機械加工產品的質量與零件的加工質量、產品的裝配質量密切相關,而零件的加工質量是保證產品質量的基礎,它包括零件的加工精度和表面質量兩方面。
一、機械加工精度
1、機械加工精度的含義及內容
加工精度是指零件經過加工後的尺寸、幾何形狀以及各表面相互位置等引數的實際值與理想值相符合的程度,而它們之間的偏離程度則稱為加工誤差。加工精度在數值上通過加工誤差的大小來表示。零件的幾何引數包括幾何形狀、尺寸和相互位置三個方面,故加工精度包括:
(1)尺寸精度。尺寸精度用來限制加工表面與其基準間尺寸誤差不超過一定的範圍。(2)幾何形狀精度。
幾何形狀精度用來限制加工表面巨集觀幾何形狀誤差,如圓度、圓柱度、平面度、直線度等。(3)相互位置精度。相互位置精度用來限制加工表面與其基準間的相互位置誤差,如平行度、垂直度、同軸度、位置度零件各差來表示的要求和允許用專門的符明。
在相同中的各種因對準確和完足產品的工加工方法,的生產條件下所加工出來的一批零件,由於加工素的影響,其尺寸、形狀和表面相互位置不會絕全一致,總是存在一定的加工誤差。同時,從滿作要求的公差範圍的前提下,要採取合理的經濟以提高機械加工的生產率和經濟性。
2、影響加工精度的原始誤差
機械加工中,多方面的因素都對工藝系統產生影響,從而造成各種各樣的原始誤差。這些原始誤差,一部分與工藝系統本身的結構狀態有關,一部分與切削過程有關。按照這些誤差的性質可歸納為以下四個方面:
(1)工藝系統的幾何誤差。工藝系統的幾何誤差包括加工方法的原理誤差,工具機的幾何誤差、調整誤差,刀具和夾具的製造誤差,工件的裝夾誤差以及工藝系統磨損所引起的誤差。(2)工藝系統受力變形所引起的誤差。
(3)工藝系統熱變形所引起的誤差。(4)工件的殘餘應力引起的誤差。
3、機械加工誤差的分類 (1)系統誤差與隨機誤差。從誤差是否被人們掌握來分,誤差可分為系統誤差和隨機誤差(又稱偶然誤差)。凡是誤差的大小和方向均已被掌握的,則為系統誤差。
系統誤差又分為常值系統誤差和變值系統誤差。常值系統誤差的數值是不變的。如工具機、夾具、刀具和量具的製造誤差都是常值誤差。
變值系統誤差是誤差的大小和方向按一定規律變化,可按線性變化,也可按非線性變化。如刀具在正常磨損時,其磨損值與時間成線性正比關係,它是線性變值系統誤差;而刀具受熱伸長,其伸長量和時間就是非線性變值系統誤差。凡是沒有被掌握誤差規律的,則為隨機誤差。
(2)靜態誤差、切削狀態誤差與動態誤差。從誤差是否與切削狀態有關來分,可分為靜態誤差與切削狀態誤差。工藝系統在不切削狀態下所出現的誤差,通常稱為靜態誤差,如工具機的幾何精度和傳動精度等。
工藝系統在切削狀態下所出現的誤差,通常稱為切削狀態誤差,如機房;在切削時的受力變形和受熱變形等。工藝系統在有振動的狀態下所出現的誤差,稱為動態誤差。
二、工藝系統的幾何誤差
1、加工原理誤差
加工原理誤差是由於採用了近似的成形運動或近似的刀刃輪廓進行加工所產生的誤差。通常,為了獲得規定的加工表面,刀具和工件之間必須實現準確的成形運動,機械加工中稱為加工原理。理論上應採用理想的加工原理和完全準確的成形運動以獲得精確的零件表面。
在實踐中,完全精確的加工原理常常很難實現,有時加工效率很低;有時會使工具機或刀具的結構極為複雜,製造困難;有時由於結構環節多,造成工具機傳動中的誤差增加,或使工具機剛度和製造精度很難保證。因此,採用近似的加工原理以獲得較高的加工精度是保證加工質量和提高生產率以及經濟性的有效工藝措施。 例如,齒輪滾齒加工用的滾刀有兩種原理誤差,一是近似造型原理誤差,即由於製造上的困難,採用阿基公尺德基本蝸桿或法向直廓基本蝸桿代替漸開線基本蝸桿;二是由於滾刀刀刃數有限,所切出的齒形實際上是一條折線而不是光滑的漸開線,但由此造成的齒形誤差遠比由滾刀製造和刃磨誤差引起的齒形誤差小得多,故忽略不計。
