金屬加工機械設備精密加工技術研究

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摘要：為了降低由于金屬加工機械設備精度較低帶來的產品質量問題，提出金屬加工機械設備的設計工藝及精密加工技術研究。以幾何對象為驅動目標，通過分析待加工的機械設備不同構成部位之間的幾何特征關系，結合實際需求實現對設備設計工藝的制定，并利用研磨加工技術、切削加工技術、微波加工技術對設備進行精密處理，提高設備的精度。通過實例分析表明，所提方法的加工誤差在合格標準以內。

關鍵詞：金屬加工；機械設備；設計工藝；精密加工技術

近些年來，伴隨著精密加工要求的不斷提高，金屬加工機械設備在實際加工生產中的應用價值不斷提升，與之協同發展的還有設備的設計工藝以及相應的加工技術[1]。與其他類型的機械設備相比，金屬加工機械設備對精度的要求更高[2]，同時受設備運行環境的影響，其在運行期間出現，損耗的程度也存在較大差異。如何最大限度抑制這種差異化的損耗[3]，保持機械設備加工質量的高水準成為了金屬加工行業研究的重點[4]。除了加工效率這一問題外，加工質量以及加工效果的精細化程度同樣是相關加工企業需要重點關注的問題之一。為此，本文提出了金屬加工機械設備的設計工藝及精密加工技術研究，通過對設備的設計工藝作出全面研究，確保機械設備運行的可靠性，通過精密機工技術實現設計工藝的有效落實。通過本文的研究，以期為金屬加工機械設備的研究和發展提供幫助。

1金屬加工機械設備設計工藝

與其他類型的設計工藝相比，金屬加工機械設備的設計工藝是一個以工藝知識為驅動力的過程，其主要是以幾何對象為驅動目標，由虛擬到現實的生成過程。因此，需要借助待加工的機械設備不同構成部位之間的幾何特征關系，實現對信息的傳遞。采用幾何關聯技術設計整個工藝過程的方式也可以確保設備不同特征之間形成。而要確保機械設備能夠滿足高精度的金屬加工需求，對其特征類作出準確合理應用是十分必要的。一般情況下，機械設備的特征類包括補孔類、沖壓方向類、包容盒類、控制線類、截面線類、工藝補充面類、壓料面類、凹模口線類、拉延筋類、毛坯類、修邊線類。由此，在對機械設備進行設計時，需要將設備的設計知識與實際的加工經驗相結合，使設備的特征類與幾何對象之間建立起對應關系，在成形工藝的約束下對設備的加工精度進行控制，確保最終的設計在可行性和合理性方面與實際的加工需求相契合。以此為基礎的機械設備設計工藝分為以下幾個步驟。首先，以機械設備的實際加工需求為目標，構建工藝方案，并根據設計結果以沖壓的方式構建設備的初始模型，并在工藝方案中明確特征類之間的關系，在此過程中，利用控制函數將待設計的工藝知識轉化為幾何形狀特征，并在工藝特征中對設備的初始形狀信息進行關聯UG/WAVE處理，此時的關聯主要是以設備設計知識與設備加工工序特征為基礎進行的。在此基礎上，為了簡約化工藝補充面的設計難度，需要對上文構建的模型進行特征類對位處理，預處理具有孔、邊界缺口、缺角等特征的位置，以曲面填補的方式使設備母材與模型之間實現光滑過渡，以形成的連續曲面為后續的設備精密加工提供實施條件。接下來，經過曲面填補后的模型會在原有基礎上出現一定的形變，因此需要根據沖壓方向對模型進行優化處理，通過將三維空間的設備模型截面線轉化到二維空間，將其在二維空間的可行域作為模型優化的目標值，以此實現最佳沖壓方向的確定。此時就可以通過網絡法確定設備拉延工藝的型面，結合拉延件主體曲面模型及對應的設備邊界信息，設計控制線的位置，并匹配機械設備加工工藝補充面截面線的類型，此時生成的控制線主要用于約束工藝補充面截面線的延伸位置，確定設備凹模口的終止點。再采用參數變量化技術實現對設備模型的整體切割，其方法如圖1所示。如圖1所示，S為網絡法確定設備拉延工藝型面的中心，D和T分別為確定設備凹模口的終止點，k為對應的設備不同位置的特征類。通過這樣的方式，將設備模型的凹模口線輪廓形狀、拉延件結構特點、拉延位置和幾何參數精準地包裹在翻邊線與外輪廓線內。

2金屬加工機械設備精密加工技術

在完成對設備的工藝設計后，需要對其進行精密加工，提高設備的加工精度。考慮到對金屬進行精密加工時對尺寸以及具體參數的要求較高，而傳統工藝對于金材料的加工主要是以外形輪廓切割，對于細節的處理并不完善。為此，本文設計了研磨加工技術和削切加工技術實現對金屬加工機械設備的精密化處理。

