機(jī)械制造工藝對(duì)加工精度的影響及控制措施

陳錦麟

云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 云南 昆明 650000

引言

機(jī)械加工工藝對(duì)零件的加工精度具有決定性影響。當(dāng)前的市場(chǎng)對(duì)零件的精度提出了更高的要求,因此需要高度重視加工工藝,并積極優(yōu)化加工流程,充分利用現(xiàn)代機(jī)械加工工藝,提升零件的加工精度。在具體加工工程中,還需要對(duì)可能出現(xiàn)的各種問(wèn)題進(jìn)行預(yù)測(cè),通過(guò)提前制定防范措施,降低失誤造成的影響,進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展。

1 機(jī)械加工和零件加工精度概述

1.1 機(jī)械加工

機(jī)械加工工藝指的是操作人員利用機(jī)械設(shè)備,按照相應(yīng)的項(xiàng)目需要加工產(chǎn)品時(shí)采用的方法和處理流程。在具體加工時(shí),通常會(huì)將零件加工分為粗加工和精加工兩個(gè)階段,從而更好地滿足精度方面的要求。

1.2 零部件加工精度

機(jī)械加工制造的水平?jīng)Q定了其所制造的零部件的加工精度,在加工的過(guò)程中需要充分考慮是否符合圖紙的要求,通過(guò)采取相應(yīng)的措施做好加工精度的控制。但在實(shí)際加工中,誤差不可消除,因此需要將誤差控制在合理的范圍內(nèi),確保加工零件的總體質(zhì)量。

2 影響零件加工精度的主要因素

當(dāng)前,機(jī)械加工的過(guò)程中,影響零件精度的因素較多,不同因素造成的影響程度有所不同,具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

2.1 工藝系統(tǒng)自身誤差

機(jī)械加工涉及的機(jī)床、夾具、刀具、工件組成加工工藝系統(tǒng)。如果加工過(guò)程中工藝系統(tǒng)自身精度就不夠,自然就不能加工制造出合格產(chǎn)品。另外,工藝系統(tǒng)中的機(jī)床、夾具、刀具在使用過(guò)程中會(huì)存在磨損問(wèn)題,其中刀具的磨損最為明顯突出,這種磨損程度隨著使用頻率的提升會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重,最終對(duì)零件加工精度產(chǎn)生影響。

2.2 數(shù)控程序

采用數(shù)控設(shè)備加工時(shí),數(shù)控程序本身的精確程度會(huì)對(duì)加工結(jié)果產(chǎn)生直接改變。在實(shí)際加工時(shí),一般會(huì)依照零件加工要求對(duì)數(shù)控機(jī)床程序進(jìn)行編制,但如果編程原點(diǎn)、切削方式、切削要素等選擇或者控制不當(dāng),都會(huì)造成精度誤差,影響到加工精度。

2.3 受力受熱變形

加工零部件時(shí)需要對(duì)其固定,這時(shí)就會(huì)用到夾具,固定完成后才能進(jìn)行后續(xù)環(huán)節(jié)的操作。在這一過(guò)程中,夾緊力和刀具的切削力會(huì)導(dǎo)致零件出現(xiàn)不同程度的變形。加工時(shí),由于刀具與零件的接觸作用,也會(huì)產(chǎn)生一定的溫度應(yīng)力,這種效應(yīng)積累之后,也會(huì)出現(xiàn)不同程度的高溫變形。

2.4 殘余應(yīng)力的影響

零件加工時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定殘余應(yīng)力,而當(dāng)零件外部實(shí)際荷載減小甚至完全消失時(shí),會(huì)產(chǎn)生一個(gè)反向應(yīng)力。無(wú)論冷熱加工,都會(huì)導(dǎo)致這種現(xiàn)象的發(fā)生。隨著應(yīng)力的加強(qiáng),這種殘余的應(yīng)力也會(huì)引發(fā)新的變形問(wèn)題。

3 應(yīng)對(duì)措施

就機(jī)械加工當(dāng)前存在問(wèn)題,為了進(jìn)一步提升生產(chǎn)加工的精度,確保生產(chǎn)質(zhì)量更好地滿足市場(chǎng)要求,需要做好以下幾個(gè)方面的工作:第一,嚴(yán)格控制加工流程;第二,減少外力的干擾;第三,合理控制加工溫度;第四,創(chuàng)新加工工藝;第五,全面做好機(jī)械設(shè)備的養(yǎng)護(hù)工作。

