中职机械专业学生应该掌握的机械加工质量问题

曹永明

中职教育是我国职业教育的一个重要促成部分，国家对中职教育投入巨大。中职教育也逐步被社会认可，但就现阶段而言，学生在学校的学习状况不可乐观。从学校角度出发，要不断地提高老师的教学水平，增加对教学设备和环境的投入;从学生角度出发，要激发学生的学习兴趣，要用理论指导学生做好实习。在理论上教材的选择是关键，但往往会出现知识的重复。机械制造产品也在国民经济中占很大的比重，而零件是构成机械产品的单元，保证零件的加工质量就变得至关重要。中职机械专业主要培养为制造业生产零件的技术工人，中职机械专业教育质量对国民经济的重要性不言而喻。中职机械专业的学生，在学习机械零件加工理论知识和实践操作方面，无法回避机械零件的加工精度和表面质量。下面笔者就机械零件加工精度和表面质量的影响因素及控制措施展开阐述。

一、零件加工精度的主要影响因素及控制措施

在零件加工的过程中，需要用刀具切削工件，工件的尺寸、形状和切削位置的形成，是通过刀具和工件之间的相对位置发生变化，将要加工的零件安装在夹具或机床上完成，这是一个完整的工藝系统，整个工艺系统中的误差往往是导致零件加工误差的根本原因，主要包括以下几个方面。

1.工艺系统的几何误差

（1）加工的原理误差。是指使用了相似的刀刃轮廓或者使用了相近的传动进行加工，导致的误差。这种加工适合加工精度不高的场合，如果想降低这种误差的发生率，应当适当提高成形刀具的精度，或者采用精度高的机床代替。

（2）机床的几何误差。普通机床的误差一个是主轴转动误差，另一个是导轨导向误差和传动链误差。在选择机床精度时要选择高于零件要求的加工精度，根据成本条件尽可能选择高精度的机床设备。要提高机床的精度，主轴回转误差主要是控制主轴颈和轴承内孔的圆度误差，如果是滚动轴承应进行预紧消除间隙，采用措施是提高机床部件主要接触面的接触质量，对表面不良的导轨面及基准面进行刮研，增加实际的接触面积，还可以在接触面间预加载荷，消除他们之间的间隙，得以减少误差。

（3）工件的装夹误差，是工件在定位加工时定位基准上而产生的定位误差。夹紧误差是由于夹紧力大小不一等因素造成的。设计和制造夹具时，凡影响零件加工精度的尺寸都应严格控制，在加工时尽可能使定位基准与设计基准统一，尽可能用已加工表面作为定位基准，使工件安装平稳减小误差。采用合理的装夹方法，夹具的设计和工件的装夹，都要把工件的加紧变形考虑进去。如加工薄壁套筒内孔时用开口过渡环装夹，设计夹具时让工件上的加工部位悬伸尽量短等。

（4）普通车刀的制作误差，刀具在安装和调整时人为误差，频繁换刀误差。使用精度高的刀具，使用标准刀具，在加工时保证刀具刀尖与工件回转中心等高。加工过程中尽可能少安装刀具和少换刀减小误差。对于易产生积屑瘤的材料加工，应采取措施防止产生积屑瘤，切削速度选择中速，增加工件的抽检密度，防止工件超差。

2.工艺系统在各种力的作用下引起变形，从而产生误差

在加工过程中有各种力，例如切削力和惯性力，还有传动力和重力等，在这些力的作用下，从而破坏刀具和工件的正确位置，从而产生误差。

（1）切削过程中，作用力的位置随着加工而变化，从而产生的误差。切削加工过程中，系统的刚度随切削力作用位置的变化产生变化，从而使系统变形的差异，零件加工就会有误差。如在车削加工中，在两顶尖间加工直径较大而长度较短的轴外圆时，工件刚度好，切削力对工件的作用就小，工件变形就少，这种情况可忽略不计，此时系统的总误差取决于机床床头、尾架和刀架本身的误差，工件产生的误差为圆度误差。如两顶尖间加工细长轴时，这时工件细长刚度小，切削力使工件弯曲变形，远远超过机床及其他工艺装备的变形，因此，这时机床和其他工艺装备的变形可以忽略，工件的变形成为了系统的主要变形。

（2）毛坯加工余量不同，材料内部硬度不均使得切削力变化引起变形。切削力大小变化作用在工件上，产生不同的切削厚度，这种误差是误差复映。工件的毛坯从外形看都具有相同的形状，但它在材料硬度上都有不同，就算是同一种材料，也都有一些差异。毛坯的这些差异在加工时当背吃刀量不断发生变化，切削力的大小也相应变化，工艺系统也会引起相应的变化，零件在加工完成后保留了毛坯相似的形状。减少复映误差措施：在加工时走刀次数越多，总的误差越小，零件的形状精度越高，对于轴类零件则是圆度误差就小，系统刚度越好，加工精度就会高。

