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机械零件加工十篇
机械加工工艺对零件加工精度的内在因素一般为机械加工系统中的几何精度误差和安装相关机械时的不规范,内在因素的存在对加工零件的精度影响十分显著,且它的特点是不易消除。几何精度中的机床本身的误差是最为重要的影响因素,机床本身如果存在问题,那么在加工后所生产出的零件一定也存在相当大的误差。机械加工工艺对进行零件加工的设备要求很高,设备的好坏直接影响到生产零件精度。零件的加工机械一般是较大型的组合型机械,这种大型机械会满足零件的精度要求。在组合型机械进行工作时,安装机械是必不可少的环节,机械的各个组合部分有很高的契合度,如果在安装的过程中没有将机械组装好,则将引起零件精度不准确。在日常工作的磨损中也会是机械的各组成部分产生细小的缝隙,这也将对零件的精度产生影响。
在机械设备对零件的加工过程中,机械对零件的接触将使零件受到力的作用。例如有些机械加工设备过紧,它对零件产生的挤压也将成为零件所受的一种外力,加压力对零件的作用是不在加工计算范围内的,所以它的影响将直接是零件的大小产生一定的误差。一般的机械的运行都会对所加工的零件有微小的力的作用,这种看似不会影响零件精度的外力作用往往被生产零件的部门所忽视,但事实上这种运行过程中产生的力的作用会随着时间积累慢慢变大,最终产生足以影响生产零件精度的作用。
机械加工工艺对零件精度的热变因素分为三种,即加工工艺中存在的刀具热变、工件热变形、机床本身及其结构热变形。机械加工工艺过程中存在的刀具热变就是在进行零件加工时的必要切割过程,有些零件的尺寸较小而加工它所用的材料的尺寸却较大,这时就需要用专用刀具对材料进行机械切割。要保证所切割出的零件符合标准,在切割过程中就要反复的切割直至所切割出的材料大小正好符合要求的零件尺寸大小。反复切割的过程就是机械摩擦大量产热的过程,产生的热量会使生产出的零件发生变形,进而影响零件的精度。工件热变形的影响主要是针对长度较长的零件来讲的,在机械加工工艺中经常会加工一些对长度有要求的高精度零件,零件在机械打磨的加工工艺中因为长度过长的原因将产生工件表面温度过高的现象,而其内部的温度却还与环境的温度保持一致,这样就引发了工件的内外温差大的情况,内外存在的温差就会使零件造成严重的形变,这种形变就称之为工件热形变。机床本身及其构件的热变形就是主要针对在加工过程中机床和其它构件运行过程中会相互作用,导致机床本身部分或整体的温度升高。机床局部的温度升高会影响机床本身的结构契合度,高温状态下会使机床的一些部分结合紧密而另一些部分则将会产生结构上的细小缝隙,这样就导致了加工的零件会存在精度不准的问题。整体的机床发热问题会影响带机床本身的正常运行,机床运行的速度会因为温度的升高而下降,这就进一步影响到了所加工生产的零件品质。
在机械加工工艺的过程中要想合理的防止几何精度的误差对零件精度产生影响,就要在选择加工机械加工设备上加以注意,一般的几何误差都来源于出厂时的机械加工设备,对所需要的机械加工设备进行严格的检验。在检验的过程中充分了解设备本身存在的误差问题,经过选择淘汰来找到最适合生产高精度零件的机械加工设备。如果对于已经工作的机械加工设备进行改造,就要对其日常工作所生产的零件进行误差的统计,对得出的数据进行系统的分析,将误差的准确值数据输入到机床的工作系统中去,让其自动的对结果进行误差的消除,生产出的零件就不会存在较大的精度误差。
在机械加工工艺的过程中,设备对零件所产生的力的作用主要就是挤压力与摩擦力,减少外力对零件精度的影响就要从减少这两方面的力入手。日常加工工作的进行前就要对加工设备进行检查,对固定零件部位过紧的设备要进行及时的整修,减少设备对零件产生力的作用。机械加工设备的表面不可避免都会有摩擦作用,例如在一般的零件生产过程中零件与机床的接触过程中都会产生一定的摩擦力,在持续生产的过程中也会增加设备的表面摩擦力。所以在日常的设备检验过程中就要对表面进行定时的打磨,减少零件与设备接触面的摩擦力的作用,进而减少零件加工过程中产生的误差。
机械加工工艺过程的温度对加工的结果具有重大意义,温度是影响加工设备运行的重要因素,过高的温度与过低的温度都将影响设备的正常运行工作。在加工过程中如果运行的速度快引发了温度的增高就要采取冷水降温的解决措施。例如在对零件的打磨工序中,机床上高速旋转的砂轮与零件相互摩擦将产生大量的热,温度过高将使与砂轮接触的零件部分变形,避免零件变形的重要措施就是用冷水进行设备的降温处理。
异形件、薄壁件的零件在普通机械加工过程中,因为零件壁厚很薄,刚性较差,在机械加工过程中切削力很容易使工件发生不可估量的变形,因而无法达到图纸的技术要求;而电加工在加工过程中主要利用电腐蚀原理进行切割加工,加工过程中产生的切削力应力很小,加工后零件基本上变形量很小。为到达图纸要求则利用机械加工和电加工相结合的方法进行零件的加工操作。
传统的加工主要依靠车、钳、、铣、磨、镗。以钳工为核心,个人能力的局限性,过多人为因素的参与,使得生产的水平、效率和可靠性受到限制,管理也相当有难度。在精度和产品质量也受到很大限制。人力要求多也是一个难题。
随着机床设备和加工刀具的高速发展,切削加工在整个制造业中扮演着重要的角色,但也暴露出了一些问题: 比如对硬质材料的加工必须要经过热处理工艺,但是热处理工艺又伴随着相应的零件变形和内应力的产生,后续必须要进行处理,较为麻烦。另外,对于复杂零件,异形零件,超薄零件等负面的加工也有很大的局限性,因此加工也比较麻烦。
电加工是利用电极与工件之间的放电腐蚀效应的一种加工方式,一般采用高频脉冲回路进行放电。与传统加工相比,其显著特点有: 加工精度高,能克服传统加工对高硬度材料加工的缺点,“以柔克刚”,此外还能显著提高加工效率和得到较好的表面质量。
电加工主要适用于加工传统机械切削加工难以加工或无法加工的材料。如淬火钢、硬质合金、耐热合金等。因为材料的去除是靠放电热蚀作用实现的;可加工特殊及复杂的零件。由于在加工过程中不受切削力,工件与工具间宏观作用力很小,所以便于加工各种型孔、立体曲面、小孔、深孔、窄缝零件,而不受工件和工具刚度的限制;电加工可改变机械零件的加工工艺路线,由于加工时不受材料硬度、脆性等的影响,所以在淬火后进行加工,从而避免淬火过程中产生的热处理变形;加工过程中脉冲电源的参数随时可以调节,所以加工过程中,只需调整电参数即可切换粗、半精、精、超精加工;线切割加工可用于贵重金属下料、窄缝切割、细微异形孔切割、上下异形切割等。
实例讲述一下该零件的加工方法,通过分析零件结构,此零件用普通机械加工无法达到侧面形状和尺寸要求,另外该零件同时属于异性件零件,并且薄厚只有4.5mm。普通的机械加工很难加工出来,并且成本极高。综合分析该零件的结构特点和加工工艺,此零件需用到普通机械加工、数控加工和电加工三者有机结合。
(1)机械加工,在数控铣削过程中完全可以把单个零件铣削加工出来,但是成本比较高,用材也非常浪费,此时应考虑把机械加工和电加工相互结合起来加工制造此零件。因此可以考虑首先进行机械加工,首先下料外圆大于151(留出加工余量单边3mm),再次以车为主,在普通车床上进行加工,对零件外形151和长度尺寸(留出数控铣削加工的夹位)进行控制;(2)数控铣削加工,在已经加工的圆柱周围铣削出导程2690的右旋螺旋,以及外形尺寸,并且对零件上的孔的位置进行钻点,一共可以加工出26件产品,如图2;(3)电加工,把半成品零件从圆柱上切割下来,利用线切割原理,夹持工件校正垂直度和平行度后,编制切割142的圆程序进行切割,得到多个半成品零件。从外圆位置上进行切割,控制走丝速度和切屑量,防止外圆发生变形;(4)最后进行钳工钻孔即可。由上分析可见,机械加工与电加工在产品生产过程中得到广泛应用,优势不言而喻。原材料得到了有效利用,零件的精度得到了控制,生产的速度和质量得到了保障。虽然电加工在制作中起到了重要作用,但机械切削加工并不能被它所替代,工艺人员应根据不同的情况,合理安排应用这些方法,设计出切合实际的工艺规程。
随着工业不断更新和发展,普通机械加工已然不能满足零件的设计要求和加工精度,单纯的机械加工满足不了零部件的加工精度,特别对于哪些复杂的零件需要先进设备进行加工的零件,只需要合理利用机械加工和电加工相结合的方法即可避免使用高端先进设备加工,这样节约了加工成本提高了工作效率和进行效益。
[3]张建华.精密与特种加工技术[M].机械工业出版社,2003(11).
