葉家萬

（廣東石油化工學(xué)院，廣東 茂名 525000）

探究零件精度與機(jī)械加工設(shè)計(jì)的關(guān)系

葉家萬

（廣東石油化工學(xué)院，廣東 茂名 525000）

隨著社會不斷的進(jìn)步，工業(yè)也在不斷發(fā)展，手工制造業(yè)逐漸被機(jī)械加工所代替。其中目前汽車零件加工多用機(jī)械加工的方式，所以機(jī)械加工成熟度直接影響了零件精度。本文對汽車機(jī)械加工設(shè)計(jì)和零件精度做了介紹，對兩者之間的關(guān)系做了分析，討論了加工過程中如何設(shè)計(jì)，才能提高加工效率和零件的精度這個(gè)問題。這對汽車機(jī)械加工方面有一定的幫助。

機(jī)械加工；零件設(shè)計(jì)；精度

機(jī)械加工過程中，零件加工的質(zhì)量是最重要的，質(zhì)量不達(dá)標(biāo)不僅表現(xiàn)在外觀上，還表現(xiàn)在零件的使用壽命上。質(zhì)量的好壞怎么評判，那就是精度。精度是零件加工質(zhì)量好壞的最重要指標(biāo)。因此，講到汽車機(jī)械加工就要了解零件加工精度的影響因素，才能針對這些影響因素設(shè)計(jì)出相應(yīng)的有效方案來提高精度，從而保證質(zhì)量。針對影響精度的因素，在汽車機(jī)械加工設(shè)計(jì)中要注意以下幾點(diǎn)。

1 幾何精度問題分析

幾何精度是在加工過程中的誤差引起的。像機(jī)床的誤差，刀具的誤差等等。機(jī)床由于使用時(shí)間磨損影響，會引起加工的機(jī)件精度產(chǎn)生偏差，它對加工精度的影響是最大的。比如在切削汽車底板的過程中，使用時(shí)間久了主軸回轉(zhuǎn)會出現(xiàn)誤差，從而導(dǎo)致底板的尺寸不準(zhǔn)確，不能滿足精確度這個(gè)要求，如圖1刀具長時(shí)間使用也會產(chǎn)生同樣的問題，刀具使用時(shí)會磨損，在加工零件時(shí)刀具的相對位置就會改變，加工出來的零件自然就會產(chǎn)生誤差了。

還有機(jī)床上零件的夾具也會對加工零件的精確度產(chǎn)生影響。所以，只有將這些誤差產(chǎn)生的原因分析到位了，才能更好地控制誤差對零件加工的影響，提高零件的精度，如圖2所示。誤差產(chǎn)生的原因分析到位了，然后解決是下一步的設(shè)計(jì)了。減小誤差對零件的影響主要的辦法是采取補(bǔ)償措施，汽車加工人員可以根據(jù)機(jī)床的情況采取不同補(bǔ)償技術(shù)，將汽車零件精度控制在要求的范圍之內(nèi)。要求精度很高的零件要使用磨損情況小的機(jī)床來加工。對于有些數(shù)控的機(jī)床，現(xiàn)在有一些專門的補(bǔ)償器來控制加工零件的精度。只需要輸入補(bǔ)償數(shù)據(jù)，補(bǔ)償器就能在機(jī)床加工零件時(shí)減小誤差來提高精度。隨著技術(shù)的不斷更新，補(bǔ)償措施操作更為方便快捷，控制也更加靈活。

圖1　零件加工機(jī)床

圖2　機(jī)床加工零件

圖3　刀具的加工

2 機(jī)械加工變形設(shè)計(jì)

在加工過程中零件受力是必然的，這就產(chǎn)生了另外一個(gè)問題：受力變形。在力學(xué)理論中，物體受到外力就會產(chǎn)生變形，如圖4所示。一般情況下，外力越大對受力物體的影響越大，變形越嚴(yán)重。在機(jī)械零件加工過程中，刀具切削零件時(shí)有切削力，夾具在夾持零件時(shí)有夾緊力等等，這些力都會使零件在加工過程中產(chǎn)生變形。變形帶來的是：與機(jī)床加工工具的相對幾何位置就會有變化，在加工過程中零件的尺寸就不能完全滿足要求，誤差就產(chǎn)生了。同時(shí)系統(tǒng)中還存在殘余應(yīng)力：構(gòu)件在制造過程中，將受到來自各種工藝等因素的作用與影響；當(dāng)這些因素消消失之后，若構(gòu)件所受到的上述作用與影響不能隨之而完全消失，仍有部分作用與影響殘留在構(gòu)件內(nèi)，則這種殘留的作用與影響稱為殘留應(yīng)力或殘余應(yīng)力。這種殘余應(yīng)力也會使系統(tǒng)變形，所以在加工設(shè)計(jì)時(shí)，需要解決受力變形對零件帶來的影響。

