金屬材料機加工表面質量與精度控制技術的初探

蔣小兵 蔣愛榮

摘 要：機械加工中零件的表面質量和表面精度的控制是最重要的環節，分析機械加工過程中表面質量和精度的影響因素，改善被加工表面質量和精度的工藝途徑 ，提高整體加工水平。

關鍵詞： 機械加工表面質量；機械加工精度；表面精度控制；影響因素。

一、機械加工表面質量和精度的內容

表面質量包括表觀質量和表面粗糙度。在機械加工中，被加工表面總是會存在較小間距和峰谷組成的微觀高低不平的痕跡，把零件微觀高低不平的程度稱表面粗糙度，以Ra代號加數字來表示，數字越大表面越粗糙，反之亦然，主要是由于切削加工過程中的刀痕、刀具與被加工表面的摩擦、切削分離時的塑性變形、整個工藝系統的高頻振動等原因造成的。工件加工后的表面質量直接影響被加工工件的使用性能及力學性能、可靠性和使用壽命。

機械加工精度是指工件的被加工部位在經過機械加工后得到的實際幾何參數包括尺寸、形狀和位置形狀與零件設計圖紙上所標注的值之間的偏差程度。加工精度包括了三方面因素：尺寸精度；幾何形狀精度，如圓度、圓柱度、平面度、直線度等；相互位置的精度，如平行度、垂直度、同軸度、位置度等。

二、 機械加工表面質量和精度的影響因素

（一）機床的自身誤差及磨損對加工質量和精度的影響

機械加工的產品的最終質量和精度由機械加工機床幾何誤差決定。而機床主軸的回轉誤差、導軌誤差以及主要傳動鏈的傳動誤差是直接影響機械加工質量和精度的主要因素。被加工零件的形狀和位置誤差直接受到機床主軸的回轉誤差的影響，可分為主軸直徑方向的跳動、軸向方向的竄動及角度方向的擺動。對于車削加工軸類件，如果工件直徑都相等，則主軸的純徑向圓跳動對車削加工工件的圓度影響較小。機床主軸在軸向方向上的竄動是跟導軌處于平行狀態，對內外圓柱面的加工精度沒有直接影響，但是和加工端面是處于垂直狀態，所以會產生垂直度誤差。

當主軸每轉動一周都要沿軸向方向竄動一次，如果主軸向前竄動時形度誤差，若是加工螺紋成右螺旋面，向后竄動時形成左螺旋面，加工端面時會使工件產生平面必然產生周期性螺距偏差。主軸做純角度擺動時，在車削外圓時工件的形狀成錐體；在車削端面時，端面的中間位和邊緣的切削量不一致，產生平面度誤差。機床導軌是確定機床上絕大部分零部件相對位置的安裝基準，也是機床運動部分水平或垂直運動的基準。在導軌誤差方面，車床導軌在水平面內的直線度誤差是在被加工工件表面加工誤差的敏感方向上，對加工精度的影響最大；在垂直面內的直線度誤差對加工精度影響很少，一般可忽略不計；前后兩導軌存在平行度誤差時，刀架運動時會產生擺動，使工件產生形狀誤差。傳動鏈的傳動誤差主要是指傳動系統中傳動元件之間相互運動產生的誤差，如帶傳動中帶與帶輪的磨損，齒輪傳動中輪齒間的磨損逐漸形成的誤差以及鏈傳動中鏈條與鏈輪的嚙合誤差。

（二）切削加工運動對加工質量和精度的影響

切削加工運動包括刀具運動和切削用量。刀具在切削工作中都會和工件發生摩擦，則使刀具產生磨損。刀具材料和種類的不同對加工質量和精度也會而呈現出差異性。在加工過程中運動的刀具與工件相互運動并發生擠壓從而產生摩擦熱，是刀具溫度提高，硬度降低，磨損加快，則影響刀具尺寸。切削用量包括切削速度、被吃刀量和進給速度，其中切削速度和被吃刀量對加工表面質量影響較大，比如零件粗加工是選用低速和大吃刀量，精加工時則選用高速和小切削量提高表面質量。因此，合理選擇刀具的材料和種類和切削用量是提高零件的加工質量和精度的有效途徑。

（三）工件的定位誤差對加工質量和精度的影響

工件的定位誤差包括定位基準不重合誤差和定位夾具自身制造及裝配誤差。當工件的定位基準與設計基準不重合時則會產生定位誤差。在定位中如出現過定位或欠定位則會造成工件的損壞或無法完成。另外夾具上的定位元件在制造、安裝都會有誤差，夾具在使用、安裝拆卸工件時也會出現磨損。

三、提高機械加工表面質量降低表面粗糙度的工藝措施

1） 降低殘留面積高度。首先是改變刀具的幾何參數：增大刀尖圓弧半徑，減小副偏角。選用副偏角為零的修光刃的刀具或寬刀刃精刨刀、精車刀也是生產中減少加工表面粗糙度常用的方法。2）合理選用切削速度。切削速度的大小需要根據被加工材料的力學性能來定，當切削塑性較大的工件時，避免工件在切削力的作用下產生變形，應選用較大的切削速度，以防止積屑瘤和鱗刺的產生，從而減小表面粗糙度。3）改善材料的切削性能。通過適當的熱處理，如正火調質處理，以提高材料硬度、降低塑料和韌性，防止鱗刺的產生。4）正確選擇切削液。切削液具有冷卻、潤滑和清潔工件的作用，所以正確合理選擇切削液不但能延長刀具的使用壽命，而且還能控制切削溫度，同時切削液的潤滑作用會改善刀具工作面和被加工工件表面的摩擦，對降低加工表面粗糙度有明顯作用。5）磨削時采取的措施。磨削時選用細磨粒的砂輪、較小的磨削用量和選用乳化液作為磨削液等措施來減小表面粗糙度。

除上述方法之外還可以精密、超精密加工和光整加工，如精密車削、精密磨削，珩磨，研磨、拋光等方法作為最終工序加工。

四、提高機械加工精度的途徑

提高機械加工精度的途徑有很多，其中常用有直接減少或消除原始誤差、誤差補償法、誤差轉移法、誤差平均法、“就地加工”法、控制誤差法等。誤差的出現時不可避免的，誤差值大小是可以通過人為因素來控制的。根據誤差出現的不同原因，選用與其相適應的控制方法，則可以提高機械加工精度。

總之，由于機械加工表面質量對零件的使用性能如耐磨性、接觸剛度、疲勞強度、抗腐蝕性能及精度的穩定性等有很大的影響，因此對機器零件的工作表面應提出一定的表面質量要求，同時為了保證和提高加工精度需分析產生誤差的主要原因，控制各種影響加工精度的因素，力求生產出經濟合格的產品。

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