機械加工工藝對零件加工精度的影響芻議

郭在云

（云南能源職業技術學院，云南 曲靖 655000）

在機械制造與加工業朝著信息化、精密化、智能化、自動化方向發展進程中，其在零件加工方面也面臨著更高的精度要求。一旦機械加工工藝使用不當，就會導致零件加工精度下降，影響加工效益。因此，從機械加工工藝著手，探究提高零件加工精度的多元措施非常必要。

1 零件加工精度控制的重要性

零件加工精度特指加工作業結束時零件表面的實際位置、形狀、尺寸等幾何參數與設計圖紙要求的理想幾何參數相符程度。零件加工精度主要用于產品加工水平判定，可用公差等級橫梁。作為機械構件的重要組成部分，零件的高精度生產制造始終是機械構件研制的難題。當前我國零件加工精度控制基礎較為薄弱，加之零件結構復雜，對加工精度控制提出了更加嚴格的要求。而通過針對性零件加工精度控制，可以在降低零件加工制造成本的同時，提高加工效率，降低操作者勞動強度。同時通過有效抑制零件加工誤差，可以促使零件合格率達到100%，推動整體生產效率成倍提升，帶來更加可觀的經濟效益。進而夯實我國機械化制造加工基礎，促使機械制造加工行業走在國際前列，為整個國家發展提供支持。

2 機械加工工藝對零件加工精度的影響

2．1 受力變形

在零件生產階段，機械加工工藝系統極易因長時間、大功率做工而產生內部應力，發生系統加工位置、加工形狀的異變，威脅整個機械加工系統的安全、平穩運行。機械加工工藝系統承受的力來自于內部多方作用力以及實際運行壓力，內部多方作用力主要表現為機械加工工藝系統自身壓力、加工零件施加壓力、相鄰部件之間摩擦力等，會直接導致內外應力差距懸殊，引發不可測機械變形；實際運行壓力主要表現為刀具工作壓力、夾具工作壓力或其他工作壓力，會直接導致構件相互對應位置異變或形狀不正常變化。

2．2 內在干擾

機床誤差是機械加工工藝內在對零件加工精度的主要影響模塊，主要表現為主軸回轉誤差、導軌誤差、傳動鏈誤差等，源于投入時安裝偏差、安裝工藝選擇錯誤、刀具磨損等。在機床發生主軸回轉誤差時，可以直接影響零件加工過程精度；在機床發生導軌誤差時，會直接導致集合系統受損，增加零件加工時標準誤差出現概率；在機床發生傳動鏈誤差時，可促使零件加工輸出時展露精度下降問題。除此之外，因實際機械加工時加工參數處于動態變化狀態，根據生產產品的差異，加工參數也需要進行科學變更。而加工參數的調整受機械加工內在因素的直接影響，無法確保參數調整準確度達到100%，最終引發零件加工精度下降問題。

2．3 熱變形

在機械加工工藝實施過程中，工件熱變形、刀具熱變、機床自身及結構熱變形均會導致零件加工精度下降。其中工件熱變形主要是在長零件機械高精度加工時期，因兩端受熱不均而引發的形狀、尺寸不一致問題；刀具熱變形主要是在零件機械切割加工階段，因多次切割而產生摩擦熱量，招致零件形狀異變等精度受擾問題；機床自身及結構熱變形主要是在機床運行期間各構件相互摩擦或碰撞產生額外熱量，導致機床自身、局部甚至整體溫度超出標準要求，同時伴隨機床自身結構契合度受擾，間接干擾零件加工精度。比如，在高溫環境中，機床局部結構緊密，而低溫時結構出現微小縫隙，直接干擾加工零件精準度。

