趙振華

(中船澄西船舶修造有限公司，江蘇 江陰 214433)

0 引言

隨著對(duì)機(jī)械加工產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提高，人們?cè)谔剿魈岣弋a(chǎn)品質(zhì)量的方法和措施方面投入了大量的時(shí)間和精力，但是卻忽視了加工工藝過(guò)程中加工余量對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響，認(rèn)為在加工過(guò)程中只要有余量就不會(huì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生多大影響。在實(shí)際機(jī)械產(chǎn)品加工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，零件的加工余量的大小直接影響著產(chǎn)品質(zhì)量。如果加工余量過(guò)小則很難消除上道工序加工過(guò)程中殘留的形位誤差和表面缺陷；而余量過(guò)大，不僅要增加機(jī)械加工的工作量，而且還會(huì)增加材料、工具、能量消耗，更嚴(yán)重的是在加工過(guò)程中因切除大量的加工余量所產(chǎn)生的熱量會(huì)使零件變形，加大零件的加工難度，影響產(chǎn)品質(zhì)量，因此嚴(yán)格控制零件的加工余量很有必要。

1 加工余量的概念

加工余量是指加工過(guò)程中從加工表面切去的金屬層厚度。加工余量可分為工序加工余量和總加工余量。工序加工余量是指某一表面在一道工序中所切除的金屬層厚度，它取決于相鄰工序前后工序尺寸之差?？偧庸び嗔渴侵噶慵拿髯?yōu)槌善返恼麄€(gè)加工過(guò)程中某一表面切除金屬層的總厚度，也即是零件上同一表面毛坯尺寸和零件尺寸之差?？偧庸び嗔康扔诟鞴ば蚣庸び嗔恐?。

由于毛坯制造和各工序尺寸都不可避免地存在著誤差，因而無(wú)論總加工余量還是工序加工余量都是個(gè)變動(dòng)值，出現(xiàn)了最小加工余量和最大加工余量。加工余量及公差如圖1所示。 圖中，最小加工余量是前工序最小工序尺寸和本工序最大工序尺寸之差；最大加工余量是指前工序最大工序尺寸和本工序最小工序尺寸之差。工序加工余量的變動(dòng)范圍(最大加工量與最小加工余量的差值)等于前工序與本工序兩工序尺寸公差之和。工序尺寸的公差帶一般規(guī)定在零件的入體方向。對(duì)于軸類(lèi)零件來(lái)說(shuō)，其基本尺寸就是最大工序尺寸，而對(duì)于孔來(lái)說(shuō)則是最小工序尺寸。

圖1 加工余量及公差

2 加工余量對(duì)加工精度的影響分析

2.1 加工余量過(guò)大對(duì)加工精度的影響

零件在機(jī)械加工過(guò)程中必定會(huì)產(chǎn)生切削熱，這些切削熱一部分被鐵屑和切削液帶走，一部分傳給刀具，還有一部分則傳給工件，使零件的溫度升高。溫度的高低與加工余量大小有很大關(guān)系。加工余量大，粗加工時(shí)間必然會(huì)變長(zhǎng)，切削用量也會(huì)適當(dāng)加大，導(dǎo)致切削熱不斷增加，零件溫度不斷升高。零件溫度升高帶來(lái)的最大危害就是使零件產(chǎn)生變形，尤其對(duì)溫度變化比較敏感的材料(如：不銹鋼)影響更大，而且這種熱變形貫穿整個(gè)加工過(guò)程，使加工難度增加，產(chǎn)品質(zhì)量受影響。例如，在加工絲桿類(lèi)細(xì)長(zhǎng)軸零件時(shí)，由于采用的是一夾一頂加工方法，長(zhǎng)度方向的自由度受到了限制，此時(shí)工件溫度若過(guò)高則會(huì)產(chǎn)生熱膨脹。在長(zhǎng)度方向的延伸受阻情況下，工件受應(yīng)力影響必然會(huì)產(chǎn)生彎曲變形，給后期加工帶來(lái)很大的麻煩。受熱后工件彎曲變形圖如圖2所示。這時(shí)如繼續(xù)加工，將凸出部分加工直至成品，待冷卻至常溫后零件在應(yīng)力作用下又會(huì)產(chǎn)生反向變形，造成形位誤差而影響質(zhì)量。常溫后工件彎曲變形圖如圖3所示。直徑方向膨脹后其增大部分會(huì)被切除，待工件冷卻后則產(chǎn)生圓柱度和尺寸誤差。精密絲桿磨削時(shí)，工件的熱變形還會(huì)引起螺距的誤差。

