探究零件精度与机械加工设计的关系

叶家万

（广东石油化工学院，广东 茂名 525000）

探究零件精度与机械加工设计的关系

叶家万

（广东石油化工学院，广东 茂名 525000）

随着社会不断的进步，工业也在不断发展，手工制造业逐渐被机械加工所代替。其中目前汽车零件加工多用机械加工的方式，所以机械加工成熟度直接影响了零件精度。本文对汽车机械加工设计和零件精度做了介绍，对两者之间的关系做了分析，讨论了加工过程中如何设计，才能提高加工效率和零件的精度这个问题。这对汽车机械加工方面有一定的帮助。

机械加工；零件设计；精度

机械加工过程中，零件加工的质量是最重要的，质量不达标不仅表现在外观上，还表现在零件的使用寿命上。质量的好坏怎么评判，那就是精度。精度是零件加工质量好坏的最重要指标。因此，讲到汽车机械加工就要了解零件加工精度的影响因素，才能针对这些影响因素设计出相应的有效方案来提高精度，从而保证质量。针对影响精度的因素，在汽车机械加工设计中要注意以下几点。

1 几何精度问题分析

几何精度是在加工过程中的误差引起的。像机床的误差，刀具的误差等等。机床由于使用时间磨损影响，会引起加工的机件精度产生偏差，它对加工精度的影响是最大的。比如在切削汽车底板的过程中，使用时间久了主轴回转会出现误差，从而导致底板的尺寸不准确，不能满足精确度这个要求，如图1刀具长时间使用也会产生同样的问题，刀具使用时会磨损，在加工零件时刀具的相对位置就会改变，加工出来的零件自然就会产生误差了。

还有机床上零件的夹具也会对加工零件的精确度产生影响。所以，只有将这些误差产生的原因分析到位了，才能更好地控制误差对零件加工的影响，提高零件的精度，如图2所示。误差产生的原因分析到位了，然后解决是下一步的设计了。减小误差对零件的影响主要的办法是采取补偿措施，汽车加工人员可以根据机床的情况采取不同补偿技术，将汽车零件精度控制在要求的范围之内。要求精度很高的零件要使用磨损情况小的机床来加工。对于有些数控的机床，现在有一些专门的补偿器来控制加工零件的精度。只需要输入补偿数据，补偿器就能在机床加工零件时减小误差来提高精度。随着技术的不断更新，补偿措施操作更为方便快捷，控制也更加灵活。

图1　零件加工机床

图2　机床加工零件

图3　刀具的加工

2 机械加工变形设计

在加工过程中零件受力是必然的，这就产生了另外一个问题：受力变形。在力学理论中，物体受到外力就会产生变形，如图4所示。一般情况下，外力越大对受力物体的影响越大，变形越严重。在机械零件加工过程中，刀具切削零件时有切削力，夹具在夹持零件时有夹紧力等等，这些力都会使零件在加工过程中产生变形。变形带来的是：与机床加工工具的相对几何位置就会有变化，在加工过程中零件的尺寸就不能完全满足要求，误差就产生了。同时系统中还存在残余应力：构件在制造过程中，将受到来自各种工艺等因素的作用与影响；当这些因素消消失之后，若构件所受到的上述作用与影响不能随之而完全消失，仍有部分作用与影响残留在构件内，则这种残留的作用与影响称为残留应力或残余应力。这种残余应力也会使系统变形，所以在加工设计时，需要解决受力变形对零件带来的影响。

图4　受力变形

2.1受力变形设计

加工中很多外力都会影响零件变形。那么怎么解决呢？原则就是降低受力变形。有两种方案：一是从系统本身解决，不论是机床刀具还是夹具或者是加工零件只要它们的强度大，受外力的影响就越小。所以系统强度足够了就能承受外力从而减小受力变形的影响；二是从系统外解决，减小负荷，避免产生变形。方法一的优点是能满足加工精度的要求，还不影响加工效率，但是也是有缺点：增加加工成本。加强系统的强度并不是要求所以部件强度很大，只需加强容易发生变形的部件强度即可，这也是最经济有效的解决方法。所以在零件精度要求和经济成本之间平衡，需要企业自己权衡了，既要满足零件精度要求也要尽量降低加工设计成本。

2.2热变形的设计

零件加工的过程中摩擦是必然的，产生的热对精度的影响也是不容忽略的。不同的热量对精度的影响也不同，但是都会引起系统热变形，导致零件与加工工具相对位置变化，产生误差。热变形就是机床部件和零件的热变形。其中零件热变形对精度的影响是最大的。在汽车零件加工中会有车铣刨磨等等工序，每一道工序都会产生热变形，特别是又细又长的汽车零件受热变形更加明显。为了防止热变形保证零件的精度，其中的一个办法就是冷却。

在加工过程中不间断地冷却，就不会产生温度差进而产生变形。另外还有就是补偿法，就是如果零件热变形往左偏，加工之前就先向右掰，就会使加工的误差相互抵消掉，保证了零件的精度。还有刀具的热变形对精度也是有一些影响的。刀具主要是用来切削汽车零件的，产生的热会在这个过程中越来越多，引起的变形也随着时间的长短而不同。解决这个影响因素的办法就是降温减少热的产生。还有就是使用润滑剂，减少热量。另外最简单的方法就是减少切削的次数，就会较少的产生热量，提高零件的精度。还有一个对加工精度有影响的因素也是影响最小的因素：机床机件热变形。加床在运动过程中同样产生热量，带来的问题就是固定在机床上的刀具或者夹具的相对位置就会随之改变，刀具或者夹具位置变化带来的就是零件相对位置变化，一连串的位置变化导致汽车零件的精度不满足要求是很有可能的。降低机床对零件精度的影响办法很多，减少热量，增加散热是最常见的办法。使用冷却液促进散热、增加散热装备、将机床的热源隔离、也可以在恒温环境下加工零件等等都是有效减少机床热变形对精度影响的办法。

3 总结

由于经济社会的飞速发展，带来了机械加工技术的不断进步。虽然在一定程度上能够保证零件的加工精度，但是还有很多待进一步研究，上文讲到在机械加工设计中，工序较多并且加工设计环节具有复杂性和细致性，对设计人员和操作人员要求较高。操作人员需要做好准备和调整工作，避免在操作中受到热变形、几何变形以及受力变形等的影响。另外不同的零件在加工设计中的要求有所不同，操作人员需要结合实际情况对工序进行改进与完善，还要积极采取先进技术和现代设备，以提高汽车零件精度，增加经济效益，促进机械加工在汽车等领域更好地发展。

［1］ 何红伟. 机械加工工艺对加工精度影响的研究［J］. 中国新技术新产品，2013（02）:150～152.

［2］ 杨晓东，袁同斌. 机械加工工艺对加工精度影响研究［J］. 科学论坛，2013（94）:246～248.

［3］ 李银.浅析机械加工精度的因素［J］. 机械管理开发，2011（01）:39～40.

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Explore the relationship between parts precision and machining design

TH161.1

1009-797X（2016）10-0106-03

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.10.043

叶家万（1966-），男，研究专业为焊接及焊缝缺陷分析。

2016-04-17