機(jī)械加工工藝對(duì)加工精度影響的研究

（哈爾濱紅光鍋爐總廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150050）

1 幾何精度影響加工精度

零件的加工精度是指零件完工后的實(shí)際幾何參數(shù)（尺寸、形狀和相互位置）對(duì)理想幾何參數(shù)的符合程度，符合程度越高，加工精度就越高。工藝系統(tǒng)包括機(jī)床、工件、工具和夾具，在進(jìn)行切削加工時(shí)，機(jī)床由于自身制造工藝存在問(wèn)題，有可能存在主軸回轉(zhuǎn)誤差等，從而造成被加工零件的形狀以及位置精度不足，機(jī)床主軸的徑向以及軸向擺動(dòng)對(duì)于加工要求不同的零件會(huì)產(chǎn)生不同程度的精度影響，此外，機(jī)床安裝過(guò)程中存在的問(wèn)題以及長(zhǎng)期使用過(guò)程中的磨損，都會(huì)對(duì)零件的加工精度產(chǎn)生影響。刀具隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，磨損現(xiàn)象會(huì)十分明顯，這種不均勻的磨損會(huì)使刀具的相對(duì)位置發(fā)生改變，從而使得零件的精度大幅度下降。在整個(gè)加工工藝系統(tǒng)當(dāng)中，為了將零件進(jìn)行有效的固定，使其保持和刀具之間一定的位置，就需要使用夾具，夾具的誤差主要包括出廠時(shí)的制造誤差以及在使用過(guò)程當(dāng)中產(chǎn)生的定位誤差和安裝位置不準(zhǔn)確造成的誤差，此外，隨著使用時(shí)間的增加，夾具表面也會(huì)發(fā)生磨損，從而影響零件間的加工精度。

對(duì)加工機(jī)床、刀具以及夾具進(jìn)行誤差分析后，操作人員必須通過(guò)有效的補(bǔ)償技術(shù)對(duì)誤差進(jìn)行控制，使其在可以接受的范圍之內(nèi)。在實(shí)際加工生產(chǎn)中，機(jī)床的精度各不相同，對(duì)于不同精度的機(jī)床，操作人員需要采用不同的補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行加工精度的控制。精度較高的機(jī)床設(shè)備中都有補(bǔ)償控制裝置，可以根據(jù)實(shí)際的需要進(jìn)行矯正；對(duì)于一些比較先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床，可以通過(guò)專門的軟件對(duì)各種磨損進(jìn)行補(bǔ)償校正，操作人員只需要將需要補(bǔ)償?shù)臄?shù)據(jù)輸入到設(shè)備中，軟件可以自行進(jìn)行計(jì)算和補(bǔ)償，并且可以隨時(shí)根據(jù)需要對(duì)相關(guān)的補(bǔ)償數(shù)據(jù)進(jìn)行修正和設(shè)定。對(duì)于一些普通機(jī)床，操作人員只能夠根據(jù)校正尺的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行手動(dòng)的設(shè)置補(bǔ)償螺母，從而完成誤差的補(bǔ)償。

2 受力變形影響加工精度

工藝系統(tǒng)包括機(jī)床、工件、工具和夾具，在進(jìn)行切削加工時(shí)，由于夾緊力、切削力以及重力作用的影響，會(huì)發(fā)生一定程度的變形，使得已經(jīng)調(diào)整好靜態(tài)位置的工件和刀具、切削過(guò)程所需要的幾何關(guān)系發(fā)生改變，刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡也出現(xiàn)相應(yīng)的改變，從而導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生。除此之外，工藝系統(tǒng)當(dāng)中殘余的應(yīng)力也會(huì)引起系統(tǒng)發(fā)生變形，主要包括以下幾個(gè)方面的來(lái)源：加工工件熱處理之后產(chǎn)生的應(yīng)力、切削加工帶來(lái)的殘余應(yīng)力等，這些應(yīng)力導(dǎo)致系統(tǒng)在沒(méi)有受到外力作用的情況下也會(huì)產(chǎn)生變形。

對(duì)加工工藝的受力情況進(jìn)行分析后，操作人員需要盡可能的將工藝系統(tǒng)受力變形降到最低，從而保證加工精度。在實(shí)踐操作中，操作人員主要是從加強(qiáng)系統(tǒng)的剛度以及降低負(fù)荷及變化這兩個(gè)方面來(lái)解決問(wèn)題，為了保證加工質(zhì)量以及生產(chǎn)效率，加工過(guò)程中就需要著重關(guān)注工藝系統(tǒng)剛度的提高，加強(qiáng)系統(tǒng)剛度可以通過(guò)提高聯(lián)接表面的接觸剛度、對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)合理化、裝夾以及加工方式合理化等措施來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3 熱變形影響加工精度

機(jī)械零件的加工過(guò)程會(huì)產(chǎn)生很多的熱量，各種形式的熱量都會(huì)對(duì)零件的加工過(guò)程產(chǎn)生影響，從而影響零件的加工精度。工藝系統(tǒng)在各種熱量的影響下會(huì)產(chǎn)生熱變形，這種變形將破壞刀具與工件的正確幾何關(guān)系和運(yùn)動(dòng)關(guān)系，造成工件的加工誤差。從整體上來(lái)看，熱變形對(duì)零件間加工精度的影響主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：工件熱變形對(duì)精度的影響、刀具熱變形對(duì)精度的影響以及機(jī)床熱變形對(duì)精度的影響。

