機械加工工藝對加工精度的影響分析

羅加祥

摘要：機械是現(xiàn)代化生產(chǎn)模式的重要主體，通過不同元件結(jié)構(gòu)的組合、協(xié)調(diào)，可以顯著提升工作效率，減少生產(chǎn)環(huán)節(jié)對人力的依賴性，在電工、礦山、汽車等行業(yè)中，有極其廣泛的應用。當前伴隨全球經(jīng)濟格局的形成，內(nèi)外需持續(xù)擴大，各領(lǐng)域?qū)C械制造的精度提出了更高要求。本文立足加工工藝角度，就其對加工精度的影響及優(yōu)化控制措施進行了展開論述。

關(guān)鍵詞：機械? 加工工藝? 加工精度? 生產(chǎn)效率? 機床

中圖分類號：TH161

Abstract： Machinery is an important part of modern production mode. Through the combination and coordination of different component structures， it can significantly improve work efficiency and reduce the dependence of production links on manpower. It is widely used in electrical， mining， automobile and other industries. At present， with the formation of the global economic pattern and the continuous expansion of domestic and foreign demand， various fields have put forward higher requirements for the accuracy of machinery manufacturing. Based on the angle of machining technology， this paper discusses its influence on machining accuracy and optimization control measures.

Key Words： Machinery; Processing technology; Machining accuracy; Production efficiency; Machine tool

在生產(chǎn)、制造行業(yè)中，機械的出現(xiàn)極大解放了勞動力，優(yōu)化了資源配置效率，當前機械化、自動化已經(jīng)成為工業(yè)領(lǐng)域不可逆轉(zhuǎn)的主要趨勢。但伴隨生產(chǎn)需求的多樣化、具體化，機械結(jié)構(gòu)也日趨復雜，不同用途的機械部件之間，還存在材質(zhì)、規(guī)格等差異，一旦加工精度無法達到要求，就可能導致嚴重磨損、老化加速等問題，亟需通過有效的優(yōu)化手段進行控制、改進。

1機械加工工藝與精度要求

為優(yōu)化生產(chǎn)效率，當前眾多制造、加工領(lǐng)域都引進了大型機械設備，由于用途、運行方式各有不同，因此，對工件的尺寸、性能要求也表現(xiàn)出了較大差異，必須通過科學的機械加工輔助調(diào)整，以滿足實際使用需求。正式加工環(huán)節(jié)，需要以裝配圖、設計圖為依據(jù)，用指定的加工工藝操作，并兼顧成本控制等因素，從而在保障質(zhì)量的前提下，盡快使工件進入市場。精度則是衡量工件加工結(jié)果的重要指標，通常從3個方面完成評判，首先是尺寸精度，以設計尺寸為基準，測量實際尺寸公差，二者符合程度就被稱為精度;其次是形狀精度，主要從幾何角度考量，評價工件實際形狀與理想之間的差異;最后是位置精度，如孔洞位置等。加工精度與誤差值之間往往成反比關(guān)系，加工精度越高，測量誤差值就越小，為保障生產(chǎn)安全性，國家相關(guān)文件一般會以行業(yè)為基準，規(guī)范限定誤差值，不同領(lǐng)域、工件種類之間，標準會存在較大差異。以電力行業(yè)機械工件為例，落煤桶耐磨襯板風險關(guān)聯(lián)性較低，因此精度只在厘米級別，要求較低;而汽輪機重要性顯著，如果相關(guān)工件精度控制不嚴格，極有可能造成飛輪失衡等問題，引發(fā)安全事故，這也使對軸瓦加工件精度要求相當之高，通常以絲計量。

2機械加工工藝對加工精度的影響分析

2.1定位誤差問題

為確保加工精度，在工藝運用前必須經(jīng)過嚴謹?shù)亩ㄎ?，從而達到限值自由度，確定基準、元件坐標的目的，盡可能減小誤差值，常見的定位方式有平面定位、外圓定位等，以同一批工件為對象，將其實際加工尺寸與設計基準進行比較，發(fā)現(xiàn)的最大變動量，就可稱為定位誤差，當誤差計算值小于等于公差的1/3時，就可以證明定位工藝較為可靠。造成定位誤差的原因有2種，首先是基準不重合，即孔、軸等的軸線無法與設計基準很好地對應，這多是由幾何要素選擇不當、定位不準產(chǎn)生的;其次是基準位移，這多是由配合松動，定位副基準發(fā)生位移而導致的[1]。

