机械加工工艺对汽车零部件精度的影响分析 Analysis of Influence of Machining Technology on Precision of Auto Parts

李正耀 LI Zheng-yao

摘要：零部件加工精度为衡量汽车制造业机械加工工艺水平的重要指标，关系到汽车整体质量的提升。在把握汽车零部件机械加工要求的基础上，对影响零部件加工精度的热变形、受力变形和几何误差三项工艺因素展开了分析，提出了工艺改进措施，希望能够推动汽车机械加工工艺的发展。

Abstract： Parts machining precision is an important index to measure the level of machining technology in automobile manufacturing industry， which is related to the improvement of the overall quality of automobile. On the basis of grasping the machining requirements of auto parts， this paper analyzes the thermal deformation， stress deformation and geometric error which affect the machining accuracy of auto parts， and puts forward the improvement measures， hoping to promote the development of auto parts machining technology.

关键词：机械加工工艺;汽车;零部件精度

Key words： machining technology;car;accuracy of parts

中图分类号：U463.1                       文献标识码：A             文章编号：1674-957X（2021）22-0092-02

0  引言

在“工业4.0”时代，国内汽车制造业想要顺利在国际舞台上占据显著位置，需要加快转型升级，通过提高工业技术水平达到精准化、标准化发展要求。从根本上来讲，汽车整体加工制造精度与每个零部件精度有关，将直接受到机械加工工艺影响，因此应进一步把握相关影响因素，为汽车行业提升零部件机械加工工艺水平指明方向。

1  汽车零部件机械加工要求

加工汽车零部件，要求达到极高精度要求，确保达到较高的整体配合度，为汽车整体性能实现提供保障。采用机械加工工艺，将通过各类加工设备、技术改变工件尺寸大小、几何形状和性质等，要求达到汽车零部件制造参数标准。而零部件加工划分为前期、中期、后期，流程繁琐，从材料选择到设备环境等各方面因素存在都会干扰加工质量。所以在完成零部件粗加工后，需要开展进一步精加工，结束加工后需要开展质量检查，确认加工误差在规定范围内，可以满足后续规范性组合要求。严格按照汽车生产相关标准进行零部件加工，需要考虑机械加工工艺带来的影响，从而采取有效措施提高零部件精度。

2  影响汽车零部件精度的机械加工工艺因素

2.1 热变形因素

生产汽车零部件，需要对工件进行切削加工，加工成设计的尺寸、形状。在整个工艺过程中，工件与刀具间反复发生摩擦，将积聚大量热能，导致零件因温度积聚升高发生变形。在整个加工流程中，机床热源未能合理分布，意味着受热力作用发生的变形具有随机性，引发零件精度下降问题。零部件加工刀具也会因受热变形，在持续旋转、切割的工况条件下，刀具上将产生大量热能，引发刀具变形情况，导致加工的零部件尺寸无法达到要求。如因为受热引发刀具形状变化，将引起工件切削量变化，给零部件精度带来直接影响。在机械加工过程中，热变形难以避免，但机床、刀具频繁发生热变形，与工艺合理性有直接关系。如刀具进给参数不合理，将导致切割产生的摩擦热量过多，引发零件变形问题。而刀具材质不同，受热后产生的变形并不相同，未能选择适合的刀具，将引发更大热变形，严重影响加工精度。此外，使用的机床难以与加工零部件匹配，如零部件过长，引发机床局部升温，就会导致零部件内外温度线型较大，降低零件加工精度的同时，导致机床结构被破坏。

2.2 受力变形因素

机械加工方式较多，但均需依靠机床、刀具、工件间的相互配合完成。对工件进行加工，将由机床刀具、夹具等给与工件切削力、压力等各种外力，使工件在多种力作用下发生结构变化。经过长时间运行，负责加工的机械系统因承受工件产生的相互作用力，可能出现内部结构变形问题，导致刀具、夹具和工件间的距离改变，继而引发力的大小变化，给零部件加工精度带来影响。例如，在发动机气缸盖加工方面，机械系统持续运行一段时间后，可能出现刀杆和外圆车刀刚度不一问题，引发刀杆结构变形，最终导致缸盖表面精度下降问题。而该部件加工精度低，将引发汽车燃烧室密闭性下降问题。就目前来看，汽车许多零部件结构尺寸较大，产生的重力较大，加工这些零部件时机械系统结构刚性容易受到影响，一旦机床或刀具刚度无法与工件相适应，将引发零部件形状改变，导致整体加工精度下降。在部分特殊零部件加工过程中，刀具用于切割工件将产生剧烈摩擦，造成刀具因承受过多摩擦力出现变形问题，加工零部件将引发表面粗糙度下降问题。而机械设备不仅需要承受零部件重力，还需承受刀具、夹具等工具压力，长时间受力导致结构变形，导致零部件加工位置下移或变形，影响零部件精度。

