機(jī)械加工工藝對(duì)加工精度影響分析

0 引言

加工精度會(huì)受到機(jī)械加工工藝的直接影響，這種影響主要體現(xiàn)在內(nèi)部因素、熱變因素、受力因素、機(jī)床精度等方面。為盡可能消除加工精度受到的機(jī)械加工工藝負(fù)面影響，正是本文研究的目標(biāo)所在。

1 機(jī)械加工工藝的影響分析

1.1 內(nèi)部因素

在機(jī)械加工過程中，內(nèi)部因素對(duì)加工精度的影響較大，主要體現(xiàn)在系統(tǒng)和設(shè)備精度方面。如精度問題在生產(chǎn)過程中被忽視，機(jī)械加工設(shè)備運(yùn)行將受到負(fù)面影響。在安裝和使用機(jī)械加工設(shè)備的過程中，如安裝與加工過程間的差距明顯，機(jī)械加工精度很容易受到不夠精細(xì)的操作影響。在使用機(jī)床和夾具進(jìn)行加工時(shí)，如存在構(gòu)件誤差，加工精度往往難以控制，設(shè)備嚴(yán)重磨損問題也很容易出現(xiàn)

。

1.2 熱變因素

機(jī)械加工工藝應(yīng)用過程需要聚焦加工流程及溫度控制，否則加工過程很容易引發(fā)變形等問題。以機(jī)械零部件加工為例，刀具在應(yīng)用時(shí)很容易產(chǎn)生熱變形，加工過程中機(jī)床自身結(jié)構(gòu)也可能出現(xiàn)變形，這種情況下零部件在加工過程中的準(zhǔn)確切割將無法實(shí)現(xiàn)。機(jī)械加工過程中的刀具摩擦?xí)a(chǎn)生熱量，這種熱量的處理極為關(guān)鍵，處理不當(dāng)將引發(fā)變形問題，進(jìn)而導(dǎo)致加工精度降低，過長(zhǎng)時(shí)間加工也很容易引發(fā)同類問題

。

1.3 幾何精度

機(jī)械加工設(shè)備對(duì)加工精度造成的影響極大，因此必須關(guān)注加工過程中出現(xiàn)的幾何精度問題。如出廠時(shí)的機(jī)械加工設(shè)備本身存在誤差，或設(shè)備使用過程存在安裝不到位、操作不合理等問題，機(jī)械加工精度將難以控制，由此引發(fā)的幾何精度問題同樣需要得到重視

。

2 機(jī)械加工工藝優(yōu)化策略

2.1 優(yōu)化內(nèi)部因素控制

為保證機(jī)械加工精度，必須設(shè)法優(yōu)化對(duì)內(nèi)部因素的控制，具體可從以下幾方面入手：第一，原始誤差控制。各類客觀因素對(duì)機(jī)械加工的影響較為深遠(yuǎn)，機(jī)床與零部件間很容易產(chǎn)生誤差，這種原始誤差對(duì)加工精度造成的影響極大，因此必須設(shè)法分析原始誤差出現(xiàn)原因并針對(duì)性處理；第二，機(jī)床位置和精度調(diào)整。在加工零部件的過程中，機(jī)床位置和精度需要基于具體要求進(jìn)行，為實(shí)現(xiàn)對(duì)零部件熱變形的控制，可引入風(fēng)冷方法，位置誤差問題解決和加工精度提高可由此順利實(shí)現(xiàn)。此外，刀具的優(yōu)選也極為關(guān)鍵，用以避免刀具加工過程變形，這一過程中的夾具需基于零部件形狀針對(duì)性選擇，必要時(shí)還需要設(shè)計(jì)專用夾具，更好保證加工精度；第三，機(jī)床定位精度控制。在機(jī)械加工過程中，機(jī)床定位精度屬于一切的基礎(chǔ)，因此必須高度重視工作臺(tái)面及導(dǎo)軌等問題，同時(shí)設(shè)法完善工藝流程。如機(jī)床的滾珠絲杠屬于核心部件，具體選用需關(guān)注其技術(shù)先進(jìn)性和本身精度，同時(shí)做好對(duì)回轉(zhuǎn)速度、軸向荷載等參數(shù)的控制