2.2機床誤差問題

在機械加工行業(yè)，機床又被稱為工具機、母機，能夠為切削、鍛壓等工藝的執(zhí)行提供基礎支撐，其本身質(zhì)量、運行狀態(tài)會在很大程度上制約工藝效果，影響工件質(zhì)量，當機床本身存在隱患，就可能導致機床誤差的產(chǎn)生。造成誤差的原因較多，從機床本身狀況來看，有主軸回轉(zhuǎn)誤差、導軌誤差等，前者主要是由于機械運轉(zhuǎn)周期過長，導致軸承磨損，軸承間繞度誤差過大，從而導致實際運行與預想不符，降低了工件生產(chǎn)質(zhì)量，后者同樣與磨損有較大關(guān)聯(lián)，安裝不當也可能造成導軌誤差。傳動鏈也是機床運轉(zhuǎn)中的關(guān)鍵部位，起著協(xié)調(diào)、連接的作用，保養(yǎng)不當很容易出現(xiàn)變形、損壞，導致阻力增大，并直接影響工件精度的提升。除此之外，機床安裝不當、輕微晃動，數(shù)控編程不合理等，也有可能導致機械加工精度下降。

2.3工具誤差問題

工具是機械加工中常用的輔助性裝置，種類多樣，規(guī)格眾多，常見的有車刀、銑刀等刀具，角度塊、卡尺等量具，以及模具、夾具等，工具的使用可以減少人為因素的干擾，降低工藝操作難度，同時提升工藝精度，為特殊加工目標的達成奠定基礎。但實際運用時，由于操作不當或過度磨損等原因，加工工具同樣會發(fā)生質(zhì)量問題，間接導致機械加工精度的下降。以夾具為例，在機械加工時，通常會借助其完成位置固定，當其自身磨損程度較為嚴重時，就可能導致定位偏差、切削量不足等問題，影響工件幾何外形，導致尺寸與設計不符。刀具使用頻率較高，因此磨損的幾率相對來說也更大，若未能及時發(fā)現(xiàn)和更換，同樣會影響工件尺寸、形狀。量具的使用同樣關(guān)鍵，若量具精度不夠，不能達到加工需求，或者人為操作失誤，數(shù)據(jù)讀取不準，也會間接導致工件精度的下降。

2.4受力變形問題

機械工件加工過程中，會受到來自傳動力、切削力等多方外力的影響，通常在設計環(huán)節(jié)會對該因素進行綜合考量，并通過模型搭建的方式，確定最優(yōu)受力情況，為后續(xù)加工環(huán)節(jié)提供依據(jù)。然而，在實際加工環(huán)節(jié)，零部件差異化特征無法完全兼顧，部分工件受幾何形狀制約，可能出現(xiàn)受力不均的問題，同時，在長時間的加工流程下，很多部件已經(jīng)遭受輕微磨損，再加上機械本身重量，很容易使其工件受力超出預估參數(shù)范疇，導致設計受力與部件耐力匹配度降低，最終導致變形、誤差擴大等問題。除受力數(shù)值大小外，受力結(jié)構(gòu)影響也不容小覷，結(jié)構(gòu)的特殊性極有可能增大局部受力，導致工件精度無法達標。例如，某構(gòu)件設計位置為A處，并需要借助B、C兩卡槽進行固定，加工環(huán)節(jié)，A處受力較為集中，而中心點與卡槽之間卻多為懸空狀態(tài)，受力結(jié)構(gòu)不均，自然容易發(fā)生變形[2]。

2.5熱變形問題

高速打磨、切割是較為常見的機械加工工藝，這一環(huán)節(jié)中由于摩擦生熱，不可避免地會造成局部升溫，雖然短期內(nèi)溫度上升并不明顯，也不會對工件造成顯著的影響，但機床單次運行時間過長時，這種熱量就會持續(xù)累積，達到較高水平。受熱力學原理制約，溫度過高的環(huán)境下，金屬工件體積很容易發(fā)生膨脹，此時依舊按照設計圖紙進行加工，就容易導致尺寸、形狀偏差，導致精度下降問題。同時，機床在面臨較高的溫度時，內(nèi)部零件也會面臨較大風險，運行狀態(tài)惡化，從而影響工件質(zhì)量。

