機械加工工藝對加工精度影響分析

0 引言

加工精度會受到機械加工工藝的直接影響，這種影響主要體現在內部因素、熱變因素、受力因素、機床精度等方面。為盡可能消除加工精度受到的機械加工工藝負面影響，正是本文研究的目標所在。

1 機械加工工藝的影響分析

1.1 內部因素

在機械加工過程中，內部因素對加工精度的影響較大，主要體現在系統和設備精度方面。如精度問題在生產過程中被忽視，機械加工設備運行將受到負面影響。在安裝和使用機械加工設備的過程中，如安裝與加工過程間的差距明顯，機械加工精度很容易受到不夠精細的操作影響。在使用機床和夾具進行加工時，如存在構件誤差，加工精度往往難以控制，設備嚴重磨損問題也很容易出現

。

1.2 熱變因素

機械加工工藝應用過程需要聚焦加工流程及溫度控制，否則加工過程很容易引發變形等問題。以機械零部件加工為例，刀具在應用時很容易產生熱變形，加工過程中機床自身結構也可能出現變形，這種情況下零部件在加工過程中的準確切割將無法實現。機械加工過程中的刀具摩擦會產生熱量，這種熱量的處理極為關鍵，處理不當將引發變形問題，進而導致加工精度降低，過長時間加工也很容易引發同類問題

。

1.3 幾何精度

機械加工設備對加工精度造成的影響極大，因此必須關注加工過程中出現的幾何精度問題。如出廠時的機械加工設備本身存在誤差，或設備使用過程存在安裝不到位、操作不合理等問題，機械加工精度將難以控制，由此引發的幾何精度問題同樣需要得到重視

。

2 機械加工工藝優化策略

2.1 優化內部因素控制

為保證機械加工精度，必須設法優化對內部因素的控制，具體可從以下幾方面入手：第一，原始誤差控制。各類客觀因素對機械加工的影響較為深遠，機床與零部件間很容易產生誤差，這種原始誤差對加工精度造成的影響極大，因此必須設法分析原始誤差出現原因并針對性處理；第二，機床位置和精度調整。在加工零部件的過程中，機床位置和精度需要基于具體要求進行，為實現對零部件熱變形的控制，可引入風冷方法，位置誤差問題解決和加工精度提高可由此順利實現。此外，刀具的優選也極為關鍵，用以避免刀具加工過程變形，這一過程中的夾具需基于零部件形狀針對性選擇，必要時還需要設計專用夾具，更好保證加工精度；第三，機床定位精度控制。在機械加工過程中，機床定位精度屬于一切的基礎，因此必須高度重視工作臺面及導軌等問題，同時設法完善工藝流程。如機床的滾珠絲杠屬于核心部件，具體選用需關注其技術先進性和本身精度，同時做好對回轉速度、軸向荷載等參數的控制

。

2.2 科學處理熱變因素

為應對熱變因素帶來的影響，機械加工過程需要做好溫度控制工作，實時監測關鍵部位溫度并進行有效控制。機械加工需要在溫度正常前提下開展，避免溫度過高等問題影響加工精度，如過高溫度出現，需科學選用風冷、冷卻劑等方式進行處理，機械加工設備的穩定運行能夠更好獲得保障。為減少生產過程中的摩擦放熱，潤滑油的科學選用也極為關鍵。為實現對機械加工精度的更好控制，機床熱變形和工件熱變形均需要引起重視，進而優選控制方式，如零部件切削加工過程需要關注切削液的科學應用，工件表面溫度可由此控制在規定范圍內，這一過程需同時關注加工誤差控制。基于零部件特性，加工過程中刀具熱變形控制需要關注切削刀具優選及加工參數控制，刀具潤滑也需要重點進行。此外，基于發熱源的不同，還應科學選用熱源隔離方式，保證機械加工過程受到的熱變因素影響降到最低。