。

2.2 科學(xué)處理熱變因素

為應(yīng)對(duì)熱變因素帶來的影響，機(jī)械加工過程需要做好溫度控制工作，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)關(guān)鍵部位溫度并進(jìn)行有效控制。機(jī)械加工需要在溫度正常前提下開展，避免溫度過高等問題影響加工精度，如過高溫度出現(xiàn)，需科學(xué)選用風(fēng)冷、冷卻劑等方式進(jìn)行處理，機(jī)械加工設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行能夠更好獲得保障。為減少生產(chǎn)過程中的摩擦放熱，潤(rùn)滑油的科學(xué)選用也極為關(guān)鍵。為實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械加工精度的更好控制，機(jī)床熱變形和工件熱變形均需要引起重視，進(jìn)而優(yōu)選控制方式，如零部件切削加工過程需要關(guān)注切削液的科學(xué)應(yīng)用，工件表面溫度可由此控制在規(guī)定范圍內(nèi)，這一過程需同時(shí)關(guān)注加工誤差控制?；诹悴考匦裕庸み^程中刀具熱變形控制需要關(guān)注切削刀具優(yōu)選及加工參數(shù)控制，刀具潤(rùn)滑也需要重點(diǎn)進(jìn)行。此外，基于發(fā)熱源的不同，還應(yīng)科學(xué)選用熱源隔離方式，保證機(jī)械加工過程受到的熱變因素影響降到最低。

為提升研究的實(shí)踐價(jià)值，本節(jié)以五軸加工中心工作臺(tái)平面加工作為研究對(duì)象，其中的五軸加工中心包括旋轉(zhuǎn)軸2個(gè)和直線軸3個(gè)，刀具一側(cè)設(shè)置有A旋轉(zhuǎn)軸和X直線軸及Y直線軸，工作臺(tái)一側(cè)設(shè)置有B旋轉(zhuǎn)軸和Z直線軸。

分析可以發(fā)現(xiàn)，正值、負(fù)值的千分表示數(shù)分別代表X軸導(dǎo)軌沿Y向相對(duì)下降或上升，因此凹凸不規(guī)則變化存在于X軸導(dǎo)軌中，由此進(jìn)行的工作臺(tái)平面加工無法滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)對(duì)內(nèi)凹或平整的要求。為保證存在平整內(nèi)凹的導(dǎo)軌，Y方向補(bǔ)償需要圍繞各X軸向測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行，對(duì)于沿Y向相對(duì)上升的某X軸導(dǎo)軌點(diǎn)，負(fù)值補(bǔ)償需要圍繞Y向進(jìn)行，反之則需要開展正值補(bǔ)償，具體補(bǔ)償值計(jì)算公式為：

