加工工藝對加工精度影響探析
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摘要：在機械零件加工過程中，因為刀具磨損、機床誤差、操作誤差等因素，導致零件的幾何精度受到影響，進而降低了機床加工的整體質(zhì)量。零件的加工精度會受到不同因素的干擾與影響，因此需要通過對加工工藝的優(yōu)化與完善，以此提高加些零件加工的精度，確保零件精度達到要求標準，有效降低機械加工與零件應用過程中產(chǎn)生問題的概率。本文即通過分析影響機械加工精度的主要因素，進而提出提升加工精度的注意事項與工藝措施。
關(guān)鍵詞：加工工藝；機械；零件；加工精度
0引言
機械加工的精度指零件加工后的幾何形狀與尺寸與標準值之間的差異，常見的幾何參數(shù)主要包括尺寸、形狀、相互位置等，通過設置加工精度標準值，可以限制機械加工的誤差范圍。其中幾何精度是對零件幾何形狀與基準件之間尺寸誤差的限制，幾何形狀精度則可以保證其直線、平面、圓柱、圓度等符合使用要求，相互位置精度則是對零件同軸度、垂直度等數(shù)據(jù)的限制，保證其處于誤差允許范圍之內(nèi)。零件的加工質(zhì)量對于機械產(chǎn)品的性能與壽命有著直接影響，因此在加工過程中，必須提高對零件質(zhì)量與精度的控制既要避免認人為因素引起的誤差，又要有效緩解和降低客觀因素引起的誤差，以此保證加工精度不斷向理想?yún)?shù)靠近，盡可能縮短其誤差值。
1影響機械加工精度的因素分析
1.1幾何精度
機械加工的幾何精度主要受到機床工件、刀具以及夾具等零部件的影響。在機床制造的過程中，新零件在形狀與位置處理上往往會出現(xiàn)不足與誤差，導致加工精度受到直接影響。此外，機床自身的安裝也會產(chǎn)生負面影響，比如安裝不到位、使用時間過長、缺乏維護修理時，就會出現(xiàn)磨損、變形等問題，進而嚴重影響零部件加工的精度。在使用刀具進行加工的過程中，刀具需要與零件進行直接接觸，在長期使用后刀具會產(chǎn)生不同程度的磨損，當磨損達到一定程度時，其零件的加工精度就會出現(xiàn)不達標的問題。在加工過程中，夾具是對工件進行固定的重要結(jié)構(gòu)，但是當夾具本身在制造、安裝或使用過程中出現(xiàn)誤差之后，零件在加工時也會必然出現(xiàn)誤差，一旦夾具誤差較大，零件誤差就會超過標準限度。在零件的角度控制方面，同樣需要對問題進行標注，尤其在未加工之前，零件數(shù)據(jù)與設計圖具有明顯差異，只有按照問題指導，選擇合適的零件度數(shù)，才能有效保證零件加工的整體效果達到設計制造的目標和要求。在實際加工過程中，利用液壓傳動系統(tǒng)進行機械設計時，經(jīng)驗充足的工作人員往往會選擇30度零件，以期降低裝配阻力，進而提升零件的導向性能，還能有效避免破壞O圈。即使在一般零件的設計過程中，相關(guān)的標注都要詳細記錄，為了保證設計結(jié)果更加合理可行，直接標準零件也要通過間接標注，以此為工作人員提供對零件記錄與計算的基礎(chǔ)信息，進而通過角度計算與標注，提升其可靠性與安全性。
1.2受力變形
在零件加工工藝系統(tǒng)之中，刀具與夾具一般處于靜止狀態(tài)，當設備在高速運轉(zhuǎn)時，系統(tǒng)整體會受到各方力的影響，進而使得工藝系統(tǒng)應受力問題而出現(xiàn)細微的變形，在這樣的情況下，刀具與夾具位置可能會發(fā)生變化，而刀具的運行軌跡也會產(chǎn)生誤差，這些因素都會影響零件加工時的精度。對此，必須找到工藝系統(tǒng)中的薄弱部位或影響受力的位置，通過更換更高強度材料的零部件，以此提升工藝系統(tǒng)的抗形變能力，提高工藝系統(tǒng)運行過程中的荷載量。此外，在實際加工過程中，工作人員還可以通過受力分析或經(jīng)驗技巧，針對不同的工件或加工方法，選擇不同的夾裝方法，以此保證工藝系統(tǒng)的受力更加均勻，降低形變問題引發(fā)的誤差影響。
