提高機(jī)械加工精度的策略分析

【摘要】機(jī)械加工是工業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，機(jī)械加工精度會(huì)受很多因素的影響，因此為了提高機(jī)械加工的精度，就需要盡可能加強(qiáng)對(duì)其他因素的控制。要想實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工精度的提高，要從細(xì)小的環(huán)節(jié)入手，控制加工過(guò)程中產(chǎn)生的誤差，通過(guò)問(wèn)題根源的分析來(lái)制定相應(yīng)的應(yīng)對(duì)策略。本文從影響機(jī)械加工精度的因素著手，對(duì)提高機(jī)械加工精度的策略進(jìn)行介紹和分析。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械加工；精度；策略

機(jī)械加工精度即加工后零件各表面、形狀、尺寸的實(shí)際值和理想值的相符程度，它們之間的不同即為產(chǎn)生的誤差。一般情況下，精度的高低取決于誤差的大小，因此要提高精度就必須從各個(gè)環(huán)節(jié)的誤差開(kāi)始控制。零件的幾何參數(shù)即相互位置、尺寸、幾何形狀，因此其對(duì)應(yīng)的機(jī)械加工精度即相互位置精度、尺寸精度、幾何形狀精度。相互位置精度一般用于限制加工表面和基準(zhǔn)之間的位置誤差，例如零件的位置度、平行度、垂直度等。尺寸精度用于限制加工表面和基準(zhǔn)之間的尺寸誤差，使其控制在合理范圍內(nèi)。幾何形狀精度用于限制機(jī)械加工過(guò)程中的宏觀幾何形狀誤差，例如平面度、圓度、直線度等。

對(duì)于零件加工而言，其質(zhì)量會(huì)直接影響到機(jī)械產(chǎn)品的性能和使用壽命。在機(jī)械加工過(guò)程中，由于各方面因素的影響會(huì)使得加工出現(xiàn)誤差，例如工件和刀具位置偏移等問(wèn)題，都會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)出的產(chǎn)品帶有誤差。只有實(shí)際加工的零件參數(shù)能夠和規(guī)定參數(shù)相同，才能判定該零件符合標(biāo)準(zhǔn)。為了保證機(jī)械加工企業(yè)的長(zhǎng)足發(fā)展，需要提高機(jī)械加工的精度，盡量減少誤差，從而提高零件的合格率，提高生產(chǎn)效率。機(jī)械加工的精度，需要先從影響精度的因素開(kāi)始分析，要治其本必先知其源。

一、影響機(jī)械加工精度的因素

在機(jī)械加工過(guò)程中，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)能夠得出有很多因素會(huì)對(duì)工件的精度造成影響。對(duì)于工件而言，其精度直接影響了自身的質(zhì)量，因此在機(jī)械加工過(guò)程中必須要對(duì)產(chǎn)品的誤差嚴(yán)格控制，通過(guò)保證精度來(lái)保證產(chǎn)品的質(zhì)量合格。由于機(jī)械加工過(guò)程中產(chǎn)生誤差的方面眾多，因此要從各個(gè)方面都進(jìn)行分析，通過(guò)全面的誤差產(chǎn)生源的分析才能夠準(zhǔn)確制定其誤差控制的方法。在機(jī)械加工過(guò)程中影響精度的因素主要有四種，分別是機(jī)械加工精度定位誤差、工藝系統(tǒng)的幾何誤差、工藝系統(tǒng)引起的加工誤差、內(nèi)應(yīng)力分布引起的誤差。

