機(jī)械制造工藝技術(shù)的誤差及對策

陳艷艷

（鶴壁職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鶴壁 458030）

0 引言

在社會生產(chǎn)中，機(jī)械制造的出現(xiàn)能有效地改善社會生產(chǎn)狀態(tài)，因此，在實(shí)際的機(jī)械制造中，相關(guān)企業(yè)需要提高工藝技術(shù)水平，降低機(jī)械制造工藝技術(shù)誤差的發(fā)生概率，只有這樣才能保障機(jī)械制造的進(jìn)度，更好地保障工業(yè)生產(chǎn)。在機(jī)械制造中，零件、機(jī)床、工具等都有可能存在誤差，一旦出現(xiàn)誤差問題，就會影響機(jī)械制造的整體水平。機(jī)械制造本身屬于流水線作業(yè)，倘若中間一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)誤差就會導(dǎo)致整體加工進(jìn)度受到影響，所以，現(xiàn)階段急需解決的機(jī)械制造問題就是減少工藝技術(shù)誤差，讓機(jī)械制造工藝技術(shù)得到不斷提升，滿足機(jī)械制造業(yè)的實(shí)際需求。本研究對應(yīng)用機(jī)械制造工藝技術(shù)時(shí)出現(xiàn)的誤差進(jìn)行了分析，就機(jī)械制造工藝技術(shù)的誤差提出了應(yīng)對方法，以期通過對機(jī)械制造工藝技術(shù)的完善提高機(jī)械制造的質(zhì)量和效率。

1 機(jī)械制造工藝技術(shù)的基本內(nèi)容

機(jī)械制造工藝技術(shù)是根據(jù)機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)圖紙，對特定類型的原材料、坯料等實(shí)施加工和制造，使其在結(jié)構(gòu)形態(tài)、尺寸、性能、防腐防銹等各個(gè)方面達(dá)到設(shè)計(jì)要求，滿足使用需求。機(jī)械制造工藝技術(shù)的要點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面：

（1）機(jī)械產(chǎn)品的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)。圖紙是制造的核心依據(jù)，現(xiàn)階段主要使用二維和三維的制圖軟件完成機(jī)械制圖工作，二維平面制圖軟件常用CAD，三維機(jī)械制圖軟件包括solidworks、Creo、CATIA 等。圖紙?jiān)O(shè)計(jì)水平直接影響著后續(xù)的機(jī)械加工和制造，因而是非常關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。

（2）選定加工和制造方法。不同的材料、不同的產(chǎn)品對應(yīng)著不同的加工制造方法，如鑄造、鍛造、焊接、切削、電鍍、特種加工、數(shù)控加工等，機(jī)械制造工藝要根據(jù)機(jī)械產(chǎn)品的加工制造需求設(shè)計(jì)出科學(xué)合理的工序、選定加工制造設(shè)備、形成組裝流水線[1]。

（3）編制出機(jī)械加工和制造的工藝文件。具體包括工藝規(guī)程、工藝參數(shù)、工位、工藝尺寸、工藝裝備等一系列內(nèi)容。工藝文件用于規(guī)范機(jī)械制造過程，通過具體的參數(shù)提高精確度。

2 機(jī)械制造工藝技術(shù)中存在的誤差

2.1 定位誤差

（1）基準(zhǔn)不重合誤差。機(jī)械制造是對設(shè)計(jì)圖紙的精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)，圖紙上要依據(jù)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)來確定機(jī)械零件某一表面的具體位置和尺寸，工件加工時(shí)要確保定位基準(zhǔn)和圖紙?jiān)O(shè)計(jì)基準(zhǔn)的一致性，如果二者不能完全對應(yīng)，就會造成基準(zhǔn)不重合誤差。

（2）定位副制造不準(zhǔn)確誤差。工件定位基準(zhǔn)面和夾具定位元件的工作表面合稱為定位副。在定位工件時(shí)，并非將其直接固定在夾具體上，而是將工件定位基準(zhǔn)面與定位元件工作面相接觸，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工件定位。如果定位元件制造精度不足，就會造成定位副制造不準(zhǔn)確的誤差。定位元件的常見問題包括工作表面精度低、剛度不足、強(qiáng)度不足、耐磨性差等[2]。

2.2 刀具和夾具的幾何誤差

（1）刀具磨損造成的誤差。切削是機(jī)械制造工藝中經(jīng)常使用的一種加工方式，刀具是完成切削的主要工具，數(shù)控車床的刀具在使用過程中會出現(xiàn)后刀面磨損、月牙洼磨損、塑性變形、崩刃、裂紋、溝槽等一系列問題。由于工件本身也是金屬材料制造而成，刀具在長期的使用中不可避免的會出現(xiàn)磨損，如果不能及時(shí)更換受損的刀具，就會導(dǎo)致機(jī)械制造出現(xiàn)幾何誤差，加工精度嚴(yán)重下降。

