機加工表面質量和精度

1、2021-12-21南京理工大學1機械工程師資格考試機械工程師資格考試第四部分第四部分 機械制造工藝機械制造工藝2021-12-21南京理工大學24.4.5 4.4.5 加工表面質量和精度加工表面質量和精度表面層相變表面層殘余應力表面層冷作硬化表面層物理機械性能表面波度表面粗糙度表面微觀幾何形狀表面質量形狀精度位置精度尺寸精度加工精度加工質量機械加工質量機械加工質量2021-12-21南京理工大學31. 1. 機械加工精度機械加工精度 加工精度：加工精度：是指零件加工后，其幾何參數(shù)的實際數(shù)值與圖是指零件加工后，其幾何參數(shù)的實際數(shù)值與圖紙規(guī)定的設計數(shù)值相符合的程度。紙規(guī)定的設計數(shù)值相符合的程度。

2、 尺寸精度尺寸精度 幾何形狀精度幾何形狀精度 相互位置精度相互位置精度1 1）加工精度的概念）加工精度的概念2021-12-21南京理工大學41 1）加工精度的概念）加工精度的概念 尺寸精度尺寸精度 相互位置精度相互位置精度 幾何形狀精度幾何形狀精度加工表面的實際尺寸與設計尺寸的符合程度加工表面的實際尺寸與設計尺寸的符合程度（公差帶的寬度和公差帶的位置）（公差帶的寬度和公差帶的位置）在國標中尺寸公差分在國標中尺寸公差分2020級（級（IT01IT01、IT0IT0、IT1IT18IT1IT18）加工表面的實際幾何要素與理想幾何要素的符合程度加工表面的實際幾何要素與理想幾何要素的符合程度在國標中

3、形狀公差有六項：在國標中形狀公差有六項：直線度、平面度、圓度、圓柱度、線輪廓度、面輪廓度。直線度、平面度、圓度、圓柱度、線輪廓度、面輪廓度。加工表面的實際幾何要素的位置與理想幾何要素的位置的符合程度加工表面的實際幾何要素的位置與理想幾何要素的位置的符合程度國標中位置公差有八項國標中位置公差有八項平行度、垂直度、傾斜度、同軸度、平行度、垂直度、傾斜度、同軸度、對稱度、位置度、圓跳動、全跳動。對稱度、位置度、圓跳動、全跳動。2021-12-21南京理工大學52 2）加工誤差與原始誤差）加工誤差與原始誤差加工誤差加工誤差原始誤差原始誤差包括機床、夾具、刀具及工件在內的機械加工工藝系統(tǒng)各環(huán)包括機床、夾

4、具、刀具及工件在內的機械加工工藝系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的誤差。節(jié)的誤差。指零件加工后，其幾何參數(shù)的實際數(shù)值與圖紙規(guī)定的設計數(shù)指零件加工后，其幾何參數(shù)的實際數(shù)值與圖紙規(guī)定的設計數(shù)值不符合的程度，即實際數(shù)值與設計數(shù)值之差。值不符合的程度，即實際數(shù)值與設計數(shù)值之差。工藝系統(tǒng)的制造誤差及磨損工藝系統(tǒng)的制造誤差及磨損工藝系統(tǒng)的力、熱效應引起的變形工藝系統(tǒng)的力、熱效應引起的變形加工過程其他原始誤差加工過程其他原始誤差原始誤差的來源（工藝系統(tǒng)）原始誤差的來源（工藝系統(tǒng)）2021-12-21南京理工大學6工藝系統(tǒng)的制造誤差及磨損工藝系統(tǒng)的制造誤差及磨損工藝系統(tǒng)的力、熱效應引起的變形工藝系統(tǒng)的力、熱效應引起的變形加工過程其

5、他原始誤差加工過程其他原始誤差原始誤差的來源（工藝系統(tǒng)）原始誤差的來源（工藝系統(tǒng)）機床（主軸、導軌、傳動鏈）、夾具（定位、對刀、分機床（主軸、導軌、傳動鏈）、夾具（定位、對刀、分度等）、刀具等的制造誤差及磨損度等）、刀具等的制造誤差及磨損工藝系統(tǒng)受力變形（切削、夾緊、慣性等力）工藝系統(tǒng)受力變形（切削、夾緊、慣性等力）工藝系統(tǒng)熱變形（切削熱、摩擦熱、其他熱等）工藝系統(tǒng)熱變形（切削熱、摩擦熱、其他熱等）工件殘余應力引起的變形（變形、金相組織等）工件殘余應力引起的變形（變形、金相組織等）加工原理誤差（近似的成形運動、刀具刃形等加工原理誤差（近似的成形運動、刀具刃形等) )工件定位誤差（定位方案本身）

6、工件定位誤差（定位方案本身）調整誤差（安裝、測量工具、試切與實切的切削參數(shù)差異等）調整誤差（安裝、測量工具、試切與實切的切削參數(shù)差異等）測量誤差（測量方法、環(huán)境條件、人為因素等）測量誤差（測量方法、環(huán)境條件、人為因素等）2021-12-21南京理工大學7原始誤差與加工誤差的關系原始誤差與加工誤差的關系 原始誤差對加工誤差的影響主原始誤差對加工誤差的影響主要是它在加工（工序）尺寸方向要是它在加工（工序）尺寸方向上的分量的大小的作用。上的分量的大小的作用。一般是切削加工表面的法向。原始誤一般是切削加工表面的法向。原始誤差在該方向對加工精度影響最大。差在該方向對加工精度影響最大。誤差敏感方向誤差敏感

