機(jī)械加工工藝技術(shù)與誤差控制研究

龍 勇

（西南化工研究設(shè)計院有限公司，四川 成都 610200）

加工工藝技術(shù)的先進(jìn)水平是影響機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量和精度的關(guān)鍵因素。自進(jìn)入21 世紀(jì)以來，產(chǎn)品向精益化方向發(fā)展已成為必然，人們對機(jī)器制品的品質(zhì)提出了更高的要求。但是，在生產(chǎn)過程中，因為工藝的原因以及其他一些原因，都會造成產(chǎn)品出現(xiàn)一定的誤差。一旦這些誤差超出可控范圍，那么就會對產(chǎn)品性能造成很大的影響。因此，必須持續(xù)強(qiáng)化對機(jī)械加工工藝技術(shù)中的誤差分析，并以此為參照，深入探討并找到提高工藝技術(shù)水準(zhǔn)的有效方法，以更好地保障加工產(chǎn)品質(zhì)量。

1 機(jī)械加工工藝概述

在進(jìn)行機(jī)械加工時，工作人員要依據(jù)待加工產(chǎn)品數(shù)量、加工設(shè)備技術(shù)要求、工人素質(zhì)能力、加工場地環(huán)境條件等，來對應(yīng)該采取的工藝步驟加以確認(rèn)，并將具體的加工內(nèi)容和要求匯總成工藝文檔，也就是人們所說的“工藝規(guī)程”，這是一種非常重要的技術(shù)文檔，能夠保障組織生產(chǎn)有序、安全進(jìn)行。因為每個工廠的具體生產(chǎn)條件和過程都不一樣，所以制定出來的規(guī)程有很強(qiáng)的針對性。機(jī)械加工工藝過程就是借助機(jī)械加工這一方法，對毛坯大小、表面質(zhì)量等進(jìn)行改造、調(diào)整，使其成為零件。比如，一個初級零件，從粗加工到細(xì)加工，再到組裝、檢查和包裝，這一系列工序組成了所謂的加工工藝過程。而上述工序所使用的技術(shù)，就被稱為機(jī)械加工工藝技術(shù)。

2 機(jī)械加工基本原則

機(jī)械加工是非常復(fù)雜的任務(wù)。在加工過程中，有很多的因素會對加工效果產(chǎn)生影響。其中任何一個步驟如果出現(xiàn)錯誤，就會對最后的加工質(zhì)量結(jié)果造成很大的影響。所以，在進(jìn)行機(jī)械加工時，必須嚴(yán)格按照如下原則操作。

2.1 基準(zhǔn)先行

無論加工何種零件，第一步都應(yīng)當(dāng)是制作標(biāo)準(zhǔn)樣件，然后以此為后續(xù)的定位基準(zhǔn)。當(dāng)完成好樣件設(shè)計之后，要利用加工設(shè)備將其加工成成品，然后將其作為模具，為后續(xù)加工提供參照。

2.2 先確定好機(jī)械加工工藝

特別是在對非標(biāo)定制產(chǎn)品進(jìn)行加工時，必須要按照圖紙標(biāo)準(zhǔn)和要求來明確工藝，對加工過程要展開認(rèn)真審核。若是對加工精度沒有嚴(yán)格的要求，即使是最簡單的零件，也難以達(dá)到預(yù)期加工目標(biāo)。因此，對于加工出來的成品，必須有很高的精度要求，要嚴(yán)格把控最初的工藝選擇以及之后的半精、精加工。

2.3 先打孔后加工

如果被加工的產(chǎn)品帶有孔，那么首先要加工好孔，之后才能加工各截面。由于孔的加工過程比較復(fù)雜，如果孔的大小和位置沒有把握好，或者出現(xiàn)了加工錯誤，都會導(dǎo)致整個產(chǎn)品的報廢。但在后期，通過對切面的研磨、適當(dāng)調(diào)整，可以很好地解決上述問題。

2.4 堅持差異化

不同種類的機(jī)械產(chǎn)品，用途會有很大的差別，在進(jìn)行加工的時候，所采用的工藝、加工設(shè)備也會有很大的不同。要想確保加工效果，最大程度地減少加工質(zhì)量問題的出現(xiàn)，就一定要嚴(yán)格遵從差異化原則。針對不同類型的產(chǎn)品，要根據(jù)與之相匹配的工藝類型要求進(jìn)行加工。