1.3熱變形
熱變形是零件加工過程中面臨的重要問題之一，尤其在磨、銑、車等各個加工環(huán)節(jié)中，設備與零件之間的摩擦會導致工件與加工系統(tǒng)的溫度大幅度提升，進而使其產(chǎn)生熱變形的問題，引起零部件加工的誤差。具體來說，首先，工件在加工過程中的熱變形會產(chǎn)生直接的精度影響，使得工件加工的零件形狀或尺寸大小出現(xiàn)細微差別，尤其對于零件長度或精度要求較高的情況下，熱變形所產(chǎn)生的影響就要提高關(guān)注，在加工過程中可以借助冷卻液有效降低工件表面溫度，以輔助實現(xiàn)散熱效果。同時，工件產(chǎn)生熱變形的直接原因在于切削等操作過程中的摩擦生熱，因此在操作時通過減少切削量，進而降低生熱效果，甚至在工件溫度較高時，可以停機散熱，進而再進行精加工處理。其次，刀具等加工設備在發(fā)生熱變形后也會產(chǎn)生精度影響，其熱量同樣是由切削過程中的嚴重摩擦而生成，尤其在部分零部件加工過程中，需要進行連續(xù)切割的操作，而刀具的熱變形程度會出現(xiàn)快速提升而緩慢降低的情況，這就造成了精度上的影響。因此，為了降低刀具熱變形對加工精度的影響，在使用時就要選擇更合適的刀具，并嚴格控制切削用量，同時通過冷卻液或潤滑液使刀具受到充分的冷卻與潤滑，進而有效降低熱變形對刀具的影響。其三，機床整體也會受到熱變形的影響。在零件加工的完整過程中，機床是重要的加工設備，但其同樣容易受到外部環(huán)境的影響，尤其在切削工作時產(chǎn)生的熱量，會導致機床部分位置的溫度升高，而機床本身有著復雜的結(jié)構(gòu)，熱源的不均勻分布會使機床各個部位出現(xiàn)較大的溫度差，進而在整體受力方面發(fā)生一定的偏差，使得部分位置出現(xiàn)變形，這就會導致機床本身的幾何精度標準受到破壞，加工零件時產(chǎn)生的誤差也會被放大。因此在機床的熱變形保護方面，需要對工作環(huán)境提出更高的要求，通過溫度調(diào)節(jié)、熱源隔離、增加散熱、提供冷卻等方式，保證機床處于更穩(wěn)定的溫度環(huán)境中。
2提升加工精度的加工工藝措施
2.1降低加工原始誤差
在幾何精度誤差方面，通過建立對相關(guān)工具、測量工具、夾具等設備的標準化使用規(guī)范，進而有效控制加工系統(tǒng)的內(nèi)部應力、磨損程度以及熱變形等問題，是有效降低誤差的重要手段。為了進一步提高加工精度，則要對加工工藝提出新的要求。首先，要對加工誤差中的原始誤差信息進行分析，了解到每一個影響因素造成的誤差量，進而確定主要誤差因素與次要誤差因素。其次，要根據(jù)實際情況，對加工過程的誤差提出可靠可行的解決方案，通過有效解決主要誤差因素，提高加工的精度。例如塔式起重機中回轉(zhuǎn)機構(gòu)中的某個零件，其零件中存在兩個直徑為50±0.0095mm的外圓，該結(jié)構(gòu)主要用于安裝滾動軸承，所以在精度方面有著更高的要求。通過對該零件加工過程的分析發(fā)現(xiàn)，零件材質(zhì)、加工操作是影響加工精度的主要因素，因此在實際加工過程中，需要采取針對性的加工工藝。第一步，實施熱處理。通過正火提升零件材質(zhì)的穩(wěn)定性，降低其后續(xù)加工過程中產(chǎn)生的變形問題。第二步，進行車削處理。首先要通過校正后夾緊零件左端，光平右側(cè)端面，然后進行鉆孔；其次對右端外圓與端面進行粗車與精車處理，保證其表面粗糙度達到標準要求，符合圖紙規(guī)范；其三則要進行掉頭處理，通過四爪夾固定位置，校正外圓與端面的跳動量小于0.02mm。第三步，插內(nèi)花鍵，滾齒并再次進行熱處理，最后根據(jù)零件的相互位置精度要求，可以分別采取內(nèi)花鍵與端面定位、60°錐孔定位、準27孔定位等定位方法，提升其相互位置精度。
