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摘要：机器由机械零件装配而成，机器的失效是个别零件的失效造成的，其根本原因是零件丧失了其应具备的使用性能。而研究与生产实践表明，零件的失效大都从表面开始，零件表面质量的高低是决定其使用性能好坏的重要因素。因此，正确地理解零件表面质量内涵，分析机械加工过程中影响加工表面质量的各种工艺。因素，改善表面质量、提高产品使用性能具有重要的意义。
关键词：机械加工；表面质量；工件表面；因素；措施
中图分类号：F407文献标识码： A
1 概述机械加工表面质量内涵及其作用
机械零件的加工质量主要包括两个方面，即零件的加工精度和零件的机械加工表面质量。机械零件的机加工表面质量就是平时所讲的机械加工表面完整性，它是机械加工质量的重要组成部分，是指机械零件的表面层在经过机械设备加工处理后其微观几何结构和表面层材料本身性质发生细微变化的表现状态，即表面层完整性变化的具体表现形态。任何材料的机械零件在经过机械设备加工处理过以后，所获得的机加工表面都不会达到预期的绝对理想表面状态，零件表面总是会存在一定程度的微观几何形状表现形式如表面粗糙度、表面波度等方面的几何偏差，甚至改变了材料本身表面层的物理性能。
机械零件的可靠性、配合性、耐磨性等机械性能在很大程度上依赖于机械零件表面质量的好坏，但是零件在经过机械加工后的看似光滑的表面特征在微观方面观察会有着一定程度的裂缝、波纹等物理缺陷的存在，这些缺陷在一定程度上会对机械零件在设备的运转过程造成潜在的安全隐患，同时会影响到机械零件本身的使用寿命。随着我国经济的快速发展，工业发展的现代化步伐也在不断迈进，各种高速、精密设备仪器的研制必然要求相应设备零件的加工表面质量达到一个新的标准高度，在机械零件加工过程中，全面分析影响表面质量的因素，并制定相应地严格的控制和改善措施，从而提高机械零部件的加工表面质量，对于保证产品质量和高精设备仪器的研发具有重要的意义。
2 影响机械加工表面质量的关键因素分析
2.1切削力和切削热对机械加工表面质量的影响
在机械零件的切削加工过程中，切削力和切削热对零件加工表面质量的影响作用非常大，这是因为在切削过程中，零件表面层的物理机械性能会发生很大的变化，主要体现在机械零件的表面层硬度、残余应力的产生以及金属材料金相组织的改变等方面。机械零件在切削过程中由于切削力和切削热的作用，表面层形态会产生变形使得机加工零件的表面发生冷却硬化的现象，此现象的产生会增加零件变形的阻力，从而影响到零件的物理机械性能的改变。在机械加工过程中由于刀具与零件的相对高速运动而产生了大量的切削热，当其温度超过特定的界限值后，就会影响到零件表面层材料金相组织，导致金属零件表层强度和硬度降低并产生一定的残余应力，进而影响到零件的机械加工表面质量。
2.2原始误差对机械加工表面质量的影响
所谓原始误差就是机械零件在加工过程中，机械零件加工工艺系统、加工技术手段等诸多原因形成的零件加工精度和表面加工质量与理想化的零件机械加工质量的偏差值。原始误差对机械加工表面质量的影响很大，夹具、刀具、待加工零件的自身材料以及机床设备都会产生一定地影响作用，同时测量仪器也会起到一定的影响，一般情况下，由于采用相近成形运动或相似轮廓刀具产生的原理误差和调整刀具、工件及加工设备之间的相对位置而造成的调整误差是零件在机械加工过程中原始误差的两个主要方面，所以在机械零件的加工过程中要尽量降低原始误差，采取一些行之有效地措施来提高机械零件加工的表面质量，进而提高零件的产品性能以及延长零件的使用寿命。
2.3残余应力及热缩性变形对机械加工表面质量的影响
在零件的机械加工过程中，切削引起机械零件表层塑性变形，表层金属与内部金属表面出现离层状态，会导致零件表层内外部之间产生相对作用力；同时大量的切削热和内外层金属密度及比容较大的差异化也会造成残余应力的出现，还有就是零件表面最终工序产生的残余应力也会影响到零件的加工表面质量，进而影响到零件的使用性能。零件的表面层在机械加工过程中由于受到大量切削热的影响，表面层温度与零件基体温度之间的温度差会产生较大的热压缩应力，导致热缩性变形现象的发生，对零件的机械加工表面质量产生不利影响。
