機械加工工藝對汽車零部件精度的影響分析 Analysis of Influence of Machining Technology on Precision of Auto Parts

李正耀 LI Zheng-yao

摘要：零部件加工精度為衡量汽車制造業機械加工工藝水平的重要指標，關系到汽車整體質量的提升。在把握汽車零部件機械加工要求的基礎上，對影響零部件加工精度的熱變形、受力變形和幾何誤差三項工藝因素展開了分析，提出了工藝改進措施，希望能夠推動汽車機械加工工藝的發展。

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.

關鍵詞：機械加工工藝;汽車;零部件精度

Key words： machining technology;car;accuracy of parts

中圖分類號：U463.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）22-0092-02

0? 引言

在“工業4.0”時代，國內汽車制造業想要順利在國際舞臺上占據顯著位置，需要加快轉型升級，通過提高工業技術水平達到精準化、標準化發展要求。從根本上來講，汽車整體加工制造精度與每個零部件精度有關，將直接受到機械加工工藝影響，因此應進一步把握相關影響因素，為汽車行業提升零部件機械加工工藝水平指明方向。

1? 汽車零部件機械加工要求

加工汽車零部件，要求達到極高精度要求，確保達到較高的整體配合度，為汽車整體性能實現提供保障。采用機械加工工藝，將通過各類加工設備、技術改變工件尺寸大小、幾何形狀和性質等，要求達到汽車零部件制造參數標準。而零部件加工劃分為前期、中期、后期，流程繁瑣，從材料選擇到設備環境等各方面因素存在都會干擾加工質量。所以在完成零部件粗加工后，需要開展進一步精加工，結束加工后需要開展質量檢查，確認加工誤差在規定范圍內，可以滿足后續規范性組合要求。嚴格按照汽車生產相關標準進行零部件加工，需要考慮機械加工工藝帶來的影響，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械加工工藝因素

2.1 熱變形因素

生產汽車零部件，需要對工件進行切削加工，加工成設計的尺寸、形狀。在整個工藝過程中，工件與刀具間反復發生摩擦，將積聚大量熱能，導致零件因溫度積聚升高發生變形。在整個加工流程中，機床熱源未能合理分布，意味著受熱力作用發生的變形具有隨機性，引發零件精度下降問題。零部件加工刀具也會因受熱變形，在持續旋轉、切割的工況條件下，刀具上將產生大量熱能，引發刀具變形情況，導致加工的零部件尺寸無法達到要求。如因為受熱引發刀具形狀變化，將引起工件切削量變化，給零部件精度帶來直接影響。在機械加工過程中，熱變形難以避免，但機床、刀具頻繁發生熱變形，與工藝合理性有直接關系。如刀具進給參數不合理，將導致切割產生的摩擦熱量過多，引發零件變形問題。而刀具材質不同，受熱后產生的變形并不相同，未能選擇適合的刀具，將引發更大熱變形，嚴重影響加工精度。此外，使用的機床難以與加工零部件匹配，如零部件過長，引發機床局部升溫，就會導致零部件內外溫度線型較大，降低零件加工精度的同時，導致機床結構被破壞。

2.2 受力變形因素

機械加工方式較多，但均需依靠機床、刀具、工件間的相互配合完成。對工件進行加工，將由機床刀具、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生結構變化。經過長時間運行，負責加工的機械系統因承受工件產生的相互作用力，可能出現內部結構變形問題，導致刀具、夾具和工件間的距離改變，繼而引發力的大小變化，給零部件加工精度帶來影響。例如，在發動機氣缸蓋加工方面，機械系統持續運行一段時間后，可能出現刀桿和外圓車刀剛度不一問題，引發刀桿結構變形，最終導致缸蓋表面精度下降問題。而該部件加工精度低，將引發汽車燃燒室密閉性下降問題。就目前來看，汽車許多零部件結構尺寸較大，產生的重力較大，加工這些零部件時機械系統結構剛性容易受到影響，一旦機床或刀具剛度無法與工件相適應，將引發零部件形狀改變，導致整體加工精度下降。在部分特殊零部件加工過程中，刀具用于切割工件將產生劇烈摩擦，造成刀具因承受過多摩擦力出現變形問題，加工零部件將引發表面粗糙度下降問題。而機械設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，長時間受力導致結構變形，導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程中，機床會引入幾何誤差，導致加工精度受到影響。在選擇機械設備時，出廠方通常會對設備進行精度標定。但因為實際生產時需要采用較多大型機械加工設備，需要在現場安裝，同時安裝流程較為繁瑣，導致各部分裝配容易出現錯差，導致設備幾何誤差較大。如主軸為機床核心動力源，旋轉狀態將直接影響刀具和工件相對位置大小，安裝時存在偏差將導致主軸回轉時發生中心軸線偏離問題，繼而引發較大幾何誤差。發生這一情況，將導致使用機床加工出的全部零部件存在精度值下降問題。此外，許多機械加工設備由國外引進，導致國內加工工藝發展滯后，人員在操作機械進行零部件加工時缺少科學規范指導，存在技術熟練度不足問題，也將影響零部件精度。在實踐操作時，通常利用數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據處理節點和加工方式，合理進行尺寸換算，通過科學插補減少尺寸誤差?，F階段，無論采用哪種插補方式都無法避免誤差產生，但可以盡量將誤差降至最低，以免機床錯位，影響零件精度。但在操作技能不足的情況下，零部件機械加工技術水平較低，容易產生較大誤差，導致零件不合格率較高。

