機械制造工藝對金屬零件加工精度控制影響分析

王慧萍

（鄭州信息工程職業學院，河南 鄭州 450000）

生產加工是支撐工業化發展的基礎，也是保證工業生產質量重要條件之一。金屬零件加工精度是機械加工過程中一個重要指標，通常指被加工金屬零件的幾何參數與預期參數的匹配程度[1]。適用范圍越大，加工精度越高。金屬零件加工精度在加工過程中一直是一個非常重要的問題，生產加工是支撐工業化發展基礎，也是保證工業生產質量重要條件之一。為確保零件加工精度，必須嚴格按照各工序工藝要求，科學、合理地控制加工過程[2]。要達到控制精度目的，就必須從影響精度問題入手，有針對性地調整工藝方法。但傳統加工工藝中不可避免地存在著這些因素，因此有必要分析機械加工工藝對金屬零件精度控制影響。機器制造業發展水平直接關系到國家經濟發展和國家綜合實力提高，近幾年來，隨著機械制造業迅速發展，各種精密機械設備生產和應用，使我國機械化水平大大提高。精密機械設備中，對金屬部件的精度有較高要求，若尺寸和位置不一致，將會影響設備整體運轉[3]。所以在加工金屬零件時，對加工精度有很高要求。但在實際加工過程中，加工工藝運用會影響金屬零件加工精度，必須進行有效控制。

1 機械加工工藝對金屬零件加工精度影響分析

金屬零件在加工過程中，會受到很多因素影響，導致金屬零件參數誤差、精度和質量下降，如圖1所示。

圖1 金屬零件在機械加工過程中影響條件分析

在實際生產中，金屬零件會影響加工條件，在加工過程中，金屬零件常常受到各種因素影響。在外環境空氣濕度、溫度變化、設備使用壽命等因素都會影響零件使用壽命，大大降低零件使用精度，只有不斷改進施工工藝才能更好解決這一問題[4]。

金屬零件加工精度是指成品金屬零件參數與設計參數一致性，交疊程度越高，零件精度越高。隨著加工精度提高，其誤差也隨之減小，從而提高了加工精度。加工精度可分為尺寸精度，主要是指加工出金屬零件實際尺寸與零件公差一致性，形位精度是指金屬零件形位、孔位與理想尺寸的一致性[5]。加工制造金屬零件時，毛坯改進目的是通過加工來提高零件與毛坯配合程度，就實際加工情況而言，其加工過程是對被加工零件毛坯磨削，對零件加工精度要求較高。粗加工研磨毛坯、加工零件整體結構，根據加工結果控制毛坯和零件尺寸精度。

1.1 夾具選擇不當

機器制造過程中，既有結構簡單型件，又有機構復雜型件。對結構簡單的金屬零件來說，工作和夾緊都比較容易，而對形狀復雜金屬零件來說，加工金屬零件較多，因此使用夾具種類較多，主要有三爪卡盤、四爪卡盤、扁嘴鉗，夾具分別用于某些金屬零件。機械加工中，夾具重復拆卸會浪費時間，增加金屬部件磨損程度。所以設計一種專用機床夾具是非常必要的[6]。與機床相比，金屬零件加工精度也取決于零件與機床位置關系，較高定位精度保證了夾具對金屬零件固定效果，而夾緊力的精確裝置就是拉伸裝置。在金屬零件運動過程中，由于切削力和慣性作用，金屬零件位置會發生變化，或振動會使其在原有位置基礎上發生變化，從而不能滿足加工要求。

1.2 熱變形因素

熱處理過程中，熱點因素相對直接影響金屬零件加工精度，熱處理對零件熱變形影響有很大差異，比如熱變形在加工工具和機床上熱處理，嚴重影響零件加工質量。在熱變形影響下，金屬零件加工精度將更加突出，特別是加工過程耗時長的金屬零件，比如磨削絲杠長度為2米，在溫度升高3℃的情況下，表面溫度升高3℃。絲杠要加長0.07mm。對六級螺桿來說，總誤差長度必須控制在0.02 mm以內，從而可以看出加熱變形后金屬零件對加工精度影響。另外，刀具受熱變形時，由于切削熱影響，也會對金屬零件加工精度產生不利影響。機床作為一種更重要的刀具，其熱變形必然會影響金屬零件的加工精度。由于刀具熱容量較小，重復切削加工產生的機械熱能較大，從而使刀具硬度發生變化，影響切削加工精度。

1.3 應力因素

在實施加工過程中，影響零件精度因素也體現在應力上，夾緊力變形等會影響零件精度。夾持金屬零件時，特別是薄壁金屬零件，在夾緊力作用下，金屬零件會發生一定程度變形。其變形對夾緊力變化也有直接影響，且有明顯的規律，金屬零件加工精度還受到材料應力因素影響。不同金屬零件組合及成型因素影響加工精度，金屬零件本身的均勻性差，變形會更突出。有些鑄件在成形時未進行均勻熱處理，而鍛件未進行淬火、回火處理，則容易產生質量問題，如應力和變形。

