浅析影响普通车床加工精度的因素
寇录峰
摘 要：随着科学技术的不断发展，机械加工行业对精度的要求越来越高，机械零件的精度对机械设备的性能以及寿命的影响也越来越大，所以如何在加工过程提高零件的精度显得越来越重要。但想要在实际生产中实现高精度加工，就必须对影响加工精度的因素进行比较全面的了解，进而找出切实可行的误差控制方法。本文结合自己的实践经验，就影响普通车床的机械加工精度因素做一下分析。
关键词：加工精度；控制方法
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。简单说即零件最终加工尺寸与图纸要求尺寸之间的差别。不管是什么车床，影响表面粗糙度的因素一般有以下几点：首先主轴的稳定性，主轴跳动越大，表面粗糙度越差。转速越快，跳动越大。第二，进给量的选择对于表面粗糙度起到决定性作用，而且还要根据进给量选择好主轴转速。第三，刀具的选择和应用，加工什么的表面用什么样的刀具。如最小直径刀具的强度最弱，应按最小直径刀具选择进给量；又如最大直径刀具的切削速最高，磨损最快，故应按最大直径刀具确定切削速度。各单个刀具所进行的加工工艺不同时，需兼顾其不同点。
机床误差一般分为下面三种
1 机床精度误差
根据被加工工件的加工精度要求，机床按绝对分级法分为六个绝对精度等级，分别用罗马数字Ⅴ、Ⅵ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ表示，Ⅵ级精度最低，Ⅰ级精度最高。
2 机床系统误差
机床的系统误差是机床自身产生的，在制造过程中形成的。它可分为：定位精度误差、几何精度误差、机床部件刚性误差等。
2.1 定位精度误差
由于机床在装配过程中要受到主轴精度、导轨精度及丝杠等定位精度的影响，因此要对以上精度误差进行控制。
（1）主轴回转误差，机床主轴是装夹工件或刀具的基准，并将运动和动力传给工件或刀具，主轴回转误差将直接影响被加工工件的精度；
（2）导轨误差，导轨是机床上确定各机床部件相对位置关系的基准，也是机床运动的基准。其误差主要分为两方面：一方面是导轨在水平面内和垂直面内的直线度误差；另一方面是前后导轨在垂直面内的平行度误差。前者直接决定刀具是否能均匀而平稳地直线进给，从而影响被加工零件的几何精度。此外，机床床身导轨还承受刀架等部件的重力及工作载荷，当机床工作时，功能部件在导轨上往复移动，这要求导轨副良好的低阻尼性。否则，势必会使运动部件产生爬行现象，不能精确定位。 后者直接降低机床导轨的精度和使用寿命。导轨的不均匀磨损和安装质量，也是造成导轨误差的重要因素。导轨磨损是机床精度下降的主要原因之一。
（3）传动链误差，传动链误差是指传动链始末两端传动元件间相对运动的误差。一般用传动链末端元件的转角误差来衡量。
2.2 机床部件刚度误差
机床由很多部件组成，它决定了机床的整体刚度。就车床而言，对机床精度影响较大的有：床身刚度、导轨刚度、丝杠刚度以及床鞍刚度等。上述因素，均会导致在工件中产生较大变形，甚至出现振动，从而使工件的出现振纹，表面光洁度和几何精度达不到要求。但到目前为止，尚无简易的刚度计算方法，这些部件的刚度主要还是通过实验方法来测定。因此在设计机床部件结构时，应选择刚度较大的结构，选用刚性好的材质，合理选择吃刀量和进给速度，尽量减小部件刚度对工件加工精度的影响。
3 随机误差分类
机床的随机误差是由外部条件引起的，受外界条件影响较大。它可分为：定位精度误差、几何精度误差、热变形误差等。
3.1 工艺系统受载变形引起的误差
工件在车削时，常会受到切削力、夹紧力、惯性力、重力等的作用，从而产生相应的变形，最终破坏了刀具和工件之间的正确的相对位置，降低了工件的加工精度。例如，当工件刚度远小于刀具及夹具的刚度时，在切削力的作用下，工件就会由于刚度不足而导致变形，从而降低了加工精度。反之，当工件的刚度远大于刀具及夹具的刚度时，在加工工件过程中刀具及夹具就会出现变形，也会降低工件的精度。
因此，要合理地选择刀具材料，增大刀具的前角和主偏角，对工件材料进行合理的热处理以改善其加工性能。同时，要提高工艺系统刚度，减少切削力并压缩它们的变动幅值。
实际加工过程中，要想保证工件的尺寸精度，以加工直径50±0.01的轴为例。
笔者认为应该注意以下几个方面的问题，一般情况下我们拿到手的是毛坯圆钢，首先装夹好工件后把一端的氧化皮去掉，然后掉头装夹，这样可以最大限度地保证工件的同轴度，为后续保证尺寸精度打下基础；其次根据毛坯的硬度和刀具的材料选择合适的背吃刀量进行粗加工，一般我们采取边加工边测量的方法来确定精加工余量，对于一般的材料例如45#钢最好的精加工余量为1毫米，这个数据相对于我们的目标尺寸来说很好记，最关键的是1毫米左右的精加工余量我们加工出来的最终零件的表面粗糙度和尺寸精度都比较好，精加工余量过大的时候尺寸精度不好控制，精加工余量过小最终零件的表面粗糙度不好控制。再次在实际加工过程中假设我们已经定了精加工余量，在精加工之后不一定恰好是我们要的尺寸，如果那就没办法了，如果最后得到的实际尺寸大于我们的目标尺寸，比如说我们精加工后实际尺寸为50.06毫米，这个时候怎么操作才能达到目标尺寸？在去除0.05毫米余量时我们要先对刀，对刀时要注意一个问题：我们一般采用试切法对刀，在我们对刀的时候刀尖已经切入工件了一部分，很多人会忽视这个问题，可能刀尖已经切入0.02毫米，如果我们再转动刻度盘让尺寸变小0.06毫米的话，那结果可能实际尺寸就是49.98毫米了，这个工件就不合格了，所以要想解决这个问题，我们在对刀之后先让刀沿工件切削一小段距离，然后测量一下刚刚切削过的那段工件，我们就会把刚刚对刀时刀尖切入工件的那一小部分尺寸测量出来了，这样就避免了对刀时产生的误差，进一步提高尺寸精度。
当然除以上因素外，影响普通车床的加工精度因素是多方面的，工艺设计、工作环境以及操作人员的熟练程度等，都有可能对工件的加工精度造成一定影响。所以加工工件时要结合具体情况及多种因素，从设计、制造、操做三个方面加以考虑。这样才能够有效提高零件的加工精度。
参考文献：
[1] 冯之敬主编.《机械制造工程原理》[M].北京：清华大学出版社，1999.
[2] 张成宝，王馨舶，李雨.《浅析影响数控车床加工精度的因素》[J].数控机床市场网.