2.3 几何误差因素

在汽车零部件加工过程中，机床会引入几何误差，导致加工精度受到影响。在选择机械设备时，出厂方通常会对设备进行精度标定。但因为实际生产时需要采用较多大型机械加工设备，需要在现场安装，同时安装流程较为繁琐，导致各部分装配容易出现错差，导致设备几何误差较大。如主轴为机床核心动力源，旋转状态将直接影响刀具和工件相对位置大小，安装时存在偏差将导致主轴回转时发生中心轴线偏离问题，继而引发较大几何误差。发生这一情况，将导致使用机床加工出的全部零部件存在精度值下降问题。此外，许多机械加工设备由国外引进，导致国内加工工艺发展滞后，人员在操作机械进行零部件加工时缺少科学规范指导，存在技术熟练度不足问题，也将影响零部件精度。在实践操作时，通常利用数控编程方式加工零件，但在初始编程阶段，要求人员合理选择数据处理节点和加工方式，合理进行尺寸换算，通过科学插补减少尺寸误差。现阶段，无论采用哪种插补方式都无法避免误差产生，但可以尽量将误差降至最低，以免机床错位，影响零件精度。但在操作技能不足的情况下，零部件机械加工技术水平较低，容易產生较大误差，导致零件不合格率较高。

3  提高汽车零部件精度的机械加工工艺措施

3.1 完善加工流程

在零部件机械加工期间，为防止热变形发生，需要深入分析零部件所处的物理环境，确认刀具和工件的材质、特性、尺寸等各项因素，通过前期分析、统计判断是否存在可能引发热变形的因素。如针对零部件进行热加工处理，应确认刀具和工件材质具有足够耐热度。为避免因摩擦引发热变形问题，需要合理设定进给参数，减少摩擦的同时，使用润滑油或冷水降温方式减少热量产生。在机械加工中期，应加强系统环境温度把控，必要时通过改造结构隔离机床热源，确保工件受热相对均匀，避免出现局部温度过高或过低问题。为此，需要加强刀具、机床状态、温度变化等因素把控，保证加工环境正常。热变形将导致刀具和零部件間的确定关系发生变化，形成转动误差。因此完善加工流程，准确把握刀具和零部件的关系，能够避免因热变形导致零部件加工精度降低。如在加工长度大的零部件时，仅对但一面进行切削将引发表面温度升高问题，加工结束后将导致径向尺寸与设计值间存在差异。为避免热变形引发过多误差，可以搭配使用切削液降低表面温度，抑制热变形情况发生。此外，也可以适当减小切削厚度，加强摩擦产热总量控制。结合实践条件，也按照先粗加工后冷却方式减小误差，最后通过精加工有效控制误差。

3.2 加强检查力度

针对机床加工精度过低的情况下，需要加强整个加工系统检查，通过适当降低系统载荷减少工件受力，并通过优化内部结构形态和增加系统机械强度削弱外力给零件加工精度带来的影响。结合机床结构发生的偏差和磨损情况，可以根据与零部件的相对误差进行调整，如采取缩短传动链、减少传动部件个数等控制误差，补偿因结构受力变形引入的误差。通过系统分析，能确定系统误差是否来源于刀具或其他部件。发生刀具误差，主要与刀具承受过大加工负荷、长时间使用等因素有关，导致刀具几何形态发生变化。结合实践生产需求，应选择与加工零部件刚度相匹配的刀具，并严格把控刀具质量。在材质达到要求基础上，根据刀具磨损情况进行结构修复，能够使刀具正常受力和施力，为零件高精度加工提供保障。针对零部件加工使用的专用夹具，产生的误差通常与安装和使用有关，检查确认存在安装误差，需要及时调整。发现因磨损产生误差，需要引入误差补偿技术，将误差控制在合理范围内。考虑到长时间运行后刀具、夹具等工具容易发生老化磨损、结构变形等问题，需要定期开展检查，通过维修养护使加工系统处于良好运行状态。

3.3 改进加工条件

选择高精度的机床，能够从源头上加强零部件精度把控。企业在采购设备时，需要从性能、预算、售后等多方面进行考量，根据实践生产需求合理进行硬件配置。与此同时，应加大研发投入，研制出高精度、高效率的机械零部件生产设备，通过精准操控设备有效提高零件加工精度。在机械设备安装过程中，应严格按照相关技术标准把控设备安装质量。如在主轴安装期间，应严格控制转轴装配精度，并做好润滑工作，定期进行结构保养维护，缩小主轴回转产生的误差。选用精度高的部件，并提供支撑精度数据，应用精度滚动轴承等保证主轴安装精度，能够取得理想几何误差控制效果。而机床导轨用于对零部件加工位置移动进行校准，在安装时同样需要严格控制精度，并且定期进行校准，使零部件在进退刀等动作下能够达到较高移动精度。伴随着生产需求变化，对机械设备进行改造，应引入专业设备和人员辅助分析，准确计算设备使用误差，通过误差补偿提高加工精度。结合生产实践展开分析，确定机床是否存在安装不规范、操作不精准等各项问题，通过合理修正和系统修复能够保证机床几何精度准确性。开展专业操作技能培训工作，持续提高人员操作水平，在机械加工编程时合理设定参数和选择插补方式，能够减少人为引入的几何误差，保证零件精度。

综上所述，汽车零部件加工要求达到较高精度，但在实际加工时容易受多重因素的影响，导致零部件机械加工误差较大，影响汽车整体性能。为提高零部件机械加工工艺水平，需要通过完善加工流程和加强设备、刀具检验角度减少加工过程中产生的热变形和结构变形，并通过改进加工条件减小各项几何误差，做到全面提升零部件精度。

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