（2）夾具導(dǎo)致的幾何誤差。夾具的主要作用是固定工件的位置，為機(jī)械產(chǎn)品的加工提供操作條件，夾具在使用的過程中會承受較大的載荷和應(yīng)力，有可能引發(fā)磨損、變形等問題，進(jìn)而導(dǎo)致幾何誤差。在日常維護(hù)中要重點(diǎn)關(guān)注夾具是否存在松動(dòng)、定位銷是否磨損、墊片固定螺母是否上緊、表面是否存在焊渣和飛濺等，這些都是影響夾具精確性的常見因素[3]。

2.3 調(diào)整誤差

機(jī)械加工制造設(shè)備在使用過程中經(jīng)常需要根據(jù)實(shí)際情況作出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，這種情況在柔性生產(chǎn)線中較為普遍，其特點(diǎn)是在同一條工藝生產(chǎn)線上作出小幅度調(diào)整，以適應(yīng)不同規(guī)格機(jī)械產(chǎn)品的加工制造需求。另一方面，刀具、夾具等組件容易受到磨損和變形的影響，主要的維護(hù)方式是更換。生產(chǎn)設(shè)備調(diào)整、工序調(diào)整、工具更換等都可能引發(fā)一定程度的誤差，因此，每一次調(diào)整過后都應(yīng)該重新矯正機(jī)械生產(chǎn)設(shè)備的精度。

2.4 測量誤差

測量是保證質(zhì)量的重要措施，實(shí)施工件加工之前要通過精確的測量來定位工件的位置、矯正機(jī)械設(shè)備各個(gè)組件的安裝精度，在工件完成加工之后要通過精確的測量檢查其幾何尺寸是否達(dá)到足夠的精度，測量一旦出現(xiàn)誤差，勢必會成為機(jī)械制造工藝中的重大缺陷。通常情況下量具的精度和測量方法是決定測量精度的主要因素，如果測量上存在誤差，主要從這兩個(gè)方面開展排查。

2.5 工藝系統(tǒng)受熱變形引發(fā)誤差

機(jī)械制造過程中存在多種發(fā)熱源，大體上可分為2 類。（1）內(nèi)部熱源，刀具在切削工件的過程中會與其產(chǎn)生劇烈的摩擦作用，進(jìn)而產(chǎn)生熱量。（2）外部熱源，主要是來自生產(chǎn)制造環(huán)境的熱量，如廠房內(nèi)溫度過高，或者其他熱源產(chǎn)生的熱輻射直接作用在設(shè)備或者工件上。熱量的聚集會導(dǎo)致加工機(jī)具和工件發(fā)生變形，這是由熱脹冷縮效應(yīng)所引起的，以上就是工藝系統(tǒng)受熱引發(fā)誤差的內(nèi)在機(jī)制。根據(jù)實(shí)踐統(tǒng)計(jì)，大約50%的機(jī)械加工誤差是由此而引發(fā)的，尤其是在精密加工中，因此，在機(jī)械制造工藝中應(yīng)該加大對熱變形誤差的控制力度[4]。

2.6 機(jī)床制造誤差

（1）主軸回轉(zhuǎn)誤差。機(jī)床上的鉆孔操作依賴于各類回轉(zhuǎn)裝置，主軸的實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線受到加工過程的影響，會產(chǎn)生一定程度的變化，將這一參數(shù)和主軸的平均回轉(zhuǎn)軸線加以對比，即可確定主軸的回轉(zhuǎn)誤差情況。這種誤差的成因包括各軸承之間存在同軸度誤差、軸承本身的制造精度存在問題或者主軸的同軸度存在誤差。

（2）導(dǎo)軌誤差。機(jī)床上存在多種部件，導(dǎo)軌用于確定這些部件之間的相對位置，同時(shí)機(jī)床在運(yùn)行時(shí)也是以導(dǎo)軌為基準(zhǔn)。造成機(jī)床導(dǎo)軌出現(xiàn)誤差的常見原因是導(dǎo)軌安裝不規(guī)范、導(dǎo)軌磨損、導(dǎo)軌制造精度低等。

（3）傳動(dòng)鏈誤差。傳動(dòng)鏈起始端和末端的傳動(dòng)元件在使用過程中有可能產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)誤差，這種誤差的主要成因是使用過程磨損以及安裝不規(guī)范。