1.機(jī)械加工精度定位誤差

設(shè)計(jì)基準(zhǔn)一般用于通過(guò)零件圖來(lái)確定零件某個(gè)表面的尺寸和位置，基準(zhǔn)會(huì)直接影響到機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)加工。工序基準(zhǔn)一般用于通過(guò)工序圖對(duì)零件加工前后的表面尺寸進(jìn)行核查確定，正常情況下設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工序基準(zhǔn)相同。在進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)，一般選用工件的若干幾何要素作為基準(zhǔn)，如果其定位基準(zhǔn)和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合，則會(huì)因?yàn)榛鶞?zhǔn)而造成誤差?；鶞?zhǔn)的誤差量由定位基準(zhǔn)和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)之間的尺寸變化量決定，因此尺寸變化越大，則誤差越大。除了基準(zhǔn)不重合會(huì)造成誤差以外，定位副制造不準(zhǔn)確也會(huì)影響機(jī)械加工的精度。在機(jī)械生產(chǎn)過(guò)程中，定位元件能夠決定工件在夾具中的位置。由于夾具中的定位元件不可能完全按照基本尺寸生產(chǎn)，因此獲得產(chǎn)品的實(shí)際尺寸都允許在正常范圍內(nèi)存在誤差變動(dòng)。除了正常誤差以外，工件上的定位基準(zhǔn)面也會(huì)受其他因素的影響而產(chǎn)生誤差。定位副是由工件定位面和夾具定位元件組成的，由于其兩個(gè)構(gòu)成部分都會(huì)產(chǎn)生誤差，因此也會(huì)導(dǎo)致定位副整體具有誤差。兩個(gè)構(gòu)成部分的配合間隙會(huì)引起工件產(chǎn)生最大位置的變動(dòng)，該種變動(dòng)則為定位副制造不準(zhǔn)確誤差。

2.工藝系統(tǒng)的幾何誤差

工藝系統(tǒng)的幾何誤差體現(xiàn)在加工原理、機(jī)床、刀具、調(diào)整四個(gè)方面。其中的加工原理誤差是在進(jìn)行近似切削刃輪廓加工時(shí)形成的，該種誤差對(duì)機(jī)械加工的影響可以控制，因此只要將誤差控制在一定范圍內(nèi)，就仍然可以用于機(jī)械生產(chǎn)。當(dāng)機(jī)床轉(zhuǎn)動(dòng)鏈產(chǎn)生誤差或機(jī)床主動(dòng)回轉(zhuǎn)具有誤差以后會(huì)形成機(jī)床整體誤差，如果機(jī)床導(dǎo)軌導(dǎo)向不準(zhǔn)確也會(huì)影響機(jī)械加工的精度。刀具誤差會(huì)表現(xiàn)在刀具安裝、刀具裝夾部制造以及刀具切削三個(gè)環(huán)節(jié)，如果刀具無(wú)法具有很好的尺寸精度，則會(huì)影響產(chǎn)生的尺寸。刀具和刀刃的形狀精度對(duì)產(chǎn)品的形狀會(huì)造成直接影響，但是此種影響不會(huì)直接作用于機(jī)械產(chǎn)品，而是會(huì)產(chǎn)生間接影響。在機(jī)械加工過(guò)程中，會(huì)由于分批加工等原因進(jìn)行工序的調(diào)整，從而使得每批加工的零件都不可能完全相同，因此會(huì)因工序調(diào)整造成一定的誤差。

3.工藝系統(tǒng)引起的加工誤差

工藝系統(tǒng)會(huì)因?yàn)槭芰ψ冃位蛘呤軣嶙冃螐亩鴮?duì)機(jī)械加工的精度造成影響。工藝系統(tǒng)加工過(guò)程中，會(huì)因?yàn)橹亓?、慣性力等的作用，使得工藝系統(tǒng)因受力造成變形。產(chǎn)生變形以后的工藝系統(tǒng)會(huì)對(duì)其生產(chǎn)加工造成影響，破壞工件和切削刀之間的位置關(guān)系，從而造成加工誤差。工藝系統(tǒng)會(huì)因?yàn)槭芰c(diǎn)位置改變而影響工件的形狀，不均勻的毛坯材料在不同硬度的情況下對(duì)切削力的影響不同，因此對(duì)工藝系統(tǒng)會(huì)造成不同程度的影響，進(jìn)而產(chǎn)生不同程度的誤差。除了以上的影響以外，還會(huì)因其他不確定環(huán)節(jié)的作用力使得工藝系統(tǒng)變形，導(dǎo)致加工誤差的產(chǎn)生。工藝系統(tǒng)除了會(huì)受力變形以外，還會(huì)因受熱而變形。工藝系統(tǒng)會(huì)因?yàn)槭懿煌瑹嵩吹挠绊懚l(fā)生變形，從而影響生產(chǎn)工件的精度。工藝系統(tǒng)受熱變形的原因主要有三種：第一，機(jī)床運(yùn)作過(guò)久變熱形成熱源，由于機(jī)床的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，并且熱源分布不均勻，因此機(jī)床各個(gè)部位受溫度影響的情況不同，從而導(dǎo)致產(chǎn)生的誤差不同。此種原因造成的誤差對(duì)機(jī)械加工的幾何精度和加工精度有很大的影響。第二，工件在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)因?yàn)樽陨砘蛲庖虻淖饔米儫?，?dǎo)致工件出現(xiàn)加工誤差。第三，由于刀具的材料特性，其熱容量和體積都較小，因此使得熱量都集中在切削部位，其溫度會(huì)對(duì)處于切削環(huán)節(jié)的部件造成影響，影響加工的精度。

