中職機械專業(yè)學(xué)生應(yīng)該掌握的機械加工質(zhì)量問題

曹永明

中職教育是我國職業(yè)教育的一個重要促成部分，國家對中職教育投入巨大。中職教育也逐步被社會認可，但就現(xiàn)階段而言，學(xué)生在學(xué)校的學(xué)習(xí)狀況不可樂觀。從學(xué)校角度出發(fā)，要不斷地提高老師的教學(xué)水平，增加對教學(xué)設(shè)備和環(huán)境的投入;從學(xué)生角度出發(fā)，要激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，要用理論指導(dǎo)學(xué)生做好實習(xí)。在理論上教材的選擇是關(guān)鍵，但往往會出現(xiàn)知識的重復(fù)。機械制造產(chǎn)品也在國民經(jīng)濟中占很大的比重，而零件是構(gòu)成機械產(chǎn)品的單元，保證零件的加工質(zhì)量就變得至關(guān)重要。中職機械專業(yè)主要培養(yǎng)為制造業(yè)生產(chǎn)零件的技術(shù)工人，中職機械專業(yè)教育質(zhì)量對國民經(jīng)濟的重要性不言而喻。中職機械專業(yè)的學(xué)生，在學(xué)習(xí)機械零件加工理論知識和實踐操作方面，無法回避機械零件的加工精度和表面質(zhì)量。下面筆者就機械零件加工精度和表面質(zhì)量的影響因素及控制措施展開闡述。

一、零件加工精度的主要影響因素及控制措施

在零件加工的過程中，需要用刀具切削工件，工件的尺寸、形狀和切削位置的形成，是通過刀具和工件之間的相對位置發(fā)生變化，將要加工的零件安裝在夾具或機床上完成，這是一個完整的工藝系統(tǒng)，整個工藝系統(tǒng)中的誤差往往是導(dǎo)致零件加工誤差的根本原因，主要包括以下幾個方面。

1.工藝系統(tǒng)的幾何誤差

（1）加工的原理誤差。是指使用了相似的刀刃輪廓或者使用了相近的傳動進行加工，導(dǎo)致的誤差。這種加工適合加工精度不高的場合，如果想降低這種誤差的發(fā)生率，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)提高成形刀具的精度，或者采用精度高的機床代替。

（2）機床的幾何誤差。普通機床的誤差一個是主軸轉(zhuǎn)動誤差，另一個是導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差和傳動鏈誤差。在選擇機床精度時要選擇高于零件要求的加工精度，根據(jù)成本條件盡可能選擇高精度的機床設(shè)備。要提高機床的精度，主軸回轉(zhuǎn)誤差主要是控制主軸頸和軸承內(nèi)孔的圓度誤差，如果是滾動軸承應(yīng)進行預(yù)緊消除間隙，采用措施是提高機床部件主要接觸面的接觸質(zhì)量，對表面不良的導(dǎo)軌面及基準(zhǔn)面進行刮研，增加實際的接觸面積，還可以在接觸面間預(yù)加載荷，消除他們之間的間隙，得以減少誤差。

（3）工件的裝夾誤差，是工件在定位加工時定位基準(zhǔn)上而產(chǎn)生的定位誤差。夾緊誤差是由于夾緊力大小不一等因素造成的。設(shè)計和制造夾具時，凡影響零件加工精度的尺寸都應(yīng)嚴(yán)格控制，在加工時盡可能使定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)統(tǒng)一，盡可能用已加工表面作為定位基準(zhǔn)，使工件安裝平穩(wěn)減小誤差。采用合理的裝夾方法，夾具的設(shè)計和工件的裝夾，都要把工件的加緊變形考慮進去。如加工薄壁套筒內(nèi)孔時用開口過渡環(huán)裝夾，設(shè)計夾具時讓工件上的加工部位懸伸盡量短等。

（4）普通車刀的制作誤差，刀具在安裝和調(diào)整時人為誤差，頻繁換刀誤差。使用精度高的刀具，使用標(biāo)準(zhǔn)刀具，在加工時保證刀具刀尖與工件回轉(zhuǎn)中心等高。加工過程中盡可能少安裝刀具和少換刀減小誤差。對于易產(chǎn)生積屑瘤的材料加工，應(yīng)采取措施防止產(chǎn)生積屑瘤，切削速度選擇中速，增加工件的抽檢密度，防止工件超差。

