摘要：铝合金板材在轨道交通领域应用十分广泛，但是由于铝合金本身的材料特性和板材的几何特性使得在加工过程中常常精度不足，技术人员往往不知如何下手甚至遗漏了某些关键的影响因素。本论文的目的就是要介绍研究板材件加工精度的方法，同时给出提高精度的有效措施。
关键词：铝合金板材；加工精度
1.铝合金的材料特性和几何特性
铝合金可以分为1-9系，其中在轨道交通领域普遍应用6系铝合金，其特点是成分以铝、镁和硅为主，硅化二镁为主要强化相，是目前应用最广泛的合金。
铝合金板材结构简单定位方便，但厚度一般为5――20mm受力变形明显，对工艺系统刚度要求高。
2.影响铝合金板材加工精度的原因
2.1研究加工误差的基本概念和方法
加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数相符合的程度。零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度称为加工误差，加工误差的大小表示了加工精度的高低，加工误差是加工精度的度量。[1]
研究加工精度的方法一般有两种：一是因素分析法，通过分析计算或实验、测试等方法，研究某一确定因素对加工精度的影响；二是统计分析法，运用数理统计方法对生产中一批工件的实测结果进行数据处理，用以控制工艺过程的正常进行。一般先用统计分析法找出误差的出现规律，然后运用因素分析法进行分析，以便迅速有效地找到影响加工精度的关键因素。[1]
2.2铝合金板材件常见的三种加工部位
铝合金板材件的基本加工工序是先由铝合金原材压轧成板材、板材再经冲压工序将外形轮廓一步成型、最后由机械加工出其余部位。通过对大量铝合金板材件加工部位的统计，我们可以归纳为三种情况：厚度方向加工，水平方向加工和平面表面粗糙度加工。
2.3厚度方向加工误差原因分析
2.3.1统计分析法分析加工误差
对加工完成的零件随机抽取30个作为样本，对板厚尺寸进行测量。将这批零件按实际测得的尺寸大小分成了6组。以零件尺寸作为横坐标，同一尺寸间隔内的零件数量作为纵坐标绘出等宽直方图。再连接直方图中每一直方宽度的中点得到一条折线，即实际分布曲线。
从分布曲线中我们可以观察到零件尺寸近似成正态分布，且大多数零件的尺寸都大于标准尺寸，因此研究重点就是造成尺寸偏大的原因分析。
2.3.2因素分析法分析加工误差
零件的机械加工是在由机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统中进行的。因此要分析影响加工精度的某一原因时就要从工艺系统中这4个因素去考虑。[1]
（1）工装分析
为了避免加工时刀具与工装发生碰撞，装夹工件时夹紧力常常不均匀，致使工件在受到切削力后发生变形，工件加工后厚度偏大。
（2）刀具分析
刀具磨损对厚度方向的精度影响很小，可以忽略。
（3）工件分析
由于板材件的结构特点非常适合在机械加工前对板材的外形通过冲压工艺实现，所以加工前板材的精度会直接影响到机械加工后的尺寸精度。
（4）机床分析
对高度方向加工精度影响最大的就是主轴纯轴向窜动和导轨在垂直面内的直线度误差。
2.3.3影响因素总结
通过先用统计分析方法发现加工误差趋势之后，再从夹具、刀具、工件和机床四个因素分别进行分析验证，我们可以得出影响铝合金板材件厚度方向尺寸加工精度的原因是：
（1）工装不能够保证工艺系统有足够的刚度，板材在加工?r出现较大的变形。
（2）加工前板材的精度过低，严重影响加工后的精度。
（3）机床的主轴轴向精度和导轨垂直方向上的精度不足。
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2.4水平方向加工误差原因分析
2.4.1统计分析法分析加工误差
对最初加工完成的零件随机抽取30个作为样本，对加工后宽度进行测量。用同样的方法绘制实际分布曲线图。从实际分布曲线图中我们可以看到宽度尺寸呈现正态分布，且受到恒定因素影响，因此有必要对影响因素作进一步分析。
2.4.2因素分析法分析加工误差
（1）工装分析
如前面所述零件在工装上是完全定位，工装对精度没有影响。
（2）刀具分析
宽度尺寸精度并不是由刀具决定的而是由机床精度决定的，因此刀具对该尺寸加工精度没有影响。
（3）工件分析
由于铝合金板材外形加工普遍是由冲压工艺完成的，所以冲压工艺的精度将影响机械加工的精度。
（4）机床分析
机床导轨在水平方向上的偏差会对水平方向加工精度产生影响。
2.4.3影响因素总结
通过以上分析我们可以得出影响铝合金板材件水平方向尺寸加工精度的原因是：
（1）加工前板材的精度过低，严重影响加工后的精度。
（2）机床的导轨水平方向上的精度不足。
2.5表面粗糙度加工误差原因分析
2.5.1统计分析法分析加工误差
对最初加工完成的零件随机抽取30个作为样本，用专用粗糙度仪对加工后的表面粗糙度进行测量。用同样的方法绘制实际分布曲线。从图中可以观察到粗糙度值分布呈正态分布，但粗糙度大于设计要求的零件数量较多，说明这其中有影响到粗糙值的因素。
2.5.2因素分析法分析加工误差
（1）工装分析
由于工装对于平面切削的刚性不足，因此会产生较大震动，而震动会直接影响到加工表面的粗糙度。
（2）刀具分析
分析面铣刀的切削用量和两刀轨间步距，发现有部分刀轨为整刀切削。通过查阅《山特维克可乐满手册―金属切削技术指南》发现这样的走道方式并不合适。铣刀在切削时应避免整个铣刀参与切削，使刀具稍微偏离中心将意味着更恒定的切削力方向。[2]因此，改善走刀方式可以提高表面粗糙度。
（3）工件分析
显而易见工件本身对表面粗糙度没有影响。
（4）机床分析
机床主轴回转误差中的纯轴向窜动和纯角度摆动会对加工表面的粗糙度值有较明显的影响。
2.5.3影响因素总结
通过以上分析，我们可以得出影响铝合金板材表面粗糙度加工精度的原因是：
（1）工装不能够保证工艺系统有足够的刚度，板材在加工时出现较大的震动。
（2）刀具的走刀路径不合理。
（3）机床的主轴轴向精度不足。
3.提高铝合金板材加工精度的方法
通过以上对板材件厚度方向，水平方向和表面粗糙度的加工误差原因的分析，我们可以总结出如下提高板材件加工精度的方法：
（1）工装要能为工艺系统提供足够的刚度，避免在加工中使零件发生变形和震动。
（2）在加工前要严格控制由冲压工艺发来的铝板的尺寸精度。
（3）合理使用刀具，根据刀具品牌和型号并结合实际加工工况选择合适的切削用量和走刀路线并在加工中避免震动。
（4）机床的主轴精度和机床导轨精度要定期检查，以免在不知不觉中增大了加工误差。
参考文献
[1]曾志新，吕明.机械制造技术基础.武汉：武汉理工大学出版社，2001.
[2]SANDVIK，etal.金属切削技术指南.北京：山特维克可乐满内部用户手册，2005.
论文作者:蔡洪军
论文发表刊物:《基层建设》2019年第15期
论文发表时间:2019/8/5
标签：加工论文; 精度论文; 板材论文; 误差论文; 铝合金论文; 刀具论文; 零件论文; 《基层建设》2019年第15期论文;