支架零件采用较多的材料是HT200,灰铸铁有较好的耐热性和良好的减振性,铸造性能较好。该类零件的机械加工工艺规程主要包括分析零件工艺性、选择毛坯的制造方法、选择基面的水位和高程的起始面、制定工艺路线、确定各工艺的制造设备、刀具和夹具等、确定工序的切削用量,填写完整的工艺文件。以下为支架需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求,如下图所示。具体要求如下:(1)圆柱φ40mm,Ra为5.4μm;(2)圆柱上方通槽,槽宽8mm,Ra为6.3μm;槽深5mm;(3)圆柱体上的圆柱孔φ8mm,对底板的不垂直度为0.02mm,Ra为10.5μm;(4)底板4xφ8H7圆柱孔,Ra为1.6μm;(5)两侧加强筋圆柱有对称度要求,不对称度为0.20;对底板有垂直度要求,不垂直度为0.10(图1)。
该支架零件加工集很多工序为一体的制造工艺,为了完成该零件的制造,需要进行一串的连续动作。制定出科学完善的工艺路线,对机械制造的有序进行有着重要意义。对于该零件的工艺路线,可拟定如下工艺路线:铸造时效处理铣上下端面铣下面侧面钻孔镗孔钻孔沟槽铣宽槽质检入库。制造工艺不是一层不变的,在实际生产过程中可根据实际零件特点,对加工的环节适时进行调整和改变。
加工余量必须保证能达到规定标准的精度和表面粗糙度。加工余量的确定的方法通常有三种:第一经验估计法,由工艺人员根据工作经验进行估算;第二查表修正法,以生产实践和实验研究相关资料数据制成的表格为依据,加工过程中结合加工实际情况修正;第三分析计算法,根据试验资料和计算公式计算来确定加工余量。分析上述三种方法,经验估计法由于根据经验得出加工余量,加工余量偏差较大;分析计算法余量计算比较合理,但是由于受到切削条件的变化和实验数据的影响,在实际生产中使用受到较大的限制;查表修正法依据试验资料并且经过公式计算,计算的加工余量比较准确。因此在实际生产中一般使用查表修正法。例如铣削加工,可查《金属机械加工工艺人员手册》P1050表13-27平面的刨、铣、磨、刮加工余量(mm)摘要,查表确定好工件半精铣时的加工余量为1.5mm,总的加工余量7.5mm,扣除半精铣时的加工余量1.5mm,可以确定工件粗铣时的加工余量为6mm。
定位基准的选择应该尽量符合基准重合原则,在整个夹具中,采用支承板和定位销定位,分别限制6个自由度。底面的三个支承板限制两个自由度,侧面的两个支承板,限制3个自由度,定位销限制1个自由度。
夹紧装备要求在夹紧过程中,在夹紧力的作用下工件不应离开定位支撑;夹紧力方向与工件刚度最大的方向保持一致,尽量减少工件的变形,与工件受到的切削力、重力方向保持一致;夹紧点正对支撑元件或位于支撑元件所在平面,作用点位于工件刚性最好的部位。
夹具体一般夹具上较为复杂的元件,不仅要考虑安置在夹具中所需要的各种元件,还要考虑工件装卸和机床固定是否便利。因此设计的夹具体应具有重量较轻,便于操作;有良好的强度、刚度等力学性能;吊装方便,安全使用;结构和尺寸都较为稳定,有一定的精度;排屑方便,保障机器性能等特点。
在夹具设计安装方案时,可以拟定夹具机构方案,对确定工具安装位置有很大作用。例如槽在加工过程中需要保证刀具方向的位置,为了快速准确的对刀,必须使用直角对刀块。夹具在安装时,采用一对定位键定向,用螺母加紧两端耳座的T形螺栓,以保证对刀块的方向和工作台纵向方向保持一致,从而保证零件的加工质量。
支架类零件的设计加工,包括了加工工艺和工装设计。在设计加工中应该选择合适的机械定位基准,分析零件的工艺性,拟定工艺制造路线,确定较为准确的加工余量和切削用量;加工中采用专用夹具,提高了生产效率,同时提高了加工精度,提高了产品的合格率。随着机械加工工艺的不断完善,支架类零件的加工也将取得长足发展。
[1]徐晋之.“钻床夹具设计”零件的机械加工工艺过程及工艺装备[J].科技传播,2013(03).
[2]魏延辉,刘施菲,许德新.机械构形平面的工作空间研究[J].哈尔滨工程大学学报,2012(06).
