影响机械加工的相关问题研究与探讨

　　[摘要]影响机械加工的因素有很多，在整个加工过程中，尤其是影响工件的最终加工质量的因素是值得研究的。文章将从机械加工精度、机械加工生产线、机械加工表面质量等几个方面做简要的分析。
　　[关键词]机械加工，质量，加工工艺，误差
　　一、机械加工的精度
　　（一）工艺系统集合误差
　　1、机床的几何误差
　　在机械加工中刀具相对于工件的成形运动主要是通过机床完成的，加工精度应该取决于机床的精度。
　　（1）主轴回转存在的误差
　　机床主轴是装夹工件或刀具的基准，主轴回转误差直接影响被加工工件的精度。主轴回转误差指的是主轴各瞬间的实际回转轴线，相对平均回转轴线的变动量。主要可以分解为径向圆跳动、轴向窜动和角度摆动三种形式。此外，产生主轴径向回转误差的主要原因有：主轴几段轴颈的同轴度误差、轴承本身的各种误差、轴承之间的同轴度误差等等。
　　产生轴向窜动的主要原因是主轴的轴肩端面和轴承承载端面对主轴回转轴线有垂直度误差。主轴径向回转误差可以引起工件的圆度和圆柱度误差，但是对加工工件端面则无直接影响。主轴轴向回转误差对加工外圆和内孔的影响不大，但对所加工端面的垂直度及平面度却有很大的影响。总之，应选用高精度的轴承，用来提高主轴及箱体的制造精度，平衡高速主轴部件，这些对于提高机床主轴的回转精度有重要意义。
　　（2）导轨存在的误差
　　导轨是指机床上确定各机床部件相对位置关系的基准，车床导轨的精度要求要从三个方面研究，其中包括：在水平面内的直线度、在垂直面内的直线度、前后导轨的平行度。
　　2、刀具存在的几何误差
　　刀具存在的几何误差也是在不可避免的，在切削的过程中，刀具会产生磨损，导致工件尺寸和形状随之改变。因此，正确的选用刀具材料、合理地选用刀具几何参数、正确地采用冷却液等都能够减少刀具地尺寸磨损，从而起到了刀具磨损自动补偿的功效。
　　（二）机械加工工艺系统受力变形引起的误差
　　1、工件刚度
　　在加工工艺系统中，工件的刚度相对于刀具、机床来比较是很低的，工件由于刚度不足，在切削力的作用下就会引起变形，对加工精度的影响较大，变形量可以根绝材料力学的相关公式来估算。
　　2、机床部件的刚度
　　机床部件的刚度迄今尚无合适的简易计算方法，目前所采用的是用实验方法来测定机床部件刚度。变形与载荷不成线性关系，卸载曲线滞后于加载曲线，两曲线线间所包容的面积就是加载和卸载循环中所损耗的能量。在这一过程中还会消耗摩擦力所作的功和接触变形功，经多次加载卸载后，加载曲线起点才和卸载曲线达到终点重合，也能将残余变形减小到零。
　　二、机械加工生产线
　　（一）机械加工生产线发展的大体状况
　　在汽车、拖拉机、内燃机等许多工业生产领域，组合机床生产线是大批量机械产品实现高效、高质量和经济性生产加工的关键装备。我国传统的组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制。近年来随着数控技术、电子技术、计算机技术等的全方位发展，组合机床的机械结构和内部的控制系统也发生了巨大的变化。
　　1、柔性化进展迅速
　　随着数控组合机床的出现，既改变了过去那种由继电器电路组成的组合机床的控制系统，同时也使组合机床机械结构发生了翻天覆地的变化。传统意义上的组合机床刚性自动线和生产线，也具有了一定的柔性。主要是通过应用和改变数控程序来实现自动换刀、自动更换多轴箱，同时也改变了加工行程、工作循环、切削参数以及加工位置等。
　　多轴加工模块是一种重要模块，主要用于加工箱体和盘类工件的柔性组合机床和柔性自动线。这类模块的形式基本上可分为自动换箱式多轴加工模块、转塔式多轴加工模块及回转工作台式多轴加工模块。此外，机器人和伺服驱动的夹具也是柔性组合机床和柔性自动线的重要部件，目前已较广泛地采用龙门式空架机器人进行工件的自动上下料。由于搬运所用的工件不同，还可以在自动线旁设置手爪库，推动实现手爪的自动更换。
