李正耀 LI Zheng-yao

摘要：零部件加工精度為衡量汽車制造業(yè)機(jī)械加工工藝水平的重要指標(biāo)，關(guān)系到汽車整體質(zhì)量的提升。在把握汽車零部件機(jī)械加工要求的基礎(chǔ)上，對(duì)影響零部件加工精度的熱變形、受力變形和幾何誤差三項(xiàng)工藝因素展開了分析，提出了工藝改進(jìn)措施，希望能夠推動(dòng)汽車機(jī)械加工工藝的發(fā)展。

Abstract： Parts machining precision is an important index to measure the level of machining technology in automobile manufacturing industry， which is related to the improvement of the overall quality of automobile. On the basis of grasping the machining requirements of auto parts， this paper analyzes the thermal deformation， stress deformation and geometric error which affect the machining accuracy of auto parts， and puts forward the improvement measures， hoping to promote the development of auto parts machining technology.

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工工藝;汽車;零部件精度

Key words： machining technology;car;accuracy of parts

中圖分類號(hào)：U463.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2021）22-0092-02

0? 引言

在“工業(yè)4.0”時(shí)代，國(guó)內(nèi)汽車制造業(yè)想要順利在國(guó)際舞臺(tái)上占據(jù)顯著位置，需要加快轉(zhuǎn)型升級(jí)，通過(guò)提高工業(yè)技術(shù)水平達(dá)到精準(zhǔn)化、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展要求。從根本上來(lái)講，汽車整體加工制造精度與每個(gè)零部件精度有關(guān)，將直接受到機(jī)械加工工藝影響，因此應(yīng)進(jìn)一步把握相關(guān)影響因素，為汽車行業(yè)提升零部件機(jī)械加工工藝水平指明方向。

1? 汽車零部件機(jī)械加工要求

加工汽車零部件，要求達(dá)到極高精度要求，確保達(dá)到較高的整體配合度，為汽車整體性能實(shí)現(xiàn)提供保障。采用機(jī)械加工工藝，將通過(guò)各類加工設(shè)備、技術(shù)改變工件尺寸大小、幾何形狀和性質(zhì)等，要求達(dá)到汽車零部件制造參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。而零部件加工劃分為前期、中期、后期，流程繁瑣，從材料選擇到設(shè)備環(huán)境等各方面因素存在都會(huì)干擾加工質(zhì)量。所以在完成零部件粗加工后，需要開展進(jìn)一步精加工，結(jié)束加工后需要開展質(zhì)量檢查，確認(rèn)加工誤差在規(guī)定范圍內(nèi)，可以滿足后續(xù)規(guī)范性組合要求。嚴(yán)格按照汽車生產(chǎn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行零部件加工，需要考慮機(jī)械加工工藝帶來(lái)的影響，從而采取有效措施提高零部件精度。

2? 影響汽車零部件精度的機(jī)械加工工藝因素

2.1 熱變形因素

生產(chǎn)汽車零部件，需要對(duì)工件進(jìn)行切削加工，加工成設(shè)計(jì)的尺寸、形狀。在整個(gè)工藝過(guò)程中，工件與刀具間反復(fù)發(fā)生摩擦，將積聚大量熱能，導(dǎo)致零件因溫度積聚升高發(fā)生變形。在整個(gè)加工流程中，機(jī)床熱源未能合理分布，意味著受熱力作用發(fā)生的變形具有隨機(jī)性，引發(fā)零件精度下降問(wèn)題。零部件加工刀具也會(huì)因受熱變形，在持續(xù)旋轉(zhuǎn)、切割的工況條件下，刀具上將產(chǎn)生大量熱能，引發(fā)刀具變形情況，導(dǎo)致加工的零部件尺寸無(wú)法達(dá)到要求。如因?yàn)槭軣嵋l(fā)刀具形狀變化，將引起工件切削量變化，給零部件精度帶來(lái)直接影響。在機(jī)械加工過(guò)程中，熱變形難以避免，但機(jī)床、刀具頻繁發(fā)生熱變形，與工藝合理性有直接關(guān)系。如刀具進(jìn)給參數(shù)不合理，將導(dǎo)致切割產(chǎn)生的摩擦熱量過(guò)多，引發(fā)零件變形問(wèn)題。而刀具材質(zhì)不同，受熱后產(chǎn)生的變形并不相同，未能選擇適合的刀具，將引發(fā)更大熱變形，嚴(yán)重影響加工精度。此外，使用的機(jī)床難以與加工零部件匹配，如零部件過(guò)長(zhǎng)，引發(fā)機(jī)床局部升溫，就會(huì)導(dǎo)致零部件內(nèi)外溫度線型較大，降低零件加工精度的同時(shí)，導(dǎo)致機(jī)床結(jié)構(gòu)被破壞。