在机械零件制造业中,其组成零件的材料、结构和技术要求各不相同,各种工具的用途和性能也不同。所以,各种零件的加工工艺是不同的。在各种零件中,最常见的有齿轮类、箱体类和轴类零件等,本文通过对这几种常见的机械零件加工工艺进行了分析与研究。
在加工机械零件之前首先要选料、确定毛坯。正确选择毛坯的删选加工方法,这样有利于提高机械零件加工的合格率和利用率。在选择毛坯时,应考虑零件的复杂程度、生产批量的大小、技术要求等方面的因素。在通常情况下,主要应以生产类型来决定。
2.对零件进行工艺分析。本环节主要包括以下几点内容:第一、分析零件的材质、热处理及机械加工的工艺性;第二、分析零件主要加工尺寸、类型等方面的内容;第三、分析加工零件的作用及技术要求。
3.制订机械加工工艺路线。本环节主要包括以下几点内容:第一、制订工艺路线;第二、选择定位基准;第三、确定各表面的加工方法。
4.选择机床及工、夹、量、刃具。加工不同的机械零件要对机床以及相关工具进行调试与校准,争取做到开工前的设备准备充足,以免出现加工过程中的失误与材料浪费。
对零件的特征进行全面、系统而准确地分类有着重要的意义,它可以以使工作人员能够更加方便地获取零件的工艺和制造方面的信息等。因此,对零件特征的分类要具有以下的要求。第一,不同的特征之间要存在相互联系;第二,特征分类覆盖面要广,特征描述要体现高效、简易。本文从加工的角度来对零件的特征进行了合理的分类,主要分为形状特征、材料特征、精度特征、工艺特征、制造资源特征。
第一,形状特征,它是零件的加工特征中最主要的、种类最多的特征, 主要是用来描述零件中具有一定功能的几何形状。第二,材料特征,主要用于材料的类型、热处理要求与硬度值等信息的描述。第三,精度特征, 用于描述加工零件的尺寸公差、形状公差、位置公差和表面粗糙度等方面的信息。第四,工艺特征,主要是对工序步骤、装夹定位、切削用量、加工余量和走刀路线等工艺规则的信息集合。第五,制造资源特征,是对机床设备、定位和夹具装置的资源集合。
轴类零件是旋转体零件,所以,这种类型的零件在加工过程中是经常遇到的零件之一。根据轴类零件结构形状的不同,它可分为空心轴、阶梯轴、光轴和曲轴等。现将轴类零件的加工工艺分析如下。
第一,轴类零件的毛坯。 大型轴或结构复杂的轴采用铸件,常用圆棒料和锻件。根据生产规模的不同,毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。第二,轴类零件的材料。轴类零件材料是由很多种类型组成的,常用的有45钢、轴承钢GCr15、低碳合金钢、弹簧钢65Mn等。
第一,轴类零件加工工艺规程注意点。工艺规程制订得是否合理,直接影响到劳动生产率和经济效益。在制订机械加工工艺规程中,须注意以下几点。一是零件图工艺分析,要研究产品装配图,要做好技术要求的相关准备工作。二是精基准选择,尽可能选设计基准或装配基准作为定位基准,使定位基准与测量基准重合。三是粗基准选择,选牢固可靠表面为粗基准,应选非加工表面作为粗基准。同时,粗基准不可重复使用。四是渗碳件加工工艺路线,一定要做到加工顺序正确。因此,在制订工艺规程时,尽量采用先进加工方法,制订出合理的工艺规程。第二,轴类零件加工工艺方法概述。轴类零件加工工艺方法主要包括以下几点:一是采用车削细长轴的车刀。一般车刀前角和主偏角较大,精车用刀常有一定的负刃倾角,以减小径向振动和弯曲变形,使切屑流向待加工面。二是采用反向进给。这样刀具施加于工件上的进给力方向朝向尾座,大大减少了由于工件伸长造成的弯曲变形。三是采用跟刀架。 采用跟刀架能抵消加工时径向切削分力的影响,使跟刀架的中心与机床顶尖中心保持一致,从而减少切削振动和工件变形。四是改进工件的装夹方法。在高速、大用量切削时,有使工件脱离顶尖的危险。采用卡拉法可避免这种现象的产生。第三,轴类零件加工顺序的几个问题。处理好基准定位之后,我们还需要注意加工顺序的几个问题:一是铣花键和键槽等次要表面的加工一般安排在精车外圆之后;二是深孔加工应安排在调质后进行,可以有效避免热处理变形对孔的形状的影响;三是数控车削加工,采用数控加工设备为生产的现代化提供了基础,数控车削加工既提高了加工精度,又保证了生产的高效率;四是外圆表面的加工顺序,应先加工大直径的外圆,然后加工小直径外圆。
第一,轴类零件加工的工艺路线。轴类零件加工的工艺路线主要为:一是粗车―半精车―精车;二是粗车―半精车―粗磨―精磨;三是粗车―半精车―精车―金刚石车;四是粗车―半精―粗磨―精磨―光整加工。第二,典型加工工艺路线。主要为:毛坯及其热处理―预加工―车削外圆―铣键槽―(花键槽、沟槽)―热处理―磨削―终检。第三,轴类零件加工的定位基准和装夹。主要包括以下几点:一是以工件的中心孔定位。中心孔不仅是车削时的定为基准,又符合基准统一原则。二是以外圆和中心孔作为定位基准。这种定位方法能承受较大的切削力矩,是轴类零件最常见的一种定位方法。三是以带有中心孔的锥堵作为定位基准。锥堵和锥套心轴上的中心孔即是其本身制造的定位基准,又是空心轴外圆精加工的基准。生产中,锥堵安装后一般不得拆下和更换,直至加工完毕。四是以两外圆表面作为定位基准,可消除基准不重合而引起的误差。在加工空心轴的内孔时,可用轴的两外圆表面作为定位基准。
第一,零件设备的选择。数控车床具有加工精度高、刚性良好,能够加工尺寸精度要求较高的零件,能方便和精确地进行人工补偿和自动补偿。根据零件的工艺要求,一般可以选择采用步进电动机形式半闭环伺服系统。这类车床设置三爪自定心卡盘,适合车削较长的轴类零件。第二,零件毛坯、材料的分析。①材料的分析。塑性、提供冷切削加工、强度、硬度、机械性能都跟工件的材料有关,所以选择适合的零件毛坯、材料是非常关键的。②毛坯的分析。轴类零件的毛坯有棒料、锻件和铸件三种。铸件:适用于形状复杂的毛坯。锻件:适用与零件强度较高,形状较简单的零件。第三,确定工件的定位与夹具方案。在装夹工件时,应考虑以下几种因素:结构设计要满足精度要求;抵抗切削力由足够的刚度;易于定位和装夹;尽可能采用通用夹具,必须时才设计制造专用夹具;易于切削的清理。
第一,机械零件加工的走刀顺序和路线一般为:基面先行、先面后孔、先主后次、先粗后精。第二,切削用量的选择。对于不同的加工方法,需要选用不同的切削用量。切削用量的选择原则是:保证合理的刀具耐用度;保证零件加工精度和表面粗糙度。一是主轴转速的确定。二是进给速度(进给量)的选择。三是背吃刀量确定。切削用量的选择方法:精车时,应着重考虑如何保证加工精度。粗车时,应尽量保证较高的金属切除率和必要的刀具耐用度。
采取相应的误差预防或误差补偿等有效的工艺可以控制对零件加工精度的影响。第一,采用合适的切削液。切削液主要包括非水溶性切削液和水溶性切削液。第二,刀具半径的选定。一是刀具较小时不能用较大的切削量加工。二是刀具的半径R比工件转角处半径大时不能加工。
第一,表面粗糙度。一般箱体零件装配基面表面粗糙度为1.6μm,主要孔表面粗糙度为0.8μm。第二,孔与平面间的位置精度。一般箱体零件主轴孔中心线对装配基面的平行度误差为0.04mm。第三,孔系的技术要求。对孔轴线间的尺寸精度、平行度、垂直度误差等,均应有较高的要求。孔的几何形状误差控制在尺寸公差范围之内。第四,平面的精度要求。
