摘要：机械产品的使用性能的提高和使用寿命的增加与组成产品的零件加工质量密切相关，零件的加工质量是保证产品质量基础。衡量零件加工质量好坏的主要指标有：加工精度和表面粗糙度。本文主要通过对影响零件表面粗糙度的因素、零件表面层的物理力学性能(表面冷作硬化、残余应力、金相组织的变化与磨削烧伤)、表面质量影响零件使用性能等因素的分析和研究，来提高机械加工表面质量的工艺措施。
中文名机械加工工艺目的按照图纸改变毛坯的形状、尺寸方法采用机械加工的方法：铣、车、磨包括毛坯制造，打磨分类车，钳工，铣床，等等影响因素生产条件、环境温度、材料和刀具1具体概念2制订工艺规程的步骤机械加工工艺具体概念编辑机械加工工艺流程是工件或者零件制造加工的步骤，采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量等，使其成为零件的过程称为机械加工工艺流程。
表面质量对零件的磨损有着决定性因素，是零件运行的过程中由于表面粗糙带来的变化的主要影响因素和影响手段。零件磨损一般可分为三个阶段，初期磨损阶段、正常磨损阶段和剧烈磨损阶段。表面粗糙程度对零件表面磨损的影响是不可忽视的，一般在使用的过程中，表面粗糙值越小，其在运行的过程中受损越小，在使用的过程中其使用寿命长，对其他元件的影响小。但表面粗糙度值太小，润滑油不易储存，使得在元件运行的过程中容易与其他元件的接触面积增加，反而增加其磨损程度，因此，在元件制造的过程中要应用各种技术手段进行分析与设计，设计出相应的摩擦值。
在金属受到各种因素和荷载的作用之后会产生相应的变形和冷热交替模式，这就使得金属产生疲劳强度。因此，零件的表面质量对疲劳强度影响很大，使得在机械加工的过程中表面粗糙值越高，抗疲劳的能力越差。
一般来说，零件对于腐蚀性因素会有一定的抵抗能力，而表面质量的出现则会在一定程度上影响到零件的抗腐蚀性，也就是说，零件是否会出现严重的腐蚀现象，主要的决定因素就是零件的表面质量优劣。而如果零件表面的粗糙度越严重，说明零件的抗腐蚀性能越低。相反，如果零件表面越光滑，则说明零件的抗腐蚀性能越强。
表面质量与配合质量之间有着明显的联系，表面质量决定了配合质量，这也就说明了表面质量对配合质量有着直接的影响作用。在间隙配合质量中，表面质量越严重，则间隙配合的磨损程度就越严重，间隙也会相应加大，这样就使得配合质量大打折扣。而对于过盈配合来说，如果装配过程中有一部分的表面凸峰因为挤压因素的影响，使得过盈量逐渐减少，这样就使得配合件间的连接强度出现了降低的情况。
在对工件进行切削加工的时候，采用的刀具如果是呈现几何形状的复映刀具，则在该刀具进行进给运动的过程中，就会残留出大面积的切削层，切削层的形状与几何形状的刀具较为类似。因此，将刀具的进给量进行有效的减少，并选用适宜的刀具，就可以使得切削层残留面积相应缩小。
说到工件材料的性质，一般可以分为两类：一类是塑性材料;另一类是脆性材料。其中，在对塑像材料进行加工的过程中，刀具会对金属产生挤压力，使得材料出现塑性变形的情况，很多刀具都是被迫进行切削加工，与工件之间很容易出现分离的情况，这样就导致了机械加工表面质量的出现。可以说，工件材料韧性越好，则其产生塑性变形的几率就越大，机械加工表面质量就会越严重。而在对脆性材料进行加工时，则材料会因为切削的影响，而出现碎粒的情况，这些碎粒的崩窜，导致了加工表面出现了很多的坑点，从而使得加工表面变得十分粗糙。
要根据工件的性质来进行切削加工。针对一些塑性的材料进行加工处理的过程中，如果选用的刀具本身金属材料相对较软，那么在切削的过程中，就会使得塑性材料对刀具本身造成严重的挤压，这样就会使得刀具很容易出现变形的问题，而使用变形的刀具来进行切削，就会导致工件表面出现质量问题，工件表面的粗糙度会相应提升。针对工件进行切削处理，产生的碎粒量增多，导致切削出现崩裂的情况，这样就会使得工件的表面呈现出凹凸不平的现象，从而形成表面质量问题。
