机械加工工艺对零部件加工精度的研究分析

闫安岗，胡晓波，袁 伟，朱玉麒

（1.山东理工大学，山东 淄博 255049；2.中国核工业二三建设有限公司，北京 顺义 101300）

随着工业科技日新月异的发展，我国机械生产加工技术需与时俱进不断创新，才能不被科技进步的时代浪潮所淘汰[1]。如何在当前的机械制造设备和加工技术水平下尽可能提高机械零部件加工的精度，是目前在机械制造领域的技术难题之一[2]。加工后的零部件表面质量将直接影响到其产品各项特性，间接影响到组装后各机械产品的工作周期和使用寿命。从实质上来说，机械零部件加工工艺是以生产的“毛坯”物料为载体，再以加工的方法对物料加以改进，达到更符合零部件制造技术参数要求的目的[3]。零部件对机械加工精度的要求相对较高，但是如果在实际机械加工中所使用的技术人员、设备、材料、加工工艺、工作环境等不合理，会使得零部件机械加工的精度遭受较大的负面影响[4]。随着未来社会对机械制造业标准愈来愈高，产品零部件与机械加工的精确度和匹配率将成为机械加工中提升与创新的关键点[5]。由此可见，加强对零部件加工精度的研究与分析是必不可少的。

1 理论概述

1.1 机械加工工艺

机械加工工艺主要是指在对机械零部件加工过程中通过运用某种加工工艺方式，对毛坯进行加工处理，从而提高毛坯和零部件之间重合程度的一个机械加工过程[6]。一般来说，机械加工工艺的整个流程基本都必须经历从粗加工到精加工。所以，在毛坯到成品机械零部件的整个加工工艺流程中，其精度都有着相当严格的标准。由于在机械加工工艺过程中会存在着多种直接或间接的影响，因而在机械加工工艺流程中，每个工艺环节都必须按照相应的加工标准进行，方能进一步提高产品零部件的加工质量。

1.2 零部件加工精度

零部件机械加工精度一般是指在零部件机械加工后，其实际的几何学技术参数（即尺寸、位置和形状等）与理论中几何学技术参数的吻合程度。机械加工精度分为尺寸精确度、图形准确度和定位准确度等，其匹配程度越高，表示机械加工精度就越高[7]。由于在机械加工工艺过程中，会受到多种因素的影响，使得制造出来的零部件会和所预期的几何学技术参数有所不同，从而影响加工工艺产品的水平与品质。目前现代机械加工工业中大部分都是流水车间生产线，所以在实际加工流程中，会受多种因素的影响而造成零部件加工精度存在偏差。

2 零部件加工精度的影响因素

2.1 内部因素

内部因素主要包括设备影响、机械配合影响、日常机械磨损影响和技术人员的经验影响等。内部因素是零部件机械加工精度中最不易消除的一个因素。在产品零部件加工过程中，影响零部件加工精度的内部因素主要是指机械加工设备本身的误差，因此对其机械加工的设备有较高的技术要求。在整个零部件加工过程中，机械加工设备的优良性将直接影响零部件机械加工的精度。首先机械加工设备的安装工作是较为关键的一环，其次在机械零部件加工过程中，机械加工设备零件的一些状态磨损及机械加工设备各部件的契合程度，也是影响加工件准确度的主要原因[9]。由此可见，严格把控机械加工内部因素是提升产品零部件机械加工精度的关键保证。

2.2 热变因素

热变影响因素主要包括工件的热变、刀具的热变、机械自身的热变等。在产品零部件加工过程中，要使经过机械加工的零部件能满足一定高精度标准要求，就需要对零部件进行多次切削，但在切削过程中产生的摩擦力会不断作用形成热能，该热能将会引起刀具和零部件温度发生变化，最终使得零部件的加工精准度无法达到高精度的标准要求；如零部件加工的精准度要求较高，零部件较长，此时零部件精准度也会受到影响。在零部件的机械加工中，机械设备会和零部件产生热相互作用，从而引起机械加工设备本体工作温度上升，使机械加工设备自身切合度受到一定影响，结果造成加工的机械零部件精确度出现较大偏差[10]。外界温度的变化，对零部件及机械加工设备也会产生一定影响，使刀具在切削零部件过程中发生偏差，进而影响其精度。由此可见，合理调节机械加工设备周围环境温度有利于零部件加工的精确度。

2.3 受力因素

外力因素也是零部件加工生产精度中的重要影响因素之一[11]。零部件在进行机械加工时，自身运转会受到各种外力的共同影响，包括刀具的斜切削力和夹具的夹力矩等。在各种方向、大小应力的共同作用下，零部件或刀具很容易产生金属疲劳，并发生一定程度的变形，会直接影响机械轴线的回转线出现偏移，从而使得各零部件加工部位也相应地出现偏离，如图1 所示。由此可见，零部件机械加工中，在主要受力部位通过增加设备强度和刚性的方法，来合理地调节刀具和机械加工设备的变形，可减小其对零部件机械加工精度的影响。

