机械制造工艺对金属零件加工精度控制影响分析

2021-01-04王慧萍

中国金属通报 2020年16期

王慧萍

（郑州信息工程职业学院，河南郑州 450000）

生产加工是支撑工业化发展的基础，也是保证工业生产质量重要条件之一。金属零件加工精度是机械加工过程中一个重要指标，通常指被加工金属零件的几何参数与预期参数的匹配程度[1]。适用范围越大，加工精度越高。金属零件加工精度在加工过程中一直是一个非常重要的问题，生产加工是支撑工业化发展基础，也是保证工业生产质量重要条件之一。为确保零件加工精度，必须严格按照各工序工艺要求，科学、合理地控制加工过程[2]。要达到控制精度目的，就必须从影响精度问题入手，有针对性地调整工艺方法。但传统加工工艺中不可避免地存在着这些因素，因此有必要分析机械加工工艺对金属零件精度控制影响。机器制造业发展水平直接关系到国家经济发展和国家综合实力提高，近几年来，随着机械制造业迅速发展，各种精密机械设备生产和应用，使我国机械化水平大大提高。精密机械设备中，对金属部件的精度有较高要求，若尺寸和位置不一致，将会影响设备整体运转[3]。所以在加工金属零件时，对加工精度有很高要求。但在实际加工过程中，加工工艺运用会影响金属零件加工精度，必须进行有效控制。

1 机械加工工艺对金属零件加工精度影响分析

金属零件在加工过程中，会受到很多因素影响，导致金属零件参数误差、精度和质量下降，如图1所示。

图1 金属零件在机械加工过程中影响条件分析

在实际生产中，金属零件会影响加工条件，在加工过程中，金属零件常常受到各种因素影响。在外环境空气湿度、温度变化、设备使用寿命等因素都会影响零件使用寿命，大大降低零件使用精度，只有不断改进施工工艺才能更好解决这一问题[4]。

金属零件加工精度是指成品金属零件参数与设计参数一致性，交叠程度越高，零件精度越高。随着加工精度提高，其误差也随之减小，从而提高了加工精度。加工精度可分为尺寸精度，主要是指加工出金属零件实际尺寸与零件公差一致性，形位精度是指金属零件形位、孔位与理想尺寸的一致性[5]。加工制造金属零件时，毛坯改进目的是通过加工来提高零件与毛坯配合程度，就实际加工情况而言，其加工过程是对被加工零件毛坯磨削，对零件加工精度要求较高。粗加工研磨毛坯、加工零件整体结构，根据加工结果控制毛坯和零件尺寸精度。

1.1 夹具选择不当

机器制造过程中，既有结构简单型件，又有机构复杂型件。对结构简单的金属零件来说，工作和夹紧都比较容易，而对形状复杂金属零件来说，加工金属零件较多，因此使用夹具种类较多，主要有三爪卡盘、四爪卡盘、扁嘴钳，夹具分别用于某些金属零件。机械加工中，夹具重复拆卸会浪费时间，增加金属部件磨损程度。所以设计一种专用机床夹具是非常必要的[6]。与机床相比，金属零件加工精度也取决于零件与机床位置关系，较高定位精度保证了夹具对金属零件固定效果，而夹紧力的精确装置就是拉伸装置。在金属零件运动过程中，由于切削力和惯性作用，金属零件位置会发生变化，或振动会使其在原有位置基础上发生变化，从而不能满足加工要求。

1.2 热变形因素

热处理过程中，热点因素相对直接影响金属零件加工精度，热处理对零件热变形影响有很大差异，比如热变形在加工工具和机床上热处理，严重影响零件加工质量。在热变形影响下，金属零件加工精度将更加突出，特别是加工过程耗时长的金属零件，比如磨削丝杠长度为2米，在温度升高3℃的情况下，表面温度升高3℃。丝杠要加长0.07mm。对六级螺杆来说，总误差长度必须控制在0.02 mm以内，从而可以看出加热变形后金属零件对加工精度影响。另外，刀具受热变形时，由于切削热影响，也会对金属零件加工精度产生不利影响。机床作为一种更重要的刀具，其热变形必然会影响金属零件的加工精度。由于刀具热容量较小，重复切削加工产生的机械热能较大，从而使刀具硬度发生变化，影响切削加工精度。

1.3 应力因素

在实施加工过程中，影响零件精度因素也体现在应力上，夹紧力变形等会影响零件精度。夹持金属零件时，特别是薄壁金属零件，在夹紧力作用下，金属零件会发生一定程度变形。其变形对夹紧力变化也有直接影响，且有明显的规律，金属零件加工精度还受到材料应力因素影响。不同金属零件组合及成型因素影响加工精度，金属零件本身的均匀性差，变形会更突出。有些铸件在成形时未进行均匀热处理，而锻件未进行淬火、回火处理，则容易产生质量问题，如应力和变形。

