機(jī)械加工精度影響及改進(jìn)策略

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摘要：在機(jī)械加工過(guò)程中，控制加工精度十分重要，機(jī)械加工精度密切關(guān)系機(jī)器的質(zhì)量，是測(cè)量機(jī)器質(zhì)量的重點(diǎn)指標(biāo)，因?yàn)闄C(jī)械加工的精度越高越精密，機(jī)械加工誤差就越小越少，機(jī)械加工質(zhì)量就越高越好。基于此，文章主要分析和闡述了機(jī)械加工精度的影響因素，提出了以提高機(jī)械加工精度為目的的改進(jìn)策略，以供參考。

關(guān)鍵詞：機(jī)械；加工精度；影響因素；改進(jìn)策略

1機(jī)械加工精度的影響因素

機(jī)械加工精度的影響因素有很多，每個(gè)步驟都可能出現(xiàn)問(wèn)題，這些問(wèn)題都會(huì)導(dǎo)致機(jī)械加工精度的降低和出現(xiàn)一些誤差[1]。由此可見(jiàn)，應(yīng)探索和研究機(jī)械加工精度的影響條件、因素等，并采取對(duì)應(yīng)的解決對(duì)策，提高加工精度，減少誤差。

1.1加工原理的誤差

加工原理誤差是指應(yīng)用近似輪廓或形狀運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生的誤差。因此，大多數(shù)目標(biāo)曲線是由簡(jiǎn)單的近似線性（直線、拱門等）表示。為了方便滾刀的生產(chǎn)，通常用直型底塔或阿基米德底塔代替所涉及的底塔，從而導(dǎo)致出現(xiàn)加工誤差。

1.2受力變形

在加工工序中，切削夾緊力、加工力、重力等多種力的影響，導(dǎo)致加工過(guò)程系統(tǒng)的變形、刀具和加工物的相對(duì)位置偏移，進(jìn)而會(huì)出現(xiàn)加工誤差，影響機(jī)械加工精度。一旦加工過(guò)程中出現(xiàn)系統(tǒng)變形，加工精度就會(huì)降低，使機(jī)械零件的質(zhì)量受到影響，降低生產(chǎn)效率。在機(jī)械加工系統(tǒng)中，由于彈性變形增加，其抵抗彈性變形的能力也相應(yīng)增加了。這種情況下，機(jī)器的加工精度會(huì)隨之提高。

1.3熱變形

在加工過(guò)程中，所有步驟都會(huì)產(chǎn)生摩擦，使零件的溫度升高。由于熱量的作用，機(jī)器零件會(huì)產(chǎn)生熱變形，從而影響機(jī)器零件的精度，并降低機(jī)器零件的質(zhì)量。由熱變形產(chǎn)生的熱源主要受內(nèi)部熱源和外部熱源的影響，內(nèi)部熱源是指加工過(guò)程中產(chǎn)生的摩擦熱，而外部熱源是指因外部溫度變化而產(chǎn)生的熱量。中國(guó)自動(dòng)化機(jī)械加工業(yè)飛速發(fā)展，因此熱變形對(duì)加工精度的影響也非常大。

1.4人為因素

人為因素對(duì)加工精度具有直接的影響，主要是數(shù)據(jù)不一致、處理系統(tǒng)的調(diào)整、測(cè)量等一些突出化的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，加工系統(tǒng)的調(diào)整不正確，測(cè)量器不準(zhǔn)確，或者測(cè)量精度數(shù)控制不當(dāng)。在實(shí)際加工中，加工人員的操作錯(cuò)誤會(huì)對(duì)加工精度的提高造成不良影響。

1.5幾何因素

機(jī)械加工工作中，會(huì)大量使用夾具、刀具、機(jī)床等，所有操作都要做到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，避免因?yàn)槟骋画h(huán)節(jié)操作精度不足導(dǎo)致機(jī)械加工的精度降低。例如，機(jī)床屬于工件、刀具運(yùn)行的載體，機(jī)床的加工精度直接決定加工精度，也會(huì)對(duì)導(dǎo)軌、傳動(dòng)鏈、主軸等其他結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。若機(jī)械主軸在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)了不同角度的擺動(dòng)等行為，就一定會(huì)影響機(jī)械主軸回轉(zhuǎn)的精度，最終導(dǎo)致零件精度的降低。因此導(dǎo)軌就會(huì)受到機(jī)床的一些影響，在機(jī)械運(yùn)行前后會(huì)出現(xiàn)平行度的變化，垂直面內(nèi)產(chǎn)生線度誤差和直線度變化等，不利于工件的精度控制。

2機(jī)械加工過(guò)程中存在的問(wèn)題

2.1工藝系統(tǒng)集合存在誤差

加工工具被長(zhǎng)時(shí)間使用后，機(jī)床等整個(gè)集合系統(tǒng)都會(huì)受到一定程度的損傷和破壞，在這種情況下，機(jī)械工件制作的全過(guò)程中就會(huì)產(chǎn)生一定程度的標(biāo)準(zhǔn)誤差[2]。比如，在加工過(guò)程中，主軸是所有加工程序精度的保證，十分重要，如果主軸存在問(wèn)題，就會(huì)影響后續(xù)所有加工程序的精度。

