试论影响机械加工工艺精度的因素

2014-12-12郑凯

中国科技纵横 2014年21期

关键词：机械加工刀具机床

郑凯

(沈阳飞机工业(集团)有限公司,辽宁沈阳 110000)

试论影响机械加工工艺精度的因素

郑凯

(沈阳飞机工业(集团)有限公司,辽宁沈阳 110000)

零件的加工过程会受到很多因素的影响,加工精度也会随之发生改变。不同的机械加工工艺会大大影响零件的加工精度,提升加工艺的整体质量就能够保障零件的加工精度。本文简单介绍了机械加工工艺中的几何精度、受力变形和热变形对加工精度的影响。

机械加工工艺加工精度研究

1 几何精度影响加工精度

零件的加工精度是指零件完工后的实际几何参数(尺寸、形状和相互位置)对理想几何参数的符合程度，符合程度越高，加工精度就越高。工艺系统包括机床、工件、工具和夹具，在进行切削加工时，机床由于自身制造工艺存在问题，有可能存在主轴回转误差等，从而造成被加工零件的形状以及位置精度不足，机床主轴的径向以及轴向摆动对于加工要求不同的零件会产生不同程度的精度影响，此外，机床安装过程中存在的问题以及长期使用过程中的磨损，都会对零件的加工精度产生影响。刀具随着使用时间的延长，磨损现象会十分明显，这种不均匀的磨损会使刀具的相对位置发生改变，从而使得零件的精度大幅度下降。在整个加工工艺系统当中，为了将零件进行有效的固定，使其保持和刀具之间一定的位置，就需要使用夹具，夹具的误差主要包括出厂时的制造误差以及在使用过程当中产生的定位误差和安装位置不准确造成的误差，此外，随着使用时间的增加，夹具表面也会发生磨损，从而影响零件间的加工精度。

对加工机床、刀具以及夹具进行误差分析后，操作人员必须通过有效的补偿技术对误差进行控制，使其在可以接受的范围之内!在实际加工生产中，机床的精度各不相同，对于不同精度的机床，操作人员需要采用不同的补偿技术进行加工精度的控制!精度较高的机床设备中都有补偿控制装置，可以根据实际的需要进行矫正；对于一些比较先进的数控机床，可以通过专门的软件对各种磨损进行补偿校正，操作人员只需要将需要补偿的数据输入到设备中，软件可以自行进行计算和补偿，并且可以随时根据需要对相关的补偿数据进行修正和设定!对于一些普通机床，操作人员只能够根据校正尺的数据来进行手动的设置补偿螺母，从而完成误差的补偿。

2 受力变形影响加工精度

工艺系统包括机床、工件、工具和夹具，在进行切削加工时，由于夹紧力、切削力以及重力作用的影响，会发生一定程度的变形，使得已经调整好静态位置的工件和刀具、切削过程所需要的几何关系发生改变，刀具的运动轨迹也出现相应的改变，从而导致误差的产生。除此之外，工艺系统当中残余的应力也会引起系统发生变形，主要包括以下几个方面的来源：加工工件热处理之后产生的应力、切削加工带来的残余应力等，这些应力导致系统在没有受到外力作用的情况下也会产生变形。

对加工工艺的受力情况进行分析后，操作人员需要尽可能的将工艺系统受力变形降到最低，从而保证加工精度。在实践操作中，操作人员主要是从加强系统的刚度以及降低负荷及变化这两个方面来解决问题，为了保证加工质量以及生产效率，加工过程中就需要着重关注工艺系统刚度的提高，加强系统刚度可以通过提高联接表面的接触刚度、对结构进行设计合理化、装夹以及加工方式合理化等措施来实现。

3 热变形影响加工精度

机械零件的加工过程会产生很多的热量，各种形式的热量都会对零件的加工过程产生影响，从而影响零件的加工精度。工艺系统在各种热量的影响下会产生热变形，这种变形将破坏刀具与工件的正确几何关系和运动关系，造成工件的加工误差。从整体上来看，热变形对零件间加工精度的影响主要体现在以下几个方面：工件热变形对精度的影响、刀具热变形对精度的影响以及机床热变形对精度的影响。

3.1 工件热变形影响加工精度

工件热变形对加工精度产生的影响会比较严重，尤其是对于长度较长、对精度要求较高零件。例如，在磨削丝杠时，如果丝杠的长度是两米，每进行一次磨削，丝杠的温度就会升高大约三度，那么丝杠就大约会伸长0.07毫米，而六级丝杠的总误差在长度上应控制在0.02毫米以下，通过这个例子热变形对加工精度影响的严重性就可见一斑。再如铣“刨”磨平面时，工件在单面受到切削热的作用，上下表面温差将导致工件向上拱起，加工中凸起的部分被切去，冷却后变成下凹造成平面度误差。

3.2 刀具热变形影响加工精度

刀具热变形对加工精度的影响主要是切削热所引发的。零件的加工过程往往需要进行连续的切削，刀具的热变形在切削初始阶段增加很快，随后变得较缓慢，经过不长时间后(约 10min～20min)便趋于平衡状态。为了降低刀具热形变对零件加工精度的影响，操作人员应合理选择切削用量和刀具的几何参数，并给予刀具充分的冷却和润滑。

3.3 机床热变形影响加工精度

机床是机械零件加工过程中一个重要的工具，机床在工作过程中，会受到内外热源的影响，从而导致各部分温度逐渐升高。由于各部件的热源不同，分布不均匀，以及机床结构的复杂性，因此机床各部件的温升不同，而且同一部件不同位置的温升也不相同，形成不均匀的温度场，使机床各部件之间的相互位置发生变化，破坏了机床原有的几何精度而造成加工误差。机床的种类不同，在工作中的热源也不尽相同。为了减少机床热形变对零件加工精度的影响，工作人员可以采用多种方法。工作人员可以从减少产热的角度出发，减少不同机床发热源的发热，采取有效措施隔离热源，把热源从主机上分离出去，或者从结构和润滑等方面改善其摩擦特性。操作人员可以从增加散热的角度出发，采取强制冷却的办法，吸收热源发出的热量。操作人员可以从使机床各部分均匀升温的角度出发，采用合理的机床部件结构及装配基准，减少箱体变形。操作人员可以从使机床加速达到热平衡状态的角度出发，使机床高速空运转，或在适当部位设置热源，使得机床的热变形趋于稳定，便于控制零件的加工精度。操作人员可以从控制环境温度的角度出发，将精密机床安装在恒温车间，减少机床热形变对加工精度的影响。