提高機(jī)械加工精度的工藝措施探討

摘要：機(jī)械加工精度對(duì)機(jī)械的質(zhì)量和使用壽命有著重要的影響，可以說(shuō)，機(jī)械加工精度是機(jī)械質(zhì)量的決定性因素。文章對(duì)機(jī)械加工工藝流程要點(diǎn)進(jìn)行了闡述，還對(duì)機(jī)械加工的精度進(jìn)行分析和研究，探討改進(jìn)機(jī)械加工精度的具體措施，這對(duì)于工程的實(shí)踐有積極的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工精度；工藝措施；機(jī)械質(zhì)量；流程要點(diǎn)；幾何誤差 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TH161 文章編號(hào)：1009-2374（2015）05-0039-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0352

我國(guó)作為制造業(yè)大國(guó)，機(jī)械加工每年貢獻(xiàn)的產(chǎn)值非常巨大，但是機(jī)械加工的精度參差不齊，與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比，存在一定的差距。當(dāng)前我國(guó)要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)的升級(jí)轉(zhuǎn)型，從制造業(yè)大國(guó)向制造業(yè)強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)型，需要改善加工的精度，研究機(jī)械加工工藝對(duì)加工精度的影響。

1 機(jī)械加工精度的影響因素

1.1 幾何誤差對(duì)加工精度的影響

1.1.1 調(diào)整誤差。在機(jī)械加工的過(guò)程中，加工機(jī)械所需要的夾具、刀具和機(jī)床在對(duì)機(jī)械零件進(jìn)行加工的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生誤差，需要對(duì)誤差進(jìn)行調(diào)整，但是在調(diào)整的過(guò)程中并不能保證完全到位，也可能出現(xiàn)誤差。調(diào)整過(guò)程中因方法的不同也會(huì)導(dǎo)致不同誤差的出現(xiàn)，誤差的出現(xiàn)受到許多因素的影響，因而在研究調(diào)整誤差時(shí)需要結(jié)合具體的調(diào)整方式。

1.1.2 制造誤差。在機(jī)械加工中，刀具制造的精度和工作的環(huán)境會(huì)對(duì)加工的精度造成影響。但是產(chǎn)品加工的精度不會(huì)因?yàn)閱稳械兜闹苯佑绊懀慵某叽绾蛶缀涡螤顣?huì)在加工過(guò)程中因本身的磨損而改變，因此，在對(duì)機(jī)械零部件進(jìn)行加工時(shí)需要檢查刀具本身是否存在制作方面的誤差。

1.1.3 機(jī)床自身幾何誤差。機(jī)床自身幾何誤差主要是安裝誤差、制造誤差和磨損誤差等幾種常見的誤差，其中，制造誤差是最大的誤差。機(jī)床自身的三種基本誤差為導(dǎo)軌誤差、傳動(dòng)鏈誤差和主軸回轉(zhuǎn)誤差。導(dǎo)軌誤差，導(dǎo)軌出現(xiàn)誤差將會(huì)明顯作用于加工的精度，出現(xiàn)直線度誤差、扭曲度誤差、相互位置誤差等，為了減少導(dǎo)軌誤差，可以從材料、潤(rùn)滑、保護(hù)裝置、結(jié)構(gòu)等方面著手；傳動(dòng)鏈誤差，該誤差出現(xiàn)的原因主要是因?yàn)榘惭b傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，制造和后續(xù)作業(yè)等條件下因磨損導(dǎo)致的，出現(xiàn)先后運(yùn)動(dòng)誤差。實(shí)驗(yàn)表明，減少傳動(dòng)鏈部件數(shù)量和縮短傳動(dòng)鏈可以實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)誤差數(shù)值量的減少；主軸回轉(zhuǎn)誤差，回轉(zhuǎn)誤差會(huì)影響產(chǎn)品加工表面的形狀，部件因角度擺動(dòng)出現(xiàn)圓柱度誤差，部件端受軸向竄動(dòng)會(huì)有平面度誤差，但斷面不會(huì)受其影響。

