吴小风

（福州第二技师学院，福州 350301）

由于社会经济水平快速提升，我国的机械加工行业得到了良好的发展，机械加工质量要求逐渐提高。在机械加工过程中，影响质量的一项重要因素就是加工精度，因此，其是机械加工过程中需重点关注的问题之一。对于机械加工而言，影响加工精度的因素有很多，所以，在实际开展加工工作时，要想使机械工件加工整体的精度得到有效提升，就需要对其中存在的影响因素进行深入分析，并采取合理的措施进行预防和控制，尽可能避免误差，确保机械加工产品的质量。

1 机械加工精度概述

在对机械加工的部件进行质量评价时，加工精度是非常关键的参数，一般来讲，机械加工精度的表示主要是通过数学公差等级，其数值的大小，可以反映加工精度情况[1]。数值小，表明机械加工部件对精度有较高的要求；相应地，在实际加工中，允许的误差范围也就越小。在具体进行机械加工的过程中，有关加工精度的确定需要结合实际情况。单纯来讲，加工精度高，机械部件的质量也会更高。在实际的加工工作中，加工精度的提升会牵涉到成本投入问题，所以，有关机械加工精度的确定，需要根据具体的要求，在保证加工部件质量的基础上，兼顾其成本经济性。

2 机械加工精度的影响因素

2.1 机械设备因素

现如今，工件的加工基本上都需要使用机械设备，所以，机械设备本身会对加工精度产生一定的影响[2]。比如加工机床使用的时间过长，其中一些构件容易出现松动或者磨损，这就使机床主轴与中心线产生偏差，或者上面的刀具、夹具等存在一定的变形，从而对加工部件的精度产生影响。机械设备本身如果出现较大的偏差，在对部件进行加工时，实际的误差很容易超过图纸的要求范围，这样加工出来的部件产品达不到规定的要求，造成返工或者废弃处理，增加机械加工成本。此外，机械设备的安装技术如果存在问题，会使机械结构之间的连接不够牢靠，受外力作用时，就容易出现结构件松动情况，这样加工零件的精度会下降。另外，机械设备上的刀具、夹具等使用较为频繁，其形状、尺寸和安装角度等也会对加工精度产生影响。而且不同工具，产生的影响也会存在差异。例如，车刀、刨刀等对加工精度具有较小的影响；有规定尺寸的钻头、槽铣刀等，在尺寸和形状方面即使出现小的偏差，也会对加工精度造成大的影响。

2.2 数控编程因素

机械加工现如今使用较为普遍的设备就是数控机床，其对于提升加工质量和效率都起到了良好的帮助。这一数控技术的应用，需要依靠程序控制系统实现自动化，而控制系统则需要相应的控制编码和符号指令达到目的。也就是将有关信息载体输入到数控装置中，通过有关运算，使数控装置能够向各部分终端发布相应的控制信号，这样数控机床就能够依照图纸设计的要求对部件进行自动加工[3]。这表明，机床运行最关键的就是数控装置的编写程序，所以，影响加工精度的一个因素就是数控编程。这一影响因素属于不可逆的误差，数控编程确定之后，加工部件时，如果工件定位出现偏差，后续运行会出现累积误差，使偏差值逐渐增大，不能通过人工进行消除，最终加工出来的零部件就会出现尺寸大小不一致的情况。

2.3 加工温度因素

加工机床在运行的过程中，其中的加工构件运动速度非常快，这样会使各构件之间、刀具和部件之间受摩擦力作用的影响产生较多的热量，从而提高加工温度，热量如果没有得到合理的控制，容易引起工件热变形，这样零部件加工的精度就会下降。机床在运行过程中，构件之间的摩擦生热问题是客观存在的，局部加工温度升高，并不能完全消除，比如刀具和工件之间的摩擦，与加工工艺、刀具类型等都存在一定的关联。在进行车削加工时，存在大概10%的热量传递给工件，铣削、刨削加工中，会有大概30%的热量传递给工件，加工温度升高，工件热变形的可能性增大，最终会对加工精度产生影响。

