機(jī)械加工工藝對(duì)零件制作精度的影響及控制措施

王修亮，楊 濤

（延邊職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 延邊 133000）

隨著機(jī)械制造加工技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，在推進(jìn)各行業(yè)發(fā)展方面起著重要作用，在這樣的背景下對(duì)零件加工精度提出更高的要求。機(jī)械零件加工時(shí)一批次會(huì)生產(chǎn)很多零部件，受到各類因素影響會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量問題，直接影響到機(jī)械設(shè)備質(zhì)量。所謂機(jī)械加工工藝即零件毛坯改造過程中選擇的加工工藝，以滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。機(jī)械加工工藝需要更改毛坯形狀、尺寸等，因此會(huì)影響到零件加工精度，甚至?xí)o加工單位造成經(jīng)濟(jì)損失。這就需要全面了解各方面因素，通過分析影響加工精度的因素，調(diào)整機(jī)械加工工藝，提高零件加工質(zhì)量。

1 機(jī)械加工工藝與零件制作精度的分析

1.1 內(nèi)涵分析

1.1.1 機(jī)械加工

機(jī)械加工工藝指的是操作人員利用機(jī)械設(shè)備按照相應(yīng)的項(xiàng)目需要加工產(chǎn)品時(shí)采用的方法和處理流程。在具體加工時(shí)，通常會(huì)將零件加工分為粗加工和精細(xì)加工兩個(gè)階段，從而更好地滿足精度方面的需要。

1.1.2 零部件加工精度

零部件的加工精度在很大程度上決定了機(jī)械設(shè)備制造質(zhì)量，零部件加工時(shí)依據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行，通過采取相應(yīng)的措施做好加工精度的控制工作。但在實(shí)際加工中，誤差不可消除，因此需要將誤差控制在合理的范圍內(nèi)，確保加工零件的總體質(zhì)量。

1.2 具體要求

加工機(jī)械零部件，要求達(dá)到極高精度要求，確保達(dá)到較高的整體配合度，為機(jī)械整體性能實(shí)現(xiàn)提供保障。采用機(jī)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(dá)到機(jī)械零部件制造參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

而零部件加工劃分為前期、中期、后期，流程煩瑣，從材料選擇到設(shè)備環(huán)境等各方面因素存在都會(huì)干擾加工質(zhì)量。所以在完成零部件粗加工后，需要開展進(jìn)一步精加工，結(jié)束加工后需要開展質(zhì)量檢查，確認(rèn)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(yán)格按照機(jī)械生產(chǎn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行零部件加工，需要考慮機(jī)械加工工藝帶來的影響，進(jìn)而采取有效措施提高零部件精度。

2 機(jī)械加工工藝對(duì)零件制作精度的影響

當(dāng)前，機(jī)械加工過程中，影響零件精度的因素較多，不同因素造成的影響程度有所不同，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

2.1 零件定位偏差

零件加工時(shí)如果定位不準(zhǔn)出現(xiàn)偏差，就會(huì)影響到零件加工效果。機(jī)械加工作業(yè)時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)沒有按照設(shè)計(jì)圖紙準(zhǔn)確定位零件而出現(xiàn)誤差的情況，也就是定位誤差，這種誤差較為常見，任何一種零部件加工時(shí)都可能出現(xiàn)。傳統(tǒng)定位作業(yè)時(shí)通過定位調(diào)整方式保證精度，但這種定位調(diào)整方式本身存在誤差，容易造成偏差出現(xiàn)，繼而影響到零件加工質(zhì)量。

2.2 零件加工誤差

機(jī)械加工時(shí)設(shè)備需要運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)轉(zhuǎn)過程中則會(huì)產(chǎn)生摩擦力，受到摩擦力影響設(shè)備會(huì)出現(xiàn)相對(duì)位移，繼而造成零件加工誤差的出現(xiàn)。這類誤差主要體現(xiàn)為以下幾點(diǎn)。

