機(jī)械加工工藝對(duì)零件加工精度的影響芻議

郭在云

（云南能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，云南 曲靖 655000）

在機(jī)械制造與加工業(yè)朝著信息化、精密化、智能化、自動(dòng)化方向發(fā)展進(jìn)程中，其在零件加工方面也面臨著更高的精度要求。一旦機(jī)械加工工藝使用不當(dāng)，就會(huì)導(dǎo)致零件加工精度下降，影響加工效益。因此，從機(jī)械加工工藝著手，探究提高零件加工精度的多元措施非常必要。

1 零件加工精度控制的重要性

零件加工精度特指加工作業(yè)結(jié)束時(shí)零件表面的實(shí)際位置、形狀、尺寸等幾何參數(shù)與設(shè)計(jì)圖紙要求的理想幾何參數(shù)相符程度。零件加工精度主要用于產(chǎn)品加工水平判定，可用公差等級(jí)橫梁。作為機(jī)械構(gòu)件的重要組成部分，零件的高精度生產(chǎn)制造始終是機(jī)械構(gòu)件研制的難題。當(dāng)前我國(guó)零件加工精度控制基礎(chǔ)較為薄弱，加之零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)加工精度控制提出了更加嚴(yán)格的要求。而通過針對(duì)性零件加工精度控制，可以在降低零件加工制造成本的同時(shí)，提高加工效率，降低操作者勞動(dòng)強(qiáng)度。同時(shí)通過有效抑制零件加工誤差，可以促使零件合格率達(dá)到100%，推動(dòng)整體生產(chǎn)效率成倍提升，帶來更加可觀的經(jīng)濟(jì)效益。進(jìn)而夯實(shí)我國(guó)機(jī)械化制造加工基礎(chǔ)，促使機(jī)械制造加工行業(yè)走在國(guó)際前列，為整個(gè)國(guó)家發(fā)展提供支持。

2 機(jī)械加工工藝對(duì)零件加工精度的影響

2．1 受力變形

在零件生產(chǎn)階段，機(jī)械加工工藝系統(tǒng)極易因長(zhǎng)時(shí)間、大功率做工而產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力，發(fā)生系統(tǒng)加工位置、加工形狀的異變，威脅整個(gè)機(jī)械加工系統(tǒng)的安全、平穩(wěn)運(yùn)行。機(jī)械加工工藝系統(tǒng)承受的力來自于內(nèi)部多方作用力以及實(shí)際運(yùn)行壓力，內(nèi)部多方作用力主要表現(xiàn)為機(jī)械加工工藝系統(tǒng)自身壓力、加工零件施加壓力、相鄰部件之間摩擦力等，會(huì)直接導(dǎo)致內(nèi)外應(yīng)力差距懸殊，引發(fā)不可測(cè)機(jī)械變形；實(shí)際運(yùn)行壓力主要表現(xiàn)為刀具工作壓力、夾具工作壓力或其他工作壓力，會(huì)直接導(dǎo)致構(gòu)件相互對(duì)應(yīng)位置異變或形狀不正常變化。

2．2 內(nèi)在干擾

機(jī)床誤差是機(jī)械加工工藝內(nèi)在對(duì)零件加工精度的主要影響模塊，主要表現(xiàn)為主軸回轉(zhuǎn)誤差、導(dǎo)軌誤差、傳動(dòng)鏈誤差等，源于投入時(shí)安裝偏差、安裝工藝選擇錯(cuò)誤、刀具磨損等。在機(jī)床發(fā)生主軸回轉(zhuǎn)誤差時(shí)，可以直接影響零件加工過程精度；在機(jī)床發(fā)生導(dǎo)軌誤差時(shí)，會(huì)直接導(dǎo)致集合系統(tǒng)受損，增加零件加工時(shí)標(biāo)準(zhǔn)誤差出現(xiàn)概率；在機(jī)床發(fā)生傳動(dòng)鏈誤差時(shí)，可促使零件加工輸出時(shí)展露精度下降問題。除此之外，因?qū)嶋H機(jī)械加工時(shí)加工參數(shù)處于動(dòng)態(tài)變化狀態(tài)，根據(jù)生產(chǎn)產(chǎn)品的差異，加工參數(shù)也需要進(jìn)行科學(xué)變更。而加工參數(shù)的調(diào)整受機(jī)械加工內(nèi)在因素的直接影響，無法確保參數(shù)調(diào)整準(zhǔn)確度達(dá)到100%，最終引發(fā)零件加工精度下降問題。

