机械加工工艺对零件加工精度的影响研究

杨勇

摘要：机械加工工艺是直接影响零件加工精度的关键因素，由于机械设备的内在因素、加工过程生成的变热以及受力因素等影响，零件的精度会产生一定的变化。因此在零件加工精度控制中，必须深入研究加工工艺与零件精度之间的影响关系，进而通过对加工工艺的调整与完善，保证零件的高质量与高精度。本文即在此背景下展开研究，通过分析加工工艺所产生的诸多因素，进而提出优化工艺而提高零件精度的策略。

Abstract： Machining process is the key factor that directly affects the machining accuracy of parts. Due to the internal factors of mechanical equipment， the heat generated in the machining process and stress factors， the accuracy of parts will change to some extent. Therefore， in the part machining accuracy control， we must deeply study the influence relationship between the machining process and the part accuracy， and then ensure the high quality and high accuracy of the part through the adjustment and improvement of the machining process. In this paper， the research is carried out under this background. By analyzing many factors produced by the machining process， the strategy of optimizing the process and improving the precision of parts is put forward.

关键词：机械加工工艺;零件加工精度;影響;策略

Key words： machining process;machining accuracy of parts;influence;strategy

中图分类号：TK416+.1                            文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）24-0032-03

0  引言

在现代工业的持续升级建设过程中，制造业的发展需求全部提升，尤其对于零件的精度控制有着极其严谨的要求，如果零件精度不达标，不仅会影响正常使用的效率与寿命，而且还会产生报废品，甚至造成安全威胁。对此，通过深化了解加工工艺与零件精度之间的关系，进一步强化零件精度就成为推动现代工业发展的基本要素。

1  基础概述

在机械加工中，加工工艺指的是按照设计好的图纸与程序，依据设计要求和制造标准，从而通过机械加工设备进行磨削、车削、铣削等操作，最终完成零件制造的过程。具体来说又可以分为粗加工与精加工两个阶段，粗加工是制作毛坯件并进行初步打磨的过程，精加工则是利用车削、铣削等机械设备进行优化零件的过程。加工工艺不仅在于操作的技术手段，也包括对车床的调控、对外在因素的控制以及对操作流程的掌握。

零件加工精度则是指零件的设计数值与加工实际数值之间的差距，差距越小精度越高，说明零件与设计中的要求更符合，因此在零件组装、使用以及运行的过程中会更加顺畅。但由于诸多工艺、操作、客观因素影响，加工精度无法彻底去除偏差，因此只能通过对加工工艺的控制与优化，从而找到提升精度的方法。

2  加工精度与加工工艺之间的影响关系

2.1 内部影响因素

对于零件而言，加工过程中所生成的精度影响因素首先表现在内部。具体而言，内部因素是机械加工自身必然存在的影响因素，并非外界各项干扰因素所造成的影响，而这种影响也最难降低和消除。就目前而言，零件精度受到影响最大的内部因素来自机械设备之上，也是当前能够有效调控的主要因素。机械设备在制造过程中必然存在误差，因此用于零件加工的车床等设备也必然存在误差，这就会对零件的加工造成一定的影响，必须保证机械自身的误差处于限定标准值内，才能保障所生产零件的精度符合使用要求。当机械设备自身出现较大误差后，对零件精度的影响非常鲜明;同时在机械设备长期使用后，由于各方面的磨损问题、零件老旧问题等，也会使得机械设备的内在误差不断扩大，所以还需要工作人员定期开展设备维修与保护工作，以有效调控内部误差的额度，并延长设备的使用寿命。此外，机械加工的工艺流程也至关重要，在操作过程中如果没有按照既定标准与程序进行，也会导致各类误差出现，进而成为影响零件精度的重要影响因素。

