影響精密零件加工的因素分析與研究

蔣飛龍 馮桂香

（寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 寧波 315000）

1 引言

目前，先進(jìn)制造技術(shù)已經(jīng)是一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要手段之一，許多發(fā)達(dá)國家都十分重視先進(jìn)制造技術(shù)的水平和發(fā)展，利用它進(jìn)行產(chǎn)品革新、擴(kuò)大生產(chǎn)和提高國際經(jīng)濟(jì)競爭能力。發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù)是當(dāng)前世界各國發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)的主攻方向和戰(zhàn)略決策，同時(shí)又是一個(gè)國家獨(dú)立自主、繁榮富強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展、科技保持先進(jìn)領(lǐng)先的長遠(yuǎn)大計(jì)。目前，精密與特種加工技術(shù)水平是一個(gè)國家制造工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。精密加工所能達(dá)到的精度、表面粗糙度、加工尺寸范圍和幾何形狀是一個(gè)國家制造技術(shù)水平的重要標(biāo)志之-。精密與特種加工技術(shù)已經(jīng)成為國際競爭中取得成功的關(guān)鍵技術(shù)。發(fā)展尖端技術(shù)，發(fā)展國防工業(yè)，發(fā)展微電子工業(yè)等，都需要精密與特種加工技術(shù)來制造相關(guān)的儀器、設(shè)備。

2 影響精密加工的主要因素

2.1 精密加工機(jī)床方面

精密加工機(jī)床是實(shí)現(xiàn)精密加工的首要條件，即：工件的加工精度主要依賴于機(jī)床本身的運(yùn)動(dòng)精度，而運(yùn)動(dòng)精度又依賴于，組成機(jī)床的主要零、部件的材料、加工精度、裝配精度等。

產(chǎn)生相應(yīng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)誤差原因主要有：

1)材料因負(fù)荷產(chǎn)生的彈性變形，因溫度變化和振動(dòng)等環(huán)境因素而產(chǎn)生的偏移和材料的穩(wěn)定性；

2)組合件的尺寸精度、形狀精度及表面粗糙度的誤差；

3)在約束機(jī)構(gòu)中伴有某種程度的變形和間隙；

4)在接觸機(jī)構(gòu)中存在因負(fù)荷及其變動(dòng)引起的潤滑膜厚度的變化，以及摩擦力、磨損等。

機(jī)床本身的運(yùn)動(dòng)精度包括：機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)精度，工作臺(tái)的靜、動(dòng)態(tài)精度及其熱穩(wěn)定性，微量進(jìn)給裝置等。

機(jī)床主軸部件是精密加工機(jī)床的關(guān)鍵部件，主軸部件的精度直接影響到加工零件的尺寸精度、幾何精度和表面粗糙度。因此，精密機(jī)床的主軸廣泛采用具有回轉(zhuǎn)平穩(wěn)，回轉(zhuǎn)精度高等優(yōu)點(diǎn)的空氣靜壓軸承和液體靜壓軸承，但這兩類軸承由于自身的性能，對精密加工精度也有一定的影響。主要原因：空氣靜壓軸承的剛度低，且容易出現(xiàn)振動(dòng)（如：軸的動(dòng)態(tài)不平衡引起的振動(dòng)，軸承內(nèi)部空氣流動(dòng)引起的振動(dòng)等），液體靜壓軸承在工作過程中易發(fā)熱，會(huì)引起主軸的熱變形等。

導(dǎo)軌應(yīng)具有精確的導(dǎo)向精度、低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、熱變形小、剛性高等優(yōu)點(diǎn)。因而，精密加工的機(jī)床廣泛采用空氣靜壓導(dǎo)軌和液體靜壓導(dǎo)軌。這兩類導(dǎo)軌對精密加工影響的主要原因有：空氣靜壓導(dǎo)軌的剛度較小，則承載能力較小，雖然由于空氣膜的存在，使導(dǎo)軌零件的誤差有均勻化的效果，但導(dǎo)軌的直線度不易被勻化。以上是精密加工機(jī)床對精密加工精度的主要影響因素。

2.2 精密加工刀具方面

在精密切削加工中，通常進(jìn)行微量切削，即均勻地切除極薄的金屬層，其最小切削深度≤零件的加工精度，而刀具是影響加工精度的重要因素。由刀具造成的零件加工誤差主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：刀具的熱變形；刀具在切削加工中的受力變形；刀具切削刃的幾何精度；刀具表面粗糙度以及刀具和工件之間的親和性；刀具的磨損。