表面质量除了受到上述两点因素的影响，还受到磨削加工的影响。磨削加工造成的表面质量过程与上述的切削加工过程一样，几何因素以及表面金属的塑性是导致磨削加工表面质量的主要影响因素，除了这两个因素之外，导致表面质量的因素还包括砂轮的速度、硬度以及磨削速度等，而相较于切削加工，磨削加工表面质量的影响因素相对较多，其中工件的磨削转圈次数也是重要的表面质量影响因素之一。
在对工件进行切削的过程中，工件会因为切削的作用力以及切削热的作用力而使得工件的加工表面层物理的物理机械性能受到更为严重的影响。在这两种作用力的影响下，表面层金属的物理机械性能一再出现改变，这种改变主要发生在表面层上，出现的改变主要是金属显微硬度、金相组织以及残余应力的变化。在磨削加工的过程中，也会使得工件因为塑性因素的影响而出现变形的问题，切削加工出现的变形问题相较于磨削加工来说要轻，这主要是因为切削热的影响，所以磨削加工时，表面层的机械性能改变情况尤为明显。
受到切削作用的影响，会使得机械加工出现塑性变形的问题，工件出现扭曲，晶粒之间出现移位，甚至很多的晶粒都出现了破碎的情况。这样的现象可以提升表面层金属的强度，被称作是冷作硬化。可以说，表面层的金属硬化在提升的过程中，金属的塑性变形阻力会相应加大，这样虽然可以有效地降低塑性变形的发生，但是也会使得金属的物理性质出现一些转变。金属在经历过冷硬化之后，通常其高能位就会严重不稳，而在一定的情况下，这种不稳的状态会慢慢转化为稳定，这一过程也被称作是弱化。弱化主要是受到温度的影响，温度的高低决定了弱化的大小。在温度逐渐上升到一定的程度时，就会使得表层的金属金相组织出现变化，使表层金属强度和硬度降低，并伴有残余应力产生，甚至出现微观裂纹，这种现象称为磨削烧伤。
加工精度是指零件加工后的实际几何参数(尺寸、形状和位置)与理想几何参数的符合程度。在机械加工中，误差是不可避免的，但误差必须在允许的范围内。通过误差分析，掌握其变化的基本规律，从而采取相应的措施减少加工误差，提高加工精度。
(一)主轴回转误差。主轴回转误差是指主轴各瞬间的实际回转轴线相对其平均回转轴线的变动量。产生主轴径向回转误差的主要原因有：主轴几段轴颈的同轴度误差、轴承本身的各种误差、轴承之间的同轴度误差、主轴绕度等。适当提高主轴及箱体的制造精度，选用高精度的轴承，提高主轴部件的装配精度，对高速主轴部件进行平衡，对滚动轴承进行预紧等，均可提高机床主轴的回转精度。
(二)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。车床导轨的精度要求主要有以下三个方面：在水平面内的直线度;在垂直面内的直线度;前后导轨的平行度(扭曲)。除了导轨本身的制造误差外，导轨的不均匀磨损和安装质量，也是造成导轨误差的重要因素。
(三)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，以及使用过程中的磨损所引起。
(四)刀具的几何误差。任何刀具在切削过程中，都不可避免要产生磨损，并由此引起工件尺寸和形状地改变。正确地选用刀具材料和选用新型耐磨的刀具材料，合理地选用刀具几何参数和切削用量 ，正确地采用冷却液等，均能最大限度地减少刀具的尺寸磨损。必要时还可采用补偿装置对刀具尺寸磨损进行自动补偿。
(五)定位误差。一是基准不重合误差。在零件图上用来确定某一表面尺寸、位置所依据的基准称为设计基准。在工序图上用来确定本工序被加工表面加工后的尺寸、位置所依据的基准称为工序基准。在机床上对工件进行加工时，须选择工件上若干几何要素作为加工时的定位基准，如果所选用的定位基准与设计基准不重合，就会产生基准不重合误差。二是定位副制造不准确误差。夹具上的定位元件不可能按基本尺寸制造得绝对准确，它们的实际尺寸(或位置)都允许在分别规定的公差范围内变动。工件定位面与夹具定位元件共同构成定位副，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。