又如模數銑刀成形銑削齒輪,模數相同而齒數不同的齒輪,齒形引數是不同的。理論上,同一模數,不同齒數的齒輪就要用相應的一把齒形刀具加工。實際上,為精簡刀具數量,常用一把模數銑刀加工某一齒數範圍的齒輪,也採用了近似刀刃輪廓。
2、工具機的幾何誤差
(1)主軸迴轉運動誤差的概念。工具機主軸的迴轉精度,對工件的加工精度有直接影響。所謂主軸的迴轉精度是指主軸的實際迴轉軸線相對其平均迴轉軸線的漂移。
理論上,主軸迴轉時,其迴轉軸線的空間位置是固定不變的,即瞬時速度為零。實際上,由於主軸部件在加工、裝配過程中的各種誤差和迴轉時的受力、受熱等因素,使主軸在每一瞬時迴轉軸心線的空間位置處於變動狀態,造成軸線漂移,也就是存在著迴轉誤差。 (2)主軸迴轉運動誤差的影響因素。
影響主軸迴轉精度的主要因素是主軸軸頸的誤差、軸承的誤差、軸承的間隙、與軸承配合零件的誤差及主軸系統的徑向不等剛度和熱變形等。主軸採用滑動軸承時,主軸軸頸和軸承孔的圓度誤差和波度對主軸迴轉精度有直接影響,但對不同型別的工具機其影響的因素也各不相同機器由機械零件裝配而成，機器的失效是個別零件的失效造成的，其根本原因是零件喪失了其應具備的使用效能。而研究與生產實踐表明，零件的失效大都從表面開始，零件表面質量的高低是決定其使用效能好壞的重要因素。
因此，正確地理解零件表面質量內涵，分析機械加工過程中影響加工表面質量的各種工藝因素，改善表面質量、提高產品使用效能具有重要的意義。
一、影響機械加工表面質量的因素
(一)機器使用效能對機械加工表面質量的影響
1.耐磨性對表面質量的影響。乙個剛加工好的摩檫副的兩個接觸表面之間，最初階段在表面粗糙的峰部觸，實際接觸面積遠小於理論接觸面積，在相互接觸的部有非常大的單位應力，使實際接觸面積處產生塑性變形、彈性變形和峰部之間的剪下破壞，引起嚴重磨損。
2.疲勞強度對表面質量的影響。在交變載荷作用，表面粗糙度的凹谷部位容易引起應力集中，產生疲勞紋。表面粗糙度值愈大，表面的紋痕愈深，紋底半徑愈，抗疲勞破壞的能力就愈差。
殘餘應力對零件疲勞強度的影響很大。表面層殘餘拉應力將使疲勞裂紋擴大，加速疲勞破壞;而表面層殘餘應力能夠阻止疲勞裂紋的擴充套件，延緩疲勞破壞的產生。
3.耐蝕性對表面質量的影響。零件的耐蝕性在很大程度上取決於表面粗糙度。
表面粗糙度值愈大，則凹谷中聚積腐蝕性物質就愈多。抗蝕性就愈差。表面層的殘餘拉應力會產生應力腐蝕開裂，降低零件的耐磨性，而殘餘壓應力則能防止應力腐蝕開裂。
(二)影響表面粗糙度的因素
1.切削加工影響表面粗糙度的因素。(1)刀具幾何形狀的反映刀具相對於工件作進給運動時，在加工表面留下了切削層殘留面積，其形狀是刀具幾何形狀的反映。
(2)工件材料的性質加工塑性材料時，由刀具對金屬的擠壓產生了塑性變形，加之刀具迫使切屑與工件分離的撕裂作用，使表面粗糙度值加大。(3)切削用量加工脆性材料時，切削速度對於粗糙度影響不大;加工塑性材料時，積屑瘤對粗糙度影響很大。
2.磨削加工影響表面粗糙度的因素。影響磨削表面粗糙的主要因素有:
砂輪的粒度、砂輪的硬度、砂輪的修整、磨削速度、磨削徑向、進給量與光磨次數、工件圓周進給速度與軸向進給量、冷卻潤滑液等。
(三)影響加工表面層物理機械效能的因素
1.表面層冷作硬化。切削刃鈍圓半徑增大，對表層金屬的擠壓作用增強，塑性變形加劇，導致冷硬增強。
刀具後刀面磨損增大，後刀面與被加工表面的摩擦加劇，塑性變形增大，導致冷硬增強。切削速度增大，刀具與工件的作用時間縮短，使塑性變形擴充套件深度減小，冷硬層深度減小。切削速度增大後，切削熱在工件表面層上的作用時間也縮短了，將使冷硬程度增加。
