機械加工精度的影響因素與控制探究

陳斌

福建建筑學校，福建福州，350002

0 引言

機械加工作為國家工業生產的基礎，在很大程度上取決于國家制造工業水平。而長期以來，我國的機械制造以中低端產品為主，產品生產精度與國外還存在較大差距。國內部分用戶寧愿放棄價格低的國內數控機床，也要選擇價格昂貴、性能和可靠性更高的國外數控機床，國內超過90%的高檔數控系統、數控機床依賴于進口。

機械生產的數控機床由若干個功能部件組成，機械加工過程中不同部件的性能、加工環境、施工人員等多個因素都參與其中，為此，影響機械加工精度的因素涵蓋技術因素、環境印象、人為因素等，不同因素單獨或一起作用，影響整個機械加工的精度，為此，本文結合多年的實踐經驗，統籌影響機械生產加工的多個因素，分析提升機械加工精度的有效措施，為不斷提升國內機械加工生產效益提供理論基礎[1]。

1 機械加工技術發展

1.1 微型機械加工技術

電子科技的蓬勃發展，極大地促進了微加工技術的發展，納米生產技術的出現，促使微型機械加工技術誕生，甚至出現了納米級加工技術。在實際的生產加工過程中，微型加工技術需要在相對狹小的空間內完成，以此確保加工件的精度。此技術廣泛應用于航天制造、醫療器械生產、精密儀器生產等，除此之外，微生產技術對納米生產技術研發意義重大。

1.2 快速成型技術

快速成型技術始于20世紀，在實際的生產過程中，首先利用計算機軟件進行建模，而后采用澆塑技術快速成型制成樣品。模型是快速成型技術快速生產的基礎，另外隨著科技的不斷發展，CNC技術、人工智能、激光技術等的不斷涌現，快速成型技術工藝不斷優化，其生產優勢逐漸凸顯，在我國機械加工技術中所占的地位日漸突出，廣泛應用于重要零部件的生產加工[2]。

1.3 超精密加工技術

超精密加工技術不僅是現代機械加工技術的重要組成部分，還是評價機械加工技術的重要手段和方法，尤其是在科技信息不斷發展的當下，加工技術的不斷提升，對技術生產也提出了更高要求，也因為這樣，在實際生產過程中，必須注重加工精度。

2 加工精度

加工精度是指實際生產的部件的物理參數與理想值之間的符合程度，常用加工誤差來反映實際加工部件和理想部件之間的偏離程度，一般來說，加工精度包含三個方面內容：①尺寸精度要求實際加工部件尺寸與標準部件之間的尺寸不得超過一定的范圍；②幾何精度要求部件表面的宏觀幾何形成應滿足要求；③相互位置參數要求部件表面結構位置正確。在實際生產過程中，會遇到各種困難及其生產技術、條件方面的問題，使得機械加工的尺寸、形狀、表面結構位置不會完全一致，總是出現這樣或那樣的誤差，在滿足公差范圍要求的基礎上，應盡可能地采取合理的手段提高精度，以此不斷提高生產效率[3]。

3 影響機械加工精度的因素

3.1 加工工藝因素

為了達到預想的加工表面，刀具、工件之間需要達到精準的成形運動，理論上存在完美的成形運動，但實際生產過程中，完美的成形運動難以實現，時常出現加工效率低下，再加上機床、刀具等結構復雜，生產加工難度較大，在多個結構環節存在的情況下，很容易導致機床傳動誤差。

3.2 系統內部因素

系統內部作為影響機械加工的主要因素，也是機械加工生產中難以避免的影響因素。在實際的機械生產過程中，幾何誤差過大直接導致后續加工精度誤差。為此，示教過程的相關程序對機械設備的搬運要求很高，而設備的相關程序又會影響其加工精度。通常說，部件加工都會用到聯軸器，以達到相關的精度標準。機械設備運行過程中出現偏差，也會導致設備加工精度偏差，設備運行過程中損耗也會導致設備精度受影響[4]。

在部件加緊過程中，部件受夾而變形，尤其是針對薄壁部件的加工，勢必產生較大的變形，嚴重的變形勢必影響其精度。通常來說，受夾導致的變形與夾持方式、方向、夾持力密切相關。與此同時，在部件加工過程中，存在很多不確定的非均勻分布的應力，亦或加工件本身非均勻應力的存在，導致加工過程中出現變形，導致此類精度偏差，與材料的制備、成型有一定關系，材料均勻度越差，應力變形越嚴重。此外，加工過程中刀變形也會影響加工件精度，如果加工件剛度欠缺或剛性分布不均，夾具減震輔助支點不足，很容易導致加工件刀具變形，通常而言與切削力、切削余量、走刀速率密切相關。