(六)工艺系统受力变形产生的误差。一是工件刚度。工艺系统中如果工件刚度相对于机床、刀具、夹具来说比较低，在切削力的作用下，工件由于刚度不足而引起的变形对加工精度的影响就比较大。
二是刀具刚度。外圆车刀在加工表面法线(y)方向上的刚度很大，其变形可以忽略不计。镗直径较小的内孔，刀杆刚度很差，刀杆受力变形对孔加工精度就有很大影响。
三是机床部件刚度。机床部件由许多零件组成，机床部件刚度迄今尚无合适的简易计算方法，目前主要还是用实验方法来测定机床部件刚度。变形与载荷不成线性关系，加载曲线和卸载曲线不重合，卸载曲线滞后于加载曲线。两曲线线间所包容的面积就是载加载和卸载循环中所损耗的能量，它消耗于摩擦力所做的功和接触变形功;第一次卸载后，变形恢复不到第一次加载的起点，这说明有残余变形存在，经多次加载卸载后，加载曲线起点才和卸载曲线终点重合，残余变形才逐渐减小到零。
(七)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，由热变形所引起的加工误差有时可占工件总误差的50%。机床、刀具和工件受到各种热源的作用，温度会逐渐升高，同时它们也通过各种传热方式向周围的物质和空间散发热量。
(八)调整误差。在机械加工的每一工序中，总要对工艺系统进行这样或那样的调整工作。由于调整不可能绝对地准确，因而产生调整误差。在工艺系统中，工件、刀具在机床上的互相位置精度，是通过调整机床、刀具、夹具或工件等来保证的。当机床、刀具、夹具和工件毛坯等的原始精度都达到工艺要求而又不考虑动态因素时，调整误差的影响，对加工精度起到决定性的作用。
(九)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。
(一)减少原始误差。提高零件加工所使用机床的几何精度，提高夹具、量具及工具本身精度，控制工艺系统受力、受热变形、刀具磨损、内应力引起的变形、测量误差等均属于直接减少原始误差。为了提高机械加工精度，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不同的措施解决。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;对具有成形表面的零件加工，则主要是如何减少成形刀具形状误差和刀具的安装误差。
(二)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。
①误差补偿法：此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，达到减少加工误差，提高加工精度的目的。
② 误差抵消法：利用原有的一种原始误差去部分或全部地抵消原有原始误差或另一种原始误差。
(三)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。
①分化原始误差(分组)法：根据误差反映规律，将毛坯或上道工序的工件尺寸经测量按大小分为n组，每组工件的尺寸范围就缩减为原来的1/n。然后按各组的误差范围分别调整刀具相对工件的准确位置，使各组工件的尺寸分散范围中心基本一致，以使整批工件的尺寸分散范围大大缩小。
②均化原始误差：此法过程为通过加工使被加工表面原有误差不断缩小和平均化的过程。均化的原理就是通过有密切联系的工件或工具表面的相互比较和检查，从中找出它们之间的差异，然后再进行相互修正加工或基准加工。