3 機(jī)械加工工藝技術(shù)誤差分析

3.1 定位誤差

在借助機(jī)床加工零件時，通常要選取零件表面的一個幾何元素來作為零件的定位參考。而在實際工作中，人為操作不當(dāng)、工件本身質(zhì)量不合格等問題時有發(fā)生，極易引起工件基準(zhǔn)的誤差，從而給后續(xù)的加工帶來不利的影響。一般情況下，機(jī)械加工過程中引起的定位誤差可劃分為兩種：一是定位參考誤差；二是基準(zhǔn)不重合誤差。

3.1.1 定位參照誤差

當(dāng)將數(shù)控機(jī)床用于機(jī)械加工時，其定位參考一般都是在計算機(jī)中建立的一個數(shù)字模型，再憑借預(yù)先編寫好的程序，來對數(shù)控機(jī)床加以控制，使其按一定的邏輯來進(jìn)行復(fù)制加工。在實踐中，如果數(shù)字模型與被加工工件的定位基準(zhǔn)無法達(dá)到完美匹配，那么在復(fù)制加工過程中就會出現(xiàn)間隙，造成一定誤差，成品將難以滿足實際使用需求。

3.1.2 基準(zhǔn)不重合誤差

在工件加工過程中，除了以電腦數(shù)字模型為依據(jù)，也可以借助現(xiàn)有的實物零件來加工或復(fù)制工件[1]。在進(jìn)行加工前，必須先將模板件與標(biāo)準(zhǔn)件精準(zhǔn)對齊，以確保兩個工件的基準(zhǔn)一致。但是，在實際加工中，由于機(jī)床的振動，會使得二者的基準(zhǔn)存在一定的偏差，若不加以修正，則會造成后續(xù)工件的變形。

3.2 機(jī)床制造誤差

在機(jī)械加工過程中，只要機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)，就會不可避免地出現(xiàn)摩擦現(xiàn)象，從而導(dǎo)致導(dǎo)軌誤差、主軸回轉(zhuǎn)誤差以及傳動鏈誤差。

3.2.1 導(dǎo)軌誤差

機(jī)床的導(dǎo)軌除了起到固定工件的作用外，還可以為待加工工件基準(zhǔn)位置的確認(rèn)提供有效依據(jù)。然而，部分加工中心的機(jī)床，由于年代久遠(yuǎn)、使用較為頻繁，導(dǎo)致導(dǎo)軌表面出現(xiàn)了大量的劃痕磨損，這會對表面的平整度和均勻性造成不利影響，在此條件下，如果要通過導(dǎo)軌來進(jìn)行各個部件的定位，就會出現(xiàn)很大的誤差。

3.2.2 主軸回轉(zhuǎn)誤差

主軸回轉(zhuǎn)誤差是出現(xiàn)較為頻繁的誤差之一。在主軸運(yùn)行過程中，運(yùn)轉(zhuǎn)速度和運(yùn)行量經(jīng)常不穩(wěn)定，這會使軸承磨損和老化問題日趨嚴(yán)重。除此之外，在運(yùn)行過程中，還存在同軸轉(zhuǎn)速不一致等問題，極易使機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生磨損，從而造成預(yù)定運(yùn)行數(shù)據(jù)與實際運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)不匹配[2]。在機(jī)械加工過程中，主軸起著重要的作用，而回轉(zhuǎn)誤差是影響工件加工可靠性的一個重要因素。

3.2.3 傳動鏈誤差

機(jī)床傳動鏈條由機(jī)床的兩個端部的驅(qū)動滾筒導(dǎo)向。在相對移動過程中，由于兩個轉(zhuǎn)筒之間的水平高度不一致，造成了傳動誤差。一般而言，這樣的誤差與機(jī)床工件加工的精度和可靠性并沒有太大關(guān)聯(lián)。但是，受限于機(jī)床自身安裝及結(jié)構(gòu)特性，傳動鏈在移動時，也會帶動其他部件一起移動，在一定程度上會影響工件加工的精度。

