机械加工之加工质量详谈

金属切削加工的方法很多，尽管它们的形式有所不同，但是却有着许多共同的规律和现象。掌握这些规律和现象，对正确应用各种金属切削加工方法有着重要的意义。本章主要介绍切削加工过程的切削运动、切削刀具以及其过程的基本规律等金属切削加工基础知识。

金属切削加工就是利用工件和刀具之间的相对（切削）运动，用刀具上的切削刃切除工件上的多余金属层，从而获得具有一定加工质量零件的过程。由此可见，理解零件加工质量的概念；掌握切削运动和金属切削刀具的基本知识；认识金属切削过程的基本规律是学习金属切削加工的基本内容。

1加工质量

为了保证机电产品的质量，设计时应对零件提出加工质量的要求，机械零件的加工质量包括加工精度和表面质量两方面，它们的好坏将直接影响产品的使用性能、使用寿命、外观质量、生产率和经济性。

1.1加工精度

经机械加工后，零件的尺寸、形状、位置等参数的实际数值与设计理想值的符合程度称为机械加工精度，简称加工精度。实际值与理想值相符合的程度越高，即偏差（加工误差）越小，加工精度越高。

加工精度包括尺寸精度、形状精度和位置精度。零件图上，对被加工件的加工精度要求常用尺寸公差、形状公差和位置公差来表示。

1. 尺寸精度

是指加工表面本身的尺寸(如圆柱面的直径)和表面间的尺寸(如孔间距离等)的精确程度。尺寸精度的高低，用尺寸公差的大小来表示。

尺寸公差是尺寸允许的变动量，国家标准GB/T1800. 3-1998《极限与配合》中规定，尺寸公差分20个等级，即IT01、IT0、IT1、IT2……IT18。IT后面的数字代表公差等级，数字愈大，公差等级越低，公差值越大，尺寸精度越低。不同公差等级的加工方法和应用见表1.1。

加工过程中影响尺寸精度的因素很多，表1.1中表示的某种加工方法所对应达到的加工精度，是指在正常产生条件下保证一定生产率所能达到的加工精度，称为经济精度。

表1.1各种加工方法所能达到的公差等级和表面粗糙度

2. 形状精度

是指零件加工后的表面与理想表面在形状上相接近的程度。如直线度、圆度、圆柱度、平面度等。

3. 位置精度

是指零件加工后的表面、轴线或对称平面之间的实际位置与理想位置接近的程度。如平行度、垂直度、同轴度、对称度等。

国家标准GB/T1182-1996《形状和位置公差》中规定，形状和位置公差共有14个项目，其公差特征项目的名称及符号见表1.2。

表1.2 形状和位置公差特征项目的名称及符号

在零件图上，通常只规定尺寸公差，对要求较高的零件，除了规定尺寸公差外,还要规定形状和位置公差。

一般机械加工精度越高，加工的成本也越高，所以在设计零件时，应在满足零件使用要求的前提下，选用经济精度。

1.2表面质量

机械零件的表面质量，主要是指零件加工后的表面粗糙度以及表面层材质的变化。

1.表面粗糙度

在切削加工中，由于刀痕、塑性变形、振动和摩擦等原因，会使加工表面产生微小的峰谷。这些微小峰谷的高低程度和间距状况称为表面粗糙度。表面粗糙度对零件的耐磨性、抗腐蚀性和配合性质等有很大影响。它直接影响机器的使用性能和寿命。

国家标准GB/T1031-1995规定了表面粗糙度的评定参数及其数值。常用的评定表面粗糙度的参数是轮廓算术平均偏差Ra值，常见加工方法一般能达到的表面粗糙度值见表1.1。

一般来说，零件的表面粗糙度越小，零件的使用性能越好，寿命也越长，但零件的制造成本也会相应增加。

2.表面层材质的变化

零件加工后表面层的力学、物理及化学等性能会于基体材料不同，表现为加工硬化、残余应力产生、疲劳强度变化及耐腐蚀性下降等，这些将直接影响零件的使用性能。

零件加工质量与加工成本有着密切的关系。加工精度要求高，将会使加工过程复杂化，导致成本上升，所以在确定零件加工精度和表面粗糙度时，总的原则是，在满足零件使用性能要求和后续工序要求的前提下，尽可能选用较低的精度等级和较大的表面粗糙度值。