2.3 聚焦幾何精度控制

工作臺(tái)平面銑削后能夠在一定程度上改善性能，但仍無法完全滿足加工需要，因此需要進(jìn)一步開展工作臺(tái)平面磨削處理，這一處理不應(yīng)采用傳統(tǒng)方式，而是需要適當(dāng)改進(jìn)磨削加工方式，進(jìn)而提升磨削加工的質(zhì)量和效率，更好滿足五軸加工中心工作臺(tái)平面加工精度控制需要。在磨削加工中，圓柱形砂輪磨削的應(yīng)用最為廣泛，通過將工作臺(tái)表面與刀具主軸平行，使工作臺(tái)表面與砂輪圓柱面面接觸，垂直方向的砂輪均勻受力能夠開展充分磨削，這一過程存在較小的磨削阻抗力。在對(duì)工作臺(tái)進(jìn)行磨削的過程中，為消除接刀痕并提升磨削效果，從一側(cè)到工作臺(tái)中心的砂輪加工需要超過中心一段距離，中心附近的工作臺(tái)準(zhǔn)確加工可同時(shí)順利實(shí)現(xiàn)，但對(duì)于本文研究的五軸加工中心工作臺(tái)來說，主軸頭半徑會(huì)對(duì)圓柱形砂輪磨削造成一定限制，如存在超過五軸加工中心工作臺(tái)中心80mm的砂輪中心，主軸頭與工作臺(tái)會(huì)出現(xiàn)接觸碰撞，砂輪向前移動(dòng)將受到限制，最終導(dǎo)致過中心磨削無法充分完成。為優(yōu)化開展4工作臺(tái)平面磨削，需要關(guān)注圓柱形砂輪磨削在五軸加工中心工作臺(tái)平面加工中應(yīng)用存在的不足，結(jié)合同類生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，最終提出改進(jìn)方案兩種：第一，增大砂輪直徑。相較于300mm的砂輪標(biāo)準(zhǔn)直徑，需要將該直徑適當(dāng)增大，得到沿Y方向上升的主軸頭，五軸加工中心工作臺(tái)與主軸頭接觸點(diǎn)能夠同時(shí)移動(dòng)至右下方向，二者的相對(duì)距離可隨之增加，超過工作臺(tái)中心的砂輪移動(dòng)也將順利實(shí)現(xiàn)；第二，沿Y方向使主軸頭上升一定距離。通過繞A軸旋轉(zhuǎn)刀具主軸一定角度，通過具備一定錐度的圓錐形砂輪取代圓柱形砂輪，主軸偏轉(zhuǎn)角度需要與圓錐的錐度相等，保證砂輪傾斜后能夠順利與工作臺(tái)進(jìn)行面接觸，超過工作臺(tái)中心的砂輪向前運(yùn)動(dòng)同樣可以順利實(shí)現(xiàn)。

3 實(shí)例分析

3.1 問題分析

我踢著街上在小石子，那是什么時(shí)候的事？哦，扒鍋街消失的第三年，我照舊在新家的街道上被我媽拿著鏟子追著，只是再也沒有人給我通風(fēng)報(bào)信，通常我都會(huì)被揍得很慘。

3.2 導(dǎo)軌直線度控制

在進(jìn)行不同工件加工時(shí)，五軸加工中心X導(dǎo)軌存在不同的直線度精度要求，機(jī)床導(dǎo)軌受溫度影響也會(huì)出現(xiàn)一定程度變形。在加工五軸加工中心工作臺(tái)的過程中，為順利通過驗(yàn)收，加工完成后需保證其具備凹形或盡量平整的特征。為順利通過加工驗(yàn)收，加工工作臺(tái)平面前需要適當(dāng)補(bǔ)償X軸導(dǎo)軌，這一補(bǔ)償需要結(jié)合具體檢測(cè)結(jié)果并由專門的程序完成。在測(cè)量機(jī)床導(dǎo)軌不直度過程中，光學(xué)平直儀檢測(cè)法具備較高精度，但存在無法直接測(cè)量和光能損耗大的缺陷，水平面內(nèi)和垂直面內(nèi)的導(dǎo)軌不直度多通過平尺拉表比較法檢測(cè)。基于效率及成本考慮，本文選擇平尺拉表法進(jìn)行檢查。案例中的五軸加工中心工作臺(tái)尺寸、X軸導(dǎo)軌長(zhǎng)度分別為800mm×800mm、1100mm，通過在導(dǎo)軌行程中心設(shè)置工作臺(tái)中心，檢測(cè)可更為便利開展。檢測(cè)過程使用精密平尺，檢測(cè)范圍為“-150mm至-950mm”，檢測(cè)前需要通過千分表在-100mm和-1000mm處兩端校平精密平尺，同時(shí)確定參考點(diǎn)為-1000mm(X)，相對(duì)參考點(diǎn)千分表示數(shù)需要每50mm沿X0方向檢測(cè)獲得，垂直方向X軸導(dǎo)軌波動(dòng)情況可由此明確。

