提高机械加工精度和表面质量的技术措施

梁中福

摘 要：本文主要通过分析机械加工中可能产生误差的主要原因，提出了提高机械加工精度的相应措施。

关键词：机械加工；表面质量；工艺因素；控制措施

随着现代机器制造工业的飞速发展，表面机械加工的质量提出更高的要求。但是，任何机械加工方法所获得的已加工表面都不可能达到理想状态，总会存在一定程度的缺陷，这些缺陷会影响零件的使用性能及可靠性。因此，机械加工既要保证零件的位置精度，又要保证机械加工表面质量。

1 影响加工表面粗糙度的工艺因素及控制措施

1.1 影响表面粗糙度的主要工艺因素

⑴刀具的几何参数、材料和刃磨质量。刀具的几何参数中对表面粗糙度影响最大主要是副偏角、主偏角、刀尖圆弧半径。在同样条件下，硬质合金刀具加工的表面粗糙度值低于高速钢刀具，而金刚石、立方氮化硼刀具又优于硬质合金。另外，刀具的前、后刀面、切削刃本身的粗糙度直接影响加工表面的粗糙度。

⑵切削条件。在中、低速加工塑性材料时，容易产生积屑瘤和鳞刺，所以，提高切削速度，减少积屑瘤和鳞刺，减小零件已加工表面粗糙度值。正常切削条件下，切削深度对表面粗糙度影响不大，因此，机械加工时不能选用过小的切削深度。

⑶砂轮。粒度磨粒越细，单位面积上的磨粒数越多，刻划沟痕越细密，表面粗糙度越小。但磨粒过细，砂轮易堵塞，磨削性能下降，反而增大表面粗糙度，甚至出现烧伤现象。度砂轮的硬度要适中，不能太软，也不能过硬。砂轮修整的质量越好，砂轮的表面磨粒的等高性越好，磨削出表面粗糙度值越小。

⑷磨削用量。砂轮转速提高砂轮转速，可以减小表面粗糙度。工件材料若工件的材料硬度太高，磨粒易磨钝，不易提高表面质量。若工件材料的塑性、韧性较大，变形大，易堵塞砂轮，也得不到较小表面粗糙度值。

1.2 减小机械加工表面粗糙度的控制措施

⑴超精密切削。超精密切削是指加工精度高于亚微米级，表面粗糙度值Ra在0.025um以下的切削加工方法。单晶金刚石车刀是目前应用最广泛的超精密切削刀具材料，常用来加工铜、铝或其它有色金属材料，获得超精密表面。

⑵超精加工。超精加工是一种由切削过程过渡到摩擦抛光过程的加工方法，能获得较高加工表面粗糙度（Ra=0.01～0.1um）。目前，超精加工广泛用于曲轴、凸轮轴、刀具、轴承、精密量仪及电子仪器等精密零件。

⑶珩磨。珩磨是利用珩磨工具对工件表面施加一定的压力，同时作相对旋转和往复直线运动，切削工件上极小余量精加工方法。其加工孔的范围很大，珩磨后的工件表面粗糙度值控制在0.025～0.2mm之间，圆度和圆柱度在0.003～0.005mm之间。

⑷研磨。研磨是用研磨工具和研磨剂从工件表面上研去一层极薄金属的精加工方法，能获得很高表面质量和加工精度。研磨后的工件尺寸和形状误差可达0.1～0.3mm，表面粗糙度Ra可以达到0.01～0.04mm。

⑸抛光。抛光加工是用涂敷有抛光膏的布轮、皮轮等软性工具，利用机械、化学或电化学作用去除工件表面微观不平处的峰顶，以获得光亮、平整表面的加工方法。

2 提高机械加工精度的因素及控制措施

2.1 机械加工精度产生误差的主要因素

⑴定位误差。一是基准不重合误差。如果所选用的定位基准与设计基准不吻合，就会产生基准不重合误差。二是定位副制造不准确误差。由于定位副制造得不准确和定位副间的配合间隙引起的工件最大位置变动量，称为定位副制造不准确误差。

⑵传动链误差。传动链的传动误差是指内联系的传动链中首末两端传动元件之间相对运动的误差。传动误差是由传动链中各组成环节的制造和装配误差和使用过程中的磨损所引起。

⑶导轨误差。导轨是机床上确定各机床部件相对位置关系的基准，也是机床运动的基准。除了导轨本身的制造误差外，导轨的不均匀磨损及安装质量，也是造成导轨误差的重要因素。

⑷刀具的几何误差。任何刀具在切削过程中，都会不可避免地产生磨损，由此引起工件尺寸和形状的改变。

⑸工艺系统受热变形引起的误差。工艺系统热变形对加工精度的影响比较大，特别是在精密加工和大件加工中。

⑹测量误差。零件在加工时或加工后进行测量时，由于测量方法、量具精度以及工件和主客观因素都直接影响测量精度。

2.2 提高机加工精度的措施

⑴减少原始误差。为了提高机加工精度，需对产生加工误差的各项原始误差进行分析，根据不同情况对造成加工误差的主要原始误差采取相应的解决措施。对于精密零件的加工应尽可能提高所使用精密机床的几何精度、刚度和控制加工热变形。

⑵误差补偿法。对工艺系统的一些原始误差，可采取误差补偿的方法以控制其对零件加工误差的影响。

⑶误差补偿法。该方法是人为地造出一种新的原始误差，从而补偿或抵消原来工艺系统中固有的原始误差，达到提高加工精度的目的。

⑷分化或均化原始误差。为了提高一批零件的加工精度，可采取分化某些原始误差的方法。对加工精度要求高的零件表面，还可以采取在不断试切加工过程中，逐步均化原始误差的方法。

⑸转移原始误差。该方法的实质就是将原始误差从误差敏感方向转移到误差非敏感方向上去。转移原始误差至非敏感方向。各种原始误差反映到零件加工误差上的程度与其是否在误差敏感方向上有直接关系。若在加工过程中设法使其转移到加工误差的非敏感方向，则可大大提高加工精度。

总之，在机加工过程中，产生误差是不可避免的。只有了解和掌握影响机械加工表面质量的因素，才能在生产实践中，采取相应的工艺措施，尽可能地减少加工误差，从而有效提高机加工的精度。