在實(shí)現(xiàn)精密切削加工中，理想的刀具材料主要是天然金剛石，它具有：硬度高、剛度大，與其他物質(zhì)（除黑色金屬外）的親和力小，摩擦系數(shù)小，刀具刃口易刃磨鋒利（最小刃口半徑ρ=3-5mm)，導(dǎo)向性能好，刀具熱變形小等優(yōu)點(diǎn)。但由于金剛石的碳原子的親和力很大，不適宜切削黑色金屬，且金剛石刀具很脆，怕振動(dòng)易崩刃，刀具的價(jià)格昂貴，刃磨困難等。所以，研究代替金剛石刀具是精密切削刀具的重要研究方面。

2.3 被加工材料方面

用于精密加工的工件材料，其機(jī)械物理化學(xué)性質(zhì)對精密加工精度有較大的影響。例如：在采用普通的切削方法加工時(shí)，由于切削單位較大，材料的不均勻性、不連續(xù)性和各向異性不能明顯地表現(xiàn)出來。而在精密加工中，采用了微量切削方法，加工單位很小，則材料的不均勻性質(zhì)就直接影響加工精度。

由被加工材料造成加工精度下降的主要原因有：工件的受力變形，影響因素有材料自重、切削力、夾緊力以及大氣壓力等；工件的熱變形，影響因素有切削熱、材料的傳導(dǎo)特性以及環(huán)境溫度；材料的時(shí)效變形，影響因素有材料的殘余應(yīng)力、固溶體相變等；多晶體的晶界段差，即出現(xiàn)晶界階梯、晶界位錯(cuò)。這是由于晶粒變形的方法不同和晶粒本身的彈性系數(shù)不同而引起的；雜質(zhì)粒子的段差，即表面出現(xiàn)雜質(zhì)、金屬間化合物、沉淀物或生成不規(guī)則的空穴和劃傷所造成的。

為提高加工表面質(zhì)量，可以采用一定的措施來降低影響，例如：選用純度較高、雜質(zhì)較少、缺陷較少的材料；采用熱處理的方法細(xì)化組織；材料預(yù)先經(jīng)過壓延使晶粒細(xì)化和纖維化等

2.4 精密測量方面

精密加工技術(shù)和測量技術(shù)總是緊密相關(guān)的，因?yàn)闆]有高精度測量手段，就不能評價(jià)精密加工精度。所以，測量儀器的精度一般比加工精度高一個(gè)數(shù)量級。

1)在進(jìn)行精密測量過程中，影響測量精度的主要因素有：接觸式測量造成工件表面劃傷；

2)測量力的變化，即測量儀器中彈簧的變形，不能保證測量力恒定；隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對精密測量技術(shù)要求的提高，接觸式測量技術(shù)逐步向非接觸式傳感測量技術(shù)發(fā)展非接觸測量技術(shù)已成為精密測量的支柱。

2.5 精密加工環(huán)境方面

精密加工是微米級的加工，不僅要有精密的加工設(shè)備、加工刀具及精密測量儀器和手段，高穩(wěn)定性的加工環(huán)境也是保證精密加工精度的主要因素。環(huán)境對加工精度的影響主要原因：

精加工車間內(nèi)的凈化：灰塵的混入會(huì)使工件表面劃傷，而影響其表面質(zhì)量；環(huán)境溫度：在精密加工中，溫度變化成為加工誤差的主要來源。環(huán)境溫度的變化會(huì)造成機(jī)床設(shè)備刀具及測量裝置等的熱變形，從而產(chǎn)生加工誤差和測量誤差；振動(dòng)：主要有自然外力引起的振動(dòng)、交通振動(dòng)、人走動(dòng)時(shí)的振動(dòng)及機(jī)床設(shè)備引起的振動(dòng)等。在精密切削加工中，振動(dòng)對加工精度、表面粗糙度均有較大的影響，且會(huì)降低金剛石刀具的使用壽命。由于上述原因精密加工環(huán)境應(yīng)凈化、防振、恒溫。

3 結(jié)束語

從精密加工機(jī)床、精密加工刀具、被加工材料、精密測量、精密加工環(huán)境等五個(gè)方面對影響精密加工精度的主要因素及原因所作的分析表明，精密加工產(chǎn)生的誤差是多方面的。要提高精密加工精度，不但要了解其影響的因素，還必須掌握解決的途徑。

[1]王季琨,沈中偉,劉錫珍主編,機(jī)械制造工藝學(xué),天津：天津大學(xué)出版社，1998年.

[2]金向楷主編,機(jī)械加工工藝基礎(chǔ),北京：清華大學(xué)出版社，1990年.