淺議切削用量對加工精度的影響

閻洪劍

機械零件的加工必須要保證零件達到圖樣的要求，滿足其加工精度。而尺寸精度、形位精度和表面粗糙度是檢驗零件加工精度最主要的三個方面。三者任何一項達不到要求都會造成零件質量的下降或報廢等問題，其中形狀和位置精度可以通過設備、夾具、刀具、工藝等來加以保證，而尺寸精度和表面粗糙度的控制就成了很多人較為傷腦筋的難點。他們往往控制了表面粗糙度，尺寸精度卻超差了，而控制了尺寸精度后，表面粗糙度又達不到要求。筆者通過實踐經驗的總結，知道造成零件加工誤差的因素很多，現機械零件在切削加工時造成尺寸誤差的原因分析總結如下。

一、造成零件加工誤差的因素

1.計算錯誤或刻度盤操作錯誤

這里包含看錯圖樣，圖樣尺寸鏈計算錯誤，機床刻度盤松動(不能與手柄作同步運動)，操作刻度盤時未消除其傳動間隙等幾個方面。

2.量具誤差或測量技術誤差

這里包含使用量具前未校準量具和沒有學會正確使用量具的方法造成的錯誤。例如用量具游標卡尺的使用，其尺身上鎖緊螺釘的松緊度是影響測量誤差的關鍵因素；使用千分尺時，測量時手的感覺很關鍵；測量時量點位置是否正確和閱讀數值時的視線是否對正刻線等也會產生誤差。

以上兩方面的誤差是初學者容易產生的，下面的幾方面的誤差因隱蔽性較大，所以不容易引起切削加工人員注意，有時即使注意了，也不容易把握好它的度。

3.刀具角度誤差和刀具磨損產生誤差

刀具角度對切削加工的多方面影響都很大，刀具角度是要根據其本身材料結合工件材料和加工性質等多方面綜合來選擇的。刀具角度的改變對切削刃口的鋒利程度，切削力的大小，切屑厚薄和切屑變形的大小，表面粗糙度的優劣影響都比較明顯，對刀尖強度和散熱性能的影響也較突出，但是其對尺寸精度的影響是比較隱蔽的，如刀具磨損產生尺寸誤差和刀尖裝得是否對準機床的旋轉中心，對尺寸和表面粗糙度的影響也是比較大的。在數控機床加工中，書上曾經特別提到過車刀要嚴格對準中心這一點。

4.加工系統的剛性不足導致誤差

加工系統的剛性包含機床、工件和刀具三個方面。機床的功率與切削力的大小比較，工件的剛性與刀具的剛性不足所引起的誤差，尤其加工大余量的工件或者是易變形的工件時要注意處理好切削用量、刀具角度及夾具等的合理應用。

5.工藝系統的熱變形引起的誤差

工藝系統是指包含機床、工件和刀具及其他一些方面所組成的整個切削加工體系。機械加工中，工藝系統在各種熱源作用下會引起熱變形，破壞刀具與工件相對運動的準確性，從而引起了熱變形加工誤差。這個熱變形產生的誤差還是比較大的，比方說：熱變形使機床各部件的相互位置發生變化，這個變化會導致機床的精度誤差，在加工時，這個誤差會映射到工件形成加工誤差；工件的受熱變形直接造成尺寸誤差和形狀誤差(有熱變形伸長量的計算公式或熱脹冷縮作參考)；刀具在切削熱和摩擦熱的作用下體積膨脹，硬度下降，耐磨性下降，刀具壽命下降同時造成加工過程中尺寸變化的誤差。所以消除熱變形產生誤差的方法就是減少熱源對切削加工的影響。諸如采用切削液、改進刀具角度、選用合理的加工工藝，采用彈性夾具等進行加工，有條件的最好在恒溫車間中加工，以消除環境溫度變化對加工帶來的影響，最好的選擇是使加工環境的溫度和零件使用環境的溫度相近。

6.工件殘余應力引起的誤差

一般情況下，當零件精度要求不是很高時，這一項可不予考慮，這主要是切削力和切削熱的相互作用而導致的金屬內部組織發生的不均勻的體積變化。應力集中使零件處于不穩定狀態，即使在常溫下，零件的內部組織也在不斷變化，原有的加工精度也會逐漸下降形成加工誤差。殘余應力對零件或機器的精度影響成正比例關系，對零件或機器的使用壽命影響也比較大。加工時，我們可以選用合理的刀具角度、切削用量和較為剛性的加工方法以減少內應力的產生，或安排時效處理以消除內應力對零件質量的影響。