2.2.1 加工設(shè)備的主軸產(chǎn)生誤差

主要因?yàn)橹鬏S轉(zhuǎn)動(dòng)速度與角度不均衡造成的，出現(xiàn)這種情況后不但會(huì)出現(xiàn)加工誤差，還會(huì)磨損機(jī)械設(shè)備，情況嚴(yán)重時(shí)直接影響到后期零件加工；出廠方通常會(huì)對(duì)設(shè)備進(jìn)行精度標(biāo)定。但因?yàn)閷?shí)際生產(chǎn)時(shí)需要采用較多大型機(jī)械加工設(shè)備，需要在現(xiàn)場(chǎng)安裝，同時(shí)安裝流程較為煩瑣，導(dǎo)致各部分裝配容易出現(xiàn)錯(cuò)差，導(dǎo)致設(shè)備幾何誤差較大。如主軸為機(jī)床核心動(dòng)力源，旋轉(zhuǎn)狀態(tài)將直接影響刀具和工件相對(duì)位置大小，安裝時(shí)存在偏差將導(dǎo)致主軸回轉(zhuǎn)時(shí)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(jī)床加工出的全部零部件存在精度值下降問題。

2.2.2 導(dǎo)軌原因造成誤差

機(jī)械設(shè)備正常運(yùn)行的基礎(chǔ)設(shè)備就是導(dǎo)軌，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間使用后導(dǎo)軌難免出現(xiàn)磨損，如果不能及時(shí)更換，難免會(huì)影響到零件加工質(zhì)量，造成零部件偏差的問題。

2.2.3 傳動(dòng)鏈造成誤差

機(jī)械加工設(shè)備中傳動(dòng)鏈起到能量傳遞的作用，如果運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)兩端不同步的情況，就會(huì)造成設(shè)備磨損，繼而引發(fā)誤差，最終影響到零部件加工質(zhì)量。

2.3 零件幾何誤差

所謂幾何誤差，即工作人員進(jìn)行零件加工時(shí)，不規(guī)范操作刀具或夾具造成的。

2.3.1 刀具造成的誤差

零件加工時(shí)操作刀具，沒有發(fā)現(xiàn)刀具的磨損，直接影響到加工質(zhì)量?；蚴堑毒哌x擇不當(dāng)，選擇的刀具與設(shè)計(jì)要求不符合，造成幾何誤差的出現(xiàn)。

2.3.2 夾具影響造成誤差

技術(shù)人員進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)，沒能熟練應(yīng)用夾具，出現(xiàn)機(jī)械設(shè)備與刀具之間存在孔隙，受到這種情況影響會(huì)造成幾何誤差出現(xiàn)，影響零件加工質(zhì)量。

2.4 出現(xiàn)變形誤差

機(jī)械加工時(shí)生產(chǎn)與制作的零件本身存在較低的輕度系數(shù)，實(shí)際加工時(shí)容易出現(xiàn)變形等情況，這也是常見的一種加工誤差。如在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋加工方面，機(jī)械系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間后，可能出現(xiàn)刀桿和外圓車刀剛度不一致問題，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。

2.5 殘余應(yīng)力影響

機(jī)械零件加工時(shí)任何一個(gè)環(huán)節(jié)都有可能發(fā)生摩擦現(xiàn)象，出現(xiàn)摩擦意味著溫度升高，熱力影響到加工系統(tǒng)也會(huì)發(fā)生熱變情況。當(dāng)機(jī)械零件出現(xiàn)變形后，會(huì)直接影響加工設(shè)備零件與刀具，不利于加工精度提升。實(shí)際中熱變形難以避免，但機(jī)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(jìn)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(yán)重影響加工精度。此外，使用的機(jī)床難以與加工零部件匹配，如零部件過長(zhǎng)，引發(fā)機(jī)床局部升溫，就會(huì)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(shí)，導(dǎo)致機(jī)床結(jié)構(gòu)被破壞。

3 機(jī)械加工工藝對(duì)零件制作精度影響的控制措施

就機(jī)械加工當(dāng)前存在的問題，為了進(jìn)一步提升生產(chǎn)加工的精度，確保生產(chǎn)質(zhì)量更好地滿足市場(chǎng)要求，需要做好以下幾個(gè)方面的工作。