箱体零件的典型加工路线为:平面加工-孔系加工-次要面加工。本文的箱体的加工工艺路线 车床主轴箱体零件的加工工艺过程
第一,箱体加工定位基准的选择。一是粗基准的选择。一般宜选箱体的重要孔的毛坯孔作粗基准。由于铸造时内壁和轴孔是同一个型心浇铸的,因此实际生产中,一般以轴孔为粗基准。二是精基准的选择。精基准的选择一般优先考虑基准重合原则和基准同一原则。第二,主要表面的加工方法选择。一是箱体的主要加工表面有平面和轴承支承孔。二是箱体上公差等级为IT 7级精度的轴承支承孔,一般需要经过3~4次加工。箱体平面的粗加工和半精加工主要采用刨削和铣削,也可采用车削。当孔的加工精度超过IT 6级,还应增加一道精密加工工序。第三,箱体加工顺序的安排。一是先面后孔的原则。由于箱体上的孔分布在平面上,所以先加工平面对孔加工有利。二是先主后次的原则。对于次要孔与主要孔相交的孔系,必须先完成主要孔的精加工,再加工次要孔。三是孔系的数控加工。车床主轴箱体的孔系也可选择在卧式加工中心上加工,因为它减少了装夹次数,提高了生产率。
齿轮加工工艺与加工过程还是比较繁琐的,在加工过程中可以分为若干个加工环节。一般情况下,加工的第一阶段是齿坯最初进入机械加工的阶段,这个阶段虽然处于初加工,但是却很关键。第二阶段是齿形的加工。这个阶段的加工是保证齿轮加工精度的关键阶段。加工的第三阶段是热处理阶段。在这个阶段中主要对齿面的淬火处理。加工的最后阶段是齿形的精加工阶段。在这个阶段中首先应对定位基准面进行修整,以修整过的基准面定位进行齿形精加工,可以使定位准确可靠,以达到精加工的目的。
第一,基准的选择。一般基准的选择可分为:对于空心轴,用两端孔口的斜面定位;带轴齿轮主要采用顶点孔定位;孔径大时则采用锥堵。对带孔齿轮在齿面加工时常采用以下两种定位、夹紧方式。为了减少齿轮加工过程中的定位误差,在加工齿轮时应注意以下几点:一是需要加工的齿轮定位端面与定位孔或外圆应在一次装夹中加工出来;二是需要加工的齿轮在内孔定位时,其配合间隙应近可能减少,以利于精确度的提高;三是需要加工的齿轮、车床应选择基准重合、统一的定位方式。第二,齿轮毛坯零件的加工处理。齿轮零件的加工应注意对其毛坯的加工处理,在这一环节过程中我们要注意以下几点:一是当齿轮毛坯零件以齿顶圆直径作为测量基准时,必须严格控制齿顶圆的尺寸精度。二是保证齿轮毛坯零件定位端面和定位孔或外圆相互的垂直度。三是需要提高齿轮内孔的制造精度,减小与夹具心轴的配合间隙。第三,齿形及齿端加工。齿形加工方案的选择取决齿轮精度等级、设备条件、表面粗糙度、硬度等。齿轮的齿端加工有倒圆、倒尖、倒棱和去毛刺等方式。齿端加工必须在淬火之前进行,通常都在滚(插)齿之后,剃齿之前安排齿端加工。
1.热变形对加工精度的影响。有三种热变形会对加工精度产生较大的影响:第一种,刀具热变形对加工精度的影响。降低刀具热变形常会使用以下两个方法:一是在刀具上涂抹剂;二是选用合理的切削参数。第二种,机床热变形对加工精度的影响。所以女要采取相应措施降低因机床热变形对加工精度的影响。第三种,工件热变形对加工精度的影响。
2.受力变形对加工精度的影响。解决这类问题的方法是适当地减小作用在工艺系统上的外力,增加工艺系统的刚度,这样就可适当缓解外力对加工工艺系统的影响。
3.几何精度对加工精度的影响。在对机械零件进行切削加工工艺时,主轴往往会出现回转误差,这种误差会影响零件的加工精度。除此之外,刀具也会出现同样的问题。所以,机床和刀具在使用的过程中要进行定期的检查。
[2]陈玉重.关于机械设备维修与检测的研究[J].科技致富向导,2012.
新中国成立以来,我国的航天事业发展取得了显著的成就。至今为止,我国已经成为世界范围内的航空工业强国,很多技术在世界上处于领先地位。
飞机是当前我国最主要的飞行器。我国是世界上民用飞机保有量和使用量最大的国家之一。随着我国自主知识产权的飞机陆续投入使用,飞机机械加工技术取得了突飞猛进的成就。飞机机械加工技术的发展进步为航天事业的快速发展奠定了坚实的基础。作为飞机机械加工技术的主要组成部分,零件成组加工技术正在得到广泛地普及和应用。
飞机零件成组加工是成组工艺规程的一种。成组工艺规程是在零件加工完成分级分类的基础上来进行的编制的。成组加工在生产上有两种主要的形式,一是成组工序工艺程序,主要用于加工具有“三统一”工序内容的零件;二是成组工艺过程工艺程序,用于一级具有统一工艺过程的零件加工。对机零件成组加工工艺来说,兼具上述两种成组工序工艺的特点,需要根据下列原则编制工艺工序:
(一)满足经济性和兼容性要求。由机零件成组加工具有双重特点,因此在进行成组加工工艺工序设计的过程中,要充分考虑到不同类型加工工艺的特点,对其进行深入细致地分析和研究,找出其中的共同规律,尽可能地根据不同工艺选择和采取先进的技术和车床设备,满足成组加工工艺需要,并要考虑到加工工艺的经济性。
(二)坚持标准化生产的原则。在飞机零件成组加工的过程中,标准化问题是必须考虑到的一个重要的原则。在设计生产工艺的过程中,无论采取何种加工工艺,在成组加工的过程中都应当坚持标准化生产的原则。充分利用成组加工的效率优势,实现零件的批量化生产目标。在编制工艺流程的过程中,要做到格式、内容、要求及技术术语等方面的高度统一,消除工艺编制方面的歧义和多元化现象。
(三)充分考虑到产品的可继承性。在编制飞机零件成组加工工艺工序的过程中,还应当充分考虑到零件生产加工技术的可继承性,为技术进步和产品设备预留一定的空间。通过编制成组加工工艺工序,能够方便今后有同类型的零件也可以插入到生产系统之中。
(四)注重工艺设计的实用性及可操作性。在设计零件成组加工工艺工序的过程中,还应当注意工艺设计的实用性及可操作性,要结合现阶段国内飞机机械加工行业的技术能力和设备状况,工序设计要切实可行,注重可操作性,并注重吸取一线生产人员的建议和意见。
(一)编制准备阶段。在编制准备阶段中,应当根据零件的技术特性和生产需求,熟悉编制依据及相关材料;要将不同类型的飞机零件进行分类,明确其属于一级或一群零件加工范畴,并根据从属特点选择适当的成组加工模式,根据分类选择生产草图的设计样本以及调整刀具和机床的使用类型等等;编制成组加工零件分析需求报告,归纳其综合加工表面以及其他工艺要求,在此基础上草拟出工艺加工路线图。
(二)草拟工艺流程阶段。在这个阶段中,生产人员的主要任务是根据准备阶段的相关素材,草拟工艺流程图,首先编制工序卡,而后编制路线卡。
(三)工艺流程图讨论阶段。在生产流程草图编制完成后,要组织相关专家及技术人员进行讨论。在讨论的过程中,参会人员要严格按照“三结合”的有关要求,重点研究设计图的可行性、合理性及繁简性,对涉及草图进行相应的完善和补充。
(四)正式编制阶段。技术人员要根据前期讨论的意见,对设计草图进行相应地调整和完善,要采取行业通用的方法,将设计草图用墨笔绘制完成。
笔者认为,为提高现阶段国内飞机机械加工零件成组加工的总体水平,应当注重如下几方面问题:
