李文博，梁秋艷，鄭祥東

（1.大慶油田路橋工程有限責(zé)任公司，黑龍江 大慶 163453；2.佳木斯大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007）

機(jī)械加工精度的影響因素及提高措施探討

李文博1，梁秋艷2，鄭祥東1

（1.大慶油田路橋工程有限責(zé)任公司，黑龍江 大慶 163453；2.佳木斯大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007）

本文在分析機(jī)械加工精度影響因素的基礎(chǔ)上，針對性分析能夠提高機(jī)械加工精度的措施，最后以車銑復(fù)合加工為例進(jìn)行具體分析，希望能夠為減少機(jī)械加工誤差、提高機(jī)械加工精度起到一定的參考作用。

機(jī)械加工精度；影響因素；提高措施

我國的機(jī)械加工正逐漸走向高速度、高精度與復(fù)合化發(fā)展。但是在機(jī)械加工中，各種因素都會影響到機(jī)械加工精度，為了確保機(jī)械加工的高質(zhì)量，減小甚至避免影響因素對機(jī)械加工精度的影響十分重要。

1 機(jī)械加工精度的影響因素分析

1.1 加工原理誤差

理論與實踐之間總是會存在一定的差距。因加工原理誤差導(dǎo)致影響機(jī)械加工精度，細(xì)化可以分為采用近似的加工運動造成的誤差、采用近似的刀具輪廓造成的誤差。近似的加工運行造成的誤差，是因為在工件與刀具之間，在運動的過程中為了確保工件的表面達(dá)到理想的要求，兩者之間形成了一定的運動聯(lián)系，但是這種聯(lián)系并沒有起到提高加工精度的作用，反而導(dǎo)致加工原理誤差。

1.2 幾何誤差及加工機(jī)床磨損

機(jī)床導(dǎo)致的誤差主要為導(dǎo)軌誤差、主軸回轉(zhuǎn)誤差、傳動鏈誤差。導(dǎo)軌誤差是因為受到機(jī)床承重和導(dǎo)向作用的影響，加上各個零構(gòu)件的相對位置和運動基準(zhǔn)點都是由導(dǎo)軌控制，因?qū)к壌嬖诘倪\動誤差導(dǎo)致工件的形狀受到明顯影響。主軸回轉(zhuǎn)誤差主要是影響到工件的位置與形狀精度，因為不同的工件其加工的目的不同，因此導(dǎo)致誤差的敏感方向也不同。工件在與刀具進(jìn)行相對運動的過程中，傳動鏈?zhǔn)瞧渲械闹饕獦?gòu)件之一，長時間的使用必定會導(dǎo)致其中的基礎(chǔ)元件出現(xiàn)磨損，必定會影響到加工精度。

1.3 工藝系統(tǒng)受熱變形

刀具、機(jī)床與工件之間的接觸，必定會有摩擦，長期摩擦必定會產(chǎn)生熱量。加上機(jī)床持續(xù)的動力產(chǎn)生熱量，各種熱量疊加在一起必定會影響到整個系統(tǒng)的正常運行。整個系統(tǒng)中包括機(jī)床、刀具以及工件都會在熱量的影響下出現(xiàn)變形。例如，機(jī)床的熱變形，由于機(jī)床與機(jī)加工系統(tǒng)之間的結(jié)構(gòu)緊密，產(chǎn)生的熱量必定會影響到整個機(jī)床，加上散熱的不夠均勻，導(dǎo)致出現(xiàn)熱變形。

1.4 工件內(nèi)應(yīng)力

工件在加工的過程中，受到了外載荷與內(nèi)應(yīng)力的雙重影響。工件之所以會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力是因為金屬內(nèi)部組織的體積變化不均勻?qū)е?。工件存在?nèi)應(yīng)力，會影響到工件的穩(wěn)定性，還會影響到工件原有的加工精度。在機(jī)械加工的過程中如果沒有及時處理，則會導(dǎo)致工件變形。

2 提高機(jī)械加工精度的措施分析

2.1 重視加工原理誤差

雖已初冬，但天王表征服者系列品鑒會現(xiàn)場氣氛依舊火爆非凡。蜂擁而來的各地?zé)崆榉劢z，舉著粉絲牌時刻按捺不住的激情吶喊，讓正值九周年店慶的百大名品中心活動現(xiàn)場成為萬眾聚焦的中心?，F(xiàn)場舞臺上空以絢麗星空點綴，置身其下，額外增添了一份領(lǐng)略漫漫時光之意境。

各個加工企業(yè)都越來越重視對誤差的克服。如何通過技術(shù)實現(xiàn)各個誤差問題的解決是目前的重點。這就要各個技術(shù)人員做好更加深入的技術(shù)創(chuàng)新工作，針對各個影響機(jī)械加工精度的因素要實現(xiàn)逐個擊破，給予技術(shù)人員充足的人力、物力與資金，讓技術(shù)人員能夠更加專心的做好誤差消除工作，有效提高機(jī)械加工精度。