教師和學(xué)生之間的民主平等、和諧融洽是課堂活動(dòng)取得良好效果的重要條件，教師不僅是師長(zhǎng)，更是學(xué)生的朋友，是和學(xué)生共同探求真理的伙伴。教師對(duì)學(xué)生的愛心是成功教育的原動(dòng)力。因此，我們要真誠(chéng)地關(guān)愛每一個(gè)學(xué)生，尊重他們的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造性，認(rèn)真傾聽他們的心聲，用愛在師生之間建立起溝通的綠色通道。因?yàn)橹挥忻裰髌降鹊膸熒P(guān)系才有利于和諧、寬松的學(xué)習(xí)氛圍的形成；只有讓學(xué)生感到輕松，才能讓學(xué)生達(dá)到樂學(xué)的優(yōu)化心理狀態(tài)，只有讓教師做到放松，才能讓教師形成樂教。這樣的課堂氛圍使師生都能感受到課堂的幸福與溫馨。

翠姨聽了許多別人家的評(píng)論。大概她心里邊也有些不平，她就問我不讀書是不是很壞的，我自然說是很壞的。而且她看了我們家里男孩子，女孩子通通到學(xué)堂去念書的。而且我們親戚家的孩子也都是讀書的。

Δ

=

-

-1

≥1

(1)

為保證工作臺(tái)面平面度達(dá)標(biāo)，需要銑削加工工作臺(tái)平面，同時(shí)對(duì)平面度誤差值進(jìn)行分析，該分析需要聚焦銑削前后變化。平面銑削需要沿T型槽方向開展，具體從工作臺(tái)面中心軸開始，銑削至一端邊緣，之后進(jìn)行180°的工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)，開展相同方式的銑削處理，直至完成整個(gè)表面的銑削，這一過程需要保證半個(gè)平面內(nèi)的工作臺(tái)具備一致的加工方向，銑削產(chǎn)生的磨削抗力和相對(duì)內(nèi)應(yīng)力也需要對(duì)稱，否則將引發(fā)變形問題。對(duì)于面積較大的工作臺(tái)平面，為真實(shí)采集平面度數(shù)據(jù)，采集需要針對(duì)性選擇多個(gè)點(diǎn)，具體采集過程使用電子水平儀，采集需要圍繞60個(gè)均布的工作臺(tái)平面點(diǎn)進(jìn)行，選擇三點(diǎn)法完成平面度采集，同時(shí)向?qū)I(yè)測(cè)量軟件在輸入采集獲取的數(shù)據(jù)，對(duì)工作臺(tái)表面銑削前后的平面度誤差值及凹凸情況開展全面分析。通過分析可以確定，工作臺(tái)平面銑削前、后的平面度誤差分別為45.14μm、27.87μm，工作臺(tái)平面在銑削后存在降低顯著的平面度誤差，但該誤差仍較大，更深入分析能夠發(fā)現(xiàn)，由于基于T形槽方向的刀具在銑削過程中來回走刀，一定內(nèi)凹趨勢(shì)出現(xiàn)于工作臺(tái)平面中，朝向同一側(cè)的內(nèi)凹方向使得不均勻凹弧度在工作臺(tái)平面出現(xiàn)。

探察隊(duì)員將包裹搬入肖特拉洞內(nèi)井狀通道，其中有些井狀通道有36層大廈那么高。他們繞過地下瀑布攀登，沿著水平通道爬行，在黑暗的地下營(yíng)地度過了好幾個(gè)星期，晚上就穿著潮濕的衣服睡覺。

基于表1進(jìn)行分析可以確定，結(jié)合求得的補(bǔ)償值，可基于增量坐標(biāo)開展位移補(bǔ)償，這一過程需全面分析加工程序段，直線度方面的X軸導(dǎo)軌要求可由此順利滿足。

