探讨机械加工工艺系统变形的预防技术
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【摘要】在机械加工的过程中普遍存在各种工艺系统受力及系统热效应的影响，会给各种加工工件造成一定程度的变形，严重的甚至能够造成工件报废。本文主要介绍了机械加工工艺中常见的两种变形和导致变形的原因，并针对这些变形介绍了在实际工作中所积累的防止和控制系统变形的成功经验。
【关键词】机械加工；加工工艺；系统变形；预防控制
1、前言
在进行零件机械加工工作时，必须保证具备一定的前提条件，也就是说要有一个完整的工艺系统来支持加工工作，这就是所说的机械加工工艺系统。机械加工工艺系统主要由机床、各种工件和工具以及所用的夹具等组成。在机械加工的过程中，普遍存在各种工艺系统力和热效应的影响，从而给各加工件造成变形等严重后果，导致工件标准的几何参数发生误差，降低了工件原本的质量。
2、机械加工工艺系统变形的种类及原因
工艺系统在切削过程中，会受到切削力、传动力、惯性力、夹紧力及重力等的作用而产生变形，从而破坏刀具和工件之间已调整好的正确位置关系，使工件产生加工误差。工艺系统受力变形是指弹性变形，其抵抗弹性变形的能力与自身的刚度有很大关系。研究工艺系统的受力变形，主要研究误差敏感方向，即通过刀尖的加工表面的法线方向的位移。
2.1机械加工工艺系统变形的种类
一般情况下，机械加工工艺系统存在两种形式的变形，即机械加工工艺系统的受力变形和热效应变形。具体表现为在车削环节中大小头以及各种圆孔呈椭圆状，刨铣面的粗糙精确度明显低于标准规范。
2.2机械加工工艺系统变形原因
机械加工中，工艺系统在各种热源的作用下产生一定的热变形。由于工艺系统热源分布的不均匀性及各环节结构、材料的不同，使工艺系统各部分的变形产生差异，从而破坏了刀具与工件的准确位置及运动关系，产生加工误差，尤其对于精密加工，热变形引起的加工误差占总误差的一半以上。
2.2.1机械加工工艺系统受力变形的产生原因
机械加工工艺在进行切削加工环节中所产生的夹紧力、切削力以及本身存在的重力会给工艺系统带来相应的变形，导致用于操作的工具、工件在原本的静态环境下已经调整好的位置或在进行切削成形运动前的几何关系发生改变，从而引起机械加工工艺的误差。
2.2.2机加工系统热变形产生的原因
在进行机械加工时，工艺系统经常会在各种形式的热源影响下发生热变形。引起工艺系统发生热变形主要包括两种热源，即内部、外部热源。内部热源主要来自于加工过程中产生的切削热和机床和机械的液压系统在作业时所产生的摩擦热，外部热源则主要来自机械的外部工作环境温度和阳光、各种设备产生的辐射热。在进行切削加工中，引起热变形的主要原因是切削热，而大型或精密工件的热变形不能忽略外部热源的影响。热变形会对各类型的工件、刀具相对运动、位置的正确性造成破坏，形成一定的加工误差。
3、机械加工工艺系统变形的预防措施
3.1预防机械加工工艺系统受力变形的相关措施
3.1.1提高工艺系统的刚度
在进行机械加工时工作人员要选择合理的装夹加工方式，尽最大努力夹紧加在机床上所用的工件，保持加工面尽量贴合夹紧面，如果需要车削长轴，可在顶尖处应用中心架，要注意最大程度上缩短刀杆、滑枕等工件、工具的悬伸长度。
3.1.2提高接触刚度
用于机械加工的部件一般在通常情况下的接触刚度要低于实体零部件的刚度，因此，提高基础刚度能够大力改善机械加工工艺系统变形程度。常用的提高接触刚度通常有三种方法：第一，全面提高部件中各种零件之间相互接合表面的质量；第二，给机床部件施加一定的预加载荷；第三，注意提高各种工件用于定位的基准面精度，同时控制其表面粗糙度在规定的标准范围内。
3.1.3合理选择工件、刀具
要预防机械加工工艺系统受力变形，必须要采取适合当前要加工部件的工艺措施，各类型刀具的几何参数及所用工件的切削用量要保证选择合理，以最大程度上减少切削力，避免加工工艺系统的受力变形。在制订零件加工工艺规程时，应对零件每道加工工序的能力进行精确评价，并尽可能合理采用先进的工艺和设备，使每道工序都具备足够的工序能力。随着产品质量要求的不断提高，产品生产数量的增大和不合格率的降低，证明采用先进的机械加工工艺和设备，其经济效益是十分显著的。
3.2防止系统热变形的对策
3.2.1减少内部热源的切削热或磨削热
工作人员通过控制刀具的切削用量，合理选择刀具几何参数来减少刀具产生的切削热。如果零件要求高精度，要分开进行粗加工和精加工。例如，在刨削大型龙门的床身导轨时，首先要进行粗刨工作，再进行宽刃精刨环节。注意粗加工完成后要暂停一段时间，为工艺系统提供充足的冷却时间后再重新夹紧，从而达到减少粗加工引起的发热影响加工精度。
3.2.2加强散热能力
进行机械加工时采用切削液或喷雾等方法带走切削时产生的大量的切削热或磨削热，控制切削液的温度也可达到良好的冷却效果；还可以采用强制冷却方法来控制加工过程中的热变形，用冷冻机对用于散热的切削液以及油强制冷却，以便迅速带走产生的切削热量；注意保持机械加工工艺系统的热平衡，要缩短大型精密机床的预热期，以最快速度达到热平衡状态，保证加工精度。常采用的方法是在进行加工前保持机床高速空运转，也可人为进行机床的局部加热，使机床达到热平衡；另外要注意控制作业的环境温度，精密机床要安装在恒温车间进行作业，减小对加工质量的影响，有利于节省加工投资以及资源消耗。
此外，还应注意改善机床结构，减小其热变形。首先考虑结构的对称性。一方面传动元件（轴承、齿轮等）在箱体内安装应尽量对称，使其传给箱壁的热量均衡，变形相近；另一方面，有些零件（如箱体）应尽量采用热对称结构，以便受热均匀。还应注意合理选材，对精度要求高的零件尽量选用膨胀系数小的材料。
4、结束语
以上所介绍的就是机械加工工艺系统存在的两种常见的变形以及发生变形的原因，并针对这些工艺系统变形根据工作实践阐述了相应的预防和控制技术，在实际的机械加工环节中应用这些预防技术能够收获比较理想的效果。
参考文献
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