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摘要： 通过机械加工精度方法的论述。在机械加工过程中，导致的工艺系统误差、系统受力变形误差、系统热变形误差、工件内应力所引起的误差的方法探讨。从而掌握其变化的基本规律，采取相应的措施减少加工误差，提高加工精度。
关键词： 机械加工；加工精度；误差
中图分类号：NT 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0310180－01
在机械加工过程中，零件的尺寸、形状和位置关系的形成，实际是由工件和刀具之间的相互位置发生变化而产生的。工件和刀具安装在夹具和机床上，并构成一个完整的工艺系统。根据误差的性质可分为工艺系统的几何误差、工艺系统受力变形引起的误差、工艺系统受热变形引起的误差和工件内应力所引起的误差四个方面。
1 工艺系统的几何误差
1.1 引起工艺系统的几何误差的原因。工艺系统的几何误差包括加工原理误差，机床的几何误差，调整误差，刀具和夹具的制造误差，工件、刀具和夹具的安装误差以及工艺系统磨损所引起的误差等。
加工原理误差是由于采用了近似的切削刃轮廓或近似的成形运动等进行加工而产生的误差，机床的几何误差主要由主轴回转误差、导轨导向误差及传动链误差组成。主轴回转误差是指主轴实际回转轴线相对于回转轴线的“漂移”。主要是主轴部件的制造误差、装配误差及受力和受热后的变形造成的误差。传动链误差是指内联系传动链中首、末两端传动件之间相对运动的误差。传动链误差破坏了传动链中首、末两端传动件之间的严格传动比要求。传动链误差是由传动链中各传动件的制造误差、装配误差和加工过程中力和热产生的变形以及磨损引起的。工件的装夹误差主要包括定位误差和夹紧误差。一批工件逐个在夹具上定位时，各个工件在夹具上所占据的位置不可能完全一致，导致各工件的工序尺寸存在误差。夹紧误差是由于夹紧力大小不一等因素造成的。
此外，刀具的制造、安装、调整及换刀误差对加工精度的影响因刀具种类不同而不同。夹具的制造误差，零件的加工和装配误差。这些误差对被加工零件的精度影响较大。夹具的磨损也会造成工件的相互位置误差等。
1.2 减少工艺系统几何误差的主要措施。设计与制造高精度的主轴部件，采用高精度的滚动轴承或高精度的多油楔动压轴承和静压轴承；采用相应的装配和调整措施，可使主轴的回转精度高于主轴部件的制造精度；减少传动件的数量，缩短传动链，以减少误差来源；采用降速传动，减少传动误差；提高传动元件，尤其是末端传动元件的加工精度和装配精度；采用传动误差校正装置（如车螺纹的校正机构）以及数控机床的传动误差自动补偿功能等；在设计和制造夹具时，凡影响零件加工精度的尺寸都应严格控制；夹具的磨损，尤其是定位元件和导向元件的磨损会造成工件的相互位置误差。
2 工艺系统受力变形引起的误差
工艺系统在切削过程中，会受到切削力、传动力、惯性力、夹紧力及重力等的作用而产生变形，从而破坏刀具和工件之间已调整好的正确位置关系，使工件产生加工误差。工艺系统受力变形是指弹性变形，其抵抗弹性变形的能力与自身的刚度有很大关系。研究工艺系统的受力变形，主要研究误差敏感方向，即通过刀尖的加工表面的法线方向的位移。
2.1 工艺系统受力变形引起的加工误差的原因。切削力作用点位置变化引起的加工误差。机床、夹具和刀具的受力影响可略去不计，工艺系统的变形完全取决于工件的变形。切削力大小的变化引起的加工误差。被加工表面的几何形状误差或材料的硬度引起工艺系统受力变形的变化而产生加工误差。受力方向变化引起的加工误差。离心力引起的加工误差。高速旋转的零部件的不平衡将产生离心力不断地改变方向，它在切削点法线方向的分力大小的变化，会引起工艺系统的受力变形并产生误差。
2.2 减少工艺系统受力变形的主要措施。提高接触刚度。常用的方法是改善工艺系统主要零件接触面的配合质量，另外一个措施是预加载荷，预加载荷法常用在各类轴承的调整中。提高工件刚度，减少受力变形。当工件刚度较差时，应采用合理的装夹和加工方法来提高工件的刚度。合理安装工件，减少夹紧变形。加工薄壁件时，由于工件刚度低，解决夹紧变形的影响是关键问题之一。
3 工艺系统热变形引起的误差
3.1 工艺系统热变形引起的误差。工艺系统在各种热源的影响下，常发生复杂的变形，它破坏了工件与切削刃相对位置的准确性，从而产生加工误差。引起工艺系统受热变形的“热源”大体分为两类：内部热源和外部热源。内部热源主要是指切削热和摩擦热。外部热源主要是环境温度变化和辐射热，其对精密工件的加工影响很大。
