在機(jī)械加工中，零件的尺寸、幾何形狀和表面問相對位置的形成，取決于 工件和刀具在切削運(yùn)動(dòng)過程中相互位置的關(guān)系，而工件和刀具又安裝在夾具和 機(jī)床上，并受到夾具和機(jī)床的約束。因此，在機(jī)械加工時(shí)，機(jī)床、夾具、刀具 和工件就構(gòu)成了一個(gè)完整的系統(tǒng)，稱之為工藝系統(tǒng)，加工精度問題也就牽涉到 整個(gè)工藝系統(tǒng)的精度問題。工藝系統(tǒng)中的種種誤差，在不同的具體條件下，以 不同的程度和方式反映為加工誤差。工藝系統(tǒng)的誤差是“因”，是根源，加工誤 差是“果”，是表現(xiàn)。因此，把工藝系統(tǒng)的誤差稱之為原始誤差。
1.工藝系統(tǒng)的幾何誤差對加工精度的影響
(1)加工原理誤差
加工原理誤差是指采用了近似的成形運(yùn)動(dòng)或近似的刀刃輪廓進(jìn)行加工而產(chǎn)生的誤差。這種近似的加工方法雖然會帶來加工原理誤差，但往往可簡化機(jī)床 結(jié)構(gòu)或刀具形狀，或可提高生產(chǎn)效率，且能得到滿足要求的加工精度。因此，只要其誤差不超過規(guī)定的精度要求，在生產(chǎn)中仍能得到廣泛的應(yīng)用。
在三坐標(biāo)數(shù)控銑床上銑削復(fù)雜形面零件時(shí)，通常要用球頭刀并采用“行切法” 加工，就是球頭刀與零件輪廓的切點(diǎn)軌跡是一行一行的，由于數(shù)控銑床一般只具有空間直線插補(bǔ)功能，所以，即便是加工一條平面曲線，也必須用許多很短的折 線段去逼近它。當(dāng)?shù)毒哌B續(xù)地將這些小線段加工出來時(shí)，也就得到了所需的曲線 形狀，逼近的精度可由每根線段的長度來控制。因此，在曲線或曲面的數(shù)控加工中，刀具相對于工件的成形運(yùn)動(dòng)是近似的。這種方法實(shí)質(zhì)上是將空間立體形 面視為眾多的平面截線的集合，每兩次走刀之間的行間距s可以按下式確定。
在滾齒機(jī)上用滾刀加工齒輪時(shí)，就有兩種誤差：
一是為了制造方便，采用阿基米德蝸桿或法向直廓蝸桿代替漸開線基本蝸桿而產(chǎn)生的刀刃齒廓形誤差;
二是由于滾刀刀齒有限，實(shí)際上加工出的齒形是一條由微小折線段所組成的曲線，和理論上的光滑漸開線有差異，從而產(chǎn)生加工原理誤差。
(2)調(diào)整誤差
在機(jī)械加工的每一道工序中，總是要對工藝系統(tǒng)進(jìn)行這樣或那樣的調(diào)整工作。由于調(diào)整不可能絕對地準(zhǔn)確，因而會產(chǎn)生調(diào)整誤差。
通常工藝系統(tǒng)的調(diào)整有兩種基本方法：試切法和調(diào)整法，不同的調(diào)整方式有不同的誤差來源方式。
1)試切法。模具生產(chǎn)中普遍采用試切法加工。加工時(shí)先在工件上試切，根據(jù)測得的尺寸與要求尺寸的差值，用進(jìn)給機(jī)構(gòu)調(diào)整刀具與工件的相對位置，然后再進(jìn)行試切、測量和調(diào)整，直至符合規(guī)定的尺寸要求時(shí)再正式切削出整個(gè)待加工表面。采用試切法時(shí)引起調(diào)整誤差的因素有：測量誤差、機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的位移誤差、試切與正式切削時(shí)切削層厚度變化等。試切法比較符合實(shí)際加工情況，可得到較高的加工精度。
2)調(diào)整法。在成批、大量的生產(chǎn)中，廣泛采用試切法預(yù)先調(diào)整好刀具與工件的相對位置，并在一批零件的加工過程中保持這種相對位置不變，來獲得所要求的零件尺寸。調(diào)整法較費(fèi)時(shí)。因此，實(shí)際使用時(shí)可先根據(jù)樣件進(jìn)行初調(diào)，然后，試切若干工件，再根據(jù)試切結(jié)果作出精確微調(diào)。這樣既縮短了調(diào)整時(shí)間，又可得到較高的加工精度。
(3)機(jī)床誤差
機(jī)床的制造誤差、安裝誤差和磨損是引起機(jī)床誤差的原因。機(jī)床誤差的項(xiàng)目很多，但對工件加工精度影響較大的主要有以下幾點(diǎn)。
