金属材料机加工表面质量与精度控制技术的初探

蒋小兵 蒋爱荣

摘 要：机械加工中零件的表面质量和表面精度的控制是最重要的环节，分析机械加工过程中表面质量和精度的影响因素，改善被加工表面质量和精度的工艺途径 ，提高整体加工水平。

关键词： 机械加工表面质量；机械加工精度；表面精度控制；影响因素。

一、机械加工表面质量和精度的内容

表面质量包括表观质量和表面粗糙度。在机械加工中，被加工表面总是会存在较小间距和峰谷组成的微观高低不平的痕迹，把零件微观高低不平的程度称表面粗糙度，以Ra代号加数字来表示，数字越大表面越粗糙，反之亦然，主要是由于切削加工过程中的刀痕、刀具与被加工表面的摩擦、切削分离时的塑性变形、整个工艺系统的高频振动等原因造成的。工件加工后的表面质量直接影响被加工工件的使用性能及力学性能、可靠性和使用寿命。

机械加工精度是指工件的被加工部位在经过机械加工后得到的实际几何参数包括尺寸、形状和位置形状与零件设计图纸上所标注的值之间的偏差程度。加工精度包括了三方面因素：尺寸精度；几何形状精度，如圆度、圆柱度、平面度、直线度等；相互位置的精度，如平行度、垂直度、同轴度、位置度等。

二、 机械加工表面质量和精度的影响因素

（一）机床的自身误差及磨损对加工质量和精度的影响

机械加工的产品的最终质量和精度由机械加工机床几何误差决定。而机床主轴的回转误差、导轨误差以及主要传动链的传动误差是直接影响机械加工质量和精度的主要因素。被加工零件的形状和位置误差直接受到机床主轴的回转误差的影响，可分为主轴直径方向的跳动、轴向方向的窜动及角度方向的摆动。对于车削加工轴类件，如果工件直径都相等，则主轴的纯径向圆跳动对车削加工工件的圆度影响较小。机床主轴在轴向方向上的窜动是跟导轨处于平行状态，对内外圆柱面的加工精度没有直接影响，但是和加工端面是处于垂直状态，所以会产生垂直度误差。

当主轴每转动一周都要沿轴向方向窜动一次，如果主轴向前窜动时形度误差，若是加工螺纹成右螺旋面，向后窜动时形成左螺旋面，加工端面时会使工件产生平面必然产生周期性螺距偏差。主轴做纯角度摆动时，在车削外圆时工件的形状成锥体；在车削端面时，端面的中间位和边缘的切削量不一致，产生平面度误差。机床导轨是确定机床上绝大部分零部件相对位置的安装基准，也是机床运动部分水平或垂直运动的基准。在导轨误差方面，车床导轨在水平面内的直线度误差是在被加工工件表面加工误差的敏感方向上，对加工精度的影响最大；在垂直面内的直线度误差对加工精度影响很少，一般可忽略不计；前后两导轨存在平行度误差时，刀架运动时会产生摆动，使工件产生形状误差。传动链的传动误差主要是指传动系统中传动元件之间相互运动产生的误差，如带传动中带与带轮的磨损，齿轮传动中轮齿间的磨损逐渐形成的误差以及链传动中链条与链轮的啮合误差。

（二）切削加工运动对加工质量和精度的影响

切削加工运动包括刀具运动和切削用量。刀具在切削工作中都会和工件发生摩擦，则使刀具产生磨损。刀具材料和种类的不同对加工质量和精度也会而呈现出差异性。在加工过程中运动的刀具与工件相互运动并发生挤压从而产生摩擦热，是刀具温度提高，硬度降低，磨损加快，则影响刀具尺寸。切削用量包括切削速度、被吃刀量和进给速度，其中切削速度和被吃刀量对加工表面质量影响较大，比如零件粗加工是选用低速和大吃刀量，精加工时则选用高速和小切削量提高表面质量。因此，合理选择刀具的材料和种类和切削用量是提高零件的加工质量和精度的有效途径。

（三）工件的定位误差对加工质量和精度的影响

工件的定位误差包括定位基准不重合误差和定位夹具自身制造及装配误差。当工件的定位基准与设计基准不重合时则会产生定位误差。在定位中如出现过定位或欠定位则会造成工件的损坏或无法完成。另外夹具上的定位元件在制造、安装都会有误差，夹具在使用、安装拆卸工件时也会出现磨损。

三、提高机械加工表面质量降低表面粗糙度的工艺措施

1） 降低残留面积高度。首先是改变刀具的几何参数：增大刀尖圆弧半径，减小副偏角。选用副偏角为零的修光刃的刀具或宽刀刃精刨刀、精车刀也是生产中减少加工表面粗糙度常用的方法。2）合理选用切削速度。切削速度的大小需要根据被加工材料的力学性能来定，当切削塑性较大的工件时，避免工件在切削力的作用下产生变形，应选用较大的切削速度，以防止积屑瘤和鳞刺的产生，从而减小表面粗糙度。3）改善材料的切削性能。通过适当的热处理，如正火调质处理，以提高材料硬度、降低塑料和韧性，防止鳞刺的产生。4）正确选择切削液。切削液具有冷却、润滑和清洁工件的作用，所以正确合理选择切削液不但能延长刀具的使用寿命，而且还能控制切削温度，同时切削液的润滑作用会改善刀具工作面和被加工工件表面的摩擦，对降低加工表面粗糙度有明顯作用。5）磨削时采取的措施。磨削时选用细磨粒的砂轮、较小的磨削用量和选用乳化液作为磨削液等措施来减小表面粗糙度。

除上述方法之外还可以精密、超精密加工和光整加工，如精密车削、精密磨削，珩磨，研磨、抛光等方法作为最终工序加工。

四、提高机械加工精度的途径

提高机械加工精度的途径有很多，其中常用有直接减少或消除原始误差、误差补偿法、误差转移法、误差平均法、“就地加工”法、控制误差法等。误差的出现时不可避免的，误差值大小是可以通过人为因素来控制的。根据误差出现的不同原因，选用与其相适应的控制方法，则可以提高机械加工精度。

总之，由于机械加工表面质量对零件的使用性能如耐磨性、接触刚度、疲劳强度、抗腐蚀性能及精度的稳定性等有很大的影响，因此对机器零件的工作表面应提出一定的表面质量要求，同时为了保证和提高加工精度需分析产生误差的主要原因，控制各种影响加工精度的因素，力求生产出经济合格的产品。

参考文献：

[1] 韩寿权.浅谈机械加工中表面质量控制[J].中国新技术产品，2009.

[2] 李都喜，苑举勇，张坤神.机械加工表面质量影响因素及控制措施的探讨[J].科技信息，2011.

[3] 汪尧.工艺系统几何误差对加工精度的影分析[J].科技信息， 2004.

[4] 刘程.关于机械加工中表面质量控制的研究[J].科技促进发展，2008.