淺議切削用量對(duì)加工精度的影響

閻洪劍

機(jī)械零件的加工必須要保證零件達(dá)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(yàn)零件加工精度最主要的三個(gè)方面。三者任何一項(xiàng)達(dá)不到要求都會(huì)造成零件質(zhì)量的下降或報(bào)廢等問(wèn)題，其中形狀和位置精度可以通過(guò)設(shè)備、夾具、刀具、工藝等來(lái)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(diǎn)。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(dá)不到要求。筆者通過(guò)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，知道造成零件加工誤差的因素很多，現(xiàn)機(jī)械零件在切削加工時(shí)造成尺寸誤差的原因分析總結(jié)如下。

一、造成零件加工誤差的因素

1.計(jì)算錯(cuò)誤或刻度盤操作錯(cuò)誤

這里包含看錯(cuò)圖樣，圖樣尺寸鏈計(jì)算錯(cuò)誤，機(jī)床刻度盤松動(dòng)(不能與手柄作同步運(yùn)動(dòng))，操作刻度盤時(shí)未消除其傳動(dòng)間隙等幾個(gè)方面。

2.量具誤差或測(cè)量技術(shù)誤差

這里包含使用量具前未校準(zhǔn)量具和沒(méi)有學(xué)會(huì)正確使用量具的方法造成的錯(cuò)誤。例如用量具游標(biāo)卡尺的使用，其尺身上鎖緊螺釘?shù)乃删o度是影響測(cè)量誤差的關(guān)鍵因素；使用千分尺時(shí)，測(cè)量時(shí)手的感覺(jué)很關(guān)鍵；測(cè)量時(shí)量點(diǎn)位置是否正確和閱讀數(shù)值時(shí)的視線是否對(duì)正刻線等也會(huì)產(chǎn)生誤差。

以上兩方面的誤差是初學(xué)者容易產(chǎn)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(shí)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(chǎn)生誤差

刀具角度對(duì)切削加工的多方面影響都很大，刀具角度是要根據(jù)其本身材料結(jié)合工件材料和加工性質(zhì)等多方面綜合來(lái)選擇的。刀具角度的改變對(duì)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(yōu)劣影響都比較明顯，對(duì)刀尖強(qiáng)度和散熱性能的影響也較突出，但是其對(duì)尺寸精度的影響是比較隱蔽的，如刀具磨損產(chǎn)生尺寸誤差和刀尖裝得是否對(duì)準(zhǔn)機(jī)床的旋轉(zhuǎn)中心，對(duì)尺寸和表面粗糙度的影響也是比較大的。在數(shù)控機(jī)床加工中，書上曾經(jīng)特別提到過(guò)車刀要嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)中心這一點(diǎn)。

4.加工系統(tǒng)的剛性不足導(dǎo)致誤差

加工系統(tǒng)的剛性包含機(jī)床、工件和刀具三個(gè)方面。機(jī)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(shí)要注意處理好切削用量、刀具角度及夾具等的合理應(yīng)用。

5.工藝系統(tǒng)的熱變形引起的誤差

工藝系統(tǒng)是指包含機(jī)床、工件和刀具及其他一些方面所組成的整個(gè)切削加工體系。機(jī)械加工中，工藝系統(tǒng)在各種熱源作用下會(huì)引起熱變形，破壞刀具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性，從而引起了熱變形加工誤差。這個(gè)熱變形產(chǎn)生的誤差還是比較大的，比方說(shuō)：熱變形使機(jī)床各部件的相互位置發(fā)生變化，這個(gè)變化會(huì)導(dǎo)致機(jī)床的精度誤差，在加工時(shí)，這個(gè)誤差會(huì)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(zhǎng)量的計(jì)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(shí)造成加工過(guò)程中尺寸變化的誤差。所以消除熱變形產(chǎn)生誤差的方法就是減少熱源對(duì)切削加工的影響。諸如采用切削液、改進(jìn)刀具角度、選用合理的加工工藝，采用彈性?shī)A具等進(jìn)行加工，有條件的最好在恒溫車間中加工，以消除環(huán)境溫度變化對(duì)加工帶來(lái)的影響，最好的選擇是使加工環(huán)境的溫度和零件使用環(huán)境的溫度相近。

6.工件殘余應(yīng)力引起的誤差

一般情況下，當(dāng)零件精度要求不是很高時(shí)，這一項(xiàng)可不予考慮，這主要是切削力和切削熱的相互作用而導(dǎo)致的金屬內(nèi)部組織發(fā)生的不均勻的體積變化。應(yīng)力集中使零件處于不穩(wěn)定狀態(tài)，即使在常溫下，零件的內(nèi)部組織也在不斷變化，原有的加工精度也會(huì)逐漸下降形成加工誤差。殘余應(yīng)力對(duì)零件或機(jī)器的精度影響成正比例關(guān)系，對(duì)零件或機(jī)器的使用壽命影響也比較大。加工時(shí)，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(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生，或安排時(shí)效處理以消除內(nèi)應(yīng)力對(duì)零件質(zhì)量的影響。

7.機(jī)床本身精度誤差導(dǎo)致的誤差

機(jī)床本身的精度誤差所導(dǎo)致的誤差是多方面的，這只能校驗(yàn)或修理機(jī)床的各部分精度來(lái)減少誤差的產(chǎn)生——只要保證機(jī)床在最好的狀態(tài)下工作即可。

