機械加工工藝對零件加工精度的影響及控制的探討

耿在丹

（鄭州工程技術學院開放教育學院，河南 鄭州 450000）

機械零件的精度，一般指的是加工完成后的零件幾何參數與預期參數的符合度，符合度越高，加工精度越高，零件的加工精度直接會影響到機械的工作情況，所以在機械加工過程中，零件的加工精度一直是人們密切關注的問題。想要保證零件的加工精度，就必須在每一步的加工工步中嚴格按照加工工藝規程來做。但是在傳統的機械加工工藝中，有許多不確定因素的影響，會導致零件的加工精度降低，如何在加工過程中降低這些因素的影響，就成為我們必須考慮的事情。

1 機械加工工藝及零件加工精度相關理論

1.1 機械加工工藝

想要知道什么是機械加工工藝，就必須先知道什么是機械加工工藝流程，所謂的機械加工工藝流程指的就是在機械加工過程中，毛坯件被加工成最后的零件所需要經歷的步驟，而機械加工工藝就是在這些具體的步驟中加入對各個步驟的詳細參數，精確到每一步的半成品精度，從而保證最終的零件精度。簡單點說，機械加工工藝流程是主干，加工工藝是主干每一個節點的枝椏，只有把主干和所有枝椏都做到最好才能得到最完美的零件。

1.2 零件加工精度

零件的加工精度，指的就是加工完成后的零件，其幾何參數與設計參數的符合度，符合度越高，零件的精度越高。一般而言，按照幾何參數的劃分，零件的加工精度又分為尺寸精度、形狀精度、位置精度。由此可見想要保證零件的加工精度，不僅對尺寸，還對形狀以及位置有很高的要求，這也就使得零件的加工精度所受的外界因素影響變得更多，為了保證零件的高精度，就必須要在機械加工工藝過程之中，降低這些因素帶來的不利影響。

2 影響零件加工精度的傳統機械加工工藝因素

2.1 內部因素

影響零件加工精度的機械加工工藝因素之一就是其內部因素，再具體一點就是生產工具不符合標準這一因素。我們都知道在機械加工過程中需要使用到各種類型的機床以及工具，但是這些機床以及工具會隨著長年累月的使用而產生磨損，這一因素會很大程度地影響零件的加工精度。再其次就是設備本身出現了故障，導致加工精度下降，又或是工作人員的操作失誤，導致加工精度下降。還有，就是在零件的加工過程中，裝夾未達標準，應該限制的自由度沒有限制住，從而導致加工精度下降。這些都是在加工過程中，由于設備故障而導致的問題，統稱為影響零件加工精度的機械加工工藝內部因素。

2.2 熱變因素

這一因素是我們在加工過程中需要大力避免但卻無可避免的因素。我們都知道這么幾個常識：摩擦生熱、熱脹冷縮。沒錯，在機械加工過程中，需要大量使用切削，銑削，磨削等動作，這些工序都會產生大量的熱，從而使得工件變形，雖然變形量微乎其微，但是哪怕是0.01的變化，最后都會導致零件的加工精度下降。所以我們一般都會在加工工序中加入噴灑冷卻液這一步驟，但是這一方法治標不治本，會受熱變形的不僅僅是加工中的工件與刀具，還有各處運轉的機床部件，這些部位運轉速度不一，產生的熱量也不一樣，產生的熱變形也就不一樣，這也就進一步使得加工精度下降，這就是我們常說的影響零件加工精度的機械加工工藝熱變因素。

2.3 受力因素

受力因素影響零件加工精度的方式方法與熱變因素差距不大，都是通過使零件以及機床部件變形從而使得加工精度下降。我們都知道在機床的加工過程中，工件是需要定位并夾緊的，所以在這一過程中，機床夾具與工件都會產生細微的擠壓形變，雖然改變量細微，但還是會對零件的加工精度造成影響。在機床的運行中，電機施加的外力，也會使得機床部件變形，從而使得零件的加工精度下降。

3 影響零件加工精度的數控機械加工工藝因素

自從1952年第一臺數控銑床產生，機械加工行業便進入了新時代——數控時代。相較傳統的手工機床，數控機床最為突出的優點便是其卓越的可控性，這一優點完全解決了人工操作帶來的不可控因素，大大提高了零件的加工精度。但是數控機床也并不是完美的，好的技術解決了一些傳統的問題，但也帶來了新的麻煩。

