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      對機(jī)械加工工藝過程質(zhì)量控制模型的分析

      2019-03-22 02:35:30路偉馬躍
      科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2019年6期
      關(guān)鍵詞:機(jī)械加工質(zhì)量控制

      路偉 馬躍

      摘? 要:在機(jī)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(jī)械零件的質(zhì)量以及成品合格率,同時(shí)也會對工序的工藝能力造成直接的影響。為此,文章對機(jī)械加工工藝過程中的質(zhì)量影響因素進(jìn)行了分析,并在此基礎(chǔ)上對機(jī)械加工工藝過程質(zhì)量控制模型的構(gòu)建展開了探討。

      關(guān)鍵詞:機(jī)械加工;工藝過程;質(zhì)量控制

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

      引言

      機(jī)械加工對于產(chǎn)品要求是非常嚴(yán)格的,只要產(chǎn)品零部件的任何一項(xiàng)指標(biāo)不符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),就不屬于合格產(chǎn)品,而這類不合格產(chǎn)品一旦被使用,那么就很可能會給產(chǎn)品使用者帶來危險(xiǎn)隱患,并降低企業(yè)產(chǎn)品的市場信用,這些對于機(jī)械加工企業(yè)的發(fā)展來說都是非常不利的,而對機(jī)械加工工藝過程質(zhì)量控制模型進(jìn)行,則能夠在很大程度上避免這類問題的發(fā)生。

      1 機(jī)械加工工藝過程質(zhì)量的影響因素

      1.1 加工機(jī)床幾何誤差

      加工機(jī)床是現(xiàn)代機(jī)械加工所必不可少的設(shè)備,其精度對于零件產(chǎn)品的加工精度有著非常直接的影響,在機(jī)械加工工藝過程中,一旦加工機(jī)床在安裝、調(diào)試方面出現(xiàn)問題,那么機(jī)床的各項(xiàng)參數(shù)就很可能會受到影響,進(jìn)而影響到零件產(chǎn)品的加工,產(chǎn)生與加工機(jī)床類似的幾何誤差。從目前來看,加工機(jī)床的幾何誤差主要可分為三種:第一是加工機(jī)床回轉(zhuǎn)軸位置、角度出現(xiàn)偏差,進(jìn)而導(dǎo)致零件的幾何誤差;第二是加工機(jī)床的導(dǎo)軌角度、間距產(chǎn)生幾何偏差;第三則是加工機(jī)床的傳動鏈條出現(xiàn)幾何偏差。

      1.2 加工刀具幾何誤差

      加工刀具是加工機(jī)床非常重要的組成部分,同時(shí)也是零件機(jī)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(chǎn)品由于設(shè)計(jì)要求不同,對加工刀具也往往會有著比較嚴(yán)格而嚴(yán)格的要求。一旦刀具的厚度、寬度、長度等參數(shù)出現(xiàn)異常,那么在加工機(jī)床同樣的控制操作下,零件產(chǎn)品的外形就會出現(xiàn)不同于設(shè)計(jì)要求的操行。一般來說,加工刀具產(chǎn)生幾何誤差的原因主要有以下幾點(diǎn):第一是加工刀具使用時(shí)間過長或是在使用過程中保養(yǎng)工作不到位,導(dǎo)致刀具出現(xiàn)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(jìn)廠質(zhì)量審核不夠嚴(yán)格,刀具本身的各項(xiàng)參數(shù)就不符合精度要求;第三則是加工刀具在安裝過程中出現(xiàn)錯誤,導(dǎo)致刀具規(guī)格不符合相關(guān)要求[1]。

      1.3 加工定位誤差

      機(jī)械加工是在加工機(jī)床上進(jìn)行的,加工過程中機(jī)床各部件、刀具的位置相對固定,因此只有將零件產(chǎn)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(xiàn)了偏差,那么零件產(chǎn)品的精度也同樣會受到影響。例如在機(jī)械加工中,加工定位通常都是按照定位基準(zhǔn)進(jìn)行的,如果定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)要求不匹配,或是零件產(chǎn)品的位置未能與預(yù)定基準(zhǔn)重合,那么就必然會出現(xiàn)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(xiàn)差異。另外在確定定位基準(zhǔn)時(shí),往往需要進(jìn)行一系列的計(jì)算,如果這一過程中計(jì)算出現(xiàn)偏差,那么同樣會產(chǎn)生定位幾何誤差。

      1.4 零件受熱變形誤差

      在進(jìn)行機(jī)械加工的過程中,如果機(jī)械設(shè)備進(jìn)行長時(shí)間的工作,很有可能會產(chǎn)生機(jī)械過熱的問題。如果加工機(jī)械過熱,那么用其進(jìn)行加工的零件很有可能出現(xiàn)過熱的情況,從而也會出現(xiàn)熱變形的問題。當(dāng)然,零件的熱變形還會受到加工外部環(huán)境的影響,如果外部環(huán)境過熱,則會對加工機(jī)械以及加工零件產(chǎn)生影響,加工零件很有可能會產(chǎn)生熱變形的現(xiàn)象;如果加工零件的周圍存在過熱的設(shè)備,很有可能會通過熱傳遞的方式而使得零件加工產(chǎn)生熱變形。因此,零件受熱變形是導(dǎo)致其出現(xiàn)加工誤差的一個(gè)重要原因,因而又導(dǎo)致機(jī)械加工的質(zhì)量無法得到保證。

