機械加工工藝對汽車零部件精度的影響分析 Analysis of Influence of Machining Technology on Precision of Auto Parts

李正耀 LI Zheng-yao

摘要：零部件加工精度為衡量汽車制造業(yè)機械加工工藝水平的重要指標，關(guān)系到汽車整體質(zhì)量的提升。在把握汽車零部件機械加工要求的基礎(chǔ)上，對影響零部件加工精度的熱變形、受力變形和幾何誤差三項工藝因素展開了分析，提出了工藝改進措施，希望能夠推動汽車機械加工工藝的發(fā)展。

Abstract： Parts machining precision is an important index to measure the level of machining technology in automobile manufacturing industry， which is related to the improvement of the overall quality of automobile. On the basis of grasping the machining requirements of auto parts， this paper analyzes the thermal deformation， stress deformation and geometric error which affect the machining accuracy of auto parts， and puts forward the improvement measures， hoping to promote the development of auto parts machining technology.

關(guān)鍵詞：機械加工工藝;汽車;零部件精度

Key words： machining technology;car;accuracy of parts

中圖分類號：U463.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）22-0092-02

0? 引言

在“工業(yè)4.0”時代，國內(nèi)汽車制造業(yè)想要順利在國際舞臺上占據(jù)顯著位置，需要加快轉(zhuǎn)型升級，通過提高工業(yè)技術(shù)水平達到精準化、標準化發(fā)展要求。從根本上來講，汽車整體加工制造精度與每個零部件精度有關(guān)，將直接受到機械加工工藝影響，因此應(yīng)進一步把握相關(guān)影響因素，為汽車行業(yè)提升零部件機械加工工藝水平指明方向。

1? 汽車零部件機械加工要求

加工汽車零部件，要求達到極高精度要求，確保達到較高的整體配合度，為汽車整體性能實現(xiàn)提供保障。采用機械加工工藝，將通過各類加工設(shè)備、技術(shù)改變工件尺寸大小、幾何形狀和性質(zhì)等，要求達到汽車零部件制造參數(shù)標準。而零部件加工劃分為前期、中期、后期，流程繁瑣，從材料選擇到設(shè)備環(huán)境等各方面因素存在都會干擾加工質(zhì)量。所以在完成零部件粗加工后，需要開展進一步精加工，結(jié)束加工后需要開展質(zhì)量檢查，確認加工誤差在規(guī)定范圍內(nèi)，可以滿足后續(xù)規(guī)范性組合要求。嚴格按照汽車生產(chǎn)相關(guān)標準進行零部件加工，需要考慮機械加工工藝帶來的影響，從而采取有效措施提高零部件精度。

2? 影響汽車零部件精度的機械加工工藝因素

2.1 熱變形因素

生產(chǎn)汽車零部件，需要對工件進行切削加工，加工成設(shè)計的尺寸、形狀。在整個工藝過程中，工件與刀具間反復(fù)發(fā)生摩擦，將積聚大量熱能，導(dǎo)致零件因溫度積聚升高發(fā)生變形。在整個加工流程中，機床熱源未能合理分布，意味著受熱力作用發(fā)生的變形具有隨機性，引發(fā)零件精度下降問題。零部件加工刀具也會因受熱變形，在持續(xù)旋轉(zhuǎn)、切割的工況條件下，刀具上將產(chǎn)生大量熱能，引發(fā)刀具變形情況，導(dǎo)致加工的零部件尺寸無法達到要求。如因為受熱引發(fā)刀具形狀變化，將引起工件切削量變化，給零部件精度帶來直接影響。在機械加工過程中，熱變形難以避免，但機床、刀具頻繁發(fā)生熱變形，與工藝合理性有直接關(guān)系。如刀具進給參數(shù)不合理，將導(dǎo)致切割產(chǎn)生的摩擦熱量過多，引發(fā)零件變形問題。而刀具材質(zhì)不同，受熱后產(chǎn)生的變形并不相同，未能選擇適合的刀具，將引發(fā)更大熱變形，嚴重影響加工精度。此外，使用的機床難以與加工零部件匹配，如零部件過長，引發(fā)機床局部升溫，就會導(dǎo)致零部件內(nèi)外溫度線型較大，降低零件加工精度的同時，導(dǎo)致機床結(jié)構(gòu)被破壞。