圖4　受力變形

2.1受力變形設(shè)計(jì)

加工中很多外力都會影響零件變形。那么怎么解決呢？原則就是降低受力變形。有兩種方案：一是從系統(tǒng)本身解決，不論是機(jī)床刀具還是夾具或者是加工零件只要它們的強(qiáng)度大，受外力的影響就越小。所以系統(tǒng)強(qiáng)度足夠了就能承受外力從而減小受力變形的影響；二是從系統(tǒng)外解決，減小負(fù)荷，避免產(chǎn)生變形。方法一的優(yōu)點(diǎn)是能滿足加工精度的要求，還不影響加工效率，但是也是有缺點(diǎn)：增加加工成本。加強(qiáng)系統(tǒng)的強(qiáng)度并不是要求所以部件強(qiáng)度很大，只需加強(qiáng)容易發(fā)生變形的部件強(qiáng)度即可，這也是最經(jīng)濟(jì)有效的解決方法。所以在零件精度要求和經(jīng)濟(jì)成本之間平衡，需要企業(yè)自己權(quán)衡了，既要滿足零件精度要求也要盡量降低加工設(shè)計(jì)成本。

2.2熱變形的設(shè)計(jì)

零件加工的過程中摩擦是必然的，產(chǎn)生的熱對精度的影響也是不容忽略的。不同的熱量對精度的影響也不同，但是都會引起系統(tǒng)熱變形，導(dǎo)致零件與加工工具相對位置變化，產(chǎn)生誤差。熱變形就是機(jī)床部件和零件的熱變形。其中零件熱變形對精度的影響是最大的。在汽車零件加工中會有車銑刨磨等等工序，每一道工序都會產(chǎn)生熱變形，特別是又細(xì)又長的汽車零件受熱變形更加明顯。為了防止熱變形保證零件的精度，其中的一個(gè)辦法就是冷卻。

在加工過程中不間斷地冷卻，就不會產(chǎn)生溫度差進(jìn)而產(chǎn)生變形。另外還有就是補(bǔ)償法，就是如果零件熱變形往左偏，加工之前就先向右掰，就會使加工的誤差相互抵消掉，保證了零件的精度。還有刀具的熱變形對精度也是有一些影響的。刀具主要是用來切削汽車零件的，產(chǎn)生的熱會在這個(gè)過程中越來越多，引起的變形也隨著時(shí)間的長短而不同。解決這個(gè)影響因素的辦法就是降溫減少熱的產(chǎn)生。還有就是使用潤滑劑，減少熱量。另外最簡單的方法就是減少切削的次數(shù)，就會較少的產(chǎn)生熱量，提高零件的精度。還有一個(gè)對加工精度有影響的因素也是影響最小的因素：機(jī)床機(jī)件熱變形。加床在運(yùn)動過程中同樣產(chǎn)生熱量，帶來的問題就是固定在機(jī)床上的刀具或者夾具的相對位置就會隨之改變，刀具或者夾具位置變化帶來的就是零件相對位置變化，一連串的位置變化導(dǎo)致汽車零件的精度不滿足要求是很有可能的。降低機(jī)床對零件精度的影響辦法很多，減少熱量，增加散熱是最常見的辦法。使用冷卻液促進(jìn)散熱、增加散熱裝備、將機(jī)床的熱源隔離、也可以在恒溫環(huán)境下加工零件等等都是有效減少機(jī)床熱變形對精度影響的辦法。

3 總結(jié)

由于經(jīng)濟(jì)社會的飛速發(fā)展，帶來了機(jī)械加工技術(shù)的不斷進(jìn)步。雖然在一定程度上能夠保證零件的加工精度，但是還有很多待進(jìn)一步研究，上文講到在機(jī)械加工設(shè)計(jì)中，工序較多并且加工設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)具有復(fù)雜性和細(xì)致性，對設(shè)計(jì)人員和操作人員要求較高。操作人員需要做好準(zhǔn)備和調(diào)整工作，避免在操作中受到熱變形、幾何變形以及受力變形等的影響。另外不同的零件在加工設(shè)計(jì)中的要求有所不同，操作人員需要結(jié)合實(shí)際情況對工序進(jìn)行改進(jìn)與完善，還要積極采取先進(jìn)技術(shù)和現(xiàn)代設(shè)備，以提高汽車零件精度，增加經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)機(jī)械加工在汽車等領(lǐng)域更好地發(fā)展。

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TH161.1

1009-797X（2016）10-0106-03

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10.13520/j.cnki.rpte.2016.10.043

葉家萬（1966-），男，研究專業(yè)為焊接及焊縫缺陷分析。

2016-04-17