3提升加工精度的機械工藝控制手段

3.1加強運維管理

機床、工具等均是機械加工工藝的重要參與者，對工件精度影響較為顯著，因此必須控制其磨損程度，加強運維管理。企業(yè)首先要建立標準化的運維方案，規(guī)定日常運維任務，綜合應用定期、全面運維手段，減少相關(guān)誤差影響，從日常運維角度考量，在每日生產(chǎn)前，影響細致檢查設備、構(gòu)件外觀，觀察其是否存在嚴重的磨損、銹蝕問題，組件間隙、鏈條松緊是否恰當，及時調(diào)整、記錄，更換已經(jīng)出現(xiàn)問題的零部件[3]。全面檢測規(guī)模較大，通常以3～5年為周期，對于重要加工設備，可適當縮短運維周期，由專業(yè)技術(shù)人員操作，對零部件進行系統(tǒng)清查，更換其中老舊、磨損嚴重的部件，防止工件誤差擴大。對于已經(jīng)達到報廢年限的設備、工具，要按照流程進行報廢，及時更新、引進新設備技術(shù)，注意檢查、調(diào)試新設備參數(shù)設置情況，全面提升機械加工精度。同時也應關(guān)注技術(shù)培訓，將運維操作流程化、可視化，打印成冊下發(fā)，讓一線操作者明確日常加工、運維職責、要求，配合科學的考評機制，激發(fā)其工作熱情，保障機械加工質(zhì)量[4]。

3.2優(yōu)化受力條件

機械加工環(huán)節(jié)，摩擦、擠壓、切削等均是較為常見的應力類型，工藝控制不當很容易使工件出現(xiàn)變形問題，導致形狀、尺寸偏差，因此操作時要有意識地采用優(yōu)化舉措進行調(diào)整，改變工件受力條件。可以先對加工順序進行調(diào)整，減少額外應力，防止加工時間過長造成的耐受力下降問題，保障工件質(zhì)量。同時還應做好工件結(jié)構(gòu)的差異化分析，面對受力結(jié)構(gòu)較為特殊的構(gòu)件，要及時采取防護措施。以薄壁件為例，其自身應對加工應力的能力不足，在進行外圓切削操作時，可以在內(nèi)孔放置芯軸，夾取環(huán)節(jié)的工具選擇上，也可以采用相對柔和的襯套、鏜軟爪等，以減少機械加工的受力變形概率[5]。

3.3控制熱量累積

據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在機械加工工藝中，由系統(tǒng)熱變形誘發(fā)的誤差可占到總數(shù)的40%～48%，可見控制熱量積累的重要性。在眾多熱變形因素中，機床、刀具等表現(xiàn)均十分活躍，因此在工件精度要求較高的場景中，操作者要適當采取控制措施。以切削環(huán)節(jié)為例，過大的溫差可能導致表面起拱，如果直接按照設計方案，對多余部分進行切削，極可能在冷卻后出現(xiàn)凹巢，增大平面度誤差。此時可以加入切削液，對工件表面進行降溫，也可以采用一定的誤差補償法進行修整，縮減具體的誤差值[6]。對于砂輪等較易出現(xiàn)超溫問題的部位，可從自動化角度出發(fā)，增加冷水循環(huán)系統(tǒng)，借助溫度較低的水體完成熱量置換，實現(xiàn)工藝溫度控制。對于機床設備升溫的問題，則可以采用間歇作業(yè)方式，在保障生產(chǎn)進度的前提下，合理安排空白周期，給機床留出散熱時間，提升運行效率。零件之間契合過緊、摩擦過于頻繁也可能導致熱量上升，可以通過添加潤滑油進行保養(yǎng)，從而有效控制溫度上漲幅度，防止誤差擴大化。

3.4推進自動控制

伴隨科技體系的成熟，自動化、智能化控制已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)主潮流，機械制造中，同樣可以借助科技手段對工藝進行調(diào)整，如引進數(shù)控化機床，精準控制工件尺寸、位置等，同時借助總線、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對于設備內(nèi)部運行狀態(tài)，工件切削精度等進行全天候、實時化的監(jiān)測，結(jié)合故障預警、提示功能，及時發(fā)現(xiàn)弊病、隱患，保障機械加工精度。

4結(jié)語

綜上所述，加工精度關(guān)系著機械運轉(zhuǎn)效率、安全性，是衡量機械加工工藝的重要指標。影響加工精度的因素較多，如定位誤差、機床誤差等，受力、溫度變化也會制約精度的提升，因此，在加工過程中要注意做好優(yōu)化控制，加強機床的運維管理，通過添加潤滑油、間歇作業(yè)等方式，優(yōu)化工件受力情況，控制熱量積累，同時采用必要的誤差補償手段，最大限度保障加工精度。

參考文獻

[1]才衛(wèi)國.簡析機械加工工藝對加工精度的影響[J].中外企業(yè)家，2019（35）：100.

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[5]孫蕾. 不同加工工藝純鈦支架機械性能和表面白色念珠菌附著的研究[D].青島：青島大學，2020.

[6]鄭文. 機械加工制造系統(tǒng)的復雜性研究[D].長春：吉林大學，2020.

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