對機(jī)械加工工藝過程質(zhì)量控制模型的分析

路偉 馬躍

摘? 要：在機(jī)械加工的工藝過程中，各種因素影響下的誤差往往是難以避免的，這些誤差不僅會降低機(jī)械零件的質(zhì)量以及成品合格率，同時(shí)也會對工序的工藝能力造成直接的影響。為此，文章對機(jī)械加工工藝過程中的質(zhì)量影響因素進(jìn)行了分析，并在此基礎(chǔ)上對機(jī)械加工工藝過程質(zhì)量控制模型的構(gòu)建展開了探討。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工;工藝過程;質(zhì)量控制

中圖分類號：TH161? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）06-0126-02

引言

機(jī)械加工對于產(chǎn)品要求是非常嚴(yán)格的，只要產(chǎn)品零部件的任何一項(xiàng)指標(biāo)不符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，就不屬于合格產(chǎn)品，而這類不合格產(chǎn)品一旦被使用，那么就很可能會給產(chǎn)品使用者帶來危險(xiǎn)隱患，并降低企業(yè)產(chǎn)品的市場信用，這些對于機(jī)械加工企業(yè)的發(fā)展來說都是非常不利的，而對機(jī)械加工工藝過程質(zhì)量控制模型進(jìn)行，則能夠在很大程度上避免這類問題的發(fā)生。

1 機(jī)械加工工藝過程質(zhì)量的影響因素

1.1 加工機(jī)床幾何誤差

加工機(jī)床是現(xiàn)代機(jī)械加工所必不可少的設(shè)備，其精度對于零件產(chǎn)品的加工精度有著非常直接的影響，在機(jī)械加工工藝過程中，一旦加工機(jī)床在安裝、調(diào)試方面出現(xiàn)問題，那么機(jī)床的各項(xiàng)參數(shù)就很可能會受到影響，進(jìn)而影響到零件產(chǎn)品的加工，產(chǎn)生與加工機(jī)床類似的幾何誤差。從目前來看，加工機(jī)床的幾何誤差主要可分為三種：第一是加工機(jī)床回轉(zhuǎn)軸位置、角度出現(xiàn)偏差，進(jìn)而導(dǎo)致零件的幾何誤差;第二是加工機(jī)床的導(dǎo)軌角度、間距產(chǎn)生幾何偏差;第三則是加工機(jī)床的傳動鏈條出現(xiàn)幾何偏差。

1.2 加工刀具幾何誤差

加工刀具是加工機(jī)床非常重要的組成部分，同時(shí)也是零件機(jī)械加工的主要工具，一般來說，加工刀具在零件加工中主要用于零件的切削，不同零件產(chǎn)品由于設(shè)計(jì)要求不同，對加工刀具也往往會有著比較嚴(yán)格而嚴(yán)格的要求。一旦刀具的厚度、寬度、長度等參數(shù)出現(xiàn)異常，那么在加工機(jī)床同樣的控制操作下，零件產(chǎn)品的外形就會出現(xiàn)不同于設(shè)計(jì)要求的操行。一般來說，加工刀具產(chǎn)生幾何誤差的原因主要有以下幾點(diǎn)：第一是加工刀具使用時(shí)間過長或是在使用過程中保養(yǎng)工作不到位，導(dǎo)致刀具出現(xiàn)不同程度的磨損，其精度自然就會有所下降;第二是加工刀具的進(jìn)廠質(zhì)量審核不夠嚴(yán)格，刀具本身的各項(xiàng)參數(shù)就不符合精度要求;第三則是加工刀具在安裝過程中出現(xiàn)錯誤，導(dǎo)致刀具規(guī)格不符合相關(guān)要求[1]。

1.3 加工定位誤差

機(jī)械加工是在加工機(jī)床上進(jìn)行的，加工過程中機(jī)床各部件、刀具的位置相對固定，因此只有將零件產(chǎn)品放置在固定位置上，才能夠加工出想要的零件，如果加工定位出現(xiàn)了偏差，那么零件產(chǎn)品的精度也同樣會受到影響。例如在機(jī)械加工中，加工定位通常都是按照定位基準(zhǔn)進(jìn)行的，如果定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)要求不匹配，或是零件產(chǎn)品的位置未能與預(yù)定基準(zhǔn)重合，那么就必然會出現(xiàn)加工定位幾何誤差，一旦開始加工，零件的尺寸、大小等都會出現(xiàn)差異。另外在確定定位基準(zhǔn)時(shí)，往往需要進(jìn)行一系列的計(jì)算，如果這一過程中計(jì)算出現(xiàn)偏差，那么同樣會產(chǎn)生定位幾何誤差。

