浅析机械加工工艺对汽车零部件精度的影响

浅析机械加工工艺对汽车零部件精度的影响

郑振杰，丁道克，黄文武，郭小卫

浙江长江汽车电子有限公司，浙江温州，325025

摘要：汽车零部件生产中的机械加工主要通过由工件、刀具、夹具、机床构成的工艺系统完成，加工期间不少因素都会给零部件的实际加工精度构成影响，而加工精度与产品的生产成本、品质以及生产效率存在紧密关系，若加工精度未能够达标，不仅会导致零部件失效，还会给整车安全带来隐患。因此，汽车零部件生产企业必须重视精度控制。本文探讨了机械加工工艺系统中的机床误差、受力变形与热变形因素对于汽车零部件精度的主要影响，并提出控制零部件精度的可行对策，以期为汽车零部件生产企业解决精度问题提供工艺优化思路。

关键词：机械加工工艺；汽车零部件；加工精度；影响

汽车强国战略实施过程中，汽车零部件行业对于汽车技术创新发展体系的构建具有重要作用，其也是推动新能源汽车工业升级转型以及长期可持续发展的关键力量。随着进口市场不断扩大、汽车保有量逐年增加、汽车行业形成迅猛的发展态势，汽车零部件行业快速壮大，逐步成为全球供应链体系的关键构成部分。汽车零部件企业基于生产优质产品的目标，必须高度重视零部件精度问题。现探讨机械加工工艺给汽车零部件精度构成的主要影响。

1机床误差对汽车零部件精度的影响

1.1主要影响

机床误差是在没有切削负荷的前提下，机床本身造成的磨损、安装误差、制造误差。包括导轨误差、主轴回转误差以及传动链误差。机床导轨可被看作机床中主要部件的运动与相对位置的基准，对于加工精度存在直接影响。主轴系统内部的影响因素会使回转轴线的实际位置出现变化，型式不同的主轴回转误差给加工精度造成的影响存在差异。传动链误差是零部件加工机床中联系传动链末端与始端的传动元件进行相对运动时形成的误差，此类误差与传动元件的磨损、装配误差以及制造误差存在紧密关系。

1.2控制措施

控制主轴回转误差时，可选取制造精度更高的主轴部件；选用精度相对较高的滚动轴承，使其保持良好的回转精度；使轴承、主轴轴颈、箱体支承孔和相配合表面保持良好的加工精度；对径向跳动进行预测，合理调整径向跳动方位，以此使误差得以抵消或者实现相互补偿；为了使轴承形成更高的刚度，可适当预紧滚动轴承，借此操作将间隙消除；对工件处于加工期间时的回转精度进行保障，减少对主轴的依赖，以此减少主轴回转误差给工件精度带来的影响。控制传动链形成的传动误差时，一方面，可改进工艺或者结构，如将传动链长度缩短，从而缩减传动件数；采用高精度的传动元件；实施降速传动策略。另一方面，可增设机械校正装置，通过附加误差的策略来抵消传动链自身带来的误差。

2工艺系统受力变形对汽车零部件精度的影响

2.1主要影响

受力变形对工件实际加工精度构成影响的同时，还会降低其表面质量，对于生产效率以及切削用量也有重要影响。工艺系统因惯性力、重力、传动力、夹紧力以及切削力等多种外力作用，容易出现变形的情况，使零部件与刀具间原本正确的位置被破坏，从而导致加工误差增加。切削期间，力作用位置出现的变化，受力大小发生的变化，加工精度均有受到影响的可能性。整个工艺系统的实际刚度以及各个环节的具体刚度会因受力点发生变化而出现变动。工艺系统的变形主要受到刀具、刀架、顶尖、尾架、机床头变形的影响，进而使零部件精度受到影响。对工件同一个截面进行切削时，因加工余量发生的变动以及材料硬度不均，切削力的实际大小也会发生变化，造成不一致的变形情况。

2.2控制措施

应对系统受力变形给精度构成的影响时，首先，可合理设计工艺结构，缩减连接面的数量，有效匹配各个部件之间的刚度。为了使部件形成更高的结构刚度，可增设加强肋，采用封闭截形或者空心截形。其次，可增加接触刚度，使部件表面形成相对较低的粗糙度值，扩大接触面积，提升配合表面质量，从而使各个部件保持更高的接触刚度。最后，可将部件刚度提高，如借助导杆、导套等辅助支承装置，使刀架形成更高的刚度。

3工艺系统的热变形对汽车零部件精度的影响

3.1主要影响

针对汽车零部件实施机械加工时，各类热源也会给工艺系统造成影响，以此引发较为复杂化的变形情况，降低了刀具与工件相对运动、相对位置的准确性，致使加工精度不足。不少机床的体积与热容量都比较大，尽管温升较低，但仍旧会形成不容忽视的变形量；很多机床都有相对复杂的结构，需要耗费一定的时间才能够实现热平衡，以此导致各部分产生不一致的受热变形情况，使相互位置精度遭到破坏。比如导轨磨床、龙门刨床等大型机床有较长的床身，当底面与导轨面之间产生温差时，容易引发弯曲变形情况。刀具热变形以切削热为主要热源，虽然传送至刀具处的切削热相对偏少，然而刀具质量与热容量也比较小，因此温升较高，刀具存在的热伸长现象会带来加工误差。尤其是连续作业时间较长的刀具，受热伸长现象也较为明显。

3.2控制措施

首先，可对热源进行隔离或者控制热源的激发热量。移出机床中的冷却系统、液压系统、变速箱、电动机等热源，将其分离为独立单元。对于导轨副、丝杠螺母副、主轴轴承等无法直接进行分离处理的热源，可借助润滑或者优化结构的方式来对其摩擦性能进行改善，缩减发热量。比如选取静压导轨、轴承，运用锂基润滑脂或者低粘度型润滑油；也可利用隔热材料隔离立柱、床身等大件，或者通过水冷、风冷系统进行散热。其次，还可对温度场进行均衡，从主机中分离油池，构建单独的油箱；也可将回油沟设置到床身导轨下方。最后，对机床部件结构进行调整，以对称的方式布置加速箱中的传动齿轮、轴承、轴，使箱壁保持均匀的温升。对环境温度进行控制时，可在恒温车间中安装精密机床。

4结论

加工精度是汽车零部件生产企业产品机械加工过程中的关键技术指标，关系着其机械加工装置的运行效率与成品的品质，能够体现其制造能力与技术水平。因此，企业应全面关注机床、加工环境等因素给精度带来的影响，采取有效控制措施，有效提升零部件产品品质管理水平。

参考文献

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