机械加工工艺技术误差及改进分析

谢良雄

摘要：为了有效改进机械加工过程中存在的误差问题，研究以某个零件加工案例为对象，对机械加工技术加工过程中存在的问题展开研究分析，深入探讨了机械加工技术的误差以及改进方法。先对零件加工过程中存在的变形问题、残余盈利以及磨削刚性误差以及装夹不合理等问题展开研究，从机械加工机床精度、刀具刃口以及工件装夹方法等方面为切入点，详细对机械加工工艺技术的误差展开探究，并提出了相应的改进方法。最后，经验证结果证明，改进后的机械加工工艺具有良好的效果，不仅能够有效提高加工的精度和效率，还能够为相关工作提供参考。

关键词：机械制造  加工工艺技术  误差分析  改进方法

中图分类号：TH16

Analysis of Errors and Improvements of Machining Process Technology

XIE Liangxiong

（Lianyuan Industry and Trade Vocational Secondary School， Loudi， Hunan Province， 417100 China）

Abstract： In order to effectively improve the error problem in the machining process， this study takes a certain part processing case as the object， studies and analyzes the problems of machining technology in the machining process， and deeply explores the errors and improvement methods of machining technology. Firstly， this paper studies the problems of deformation， residual stress， grinding rigidity errors and unreasonable clamping during the machining process of parts. Then， it takes the accuracy of machining machines， the cutting edge of tools and the clamping methods of workpieces as starting points， explores the error of machining process technology in detail， and proposes corresponding improvement methods. Finally， the verified results have shown that the improved machining process technology has good effects， which can not only effectively improve the accuracy and efficiency of machining， but also provide reference for related work.

Key Words： Mechanical manufacturing; Process technology; Error analysis; Improvement method

制造领域中机械加工工艺技术具有不可替代的作用，而加工精度作为机械加工的重要指标，在加工过程中如何有效降低加工误差，合理对机械加工精度进行控制，是提高机械加工工艺技术质量的一个重要问题。因此，本文以某个零件加工为研究对象，从机械加工工艺技术的误差与控制等方面展开了探究，并提出了相应的改进措施。

1 机械加工工艺技术概述

机械加工工艺是一项复杂的工作，它涉及从原材料或毛坯件到最终成品的各个步骤，工艺流程的设计和实施必须依据设计图纸的尺寸、样式和要求进行，而且还需要考虑各种机械加工方法的适用性和局限性。机械加工工艺流程的复杂性不仅在于加工步骤的繁多，还在于加工过程中需要控制的各种因素，每个加工步骤都可能影响到产品的精度、表面质量、材料性能等各个方面。因此，对于机械加工工艺流程的控制必须严格，任何一点失误都可能导致产品质量出现问题[1]。

2 机械加工工艺技术误差分析研究

2.1零件加工案例分析

为了进一步探究机械加工工艺技术的误差，本文以某个设备上的齿轮结构为研究对象，已知该零件的直径、厚度分别为71.12mm和3.3mm。根据图样要求，该零件是采用一种渗碳钢制作而成，常用于高荷载设备上。实施零件加工的工艺技术方案，主要分为22个步骤，但是在实际加工过程当中，存在3个问题：（1）零件在经过热处理时发生了严重的变形；（2）平磨时齿轮的齿宽厚度不均，误差超过0.12mm；（3）部分零件加工时出现脱松动问题。

2.2产品机械加工过程中存在的误差

2.2.1齿轮变形

机械加工过程当中，导致加工误差出现的原因分为很多种，如加工材料自身的特性、数控机床的精度、加工刀具的状况等均可能会造成误差的出现。尤其是在机械加工热处理之前，由于对零件的尺寸、阵列孔等方面的要求不高，所以常被放置在粗加工阶段，但这就会导致被加工的零件内部平衡失调，内部应力被改变，从而导致零件的变形[2]。

2.2.2平磨厚度误差

磨削热的影响、磨削零件的刚性以及精加工过程安排不合理都可能导致平磨基准大端面后齿宽厚度差较大。在磨削过程中，砂轮与工件之间的强烈摩擦会产生较大的热量，导致工件表面温度迅速升高。由于表层金属的塑性变形和残余应力的作用，工件会产生挠曲变形，特别是在磨削区的中部和边缘处。同时，按照现有的工艺流程，零件在磨削时常常存在壁厚不均匀的问题，导致刚性较差，在加工过程中，这种刚性不足的零件极易产生变形，进而影响其精度和质量[3]。

2.2.3工件装夹误差

工件装夹方式和夹具误差都是影响加工精度的关键因素。机械加工过程中，工件若是没有正确地装夹在机床上，就可能会导致多种问题出现，例如工件变形、偏移或者振动，从而零件加工的精度造成一定程度的影响。同时，夹具是机械加工工艺技术中不可或缺的一部分，装夹的方式有多种，包括直接装夹、台钳装夹、压板装夹等。直接装夹适用于小型工件，通过直接将工件放在机床工作台上进行装夹，这种方式虽然简单，但对于大型工件来说，由于其重量和体积较大，可能会导致工件变形和定位不准。

2.2.4磨削液

在机械加工过程中，切削液扮演着不可或缺的角色，它不仅起到冷却作用，能够有效地带走由切削过程产生的热量，同时还具备润滑和清洗功能。然而，切削液中的某些成分，例如杂质、颗粒和水分的存在，也对加工精度产生一定的影响，它们可能会划伤工件表面，导致粗糙度下降，或者阻塞刀具的切削刃，降低切削效率。