2.2 受力變形因素

機械加工方式較多，但均需依靠機床、刀具、工件間的相互配合完成。對工件進行加工，將由機床刀具、夾具等給與工件切削力、壓力等各種外力，使工件在多種力作用下發(fā)生結(jié)構(gòu)變化。經(jīng)過長時間運行，負責(zé)加工的機械系統(tǒng)因承受工件產(chǎn)生的相互作用力，可能出現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)變形問題，導(dǎo)致刀具、夾具和工件間的距離改變，繼而引發(fā)力的大小變化，給零部件加工精度帶來影響。例如，在發(fā)動機氣缸蓋加工方面，機械系統(tǒng)持續(xù)運行一段時間后，可能出現(xiàn)刀桿和外圓車刀剛度不一問題，引發(fā)刀桿結(jié)構(gòu)變形，最終導(dǎo)致缸蓋表面精度下降問題。而該部件加工精度低，將引發(fā)汽車燃燒室密閉性下降問題。就目前來看，汽車許多零部件結(jié)構(gòu)尺寸較大，產(chǎn)生的重力較大，加工這些零部件時機械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)剛性容易受到影響，一旦機床或刀具剛度無法與工件相適應(yīng)，將引發(fā)零部件形狀改變，導(dǎo)致整體加工精度下降。在部分特殊零部件加工過程中，刀具用于切割工件將產(chǎn)生劇烈摩擦，造成刀具因承受過多摩擦力出現(xiàn)變形問題，加工零部件將引發(fā)表面粗糙度下降問題。而機械設(shè)備不僅需要承受零部件重力，還需承受刀具、夾具等工具壓力，長時間受力導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形，導(dǎo)致零部件加工位置下移或變形，影響零部件精度。

2.3 幾何誤差因素

在汽車零部件加工過程中，機床會引入幾何誤差，導(dǎo)致加工精度受到影響。在選擇機械設(shè)備時，出廠方通常會對設(shè)備進行精度標定。但因為實際生產(chǎn)時需要采用較多大型機械加工設(shè)備，需要在現(xiàn)場安裝，同時安裝流程較為繁瑣，導(dǎo)致各部分裝配容易出現(xiàn)錯差，導(dǎo)致設(shè)備幾何誤差較大。如主軸為機床核心動力源，旋轉(zhuǎn)狀態(tài)將直接影響刀具和工件相對位置大小，安裝時存在偏差將導(dǎo)致主軸回轉(zhuǎn)時發(fā)生中心軸線偏離問題，繼而引發(fā)較大幾何誤差。發(fā)生這一情況，將導(dǎo)致使用機床加工出的全部零部件存在精度值下降問題。此外，許多機械加工設(shè)備由國外引進，導(dǎo)致國內(nèi)加工工藝發(fā)展滯后，人員在操作機械進行零部件加工時缺少科學(xué)規(guī)范指導(dǎo)，存在技術(shù)熟練度不足問題，也將影響零部件精度。在實踐操作時，通常利用數(shù)控編程方式加工零件，但在初始編程階段，要求人員合理選擇數(shù)據(jù)處理節(jié)點和加工方式，合理進行尺寸換算，通過科學(xué)插補減少尺寸誤差。現(xiàn)階段，無論采用哪種插補方式都無法避免誤差產(chǎn)生，但可以盡量將誤差降至最低，以免機床錯位，影響零件精度。但在操作技能不足的情況下，零部件機械加工技術(shù)水平較低，容易產(chǎn)生較大誤差，導(dǎo)致零件不合格率較高。

3? 提高汽車零部件精度的機械加工工藝措施

3.1 完善加工流程

在零部件機械加工期間，為防止熱變形發(fā)生，需要深入分析零部件所處的物理環(huán)境，確認刀具和工件的材質(zhì)、特性、尺寸等各項因素，通過前期分析、統(tǒng)計判斷是否存在可能引發(fā)熱變形的因素。如針對零部件進行熱加工處理，應(yīng)確認刀具和工件材質(zhì)具有足夠耐熱度。為避免因摩擦引發(fā)熱變形問題，需要合理設(shè)定進給參數(shù)，減少摩擦的同時，使用潤滑油或冷水降溫方式減少熱量產(chǎn)生。在機械加工中期，應(yīng)加強系統(tǒng)環(huán)境溫度把控，必要時通過改造結(jié)構(gòu)隔離機床熱源，確保工件受熱相對均勻，避免出現(xiàn)局部溫度過高或過低問題。為此，需要加強刀具、機床狀態(tài)、溫度變化等因素把控，保證加工環(huán)境正常。熱變形將導(dǎo)致刀具和零部件間的確定關(guān)系發(fā)生變化，形成轉(zhuǎn)動誤差。因此完善加工流程，準確把握刀具和零部件的關(guān)系，能夠避免因熱變形導(dǎo)致零部件加工精度降低。如在加工長度大的零部件時，僅對但一面進行切削將引發(fā)表面溫度升高問題，加工結(jié)束后將導(dǎo)致徑向尺寸與設(shè)計值間存在差異。為避免熱變形引發(fā)過多誤差，可以搭配使用切削液降低表面溫度，抑制熱變形情況發(fā)生。此外，也可以適當減小切削厚度，加強摩擦產(chǎn)熱總量控制。結(jié)合實踐條件，也按照先粗加工后冷卻方式減小誤差，最后通過精加工有效控制誤差。