3 提高机械加工精度的途径
3.1 减少原始误差
这种方法是生产中应用较广的一种基本方法。它是在查明产生加工误差的主要因素之后，设法消除或减少这些因素。例如细长轴的车削，现在采用了大走刀反向车削法，基本消除了轴向切削力引起的弯曲变形。若辅之以弹簧顶尖，则可进一步消除热变形引起的热伸长的影响。
3.2 补偿原始误差
误差补偿法，是人为地造出一种新的误差，去抵消原来工艺系统中的原始误差。当原始误差是负值时人为的误差就取正值，反之，取负值，并尽量使两者大小相等;或者利用一种原始误差去抵消另一种原始误差，也是尽量使两者大小相等，方向相反，从而达到减少加工误差，提高加工精度的目的。
3.3 转移原始误差
误差转移法实质上是转移工艺系统的几何误差、受力变形和热变形等。误差转移法的实例很多。如当机床精度达不到零件加工要求时，常常不是一味提高机床精度，而是从工艺上或夹具上想办法，创造条件，使机床的几何误差转移到不影响加工精度的方面去。如磨削主轴锥孔保证其和轴颈的同轴度，不是靠机床主轴的回转精度来保证，而是靠夹具保证。当机床主轴与工件之间用浮动联接以后，机床主轴的原始误差就被转移掉了。
3.4 均化原始误差
对配合精度要求很高的轴和孔，常采用研磨工艺。研具本身并不要求具有高精度，但它能在和工件作相对运动过程中对工件进行微量切削，高点逐渐被磨掉最终使工件达到很高的精度。这种表面间的摩擦和磨损的过程，就是误差不断减少的过程。这就是误差均化法。它的实质就是利用有密切联系的表面相互比较，相互检查从对比中找出差异，然后进行相互修正或互为基准加工，使工件被加工表面的误差不断缩小和均。在生产中，许多精密基准件都是利用误差均化法加工出来的。
4 提高机械加工工件表面质量的改进措施研究
经过前面对影响机械加工表面质量因素的分析，已经可以了解影响被加工件表面粗糙程度的具体原因，比如刀具的几何参数、切削刃的形状、刀具的材料、磨损的情况、切削的速度、进给量、切削液的使用、工件材料、工艺系统的钢度、热处理、机床精度等等。为提高机械加工的表面质量，根据加工要求，需通过有效的方法和措施，降低机械加工的表面粗糙程度。
4.1采用科学的工艺流程，选择合理的切削条件
制定科学的工艺流程和选择合理的切削条件是保证零件加工表面质量的基础和关键。科学合理的工艺流程是零件进行机械加工的方法依据和前提条件，工艺流程的制定定位要准确，流程要科学简要，同时要满足定位基准、设计基准统一重合的原则，便于装夹定位，只有制定科学合理的工艺流程，才能够保证零件加工方法的合理性，进而保证零件加工表面质量。选择合理的切削刀具角度、切削速度和进给速度以及适当的进给量等切削加工条件，可以降低表面粗糙度，减少和抑制积屑瘤的产生，從而提高零件的加工表面光滑度，保证零件的表面机加工质量。（图1：钢筋直螺纹剥丝机）
图1：钢筋直螺纹剥丝机
4.2运用先进加工技术降低原始误差
在机械零件的加工过程中积极引进先进的加工技术，利用误差预防技术和补偿技术来提高零件加工品质，降低原始误差对零件加工表面质量的影响。采用科学合理的加工方法和先进的机械设备，提高零件的加工制造能力，直接降低原始误差的影响作用，通过均始化原始误差和原始误差转移方式有针对地减少主要原始误差的影响，同时采用误差补偿技术来控制机械加工过程中尺寸变化始终处于预定的公差范围之内，从而降低原始误差，保证机械零件的加工表面质量。例如：钢筋直螺纹滚丝机是近年来广泛用于建筑行业的一种钢筋加工机械。它就把钢筋端头部位一次快速直接滚制使纹丝机头部位产生冷性硬化，从而强度得到提高，使钢筋丝头达到与母材相同。由机架、夹紧机构、进给拖板、减速机及滚丝头、冷却系统、电器系统组成。:它可以在钢筋剥肋之后再进行滚轧、螺纹牙型的精度非常高，且直径大小的一致性也是非常好的；它的结构紧凑，操作简单，螺纹加工速度比其它设备要明显的快；我们将它的剥肋装置称为“傻瓜型”，也就是易学易懂，剥肋尺寸的稳定性非常的好；只要进行一次钢筋装卡就可以完成螺纹的加工，对于丝头的加工效率也是很高的；其自动性很强，可以自动涨刀、自动退回，并且设备产生的噪音也是很小的；它的接头质量稳定可靠，接头强度比平常的母材要高；它加工的钢筋种类范围比较广，占用的设备少。这也是最主要的一点就是：滚丝轮的使用寿命长，对于接头附加费用的使用也是很少的。如图2所示。
