机械加工工艺对零件加工精度的影响及控制的探讨

耿在丹

（郑州工程技术学院开放教育学院，河南 郑州 450000）

机械零件的精度，一般指的是加工完成后的零件几何参数与预期参数的符合度，符合度越高，加工精度越高，零件的加工精度直接会影响到机械的工作情况，所以在机械加工过程中，零件的加工精度一直是人们密切关注的问题。想要保证零件的加工精度，就必须在每一步的加工工步中严格按照加工工艺规程来做。但是在传统的机械加工工艺中，有许多不确定因素的影响，会导致零件的加工精度降低，如何在加工过程中降低这些因素的影响，就成为我们必须考虑的事情。

1 机械加工工艺及零件加工精度相关理论

1.1 机械加工工艺

想要知道什么是机械加工工艺，就必须先知道什么是机械加工工艺流程，所谓的机械加工工艺流程指的就是在机械加工过程中，毛坯件被加工成最后的零件所需要经历的步骤，而机械加工工艺就是在这些具体的步骤中加入对各个步骤的详细参数，精确到每一步的半成品精度，从而保证最终的零件精度。简单点说，机械加工工艺流程是主干，加工工艺是主干每一个节点的枝桠，只有把主干和所有枝桠都做到最好才能得到最完美的零件。

1.2 零件加工精度

零件的加工精度，指的就是加工完成后的零件，其几何参数与设计参数的符合度，符合度越高，零件的精度越高。一般而言，按照几何参数的划分，零件的加工精度又分为尺寸精度、形状精度、位置精度。由此可见想要保证零件的加工精度，不仅对尺寸，还对形状以及位置有很高的要求，这也就使得零件的加工精度所受的外界因素影响变得更多，为了保证零件的高精度，就必须要在机械加工工艺过程之中，降低这些因素带来的不利影响。

2 影响零件加工精度的传统机械加工工艺因素

2.1 内部因素

影响零件加工精度的机械加工工艺因素之一就是其内部因素，再具体一点就是生产工具不符合标准这一因素。我们都知道在机械加工过程中需要使用到各种类型的机床以及工具，但是这些机床以及工具会随着长年累月的使用而产生磨损，这一因素会很大程度地影响零件的加工精度。再其次就是设备本身出现了故障，导致加工精度下降，又或是工作人员的操作失误，导致加工精度下降。还有，就是在零件的加工过程中，装夹未达标准，应该限制的自由度没有限制住，从而导致加工精度下降。这些都是在加工过程中，由于设备故障而导致的问题，统称为影响零件加工精度的机械加工工艺内部因素。

2.2 热变因素

这一因素是我们在加工过程中需要大力避免但却无可避免的因素。我们都知道这么几个常识：摩擦生热、热胀冷缩。没错，在机械加工过程中，需要大量使用切削，铣削，磨削等动作，这些工序都会产生大量的热，从而使得工件变形，虽然变形量微乎其微，但是哪怕是0.01的变化，最后都会导致零件的加工精度下降。所以我们一般都会在加工工序中加入喷洒冷却液这一步骤，但是这一方法治标不治本，会受热变形的不仅仅是加工中的工件与刀具，还有各处运转的机床部件，这些部位运转速度不一，产生的热量也不一样，产生的热变形也就不一样，这也就进一步使得加工精度下降，这就是我们常说的影响零件加工精度的机械加工工艺热变因素。

2.3 受力因素

受力因素影响零件加工精度的方式方法与热变因素差距不大，都是通过使零件以及机床部件变形从而使得加工精度下降。我们都知道在机床的加工过程中，工件是需要定位并夹紧的，所以在这一过程中，机床夹具与工件都会产生细微的挤压形变，虽然改变量细微，但还是会对零件的加工精度造成影响。在机床的运行中，电机施加的外力，也会使得机床部件变形，从而使得零件的加工精度下降。

3 影响零件加工精度的数控机械加工工艺因素

自从1952年第一台数控铣床产生，机械加工行业便进入了新时代——数控时代。相较传统的手工机床，数控机床最为突出的优点便是其卓越的可控性，这一优点完全解决了人工操作带来的不可控因素，大大提高了零件的加工精度。但是数控机床也并不是完美的，好的技术解决了一些传统的问题，但也带来了新的麻烦。