1)機(jī)床導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差是指機(jī)床導(dǎo)軌副的運(yùn)動(dòng)件實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向與理想運(yùn)動(dòng)方向的符合程度。導(dǎo)軌是機(jī)床中確定主要部件相對位置的基準(zhǔn)，也是運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)，它的各項(xiàng)誤差直接影響被加工工件的精度。
2)機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)誤差是指機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)精度。機(jī)床主軸是用來裝夾工件或刀具的，并傳遞主要切削運(yùn)動(dòng)的重要零件，是機(jī)床精度的一項(xiàng)很重要的指標(biāo)。主要影響零件加工表面的幾何形狀精度、位置精度等。
(4)夾具的制造誤差與磨損
夾具的制造誤差與磨損主要有：定位元件、刀具導(dǎo)向元件、分度機(jī)構(gòu)、夾具體等的制造誤差;夾具裝配后，各元件工作面間的相對尺寸誤差;夾具在使用過程中工作表面的磨損。
一般來說，夾具誤差對加工表面的位置誤差影響最大。在設(shè)計(jì)夾具時(shí)，凡影響工件精度的尺寸應(yīng)嚴(yán)格控制其制造誤差，精加工用夾具的尺寸公差一般可取工件上相應(yīng)尺寸或位置公差的l/5～1/10，粗加工用夾具則可取為1/2—1/3。
(5)刀具的制造誤差與磨損
刀具制造誤差根據(jù)刀具的種類、材料等對加工精度的影響不盡相同。
1)采用定尺寸刀具(如鉆頭、鉸刀、鍵槽銑刀、鏜刀塊及圓拉刀等)加工時(shí)，刀具的尺寸精度直接影響工件的尺寸精度。
2)采用成形刀具(如成形車刀、成形銑刀、成形砂輪等)加工時(shí)，刀具的形狀精度將直接影響工件的形狀精度。
3)展成刀具(如齒輪滾刀、花鍵滾刀、插齒刀等)的刀刃形狀必須是加工表面的共扼曲線。因此，刀刃的形狀精度會影響加工表面的形狀精度。
4)對于一般刀具(如車刀、銑刀、鏜刀)，其制造精度對加工精度無直接影響，但這類刀具的壽命較低，刀具容易磨損。
任何工具在切削過程中都不可避免地要產(chǎn)生磨損，并由此引起工件尺寸和形狀誤差。刀具的尺寸磨損是指刀刃在加工表面的法線方向上的磨損量，它直接反映出刀具磨損對加工精度的影響。
2.工藝系統(tǒng)受力變形引起的加工誤差
機(jī)床、刀具、夾具和工件組成切削加工時(shí)的工藝系統(tǒng)，在切削力、夾緊力以及重力等的作用下，將產(chǎn)生相應(yīng)的變形，使刀具和工件在靜態(tài)下調(diào)整好的相互位置，以及切削成形運(yùn)動(dòng)所需要的正確幾何關(guān)系發(fā)生變化，從而造成加工誤差。
工藝系統(tǒng)受力變形通常是彈性變形，是加工中一項(xiàng)很重要的原始誤差。一般來說，工藝系統(tǒng)抵抗彈性變形的能力越強(qiáng)，則加工精度越高。
(1)工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響
1)切削力作用點(diǎn)位置變化引起的工件形狀誤差。切削過程中，工藝系統(tǒng)的剛度會隨切削力作用點(diǎn)位置的變化而變化，這使得工藝系統(tǒng)受力變形也隨之變化，引起工件形狀誤差。
2)切削力大小變化引起的加工誤差。例如：在車床上加工短軸，這時(shí)如果毛坯形狀誤差較大或材料硬度很不均勻，工件加工時(shí)切削力的大小就會有較大變化，工藝系統(tǒng)的變形也就會隨切削力大小的變化而變化，從而引起工件加工誤差。
分析可知，當(dāng)工件毛坯有形狀誤差(如圓度、圓柱度、直線度等)或相互位置誤差(如偏心、徑向圓跳動(dòng)等)時(shí)，加工后仍然會有同類的加工誤差出現(xiàn)。
在成批大量生產(chǎn)中用調(diào)整法加工一批工件時(shí)，如果毛坯尺寸不～，那么加工后這批工件仍有尺寸不一的誤差，這一現(xiàn)象叫做誤差復(fù)映。
如果一批毛坯材料硬度不均勻，差別很大，就會使工件的尺寸分散范圍擴(kuò)大，甚至超差。
