机械模具加工精度控制探析

机械模具加工精度控制探析

武斌

天津市双象工程液压件有限责任公司天津市301700

摘要：本文通过影响机械模具加工精度主要因素的分析，探讨了提高机械模具加工精度的措施。

关键词：机械模具；加工；精度；控制；探析

一、机械模具加工精度的概念及内容

机械模具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。

机械模具加工精度包括三个方面内容：尺寸精度是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，形状精度是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，位置精度是指加工后零件有关表面之间的实际位置与理想。

在相同的生产条件下，使用相同的机械模具加工方法所加工出来的一批零件，由于加工要素的影响，其尺寸、形状和表面相互位置不会绝对一致，总是存在一定的加工误差。同时，从满足要求的公差范围的前提下，要采取合理的经济的加工方法，以提高机械模具加工的生产率和经济性。

二、机械模具加工产生误差的主要原因

1.机床的几何误差

在机械模具加工中刀具相对于工件的成形运动一般都是通过机床完成的，因此，工件的加工精度在很大程度上取决于机床的精度。机床制造误差对工件加工精度影响较大的有：主轴回转误差、导轨误差和传动链误差。机床在使用中的磨损也将使机床工作精度下降。

（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。除了导轨本身的制造误差外，导轨的不均匀磨损和安装质量，也使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.刀具的几何误差

刀具误差对加工精度的影响随刀具种类的不同而不同。采用固定尺寸刀具、成形刀具、合成刀具加工时，刀具的制造误差会直接影响工件的加工精度；而对于一般刀具，其制造误差对工件加工精度无直接影响。夹具的几何误差：夹具的作用是使工件相对于刀具和机床夹具保持正确的位置，因此夹具的制造误差对工件的加工精度有很大影响。

3.定位误差

一是基准不重合误差。在零件图上用来确定某一表面尺寸、位置所依据的基准称为设计基准。在工序图上用来确定本工序被加工表面加工后的尺寸、位置所依据的基准称为工序基准。在机床上对工件进行加工时，选择工件上若干几何要素作为加工时的定位基准，如果所选用的定位基准与设计基准不重合，就会产生基准不重合误差。

二是定位副制造不准确误差。夹具上的定位元件不可能按基本尺寸制造得绝对准确，它们的实际尺寸都允许在分别规定的公差范围内变动。工件定位面与夹具定位元件共同构成定位副，由于定位副制造得不准确和定位副间的配合间隙引起的工件最大位置变动量，称为定位副制造不准确误差。

4.工艺系统受力变形导致的误差

（1）切削过程中受力点位置变化引起的

加工误差。在切削过程中，工艺系统的刚度随切削力着力点位置的变化而变化，引起系统变形的差异，使被加工表面产生形状误差。

（2）切削力大小变化引起的加工误差

工件的毛坯外形虽然具有粗略的零件形状，但它在尺寸.形状以及表面层材料硬度上都有较大的误差。毛坯的这些误差在加工时使切削深度不断发生变化，从而导致切削力的变化，进而引起工艺系统产生相应的变形，使得零件在加工后还保留与毛坯表面类似的形状或尺寸误差。

5.机床加工工艺系统受热变形引起的误差

机床加工工艺系统受热变形对加工精度的影响比较大，特别是在精密加工和大件加工中，由热变形所引起的加工误差有时可占工件总误差的50%。机床、刀具和工件受到各种热源的作用，温度会逐渐升高，同时它们也通过各种传热方式向周围的物质和空间散发热量。

6.调整误差

在机械模具加工的每一工序中，总要对工艺系统进行这样或那样的调整工作。由于调整不可能绝对地准确，因而产生调整误差。在工艺系统中，工件、刀具在机床上的互相位置精度，是通过调整机床、刀具、夹具或工件等来保证的。当机床、刀具、夹具和工件毛坯等的原始精度都达到工艺要求而又不考虑动态因素时，调整误差的影响，对加工精度起到决定性的作用。

三、提高机械模具加工精度的工艺措施

1.减少原始误差

提高加工零件所使用机床的几何精度，提高夹具、量具及工具本身精度，控制工艺系统受力、受热变形产生的误差，减少刀具磨损、内应力引起的变形误差，尽可能减小测量误差等均属于直接减少原始误差。为了提高机加工精度，需对产生加工误差的各项原始误差进行分析，根据不同情况对造成加工误差的主要原始误差采取相应的解决措施。对于精密零件的加工应尽可能提高所使用精密机床的几何精度、刚度和控制加工热变形；对具有成形表面的零件加工，则主要是如何减少成形刀具形状误差和刀具的安装误差。

2.误差补偿法

对工艺系统的一些原始误差，可采取误差补偿的方法以控制其对零件加工误差的影响。

误差补偿法：该方法是人为地造出一种新的原始误差，从而补偿或抵消原来工艺系统中固有的原始误差，达到减少加工误差，提高加工精度的目的。

误差抵消法：利用原有的一种原始误差去部分或全部地抵消原有原始误差或另一种原始误差。

3.分化或均化原始误差

为了提高一批零件的加工精度，可采取分化某些原始误差的方法。对加工精度要求高的零件表面，还可以采取在不断试切加工过程中，逐步均化原始误差的方法。

分化原始误差（分组）法：根据误差反映规律，将毛坯或工序的工件尺寸经测量按大小分为n组，每组工件的尺寸范围就缩减为原来的1n。然后按各组的误差范围分别调整刀具相对工件的准确位置，使各组工件的尺寸分散范围中心基本一致，以使整批工件的尺寸分散范围大大缩小。

均化原始误差：这种方法的过程是通过加工使被加工表面原有误差不断缩小和平均化的过程。均化的原理就是通过有密切联系的工件或工具表面的相互比较和检查，从中找出它们之间的差异，然后再进行相互修正加工或基准加工。

4.转移原始误差

该方法的实质就是将原始误差从误差敏感方向转移到误差非敏感方向上去。转移原始误差至非敏感方向。各种原始误差反映到零件加工误差上的程度，与其是否在误差敏感方向上有直接关系。若在加工过程中设法使其转移到加工误差的非敏感方向，则可大大提高加工精度。转移原始误差至其他对加工精度无影响的方面。

总之，在机械模具加工过程中，产生误差是不可避免的。只有对误差产生的原因进行详细的分析，才能采取相应的预防措施以尽可能地减少加工误差，从而有效提高机械模具加工的精度。

参考文献：

[1]朱政红.影响机械模具加工精度的集中因素[J].工艺与装备，2008（11）.

[2]徐萍.浅谈如何提高机械模具加工精度[J].甘肃冶金，2009（7）.