2.2 热变影响因素

在机械加工的过程中，由于零件与设备之间的高速摩擦，会导致生成大量热量，而在高温影响下，机械设备、刀具以及零件本身都可能出现热变形现象，进而导致加工精度出现大幅度降低的问题。在具体加工过程中，热变形主要分为三种不同的类型。首先是刀具热变形，指的是刀具在加工过程中由于持续摩擦生热，当热量超过一定值时，刀具自身就会出现软化变形的问题，从而成为影响零件精度的因素之一。其次为工件热变形，该类型与刀具出现的热变形问题有着相同的原因，在刀具与工件摩擦时，刀具会因为受热而变形，工件同样会因为过热而出现形变，由此不仅会导致零件精度变差，甚至还会出现质量变差、工件断裂等问题。其三为机械内热变形，这一类型并非摩擦生热而造成的负面效应，而是由于机械设备一直运转的过程中长期负荷而引起的，随着设备发动机等内部热量的逐步发散，也会对机械设备内部连接与组合的部位产生热变形作用，进而使其加工精度出现偏差。

2.3 受力影响因素

在机械加工的流程中，大量加工工艺过程需要机械设备与工件进行接触，但在接触过程中也会因为产生的各种力而导致工件出现形变问题，由此对零件精度造成一定的影响。在相关影响因素中，最突出的影响方式为工件在固定时受到机械设备的挤压而造成的变形问题，这很可能会导致零件不符合精度要求，进而沦落为残次品。其次，机械加工的设备在运行时也会受到外力所产生的作用，一般而言这些外力所造成的影响因素较小，不会对零件精度产生较大影响。但是当设备出现老旧问题或外力突然增大时，就会导致机械设备本身出现变形问题，由此也会严重影响零件的精度，使得生产的零件无法达到标准精度。对此，在实际加工操作时，必须对机械设备进行受力检查，避免外力的超标影响。此外，机械加工的过程中，由于自身的工艺形式也会造成一定的应力影响，比如在切削加工时，就容易生成残余应力，造成一定的误差影响。

3  提高加工精度的加工工艺控制措施

3.1 优化基础条件，做好设备检修保养

在加工工艺控制中，前提准备就要保证机械设备自身不存在问题，因此从机械设备角度出发，通过良好的检修与保养制度，以此做好加工工艺的基础条件。首先，工作人员应建立定期维护保养的制度规范，根据当前的设备状态、使用时长、使用频率以及故障率，设定科学的维护保养期限，并定期对设备中的不同零件进行检测，以保证设备本身保持良好的运行状态，并符合零件加工的精度要求。其次，还应建立设备使用与维修检测记录手册。一方面要记录所有的使用情况，一旦由于使用者自身的操作失误或流程颠倒问题引发设备故障，其必须担负相应的责任，以此可以提高使用者的专注度与严谨态度。另一方面，要记录所有的保养与维修记录，通过真实的数据记录可以反馈设备的使用情况，比如是否出现老化现象、是否存在运行不稳定问题、是否需要更换设备零件等，以此延长设备的使用寿命，并为设备的精确度要求做出保障。

3.2 严格控制过程，优化加工制造流程

对于机械加工工艺而言，从设备选购到零件精度检验的全部内容都属于其主要流程，因此必须对操作过程设置严格的标准与规范，才能保证整体过程中的误差问题与影响因素降到最低。首先，在机械设备的选购环节中，加工的实际需求是决定设备型号的关键因素，因此需要先了解零件加工的需求，确定设备的相关参数，进而选择合适的设备，由此不僅可以控制成本，同时也是有效降低和控制误差的关键因素。其次，在购买过程中还应对机械设备的质量进行检测，一方面要检查质量合格证书，另一方面要进行实地检测，保障其运转正常，自身不存在超出合理范围的误差因素等。其三，在实际加工过程中，工作人员也要按照加工流程、设计图纸以及机械加工的基本标准与规范进行操作，比如要遵守机械设备的使用规范、操作方式符合机械加工标准等，由此尽可能降低人为因素引起的误差问题。此外，在零件制造过程中，如果发现设备存在一定的误差问题，则可以通过计算误差量与相关数据，进而通过误差补偿的方式进行优化加工工艺，由此也可以达到提高精度的目的。

