探析工艺系统误差对机械加工精度的影响
前言：工业化进程的加快，带动了社会生产力水平的提高，也使得各类机械设备得到了快速发展，在工作效率、加工精度等方面提出了更高的要求。工艺系统是机械加工的基础和前提条件，其对于工件加工的精度影响巨大，而工艺系统自身的复杂性使得其在运行过程中会产生各种各样的误差，只有将这些误差控制在允许范围内，才能保证工件的加工精度，满足实际应用需求。
1 几何误差
机床在工艺系统中的作用是显而易见的，其精度直接影响着整个工艺系统的精度。而由于制造工艺的问题，机床本身就可能存在一定的误差，如导轨误差、主轴回转误差、传动链误差等，这些误差的存在，会导致加工工件的位置精度和形状精度不足，影响工件的正常使用。同时，在机床的长期运行中，存在着磨损的情况，而且这种磨损是不均匀的，同样会引发机械加工精度的误差。另外，刀具本身也可能会由于制造工艺等问题出现一定的误差，不过这种误差通常能够通过对机床的调整来消除，因此基本上不会对工件的精度造成直接影响。而在使用过程中，刀具的磨损尤其严重，相对位置的变化会导致工件加工精度的大幅下降，因此，需要对刀具的磨损情况进行分析，及时更换。在工件加工中，为了对其进行有效固定，需要用到专业的夹具，由于制造工艺、安装位置等因素，夹具同样存在误差，加上使用过程中的磨损，对于机械加工精度的影响不容忽视[1]。
针对工艺系统的几何误差，可以通过相应的补偿措施进行控制，确保误差在允许范围内，保证机械加工的精度。一般情况下，现代机床对于精度的高要求使得其本身就配备有相应的补偿控制装置，可以通过专门的软件，对刀具、夹具等的磨损进行补偿和校正，只需要操作人员根据实际需要，将相应的补偿参数输入到设备中，则设备可以自动对其进行调整。即使机床本身并不具备这种功能，也只需要使用校正尺测量得到的数据，进行手动补偿即可。
2 受力变形误差
在进行高强度的机械加工过程中，工艺系统会受到各种力的共同作用，而长期的受力状态可能导致工艺系统出现变形的情况，尽管这种变形非常轻微，但是同样会影响机械加工的精度。在进行机械加工前，工艺系统中的刀具、夹具等的相对位置都是在设备处于静止状态的情况下调整的，如果工艺系统出现受力变形，则这些设备的相对位置必然会发生一定的变化，导致切削加工运动轨迹的改变，最终影响加工的精度[2]。
对于这种情况引起的误差，可以在操作过程中，通过降低工艺系统受力的方式来进行控制，比较常用的方式有两种，一是通过增强工艺系统整体刚度的方式，强化其对于应力的抵抗作用，使得其能够在各种应力的共同作用下保持稳定；二是适当降低工艺系统的载荷，从而预防受力变形问题的产生。在实际机械加工过程中，采用的多是第一种方式，不过主要是针对工艺系统中的薄弱位置进行刚度强化，在避免其出现受力变形的同时，保证机械加工的精度。
实际上，工艺系统受力变形引发的误差还有另一种情况，即当系统中存在残余应力时，也会在一定程度上导致系统的变形，这些残余应力的来源包括工件热加工后产生的应力、切削加工的残余应力等，此时，即使没有外力的作用，工艺系统同样会出现变形的情况，需要即使进行处理。常用的方式包括：其一，针对热处理工件进行退火处理；其二，对机械加工的工艺流程进行合理安排，防止粗加工过程中的残余应力对于精加工精度的影响；其三，提升工件自身的强度和刚度，强化其对于应力的抵抗能力[3]。
3 受热变形误差
在机械加工中，工艺系统很容易受到热变形的影响，引发加工精度的误差。相关统计数据显示，在精密加工中，由热变形引起的加工误差占据了总体误差的40%-70%，而且热变形不仅会导致工艺系统加工精度的降低，还会在很大程度上影响其加工效率。总体来讲，热变形对于机械加工精度的影响主要体现在以下三个方面：
3.1工件热变形
工件自身受热变形在精密机械加工中非常常见，影响也尤其严重，尤其是一些长度或者宽度较大，对于加工精度有着严格要求的工件。以磨削丝杠为例，如果工件的长度为2m，则在磨削加工过程中，每一次加工都会使得工件自身的温度上升约3°，在这种情况下，以相关公式对丝杠的伸长量进行计算，则有△L=2000×1.17×10-5×3=0.07（mm），而实际上6级丝杠的螺距累积误差的允许值仅为0.02mm，由此就可以看出工件热变形在精密加工中的严重影响。又如，在进行刨、磨平面时，工件其中一面受到切削热的作用，温度迅速升高，与另一面之间的温差会导致工件整个向上拱起，凸出部分被削去，冷却后将会变为下凹，从而造成平面度的误差。为了对误差进行控制，可以在对工件进行装夹时，使得其表面产生微量的变形，从而对工件单面受热引发的误差进行抵消，也可以利用专用的切削液，对工件表面进行降温处理。如果没有其他时间方面的要求，也可以在粗加工完成后，放置一段时间，待工件散热后再进行精加工[4]。
3.2刀具热变形
刀具热变形主要是由于切削加工中摩擦生热造成的，尤其是在连续加工时，切削初始阶段刀具会迅速出现热变形，经过约10-20min后逐渐趋于稳定。因此，为了减少刀具热变形对于加工精度的影响，可以结合工件精加工的实际需要，对刀具的几何参数以及切削用量进行合理选择，同时在加工过程中对刀具进行充分润滑和冷却处理。
3.3机床热变形
在机械加工过程中，受不同热源的影响，机床的各个部分都会出现温度上升的情况，而且由于机床本身的复杂性以及不同热源的不均匀分布，各个部分上升的温度也存在着一定的差异，甚至在同一部件的不同位置升高的温度也不同，使得机床各部件之间的相对位置出现了变化，进而导致了误差的产生。对于这种情况，一是可以将热源从机床中分离，或者从结构以及润滑等方面，对其摩擦特性进行改善；二是可以提升机床的散热能力，对热源散发的热量进行吸收；三是对环境温度进行控制，将精密加工机床设置在恒温车间，保持其运行环境温度在20℃左右，从而减少机床的热变形[5]。
4 结语
总而言之，在实际生产中，引发工艺系统误差的原因是多方面的，其都会在一定程度上影响机械加工的精度。因此，对于技术人员而言，应该做好误差分析工作，了解引发误差的原因，采取针对性的措施进行处理，实现对于误差的有效预防，从而保证机械加工的精度，保证工件的加工质量。
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