3.1 編程原點選取對加工精度的影響

我們都知道，在數控加工中，需要建立坐標系，再進行編程，把機械加工轉換成代碼信息，從而降低人工操作帶來的誤差。但是這一切都是在坐標系建立正確的情況下，所以作為坐標系最為重要的一點——坐標原點的選取，就顯得尤為重要。但是目前國內數控機床自帶的定位裝置精度并不是十分精確，高精度的定位裝置又不能普及到各式各樣的數控機床中，這就導致了編程原點選取對加工精度的影響。

3.2 編程程序對加工精度的影響

類比計算機中的編程，好的程序員能夠用更為精確而又簡潔的語言實現同樣的功能。在數控機床的加工中，編程程序的繪制同樣會給零件的加工精度造成影響，編程中尺寸公差的選擇錯誤就是一個例子。另外，在數控加工中，加工路線的選擇也是一大影響因素，在程序中選擇不同的加工路線，加工余量不同，加工出的零件精度也會有不同，加工的效率也會有明顯的差別。

3.3 插補運算對加工精度的影響

這方面對加工精度影響一般取決于系統選用的插補算法，常見的插補算法有直線插補圓弧插補以及復雜曲線實時插補算法。但是不論哪一種插補算法，都會在層層加工之下累計誤差，起初十分微小，但是當累積量足夠大時，零件的加工精度就會大大下降，從而使得加工的廢品率大大提高。

3.4 軌跡擬合誤差對加工精度的影響

我們在加工各種零件時，經常會遇到不規則的曲線，但是在數控編程中，我們只能夠采用直線與圓弧相結合去擬合這一段曲線，因為大部分的數控機床都不具備對復雜曲線的擬合功能，所以只能利用直線以及圓弧的插補算法去擬合這一軌跡。一般我們會用等距法等誤差法來減小軌跡擬合帶來的誤差，但是不可否認誤差仍舊存在，所以當使用軌跡擬合時，還是會引起零件加工精度的下降。

4 控制機械加工工藝對零件加工精度的影響因素

4.1 控制內部因素對零件加工精度的影響

首先是機床的采買過程，必須采購完全符合標準的機床與工具，在日常的加工過程中也要時刻注意工具與機床的維護。其次是機床內部零件與工具的磨損問題，如果是維修后可以符合標準的零件就進行維修并二次利用，若是維修后也不能達到標準那就選擇換用全新的零件。

4.2 控制熱變因素對零件加工精度的影響

首先明確，熱變因素是無可避免的，所以只能在能夠控制的范圍對熱變因素進行控制。最常見的就是在不影響加工的情況下加大冷卻液的投入使用。其次是在加工過程中把刀具工件的熱變量考慮進去。最后加大機床的散熱功能，使得熱變因素對零件加工精度的影響變小。

4.3 控制受力因素對零件加工精度的影響

首先，加工人員應在不影響加工的條件下，減小夾緊力，也可以在工藝流程的起點選用形變量更小的材料。其次，在加工過程中也需要密切注意工件與機床部件所受的擠壓，若是有明顯的形變，應及時作出調整。

4.4 數控加工因素對零件加工精度的影響

我們已知的數控加工方面常見的對零件加工精度的影響因素有：編程原點的選擇、編程程序的選擇、插補算法的誤差、軌跡擬合的誤差。這一系列的影響因素也是可以通過人工刻意地調整去降低與控制的。關于編程原點帶來的誤差，只需要改進數控機床中的定位裝置即可。編程程序、插補算法都可以通過不斷累積經驗、不斷學習、不斷進步，一步步減小帶來的誤差。至于軌跡擬合帶來的誤差，只要減少運行的工步，累積誤差量不超過臨界值就不會給零件的加工帶來很大的困擾。

5 結語

綜上所述，機械加工工藝對零件加工精度的影響大致分為傳統加工工藝與數控加工工藝方面的影響，而其中數控加工工藝雖然降低了人工操作帶來的各種內部因素的誤差，但卻帶來了新的數控方面的影響因素。總而言之，零件的高加工精度一直是我輩機械人的追求，不斷優化傳統的機械加工工藝，減小已知影響因素對零件加工精度的影響，追求新式的、誤差更小的機械加工工藝才是我們立足當下需要做的事情。