機(jī)械加工工藝對(duì)零部件加工精度的影響及優(yōu)化策略研究

林峰銘

（福建三明林業(yè)學(xué)校，福建 三明 365001）

0 引言

機(jī)械加工工藝是促進(jìn)我國(guó)生產(chǎn)制造業(yè)穩(wěn)定發(fā)展的基礎(chǔ)，機(jī)械加工質(zhì)量直接影響著零部件的精確度。同時(shí)，在零部件加工中應(yīng)用機(jī)械加工工藝，還可以對(duì)精度進(jìn)行矯正，擴(kuò)大零部件的應(yīng)用范圍，縮小其中的誤差，強(qiáng)化零部件的加工精確度，進(jìn)而保證零部件應(yīng)用的安全性。

1 機(jī)械加工工藝概述

1.1 機(jī)械加工工藝過(guò)程

機(jī)械加工工藝過(guò)程是指采用各種機(jī)械加工方法改變毛坯的形狀、尺寸、表面粗糙度以及力學(xué)物理性能，使之成為合格零件的勞動(dòng)過(guò)程[1]。零部件的機(jī)械加工工藝由若干個(gè)按順序排列的工序組成，機(jī)械加工中的每一個(gè)工序可依次細(xì)分為安裝、工位、工步和走刀。工序是組成工藝過(guò)程的基本單元，也是生產(chǎn)計(jì)劃和經(jīng)濟(jì)核算的基本依據(jù)。若零件的生產(chǎn)類(lèi)型不同，為了提高生產(chǎn)率和加工經(jīng)濟(jì)性，則加工過(guò)程中的工序劃分也不同。如圖1所示的階梯軸零件，當(dāng)加工數(shù)量較少時(shí)，工藝過(guò)程和工序的劃分如表1所示，共有四道工序。在加工數(shù)量較多時(shí)，如表2所示，可分為六道工序。

表2 大批量生產(chǎn)工藝過(guò)程

圖1 階梯軸零件

表1 單件小批量生產(chǎn)過(guò)程

1.2 機(jī)械加工工藝規(guī)程

機(jī)械加工工藝規(guī)程是規(guī)定產(chǎn)品或零部件機(jī)械加工工藝過(guò)程和操作方法的工藝文件。為了使所制造出的零部件能滿足“保證質(zhì)量、降低成本、提高生產(chǎn)率”的原則，零部件的工藝過(guò)程就不能僅憑經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定，必須按照機(jī)械制造工藝學(xué)的原理和方法，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐和具體的生產(chǎn)條件，確定較合理的工藝過(guò)程和操作方法，并用圖表及文字形式寫(xiě)成工藝文件，經(jīng)審批后用來(lái)指導(dǎo)生產(chǎn)。制定工藝規(guī)程的流程圖大致如圖2：

圖2 制定工藝規(guī)程的步驟和內(nèi)容

2 機(jī)械加工工藝對(duì)零部件加工精度的影響分析

2.1 內(nèi)部因素影響

在具體的加工過(guò)程中，設(shè)備和系統(tǒng)的精度水平會(huì)影響零部件的加工效果。如果在生產(chǎn)過(guò)程中忽視了精度問(wèn)題，機(jī)械加工設(shè)備運(yùn)行效果就會(huì)受到影響。同時(shí)，在對(duì)機(jī)械加工設(shè)備進(jìn)行安裝和使用時(shí)，由于加工過(guò)程與機(jī)械加工設(shè)備安裝之間存在明顯差距，所以不夠精細(xì)的操作都會(huì)對(duì)零部件的加工精度帶來(lái)非常大的影響。例如，在使用夾具和機(jī)床進(jìn)行生產(chǎn)加工時(shí)，如果出現(xiàn)構(gòu)件誤差，會(huì)導(dǎo)致其在安裝使用中出現(xiàn)問(wèn)題，嚴(yán)重情況下設(shè)備的某些部位還會(huì)被嚴(yán)重磨損[2]。

2.2 機(jī)械加工機(jī)床幾何精度問(wèn)題

受到機(jī)械加工設(shè)備本身因素的影響，在對(duì)零部件進(jìn)行加工時(shí)，還存在幾何精度問(wèn)題。例如，有的機(jī)械設(shè)備在出廠時(shí)本身就已經(jīng)存在誤差，還有一些機(jī)械設(shè)備在應(yīng)用中存在操作不合理，安裝不到位等現(xiàn)象。如果不及時(shí)解決此類(lèi)問(wèn)題，就會(huì)嚴(yán)重影響零部件加工質(zhì)量，導(dǎo)致機(jī)械加工機(jī)床在運(yùn)行中出現(xiàn)幾何精度問(wèn)題。

