探究零件精度與機械加工設計的關系

葉家萬

（廣東石油化工學院，廣東 茂名 525000）

探究零件精度與機械加工設計的關系

葉家萬

（廣東石油化工學院，廣東 茂名 525000）

隨著社會不斷的進步，工業也在不斷發展，手工制造業逐漸被機械加工所代替。其中目前汽車零件加工多用機械加工的方式，所以機械加工成熟度直接影響了零件精度。本文對汽車機械加工設計和零件精度做了介紹，對兩者之間的關系做了分析，討論了加工過程中如何設計，才能提高加工效率和零件的精度這個問題。這對汽車機械加工方面有一定的幫助。

機械加工；零件設計；精度

機械加工過程中，零件加工的質量是最重要的，質量不達標不僅表現在外觀上，還表現在零件的使用壽命上。質量的好壞怎么評判，那就是精度。精度是零件加工質量好壞的最重要指標。因此，講到汽車機械加工就要了解零件加工精度的影響因素，才能針對這些影響因素設計出相應的有效方案來提高精度，從而保證質量。針對影響精度的因素，在汽車機械加工設計中要注意以下幾點。

1 幾何精度問題分析

幾何精度是在加工過程中的誤差引起的。像機床的誤差，刀具的誤差等等。機床由于使用時間磨損影響，會引起加工的機件精度產生偏差，它對加工精度的影響是最大的。比如在切削汽車底板的過程中，使用時間久了主軸回轉會出現誤差，從而導致底板的尺寸不準確，不能滿足精確度這個要求，如圖1刀具長時間使用也會產生同樣的問題，刀具使用時會磨損，在加工零件時刀具的相對位置就會改變，加工出來的零件自然就會產生誤差了。

還有機床上零件的夾具也會對加工零件的精確度產生影響。所以，只有將這些誤差產生的原因分析到位了，才能更好地控制誤差對零件加工的影響，提高零件的精度，如圖2所示。誤差產生的原因分析到位了，然后解決是下一步的設計了。減小誤差對零件的影響主要的辦法是采取補償措施，汽車加工人員可以根據機床的情況采取不同補償技術，將汽車零件精度控制在要求的范圍之內。要求精度很高的零件要使用磨損情況小的機床來加工。對于有些數控的機床，現在有一些專門的補償器來控制加工零件的精度。只需要輸入補償數據，補償器就能在機床加工零件時減小誤差來提高精度。隨著技術的不斷更新，補償措施操作更為方便快捷，控制也更加靈活。

圖1　零件加工機床

圖2　機床加工零件

圖3　刀具的加工

2 機械加工變形設計

在加工過程中零件受力是必然的，這就產生了另外一個問題：受力變形。在力學理論中，物體受到外力就會產生變形，如圖4所示。一般情況下，外力越大對受力物體的影響越大，變形越嚴重。在機械零件加工過程中，刀具切削零件時有切削力，夾具在夾持零件時有夾緊力等等，這些力都會使零件在加工過程中產生變形。變形帶來的是：與機床加工工具的相對幾何位置就會有變化，在加工過程中零件的尺寸就不能完全滿足要求，誤差就產生了。同時系統中還存在殘余應力：構件在制造過程中，將受到來自各種工藝等因素的作用與影響；當這些因素消消失之后，若構件所受到的上述作用與影響不能隨之而完全消失，仍有部分作用與影響殘留在構件內，則這種殘留的作用與影響稱為殘留應力或殘余應力。這種殘余應力也會使系統變形，所以在加工設計時，需要解決受力變形對零件帶來的影響。

圖4　受力變形

2.1受力變形設計

加工中很多外力都會影響零件變形。那么怎么解決呢？原則就是降低受力變形。有兩種方案：一是從系統本身解決，不論是機床刀具還是夾具或者是加工零件只要它們的強度大，受外力的影響就越小。所以系統強度足夠了就能承受外力從而減小受力變形的影響；二是從系統外解決，減小負荷，避免產生變形。方法一的優點是能滿足加工精度的要求，還不影響加工效率，但是也是有缺點：增加加工成本。加強系統的強度并不是要求所以部件強度很大，只需加強容易發生變形的部件強度即可，這也是最經濟有效的解決方法。所以在零件精度要求和經濟成本之間平衡，需要企業自己權衡了，既要滿足零件精度要求也要盡量降低加工設計成本。

2.2熱變形的設計

零件加工的過程中摩擦是必然的，產生的熱對精度的影響也是不容忽略的。不同的熱量對精度的影響也不同，但是都會引起系統熱變形，導致零件與加工工具相對位置變化，產生誤差。熱變形就是機床部件和零件的熱變形。其中零件熱變形對精度的影響是最大的。在汽車零件加工中會有車銑刨磨等等工序，每一道工序都會產生熱變形，特別是又細又長的汽車零件受熱變形更加明顯。為了防止熱變形保證零件的精度，其中的一個辦法就是冷卻。

在加工過程中不間斷地冷卻，就不會產生溫度差進而產生變形。另外還有就是補償法，就是如果零件熱變形往左偏，加工之前就先向右掰，就會使加工的誤差相互抵消掉，保證了零件的精度。還有刀具的熱變形對精度也是有一些影響的。刀具主要是用來切削汽車零件的，產生的熱會在這個過程中越來越多，引起的變形也隨著時間的長短而不同。解決這個影響因素的辦法就是降溫減少熱的產生。還有就是使用潤滑劑，減少熱量。另外最簡單的方法就是減少切削的次數，就會較少的產生熱量，提高零件的精度。還有一個對加工精度有影響的因素也是影響最小的因素：機床機件熱變形。加床在運動過程中同樣產生熱量，帶來的問題就是固定在機床上的刀具或者夾具的相對位置就會隨之改變，刀具或者夾具位置變化帶來的就是零件相對位置變化，一連串的位置變化導致汽車零件的精度不滿足要求是很有可能的。降低機床對零件精度的影響辦法很多，減少熱量，增加散熱是最常見的辦法。使用冷卻液促進散熱、增加散熱裝備、將機床的熱源隔離、也可以在恒溫環境下加工零件等等都是有效減少機床熱變形對精度影響的辦法。

3 總結

由于經濟社會的飛速發展，帶來了機械加工技術的不斷進步。雖然在一定程度上能夠保證零件的加工精度，但是還有很多待進一步研究，上文講到在機械加工設計中，工序較多并且加工設計環節具有復雜性和細致性，對設計人員和操作人員要求較高。操作人員需要做好準備和調整工作，避免在操作中受到熱變形、幾何變形以及受力變形等的影響。另外不同的零件在加工設計中的要求有所不同，操作人員需要結合實際情況對工序進行改進與完善，還要積極采取先進技術和現代設備，以提高汽車零件精度，增加經濟效益，促進機械加工在汽車等領域更好地發展。

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Explore the relationship between parts precision and machining design

TH161.1

1009-797X（2016）10-0106-03

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.10.043

葉家萬（1966-），男，研究專業為焊接及焊縫缺陷分析。

2016-04-17