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1、机械加工过程中的常见问题及其解决措施 平学文 山西机电职业技术学院 摘 要： 随着城市现代化进程的不断推进和制造业的产能供需平衡的优化, 高质量、好性能的机械加工产品及衍生产品的种类、用途等在更新换代满足需求, 同时也带动机械加工产业的市场发展和高新技术应用。但是在实际机械加工过程中易出现加工精度低、机械振动、受力件变形等常见问题, 可能有损机械加工设备或人员伤害, 更不利于机械加工产品的质量性能和生产率。本文分析问题成因, 提出科学有效的解决措施, 具有一定的实际应用性。关键词： 机械加工; 加工精度; 机械振动; 变形; 解决措施; 1 引言我国机械制造工业的蓬勃崛起, 机械加工工艺技术的
2、不断改进与创新, 对成品率、生产率等产品技术指标愈发重视。但在实际生产加工中, 由于生产环境或机械设备、工件等客观因素或加工工艺优劣等可控因素, 出现精度低、机械振动、工件变形等常见问题, 生产出质量差、性能低、使用寿命短等不良机械加工产品, 对其所用就可能造成不可弥补的经济损失和人机危险。因此, 通过原因找出相对应的解决措施, 提高机械加工生产效率和产品质量, 满足工业快速发展的需求。2 机械加工精度2.1 定义与关系在实际机械加工过程中, 加工精度是指工件在加工完成后的实际几何参数与工件图纸所规定设计的数值符合程度, 而不相符合的程度则称为加工误差。有尺寸精度、形状精度、位置精度。通常形状
3、误差限制在位置误差之内, 而位置误差限制在尺寸误差之内。2.2 机械加工精度的影响因素2.2.1 客观误差客观误差是指在机械加工过程中必然存在的系统误差, 无法消除可尽量避免。例如加工原理误差、工件调整误差、测量误差。加工原理误差是指由于采用了近似成形运动或者近似刀具切削对工件形状轮廓进行加工而产生的加工误差;工件调整误差是指在机械加工过程中, 需调整工件与刀具相对位置或者刀具大小位置等, 由于调整无法绝对准确而产生的。其因素主要有:所使用刻度盘、样板或样件等制造误差、工具仪器本身的制造误差及磨损等;测量误差是工件的测量尺寸与设计尺寸的差值, 其因素主要有:测量人员的视觉不一与读数误差;测量工
4、具仪器本身固有的制造误差及磨损;测量时环境影响等。2.2.2 几何误差几何误差包括:工艺误差 (包括主轴回转误差、导轨误差和传动链误差) 、刀具误差和夹具误差。主轴回转误差, 机床主轴将运动和动力传给工件或刀具, 所以直接影响被加工工件的精度;导轨误差主要体现在导轨在水平面内和垂直平面内的直线度误差及平行度误差对加工精度的影响;传动链误差, 传动链误差是指传动链始末两端传动元件间相对运动的误差。可减少传动件数, 提高传动元件的制造精度和装配精度来减小传动链误差。刀具误差影响随刀具种类的不同而不同。夹具误差对工件的位置精度有很大影响, 为保证工件加工精度, 夹具的定位元件、对刀元件等关键易损元件
5、应选用高性能耐磨材料。2.2.3 装夹误差夹紧误差是由于工件或夹具刚度过低或夹紧力作用方向、受力点选择不当, 都会使工件或夹具产生变形。定位误差, 是由于定位基准与工序基准不重合以及定位面和定位元件制造不准确而引起。2.2.4 工件变形引起的误差工件在夹紧力、切削力、惯性力等的作用下, 将产生相应工件变形而形成误差。工件变形的产生不仅取决于作用力的大小, 还取决于工件自身刚强度。工件在热作用下产生的局部变形, 会破坏刀具与工件的相对位置关系, 使工件产生加工误差。热变形对加工精度影响较大。2.3 提高机械加工精度的措施2.3.1 减小或消除误差法直接减小或消除误差法是机械加工工艺过程中提高加工
6、精度惯用的方法, 能快速有效地保证机械加工产品的精度和性能品质。是需要对机械加工过程中的各类误差进行原因分析和归纳, 然后根据误差原因和解决经验, 寻找最适当的减小或消除误差的工艺举措。2.3.2 转移误差法将机械加工工艺中影响加工精度的各类误差, 转移到不影响加工精度或对加工精度影响比较小的加工方向或辅助零件上, 是利用不同加工方向和零部件对误差的敏感性不同, 从而提高加工精度。2.3.3 分化误差控制法分化误差控制法, 是由误差均分法和误差均化法控制的。根据误差大小, 把工件均分为若干组, 再对各组分别进行调整加工为误差均分法。利用工件与工件表面间的密切联系相互比较找到差异, 再进行相互修
7、正或互为基准加工, 使工件被加工表面的误差不断缩小和均分为误差均化法。它适用于精密工件加工。3 机械振动3.1 分类与成因3.1.1 自由振动自由振动是在机械加工生产过程中, 工件或加工机械设备由于自身原因, 或在外界环境突然导致切削力变化, 其冲击力会打破系统平衡, 从而产生自由振动。而在自由振动过程中, 外力会减弱, 随之自由振动也逐渐减弱, 因此, 自由振动对机械加工工艺中正常生产不会产生较大影响。却不能忽视自由振动易诱发工件进行自激振动, 从而对正常的机械加工造成严重危害。3.1.2 自激振动自激振动是指在机械加工过程中, 由于设备与工件在运转时产生高频率剧烈的振动, 从而出现自激振动
