)精度的直接影響。所謂主軸的回轉(zhuǎn)精度是指主軸的實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線相對(duì)于主軸的平均回轉(zhuǎn)

11、軸線的漂移。理論意義上，主軸在進(jìn)行回轉(zhuǎn)的過程中，主軸的回轉(zhuǎn)軸線的空間位置保持固定不變的狀態(tài)。此時(shí)主軸回轉(zhuǎn)的瞬時(shí)速度為零。但事實(shí)上，基于主軸各種部件的加工、裝配過程中所產(chǎn)生的的各種誤差和主軸回轉(zhuǎn)過程中受到外力，并且產(chǎn)生熱量等因素的影響，導(dǎo)致主軸在每一瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸心線的空間位置處于一種變動(dòng)狀態(tài)，這種狀態(tài)導(dǎo)致軸線漂移，由此證明了回轉(zhuǎn)誤差的存在。主軸的回轉(zhuǎn)誤差由于受到外界的影響因素不同，大體可以分為三種基本情況：第一種情況是軸向竄動(dòng)，所謂軸向竄動(dòng)

12、是指瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線沿平均回轉(zhuǎn)軸線方向的軸向運(yùn)動(dòng)。第二種情況是徑向跳動(dòng)，此時(shí)是瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線始終平行于平均回轉(zhuǎn)軸線方向的徑向運(yùn)動(dòng)。第三種情況是角度擺動(dòng)，角度擺動(dòng)是瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線與平均回轉(zhuǎn)軸線成一傾斜角度，交點(diǎn)位置固定不變的運(yùn)動(dòng)。角度擺動(dòng)主要對(duì)工件的形狀精度產(chǎn)生巨大的影響，車外圓時(shí)，會(huì)產(chǎn)生錐形j鏜孔時(shí)，將使孔呈橢圓形。事實(shí)上，在主軸進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，上述三種基本情況一般是相互影響交互出現(xiàn)的，他們共同導(dǎo)致了主軸的回轉(zhuǎn)誤差，并非是某一單獨(dú)的運(yùn)動(dòng)所導(dǎo)致

13、的主軸回轉(zhuǎn)誤差。222影響主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差的因素在影響主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差的各種因素中，主軸軸頸誤差、軸承誤差、軸承間隙、軸承與其他零件不相吻合、主軸系統(tǒng)中的徑向剛度不等以及主軸系統(tǒng)的熱變形等因素是引起主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差的關(guān)鍵因素。當(dāng)主軸采用滑動(dòng)軸承進(jìn)行工作時(shí)，主軸的軸頸和軸承孔的圓度誤差和波度對(duì)主軸回轉(zhuǎn)精度產(chǎn)生直接影響，根據(jù)機(jī)床的具體類型不同，影響主軸會(huì)裝運(yùn)動(dòng)誤差的因素也各不相同。3結(jié)論在此對(duì)機(jī)械加工精度和機(jī)床的幾何誤差進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述，希

14、望對(duì)機(jī)械加工質(zhì)量的提商有所幫助。參考文獻(xiàn)[1】鄭渝機(jī)械結(jié)構(gòu)損傷檢測方法研究fD1太原：太原理工大學(xué)，2004【2]楊春雷，尹國會(huì)淺談機(jī)械加工影響配合表面的原因及對(duì)策[N】中華建筑報(bào)，2005萬方數(shù)據(jù)科技論壇機(jī)械加工質(zhì)量技術(shù)分析郭海濤(中國第一重型機(jī)械股份公司，黑龍江齊齊哈爾161042)民營科技2011年第9期摘要：機(jī)械加工產(chǎn)品的質(zhì)量主要受零件的加工質(zhì)量和產(chǎn)品的裝配質(zhì)量的影響最為關(guān)鍵，零件加工質(zhì)量是保障機(jī)械加工產(chǎn)品質(zhì)量的前提，制約零件加

15、工質(zhì)量的因素有加工精度和表面質(zhì)量兩方面內(nèi)容?，F(xiàn)分析了機(jī)械加工精度的基本內(nèi)容、工藝系統(tǒng)中的加工原理誤差和機(jī)床的幾何誤差。通過這些影響機(jī)械質(zhì)量的問題進(jìn)行分析，對(duì)提高機(jī)械加工質(zhì)量提供參考依據(jù)。關(guān)鍵詞：機(jī)械加工；加工精度；幾何誤差1機(jī)械／j~r精度11機(jī)械加工精度的含義及內(nèi)容所謂加丁精度主要是指零件加工完成后的尺寸、形狀以及各表面相互位置的參數(shù)的實(shí)際值與理想值相符合的程度，實(shí)際值與理想值之間的差距則稱為加工誤差。加工誤差的程度通過具體數(shù)值這一形