2.工藝系統(tǒng)在各種力的作用下引起變形，從而產(chǎn)生誤差

在加工過程中有各種力，例如切削力和慣性力，還有傳動力和重力等，在這些力的作用下，從而破壞刀具和工件的正確位置，從而產(chǎn)生誤差。

（1）切削過程中，作用力的位置隨著加工而變化，從而產(chǎn)生的誤差。切削加工過程中，系統(tǒng)的剛度隨切削力作用位置的變化產(chǎn)生變化，從而使系統(tǒng)變形的差異，零件加工就會有誤差。如在車削加工中，在兩頂尖間加工直徑較大而長度較短的軸外圓時，工件剛度好，切削力對工件的作用就小，工件變形就少，這種情況可忽略不計，此時系統(tǒng)的總誤差取決于機床床頭、尾架和刀架本身的誤差，工件產(chǎn)生的誤差為圓度誤差。如兩頂尖間加工細長軸時，這時工件細長剛度小，切削力使工件彎曲變形，遠遠超過機床及其他工藝裝備的變形，因此，這時機床和其他工藝裝備的變形可以忽略，工件的變形成為了系統(tǒng)的主要變形。

（2）毛坯加工余量不同，材料內(nèi)部硬度不均使得切削力變化引起變形。切削力大小變化作用在工件上，產(chǎn)生不同的切削厚度，這種誤差是誤差復(fù)映。工件的毛坯從外形看都具有相同的形狀，但它在材料硬度上都有不同，就算是同一種材料，也都有一些差異。毛坯的這些差異在加工時當(dāng)背吃刀量不斷發(fā)生變化，切削力的大小也相應(yīng)變化，工藝系統(tǒng)也會引起相應(yīng)的變化，零件在加工完成后保留了毛坯相似的形狀。減少復(fù)映誤差措施：在加工時走刀次數(shù)越多，總的誤差越小，零件的形狀精度越高，對于軸類零件則是圓度誤差就小，系統(tǒng)剛度越好，加工精度就會高。

（3）由于高速度旋轉(zhuǎn)零部件（含夾具、工件和刀具等），會產(chǎn)生離心力而引起加工誤差，例如重心偏移問題產(chǎn)生離心力，切削加工過程中在法線方向的力有大小的變化，在這種情況下引起工藝系統(tǒng)的受力變形，使得產(chǎn)生誤差。離心力的作用可引起工藝系統(tǒng)的受力不平衡產(chǎn)生振動，產(chǎn)生加工表面質(zhì)量和同軸度誤差。采取措施消除不平衡，通過平衡實驗去除或者增加相應(yīng)的平衡的重量，同時提高機床回轉(zhuǎn)精度。

3.工藝系統(tǒng)受到溫度影響產(chǎn)生的誤差

由于溫度大小變化，會使工件與刀具相對位置發(fā)生變化，從而產(chǎn)生加工誤差。溫度的變化分為內(nèi)部溫度和外部溫度。其中內(nèi)部溫度是由切削熱和摩擦產(chǎn)生的，而外部的溫度是輻射熱和環(huán)境溫度。加工中的切削力會產(chǎn)生切削熱從而使溫度升高，刀具跟工件的摩擦也會使溫度升高，這兩者是工藝系統(tǒng)的主要的溫度來源。所有的這些使得溫度逐漸升高，這些溫度會向空氣中散發(fā)，使得環(huán)境溫度升高，還會傳給刀具、工件和機床，機床的溫度也會升高，使得工藝系統(tǒng)的溫度升高。經(jīng)過一段時間溫度就會達到一個穩(wěn)定，那么溫度變形也就會處于一個溫度的值，這時加工的零件產(chǎn)生的誤差，是有規(guī)律的，掌握這個規(guī)律從而減少誤差，所以精密零件的加工應(yīng)在溫度達到穩(wěn)定時再進行加工，可以減少誤差。還需采取一定的措施：降低切削力，在加工中采用切削液，降低溫度，隔離其他的熱源，加強散熱能力，控制環(huán)境溫度。

4.工件內(nèi)應(yīng)力所引起的誤差

鑄造、鍛造、焊接及熱處理等都屬于熱加工，在此過程中存在著溫度的變化，零件毛坯在溫度作用下熱脹冷縮，還有傳熱的時間差，使零件毛坯表面的溫度與內(nèi)部的溫度不一樣，伸長和收縮不一致，所以就產(chǎn)生了內(nèi)應(yīng)力，零件的厚薄越不均勻，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，零件內(nèi)部產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力越大。減少內(nèi)應(yīng)力引起的誤差措施：合理設(shè)計零件結(jié)構(gòu)，應(yīng)盡可能簡化結(jié)構(gòu)，使壁厚均勻，減小壁厚差，增大零件剛度。采取時效處理，把毛坯或已經(jīng)粗加工后的零件置于室外，利用自然的溫度變化，長時間的自然放置，工件的熱脹冷縮會使工件內(nèi)部產(chǎn)生微觀變化，逐漸消除內(nèi)應(yīng)力。合理安排工藝，工件加工時，將粗加工和精加工分開，先粗后精在不同的工序進行，以減少對精加工的影響。

