加工工藝對(duì)加工精度影響探析

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摘要：在機(jī)械零件加工過(guò)程中，因?yàn)榈毒吣p、機(jī)床誤差、操作誤差等因素，導(dǎo)致零件的幾何精度受到影響，進(jìn)而降低了機(jī)床加工的整體質(zhì)量。零件的加工精度會(huì)受到不同因素的干擾與影響，因此需要通過(guò)對(duì)加工工藝的優(yōu)化與完善，以此提高加些零件加工的精度，確保零件精度達(dá)到要求標(biāo)準(zhǔn)，有效降低機(jī)械加工與零件應(yīng)用過(guò)程中產(chǎn)生問(wèn)題的概率。本文即通過(guò)分析影響機(jī)械加工精度的主要因素，進(jìn)而提出提升加工精度的注意事項(xiàng)與工藝措施。

關(guān)鍵詞：加工工藝；機(jī)械；零件；加工精度

0引言

機(jī)械加工的精度指零件加工后的幾何形狀與尺寸與標(biāo)準(zhǔn)值之間的差異，常見(jiàn)的幾何參數(shù)主要包括尺寸、形狀、相互位置等，通過(guò)設(shè)置加工精度標(biāo)準(zhǔn)值，可以限制機(jī)械加工的誤差范圍。其中幾何精度是對(duì)零件幾何形狀與基準(zhǔn)件之間尺寸誤差的限制，幾何形狀精度則可以保證其直線、平面、圓柱、圓度等符合使用要求，相互位置精度則是對(duì)零件同軸度、垂直度等數(shù)據(jù)的限制，保證其處于誤差允許范圍之內(nèi)。零件的加工質(zhì)量對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品的性能與壽命有著直接影響，因此在加工過(guò)程中，必須提高對(duì)零件質(zhì)量與精度的控制既要避免認(rèn)人為因素引起的誤差，又要有效緩解和降低客觀因素引起的誤差，以此保證加工精度不斷向理想?yún)?shù)靠近，盡可能縮短其誤差值。

1影響機(jī)械加工精度的因素分析

1.1幾何精度

機(jī)械加工的幾何精度主要受到機(jī)床工件、刀具以及夾具等零部件的影響。在機(jī)床制造的過(guò)程中，新零件在形狀與位置處理上往往會(huì)出現(xiàn)不足與誤差，導(dǎo)致加工精度受到直接影響。此外，機(jī)床自身的安裝也會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響，比如安裝不到位、使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、缺乏維護(hù)修理時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)磨損、變形等問(wèn)題，進(jìn)而嚴(yán)重影響零部件加工的精度。在使用刀具進(jìn)行加工的過(guò)程中，刀具需要與零件進(jìn)行直接接觸，在長(zhǎng)期使用后刀具會(huì)產(chǎn)生不同程度的磨損，當(dāng)磨損達(dá)到一定程度時(shí)，其零件的加工精度就會(huì)出現(xiàn)不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題。在加工過(guò)程中，夾具是對(duì)工件進(jìn)行固定的重要結(jié)構(gòu)，但是當(dāng)夾具本身在制造、安裝或使用過(guò)程中出現(xiàn)誤差之后，零件在加工時(shí)也會(huì)必然出現(xiàn)誤差，一旦夾具誤差較大，零件誤差就會(huì)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)限度。在零件的角度控制方面，同樣需要對(duì)問(wèn)題進(jìn)行標(biāo)注，尤其在未加工之前，零件數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)圖具有明顯差異，只有按照問(wèn)題指導(dǎo)，選擇合適的零件度數(shù)，才能有效保證零件加工的整體效果達(dá)到設(shè)計(jì)制造的目標(biāo)和要求。在實(shí)際加工過(guò)程中，利用液壓傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，經(jīng)驗(yàn)充足的工作人員往往會(huì)選擇30度零件，以期降低裝配阻力，進(jìn)而提升零件的導(dǎo)向性能，還能有效避免破壞O圈。即使在一般零件的設(shè)計(jì)過(guò)程中，相關(guān)的標(biāo)注都要詳細(xì)記錄，為了保證設(shè)計(jì)結(jié)果更加合理可行，直接標(biāo)準(zhǔn)零件也要通過(guò)間接標(biāo)注，以此為工作人員提供對(duì)零件記錄與計(jì)算的基礎(chǔ)信息，進(jìn)而通過(guò)角度計(jì)算與標(biāo)注，提升其可靠性與安全性。

