浅议切削用量对加工精度的影响

　　机械零件的加工必须要保证零件达到图样的要求，满足其加工精度。而尺寸精度、形位精度和表面粗糙度是检验零件加工精度最主要的三个方面。三者任何一项达不到要求都会造成零件质量的下降或报废等问题，其中形状和位置精度可以通过设备、夹具、刀具、工艺等来加以保证，而尺寸精度和表面粗糙度的控制就成了很多人较为伤脑筋的难点。他们往往控制了表面粗糙度，尺寸精度却超差了，而控制了尺寸精度后，表面粗糙度又达不到要求。笔者通过实践经验的总结，知道造成零件加工误差的因素很多，现机械零件在切削加工时造成尺寸误差的原因分析总结如下。
　　一、造成零件加工误差的因素
　　1.计算错误或刻度盘操作错误
　　这里包含看错图样，图样尺寸链计算错误，机床刻度盘松动(不能与手柄作同步运动)，操作刻度盘时未消除其传动间隙等几个方面。
　　2.量具误差或测量技术误差
　　这里包含使用量具前未校准量具和没有学会正确使用量具的方法造成的错误。例如用量具游标卡尺的使用，其尺身上锁紧螺钉的松紧度是影响测量误差的关键因素；使用千分尺时，测量时手的感觉很关键；测量时量点位置是否正确和阅读数值时的视线是否对正刻线等也会产生误差。
　　以上两方面的误差是初学者容易产生的，下面的几方面的误差因隐蔽性较大，所以不容易引起切削加工人员注意，有时即使注意了，也不容易把握好它的度。
　　3.刀具角度误差和刀具磨损产生误差
　　刀具角度对切削加工的多方面影响都很大，刀具角度是要根据其本身材料结合工件材料和加工性质等多方面综合来选择的。刀具角度的改变对切削刃口的锋利程度，切削力的大小，切屑厚薄和切屑变形的大小，表面粗糙度的优劣影响都比较明显，对刀尖强度和散热性能的影响也较突出，但是其对尺寸精度的影响是比较隐蔽的，如刀具磨损产生尺寸误差和刀尖装得是否对准机床的旋转中心，对尺寸和表面粗糙度的影响也是比较大的。在数控机床加工中，书上曾经特别提到过车刀要严格对准中心这一点。
　　4.加工系统的刚性不足导致误差
　　加工系统的刚性包含机床、工件和刀具三个方面。机床的功率与切削力的大小比较，工件的刚性与刀具的刚性不足所引起的误差，尤其加工大余量的工件或者是易变形的工件时要注意处理好切削用量、刀具角度及夹具等的合理应用。
　　5.工艺系统的热变形引起的误差
　　工艺系统是指包含机床、工件和刀具及其他一些方面所组成的整个切削加工体系。机械加工中，工艺系统在各种热源作用下会引起热变形，破坏刀具与工件相对运动的准确性，从而引起了热变形加工误差。这个热变形产生的误差还是比较大的，比方说：热变形使机床各部件的相互位置发生变化，这个变化会导致机床的精度误差，在加工时，这个误差会映射到工件形成加工误差；工件的受热变形直接造成尺寸误差和形状误差(有热变形伸长量的计算公式或热胀冷缩作参考)；刀具在切削热和摩擦热的作用下体积膨胀，硬度下降，耐磨性下降，刀具寿命下降同时造成加工过程中尺寸变化的误差。所以消除热变形产生误差的方法就是减少热源对切削加工的影响。诸如采用切削液、改进刀具角度、选用合理的加工工艺，采用弹性夹具等进行加工，有条件的最好在恒温车间中加工，以消除环境温度变化对加工带来的影响，最好的选择是使加工环境的温度和零件使用环境的温度相近。
　　6.工件残余应力引起的误差
　　一般情况下，当零件精度要求不是很高时，这一项可不予考虑，这主要是切削力和切削热的相互作用而导致的金属内部组织发生的不均匀的体积变化。应力集中使零件处于不稳定状态，即使在常温下，零件的内部组织也在不断变化，原有的加工精度也会逐渐下降形成加工误差。残余应力对零件或机器的精度影响成正比例关系，对零件或机器的使用寿命影响也比较大。加工时，我们可以选用合理的刀具角度、切削用量和较为刚性的加工方法以减少内应力的产生，或安排时效处理以消除内应力对零件质量的影响。
　　7.机床本身精度误差导致的误差
　　机床本身的精度误差所导致的误差是多方面的，这只能校验或修理机床的各部分精度来减少误差的产生——只要保证机床在最好的状态下工作即可。
　　二、对上述种种误差的综合分析