3.3 加工刀具存在的誤差

在機(jī)械加工工藝中，加工刀具是最基本的工具，所以，對該工具的正確使用非常重要。在實際運(yùn)用中，要保證刀具的參數(shù)、規(guī)格滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，與加工需求相匹配，從而切實保障加工的可靠性。然而，由于加工刀具種類極多，所具有的實用功能也存在一定的差異。因此，對于不同種類的刀具，其誤差控制的方法也有很大的差別，這就需要工藝員有更熟練的操控技術(shù)，并對每一種刀具的使用性能都有清晰的了解。唯有如此，才能更好地進(jìn)行機(jī)械加工。相反，如果不能對各種材質(zhì)刀具充分了解，就會導(dǎo)致加工誤差發(fā)生率大大提升。

3.4 工藝系統(tǒng)的變形誤差

與夾具等加工器具相比，工藝系統(tǒng)所包含的工件強(qiáng)度并不高。因此，工藝系統(tǒng)變形誤差問題的出現(xiàn)，很大程度上是由機(jī)械加工產(chǎn)品本身性能不佳引起的。換言之，若機(jī)械加工產(chǎn)品自身易變形，缺乏抗沖擊性，則會極大地影響工藝系統(tǒng)，進(jìn)而產(chǎn)生工藝系統(tǒng)變形誤差。以內(nèi)圓磨床加工為例，在進(jìn)行磨床內(nèi)孔切割時，如果選用橫向切割法，內(nèi)圓磨頭的主軸會受外力影響而發(fā)生變形，此時切割出來的孔難免會產(chǎn)生一些誤差，產(chǎn)品質(zhì)量會受到影響；又比如，車削細(xì)長軸時，如果被加工部件本身的強(qiáng)度不足，抗沖擊性差，再向其施加較大的切削力，就很容易發(fā)生變形，造成變形誤差。

4 機(jī)械加工工藝技術(shù)誤差控制的有效方法

4.1 嚴(yán)格落實機(jī)械加工管控

想要有效減少加工工藝技術(shù)誤差，就應(yīng)將加工誤差的控制貫穿于每一個環(huán)節(jié)，其中，加強(qiáng)對設(shè)備購置、改造和運(yùn)行的控制是一個重要方面。具體而言，首先，在購置設(shè)備時，要經(jīng)過多輪的比較，選出較為實惠且有良好性能的設(shè)備，將其本身的幾何誤差減至最小[3]。此外，在正式使用裝備前，要對其進(jìn)行全面、細(xì)致的檢查，對其原有誤差有充分的了解，防止有較大誤差的裝備被應(yīng)用于加工作業(yè)。其次，對于裝備的改進(jìn)，要立足于現(xiàn)實需要，并做好對平時操作中產(chǎn)生的錯誤的匯總，這樣才能為以后的裝備維修工作做好鋪墊。最后，在設(shè)備運(yùn)行過程中，還應(yīng)有效落實指令控制，以保證機(jī)械加工期間出現(xiàn)的錯誤能得到及時的解決。

4.2 及時采取補(bǔ)救對策補(bǔ)救誤差

就實踐而言，某些機(jī)械加工工藝誤差是難以避免的。針對此類誤差，不能放任不管，而是應(yīng)借助人工操作，最大限度地填補(bǔ)誤差，從而將誤差帶來的影響降到最低。詳細(xì)地說，在實際加工作業(yè)中，相關(guān)人員一定要立足于工藝應(yīng)用實況，全面考慮相關(guān)問題，制定切實可行的補(bǔ)救對策，對固有的原始誤差進(jìn)行補(bǔ)償或抵消，這樣才能更好地控制誤差影響，從而保障加工的可靠性。

4.3 合理挑選適用刀具以及切割工藝

市場上有著各式各樣的刀具，對于不同的刀具，所匹配的機(jī)械加工也有很大的差異。比如平面類和曲面類這兩種部件，所適用的刀具就有很大的差異。所以，在選擇刀具時，要根據(jù)相應(yīng)的對象來確定[4]。此外，在出刀方式上，必須按照“從小到大”的應(yīng)用原則，以全面提高機(jī)床加工的可靠性?？傊?，為使刀具效用得到充分發(fā)揮，必須對工具進(jìn)行全面、細(xì)致的分析。除了要對刀具進(jìn)行恰當(dāng)選擇以外，還要對切割工藝的選擇給予足夠的重視。在數(shù)控機(jī)床實操中，通常會使用到許多類型的刀具，一旦切割方式選取不當(dāng)，就會對工件表面造成破壞，進(jìn)而影響加工的有效性。這就要求在切削過程中，設(shè)計出一種不會影響到工件性能的切入和切出方式。