2.2刀具幾何精度不足

如果刀具和夾具經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用之后出現(xiàn)了磨損，就容易產(chǎn)生誤差，而且會(huì)對(duì)機(jī)械加工精度等造成一定程度的影響。刀具的幾何誤差與刀具的規(guī)格、種類、尺寸有一定的關(guān)聯(lián)，若使用確定尺寸的刀具進(jìn)行機(jī)械加工，那么整個(gè)工件的加工精度就會(huì)受刀具制造誤差的影響，但對(duì)于普通的一些刀具，其對(duì)一些機(jī)械加工的精度誤差沒(méi)有直接影響。

2.3定位誤差

由于加工的定位誤差包括定位對(duì)制造誤差和基準(zhǔn)不對(duì)中誤差，因此在進(jìn)行零件加工操作時(shí)，需要將機(jī)械工件的幾何元素作為加工定位基準(zhǔn)的基礎(chǔ)。如果基準(zhǔn)的設(shè)計(jì)和所選定位基準(zhǔn)的補(bǔ)充間隙不適合，將導(dǎo)致基準(zhǔn)需要補(bǔ)充、誤差不準(zhǔn)確等。夾具的定位元件和工件的定位表面構(gòu)成了定位對(duì)制造誤差，加工定位對(duì)機(jī)械之間的配合間隙、定位對(duì)制造不準(zhǔn)確等因素，必將導(dǎo)致工件變量的較大變化，因此必將形成定位對(duì)制造的不確定性誤差。當(dāng)使用調(diào)整方法來(lái)加工工件時(shí)，可能存在定位副制造的誤差，但是當(dāng)使用試切法來(lái)加工工件時(shí)，就不會(huì)產(chǎn)生這種誤差

3機(jī)械加工精度的改進(jìn)策略

企業(yè)為提高機(jī)械加工的精度，需要加大投資額，設(shè)置科學(xué)研究小組，對(duì)加工精度的課題進(jìn)行徹底的研究，分析誤差因素，完善對(duì)應(yīng)的改進(jìn)技術(shù)。為了提高加工精度，相關(guān)工作人員可以考慮以下策略。

3.1直接減少誤差

為了提高工件加工機(jī)床的幾何精度，提高測(cè)量工具、鉗子等和工具本身的精度，從而減少加工系統(tǒng)的熱變形，以及強(qiáng)度、工具磨損、內(nèi)部應(yīng)力等引起的變形，可以直接減少原始誤差，這個(gè)方法被廣泛用于生產(chǎn)之中[3]。在分析探查造成加工誤差的主要因素后，需想辦法減少或盡量完全消除誤差。例如，在細(xì)長(zhǎng)軸的加工中，采用了逆切削加工，基本上減少了由于軸切削力引起的彎曲變形。如果用彈簧頂端補(bǔ)充，就可以進(jìn)一步降低熱變形對(duì)加工精度造成的熱伸長(zhǎng)影響，并且可以減少誤差，盡量提高所使用的精密機(jī)床的加工熱變形的剛性和控制力度。在成型面的加工中，減少形狀誤差和成型工具的設(shè)置誤差是很值得研究的課題。

3.2就地加工法

就地加工法是直接加工機(jī)械零件的方法。第一次加工零件的時(shí)候，因?yàn)榫葲](méi)有達(dá)到對(duì)應(yīng)的索引，工作人員可以就地再加工，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械零件的二次加工，排除現(xiàn)有的誤差，使其與實(shí)際的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)一致。在機(jī)械加工和組裝作業(yè)的過(guò)程中，因?yàn)橛懈鼜?fù)雜的部件及其關(guān)系，所以可以在第一次零件安裝完成后，再完成二次加工。例如，細(xì)長(zhǎng)軸車削可能會(huì)由于熱和受力的影響，生產(chǎn)的工件出現(xiàn)彎曲變形，這時(shí)就可以利用大走刀反向切削法來(lái)消除其引起的彎曲變形。

3.3補(bǔ)償原始誤差法

對(duì)于加工系統(tǒng)的原始誤差，可以采用補(bǔ)償原始誤差的方法來(lái)降低對(duì)部件加工精度的影響。補(bǔ)償錯(cuò)誤的方法，被用于人工產(chǎn)生新的錯(cuò)誤的補(bǔ)償或補(bǔ)償原始工藝系統(tǒng)中固有的原始錯(cuò)誤，以減少處理錯(cuò)誤和提高處理精度。如果原始誤差為負(fù)數(shù)，則將人為誤差設(shè)為正數(shù)，否則設(shè)為負(fù)數(shù)，抵消兩個(gè)正負(fù)數(shù)，相互抵消；方向相反的，尤其要減少處理誤差，提高處理精度。補(bǔ)償系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括光柵尺、位置傳感器和測(cè)頭，在測(cè)頭補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用下，實(shí)施過(guò)程中會(huì)利用精銑刀去除加工余量，然后對(duì)切后工件面和測(cè)頭進(jìn)行測(cè)試，以及對(duì)半精加工的表面進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行修正，保證成品的尺寸更加合理。還可以參照具有較高精度的零件，在高精度零件的基礎(chǔ)上完成其他零件的制作。目前，補(bǔ)償原始誤差技術(shù)在提升數(shù)控機(jī)床的精度方面有很重要的作用，但是對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的維護(hù)，還應(yīng)該做好編程控制的研究工作，保證補(bǔ)償偏差的合理性。

