羅加祥

摘要：機(jī)械是現(xiàn)代化生產(chǎn)模式的重要主體，通過不同元件結(jié)構(gòu)的組合、協(xié)調(diào)，可以顯著提升工作效率，減少生產(chǎn)環(huán)節(jié)對(duì)人力的依賴性，在電工、礦山、汽車等行業(yè)中，有極其廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前伴隨全球經(jīng)濟(jì)格局的形成，內(nèi)外需持續(xù)擴(kuò)大，各領(lǐng)域?qū)C(jī)械制造的精度提出了更高要求。本文立足加工工藝角度，就其對(duì)加工精度的影響及優(yōu)化控制措施進(jìn)行了展開論述。

關(guān)鍵詞：機(jī)械? 加工工藝? 加工精度? 生產(chǎn)效率? 機(jī)床

中圖分類號(hào)：TH161

Abstract： Machinery is an important part of modern production mode. Through the combination and coordination of different component structures， it can significantly improve work efficiency and reduce the dependence of production links on manpower. It is widely used in electrical， mining， automobile and other industries. At present， with the formation of the global economic pattern and the continuous expansion of domestic and foreign demand， various fields have put forward higher requirements for the accuracy of machinery manufacturing. Based on the angle of machining technology， this paper discusses its influence on machining accuracy and optimization control measures.

Key Words： Machinery; Processing technology; Machining accuracy; Production efficiency; Machine tool

在生產(chǎn)、制造行業(yè)中，機(jī)械的出現(xiàn)極大解放了勞動(dòng)力，優(yōu)化了資源配置效率，當(dāng)前機(jī)械化、自動(dòng)化已經(jīng)成為工業(yè)領(lǐng)域不可逆轉(zhuǎn)的主要趨勢(shì)。但伴隨生產(chǎn)需求的多樣化、具體化，機(jī)械結(jié)構(gòu)也日趨復(fù)雜，不同用途的機(jī)械部件之間，還存在材質(zhì)、規(guī)格等差異，一旦加工精度無法達(dá)到要求，就可能導(dǎo)致嚴(yán)重磨損、老化加速等問題，亟需通過有效的優(yōu)化手段進(jìn)行控制、改進(jìn)。

1機(jī)械加工工藝與精度要求

為優(yōu)化生產(chǎn)效率，當(dāng)前眾多制造、加工領(lǐng)域都引進(jìn)了大型機(jī)械設(shè)備，由于用途、運(yùn)行方式各有不同，因此，對(duì)工件的尺寸、性能要求也表現(xiàn)出了較大差異，必須通過科學(xué)的機(jī)械加工輔助調(diào)整，以滿足實(shí)際使用需求。正式加工環(huán)節(jié)，需要以裝配圖、設(shè)計(jì)圖為依據(jù)，用指定的加工工藝操作，并兼顧成本控制等因素，從而在保障質(zhì)量的前提下，盡快使工件進(jìn)入市場(chǎng)。精度則是衡量工件加工結(jié)果的重要指標(biāo)，通常從3個(gè)方面完成評(píng)判，首先是尺寸精度，以設(shè)計(jì)尺寸為基準(zhǔn)，測(cè)量實(shí)際尺寸公差，二者符合程度就被稱為精度;其次是形狀精度，主要從幾何角度考量，評(píng)價(jià)工件實(shí)際形狀與理想之間的差異;最后是位置精度，如孔洞位置等。加工精度與誤差值之間往往成反比關(guān)系，加工精度越高，測(cè)量誤差值就越小，為保障生產(chǎn)安全性，國家相關(guān)文件一般會(huì)以行業(yè)為基準(zhǔn)，規(guī)范限定誤差值，不同領(lǐng)域、工件種類之間，標(biāo)準(zhǔn)會(huì)存在較大差異。以電力行業(yè)機(jī)械工件為例，落煤桶耐磨襯板風(fēng)險(xiǎn)關(guān)聯(lián)性較低，因此精度只在厘米級(jí)別，要求較低;而汽輪機(jī)重要性顯著，如果相關(guān)工件精度控制不嚴(yán)格，極有可能造成飛輪失衡等問題，引發(fā)安全事故，這也使對(duì)軸瓦加工件精度要求相當(dāng)之高，通常以絲計(jì)量。