3 误差改进方法

机械加工过程中存在多种误差问题，而常见的误差改进方法见表1所示。

3.1对零件结构进行优化处理

在对加工零件进行热处理之前，需要可根据毛坯二合一双倍壁厚的要求对零件进行数控机床车加工，这样做可以增加除齿轮以外的其余部位的厚度，并使整个零件设计成对称结构。采用这种结构，能够有效降低零件的轮廓比值，增加零件的整体刚性；并且，还能够进一步降低热处理后零件的齿轮磨削余量，改善热处理后零件的变形情况。同时，在对零件实施热处理之前，可以通过采取消车环槽和钻阵列孔的工艺步骤，解决零件的壁厚不均匀的问题，这样既可以减小了零件内部应力的变化，还能够改变机械加工过程中存在零件变形问题[4]。

3.2降低机械加工残余应力

在进行车环槽和钻阵列孔等机械加工过程后，工件内部可能会产生残余应力，这些应力会影响工件的精度和稳定性，因此需要采取措施来降低其影响。如在磨削前增加去应力工序，采用热处理、振动时效、超声波时效或冲击时效等方法，释放工件内部的应力，进而达到减少工件内部的残余应力的目的。此外，还可以借助合适的加工方法或者工具来提高工件的加工精度和质量稳定性。

3.3优化加工工艺参数

提高数控机床加工精度的另一种重要方法是优化工艺参数，通过对工艺参数的调整和优化，可以有效地提高零件的加工精度，具体措施叙述如下。

首先，根据零件的精度要求选择合适的刀具。刀具的规格和精度的选择是影响加工精度的重要因素，选择正确的刀具可以确保加工过程的稳定性和精度；其次，控制切削深度和被吃刀量，减小切削力和机床振动对加工精度的影响。在切削过程中，切削深度和被吃刀量的控制对于减小机床振动和切削力具有重要作用。合理的被吃刀量和切削深度可以提高加工过程的稳定性，从而降低误差。此外，合理规划切削路线也是提高加工精度的重要手段，通过合理的切削路线规划，可以减小切削加工零件应力变形的程度，提高加工精度。所以，通过借助不同的方式对机械加工工艺技术参数进行优化调整，不仅可以提高零件加工的精度，还能够有效降低由机床因素导致的加工误差，使得最后加工完成的零件，能够满足用户的需求[5]。

3.4误差补偿技术的应用

数控机床的精度问题一直是制造和生产过程中的重要挑战，现代数控系统提供了各种先进的误差补偿功能来消除机床系统误差，从而提高了整体加工精度。其中，螺距误差补偿是一种有效的方法，它通过测量机床实际传动过程中产生的位置误差，对伺服系统传动产生的误差进行合理补偿，从而提高了传动精度。

4 改进后的机械加工工艺技术

4.1加工设备选择

为了验证改进后的加工工艺方案的可行性，本文选择利用普通类型的卧轴距台磨床为平面磨削设备，磨削的砂轮选择利用抛光镜面类型的磨砂轮。针对工件夹具的选择为导磁夹具，该夹具的应用能够有效保证工件在装夹过程中的稳定性。

4.2磨削液选择

针对磨削液用量方面的选择，本文将根据每一次进刀量进行设置为不超过0.01m，其磨削的速度为20～25m/s。并且，在产品加工过程当中需要加强对乳化液的重视，用于对工件进行冷却处理。

4.3改进前后的技术效果对比

在对改进后的机械加工工艺技术进行验证时，本文选择8件工件为实验对象进行验证分析。在加工时，改进后的工艺技术应用，有效改善了热处理后工件端面变成问题与零件环槽外部端面的平面度，使其变形量合理控制在0.1mm范围之内，而挖断磨削平面度不超过0.02mm。这样一来，不仅保障了齿轮齿宽的厚度，还确保了工件装夹的稳定性，避免了加工时工件出现跑动的现象[6]。最后，当完成零件加工任务后，从零件的跳动以及厚度等方面对加工误差进行评估分析，具体结果见表2所示。

从表2结果来看，改进后的机械加工工艺技术，能够有效解决加工误差问题，并满足零件磨削前跳动的需求。

5 结语

综上所述，机械加工工艺技术误差分析与改进不仅关系到产品加工的质量、成本以及效率等，还对推动机械加工制造领域的发展具有重要的现实意义。因此，本文结合机械加工案例，对加工过程中存在的误差与改进展开分析研究，发现在机械加工过程中误差的出现是无法避免的，但是可以采用不同的技术来减少机械加工的误差，如通过提高数控机床的精度、优化刀具、调整加工工艺参数等方式，都能够减小机械加工的误差，使得其精度与加工效率得到提升，这对促进机械加工工艺技术的水平提升具有一定的实践意义。

参考文献

[1] 吴清雨，殷耀君，姚素娴，等. 薄板齿轮加工工艺研究与改进[J]. 机械传动，2023，47（4）：171-176.

[2] 陈启迪，胡小龙，吝敏，等. 超精密加工误差补偿技术研究综述[J]. 中国机械工程，2023，34（3）：253-268.

[3] 陈齐志. 工业机器人铣削系统颤振分析与加工精度提升方法研究[D]. 济南：山东大学，2022.

[4] 陈玮峥. 考虑载荷工况的机床主轴精度测试与空间误差分析[D]. 长春：吉林大学，2021.

[5] 尹瑞雪，李付春.成本约束下数控铣削刀具路径与参数低碳化研究[J].机械设计与制造，2022（11）：117-121.

[6] 孙鸣雷.机械加工工艺技术与误差方式分析[J].新型工业化，2022，12（5）：60-63，67.