3 機(jī)械制造工藝技術(shù)誤差的應(yīng)對方法

3.1 開展技術(shù)誤差調(diào)查工作，全面掌握誤差來源

機(jī)械制造工藝技術(shù)誤差會嚴(yán)重?fù)p害機(jī)械產(chǎn)品的制造精度，進(jìn)而制約產(chǎn)品質(zhì)量。處理待工藝技術(shù)誤差，最重要的舉措是監(jiān)督和預(yù)防，這是一種防患于未然的處理思路。在具體實(shí)施過程中首先要根據(jù)機(jī)械制造工藝開展技術(shù)誤差調(diào)研，全面掌握誤差來源，然后在此基礎(chǔ)上確定出誤差監(jiān)督的對象，制定出預(yù)防誤差的措施。機(jī)械制造企業(yè)在日常管理工作中應(yīng)該建立技術(shù)檔案，對以往產(chǎn)生過的機(jī)械制造誤差開展系統(tǒng)性的調(diào)研，分析總結(jié)其成因，匯總誤差來源。重點(diǎn)監(jiān)督內(nèi)容包括機(jī)械加工設(shè)備、夾具和定位元件、測量工具、加工制造過程中的熱源、刀具等。另外，造成機(jī)械加工誤差的情況會不斷變化，相關(guān)企業(yè)應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況，作出靈活的判斷，過往的經(jīng)驗(yàn)和資料是一方面，對新情況的分析和研究也是不可少的一部分，總之就是要全面、系統(tǒng)地掌握機(jī)械制造工藝中的誤差來源，借此來明確預(yù)防誤差的大方向。

3.2 預(yù)防和控制熱變形誤差

機(jī)械加工制造過程中難免會產(chǎn)生熱量，關(guān)鍵在于對其實(shí)施有效的控制，防止其產(chǎn)生強(qiáng)烈的熱脹效應(yīng)。控制熱量的措施如下：

（1）控制環(huán)境溫度，加快環(huán)境熱量散發(fā)。機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)加工環(huán)境應(yīng)該形成良好的通風(fēng)散熱條件，綜合利用自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)，加快環(huán)境熱量散發(fā)。并且消除制造環(huán)境中存在的不必要的熱源，避免熱輻射干擾生產(chǎn)制造過程。

（2）采取冷卻措施。在切削作業(yè)中總是會產(chǎn)生熱量，并且隨著切削時(shí)間的延長，熱量不斷積聚，導(dǎo)致工件和刀具表面溫度快速升高。對于這種情況，作業(yè)時(shí)可采用冷卻降溫技術(shù)。可用的措施如噴霧冷卻，其原理是通過高壓霧化的方式將氣液兩相流體轉(zhuǎn)化成細(xì)小的霧滴，切削產(chǎn)生的熱量會被這些霧滴吸收，進(jìn)而達(dá)到降溫的目的。再如低溫風(fēng)冷切削也是一種冷卻加工的技術(shù)路徑，其原理是以冷風(fēng)強(qiáng)烈沖擊切削加工區(qū)域，溫度一般可控制在零攝氏度以下，具體根據(jù)需求來控制。

（3）恒溫加工。現(xiàn)代化的機(jī)械加工企業(yè)通常會建立恒溫加工車間，這種高水平的加工環(huán)境主要用于制造精密度高的機(jī)械設(shè)備和儀器。車間內(nèi)設(shè)置由專門的溫度、濕度傳感器，對溫、濕度參數(shù)實(shí)施精確地測量，然后自動(dòng)化的調(diào)節(jié)車間內(nèi)的溫、濕度，使其保持恒溫工作條件[5]。

3.3 定位誤差預(yù)防措施

（1）機(jī)械加工制造之前應(yīng)該復(fù)查設(shè)計(jì)圖紙，確定設(shè)計(jì)基準(zhǔn)面，然后對應(yīng)工件，確定定位基準(zhǔn)，確保設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工件定位基準(zhǔn)完全重合，實(shí)際上這一工作主要由人工方式來操作或者核查，技術(shù)人員在工件定位之后利用精確的測量工具復(fù)核工件定位的準(zhǔn)確性，在每一次的測量中都要注意操作的規(guī)范性和測量工具的精確度，避免測量誤差。

（2）檢查定位元件。這一裝置直接影響著定位副的精度。技術(shù)人員應(yīng)該檢查定位元件表面是否存在變形、焊渣、磨損之類的情況，對于不滿足使用要求的定位元件，應(yīng)該及時(shí)予以更換。為了防止其出現(xiàn)問題，在每次使用之前都要實(shí)施一次系統(tǒng)性的檢查，確認(rèn)無誤后方可實(shí)施加工操作。