16、式表現(xiàn)出來，其中尺寸、幾何形狀和互換位置構(gòu)成了加工精度零件的幾何參數(shù)，由此可以得m，加工精度主要由包括三個(gè)方面：第一，尺寸精度。尺寸精度用來限制加工表面與其基準(zhǔn)問尺寸誤差不超過一定的范圍。第二，幾何形狀精度。幾何形狀精度用來限制加工表面宏觀幾何形狀誤差，如圓度、圓柱度、平面度、直線度等。第三，相互位置精度。相互位置精度用來限制加工表面與其基準(zhǔn)間的相互位置誤差，如平行度、垂直度、同軸度、位置度零件各差來表示的要求和允許用專門的符明。一般在

17、生產(chǎn)條件相同的情況下，由于受到各種加工因素的影響，對(duì)準(zhǔn)確和完足產(chǎn)品的加工方法所加工出來的一批零件，在尺寸、形狀與表面相互位置不會(huì)完全保持一致，加工誤差不可避免的存在著。同時(shí)，從滿足要求的公差范圍的前提下，要采取合理的方法提高機(jī)械加工的生產(chǎn)率和機(jī)械加工精度。12影響加工精度的原始誤差機(jī)械加工中，多方面的因素都對(duì)丁藝系統(tǒng)產(chǎn)生影響，從而造成各種各樣的原始誤差。這些原始誤差，一部分與1二藝系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)狀態(tài)有關(guān)，一部分與切削過程有關(guān)。誤差的表現(xiàn)

18、形式主要有：第一，按照誤差的性質(zhì)的不同，工藝系統(tǒng)的幾何誤差可歸納為六種誤差，即加工方法的原理誤差、機(jī)床的幾何誤差、調(diào)整誤差，刀具和夾具的制造誤差、工件的裝夾誤差以及工藝系統(tǒng)磨損所引起的誤差。第二，工藝系統(tǒng)因受到外力導(dǎo)致變形所引起的誤差。第三，工藝系統(tǒng)熱變形所引起的誤差。第四，工件受殘余應(yīng)力作用所引起的誤差。l3對(duì)機(jī)械加工誤差進(jìn)行分類第一類是系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差。系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差的劃分標(biāo)準(zhǔn)在于人們對(duì)其掌握程度來進(jìn)行劃分。系統(tǒng)誤差是對(duì)誤差的

19、方向以及大小進(jìn)行了全面的掌握，系統(tǒng)誤差又可劃分為常值系統(tǒng)誤差和變值系統(tǒng)誤差兩個(gè)子誤差。其中在常值系統(tǒng)誤差中，誤差數(shù)值是保持不變的。常值誤差主要包括了機(jī)床、夾具、刀具和量具的制造誤差等內(nèi)容。與常值系統(tǒng)誤差不同，變值系統(tǒng)誤差的誤差大小以及方向都是變化的，應(yīng)且這種變化呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，具有線性變化和非線性變化兩種形式。其中在刀具正常磨損時(shí)，其磨損值與時(shí)間成線性正比關(guān)系，它是線性變值系統(tǒng)誤差；而刀具受熱伸長，其伸長量和時(shí)間就是非線性變值系統(tǒng)誤差

20、。人們對(duì)沒有掌握到誤差規(guī)律的誤差稱之為隨機(jī)誤差，隨機(jī)誤差由于無規(guī)律可循，具有突發(fā)性和不確定性，在對(duì)機(jī)械加丁誤差的分析研究的過程中對(duì)隨機(jī)誤差必須予以重視，在工作實(shí)踐中努力尋找誤差規(guī)律。第二類是靜態(tài)誤差、切削狀態(tài)誤差與動(dòng)態(tài)誤差。靜態(tài)誤差與切削狀態(tài)誤差的劃分標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)誤差的產(chǎn)生是否與切削狀態(tài)有關(guān)來加以劃分的。T藝系統(tǒng)在不切削狀態(tài)下所出現(xiàn)的誤差，通常稱為靜態(tài)誤差，它具體包括了機(jī)床的幾何精度誤差和傳動(dòng)精度誤差。工藝系統(tǒng)在切削狀態(tài)下所出現(xiàn)的誤差，一

