機械加工工藝對零部件加工精度的研究分析

閆安崗，胡曉波，袁 偉，朱玉麒

（1.山東理工大學，山東 淄博 255049；2.中國核工業二三建設有限公司，北京 順義 101300）

隨著工業科技日新月異的發展，我國機械生產加工技術需與時俱進不斷創新，才能不被科技進步的時代浪潮所淘汰[1]。如何在當前的機械制造設備和加工技術水平下盡可能提高機械零部件加工的精度，是目前在機械制造領域的技術難題之一[2]。加工后的零部件表面質量將直接影響到其產品各項特性，間接影響到組裝后各機械產品的工作周期和使用壽命。從實質上來說，機械零部件加工工藝是以生產的“毛坯”物料為載體，再以加工的方法對物料加以改進，達到更符合零部件制造技術參數要求的目的[3]。零部件對機械加工精度的要求相對較高，但是如果在實際機械加工中所使用的技術人員、設備、材料、加工工藝、工作環境等不合理，會使得零部件機械加工的精度遭受較大的負面影響[4]。隨著未來社會對機械制造業標準愈來愈高，產品零部件與機械加工的精確度和匹配率將成為機械加工中提升與創新的關鍵點[5]。由此可見，加強對零部件加工精度的研究與分析是必不可少的。

1 理論概述

1.1 機械加工工藝

機械加工工藝主要是指在對機械零部件加工過程中通過運用某種加工工藝方式，對毛坯進行加工處理，從而提高毛坯和零部件之間重合程度的一個機械加工過程[6]。一般來說，機械加工工藝的整個流程基本都必須經歷從粗加工到精加工。所以，在毛坯到成品機械零部件的整個加工工藝流程中，其精度都有著相當嚴格的標準。由于在機械加工工藝過程中會存在著多種直接或間接的影響，因而在機械加工工藝流程中，每個工藝環節都必須按照相應的加工標準進行，方能進一步提高產品零部件的加工質量。

1.2 零部件加工精度

零部件機械加工精度一般是指在零部件機械加工后，其實際的幾何學技術參數（即尺寸、位置和形狀等）與理論中幾何學技術參數的吻合程度。機械加工精度分為尺寸精確度、圖形準確度和定位準確度等，其匹配程度越高，表示機械加工精度就越高[7]。由于在機械加工工藝過程中，會受到多種因素的影響，使得制造出來的零部件會和所預期的幾何學技術參數有所不同，從而影響加工工藝產品的水平與品質。目前現代機械加工工業中大部分都是流水車間生產線，所以在實際加工流程中，會受多種因素的影響而造成零部件加工精度存在偏差。

2 零部件加工精度的影響因素

2.1 內部因素

內部因素主要包括設備影響、機械配合影響、日常機械磨損影響和技術人員的經驗影響等。內部因素是零部件機械加工精度中最不易消除的一個因素。在產品零部件加工過程中，影響零部件加工精度的內部因素主要是指機械加工設備本身的誤差，因此對其機械加工的設備有較高的技術要求。在整個零部件加工過程中，機械加工設備的優良性將直接影響零部件機械加工的精度。首先機械加工設備的安裝工作是較為關鍵的一環，其次在機械零部件加工過程中，機械加工設備零件的一些狀態磨損及機械加工設備各部件的契合程度，也是影響加工件準確度的主要原因[9]。由此可見，嚴格把控機械加工內部因素是提升產品零部件機械加工精度的關鍵保證。

2.2 熱變因素

熱變影響因素主要包括工件的熱變、刀具的熱變、機械自身的熱變等。在產品零部件加工過程中，要使經過機械加工的零部件能滿足一定高精度標準要求，就需要對零部件進行多次切削，但在切削過程中產生的摩擦力會不斷作用形成熱能，該熱能將會引起刀具和零部件溫度發生變化，最終使得零部件的加工精準度無法達到高精度的標準要求；如零部件加工的精準度要求較高，零部件較長，此時零部件精準度也會受到影響。在零部件的機械加工中，機械設備會和零部件產生熱相互作用，從而引起機械加工設備本體工作溫度上升，使機械加工設備自身切合度受到一定影響，結果造成加工的機械零部件精確度出現較大偏差[10]。外界溫度的變化，對零部件及機械加工設備也會產生一定影響，使刀具在切削零部件過程中發生偏差，進而影響其精度。由此可見，合理調節機械加工設備周圍環境溫度有利于零部件加工的精確度。

2.3 受力因素

外力因素也是零部件加工生產精度中的重要影響因素之一[11]。零部件在進行機械加工時，自身運轉會受到各種外力的共同影響，包括刀具的斜切削力和夾具的夾力矩等。在各種方向、大小應力的共同作用下，零部件或刀具很容易產生金屬疲勞，并發生一定程度的變形，會直接影響機械軸線的回轉線出現偏移，從而使得各零部件加工部位也相應地出現偏離，如圖1 所示。由此可見，零部件機械加工中，在主要受力部位通過增加設備強度和剛性的方法，來合理地調節刀具和機械加工設備的變形，可減小其對零部件機械加工精度的影響。

