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机械加工工艺误差与对策

摘要:从机械加工工艺和误差概念入手,分析机械加工误差产生的原因,从设备、工艺、技术、人员等方面提出具体的发展对策。

关键词:机械加工工艺;误差;发展对策

为转变经济发展方式,改变我国制造业大而不强的现状,2015年5月8日,国务院印发《中国制造2025》行动纲领,指明信息化、绿色化、智能化是未来制造业的方向,推动传统制造业向智能制造转型。机械加工工艺影响机械产品的可靠性和耐久性,是制造业发展的重要基础,也是衡量国家制造业水平的重要标志。机械加工受误差因素的影响,导致产品尺寸、性能与标准存在差异,影响机械加工质量。对机械加工工艺进行误差分析并采取针对性的改进措施,是提高机械加工合格率和生产效率,推动机械加工技术水平和制造业发展的有效途径。

1机械加工工艺和误差的概念

1.1机械加工工艺。机械加工工艺是根据零件的尺寸、形状、使用性能进行系统设计,确定具体的加工方法和工艺流程,进行合理选材后按照设计的图纸,借助机床、夹具将原材料或毛坯加工成需要的机械产品的过程。1.2加工误差的性质。加工误差是指被加工工件实际尺寸、形状、位置相对于设计参数的偏离值,分为系统性误差和随机性误差。系统性误差大小、方向通常保持不变或按一定规律变化,随机性误差无规律性。

2机械加工工艺误差分类

2.1加工原理误差。加工原理误差是指由于制造困难,在加工中采用近似成形运动或近似的刀刃轮廓进行加工而产生的误差。采用齿轮铣刀铣齿,理论上要求加工同一模数不同齿数的齿轮都有一把相应模数的铣刀,但实际加工同一模数齿轮的铣刀一般只有几把,造成加工时产生齿形误差。滚齿加工的滚刀采用阿基米德基本蜗杆或法向直廓基本蜗杆代替渐开线基本蜗杆,使齿轮齿形产生误差。2.2定位误差。机械加工过程中由于设备定位基准不准,会导致加工定位误差,具体表现在:一是基准不重合误差,加工过程中采用的定位基准与设计基准不相符;二是定位参照误差,加工工件与夹具定位元件之间由于机床振动而出现偏差,或数控机床加工工件形状、尺寸、大小与数字模型之间定位参照存在误差。2.3机床制造误差。机床制造误差是造成机械加工误差的重要原因,主要包括主轴回转误差、导轨误差和传动链误差。回转误差的产生主要由于机床主轴在高速运转中可能产生径向圆跳动、轴向窜动、纯角度摆动,影响工件的圆度、垂直度等。机床导轨是机床运转的支撑,也是机床各部分位置确定的标准。由于导轨在安装中质量不合格、在加工中产生不均匀磨损、在使用中受热、受力变形等都会导致导轨误差的产生。传动链误差产生于传动机构制造、安装、使用中,影响力和运动的传输,并最终导致零件的加工的误差。2.4加工器具误差。机械加工器具主要是刀具和夹具,其规格、性能、质量会影响机械加工精度,造成加工误差。刀具在长期使用中会造成磨损,如果将磨损后的刀具继续用于产品加工会对产品的尺寸、形状产生影响,影响机械加工质量。夹具主要用于加工工件的固定,使其在被机械加工的过程中位于正确的加工位置,当夹具本身存在制造问题或未按照规程使用时,会造成零件的加工误差。2.5变形引起的系统误差。机械加工工艺系统由机床、夹具、刀具和工件4部分组成,工艺系统在运行过程中会承受重力、切削力、加紧力、传动力等,使得系统各部分产生形变或存在相对位置的变化,如高速回转的零件回传时产生不平衡的离心力,造成加工误差。在辐射热、切削热、摩擦热等热源的作用下,系统会产生热变形,如磨削精密丝杠时,由于工件热变形轴向伸长产生螺距累积误差。