(四)转移原始误差。这种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。转移原始误差至其他对加工精度无影响的方面。
在机械加工中，误差是不可避免的，只有对误差产生的原因进行详细的分析，才能采取相应的预防措施减少加工误差，提高机械加工精度。
[论文摘要]细长丝杠螺纹的大径与其长度之比为1∶30及其以上时，称为细长丝杠。由于其长径比较大，在机械加工过程中，机床、刀具等整个工艺系统极易弯曲和振动，加工后不能获得满意的表面粗糙度和几何精度。因此，文章探讨细长丝杠车削改进的方法，以解决细长丝杠的车削难题。
细长丝杠螺纹的大径与其长度之比为1∶30及其以上时，称为细长丝杠。丝杠是机械设备中传递运动的构件，是将旋转运动变为直线运动零件之一，不仅能传递一定的动力，准确地传递运动，而且可作精密的直线分度元件。由于其长径比较大，在机械加工过程中，机床、刀具等整个工艺系统极易弯曲和振动，加工后不能获得满意的表面粗糙度和几何精度，还常常由于翘曲、锥度过大、鼓肚或圆度达不到等原因造成工件报废。此外，由于细长丝杠散热性能差，切削过程中切削热使其产生相当大的线膨胀，也使工作产生变形和弯曲。由此可见，车削细长丝杠不仅生产效率很低，而且质量不易保证。为此提出下列方法，以解决细长丝杠的车削难题。
由于细长丝杠加工过程的工艺系统刚性较差而影响生产效率和质量，因此必须对机床、工件和刀具作改进。这里主要从工件的装夹方面提出一些改进措施，以达到改善细长丝杠加工的切削条件，提高工件的刚性。
在卡盘装夹工件加工中使用后顶尖支承，比不用后顶尖而形成悬臂时，工件刚性提高很多。在车削细长丝杠时，使用了中心架，使支承间的距离缩短了一半，可提高工件的刚性。采用跟刀架车削细长丝杠时，缩短切削作用点和支承点之间的距离，工件的刚性得到很大的提高，切削作用点和支承点之间的距离约为5～10mm。
在车床上加工细长丝杠时，一来容易产生振动，不利于切削;二来不易保证零件的质量精度。解决这个难题的方法大致有两方面：其一是在切削时改善刀具的切削角度，选合理的切削用量;其二是增设辅具，即装上跟刀架，用以消除振动，以保证零件的质量和精度。车速也可以相应提高，进给量也可以增大，振动小，车出的零件弯曲度小，提高了生产率，同时也提高了零件的加工精度。
在加工细长丝杠时，普遍存在的问题是质量差、效率低。前面已经介绍过提高刚性的方法，但由于切削热的影响，丝杠必然产生热伸长。而此时卡盘和顶尖之间的距离是固定的，则工作轴向就没有伸缩的余地，使丝杠产生弯曲变形。为了减少或消除这种变形，可采用如下方法：
1.在卡盘的每只卡爪与工件之间垫入Φ4mm×10mm的钢丝，夹入长度为15～20mm。垫入钢丝后，使工作件与卡爪之间成线接触，从而使工件与卡爪之间可以有稍许相对运动。避免工作件被卡爪卡死，起到方向调节的作用，减少工件的弯曲变形。
2.将机床尾座顶尖改为带弹簧的弹性顶尖。弹力大小由顶尖顶紧的程度决定。当工作件受切削热产生膨胀而伸长时，推动顶尖压缩弹簧作轴后移，避免了工件产生弯曲变形，从而保证加工精度。
3.采用缩颈法。在丝杠卡盘一头车出一个缩颈部分，缩颈部分的直径d=D/2(D为丝杠的坯料外径)。由于丝杠的缩颈部分直径减小了，其柔性增加，减少和消除由于丝杠本身的弯曲而在卡盘强制夹持下轴心线歪斜的影响，也起到了万向接头一样的作用。
细长丝杠料的弯曲，对加工会产生很大的影响，尤其是在高速回转下，由于离心力的惯性作用，加剧了坯料的弯曲变形，并引起振动，造成加工困难，质量降低。因此，细长丝杠在加工过程中的校直工作也是一项必不可少的内容。校直一般分冷校和热校两种，视工艺要求和坯料情况而定。