3.3 系統外因素

系統外因素影響部件加工精度的同時，不利于系統內各設備的正常工作，縮短機械設備的使用壽命。其中影響部件加工精度的外部因素包括以下方面。首先機械設備擺放過于集中，影響操作，在正常的操作過程中，各部件包括夾具、工具等工作負荷過大，隨著時間的推移，導致高壓部件移位甚至變形，影響部件精度；其次，在加工件的生產過程中，各部件都需要承受載荷，在一定程度上也會影響部件精度。與此同時，在日常的運行過程中，系統內部也需要承受巨大壓力，所加工部件需要承受一定的反作用力，除了上述作用力會影響加工件精度外，系統內部各部件之間的相互摩擦、零部件日常運轉導致的磨損，也會影響加工件精度[5]。更為重要的是，大部分的機械設備的破壞，都是從零部件表面開始的，產品的性能，特別是產品的耐久性，在一定程度上決定了零部件的表面質量，正常使用的機器在持續的工作過程中，零部件的工作性能不斷下降，長此以往導致無法正常使用，甚至造成損害，究其原因，一方面和設計強度不夠有關，另一方面和機械偶然的負荷過大有關，其多數原因是磨損或外界介質腐蝕導致的，一般而言磨損或腐蝕多發生于零部件的外表面，或者從外表面開始，為此，應注重加工表面質量，以此延長機械設備的可靠性和使用壽命。需要注意的是，隨著現代工藝的不斷提高，高溫條件下工作的情況越來越多，表面層任何的缺陷，不僅會影響機械設備的性能，而且會導致應力集中，甚至應力性腐蝕，由此加劇了零部件的失效，這一切都與加工表面質量密切相關，為此應注重表面質量問題。

3.4 熱變因素

在切削的過程中，在受到切削力及其切削熱的作用下，部件表面金屬物理特性、機械性能肯定會產生變化，其主要變化包括表面金屬顯微硬度的改變、金相的改變、殘余應力的產生。除了上述系統內外因素會影響機械加工精度外，熱變因素也會影響機械加工精度[6]。一般而言，常見熱變因素包括刀具、工件、機床機構三方面。首先，在系統部件的加工過程中，刀具受熱、切削，在不斷地切削過程中，刀具與工件之間由于摩擦力，產生熱變形，影響精度；其次，工件熱變化，在進行較長部件的切削過程中，工件表面溫度升高，在內外溫度差的作用下，工件因此而變形，影響精度；最后機床本身發生熱變化，在部件加工過程中，機床受到內外各種力的作用，溫度升高，機床內部零件適用性降低，尤其是在高溫條件下，導致機車緊耦合零部件微小間隙，進而影響精度。除此之外，機車工作過程中，整體發熱，也影響其性能，導致機車轉速下降，影響整個加工的精度。

4 加工工件精度控制的方法

4.1 完善設備檢測編程系統

機械加工過程中，相關操作人員應不斷深入研究，提升工藝，從細節入手，認真分析機械零部件加工編程系統。機械零部件的加工不僅是門學科，更是一門技術。與此同時，相關技術人員應和管理人員一起，做好設備的質量檢測，以及后續的養護管理工作，改進機械設施設備，不斷優化設施設備的編程系統。除此之外，加強機械零部件的監督、管理，單純的技術研發難以真正提高加工件的精度，為此，在實際的部件加工過程中，要不斷地優化工藝流程，科學地監督管理。相關人員應意識到科學監管的重要性，采用科學合理的監管措施，不僅優化零部件生產程序，在零部件設計、加工、完成生產后，需要進行相關的質量監控，各行政人員做好部件生產的全過程監督[7]。

4.2 合理控制加工溫度

如前所述，部件生產過程中的熱變形對機械設備、部件精度都會產生影響。為此，相關技術人員應嚴格控制部件加工溫度，并優化生產工藝，合理調控零部件溫度。與此同時，在實際生產過程中，各部件所承受的溫度不同，相關人員應根據實際情況，選擇高效、科學的技術手段，逐步完善機械設備問題。相關技術人員應逐漸地調整零部件加工溫度，不能驟升或驟降，防止溫度驟升或驟降而引發零部件表面的龜裂，一般而言，為防止化學性污染氣體的產生，常采用物理降溫的手段。除此之外，對精度要求較高的部件，不僅工藝要求較高，而且加工溫度高，相關人員應根據實際情況，選擇不同的機械設備、零部件、工藝控制好部件溫度，其后，逐步調整加工件溫度，以此滿足實際生產的要求。

