加工誤差

任何加工和測量都不可避免有誤差存在，所謂精度較高，只是誤差較小而已。加工誤差是指零件加工後的實際幾何參數（尺寸、幾何形狀和相互位置）與理想幾何參數之間的偏差。加工誤差的大小反映了加工精度的高低，生產中加工精度的高低，是用加工誤差的大小來表示的。

零件的機械加工是在由機牀、刀具、夾具和工件組成的工藝系統內完成的。因此，工藝系統各種誤差就會以不同的程度和方式反映為零件的加工誤差。

從錯綜複雜的生產中逐項分析產生加工誤差的各項因素及其物理、力學本質，找出影響該項精度的主要因素，以便進一步採取措施去解決，該方法稱為加工精度的單因素分析法。但在生產實際中，有時很難用單因素分析法來分析計算每一工序的加工誤差，因為加工精度的影響因素比較複雜，是一個綜合性很強的工藝問題，影響加工精度的原始誤差很多，這些原始誤差往往是綜合地交錯在一起對加工精度產生綜合影響的，且其中不少原始誤差的影響往往帶有隨機性。對於一個受多個隨機性質原始誤差影響的工藝系統，一般用概率統計的方法來進行綜合分析，才能得出正確的、符合實際的結果。

加工誤差的產生是由於在加工前和加工過程中，工藝系統存在很多誤差因素，統稱為原始誤差。原始誤差主要包括以下內容。

(1)原理誤差：採用近似的加工運動或近似的刀具輪廓而產生的誤差。如用成形銑刀加工錐齒輪，用車削方法加工多邊形工件等。

(2)裝夾誤差：工件在裝夾過程中產生的誤差稱為裝夾誤差。裝夾誤差包括定位誤差和夾緊誤差。

(3)測量誤差：測量誤差是與量具、量儀的測量原理、製造精度、測量條件（温度、濕度、振動、測量力、清潔度等）以及測量技術水平等有關的誤差。

(4)調整誤差：調整的作用主要是使刀具與工件之間達到正確的相對位置。試切法加工時的調整誤差主要取決於測量誤差、機牀的進給誤差和工藝系統的受力變形。調整法加工時的調整誤差，除上述因素外，還與調整方法有關。採用定程機構調整時，與行程擋塊、靠模、凸輪等元件或機構的製造誤差、安裝誤差、磨損以及電、液、氣控制元件的工作性能有關。採用樣板、樣件、對刀塊、導套等調整，則與它們的製造、安裝誤差、磨損以及調整時的測量誤差有關。

(5)夾具的製造、安裝誤差與磨損：機牀夾具上定位元件、導向元件、對刀元件、分度機構、夾具體等的加工與裝配誤差以及它們的耐磨損性能，對零件的加工精度有直接影響。夾具的精度要求，應根據工件的加工精度要求確定。

(6)刀具的製造誤差與磨損：刀具對加工精度的影響，隨刀具種類的不同而不同。

(7)工件誤差：加工前，工件或毛坯上待加工表面本身有形狀誤差或與其有關表面有位置誤差，也都會造成加工後該表面本身及與其有關表面的加工誤差。

(8)機牀誤差：機牀的製造、安裝誤差以及長期使用後的磨損是造成加工誤差的主要原始誤差因素。機牀誤差主要由主軸迴轉誤差、導軌導向誤差、內傳動鏈的傳動誤差及主軸、導軌等的位置關係誤差所組成。

(9)工藝系統受力變形產生的誤差：工藝系統在切削力、傳動力、重力、慣性力等外力作用下產生變形，破壞了刀具與工件間的正確相對位置，造成加工誤差。工藝系統變形的大小與工藝系統的剛度有關。

(10)工藝系統受熱變形引起的誤差：機械加工中，工藝系統受切削熱、摩擦熱、環境温度、輻射熱等的影響將產生變形，使工件和刀具的正確相對位置遭到破壞，引起切削運動、背吃刀量及切削力的變化，造成加工誤差。

(11)工件殘餘應力引起的誤差：在沒有外力作用下或去除外力後，工件內仍存留的力稱殘餘應力。具有殘餘應力的零件，其內部組織的平衡狀態極不穩定，有恢復到無應力狀態的強烈傾向。 ^[1] 

按照誤差的表現形式，加工誤差可分為系統誤差、隨機誤差兩大類。

1．系統誤差

系統誤差可分為常值性系統誤差和變值性系統誤差兩種。在順序加工一批工件時，大小方向都不變的加工誤差，稱為常值性系統誤差；在順序加工一批工件時，按一定規律變化的加工誤差，稱為變值性系統誤差；常值性系統誤差與加工順序無關，變值性系統誤差與加工順序有關。

加工原理誤差，機牀、夾具、刀具的製造誤差，工藝系統在均值切削力下的受力變形等引起的加工誤差等均與加工時間無關，其大小和方向在一次調整中也基本不變，因此都屬於常值系統誤差。機牀、夾具、量具等磨損引起的加工誤差，在一次調整的加工中無明顯的差異，故也屬於常值系統誤差。機牀、刀具和夾具等在熱平衡前的熱變形誤差以及刀具的磨損等，隨加工時間而有規律的變化，由此而產生的加工誤差屬於變值系統誤差。

對於常值性系統誤差，若能掌握其大小和方向，就可以通過調整消除；對於變值性系統誤差，若能掌握其大小和方向隨時間變化規律，也可通過採取自動補償措施加以消除。

2．隨機誤差

在順序加工一批工件時，大小和方向都是隨機變化的加工誤差，稱為隨機誤差。這是工藝系統中隨機因素所引起的加工誤差，是由許多相互獨立的工藝因素微量的隨機變化和綜合作用的結果。如毛坯的餘量大小不一致或硬度不均勻，將引起切削力的變化，在變化切削力作用下由於工藝系統的受力變形而導致的加工誤差就帶有隨機性，屬於隨機誤差。此外，定位誤差、夾緊誤差、多次調整的誤差、殘餘應力引起的工件變形誤差等都屬於隨機誤差，生產中可以通過分析隨機誤差的統計規律，對工藝過程進行有效的控制。

研究加工誤差時，常用數理統計中的理論分佈曲線代替試驗曲線，以簡化分析過程。加工誤差的分佈規律主要如下：

(1)正態分佈。在機械加工中，若同時滿足以下3個條件，工件的加工誤差就服從正態分佈：①無變值性系統誤差，或有但不顯著；②各隨機誤差之間是相互獨立的；③在隨機誤差中沒有一個是起主導作用的誤差因素。

(2)平頂分佈。在影響機械加工的諸多誤差因素中，如果刀具尺寸磨損的影響顯著，變值性系統誤差占主導地位時，工件的尺寸誤差將呈現平頂分佈。平頂誤差分佈曲線可以看成是隨着時間而平移的眾多正態誤差分佈曲線組合的結果。

(3)雙峯分佈。若將兩台機牀所加工的同一種工件混在一起，由於兩台機牀的調整尺寸不盡相同，兩台機牀的精度狀態也有差異，則工件的尺寸誤差就呈雙峯分佈。

(4)偏態分佈。採用試切法車削工件外圓或鏜內孔時，為避免產生不可修復的廢品，操作者主觀下有使軸徑加工得寧大勿小，使孔徑加工得寧小勿大的意向。再有當工藝系統存在盟著的熱變形時，由於熱變形在開始階段變化較快，以後逐漸減弱，直至達到熱平衡狀態。按照以上加工方式加工得到的一批零件的加工誤差呈偏態分佈。 ^[2]