二、零件加工表面質(zhì)量的影響因素及控制措施

1.加工表面層的冷作硬化

適當(dāng)?shù)睦渥饔不贡砻嬗捕忍岣?，從而提高零件的耐磨性，但冷作硬化太過將使表層組織過度疏松，受力后容易產(chǎn)生裂紋甚至是成片剝落。一般可采取以下措施：選擇合理的刀具角度，選用較大的刀具前角和后角，降低切削力和摩擦，并在刃磨時盡量減小刀尖角半徑。選用合理的切削用量和較高的切削速度，選用較小的進給量，加工時選擇合適的切削液。

2.表面殘余應(yīng)力

進行材料切削時，構(gòu)件外表面受到拉應(yīng)力，加工時表面溫度較高，內(nèi)部溫度低，產(chǎn)生熱壓縮應(yīng)力，余應(yīng)力將影響零件精度的穩(wěn)定性，使零件在使用過程中逐步變形而喪失精度。降低表面殘余應(yīng)力，可采取如下措施：改善加工的散熱條件，降低構(gòu)件的表面溫度，合理選擇切削用量，合理選擇刀具，采用合理的工藝結(jié)構(gòu)，時效法消除殘余應(yīng)力，改善冷卻方法。

3.零件加工過程中的切削熱

切削會產(chǎn)生溫度，會使得工件的表面產(chǎn)生溫升，當(dāng)溫度達到了零件材料金相組織變化的臨界溫度時，金相組織會發(fā)生轉(zhuǎn)變。冷卻時表面金相組織將發(fā)生變化，使零件表面的力學(xué)性能發(fā)生改變，如強度和硬度降低，產(chǎn)生應(yīng)力，或者出現(xiàn)微觀裂紋。在加工中要控制好溫度，適當(dāng)降低切削速度降低溫度，合理使用切削液。

4.表面粗糙度

表面粗糙度是加工過程中刀具與零件表面間的摩擦、切屑分離時表面層金屬的塑性變形以及工藝系統(tǒng)中的高頻振動等形成的。降低加工表面粗糙度的措施：采用適當(dāng)?shù)倪M給量，能夠有效降低加工表面粗糙度。在進行塑性較高材料制成工件的機械加工中，首先對工件進行正火處理，使零件的塑性降低，可以減少零件加工表面的粗糙度。合理選用刀具的角度，可以適當(dāng)?shù)脑龃笄敖?，增加刀具的鋒利程度，降低切削力，使擠壓變形和摩擦減小。當(dāng)前角不變，后角增大，切削刃鈍圓半徑減小，刀具更鋒利，這時后刀面與已加工表面的摩擦減少，就降低了已加工表面的粗糙度。增大刀尖的圓弧半徑，也可以降低已加工表面的粗糙度。還應(yīng)該選用導(dǎo)熱性好的刀具，以便及時傳遞切削熱，降低切削區(qū)塑形變形。選擇合適的切削液，可以在刀具和工件之間形成油膜，使得工件和刀具之間的摩擦減少，帶走大量的切削時產(chǎn)生的熱量，降低切削區(qū)域的溫度。切削液還可以沖掉細小切屑，使刀具有良好的加工環(huán)境。

三、小結(jié)

中職院校是機械專業(yè)人才輸出的地方，在經(jīng)濟發(fā)展的新時期，人才是企業(yè)發(fā)展的動力，在機械零件的加工質(zhì)量方面，要用這些理論去指導(dǎo)學(xué)生。不論是提高技術(shù)工藝還是提升產(chǎn)品質(zhì)量，諸多企業(yè)都在改革中前進，都離不開技術(shù)人才。機械零件的加工質(zhì)量是機械專業(yè)的重要內(nèi)容，為以后服務(wù)企業(yè)打下基礎(chǔ)，從而提高我國制造業(yè)的發(fā)展水平，促進我國經(jīng)濟發(fā)展。

（作者單位：江西冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院）