1.2受力變形

在零件加工工藝系統(tǒng)之中，刀具與夾具一般處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)設(shè)備在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，系統(tǒng)整體會(huì)受到各方力的影響，進(jìn)而使得工藝系統(tǒng)應(yīng)受力問(wèn)題而出現(xiàn)細(xì)微的變形，在這樣的情況下，刀具與夾具位置可能會(huì)發(fā)生變化，而刀具的運(yùn)行軌跡也會(huì)產(chǎn)生誤差，這些因素都會(huì)影響零件加工時(shí)的精度。對(duì)此，必須找到工藝系統(tǒng)中的薄弱部位或影響受力的位置，通過(guò)更換更高強(qiáng)度材料的零部件，以此提升工藝系統(tǒng)的抗形變能力，提高工藝系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的荷載量。此外，在實(shí)際加工過(guò)程中，工作人員還可以通過(guò)受力分析或經(jīng)驗(yàn)技巧，針對(duì)不同的工件或加工方法，選擇不同的夾裝方法，以此保證工藝系統(tǒng)的受力更加均勻，降低形變問(wèn)題引發(fā)的誤差影響。

1.3熱變形

熱變形是零件加工過(guò)程中面臨的重要問(wèn)題之一，尤其在磨、銑、車等各個(gè)加工環(huán)節(jié)中，設(shè)備與零件之間的摩擦?xí)?dǎo)致工件與加工系統(tǒng)的溫度大幅度提升，進(jìn)而使其產(chǎn)生熱變形的問(wèn)題，引起零部件加工的誤差。具體來(lái)說(shuō)，首先，工件在加工過(guò)程中的熱變形會(huì)產(chǎn)生直接的精度影響，使得工件加工的零件形狀或尺寸大小出現(xiàn)細(xì)微差別，尤其對(duì)于零件長(zhǎng)度或精度要求較高的情況下，熱變形所產(chǎn)生的影響就要提高關(guān)注，在加工過(guò)程中可以借助冷卻液有效降低工件表面溫度，以輔助實(shí)現(xiàn)散熱效果。同時(shí)，工件產(chǎn)生熱變形的直接原因在于切削等操作過(guò)程中的摩擦生熱，因此在操作時(shí)通過(guò)減少切削量，進(jìn)而降低生熱效果，甚至在工件溫度較高時(shí)，可以停機(jī)散熱，進(jìn)而再進(jìn)行精加工處理。其次，刀具等加工設(shè)備在發(fā)生熱變形后也會(huì)產(chǎn)生精度影響，其熱量同樣是由切削過(guò)程中的嚴(yán)重摩擦而生成，尤其在部分零部件加工過(guò)程中，需要進(jìn)行連續(xù)切割的操作，而刀具的熱變形程度會(huì)出現(xiàn)快速提升而緩慢降低的情況，這就造成了精度上的影響。因此，為了降低刀具熱變形對(duì)加工精度的影響，在使用時(shí)就要選擇更合適的刀具，并嚴(yán)格控制切削用量，同時(shí)通過(guò)冷卻液或潤(rùn)滑液使刀具受到充分的冷卻與潤(rùn)滑，進(jìn)而有效降低熱變形對(duì)刀具的影響。其三，機(jī)床整體也會(huì)受到熱變形的影響。在零件加工的完整過(guò)程中，機(jī)床是重要的加工設(shè)備，但其同樣容易受到外部環(huán)境的影響，尤其在切削工作時(shí)產(chǎn)生的熱量，會(huì)導(dǎo)致機(jī)床部分位置的溫度升高，而機(jī)床本身有著復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，熱源的不均勻分布會(huì)使機(jī)床各個(gè)部位出現(xiàn)較大的溫度差，進(jìn)而在整體受力方面發(fā)生一定的偏差，使得部分位置出現(xiàn)變形，這就會(huì)導(dǎo)致機(jī)床本身的幾何精度標(biāo)準(zhǔn)受到破壞，加工零件時(shí)產(chǎn)生的誤差也會(huì)被放大。因此在機(jī)床的熱變形保護(hù)方面，需要對(duì)工作環(huán)境提出更高的要求，通過(guò)溫度調(diào)節(jié)、熱源隔離、增加散熱、提供冷卻等方式，保證機(jī)床處于更穩(wěn)定的溫度環(huán)境中。

