機(jī)械制造工藝對(duì)金屬零件加工精度控制影響分析

王慧萍

（鄭州信息工程職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450000）

生產(chǎn)加工是支撐工業(yè)化發(fā)展的基礎(chǔ)，也是保證工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量重要條件之一。金屬零件加工精度是機(jī)械加工過(guò)程中一個(gè)重要指標(biāo)，通常指被加工金屬零件的幾何參數(shù)與預(yù)期參數(shù)的匹配程度[1]。適用范圍越大，加工精度越高。金屬零件加工精度在加工過(guò)程中一直是一個(gè)非常重要的問(wèn)題，生產(chǎn)加工是支撐工業(yè)化發(fā)展基礎(chǔ)，也是保證工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量重要條件之一。為確保零件加工精度，必須嚴(yán)格按照各工序工藝要求，科學(xué)、合理地控制加工過(guò)程[2]。要達(dá)到控制精度目的，就必須從影響精度問(wèn)題入手，有針對(duì)性地調(diào)整工藝方法。但傳統(tǒng)加工工藝中不可避免地存在著這些因素，因此有必要分析機(jī)械加工工藝對(duì)金屬零件精度控制影響。機(jī)器制造業(yè)發(fā)展水平直接關(guān)系到國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)家綜合實(shí)力提高，近幾年來(lái)，隨著機(jī)械制造業(yè)迅速發(fā)展，各種精密機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)和應(yīng)用，使我國(guó)機(jī)械化水平大大提高。精密機(jī)械設(shè)備中，對(duì)金屬部件的精度有較高要求，若尺寸和位置不一致，將會(huì)影響設(shè)備整體運(yùn)轉(zhuǎn)[3]。所以在加工金屬零件時(shí)，對(duì)加工精度有很高要求。但在實(shí)際加工過(guò)程中，加工工藝運(yùn)用會(huì)影響金屬零件加工精度，必須進(jìn)行有效控制。

1 機(jī)械加工工藝對(duì)金屬零件加工精度影響分析

金屬零件在加工過(guò)程中，會(huì)受到很多因素影響，導(dǎo)致金屬零件參數(shù)誤差、精度和質(zhì)量下降，如圖1所示。

圖1 金屬零件在機(jī)械加工過(guò)程中影響條件分析

在實(shí)際生產(chǎn)中，金屬零件會(huì)影響加工條件，在加工過(guò)程中，金屬零件常常受到各種因素影響。在外環(huán)境空氣濕度、溫度變化、設(shè)備使用壽命等因素都會(huì)影響零件使用壽命，大大降低零件使用精度，只有不斷改進(jìn)施工工藝才能更好解決這一問(wèn)題[4]。

金屬零件加工精度是指成品金屬零件參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)一致性，交疊程度越高，零件精度越高。隨著加工精度提高，其誤差也隨之減小，從而提高了加工精度。加工精度可分為尺寸精度，主要是指加工出金屬零件實(shí)際尺寸與零件公差一致性，形位精度是指金屬零件形位、孔位與理想尺寸的一致性[5]。加工制造金屬零件時(shí)，毛坯改進(jìn)目的是通過(guò)加工來(lái)提高零件與毛坯配合程度，就實(shí)際加工情況而言，其加工過(guò)程是對(duì)被加工零件毛坯磨削，對(duì)零件加工精度要求較高。粗加工研磨毛坯、加工零件整體結(jié)構(gòu)，根據(jù)加工結(jié)果控制毛坯和零件尺寸精度。

1.1 夾具選擇不當(dāng)

機(jī)器制造過(guò)程中，既有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單型件，又有機(jī)構(gòu)復(fù)雜型件。對(duì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的金屬零件來(lái)說(shuō)，工作和夾緊都比較容易，而對(duì)形狀復(fù)雜金屬零件來(lái)說(shuō)，加工金屬零件較多，因此使用夾具種類(lèi)較多，主要有三爪卡盤(pán)、四爪卡盤(pán)、扁嘴鉗，夾具分別用于某些金屬零件。機(jī)械加工中，夾具重復(fù)拆卸會(huì)浪費(fèi)時(shí)間，增加金屬部件磨損程度。所以設(shè)計(jì)一種專(zhuān)用機(jī)床夾具是非常必要的[6]。與機(jī)床相比，金屬零件加工精度也取決于零件與機(jī)床位置關(guān)系，較高定位精度保證了夾具對(duì)金屬零件固定效果，而夾緊力的精確裝置就是拉伸裝置。在金屬零件運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，由于切削力和慣性作用，金屬零件位置會(huì)發(fā)生變化，或振動(dòng)會(huì)使其在原有位置基礎(chǔ)上發(fā)生變化，從而不能滿(mǎn)足加工要求。

