機(jī)械加工對金屬零件加工精度的影響分析

郭帥 郭前 張晉陽 李躍東

摘? 要：文章通過以某一齒輪零件加工為例，在介紹機(jī)械加工的同時，對該零件加工精度產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析，以全面消除機(jī)械加工帶來的不良影響因素，合理提出金屬零件加工精度的解決措施。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工;金屬零件;加工精度

中圖分類號：TH161? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）29-0118-02

Abstract： Taking the machining of a gear part as an example， this paper introduces the machining and analyzes the influence of the machining accuracy of the part， in order to eliminate the bad factors caused by the machining in an all-round way. Finally， some reasonable measures to solve the machining accuracy of metal parts are put forward.

Keywords： machining; metal parts; machining accuracy

1 機(jī)械加工工藝流程介紹

機(jī)械加工主要是利用專門的工藝對金屬零件等進(jìn)行加工，通過采取先進(jìn)的工藝技術(shù)以提高零件加工的精度。同時，零件在打磨階段對于精度的控制也提出了更高要求，在這種情況下，一般都是要對零件開展粗加工，再進(jìn)行細(xì)加工。粗加工主要是指零件在打磨過程中需要符合零件加工的標(biāo)準(zhǔn);細(xì)加工主要是指在對零件打磨進(jìn)行嚴(yán)格計(jì)算后以提升加工的精度，符合打磨要求的程度。機(jī)械加工之后還需要對加工的金屬零件開展檢查和校驗(yàn)工作，以保障金屬零件在加工過程中將誤差控制在允許的范圍之內(nèi)，對于一些超出允許范圍的金屬零件予以報廢和處理。同時，設(shè)備質(zhì)量還會對金屬零件的精度帶來一定的影響，在之后機(jī)械加工時需要對相關(guān)的設(shè)備進(jìn)行選擇，注重機(jī)械設(shè)備的安裝，降低機(jī)械零件的加工精度等，特別是在生產(chǎn)過程中如果出現(xiàn)磨損的問題，其金屬零件的精度也會受到一定的影響。

2 機(jī)械加工對金屬零件加工精度的影響分析

2.1 外部因素帶來的影響

機(jī)械加工過程中，受到外力的影響導(dǎo)致金屬構(gòu)件發(fā)生變形的情況，并對金屬零件加工的精度產(chǎn)生了較大的影響。同時，金屬構(gòu)件的變形還會直接影響機(jī)械加工系統(tǒng)的安全運(yùn)行，縮短加工系統(tǒng)的使用年限。文章通過對機(jī)械加工對零件加工精度帶來的外部因素進(jìn)行了細(xì)分：（1）部件相互作用后產(chǎn)生的摩擦等，在多種力的作用和影響下，使得金屬零件在加工時其精度值超出標(biāo)準(zhǔn)值。（2）運(yùn)行的強(qiáng)度不斷加大。刀具和夾具等構(gòu)件在運(yùn)行過程中，如果長時間的運(yùn)轉(zhuǎn)將會帶來較大的負(fù)荷，特別是這些部件沒有進(jìn)行維護(hù)等都會使部件發(fā)生形變或者發(fā)生位移等，從而使零件加工精度受到一定的影響。其主要表現(xiàn)為以下幾個方面：

2.1.1 摩擦現(xiàn)象

機(jī)械加工過程中有些流程需要手動才能完成相應(yīng)的操作。如果操作人員的專業(yè)技能和技術(shù)水平較低，那么在加工過程中無法保障加工精度在可控范圍之內(nèi)，特別是很少有人能夠達(dá)到加工“0誤差”的目標(biāo)。其主要是由以下兩個方面造成的精度較低：一方面，金屬零件加工過程中，刀具精度較低，金屬零件的精度有限。其主要是因?yàn)榈毒吆徒饘倭慵谙嗷プ饔孟庐a(chǎn)生的較大摩擦，在長期摩擦作用下，直接影響加工效果，降低零件精度。另一方面，機(jī)床長時間處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)誤差現(xiàn)象使得中心軸發(fā)生較大偏離，直接影響到金屬零件的加工精度。