　　2、节拍时间进一步缩短
　　我国机械生产早期的生产线要实现短的节拍，多数是采用并列的双工位或设置双线的办法。目前，我国主要是通过缩短基本时间和辅助时间来实现的，其中的主要途径是采用新的刀具材料和新颖刀具，通过提高切削速度和进给速度来缩短基本时间。缩短辅助时间主要包括了几个方面的因素：工件输送，加工模块快速引进，加工模块由快进转换为工进后至刀具切入工件所花的时间等，这几项内容是其中的重点。
　　3、可靠性及利用率在不断改善和提高
　　为了提高加工过程的可靠性、利用率和工件的加工质量，要积极采用过程监控，重点应对各组成设备的功能、加工过程和工件加工质量进行监控，以便能够快速的识别故障，及时做好故障诊断和早期预报，使操作人员和维修人员能顺利进行，从而减少设备停机时间，也避免造成加工质量偏差。
　　从目前的情况看，自动线的控制技术已经由集中控制方式转向分散控制方式，这种方式要比采用集中控制系统节省一部分费用。其主要原因是分散控制系统能够减少电缆敷设费用和电气保养维修费，同时也不需要设置集中冷却装置。总之，这种系统的配置比较简单，有利于自动线的投入运行，也降低了成本。
　　（二）机械加工生产线的发展趋势
　　随着市场竞争的加剧，高精度、高生产率、柔性化、周期短、数控组合机床及其自动线正在冲击着传统的机床生产线。生产线今后的发展思路就是要朝着以提高组合机床加工精度、组合机床柔性及可靠性为目的的趋势发展。
　　三、机械加工表面质量对机器使用性能产生的影响
　　（一）表面质量对耐磨性的影响
　　首先，表面粗糙度对耐磨性的影响
　　一个刚加工好的摩擦副的两个接触表面之间，最初的阶段主要在表面粗糙的峰部接触，真正的接触面积远远小于理论接触面积，实际接触面积处产生塑性变形、弹性变形和峰部之间的剪切破坏，从而就会引起严重的磨损。接触面的粗糙度有一个最佳值，其值与零件的工作情况有关，初期磨损量增大，表面粗糙度最佳值也随着加大。
　　其次，表面冷作硬化对耐磨性的影响
　　加工表面的冷作硬化会使摩擦副表面层金属的显微硬度提高，过分的冷作硬化将引起金属组织过度疏松，甚至出现金属的剥落，就会导致耐磨性逐渐下降。
　　（二）表面质量对耐蚀性的影响
　　这是针对于表面粗糙度来说的，表面粗糙度值愈大，凹谷中聚积腐蚀性物质就愈多，从而抗蚀性就愈差。
　　（三）表面质量对加工配合质量的影响
　　表面粗糙度值的大小始终影响着配合表面的配合质量，因此，对于间隙配合，粗糙度值大会使磨损加大，破坏要求的配合性质。应该使实际过盈量减小，降低了配合件间的连接强度。
　　（四）表面质量对工件的配合质量影响
　　表面粗糙度值的大小将影响配合表面的配合质量。对于间隙配合来说，粗糙度值大会使磨损加大，从而就破坏了要求的配合性质。过盈配合过程中，一部分表面凸峰被挤平，实际过盈量减小，就会降低配合件间的连接强度。
　　四、结束语
　　综上所述，在整个机械加工的过程中，影响其发展的因素较多，加工中也会产生一些误差，影响着机械加工的精度，因此，为了减少加工误差，就要对误差产生的原因进行详细的分析，及时找到解决措施。此外，在机械加工生产线和机械加工表面质量两个方面也存在着多种影响因素，应从现状着手，做好对比研究，以便推动机械加工业继续向前发展。
　　五、参考文献
　　【1】杨明利、朱晓雪《浅谈机械加工发展趋势》，《辽宁大学学报》2008年04期第68页。
　　【2】刘涛《论我国机械加工制造业现状与改革》，《黑龙江科技信息》2007年11期第77页。
　　【3】国红艳《机械加工与制造的理论研究与探讨》，《机械工程学报》2004年05期第155页。

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