機械加工尺寸的預測控制研究

摘 要：機械加工利用設備是對工件外形、尺寸及性能進行加工的過程。文章即從技術的角度去研究機械加工尺寸的預測控制，通過對機械加工三種方法的闡述，分析機械加工誤差產生的原因，探討機械系統加工的精確度控制，旨在為提高機械加工精度及生產效率提出些許可供參考性的建議。

關鍵詞：機械加工；尺寸；預測控制

機械加工是對工件的幾何參數進行大幅度改造的過程，其為社會生產及生產效率提供了良好的前提條件，因此，為能夠產生更大的經濟效益，研究機械加工尺寸的預測控制勢在必行。

1 機械加工的幾種方法

1.1 試切法

試切法即是為能夠使工件實際尺寸符合機械加工法，而對工件試切、調整再試反復進行的過程。其具體的方法是按圖紙的要求尺寸將一孔依照劃線鏜到合適的位置，其尺寸用D0表示。然后再第二孔的中心地方放置機床主軸，依照劃線進行相應的調整，且需將一小段鏜出，其中第二個孔鏜不能大于圖紙的直徑要求，其尺寸用D1表示。最后為能準確計算出中心距，需要根據A1=L1-（D1+D0）/2及A1=L2-（D1+D0）/2兩式相加最后得出A1=（L1-L2）/2。

通過對L1、L2進行測量，算出其中心距A1，經過主軸位置的重新調整，孔的尺寸亦得隨之改變，其尺寸大小依舊不能大于圖紙要求的直徑尺寸，其重新鏜出的孔用D2表示，而按照同樣的測量方法，對孔中心距A2進行相應的計算，然后通過A2中心距與圖紙規定的孔中心距的對比，根據其之間的差值再對主軸位置進行調整。為能達到規定的孔距，必須經過多次的反復試切之后，才能真正準確的將第二孔鏜到相應的位置并符合圖紙規定的尺寸。

1.2 定尺寸法

定尺寸法是指為使加工表面符合要求的形狀尺寸，通過利用一定形狀或尺寸精度的刀具進行加工，如可利用鉸刀、鉆頭等刀具對工件進行尺寸加工，其方法具有穩定的加工精度及快速的生產率的優勢，因此，其常被用于機械加工中的各種類型，例如鉸刀直徑與被加工孔之間關系判斷的具體的方法是：

鉸孔后發生擴張情況時對鉸刀的直徑進行判斷。依照常規經驗數據，在高速鋼鉸刀方面，其最大擴張量可取值為Pmax=0.15IT，其中IT表示孔徑公差，此時可以判斷鉸刀最大的極限尺寸等于工件最大極限尺寸與可取最大擴張量之間的差值，其公式為domax=dwmax-Pmax。根據鉸刀制造的國際規定公差G=0.35IT，可計算出鉸刀的最小極限尺寸等于最大極限尺寸與公差之間的差值，其公式為domin=domax-G，而鉸刀在磨損后，其達到的報廢尺寸與最小擴張量有緊密關聯，最小擴張量用Pmin表示，其報廢尺寸等于工件最小極限尺寸與最小擴張量之間的差值，其具體的公式為dof=dwmin-Pmin，詳見圖1。

圖1

1.3 自動控制法

機械加工自動控制法是指將測量、進給裝置及控制系統統一融入到自動加工系統，其加工過程憑借系統自動完成。其質量穩定，能適應多種工件生產，其具體的方法為：由三個或更多金屬切削動力裝置組成機械加工自動線，自動線輸送裝置采用鏈傳動，其中對主運動、進給運動及工件輸送帶速度進行變頻調速。整個自動線采用IPC機集中式遠程控制。

2 機械加工誤差產生的原因

機械加工誤差產生的原因有很多，但其中幾個主要的原因是：

2.1 原始誤差：機械加工的工藝系統中，除了簡單的定位、測量誤差之外，還可能因受力或受熱導致的變形，進而引起的加工誤差，這些工件內部因受力調整直接導致的變形，屬于原理性的誤差。

2.2 幾何誤差：近年來，國內大部分機械加工中的半成品均是車床加工而成[1]。因此，在這樣的過程中出現各種誤差也在所難免。如使用定尺寸法時極易在高速旋轉的刀具進行切削時出現偏差，以致于造成一定程度上的加工尺寸誤差。而在使用自動控制法時，經常因傳動鏈元件之間的相對運動導致的幾何誤差。

2.3 定位誤差：一般情況下，機械加工由于基準未能重合及定位制造準確度的問題導致機械零件加工誤差的出現。造成此情況發生的主要原因是機床夾具上定位元件的尺寸與要求規定的標準不符，如果定位誤差超出了可取的公差范圍，則很容易導致機械加工過程中的變動量。

2.4 變形誤差：在機械加工中經常性會因為工藝系統受力受熱變形而導致一定的變形誤差出現，其主要的幾個因素是工件、刀具及機床部件的剛度。一旦這些因素的剛度大于工件剛度時，極易導致工件在進行切削時出現變形問題，進而會影響到工件精度的問題。

3 機械系統加工的精確度控制

針對機械加工中誤差產生的原因，對其機械系統加工的精確度的控制可從以下幾個方面進行有效的控制和防范。

3.1 機床控制：由于工件表面均是由刀具與工件的組合運動形成產生的，而刀具及工件都與機床存在著很大程度上的關系，因此，機床的控制能夠為工件的加工精度提供更好的輔助作用。最主要是要對機床的主軸回轉精度進行控制，避免導軌和傳動鏈誤差的發生，控制好機床的這些影響因子，以便能夠減少機床的磨損精度，提高加工零件的精度。

3.2 刀具控制：作為傳統加工中組成部分之一的刀具，其靜動態的誤差均會導致工件加工精度的降低。因此，為避免這種情況的發生，靜態誤差方面應對定尺寸刀具的形狀大小精度進行適度的調整，另外，需對機床運動工人的技術進行相應的培訓，以便能夠有效提升他們的技術水平，從而提高機械系統加工中的精度。

3.3 夾具控制：機械制造中的工藝裝備夾具對加工工件的精度亦會造成極大的影響，因此，在設計夾具時，必須使定位與設計基準完全吻合，在滿足加工規定的情況下，采用基準重合的定位方案，并對其加工進行中的誤差進行校驗及再次加工。

3.4 調整控制：不論是在定尺寸刀具法還是自動控制法中，調整對于工件精度的控制是極其有必要的[2]。因此，利用樣板或樣板調整會使工件的制造精度及靈敏度得到極大提高。例如在臥車加工過程中，為能夠使刀尖與工件軸線位于同一水平上，在操作時必須使刀尖點略高于軸線，進而達到刀尖與工件軸線同步水平的目標。

4 結束語

本文基于機械加工中工件質量的提高，主要從技術的角度去研究機械加工尺寸的預測控制，并通過對機械加工三種方法的闡述，分析機械加工誤差產生的原因，探討機械系統加工的精確度控制，旨在為提高機械加工精度及生產效率提出些許可供參考性的建議。

參考文獻

[1]葉麗，馮高頭.試切法加工中常見尺寸誤差的原因分析及解決方法[J].機械工人，2011（3）.

[2]朱政紅，張春偉.影響機械加工精度的幾種因素[J].工藝與裝備，2012（5）.

作者簡介：李宇（1981-），男，滿，遼寧，柳州鐵道職業技術學院，講師，機械設計及自動化。