3.3 加强温度控制，降低热变因素影响程度

热变形是机械加工过程中最容易出现的影响精度的因素之一，同时由于其广泛存在，刀具、工件以及机械设备本身都可能受到高温影响，这就需要工作人员在操作过程中充分考虑温度的变化，进而通过有效调控温度的方式，避免因高温引起超出标准的误差。一般来说，刀具与工件受热变形的高温条件较高，而且二者都处于明面，工作人员通过观察经验即可有效判断其温度情况，因此可以直接通过人工降温的方式处理，比如使用冷水冲刷等方法，可以便捷有效地实现降温要求。但是由于机械内热而引起的变形现象相对不容易发现，而且很多情况下是由于内部出现严重的摩擦问题或者工作超负荷、超时长引起的，这就需要工作人员在保养时注意增加润滑剂，并控制设备的使用负荷与时长，在一定工作时间后可以停机休息，以降低设备的内部温度。

3.4 合理避免外力，减少受力因素影响干扰

外力也是影响零件精度的关键因素之一，尤其在加工工艺过程中，难免会出现挤压力、摩擦力等外力干扰，从而形成较为严重的影响，使得零件的精度下降。因此在加工与操作过程中，工作人员必须注意外力的影响，尤其对于影响精度的外力，必须进行有效调控。首先，在加工工作前，工作人员需要对机械设备本身进行检查，是否存在不平稳、不水平、少支撑等情况，同时也要检查工件与固定位是否挤压过紧，在调控好外在因素后才能进行加工操作。其次，在加工过程中，工作人员还可以通过一些操作方法降低摩擦力的影响，比如提前对机械设备的运转部位进行打磨、对刀具进行光滑处理等，由此也能达到降低误差的目的。

3.5 降低原始误差，精准定位主要影响因素

在机械加工过程中，几何精度误差方面的影响因素最为鲜明，工作人员一方面要建立更标准的使用规范，以保证测量、夹具等相关工具使用过程中的标准化，以此可以提高加工系统内部生成的误差控制力，包括内部应力、磨损问题以及热变形因素等，可以实现一定程度的误差降低效果。另一方面，工作人员还要从原始误差的发生因素中寻求工艺升级方法。首先，应建立原始误差信息分析机制，对加工过程中生成的误差因素进行全面统计，了解每一个因素所形成的影响与作用，并根据其实际形成的误差量确定主要误差因素与次要误差因素。其次，则要结合实际加工零件的工艺流程，针对主要误差因素提出有效解决或降低误差影响作用的方案，由此实现加工精度的有效控制。

以图1所示的某零件为例，在该零件中最关键的位置在于两个外圆结构，其直径为50±0.0095毫米，主要功能为安装滚动轴承，以支撑整体零件的运转过程，因此在该零件的加工过程中，此两个外圆结构的精度要求最高。在实际原始误差信息分析过程中发现，影响该零件两个外圆结构精度的主要因素有两点，其一为零件的材质因素，如果材质质量不足，就会导致该零件对轴承运转的支持力不足，进而导致误差精度不断扩大。因此在加工环节中，应增加热处理环节，通过正火过程提高该零件的稳定性与强度，由此可以避免后续加工过程中出现的内部变形问题，实现了精度提升的目的。其二为加工操作的因素。一方面在车削处理环节中需要注意操作的流程与技巧，首先要通过校正过程规范标准值，进而夹紧零件的左端，对右端侧面实施光平操作，然后开始钻孔。其次要分别开展粗车与精车处理过程，以保证右端的外圆和端面结构的粗糙度达到零件设计的标准值，满足图纸上的规范要求。接下来则进行零件掉头处理，采用四爪夹进行全方位固定，进一步校正外圆与端面上的粗糙度，保证其跳动量要小于0.02毫米。另一方面则要插入内花键，通过滚齿操作后再次进行热处理，最后要针对该零件相互位置之间生成的精度要求，分别采用60°锥孔定位、端面定位、内花键、？准27孔定位等定位方法进行优化，以保证其相互位置的精度要求。