4.4 有效控制加工溫度

在進(jìn)行機(jī)械加工時，因機(jī)器運(yùn)行會放出大量熱量，使被加工件發(fā)生變形，由此會造成加工變形誤差。為了解決這個情況，需要采取一些合理的控制手段來控制加工溫度，有效減少設(shè)備散熱。詳細(xì)來說，可以采用如下措施：一是通過冷卻劑來給部件降溫，減小由于高溫引起的部件變形，這樣就能很好地控制加工過程中的誤差；二是結(jié)合實際需求，裝設(shè)散熱裝置，以減少部件熱量的產(chǎn)生，防止熱源與機(jī)械設(shè)備的直接接觸；三是通過潤滑油來減小加工過程中所引起的摩擦，來達(dá)到降低機(jī)床散熱、提高加工精度的目的。

4.5 合理采用誤差分組方法

機(jī)械加工工作比較復(fù)雜，有很多因素會影響到其精度，尤其是會極大地影響各種零部件，所以必須要對相關(guān)因素進(jìn)行有效的控制，將零件的誤差排除掉，然后再進(jìn)行后續(xù)的加工工作。如果這個過程中的誤差沒有得到很好的控制，那么在后續(xù)工作中就會出現(xiàn)更為嚴(yán)重的誤差。在控制加工誤差時，要從總體上對相關(guān)因素進(jìn)行全面的考慮，保證在所有環(huán)節(jié)都能對加工誤差進(jìn)行精確的控制，以使加工過程符合精度需求。所以，必須采取一種恰當(dāng)、可行的方法，來對誤差展開有效分析，從而達(dá)到精準(zhǔn)管控目的。詳細(xì)來說，可以使用誤差分組法，也就是對發(fā)生率較大的誤差展開分組分析，并實行分組管控，從而防止過大誤差的產(chǎn)生[5]。就各種誤差控制措施而言，該方法所投入的成本減小，并且能夠取得較高的成果，因而其滿足技術(shù)的經(jīng)濟(jì)需求以及效果需求。

4.6 針對工藝技術(shù)展開標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)

在機(jī)械加工過程中，對于各種產(chǎn)品的工藝技術(shù)都有嚴(yán)格的規(guī)范。若是在產(chǎn)品加工過程中不能按照相關(guān)規(guī)范來操作，那么就很難保證產(chǎn)品的質(zhì)量。要想有效解決機(jī)械加工中存在的工藝誤差，使產(chǎn)品的品質(zhì)得到切實的提高，就需要加工企業(yè)著眼于實況，全面考慮自身加工的工藝產(chǎn)品類型，有針對性地打造工藝技術(shù)體系，對加工技術(shù)細(xì)則、使用設(shè)備規(guī)格等加以明確，從而使加工作業(yè)更加標(biāo)準(zhǔn)化。在平時工作中，要強(qiáng)化監(jiān)督審核力度，全方位管控加工流程和技術(shù)應(yīng)用。若是發(fā)現(xiàn)有不合規(guī)、不恰當(dāng)?shù)牟僮骰蚴瞧渌麊栴}，要及時加以制止或處理，以最大程度地減少誤差，從而有效促進(jìn)加工精度和產(chǎn)品質(zhì)量提升。

總而言之，在現(xiàn)代社會飛速發(fā)展的今天，人們越來越多地關(guān)注加工產(chǎn)品的質(zhì)量和精度。在機(jī)械加工過程中，若是產(chǎn)生了誤差，就會對產(chǎn)品品質(zhì)、使用效果等產(chǎn)生重要影響，對企業(yè)發(fā)展也會產(chǎn)生負(fù)面影響。誤差的產(chǎn)生原因很多，要想完全消除很難。因此，必須采用合理、可行的方法來降低誤差。相關(guān)工作人員必須對誤差給予更多的關(guān)注，科學(xué)地運(yùn)用機(jī)械加工工藝技術(shù)，為確保產(chǎn)品質(zhì)量奠定堅實基礎(chǔ)。