機(jī)械加工工藝方法及誤差研究

許 林，王 威

（1.遼寧職業(yè)學(xué)院，遼寧 鐵嶺 112000；2.海裝沈陽局駐沈陽地區(qū)第二軍事代表室，遼寧 沈陽 110043）

從機(jī)械加工最終成品的各類性能指標(biāo)來講，耐久度及可靠程度通常是基于加工工藝方法來體現(xiàn)的。因此，工程技術(shù)人員若想要精確地把控機(jī)械加工制造過程中的工藝方法對(duì)于最終成品的品質(zhì)的作用規(guī)律，就必須針對(duì)機(jī)械加工制造的誤差產(chǎn)生的基本原因、加工制造進(jìn)程中必須遵守的原則及怎樣保證機(jī)械加工制造的精度獲得顯著的提升等角度開展比較深入的研究工作。并且能夠通過研究所得到的相關(guān)結(jié)論與規(guī)律來完成針對(duì)加工制造進(jìn)程的合理把控，為機(jī)械加工制造最終成品各項(xiàng)性能指標(biāo)的提升帶來堅(jiān)實(shí)的保障。

1 機(jī)械加工制造工藝方法概述

通常來講，與生產(chǎn)工藝相關(guān)的部門從業(yè)人員在規(guī)劃設(shè)計(jì)加工制造過程的工藝流程中，必須深入理解相關(guān)產(chǎn)品的加工制造產(chǎn)量、機(jī)械加工裝備的實(shí)際運(yùn)行狀況及有關(guān)操作人員具有的專業(yè)知識(shí)程度等條件，進(jìn)而挑選出一類滿足實(shí)際加工需求的工藝技術(shù)路線和方法。各個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)加工制造環(huán)境有所差異，那么實(shí)際的操作情況及相關(guān)的工藝方法流程也會(huì)相應(yīng)的有所區(qū)別，為此有關(guān)的工藝方法流程必須具備明顯的指向特性才能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要[1]。機(jī)械加工如圖1 所示。

圖1 機(jī)械加工

2 機(jī)械加工誤差定義

機(jī)械加工誤差指的是零件由機(jī)床進(jìn)行機(jī)械加工以后的實(shí)際幾何參數(shù)（幾何形狀、尺寸及相對(duì)位置）與理想幾何參數(shù)之間的偏差程度。零件機(jī)械加工以后實(shí)際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)之間的符合程度就是零件的加工精度。與此同時(shí)，機(jī)械加工過程中的誤差越小，符合程度就越高，加工精度就越高。因此，機(jī)械零件加工誤差的大小與機(jī)械加工精度的關(guān)系是密切相關(guān)的。

3 誤差情況的具體分析

3.1 定位過程產(chǎn)生的誤差

定位過程產(chǎn)生的誤差是一類發(fā)生頻率相對(duì)最高的一種。在產(chǎn)品進(jìn)行機(jī)械加工制造的過程中，假如相關(guān)的設(shè)備定位不夠精確，就會(huì)導(dǎo)致定位誤差的產(chǎn)生。因此，在操作時(shí)，必須將準(zhǔn)確的最終成品的加工制造要素視為定位的標(biāo)準(zhǔn)，保證相關(guān)的定位標(biāo)準(zhǔn)及所選取的標(biāo)準(zhǔn)基本上保持一致，進(jìn)而顯著降低誤差的數(shù)值。在實(shí)施機(jī)械加工制造的過程中，零件的定位準(zhǔn)確程度和精準(zhǔn)程度對(duì)于整體的加工品質(zhì)與精度起著非常重要的關(guān)鍵性作用。若要在定位時(shí)滿足設(shè)計(jì)需要，最大限度地降低因?yàn)槎ㄎ徊煌桩?dāng)而產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差，就需要實(shí)施全方位深入的思考和研究。假如機(jī)器裝置在現(xiàn)場(chǎng)定位進(jìn)程中出現(xiàn)誤差的情況，由于定位的部件與待加工的工件在全部加工進(jìn)程中始終處在直接接觸的情況，所以一定程度上均會(huì)給待加工零件的品質(zhì)帶來某種程度上的影響。