2.1研磨加工技術

對于初步成型的設備模型，需要通過研磨加工技術對表面進行進一步處理。與其他類型的金屬處理技術不同，研磨主要是針對微量參數進行的加工，一般情況下，其對尺寸的加工參數精度可以達到0.001mm，對于角度的處理精度可以達到0.01°。不僅如此，在實際加工過程中，部分造型是難以直接通過切削處理得到的，例如弧形金屬構件，對此，采用研磨的方式，將弧形兩側的金屬固定在加工架上，在研磨作用下對其弧度度數進行約束，確保加工結果的精度。其實施方式如圖2所示。可以需要注意的是，在對母材進行打磨處理時，目標細度可能存在難以通過打磨直接達到的情況，此時需要在實施過程中合理運用潤滑劑，以此減輕兩者之間的摩擦，確保最終的研磨質量達到精密加工的目標。由于研磨加工對材料和機械的實施效果受研磨料粗糙程度的影響而存在較大差異，因此要根據機械設備的實際需求進行調整。為此，本文就不同加工精度下，研磨設備的目數進行劃分，其結果如表1所示。按照表1所示的方式，以此將設備尺寸誤差最低降低到0.001%以內，提升加工的精密度。

2.2切削加工技術

在設備設計階段，最后需要對完整的模型進行切削處理，此時的精度將會直接影響打磨階段的工作量，為此，可以采用精密切削加工技術實現對模型的高精度加工，以高精度的數控機床為實施措施，對模型材料進行精密切削。考慮到金屬構建加工的復雜性，可以利用計算機的強大處理功能實現該過程設計。首先按照加工要求將對應的參數導入到設計軟件中，在系統中生成三維模型，對成品形成初步判斷。并結合該結果對相關指標進行適應性調整，完成計算機上的審核后，將其導入到加工設備中，按照系統輸出完成切削。在此階段，除控制精度外，選擇的刀具也是關系到切削精度的關鍵，因此要求刀具的硬度大于母材，同時進刀量以微米級為計量單位，通過這樣的方式將模型表面粗糙度控制在0.02~0.01微米的范圍內。由于不同金屬材料自身的屬性也存在一定的差異，因此對切刀的選擇也要從剛度和硬度的角度進行考量，確保其在實際的加工過程中不會出現切削中斷的情況。

2.3微細加工技術

對于設備的微小組織結構，需要通過微細加工技術實現，常用的方式包括微波技術，以電子束、超聲波、為主，以此實現切削工藝能夠在微量移動過程中對目標單位個體的去除。但由于物理效應的影響，微熱力效應較為明顯，熱量過高極易引起構件的形變，因此需要以噴油的方式對加工位置進行降溫處理。

3實例分析

將本文設計的金屬加工機械設備的設計工藝及精密精加工技術應用于實際的生產中，測試其應用效果。

3.1加工設備參數

待加工的設備為重力鑄造構件，頂端弧度為35°，邊角的角度與之一致，同樣為35°，設備高度為2.5cm，寬度為3.0cm，長度為2.5cm，底部的梯度層級呈對稱關系，對稱中心線上直徑為2mm的孔特征類。其中，一級梯度寬0.5cm，二級梯度寬0.3cm，高度均為0.1cm，構件整體呈現為近似拱形房屋建筑的形狀，具體的構造如圖3所示.

3.2應用結果

在上述基礎上，采用本文提出的方法對其進行加工，并統計了加工后各指標參數的情況，其結果如表2所示。從表2中可以看出，直線距離上，加工結果與目標值之間的誤差始終在0.001以內，在弧度參數方面，角度誤差不超過0.02°，滿足精密加工要求。表明本文提出的精密加工技術能夠實現對金屬構件的精細化處理。

4結語

提高金屬加工機械設備的精密度是提高產品質量的關鍵，面對多樣化、復雜化的金屬構件加工需求，僅僅優化加工設備是遠遠不夠的，還需要在加工技術上作出提升。本文提出金屬加工機械設備的設計工藝及精密加工技術研究，以期為金屬加工領域的發展提供參考。

參考文獻：

[1]郝媛,周江奇,蔣鵬,等.鍛模相關國家標準和機械行業標準現狀及應用示例[J].模具工業,2021,47(06):1-9.

[2]梅榮娣.現代化農業機械設計制造工藝及精密加工技術研究[J].農業技術與裝備,2021(02):85-86.

[3]高超杰,田陽,羅強,等.重型機械產品裝配工藝設計的方法研究[J].中國設備工程,2020(21):117-119.

作者：馬偉 鄭衛剛 單位：蘭州交通大學機電工程學院