1.2 工藝受力變形對(duì)加工精度的影響

機(jī)械零部件加工過(guò)程中因傳動(dòng)力、重力、切削力等作用會(huì)導(dǎo)致變形，變形會(huì)引起刀具和加工工具相對(duì)位置產(chǎn)生變化，從而導(dǎo)致零部件在加工過(guò)程中幾何形狀和尺寸出現(xiàn)誤差。外圓車刀具有較大的剛度，而刀桿的剛度相對(duì)弱，由于二者的剛度不一致，當(dāng)受力時(shí)，刀桿容易發(fā)生變形。此外，機(jī)床部件的剛度也會(huì)對(duì)加工零件產(chǎn)生影響，而其影響的程度只能通過(guò)實(shí)驗(yàn)得知。

圖1 為受力變形對(duì)工件精度的影響

1.3 加工精度受工藝系統(tǒng)熱變形的影響

機(jī)械加工的工藝系統(tǒng)在受熱作用時(shí)，會(huì)發(fā)生變形，尤其是存在比較劇烈的溫差時(shí)，對(duì)工具自身運(yùn)動(dòng)與幾何關(guān)系會(huì)產(chǎn)生比較大的破壞作用?？刂坪眉庸さ臒嵊绊憣?duì)于精度有積極的意義。加工工藝的變形主要包含三種：工件熱變形、機(jī)床熱變形和刀具熱變形。如果所需加工的零件的長(zhǎng)度長(zhǎng)，而精度要求高時(shí)，工件的熱變形對(duì)精度的影響是最為明顯的。工件加工時(shí)，經(jīng)常在單面進(jìn)行切削，由于存在溫差，會(huì)導(dǎo)致工件的隆起，產(chǎn)生較大的誤差。而加工中將隆起的部分削平，當(dāng)溫度降低之后，削平的部位又會(huì)出現(xiàn)收縮，有凹槽，導(dǎo)致較大的平面誤差度。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)分析得出，對(duì)于此類問(wèn)題最為常用的方式是加入切削液，對(duì)溫差進(jìn)行補(bǔ)償，盡量降低加工時(shí)零件表面的溫度。

1.4 加工精度受定位誤差的影響

機(jī)械加工過(guò)程中會(huì)涉及到很多工藝定位，定位過(guò)程中如果定位不標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生誤差也會(huì)對(duì)機(jī)械加工的精度造成影響。機(jī)械加工工藝定位大體上有設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工序基準(zhǔn)，這兩種基準(zhǔn)稱為定位基準(zhǔn)。在對(duì)零部件進(jìn)行加工的時(shí)候需要選擇零部件的多種幾何參數(shù)作為加工過(guò)程中的定位基準(zhǔn)，如果選擇的定位基準(zhǔn)不符合設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，就會(huì)因基準(zhǔn)不重合而出現(xiàn)誤差，現(xiàn)實(shí)制造過(guò)程中一般機(jī)床上的定位元件因各種條件的限制不可能和基本尺寸絕對(duì)吻合，定位元件的實(shí)際尺寸和位置允許有一定的變動(dòng)幅度，定位幅度過(guò)大或者定位不準(zhǔn)確就會(huì)造成定位誤差。

1.5 加工精度受加工原理的影響

機(jī)械加工的過(guò)程中由于采取了近似加工法，近似傳動(dòng)法或近似刀具輪廓而產(chǎn)生的加工誤差稱之為加工原理誤差。很多時(shí)候?yàn)榱说玫揭蟮墓ぜ砻妫趯?shí)際加工過(guò)程中，工藝師會(huì)在工件或刀具的運(yùn)動(dòng)之間建立一定的關(guān)聯(lián)。理論上來(lái)說(shuō)要采用完全準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)聯(lián)系，但是實(shí)際生產(chǎn)中由于完全準(zhǔn)確的加工原理會(huì)導(dǎo)致機(jī)床或夾具制造極為復(fù)雜，使得制造工藝極為復(fù)雜而難以滿足現(xiàn)實(shí)條件，基本上不可能做得到，這就是近似加工運(yùn)動(dòng)誤差。

2 改進(jìn)機(jī)械加工精度的誤差抵消法

采取抵消法或者補(bǔ)償法抵消和補(bǔ)償原來(lái)的系統(tǒng)誤差，從而減少零部件的加工誤差，提高零部件的加工精度，這種方法稱之為誤差抵消法。如果原始的誤差為負(fù)值，那么人工產(chǎn)生的誤差就要取正值，反之則取負(fù)值，這兩種做法的目的就是為了相互補(bǔ)償原來(lái)的系統(tǒng)誤差，使得兩者大小相等，除此之外，利用一種原始誤差抵消另一種原始誤差就是通過(guò)相互抵消的方式減少加工的誤差，提高零部件的加工精度。