(一)要注重“类”与“级”之间的区别和联系。在飞机零件成组加工的过程中,不同类型的零件的“类”与“级”有着显著的区别。在“同类”或“不同类”的零件中,某些具有相同属性和加工工艺的“级”零件可以编入到同一个生产设计流程之中,以便于最大限度地提高成组生产效率。因此,许多零件成组生产工艺设计图中经常会出现包含若干个零件“级”的相关内容,应当引起生产者的足够重视。
(二)非机械加工工序应单独立册。对机零件成组加工技术来说,一些非机械加工工序,例如钳工去毛刺工艺等,可以不列入到工艺工序设计图之中,而单独进行立册,以便于提高工艺设计图的直观性和可操作性。
(三)设计统一的技术规范。当前,很多飞机零件成组加工工艺都十分复杂,为了简化设计程序,设计人员可以将涉及到标准规格、标准尺寸、角度、锥度等的标准和规格列入到单独的图册之中,作为一线工人的操作手册进行发放,改变以往在设计图上逐一进行标注的做法,以便于提高生产效率。
在零件加工作业中,机械加工工艺是非常基础的工序,对零件加工精确度有着重要的影响,一些细小的误差都会导致零件报废,增加加工企业的加工成本。而精度不合格的零件应用在机械设备上,还将可能造成严重的安全事故,导致巨大的人身财产损失,这就要求加工企业对机械加工工艺进行严格的控制,以提高零件加工的精度。
机械加工工艺指的是通过相关技术把毛胚加工成机械工件与零件的流程,机械加工工艺可以使得毛胚、零件更加吻合。在机械加工中,零件加工、毛胚打磨的精度应当符合相关的要求。一般情况下,应当对零件进行粗加工,之后再进行精加工。粗加工指的是对零件、毛胚进行大致的打磨,打磨后的零件、毛胚应当接近加工的要求;精加工指的是通过精确的计算,使得零件、毛胚的吻合程度达到最大。
在机械加工完成之后,应当对其进行全面的检验校正,如果零件存在的误差不再允许的范围之内,应当将其淘汰。机械加工工艺流程的严谨程度与零件加工精确度是否满足加工的要求密切相关。因此,机械加工工艺的本质是将毛胚加工成合格的零件,并且对零件加工精度的要求非常高。在加工作业中,应当根据相关的要求严格执行加工的过程,尽量防止外界因素对零件加工精确度产生干扰。就当前的情况来看,机械加工工艺种类繁多,零件加工的精确度也在快速提升,这也反映了加工工艺的精密性在不断提高。因此,应当全面了解机械加工工艺影响零件加工精确度的主要原因,以便制定相应的措施来改进、完善机械加工工艺,减小其对零件加工精确度的影响,提高零件加工的精确度。
机械加工工艺对零件加工精度产生影响的内在因素通常是机械安装时不规范、机械加工系统中存在的几何精度误差,这些内在因素对零件加工精确度有着非常显著的影响,并且内在因素很难消除。其中机床自身的几何精度误差是非常关键的原因,如果机床自己存在问题,经机床加工生产出零件的误差就会很大。机械加工工艺对零件加工仪器具有非常高的要求,仪器设备的质量与零件加工精度有着直接的关系。加工设备通常是比较大的组合型设备,这些大型设备可以较好地满足对零件加工精确度的要求。组合设备的安装质量直接关系着设备的工作质量,组合设备对组合构件的契合度具有较高的要求,倘若安装时的组装的不好,就会导致零件加工的精确度不准确。在平常的工作中,设备发生磨损也会使得各个构件间产生缝隙,进而影响到零件加工的精确度。
在零件加工的过程中,机械加工工艺影响零件精度的热变因素主要包括刀具热变、工件热变形、机床本身以及自身结构的热变形。在机械加工工艺过程中,刀具热变主要是指在使用相应的刀具对零件进行反复切割的过程中,由于摩擦会产生大量的热量,从而就有可能导致零件出现变形的情况,进而影响零件的精度;工件热变形主要发生在长度较长的零件加工当中,由于零件的长度较长,在加工的过程中会导致零件表面的温度升高,从而导致零件的内外温差增大,进而出现热变形;机床本身及其结构的热变形比较容易理解,主要是指机床在长期的运行中出现整体或部分的温度升高,在这种情况下,机床各个结构之间的契合度会出现不好的变化,从而对零件加工的精度和质量都产生十分不利的影响。
机械加工工艺系统工作时,各个构件在承担着自身工作压力的同时,还承受着零件给予的相对力度,以及设备构件之间的摩擦力;加工系统中使用的各个小构件,比如夹具、刀具但等等,也承受着很高的工作压力,经过长期的运行,这些小构件很容易产生相对位移,或者在压力下产生不同程度的变形,降低系统抵抗外力的能力以及自身的刚度。这种外力作用并不在零件加工精度计算的范围之内,就会致零件加工出现误差。
在整个的机械加工行业中,高规格、高质量的机械加工工艺系统设备是最基本的条件。但是我国对机械加工系统设备的研发、资金投入均显著不足,使得机械加工系统的相关设备难以达到最优的状态。如果想要建立健全的机械加工系统设备应当从以下几个方面进行:(1)加大机械加工设备研发的力度,重视自主型人才的培养,积极创新科技与设备,在本质上提高机械加工工艺的质量;(2)积极引进国外紧线的机械加工设备,促进机械加工工艺水平的提高。
为了减少机械设备存在的几何精度误差对零件加工精度造成的不利影响,零件加工企业在选择加工机械设备时就需要进行认真的考察,选择良好的生产厂家,并对自己购买的机械设备进行严格的检验,重点检验机械设备本身存在的误差问题,然后选择最佳的机械设备。另外,如果对于已经投入使用的机械设备进行改造,首先就需要对日常加工中出现的误差进行统计,并对统计的数据进行系统的分析,然后将分析出的误差结果输入到机械设备的操作系统当中,这时候机械设备就会自动的将误差消除,从而生产出高质量的零件。
在零件加工作业中,零件会受到外力的干扰,比如挤压力、摩擦力等,在外力的干扰下,很难确保零件加工的精确度。要想降低外力对零件加工精确度的干扰,则应当减小摩擦力、挤压力等外力。主要的措施有:(1)在平时的零件加工作业中,相关工作人员应当全面、认真地检查机械加工设备,一旦发现设备构件结合的比较紧,应当对其进行及时的调整;(2)应当定期打磨机械加工设备的表面,尽量降低加工时设备表面与零件间产生的摩擦力,进而减小零件加工时产生的误差,促进零件质量的提高,降低零件的报废率,以便促进经济效益的提高。
机械加工时的温度对零件加工质量有着很大的影响,所以应当严格控制机械加工时的温度。温度会对机械设备的运行产生一定的影响,温度过高或者过低均会对机械加工设备的正常运行产生很大的影响。在零件加工作业中,一旦机械设备的运行速度过快,就会使得温度升高,此时便需要通过冷水降温等措施来降低温度的影响。比如在打磨零件的过程中,砂轮高速旋转时与零件间的摩擦将会生成大量的热量,导致温度的上升,而过高的温度会使得零件发生变形,防止零件发生变形的主要办法就会通过冷水来促进机械加工设备的降温。
综上所述,在科学技术的发展推动下,机械加工业技术与工艺水平近年来提升迅速。为进一步提高零件加工的精确度,降低加工零件的报废率,在机械加工实践中,零件加工企业应当加大机械加工工艺的研发与资金投入力度,不嗟赝晟苹械加工工艺的系统设备,学习和引进先进的加工工艺方法,同时还需要对设备系统进行维护和管理,最大程度消除影响零件加工精确度的因素,从而提高金属零件加工精度,增强企业经济效益与市场竞争力。