3)夾緊力和重力引起的加工誤差。工件在裝夾時(shí)，由于工件剛度較低或夾緊力著力點(diǎn)不當(dāng)，會使工件產(chǎn)生相應(yīng)的變形，造成加工誤差。
4)傳動(dòng)力和慣性力對加工精度的影響。這個(gè)影響主要有以下兩點(diǎn)。
?、贆C(jī)床傳動(dòng)力對加工精度的影響。主要取決于傳動(dòng)件作用于被傳動(dòng)件上的力學(xué)分析情況。當(dāng)存在有使工件及定位件產(chǎn)生變形的力時(shí)，刀具相對于工件發(fā)生誤差位移，從而引起加工誤差。
?、趹T性力的影響。當(dāng)高速切削時(shí)，如果工藝系統(tǒng)中有不平衡的高速旋轉(zhuǎn)構(gòu)件存在，就會產(chǎn)生離心力，它和傳動(dòng)力一樣，在工件的每一轉(zhuǎn)中不斷變更方向，引起工件幾何軸線作擺動(dòng)，從而引起加工誤差。此外，周期變化的慣性力還常常引起工藝系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動(dòng)。針對慣性力的影響可采用“對重平衡”的方法來消除這種影響，即在不平衡質(zhì)量的反向加裝重塊，使兩者的離心力相互抵消。
(2)減小工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度影響的措施
減小工藝系統(tǒng)受力變形是保證加工精度的有效途徑之一。在實(shí)際生產(chǎn)中，常從兩個(gè)主要方面采取措施來予以解決：一是提高系統(tǒng)剛度;二是減小載荷及其變化。
1)提高工藝系統(tǒng)的剛度。提高工藝系統(tǒng)的剛度的措施有：合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);提高連接表面的接觸剛度;采用合理的裝夾和加工方式。
2)減小載荷及其變化。采取適當(dāng)?shù)墓に嚧胧绾侠磉x擇刀具幾何參數(shù)和切削用量以減小切削力，就可以減少受力變形。
3)減小工件殘余應(yīng)力引起的變形。殘余應(yīng)力(也稱內(nèi)應(yīng)力)是指在沒有外力的作用下或去除外力后工件內(nèi)存留的應(yīng)力，是由于金屬內(nèi)部相鄰組織發(fā)生了不均勻的體積變化而產(chǎn)生的，主要來自冷、熱加工。具有殘余應(yīng)力的零件處于一種不穩(wěn)定的狀態(tài)，零件將會不斷緩慢地翹曲變形，原有的加工精度會逐漸喪失。
要減少殘余應(yīng)力的措施有：增加消除內(nèi)應(yīng)力的熱處理工序;合理安排工藝過程;改善零件結(jié)構(gòu)，提高零件的剛性。
3.工藝系統(tǒng)的熱變形對加工精度的影響
在機(jī)械加工過程中，工藝系統(tǒng)會受到各種熱的影響而產(chǎn)生溫度變形，即所謂的熱變形。引起工藝系統(tǒng)變形的熱源可分內(nèi)部熱源和外部熱源兩大類。內(nèi)部熱源主要指切削熱和摩擦熱，它們產(chǎn)生于工藝系統(tǒng)內(nèi)部，其熱量主要是以熱傳導(dǎo)的形式傳遞的。外部熱源主要是指工藝系統(tǒng)外部的環(huán)境溫度對流傳熱(它與氣溫變化、通風(fēng)、空氣對流和周圍環(huán)境等有關(guān))和各種輻射熱(包括由陽光、照明、暖氣設(shè)備等發(fā)出的輻射熱)。工藝系統(tǒng)的熱變形會破壞刀具與工件的正確幾何關(guān)系和運(yùn)動(dòng)關(guān)系，造成工件的加工誤差，還影響加工效率。
工藝系統(tǒng)在各種熱源作用下，溫度會逐漸升高，同時(shí)它們也通過各種傳熱方式向周圍的介質(zhì)散發(fā)熱量。當(dāng)工件、刀具和機(jī)床的溫度達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)散出的熱量與熱源傳人的熱量趨于相等，這時(shí)工藝系統(tǒng)就達(dá)到了熱平衡狀態(tài)。在熱平衡狀態(tài)下，工藝系統(tǒng)各部分的溫度就保持在一個(gè)相對固定的數(shù)值上，因而各部分的熱變形也就相應(yīng)地趨于穩(wěn)定。為減少熱變形對加工精度的影響，精加工時(shí)通常需要預(yù)熱機(jī)床以獲得熱平衡，或降低切削用量以減少切削熱和摩擦熱，或粗加工后停機(jī)以待熱量散發(fā)后再進(jìn)行精加工，或使粗、精加工分開進(jìn)行等。