2.2 做好誤差預(yù)防工作

想要提高機(jī)械加工精度，就需要做好預(yù)防工作。在確定了每一個可能影響到機(jī)械加工精度的因素之后，就需要減少機(jī)械加工的誤差源。為了能夠更好的提高改善機(jī)械加工精度的效果，可以考慮從減少或者降低誤差源甚至是加工誤差之間的數(shù)量轉(zhuǎn)變法。目前比較常用的方法有直接減少原始誤差法、誤差分組法、補償誤差法和誤差轉(zhuǎn)移法。直接減少原始誤差法：如果發(fā)現(xiàn)在機(jī)械加工的過程中出現(xiàn)影響其精度的原因之后，通過采取針對性的工藝措施減小或消除影響因素。如果是因為軸向切削力導(dǎo)致的彎曲變形，可以采用大主偏角反向切削法。

實質(zhì)上，不管是哪種影響因素，都可以先了解產(chǎn)生的原因，然后了解該工件的加工精度要求為制定相應(yīng)的工藝加工方案提供有價值參考。誤差分組法：如果一個工件在加工的過程中，某一個工序出現(xiàn)誤差，必定會影響到工件的下一個工序。面對大批量加工工件就可以采用這種方式，將上一道工序加工后的零件按照誤差大小分成N個組，這樣一來每組的誤差范圍就會縮小到原來的N分之一，再對各個組的誤差進(jìn)行調(diào)整，這種方式能夠有效減小誤差。誤差轉(zhuǎn)移法：就是利用某種措施將系統(tǒng)中存在的幾何誤差、受力變形以及熱變形等轉(zhuǎn)移到誤差相對不敏感的方向，從而將這種誤差轉(zhuǎn)移到不敏感的地方，從而達(dá)到提高加工精度的目的。補償誤差法：通過人為的方式制造出誤差，從而抵消在機(jī)械加工過程中存在的誤差。這種方式并非通用于所有方式，而是更加適用于原有誤差無法通過工藝改良進(jìn)行控制的情況。

3 從實例角度分析提高車銑復(fù)合加工精度措施

3.1 車銑復(fù)合加工

3.2 車銑復(fù)合加工誤差源

機(jī)床的最終加工精度是由刀具相對于工件的位置精度決定的。而加工精度則與幾何誤差、切削力、工件類型、熱變形等有關(guān)。誤差源見圖1。

圖1 車銑復(fù)合數(shù)控機(jī)床誤差源

3.3 從運動建模角度分析其幾何誤差

通過分析不同的數(shù)控機(jī)床的主運動結(jié)構(gòu)，可以發(fā)現(xiàn)主要有兩條運動鏈，一條是刀具——機(jī)架，一條是工件——機(jī)架。針對車銑復(fù)合數(shù)控機(jī)床誤差建模的基本步驟，首先分析車銑復(fù)合數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)，這個過程中需要分析在車、銑兩種工作狀態(tài)下參與運動的機(jī)床結(jié)構(gòu)。其次，分析相鄰體間的特征關(guān)系，確定機(jī)床在兩個模式的各個誤差分支，對每一個誤差分支中相鄰體之間的位置特征關(guān)系和運動特征關(guān)系進(jìn)行分析。然后，建立其相鄰體間的特征矩陣，通過對車銑復(fù)合數(shù)控機(jī)床在車床模式和銑床模式下各個相鄰體間的特征關(guān)系進(jìn)行分析，建立起一個相對應(yīng)的特征變換矩陣。最后，在上述分析的基礎(chǔ)上建立其車銑復(fù)合數(shù)控機(jī)床的誤差模型。通過一系列的研究發(fā)現(xiàn)，想要實現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的精密加工，就是要讓刀具實際運動的中心點與刀具路線上的某一點重合。所謂的刀具路線就是指在工件坐標(biāo)體系中給定點理論上刀具中心位置的變化曲線，其與機(jī)床的運動并沒有關(guān)聯(lián)性。

在此基礎(chǔ)上，本文對WFL M35五軸車銑復(fù)合加工中心作為研究對象對其幾何誤差源進(jìn)行分析。機(jī)床的幾何誤差分為靜態(tài)誤差，一般是采用6個自由度描述在空間運動的物體，因此存在6個誤差源。包括移動構(gòu)件、轉(zhuǎn)動構(gòu)件存在的運動誤差，運動軸之間還存在垂直度誤差。分別建立其在車床模式下和銑床模式下的幾何誤差模型。

分析幾何誤差對車銑復(fù)合加工中心加工精度的影響，通過某個具體零件進(jìn)行分析，該零件在加工過程中的部分程序：

N01 G90 G19 G41 G00 X100 Y-100 Z100 LF

N02 G01 X-200 Y-100 Z100 LF

M02

考慮車銑復(fù)合加工的幾何誤差的過程中，得到刀具實際加工路線的方程。通過計算發(fā)現(xiàn)，機(jī)床的幾何誤差與實際加工的區(qū)域是相關(guān)的。在不同的加工區(qū)域，機(jī)床的幾何誤差值可能不同。

4 結(jié)語

通過本次實例研究，了解了影響車銑復(fù)合加工精度的誤差源，并以WFL M35車銑復(fù)合加工作為實例，分析了其在車床模式下和銑床模式下的幾何誤差運動模型，并以某一個零件的加工程序分析幾何誤差對加工精度的影響。本次研究雖然得到了一定的結(jié)論，但是仍然存在不足之處，特別是針對車銑復(fù)合加工的誤差建模還需要進(jìn)一步的完善與精確。

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1671-0711（2017）04（下）-0142-02