4.內(nèi)應(yīng)力分布引起的誤差

工件加工在不受外力的情況下，其自身也會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。該種內(nèi)應(yīng)力會(huì)影響工件金屬的能位狀態(tài)，使其處于向低能位轉(zhuǎn)化的狀態(tài)，以尋求自身的穩(wěn)定。該種轉(zhuǎn)化過(guò)程會(huì)使工件發(fā)生變形，從而影響工件加工的精度。工件內(nèi)應(yīng)力會(huì)在熱加工和冷校直工序中產(chǎn)生，工件在熱處理過(guò)程中會(huì)因?yàn)槠渥陨肀诤竦牟痪鶎?、冷卻不均勻等原因而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。由于絲杠之類的工件較為細(xì)長(zhǎng)，因此在經(jīng)過(guò)車(chē)削以后其內(nèi)應(yīng)力會(huì)重新分布，使得工件出現(xiàn)彎曲。

二、提高機(jī)械加工精度的策略

機(jī)械加工精度的提高需要從五個(gè)方面著手，分別是減少原始誤差、補(bǔ)償誤差、分化誤差、轉(zhuǎn)移誤差、就地加工。這些方法能夠從不同方面、不同程度實(shí)現(xiàn)對(duì)加工誤差的控制，從而提高機(jī)械加工的精度。

1.減少原始誤差

提高機(jī)械精度的最基本方法就是減少原始誤差，要在加工過(guò)程中將夾具、量具、工具本身的梢度提高，并且控制工藝系統(tǒng)在各方面的受力影響，降低其變形的程度。要想使機(jī)械加工精度得到很好的提高，就需要對(duì)導(dǎo)致誤差產(chǎn)生的各方面因素進(jìn)行分析，根據(jù)不同的影響程度和原因制定相應(yīng)的解決方案。只有將方案措施做到具有絕對(duì)的針對(duì)性，才能提高誤差控制的效果，從而提高機(jī)械加工的精度。在對(duì)精密零件進(jìn)行加工時(shí)，要從其幾何精度、剛度、加工變形等多個(gè)方面進(jìn)行控制，以保證誤差控制的效果。在對(duì)具有成形表面的零件進(jìn)行加工時(shí)，要對(duì)成形刀具進(jìn)行定時(shí)的檢查，并檢查其安裝是否妥當(dāng)，以減少其對(duì)精度的影響。

2.補(bǔ)償誤差

對(duì)于機(jī)械加工過(guò)程中產(chǎn)生的原始誤差，要對(duì)其通過(guò)補(bǔ)償從而控制成品的誤差。該種方法適用于對(duì)原始誤差無(wú)控制方法可行的情況，該種方法主要包含誤差補(bǔ)償法和誤差抵消法兩種。誤差補(bǔ)償法即通過(guò)人為的操作來(lái)制造出一種新的原始誤差，通過(guò)該種誤差來(lái)對(duì)原先工藝產(chǎn)生的誤差進(jìn)行補(bǔ)償，從而達(dá)到正負(fù)相抵的效果。該種方法的應(yīng)用需要先對(duì)誤差產(chǎn)生因素有全面的了解，并且能夠掌握其成因，從而通過(guò)相對(duì)的補(bǔ)償來(lái)控制機(jī)械加工的誤差。誤差抵消法即通過(guò)對(duì)一種原始誤差的利用，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)原有原始誤差或另外一種原始誤差的抵消。