2．3 熱變形

在機(jī)械加工工藝實(shí)施過程中，工件熱變形、刀具熱變、機(jī)床自身及結(jié)構(gòu)熱變形均會(huì)導(dǎo)致零件加工精度下降。其中工件熱變形主要是在長(zhǎng)零件機(jī)械高精度加工時(shí)期，因兩端受熱不均而引發(fā)的形狀、尺寸不一致問題；刀具熱變形主要是在零件機(jī)械切割加工階段，因多次切割而產(chǎn)生摩擦熱量，招致零件形狀異變等精度受擾問題；機(jī)床自身及結(jié)構(gòu)熱變形主要是在機(jī)床運(yùn)行期間各構(gòu)件相互摩擦或碰撞產(chǎn)生額外熱量，導(dǎo)致機(jī)床自身、局部甚至整體溫度超出標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)伴隨機(jī)床自身結(jié)構(gòu)契合度受擾，間接干擾零件加工精度。比如，在高溫環(huán)境中，機(jī)床局部結(jié)構(gòu)緊密，而低溫時(shí)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)微小縫隙，直接干擾加工零件精準(zhǔn)度。

3 避免機(jī)械加工工藝影響零件加工精度的多元措施

3．1 減小受力變形

為降低零件機(jī)械加工階段設(shè)備表面、零件之間的摩擦力，機(jī)械加工工藝人員應(yīng)每間隔一定時(shí)期進(jìn)行機(jī)械加工設(shè)備表面的打磨，控制零件機(jī)械加工誤差，盡可能將零件機(jī)械加工誤差報(bào)廢率控制到0，推動(dòng)零件機(jī)械加工經(jīng)濟(jì)效益向高水平發(fā)展。比如，在模具線切割加工工藝實(shí)施過程中，模具加工面拉應(yīng)力時(shí)刻存在，若無法及時(shí)消除，則會(huì)增加零件變形風(fēng)險(xiǎn)。因此，機(jī)械加工工藝人員應(yīng)貫徹低電流、低切割速度、小脈寬、低線速原則，進(jìn)行模具表面噴丸、研磨、拋光操作，達(dá)到改善零件加工精度的目的。

有條件情況下，機(jī)械加工工藝人員應(yīng)在科學(xué)規(guī)劃工藝過程的基礎(chǔ)上，從消除內(nèi)應(yīng)力著手，增設(shè)專門的熱處理環(huán)節(jié)。同時(shí)聚焦于切削用量判定，根據(jù)切削用量與機(jī)床主運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)量以及零件加工效率、零件加工精度、刀具磨損量之間密切關(guān)系，以剛度許可標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，進(jìn)行切削速度、進(jìn)給量、背吃刀量等用量的恰當(dāng)選擇。比如，對(duì)于粗加工工序，可以盡可能增加零件切削深度，減少走刀次數(shù)；而對(duì)于精加工工序，應(yīng)盡可能控制切削深度以及切削速度，保證零件表面質(zhì)量。

3．2 控制內(nèi)在干擾

為降低機(jī)械加工內(nèi)在干擾，機(jī)械加工工藝人員可以從減小機(jī)床誤差、調(diào)整工藝系統(tǒng)、減小傳動(dòng)鏈傳動(dòng)誤差、減小刀具磨損幾個(gè)方面著手。

3．2．1 減小機(jī)床誤差

為減小機(jī)床誤差，機(jī)械加工工藝人員應(yīng)從提升軸承回轉(zhuǎn)精度著手，優(yōu)選高精度滾動(dòng)軸承、靜壓軸承以及多油鍥動(dòng)壓軸承。同時(shí)通過提升箱體支撐孔與主軸軸徑精度、與軸承相配合表面潤(rùn)滑系數(shù)，控制與軸承相配件對(duì)零件加工精度的影響。有條件的情況下，機(jī)械加工工藝人員可以相應(yīng)件徑向跳動(dòng)范圍為對(duì)象，進(jìn)行科學(xué)測(cè)量、調(diào)節(jié)，達(dá)到補(bǔ)償誤差、抵消誤差的目的。在調(diào)節(jié)相應(yīng)件徑向跳動(dòng)范圍的基礎(chǔ)上，機(jī)械加工工藝人員可以對(duì)滾動(dòng)軸承進(jìn)行預(yù)緊處理，以便在消除間隙的同時(shí)，均化滾動(dòng)體誤差，為滾動(dòng)軸承整體剛度提升提供依據(jù)。