2.3 熱變因素影響

由于零部件的結(jié)構(gòu)小，種類(lèi)多，在對(duì)其進(jìn)行加工時(shí)，如果不能應(yīng)用正確的工藝，會(huì)嚴(yán)重影響零部件的精度，所以在對(duì)零部件進(jìn)行加工時(shí)，需要優(yōu)化加工工藝流程，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制，避免在加工中出現(xiàn)變形等問(wèn)題。例如，刀具在零部件進(jìn)行加工的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)熱變形，機(jī)床自身的結(jié)構(gòu)也可能會(huì)在加工中發(fā)生變形，所以在對(duì)其進(jìn)行使用的過(guò)程中，操作人員無(wú)法對(duì)零部件進(jìn)行更加準(zhǔn)確地切割。刀具在摩擦過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，如果不對(duì)其進(jìn)行有效處理，就會(huì)導(dǎo)致零部件在加工中出現(xiàn)變形，降低了零部件本身的加工精度。此外，在對(duì)零部件加工的時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，零部件本身的溫度也會(huì)上升，導(dǎo)致其出現(xiàn)熱變形。刀具工藝對(duì)零部件的影響見(jiàn)表3。

表3 刀具工藝對(duì)零部件的影響

2.4 受力因素影響

在操作人員應(yīng)用機(jī)械加工設(shè)備時(shí)，其中每個(gè)構(gòu)件承載的壓力是不同的，并且其在應(yīng)用中還需要承受零部件本身的作用力，這會(huì)導(dǎo)致設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)摩擦力上升等問(wèn)題，嚴(yán)重影響了零部件的加工精度[3]。

3 優(yōu)化機(jī)械加工工藝的策略

3.1 控制幾何精度，提高零部件加工質(zhì)量

如果要想在機(jī)械加工中進(jìn)一步提高零部件本身的精度，不僅要注意對(duì)原材料的切割，還需要控制其幾何精度，提高零部件整體加工質(zhì)量，結(jié)合具體的要求，將零部件加工成特定的形狀。例如，在對(duì)零部件進(jìn)行加工時(shí)，會(huì)產(chǎn)生錐度誤差，這主要是因?yàn)檐?chē)床床鞍和滑板在移動(dòng)中所造成的。在對(duì)設(shè)備進(jìn)行日常鑒定時(shí)，需要結(jié)合其中的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，控制臥式車(chē)床的誤差。

在對(duì)機(jī)床進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，需要采用斜線指令修正錐度的誤差。對(duì)于平行度變化不很規(guī)則的車(chē)床，需要結(jié)合其變化的快慢，對(duì)其進(jìn)行合理劃分，可以采用幾段斜線指令對(duì)其進(jìn)行修正。在對(duì)平行度較差的車(chē)床進(jìn)行修正時(shí)，需要采用縱橫向走刀重復(fù)循環(huán)的方法對(duì)其進(jìn)行修正。相關(guān)設(shè)備的日常鑒定標(biāo)準(zhǔn)和主要允許誤差如下表4：

表4 床鞍移動(dòng)對(duì)主軸中心線的平行度允許誤差值

3.2 實(shí)現(xiàn)對(duì)幾何尺寸的有效控制

新時(shí)期，為了進(jìn)一步提高機(jī)械零部件的加工精度和質(zhì)量，需要優(yōu)化機(jī)械加工工藝的流程，只有這樣才能提高整個(gè)產(chǎn)品的質(zhì)量。在進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)，需要加強(qiáng)對(duì)幾何尺寸的有效控制，避免其影響零部件加工精度，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行控制：

（1）嚴(yán)格控制原始的誤差。在機(jī)械加工的過(guò)程中，受到一些客觀因素的影響，會(huì)存在一些誤差，并且零部件和數(shù)控機(jī)床之間也會(huì)出現(xiàn)一定的誤差，這種誤差就是我們所說(shuō)的原始誤差。為了避免此誤差對(duì)零部件加工精度的影響，需要結(jié)合原始誤差的具體形成原因和誤差類(lèi)型完善解決方案。

（2）在對(duì)零部件進(jìn)行加工時(shí)，操作人員要按照具體的要求調(diào)整機(jī)床位置和精度，可以采用風(fēng)冷方法，有效控制零部件的熱變形，在提高其加工精度的基礎(chǔ)上，解決其中的位置誤差問(wèn)題。還可以應(yīng)用合適的刀具，預(yù)防在加工的過(guò)程中發(fā)生刀具變形等問(wèn)題，可以按照被加工的零部件形狀，選擇和其相適的夾具。由于我國(guó)的零部件種類(lèi)比較多，需要設(shè)計(jì)并采用專(zhuān)用夾具，以降低誤差的發(fā)生[4]。