3? 提高汽車零部件精度的機械加工工藝措施

3.1 完善加工流程

在零部件機械加工期間，為防止熱變形發生，需要深入分析零部件所處的物理環境，確認刀具和工件的材質、特性、尺寸等各項因素，通過前期分析、統計判斷是否存在可能引發熱變形的因素。如針對零部件進行熱加工處理，應確認刀具和工件材質具有足夠耐熱度。為避免因摩擦引發熱變形問題，需要合理設定進給參數，減少摩擦的同時，使用潤滑油或冷水降溫方式減少熱量產生。在機械加工中期，應加強系統環境溫度把控，必要時通過改造結構隔離機床熱源，確保工件受熱相對均勻，避免出現局部溫度過高或過低問題。為此，需要加強刀具、機床狀態、溫度變化等因素把控，保證加工環境正常。熱變形將導致刀具和零部件間的確定關系發生變化，形成轉動誤差。因此完善加工流程，準確把握刀具和零部件的關系，能夠避免因熱變形導致零部件加工精度降低。如在加工長度大的零部件時，僅對但一面進行切削將引發表面溫度升高問題，加工結束后將導致徑向尺寸與設計值間存在差異。為避免熱變形引發過多誤差，可以搭配使用切削液降低表面溫度，抑制熱變形情況發生。此外，也可以適當減小切削厚度，加強摩擦產熱總量控制。結合實踐條件，也按照先粗加工后冷卻方式減小誤差，最后通過精加工有效控制誤差。

3.2 加強檢查力度

針對機床加工精度過低的情況下，需要加強整個加工系統檢查，通過適當降低系統載荷減少工件受力，并通過優化內部結構形態和增加系統機械強度削弱外力給零件加工精度帶來的影響。結合機床結構發生的偏差和磨損情況，可以根據與零部件的相對誤差進行調整，如采取縮短傳動鏈、減少傳動部件個數等控制誤差，補償因結構受力變形引入的誤差。通過系統分析，能確定系統誤差是否來源于刀具或其他部件。發生刀具誤差，主要與刀具承受過大加工負荷、長時間使用等因素有關，導致刀具幾何形態發生變化。結合實踐生產需求，應選擇與加工零部件剛度相匹配的刀具，并嚴格把控刀具質量。在材質達到要求基礎上，根據刀具磨損情況進行結構修復，能夠使刀具正常受力和施力，為零件高精度加工提供保障。針對零部件加工使用的專用夾具，產生的誤差通常與安裝和使用有關，檢查確認存在安裝誤差，需要及時調整。發現因磨損產生誤差，需要引入誤差補償技術，將誤差控制在合理范圍內?？紤]到長時間運行后刀具、夾具等工具容易發生老化磨損、結構變形等問題，需要定期開展檢查，通過維修養護使加工系統處于良好運行狀態。

3.3 改進加工條件

選擇高精度的機床，能夠從源頭上加強零部件精度把控。企業在采購設備時，需要從性能、預算、售后等多方面進行考量，根據實踐生產需求合理進行硬件配置。與此同時，應加大研發投入，研制出高精度、高效率的機械零部件生產設備，通過精準操控設備有效提高零件加工精度。在機械設備安裝過程中，應嚴格按照相關技術標準把控設備安裝質量。如在主軸安裝期間，應嚴格控制轉軸裝配精度，并做好潤滑工作，定期進行結構保養維護，縮小主軸回轉產生的誤差。選用精度高的部件，并提供支撐精度數據，應用精度滾動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。而機床導軌用于對零部件加工位置移動進行校準，在安裝時同樣需要嚴格控制精度，并且定期進行校準，使零部件在進退刀等動作下能夠達到較高移動精度。伴隨著生產需求變化，對機械設備進行改造，應引入專業設備和人員輔助分析，準確計算設備使用誤差，通過誤差補償提高加工精度。結合生產實踐展開分析，確定機床是否存在安裝不規范、操作不精準等各項問題，通過合理修正和系統修復能夠保證機床幾何精度準確性。開展專業操作技能培訓工作，持續提高人員操作水平，在機械加工編程時合理設定參數和選擇插補方式，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到較高精度，但在實際加工時容易受多重因素的影響，導致零部件機械加工誤差較大，影響汽車整體性能。為提高零部件機械加工工藝水平，需要通過完善加工流程和加強設備、刀具檢驗角度減少加工過程中產生的熱變形和結構變形，并通過改進加工條件減小各項幾何誤差，做到全面提升零部件精度。

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