2機(jī)械加工工藝對(duì)加工精度的影響分析

2.1定位誤差問題

為確保加工精度，在工藝運(yùn)用前必須經(jīng)過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)亩ㄎ唬瑥亩_(dá)到限值自由度，確定基準(zhǔn)、元件坐標(biāo)的目的，盡可能減小誤差值，常見的定位方式有平面定位、外圓定位等，以同一批工件為對(duì)象，將其實(shí)際加工尺寸與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)的最大變動(dòng)量，就可稱為定位誤差，當(dāng)誤差計(jì)算值小于等于公差的1/3時(shí)，就可以證明定位工藝較為可靠。造成定位誤差的原因有2種，首先是基準(zhǔn)不重合，即孔、軸等的軸線無法與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)很好地對(duì)應(yīng)，這多是由幾何要素選擇不當(dāng)、定位不準(zhǔn)產(chǎn)生的;其次是基準(zhǔn)位移，這多是由配合松動(dòng)，定位副基準(zhǔn)發(fā)生位移而導(dǎo)致的[1]。

2.2機(jī)床誤差問題

在機(jī)械加工行業(yè)，機(jī)床又被稱為工具機(jī)、母機(jī)，能夠?yàn)榍邢?、鍛壓等工藝的?zhí)行提供基礎(chǔ)支撐，其本身質(zhì)量、運(yùn)行狀態(tài)會(huì)在很大程度上制約工藝效果，影響工件質(zhì)量，當(dāng)機(jī)床本身存在隱患，就可能導(dǎo)致機(jī)床誤差的產(chǎn)生。造成誤差的原因較多，從機(jī)床本身狀況來看，有主軸回轉(zhuǎn)誤差、導(dǎo)軌誤差等，前者主要是由于機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)周期過長(zhǎng)，導(dǎo)致軸承磨損，軸承間繞度誤差過大，從而導(dǎo)致實(shí)際運(yùn)行與預(yù)想不符，降低了工件生產(chǎn)質(zhì)量，后者同樣與磨損有較大關(guān)聯(lián)，安裝不當(dāng)也可能造成導(dǎo)軌誤差。傳動(dòng)鏈也是機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)中的關(guān)鍵部位，起著協(xié)調(diào)、連接的作用，保養(yǎng)不當(dāng)很容易出現(xiàn)變形、損壞，導(dǎo)致阻力增大，并直接影響工件精度的提升。除此之外，機(jī)床安裝不當(dāng)、輕微晃動(dòng)，數(shù)控編程不合理等，也有可能導(dǎo)致機(jī)械加工精度下降。

2.3工具誤差問題

工具是機(jī)械加工中常用的輔助性裝置，種類多樣，規(guī)格眾多，常見的有車刀、銑刀等刀具，角度塊、卡尺等量具，以及模具、夾具等，工具的使用可以減少人為因素的干擾，降低工藝操作難度，同時(shí)提升工藝精度，為特殊加工目標(biāo)的達(dá)成奠定基礎(chǔ)。但實(shí)際運(yùn)用時(shí)，由于操作不當(dāng)或過度磨損等原因，加工工具同樣會(huì)發(fā)生質(zhì)量問題，間接導(dǎo)致機(jī)械加工精度的下降。以夾具為例，在機(jī)械加工時(shí)，通常會(huì)借助其完成位置固定，當(dāng)其自身磨損程度較為嚴(yán)重時(shí)，就可能導(dǎo)致定位偏差、切削量不足等問題，影響工件幾何外形，導(dǎo)致尺寸與設(shè)計(jì)不符。刀具使用頻率較高，因此磨損的幾率相對(duì)來說也更大，若未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和更換，同樣會(huì)影響工件尺寸、形狀。量具的使用同樣關(guān)鍵，若量具精度不夠，不能達(dá)到加工需求，或者人為操作失誤，數(shù)據(jù)讀取不準(zhǔn)，也會(huì)間接導(dǎo)致工件精度的下降。