图2：钢筋直螺纹滚丝机
4.3减少机械零件的残余应力和表面层热变形
减少加工表面层变形强化和残余应力为减小机械加工表面层的变形强化，必须对刀具的几何形状进行严谨的选择，包括对刀具角度和磨损宽度的选择，刀具的前角和后角尽量较大，进行磨刃的过程中，注意保持切削刃的刃口半径尽量减小。在进行切削过程中，为了降低刀具刀面宽度的磨损，可以通过合理的改变切削用量来实现，应当选取较低的进给量和保证较高的切削速度。切削过程中，通过合理使用切削液，可以有效的降低加工金属表面层的强化
变形。在应力集中或者具有腐蚀性环境中应用的加工零件的机械加工中，对残余应力对制作件的疲劳强度的影响极为明显，会降低制作件的疲劳强度，所以在机械加工过程中必须避免和减少残余应力现象的出现。导致残余应力现象出现的因素很多，而且复杂，一般为了减小残余应力，可以采用降低切削温度、减小塑性变形程度来实现。在实际机械加工过程中，为了保持被加工件的稳定性、增长其使用周期、提升其使用性能，可以通过冷压方法来对其表面层的材质进行加工，比如金刚石压光、挤（胀）孔、滚压和喷丸强化等等，都可以提升加工件的产品质量。
5 结语
工件的表面质量与其使用性能密切相关，工件的使用性能是以保证机器正常工作为前提的设计要求，因此在加工工件过程中，我们还应从经济效益等多方面考虑，才能既保证工件表面的加工质量，又避免增大零件的制造成本，造成不必要的损失。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，减少零件因表面质量缺陷而引起的加工质量问题，从而提高机械产品的使用性能、寿命和可靠性。
参考文献：
[1]闫德明.浅析影响机械加工表面质量的因素及措施[J]. 山西科技. 2012(01)
[2]刘丽萍.浅析影响机械加工零件表面质量的因素及其改进策略[J]. 机电信息. 2011(30)
[3]赵岩,丁延松.影响机械加工表面质量的因素及改进措施[J]. 技术与市场. 2010(05)
[4]王军郎.内支架零件加工工艺方法研究[J]. 机械工程师. 2014(04)
[5]单国红.雙联齿轮零件的加工工艺分析[J]. 机械工程师. 2014(04)
关键词：机械加工；表面质量；工件表面；因素；措施
中图分类号：F407文献标识码： A
1 概述机械加工表面质量内涵及其作用
机械零件的加工质量主要包括两个方面，即零件的加工精度和零件的机械加工表面质量。机械零件的机加工表面质量就是平时所讲的机械加工表面完整性，它是机械加工质量的重要组成部分，是指机械零件的表面层在经过机械设备加工处理后其微观几何结构和表面层材料本身性质发生细微变化的表现状态，即表面层完整性变化的具体表现形态。任何材料的机械零件在经过机械设备加工处理过以后，所获得的机加工表面都不会达到预期的绝对理想表面状态，零件表面总是会存在一定程度的微观几何形状表现形式如表面粗糙度、表面波度等方面的几何偏差，甚至改变了材料本身表面层的物理性能。
机械零件的可靠性、配合性、耐磨性等机械性能在很大程度上依赖于机械零件表面质量的好坏，但是零件在经过机械加工后的看似光滑的表面特征在微观方面观察会有着一定程度的裂缝、波纹等物理缺陷的存在，这些缺陷在一定程度上会对机械零件在设备的运转过程造成潜在的安全隐患，同时会影响到机械零件本身的使用寿命。随着我国经济的快速发展，工业发展的现代化步伐也在不断迈进，各种高速、精密设备仪器的研制必然要求相应设备零件的加工表面质量达到一个新的标准高度，在机械零件加工过程中，全面分析影响表面质量的因素，并制定相应地严格的控制和改善措施，从而提高机械零部件的加工表面质量，对于保证产品质量和高精设备仪器的研发具有重要的意义。
2 影响机械加工表面质量的关键因素分析
2.1切削力和切削热对机械加工表面质量的影响
