机械加工几何精度控制方案

路文敬，张晋刚，张庆武，陈吉祥，杨建明

山推工程机械股份有限公司 山东济宁 272073

1 序言

在机械加工中，由机床、夹具、刀具和工件组成的统一体称为工艺系统。在加工过程中，由于工艺系统各种原始误差的存在，使工件和刀具之间正确的几何关系遭到破坏，进而造成几何尺寸超差。一般将加工过程中可能出现的原始误差分为两种，即与工艺系统初始状态有关的“静”原始误差和与加工过程有关的“动”原始误差。下面从工件、刀具、夹具和机床等4个方面，提出应对加工中几何尺寸超差问题的解决方案。

2 工件方面

1）应遵循机械加工总体原则，即先基准、后其他，先面后孔，先主后次，先粗后精、粗精分开。

2）在工序的精加工工步前，松开压板，适当释放装夹应力，对工件再次找正后进行轻压紧。为保证加工安全和加工质量，建议对轻压紧通过试验验证的方式获得最佳扭矩值，进行定扭矩压紧。

3）夹紧力的作用点要为实点，作用点因不是实点而产生变形的，有3种解决方式：①将原来的一次装夹分解为两次实点装夹，但是要注意切换装夹时的顺序，必要时需对工件重新找正。②对工件设置装夹工艺凸台，待全部工序完成后，根据是否影响工件装配决定是否去除工艺凸台。③在装夹结构薄弱处设置辅助支撑（见图1），当前市场上的部分液压辅助支撑已可实现“零变形”支撑。

图1 辅助支撑

4）保证工件和夹具定位面具有较好的平面度。平面度自检如图2所示。若定位平面较大，夹具定位面可更换为垫块形式，规避工件与夹具大平面贴合产生的装夹翘曲变形；若工件的平面度得不到保证，可使用铜皮、纸屑及翘曲纤维等将定位面塞平后再压紧加工。

图2 平面度自检

5）加工过程中，采用切削液，及时散热，减少工件热变形。

6）时效处理安排在半精加工前，彻底释放工件内部应力。

7）车削时，针对薄壁件，采用软爪或开口套环进行装夹，或者采用端面压紧取代圆周压紧。

8）车削时，根据变形情况进行反变形加工，即反方向预先加工出对应的变形量，加工完成后反变形量与变形量相互抵消。

9）车削大型不规则工件时，要根据工件质心位置进行配重，减小离心力作用。

3 刀具方面

1）钻孔、镗孔及铰孔前，加工部位存在半壁结构的，要先将半壁部位去除；加工部位为毛坯面的，要先将毛坯面锪平，从而保证刀具切削时受力均匀。

2）加工前按照相关标准对刀具进行径向圆跳动、轴向圆跳动的检查。

3）刀具刀柄禁止磕碰划伤，定期使用专用工具清理机床主轴锥孔。

4）控制刀具长度，尽可能地保证刀具有足够的直径，确保刀具牢固。

5）对精度要求非常高的工件，加工前要对刀具进行动平衡校验。

6）调整切削参数和刀具角度等，控制加工过程中的刀具受力、受热及磨损。

7）采用防振、抗振专用刀具。

4 夹具方面

1） 改善装夹方式，杜绝压紧螺杆的安装点与压板的后支撑点一个在夹具上、一个在机床上，防止夹具被压紧螺杆拉起而引发夹具严重变形。

2）夹具要有足够的刚性。

3）夹具采用心轴定位，且心轴上设有压紧螺纹时，要对螺纹进行磨削，保证螺纹与心轴定位端面的垂直度。

4）对精密车削类夹具进行动平衡校验，控制夹具旋转时的离心变形。

5 机床方面

按照机床验收精度标准对机床进行检查确认，例如检查机床主轴与工作台的垂直情况、主轴窜动情况等。

6 结束语

1）在工件尤其是新产品加工出现几何尺寸超差时，首先要确定是哪种变形引起的，然后根据相应的变形解决方案寻找合适的解决办法。

2）探索利用计算机有限元辅助分析技术，预先做出工艺系统变形分析，这样有利于工艺方案的不断优化。

3）日常工作中要善于对解决方案进行总结，举一反三，从而全面提升产品质量。