圖2 受熱后彎曲變形

圖3 常溫后彎曲變形

2.2 加工余量過(guò)小對(duì)加工精度的影響

零件的加工余量不能過(guò)大但也不能過(guò)小，加工余量過(guò)小則不能消除前道工序加工過(guò)程中殘留的形位公差和表面缺陷，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量。為了使零件的加工質(zhì)量得到保證，各工序所留最小加工余量應(yīng)能保證前工序最小加工余量的基本要求。某零件內(nèi)孔最小加工余量構(gòu)成因素示意圖如圖4所示。圖4a)為所要加工內(nèi)孔的零件。如果該孔在前道工序加工時(shí)軸線O1-O1偏離基準(zhǔn)軸線O-O存在位置誤差n，且內(nèi)孔存在圓柱度誤差p(如錐度、橢圓等)和表面粗糙度誤差h(如圖4b)所示)，那么為了消除鏜孔前的形位公差，鏜孔工序的單邊最小加工余量應(yīng)包含上述誤差和缺陷的數(shù)值?？紤]到本工序鏜孔時(shí)工件不可避免地存在著安裝誤差，即原孔軸線O-O與工件安裝后的回轉(zhuǎn)軸線O′-O′間的誤差e(如圖4c)所示)，以及本工序鏜孔時(shí)的尺寸公差T，因此本工序的最小加工余量z可用下式表示：

z≥T/2+h+p+n+e(單面余量)

圖4 最小加工余量構(gòu)成因素圖解

對(duì)不同的零件和不同的工序，上述誤差的數(shù)值和表現(xiàn)形式也各有不同。在決定工序加工余量時(shí)應(yīng)區(qū)別對(duì)待。例如，細(xì)長(zhǎng)軸易彎曲變形，母線直線誤差已超出直徑尺寸公差范圍，工序加工余量應(yīng)適當(dāng)放大；對(duì)采用浮動(dòng)絞刀等工具以加工表面本身定位進(jìn)行加工的工序，則可以不考慮安裝誤差e的影響，工序加工余量可相應(yīng)減??；對(duì)于某些主要用來(lái)降低表面粗糙度的精加工工序,工序加工余量的大小僅僅與表面粗糙度h有關(guān)。

3 加工余量的合理選擇

3.1 零件加工余量時(shí)的原則

零件加工余量的選擇與零件使用的材料、尺寸大小、精度等級(jí)、加工方法有著很大的關(guān)系，需視具體情況而定。在確定零件的加工余量時(shí)一定要遵循以下原則：

(1)應(yīng)采用最小的加工余量，以求縮短加工時(shí)間，并降低零件的加工費(fèi)用。

(2)應(yīng)留有充分的加工余量，特別是最后的工序。加工余量應(yīng)能保證圖紙上所規(guī)定的精度和表面粗糙度。

(3)確定加工余量時(shí)應(yīng)考慮到零件熱處理時(shí)引起的變形，否則將可能產(chǎn)生廢品。

(4)確定加工余量時(shí)應(yīng)考慮到加工方法和設(shè)備，以及加工過(guò)程中可能產(chǎn)生的變形。

(5)確定加工余量時(shí)應(yīng)考慮到被加工零件的大小。零件愈大，則加工余量也愈大。因?yàn)榱慵某叽缭龃蠛?，由切削力、?nèi)應(yīng)力等引起變形的可能性也會(huì)增加。