2.1 平均原始的誤差

有些精度要求很高的零件，可以通過(guò)加工使得零件的加工表面的原始誤差均勻化。對(duì)經(jīng)過(guò)工具的表面和工件給予檢查和比較，進(jìn)而找出其中的差異，在對(duì)零件進(jìn)行修正或者按照基準(zhǔn)進(jìn)行加工，在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，直尺、端齒分度盤和平板等都是采用將原始誤差平均化的原理來(lái)加工。

2.2 轉(zhuǎn)移原始的誤差

將機(jī)械零件的原始誤差從敏感方向的誤差轉(zhuǎn)化到非敏感方向的誤差，進(jìn)而達(dá)到將機(jī)械工藝的受力變形、幾何誤差以及熱變形等原始誤差轉(zhuǎn)移。原始的誤差能否直接的在加工誤差上反映出來(lái)，是否能夠提高零件的精度，決定于其是否在誤差的敏感方向上。

2.3 減少原始的誤差

機(jī)械加工精度和量具和夾具的本身精度的提高，減少加工工藝系統(tǒng)的受熱、受力和刀具的磨損以及測(cè)量誤差，采取措施降低原始的誤差。所以如果想要提高機(jī)械的加工精度，就要對(duì)各個(gè)原始誤差都進(jìn)行研究，對(duì)于不同的誤差采用不同的方式進(jìn)行解決。對(duì)于有固定形狀的零件的加工，要減少刀具安裝和刀具的具體形狀的誤差，對(duì)于一些很精密的零件的加工，要提高所用的精密機(jī)床的剛度以及精度。

2.4 分化原始誤差法

分化原始誤差的方法能夠有效地提高零部件的加工精度，從誤差的反映規(guī)律來(lái)看，一般將毛坯上的工件的幾何尺寸根據(jù)具體的情況分成幾個(gè)小組，每個(gè)小組尺寸的范圍可以被縮小，然后依據(jù)具體的誤差來(lái)調(diào)試工件的正確位置，縮小整批的工件的分散范圍。

2.5 均化原始誤差法

對(duì)于要求加工配合精度很高的軸和孔的加工過(guò)程中一般采用研磨方式，研磨工藝本身精度并不高，但是卻能通過(guò)與工件做相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)經(jīng)過(guò)研磨對(duì)工件進(jìn)行微量的切削，使得工件達(dá)到很高的精度，當(dāng)然，研磨工具也相應(yīng)地被工件磨去一部分，這種表面之間的摩擦和磨損是一種不斷減小誤差的過(guò)程，這個(gè)方法就是均化原始誤差法，既能提高零部件的加工進(jìn)度，又能提高磨具自身的精度，這種方法的實(shí)質(zhì)就是兩個(gè)相互作用的表面進(jìn)行比較和檢查，然后找出兩者之間的差異，并互為基礎(chǔ)，進(jìn)行修正，不斷縮小和分化零部件表面的誤差。

3 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)的機(jī)械制造業(yè)迅速發(fā)展以及國(guó)家對(duì)于各種機(jī)械零件日益增加的需求，對(duì)于機(jī)械的加工行業(yè)的精度提出了更高的挑戰(zhàn)。在機(jī)械加工的過(guò)程中可以采取一些措施來(lái)降低能量的消耗進(jìn)而提高機(jī)械加工的精度，比如選用合適的工裝、適宜的調(diào)節(jié)機(jī)械加工的工藝路線、合理的增加生產(chǎn)工序等。但是機(jī)械加工過(guò)程中產(chǎn)生的誤差是很難避免的，會(huì)改變工件和刀具等在切削的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的位置變動(dòng)，所以必須對(duì)產(chǎn)生誤差的具體原因進(jìn)行分析研究，才能找到提高機(jī)械加工精度的方法，研究機(jī)械的加工精度的提高措施，對(duì)于機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展以及目前的市場(chǎng)需要具有重要意義。

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作者簡(jiǎn)介：魏杰（1971-），男，遼寧遼陽(yáng)人，遼寧建筑職業(yè)學(xué)院副教授，機(jī)械工程碩士，研究方向：數(shù)控技術(shù)與機(jī)械加工工藝技術(shù)方向的研究與教學(xué)。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）