在机械零件的切削加工过程中，切削力和切削热对零件加工表面质量的影响作用非常大，这是因为在切削过程中，零件表面层的物理机械性能会发生很大的变化，主要体现在机械零件的表面层硬度、残余应力的产生以及金属材料金相组织的改变等方面。机械零件在切削过程中由于切削力和切削热的作用，表面层形态会产生变形使得机加工零件的表面发生冷却硬化的现象，此现象的产生会增加零件变形的阻力，从而影响到零件的物理机械性能的改变。在机械加工过程中由于刀具与零件的相对高速运动而产生了大量的切削热，当其温度超过特定的界限值后，就会影响到零件表面层材料金相组织，导致金属零件表层强度和硬度降低并产生一定的残余应力，进而影响到零件的机械加工表面质量。
2.2原始误差对机械加工表面质量的影响
所谓原始误差就是机械零件在加工过程中，机械零件加工工艺系统、加工技术手段等诸多原因形成的零件加工精度和表面加工质量与理想化的零件机械加工质量的偏差值。原始误差对机械加工表面质量的影响很大，夹具、刀具、待加工零件的自身材料以及机床设备都会产生一定地影响作用，同时测量仪器也会起到一定的影响，一般情况下，由于采用相近成形运动或相似轮廓刀具产生的原理误差和调整刀具、工件及加工设备之间的相对位置而造成的调整误差是零件在机械加工过程中原始误差的两个主要方面，所以在机械零件的加工过程中要尽量降低原始误差，采取一些行之有效地措施来提高机械零件加工的表面质量，进而提高零件的产品性能以及延长零件的使用寿命。
2.3残余应力及热缩性变形对机械加工表面质量的影响
在零件的机械加工过程中，切削引起机械零件表层塑性变形，表层金属与内部金属表面出现离层状态，会导致零件表层内外部之间产生相对作用力；同时大量的切削热和内外层金属密度及比容较大的差异化也会造成残余应力的出现，还有就是零件表面最终工序产生的残余应力也会影响到零件的加工表面质量，进而影响到零件的使用性能。零件的表面层在机械加工过程中由于受到大量切削热的影响，表面层温度与零件基体温度之间的温度差会产生较大的热压缩应力，导致热缩性变形现象的发生，对零件的机械加工表面质量产生不利影响。
3 提高机械加工精度的途径
3.1 减少原始误差
这种方法是生产中应用较广的一种基本方法。它是在查明产生加工误差的主要因素之后，设法消除或减少这些因素。例如细长轴的车削，现在采用了大走刀反向车削法，基本消除了轴向切削力引起的弯曲变形。若辅之以弹簧顶尖，则可进一步消除热变形引起的热伸长的影响。
3.2 补偿原始误差
误差补偿法，是人为地造出一种新的误差，去抵消原来工艺系统中的原始误差。当原始误差是负值时人为的误差就取正值，反之，取负值，并尽量使两者大小相等;或者利用一种原始误差去抵消另一种原始误差，也是尽量使两者大小相等，方向相反，从而达到减少加工误差，提高加工精度的目的。
3.3 转移原始误差
误差转移法实质上是转移工艺系统的几何误差、受力变形和热变形等。误差转移法的实例很多。如当机床精度达不到零件加工要求时，常常不是一味提高机床精度，而是从工艺上或夹具上想办法，创造条件，使机床的几何误差转移到不影响加工精度的方面去。如磨削主轴锥孔保证其和轴颈的同轴度，不是靠机床主轴的回转精度来保证，而是靠夹具保证。当机床主轴与工件之间用浮动联接以后，机床主轴的原始误差就被转移掉了。
3.4 均化原始误差
对配合精度要求很高的轴和孔，常采用研磨工艺。研具本身并不要求具有高精度，但它能在和工件作相对运动过程中对工件进行微量切削，高点逐渐被磨掉最终使工件达到很高的精度。这种表面间的摩擦和磨损的过程，就是误差不断减少的过程。这就是误差均化法。它的实质就是利用有密切联系的表面相互比较，相互检查从对比中找出差异，然后进行相互修正或互为基准加工，使工件被加工表面的误差不断缩小和均。在生产中，许多精密基准件都是利用误差均化法加工出来的。
4 提高机械加工工件表面质量的改进措施研究
经过前面对影响机械加工表面质量因素的分析，已经可以了解影响被加工件表面粗糙程度的具体原因，比如刀具的几何参数、切削刃的形状、刀具的材料、磨损的情况、切削的速度、进给量、切削液的使用、工件材料、工艺系统的钢度、热处理、机床精度等等。为提高机械加工的表面质量，根据加工要求，需通过有效的方法和措施，降低机械加工的表面粗糙程度。
4.1采用科学的工艺流程，选择合理的切削条件