2.4受力變形問題

機(jī)械工件加工過程中，會(huì)受到來自傳動(dòng)力、切削力等多方外力的影響，通常在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)會(huì)對(duì)該因素進(jìn)行綜合考量，并通過模型搭建的方式，確定最優(yōu)受力情況，為后續(xù)加工環(huán)節(jié)提供依據(jù)。然而，在實(shí)際加工環(huán)節(jié)，零部件差異化特征無法完全兼顧，部分工件受幾何形狀制約，可能出現(xiàn)受力不均的問題，同時(shí)，在長(zhǎng)時(shí)間的加工流程下，很多部件已經(jīng)遭受輕微磨損，再加上機(jī)械本身重量，很容易使其工件受力超出預(yù)估參數(shù)范疇，導(dǎo)致設(shè)計(jì)受力與部件耐力匹配度降低，最終導(dǎo)致變形、誤差擴(kuò)大等問題。除受力數(shù)值大小外，受力結(jié)構(gòu)影響也不容小覷，結(jié)構(gòu)的特殊性極有可能增大局部受力，導(dǎo)致工件精度無法達(dá)標(biāo)。例如，某構(gòu)件設(shè)計(jì)位置為A處，并需要借助B、C兩卡槽進(jìn)行固定，加工環(huán)節(jié)，A處受力較為集中，而中心點(diǎn)與卡槽之間卻多為懸空狀態(tài)，受力結(jié)構(gòu)不均，自然容易發(fā)生變形[2]。

2.5熱變形問題

高速打磨、切割是較為常見的機(jī)械加工工藝，這一環(huán)節(jié)中由于摩擦生熱，不可避免地會(huì)造成局部升溫，雖然短期內(nèi)溫度上升并不明顯，也不會(huì)對(duì)工件造成顯著的影響，但機(jī)床單次運(yùn)行時(shí)間過長(zhǎng)時(shí)，這種熱量就會(huì)持續(xù)累積，達(dá)到較高水平。受熱力學(xué)原理制約，溫度過高的環(huán)境下，金屬工件體積很容易發(fā)生膨脹，此時(shí)依舊按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行加工，就容易導(dǎo)致尺寸、形狀偏差，導(dǎo)致精度下降問題。同時(shí)，機(jī)床在面臨較高的溫度時(shí)，內(nèi)部零件也會(huì)面臨較大風(fēng)險(xiǎn)，運(yùn)行狀態(tài)惡化，從而影響工件質(zhì)量。

3提升加工精度的機(jī)械工藝控制手段

3.1加強(qiáng)運(yùn)維管理

機(jī)床、工具等均是機(jī)械加工工藝的重要參與者，對(duì)工件精度影響較為顯著，因此必須控制其磨損程度，加強(qiáng)運(yùn)維管理。企業(yè)首先要建立標(biāo)準(zhǔn)化的運(yùn)維方案，規(guī)定日常運(yùn)維任務(wù)，綜合應(yīng)用定期、全面運(yùn)維手段，減少相關(guān)誤差影響，從日常運(yùn)維角度考量，在每日生產(chǎn)前，影響細(xì)致檢查設(shè)備、構(gòu)件外觀，觀察其是否存在嚴(yán)重的磨損、銹蝕問題，組件間隙、鏈條松緊是否恰當(dāng)，及時(shí)調(diào)整、記錄，更換已經(jīng)出現(xiàn)問題的零部件[3]。全面檢測(cè)規(guī)模較大，通常以3～5年為周期，對(duì)于重要加工設(shè)備，可適當(dāng)縮短運(yùn)維周期，由專業(yè)技術(shù)人員操作，對(duì)零部件進(jìn)行系統(tǒng)清查，更換其中老舊、磨損嚴(yán)重的部件，防止工件誤差擴(kuò)大。對(duì)于已經(jīng)達(dá)到報(bào)廢年限的設(shè)備、工具，要按照流程進(jìn)行報(bào)廢，及時(shí)更新、引進(jìn)新設(shè)備技術(shù)，注意檢查、調(diào)試新設(shè)備參數(shù)設(shè)置情況，全面提升機(jī)械加工精度。同時(shí)也應(yīng)關(guān)注技術(shù)培訓(xùn)，將運(yùn)維操作流程化、可視化，打印成冊(cè)下發(fā)，讓一線操作者明確日常加工、運(yùn)維職責(zé)、要求，配合科學(xué)的考評(píng)機(jī)制，激發(fā)其工作熱情，保障機(jī)械加工質(zhì)量[4]。