1.4 零件受熱變形誤差

在進(jìn)行機(jī)械加工的過程中，如果機(jī)械設(shè)備進(jìn)行長時(shí)間的工作，很有可能會產(chǎn)生機(jī)械過熱的問題。如果加工機(jī)械過熱，那么用其進(jìn)行加工的零件很有可能出現(xiàn)過熱的情況，從而也會出現(xiàn)熱變形的問題。當(dāng)然，零件的熱變形還會受到加工外部環(huán)境的影響，如果外部環(huán)境過熱，則會對加工機(jī)械以及加工零件產(chǎn)生影響，加工零件很有可能會產(chǎn)生熱變形的現(xiàn)象;如果加工零件的周圍存在過熱的設(shè)備，很有可能會通過熱傳遞的方式而使得零件加工產(chǎn)生熱變形。因此，零件受熱變形是導(dǎo)致其出現(xiàn)加工誤差的一個(gè)重要原因，因而又導(dǎo)致機(jī)械加工的質(zhì)量無法得到保證。

1.5 加工工藝調(diào)整誤差

在進(jìn)行機(jī)械加工的過程中，難免會遇到對加工工藝進(jìn)行調(diào)整的情況，其中還存在加工工藝調(diào)整誤差產(chǎn)生的事件。零件加工對生產(chǎn)工藝有比較高的要求，而進(jìn)行工藝調(diào)試過程中，很有可能會出現(xiàn)調(diào)整誤差。因此，加工工藝調(diào)整會帶來零件加工精度產(chǎn)生誤差的風(fēng)險(xiǎn)，從而使得零件質(zhì)量無法得到保證。

2 機(jī)械加工工藝過程質(zhì)量控制模型的分析

2.1 單工序誤差傳遞模型

在機(jī)械加工的工藝過程中，誤差是指實(shí)際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)間的差異，由于工序步驟較多，每一道工序所需的也比較復(fù)雜，因此無論是原理誤差、刀具誤差、加工定位誤差等原始誤差，還是受熱變形誤差、工藝調(diào)整誤差等在加工階段形成的誤差，都會受到誤差傳遞的影響。也就是說，哪怕是在單工序工藝過程中，同樣可能會存在多種加工誤差，而這些加工誤差則會不斷傳遞，并對加工零件產(chǎn)品最終的實(shí)際幾何參數(shù)造成不同程度影響。基于這一點(diǎn)，我們可以建立單工序的誤差傳遞模型，對一道工序存在的加工誤差進(jìn)行測算，并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。一般來說，一道工序的加工誤差可表示為Y=f（X）+d，其中Y為工序的輸入尺寸，X為工序的輸出尺寸，而d則為工序本身的原始誤差，輸入尺寸X與輸出尺寸Y之間存在傳遞函數(shù)關(guān)系（即產(chǎn)品尺寸在誤差的影響下，逐漸由輸入尺寸變?yōu)檩敵龀叽纾胒（X）表示。從具體上來看，由于工序中的操作比較復(fù)雜，因此單工序的誤差傳遞模型可以進(jìn)一步展開，假設(shè)X0、Y0分別為X、Y的基本尺寸值，則傳遞函數(shù)關(guān)系f（X）=f（X0）+f′（X0）/1?。╔-X0）+f（k）（X0）/k?。╔-X0）+……，同時(shí)由于輸入尺寸與基本尺寸值X0間的差值為工序尺寸偏差，而工序尺寸偏差與基本尺寸值X0間的比值絕對值又小于1，因此可得單工序中的誤差傳遞模型yi=aixi+di，其中ai為誤差傳遞系數(shù)，aixi則為實(shí)際傳遞誤差，通過計(jì)算，即可得到該工序的總誤差值。