3机械加工工艺的发展对策

3.1确定合理工艺流程,减少直接误差。工艺流程是以一定的机械加工方法,确定若干顺次排列的工序,改变毛坯的形状、尺寸、相对位置和性能,使其转变为成品的过程。在进行机械加工之前,严格按照技术标准确定合理的工艺流程,遵循“基准先行、先粗后精、先主后次、先面后孔”的加工原则。对加工使用的机床和器具进行检验检测,对刀具、夹具进行质量控制和正确选型,对设备自身存在的误差问题加以掌握,并采取措施减少或消除不良因素,确保机床主轴、轴承、导轨、传动机构等结构符合质量标准。3.2及时处理误差,优化加工补偿技术。毛坯的精度是机械加工质量的重要基础,机械加工半成品一般会参考上一道工序的毛坯精度,半成品的加工精度缺乏衡量标准就会使产品出现加工误差。采用误差分组法,依据尺寸和工艺技术误差的大小将毛坯或半成品分为几个小组,在加工过程中根据小组实际情况进行技术调整以降低定位误差。通过提高工件装夹质量、控制切削力和夹具、增设辅助装置增加机床刚度等方式控制受力变形。注重工作环境通风散热,优化机床结构设计,定期进行设备检测、维护、清理,发展干式切切削和微量润滑切削等先进加工技术,降低工艺系统热变形。在机械加工过程中借助操作软件或人为调整机械参数,利用增加的新误差进行差异性补偿。3.3更新加工方式,提高机械加工自动化水平。(1)技术的更新和设备的升级推动机械加工工艺的发展,“中国制造2025”将高档数控机床和工业机器人列为10大重点领域之一。高档数控机床具有高动态响应的进给系统和先进的控制系统,能实现工艺参数智能化修改和自适应控制,可进行整体叶盘、大型壁板等较高质量要求零件的加工。工业机器人是应用于工业领域的多关节机械手或多自由度机器人,能实现毛坯制造、焊接、热处理、打磨抛光、装配等机械加工过程,是先进制造业典型的机电装备。(2)将数控机床、工业机器人、计算机结合起来构建柔性制造系统,提高机械加工自动化水平。利用传感技术及时发现机械加工过程中的问题并进行智能化误差补偿,如利用光电传感器检测钻孔反射光量,修正产品钻孔的孔径偏差。3.4提高从业人员素质,践行工匠精神。机械加工方法的选择、机械加工工艺流程的制定、机床设备的操作和维护都离不开从业人员,其素质提高对减少加工误差起着重要作用。“中国制造2025”要求发展智能制造,实现机器换人,将劳动者从繁重的体力支出、危险的作业环境中解放出来,转而进行工业机器人、高档数控机床的编程和控制等更具技术性的工作。企业要对从业人员进行操作技能培训,使其熟悉机床操作流程并掌握加工工艺,具备国际视野,利用慕课等信息技术平台学习先进的机械加工方法。组织开展机械加工交流经验交流会和职业技能大赛,对创新机械加工方法取得专利的人员进行奖励,宣传大国工匠的先进事迹,践行“爱岗敬业、一丝不苟、精益求精、淡泊名利”的工匠精神。

4结论

机械加工工艺误差,主要有加工原理误差、定位误差、机床制造误差、加工器具误差、变形引起的系统误差等。要对机床和工具进行质量控制和正确选型,制定合理工艺流程,减少直接误差;控制受力变形和热变形,进行误差分组和误差补偿;将高档数控机床、工业机器人结合计算机技术构建柔性制造系统,提高机械加工自动化水平;对从业人员进行职业技能培训和创新能力提升,践行一丝不苟、精益求精的工匠精神。

参考文献

[1]国务院.关于印发《中国制造2025》的通知[Z].国发[2015]28号,2015.

[2]杨柠嘉.论我国机械加工工艺中存在的技术误差问题及对策分析[J].科技风,2017(27):175.

[3]韦红星.加工精度受机械加工工艺的影响研究[J].时代农机,2017(3):11-12.

作者:李薇 单位:南充职业技术学院机电工程系

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