1.1.4 加工精度

    1．加工精度的概念

   加工精度是加工后零件表面的实际尺寸、形状、位置三种几何参数与图纸要求的理想几何参数的符合程度。
   理想的几何参数，对尺寸而言，就是平均尺寸；对表面几何形状而言，就是绝对的圆、圆柱、平面、锥面和直线等；对表面之间的相互位置而言，就是绝对的平行、垂直、同轴、对称等。
   零件实际几何参数与理想几何参数的偏离数值称为加工误差。
   机械加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数相符合的程度。它们之间的差异称为加工误差。加工误差的大小反映了加工精度的高低。误差越大加工精度越低，误差越小加工精度越高。
   加工精度包括三个方面内容：
   ●尺寸精度 指加工后零件的实际尺寸与零件尺寸的公差带中心的相符合程度。
   ●形状精度 指加工后的零件表面的实际几何形状与理想的几何形状的相符合程度。
   ●位置精度 指加工后零件有关表面之间的实际位置与理想位置相符合程度。

   2．原始误差与加工误差的关系

   （1）与工艺系统本身初始状态有关的原始误差
   ①原理误差 即加工方法原理上存在的误差。
   ②工艺系统几何误差
   ●工件与刀具的相对位置在静态下已存在的误差，如刀具和夹具制造误差，调整误差以及安装误差；
   ●工件和刀具的相对位置在运动状态下存在的误差，如机床的主轴回转运动误差，导轨的导向误差，传动链的传动误差等。
   （2）与切削过程有关的原始误差
   ①工艺系统力效应引起的变形，如工艺系统受力变形、工件内应力的产生和消失而引起的变形等造成的误差。
   ②工艺系统热效应引起的变形，如机床、刀具、工件的热变形等造成的误差。

   3．影响加工精度的因素

   产生加工误差的主要因素有：
   （1）系统的几何误差
   ①加工原理误差：加工原理误差是由于采用了近似的加工运动方式或者近似的刀具轮廓而产生的误差
   ②机床的几何误差：
   ③刀具的制造误差及磨损
   ④夹具误差
   夹具误差包括定位误差、夹紧误差、夹具安装误差及对刀误差等。这些误差主要与夹具的制造和装配精度有关。
   定位误差产生的原因是工件的制造误差和定位元件的制造误差，两者的配合间隙及工序基准与定位基准不重合等。
   ●基准不重合误差：当定位基准与工序基准不重合时而造成的加工误差，其大小等于定位基准与工序基准之间尺寸的公差，用△B表示。
   ●基准位移误差：工件在夹具中定位时，由于工件定位基面与夹具上定位元件限位基面的制造公差和最小配合间隙的影响，导致定位基准与限位基准不能重合，从而使各个工件的位置不一致，给加工尺寸造成误差，这个误差称为基准位移误差，用△Y表示。基准位移误差的大小应等于因定位基准与限位基准不重合造成工序尺寸的最大变动量。
   （２）工艺系统的受力变形；由机床、夹具、工件、刀具所组成的工艺系统是一个弹性系统，在加工过程中由于切削力、传动力、惯性力、夹紧力以及重力的作用，会产生弹性变形，从而破坏了刀具与工件之间的准确位置，产生加工误差。
   例如车削细长轴时（图1-14），在切削力的作用下，工件因弹性变形而出现“让刀”现象。随着刀具的进给，在工件的全长上切削深度将会由多变少，然后再由少变多，结果使零件产生腰鼓形。

图1-14 细长轴车削时受力变形

   ①工艺系统受力变形对加工精度的影响主要有：
   ●切削过程中受力点位置变化引起的加工误差
   ●毛坯加工余量不均，材料硬度变化导致切削力大小变化引起的加工误差——误差复映
   ②减小工艺系统受力变形的措施主要有：
   一是提高工件加工时的刚度；
   二是提高工件安装时的夹紧刚度；
   三是提高机床部件的刚度。
   （３）工艺系统的热变形
   在加工过程中，工艺系统的热源主要有内部热源和外部热源两大类。
   减少工艺系统热变形的措施主要有：
   一是减少工艺系统的热源及其发热量；
   二是加强冷却，提高散热能力；
   三是控制温度变化，均衡温度；
   四是采用补偿措施；
   五是改善机床结构。
   此外，还应注意改善机床结构，减小其热变形。首先考虑结构的对称性。一方面传动元件（轴承、齿轮等）在箱体内安装应尽量对称，使其传给箱壁的热量均衡，变形相近；另一方面，有些零件（如箱体）应尽量采用热对称结构，以便受热均匀。还应注意合理选材，对精度要求高的零件尽量选用膨胀系数小的材料。
   （４）调整误差
   零件加工的每一个工序中，为了获得被加工表面的形状、尺寸和位置精度，总得对机床、夹具和刀具进行这样或那样的调整。任何调整工作必然会带来一些原始误差，这种原始误差即调整误差。
   调整误差与调整方法有关。调整方法主要有：
   ①试切法调整
   ②用定程机构调整
   ③用样件或样板调整
   （５）工件残余应力引起的误差
   残余应力是指当外部载荷去掉以后仍存留在工件内部的应力。残余应力是由于金属发生了不均匀的体积变化而产生的。其外界因素来自热加工和冷加工。
   ①内应力产生的原因主要有：毛坯制造中产生的内应力；冷校正产生的内应力；切削加工产生的内应力。
   ②减小或消除内应力的措施: 一是采用适当的热处理工序。二是给工件足够的变形时间。三是零件结构要合理，结构要简单，壁厚要均匀。
   （６）数控机床产生误差的独特性
   数控机床与普通机床的最主要差别有两点：一是数控机床具有“指挥系统”——数控系统；二是数控机床具有执行运动的驱动系统——伺服系统。
   误差源对加工精度的影响及抑制的途径主要有以下几个方面：
   ①机床重复定位精度的影响
   数控机床的定位精度是指数控机床各坐标轴在数控系统的控制下运动的位置精度，引起定位误差的因素包括数控系统的误差和机械传动的误差。
   ②检测装置的影响
   ③刀具误差的影响
   （７）提高加工精度的工艺措施
   保证和提高加工精度的方法，大致可概括为以下几种：
   ①减少原始误差
   ②补偿原始误差
   误差补偿法，是人为地造出一种新的误差，去抵消原来工艺系统中的原始误差。
   ③转移原始误差
   误差转移法实质上是转移工艺系统的几何误差、受力变形和热变形等。
   ④均分原始误差
   这种原始误差的变化，对本工序的影响主要有两种情况：
   ●误差复映，引起本工序误差；
   ●定位误差扩大，引起本工序误差。
   ⑤均化原始误差
   ⑥就地加工法