4.3 數控編碼控制

為防止數控編碼對加工部件精度的影響，首先，在進刀、退刀編程中，由于刀具本身直徑的不斷變化及其機床速度的時刻變化，編程設定需要盡量遠離圓弧。除此之外，為了不斷提升工件表面精度，有效延長刀具的使用壽命，可選擇順銑工藝。實際生產過程中，發現沙子粘在工件表面，可利用逆銑工藝避免刀具因此而受損。對于其他的非金屬材料部件，尤其是纖維材料部件，選擇采用逆銑工藝，以此確保材料的完全切割，保證銑削精度。最后，在銑削路徑選擇方面，針對精度要求較低的部件位置，為縮短加工路徑，可以選擇銑孔加工，但會影響Y方向生產精度，不適用定位精度要求高的部件。此時，可先進行銑削，雖然加工路徑變長，但精度方面得到了有效控制。

4.4 夾具優化設計

在實際的生產加工過程中，應充分考慮部件所夾持部位的夾緊力，過大的夾緊力導致夾持部件出現大變形；但夾持力度不足，加工過程中很容易出現松動，導致加工過程中出現碰刀，甚至導致刀具、設備的損壞。為此，在實際生產加工前，可開展3次的試作業過程，不斷改進所設計的夾具，另外應用三爪手進行部件底部夾持時，夾持部位應距離地面高度保持在5cm左右，頂部進行夾持時，應保證有3個活動輔助支撐點，以此解決因夾緊力而導致的部件變形。除此之外，鑄造件生產加工過程中，對工件外形尺寸的一致性有一定要求，為此，可選擇裝夾定位手段進行工件定位。實際的加工可分為粗車、精車兩種程序，粗車加工過程中，允許存在0.3～0.4mm范圍內的余量，粗車加工完成后，為保證粗車加工后的部件內部應力的釋放，需常溫放置24h，而后進行精車加工，需要注意的是，精車加工之前，可應用百分表進行定位，允許出現0.1mm以內的偏差。

4.5 確定切削參數

表面加工過程中會留下切削層殘留，適當地降低切削過程中的給進量、主偏角、加大圓弧半徑等，在一定程度上可降低殘留面層高。與此同時，適當地增加刀具前角，有助于降低切削時的塑變程度，此時可加入潤滑油，提高刀具刃磨質量，降低切削時的塑變，防止切削過程留下的刀瘤、鱗刺，降低切削表面的粗糙度[8]。粗加工過程中，允許的加工余量為3mm左右，有2次的進給操作，首次操作過程中，設計切削深度為1.8mm，參數設計方面，主軸轉速200r/min，進給量0.25mm/r。第二次參數設計，切削深度1.2mm，主軸轉速25r/min，進給量0.3mm/r，此次粗加工允許的余量范圍0.3～0.4mm。精加工過程中進行了2次進給操作，第一次切削深度0.2～0.25mm，主軸轉速達到了250r/min，第二次進給深度0.1mm，進給量達到0.15mm/r，主軸轉速設定為300r/min。

4.6 降低外力干擾

機械加工運行過程中，零部件因受到設備擠壓、摩擦而變形，對加工件精度造成影響，為此在實際的機械加工過程中，需要進行全面檢查，對固定部件各部分的松緊度進行調整。與此同時，機械加工過程中的摩擦力是不可避免的，為降低摩擦力，需加強設備檢驗，合理打磨設備表面，盡可能地減小零部件、設備接觸面之間的摩擦力。最后，要加強人才引進，積極開展企業技術培訓活動，加強專業技術人才培訓，提高機械加工精度、效率，注重專業人才的培養。

5 結語

在實際的工件加工生產過程中，影響機械工件精度的因素很多，包括加工工藝、部件表面質量、系統內部、熱變因素等，一旦控制不合理，極大地影響加工部件的精度，甚至造成殘次品的產生。而隨著社會科技的不斷發展，機械制造在國民經濟發展的作用日漸凸顯，相關企業人員必須充分考慮加工部件的相關影響因素，采用積極有效的防治措施，提高機械部件的制造精度?；诖?，本文結合實踐案例，通過探究發現系統內部因素、環境因素、人為因素在一定程度上都可影響機械加工精度，在實際生產過程中，可通過不斷優化生產工藝、嚴格控制生產溫度、提升專業人員素養等手段，綜合提高機械加工精度，為不斷提升機械加工生產效益提供理論基礎。