（3）保證機(jī)床的定位精度。在對(duì)機(jī)械零部件進(jìn)行加工時(shí)，機(jī)床的定位精度是保證零件質(zhì)量的基礎(chǔ)，所以在對(duì)其進(jìn)行加工時(shí)，需要注意其中的導(dǎo)軌和工作臺(tái)面等問(wèn)題，選擇加工機(jī)床中的核心部件，保證機(jī)械加工工藝流程的完善性。例如，滾珠絲杠屬于機(jī)床中的核心部件，要選擇滾珠絲杠，并且還需要綜合分析滾珠絲杠本身的精度，最好選擇比較先進(jìn)的滾珠絲杠技術(shù)，通過(guò)加強(qiáng)對(duì)軸向荷載和回轉(zhuǎn)速度等參數(shù)的控制，保證零部件應(yīng)用的有效性。

3.3 分析熱變因素

機(jī)械加工設(shè)備在運(yùn)行中會(huì)受熱，出現(xiàn)變形等問(wèn)題，導(dǎo)致誤差的發(fā)生，所以在對(duì)相關(guān)的零部件進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，需要提前按照要求積極做好溫度控制工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)鍵部位溫度的有效控制和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在保證溫度屬于正常情況下，開(kāi)展加工工作，預(yù)防在具體的生產(chǎn)中出現(xiàn)溫度過(guò)高等問(wèn)題。如果出現(xiàn)溫度過(guò)高，技術(shù)人員可以采用相應(yīng)冷卻劑，或者是應(yīng)用風(fēng)冷方式對(duì)其中的溫度進(jìn)行有效處理，在降低溫度的基礎(chǔ)上，為機(jī)器的穩(wěn)定運(yùn)行提供條件[5]。在此過(guò)程中，還可以在機(jī)器和部件之間適當(dāng)添加潤(rùn)滑油，主要目的是減少摩擦所出現(xiàn)的熱量。因此，要想更好地控制溫度，預(yù)防其對(duì)零部件加工精度的影響，要從工件熱變形和機(jī)床熱變形等多個(gè)角度出發(fā)，掌握工件熱變形的控制方式。操作人員在對(duì)零部件切削進(jìn)行加工時(shí)，要合理應(yīng)用切削液，不斷降低工件對(duì)表面溫度的影響，并且還需要采取有效方式，減少誤差的發(fā)生。此外，刀具的熱變形控制方式一般可以結(jié)合零部件的特性，合理應(yīng)用切削刀具，控制加工的參數(shù)，可以積極做好刀具潤(rùn)滑等工作，從多個(gè)角度出發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)加工過(guò)程的有效控制，結(jié)合不同的發(fā)熱源，應(yīng)用熱源隔離方式，不斷降低熱變因素對(duì)零部件加工過(guò)程的影響。

3.4 減少外力因素，提高操作人員的綜合素質(zhì)

機(jī)械在加工時(shí)不僅會(huì)受到內(nèi)在因素影響，外力因素也會(huì)影響零部件和機(jī)械加工的有效性，比較常見(jiàn)的就是摩擦力和擠壓力，這兩種外力對(duì)零件加工精度影響是非常大的，并且在摩擦和擠壓下，零件的精準(zhǔn)度并不能符合相關(guān)要求[6]。因此，在具體的機(jī)械加工中，需要降低外力因素，強(qiáng)化零部件精準(zhǔn)度。在加工前，嚴(yán)格檢查相關(guān)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行情況，在保證零部件穩(wěn)固性的基礎(chǔ)上，減少外作用力，減少設(shè)備和零部件在接觸面上的摩擦力，更好地控制零部件的加工準(zhǔn)確性和精度，確保其中的零件質(zhì)量能夠符合相關(guān)的要求。此外，還需要提高操作人員的綜合素質(zhì)，減少機(jī)械加工中的誤差發(fā)生率，更加嚴(yán)格地控制零部件在加工中的精度。

4 結(jié)語(yǔ)

由此可見(jiàn)，雖然我國(guó)的機(jī)械加工技術(shù)水平得到了有效提高，但是機(jī)械加工工藝還是會(huì)對(duì)零部件加工精度帶來(lái)一定的影響，導(dǎo)致零部件在生產(chǎn)中出現(xiàn)誤差。因此，需要完善機(jī)械加工工藝流程，減少內(nèi)外界因素對(duì)零部件加工的影響，并控制其中的熱因素，將其中的誤差降到最低，優(yōu)化零部件加工的流程，從而進(jìn)一步提高我國(guó)機(jī)械制造的水平。