(1)工件熱變形對加工精度的影響
在工藝系統(tǒng)熱變形中，機(jī)床熱變形最為復(fù)雜，工件的熱變形則相對簡單一些。這主要是因?yàn)樵诩庸み^程中，影響機(jī)床熱變形的熱源較多，也較復(fù)雜，而對工件來說，熱源比較簡單。因此，工件的熱變形?？捎媒馕龇ㄟM(jìn)行估算和分析。
(2)刀具熱變形對加工精度的影響
刀具熱變形主要是由切削熱引起的。通常傳人刀具的熱量并不太多，但由于熱量集中在切削部分，而且刀體小，熱容量小，故仍會有很高的溫升。連續(xù)切削時(shí)，刀具的熱變形在切削初始階段增加很快，隨后變得較緩慢，經(jīng)過不長的一段時(shí)問后(約10～20min)便趨于熱平衡狀態(tài)。此后，熱變形變化量就非常小。通常刀具總的熱變形量可達(dá)0.03～0.05mm。
為了減小刀具的熱變形，應(yīng)合理選擇切削用量和刀具幾何參數(shù)，并給予充分冷卻和潤滑，以減少切削熱，降低切削溫度。
(3)機(jī)床熱變形對加工精度的影響
機(jī)床在工作過程中，受到內(nèi)外熱源的影響，各部分的溫度將逐漸升高。由于各部件的熱源不同，分布不均勻，以及機(jī)床結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，導(dǎo)致各部件的溫升不同，而且同一部件不同位置的溫升也不相同，進(jìn)而形成不均勻的溫度場，使機(jī)床各部件之問的相互位置發(fā)生變化，破壞了機(jī)床原有的幾何精度而造成加工誤差。
機(jī)床空運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，各運(yùn)動(dòng)部件產(chǎn)生的摩擦熱基本不變。運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)問之后，各部件傳人的熱量和散失的熱量基本相等，即達(dá)到熱平衡狀態(tài)，變形趨于穩(wěn)定。機(jī)床達(dá)到熱平衡狀態(tài)時(shí)的幾何精度稱為熱態(tài)幾何精度。在機(jī)床達(dá)到熱平衡狀態(tài)之前，機(jī)床幾何精度變化不定，對加工精度的影響也變化不定。因此，精密加工應(yīng)在機(jī)床處于熱平衡之后進(jìn)行。
3.2.2提高模具零件加工精度的途徑
機(jī)械加工誤差是由工藝系統(tǒng)中的原始誤差引起的。在對某一特定條件下的加工誤差進(jìn)行分析時(shí)，首先要列舉出其原始誤差，即要了解所有原始誤差因素，以及對每一原始誤差的數(shù)值和方向定量化。其次要研究原始誤差與零件加工誤差之問的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換關(guān)系。最后，用各種測量手段實(shí)測出零件的誤差值，進(jìn)而采取一定的工藝措施消除或減少加工誤差。
生產(chǎn)實(shí)際中盡管有許多減少誤差的方法和措施，但從消除或減少誤差的技術(shù)上看，可將它們分成兩大類。
1)誤差預(yù)防技術(shù)是指減小原始誤差或減少原始誤差的影響，亦即減少誤差源或改變誤差源與加工誤差之間的數(shù)量轉(zhuǎn)換關(guān)系。但實(shí)踐與分析表明，精度要求高于某一程度后，利用誤差預(yù)防技術(shù)來提高加工精度所花費(fèi)的成本將成指數(shù)規(guī)律的增長。
2)誤差補(bǔ)償技術(shù)是指在現(xiàn)存的原始誤差條件下，通過分析、測量，進(jìn)而建立數(shù)學(xué)模型，并以這些原始誤差為依據(jù)，人為地在工藝系統(tǒng)中引入一個(gè)附加的誤差源，使之與工藝系統(tǒng)原有的誤差相抵消，以減少或消除零件的加工誤差。從提高加工精度的方面考慮，在現(xiàn)有工藝系統(tǒng)條件下，誤差補(bǔ)償技術(shù)是一種行之有效的方法。特別是借助計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，可達(dá)到很好的實(shí)際效果。