制定科学的工艺流程和选择合理的切削条件是保证零件加工表面质量的基础和关键。科学合理的工艺流程是零件进行机械加工的方法依据和前提条件，工艺流程的制定定位要准确，流程要科学简要，同时要满足定位基准、设计基准统一重合的原则，便于装夹定位，只有制定科学合理的工艺流程，才能够保证零件加工方法的合理性，进而保证零件加工表面质量。选择合理的切削刀具角度、切削速度和进给速度以及适当的进给量等切削加工条件，可以降低表面粗糙度，减少和抑制积屑瘤的产生，從而提高零件的加工表面光滑度，保证零件的表面机加工质量。（图1：钢筋直螺纹剥丝机）
图1：钢筋直螺纹剥丝机
4.2运用先进加工技术降低原始误差
在机械零件的加工过程中积极引进先进的加工技术，利用误差预防技术和补偿技术来提高零件加工品质，降低原始误差对零件加工表面质量的影响。采用科学合理的加工方法和先进的机械设备，提高零件的加工制造能力，直接降低原始误差的影响作用，通过均始化原始误差和原始误差转移方式有针对地减少主要原始误差的影响，同时采用误差补偿技术来控制机械加工过程中尺寸变化始终处于预定的公差范围之内，从而降低原始误差，保证机械零件的加工表面质量。例如：钢筋直螺纹滚丝机是近年来广泛用于建筑行业的一种钢筋加工机械。它就把钢筋端头部位一次快速直接滚制使纹丝机头部位产生冷性硬化，从而强度得到提高，使钢筋丝头达到与母材相同。由机架、夹紧机构、进给拖板、减速机及滚丝头、冷却系统、电器系统组成。:它可以在钢筋剥肋之后再进行滚轧、螺纹牙型的精度非常高，且直径大小的一致性也是非常好的；它的结构紧凑，操作简单，螺纹加工速度比其它设备要明显的快；我们将它的剥肋装置称为“傻瓜型”，也就是易学易懂，剥肋尺寸的稳定性非常的好；只要进行一次钢筋装卡就可以完成螺纹的加工，对于丝头的加工效率也是很高的；其自动性很强，可以自动涨刀、自动退回，并且设备产生的噪音也是很小的；它的接头质量稳定可靠，接头强度比平常的母材要高；它加工的钢筋种类范围比较广，占用的设备少。这也是最主要的一点就是：滚丝轮的使用寿命长，对于接头附加费用的使用也是很少的。如图2所示。
图2：钢筋直螺纹滚丝机
4.3减少机械零件的残余应力和表面层热变形
减少加工表面层变形强化和残余应力为减小机械加工表面层的变形强化，必须对刀具的几何形状进行严谨的选择，包括对刀具角度和磨损宽度的选择，刀具的前角和后角尽量较大，进行磨刃的过程中，注意保持切削刃的刃口半径尽量减小。在进行切削过程中，为了降低刀具刀面宽度的磨损，可以通过合理的改变切削用量来实现，应当选取较低的进给量和保证较高的切削速度。切削过程中，通过合理使用切削液，可以有效的降低加工金属表面层的强化
变形。在应力集中或者具有腐蚀性环境中应用的加工零件的机械加工中，对残余应力对制作件的疲劳强度的影响极为明显，会降低制作件的疲劳强度，所以在机械加工过程中必须避免和减少残余应力现象的出现。导致残余应力现象出现的因素很多，而且复杂，一般为了减小残余应力，可以采用降低切削温度、减小塑性变形程度来实现。在实际机械加工过程中，为了保持被加工件的稳定性、增长其使用周期、提升其使用性能，可以通过冷压方法来对其表面层的材质进行加工，比如金刚石压光、挤（胀）孔、滚压和喷丸强化等等，都可以提升加工件的产品质量。
5 结语
工件的表面质量与其使用性能密切相关，工件的使用性能是以保证机器正常工作为前提的设计要求，因此在加工工件过程中，我们还应从经济效益等多方面考虑，才能既保证工件表面的加工质量，又避免增大零件的制造成本，造成不必要的损失。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，减少零件因表面质量缺陷而引起的加工质量问题，从而提高机械产品的使用性能、寿命和可靠性。
参考文献：
[1]闫德明.浅析影响机械加工表面质量的因素及措施[J]. 山西科技. 2012(01)
[2]刘丽萍.浅析影响机械加工零件表面质量的因素及其改进策略[J]. 机电信息. 2011(30)
[3]赵岩,丁延松.影响机械加工表面质量的因素及改进措施[J]. 技术与市场. 2010(05)
[4]王军郎.内支架零件加工工艺方法研究[J]. 机械工程师. 2014(04)
[5]单国红.雙联齿轮零件的加工工艺分析[J]. 机械工程师. 2014(04)