3 避免機械加工工藝影響零件加工精度的多元措施

3．1 減小受力變形

為降低零件機械加工階段設備表面、零件之間的摩擦力，機械加工工藝人員應每間隔一定時期進行機械加工設備表面的打磨，控制零件機械加工誤差，盡可能將零件機械加工誤差報廢率控制到0，推動零件機械加工經濟效益向高水平發展。比如，在模具線切割加工工藝實施過程中，模具加工面拉應力時刻存在，若無法及時消除，則會增加零件變形風險。因此，機械加工工藝人員應貫徹低電流、低切割速度、小脈寬、低線速原則，進行模具表面噴丸、研磨、拋光操作，達到改善零件加工精度的目的。

有條件情況下，機械加工工藝人員應在科學規劃工藝過程的基礎上，從消除內應力著手，增設專門的熱處理環節。同時聚焦于切削用量判定，根據切削用量與機床主運動、進給運動量以及零件加工效率、零件加工精度、刀具磨損量之間密切關系，以剛度許可標準為依據，進行切削速度、進給量、背吃刀量等用量的恰當選擇。比如，對于粗加工工序，可以盡可能增加零件切削深度，減少走刀次數；而對于精加工工序，應盡可能控制切削深度以及切削速度，保證零件表面質量。

3．2 控制內在干擾

為降低機械加工內在干擾，機械加工工藝人員可以從減小機床誤差、調整工藝系統、減小傳動鏈傳動誤差、減小刀具磨損幾個方面著手。

3．2．1 減小機床誤差

為減小機床誤差，機械加工工藝人員應從提升軸承回轉精度著手，優選高精度滾動軸承、靜壓軸承以及多油鍥動壓軸承。同時通過提升箱體支撐孔與主軸軸徑精度、與軸承相配合表面潤滑系數，控制與軸承相配件對零件加工精度的影響。有條件的情況下，機械加工工藝人員可以相應件徑向跳動范圍為對象，進行科學測量、調節，達到補償誤差、抵消誤差的目的。在調節相應件徑向跳動范圍的基礎上，機械加工工藝人員可以對滾動軸承進行預緊處理，以便在消除間隙的同時，均化滾動體誤差，為滾動軸承整體剛度提升提供依據。

為避免主軸回轉精度反映到零件加工過程中，機械加工工藝人員應以機械加工設備出廠時期著手，對全部機械加工設備進行檢查，預先了解并記錄機械加工設備自身潛在誤差問題。根據相關問題表現，更換為與零件高精度加工要求相符的機械加工設備。若相應機械加工設備已經投入生產，機械加工工藝人員可以根據零件高精度加工要求，對機械加工設備進行改造，比如，對于臥式鍋爐，利用蛇形管形式代替傳統受熱面管束，發揮蛇形管機械彈力強的優勢，提高機械振動打擊清除灰塵效果，降低疲勞破壞問題出現概率。

3．2．2 調整工藝系統

恰當設置機械加工路線、工藝系統是優化零件加工環節、提高零件機械加工精度的關鍵。機械加工工藝人員可以從加工軌跡、進刀方式兩個方面著手，進行調整。特別是在零件數據銑削加工時，機械加工工藝人員可以根據零件工藝性要求，選擇恰當的進刀方式，確保工具切削加工效率、加工精度。比如，在銑削平面零件外輪廓環節，機械加工工藝人員應進行刀具切入路線與切出路線的安排，沿著刀具輪廓曲線延長線切入或切出，規避平面零件外輪廓銑削交接位置出現刀具痕跡。根據具體零件精度要求，機械加工工藝人員還需要進行順序銑削、逆序銑削的選擇。在確定測量順序后，利用調整法或試切法，完成工藝系統調整作業。其中調整法主要是預先進行夾具、機床、刀具、工具相對位置調整，獲得高精度零件機械加工尺寸，適用于多批次、大量生產模式；而是切法則是根據一定流程多次調整至所需零件加工尺寸。調整流程如下：