進給量增大，切削力也增大，表層金屬的塑性變形加劇，冷硬作用加強。工件材料的塑性愈大，冷硬現象就愈嚴重。
2.表面層材料金相組織變化。當切削熱使被加工表面的溫度超過相變溫度後，表層金屬的金相組織將會發生變化。
(1)磨削燒傷當被磨工件表面層溫度達到相變溫度以上時，表層金屬發生金相組織的變化，使表層金屬強度和硬度降低，並伴有殘餘應力產生甚至出現微觀裂紋，這種現象稱為磨削燒傷。(2)改善磨削燒傷的途徑磨削熱是造成磨削燒傷的根源，故改善磨削燒傷由兩個途徑:一是盡可能地減少磨削熱的產生;二是改善冷卻條件，盡量使產生的熱量少傳入工件。
正確選擇砂輪合理選擇切削用量改善冷卻條件。
3.表面層殘餘應力。(1)產生殘餘應力的原因:
①切削時在加工表面金屬層內有塑性變形發生，使表面金屬的比容加大;②切削加工中，切削區會有大量的切削熱產生;③不同金相組織具有不同的密度，亦具有不同的比容的變化必然要受到與相連的基體金屬的阻礙，因而就有殘餘應力產生。(2)工件主要工作表面最終工序加工方法的選擇。選擇零件主要工作表面最終工序加工方法，須考慮該零件主要工作表面的具體工作條件和可能的損壞形式。
在交變載荷作用下，機器零件表面上的區域性微觀裂紋，會因拉應力的作用使原生裂紋擴大，最後導致零件斷裂。從提高零件抵抗疲勞破壞的角度考慮，該表面最終工序應選擇能在該表面產生殘餘壓應力的加工方法。
二、提高機械加工工件表面質量的措施
(一)制訂科學合理的工藝規程是保證工件表面質量的基礎。科學合理的工藝規程是加工工件的方法依據。只有制訂了科學合理的工藝規程，才能為加工工件表面質量滿足要求提供科學合理的方法依據，使加工工件表面質量滿足要求成為可能。
對科學合理的工藝規程的要求是工藝流程要短，定位要準確，選擇定位基準時盡量使定位基準與設計基準重合。
(二)合理的選擇切削引數是保證加工質量的關鍵。選擇合理的切削引數可以有效抑制積屑瘤的形成，降低理論加工殘留面積的高度，保證加工工件的表面質量。切削引數的選擇主要包括切削刀具角度的選擇、切削速度的選擇和切削深度及進給速度的選擇等。
試驗證明，在加工塑性材料時若選擇較大前角的刀具可以有效抑制積屑瘤的形成，這是因為刀具前角增大時，切削力減小，切削變形小，刀具與切屑的接觸長度變短，減小了積屑瘤形成的基礎。
(三)合理的選擇切削液是保證加工工件表面質量的必要條件。選擇合理的切削液可以改善工件與刀具間的摩擦係數，可降低切削力和切削溫度，從而減輕刀具的磨損，以保證工件的加工質量。
(四)工件主要工作表面最終工序加工方法的選擇至關重要。工件主要工作表面最終工序加工方法的選擇至關重要，因為最終工序在該工作表面留下的殘餘應力將直接影響機器零件的使用效能。選擇零件主要工作表面最終工序加工方法，須考慮該零件主要工作表面的具體工作條件和可能的破壞形式。
三、結論
工件的表面質量與其使用效能密切相關，工件的使用效能是以保證機器正常工作為前提的設計要求，因此在加工工件過程中，我們還應從經濟效益等多方面考慮，才能既保證工件表面的加工質量，又避免增大零件的製造成本，造成不必要的損失。
第9章機械加工質量作業
1 零件的加工質量包含哪些內容？答 零件包括機械加工精度和機械加工表面質量。機械加工精度是指零件的實際幾何引數 尺寸 形狀和位置 與理想幾何引數的符合程度。機械加工表面質量又包括表面粗糙度 表面波度 巨集觀幾何形狀偏差等表面幾何形狀誤差和表面層冷作硬化 表面層金相組織變化及表層殘餘應力等物理力學效能...
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