為提升研究的實踐價值，本節以五軸加工中心工作臺平面加工作為研究對象，其中的五軸加工中心包括旋轉軸2個和直線軸3個，刀具一側設置有A旋轉軸和X直線軸及Y直線軸，工作臺一側設置有B旋轉軸和Z直線軸。

分析可以發現，正值、負值的千分表示數分別代表X軸導軌沿Y向相對下降或上升，因此凹凸不規則變化存在于X軸導軌中，由此進行的工作臺平面加工無法滿足現行標準對內凹或平整的要求。為保證存在平整內凹的導軌，Y方向補償需要圍繞各X軸向測量點進行，對于沿Y向相對上升的某X軸導軌點，負值補償需要圍繞Y向進行，反之則需要開展正值補償，具體補償值計算公式為：

2.3 聚焦幾何精度控制

工作臺平面銑削后能夠在一定程度上改善性能，但仍無法完全滿足加工需要，因此需要進一步開展工作臺平面磨削處理，這一處理不應采用傳統方式，而是需要適當改進磨削加工方式，進而提升磨削加工的質量和效率，更好滿足五軸加工中心工作臺平面加工精度控制需要。在磨削加工中，圓柱形砂輪磨削的應用最為廣泛，通過將工作臺表面與刀具主軸平行，使工作臺表面與砂輪圓柱面面接觸，垂直方向的砂輪均勻受力能夠開展充分磨削，這一過程存在較小的磨削阻抗力。在對工作臺進行磨削的過程中，為消除接刀痕并提升磨削效果，從一側到工作臺中心的砂輪加工需要超過中心一段距離，中心附近的工作臺準確加工可同時順利實現，但對于本文研究的五軸加工中心工作臺來說，主軸頭半徑會對圓柱形砂輪磨削造成一定限制，如存在超過五軸加工中心工作臺中心80mm的砂輪中心，主軸頭與工作臺會出現接觸碰撞，砂輪向前移動將受到限制，最終導致過中心磨削無法充分完成。為優化開展4工作臺平面磨削，需要關注圓柱形砂輪磨削在五軸加工中心工作臺平面加工中應用存在的不足，結合同類生產經驗，最終提出改進方案兩種：第一，增大砂輪直徑。相較于300mm的砂輪標準直徑，需要將該直徑適當增大，得到沿Y方向上升的主軸頭，五軸加工中心工作臺與主軸頭接觸點能夠同時移動至右下方向，二者的相對距離可隨之增加，超過工作臺中心的砂輪移動也將順利實現；第二，沿Y方向使主軸頭上升一定距離。通過繞A軸旋轉刀具主軸一定角度，通過具備一定錐度的圓錐形砂輪取代圓柱形砂輪，主軸偏轉角度需要與圓錐的錐度相等，保證砂輪傾斜后能夠順利與工作臺進行面接觸，超過工作臺中心的砂輪向前運動同樣可以順利實現。

3 實例分析

3.1 問題分析

我踢著街上在小石子，那是什么時候的事？哦，扒鍋街消失的第三年，我照舊在新家的街道上被我媽拿著鏟子追著，只是再也沒有人給我通風報信，通常我都會被揍得很慘。

3.2 導軌直線度控制

在進行不同工件加工時，五軸加工中心X導軌存在不同的直線度精度要求，機床導軌受溫度影響也會出現一定程度變形。在加工五軸加工中心工作臺的過程中，為順利通過驗收，加工完成后需保證其具備凹形或盡量平整的特征。為順利通過加工驗收，加工工作臺平面前需要適當補償X軸導軌，這一補償需要結合具體檢測結果并由專門的程序完成。在測量機床導軌不直度過程中，光學平直儀檢測法具備較高精度，但存在無法直接測量和光能損耗大的缺陷，水平面內和垂直面內的導軌不直度多通過平尺拉表比較法檢測。基于效率及成本考慮，本文選擇平尺拉表法進行檢查。案例中的五軸加工中心工作臺尺寸、X軸導軌長度分別為800mm×800mm、1100mm，通過在導軌行程中心設置工作臺中心，檢測可更為便利開展。檢測過程使用精密平尺，檢測范圍為“-150mm至-950mm”，檢測前需要通過千分表在-100mm和-1000mm處兩端校平精密平尺，同時確定參考點為-1000mm(X)，相對參考點千分表示數需要每50mm沿X0方向檢測獲得，垂直方向X軸導軌波動情況可由此明確。