1.4 受到溫度影響金屬零件輪廓出現誤差

就機械制造加工機床而言，數控機床輪廓誤差主要來自于各軸運動所產生下移誤差，氣溫過高或過低都會影響工作，機械設備在運行時要適當控制好溫度。機械溫度升高主要原因是機械與部件摩擦。因樣品外形不同，由不同零件引起誤差在外形上呈現不同外觀。

設存在兩個剛體X和Y，其中X表示高階剛體，Y表示低階剛體，高階和低階剛體轉換算子為h，則有：

當n值為1時，說明兩個剛體為相鄰剛體。在相鄰剛體中產生靜態誤差，其中主要包括單軸定位誤差和軸間關系誤差，兩種誤差由不同地形因素引起，通過地形或加工軌道可以反映出來。

2 控制措施

為確保金屬零件加工精度，在實施加工工藝過程中，必須從多方面加強控制，下面控制措施可供參考。

2.1 確定機床夾具種類

機床夾具選型，要看金屬零件尺寸精度、形狀結構、位置及表面質量，通過對金屬零件分析和機床選型，確定夾具形式為一次裝夾具和多工位加工夾具，從而實現了鉆孔、車削和夾具形式的要求。后卡箍凸緣通過卡箍和內錐體與車床主軸相連接，夾頭前端轉盤中心位置為金屬零件擰緊裝置，由于彈性輪胎軸可施加張力，使圓錐張力螺絲外露，并使定位銷軸在旋轉盤上轉動，使定位銷松開并夾緊，可以轉動5個工位，每個工位轉動加工金屬零件一個孔，定位銷在彈簧松開時，在彈簧作用下自動進入夾具上定位孔。旋轉盤上有三個螺絲蓋，它們都在旋轉盤附近，旋轉盤轉動時松開螺母，旋轉到工位時擰緊螺母，固定旋轉盤。本裝置用于夾具，具有結構簡單，安全方便，操作簡便等優點。采用夾具時，夾緊力方向與定位基準垂直，有利于定位。夾緊后金屬零件變形小，接觸面無損傷。通過5個工位加工，金屬零件達到了圖紙設計要求，保證了產品質量和生產效率。

2.2 控制熱變條件

影響金屬件加工過程主要因素是熱變化條件，它可分為三類：金屬零件熱變化、刀具熱變化和機床熱變化。精度優化的控制方法在不同影響條件下是不同的。比如在研磨絲杠時，絲杠的長度是lm。每次的研磨加工都會使材料的溫度升高，絲杠的長度增大，在金屬零件的加工中會產生嚴重的誤差。加工過程中，可采用切削液輔助加工，保證了金屬零件的正常磨削狀態，同時減少了金屬零件側面熱變形的可能性。另外，在防止機器過熱時，工作人員可對機器的加熱情況進行限制，通過隔離熱源，減少熱變化情況的影響。在限制機器發熱同時，還可采取強制冷卻措施，通過有效地吸收熱量，降低溫度變化對機器結構的影響。以此為目標，合理地規劃機床運行計劃，減少設備空轉也是一種有效管理方法，可以在一定程度上削弱熱變化發生可能性。

2.3 加強外力因素影響控制

要保證零件加工質量，提高零件加工精度，就必須從外力干涉控制方面加大力度。加壓摩擦因素是影響金屬零件加工精度的主要因素，必須在使用機械工具和設備進行維修前，先降低設備加壓壓力，并及時檢查相關設備，如刀具，以確保表面光滑，減少設備與金屬零件摩擦。實際加工金屬零件時，可以把整體壓力和摩擦控制在合理范圍內，從而保證了加工金屬零件整體質量，提高了加工精度。

2.4 金屬零件加工溫度控制

為保證金屬零件在加工過程中加工精度，工作人員必須對影響金屬零件加工精度各種因素處理，金屬零件加工溫度控制是關鍵問題。為了避免加工過程中熱變形因素對金屬零件加工精度影響，必須加強熱變形管理與控制。了解熱變形因素對金屬零件加工精度影響后，現場相關操作者應盡最大努力，加大熱變形控制相關領域操作者應更多地關注切削過程中切削液使用操作，降低金屬零件表面溫度，并在應用級上降低由于金屬零件溫度過高引起的誤差。

對于熱變化引起的金屬零件加工精度控制，有關人員選擇就顯得尤為重要。選用優質耐熱刀具，采用合理幾何參數值，做好刀具潤滑和冷卻工作。為了解決機床熱變形對金屬件加工精度影響，必須準備設備熱源，增加散熱方式以控制溫度。如不同熱源操作者可通過熱源隔離和潤滑操作，保證機床熱變化穩定性，有利于提高金屬零件加工整體精度。

3 結束語

為保證零件加工整體質量，相關操作員應從多方面考慮和優化，提出更科學加工方案，并嚴格按照加工工藝加工，以提高零件加工質量。因為影響金屬零件在加工過程中加工精度因素較多，所以要提高金屬零件加工質量，就必須正確處理影響加工質量現實因素，才能保證加工領域可持續發展。