2.1.2 受力變形現(xiàn)象

機(jī)械加工過程中對金屬零件的加工主要依靠夾具對零件進(jìn)行加緊，使用刀具對其進(jìn)行進(jìn)一步的加工。在這一過程中，金屬零件無法抵抗和承受夾緊力和切削力等外力作用，導(dǎo)致金屬零件產(chǎn)生不同程度的變形，進(jìn)而使得金屬零件的誤差不斷加大，降低加工精度。同時，金屬零件在加工過程中，還會承受溫度應(yīng)力的作用，當(dāng)金屬零件超出所承受的標(biāo)準(zhǔn)值時，就會使零件出現(xiàn)變形的現(xiàn)象，特別是在高溫情況下產(chǎn)生高溫變形，一旦加工零件在冷卻后就會發(fā)生構(gòu)件變形現(xiàn)象，其精度值也與設(shè)計(jì)值存在較大偏差和誤差。

2.2 原理誤差影響

金屬零件在加工過程中，為了保障零件表面的平整度，需要運(yùn)用刀刃對整體的輪廓進(jìn)行加工，而在這一過程中所產(chǎn)生的誤差被稱之為原理誤差。主要是因?yàn)榻饘倭慵诩庸み^程中為了提升金屬零件表面的精度，通過采用加工原理以使輪廓加工更加精準(zhǔn)。需要引起注意的是企業(yè)不能為了過度提升金屬零件的精準(zhǔn)度而浪費(fèi)大量的人力和物力，造成生產(chǎn)效率不斷降低，直接影響到企業(yè)最終的經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 殘余應(yīng)力產(chǎn)生的精度值存在偏差

殘余應(yīng)力是機(jī)械加工過程中對零件外部荷載處理后，在內(nèi)部殘留的應(yīng)力。其中熱加工和冷加工等都屬于殘余應(yīng)力。如果金屬零件中存在大量殘余的金屬零件，將會導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力失去平衡，使得零件缺乏一定的穩(wěn)定性。同時，內(nèi)應(yīng)力會使零件面臨變形的現(xiàn)象，特別是分布范圍的不斷變化，使零件發(fā)生變形的可能性不斷加大，同時加工精度也會越來越不準(zhǔn)確。

2.4 數(shù)控程序編程過程帶來的影響

金屬零件在開展機(jī)械加工時，主要運(yùn)用數(shù)控機(jī)床以提升加工的效率。而數(shù)控機(jī)床在運(yùn)行過程中主要是采用相應(yīng)的程序?qū)ζ溥M(jìn)行控制，程序的編輯也會對金屬零件的加工精度帶來一定的影響。但是在機(jī)械加工過程中，一般都是根據(jù)金屬零件的加工要求對數(shù)控機(jī)床開展編程，一旦編程原點(diǎn)在選擇過程中出現(xiàn)不合理的現(xiàn)象，會使尺寸公差的換算與實(shí)際生產(chǎn)產(chǎn)生較大偏差，通常是按照金屬零件的加工要求對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行編程，如果編程原點(diǎn)選擇不當(dāng)，直接影響尺寸公差換算值的準(zhǔn)確度，造成加工誤差現(xiàn)象，特別是會使金屬零件輪廓出現(xiàn)精度不足的現(xiàn)象。

3 提升金屬零件加工精度的策略研究

3.1 加強(qiáng)對溫度的有效控制

金屬零件加工的工序較多，很多工序在加工時會釋放大量的熱量。金屬無法承受高溫將會發(fā)生變形現(xiàn)象，直接影響了加工的精度。因此，金屬零件在加工時需要對溫度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，降低溫度持續(xù)增高等給金屬零件帶來的影響。同時，機(jī)械加工的溫度超出標(biāo)準(zhǔn)值時毛坯內(nèi)部就會產(chǎn)生應(yīng)力，通過采用退火工序等對出現(xiàn)的應(yīng)力進(jìn)行消除，從而進(jìn)一步提升金屬零件的切削性能。例如：機(jī)械粗加工過程中通過增設(shè)退火工序，采取冷卻降溫的方式，能夠縮小高溫的范圍，降低溫度所帶來的精度不足的問題，從而達(dá)到提升精度的目的。