3.1 嚴(yán)格控制加工流程

在零件加工之前,需要充分考慮加工的需要,遵循相應(yīng)的加工原則。為了有效避免機(jī)械設(shè)備質(zhì)量和幾何精度誤差因素對(duì)工件的影響,需要在設(shè)備入廠時(shí)根據(jù)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和工藝需要對(duì)工件進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn),確保設(shè)備符合加工要求。之后需要根據(jù)加工的具體方案做好試生產(chǎn)工作,目的在于更好地了解機(jī)械加工的調(diào)試情況。對(duì)于試生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題,需要保證在批量生產(chǎn)前做好調(diào)整,通過(guò)嚴(yán)格控制機(jī)械加工流程,確保機(jī)械加工工藝和流程能夠符合工件的加工精度要求,同時(shí)還能節(jié)約工程的生產(chǎn)成本,降低零件的廢品率。零件加工主要分為兩個(gè)階段:第一個(gè)階段是將材料做成粗產(chǎn)品的粗加工階段,第二個(gè)階段就是對(duì)粗產(chǎn)品進(jìn)行精細(xì)加工階段。針對(duì)零件加工的不同階段采用不同精度的機(jī)床設(shè)備。

利用機(jī)床進(jìn)行零件加工時(shí),需要按照精度要求對(duì)零件的不同形狀和不同表面類型進(jìn)行加工制作,這就需要多種類型的刀具相互配合。刀具的選擇十分講究,每一種刀具都有自己獨(dú)特的功能,因此針對(duì)零件的不同形狀和不同表面類型,需要綜合考慮各方面因素進(jìn)行分析和選擇。選擇好刀具后,按照使用的先后順序由小到大的排列刀具編號(hào),通過(guò)合理設(shè)置加工流程,做好編程設(shè)計(jì)工作,控制刀具的加工順序、切削范圍、切入與切出、切深與移動(dòng)速度、是否加注冷卻液等加工參數(shù)。隨后在整個(gè)實(shí)際加工過(guò)程中需要全面考慮各類因素,做好應(yīng)對(duì)各類具體情況的控制措施,及時(shí)調(diào)整不足,不斷提升加工零件的表面特性,確保加工零件的各項(xiàng)精度及表面粗糙度。

3.2 減少外力的干擾

在工件加工的過(guò)程中,工藝生產(chǎn)精度容易受到摩擦力、擠壓力等因素的影響,因此在正式進(jìn)行生產(chǎn)前,需要專業(yè)的技術(shù)人員對(duì)加工使用的安裝夾具進(jìn)行檢查測(cè)定,及時(shí)做好修正工作,通過(guò)測(cè)試,確保安裝夾具對(duì)零件施加的夾緊力在合理的范圍之內(nèi)。對(duì)于機(jī)械加工而言,摩擦力不可避免,因此需要設(shè)定好摩擦力的控制參數(shù),根據(jù)機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)特點(diǎn),及時(shí)對(duì)作用面進(jìn)行打磨,從而有效減少外力的干擾。外力的影響可以采取相應(yīng)的措施進(jìn)行調(diào)整,但不能消除,在實(shí)際生產(chǎn)中,經(jīng)驗(yàn)豐富的生產(chǎn)人員能夠通過(guò)調(diào)整機(jī)械加工工藝系統(tǒng),對(duì)外力進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)移處理,從而降低加工造成的負(fù)面效果,提升工藝加工的靈活性。

3.3 合理控制加工溫度

在機(jī)械加工中工藝系統(tǒng)內(nèi)部溫度過(guò)高不僅會(huì)影響零件精度,還會(huì)降低機(jī)械設(shè)備的使用壽命,增加故障的發(fā)生率,難以確保機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行。因此操作人員需要及時(shí)采取有效措施控制機(jī)械加工系統(tǒng)中產(chǎn)生的熱量。比如,數(shù)據(jù)機(jī)床在高速旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中,主軸及刀具在切削工件時(shí)會(huì)釋放大量的熱量,這些熱量作用于零件上會(huì)出現(xiàn)不同程度的形變問(wèn)題,為了避免這種現(xiàn)象的出現(xiàn)可以在系統(tǒng)內(nèi)部增加冷卻循環(huán)機(jī)制,利用冷卻機(jī)制降低加工制造過(guò)程中產(chǎn)生的熱量,合理控制機(jī)械加工的溫度,不僅能夠減少工件形變,還能延長(zhǎng)機(jī)械設(shè)備的使用壽命,確保零件的加工精度能夠滿足相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 采用創(chuàng)新加工工藝要注意

