机械加工精度的影响因素与控制探究

陈斌

福建建筑学校，福建福州，350002

0 引言

机械加工作为国家工业生产的基础，在很大程度上取决于国家制造工业水平。而长期以来，我国的机械制造以中低端产品为主，产品生产精度与国外还存在较大差距。国内部分用户宁愿放弃价格低的国内数控机床，也要选择价格昂贵、性能和可靠性更高的国外数控机床，国内超过90%的高档数控系统、数控机床依赖于进口。

机械生产的数控机床由若干个功能部件组成，机械加工过程中不同部件的性能、加工环境、施工人员等多个因素都参与其中，为此，影响机械加工精度的因素涵盖技术因素、环境印象、人为因素等，不同因素单独或一起作用，影响整个机械加工的精度，为此，本文结合多年的实践经验，统筹影响机械生产加工的多个因素，分析提升机械加工精度的有效措施，为不断提升国内机械加工生产效益提供理论基础[1]。

1 机械加工技术发展

1.1 微型机械加工技术

电子科技的蓬勃发展，极大地促进了微加工技术的发展，纳米生产技术的出现，促使微型机械加工技术诞生，甚至出现了纳米级加工技术。在实际的生产加工过程中，微型加工技术需要在相对狭小的空间内完成，以此确保加工件的精度。此技术广泛应用于航天制造、医疗器械生产、精密仪器生产等，除此之外，微生产技术对纳米生产技术研发意义重大。

1.2 快速成型技术

快速成型技术始于20世纪，在实际的生产过程中，首先利用计算机软件进行建模，而后采用浇塑技术快速成型制成样品。模型是快速成型技术快速生产的基础，另外随着科技的不断发展，CNC技术、人工智能、激光技术等的不断涌现，快速成型技术工艺不断优化，其生产优势逐渐凸显，在我国机械加工技术中所占的地位日渐突出，广泛应用于重要零部件的生产加工[2]。

1.3 超精密加工技术

超精密加工技术不仅是现代机械加工技术的重要组成部分，还是评价机械加工技术的重要手段和方法，尤其是在科技信息不断发展的当下，加工技术的不断提升，对技术生产也提出了更高要求，也因为这样，在实际生产过程中，必须注重加工精度。

2 加工精度

加工精度是指实际生产的部件的物理参数与理想值之间的符合程度，常用加工误差来反映实际加工部件和理想部件之间的偏离程度，一般来说，加工精度包含三个方面内容：①尺寸精度要求实际加工部件尺寸与标准部件之间的尺寸不得超过一定的范围；②几何精度要求部件表面的宏观几何形成应满足要求；③相互位置参数要求部件表面结构位置正确。在实际生产过程中，会遇到各种困难及其生产技术、条件方面的问题，使得机械加工的尺寸、形状、表面结构位置不会完全一致，总是出现这样或那样的误差，在满足公差范围要求的基础上，应尽可能地采取合理的手段提高精度，以此不断提高生产效率[3]。

3 影响机械加工精度的因素

3.1 加工工艺因素

为了达到预想的加工表面，刀具、工件之间需要达到精准的成形运动，理论上存在完美的成形运动，但实际生产过程中，完美的成形运动难以实现，时常出现加工效率低下，再加上机床、刀具等结构复杂，生产加工难度较大，在多个结构环节存在的情况下，很容易导致机床传动误差。

3.2 系统内部因素

系统内部作为影响机械加工的主要因素，也是机械加工生产中难以避免的影响因素。在实际的机械生产过程中，几何误差过大直接导致后续加工精度误差。为此，示教过程的相关程序对机械设备的搬运要求很高，而设备的相关程序又会影响其加工精度。通常说，部件加工都会用到联轴器，以达到相关的精度标准。机械设备运行过程中出现偏差，也会导致设备加工精度偏差，设备运行过程中损耗也会导致设备精度受影响[4]。

在部件加紧过程中，部件受夹而变形，尤其是针对薄壁部件的加工，势必产生较大的变形，严重的变形势必影响其精度。通常来说，受夹导致的变形与夹持方式、方向、夹持力密切相关。与此同时，在部件加工过程中，存在很多不确定的非均匀分布的应力，亦或加工件本身非均匀应力的存在，导致加工过程中出现变形，导致此类精度偏差，与材料的制备、成型有一定关系，材料均匀度越差，应力变形越严重。此外，加工过程中刀变形也会影响加工件精度，如果加工件刚度欠缺或刚性分布不均，夹具减震辅助支点不足，很容易导致加工件刀具变形，通常而言与切削力、切削余量、走刀速率密切相关。