2提升加工精度的加工工藝措施

2.1降低加工原始誤差

在幾何精度誤差方面，通過(guò)建立對(duì)相關(guān)工具、測(cè)量工具、夾具等設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化使用規(guī)范，進(jìn)而有效控制加工系統(tǒng)的內(nèi)部應(yīng)力、磨損程度以及熱變形等問(wèn)題，是有效降低誤差的重要手段。為了進(jìn)一步提高加工精度，則要對(duì)加工工藝提出新的要求。首先，要對(duì)加工誤差中的原始誤差信息進(jìn)行分析，了解到每一個(gè)影響因素造成的誤差量，進(jìn)而確定主要誤差因素與次要誤差因素。其次，要根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)加工過(guò)程的誤差提出可靠可行的解決方案，通過(guò)有效解決主要誤差因素，提高加工的精度。例如塔式起重機(jī)中回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中的某個(gè)零件，其零件中存在兩個(gè)直徑為50±0.0095mm的外圓，該結(jié)構(gòu)主要用于安裝滾動(dòng)軸承，所以在精度方面有著更高的要求。通過(guò)對(duì)該零件加工過(guò)程的分析發(fā)現(xiàn)，零件材質(zhì)、加工操作是影響加工精度的主要因素，因此在實(shí)際加工過(guò)程中，需要采取針對(duì)性的加工工藝。第一步，實(shí)施熱處理。通過(guò)正火提升零件材質(zhì)的穩(wěn)定性，降低其后續(xù)加工過(guò)程中產(chǎn)生的變形問(wèn)題。第二步，進(jìn)行車削處理。首先要通過(guò)校正后夾緊零件左端，光平右側(cè)端面，然后進(jìn)行鉆孔；其次對(duì)右端外圓與端面進(jìn)行粗車與精車處理，保證其表面粗糙度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，符合圖紙規(guī)范；其三則要進(jìn)行掉頭處理，通過(guò)四爪夾固定位置，校正外圓與端面的跳動(dòng)量小于0.02mm。第三步，插內(nèi)花鍵，滾齒并再次進(jìn)行熱處理，最后根據(jù)零件的相互位置精度要求，可以分別采取內(nèi)花鍵與端面定位、60°錐孔定位、準(zhǔn)27孔定位等定位方法，提升其相互位置精度。