2.2 受力變形因素

機(jī)械加工方式較多，但均需依靠機(jī)床、刀具、工件間的相互配合完成。對(duì)工件進(jìn)行加工，將由機(jī)床刀具、夾具等給與工件切削力、壓力等各種外力，使工件在多種力作用下發(fā)生結(jié)構(gòu)變化。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，負(fù)責(zé)加工的機(jī)械系統(tǒng)因承受工件產(chǎn)生的相互作用力，可能出現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)變形問(wèn)題，導(dǎo)致刀具、夾具和工件間的距離改變，繼而引發(fā)力的大小變化，給零部件加工精度帶來(lái)影響。例如，在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋加工方面，機(jī)械系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間后，可能出現(xiàn)刀桿和外圓車刀剛度不一問(wèn)題，引發(fā)刀桿結(jié)構(gòu)變形，最終導(dǎo)致缸蓋表面精度下降問(wèn)題。而該部件加工精度低，將引發(fā)汽車燃燒室密閉性下降問(wèn)題。就目前來(lái)看，汽車許多零部件結(jié)構(gòu)尺寸較大，產(chǎn)生的重力較大，加工這些零部件時(shí)機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)剛性容易受到影響，一旦機(jī)床或刀具剛度無(wú)法與工件相適應(yīng)，將引發(fā)零部件形狀改變，導(dǎo)致整體加工精度下降。在部分特殊零部件加工過(guò)程中，刀具用于切割工件將產(chǎn)生劇烈摩擦，造成刀具因承受過(guò)多摩擦力出現(xiàn)變形問(wèn)題，加工零部件將引發(fā)表面粗糙度下降問(wèn)題。而機(jī)械設(shè)備不僅需要承受零部件重力，還需承受刀具、夾具等工具壓力，長(zhǎng)時(shí)間受力導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形，導(dǎo)致零部件加工位置下移或變形，影響零部件精度。

2.3 幾何誤差因素

在汽車零部件加工過(guò)程中，機(jī)床會(huì)引入幾何誤差，導(dǎo)致加工精度受到影響。在選擇機(jī)械設(shè)備時(shí)，出廠方通常會(huì)對(duì)設(shè)備進(jìn)行精度標(biāo)定。但因?yàn)閷?shí)際生產(chǎn)時(shí)需要采用較多大型機(jī)械加工設(shè)備，需要在現(xiàn)場(chǎng)安裝，同時(shí)安裝流程較為繁瑣，導(dǎo)致各部分裝配容易出現(xiàn)錯(cuò)差，導(dǎo)致設(shè)備幾何誤差較大。如主軸為機(jī)床核心動(dòng)力源，旋轉(zhuǎn)狀態(tài)將直接影響刀具和工件相對(duì)位置大小，安裝時(shí)存在偏差將導(dǎo)致主軸回轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生中心軸線偏離問(wèn)題，繼而引發(fā)較大幾何誤差。發(fā)生這一情況，將導(dǎo)致使用機(jī)床加工出的全部零部件存在精度值下降問(wèn)題。此外，許多機(jī)械加工設(shè)備由國(guó)外引進(jìn)，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)加工工藝發(fā)展滯后，人員在操作機(jī)械進(jìn)行零部件加工時(shí)缺少科學(xué)規(guī)范指導(dǎo)，存在技術(shù)熟練度不足問(wèn)題，也將影響零部件精度。在實(shí)踐操作時(shí)，通常利用數(shù)控編程方式加工零件，但在初始編程階段，要求人員合理選擇數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)和加工方式，合理進(jìn)行尺寸換算，通過(guò)科學(xué)插補(bǔ)減少尺寸誤差。現(xiàn)階段，無(wú)論采用哪種插補(bǔ)方式都無(wú)法避免誤差產(chǎn)生，但可以盡量將誤差降至最低，以免機(jī)床錯(cuò)位，影響零件精度。但在操作技能不足的情況下，零部件機(jī)械加工技術(shù)水平較低，容易產(chǎn)生較大誤差，導(dǎo)致零件不合格率較高。