3.3 系统外因素

系统外因素影响部件加工精度的同时，不利于系统内各设备的正常工作，缩短机械设备的使用寿命。其中影响部件加工精度的外部因素包括以下方面。首先机械设备摆放过于集中，影响操作，在正常的操作过程中，各部件包括夹具、工具等工作负荷过大，随着时间的推移，导致高压部件移位甚至变形，影响部件精度；其次，在加工件的生产过程中，各部件都需要承受载荷，在一定程度上也会影响部件精度。与此同时，在日常的运行过程中，系统内部也需要承受巨大压力，所加工部件需要承受一定的反作用力，除了上述作用力会影响加工件精度外，系统内部各部件之间的相互摩擦、零部件日常运转导致的磨损，也会影响加工件精度[5]。更为重要的是，大部分的机械设备的破坏，都是从零部件表面开始的，产品的性能，特别是产品的耐久性，在一定程度上决定了零部件的表面质量，正常使用的机器在持续的工作过程中，零部件的工作性能不断下降，长此以往导致无法正常使用，甚至造成损害，究其原因，一方面和设计强度不够有关，另一方面和机械偶然的负荷过大有关，其多数原因是磨损或外界介质腐蚀导致的，一般而言磨损或腐蚀多发生于零部件的外表面，或者从外表面开始，为此，应注重加工表面质量，以此延长机械设备的可靠性和使用寿命。需要注意的是，随着现代工艺的不断提高，高温条件下工作的情况越来越多，表面层任何的缺陷，不仅会影响机械设备的性能，而且会导致应力集中，甚至应力性腐蚀，由此加剧了零部件的失效，这一切都与加工表面质量密切相关，为此应注重表面质量问题。

3.4 热变因素

在切削的过程中，在受到切削力及其切削热的作用下，部件表面金属物理特性、机械性能肯定会产生变化，其主要变化包括表面金属显微硬度的改变、金相的改变、残余应力的产生。除了上述系统内外因素会影响机械加工精度外，热变因素也会影响机械加工精度[6]。一般而言，常见热变因素包括刀具、工件、机床机构三方面。首先，在系统部件的加工过程中，刀具受热、切削，在不断地切削过程中，刀具与工件之间由于摩擦力，产生热变形，影响精度；其次，工件热变化，在进行较长部件的切削过程中，工件表面温度升高，在内外温度差的作用下，工件因此而变形，影响精度；最后机床本身发生热变化，在部件加工过程中，机床受到内外各种力的作用，温度升高，机床内部零件适用性降低，尤其是在高温条件下，导致机车紧耦合零部件微小间隙，进而影响精度。除此之外，机车工作过程中，整体发热，也影响其性能，导致机车转速下降，影响整个加工的精度。

4 加工工件精度控制的方法

4.1 完善设备检测编程系统

机械加工过程中，相关操作人员应不断深入研究，提升工艺，从细节入手，认真分析机械零部件加工编程系统。机械零部件的加工不仅是门学科，更是一门技术。与此同时，相关技术人员应和管理人员一起，做好设备的质量检测，以及后续的养护管理工作，改进机械设施设备，不断优化设施设备的编程系统。除此之外，加强机械零部件的监督、管理，单纯的技术研发难以真正提高加工件的精度，为此，在实际的部件加工过程中，要不断地优化工艺流程，科学地监督管理。相关人员应意识到科学监管的重要性，采用科学合理的监管措施，不仅优化零部件生产程序，在零部件设计、加工、完成生产后，需要进行相关的质量监控，各行政人员做好部件生产的全过程监督[7]。

4.2 合理控制加工温度

如前所述，部件生产过程中的热变形对机械设备、部件精度都会产生影响。为此，相关技术人员应严格控制部件加工温度，并优化生产工艺，合理调控零部件温度。与此同时，在实际生产过程中，各部件所承受的温度不同，相关人员应根据实际情况，选择高效、科学的技术手段，逐步完善机械设备问题。相关技术人员应逐渐地调整零部件加工温度，不能骤升或骤降，防止温度骤升或骤降而引发零部件表面的龟裂，一般而言，为防止化学性污染气体的产生，常采用物理降温的手段。除此之外，对精度要求较高的部件，不仅工艺要求较高，而且加工温度高，相关人员应根据实际情况，选择不同的机械设备、零部件、工艺控制好部件温度，其后，逐步调整加工件温度，以此满足实际生产的要求。