二、對(duì)上述種種誤差的綜合分析

上述七大方面的分析可以說(shuō)是比較全面的，然而當(dāng)我們?cè)诒M可能排除上述幾點(diǎn)誤差產(chǎn)生的可能后，加工下來(lái)的零件仍然還有超差時(shí)，我們會(huì)采用誤差的分析方法來(lái)說(shuō)明：可能是上面產(chǎn)生誤差原因中的一點(diǎn)沒(méi)有排除好，也許是綜合的幾點(diǎn)沒(méi)有排除好。然而，上述七點(diǎn)有時(shí)并不一定能完整地說(shuō)明誤差產(chǎn)生的具體原因，。那么到底還有其他什么因素導(dǎo)致尺寸超差呢？在實(shí)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(jīng)常會(huì)超差。這又是什么原因呢？我們現(xiàn)在以硬質(zhì)合金車刀車削為例，這類刀具在使用時(shí)有—個(gè)現(xiàn)象：就是當(dāng)我們選擇的車削速度較快，進(jìn)給量不變，吃刀量稍大時(shí)，會(huì)得到較低的表面粗糙度值，可是在同等的切削速度、進(jìn)給量下，當(dāng)吃刀量較少或是接近零點(diǎn)零幾毫米余量的時(shí)候，表面粗糙度卻差別明顯，經(jīng)常會(huì)導(dǎo)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(guò)多年教學(xué)實(shí)踐和實(shí)際加工經(jīng)驗(yàn)反復(fù)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)切削用量對(duì)加工精度的影響比較明顯，即精車時(shí)切削用量的選擇上沒(méi)有引起我們的注意，只要我們注意這方面的問(wèn)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(duì)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(gè)技工技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一。為什么說(shuō)是標(biāo)志呢？因?yàn)樗鶕?jù)機(jī)床的功率、加工的性質(zhì)、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(shù)來(lái)綜合衡量后才能進(jìn)行選擇，而選擇得好壞對(duì)生產(chǎn)率、加工質(zhì)量等各方面都影響深遠(yuǎn)?？梢哉f(shuō)，切削用量三要素之間的選擇搭配是每一個(gè)車削加工者都要特別注意的環(huán)節(jié)。一般的外圓加工是先試切削3～5mm左右長(zhǎng)的一小段外圓，停車測(cè)量后再進(jìn)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(shí)的車削方法。很多人把它應(yīng)用到精加工中去，雖然節(jié)約了走刀時(shí)間，提高了生產(chǎn)率，但是卻容易造成尺寸誤差和表面粗糙度的不統(tǒng)一。因?yàn)樵诮拥稌r(shí)，存在切削用量的變化而引起切削力變化現(xiàn)象，導(dǎo)致尺寸誤差和表面粗糙度值不一致等問(wèn)題的產(chǎn)生。精車外圓時(shí)，要同時(shí)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(guān)重要。這里有一個(gè)技巧，即分二刀均等地精車外圓。筆者無(wú)論在生產(chǎn)中還是在教學(xué)中都屢試不爽。其缺點(diǎn)是增加了走刀時(shí)間，優(yōu)點(diǎn)是既可以保證零件的尺寸精度又可同時(shí)保證零件的表面粗糙度。

把精車余量均等地分二次進(jìn)刀的順序是：第一步，測(cè)量精車余量(必須要保證外圓不能有太大的跳動(dòng)，否則要車掉跳動(dòng)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(cè)量并在中滑板上進(jìn)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(jìn)給量，這樣就可以同時(shí)保證尺寸精度和表面粗糙度達(dá)到加工要求。其原理是保證精加工的兩刀盡量在相近的環(huán)境下切削。這樣才不會(huì)因切削要素的不同而造成尺寸和表面粗糙度的誤差。因?yàn)橹灰庸は到y(tǒng)的間隙存在或者加工系統(tǒng)的形變存在，切削用量三要素中任何一個(gè)要素的改變都會(huì)引起尺寸精度的變化。車削速度、吃刀量和進(jìn)給量任意一個(gè)要素的改變都會(huì)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(chǎn)生變化，而且對(duì)尺寸精度和表面粗糙度的影響都比較大，有時(shí)尺寸誤差達(dá)十幾絲，表面粗糙度的誤差也很明顯。在生產(chǎn)實(shí)踐中，有些車削技術(shù)人員在批量精車外圓時(shí)經(jīng)常會(huì)采用在中滑板或者刀架上打上百分表來(lái)控制尺寸精度，可是由于工件上加工余量的不同——實(shí)質(zhì)上是切削用量之吃刀量發(fā)生改變，這時(shí)也會(huì)造成尺寸誤差，他們往往百思不得其解。因此，在批量生產(chǎn)條件下，為了提高生產(chǎn)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(méi)有道理的。

通過(guò)多次加工驗(yàn)證后會(huì)發(fā)現(xiàn)，均等地分二次進(jìn)刀對(duì)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(diǎn)對(duì)于內(nèi)圓柱面的加工和其他切削加工(銑、鏜等工種)技術(shù)人員，尤其是數(shù)控編程技術(shù)人員也同樣適用，而且適用于生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)，效果也很明顯。因其可操作性較強(qiáng)，所以每個(gè)操作人員都應(yīng)該在生產(chǎn)加工中驗(yàn)證它合理與否。

綜上所述，精車外圓時(shí)產(chǎn)生尺寸超差的因素是多方面的，有時(shí)我們沒(méi)有辦法去分析并區(qū)分出是那點(diǎn)原因?qū)е碌募庸ふ`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(chǎn)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(shí)踐技能有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，融會(huì)貫通，形成比較完整和系統(tǒng)的知識(shí)，這樣才能達(dá)到真正掌握切削加工技巧的要點(diǎn)和提高質(zhì)量問(wèn)題分析的能力。

（作者單位：河南許昌市高級(jí)技工學(xué)校）