教師和學生之間的民主平等、和諧融洽是課堂活動取得良好效果的重要條件，教師不僅是師長，更是學生的朋友，是和學生共同探求真理的伙伴。教師對學生的愛心是成功教育的原動力。因此，我們要真誠地關愛每一個學生，尊重他們的主觀能動性和創造性，認真傾聽他們的心聲，用愛在師生之間建立起溝通的綠色通道。因為只有民主平等的師生關系才有利于和諧、寬松的學習氛圍的形成；只有讓學生感到輕松，才能讓學生達到樂學的優化心理狀態，只有讓教師做到放松，才能讓教師形成樂教。這樣的課堂氛圍使師生都能感受到課堂的幸福與溫馨。

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Δ

=

-

-1

≥1

(1)

為保證工作臺面平面度達標，需要銑削加工工作臺平面，同時對平面度誤差值進行分析，該分析需要聚焦銑削前后變化。平面銑削需要沿T型槽方向開展，具體從工作臺面中心軸開始，銑削至一端邊緣，之后進行180°的工作臺旋轉，開展相同方式的銑削處理，直至完成整個表面的銑削，這一過程需要保證半個平面內的工作臺具備一致的加工方向，銑削產生的磨削抗力和相對內應力也需要對稱，否則將引發變形問題。對于面積較大的工作臺平面，為真實采集平面度數據，采集需要針對性選擇多個點，具體采集過程使用電子水平儀，采集需要圍繞60個均布的工作臺平面點進行，選擇三點法完成平面度采集，同時向專業測量軟件在輸入采集獲取的數據，對工作臺表面銑削前后的平面度誤差值及凹凸情況開展全面分析。通過分析可以確定，工作臺平面銑削前、后的平面度誤差分別為45.14μm、27.87μm，工作臺平面在銑削后存在降低顯著的平面度誤差，但該誤差仍較大，更深入分析能夠發現，由于基于T形槽方向的刀具在銑削過程中來回走刀，一定內凹趨勢出現于工作臺平面中，朝向同一側的內凹方向使得不均勻凹弧度在工作臺平面出現。

探察隊員將包裹搬入肖特拉洞內井狀通道，其中有些井狀通道有36層大廈那么高。他們繞過地下瀑布攀登，沿著水平通道爬行，在黑暗的地下營地度過了好幾個星期，晚上就穿著潮濕的衣服睡覺。

基于表1進行分析可以確定，結合求得的補償值，可基于增量坐標開展位移補償，這一過程需全面分析加工程序段，直線度方面的X軸導軌要求可由此順利滿足。

3.3 工作臺平面銑削

式中的Δ

、

分別為補償值、千分表示數，結合式(1)開展計算，可得到表1所示的精度補償表。

3.4 工作臺平面磨削

考慮到幾何精度帶來的影響較為深遠，切割原材料環節的幾何精度需要嚴格控制，進而實現機械加工精度提升，具體加工要求也能夠更好滿足，如加工機械零部件，錐度誤差很容易因移動過程中的車床滑板和床鞍引發，因此日常檢查環節需要對臥式車床誤差進行嚴格控制，滿足相關標準規定要求。在檢測機床的過程中，錐度誤差修正可應用斜線指令。如車床存在不規則的平行度變化，具體劃分需結合變化速度，修正處理選擇幾段斜線指令。如車床的平行度較差，修正過程需要重復循環縱橫向走刀。在對中心線平行度的檢查中，一般情況下檢查范圍、允許誤差分別為300mm、0.023mm，床鞍移動時對主軸的檢查范圍、允許誤差分別為200mm、0.015mm