3.2 幾何形狀的誤差

在實(shí)施機(jī)械加工制造的進(jìn)程之中，刀具（見圖2）和夾具屬于實(shí)際應(yīng)用非常廣泛的加工工具，相關(guān)的工具可能產(chǎn)生的誤差數(shù)值均比較多見。在實(shí)際進(jìn)行的操作進(jìn)程中，加工刀具的外部輪廓假如僅僅達(dá)到一部分符合加工制造過程的需要而非完全符合加工制造的需要，這種情況下就會(huì)產(chǎn)生幾何形狀的誤差，進(jìn)而對(duì)于機(jī)械加工制造最終成品的精準(zhǔn)程度帶來比較嚴(yán)重的負(fù)面影響。一般來講，在加工刀具的應(yīng)用過程中，刀刃的磨損情況是無法規(guī)避的，因此要綜合加工刀具的具體磨損情況及預(yù)期的使用壽命情況來進(jìn)行加工刀具的合理更換，這樣操作就能夠有效降低幾何形狀誤差的數(shù)值。此外，在實(shí)施機(jī)械零件加工制造的進(jìn)程中，所能使用到的加工刀具型號(hào)也是多種多樣的。比如對(duì)于零件精密程度的加工要求比較高的部位，此時(shí)使用的加工刀具精密程度對(duì)于待加工零件的質(zhì)量起到?jīng)Q定性作用，不過對(duì)于零件的常規(guī)位置來講，加工刀具可能產(chǎn)生的影響比較小。假如無法準(zhǔn)確地應(yīng)用適當(dāng)?shù)膴A具，也可能會(huì)帶來幾何形狀的誤差。

圖2 刀具

在實(shí)施機(jī)械零件加工制造的過程中，需要完全遵照相應(yīng)的操作流程和規(guī)定，科學(xué)地使用相關(guān)夾具，準(zhǔn)確地定位待加工零件的位置，進(jìn)而為加工制造精準(zhǔn)程度的顯著提升提供有力的保證。不過在實(shí)際的加工制造進(jìn)程中，不科學(xué)操作的情況屢見不鮮，導(dǎo)致了幾何形狀的誤差一直無法避免[2]。

3.3 機(jī)床加工制造中出現(xiàn)的相關(guān)誤差

在實(shí)施零件的加工制造過程中，機(jī)床設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間通常是相對(duì)比較長(zhǎng)的，機(jī)床內(nèi)部的熱源發(fā)出的多余熱量可能會(huì)造成機(jī)床設(shè)備總體的溫度數(shù)值產(chǎn)生比較明顯的變化，這是因?yàn)闄C(jī)床設(shè)備的所有部件的組成材料，其特定的受熱膨脹系數(shù)不盡相同，這樣就造成了機(jī)床主體構(gòu)造出現(xiàn)形變且出現(xiàn)了加工制造誤差，比如傳動(dòng)鏈部分。因?yàn)闄C(jī)床結(jié)構(gòu)的受熱情況不同，使得傳動(dòng)鏈的所有環(huán)節(jié)之間的空隙也產(chǎn)生了細(xì)微的差別，傳遞的尺寸數(shù)值也有顯著的差別，特別是在傳動(dòng)鏈部分磨損相對(duì)嚴(yán)重的情況下，徹底無法進(jìn)行系統(tǒng)能量的傳遞工作，在這樣情況下進(jìn)行產(chǎn)品的加工制造，一定會(huì)出現(xiàn)誤差的情況。在機(jī)床設(shè)備的制造、裝配及實(shí)際使用的過程中，由于受到外力載荷與各種熱量的影響，也可能造成導(dǎo)軌部分的導(dǎo)向操作發(fā)生誤差。比如車床的導(dǎo)軌與主軸之間的回轉(zhuǎn)軸線發(fā)生不平行的情況，在進(jìn)行零件機(jī)械加工的過程中，就可能發(fā)生一定程度的錐度的結(jié)果。所以，在實(shí)施生產(chǎn)加工制造的進(jìn)程中，機(jī)床本身的精度和加工制造零件的最終成品的精度是密切關(guān)聯(lián)的。機(jī)床如圖3 所示。