3.2優(yōu)化受力條件

機(jī)械加工環(huán)節(jié)，摩擦、擠壓、切削等均是較為常見的應(yīng)力類型，工藝控制不當(dāng)很容易使工件出現(xiàn)變形問題，導(dǎo)致形狀、尺寸偏差，因此操作時(shí)要有意識(shí)地采用優(yōu)化舉措進(jìn)行調(diào)整，改變工件受力條件?？梢韵葘?duì)加工順序進(jìn)行調(diào)整，減少額外應(yīng)力，防止加工時(shí)間過長(zhǎng)造成的耐受力下降問題，保障工件質(zhì)量。同時(shí)還應(yīng)做好工件結(jié)構(gòu)的差異化分析，面對(duì)受力結(jié)構(gòu)較為特殊的構(gòu)件，要及時(shí)采取防護(hù)措施。以薄壁件為例，其自身應(yīng)對(duì)加工應(yīng)力的能力不足，在進(jìn)行外圓切削操作時(shí)，可以在內(nèi)孔放置芯軸，夾取環(huán)節(jié)的工具選擇上，也可以采用相對(duì)柔和的襯套、鏜軟爪等，以減少機(jī)械加工的受力變形概率[5]。

3.3控制熱量累積

據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在機(jī)械加工工藝中，由系統(tǒng)熱變形誘發(fā)的誤差可占到總數(shù)的40%～48%，可見控制熱量積累的重要性。在眾多熱變形因素中，機(jī)床、刀具等表現(xiàn)均十分活躍，因此在工件精度要求較高的場(chǎng)景中，操作者要適當(dāng)采取控制措施。以切削環(huán)節(jié)為例，過大的溫差可能導(dǎo)致表面起拱，如果直接按照設(shè)計(jì)方案，對(duì)多余部分進(jìn)行切削，極可能在冷卻后出現(xiàn)凹巢，增大平面度誤差。此時(shí)可以加入切削液，對(duì)工件表面進(jìn)行降溫，也可以采用一定的誤差補(bǔ)償法進(jìn)行修整，縮減具體的誤差值[6]。對(duì)于砂輪等較易出現(xiàn)超溫問題的部位，可從自動(dòng)化角度出發(fā)，增加冷水循環(huán)系統(tǒng)，借助溫度較低的水體完成熱量置換，實(shí)現(xiàn)工藝溫度控制。對(duì)于機(jī)床設(shè)備升溫的問題，則可以采用間歇作業(yè)方式，在保障生產(chǎn)進(jìn)度的前提下，合理安排空白周期，給機(jī)床留出散熱時(shí)間，提升運(yùn)行效率。零件之間契合過緊、摩擦過于頻繁也可能導(dǎo)致熱量上升，可以通過添加潤(rùn)滑油進(jìn)行保養(yǎng)，從而有效控制溫度上漲幅度，防止誤差擴(kuò)大化。

3.4推進(jìn)自動(dòng)控制

伴隨科技體系的成熟，自動(dòng)化、智能化控制已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)主潮流，機(jī)械制造中，同樣可以借助科技手段對(duì)工藝進(jìn)行調(diào)整，如引進(jìn)數(shù)控化機(jī)床，精準(zhǔn)控制工件尺寸、位置等，同時(shí)借助總線、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)于設(shè)備內(nèi)部運(yùn)行狀態(tài)，工件切削精度等進(jìn)行全天候、實(shí)時(shí)化的監(jiān)測(cè)，結(jié)合故障預(yù)警、提示功能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)弊病、隱患，保障機(jī)械加工精度。

4結(jié)語

綜上所述，加工精度關(guān)系著機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)效率、安全性，是衡量機(jī)械加工工藝的重要指標(biāo)。影響加工精度的因素較多，如定位誤差、機(jī)床誤差等，受力、溫度變化也會(huì)制約精度的提升，因此，在加工過程中要注意做好優(yōu)化控制，加強(qiáng)機(jī)床的運(yùn)維管理，通過添加潤(rùn)滑油、間歇作業(yè)等方式，優(yōu)化工件受力情況，控制熱量積累，同時(shí)采用必要的誤差補(bǔ)償手段，最大限度保障加工精度。

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