如圖1所示，因試切法生產效率較低，多應用于單件、小批量零件加工。

圖1 試切法調整機械加工工藝系統流程

3．2．3 減小傳動鏈傳動誤差

根據機械加工工藝傳動鏈傳動誤差，機械加工工藝人員應采用降速傳動的方式，梯度下降傳動副速度，促使接近末端傳動副傳動速度、傳動比均處于較小水平，保證末端件加工精度超出其他傳動件。同時在保證加工效率的情況下，機械加工工藝人員可以通過降低傳動件數量、縮短傳動鏈的方式，提高傳動精度，為零件機械加工精度提升提供支持。

3．2．4 減小刀具磨損

在數控加工中心進行零件機械加工時，因刀具需事先在刀庫內儲存，在啟動加工開始工序后無法靈活更換，一旦刀具選擇不當或安裝錯誤，就會直接導致零件機械加工精度下降。因此，機械加工工藝人員應嚴格根據工藝要求，精選刀具材質，并優先安裝剛性佳、調整便捷、精度高、耐用度高的刀具。同時每間隔一定時期利用專用切削油完成刀具的全面潤滑，若刀具尺寸磨損進入急劇磨損階段則應進行刀具的重新打磨，降低刀具磨損度，保證零件機械加工精度。

3．3 減小熱變形

在零件機械加工過程中，加工溫度對零件加工質量具有顯著的影響，過度高溫、低溫均會干擾機械設備正常運行。加工溫度不正常變化與零件加工階段機械設備運行速度也具有一定關系。比如，在零件加工階段機械設備運行速度較快時，機械加工設備與零件之間溫度會上升，埋下零件形狀異變、尺寸突變的隱患。此時，機械加工工藝人員應利用冷水降低溫度的方式，減小熱變形。特別是在零件打磨環節，呈高速旋轉的砂輪與零件之間過度摩擦將生成大量熱，砂輪與零件之間的溫度會朝著高水平發展，一旦溫度超出一定標準，零件形狀會發生異變，此時，通過冷水促進砂輪溫度下降就非常必要。

除了利用外部條件控制環境溫度外，機械加工工藝人員還可以通過減少熱源發熱、隔離熱源、均衡溫度場、加速達到傳熱平衡等方式，減小零件機械加工熱變形。由機床熱變形機理可知，機床各傳動件摩擦發熱是機床內熱源產生的主要原因。此時，機械加工工藝人員可以從輔助冷源控制著手，根據機床冷態精度水平要求，配備冷卻系統，促使機床始終處于不發生溫升的無溫升或者溫升較小的低溫升狀態。或者從輔助熱源控制著手，借鑒國外小規模鏜床HAUSE-223機床實施經驗，改進舊機床，促使機床始終處于熱平衡穩定的高溫升狀態。比如，對CG6125機床（如圖2）進行改造，由計算機擬合實際測試數據確定機床代表點熱穩定時間，進而將輔助熱源開關控制裝置投入斷續加工過程，自動追蹤溫升值，在理想狀態下，確定一個熱源功率最佳切換時間，將代表點相對熱位移平衡時間縮短到一定水平，促使相對熱位移與時間曲線朝著水平方向延遞，達到提前熱穩定進而提高熱態加工精度的目的。

圖2 CG6125機床改造流程

有條件的情況下，機械加工工藝人員可以進行機床結構的改善，降低熱變形。即落實結構對稱原則，保證箱體內齒輪、軸承等傳動元件對稱存在，進而促使齒輪、軸承等傳動元件向箱體側壁傳遞的熱量均衡，引發的形狀異變相近或相同，相互抵消。同時機械加工工藝人員可以采用受熱均勻的熱對稱結構，配合小膨脹系數的材料應用，促使零件受熱均勻，降低零件熱變形。

4 結語

綜上所述，控制零件加工精度，不僅是降低勞動強度、提高生產效率的需要，而且是提高經濟效益與機械制造水平的需要，機械加工工藝對零件加工精度具有較大的影響。因此，零件加工者應根據零件加工精度要求，調整工藝系統，降低機床誤差以及傳動鏈傳動誤差，控制機械加工工藝系統受力變形、熱變形、磨損變形，保證零件加工精度在公差范圍內，且位置誤差在尺寸公差內。