3.2 减少工艺系统热变形的主要措施。减少热源发热和隔离热源。减少切削热或磨削热、机床各运动副的摩擦热，分离和隔离热源。加强散热能力。可采用有效的冷却措施，均衡温度场。当机床零部件温升均匀时，机床本身就呈现一种热稳定状态，从而使机床产生不影响加工精度的均匀热变形。保持工艺系统的热平衡。由热变形规律可知，机床刚开始运转的一段时间内（预热期），温升较快、热变形大。当达到热平衡后，热变形逐渐趋于稳定。控制环境温度。
4 工件内应力所引起的误差
内应力是指在外部载荷去除后，仍残存在工件内部的应力，也称残余应力。具有残余应力的零件处于一种不稳定的相对平衡状态，它可以保持形状精度的暂时稳定，一旦外界条件产生变化，零件内部的暂时平衡就会被打破而进行重新分布，零件将产生相应的变形，降低原来的精度。
4.1 内应力的产生原因及其对加工精度的影响。热加工中产生的内应力。在铸造、锻造、焊接和热处理过程中，由于工件各部分热胀冷缩不均匀以及金相组织变化引起的体积改变，使工件内部产生相当大的残余应力。具有这种内应力的工件，内应力暂时处于相对平衡状态，变形缓慢，但当切去一层金属后，就打破了这种平衡，内应力重新分布，工件就明显出现变形。冷校直带来的内应力。丝杠一类的细长轴零件经车削后，其内应力要重新分布，使轴产生弯曲变形。切削加工时产生的内应力。工件表面层各部分产生不同程度的塑性变形以及金相组织的变化会所引起体积改变，因而就产生内应力并造成加工后工件的变形。
4.2 减少或消除内应力的措施。合理设计零件结构。在零件的结构设计中，应尽量简化结构，使壁厚均匀，以减少在铸、锻毛坯时产生内应力。采取时效处理。时效处理包括自然时效处理和人工时效处理。自然时效处理。可使工件内部组织产生微观变化，从而达到减少或消除内应力的目的。人工时效处理，分高温时效和低温时效。合理安排工艺。机械加工时，应将粗、精加工分开在不同的工序进行，使粗加工后有一定的间隔时间让内应力重新分布，以减少对精加工的影响。切削时应注意减小切削力，进行多次进给，以避免工件变形。粗、精加工在一个工序中完成时，应在粗加工后松开工件，让其自由变形，然后再用较小的夹紧力夹紧工件后进行精加工。
总之，在机械加工过程中，实际是由工件和刀具之间的相互位置发生变化而产生的。考虑上述误差的性质，以便在实际工作中具体应用。
作者简介：
王利敏（1959-），男，辽宁黑山人，汉族，辽宁省北票市职教中心，研究方向：机械制造。
关键词： 机械加工；加工精度；误差
中图分类号：NT 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0310180－01
在机械加工过程中，零件的尺寸、形状和位置关系的形成，实际是由工件和刀具之间的相互位置发生变化而产生的。工件和刀具安装在夹具和机床上，并构成一个完整的工艺系统。根据误差的性质可分为工艺系统的几何误差、工艺系统受力变形引起的误差、工艺系统受热变形引起的误差和工件内应力所引起的误差四个方面。
1 工艺系统的几何误差
1.1 引起工艺系统的几何误差的原因。工艺系统的几何误差包括加工原理误差，机床的几何误差，调整误差，刀具和夹具的制造误差，工件、刀具和夹具的安装误差以及工艺系统磨损所引起的误差等。
加工原理误差是由于采用了近似的切削刃轮廓或近似的成形运动等进行加工而产生的误差，机床的几何误差主要由主轴回转误差、导轨导向误差及传动链误差组成。主轴回转误差是指主轴实际回转轴线相对于回转轴线的“漂移”。主要是主轴部件的制造误差、装配误差及受力和受热后的变形造成的误差。传动链误差是指内联系传动链中首、末两端传动件之间相对运动的误差。传动链误差破坏了传动链中首、末两端传动件之间的严格传动比要求。传动链误差是由传动链中各传动件的制造误差、装配误差和加工过程中力和热产生的变形以及磨损引起的。工件的装夹误差主要包括定位误差和夹紧误差。一批工件逐个在夹具上定位时，各个工件在夹具上所占据的位置不可能完全一致，导致各工件的工序尺寸存在误差。夹紧误差是由于夹紧力大小不一等因素造成的。
此外，刀具的制造、安装、调整及换刀误差对加工精度的影响因刀具种类不同而不同。夹具的制造误差，零件的加工和装配误差。这些误差对被加工零件的精度影响较大。夹具的磨损也会造成工件的相互位置误差等。