3.1 做好直接誤差控制，提高零件加工質(zhì)量

客觀角度分析直接誤差包括兩部分，即定位誤差與制作誤差，直接誤差相比于其他誤差來說控制難度較大。設(shè)備加工人員可以采取有效措施控制與減小直接誤差。

（1）加工技術(shù)人員作業(yè)開始前，需要做好相應(yīng)準(zhǔn)備工作，全面分析機(jī)械加工過程中存在的直接誤差，制定相應(yīng)的預(yù)案，盡量降低誤差與制作誤差的概率，確保零部件加工的質(zhì)量。

（2）實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)械加工作業(yè)全過程，及時(shí)修復(fù)部分出現(xiàn)直接誤差的零件。如薄壁零件加工時(shí)，這些零部件容易出現(xiàn)磨損誤差，針對(duì)這類情況，技術(shù)人員可以在吸盤上提前打磨所需要的工具與零件，直到符合設(shè)計(jì)圖紙要求為止。通過這種方式加工的零部件精度較高，且有著極強(qiáng)的剛度，實(shí)際使用時(shí)不容易出現(xiàn)變形情況，大幅度提升零件加工質(zhì)量。

3.2 嚴(yán)格控制加工流程，減少外力的干擾

3.2.1 做好加工流程控制

為了有效避免機(jī)械設(shè)備質(zhì)量和幾何精度誤差因素對(duì)工件的影響，需要在設(shè)備入廠時(shí)根據(jù)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和工藝需要對(duì)工件進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)，確保設(shè)備符合加工要求。之后需要根據(jù)加工的具體方案做好試生產(chǎn)工作，目的在于更好地了解機(jī)械加工的調(diào)試情況。對(duì)于試生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)的問題，需要保證在批量生產(chǎn)前做好調(diào)整，通過嚴(yán)格控制機(jī)械加工流程，確保機(jī)械加工工藝和流程能夠符合工件的加工精度要求，同時(shí)還能節(jié)約工程的生產(chǎn)成本，降低零件的不合格率。此外，通過合理設(shè)置銑床加工流程，做好編程設(shè)計(jì)工作，及時(shí)調(diào)整不足，確保銑床加工零部件表面的光滑性。

3.2.2 避免外界因素干擾

在工件加工的過程中，工藝生產(chǎn)精度容易受到摩擦力、擠壓力等因素的影響，因此在正式進(jìn)行生產(chǎn)前，需要專業(yè)的技術(shù)人員對(duì)加工零件需要的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行檢查，及時(shí)做好修正工作，通過測(cè)試，確保機(jī)械設(shè)備對(duì)零件施加的力在合理的范圍之內(nèi)。對(duì)于機(jī)械加工而言，摩擦力不可避免，因此需要設(shè)定好摩擦力的控制參數(shù)，根據(jù)機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)特點(diǎn)，及時(shí)對(duì)作用面進(jìn)行打磨，從而有效減少外力的干擾。外力的影響可以采取相應(yīng)的措施進(jìn)行調(diào)整，但不能消除，在實(shí)際生產(chǎn)中，經(jīng)驗(yàn)豐富的生產(chǎn)人員能夠通過調(diào)整機(jī)械加工工藝系統(tǒng)，對(duì)外力進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)移處理，從而降低加工造成的負(fù)面效果，提升工藝加工的靈活性。

3.3 合理控制加工溫度，做好偏差補(bǔ)償與轉(zhuǎn)移

3.3.1 控制好加工溫度

通過合理控制機(jī)械加工溫度，可以保證設(shè)備加工精度。在機(jī)械加工中工藝系統(tǒng)內(nèi)部溫度過高不僅會(huì)影響零件精度，還會(huì)降低機(jī)械設(shè)備的使用壽命，增加故障的發(fā)生率，難以確保機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行。因此操作人員需要及時(shí)采取有效措施控制機(jī)械加工系統(tǒng)中產(chǎn)生的熱量。

比如，數(shù)據(jù)機(jī)床在高速旋轉(zhuǎn)的過程中，打磨零件會(huì)釋放大量的熱量，這些熱作用于零件上會(huì)出現(xiàn)不同程度的形變問題，為了避免這種現(xiàn)象的出現(xiàn)可以使用冷水給機(jī)械設(shè)備降溫，或者在系統(tǒng)內(nèi)部增加冷水循環(huán)機(jī)制，利用冷卻機(jī)制降低加工制造過程中產(chǎn)生的熱量，合理控制機(jī)械加工的溫度，不僅能夠節(jié)約用水，還能延長(zhǎng)機(jī)械設(shè)備的使用壽命，確保零件的加工精度能夠滿足相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。此外，一旦加工過程中出現(xiàn)高溫情況，就會(huì)造成零件變形，最常見的方式就是使用冷水降溫。