3? 提高汽車零部件精度的機(jī)械加工工藝措施

3.1 完善加工流程

在零部件機(jī)械加工期間，為防止熱變形發(fā)生，需要深入分析零部件所處的物理環(huán)境，確認(rèn)刀具和工件的材質(zhì)、特性、尺寸等各項(xiàng)因素，通過(guò)前期分析、統(tǒng)計(jì)判斷是否存在可能引發(fā)熱變形的因素。如針對(duì)零部件進(jìn)行熱加工處理，應(yīng)確認(rèn)刀具和工件材質(zhì)具有足夠耐熱度。為避免因摩擦引發(fā)熱變形問(wèn)題，需要合理設(shè)定進(jìn)給參數(shù)，減少摩擦的同時(shí)，使用潤(rùn)滑油或冷水降溫方式減少熱量產(chǎn)生。在機(jī)械加工中期，應(yīng)加強(qiáng)系統(tǒng)環(huán)境溫度把控，必要時(shí)通過(guò)改造結(jié)構(gòu)隔離機(jī)床熱源，確保工件受熱相對(duì)均勻，避免出現(xiàn)局部溫度過(guò)高或過(guò)低問(wèn)題。為此，需要加強(qiáng)刀具、機(jī)床狀態(tài)、溫度變化等因素把控，保證加工環(huán)境正常。熱變形將導(dǎo)致刀具和零部件間的確定關(guān)系發(fā)生變化，形成轉(zhuǎn)動(dòng)誤差。因此完善加工流程，準(zhǔn)確把握刀具和零部件的關(guān)系，能夠避免因熱變形導(dǎo)致零部件加工精度降低。如在加工長(zhǎng)度大的零部件時(shí)，僅對(duì)但一面進(jìn)行切削將引發(fā)表面溫度升高問(wèn)題，加工結(jié)束后將導(dǎo)致徑向尺寸與設(shè)計(jì)值間存在差異。為避免熱變形引發(fā)過(guò)多誤差，可以搭配使用切削液降低表面溫度，抑制熱變形情況發(fā)生。此外，也可以適當(dāng)減小切削厚度，加強(qiáng)摩擦產(chǎn)熱總量控制。結(jié)合實(shí)踐條件，也按照先粗加工后冷卻方式減小誤差，最后通過(guò)精加工有效控制誤差。