（3）由于高速度旋转零部件（含夹具、工件和刀具等），会产生离心力而引起加工误差，例如重心偏移问题产生离心力，切削加工过程中在法线方向的力有大小的变化，在这种情况下引起工艺系统的受力变形，使得产生误差。离心力的作用可引起工艺系统的受力不平衡产生振动，产生加工表面质量和同轴度误差。采取措施消除不平衡，通过平衡实验去除或者增加相应的平衡的重量，同时提高机床回转精度。

3.工艺系统受到温度影响产生的误差

由于温度大小变化，会使工件与刀具相对位置发生变化，从而产生加工误差。温度的变化分为内部温度和外部温度。其中内部温度是由切削热和摩擦产生的，而外部的温度是辐射热和环境温度。加工中的切削力会产生切削热从而使温度升高，刀具跟工件的摩擦也会使温度升高，这两者是工艺系统的主要的温度来源。所有的这些使得温度逐渐升高，这些温度会向空气中散发，使得环境温度升高，还会传给刀具、工件和机床，机床的温度也会升高，使得工艺系统的温度升高。经过一段时间温度就会达到一个稳定，那么温度变形也就会处于一个温度的值，这时加工的零件产生的误差，是有规律的，掌握这个规律从而减少误差，所以精密零件的加工应在温度达到稳定时再进行加工，可以减少误差。还需采取一定的措施：降低切削力，在加工中采用切削液，降低温度，隔离其他的热源，加强散热能力，控制环境温度。

4.工件内应力所引起的误差

铸造、锻造、焊接及热处理等都属于热加工，在此过程中存在着温度的变化，零件毛坯在温度作用下热胀冷缩，还有传热的时间差，使零件毛坯表面的温度与内部的温度不一样，伸长和收缩不一致，所以就产生了内应力，零件的厚薄越不均匀，结构越复杂，零件内部产生的内应力越大。减少内应力引起的误差措施：合理设计零件结构，应尽可能简化结构，使壁厚均匀，减小壁厚差，增大零件刚度。采取时效处理，把毛坯或已经粗加工后的零件置于室外，利用自然的温度变化，长时间的自然放置，工件的热胀冷缩会使工件内部产生微观变化，逐渐消除内应力。合理安排工艺，工件加工时，将粗加工和精加工分开，先粗后精在不同的工序进行，以减少对精加工的影响。

二、零件加工表面质量的影响因素及控制措施

1.加工表面层的冷作硬化

适当的冷作硬化使表面硬度提高，从而提高零件的耐磨性，但冷作硬化太过将使表层组织过度疏松，受力后容易产生裂纹甚至是成片剥落。一般可采取以下措施：选择合理的刀具角度，选用较大的刀具前角和后角，降低切削力和摩擦，并在刃磨时尽量减小刀尖角半径。选用合理的切削用量和较高的切削速度，选用较小的进给量，加工时选择合适的切削液。

2.表面残余应力

进行材料切削时，构件外表面受到拉应力，加工时表面温度较高，内部温度低，产生热压缩应力，余应力将影响零件精度的稳定性，使零件在使用过程中逐步变形而丧失精度。降低表面残余应力，可采取如下措施：改善加工的散热条件，降低构件的表面温度，合理选择切削用量，合理选择刀具，采用合理的工艺结构，时效法消除残余应力，改善冷却方法。

3.零件加工过程中的切削热

切削会产生温度，会使得工件的表面产生温升，当温度达到了零件材料金相组织变化的临界温度时，金相组织会发生转变。冷却时表面金相组织将发生变化，使零件表面的力学性能发生改变，如强度和硬度降低，產生应力，或者出现微观裂纹。在加工中要控制好温度，适当降低切削速度降低温度，合理使用切削液。

4.表面粗糙度

表面粗糙度是加工过程中刀具与零件表面间的摩擦、切屑分离时表面层金属的塑性变形以及工艺系统中的高频振动等形成的。降低加工表面粗糙度的措施：采用适当的进给量，能够有效降低加工表面粗糙度。在进行塑性较高材料制成工件的机械加工中，首先对工件进行正火处理，使零件的塑性降低，可以减少零件加工表面的粗糙度。合理选用刀具的角度，可以适当的增大前角，增加刀具的锋利程度，降低切削力，使挤压变形和摩擦减小。当前角不变，后角增大，切削刃钝圆半径减小，刀具更锋利，这时后刀面与已加工表面的摩擦减少，就降低了已加工表面的粗糙度。增大刀尖的圆弧半径，也可以降低已加工表面的粗糙度。还应该选用导热性好的刀具，以便及时传递切削热，降低切削区塑形变形。选择合适的切削液，可以在刀具和工件之间形成油膜，使得工件和刀具之间的摩擦减少，带走大量的切削时产生的热量，降低切削区域的温度。切削液还可以冲掉细小切屑，使刀具有良好的加工环境。

三、小结

中职院校是机械专业人才输出的地方，在经济发展的新时期，人才是企业发展的动力，在机械零件的加工质量方面，要用这些理论去指导学生。不论是提高技术工艺还是提升产品质量，诸多企业都在改革中前进，都离不开技术人才。机械零件的加工质量是机械专业的重要内容，为以后服务企业打下基础，从而提高我国制造业的发展水平，促进我国经济发展。

（作者单位：江西冶金职业技术学院）