对机械加工工艺过程质量控制模型的分析

路伟 马跃

摘  要：在机械加工的工艺过程中，各种因素影响下的误差往往是难以避免的，这些误差不仅会降低机械零件的质量以及成品合格率，同时也会对工序的工艺能力造成直接的影響。为此，文章对机械加工工艺过程中的质量影响因素进行了分析，并在此基础上对机械加工工艺过程质量控制模型的构建展开了探讨。

关键词：机械加工;工艺过程;质量控制

中图分类号：TH161         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）06-0126-02

引言

机械加工对于产品要求是非常严格的，只要产品零部件的任何一项指标不符合设计标准，就不属于合格产品，而这类不合格产品一旦被使用，那么就很可能会给产品使用者带来危险隐患，并降低企业产品的市场信用，这些对于机械加工企业的发展来说都是非常不利的，而对机械加工工艺过程质量控制模型进行，则能够在很大程度上避免这类问题的发生。

1 机械加工工艺过程质量的影响因素

1.1 加工机床几何误差

加工机床是现代机械加工所必不可少的设备，其精度对于零件产品的加工精度有着非常直接的影响，在机械加工工艺过程中，一旦加工机床在安装、调试方面出现问题，那么机床的各项参数就很可能会受到影响，进而影响到零件产品的加工，产生与加工机床类似的几何误差。从目前来看，加工机床的几何误差主要可分为三种：第一是加工机床回转轴位置、角度出现偏差，进而导致零件的几何误差;第二是加工机床的导轨角度、间距产生几何偏差;第三则是加工机床的传动链条出现几何偏差。

1.2 加工刀具几何误差

加工刀具是加工机床非常重要的组成部分，同时也是零件机械加工的主要工具，一般来说，加工刀具在零件加工中主要用于零件的切削，不同零件产品由于设计要求不同，对加工刀具也往往会有着比较严格而严格的要求。一旦刀具的厚度、宽度、长度等参数出现异常，那么在加工机床同样的控制操作下，零件产品的外形就会出现不同于设计要求的操行。一般来说，加工刀具产生几何误差的原因主要有以下几点：第一是加工刀具使用时间过长或是在使用过程中保养工作不到位，导致刀具出现不同程度的磨损，其精度自然就会有所下降;第二是加工刀具的进厂质量审核不够严格，刀具本身的各项参数就不符合精度要求;第三则是加工刀具在安装过程中出现错误，导致刀具规格不符合相关要求[1]。

1.3 加工定位误差

机械加工是在加工机床上进行的，加工过程中机床各部件、刀具的位置相对固定，因此只有将零件产品放置在固定位置上，才能够加工出想要的零件，如果加工定位出现了偏差，那么零件产品的精度也同样会受到影响。例如在机械加工中，加工定位通常都是按照定位基准进行的，如果定位基准与设计要求不匹配，或是零件产品的位置未能与预定基准重合，那么就必然会出现加工定位几何误差，一旦开始加工，零件的尺寸、大小等都会出现差异。另外在确定定位基准时，往往需要进行一系列的计算，如果这一过程中计算出现偏差，那么同样会产生定位几何误差。

1.4 零件受热变形误差

在进行机械加工的过程中，如果机械设备进行长时间的工作，很有可能会产生机械过热的问题。如果加工机械过热，那么用其进行加工的零件很有可能出现过热的情况，从而也会出现热变形的问题。当然，零件的热变形还会受到加工外部环境的影响，如果外部环境过热，则会对加工机械以及加工零件产生影响，加工零件很有可能会产生热变形的现象;如果加工零件的周围存在过热的设备，很有可能会通过热传递的方式而使得零件加工产生热变形。因此，零件受热变形是导致其出现加工误差的一个重要原因，因而又导致机械加工的质量无法得到保证。

1.5 加工工艺调整误差

在进行机械加工的过程中，难免会遇到对加工工艺进行调整的情况，其中还存在加工工艺调整误差产生的事件。零件加工对生产工艺有比较高的要求，而进行工艺调试过程中，很有可能会出现调整误差。因此，加工工艺调整会带来零件加工精度产生误差的风险，从而使得零件质量无法得到保证。