2.4 受力变形因素

对零部件产品进行机械加工时，由于存在削力、重力以及传动力等作用力，部件可能会出现不同程度的变形，这会对加工精度产生影响。具体来讲，首先，机械加工部件刚度问题。因为加工部件材质的不同，不同的零部件对应的刚度也会存在差异，加工中如果刀具进行切削加工，会施加给部件切削作用力，不同刚度的零部件，会产生不同程度的变形，进而影响机械加工精度。另外是机床部件刚度问题。通过机床设备对部件产品进行加工时，因为机床需要长时间运转，所以机床部件受力会存在不同程度的变形，这样机床部件的有关参数就会和设计值存在偏差，而机床部件刚度和其变形存在直接关联，刚度不同，产生的受力变形也会不同，最终影响加工精度。再者，受力变形主要有以下原因，一方面，切削加工时，因为切削力会使加工的整个系统发生变化，引起误差，这主要是因为工件材质不均、加工余量变化等造成。另一方面，加工时会用到夹具，对工件也会产生较大的作用力，工件受力变形，因而影响加工精度。

3 机械加工实例分析

3.1 加工工件

以一种薄壁工件为例，该工件的长度大约400 mm，直径超过200 mm，工件壁整体较薄，其中端口位置的壁厚5 mm，工件结构如图1所示。其属于电机壳体工件，加工精度对于电机电流、运行效率及噪声大小等都有较大的影响，所以，在加工方面对该工件的加工精度有很高的要求。如果使用普通方法进行加工，工件加工精度难以达到标准要求，而且工件加工批次数量较少，如果再投入成本增加高精度的机械加工装置或者夹具，无法满足经济性要求。因此，需要对该工件加工精度的影响因素进行深入分析，然后改进加工工艺，使工件加工的精度达到要求，同时确保其加工的经济性。

图1 工件结构示意图（单位：mm）

3.2 影响因素

3.2.1 夹紧力变形

使用夹具对该工件进行夹紧时，在夹紧力作用下，工件出现一定的形变，这主要是因为这一工件属于薄壁工件，夹具在夹紧操作时，受夹紧方式、夹紧方向等的影响，使得工件出现夹紧力变形，在对工件进行加工时，其误差增大，影响加工精度。

3.2.2 材料应力变形

该工件在实际加工的过程中，其应力分布容易出现不均匀的情况，或者说工件本身并没有不均匀情况，但是在经过一定的加工处理后，因为需要经过应力平衡过程，所以容易使工件出现一定的形变，使得加工精度受到影响。造成这一问题的原因通常和材料制备及成型有关，材料自身具有较差的均匀性，会在应力作用下出现较严重的应力变形。另外，铸造过程中，工件成型时缺乏均匀热处理加工，出现应力形变，使得加工精度下降[4]。

3.2.3 刀具变形

工件加工时，机械设备中的构件出现形变，也会对零部件加工精度产生影响。由于工件整体刚度不够，其刚性分布不均匀，在加工过程中，相应的刀具含有较少的减震辅助支点，加工过程中容易使刀具变形，这样工件的切削力也会受到影响，进而作用到工件，使其加工精度下降。

3.3 工件加工工艺改进

3.3.1 加工工艺流程改进

该加工工件属于铸造型工件，其制造时使用的毛坯材料加工过程中需要借助重力浇注方式使其成型，为了能够使工件加工的质量得到更加可靠的保证，对该工件的性能、具体形状、尺寸及加工位置等的精度要求进行深入分析，然后选择使用500型立式车床进行加工。具体的加工流程：对毛坯材料进行铸造加工，然后经过T6热处理工序、预备处理，接着进行粗车加工、精车加工、钻取安装孔加工和毛刺处理。