3.分化誤差

分化誤差主要是通過(guò)將原始誤差進(jìn)行分化或均化處理，從而減小工件的誤差，提高工件的精度。該應(yīng)用該方法時(shí)，能夠?qū)纫筝^高的零件表面進(jìn)行試切加工，從而逐步實(shí)現(xiàn)原始誤差的均化。分化誤差主要是根據(jù)誤差反映的規(guī)律將工件尺寸在測(cè)量后分為N組，此種狀態(tài)下的工件尺寸范圍就縮減為原先的1/N。接著要根據(jù)每一組的誤差范圍情況進(jìn)行刀具相對(duì)工件位置的調(diào)整，該過(guò)程要保證每一組工件的尺寸分散范圍和中心能夠保持一致，從而控制工件整體的誤差。通過(guò)適當(dāng)使用定位元件來(lái)控制上道工序加工誤差對(duì)機(jī)械加工精度的影響，從而將工件尺寸范圍控制在一定標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，這種方法相比較其他精度提高的方法要更加簡(jiǎn)便可行。均化原始誤差的過(guò)程就是將加工過(guò)程中的表面原有誤差進(jìn)行不斷的均化使其逐漸縮小，在此過(guò)程中，要對(duì)工件或工具的表面進(jìn)行多次的核對(duì)和比較，找出差異之所在，再對(duì)其進(jìn)行修正處理。

4.轉(zhuǎn)移誤差

轉(zhuǎn)移誤差即將誤差轉(zhuǎn)移到非敏感的方向，使該種誤差對(duì)加工的精度沒(méi)有影響。機(jī)械加工的誤差是由其敏感方向的誤差直接造成的，因此在機(jī)械加工過(guò)程中，只要將誤差轉(zhuǎn)移到非敏感方向，就會(huì)使加工過(guò)程的誤差對(duì)機(jī)械精度不會(huì)造成影響。非敏感方向一般是加工表面切線方向，將誤差往該方面轉(zhuǎn)移能夠使加工精度得到很大的提高。大型機(jī)床因其橫梁較差，因此在受到重力作用以后容易發(fā)生扭曲變形，為了避免這種問(wèn)題的產(chǎn)生可以在機(jī)床的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上添加一根承重附和梁，該附和梁能夠起到承受機(jī)床自身重力的作用，因此不容易發(fā)生扭曲變形，同時(shí)也減少了機(jī)床加工產(chǎn)生的誤差。

5.就地加工

就地加工即在進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)，對(duì)重要工件的表面在裝配以后再進(jìn)行精加工。一般的工件由于在進(jìn)行精加工以后再進(jìn)行裝配，因此每一個(gè)零件的誤差累計(jì)會(huì)對(duì)工件整體造成較大的影響。但是在裝配以后再進(jìn)行精加工則可以從整體上控制誤差，使整體的誤差最小，從而提高機(jī)械加工的精度。在機(jī)械加工和裝配的過(guò)程中，很多零件的相互關(guān)系都會(huì)影響到精度，并且此中相互關(guān)系較為復(fù)雜，因此如果只注重提高零件的精度，則無(wú)法實(shí)現(xiàn)工件整體的精度標(biāo)準(zhǔn)。先精加工再裝配的方法不僅不能保證工件的精度，還需要相對(duì)較高的成本。就地加工方法較為簡(jiǎn)便，不僅能夠減少操作的難度，還能夠提高裝配后工件的精度。該種方法的適用范圍較廣，操作也較為簡(jiǎn)便，能夠避免重復(fù)繁瑣的操作程序，并且從整體上做到精度的提高。

總之，對(duì)于機(jī)械加工而言，加工出精度合乎標(biāo)準(zhǔn)的工件是其加工的追求目標(biāo)。在機(jī)械加工過(guò)程中，影響機(jī)械加工精度的因素眾多，除了已總結(jié)出的方面以外，還有其他不定性因素會(huì)對(duì)其造成影響。因此在機(jī)械生產(chǎn)過(guò)程中很難做到完全沒(méi)有誤差，但必須要將誤差控制在一定范圍內(nèi)，保證工件的精度合格。在掌握導(dǎo)致誤差的原因以后，要制定相應(yīng)的措施來(lái)減少誤差，要從加工過(guò)程和加工以后進(jìn)行雙重的控制。盡量在工藝原始誤差階段將誤差進(jìn)行有效的控制。在無(wú)法避免誤差的情況下還可以通過(guò)加工過(guò)程中的處理來(lái)提高精度。在機(jī)械加工過(guò)程中，要確保工件的精度合格，否則會(huì)使其在使用過(guò)程中造成不可預(yù)計(jì)的影響和損失。因此，機(jī)械加工精度的提高要從基礎(chǔ)方面入手，定時(shí)對(duì)加工設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)方法的調(diào)控來(lái)實(shí)現(xiàn)誤差的控制。