3.2 加強(qiáng)檢查力度

針對(duì)機(jī)床加工精度過(guò)低的情況下，需要加強(qiáng)整個(gè)加工系統(tǒng)檢查，通過(guò)適當(dāng)降低系統(tǒng)載荷減少工件受力，并通過(guò)優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)形態(tài)和增加系統(tǒng)機(jī)械強(qiáng)度削弱外力給零件加工精度帶來(lái)的影響。結(jié)合機(jī)床結(jié)構(gòu)發(fā)生的偏差和磨損情況，可以根據(jù)與零部件的相對(duì)誤差進(jìn)行調(diào)整，如采取縮短傳動(dòng)鏈、減少傳動(dòng)部件個(gè)數(shù)等控制誤差，補(bǔ)償因結(jié)構(gòu)受力變形引入的誤差。通過(guò)系統(tǒng)分析，能確定系統(tǒng)誤差是否來(lái)源于刀具或其他部件。發(fā)生刀具誤差，主要與刀具承受過(guò)大加工負(fù)荷、長(zhǎng)時(shí)間使用等因素有關(guān)，導(dǎo)致刀具幾何形態(tài)發(fā)生變化。結(jié)合實(shí)踐生產(chǎn)需求，應(yīng)選擇與加工零部件剛度相匹配的刀具，并嚴(yán)格把控刀具質(zhì)量。在材質(zhì)達(dá)到要求基礎(chǔ)上，根據(jù)刀具磨損情況進(jìn)行結(jié)構(gòu)修復(fù)，能夠使刀具正常受力和施力，為零件高精度加工提供保障。針對(duì)零部件加工使用的專用夾具，產(chǎn)生的誤差通常與安裝和使用有關(guān)，檢查確認(rèn)存在安裝誤差，需要及時(shí)調(diào)整。發(fā)現(xiàn)因磨損產(chǎn)生誤差，需要引入誤差補(bǔ)償技術(shù)，將誤差控制在合理范圍內(nèi)?？紤]到長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后刀具、夾具等工具容易發(fā)生老化磨損、結(jié)構(gòu)變形等問(wèn)題，需要定期開展檢查，通過(guò)維修養(yǎng)護(hù)使加工系統(tǒng)處于良好運(yùn)行狀態(tài)。

3.3 改進(jìn)加工條件

選擇高精度的機(jī)床，能夠從源頭上加強(qiáng)零部件精度把控。企業(yè)在采購(gòu)設(shè)備時(shí)，需要從性能、預(yù)算、售后等多方面進(jìn)行考量，根據(jù)實(shí)踐生產(chǎn)需求合理進(jìn)行硬件配置。與此同時(shí)，應(yīng)加大研發(fā)投入，研制出高精度、高效率的機(jī)械零部件生產(chǎn)設(shè)備，通過(guò)精準(zhǔn)操控設(shè)備有效提高零件加工精度。在機(jī)械設(shè)備安裝過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)把控設(shè)備安裝質(zhì)量。如在主軸安裝期間，應(yīng)嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)軸裝配精度，并做好潤(rùn)滑工作，定期進(jìn)行結(jié)構(gòu)保養(yǎng)維護(hù)，縮小主軸回轉(zhuǎn)產(chǎn)生的誤差。選用精度高的部件，并提供支撐精度數(shù)據(jù)，應(yīng)用精度滾動(dòng)軸承等保證主軸安裝精度，能夠取得理想幾何誤差控制效果。而機(jī)床導(dǎo)軌用于對(duì)零部件加工位置移動(dòng)進(jìn)行校準(zhǔn)，在安裝時(shí)同樣需要嚴(yán)格控制精度，并且定期進(jìn)行校準(zhǔn)，使零部件在進(jìn)退刀等動(dòng)作下能夠達(dá)到較高移動(dòng)精度。伴隨著生產(chǎn)需求變化，對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行改造，應(yīng)引入專業(yè)設(shè)備和人員輔助分析，準(zhǔn)確計(jì)算設(shè)備使用誤差，通過(guò)誤差補(bǔ)償提高加工精度。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐展開分析，確定機(jī)床是否存在安裝不規(guī)范、操作不精準(zhǔn)等各項(xiàng)問(wèn)題，通過(guò)合理修正和系統(tǒng)修復(fù)能夠保證機(jī)床幾何精度準(zhǔn)確性。開展專業(yè)操作技能培訓(xùn)工作，持續(xù)提高人員操作水平，在機(jī)械加工編程時(shí)合理設(shè)定參數(shù)和選擇插補(bǔ)方式，能夠減少人為引入的幾何誤差，保證零件精度。

綜上所述，汽車零部件加工要求達(dá)到較高精度，但在實(shí)際加工時(shí)容易受多重因素的影響，導(dǎo)致零部件機(jī)械加工誤差較大，影響汽車整體性能。為提高零部件機(jī)械加工工藝水平，需要通過(guò)完善加工流程和加強(qiáng)設(shè)備、刀具檢驗(yàn)角度減少加工過(guò)程中產(chǎn)生的熱變形和結(jié)構(gòu)變形，并通過(guò)改進(jìn)加工條件減小各項(xiàng)幾何誤差，做到全面提升零部件精度。

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