3.1 工件熱變形影響加工精度

工件熱變形對(duì)加工精度產(chǎn)生的影響會(huì)比較嚴(yán)重，尤其是對(duì)于長(zhǎng)度較長(zhǎng)、對(duì)精度要求較高零件。例如，在磨削絲杠時(shí)，如果絲杠的長(zhǎng)度是兩米，每進(jìn)行一次磨削，絲杠的溫度就會(huì)升高大約三度，那么絲杠就大約會(huì)伸長(zhǎng)0.07毫米，而六級(jí)絲杠的總誤差在長(zhǎng)度上應(yīng)控制在0.02毫米以下，通過(guò)這個(gè)例子熱變形對(duì)加工精度影響的嚴(yán)重性就可見(jiàn)一斑。再如銑、刨、磨平面時(shí)，工件在單面受到切削熱的作用，上下表面溫差將導(dǎo)致工件向上拱起，加工中凸起的部分被切去，冷卻后變成下凹造成平面度誤差。

為了減少工件熱變形對(duì)加工精度產(chǎn)生的影響，工作人員在切削時(shí)需要使用充分的切削液來(lái)減少表面升溫，也可采取誤差補(bǔ)償法：在裝夾工件時(shí)使工件表面產(chǎn)生微量的夾緊變形，以此來(lái)減少切削時(shí)工件單面受熱而拱起的誤差，或降低切削用量以減少切削熱和摩擦熱，也可以采用粗加工后停機(jī)以待熱量散發(fā)后再進(jìn)行精加工。

3.2 刀具熱變形影響加工精度

刀具熱變形對(duì)加工精度的影響主要是切削熱所引發(fā)的。零件的加工過(guò)程往往需要進(jìn)行連續(xù)的切削，刀具的熱變形在切削初始階段增加很快，隨后變得較緩慢，經(jīng)過(guò)不長(zhǎng)時(shí)間后（約10min～20min）便趨于平衡狀態(tài)。為了降低刀具熱形變對(duì)零件加工精度的影響，操作人員應(yīng)合理選擇切削用量和刀具的幾何參數(shù)，并給予刀具充分的冷卻和潤(rùn)滑。

3.3 機(jī)床熱變形影響加工精度

機(jī)床是機(jī)械零件加工過(guò)程中一個(gè)重要的工具，機(jī)床在工作過(guò)程中，會(huì)受到內(nèi)外熱源的影響，從而導(dǎo)致各部分溫度逐漸升高。由于各部件的熱源不同，分布不均勻，以及機(jī)床結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，因此機(jī)床各部件的溫升不同，而且同一部件不同位置的溫升也不相同，形成不均勻的溫度場(chǎng)，使機(jī)床各部件之間的相互位置發(fā)生變化，破壞了機(jī)床原有的幾何精度而造成加工誤差。機(jī)床的種類不同，在工作中的熱源也不盡相同。

為了減少機(jī)床熱形變對(duì)零件加工精度的影響，工作人員可以采用多種方法。工作人員可以從減少產(chǎn)熱的角度出發(fā)，減少不同機(jī)床發(fā)熱源的發(fā)熱，采取有效措施隔離熱源，把熱源從主機(jī)上分離出去，或者從結(jié)構(gòu)和潤(rùn)滑等方面改善其摩擦特性。操作人員可以從增加散熱的角度出發(fā)，采取強(qiáng)制冷卻的辦法，吸收熱源發(fā)出的熱量。操作人員可以從使機(jī)床各部分均勻升溫的角度出發(fā)，采用合理的機(jī)床部件結(jié)構(gòu)及裝配基準(zhǔn)，減少箱體變形。操作人員可以從使機(jī)床加速達(dá)到熱平衡狀態(tài)的角度出發(fā)，使機(jī)床高速空運(yùn)轉(zhuǎn)，或在適當(dāng)部位設(shè)置熱源，使得機(jī)床的熱變形趨于穩(wěn)定，便于控制零件的加工精度。操作人員可以從控制環(huán)境溫度的角度出發(fā)，將精密機(jī)床安裝在恒溫車間，減少機(jī)床熱形變對(duì)加工精度的影響。

結(jié)語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，我國(guó)機(jī)械加工工藝的技術(shù)水平不斷提高，機(jī)械零件的加工精度也越來(lái)越能夠得到保證，相信在相關(guān)部門的通力協(xié)作下，我國(guó)機(jī)械加工工藝定能取得更好地發(fā)展。

[1]于新梅.編制機(jī)械加工工藝規(guī)程的幾點(diǎn)心得[J].經(jīng)濟(jì)技術(shù)協(xié)作信息，2008（31）.

[2]秦云，趙超峰.機(jī)械加工中獲得零件加工精度的方法[J].中國(guó)科技信息，2009（15）.