3.2 確定加工余量的方法

3.2.1經(jīng)驗(yàn)估計(jì)法

經(jīng)驗(yàn)估算法在生產(chǎn)實(shí)踐中比較常用，是根據(jù)工藝人員的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)或與同類(lèi)型零件進(jìn)行比較來(lái)確定加工余量的方法。例如，在建船舶中舵桿、舵銷(xiāo)、中間軸、艉軸的加工余量就是根據(jù)工藝人員多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)而定的?？紤]到工件的重要性，加上體積龐大、鍛件毛坯應(yīng)力大等因素的影響，粗車(chē)外圓后留6 mm半精車(chē)余量，半精車(chē)后留3 mm精車(chē)余量，精車(chē)留1 mm磨削余量。為了防止加工余量不夠而產(chǎn)生廢品，經(jīng)驗(yàn)估計(jì)法所估加工余量一般偏大。此法常用于單件小批量生產(chǎn)。

3.2.2查表修正法

查表修正法是以生產(chǎn)實(shí)踐和試驗(yàn)研究積累的有關(guān)加工余量的資料數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)編制成表，結(jié)合實(shí)際加工情況進(jìn)行修訂來(lái)確定加工余量的方法，此法應(yīng)用比較廣泛。軸承零件粗車(chē)后精車(chē)外圓和磨加工外圓加工余量分別見(jiàn)表1、表2。

3.2.3分析計(jì)算法

分析計(jì)算法是根據(jù)試驗(yàn)資料和計(jì)算公式對(duì)影響加工余量的各種因素進(jìn)行分析和綜合計(jì)算確定加工余量的方法。這種方法確定的加工余量既準(zhǔn)確又經(jīng)濟(jì)合理，但需要積累比較全面的資料，沒(méi)有以上兩種方法簡(jiǎn)單直觀，因此此法目前應(yīng)用較少。

4 結(jié)語(yǔ)

在實(shí)際生產(chǎn)中由于許多零件毛坯的制作方法都是臨時(shí)確定的，比如：離心澆注的不銹鋼套改用鋼板卷制后焊接而成；冷卻器端蓋、電動(dòng)機(jī)底座、齒輪箱翻砂件改用焊接件等。這些零件在毛坯的制作過(guò)程中有許多不確定因素，其形狀誤差很難預(yù)料，因此本文介紹的三種確定零件加工余量的方法不適用這類(lèi)零件的加工余量的確定，只能在實(shí)際制作過(guò)程中靈活掌握。

表1軸類(lèi)零件粗車(chē)后精車(chē)外圓的加工余量mm

零件的直徑零件長(zhǎng)度≤100>100～250>250～500>500～800>800～1 200粗車(chē)外圓的公差<100.80.91.0>10～180.91.01.11.40.24>18～300.91.01.31.40.28>30～501.01.01.11.31.50.34>50～801.11.11.21.41.60.40>80～1201.11.21.21.41.60.46>120～1801.21.21.31.51.70.53>180～2601.31.31.41.61.80.60>260～3601.31.41.51.71.90.60

表2軸類(lèi)零件磨加工外圓的加工余量mm

軸的直徑磨削性質(zhì)軸的性質(zhì)軸的長(zhǎng)度100～250>250～500>500～800>800～1 200>1 200～2 000≤10中心磨未淬硬0.20.3>10～18中心磨未淬硬0.30.30.3>18～30中心磨未淬硬0.30.30.40.4>30～50中心磨未淬硬0.30.40.50.60.6>50～80中心磨未淬硬0.40.40.50.60.7>80～120中心磨未淬硬0.40.50.50.60.7>120～180中心磨未淬硬0.50.60.60.70.8>180～260中心磨未淬硬0.60.60.70.80.9>260～360中心磨未淬硬0.60.70.70.80.9>360～500中心磨未淬硬0.70.80.80.91.0

參考文獻(xiàn)：

[1] 李旦.機(jī)械加工工藝手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.