對機械加工工藝過程質量控制模型的分析

路偉 馬躍

摘? 要：在機械加工的工藝過程中，各種因素影響下的誤差往往是難以避免的，這些誤差不僅會降低機械零件的質量以及成品合格率，同時也會對工序的工藝能力造成直接的影響。為此，文章對機械加工工藝過程中的質量影響因素進行了分析，并在此基礎上對機械加工工藝過程質量控制模型的構建展開了探討。

關鍵詞：機械加工;工藝過程;質量控制

中圖分類號：TH161? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）06-0126-02

引言

機械加工對于產品要求是非常嚴格的，只要產品零部件的任何一項指標不符合設計標準，就不屬于合格產品，而這類不合格產品一旦被使用，那么就很可能會給產品使用者帶來危險隱患，并降低企業產品的市場信用，這些對于機械加工企業的發展來說都是非常不利的，而對機械加工工藝過程質量控制模型進行，則能夠在很大程度上避免這類問題的發生。

1 機械加工工藝過程質量的影響因素

1.1 加工機床幾何誤差

加工機床是現代機械加工所必不可少的設備，其精度對于零件產品的加工精度有著非常直接的影響，在機械加工工藝過程中，一旦加工機床在安裝、調試方面出現問題，那么機床的各項參數就很可能會受到影響，進而影響到零件產品的加工，產生與加工機床類似的幾何誤差。從目前來看，加工機床的幾何誤差主要可分為三種：第一是加工機床回轉軸位置、角度出現偏差，進而導致零件的幾何誤差;第二是加工機床的導軌角度、間距產生幾何偏差;第三則是加工機床的傳動鏈條出現幾何偏差。

1.2 加工刀具幾何誤差

加工刀具是加工機床非常重要的組成部分，同時也是零件機械加工的主要工具，一般來說，加工刀具在零件加工中主要用于零件的切削，不同零件產品由于設計要求不同，對加工刀具也往往會有著比較嚴格而嚴格的要求。一旦刀具的厚度、寬度、長度等參數出現異常，那么在加工機床同樣的控制操作下，零件產品的外形就會出現不同于設計要求的操行。一般來說，加工刀具產生幾何誤差的原因主要有以下幾點：第一是加工刀具使用時間過長或是在使用過程中保養工作不到位，導致刀具出現不同程度的磨損，其精度自然就會有所下降;第二是加工刀具的進廠質量審核不夠嚴格，刀具本身的各項參數就不符合精度要求;第三則是加工刀具在安裝過程中出現錯誤，導致刀具規格不符合相關要求[1]。

1.3 加工定位誤差

機械加工是在加工機床上進行的，加工過程中機床各部件、刀具的位置相對固定，因此只有將零件產品放置在固定位置上，才能夠加工出想要的零件，如果加工定位出現了偏差，那么零件產品的精度也同樣會受到影響。例如在機械加工中，加工定位通常都是按照定位基準進行的，如果定位基準與設計要求不匹配，或是零件產品的位置未能與預定基準重合，那么就必然會出現加工定位幾何誤差，一旦開始加工，零件的尺寸、大小等都會出現差異。另外在確定定位基準時，往往需要進行一系列的計算，如果這一過程中計算出現偏差，那么同樣會產生定位幾何誤差。

1.4 零件受熱變形誤差

在進行機械加工的過程中，如果機械設備進行長時間的工作，很有可能會產生機械過熱的問題。如果加工機械過熱，那么用其進行加工的零件很有可能出現過熱的情況，從而也會出現熱變形的問題。當然，零件的熱變形還會受到加工外部環境的影響，如果外部環境過熱，則會對加工機械以及加工零件產生影響，加工零件很有可能會產生熱變形的現象;如果加工零件的周圍存在過熱的設備，很有可能會通過熱傳遞的方式而使得零件加工產生熱變形。因此，零件受熱變形是導致其出現加工誤差的一個重要原因，因而又導致機械加工的質量無法得到保證。

1.5 加工工藝調整誤差

在進行機械加工的過程中，難免會遇到對加工工藝進行調整的情況，其中還存在加工工藝調整誤差產生的事件。零件加工對生產工藝有比較高的要求，而進行工藝調試過程中，很有可能會出現調整誤差。因此，加工工藝調整會帶來零件加工精度產生誤差的風險，從而使得零件質量無法得到保證。