2.2 多工序誤差傳遞模型

與單工序誤差傳遞相比，多工序誤差傳遞更為復(fù)雜，對于多工序誤差傳遞模型的構(gòu)建，也需要考慮更多的問題。首先，機(jī)械加工是一項(xiàng)系統(tǒng)性的工作，其由多道工序組成，不同工序間存在著密切的聯(lián)系，每一道工序的順序也不會輕易改變，因此在得到某一道工序的輸出尺寸與輸出誤差后，實(shí)際上也就相當(dāng)于得到了下一道工序的輸入尺寸與輸入誤差，而在多道工序的加工過程中，這一誤差值也同樣會發(fā)生傳遞性的變化。為此，我們可以按照加工順序?qū)C(jī)械加工的所有具體工序進(jìn)行排列，并用n進(jìn)行表示，而單工序的輸入誤差則可表示為Xi=Yi-1，基于這一公式，多工序的誤差傳遞模型應(yīng)為yn=anxn+dn。

2.3 工序尺寸公差模型

在機(jī)械加工工藝過程中，產(chǎn)品誤差的形成具有著流動性的特點(diǎn)，也就是說，其最終輸出誤差可以在每一道工序中分解為不同的部分，雖然在每一道工序原始誤差的影響下，輸出誤差會不斷加大，但如果能夠按照工序尺寸公差模型（某道工序允許的最大輸出誤差）對輸出誤差進(jìn)行不斷修正，那么就能夠逐漸縮小誤差，并保證最終的成品誤差符合設(shè)計(jì)要求。根據(jù)對相關(guān)研究結(jié)果的綜合分析，通常情況下可將工序尺寸公差模型定為Ti=Tp-（Tp-Tc）[M1+M2+…+Mi/M]，其中Ti表示某一道工序的公差，i表示工序順序，Mi為公差分配系數(shù)，Tp為零件產(chǎn)品的毛坯公差，Tc則為零件產(chǎn)品的成品公差[2]。

2.4 空間誤差模型

空間誤差模型是誤差補(bǔ)償?shù)囊环N有效手段，簡單來說就是將零件產(chǎn)品的機(jī)械加工看做是一個(gè)獨(dú)立的加工空間，根據(jù)空間中的刀具總誤差來改變刀具的位置，從而人為的創(chuàng)造出一種新的誤差，抵消加工工藝過程中具有的原始誤差。空間誤差模型的構(gòu)建需要利用到剛體運(yùn)動學(xué)理論和齊次坐標(biāo)變換技術(shù)，在加工空間中建立三維坐標(biāo)，之后利用函數(shù)將刀具位置與原始誤差聯(lián)系起來，這樣在得到誤差源后就，可以從刀具位置入手，建立空間誤差的通用模型，解決工藝過程中的原始誤差問題，但由于，不同零件產(chǎn)品的加工工藝過程存在較大差異，因此空間誤差模型還需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行構(gòu)建[3]。

2.5 零件切削誤差模型

零件切削誤差模型同樣屬于誤差補(bǔ)償手段，但與空間誤差模型不同的是，零件切削誤差模型主要是通過切削試驗(yàn)以及軟件建模分析來實(shí)現(xiàn)。一般來說，零件切削誤差模型的構(gòu)建需要先進(jìn)行切削試驗(yàn)，對零件產(chǎn)品在加工工藝過程中所受到的各種切削力進(jìn)行明確，之后根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果建立相應(yīng)的切削力仿真模型，對零件產(chǎn)品在加工工藝過程中會受到的切削力進(jìn)性模擬，最后，通過對切削過程的分析，就能夠?qū)⒘慵赡艹霈F(xiàn)的誤差變形確定下來，并做出相應(yīng)的誤差補(bǔ)償。

3 結(jié)束語

總而言之，機(jī)械加工工藝過程中的加工誤差來自于很多方面，這些因素都會對零件產(chǎn)品的精度造成直接的影響，但如果能夠充分利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，將各種機(jī)械加工工藝過程質(zhì)量控制模型構(gòu)建起來并進(jìn)行靈活運(yùn)用，那么機(jī)械加工的工藝能力與精度就都會得到較大的提升。

參考文獻(xiàn)：

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[2]王恩雙，徐連軍.機(jī)械制造質(zhì)量的影響因素及控制策略[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（06）：122.

[3]韋靖，馬柯，南博儒.數(shù)控加工過程質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)研究[J].現(xiàn)代制造工程，2014（06）：58-63.