3.3 工作臺(tái)平面銑削

式中的Δ

、

分別為補(bǔ)償值、千分表示數(shù)，結(jié)合式(1)開展計(jì)算，可得到表1所示的精度補(bǔ)償表。

3.4 工作臺(tái)平面磨削

考慮到幾何精度帶來的影響較為深遠(yuǎn)，切割原材料環(huán)節(jié)的幾何精度需要嚴(yán)格控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工精度提升，具體加工要求也能夠更好滿足，如加工機(jī)械零部件，錐度誤差很容易因移動(dòng)過程中的車床滑板和床鞍引發(fā)，因此日常檢查環(huán)節(jié)需要對(duì)臥式車床誤差進(jìn)行嚴(yán)格控制，滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求。在檢測(cè)機(jī)床的過程中，錐度誤差修正可應(yīng)用斜線指令。如車床存在不規(guī)則的平行度變化，具體劃分需結(jié)合變化速度，修正處理選擇幾段斜線指令。如車床的平行度較差，修正過程需要重復(fù)循環(huán)縱橫向走刀。在對(duì)中心線平行度的檢查中，一般情況下檢查范圍、允許誤差分別為300mm、0.023mm，床鞍移動(dòng)時(shí)對(duì)主軸的檢查范圍、允許誤差分別為200mm、0.015mm

。

對(duì)于世界/我永遠(yuǎn)是個(gè)陌生人/我不懂它的語言/它不懂我的沉默/我們交換的只是一點(diǎn)輕篾/如同相逢在鏡子中/對(duì)于自己/我永遠(yuǎn)是個(gè)陌生人/我畏懼黑暗/卻用身體擋住了/那唯一的燈/我的影子是我的情人/心是仇敵

饒哥的一只手又摩挲住她的頭發(fā)，那只手像他的身材一樣壯實(shí)。“小秋，這有什么好的，有什么可驚嘆的，這算什么好房子，你去市里看看剛建起的那個(gè)維多利亞小區(qū)，那才叫大氣，比這闊氣多少倍，就連樓梯都透出一種氣勢(shì)。這套房子么，是別人讓我住的，不算太大手的一個(gè)朋友。”饒哥的手?jǐn)堉纳碜幼叩疥柵_(tái)上，她看見整個(gè)小區(qū)的夜景，朦朧的花草在霓虹的燈影里婆娑，停在小區(qū)里的車輛像泊在海岸上的船只，整個(gè)小區(qū)是一種環(huán)形的建筑風(fēng)格，站在任何一家的陽臺(tái)上都可以看到小區(qū)燈光中的景色，傍著小區(qū)的一大片蘆葦影影綽綽，白色的葦纓在暖色的燈光中透射出一種魅力。

分析圖2可以發(fā)現(xiàn)，為保證五軸加工中心工作臺(tái)中心磨削，需要保證砂輪向前多移動(dòng)50mm，因此刀具主軸應(yīng)繞O旋轉(zhuǎn)點(diǎn)進(jìn)行一定角度旋轉(zhuǎn)，其中的O為A軸旋轉(zhuǎn)點(diǎn)，最終保證主軸頭與五軸加工中心工作臺(tái)接觸于B點(diǎn)?；?00mm的砂輪直徑，考慮到主軸頭與五軸加工中心工作臺(tái)的接觸點(diǎn)在未改進(jìn)時(shí)為A，因此水平軸與A的距離為：

對(duì)比上述兩種方案可以發(fā)現(xiàn)，第一種方案會(huì)導(dǎo)致砂輪制造成本提升，增大的直徑會(huì)同時(shí)提升轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及線速度，不穩(wěn)定及振動(dòng)現(xiàn)象會(huì)因此在磨削過程出現(xiàn)。分析第二種方案可以發(fā)現(xiàn)，為確定最佳的刀具主軸旋轉(zhuǎn)角度，需要結(jié)合圖2進(jìn)行分析。

(2)

基于280mm的主軸頭半徑，可確定主軸頭中心與A的距離為280mm，因此可確定主軸頭中心與點(diǎn)C距離，即：

(3)

主軸頭與工作臺(tái)在砂輪前進(jìn)50mm后的接觸點(diǎn)為B，對(duì)于實(shí)現(xiàn)50mm向前移動(dòng)的砂輪，可將其轉(zhuǎn)換為向后移動(dòng)50mm的五軸加工中心工作臺(tái)，因此可確定點(diǎn)D與點(diǎn)O間的距離，即：

=

-50=236-50=186

(4)

水平軸與

的距離為：

(5)