1.2 熱變形因素

熱處理過(guò)程中，熱點(diǎn)因素相對(duì)直接影響金屬零件加工精度，熱處理對(duì)零件熱變形影響有很大差異，比如熱變形在加工工具和機(jī)床上熱處理，嚴(yán)重影響零件加工質(zhì)量。在熱變形影響下，金屬零件加工精度將更加突出，特別是加工過(guò)程耗時(shí)長(zhǎng)的金屬零件，比如磨削絲杠長(zhǎng)度為2米，在溫度升高3℃的情況下，表面溫度升高3℃。絲杠要加長(zhǎng)0.07mm。對(duì)六級(jí)螺桿來(lái)說(shuō)，總誤差長(zhǎng)度必須控制在0.02 mm以?xún)?nèi)，從而可以看出加熱變形后金屬零件對(duì)加工精度影響。另外，刀具受熱變形時(shí)，由于切削熱影響，也會(huì)對(duì)金屬零件加工精度產(chǎn)生不利影響。機(jī)床作為一種更重要的刀具，其熱變形必然會(huì)影響金屬零件的加工精度。由于刀具熱容量較小，重復(fù)切削加工產(chǎn)生的機(jī)械熱能較大，從而使刀具硬度發(fā)生變化，影響切削加工精度。

1.3 應(yīng)力因素

在實(shí)施加工過(guò)程中，影響零件精度因素也體現(xiàn)在應(yīng)力上，夾緊力變形等會(huì)影響零件精度。夾持金屬零件時(shí)，特別是薄壁金屬零件，在夾緊力作用下，金屬零件會(huì)發(fā)生一定程度變形。其變形對(duì)夾緊力變化也有直接影響，且有明顯的規(guī)律，金屬零件加工精度還受到材料應(yīng)力因素影響。不同金屬零件組合及成型因素影響加工精度，金屬零件本身的均勻性差，變形會(huì)更突出。有些鑄件在成形時(shí)未進(jìn)行均勻熱處理，而鍛件未進(jìn)行淬火、回火處理，則容易產(chǎn)生質(zhì)量問(wèn)題，如應(yīng)力和變形。

1.4 受到溫度影響金屬零件輪廓出現(xiàn)誤差

就機(jī)械制造加工機(jī)床而言，數(shù)控機(jī)床輪廓誤差主要來(lái)自于各軸運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生下移誤差，氣溫過(guò)高或過(guò)低都會(huì)影響工作，機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行時(shí)要適當(dāng)控制好溫度。機(jī)械溫度升高主要原因是機(jī)械與部件摩擦。因樣品外形不同，由不同零件引起誤差在外形上呈現(xiàn)不同外觀。

設(shè)存在兩個(gè)剛體X和Y，其中X表示高階剛體，Y表示低階剛體，高階和低階剛體轉(zhuǎn)換算子為h，則有：

當(dāng)n值為1時(shí)，說(shuō)明兩個(gè)剛體為相鄰剛體。在相鄰剛體中產(chǎn)生靜態(tài)誤差，其中主要包括單軸定位誤差和軸間關(guān)系誤差，兩種誤差由不同地形因素引起，通過(guò)地形或加工軌道可以反映出來(lái)。

2 控制措施

為確保金屬零件加工精度，在實(shí)施加工工藝過(guò)程中，必須從多方面加強(qiáng)控制，下面控制措施可供參考。

2.1 確定機(jī)床夾具種類(lèi)

機(jī)床夾具選型，要看金屬零件尺寸精度、形狀結(jié)構(gòu)、位置及表面質(zhì)量，通過(guò)對(duì)金屬零件分析和機(jī)床選型，確定夾具形式為一次裝夾具和多工位加工夾具，從而實(shí)現(xiàn)了鉆孔、車(chē)削和夾具形式的要求。后卡箍凸緣通過(guò)卡箍和內(nèi)錐體與車(chē)床主軸相連接，夾頭前端轉(zhuǎn)盤(pán)中心位置為金屬零件擰緊裝置，由于彈性輪胎軸可施加張力，使圓錐張力螺絲外露，并使定位銷(xiāo)軸在旋轉(zhuǎn)盤(pán)上轉(zhuǎn)動(dòng)，使定位銷(xiāo)松開(kāi)并夾緊，可以轉(zhuǎn)動(dòng)5個(gè)工位，每個(gè)工位轉(zhuǎn)動(dòng)加工金屬零件一個(gè)孔，定位銷(xiāo)在彈簧松開(kāi)時(shí)，在彈簧作用下自動(dòng)進(jìn)入夾具上定位孔。旋轉(zhuǎn)盤(pán)上有三個(gè)螺絲蓋，它們都在旋轉(zhuǎn)盤(pán)附近，旋轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)松開(kāi)螺母，旋轉(zhuǎn)到工位時(shí)擰緊螺母，固定旋轉(zhuǎn)盤(pán)。本裝置用于夾具，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全方便，操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。采用夾具時(shí)，夾緊力方向與定位基準(zhǔn)垂直，有利于定位。夾緊后金屬零件變形小，接觸面無(wú)損傷。通過(guò)5個(gè)工位加工，金屬零件達(dá)到了圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求，保證了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