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分析圖2可以發現，為保證五軸加工中心工作臺中心磨削，需要保證砂輪向前多移動50mm，因此刀具主軸應繞O旋轉點進行一定角度旋轉，其中的O為A軸旋轉點，最終保證主軸頭與五軸加工中心工作臺接觸于B點。基于300mm的砂輪直徑，考慮到主軸頭與五軸加工中心工作臺的接觸點在未改進時為A，因此水平軸與A的距離為：

對比上述兩種方案可以發現，第一種方案會導致砂輪制造成本提升，增大的直徑會同時提升轉動慣量及線速度，不穩定及振動現象會因此在磨削過程出現。分析第二種方案可以發現，為確定最佳的刀具主軸旋轉角度，需要結合圖2進行分析。

(2)

基于280mm的主軸頭半徑，可確定主軸頭中心與A的距離為280mm，因此可確定主軸頭中心與點C距離，即：

(3)

主軸頭與工作臺在砂輪前進50mm后的接觸點為B，對于實現50mm向前移動的砂輪，可將其轉換為向后移動50mm的五軸加工中心工作臺，因此可確定點D與點O間的距離，即：

=

-50=236-50=186

(4)

水平軸與

的距離為：

(5)

進一步分析主軸偏轉角度等效分析結果，可發現圖2中的

、

分別為砂輪中心改進和改進前的中心點。

受較小的砂輪半徑影響，因此一般存在10°以內的刀具主軸旋轉角度，因此砂輪軸線在改進后的計算可仍按照平行于水平方向進行，砂輪中心點下降高度在改進后與主軸頭上升高度近似等效，因此可確定水平垂直面上的高度為59mm，最終可通過計算求得刀具主軸偏轉角度，具體計算過程為：

首先，詞作者采用移就修辭格，將針線縫補衣服來來回回的動作轉移到同樣四處走動的妻子身上，這使得“漂流”二字有了更深層次的意味。作者以針線的來回寫書生為前程四處奔波與妻子為生計與丈夫來回謀劃擔憂是很高明的。

(6)

考慮到等效近似計算引發的誤差及加工過程中的砂輪磨損，最終選擇5.5°作為刀具主軸偏轉角度，此時能夠得到最高的磨削加工效率。對于改進后的工作臺平面磨削加工，還需要針對性開展平面度檢測，檢測使用電子水平儀，結合檢測結果可以確定，五軸加工中心工作臺平面精密磨削后存在6.98μm的平面度誤差，相較于未進行機加工時實現約40μm誤差降低，相較于磨削加工前實現約20μm誤差降低，五軸加工中心工作臺表面存在中間凹、四周凸形狀，加工的平面精度極高。

3.5 工藝方案驗證

在對五軸加工中心工作臺平面的加工過程中，加工以導軌精度為基準，工作臺面加工基于同一臺機床完成，加工精度提高及工作臺安裝誤差降低可由此實現，結合上文研究，可確定五軸加工中心工作臺平面的加工工藝流程為：“毛坯件入庫→來料檢測→存儲毛坯件→X軸導軌直線度補償(平尺法)→銑削加工→X軸導軌直線度補償(平尺法)→磨削加工→X軸導軌直線度補償(走刀法)→精密磨削→檢查成品→出庫”。在上述工藝流程下，選擇毛坯工作臺平面10臺開展隨機抽樣加工實驗，對各工作臺平面度加工完成后的誤差進行記錄和分析，通過實驗可以確定，完成加工后的五軸加工中心工作臺平面均存在7μm以內的平面度誤差，工藝的穩定性、高精密性特點得到證明，能夠用于批量加工五軸加工中心工作臺平面，具備較高推廣價值。

4 結論

綜上所述，機械加工工藝對加工精度影響較為深遠。在此基礎上，本文涉及的優化內部因素控制、科學處理熱變因素、聚焦幾何精度控制、導軌直線度控制、工藝方案驗證等內容，則直觀展示了機械加工精度控制方法。為更好開展高精度的機械加工生產，智能化軟硬件引入、相關人才培養、全過程管理探索等方面同樣需要得到重視。

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