3.4轉(zhuǎn)移原始誤差法

轉(zhuǎn)移原始誤差本質(zhì)是指工作中借助一些科學(xué)的策略和轉(zhuǎn)移工藝，將系統(tǒng)的幾何誤差、受力變形、熱變形往不會(huì)產(chǎn)生影響的方向轉(zhuǎn)移，一般利用誤差傳輸方法將誤差敏感方向傳輸?shù)秸`差不敏感方向，即在部件加工誤差中的各種原始誤差的程度與誤差靈敏度方向之間有直接關(guān)系。在加工工序中，向加工誤差的非敏感方向轉(zhuǎn)移，可以大幅度提高加工精度[4]。例如，針對(duì)轉(zhuǎn)位刀或者多個(gè)工位的加工程序，其轉(zhuǎn)位或者分度的誤差會(huì)對(duì)加工零件的表面精度造成巨大的影響，操作者必須垂直地安放所有的刀具，這樣轉(zhuǎn)位刀架的重復(fù)性定位形成的誤差會(huì)向加工零件的內(nèi)控表面誤差轉(zhuǎn)移，避免影響零件的加工精度。相反，在使用的加工過(guò)程中，為其固定件和其他部件采取正確的制作方法，可以使機(jī)床的幾何誤差不影響工件的加工精度。

3.5誤差分組法

在機(jī)械零件的整個(gè)加工過(guò)程中，誤差分組法可以保證過(guò)程的穩(wěn)定性，但是半成品加工過(guò)程中的加工精度降低，會(huì)導(dǎo)致復(fù)制錯(cuò)誤或定位錯(cuò)誤，最終導(dǎo)致加工精度難以控制。但是，如果被迫提高上個(gè)工序的加工精度或坯料精度，則會(huì)存在不合理和不經(jīng)濟(jì)的問(wèn)題，因此可以使用誤差分組法，根據(jù)誤差大小將半成品或毛坯分為幾組，從而減少每組毛坯的誤差。最后，可以調(diào)整工件與刀具的相對(duì)位置，或者調(diào)節(jié)定位工件，以縮小整批工件尺寸的分布范圍。

3.6神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制機(jī)械加工法

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是模仿人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型，能夠模仿大腦神經(jīng)元和功能構(gòu)成一個(gè)信息處理系統(tǒng)，是一個(gè)由大量簡(jiǎn)單的神經(jīng)元相連構(gòu)成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，具有高度的非線性特征，可以進(jìn)行復(fù)雜的邏輯計(jì)算和非線性關(guān)系分析。應(yīng)用在機(jī)械誤差的控制過(guò)程中，可以通過(guò)模擬誤差系數(shù)、工藝系統(tǒng)剛度、切削條件、材料進(jìn)給量、工件材料參數(shù)等，加強(qiáng)對(duì)加工精度的控制，達(dá)到提升機(jī)械制造精度的目的。使用該方法時(shí)，需要對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行反復(fù)訓(xùn)練，直到網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際輸出和目標(biāo)輸出之間的誤差減小到符合規(guī)定，在網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練結(jié)束之后，輸入各種加工條件就能得到加工次數(shù)和加工余量，然后按照網(wǎng)絡(luò)提供的參數(shù)進(jìn)行加工就可以滿足加工要求。使用的過(guò)程中，應(yīng)該針對(duì)不同硬度、種類的圓軸材料、切削余量、切削次數(shù)、進(jìn)給量和工藝系統(tǒng)剛度對(duì)技術(shù)人員進(jìn)行訓(xùn)練，根據(jù)實(shí)際需求改良算法和技術(shù)，提升誤差控制的精度。

4結(jié)束語(yǔ)

保證機(jī)械零件質(zhì)量的主要參數(shù)之一是機(jī)械零件的精密加工。為了大幅度提高機(jī)械零件的處理精度，改善并提高機(jī)械零部件的質(zhì)量，文章研究、總結(jié)出機(jī)械加工誤差產(chǎn)生的原因，以及對(duì)應(yīng)的改進(jìn)策略，以期促進(jìn)中國(guó)機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展。

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[2]吳志雄.機(jī)械加工精度影響因素及優(yōu)化策略[J].設(shè)備管理與維修,2019(4):36-38.

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作者：方勇 單位：江西五十鈴汽車有限公司