3.6 实施补偿机制，针对解决误差影响因素

在零件加工的过程之中，误差是必然会出现的一种常规现象，但保证误差满足零件的运行要求则是加工工艺优化的关键所在。而针对原始误差来说，通过加工工艺的调整与优化，可以有效实现误差的偏移或补偿，以此提升加工过程的精度。首先，补偿方法是一种制造相对误差进而实现误差抵消与补偿作用的调节工艺方法，通过调查与分析当前工艺流程下零件的误差状态，进而通过对应的调节过程，用对应的误差量弥补原始生成的误差，以此达到提高精度的目标和效果。偏移方法则是根据加工过程生成的误差因素，提前进行加工环节的偏移预设处理，通过预留误差范畴以实现最终误差量的有效降低。通过这样的方式，一方面可以降低处理误差的难度，另一方面又能从相对误差的角度切入控制，以保證零件的精准度进一步得到提升。因此在补偿与偏移这两种提高精确度的方法应用过程中，工作人员必须把握零件的设计环节。首先，在零件图纸设计过程中，应当明确标注各种规范与要求，保证各项零件数据具有明确的标准数值。其次，工作人员需要在实施加工工艺前进行图纸的详细观察与学习，根据其设计要求确立加工工艺流程和方案，并找到零件的关键结构和位置，即精度要求更高的位置或更容易受到误差影响的区域，进而在加工过程中把握精度控制技巧。其三，在实际加工过程中，还应依据原始误差的表现与需求，设计对应的补偿与偏移方法。比如在正常的加工操作中会使得零件出现长度不足或孔洞直径不足时，就需要在加工时设置关键位置的补偿量或偏移量，即通过操作过程中的预留行为，保证最终零件所达到的精度效果满足更高要求。

3.7 误差细化分类，采用分化均化处理技巧

对于零件误差的处理，还可以选择分化与均化的方式，该方法借助了微分思想，即通过将零件中某一处影响较大的误差量分化至零件整体之上，以此保证零件虽然存在误差，但每一个关键位置和结构都满足精度要求。该方法在工艺实施过程中相对较为困难，一般需要针对特定的零件进行专项优化与设计。首先，工作人员应将该零件的加工工序进行细化并分类，确定每一个环节中生成的误差量范围，以此总体把握零件加工过程的误差控制切入点。其次，均化的技巧方式对于零件的表面误差具有更好的处理效果，因此可以通过检查刀具与零件的表面状态，从而确定差异的生成量，由此通过操作上的技巧将误差平均化，从而达到标准化误差的加工效果。

3.8 推动误差转移，提高零件使用运行质量

误差转移的方法与分化均化方法具有一定的相似性，即通过将精度要求更高位置的误差量转移到误差影响因素较小的区域，以此保证零件整体生成的误差不影响零件的正常使用。在大多数零件或设备之中，部分结构或区域需要完成更重要的零件使用或安装功能，因此需要更高级别的精度要求，而其他位置的精度要求则可能相对较低，即对于误差的敏感度较弱，所以可以在加工过程中将强敏感区的误差转移到弱敏感区。该方法不仅可以应用于零件加工流程之中，还能应用于设备方面。比如当机床横梁出现不良现象而影响加工精度，且短时间内无法进行修复处理时，就可以采用机械工具结构对轴承重梁施加压力，以此将误差因素转移到机床的其他区域，进而可以一定程度上降低横梁所引起的误差问题。

4  结语

综上所述，对于机械加工工艺而言，由于设备内部的诸多因素、加工过程引起的外力与热变形因素等都会影响零件的精度，因此做好设备的维护与保养工作，并且严格控制加工过程中的高温与外力因素，并针对不同的加工内容设计合理的设计方案，从而有效降低零件误差，实现通过加工工艺提高零件精度的目的。

参考文献：

[1]张朝国.机械加工工艺对零件加工精度的影响及控制[J].阜阳职业技术学院学报，2020，31（01）：43-45.

[2]杨洋，郭晶晶.关于机械加工工艺对零件加工精度的影响分析及控制探讨[J].中外企业家，2020（11）：256.

[3]邹锟生.论机械加工工艺对零件加工精度的作用[J].中国设备工程，2021（05）：130-131.

[4]肖文龙.机械加工中对精度加工制造造成影响的因素探讨[J].中国战略新兴产业（理论版），2019（1）：0217.