2 機械加工工藝過程質量控制模型的分析

2.1 單工序誤差傳遞模型

在機械加工的工藝過程中，誤差是指實際幾何參數與理想幾何參數間的差異，由于工序步驟較多，每一道工序所需的也比較復雜，因此無論是原理誤差、刀具誤差、加工定位誤差等原始誤差，還是受熱變形誤差、工藝調整誤差等在加工階段形成的誤差，都會受到誤差傳遞的影響。也就是說，哪怕是在單工序工藝過程中，同樣可能會存在多種加工誤差，而這些加工誤差則會不斷傳遞，并對加工零件產品最終的實際幾何參數造成不同程度影響。基于這一點，我們可以建立單工序的誤差傳遞模型，對一道工序存在的加工誤差進行測算，并進行相應的調整。一般來說，一道工序的加工誤差可表示為Y=f（X）+d，其中Y為工序的輸入尺寸，X為工序的輸出尺寸，而d則為工序本身的原始誤差，輸入尺寸X與輸出尺寸Y之間存在傳遞函數關系（即產品尺寸在誤差的影響下，逐漸由輸入尺寸變為輸出尺寸），用f（X）表示。從具體上來看，由于工序中的操作比較復雜，因此單工序的誤差傳遞模型可以進一步展開，假設X0、Y0分別為X、Y的基本尺寸值，則傳遞函數關系f（X）=f（X0）+f′（X0）/1！（X-X0）+f（k）（X0）/k！（X-X0）+……，同時由于輸入尺寸與基本尺寸值X0間的差值為工序尺寸偏差，而工序尺寸偏差與基本尺寸值X0間的比值絕對值又小于1，因此可得單工序中的誤差傳遞模型yi=aixi+di，其中ai為誤差傳遞系數，aixi則為實際傳遞誤差，通過計算，即可得到該工序的總誤差值。

2.2 多工序誤差傳遞模型

與單工序誤差傳遞相比，多工序誤差傳遞更為復雜，對于多工序誤差傳遞模型的構建，也需要考慮更多的問題。首先，機械加工是一項系統性的工作，其由多道工序組成，不同工序間存在著密切的聯系，每一道工序的順序也不會輕易改變，因此在得到某一道工序的輸出尺寸與輸出誤差后，實際上也就相當于得到了下一道工序的輸入尺寸與輸入誤差，而在多道工序的加工過程中，這一誤差值也同樣會發生傳遞性的變化。為此，我們可以按照加工順序對機械加工的所有具體工序進行排列，并用n進行表示，而單工序的輸入誤差則可表示為Xi=Yi-1，基于這一公式，多工序的誤差傳遞模型應為yn=anxn+dn。

2.3 工序尺寸公差模型

在機械加工工藝過程中，產品誤差的形成具有著流動性的特點，也就是說，其最終輸出誤差可以在每一道工序中分解為不同的部分，雖然在每一道工序原始誤差的影響下，輸出誤差會不斷加大，但如果能夠按照工序尺寸公差模型（某道工序允許的最大輸出誤差）對輸出誤差進行不斷修正，那么就能夠逐漸縮小誤差，并保證最終的成品誤差符合設計要求。根據對相關研究結果的綜合分析，通常情況下可將工序尺寸公差模型定為Ti=Tp-（Tp-Tc）[M1+M2+…+Mi/M]，其中Ti表示某一道工序的公差，i表示工序順序，Mi為公差分配系數，Tp為零件產品的毛坯公差，Tc則為零件產品的成品公差[2]。

2.4 空間誤差模型

空間誤差模型是誤差補償的一種有效手段，簡單來說就是將零件產品的機械加工看做是一個獨立的加工空間，根據空間中的刀具總誤差來改變刀具的位置，從而人為的創造出一種新的誤差，抵消加工工藝過程中具有的原始誤差。空間誤差模型的構建需要利用到剛體運動學理論和齊次坐標變換技術，在加工空間中建立三維坐標，之后利用函數將刀具位置與原始誤差聯系起來，這樣在得到誤差源后就，可以從刀具位置入手，建立空間誤差的通用模型，解決工藝過程中的原始誤差問題，但由于，不同零件產品的加工工藝過程存在較大差異，因此空間誤差模型還需根據實際情況進行構建[3]。

2.5 零件切削誤差模型

零件切削誤差模型同樣屬于誤差補償手段，但與空間誤差模型不同的是，零件切削誤差模型主要是通過切削試驗以及軟件建模分析來實現。一般來說，零件切削誤差模型的構建需要先進行切削試驗，對零件產品在加工工藝過程中所受到的各種切削力進行明確，之后根據實驗結果建立相應的切削力仿真模型，對零件產品在加工工藝過程中會受到的切削力進性模擬，最后，通過對切削過程的分析，就能夠將零件可能出現的誤差變形確定下來，并做出相應的誤差補償。

3 結束語

總而言之，機械加工工藝過程中的加工誤差來自于很多方面，這些因素都會對零件產品的精度造成直接的影響，但如果能夠充分利用現代科學技術，將各種機械加工工藝過程質量控制模型構建起來并進行靈活運用，那么機械加工的工藝能力與精度就都會得到較大的提升。

參考文獻：

[1]賀利杰.機械制造過程質量控制措施探討[J].現代商貿工業，2016，37（11）：207-208.

[2]王恩雙，徐連軍.機械制造質量的影響因素及控制策略[J].科技創新與應用，2016（06）：122.

[3]韋靖，馬柯，南博儒.數控加工過程質量控制的關鍵環節研究[J].現代制造工程，2014（06）：58-63.