1.热校。通常在两种情况下采用热校直。一是在热处理后进行(丝杠一般进行调质处理)，以消除粗加工和热处理中所产生的弯曲变形。其方法是在工作件热处理后，当工作件冷却到一定程度时，检查工件变形大小，如超过图样技术要求，需进行校直，一般在手压床上进行，校到工艺要求以内。这样校直，工件不易回弹，保证工作精加工之后的质量。
另一种热校方法是在半精加工后进行，其方法是将半精加工后的工件校直后，在一定温度的油池内浸泡，使工件校直过程中的应力得到消除，工件内部组织稳定，精加工之后不易再变回去(恢复到校直前的状态)，使工件精加工后的精度得以长期保持。此方法一般用于精度要求较高的丝杠。
2.冷校。冷校也存在以下两种情况：一是在粗车前丝杠毛坯料的校直，以保证粗车后车圆;一是螺纹粗车后，在半精车或精车螺纹前进行。其作用和热校直相同，保证加工顺利进行和提高丝杠加工后的几何精度。
冷校直的方法有两种，通常采取的方法是在手压床上进行，毛坯料校直是在手压床工作台上垫两个等高的V形铁支承工件。半成品校直则用手压床的两顶尖顶住丝杠的中心孔支承。这种方法是用百分表找到丝杠弯曲部分的最高点，用压床的压头直接压最高点(压半成品时中间需垫木板)，使工件产生塑性变形，使变曲度控制在工艺要求范围内。这种方法校直的工件，在经过精加工或热处理后，工件有可能会反弹回去，即全部或部分恢复到校直前的状态，造成工件精加工后的精度丧失，影响产品质量。
在车削加工中，一般走刀方向都是从尾座向床头方向，俗称正走向走刀。车削细长杠时需改用反向走刀，走刀的抗力方向使工件受拉应力。反向切削使工件受到拉伸作用，能消除振颤，使切削平稳，尤其是在车削丝杠外圆和粗切螺纹工序中，由于切削力大，更需要采用反向切削，尾座需装可伸缩的活顶尖。
值得一提的是，在安装刀具时，刀尖应稍高于工件中心线0.1～0.15mm，使切削过程中刀具的切削前角增大，减少切削力，也就减少切削力对工件的压缩。同时，在切削过程中，刀尖还起着托起工件的作用，用以抵消跟刀架支承块对工件的反作用力，相当于跟刀架的第四个支承块。
为了减少跟刀架支承块与工件的摩擦而造成支承块严重磨损，减少工件温度升高，同时冷却刀刃，在随时注意调整跟刀架松紧程度的同时，还需在切削过程中进行充分冷却和润滑，使切削顺利进行，保证粗车后螺纹的表面粗糙度。
车削细长轴时，由于工件刚性差，刀具几何形状对工件产生的振动非常敏感。如果车刀的几何形状选择不当，也不可能得到良好的效果。选择时主要考虑以下几点：
3.车刀前面应该磨有R1.5～3的断屑槽，使切屑卷曲折断。
4.选择负的刃倾角，取-3°～-10°，使切屑流向待加工表面。另一方面，车刀也容易切入工件，并可减少切削力。
6.为了减少径向切削力，刀尖半径应选得较小(R﹤0.3mm)，倒棱的宽度也应选得较小。
利用切削力和工件受力变形相抵消的原理，采用双刀架对中，即不需要使用中心架，也不需要使用跟刀架，只需采用适当刀具几何角度的双刀“对刀”切削，不但大大减小了工件弯曲变形，而且还能用大进给量，提高切削速度，同时进行粗车、半精车或精车，缩短加工时间，保证加工质量。
在车床床鞍上装上前后两个中拖板刀架，中拖板的丝杠也改成左右旋螺纹传动。采用前后两把车刀径向相对安装，半精车车刀正装，精车刀反装，沿同一轴向方向走刀，左右旋转丝杠带动两个中拖板刀架同时作径向进刀或退刀，使两刀同时切削，达到切削力相抵消的目的。为了使切削力平衡，精车刀需采用0°后角或小负后角，增加精车刀所产生的切削力，使之与半精车(切削余量大)所产生的切削力相平衡。径向切削力相互抵消，清除了细长丝杠切削容易变形的缺陷。同时精车刀的负后角形成的刀面对工件产生摩擦，使之起到一定的压光作用，改进了表面质量，提高了劳动生产效率。
细长丝杠由于其长径比较大、散热性能差，车削细长丝杠不仅生产效率很低，而且质量不易保证。所以，为了提高劳动生产效率和工作质量，提出解决车削细长丝杠难题的方法。但必须针对具体情况和不同要求单独或混合采用，才能达到预期的效果。