2 机械加工工艺过程质量控制模型的分析

2.1 单工序误差传递模型

在机械加工的工艺过程中，误差是指实际几何参数与理想几何参数间的差异，由于工序步骤较多，每一道工序所需的也比较复杂，因此无论是原理误差、刀具误差、加工定位误差等原始误差，还是受热变形误差、工艺调整误差等在加工阶段形成的误差，都会受到误差传递的影响。也就是说，哪怕是在单工序工艺过程中，同样可能会存在多种加工误差，而这些加工误差则会不断传递，并对加工零件产品最终的实际几何参数造成不同程度影响。基于这一点，我们可以建立单工序的误差传递模型，对一道工序存在的加工误差进行测算，并进行相应的调整。一般来说，一道工序的加工误差可表示为Y=f（X）+d，其中Y为工序的输入尺寸，X为工序的输出尺寸，而d则为工序本身的原始误差，输入尺寸X与输出尺寸Y之间存在传递函数关系（即产品尺寸在误差的影响下，逐渐由输入尺寸变为输出尺寸），用f（X）表示。从具体上来看，由于工序中的操作比较复杂，因此单工序的误差传递模型可以进一步展开，假设X0、Y0分别为X、Y的基本尺寸值，则传递函数关系f（X）=f（X0）+f′（X0）/1！（X-X0）+f（k）（X0）/k！（X-X0）+……，同时由于输入尺寸与基本尺寸值X0间的差值为工序尺寸偏差，而工序尺寸偏差与基本尺寸值X0间的比值绝对值又小于1，因此可得单工序中的误差传递模型yi=aixi+di，其中ai为误差传递系数，aixi则为实际传递误差，通过计算，即可得到该工序的总误差值。

2.2 多工序误差传递模型

与单工序误差传递相比，多工序误差传递更为复杂，对于多工序误差传递模型的构建，也需要考虑更多的问题。首先，机械加工是一项系统性的工作，其由多道工序组成，不同工序间存在着密切的联系，每一道工序的顺序也不会轻易改变，因此在得到某一道工序的输出尺寸与输出误差后，实际上也就相当于得到了下一道工序的输入尺寸与输入误差，而在多道工序的加工过程中，这一误差值也同样会发生传递性的变化。为此，我们可以按照加工顺序对机械加工的所有具体工序进行排列，并用n进行表示，而单工序的输入误差则可表示为Xi=Yi-1，基于这一公式，多工序的误差传递模型应为yn=anxn+dn。

2.3 工序尺寸公差模型

在机械加工工艺过程中，产品误差的形成具有着流动性的特点，也就是说，其最终输出误差可以在每一道工序中分解为不同的部分，虽然在每一道工序原始误差的影响下，输出误差会不断加大，但如果能够按照工序尺寸公差模型（某道工序允许的最大输出误差）对输出误差进行不断修正，那么就能够逐渐缩小误差，并保证最终的成品误差符合设计要求。根据对相关研究结果的综合分析，通常情况下可将工序尺寸公差模型定为Ti=Tp-（Tp-Tc）[M1+M2+…+Mi/M]，其中Ti表示某一道工序的公差，i表示工序顺序，Mi为公差分配系数，Tp为零件产品的毛坯公差，Tc则为零件产品的成品公差[2]。

2.4 空间误差模型

空间误差模型是误差补偿的一种有效手段，简单来说就是将零件产品的机械加工看做是一个独立的加工空间，根据空间中的刀具总误差来改变刀具的位置，从而人为的创造出一种新的误差，抵消加工工艺过程中具有的原始误差。空间误差模型的构建需要利用到刚体运动学理论和齐次坐標变换技术，在加工空间中建立三维坐标，之后利用函数将刀具位置与原始误差联系起来，这样在得到误差源后就，可以从刀具位置入手，建立空间误差的通用模型，解决工艺过程中的原始误差问题，但由于，不同零件产品的加工工艺过程存在较大差异，因此空间误差模型还需根据实际情况进行构建[3]。

2.5 零件切削误差模型

零件切削误差模型同样属于误差补偿手段，但与空间误差模型不同的是，零件切削误差模型主要是通过切削试验以及软件建模分析来实现。一般来说，零件切削误差模型的构建需要先进行切削试验，对零件产品在加工工艺过程中所受到的各种切削力进行明确，之后根据实验结果建立相应的切削力仿真模型，对零件产品在加工工艺过程中会受到的切削力进性模拟，最后，通过对切削过程的分析，就能够将零件可能出现的误差变形确定下来，并做出相应的误差补偿。

3 结束语

总而言之，机械加工工艺过程中的加工误差来自于很多方面，这些因素都会对零件产品的精度造成直接的影响，但如果能够充分利用现代科学技术，将各种机械加工工艺过程质量控制模型构建起来并进行灵活运用，那么机械加工的工艺能力与精度就都会得到较大的提升。

参考文献：

[1]贺利杰.机械制造过程质量控制措施探讨[J].现代商贸工业，2016，37（11）：207-208.

[2]王恩双，徐连军.机械制造质量的影响因素及控制策略[J].科技创新与应用，2016（06）：122.

[3]韦靖，马柯，南博儒.数控加工过程质量控制的关键环节研究[J].现代制造工程，2014（06）：58-63.