中職機械專業的機械加工質量問題

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中職教育是我國職業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，但就現階段而言，學生在學校的學習狀況不可樂觀。從學校角度出發，要不斷地提高老師的教學水平，增加對教學設備和環境的投入；從學生角度出發，要激發學生的學習興趣，要用理論指導學生做好實習。在理論上教材的選擇是關鍵，但往往會出現知識的重復。機械制造產品也在國民經濟中占很大的比重，而零件是構成機械產品的單元，保證零件的加工質量就變得至關重要。中職機械專業主要培養為制造業生產零件的技術工人，中職機械專業教育質量對國民經濟的重要性不言而喻。中職機械專業的學生，在學習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量。下面筆者就機械零件加工精度和表面質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，整個工藝系統中的誤差往往是導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生率，應當適當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動誤差，另一個是導軌導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，根據成本條件盡可能選擇高精度的機床設備。要提高機床的精度，主軸回轉誤差主要是控制主軸頸和軸承內孔的圓度誤差，如果是滾動軸承應進行預緊消除間隙，采用措施是提高機床部件主要接觸面的接觸質量，對表面不良的導軌面及基準面進行刮研，增加實際的接觸面積，還可以在接觸面間預加載荷，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上而產生的定位誤差。夾緊誤差是由于夾緊力大小不一等因素造成的。設計和制造夾具時，凡影響零件加工精度的尺寸都應嚴格控制，在加工時盡可能使定位基準與設計基準統一，盡可能用已加工表面作為定位基準，使工件安裝平穩減小誤差。采用合理的裝夾方法，夾具的設計和工件的裝夾，都要把工件的加緊變形考慮進去。如加工薄壁套筒內孔時用開口過渡環裝夾，設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，刀具在安裝和調整時人為誤差，頻繁換刀誤差。使用精度高的刀具，使用標準刀具，在加工時保證刀具刀尖與工件回轉中心等高。加工過程中盡可能少安裝刀具和少換刀減小誤差。對于易產生積屑瘤的材料加工，應采取措施防止產生積屑瘤，切削速度選擇中速，增加工件的抽檢密度，防止工件超差。

2.工藝系統在各種力的作用下引起變形，從而產生誤差

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，從而產生的誤差。切削加工過程中，系統的剛度隨切削力作用位置的變化產生變化，從而使系統變形的差異，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，此時系統的總誤差取決于機床床頭、尾架和刀架本身的誤差，工件產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的主要變形。（2）毛坯加工余量不同，材料內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，產生不同的切削厚度，這種誤差是誤差復映。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背吃刀量不斷發生變化，切削力的大小也相應變化，工藝系統也會引起相應的變化，零件在加工完成后保留了毛坯相似的形狀。減少復映誤差措施：在加工時走刀次數越多，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，系統剛度越好，加工精度就會高。（3）由于高速度旋轉零部件(含夾具、工件和刀具等)，會產生離心力而引起加工誤差，例如重心偏移問題產生離心力，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的受力變形，使得產生誤差。離心力的作用可引起工藝系統的受力不平衡產生振動，產生加工表面質量和同軸度誤差。采取措施消除不平衡，通過平衡實驗去除或者增加相應的平衡的重量，同時提高機床回轉精度。

3.工藝系統受到溫度影響產生的誤差

由于溫度大小變化，會使工件與刀具相對位置發生變化，從而產生加工誤差。溫度的變化分為內部溫度和外部溫度。其中內部溫度是由切削熱和摩擦產生的，而外部的溫度是輻射熱和環境溫度。加工中的切削力會產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，使得環境溫度升高，還會傳給刀具、工件和機床，機床的溫度也會升高，使得工藝系統的溫度升高。經過一段時間溫度就會達到一個穩定，那么溫度變形也就會處于一個溫度的值，這時加工的零件產生的誤差，是有規律的，掌握這個規律從而減少誤差，所以精密零件的加工應在溫度達到穩定時再進行加工，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，控制環境溫度。

4.工件內應力所引起的誤差

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部的溫度不一樣，伸長和收縮不一致，所以就產生了內應力，零件的厚薄越不均勻，結構越復雜，零件內部產生的內應力越大。減少內應力引起的誤差措施：合理設計零件結構，應盡可能簡化結構，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部產生微觀變化，逐漸消除內應力。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、零件加工表面質量的影響因素及控制措施

1.加工表面層的冷作硬化

適當的冷作硬化使表面硬度提高，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.表面殘余應力

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

3.零件加工過程中的切削熱

切削會產生溫度，會使得工件的表面產生溫升，當溫度達到了零件材料金相組織變化的臨界溫度時，金相組織會發生轉變。冷卻時表面金相組織將發生變化，使零件表面的力學性能發生改變，如強度和硬度降低，產生應力，或者出現微觀裂紋。在加工中要控制好溫度，適當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：采用適當的進給量，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，可以適當的增大前角，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。還應該選用導熱性好的刀具，以便及時傳遞切削熱，降低切削區塑形變形。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生的熱量，降低切削區域的溫度。切削液還可以沖掉細小切屑，使刀具有良好的加工環境。

三、小結

中職院校是機械專業人才輸出的地方，在經濟發展的新時期，人才是企業發展的動力，在機械零件的加工質量方面，要用這些理論去指導學生。不論是提高技術工藝還是提升產品質量，諸多企業都在改革中前進，都離不開技術人才。機械零件的加工質量是機械專業的重要內容，為以后服務企業打下基礎，從而提高我國制造業的發展水平，促進我國經濟發展。

作者:曹永明 單位:江西冶金職業技術學院