作为科学技术中的一个重要成分,零件加工技术一直朝着更精确的方向发展,这也离不开机械加工技术的不断发展。当前零件加工技术作为一项重要技术,已经成为国与国之间综合国力较量的一个重要方面。我国机械作业对零件的加工不断改善,在很大程度上促进国家发展,创造了很大的经济效益以及社会效益。
加工过程中由于误差的存在,就会形成几何精度问题。机床的误差,刀具的误差都会引起这一问题。机床因素作为其中影响最严重的一个因素,主要是由于随着时间的累计,本身的磨损情况较为严重,从而造成零件加工的偏差。就一汽车地板加工为例,几何精度问题就会造成很严重的后果。再进行切削加工时,由于机床的磨损,导致主轴回转产生一定的误差,最终导致尺寸不合适,成为废件,造成严重的资源浪费。由于刀具的材料属性以及时间的磨损属性,导致刀具在工作时也会发生一定的偏差,加床与刀具的偏差对整个零件的加工将会产生致命的伤害,这种误差会被严重放大。另外,机床零件的夹具以及固定工具也会对零件的加工精度造成一定的不利影响。因此,在进行误差分析时,只有保证全面分析误差的成因,才能采用合适的方式以及机械设计方案进行不断改进,从而提高零件的加工精度。采取一定的补偿措施通常是应对零件加工误差的主要手段,就一汽车零件加工为例,加工人员可以按照机床的具体情况采取相应的措施,保证最后加工出来的零件在误差范围之内,不至于造成资源的浪费。另外,针对重要的零件,由于精度加工的要求较高,因此应该尽可能使用机床磨损程度较小的机械进行加工。目前随着相关技术的不断发展,针对数控机床,已经出现了专门的补偿器械对零件的加工进行控制。通过自动化的方式,秩序对参数进行一定的调整,就可以对精度进行控制。相信随着科学技术的不断发展,这种控制技术会越来越成熟,越来越方便。
受力变形是机械加工中常见的一种现象,由于在进行加工操作时,必须对零件进行一定的固定工作,因此导致零件必然受力。根据物理力学的统一理论,物体受力就会发生形变。这种形变的效果随着施加力的增加逐渐变得明显。切削力以及夹紧力是机械对零件加工时必须出现的两个力。这两种力以及其他的作用力都会导致零件发生变形。这种变形的后果就会导致机床以零件的相对位置发生一定的变动,这样就导致加工尺寸不精确,产生误差。另外,系统中的残余应力也会对其造成一定的不利影响,这些应力主要来源于各种工艺以及相应的结构,并且这些外部因素消失后,仍会有部分的影响存在于构件之内,这就是残余应力,残余应力会对整个系统造成影响,因此,在加工时需要采取相应的措施进行控制。
在使用机械对零件进行加工时,外力会导致零件的变形。通常会采用以下两种方案降低这种变形效果,从而提高加工精度。首先是在系统的本身出发,找到相关因素进行解决,提高加床、刀具、夹具以及加工零件的强度,可以有效对变形现象进行抵消,系统的强度会降低零件的变形程度;其次是系统之外进行解决,通过减少负荷的方式,降低变形发生的情况。第一种方案的优点就是可以提高加工精度同时保证工作效率,缺点是在一定程度上增加了成本;第二种方案可以具有针对性的进行处理,提高部件的强度,是非常经济有效的改善措施。在企业中,应该根据自身的情况以及对加工的要求,对成本以及精度进行一定的衡量,保证自身的经济效益。
摩擦情况是零件加工时不能避免的现象,这种摩擦就会导致热量的产生,这种热效应也会对零件的精度造成一定的影响,尤其是质地较软的零件比如铝合金材料等。不同的热量对零件精度的影响程度不同,同时加工的时间也是衡量热量的一个重要因素,系统的热变形,会导致零件以及加工工具相对位置的变化,造成尺寸上的误差。热变形会导致起床以及零件都发生一定的变形,对精度的影响很大。这种情况对于精工轻薄的零件误差更为明显。为了降低热变形对零件以及起床的影响,通常会采用冷却的方式进行缓解。在加工过程中,通过不断的冷却,降低温度的偏差,就不会产生变形;补偿法是常用的另外一种方式,通过对零件加工的实践,采用物理方式将其朝着误差产生的相反方向进行一定的预设,在加工过程中就会产生抵消作用,从而保证零件的精度。降温防止变形还要作用于刀具之上,共同发挥作用。使用相应的剂也可以实现效果。由于热量的产生跟摩擦的时间成一定的正比关系,因此采用物理方式即降低切削次数也是降低热源的重要措施之一。另外对于汽车零件的加工,由于相关的零件巨头特殊的材料特性,因此除了对加工温度进行降低之外,还应该从隔离热源的方式进行加工,保证零件的加工环境,从而降低由于热量造成的误差。
机械加工技术随着科技的不断进步取得很大发展,促使我国国内零件的加工精度不断提高。在具体的机械加工过程中,由于工序的影响以及操作技术的原因,导致在一定程度上造成尺寸的失误。这一点跟国外相比,我们依然有很大差距。应该不断研究相关的技术,不断改善当前的加工情况。同时注意对新材料的研发,利用特殊的材料特性进行对应的加工也是保证零件精度的重要方式。
在零件和部件的加工过程中,机械加工工艺是起点工艺,也是对零件和部件的加工精度作用最大的工艺。在机械加工过程中会产生一系列不利因素,它们不仅会降低零件的加工精度,也会拉造过程的加工水平。通过研究机械加工工艺对零件加工精度的影响,逐渐降低不良影响,为提高零件的加工精度和机械加工水平提供有益的思路。
机械加工的最终加工质量受到很多因素的限制,这些因素都直接或间接地给人们带来了生产和生活上的不便。而最终加工质量的衡量标准中最重要的就是加工精度,所以说分析和改进机械加工过程中影响加工精度的因素有助于提高加工质量、改善经济效益。要真正提高机械加工的加工精度,就要大力提高加工工艺,而认清我国机械加工的现状是分析研究的第一步。随着近些年的不断发展,我国目前存在着多种不同的机械加工工艺:一是传统的切削与磨削的技术继续存在并不断发展,二是引入计算机等高科技的数控、柔性制造系统等自动化的加工工艺得到广泛的应用和完善。不同的加工工艺对加工精度的影响都不同,合理利用多种加工工艺以改善加工质量值得我们去探究。
在传统的切削和磨削等机械加工工艺中,机械加工的精度在很大程度上受到加工的设施设备的制约。比如这些设施设备自身存在的精度问题就是影响加工精度的最大内因,而加工过程中这些设施设备产生的精度问题则是影响加工精度的外在因素。[1]
机械加工过程中设施设备的精度问题产生于几个方面:一是机械加工的设施设备自身在制造过程中存在制造问题,例如在进行切削加工的过程中,由于机床受到制造水平的影响,存在主轴回转误差等问题,进而造成加工零件的精度问题。再比如由于制造工艺中导致的导轨误差。机床和机件的移动和位置等动作都受导轨控制,导轨的误差会造成加工工艺的问题。导轨的误差主要包括直线度误差、扭曲度误差和相互位置误差。在加工过程中要从结构、材料和保护措施等方面尽量减少导轨误差。二是机械加工设备的安装操作不标准、不规范导致的精度问题,三是不合理的使用导致的机械加工设备的精度问题。举例来说,制造工艺会使机床在出厂时就存在精度问题,刀具安装时的操作不精细不准确也会导致其精度问题,夹具在使用过程中的磨损和消耗等一系列因素,都会改变这些设施设备的精度,从而在加工过程中影响零件的加工精度。针对这个内在因素,在实际操作中,要尽量降低用于机械加工的设施设备本身的缺陷带来的精度问题,由于机械设备在从生产到投入生产的过程中都会存在影响其精度的因素,所以可以通过补偿技术来控制误差和错误。各种机床的精度各不相同,要具体问题具体分析,根据机床的精度不同选择相应的补偿措施。比如说在数控机床中,通过专业的校正软件来输入补偿数据,从而降低机床的误差。如果是一般机床的磨损问题,可以进行手动的误差补偿来校正。