3.3.2 工件加工中温度影响

该工件的材质属于铝合金，这种材料自身具有较大的热膨胀系数，和其他的钢质材料相比较，热膨胀系数是其2倍以上，在加工过程中，由于工件和刀具之间产生摩擦释放热量，使得加工工件的温度发生变化，工件产生热变形，所以，具体在进行加工时，需要对加工环境以及温度情况进行充分考虑。该次加工因为不具备恒温条件，同时加工工件的数量不多，每年只需要加工小批工件就能够达到市场的使用需求，所以，根据实际情况，选择在每年的10~11月份对工件进行加工，使加工的环境温度维持在一定范围内，以更好地满足工件加工对温度的要求。

3.3.3 改进夹具的使用

该工件加工的旋转直径最大值为270 mm，而且工件总体长度为400 mm，使用夹具对工件进行夹紧时，对其夹紧力需要进行合理的设置，如果夹紧力过大，容易使工件出现夹紧力变形，而夹紧力如果过小，也容易使工件在加工时发生松动，这样很可能会引起撞刀现象，使刀具或者设备出现损坏，进而使加工工件质量受到影响。经过几次试制后，改进的夹具如图2所示。

图2 夹具示意图

借助三爪夹持工件的底部位置，具体的夹持位置在距离底面50 mm处，同时在顶部位置设置3个辅助支撑点，其中辅助支撑属于活动结构[5]。改进后的夹具，能够较好地解决夹紧力变形问题。该工件因为属于铸造工件，其外形尺寸具有良好的一致性，所以，工件在进行定位时，可以使用装夹进行定位。加工过程涉及到粗车和精车加工，在粗车加工工序中，设置0.3~0.4 mm的余量，完成这一工序之后，将工件放在常温环境下1 d以上，确保其应力状况后，再进行精车加工，这一工序开始前需要使用百分表进行定位，保证其偏差控制在0.1 mm以下。

3.3.4 切削参数确定

对该工件的加工，在粗加工工序中，对工件设置的加工余量为3 mm，而且这一加工工序中，一共进行2次进给操作，第一次操作时，切削深度设置为1.8 mm，进给量为0.25 mm/r，主轴结构设置的转速数值为200 r/min。第二次操作时，设置的加工切削深度1.2 mm，进给量为0.3 mm/r，主轴结构设置的转速数值为25 r/min。这一加工过程中，在粗车加工环节，设置的工件加工余量在0.3~0.4 mm范围内。而在精车加工环节中，同样进行两次进给操作，第一次设置的切削深度控制在0.2~0.25 mm范围内，进给量0.2 mm/r，主轴结构设置的转速值为250 r/min，第二次操作设置的切削深度为0.1 mm，进给量为0.15 mm/r，主轴结构设置的转速数值为300 r/min。

3.4 工件加工精度控制

根据该加工工件加工过程中精度影响因素的分析，对该工件加工的工艺进行改进，良好地控制加工温度条件，同时改进夹具，确保夹紧力的合理性，科学设置切削参数，以使加工的工件精度得到有效控制。该电机壳体工件加工过程中，安装孔径对应的圆度值、直径值等的误差都在0.015 mm以下，同时，加工的工件在恒温条件下经过1 d的静置后，通过三维坐标检测，其尺寸大小、圆度的偏差都满足设计的标准要求。

4 提高机械加工精度的有效措施

4.1 注重控制机械设备自身条件

进行机械加工时，机械设备本身会对加工精度产生影响，所以，为了提高工件加工精度，尽可能缩小误差，需要从以下几点进行改进。首先，对机床设备改进，经过对加工精度影响因素的分析，改进结构设计，避免结构的不合理性导致工件加工精度下降。对机床各个零件的制造质量进行严格把控，并且强化对设备安装的监督，使设备安装过程严格按照标准规范进行，这样可以防止因设备安装不足出现加工误差。另外，机械加工中，机床的运行时间较长，一些部件可能会出现松动，因此，需要注意对机床设备加强管理和维护，特别是对有较高定位精度要求的工件进行加工时，需要进一步加大检查力度，如果出现部件损坏、松动等情况，要及时进行维修，或者对相应的部件进行更换，同时注意控制机床加工工艺，确保工件加工的精度更好地满足标准要求。