1.4 受到温度影响金属零件轮廓出现误差

就机械制造加工机床而言，数控机床轮廓误差主要来自于各轴运动所产生下移误差，气温过高或过低都会影响工作，机械设备在运行时要适当控制好温度。机械温度升高主要原因是机械与部件摩擦。因样品外形不同，由不同零件引起误差在外形上呈现不同外观。

设存在两个刚体X和Y，其中X表示高阶刚体，Y表示低阶刚体，高阶和低阶刚体转换算子为h，则有：

当n值为1时，说明两个刚体为相邻刚体。在相邻刚体中产生静态误差，其中主要包括单轴定位误差和轴间关系误差，两种误差由不同地形因素引起，通过地形或加工轨道可以反映出来。

2 控制措施

为确保金属零件加工精度，在实施加工工艺过程中，必须从多方面加强控制，下面控制措施可供参考。

2.1 确定机床夹具种类

机床夹具选型，要看金属零件尺寸精度、形状结构、位置及表面质量，通过对金属零件分析和机床选型，确定夹具形式为一次装夹具和多工位加工夹具，从而实现了钻孔、车削和夹具形式的要求。后卡箍凸缘通过卡箍和内锥体与车床主轴相连接，夹头前端转盘中心位置为金属零件拧紧装置，由于弹性轮胎轴可施加张力，使圆锥张力螺丝外露，并使定位销轴在旋转盘上转动，使定位销松开并夹紧，可以转动5个工位，每个工位转动加工金属零件一个孔，定位销在弹簧松开时，在弹簧作用下自动进入夹具上定位孔。旋转盘上有三个螺丝盖，它们都在旋转盘附近，旋转盘转动时松开螺母，旋转到工位时拧紧螺母，固定旋转盘。本装置用于夹具，具有结构简单，安全方便，操作简便等优点。采用夹具时，夹紧力方向与定位基准垂直，有利于定位。夹紧后金属零件变形小，接触面无损伤。通过5个工位加工，金属零件达到了图纸设计要求，保证了产品质量和生产效率。

2.2 控制热变条件

影响金属件加工过程主要因素是热变化条件，它可分为三类：金属零件热变化、刀具热变化和机床热变化。精度优化的控制方法在不同影响条件下是不同的。比如在研磨丝杠时，丝杠的长度是lm。每次的研磨加工都会使材料的温度升高，丝杠的长度增大，在金属零件的加工中会产生严重的误差。加工过程中，可采用切削液辅助加工，保证了金属零件的正常磨削状态，同时减少了金属零件侧面热变形的可能性。另外，在防止机器过热时，工作人员可对机器的加热情况进行限制，通过隔离热源，减少热变化情况的影响。在限制机器发热同时，还可采取强制冷却措施，通过有效地吸收热量，降低温度变化对机器结构的影响。以此为目标，合理地规划机床运行计划，减少设备空转也是一种有效管理方法，可以在一定程度上削弱热变化发生可能性。

2.3 加强外力因素影响控制

要保证零件加工质量，提高零件加工精度，就必须从外力干涉控制方面加大力度。加压摩擦因素是影响金属零件加工精度的主要因素，必须在使用机械工具和设备进行维修前，先降低设备加压压力，并及时检查相关设备，如刀具，以确保表面光滑，减少设备与金属零件摩擦。实际加工金属零件时，可以把整体压力和摩擦控制在合理范围内，从而保证了加工金属零件整体质量，提高了加工精度。

2.4 金属零件加工温度控制

为保证金属零件在加工过程中加工精度，工作人员必须对影响金属零件加工精度各种因素处理，金属零件加工温度控制是关键问题。为了避免加工过程中热变形因素对金属零件加工精度影响，必须加强热变形管理与控制。了解热变形因素对金属零件加工精度影响后，现场相关操作者应尽最大努力，加大热变形控制相关领域操作者应更多地关注切削过程中切削液使用操作，降低金属零件表面温度，并在应用级上降低由于金属零件温度过高引起的误差。

对于热变化引起的金属零件加工精度控制，有关人员选择就显得尤为重要。选用优质耐热刀具，采用合理几何参数值，做好刀具润滑和冷却工作。为了解决机床热变形对金属件加工精度影响，必须准备设备热源，增加散热方式以控制温度。如不同热源操作者可通过热源隔离和润滑操作，保证机床热变化稳定性，有利于提高金属零件加工整体精度。