圖1 零部件加工過程圖示

3 提升零部件加工精度的方式方法

3.1 提升技術人才能力

目前，中國的機械制造市場競爭愈來激烈，機械制造加工企業多選擇引進現代化機械加工工藝和技術，以提高對零部件機械加工精度的控制，但并沒有意識到提升生產技術人員專業能力的重要性[13]。不重視對生產操作技術人員的培養，生產操作技術人員專業能力將無法大幅提升。而機械設備的平穩運行需要技術人員進行使用和管理。專業技術水平欠缺的操作技術人員根本無法熟練地運用新時代機械加工設備，同時還會存在極大的安全隱患，對整個企業自身運行效能和經濟性產生負面影響。所以，在實際的管理工作中，企業管理者須定期舉辦學習培訓活動，對操作技術人員的專業素養和技術能力加以培訓提升，讓其在規范標準的約束下完成日常生產工作的同時能靈活處理各類突發性問題[14]。既提高機械零件加工精度質量又提升工作效率[15]。

3.2 合理設計零部件加工精度

零部件設計是否合理也會對零部件的機械加工精度產生影響。為防止上述問題的發生，設計人員與操作技術人員必須按照零部件本身的功用和特性對零部件加以科學合理的設計及選用[16]。另一方面響應節能環保、可持續發展理念，在保證零部件加工精度的同時，積極推動機械零部件加工領域向綠色環保型方向發展[17]。

3.3 零部件加工材料

若機械零部件的加工材料不滿足標準要求，就算嚴格控制了機械加工工藝，也無法充分保證零部件的機械加工精度。所以，零部件加工原材料是整個機械加工生產工藝的重要基礎，為了提升零部件加工精度，就必須對其加工材料實施嚴格把控。在機械加工工藝中，零部件原料的材質選擇，也是保證其機械加工精度滿足一定標準要求的核心關鍵環節[18]。另零部件在加工過程中應強化產品質量監督，進行質量抽檢工作[19]。

3.4 減少外力干擾

零部件機械加工中，由于壓力和摩擦力都會對機械零部件加工精確度產生負面影響。為減少外力作用對零部件加工精度造成的危害，就一定要減小這兩個作用力。第一種可在設計零部件加工工藝基礎上將其重量加入設計要求，以此進行對外力的抵消，避免因碰撞而引起精確度偏差[20]；第二種是日常機械加工前要仔細檢查機械加工設備，若經檢查時發現機械設備中的零部件未合理嚙合，則要盡快進行相關的調整工作[21]；第三種是定期拋光機械設備關鍵部件結合表面，增加機械結合表面之間的平滑程度，以此減小機械結合表面之間和零部件之間的摩擦力，減少零部件制造過程中的加工偏差，零部件機械加工的精度也將獲得提升；第四種是建立偏差補償措施，在機械加工中偏差不可避免時，可以采用增加材料方法填補并補償偏差。通過數字統計分析了解機械加工過程中偏差產生環節，調節機械加工設備裝配參數至一定數值，以此補償機械加工偏差[22]。

3.5 合理控制熱變因素

熱變形問題的產生，主要是零部件加工中產生的熱能和機械本體運動所產生的熱能等[23]。在對零部件進行加工與測量之時，必須考慮周邊氣候環境的影響，因為環境溫度過高或環境溫度過低時，零部件因熱脹冷縮自身發生形變，引起測量尺寸有較大差別[24]。零部件在加工時產生摩擦，也會造成零部件的自身溫度上升。為減小因環境溫度及摩擦造成的熱變影響，提升零部件加工的準確性，我們可以合理控制加工車間內部溫度，或在零部件上放置冰碴，甚至是用冷水清洗等方式，以減小零部件加工中因熱變造成的影響[25]，如圖2 所示。這樣做的目的，都是為了能夠使零部件加工尺寸精確度達到更高標準。

圖2 加工件冷卻劑降溫圖示

3.6 提高機械加工工藝系統設備配置

機械加工工藝中，由于機械設備性能也會影響零部件加工質量，因此改善機械加工工藝系統設備配置，是提高產品零部件機械加工精度的重要途徑之一[26]。提升零部件加工精度，除了改善機械加工工藝系統設備配置外也必須注重加強對機械加工系統的研究力度，以促進技術設備革新，提升加工裝置效能，并充分運用科學技術提高零部件成品精度[27]。在設備提升改造過程中，必須做好對設備使用偏差的精確計量，并進行偏差補償，嚴格控制設備偏差，提升零部件生產加工精度[28]。

3.7 向數字化革新方向發展

在現代化科技技術理念全面創新的背景下，尤其是面對第四次工業革命日益提升的現代制造科技技術，機械加工工藝也在不斷優化和改善。通過加工操作中的經驗總結，先進數字化加工設備與技術引進更能促進零部件加工精度的準確控制[29]。在未來的生產變革過程中，唯有持續引入最先進的數字化機械加工設備，并持續加強對最先進數字化機械加工設備的研究，才能改進機械加工設備中的不足，提高機械加工設備的性能與精度，進而提高零部件加工的質量[30]。為了保障最終生產零部件的精確度，大多企業可利用先進技術構建數據模型后對零部件加工進行分析，這樣有助于從更科學的角度來提高零部件加工精度[31]。

4 結束語

綜上所述，在零部件加工制造中，機械加工工藝對零部件加工的精確度影響因素較多，如果得不到合理控制，零部件加工的產品將無法達到高精準度的要求，會對企業產生一定的負面影響。在社會經濟和科技高速發展，機械制造業仍在國民經濟發展當中扮演著十分關鍵角色的今天，零部件加工企業應充分考慮機械加工工藝的多種影響因素，從技術人員、設備、材料、工藝、環境等方面采取有效措施準確把握問題。在確保安全第一、質量第一的前提條件下，全面提高零部件加工精度，不斷提高零部件生產加工過程中的合格率。保障企業取得較高生產效益，提升企業在國際市場上的核心競爭力，有助于引導我國機械制造業向著和諧、穩定、創新、卓越的方向穩步前進。