周国东
广州市华欣液压有限公司
摘要：本篇通过三个角度进行的论述，首先是对加工的工艺进行了简单的介绍，其次是对加工的精度进行了简单的分析，最后是对受力变形这一影响因素进行了简单的阐述，从这三个角度进行着手，来分析机械加工对零件加工精度的影响，希望可以对实际操作中的零件加工提供一些借鉴意义，从而提高其加工的精度。
关键词：机械加工；零件加工；精度
1.加工工艺分析与调整
首先以一个实际生产的零件为例,下文将讨论如何通过调整加工工艺来保证零件中各表面之间的相互位置精度。
用于塔式起重机的回转零件，该零件的2个50±0.0095mm 外圆用于安装滚动轴承。零件装入箱体后,只能在轴承中转动。一个啮合齿轮将转动传至该零件,使其在两轴承中转动,并通过与内花键联接的外圆齿轮(齿轮另一端是外花键)将转动输出。由于转动的输入、输出均为齿轮啮合, 因此对内花键、两轴承和外圆齿轮都有相应的精度要求。
零件加工工艺分析:(1)热处理:通过火, 提高材质稳定性,减少后续工序的变形。如毛坯已正火(如锻造件),则可直接进入下一工序。(2)车削:①校正夹紧左端,光平右端面,钻孔至25mm;粗、精车右端各外圆和端面(包括齿顶圆),外圆和端面留磨量,表面粗糙度达到工艺要求,其余外圆和端面车至图纸要求;车内槽、车花键孔至图纸要求, 倒角至图纸要求。②调头,四爪夹头上活,校正外圆和端面跳动≤0.02mm 并夹牢;车左端面至总长;粗、精车内外圆和端面, 外圆和端面留磨量,其余内外圆和端面车至图纸要求,倒角至图纸要求。(3)插内花键:夹紧左端,校正右端面和端面跳动≤0.02mm,高点位置与作标记方向一致,夹牢,插内花键至图纸要求。(4)滚齿:校正装夹同上,滚齿留磨量,去毛刺。(5)热处理:渗碳、淬火至图纸要求。在热处理前后各工序中,均采用校正装夹和同一校正基准,以保证各表面间的相互位置精度, 使后序加工余量均匀,减小复映误差。
热处理后,可采用以下3种定位方法保证内花键、两轴承面和齿轮间的相互位置精度:①以内花键和端面定位。内花键是压力角为20°的渐开线花键,齿面定心。将零件装入与内花键配合的外花键芯轴,端面压紧固牢。但为了装拆方便,花键配合应保证0.02～0.05mm的侧隙;另外由于花键较短,磨削时的径向分力会产生力矩。以花键定位时,花键芯轴上活,工艺经济性好,但零件安装刚度较低,稳定性较差,不易控制零件表面间的位置精度。②以60°锥孔定位。在内孔两端车出60°锥孔,用有60°外锥的芯轴安装零件,压紧锥面固牢。锥孔定位比花键定位可靠性高,但因加工过程中的装夹和热处理会使 60°锥面孔表面变形,因此热处理后应修磨锥孔。60°锥孔除有位置精度要求外, 还需要与 60°外锥芯轴配接触面,因此锥孔定位的工艺经济性较差。③以 27 孔(改为270+0.011)定位。将图1中27孔的加工精度改为270+0.011,然后采用1∶4000 的芯轴在孔内装紧。由于孔与芯轴接触面积大,无间隙,因此零件安装刚度较高,稳定可靠 ,且操作简便,工艺经济性较好。如采用该定位方法进行加工,只需将上述工序(2)中的第②部分改为:调头,四爪夹头上活,校正外圆和端面跳动≤0.02mm 并夹牢;车左端面至总长,粗车外圆和端面,精车内外圆和端面,内外圆均留磨量,其余均车至图纸要求,倒角至要求。其余工序不变。(6)万能磨①四爪夹头上活,夹住右端,校正右端外圆和端面跳动≤0.02mm;高点位置与工序(2)中作标记方向一致,夹牢;磨左端面内孔270+0.011至图纸要求。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆②1∶4000芯轴上活,装紧,顶住两中心孔;磨两轴承处圆至图纸要求。(7)齿轮磨1∶4000芯轴上活,装紧,校正齿位;磨齿至图纸要求。(8)入库入库,清洁,防锈。综上所述,按修改后的工序进行加工时,工序(6)保证了内花键对270+0.011 孔中心跳动 ≤0.02mm。由于齿面和两轴承面是以270+0.011 孔定心加工的,因此齿轮与两轴承同心,由此保证了内花键、齿轮和两轴承面的位置精度。使用1∶4000芯轴定位简单方便,工艺经济性好,可保证零件相互位置精度稳定可靠。
2.加工精度分析
在3条中心线里的下面一条中心线，为渐开线内花键的节圆中心线;中间一条的中心线为270+0.011 孔中心线;上面一条的中心线 为轴承外圆和齿轮节圆的中心线。为便于理解,将加工过程中产生的最大位置误差以放大形式表示。在插削渐开线内花键时,选择了合理的校正基准,校正要求也较高(表面跳动≤0.02mm),这是为下道工序达到要求准备条件,同时也有利于后序加工余量的均匀性。在加工270+0.011 孔时, 校正基准和校正要求与插内花键时相同。
假设其中一个齿轮在插齿加工和孔加工校正时的跳动值正好都是 0.02mm,在这种状态下,可能会出现两种理论极限后果:①中心线 1与中心线 2重合, 270+0.011孔的表面位置与内花键的相对位置无误差。这只是一种理想状态,通常情况下很少出现。②中心线1与中心线2位置不重合,其距离为0.02mm。用这样的孔上芯轴磨轴承表面、齿面, 对轴承面中心的位置误差理论上为零,但内花键节圆对轴承中心线的跳动就≥0.04mm, 这就不符合图纸要求,报废率为50%左右。
3.加工精度的主要影响因素-受力变形
3.1.工艺系统所受外力的影响
工艺系统包括机床、工件、工具和夹具,在进行切削加工时,由于夹紧力、切削力以及重力作用的影响,会发生一定程度的变形,使得已经调整好静态位置的工件和刀具、切 削过程所需要的几何关系发生改变,刀具 的运动轨迹也出现相应的改变,从而导致误差的产生。当遇到这种情况的时候,可以采用减轻系统受力程度的方法来减小误差。在实际应用中有以下几种方法:一是加强工艺 系统刚度,以便于更好的抵抗外来压力。二是减小负荷,以免变形情况的发生。一般情况都是主要提高系统中最脆弱的部件的刚度,从而更好的防止变形,减小误差。
3.2.多余的应力影响
除了以上几种情况以外,多余的应力也会使系统产生变形,这种变形主要来自热处理、切削加工等,它们会使系统即使没有外力也产生变形。对加工工艺的受力情况进行分析后,操作人员需要尽可能的将工艺系统受力 变形降到最低,从而保证加工精度。在进行 实际操作的时候,工作人员主要负责将系统 的刚度提高,并减轻载荷,来提高零件的加工精度和生产效率。加工师最主要的就是提升系统的刚度,提高方法主要包括提高联接表面的接触刚度、合理设计部件结构、正确使用加工方法等。
4.结语
对于零件生产方面，精度是主要的衡量标准，所以对于零件加工来说，精度具有重要性，现在都是利用机械来加工零件，所以对其工艺要给予足够的重视。
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[4]杨树成,刘岩.机械加工工艺对零件加工精度的影响及控制的探讨[J].农机使用与维修,2018(10):21.
论文作者:周国东
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第12期
论文发表时间:2019/9/19
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