3.2 加強檢查力度

針對機床加工精度過低的情況下，需要加強整個加工系統(tǒng)檢查，通過適當降低系統(tǒng)載荷減少工件受力，并通過優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)形態(tài)和增加系統(tǒng)機械強度削弱外力給零件加工精度帶來的影響。結(jié)合機床結(jié)構(gòu)發(fā)生的偏差和磨損情況，可以根據(jù)與零部件的相對誤差進行調(diào)整，如采取縮短傳動鏈、減少傳動部件個數(shù)等控制誤差，補償因結(jié)構(gòu)受力變形引入的誤差。通過系統(tǒng)分析，能確定系統(tǒng)誤差是否來源于刀具或其他部件。發(fā)生刀具誤差，主要與刀具承受過大加工負荷、長時間使用等因素有關(guān)，導(dǎo)致刀具幾何形態(tài)發(fā)生變化。結(jié)合實踐生產(chǎn)需求，應(yīng)選擇與加工零部件剛度相匹配的刀具，并嚴格把控刀具質(zhì)量。在材質(zhì)達到要求基礎(chǔ)上，根據(jù)刀具磨損情況進行結(jié)構(gòu)修復(fù)，能夠使刀具正常受力和施力，為零件高精度加工提供保障。針對零部件加工使用的專用夾具，產(chǎn)生的誤差通常與安裝和使用有關(guān)，檢查確認存在安裝誤差，需要及時調(diào)整。發(fā)現(xiàn)因磨損產(chǎn)生誤差，需要引入誤差補償技術(shù)，將誤差控制在合理范圍內(nèi)?？紤]到長時間運行后刀具、夾具等工具容易發(fā)生老化磨損、結(jié)構(gòu)變形等問題，需要定期開展檢查，通過維修養(yǎng)護使加工系統(tǒng)處于良好運行狀態(tài)。

3.3 改進加工條件

選擇高精度的機床，能夠從源頭上加強零部件精度把控。企業(yè)在采購設(shè)備時，需要從性能、預(yù)算、售后等多方面進行考量，根據(jù)實踐生產(chǎn)需求合理進行硬件配置。與此同時，應(yīng)加大研發(fā)投入，研制出高精度、高效率的機械零部件生產(chǎn)設(shè)備，通過精準操控設(shè)備有效提高零件加工精度。在機械設(shè)備安裝過程中，應(yīng)嚴格按照相關(guān)技術(shù)標準把控設(shè)備安裝質(zhì)量。如在主軸安裝期間，應(yīng)嚴格控制轉(zhuǎn)軸裝配精度，并做好潤滑工作，定期進行結(jié)構(gòu)保養(yǎng)維護，縮小主軸回轉(zhuǎn)產(chǎn)生的誤差。選用精度高的部件，并提供支撐精度數(shù)據(jù)，應(yīng)用精度滾動軸承等保證主軸安裝精度，能夠取得理想幾何誤差控制效果。而機床導(dǎo)軌用于對零部件加工位置移動進行校準，在安裝時同樣需要嚴格控制精度，并且定期進行校準，使零部件在進退刀等動作下能夠達到較高移動精度。伴隨著生產(chǎn)需求變化，對機械設(shè)備進行改造，應(yīng)引入專業(yè)設(shè)備和人員輔助分析，準確計算設(shè)備使用誤差，通過誤差補償提高加工精度。結(jié)合生產(chǎn)實踐展開分析，確定機床是否存在安裝不規(guī)范、操作不精準等各項問題，通過合理修正和系統(tǒng)修復(fù)能夠保證機床幾何精度準確性。開展專業(yè)操作技能培訓(xùn)工作，持續(xù)提高人員操作水平，在機械加工編程時合理設(shè)定參數(shù)和選擇插補方式，能夠減少人為引入的幾何誤差，保證零件精度。

綜上所述，汽車零部件加工要求達到較高精度，但在實際加工時容易受多重因素的影響，導(dǎo)致零部件機械加工誤差較大，影響汽車整體性能。為提高零部件機械加工工藝水平，需要通過完善加工流程和加強設(shè)備、刀具檢驗角度減少加工過程中產(chǎn)生的熱變形和結(jié)構(gòu)變形，并通過改進加工條件減小各項幾何誤差，做到全面提升零部件精度。

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