图1 零部件加工过程图示

3 提升零部件加工精度的方式方法

3.1 提升技术人才能力

目前，中国的机械制造市场竞争愈来激烈，机械制造加工企业多选择引进现代化机械加工工艺和技术，以提高对零部件机械加工精度的控制，但并没有意识到提升生产技术人员专业能力的重要性[13]。不重视对生产操作技术人员的培养，生产操作技术人员专业能力将无法大幅提升。而机械设备的平稳运行需要技术人员进行使用和管理。专业技术水平欠缺的操作技术人员根本无法熟练地运用新时代机械加工设备，同时还会存在极大的安全隐患，对整个企业自身运行效能和经济性产生负面影响。所以，在实际的管理工作中，企业管理者须定期举办学习培训活动，对操作技术人员的专业素养和技术能力加以培训提升，让其在规范标准的约束下完成日常生产工作的同时能灵活处理各类突发性问题[14]。既提高机械零件加工精度质量又提升工作效率[15]。

3.2 合理设计零部件加工精度

零部件设计是否合理也会对零部件的机械加工精度产生影响。为防止上述问题的发生，设计人员与操作技术人员必须按照零部件本身的功用和特性对零部件加以科学合理的设计及选用[16]。另一方面响应节能环保、可持续发展理念，在保证零部件加工精度的同时，积极推动机械零部件加工领域向绿色环保型方向发展[17]。

3.3 零部件加工材料

若机械零部件的加工材料不满足标准要求，就算严格控制了机械加工工艺，也无法充分保证零部件的机械加工精度。所以，零部件加工原材料是整个机械加工生产工艺的重要基础，为了提升零部件加工精度，就必须对其加工材料实施严格把控。在机械加工工艺中，零部件原料的材质选择，也是保证其机械加工精度满足一定标准要求的核心关键环节[18]。另零部件在加工过程中应强化产品质量监督，进行质量抽检工作[19]。

3.4 减少外力干扰

零部件机械加工中，由于压力和摩擦力都会对机械零部件加工精确度产生负面影响。为减少外力作用对零部件加工精度造成的危害，就一定要减小这两个作用力。第一种可在设计零部件加工工艺基础上将其重量加入设计要求，以此进行对外力的抵消，避免因碰撞而引起精确度偏差[20]；第二种是日常机械加工前要仔细检查机械加工设备，若经检查时发现机械设备中的零部件未合理啮合，则要尽快进行相关的调整工作[21]；第三种是定期抛光机械设备关键部件结合表面，增加机械结合表面之间的平滑程度，以此减小机械结合表面之间和零部件之间的摩擦力，减少零部件制造过程中的加工偏差，零部件机械加工的精度也将获得提升；第四种是建立偏差补偿措施，在机械加工中偏差不可避免时，可以采用增加材料方法填补并补偿偏差。通过数字统计分析了解机械加工过程中偏差产生环节，调节机械加工设备装配参数至一定数值，以此补偿机械加工偏差[22]。

3.5 合理控制热变因素

热变形问题的产生，主要是零部件加工中产生的热能和机械本体运动所产生的热能等[23]。在对零部件进行加工与测量之时，必须考虑周边气候环境的影响，因为环境温度过高或环境温度过低时，零部件因热胀冷缩自身发生形变，引起测量尺寸有较大差别[24]。零部件在加工时产生摩擦，也会造成零部件的自身温度上升。为减小因环境温度及摩擦造成的热变影响，提升零部件加工的准确性，我们可以合理控制加工车间内部温度，或在零部件上放置冰碴，甚至是用冷水清洗等方式，以减小零部件加工中因热变造成的影响[25]，如图2 所示。这样做的目的，都是为了能够使零部件加工尺寸精确度达到更高标准。

图2 加工件冷却剂降温图示

3.6 提高机械加工工艺系统设备配置

机械加工工艺中，由于机械设备性能也会影响零部件加工质量，因此改善机械加工工艺系统设备配置，是提高产品零部件机械加工精度的重要途径之一[26]。提升零部件加工精度，除了改善机械加工工艺系统设备配置外也必须注重加强对机械加工系统的研究力度，以促进技术设备革新，提升加工装置效能，并充分运用科学技术提高零部件成品精度[27]。在设备提升改造过程中，必须做好对设备使用偏差的精确计量，并进行偏差补偿，严格控制设备偏差，提升零部件生产加工精度[28]。

3.7 向数字化革新方向发展

在现代化科技技术理念全面创新的背景下，尤其是面对第四次工业革命日益提升的现代制造科技技术，机械加工工艺也在不断优化和改善。通过加工操作中的经验总结，先进数字化加工设备与技术引进更能促进零部件加工精度的准确控制[29]。在未来的生产变革过程中，唯有持续引入最先进的数字化机械加工设备，并持续加强对最先进数字化机械加工设备的研究，才能改进机械加工设备中的不足，提高机械加工设备的性能与精度，进而提高零部件加工的质量[30]。为了保障最终生产零部件的精确度，大多企业可利用先进技术构建数据模型后对零部件加工进行分析，这样有助于从更科学的角度来提高零部件加工精度[31]。

4 结束语

综上所述，在零部件加工制造中，机械加工工艺对零部件加工的精确度影响因素较多，如果得不到合理控制，零部件加工的产品将无法达到高精准度的要求，会对企业产生一定的负面影响。在社会经济和科技高速发展，机械制造业仍在国民经济发展当中扮演着十分关键角色的今天，零部件加工企业应充分考虑机械加工工艺的多种影响因素，从技术人员、设备、材料、工艺、环境等方面采取有效措施准确把握问题。在确保安全第一、质量第一的前提条件下，全面提高零部件加工精度，不断提高零部件生产加工过程中的合格率。保障企业取得较高生产效益，提升企业在国际市场上的核心竞争力，有助于引导我国机械制造业向着和谐、稳定、创新、卓越的方向稳步前进。