為避免主軸回轉(zhuǎn)精度反映到零件加工過程中，機(jī)械加工工藝人員應(yīng)以機(jī)械加工設(shè)備出廠時(shí)期著手，對(duì)全部機(jī)械加工設(shè)備進(jìn)行檢查，預(yù)先了解并記錄機(jī)械加工設(shè)備自身潛在誤差問題。根據(jù)相關(guān)問題表現(xiàn)，更換為與零件高精度加工要求相符的機(jī)械加工設(shè)備。若相應(yīng)機(jī)械加工設(shè)備已經(jīng)投入生產(chǎn)，機(jī)械加工工藝人員可以根據(jù)零件高精度加工要求，對(duì)機(jī)械加工設(shè)備進(jìn)行改造，比如，對(duì)于臥式鍋爐，利用蛇形管形式代替?zhèn)鹘y(tǒng)受熱面管束，發(fā)揮蛇形管機(jī)械彈力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，提高機(jī)械振動(dòng)打擊清除灰塵效果，降低疲勞破壞問題出現(xiàn)概率。

3．2．2 調(diào)整工藝系統(tǒng)

恰當(dāng)設(shè)置機(jī)械加工路線、工藝系統(tǒng)是優(yōu)化零件加工環(huán)節(jié)、提高零件機(jī)械加工精度的關(guān)鍵。機(jī)械加工工藝人員可以從加工軌跡、進(jìn)刀方式兩個(gè)方面著手，進(jìn)行調(diào)整。特別是在零件數(shù)據(jù)銑削加工時(shí)，機(jī)械加工工藝人員可以根據(jù)零件工藝性要求，選擇恰當(dāng)?shù)倪M(jìn)刀方式，確保工具切削加工效率、加工精度。比如，在銑削平面零件外輪廓環(huán)節(jié)，機(jī)械加工工藝人員應(yīng)進(jìn)行刀具切入路線與切出路線的安排，沿著刀具輪廓曲線延長(zhǎng)線切入或切出，規(guī)避平面零件外輪廓銑削交接位置出現(xiàn)刀具痕跡。根據(jù)具體零件精度要求，機(jī)械加工工藝人員還需要進(jìn)行順序銑削、逆序銑削的選擇。在確定測(cè)量順序后，利用調(diào)整法或試切法，完成工藝系統(tǒng)調(diào)整作業(yè)。其中調(diào)整法主要是預(yù)先進(jìn)行夾具、機(jī)床、刀具、工具相對(duì)位置調(diào)整，獲得高精度零件機(jī)械加工尺寸，適用于多批次、大量生產(chǎn)模式；而是切法則是根據(jù)一定流程多次調(diào)整至所需零件加工尺寸。調(diào)整流程如下：

如圖1所示，因試切法生產(chǎn)效率較低，多應(yīng)用于單件、小批量零件加工。

圖1 試切法調(diào)整機(jī)械加工工藝系統(tǒng)流程

3．2．3 減小傳動(dòng)鏈傳動(dòng)誤差

根據(jù)機(jī)械加工工藝傳動(dòng)鏈傳動(dòng)誤差，機(jī)械加工工藝人員應(yīng)采用降速傳動(dòng)的方式，梯度下降傳動(dòng)副速度，促使接近末端傳動(dòng)副傳動(dòng)速度、傳動(dòng)比均處于較小水平，保證末端件加工精度超出其他傳動(dòng)件。同時(shí)在保證加工效率的情況下，機(jī)械加工工藝人員可以通過降低傳動(dòng)件數(shù)量、縮短傳動(dòng)鏈的方式，提高傳動(dòng)精度，為零件機(jī)械加工精度提升提供支持。

3．2．4 減小刀具磨損

在數(shù)控加工中心進(jìn)行零件機(jī)械加工時(shí)，因刀具需事先在刀庫(kù)內(nèi)儲(chǔ)存，在啟動(dòng)加工開始工序后無法靈活更換，一旦刀具選擇不當(dāng)或安裝錯(cuò)誤，就會(huì)直接導(dǎo)致零件機(jī)械加工精度下降。因此，機(jī)械加工工藝人員應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)工藝要求，精選刀具材質(zhì)，并優(yōu)先安裝剛性佳、調(diào)整便捷、精度高、耐用度高的刀具。同時(shí)每間隔一定時(shí)期利用專用切削油完成刀具的全面潤(rùn)滑，若刀具尺寸磨損進(jìn)入急劇磨損階段則應(yīng)進(jìn)行刀具的重新打磨，降低刀具磨損度，保證零件機(jī)械加工精度。