2.2實(shí)施誤差補(bǔ)償機(jī)制

在零件加工的過(guò)程中出現(xiàn)誤差是必然現(xiàn)象，但對(duì)于原始誤差，可以通過(guò)一定的加工工藝，從而將其誤差進(jìn)行補(bǔ)償或偏移處理。首先，補(bǔ)償方法是通過(guò)人為制造新的原始誤差，通過(guò)誤差之間的抵消與補(bǔ)償縮小實(shí)際成品零件的誤差量，可以達(dá)到提高幾何精度的效果。偏移方法則是通過(guò)將原始誤差全部或部分進(jìn)行偏移預(yù)設(shè)，在加工之前預(yù)留出誤差的影響范圍量，以此降低誤差對(duì)零件的影響，既降低了處理誤差的難度，又實(shí)現(xiàn)了相對(duì)精度的提高。在補(bǔ)償與偏移方法的應(yīng)用過(guò)程中，必須從零件的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中入手。首先，在零件圖紙?jiān)O(shè)計(jì)時(shí)，要建立明確的標(biāo)注規(guī)范，保證各個(gè)數(shù)據(jù)與零件標(biāo)準(zhǔn)一致。其次，工作人員需要認(rèn)真學(xué)習(xí)和觀察圖紙，深刻把握其設(shè)計(jì)要求，并找到零件中的關(guān)鍵位置，即精度影響較高的位置，從而思考在加工過(guò)程中的注意事項(xiàng)，把握加工方案與精度控制技巧。其三，在實(shí)際加工時(shí)，要針對(duì)原始誤差的實(shí)際情況，比如正常操作會(huì)導(dǎo)致零件長(zhǎng)度或孔洞直徑不足，便可以將關(guān)鍵位置的誤差量進(jìn)行補(bǔ)償或偏移處理，即在操作時(shí)根據(jù)誤差量進(jìn)行預(yù)留，保證精確度達(dá)到更高水平。

2.3誤差分化均化處理

誤差分化與均化處理則是借助了微分的技巧與思路，通過(guò)將某一個(gè)位置的誤差量均勻分?jǐn)傇诹慵恼w層面上，進(jìn)而保證每一個(gè)細(xì)節(jié)位置都能符合精度要求。該方法的工藝應(yīng)用相對(duì)較為復(fù)雜，在特殊零件加工時(shí)，首先需要對(duì)加工工序進(jìn)行細(xì)化分類，找到每一個(gè)步驟中產(chǎn)生的誤差范圍，從而在整體的加工過(guò)程中把控誤差，提高精度。其次，均化方法更側(cè)重于對(duì)零件表面原始誤差的降低，通過(guò)檢查刀具與零件表面，找到其中的差異量，進(jìn)而通過(guò)操作技巧將形成的誤差量進(jìn)行平均化處理，形成標(biāo)準(zhǔn)化的處理基準(zhǔn)。

2.4實(shí)施誤差轉(zhuǎn)移措施

誤差轉(zhuǎn)移是將精度影響更高區(qū)域的誤差量轉(zhuǎn)移到敏感程度較低位置的方法。在同一個(gè)零件或設(shè)備中，部分區(qū)域由于零件的使用或安裝要求，必須達(dá)到更高的精度，而同樣也存在一些區(qū)域，其對(duì)于精度標(biāo)準(zhǔn)的要求較低，因此可以將誤差進(jìn)行轉(zhuǎn)移處理，以保證零件整體符合應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。比如當(dāng)大型機(jī)床的橫梁發(fā)生不良現(xiàn)象，但短時(shí)間內(nèi)無(wú)法修正時(shí)，就可以通過(guò)機(jī)械工具結(jié)構(gòu)對(duì)軸承重梁施加壓力，從而保證其誤差轉(zhuǎn)移到機(jī)床的其他位置，從而避免了應(yīng)橫梁不正而導(dǎo)致車削等加工操作的誤差，有效提升了零件精度。

3結(jié)語(yǔ)

隨著現(xiàn)代科技與自動(dòng)化行業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)代機(jī)械對(duì)于零件精度的要求在不斷提升，因此在機(jī)械零件加工過(guò)程中，需要進(jìn)一步提升工作人員的工藝水平與技術(shù)，既要深刻認(rèn)識(shí)到各類誤差出現(xiàn)的原因與影響效果，又要建立標(biāo)準(zhǔn)化的操作流程與規(guī)范，針對(duì)不同的誤差采取不同的加工工藝，從而保證零件加工質(zhì)量與水平的不斷提升。

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作者:劉江華 魯新飛 單位:中國(guó)中車株洲車輛有限公司