3.4 變形產(chǎn)生的誤差

零件的加工制造過程中，除了刀具及夾具等工具，工藝流程中待加工零件的剛度同時(shí)也是對(duì)最終成品的加工精度帶來重大影響的關(guān)鍵要素。工件之所以會(huì)發(fā)生誤差的現(xiàn)象，其主要原因是由待加工零件本身的各項(xiàng)性能指標(biāo)引起的。假如待加工零件本身的剛度較低，在工藝人員設(shè)計(jì)工藝流程的時(shí)候就需要全方位考慮相關(guān)材料的屬性，這樣的操作可避免變形產(chǎn)生的誤差。比如在細(xì)長(zhǎng)軸的車削加工過程中，待加工軸零件本身的剛度較低，所以在切削加工時(shí)容易發(fā)生變形的情況，出現(xiàn)較大的誤差，進(jìn)而導(dǎo)致最終成品零件不合格。切削加工如圖4 所示。

圖4 切削加工

4 機(jī)械加工過程中工藝誤差的出現(xiàn)及其原因

4.1 工藝誤差的出現(xiàn)及其原因

機(jī)械加工工藝過程中之所以出現(xiàn)加工誤差，與系統(tǒng)設(shè)置不合理是有極大關(guān)系的。相關(guān)機(jī)械加工技術(shù)操作人員在機(jī)械加工進(jìn)程中，選用零件的原材料不同，會(huì)出現(xiàn)某些零件硬度較低極易產(chǎn)生形變的情況，無法符合機(jī)械加工的技術(shù)要求。一旦零件產(chǎn)生形變，工藝過程就會(huì)出現(xiàn)誤差，這種狀況對(duì)于零件加工品質(zhì)及工藝過程是不理想的。

4.2 定位誤差的出現(xiàn)及其原因

相關(guān)機(jī)械加工技術(shù)操作人員在進(jìn)行零件加工時(shí)，最常見的誤差是定位誤差。導(dǎo)致定位誤差出現(xiàn)的原因分別是：定位副機(jī)位置不精準(zhǔn)及基準(zhǔn)重合度不精準(zhǔn)。因此，機(jī)械加工工藝最關(guān)鍵的技術(shù)即為精準(zhǔn)定位。所以，在機(jī)械加工時(shí)，必須保證定位基準(zhǔn)是絕對(duì)正確的，確保所使用的幾何要素的合理性。

4.3 制造誤差的出現(xiàn)及其原因

當(dāng)機(jī)械加工工藝產(chǎn)生誤差時(shí)，數(shù)控機(jī)床就無法依照零件加工步驟繼續(xù)加工，此時(shí)就會(huì)產(chǎn)生設(shè)備故障，因此相關(guān)零件在機(jī)械加工過程中，就會(huì)產(chǎn)生制造誤差。此外，鏈傳動(dòng)過程及主軸旋轉(zhuǎn)的進(jìn)程中也可能出現(xiàn)誤差，此類原因?qū)е碌恼`差對(duì)零件加工品質(zhì)的優(yōu)劣起到關(guān)鍵作用。所以，相關(guān)機(jī)械加工技術(shù)操作人員必須嚴(yán)格遵守相關(guān)加工工藝規(guī)程。鏈傳動(dòng)如圖5 所示。

圖5 鏈傳動(dòng)

5 降低誤差數(shù)值的方法

5.1 機(jī)械加工進(jìn)程中必須遵循的技術(shù)要求

相關(guān)機(jī)械加工技術(shù)操作人員在進(jìn)行機(jī)械零件的加工時(shí)，相關(guān)加工過程必須嚴(yán)格遵守以下兩點(diǎn)原則：

（1）在確定加工基準(zhǔn)的過程中，必須應(yīng)用多個(gè)表面機(jī)械加工基準(zhǔn)，在機(jī)械加工前期就可以避免定位誤差的產(chǎn)生。