進(jìn)一步分析主軸偏轉(zhuǎn)角度等效分析結(jié)果，可發(fā)現(xiàn)圖2中的

、

分別為砂輪中心改進(jìn)和改進(jìn)前的中心點(diǎn)。

受較小的砂輪半徑影響，因此一般存在10°以內(nèi)的刀具主軸旋轉(zhuǎn)角度，因此砂輪軸線在改進(jìn)后的計(jì)算可仍按照平行于水平方向進(jìn)行，砂輪中心點(diǎn)下降高度在改進(jìn)后與主軸頭上升高度近似等效，因此可確定水平垂直面上的高度為59mm，最終可通過計(jì)算求得刀具主軸偏轉(zhuǎn)角度，具體計(jì)算過程為：

首先，詞作者采用移就修辭格，將針線縫補(bǔ)衣服來來回回的動(dòng)作轉(zhuǎn)移到同樣四處走動(dòng)的妻子身上，這使得“漂流”二字有了更深層次的意味。作者以針線的來回寫書生為前程四處奔波與妻子為生計(jì)與丈夫來回謀劃擔(dān)憂是很高明的。

(6)

考慮到等效近似計(jì)算引發(fā)的誤差及加工過程中的砂輪磨損，最終選擇5.5°作為刀具主軸偏轉(zhuǎn)角度，此時(shí)能夠得到最高的磨削加工效率。對(duì)于改進(jìn)后的工作臺(tái)平面磨削加工，還需要針對(duì)性開展平面度檢測(cè)，檢測(cè)使用電子水平儀，結(jié)合檢測(cè)結(jié)果可以確定，五軸加工中心工作臺(tái)平面精密磨削后存在6.98μm的平面度誤差，相較于未進(jìn)行機(jī)加工時(shí)實(shí)現(xiàn)約40μm誤差降低，相較于磨削加工前實(shí)現(xiàn)約20μm誤差降低，五軸加工中心工作臺(tái)表面存在中間凹、四周凸形狀，加工的平面精度極高。

3.5 工藝方案驗(yàn)證

在對(duì)五軸加工中心工作臺(tái)平面的加工過程中，加工以導(dǎo)軌精度為基準(zhǔn)，工作臺(tái)面加工基于同一臺(tái)機(jī)床完成，加工精度提高及工作臺(tái)安裝誤差降低可由此實(shí)現(xiàn)，結(jié)合上文研究，可確定五軸加工中心工作臺(tái)平面的加工工藝流程為：“毛坯件入庫→來料檢測(cè)→存儲(chǔ)毛坯件→X軸導(dǎo)軌直線度補(bǔ)償(平尺法)→銑削加工→X軸導(dǎo)軌直線度補(bǔ)償(平尺法)→磨削加工→X軸導(dǎo)軌直線度補(bǔ)償(走刀法)→精密磨削→檢查成品→出庫”。在上述工藝流程下，選擇毛坯工作臺(tái)平面10臺(tái)開展隨機(jī)抽樣加工實(shí)驗(yàn)，對(duì)各工作臺(tái)平面度加工完成后的誤差進(jìn)行記錄和分析，通過實(shí)驗(yàn)可以確定，完成加工后的五軸加工中心工作臺(tái)平面均存在7μm以內(nèi)的平面度誤差，工藝的穩(wěn)定性、高精密性特點(diǎn)得到證明，能夠用于批量加工五軸加工中心工作臺(tái)平面，具備較高推廣價(jià)值。

4 結(jié)論

綜上所述，機(jī)械加工工藝對(duì)加工精度影響較為深遠(yuǎn)。在此基礎(chǔ)上，本文涉及的優(yōu)化內(nèi)部因素控制、科學(xué)處理熱變因素、聚焦幾何精度控制、導(dǎo)軌直線度控制、工藝方案驗(yàn)證等內(nèi)容，則直觀展示了機(jī)械加工精度控制方法。為更好開展高精度的機(jī)械加工生產(chǎn)，智能化軟硬件引入、相關(guān)人才培養(yǎng)、全過程管理探索等方面同樣需要得到重視。

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