　　上述七大方面的分析可以说是比较全面的，然而当我们在尽可能排除上述几点误差产生的可能后，加工下来的零件仍然还有超差时，我们会采用误差的分析方法来说明：可能是上面产生误差原因中的一点没有排除好，也许是综合的几点没有排除好。然而，上述七点有时并不一定能完整地说明误差产生的具体原因，。那么到底还有其他什么因素导致尺寸超差呢？在实际加工中，有很多人车好了外圆的尺寸精度，但是表面粗糙度不一定能控制好，而表面粗糙度控制好了，尺寸精度却经常会超差。这又是什么原因呢？我们现在以硬质合金车刀车削为例，这类刀具在使用时有—个现象：就是当我们选择的车削速度较快，进给量不变，吃刀量稍大时，会得到较低的表面粗糙度值，可是在同等的切削速度、进给量下，当吃刀量较少或是接近零点零几毫米余量的时候，表面粗糙度却差别明显，经常会导致表面有拉毛或划痕等不理想的效果，而且尺寸精度还不容易控制。笔者通过多年教学实践和实际加工经验反复验证，发现切削用量对加工精度的影响比较明显，即精车时切削用量的选择上没有引起我们的注意，只要我们注意这方面的问题，就可以明显提高车削加工的尺寸精度和降低表面粗糙度值。
　　切削用量的选择对于切削加工是重中之重，切削用量三要素之间搭配的好坏也是衡量一个技工技术水平的重要标志之一。为什么说是标志呢？因为它要根据机床的功率、加工的性质、刀具材料和工件材料，还有刀具几何要素、工件的形状和加工余量等一系列参数来综合衡量后才能进行选择，而选择得好坏对生产率、加工质量等各方面都影响深远。可以说，切削用量三要素之间的选择搭配是每一个车削加工者都要特别注意的环节。一般的外圆加工是先试切削3～5mm左右长的一小段外圆，停车测量后再进给车削，一刀精车到尺寸。这种方法也叫试切削法。这是一般精度零件加工时的车削方法。很多人把它应用到精加工中去，虽然节约了走刀时间，提高了生产率，但是却容易造成尺寸误差和表面粗糙度的不统一。因为在接刀时，存在切削用量的变化而引起切削力变化现象，导致尺寸误差和表面粗糙度值不一致等问题的产生。精车外圆时，要同时保证外圆的尺寸精度、形位精度和较低的表面粗糙度值，切削用量的选择至关重要。这里有一个技巧，即分二刀均等地精车外圆。笔者无论在生产中还是在教学中都屡试不爽。其缺点是增加了走刀时间，优点是既可以保证零件的尺寸精度又可同时保证零件的表面粗糙度。
　　把精车余量均等地分二次进刀的顺序是：第一步，测量精车余量(必须要保证外圆不能有太大的跳动，否则要车掉跳动以后再开始第一步)；第二步，把精车余量分成两等份；第三步，精车第一等分精车余量；第四步，测量并在中滑板上进给加工的余量(即第二次终精加工)。这里要注意：必须要保证两次加工要尽量用相同的切削速度、吃刀量和进给量，这样就可以同时保证尺寸精度和表面粗糙度达到加工要求。其原理是保证精加工的两刀尽量在相近的环境下切削。这样才不会因切削要素的不同而造成尺寸和表面粗糙度的误差。因为只要加工系统的间隙存在或者加工系统的形变存在，切削用量三要素中任何一个要素的改变都会引起尺寸精度的变化。车削速度、吃刀量和进给量任意一个要素的改变都会引起切削力的变化，而切削力的变化引起车床间隙或者让刀量产生变化，而且对尺寸精度和表面粗糙度的影响都比较大，有时尺寸误差达十几丝，表面粗糙度的误差也很明显。在生产实践中，有些车削技术人员在批量精车外圆时经常会采用在中滑板或者刀架上打上百分表来控制尺寸精度，可是由于工件上加工余量的不同——实质上是切削用量之吃刀量发生改变，这时也会造成尺寸误差，他们往往百思不得其解。因此，在批量生产条件下，为了提高生产率，一般在精加工余量的要求中，尽量保证精加工余量相等也不是没有道理的。
　　通过多次加工验证后会发现，均等地分二次进刀对保证外圆的尺寸精度、形位精度和较好的表面粗糙度是很适用的。尤其是在单件小批量加工中，掌握分两刀精车外圆的方法是非常有效的。这一点对于内圆柱面的加工和其他切削加工(铣、镗等工种)技术人员，尤其是数控编程技术人员也同样适用，而且适用于生产实习教学，效果也很明显。因其可操作性较强，所以每个操作人员都应该在生产加工中验证它合理与否。
　　综上所述，精车外圆时产生尺寸超差的因素是多方面的，有时我们没有办法去分析并区分出是那点原因导致的加工误差。我们要保证尺寸精度、形位精度和表面粗糙度的要求，就必须掌握产生误差的各方面原因分析，不但要知其然，还要知其所以然。我们要把理论分析与实践技能有机地结合起来，融会贯通，形成比较完整和系统的知识，这样才能达到真正掌握切削加工技巧的要点和提高质量问题分析的能力。