2.2實施誤差補償機制
在零件加工的過程中出現(xiàn)誤差是必然現(xiàn)象，但對于原始誤差，可以通過一定的加工工藝，從而將其誤差進行補償或偏移處理。首先，補償方法是通過人為制造新的原始誤差，通過誤差之間的抵消與補償縮小實際成品零件的誤差量，可以達到提高幾何精度的效果。偏移方法則是通過將原始誤差全部或部分進行偏移預設，在加工之前預留出誤差的影響范圍量，以此降低誤差對零件的影響，既降低了處理誤差的難度，又實現(xiàn)了相對精度的提高。在補償與偏移方法的應用過程中，必須從零件的設計環(huán)節(jié)中入手。首先，在零件圖紙設計時，要建立明確的標注規(guī)范，保證各個數(shù)據(jù)與零件標準一致。其次，工作人員需要認真學習和觀察圖紙，深刻把握其設計要求，并找到零件中的關(guān)鍵位置，即精度影響較高的位置，從而思考在加工過程中的注意事項，把握加工方案與精度控制技巧。其三，在實際加工時，要針對原始誤差的實際情況，比如正常操作會導致零件長度或孔洞直徑不足，便可以將關(guān)鍵位置的誤差量進行補償或偏移處理，即在操作時根據(jù)誤差量進行預留，保證精確度達到更高水平。
2.3誤差分化均化處理
誤差分化與均化處理則是借助了微分的技巧與思路，通過將某一個位置的誤差量均勻分攤在零件的整體層面上，進而保證每一個細節(jié)位置都能符合精度要求。該方法的工藝應用相對較為復雜，在特殊零件加工時，首先需要對加工工序進行細化分類，找到每一個步驟中產(chǎn)生的誤差范圍，從而在整體的加工過程中把控誤差，提高精度。其次，均化方法更側(cè)重于對零件表面原始誤差的降低，通過檢查刀具與零件表面，找到其中的差異量，進而通過操作技巧將形成的誤差量進行平均化處理，形成標準化的處理基準。
2.4實施誤差轉(zhuǎn)移措施
誤差轉(zhuǎn)移是將精度影響更高區(qū)域的誤差量轉(zhuǎn)移到敏感程度較低位置的方法。在同一個零件或設備中，部分區(qū)域由于零件的使用或安裝要求，必須達到更高的精度，而同樣也存在一些區(qū)域，其對于精度標準的要求較低，因此可以將誤差進行轉(zhuǎn)移處理，以保證零件整體符合應用標準。比如當大型機床的橫梁發(fā)生不良現(xiàn)象，但短時間內(nèi)無法修正時，就可以通過機械工具結(jié)構(gòu)對軸承重梁施加壓力，從而保證其誤差轉(zhuǎn)移到機床的其他位置，從而避免了應橫梁不正而導致車削等加工操作的誤差，有效提升了零件精度。
3結(jié)語
隨著現(xiàn)代科技與自動化行業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)代機械對于零件精度的要求在不斷提升，因此在機械零件加工過程中，需要進一步提升工作人員的工藝水平與技術(shù)，既要深刻認識到各類誤差出現(xiàn)的原因與影響效果，又要建立標準化的操作流程與規(guī)范，針對不同的誤差采取不同的加工工藝，從而保證零件加工質(zhì)量與水平的不斷提升。
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作者:劉江華 魯新飛 單位:中國中車株洲車輛有限公司