      1.5 加工工藝調(diào)整誤差

      在進(jìn)行機(jī)械加工的過程中,難免會遇到對加工工藝進(jìn)行調(diào)整的情況,其中還存在加工工藝調(diào)整誤差產(chǎn)生的事件。零件加工對生產(chǎn)工藝有比較高的要求,而進(jìn)行工藝調(diào)試過程中,很有可能會出現(xiàn)調(diào)整誤差。因此,加工工藝調(diào)整會帶來零件加工精度產(chǎn)生誤差的風(fēng)險(xiǎn),從而使得零件質(zhì)量無法得到保證。

      2 機(jī)械加工工藝過程質(zhì)量控制模型的分析

      2.1 單工序誤差傳遞模型

      在機(jī)械加工的工藝過程中,誤差是指實(shí)際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)間的差異,由于工序步驟較多,每一道工序所需的也比較復(fù)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(diào)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(chǎn)品最終的實(shí)際幾何參數(shù)造成不同程度影響。基于這一點(diǎn),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(jìn)行測算,并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)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(shù)關(guān)系(即產(chǎn)品尺寸在誤差的影響下,逐漸由輸入尺寸變?yōu)檩敵龀叽纾胒(X)表示。從具體上來看,由于工序中的操作比較復(fù)雜,因此單工序的誤差傳遞模型可以進(jìn)一步展開,假設(shè)X0、Y0分別為X、Y的基本尺寸值,則傳遞函數(shù)關(guān)系f(X)=f(X0)+f′(X0)/1?。╔-X0)+f(k)(X0)/k?。╔-X0)+……,同時(shí)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(shù),aixi則為實(shí)際傳遞誤差,通過計(jì)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(fù)雜,對于多工序誤差傳遞模型的構(gòu)建,也需要考慮更多的問題。首先,機(jī)械加工是一項(xiàng)系統(tǒng)性的工作,其由多道工序組成,不同工序間存在著密切的聯(lián)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(shí)際上也就相當(dāng)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(fā)生傳遞性的變化。為此,我們可以按照加工順序?qū)C(jī)械加工的所有具體工序進(jìn)行排列,并用n進(jìn)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(yīng)為yn=anxn+dn。

      2.3 工序尺寸公差模型

      在機(jī)械加工工藝過程中,產(chǎn)品誤差的形成具有著流動性的特點(diǎn),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(jìn)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(shè)計(jì)要求。根據(jù)對相關(guān)研究結(jié)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(shù),Tp為零件產(chǎn)品的毛坯公差,Tc則為零件產(chǎn)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(bǔ)償?shù)囊环N有效手段,簡單來說就是將零件產(chǎn)品的機(jī)械加工看做是一個(gè)獨(dú)立的加工空間,根據(jù)空間中的刀具總誤差來改變刀具的位置,從而人為的創(chuàng)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(gòu)建需要利用到剛體運(yùn)動學(xué)理論和齊次坐標(biāo)變換技術(shù),在加工空間中建立三維坐標(biāo),之后利用函數(shù)將刀具位置與原始誤差聯(lián)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(chǎn)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(jù)實(shí)際情況進(jìn)行構(gòu)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(bǔ)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(yàn)以及軟件建模分析來實(shí)現(xiàn)。一般來說,零件切削誤差模型的構(gòu)建需要先進(jìn)行切削試驗(yàn),對零件產(chǎn)品在加工工藝過程中所受到的各種切削力進(jìn)行明確,之后根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果建立相應(yīng)的切削力仿真模型,對零件產(chǎn)品在加工工藝過程中會受到的切削力進(jìn)性模擬,最后,通過對切削過程的分析,就能夠?qū)⒘慵赡艹霈F(xiàn)的誤差變形確定下來,并做出相應(yīng)的誤差補(bǔ)償。

      3 結(jié)束語

      總而言之,機(jī)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(chǎn)品的精度造成直接的影響,但如果能夠充分利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù),將各種機(jī)械加工工藝過程質(zhì)量控制模型構(gòu)建起來并進(jìn)行靈活運(yùn)用,那么機(jī)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(xiàn):

      [1]賀利杰.機(jī)械制造過程質(zhì)量控制措施探討[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè),2016,37(11):207-208.

      [2]王恩雙,徐連軍.機(jī)械制造質(zhì)量的影響因素及控制策略[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2016(06):122.

      [3]韋靖,馬柯,南博儒.數(shù)控加工過程質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)研究[J].現(xiàn)代制造工程,2014(06):58-63.

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