1.2 减少工艺系统几何误差的主要措施。设计与制造高精度的主轴部件，采用高精度的滚动轴承或高精度的多油楔动压轴承和静压轴承；采用相应的装配和调整措施，可使主轴的回转精度高于主轴部件的制造精度；减少传动件的数量，缩短传动链，以减少误差来源；采用降速传动，减少传动误差；提高传动元件，尤其是末端传动元件的加工精度和装配精度；采用传动误差校正装置（如车螺纹的校正机构）以及数控机床的传动误差自动补偿功能等；在设计和制造夹具时，凡影响零件加工精度的尺寸都应严格控制；夹具的磨损，尤其是定位元件和导向元件的磨损会造成工件的相互位置误差。
2 工艺系统受力变形引起的误差
工艺系统在切削过程中，会受到切削力、传动力、惯性力、夹紧力及重力等的作用而产生变形，从而破坏刀具和工件之间已调整好的正确位置关系，使工件产生加工误差。工艺系统受力变形是指弹性变形，其抵抗弹性变形的能力与自身的刚度有很大关系。研究工艺系统的受力变形，主要研究误差敏感方向，即通过刀尖的加工表面的法线方向的位移。
2.1 工艺系统受力变形引起的加工误差的原因。切削力作用点位置变化引起的加工误差。机床、夹具和刀具的受力影响可略去不计，工艺系统的变形完全取决于工件的变形。切削力大小的变化引起的加工误差。被加工表面的几何形状误差或材料的硬度引起工艺系统受力变形的变化而产生加工误差。受力方向变化引起的加工误差。离心力引起的加工误差。高速旋转的零部件的不平衡将产生离心力不断地改变方向，它在切削点法线方向的分力大小的变化，会引起工艺系统的受力变形并产生误差。
2.2 减少工艺系统受力变形的主要措施。提高接触刚度。常用的方法是改善工艺系统主要零件接触面的配合质量，另外一个措施是预加载荷，预加载荷法常用在各类轴承的调整中。提高工件刚度，减少受力变形。当工件刚度较差时，应采用合理的装夹和加工方法来提高工件的刚度。合理安装工件，减少夹紧变形。加工薄壁件时，由于工件刚度低，解决夹紧变形的影响是关键问题之一。
3 工艺系统热变形引起的误差
3.1 工艺系统热变形引起的误差。工艺系统在各种热源的影响下，常发生复杂的变形，它破坏了工件与切削刃相对位置的准确性，从而产生加工误差。引起工艺系统受热变形的“热源”大体分为两类：内部热源和外部热源。内部热源主要是指切削热和摩擦热。外部热源主要是环境温度变化和辐射热，其对精密工件的加工影响很大。
3.2 减少工艺系统热变形的主要措施。减少热源发热和隔离热源。减少切削热或磨削热、机床各运动副的摩擦热，分离和隔离热源。加强散热能力。可采用有效的冷却措施，均衡温度场。当机床零部件温升均匀时，机床本身就呈现一种热稳定状态，从而使机床产生不影响加工精度的均匀热变形。保持工艺系统的热平衡。由热变形规律可知，机床刚开始运转的一段时间内（预热期），温升较快、热变形大。当达到热平衡后，热变形逐渐趋于稳定。控制环境温度。
4 工件内应力所引起的误差
内应力是指在外部载荷去除后，仍残存在工件内部的应力，也称残余应力。具有残余应力的零件处于一种不稳定的相对平衡状态，它可以保持形状精度的暂时稳定，一旦外界条件产生变化，零件内部的暂时平衡就会被打破而进行重新分布，零件将产生相应的变形，降低原来的精度。
4.1 内应力的产生原因及其对加工精度的影响。热加工中产生的内应力。在铸造、锻造、焊接和热处理过程中，由于工件各部分热胀冷缩不均匀以及金相组织变化引起的体积改变，使工件内部产生相当大的残余应力。具有这种内应力的工件，内应力暂时处于相对平衡状态，变形缓慢，但当切去一层金属后，就打破了这种平衡，内应力重新分布，工件就明显出现变形。冷校直带来的内应力。丝杠一类的细长轴零件经车削后，其内应力要重新分布，使轴产生弯曲变形。切削加工时产生的内应力。工件表面层各部分产生不同程度的塑性变形以及金相组织的变化会所引起体积改变，因而就产生内应力并造成加工后工件的变形。
4.2 减少或消除内应力的措施。合理设计零件结构。在零件的结构设计中，应尽量简化结构，使壁厚均匀，以减少在铸、锻毛坯时产生内应力。采取时效处理。时效处理包括自然时效处理和人工时效处理。自然时效处理。可使工件内部组织产生微观变化，从而达到减少或消除内应力的目的。人工时效处理，分高温时效和低温时效。合理安排工艺。机械加工时，应将粗、精加工分开在不同的工序进行，使粗加工后有一定的间隔时间让内应力重新分布，以减少对精加工的影响。切削时应注意减小切削力，进行多次进给，以避免工件变形。粗、精加工在一个工序中完成时，应在粗加工后松开工件，让其自由变形，然后再用较小的夹紧力夹紧工件后进行精加工。
总之，在机械加工过程中，实际是由工件和刀具之间的相互位置发生变化而产生的。考虑上述误差的性质，以便在实际工作中具体应用。
作者简介：
王利敏（1959-），男，辽宁黑山人，汉族，辽宁省北票市职教中心，研究方向：机械制造。