由于創(chuàng)新加工工藝能夠降低能耗,提高加工效率,近年來(lái)也被廣泛采用,具有廣闊的開(kāi)發(fā)前景,但是需要注意的是無(wú)論采用哪種加工工藝,都必須要以保證加工質(zhì)量為前提,在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的節(jié)能、環(huán)保、增效才具有確實(shí)的意義,比如干式切削加工法。

干式加工主要指的是在機(jī)械加工的過(guò)程中,盡量少的使用切削液的加工方式。這種加工方式并不是一種新穎的加工理念,在具體的工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)投入了一定的時(shí)間,至今已經(jīng)發(fā)展出多種類型,具體包括干式車削、干式銑削、干式螺紋加工、齒輪加工等等。由于在干式切削加工中幾乎不用使用切削液,環(huán)保、節(jié)能、增效的效果非常明顯。干式切削加工由于沒(méi)有使用冷卻切削液,因此在加工過(guò)程中產(chǎn)生的大量熱量也需要進(jìn)行處理。散熱不夠及時(shí),就會(huì)導(dǎo)致溫度升高、機(jī)床受熱不均勻,導(dǎo)致出現(xiàn)熱變形的問(wèn)題,不但影響機(jī)床的使用壽命,同時(shí)對(duì)于工件的加工精度也會(huì)造成不利影響。因此在應(yīng)用干式切削加工技術(shù)時(shí),需要為機(jī)床配備相應(yīng)的冷卻系統(tǒng),并且需要具備良好隔熱性能,及時(shí)有效地散發(fā)熱量。

3.5 采用補(bǔ)償法和轉(zhuǎn)移法

①補(bǔ)償法,就是刻意的制造出一種新的人造誤差,用新的人造誤差去抵消當(dāng)前的原始誤差。原始的正誤差用人造的負(fù)誤差來(lái)抵消,而負(fù)的原始誤差用人造的正誤差來(lái)抵消。如大型機(jī)床設(shè)備龍門(mén)銑床,銑頭的重量過(guò)大會(huì)使橫梁產(chǎn)生彎曲變形。可采用誤差補(bǔ)償法,在刮研橫梁導(dǎo)軌時(shí)故意將導(dǎo)軌刮成“向上凸”的幾何形狀,來(lái)抵消橫梁因?yàn)殂婎^自重而產(chǎn)生的下垂,從而達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

②轉(zhuǎn)移法,這種方法是采取措施將誤差轉(zhuǎn)移到不影響加工精度的部位。在大型龍門(mén)銑床的結(jié)構(gòu)中也可以采用轉(zhuǎn)移法來(lái)轉(zhuǎn)移變形部位。如在橫梁上再安裝一根承重的附加梁,用附加梁來(lái)承受銑頭的重量,橫梁就不再承重,將橫梁的變形轉(zhuǎn)移到了附加梁上。這樣一來(lái),附加梁的受力變形對(duì)加工精度不會(huì)造成影響。

3.6 采用高精度多軸設(shè)備

目前、四軸加工中心已經(jīng)隨處可見(jiàn),我國(guó)也已經(jīng)能夠自行研發(fā)制造五軸加工中心和車銑復(fù)合設(shè)備。采用這樣的多軸設(shè)備進(jìn)行加工,不僅可以在加工時(shí)減少工件裝夾次數(shù)、減少工序數(shù)量、提高生產(chǎn)率,還可以有效的減少基準(zhǔn)不重合誤差,以及安裝誤差的累積,從而有效的提高加工精度;配合工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用更能夠極大的降低人類勞動(dòng)強(qiáng)度,一定會(huì)是未來(lái)機(jī)械加工制造業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要方向。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述,零部件的加工精度越來(lái)越受到人們的重視,尤其是在高精制造領(lǐng)域,對(duì)于零部件的材質(zhì)和尺寸都具有非常高的要求。機(jī)械加工過(guò)程中受到的影響因素較多,不同因素都會(huì)對(duì)工件最終的精度和生產(chǎn)質(zhì)量造成不同程度的影響。對(duì)此,我國(guó)需要加大研究力度,積極創(chuàng)新,加快新技術(shù)的研發(fā),積極優(yōu)化生產(chǎn)流程,推動(dòng)我國(guó)機(jī)械行業(yè)的進(jìn)一步健康發(fā)展。