3.2 解決外在因素，消除外力作用

金屬零件在進(jìn)行機(jī)械加工時，零件與零件之間在相互運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會產(chǎn)生大量的摩擦力和壓力，外力作用不斷增加，直接影響了金屬零件加工的精度。因此，為了能夠提高金屬零件加工的精度，可以通過消除這些外力作用，以降低外力因素帶來的影響。其這些重要舉措主要包括：（1）金屬零件在加工過程中重點(diǎn)對這些加工設(shè)備進(jìn)行檢查，一旦發(fā)現(xiàn)這些構(gòu)件結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較大的摩擦力時，則需要對其進(jìn)行調(diào)整和完善。（2）對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行定期的打磨，減少設(shè)備與零件之間產(chǎn)生的過大摩擦力，進(jìn)一步提升金屬零件加工的質(zhì)量和效率，為企業(yè)帶來更可觀的收益。

3.3 加強(qiáng)操作人員的操控技能

技術(shù)人員作為機(jī)械加工的主體，其是金屬加工工作的主要操控者。因此，他們技術(shù)水平高低直接關(guān)系著加工精度。因此，提升操作人員的專業(yè)技能和綜合素養(yǎng)等，能夠提升機(jī)械加工的效率和質(zhì)量，保障金屬零件在加工過程中能夠達(dá)到加工精度要求。例如：加大對這些人員的培訓(xùn)，在全面提升設(shè)備加工工藝技能的基礎(chǔ)上，還能夠進(jìn)一步提升他們對于金屬零件機(jī)械加工的正確理解。又如：通過技能競賽等，以對優(yōu)秀人員給予一定的鼓勵，以此來充分調(diào)動他們工作上的積極性。

4 以某齒輪金屬零件加工進(jìn)行案例分析

圖1某齒輪零件加工的步驟主要為：第一，開展熱處理。通過采用這種手段，以進(jìn)一步提升金屬材質(zhì)的穩(wěn)定性，減少金屬材質(zhì)加工過程中產(chǎn)生的變形現(xiàn)象。第二，車削過程。將正鍛造件固定在車削設(shè)備中，鉆出25mm的成孔。并且斷面粗糙度和留磨量等需要達(dá)到圖紙的要求。第三，插內(nèi)花鍵的加工。第四，滾齒。去除加工中所殘留的毛刺。第五，開展二次熱處理工作。在二次熱處理的前后，需要對精度進(jìn)行校正，嚴(yán)格控制加工的誤差，例如：采用錐孔定位、尺寸更改定位、斷面和內(nèi)花鍵定位的方式，能夠?qū)庸ち慵木冗M(jìn)行把握，隨時調(diào)整相應(yīng)的比例。第六，采用磨齒和利用1：4000的芯軸進(jìn)行固定，保障其表面精度能夠在規(guī)定范圍之內(nèi)。

影響齒輪零件加工精度主要影響包括：（1）零件跳動基準(zhǔn)要求為小于0.02mm，在加工裝夾的過程中，需要對精度進(jìn)行反復(fù)的核算。（2）在加工過程中需要對刀具變熱和變形的情況予以重視，并在二次熱處理過程注意這些影響因素。（3）本零件要求的跳動基準(zhǔn)小于0.02mm，如果在實(shí)際加工過程中，孔加工和插齒加工的實(shí)際跳動值為0.02，這就極易發(fā)生圓的中心線和內(nèi)花鍵節(jié)圓的中心線不重合的現(xiàn)象，其跳動值增長到0.04，使得零件無法與圖紙中的要求相契合。因此，為了避免發(fā)生零件報廢的風(fēng)險，在插齒結(jié)束之后校正的高點(diǎn)位置需要與插齒的高點(diǎn)位置相一致，在對正面跳動基準(zhǔn)進(jìn)行重復(fù)的檢查后，以使跳動值保障在0.02以內(nèi)。

5 結(jié)束語

伴隨著我國科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，機(jī)械加工過程中加工技術(shù)越來越多。為了能夠進(jìn)一步提升金屬零件加工的精度，減少零件發(fā)生的報廢現(xiàn)象等需要對出現(xiàn)的一些客觀因素等進(jìn)行全面的剖析，在找出存在的影響因素后，通過提出具體可行的解決對策，以保障金屬零件的精準(zhǔn)度在可控范圍之內(nèi)。

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