3.4 預(yù)防調(diào)整誤差的措施

機(jī)械加工制造工藝中的各類設(shè)備在日常維護(hù)管理中需要對損壞的零部件加以更換，如刀具、夾具、定位元件、主軸、鉆具等。在柔性生產(chǎn)中甚至要對某一個(gè)模塊進(jìn)行整體更換。為了預(yù)防調(diào)整誤差，設(shè)備、零部件或者模塊更換調(diào)整完畢之后，要對其安裝精度、加工精度等實(shí)施嚴(yán)格的檢查和校正。重點(diǎn)觀察工藝系統(tǒng)中可拆卸的靈活部件，檢查其水平度、垂直度、緊固方式、緊固程度等是否達(dá)標(biāo)。必要時(shí)可通過試加工的方式檢驗(yàn)其在運(yùn)行過程中的精度。

3.5 預(yù)防機(jī)床自身誤差的方式

機(jī)床本身也是一種機(jī)械產(chǎn)品，機(jī)床在生產(chǎn)、制造、運(yùn)輸和安裝的過程中也可能存在誤差，進(jìn)而導(dǎo)致其在機(jī)械制造過程中出現(xiàn)各種問題。機(jī)械制造企業(yè)在選購產(chǎn)品時(shí)應(yīng)該優(yōu)先考慮技術(shù)先進(jìn)、質(zhì)量口碑俱佳的機(jī)床，尤其要考察供應(yīng)商的售后服務(wù)水平。在機(jī)床安裝和調(diào)試階段，根據(jù)說明書系統(tǒng)性地檢查其各項(xiàng)性能參數(shù)，通過一定時(shí)長的試運(yùn)行觀察其是否存在導(dǎo)軌誤差、傳動(dòng)鏈誤差以及主動(dòng)回轉(zhuǎn)誤差等問題。并且確定誤差到底是由設(shè)備自身所引起還是由安裝不規(guī)范所引起，如果是前者，應(yīng)該及時(shí)和供應(yīng)商溝通更換事宜。

3.6 誤差補(bǔ)償措施

機(jī)械產(chǎn)品加工制造中的誤差不可能完全消除，只要將其控制在可接受的范圍之內(nèi)，即可達(dá)到質(zhì)量要求。對精度要求相對較低的機(jī)械產(chǎn)品可采用誤差補(bǔ)償技術(shù)來提高制造精度，這種技術(shù)建立在數(shù)字化的基礎(chǔ)之上，由數(shù)字化系統(tǒng)測量判斷加工過程是否存在熱變形誤差、運(yùn)動(dòng)誤差、幾何誤差等情況，并且自動(dòng)化地對后續(xù)地機(jī)械加工過程實(shí)施調(diào)整，達(dá)到誤差補(bǔ)償?shù)哪康模举|(zhì)上是一種技術(shù)矯正。機(jī)械加工系統(tǒng)中集成了大量的傳感器，用于監(jiān)督、檢測各種機(jī)械加工參數(shù)。其實(shí)施關(guān)鍵在發(fā)出誤差信號、信號同步反向以及綜合合成。數(shù)控機(jī)床中廣泛使用三種誤差補(bǔ)償技術(shù)，其一是單項(xiàng)誤差合成補(bǔ)償法，其二是誤差直接補(bǔ)償法，其三是相對誤差分解、合成補(bǔ)償法。

3.7 運(yùn)用誤差分組法

機(jī)械產(chǎn)品的加工一般分為多個(gè)步驟和工序，尤其是復(fù)雜的機(jī)械產(chǎn)品，如果每一個(gè)步驟中都存在誤差，那么這種誤差就會產(chǎn)生累積效應(yīng)，越是后面的工序，誤差情況越嚴(yán)重。在機(jī)械加工和制造環(huán)節(jié)和采用誤差分組法來降低各個(gè)環(huán)節(jié)的誤差、控制整體誤差，進(jìn)而提高加工精度。這種技術(shù)的實(shí)施要點(diǎn)是按照工序?qū)訉臃纸庹`差控制目標(biāo)，每一道工序都要將誤差控制在盡可能小的范圍之內(nèi)，并且通過精確的計(jì)算確定出每一道工序可允許的誤差范圍，只有這樣才能滿足末端工序的誤差控制要求，實(shí)現(xiàn)層層分解、整體控制的效果。

4 結(jié)語

在現(xiàn)代化的機(jī)械制造生產(chǎn)中，運(yùn)用機(jī)械制造工藝技術(shù)時(shí)產(chǎn)生誤差是不可避免的，但是可以對其進(jìn)行有效的控制，機(jī)械制造中最常見的就是零件、機(jī)床、工具產(chǎn)生的誤差，只有及時(shí)地進(jìn)行檢查控制，才能有效地降低誤差帶來的影響，讓機(jī)械制造生產(chǎn)可以不斷地提升效率，更好地為工業(yè)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。