受力变形:加工所用的设施设备在长期的使用过程中,机床和其他设施设备都会存在不同程度的变形,使得原本的工件各项工作参数发生改变,进而影响到加工精度。此外,热处理和切削等加工产生的残余应力也会造成设施设备的整体或局部的变形。要解决这个问题,机械加工操作人员要从两个方面着手:一是加强机械加工设施设备的刚度水平,二是减少这些设施设备的负荷。而为了确保加工的效率和质量,加工的过程最主要的就是注意提升机械设备的刚度。这一目的可以通过优化设计结构、规范加工过程等手段来完成。
受热变形:机械加工过程会产生大量的热量对加工过程的精度产生影响。这些热量会对机械加工的各个环节产生影响,造成变形进而导致加工误差。综合来看,受热变形对零件加工精度的影响主要体现在三个部分的热变形对精度的影响。一是工件热变形对加工精度的影响。对加工的精度等要求高的零件来说,工件热变形对加工精度的影响相当大。比如丝杠在磨削加工中由于温度升高会造成长度误差远远超过允许范围。还比如在进行加工时工件由于切削热导致的拱起、凸起和凹陷等问题。要降低工件热变形的影响,可以通过使用切削液、误差补偿、减少切削量等措施来实现。二是刀具热变形对加工精度的影响。大量和长时间的切削工作会造成刀具热变形,连续的切削会给刀具带来持续的热变形过程。要降低刀具热变形的影响,可以通过合理使用刀具、适量选择切削量、使用冷却和等措施来实现。三是机床热变形对加工精度的影响。机床作为机械加工过程中的主要工具会受到多种热源的影响,造成温度的变化。由于各部分受热程度不同,加上机床构造复杂,导致机床各部件温度变化不一样、同一部件的不同位置受热情况也不相同,进而影响机床部件的位置变化,损害了机床的几何精度,进而导致加工精度的误差。[2]
方兴未艾的数控加工工艺相比传统的机械加工工艺来说,加工精度方面有了巨大的改进,生产效率也空前提高,是机械加工工艺的革命性进步。数控加工工艺对零件加工精度的影响表现在以下几个方面:
1、编程原点的确定和编程数据的处理。数控加工的基础就是编程,而在数控加工中编程的基础则是编程原点的选择。根据所需加工的零件确定坐标系参数要尽量做到编程与设计和工艺的统一,减少因编程带来的数学方面的尺寸、面积等单位或公差的换算,从而减少误差。只有从编程开始控制数控加工的精度,才能保证加工零件的精度。而在编程过程中,有许多能直接影响加工精度的数据,在处理这些数据时要格外注意,特别是对于编程节点的计算和尺寸公差的换算等,一定要小心谨慎,防止因数据处理不当带来精度上的问题。
2、插补方式的选择。插补方式的选择有脉冲增量法、数据采样法、两级插补法等,每一种插补方式都会产生误差造成机床的位移,从而影响加工精度。在选择插补方式时,要根据具体的加工条件、加工过程和加工零件选择插补方式,也可以综合运用软、硬件条件配合插补,尽量减小插补运算的误差值,降低各种插补方式造成的机床的参数误差,从而减少影响加工精度的因素。
3、气温及受热变形对加工精度的影响。同传统的加工工艺一样,数控加工的精度也受到温度特别是受热影响。气温或者机床局部温度的变化会导致机床的变形,从而影响加工精度。同样地,由于加工过程中切削和摩擦等产生的热量,使得机床各部分的温度分布不均匀,进而导致变形,改变了工件的位置,降低了工件运行的准确性。所以要选择各部分系统刚度和稳定性高的数控机床,再通过计算机实现各种误差的自动补偿,然后在加工过程中及时调整工件和刀具的运行参数,保证最终加工精度。[3]
社会经济的不断发展,促使各种新技术和新设备被高速开发和利用起来,也对机械加工工艺提出越来越高的目标。在现有的基础上,机械加工工艺水平还能得到大幅度提高,加工精度也能得以有效控制和提升。在实际生产过程中,通过多方面的思考和积极探索,合理控制加工过程中出现的受力受热等情况,减少机械加工设备在加工过程中的变形等问题,能够有效降低由机械设备所引起的精度问题,对于提高机械加工的技术水平有积极的意义。
[1]连晋毅,史清录.可修复机械系统的模糊可靠性分析[J].农业机械学报. 2011(06)
在机械加工的微细切削过程中,微细切削与常规切削是一样的,均是通过刀具进行工件表面材料的去除,不过因微细切削刀具与工件的尺寸较小,在微细切削中,常会出现与常规切削不一样的现象。要增强微小零件的加工质量,需要提高微细切削技术,加强微细切削机理研究,以推动切削技术的实用化。在零件切削加工当中,刀具及工件材料的接触位置会存在局部变形的状况,这需要对刀具切削厚度进行合理控制,要比工件材料最小的切削厚度高,才能有效提高零件的加工质量。随着刀具去除工件材料的减少,刀具刃口的半径与最小切削厚度越来越接近,实际刀具前角是较大负值,所以,沿着刃口半径进行切削,其轮廓容易出现剪切变形,微细切削形状、组织变化与传统切削尺寸存在一定差异。在微细切削当中,刀刃口半径与最小切削厚度是重要的模型参数,其中,最小切削厚度与机床性能、刀具锋利性、工件材料物理性能与加工环境等密切相关。微细切削作为综合性高集成技术,对微小零件具有很强适应力,该技术适合金属、陶瓷、合金、石墨及玻璃等多种材料的机械加工,也能进行3D立体机械加工,其加工单位较小,材料去除率比较高,精度也非常高,通过切割深度与量的控制,可有效提高加工效率,增强微小零件加工速度。
微细切削技术作为微小零件的主要加工手段,与宏观加工相似,均要微车床与有关系统进行检测控制,只是对刀具硬度、主轴精度与微型化方面要求更高。从上世纪九十年代开始,日本及欧美等国家,就对各类微型机床进行研制,并用微型机床加工各类微结构,其目的是在提高系统柔性的基础上,有效降低设备的制造成本。近些年,微细切削技术得到很大发展,其具体发展状况如下:(1)国外微细切削技术发展现状在1988年时,日本的MMT研究机构与MEL实验室对机床微型化进行了研究,并将此工作当作日本微细切削技术的主要组成,1996年第一个成型微型机床面世,该切削技术比手掌要小,机床长为21mm,高为30.5mm,其重量为100g,该机床的问世极大地带动了学者们研究微小机床的信心与热情。后来又成功研制了微型冲床及微型铣床,与常规切削系统相比,该切削系统结构简单,但已能对实际零件进行加工。在微机床技术的支持下,日本很多微机设备已能实用,并且逐渐商品化。美国的伊利诺斯大学研制了微型铣床,驱动主轴的最高转速达15万r/min,系统的定位精度为1um,最大的跳动量是1um。韩国首尔的国立大学研制了5轴的微型铣床,其总体尺寸是(220×294×328)mm3,系统是由2旋转平台、3直线平台与一个气动主轴构成的,不过每个平台并未配置位置传感器与编码器,一定程度上,对系统加工精度产生了影响。德国、新加坡与瑞典等国家也开始研制微细切削技术。(2)国内切削技术发展现状我国在微细切削技术方面的研究才刚刚起步,目前,哈尔滨工业学校已制造了两台微铣床,卧式与立式铣床各一台,其中,立式微铣床的总体尺寸为(300×300×290)mm3,主要是由实时任务、非实时任务、高速空气涡轮主轴、精密工作台与CCD视频的采集系统五部分组成,其中,实时任务包含位置控制、轴运动控制卡及插补运算等,非实时任务是由参数管理、工控机系统、代码编程与系统初始化等部分构成的,空气涡轮主轴能为微型铣刀提供的转速为16万r/min。随着微细切削技术在航空、化工及医疗等领域的应用,微细切削技术水平的提高是必要的,我国在此技术方面的研究还处于起始阶段,还需要不断加强微细切削机理与技术的研究。