3.3.2 采用補(bǔ)償法和轉(zhuǎn)移法

（1）補(bǔ)償法，就是刻意地制造出一種新的人造誤差，用新的人造誤差去抵消當(dāng)前的原始誤差。原始的正誤差用人造的負(fù)誤差來抵消，而原始的負(fù)誤差用人造的正誤差來抵消。如大型機(jī)床設(shè)備龍門銑床，銑頭的重量過大會(huì)使橫梁產(chǎn)生彎曲變形?？刹捎谜`差補(bǔ)償法，在刮研橫梁導(dǎo)軌時(shí)故意將導(dǎo)軌刮成“向上凸”的幾何形狀，來抵消橫梁因?yàn)殂婎^自重而產(chǎn)生的下垂，從而達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

實(shí)際零部件加工時(shí)雖然技術(shù)人員可以控制誤差，但卻無(wú)法完全消除誤差，針對(duì)這類誤差需要分析其成因，及時(shí)采取補(bǔ)償措施，避免這些誤差引發(fā)的后果，通過誤差補(bǔ)償提高加工質(zhì)量。加工人員需要及時(shí)補(bǔ)償機(jī)械誤差，因此切入點(diǎn)選擇零件誤差出現(xiàn)的初始點(diǎn)，通過增加材料的方式改善零件加工過程中出現(xiàn)的誤差，達(dá)成補(bǔ)償機(jī)械誤差與加工、生產(chǎn)過程中的零件誤差，提高零部件加工的準(zhǔn)確性，雖然這種方式可以補(bǔ)償機(jī)械加工零件的誤差，但也會(huì)造成成本增加，需要進(jìn)一步完善補(bǔ)償、無(wú)償?shù)拇胧?/p>

（2）轉(zhuǎn)移法，是采取措施將誤差轉(zhuǎn)移到不影響加工精度的部位。在大型龍門銑床的結(jié)構(gòu)中也可以采用轉(zhuǎn)移法來轉(zhuǎn)移變形部位。如在橫梁上再安裝一根承重的附加梁，用附加梁來承受銑頭的重量，橫梁就不再承重，將橫梁的變形轉(zhuǎn)移到了附加梁上。這樣一來，附加梁的受力變形對(duì)加工精度不會(huì)造成影響。

實(shí)際中零件加工過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)前一批零件加工各項(xiàng)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求，緊接著另一批零件卻出現(xiàn)較大誤差，直接影響到機(jī)械加工作業(yè)的整體質(zhì)量。針對(duì)這種情況，機(jī)械加工人員可以引入誤差分組方法，將機(jī)械誤差造成的負(fù)面影響控制在最小氛圍內(nèi)，具體操作為：加工人員按照誤差相似性原理將需要加工的原材料進(jìn)行分組，接著工作人員縮小每一小組內(nèi)的機(jī)械誤差。通過這種誤差分組方式，采取針對(duì)性的處理措施，有效降低與控制設(shè)備加工過程中出現(xiàn)的誤差，控制材料成本，實(shí)現(xiàn)提高機(jī)械企業(yè)效益的目的。

3.4 發(fā)揮信息技術(shù)作用，提高零件加工效率

3.4.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)同技術(shù)

針對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械工程操作而言，不僅消耗時(shí)間、需要大量勞動(dòng)力，而且產(chǎn)出效率低下。但是隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展、技術(shù)的進(jìn)步，網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)開始應(yīng)用于日常生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域，機(jī)械工程也不例外。將網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)和機(jī)械工程發(fā)展相融合，不僅大幅度提升生產(chǎn)效率，同時(shí)節(jié)約成本，提升現(xiàn)有資源的利用率，而且對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展有極大推動(dòng)作用。