3.1 编程原点选取对加工精度的影响

我们都知道，在数控加工中，需要建立坐标系，再进行编程，把机械加工转换成代码信息，从而降低人工操作带来的误差。但是这一切都是在坐标系建立正确的情况下，所以作为坐标系最为重要的一点——坐标原点的选取，就显得尤为重要。但是目前国内数控机床自带的定位装置精度并不是十分精确，高精度的定位装置又不能普及到各式各样的数控机床中，这就导致了编程原点选取对加工精度的影响。

3.2 编程程序对加工精度的影响

类比计算机中的编程，好的程序员能够用更为精确而又简洁的语言实现同样的功能。在数控机床的加工中，编程程序的绘制同样会给零件的加工精度造成影响，编程中尺寸公差的选择错误就是一个例子。另外，在数控加工中，加工路线的选择也是一大影响因素，在程序中选择不同的加工路线，加工余量不同，加工出的零件精度也会有不同，加工的效率也会有明显的差别。

3.3 插补运算对加工精度的影响

这方面对加工精度影响一般取决于系统选用的插补算法，常见的插补算法有直线插补圆弧插补以及复杂曲线实时插补算法。但是不论哪一种插补算法，都会在层层加工之下累计误差，起初十分微小，但是当累积量足够大时，零件的加工精度就会大大下降，从而使得加工的废品率大大提高。

3.4 轨迹拟合误差对加工精度的影响

我们在加工各种零件时，经常会遇到不规则的曲线，但是在数控编程中，我们只能够采用直线与圆弧相结合去拟合这一段曲线，因为大部分的数控机床都不具备对复杂曲线的拟合功能，所以只能利用直线以及圆弧的插补算法去拟合这一轨迹。一般我们会用等距法等误差法来减小轨迹拟合带来的误差，但是不可否认误差仍旧存在，所以当使用轨迹拟合时，还是会引起零件加工精度的下降。

4 控制机械加工工艺对零件加工精度的影响因素

4.1 控制内部因素对零件加工精度的影响

首先是机床的采买过程，必须采购完全符合标准的机床与工具，在日常的加工过程中也要时刻注意工具与机床的维护。其次是机床内部零件与工具的磨损问题，如果是维修后可以符合标准的零件就进行维修并二次利用，若是维修后也不能达到标准那就选择换用全新的零件。

4.2 控制热变因素对零件加工精度的影响

首先明确，热变因素是无可避免的，所以只能在能够控制的范围对热变因素进行控制。最常见的就是在不影响加工的情况下加大冷却液的投入使用。其次是在加工过程中把刀具工件的热变量考虑进去。最后加大机床的散热功能，使得热变因素对零件加工精度的影响变小。

4.3 控制受力因素对零件加工精度的影响

首先，加工人员应在不影响加工的条件下，减小夹紧力，也可以在工艺流程的起点选用形变量更小的材料。其次，在加工过程中也需要密切注意工件与机床部件所受的挤压，若是有明显的形变，应及时作出调整。

4.4 数控加工因素对零件加工精度的影响

我们已知的数控加工方面常见的对零件加工精度的影响因素有：编程原点的选择、编程程序的选择、插补算法的误差、轨迹拟合的误差。这一系列的影响因素也是可以通过人工刻意地调整去降低与控制的。关于编程原点带来的误差，只需要改进数控机床中的定位装置即可。编程程序、插补算法都可以通过不断累积经验、不断学习、不断进步，一步步减小带来的误差。至于轨迹拟合带来的误差，只要减少运行的工步，累积误差量不超过临界值就不会给零件的加工带来很大的困扰。

5 结语

综上所述，机械加工工艺对零件加工精度的影响大致分为传统加工工艺与数控加工工艺方面的影响，而其中数控加工工艺虽然降低了人工操作带来的各种内部因素的误差，但却带来了新的数控方面的影响因素。总而言之，零件的高加工精度一直是我辈机械人的追求，不断优化传统的机械加工工艺，减小已知影响因素对零件加工精度的影响，追求新式的、误差更小的机械加工工艺才是我们立足当下需要做的事情。