在微细切削技术中,对切削加工状态的监控是其难点之一,常规尺度下的切削加工具有明显的振动、冲击与噪声等现状,但在微细切削技术下,这些现状变得微弱,对切削加工状态进行反映的价值信号幅值小、噪音低,对特征参数进行提取与辨识时,具有一定难度。所以,为了更深入探究微细切削技术的工作状态,需要加强切削振动与切削力等相关信号的监控,而工作状态监控的实现,则需要依赖实时监控系统对切削状态进行准确监控,并实现全过程监控。
切削技术要实现um级的切削加工,需要具备极小尺度的切削刀具,但是切削技术水平的关键制约因素就是刀具制作技术的落后问题,依据分子动力学来看,刀具刃口的半径在1nm内,才能有效实现单位为0.1nm的切削加工。目前切削技术水平与应用材料并不能满足此要求。根据磨削力作用,应用专用磨削机实施微细刀具的批量生产,其成品率比较低,并且在最小直径上,刀具也会受到限制,对微细切削技术水平提高带来了影响。
因切削力及刀具应用的缘故,需要不断加强机械加工的精度与能力,在微细刀具制作中,容易出现刀刃口磨损现象,一旦发生磨损,刀具的切削尺度与原理论尺度就会发生变化,其加工精度还需要进一步提高,在切削转角的时候,切削力会变大,这样就会限制加工表面的精度。目前,微细切削技术已经开始实施于微小零件的小批量生产,不过自动化程度较低,无法实现大批量的生产要求。
机械产品的性能多种多样,其中耐用性与可靠性在很大程度上需要依靠精良的机械加工工艺。一个机械零件往往需要经过许多加工工艺才能完成,并且还要根据零件的大小、生产技术指标等因素选择具体的加工方式,进行针对性的加工。
位误差主要是在定位制造过程中出现数据误差或基准不能重合等原因造成的;机床制造过程中造成误差的原因分为三种:一是传动链误差,也就是传动链两端的传动元件之间进行相对运动所造成,而且随着传动链不断运动,产生的磨损过大,也会形成误差;二是导轨误差,导轨在运动中的磨损不平衡容易造成误差出现;三是主轴误差,主轴在瞬间回转的过程中会产生平均变动量,这种现象产生的误差会影响加工零件的精确度。
刀具在经过长期的切削工作后会形成磨损情况,逐渐改变工件的形状与尺寸。刀具的自身尺寸与形状会形成刀具几何误差,从而在加工工件时影响工件的加工精度。例如在煤矿机的加工中,如果工件在切削时刚度不足就容易产生形变,这种形变误差对于机械加工而言影响是非常大的。此外,在切削过程中,力度大小会不断变化,也会造成受力形变的误差。
误差补偿也就是在加工过程中,最大限度的降低加工误差情况,制造出一种与之前误差不同的新误差形式,补偿加工工艺中的原始误差。例如在制造数控机床的滚珠丝杆时,机械师可以刻意的将螺距磨小,在装配时产生的拉伸力会将螺距拉长,这时螺距就会达到标准大小,从而补偿原始误差。
工作人员在明确发现误差情况以后,可以直接采取改进措施。例如,在切削细长轴时,工件受到剧烈温度影响而产生形变,工作人员可以进行反向切削的方式直接将形变减小;在磨削薄片工件的两个端片时,可以将所有工件都利用环氧树脂粘强剂粘连在同一块平板上,将工件与平板都固定在吸盘上,上端面磨平之后取下,以上端面磨削程度为基准对其它平面进行磨平,可以直接减少薄片形变。
在机械加工过程中,每个工序的工艺能力和加工精度都是标准化的,但是对于加工半成品时很难控制其精度。因此可以将半成品的尺寸按照误差大小分为几个小组,以减少误差情况。机械师可以刻意调整工件与刀具之间的位置,以缩小工件的尺寸范围达到降低误差的目的。
矿机械零件的加工工艺直接关系到煤矿的生产效率。在这一过程中,很多因素都与煤矿的安全生产息息相关,在一定程度上还能直接决定煤矿的生产效率。因此,在设计矿机械的零件时,一方面应根据其规格、零件的大小以及零件的质量进行仔细的检查。另一方面,应在规范工艺原则的前提下,积极改进零件加工技术水平,有效保证其加工精度,从而提高矿机械零件的有效利用率。在矿机械零件的加工过程中,对其加工工艺的要求也是十分严苛的。主要包括以下几点:
(1)确立目标。矿机械零件的加工是建立在机械设置的整体要求之上的。只有当零件满足矿机械的要求,才能保证煤矿的生产效率。
(2)确保质量。在机械加工前,应严格把好原材料的质量关,包括零件的质地和耐热性等情况,确保原材料的质量,是矿机械零件加工的先决条件。
(3)确定毛坯。在矿机械零件的加工工艺中,对毛坯的质量也有很好的要求,确定合适的毛坯能大大促进矿产事业的发展。
在全方位了解相关零件特征的基础上,应清晰的了解零件表面的处理方式,只有这样才能为零件加工提供更好的基础。完成这一项工作之后,应将零件划分成不同的类型,其划分类型主要包括精度、粗糙程度及其区域分布。再根据划分情况制定加工工艺路线。
在整个加工过程中,应注重设备的选择,加工设备的质量与零件的加工质量是密不可分的。其设备的选择根据零件生产量的不同也不尽相同。如需大批量的生产矿零件,应选择专用的工具夹和通用机床;如需小批量的生产矿零件,对于零件的切削用量应由主控人员来操作。总的来看,在矿零件的成产中,不能轻易更改相关零件的规格和切削用量,只有这样,才能保证矿零件生产的安全性和合理性。
煤矿机械零件加工工艺中应始终遵循“两高一低”原则,高品质、高质量及低成本。应在保证加工质量的基础上,最大限度地减少生产成本,从而提高煤矿生产的经济效益。其要求应包含以下几个方面:
(1)技术前提。优质的加工技术是煤矿生产的先决条件。即使现阶段的煤矿产业得到了一定的发展,但是其整体技术水平还是较落后,所以,应以提高矿机械零件的加工技术为己任。
(2)设备的引进。在矿机械零件的生产过程中,先进的设备与机械是必不可少的条件之一。应尽可能拓宽自身的视野,向西方发达国家引起先进的设备,以促进我国煤矿事业的发展。
(3)加工理念的树立。在矿机械零件加工中,应积极提倡加工自动化与机械化,引导相关人员树立正确的加工理念,积极的学习先进技术,为更好地加工矿机械零件提供有效保障。
随着国际机械加工工艺技术的不断进步,我国机械加工技术水平不断提高。技术是煤矿效益的基本前提,尽管煤矿产业的发展较为快速,但是其机械加工工艺水平发展较为缓慢。因此必须学习国际先进技术、引进先进设备,大力提高机械加工工艺水平,以提高质量为前提,降低生产成本,全面提高煤矿生产的经济效益。
[1]姜利平.煤矿零件机械加工误差分析与工艺要求浅谈[J].科技创新与应用,2013,(05):125.
[2]赵荣华.机械加工精度误差分析及改进措施探讨[J].现代商贸工业,2012,(01):293-294.