7.機床本身精度誤差導致的誤差

機床本身的精度誤差所導致的誤差是多方面的，這只能校驗或修理機床的各部分精度來減少誤差的產生——只要保證機床在最好的狀態下工作即可。

二、對上述種種誤差的綜合分析

上述七大方面的分析可以說是比較全面的，然而當我們在盡可能排除上述幾點誤差產生的可能后，加工下來的零件仍然還有超差時，我們會采用誤差的分析方法來說明：可能是上面產生誤差原因中的一點沒有排除好，也許是綜合的幾點沒有排除好。然而，上述七點有時并不一定能完整地說明誤差產生的具體原因，。那么到底還有其他什么因素導致尺寸超差呢？在實際加工中，有很多人車好了外圓的尺寸精度，但是表面粗糙度不一定能控制好，而表面粗糙度控制好了，尺寸精度卻經常會超差。這又是什么原因呢？我們現在以硬質合金車刀車削為例，這類刀具在使用時有—個現象：就是當我們選擇的車削速度較快，進給量不變，吃刀量稍大時，會得到較低的表面粗糙度值，可是在同等的切削速度、進給量下，當吃刀量較少或是接近零點零幾毫米余量的時候，表面粗糙度卻差別明顯，經常會導致表面有拉毛或劃痕等不理想的效果，而且尺寸精度還不容易控制。筆者通過多年教學實踐和實際加工經驗反復驗證，發現切削用量對加工精度的影響比較明顯，即精車時切削用量的選擇上沒有引起我們的注意，只要我們注意這方面的問題，就可以明顯提高車削加工的尺寸精度和降低表面粗糙度值。

切削用量的選擇對于切削加工是重中之重，切削用量三要素之間搭配的好壞也是衡量一個技工技術水平的重要標志之一。為什么說是標志呢？因為它要根據機床的功率、加工的性質、刀具材料和工件材料，還有刀具幾何要素、工件的形狀和加工余量等一系列參數來綜合衡量后才能進行選擇，而選擇得好壞對生產率、加工質量等各方面都影響深遠。可以說，切削用量三要素之間的選擇搭配是每一個車削加工者都要特別注意的環節。一般的外圓加工是先試切削3～5mm左右長的一小段外圓，停車測量后再進給車削，一刀精車到尺寸。這種方法也叫試切削法。這是一般精度零件加工時的車削方法。很多人把它應用到精加工中去，雖然節約了走刀時間，提高了生產率，但是卻容易造成尺寸誤差和表面粗糙度的不統一。因為在接刀時，存在切削用量的變化而引起切削力變化現象，導致尺寸誤差和表面粗糙度值不一致等問題的產生。精車外圓時，要同時保證外圓的尺寸精度、形位精度和較低的表面粗糙度值，切削用量的選擇至關重要。這里有一個技巧，即分二刀均等地精車外圓。筆者無論在生產中還是在教學中都屢試不爽。其缺點是增加了走刀時間，優點是既可以保證零件的尺寸精度又可同時保證零件的表面粗糙度。

把精車余量均等地分二次進刀的順序是：第一步，測量精車余量(必須要保證外圓不能有太大的跳動，否則要車掉跳動以后再開始第一步)；第二步，把精車余量分成兩等份；第三步，精車第一等分精車余量；第四步，測量并在中滑板上進給加工的余量(即第二次終精加工)。這里要注意：必須要保證兩次加工要盡量用相同的切削速度、吃刀量和進給量，這樣就可以同時保證尺寸精度和表面粗糙度達到加工要求。其原理是保證精加工的兩刀盡量在相近的環境下切削。這樣才不會因切削要素的不同而造成尺寸和表面粗糙度的誤差。因為只要加工系統的間隙存在或者加工系統的形變存在，切削用量三要素中任何一個要素的改變都會引起尺寸精度的變化。車削速度、吃刀量和進給量任意一個要素的改變都會引起切削力的變化，而切削力的變化引起車床間隙或者讓刀量產生變化，而且對尺寸精度和表面粗糙度的影響都比較大，有時尺寸誤差達十幾絲，表面粗糙度的誤差也很明顯。在生產實踐中，有些車削技術人員在批量精車外圓時經常會采用在中滑板或者刀架上打上百分表來控制尺寸精度，可是由于工件上加工余量的不同——實質上是切削用量之吃刀量發生改變，這時也會造成尺寸誤差，他們往往百思不得其解。因此，在批量生產條件下，為了提高生產率，一般在精加工余量的要求中，盡量保證精加工余量相等也不是沒有道理的。

通過多次加工驗證后會發現，均等地分二次進刀對保證外圓的尺寸精度、形位精度和較好的表面粗糙度是很適用的。尤其是在單件小批量加工中，掌握分兩刀精車外圓的方法是非常有效的。這一點對于內圓柱面的加工和其他切削加工(銑、鏜等工種)技術人員，尤其是數控編程技術人員也同樣適用，而且適用于生產實習教學，效果也很明顯。因其可操作性較強，所以每個操作人員都應該在生產加工中驗證它合理與否。

綜上所述，精車外圓時產生尺寸超差的因素是多方面的，有時我們沒有辦法去分析并區分出是那點原因導致的加工誤差。我們要保證尺寸精度、形位精度和表面粗糙度的要求，就必須掌握產生誤差的各方面原因分析，不但要知其然，還要知其所以然。我們要把理論分析與實踐技能有機地結合起來，融會貫通，形成比較完整和系統的知識，這樣才能達到真正掌握切削加工技巧的要點和提高質量問題分析的能力。

（作者單位：河南許昌市高級技工學校）