4.3 数控编码控制

为防止数控编码对加工部件精度的影响，首先，在进刀、退刀编程中，由于刀具本身直径的不断变化及其机床速度的时刻变化，编程设定需要尽量远离圆弧。除此之外，为了不断提升工件表面精度，有效延长刀具的使用寿命，可选择顺铣工艺。实际生产过程中，发现沙子粘在工件表面，可利用逆铣工艺避免刀具因此而受损。对于其他的非金属材料部件，尤其是纤维材料部件，选择采用逆铣工艺，以此确保材料的完全切割，保证铣削精度。最后，在铣削路径选择方面，针对精度要求较低的部件位置，为缩短加工路径，可以选择铣孔加工，但会影响Y方向生产精度，不适用定位精度要求高的部件。此时，可先进行铣削，虽然加工路径变长，但精度方面得到了有效控制。

4.4 夹具优化设计

在实际的生产加工过程中，应充分考虑部件所夹持部位的夹紧力，过大的夹紧力导致夹持部件出现大变形；但夹持力度不足，加工过程中很容易出现松动，导致加工过程中出现碰刀，甚至导致刀具、设备的损坏。为此，在实际生产加工前，可开展3次的试作业过程，不断改进所设计的夹具，另外应用三爪手进行部件底部夹持时，夹持部位应距离地面高度保持在5cm左右，顶部进行夹持时，应保证有3个活动辅助支撑点，以此解决因夹紧力而导致的部件变形。除此之外，铸造件生产加工过程中，对工件外形尺寸的一致性有一定要求，为此，可选择装夹定位手段进行工件定位。实际的加工可分为粗车、精车两种程序，粗车加工过程中，允许存在0.3～0.4mm范围内的余量，粗车加工完成后，为保证粗车加工后的部件内部应力的释放，需常温放置24h，而后进行精车加工，需要注意的是，精车加工之前，可应用百分表进行定位，允许出现0.1mm以内的偏差。

4.5 确定切削参数

表面加工过程中会留下切削层残留，适当地降低切削过程中的给进量、主偏角、加大圆弧半径等，在一定程度上可降低残留面层高。与此同时，适当地增加刀具前角，有助于降低切削时的塑变程度，此时可加入润滑油，提高刀具刃磨质量，降低切削时的塑变，防止切削过程留下的刀瘤、鳞刺，降低切削表面的粗糙度[8]。粗加工过程中，允许的加工余量为3mm左右，有2次的进给操作，首次操作过程中，设计切削深度为1.8mm，参数设计方面，主轴转速200r/min，进给量0.25mm/r。第二次参数设计，切削深度1.2mm，主轴转速25r/min，进给量0.3mm/r，此次粗加工允许的余量范围0.3～0.4mm。精加工过程中进行了2次进给操作，第一次切削深度0.2～0.25mm，主轴转速达到了250r/min，第二次进给深度0.1mm，进给量达到0.15mm/r，主轴转速设定为300r/min。

4.6 降低外力干扰

机械加工运行过程中，零部件因受到设备挤压、摩擦而变形，对加工件精度造成影响，为此在实际的机械加工过程中，需要进行全面检查，对固定部件各部分的松紧度进行调整。与此同时，机械加工过程中的摩擦力是不可避免的，为降低摩擦力，需加强设备检验，合理打磨设备表面，尽可能地减小零部件、设备接触面之间的摩擦力。最后，要加强人才引进，积极开展企业技术培训活动，加强专业技术人才培训，提高机械加工精度、效率，注重专业人才的培养。

5 结语

在实际的工件加工生产过程中，影响机械工件精度的因素很多，包括加工工艺、部件表面质量、系统内部、热变因素等，一旦控制不合理，极大地影响加工部件的精度，甚至造成残次品的产生。而随着社会科技的不断发展，机械制造在国民经济发展的作用日渐凸显，相关企业人员必须充分考虑加工部件的相关影响因素，采用积极有效的防治措施，提高机械部件的制造精度。基于此，本文结合实践案例，通过探究发现系统内部因素、环境因素、人为因素在一定程度上都可影响机械加工精度，在实际生产过程中，可通过不断优化生产工艺、严格控制生产温度、提升专业人员素养等手段，综合提高机械加工精度，为不断提升机械加工生产效益提供理论基础。