4.2 提高数控编程质量

加工中使用的数控机床是通过编程系统进行控制的，编程程序的精准性与加工精度之间存在密切的关联，如果在编程环节出现误差，就会使工件在实际加工中出现累积性的偏差，这样加工出来的部件和设计图纸之间会存在误差，所以，要想从根本上提高工件的加工精度，需要对数控编程的质量进行有效提升。编写数控程序时，需要对零件的尺寸、特征等指标进行全面了解，然后明确编程原点，在此基础上明确编程基准，同时对设计和工艺基准进行统一，避免尺寸换算方面产生偏差。另外，数控编程的原点和设计图纸之间要尽可能相符，对相应数据的计算过程尽可能简化，防止过多的计算增大误差出现的可能性。

4.3 对加工产生的热量进行控制

工件在加工过程中，相应的刀具处在高速运行的状态，因为构件之间的摩擦生热，使得加工温度升高，部分加工工件会出现热变形，因而影响加工精度。所以，对这一过程需要进行热量控制，可以合理地改善散热环境，通过外部制冷方式给加工过程散热，或者使用冷却液使加工热量降低，保持良好的机械加工温度条件。另外，需要对加工方式进行积极改进，比如可以使用干式切削技术，保证加工的质量和效率，同时，也尽可能地减少工件变形，工件加工的尺寸偏差才会尽可能减小。再者，因为工件自身材料性质的问题，加工过程中可能会使工件出现应力变形，可以使用相应技术改善材料应力分布，控制应力对加工零部件精度的影响。

4.4 注意控制外力变形影响

在机械加工中，外力是客观存在的，所以对加工精度的影响不可避免，需要尽可能采取合理的措施控制外力产生的影响。也就是对加工中产生的摩擦力进行有效控制，可以对加工工艺进行优化，通过优化工艺来抵消摩擦力的作用。同时，对机械设备要注意进行科学的养护，特别是一些出现磨损较严重的部件，可通过打磨、更换刀具等方法，尽量保证表面的平整度，降低表面摩擦力。也可通过增加材料等方式填补或者补偿误差，尽量减少外力对零件加工精度的影响。

4.5 改进加工工艺流程

对工件进行加工，不同的零部件，在加工时使用的工艺流程也会存在相应的区别，不管是哪一个工艺环节出现问题，都会对工件加工整体的精度产生影响，因此，需要改善工艺流程，对工件加工的过程进行严格的控制，可以实行加工件的全寿命周期质量管理模式，对工件的加工工艺、设备、材料及图纸等方面加强质量控制和管理，每个环节都要严格按照工艺流程执行操作，做好监督检查工作，切实保证零件的加工精度。

4.6 对相关人员的技术能力进行提升

对工件进行机械加工时，人员的主观因素也会对加工精度产生一定的影响，所以，需要对相关人员的技术能力和职业素养进行有效提升。针对相关工作人员，需要定期组织进行培训，如果是新到岗的人员，要进行岗位职责培训和安全教育，通过岗前考核之后再正式进行工作。在岗的定期培训中，针对机械加工的理念、技术和操作规范等要点进行学习。同时，对于加工中的部分关键环节，可以采取传帮带的形式，由专业能力强、经验丰富的老技术人员指导新工作人员，通过实践不断提升其工作能力。

5 结束语

总而言之，在对工件进行机械加工时，影响其加工精度的因素有很多，为了能够更好地保证工件加工质量，需要对其影响因素进行深入分析，并采取合理的措施尽可能降低加工误差，从而提高加工精度，以使工件更好地满足设计要求。