機械加工幾何精度控制方案

路文敬，張晉剛，張慶武，陳吉祥，楊建明

山推工程機械股份有限公司 山東濟寧 272073

1 序言

在機械加工中，由機床、夾具、刀具和工件組成的統一體稱為工藝系統。在加工過程中，由于工藝系統各種原始誤差的存在，使工件和刀具之間正確的幾何關系遭到破壞，進而造成幾何尺寸超差。一般將加工過程中可能出現的原始誤差分為兩種，即與工藝系統初始狀態有關的“靜”原始誤差和與加工過程有關的“動”原始誤差。下面從工件、刀具、夾具和機床等4個方面，提出應對加工中幾何尺寸超差問題的解決方案。

2 工件方面

1）應遵循機械加工總體原則，即先基準、后其他，先面后孔，先主后次，先粗后精、粗精分開。

2）在工序的精加工工步前，松開壓板，適當釋放裝夾應力，對工件再次找正后進行輕壓緊。為保證加工安全和加工質量，建議對輕壓緊通過試驗驗證的方式獲得最佳扭矩值，進行定扭矩壓緊。

3）夾緊力的作用點要為實點，作用點因不是實點而產生變形的，有3種解決方式：①將原來的一次裝夾分解為兩次實點裝夾，但是要注意切換裝夾時的順序，必要時需對工件重新找正。②對工件設置裝夾工藝凸臺，待全部工序完成后，根據是否影響工件裝配決定是否去除工藝凸臺。③在裝夾結構薄弱處設置輔助支撐（見圖1），當前市場上的部分液壓輔助支撐已可實現“零變形”支撐。

圖1 輔助支撐

4）保證工件和夾具定位面具有較好的平面度。平面度自檢如圖2所示。若定位平面較大，夾具定位面可更換為墊塊形式，規避工件與夾具大平面貼合產生的裝夾翹曲變形；若工件的平面度得不到保證，可使用銅皮、紙屑及翹曲纖維等將定位面塞平后再壓緊加工。

圖2 平面度自檢

5）加工過程中，采用切削液，及時散熱，減少工件熱變形。

6）時效處理安排在半精加工前，徹底釋放工件內部應力。

7）車削時，針對薄壁件，采用軟爪或開口套環進行裝夾，或者采用端面壓緊取代圓周壓緊。

8）車削時，根據變形情況進行反變形加工，即反方向預先加工出對應的變形量，加工完成后反變形量與變形量相互抵消。

9）車削大型不規則工件時，要根據工件質心位置進行配重，減小離心力作用。

3 刀具方面

1）鉆孔、鏜孔及鉸孔前，加工部位存在半壁結構的，要先將半壁部位去除；加工部位為毛坯面的，要先將毛坯面锪平，從而保證刀具切削時受力均勻。

2）加工前按照相關標準對刀具進行徑向圓跳動、軸向圓跳動的檢查。

3）刀具刀柄禁止磕碰劃傷，定期使用專用工具清理機床主軸錐孔。

4）控制刀具長度，盡可能地保證刀具有足夠的直徑，確保刀具牢固。

5）對精度要求非常高的工件，加工前要對刀具進行動平衡校驗。

6）調整切削參數和刀具角度等，控制加工過程中的刀具受力、受熱及磨損。

7）采用防振、抗振專用刀具。

4 夾具方面

1） 改善裝夾方式，杜絕壓緊螺桿的安裝點與壓板的后支撐點一個在夾具上、一個在機床上，防止夾具被壓緊螺桿拉起而引發夾具嚴重變形。

2）夾具要有足夠的剛性。

3）夾具采用心軸定位，且心軸上設有壓緊螺紋時，要對螺紋進行磨削，保證螺紋與心軸定位端面的垂直度。

4）對精密車削類夾具進行動平衡校驗，控制夾具旋轉時的離心變形。

5 機床方面

按照機床驗收精度標準對機床進行檢查確認，例如檢查機床主軸與工作臺的垂直情況、主軸竄動情況等。

6 結束語

1）在工件尤其是新產品加工出現幾何尺寸超差時，首先要確定是哪種變形引起的，然后根據相應的變形解決方案尋找合適的解決辦法。

2）探索利用計算機有限元輔助分析技術，預先做出工藝系統變形分析，這樣有利于工藝方案的不斷優化。

3）日常工作中要善于對解決方案進行總結，舉一反三，從而全面提升產品質量。