比如，在開展機(jī)械試驗(yàn)時(shí)，相關(guān)工作人員可以借助計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同技術(shù)，針對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)和操作進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，掌握其動(dòng)態(tài)變化的基礎(chǔ)上，方便工作人員針對(duì)數(shù)據(jù)和結(jié)果展開分析和核對(duì)，針對(duì)異常情況能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正，提升試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的同時(shí)，加快試驗(yàn)進(jìn)度，確保機(jī)械性能的穩(wěn)定提升。

3.4.2 模擬樣機(jī)技術(shù)

在傳統(tǒng)機(jī)械工程發(fā)展中，針對(duì)樣機(jī)的制作大多是按照?qǐng)D紙?jiān)O(shè)計(jì)要求進(jìn)行組裝，在組裝完成后再對(duì)其現(xiàn)有性能進(jìn)行多次試驗(yàn)和設(shè)計(jì)改進(jìn)，整個(gè)過程不僅消耗時(shí)間，而且需要花費(fèi)大量精力，但有時(shí)付出和收獲還不一定成正比，導(dǎo)致機(jī)械性能一直無(wú)法取得預(yù)期效果。

而且，針對(duì)試驗(yàn)階段的樣機(jī)制作和設(shè)計(jì)而言，很多地方還不成熟，性能尚不穩(wěn)定，這對(duì)試驗(yàn)及操作人員生命安全造成一定威脅。但是模擬樣機(jī)技術(shù)完全不存在上述隱患，并且能夠針對(duì)上述問題進(jìn)行有效回避。模擬樣機(jī)技術(shù)不僅能針對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)展開模擬和分析，同時(shí)通過電腦驗(yàn)算以及反復(fù)試驗(yàn)，針對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)缺陷進(jìn)行完善，最終設(shè)計(jì)出最完美的方案，實(shí)現(xiàn)樣機(jī)性能的有效提升，甚至在整個(gè)試驗(yàn)過程中，對(duì)其中的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行有效規(guī)避，而且還能幫助設(shè)計(jì)者尋找最佳替代材料，降低設(shè)計(jì)制作成本，全面提升機(jī)械工程的研發(fā)效率。

3.4.3 評(píng)價(jià)系統(tǒng)

在現(xiàn)代機(jī)械工程研發(fā)過程中，還需要針對(duì)整個(gè)機(jī)械產(chǎn)品的使用效果進(jìn)行系統(tǒng)、科學(xué)且有效的評(píng)價(jià)，如此才能推進(jìn)機(jī)械工程的快速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)效益的全面提升。因此，針對(duì)整個(gè)研發(fā)過程而言，必須設(shè)計(jì)一套完整的、具有針對(duì)性的評(píng)價(jià)系統(tǒng)，能夠按照機(jī)械工程發(fā)展需求推進(jìn)研發(fā)過程及結(jié)果，并對(duì)此展開有效評(píng)價(jià)，在保證機(jī)械工程研發(fā)成果的基礎(chǔ)上提升研發(fā)效率，推動(dòng)研發(fā)速度。

另外，整個(gè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)的設(shè)置一定要科學(xué)，能夠解決當(dāng)前機(jī)械工程發(fā)展所面臨的實(shí)際問題。對(duì)此，相關(guān)工作人員在針對(duì)研發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行更新以及完善時(shí)，一定要遵循機(jī)械生產(chǎn)效率以及綠色環(huán)保理念，對(duì)所有指標(biāo)進(jìn)行有效融合，得到一個(gè)完整且有效的評(píng)價(jià)體系標(biāo)準(zhǔn)，確保各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的科學(xué)性以及客觀性，推動(dòng)機(jī)械工程逐漸向綠色發(fā)展指標(biāo)靠攏。

4 結(jié)束語(yǔ)

總之，零件加工過程中的誤差不可避免，但卻可以采取措施降低誤差，將其控制在允許范圍內(nèi)。需要根據(jù)實(shí)際情況分析影響零件加工精度的因素，對(duì)加工各環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格控制，提高工件加工質(zhì)量與效率。加工技術(shù)人員要綜合考慮各方面因素，減少加工誤差，利用實(shí)時(shí)補(bǔ)償、分化誤差等方式控制誤差，進(jìn)一步提高零件加工精確度。此外，要及時(shí)總結(jié)歸納各類影響因素，提前制訂預(yù)控方案，提高零部件加工質(zhì)量。