（2）保證設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)的一致性，避免由于基準(zhǔn)不同出現(xiàn)加工精度降低的狀況發(fā)生。因?yàn)椴煌慵牟馁|(zhì)都不相同，所以零件的剛度也不相同，因此需要應(yīng)用不同的工裝夾具及機(jī)械加工刀具。這就能夠使機(jī)械加工過程中出現(xiàn)的誤差顯著降低，進(jìn)而確保零件的品質(zhì)得到明顯提高[3]。

5.2 降低誤差產(chǎn)生的幾率

相關(guān)機(jī)械加工技術(shù)操作人員在進(jìn)行機(jī)械零件加工時(shí)，必須徹底進(jìn)行合理的前期準(zhǔn)備工作，防止機(jī)械加工過程中誤差的產(chǎn)生。在實(shí)施精密機(jī)械加工時(shí)，很容易出現(xiàn)加工誤差，所以在第一時(shí)間采用行之有效的工藝方法是非常關(guān)鍵的。由于相關(guān)機(jī)械加工技術(shù)操作人員工作態(tài)度不集中或職業(yè)素養(yǎng)不高，因此各類加工誤差就會(huì)極易產(chǎn)生，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)械加工工藝的精準(zhǔn)實(shí)施程度受到極大制約。因此，相關(guān)機(jī)械加工技術(shù)操作人員對(duì)自己必須嚴(yán)格要求，徹底端正工作態(tài)度，最大限度地提高自身的技術(shù)能力，與此同時(shí)也必須嚴(yán)格遵守相應(yīng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于機(jī)械加工工序?qū)嵤┚珳?zhǔn)調(diào)整，并且使用比較先進(jìn)合理的技術(shù)方法，使機(jī)械零件加工工藝的精準(zhǔn)度得到顯著提升。比如，薄片零件的機(jī)械加工過程，相關(guān)機(jī)械加工技術(shù)操作人員在對(duì)薄片兩側(cè)實(shí)施磨削加工（見圖6）的過程中，一般應(yīng)用強(qiáng)力粘接劑將薄片零件粘貼固定在一塊順滑的加強(qiáng)板表面，隨后把加強(qiáng)板與薄片零件一同固定在具有磁性吸盤的表面，這種操作就能夠使薄片零件的強(qiáng)度及剛度得到顯著提升。

圖6 磨削加工

5.3 誤差出現(xiàn)后的補(bǔ)救措施

相關(guān)機(jī)械加工技術(shù)操作人員在實(shí)施對(duì)機(jī)械零件的機(jī)械加工進(jìn)程中，針對(duì)某些無法避免的工藝過程，通常利用人工操控的方法將機(jī)械加工過程中產(chǎn)生的誤差進(jìn)行最大限度地消除，進(jìn)而使誤差數(shù)值能夠明顯變小。也就是說，相關(guān)機(jī)械加工技術(shù)操作人員在實(shí)施機(jī)械零件加工時(shí)，必須將機(jī)械加工工藝流程當(dāng)作基本準(zhǔn)則，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀況，采用合理的技術(shù)方式盡量減小誤差，進(jìn)而將機(jī)械加工過程中產(chǎn)生的誤差變成可控狀態(tài)，保證機(jī)械加工工藝的合理性。

6 結(jié)束語

綜上所述，機(jī)械工程技術(shù)人員對(duì)于機(jī)械加工工藝方法及誤差的研究是非常關(guān)鍵的。要對(duì)機(jī)械加工工藝過程中出現(xiàn)的誤差進(jìn)行有效地控制，基于此，整體機(jī)械加工行業(yè)的發(fā)展速度就會(huì)大幅度提升。所以，機(jī)械工程技術(shù)人員必須針對(duì)機(jī)械加工的工藝方法及誤差開展更深層次的分析與研究，隨后確定一整套的改進(jìn)措施。只有這樣才能夠確保我國(guó)的工業(yè)水平得到健康平穩(wěn)地發(fā)展。