淺析機械加工工藝對零部件精度的影響

劉牧

摘 要：文章通過對機械加工工藝系統的分析來討論加工工藝對零部件精度的影響，以采用有效措施提高加工精度。

關鍵詞：機械加工；加工工藝；零件精度

1 加工工藝系統的幾何誤差對零部件精度的影響

1.1 機床主軸的回轉誤差

機床的主軸傳遞了加工的主要動力，主軸的旋轉情況決定著刀具和工件的相對位置，它影響著工件加工表面的平整程度。主軸在加工過程中容易產生回轉誤差，即主軸在不同時刻的回轉軸線偏離標準中心軸線，偏離產生的誤差會將直接在其加工的零部件上得到體現。主軸產生回轉誤差的主要因素有：主軸的磨損，主軸軸承的匹配，主軸的同軸度等。為了消除主軸的回轉誤差，要嚴格按照要求完成主軸的裝配，定期做好主軸的潤滑保養工作，縮小主軸回轉誤差對零部件精度的影響。

1.2 導軌和傳動系統的誤差

機床的導軌是加工過程中位置移動的基準，只有導軌的各方面性能保持正常才能保證加工過程中進給、切削、退刀等位移的準確性。導軌的安裝質量在一定程度上制約著工件的加工精度，并且導軌在長期加工使用中產生的磨損將使加工誤差不斷增加，因此零部件的誤差一部分是來自于導軌的誤差。零部件的誤差還來自于機床傳動系統的誤差，傳動系統的誤差是指機床內聯系傳統鏈中首末元件之間的相對運動產生的誤差。

1.3 刀具的精度

刀具的精度也影響著零部件的加工精度，尤其在一些特殊的加工方式中刀具的精度對工件的加工精確起著決定性作用。刀具的磨損與切削路徑的關系如圖1所示。

圖1 刀具的尺寸磨損與切削路程的關系

刀具在切削過程中，切削刃、刀面與工件、切屑產生強烈摩擦，使刀具磨損。當刀具磨損達到一定值時，工件的表面粗糙度值增大，切屑顏色和形狀發生變化，并伴有振動。刀具磨損將直接影響切削生產率、加工質量和成本。

為了提高成形刀具的刃磨和安裝精度，除了在安裝設備時采用對刀樣板或對刀顯微鏡，實現成形刀具的精確安裝外，還可選用新型耐磨刀具材料，合理選用刀具幾何參數和切削用量，正確刃磨刀具，正確采用冷卻潤滑液，實際加工時要采用補償裝置對刀具尺寸磨損進行自動補償，這樣均可提高零件加工精度。

2 加工工藝系統的受熱、受力變形對零部件精度的影響

2.1 刀具的熱變形和受力變形

機械加工中刀具對工件進行剪切使其變形過程中，切屑與道具摩擦產生大量的熱量，刀具在高溫的條件下發生熱變形，不同材質的刀具變形情況不同，相同的是這種變化都由快到慢最終趨于穩定。由于刀具的熱變形，工件被切削的尺寸往往會增多，導致工件的精度不準確。在加工工藝過程中，必須要選擇合適的刀具，注意切削量，并使用冷卻液來控制刀具的熱變形，提高零部件加工的精度。

2.2 工件的熱變形和受力變形

加工過程中，工件受切削產生熱量的影響同樣發生熱變形，并且工件的熱變形對加工精度的影響非常大。例如在刨床上加工長方體錘頭的上表面時，加工表面受到刨刀擠壓形成切屑并且溫度迅速升高，然而工件下表面溫度較低，工件在受熱不均勻的條件下發生熱變形，中部彎曲、上表面凸起，造成切削量過多進而影響了工件的精度。減小工件熱變形主要措施：一方面可以對工件非加工表面進行預熱，減小溫差造成的熱變形程度；另一方面使用合適的冷卻潤滑液，防止加工產生的過高的溫度。

2.3 機床本身的熱變形和受力變形

工件的加工是工件、刀具和機床的整體系統配合下完成的，機床本身在這個系統中首先受到加工時產生熱量的影響，其次還受到自身運轉產生熱量的影響。機床的受熱變形主要表現為局部部件形狀改變，各部件相對位置偏移。例如傳動皮帶受熱后長度發生變化，出現打滑現象影響主軸轉速；軸類、齒輪類元件受熱彎曲，導致主軸傾斜打破了原來的相對位置等情況都影響了加工精度。要想消除這些不良的影響必須根據產生熱量的來源，采用降溫處理。

通過提高機床受力部位剛度，減小其受力變形的可能性可以有效地控制機床受力變形，減小它對加工精度的影響。

3 加工工藝過程中的操作對零部件精度的影響

3.1 裝夾與調整

在機械加工生產過程中，隨著工序的進行對工件再裝夾和再調整是不可避免的，然而在重新裝夾和調整過程中，由于手工操作的準確性，很難保證工件和刀具的相對位置處于理想的狀態。裝夾調整中微小的偏差改變了工件的加工量，零部件的誤差在受其他因素影響的基礎上進一步擴大，最終導致整體加工精度較低。所以在機械加工過程中，要規范操作、減小再裝夾和調整的誤差；對于大批量零部件生產工藝中，可使用固定夾具以及適當的輔助工具，減小裝夾調整誤差對零部件加工精度的影響。

3.2 測量誤差

測量是工件加工過程中的必要環節，它可以保證工件的加工尺寸并且可以做出有效地調整。測量的準確性直接關乎到被加工零部件的精度，然而測量時使用不合理的測量方法或不正確的測量工具往往是導致零部件加工誤差較大的原因。為了減少測量誤差、提高加工精度，必須規范測量操作，保證量具的有效性。

3.3 數控編程

在數控機床的編程過程中，數控加工的原點確定、加工路線設置、插補方式以及數據處理等都影響著加工零部件的精度。當數控機床長期使用或由于其本身傳動系統結構上的原因，可能存在反向死區誤差。這時需要在數控編程采取措施，以消除反向死區誤差，提高加工精度。尤其是當被加工的零件尺寸精度接近數控機床的重復定位精度時，更為重要。

如加工心軸裝配底板，如圖，加工中編程的刀具移動方向需為O→A→①→②→B→③→④，增加A，B兩個輔助點，用于加工過渡，即可消除機床反向間隙。另外，編程時候盡量用絕對方式編程，絕對方式編程以某一固定點（工件坐標原點）為基準，每一段程序和整個加工過程都以此為基準。而盡可能少用增量方式編程，增量方式是以前一點為基準，在加工下一點，如此連續執行多段程序必然產生累積誤差。

4 結束語

機械加工工藝過程中存在著諸多不良因素，它們在不同程度上影響著零部件的加工精度。通過對加工工藝認真仔細地分析，找到各種誤差、變化和不合理的操作，采取針對性措施盡量消除不良因素的影響，并將客觀存在的因素控制合理范圍之內，零部件的機械加工精度將會逐漸提高。

參考文獻

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