8、。主要原因有: (1) 在机械加工切割时, 刀具与工件之间相互接触摩擦, 从而产生自激振动; (2) 由于工件内部硬度不一, 将加大刀具与工件间的摩擦力变化造成自激振动, 甚至出现刀刃崩断问题, 增大受力不平衡状态而加剧自激振动; (3) 由于设备所使用的刀具刚度不达标、刀具刀杆较长, 导致刀杆振动而诱发切削振荡, 切削力不恒定造成自激振动等。3.1.3 强迫振动强迫振动产生原因是由加工系统内因与外因两部分。内部原因主要是固有的惯性, 在运转过程中, 存在离心力和离心速度进而导致强迫振动。此外机械自身的设计缺陷问题也会出现转动不平衡。外部原因是指加工系统受到规律性外部干扰作用下而产生的振动,
9、即加工系统在运行时, 周围环境的其他设备工作状态在做周期性或频率性的往复运动, 产生的振动在同一频率上, 引发加工系统的强迫振动。3.2 振动对机械加工的危害目前, 振动的危害主要为:第一, 对机械设备造成的危害。振动的低频率产生会增加设备的负荷;也会引起设备与工件的连接松动导致工件的加工精准度降低;也会使得机床与夹具质量降低, 影响工件的成品率。第二, 对工件的危害。振动不仅会使机械加工中的工件与刀具之间产生一定的缝隙, 同时影响这工件的加工表面的光滑度, 导致表面出现不平整或是粗糙现象影响加工进度和生产效率。第三, 对操作人员造成的危害。振动过程常伴有高分贝的噪音, 有损于操作人员的听力健
10、康;同时影响加工刀具的使用寿命, 易出现刀具崩碎现象, 对操作人员的人身安全构成危害。3.3 机械加工中振动的解决措施3.3.1 控制振动, 降低发生在机械加工过程中, 操作人员必须熟知各类易发生振动的部件和加强相关技术操作规范培训, 尽量避免人为操作的振动产生。再次标明现场设备的自振源, 减小或者控制其振动的发生, 尽量避免外部振动频率与自振频率相近, 来规避外部设备与加工系统的共振现象发生。3.3.2 采取举措, 减弱振动设置隔振带, 减小或者消除振源的不平衡状态。可对机械设备的内部结构设计加设平衡部件, 也可对落地设备增加软垫板, 消弱振动能量。还可对加工系统中各抗振动系数研究, 减少轴
11、承间的缝隙或施加欲紧力, 从而达到有效控制。3.3.3 利用振动, 提高效率振动切削是目前较为先进的利用途径。是利用振动来改变机械加工工件的特性, 降低切削热度与力度, 提高切削工艺品质, 延长刀具的使用寿命, 提高切削工艺的利用效率和切削质量。4 工件变形变形是指机械零件在加工过程中形状的不受控变化, 具体则是指机械零件在加工过程中其尺寸、形状及位置要素发生不可控变化。4.1 主要因素4.1.1 内外力作用在机械加工中, 为了提升加工工件的稳定性, 需要对机械切削及夹紧力进行有效控制, 而力的作用是相互, 切削力与夹紧力呈正比关系。当切削力增大时, 夹紧力随之增大, 工件在切削力与夹紧力的共
12、同作用下, 会出现局部接触面温度过高, 内部结构受力不均匀, 工件的形状在加工运转下出现变形现象。4.1.2 热处理及加工作用在机械加工中, 工件受到热处理的影响, 自身的内应力平衡状态被打破, 经过一段时间的冷却, 要重新组织出平衡的形态, 因此而出现的变形。在不同的工件加工中, 会出现不同形式的变形。4.2 工件变形的解决措施机械加工的工件变形问题产生, 对于工件后期加工工序和正常使用埋下了较大的安全隐患, 加大了加工过程中的加工成本, 也明显地缩短了工件的使用寿命。为此提出科学有效的解决办法, 能提高工件的成品率和加工效率。4.2.1 强化加工工序的管控工件的变形直观反应在工件的加工精度
13、上。所以强化加工工序的管控, 做到工件在专用夹具上处于相对稳定状态进行加工, 将外界因素的影响降低最低。严格按照操作规则制度进行规范性操作, 进一步强化对各个加工流程的质量管控, 促使工件加工更具有指向性, 实现对机械加工工件变形问题的科学防控。4.2.2 提升设计准确度与毛坯质量初期, 应考虑工件变形和毛坯质量的要求, 明确工件的加工精度要求等级和参数, 明确工件毛坯质量的选取与使用。对于存在问题的毛坯进行剔除, 选择质量可靠的毛坯从材料源避免变形因素的叠加;对于加工的工件, 应不断优化调整加工方式, 或借助软件模拟工件不同加工阶段的精度要求, 时时进行比对判断, 减少加工变形问题的几率,
14、又促使工件在合格条件下进行下步工序加工, 最终保质保量地完成工件加工。5 结语综上所述, 机械加工工件对精度、形状、质量规格有着严格要求。为此, 对机械加工的工件设计、工件选取、工件加工必须遵循科学合理的规定要求。对出现的各类工件加工问题, 应能及时发现并采取有效的对应解决措施减少或消除加工问题带来的不利影响, 确保机械加工产品的成品率和生存率。参考文献1刘新强, 王恩双.机械零件加工中的变形与对策J.装备制造技术, 2012 (08) . 2李英儒.机械加工中机械振动原因及解决措施J.中国设备工程, 2017 (07) . 3李峰.机械加工工艺的技术误差问题及对策分析J.山东工业技术, 2016 (8) .