3．3 減小熱變形

在零件機(jī)械加工過程中，加工溫度對(duì)零件加工質(zhì)量具有顯著的影響，過度高溫、低溫均會(huì)干擾機(jī)械設(shè)備正常運(yùn)行。加工溫度不正常變化與零件加工階段機(jī)械設(shè)備運(yùn)行速度也具有一定關(guān)系。比如，在零件加工階段機(jī)械設(shè)備運(yùn)行速度較快時(shí)，機(jī)械加工設(shè)備與零件之間溫度會(huì)上升，埋下零件形狀異變、尺寸突變的隱患。此時(shí)，機(jī)械加工工藝人員應(yīng)利用冷水降低溫度的方式，減小熱變形。特別是在零件打磨環(huán)節(jié)，呈高速旋轉(zhuǎn)的砂輪與零件之間過度摩擦將生成大量熱，砂輪與零件之間的溫度會(huì)朝著高水平發(fā)展，一旦溫度超出一定標(biāo)準(zhǔn)，零件形狀會(huì)發(fā)生異變，此時(shí)，通過冷水促進(jìn)砂輪溫度下降就非常必要。

除了利用外部條件控制環(huán)境溫度外，機(jī)械加工工藝人員還可以通過減少熱源發(fā)熱、隔離熱源、均衡溫度場(chǎng)、加速達(dá)到傳熱平衡等方式，減小零件機(jī)械加工熱變形。由機(jī)床熱變形機(jī)理可知，機(jī)床各傳動(dòng)件摩擦發(fā)熱是機(jī)床內(nèi)熱源產(chǎn)生的主要原因。此時(shí)，機(jī)械加工工藝人員可以從輔助冷源控制著手，根據(jù)機(jī)床冷態(tài)精度水平要求，配備冷卻系統(tǒng)，促使機(jī)床始終處于不發(fā)生溫升的無溫升或者溫升較小的低溫升狀態(tài)。或者從輔助熱源控制著手，借鑒國(guó)外小規(guī)模鏜床HAUSE-223機(jī)床實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)舊機(jī)床，促使機(jī)床始終處于熱平衡穩(wěn)定的高溫升狀態(tài)。比如，對(duì)CG6125機(jī)床（如圖2）進(jìn)行改造，由計(jì)算機(jī)擬合實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)確定機(jī)床代表點(diǎn)熱穩(wěn)定時(shí)間，進(jìn)而將輔助熱源開關(guān)控制裝置投入斷續(xù)加工過程，自動(dòng)追蹤溫升值，在理想狀態(tài)下，確定一個(gè)熱源功率最佳切換時(shí)間，將代表點(diǎn)相對(duì)熱位移平衡時(shí)間縮短到一定水平，促使相對(duì)熱位移與時(shí)間曲線朝著水平方向延遞，達(dá)到提前熱穩(wěn)定進(jìn)而提高熱態(tài)加工精度的目的。

圖2 CG6125機(jī)床改造流程

有條件的情況下，機(jī)械加工工藝人員可以進(jìn)行機(jī)床結(jié)構(gòu)的改善，降低熱變形。即落實(shí)結(jié)構(gòu)對(duì)稱原則，保證箱體內(nèi)齒輪、軸承等傳動(dòng)元件對(duì)稱存在，進(jìn)而促使齒輪、軸承等傳動(dòng)元件向箱體側(cè)壁傳遞的熱量均衡，引發(fā)的形狀異變相近或相同，相互抵消。同時(shí)機(jī)械加工工藝人員可以采用受熱均勻的熱對(duì)稱結(jié)構(gòu)，配合小膨脹系數(shù)的材料應(yīng)用，促使零件受熱均勻，降低零件熱變形。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，控制零件加工精度，不僅是降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率的需要，而且是提高經(jīng)濟(jì)效益與機(jī)械制造水平的需要，機(jī)械加工工藝對(duì)零件加工精度具有較大的影響。因此，零件加工者應(yīng)根據(jù)零件加工精度要求，調(diào)整工藝系統(tǒng)，降低機(jī)床誤差以及傳動(dòng)鏈傳動(dòng)誤差，控制機(jī)械加工工藝系統(tǒng)受力變形、熱變形、磨損變形，保證零件加工精度在公差范圍內(nèi)，且位置誤差在尺寸公差內(nèi)。