2.2 控制熱變條件

影響金屬件加工過(guò)程主要因素是熱變化條件，它可分為三類(lèi)：金屬零件熱變化、刀具熱變化和機(jī)床熱變化。精度優(yōu)化的控制方法在不同影響條件下是不同的。比如在研磨絲杠時(shí)，絲杠的長(zhǎng)度是lm。每次的研磨加工都會(huì)使材料的溫度升高，絲杠的長(zhǎng)度增大，在金屬零件的加工中會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的誤差。加工過(guò)程中，可采用切削液輔助加工，保證了金屬零件的正常磨削狀態(tài)，同時(shí)減少了金屬零件側(cè)面熱變形的可能性。另外，在防止機(jī)器過(guò)熱時(shí)，工作人員可對(duì)機(jī)器的加熱情況進(jìn)行限制，通過(guò)隔離熱源，減少熱變化情況的影響。在限制機(jī)器發(fā)熱同時(shí)，還可采取強(qiáng)制冷卻措施，通過(guò)有效地吸收熱量，降低溫度變化對(duì)機(jī)器結(jié)構(gòu)的影響。以此為目標(biāo)，合理地規(guī)劃?rùn)C(jī)床運(yùn)行計(jì)劃，減少設(shè)備空轉(zhuǎn)也是一種有效管理方法，可以在一定程度上削弱熱變化發(fā)生可能性。

2.3 加強(qiáng)外力因素影響控制

要保證零件加工質(zhì)量，提高零件加工精度，就必須從外力干涉控制方面加大力度。加壓摩擦因素是影響金屬零件加工精度的主要因素，必須在使用機(jī)械工具和設(shè)備進(jìn)行維修前，先降低設(shè)備加壓壓力，并及時(shí)檢查相關(guān)設(shè)備，如刀具，以確保表面光滑，減少設(shè)備與金屬零件摩擦。實(shí)際加工金屬零件時(shí)，可以把整體壓力和摩擦控制在合理范圍內(nèi)，從而保證了加工金屬零件整體質(zhì)量，提高了加工精度。

2.4 金屬零件加工溫度控制

為保證金屬零件在加工過(guò)程中加工精度，工作人員必須對(duì)影響金屬零件加工精度各種因素處理，金屬零件加工溫度控制是關(guān)鍵問(wèn)題。為了避免加工過(guò)程中熱變形因素對(duì)金屬零件加工精度影響，必須加強(qiáng)熱變形管理與控制。了解熱變形因素對(duì)金屬零件加工精度影響后，現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)操作者應(yīng)盡最大努力，加大熱變形控制相關(guān)領(lǐng)域操作者應(yīng)更多地關(guān)注切削過(guò)程中切削液使用操作，降低金屬零件表面溫度，并在應(yīng)用級(jí)上降低由于金屬零件溫度過(guò)高引起的誤差。

對(duì)于熱變化引起的金屬零件加工精度控制，有關(guān)人員選擇就顯得尤為重要。選用優(yōu)質(zhì)耐熱刀具，采用合理幾何參數(shù)值，做好刀具潤(rùn)滑和冷卻工作。為了解決機(jī)床熱變形對(duì)金屬件加工精度影響，必須準(zhǔn)備設(shè)備熱源，增加散熱方式以控制溫度。如不同熱源操作者可通過(guò)熱源隔離和潤(rùn)滑操作，保證機(jī)床熱變化穩(wěn)定性，有利于提高金屬零件加工整體精度。

3 結(jié)束語(yǔ)

為保證零件加工整體質(zhì)量，相關(guān)操作員應(yīng)從多方面考慮和優(yōu)化，提出更科學(xué)加工方案，并嚴(yán)格按照加工工藝加工，以提高零件加工質(zhì)量。因?yàn)橛绊懡饘倭慵诩庸み^(guò)程中加工精度因素較多，所以要提高金屬零件加工質(zhì)量，就必須正確處理影響加工質(zhì)量現(xiàn)實(shí)因素，才能保證加工領(lǐng)域可持續(xù)發(fā)展。