21、般情況下被稱之為切削狀態(tài)誤差，它包含了機(jī)房在切削時(shí)的受力變形和受熱變形等。所謂動(dòng)態(tài)誤差是_[藝系統(tǒng)在有振動(dòng)的狀態(tài)下所出現(xiàn)的誤差。2工藝系統(tǒng)的幾何誤差21加T原理誤差由于近似的刀刃輪廓或近似的成形運(yùn)動(dòng)進(jìn)行加工所產(chǎn)生的誤差，就是所謂的加工原理誤差。在機(jī)械加工中，只有刀具和工件之間進(jìn)行準(zhǔn)確的成形運(yùn)動(dòng)，才能獲取規(guī)定的加工表面，這就是加工原理。為了使零件的表面精確，必須在理論上使用十分準(zhǔn)確的成型運(yùn)動(dòng)和理想的加工原理。但是，在實(shí)際的加1二過程中，常

22、常難以實(shí)現(xiàn)完全精確的加_T原理，從而使得加工效率極低。很多時(shí)候造成復(fù)雜的刀具和機(jī)床構(gòu)造，給機(jī)床的制造造成了極大的阻礙。在機(jī)床傳動(dòng)中由于過多的結(jié)構(gòu)環(huán)節(jié)，從而造成誤差的增加。因此，想要使加工精度得到較大的保障，應(yīng)該盡量使用相似的加工原理，也可以使經(jīng)濟(jì)性和生產(chǎn)效率得到提高。例如，在齒輪加工中存在兩種滾刀誤差，一個(gè)是由于制造上的困難，采用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的近似造型原理誤差。另一個(gè)是由于有限的刀刃數(shù)，例如，齒輪

23、滾齒加工用的滾刀有兩種原理誤差：一是近似造型原理誤差，即由于制造上的困難，采用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；二是所切出的齒形由于滾刀刀刃數(shù)有限，實(shí)際上是一條折線而不是光滑的漸開線，但是這種誤差很小，和滾刀制造所產(chǎn)生的誤差相比，幾乎可以忽略不計(jì)。又如模數(shù)銑刀成形銑削齒輪，齒數(shù)不同而模數(shù)相同的齒輪，它有不同的齒形參數(shù)。在理論上需要用一把齒形道具加工模數(shù)相同而齒數(shù)不同的齒輪。而在實(shí)際加工過程中，常用一把模數(shù)銑刀加工某一

24、齒數(shù)范圍的齒輪，從而達(dá)到精簡刀具數(shù)量的目的。22機(jī)床的幾何誤差221主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差的概念工件的加工精度受到機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)精度的直接影響。所謂主軸的回轉(zhuǎn)精度是指主軸的實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線相對(duì)于主軸的平均回轉(zhuǎn)軸線的漂移。理論意義上，主軸在進(jìn)行回轉(zhuǎn)的過程中，主軸的回轉(zhuǎn)軸線的空間位置保持固定不變的狀態(tài)。此時(shí)主軸回轉(zhuǎn)的瞬時(shí)速度為零。但事實(shí)上，基于主軸各種部件的加工、裝配過程中所產(chǎn)生的的各種誤差和主軸回轉(zhuǎn)過程中受到外力，并且產(chǎn)生熱量等因素的影響，導(dǎo)致主軸

25、在每一瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸心線的空間位置處于一種變動(dòng)狀態(tài)，這種狀態(tài)導(dǎo)致軸線漂移，由此證明了回轉(zhuǎn)誤差的存在。主軸的回轉(zhuǎn)誤差由于受到外界的影響因素不同，大體可以分為三種基本情況：第一種情況是軸向竄動(dòng)，所謂軸向竄動(dòng)是指瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線沿平均回轉(zhuǎn)軸線方向的軸向運(yùn)動(dòng)。第二種情況是徑向跳動(dòng)，此時(shí)是瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線始終平行于平均回轉(zhuǎn)軸線方向的徑向運(yùn)動(dòng)。第三種情況是角度擺動(dòng)，角度擺動(dòng)是瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線與平均回轉(zhuǎn)軸線成一傾斜角度，交點(diǎn)位置固定不變的運(yùn)動(dòng)。角度擺動(dòng)主要對(duì)工件的形

26、狀精度產(chǎn)生巨大的影響，車外圓時(shí)，會(huì)產(chǎn)生錐形j鏜孔時(shí)，將使孔呈橢圓形。事實(shí)上，在主軸進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，上述三種基本情況一般是相互影響交互出現(xiàn)的，他們共同導(dǎo)致了主軸的回轉(zhuǎn)誤差，并非是某一單獨(dú)的運(yùn)動(dòng)所導(dǎo)致的主軸回轉(zhuǎn)誤差。222影響主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差的因素在影響主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差的各種因素中，主軸軸頸誤差、軸承誤差、軸承間隙、軸承與其他零件不相吻合、主軸系統(tǒng)中的徑向剛度不等以及主軸系統(tǒng)的熱變形等因素是引起主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差的關(guān)鍵因素。當(dāng)主軸采用滑動(dòng)軸