7、方向一般是切削加工表面的切向。原始誤一般是切削加工表面的切向。原始誤差在該方向對加工精度影響最小差在該方向對加工精度影響最小。誤差不敏感方向誤差不敏感方向2021-12-21南京理工大學83) 3) 獲得加工精度的方法獲得加工精度的方法試切法試切法：通過試切：通過試切測量測量調整調整再試切獲得尺寸精度再試切獲得尺寸精度的方法的方法 尺寸精度的獲得方法尺寸精度的獲得方法調整法調整法：通過預調好的機床、夾具、刀具、工件的相對位置，：通過預調好的機床、夾具、刀具、工件的相對位置，來保證一批工件尺寸精度的方法。來保證一批工件尺寸精度的方法。定尺寸刀具法定尺寸刀具法：用一定形狀和尺寸的刀具加工獲得。：用

8、一定形狀和尺寸的刀具加工獲得。自動控制法自動控制法：用一定的測量、進給及控制裝置，邊加工邊測：用一定的測量、進給及控制裝置，邊加工邊測量邊調整，自動完成一個加工循環(huán)。量邊調整，自動完成一個加工循環(huán)。2021-12-21南京理工大學93) 3) 獲得加工精度的方法獲得加工精度的方法 形狀精度的獲得方法形狀精度的獲得方法p 成形運動法成形運動法軌跡成形法軌跡成形法: : 利用刀具與工件間的相對運動軌跡來獲得形狀。利用刀具與工件間的相對運動軌跡來獲得形狀。成形刀具法：成形刀具法：利用成形刀具加工獲得表面形狀。利用成形刀具加工獲得表面形狀。展成法：展成法：利用刀具與工件相對運動關系，使工件被刀具切削成

9、利用刀具與工件相對運動關系，使工件被刀具切削成一定形狀的包絡線所構成的加工表面。一定形狀的包絡線所構成的加工表面。p 非成形運動法非成形運動法人工修配人工修配樣板加工樣板加工劃線加工劃線加工2021-12-21南京理工大學103) 3) 獲得加工精度的方法獲得加工精度的方法 位置精度的獲得方法位置精度的獲得方法主要由機床和夾具精度以及工件的安裝精度來保證。主要由機床和夾具精度以及工件的安裝精度來保證。裝夾的方式：裝夾的方式： 直接找正裝夾直接找正裝夾 劃線找正裝夾劃線找正裝夾 夾具裝夾。夾具裝夾。2021-12-21南京理工大學11直接找正裝夾直接找正裝夾2021-12-21南京理工大學12劃

10、劃 線線 找找 正正 裝裝 夾夾2021-12-21南京理工大學13夾夾 具具 裝裝 夾夾2021-12-21南京理工大學144) 4) 工藝系統(tǒng)幾何誤差工藝系統(tǒng)幾何誤差機床精度取決于其制造精度、裝配精度及磨損情況。機床精度取決于其制造精度、裝配精度及磨損情況。主要有主軸誤差、導軌誤差、傳動鏈誤差等。主要有主軸誤差、導軌誤差、傳動鏈誤差等。 機床誤差機床誤差幾何偏心幾何偏心回轉誤差回轉誤差直線度誤差直線度誤差導軌扭曲導軌扭曲純角度擺動純角度擺動純徑向跳動純徑向跳動純軸向竄動純軸向竄動主軸誤差主軸誤差導軌誤差導軌誤差傳動鏈誤差傳動鏈誤差2021-12-21南京理工大學15 車床加工將產生同軸度、

11、垂直度等位置誤差；車床加工將產生同軸度、垂直度等位置誤差； 鏜床和鉆床會造成孔徑的擴大。鏜床和鉆床會造成孔徑的擴大。p主軸誤差主軸誤差主軸幾何偏心引起的誤差主軸幾何偏心引起的誤差2021-12-21南京理工大學16主軸回轉誤差分析主軸回轉誤差分析2021-12-21南京理工大學17主軸純徑向跳動對加工精度的影響主軸純徑向跳動對加工精度的影響車削外圓、鏜孔時產生圓度誤差。車削外圓、鏜孔時產生圓度誤差。主軸純角度擺動對加工精度的影響主軸純角度擺動對加工精度的影響車削加工時產生圓度、圓柱度或端面形狀誤差；車削加工時產生圓度、圓柱度或端面形狀誤差；鏜削加工時將產生圓度或圓柱度誤差鏜削加工時將產生圓度或

12、圓柱度誤差主軸純軸向竄動對加工精度的影響主軸純軸向竄動對加工精度的影響端面跳動、螺距周期誤差。端面跳動、螺距周期誤差。2021-12-21南京理工大學18主軸誤差對加工精度的影響要具體情況具體分析主軸誤差對加工精度的影響要具體情況具體分析 鏜床鏜孔時刀具隨機床主軸鏜床鏜孔時刀具隨機床主軸回轉，切削力和誤差敏感方向回轉，切削力和誤差敏感方向也在變化，也在變化，軸線的位置變化會軸線的位置變化會直接反映到工件上去直接反映到工件上去。 車削是工件回轉，切削車削是工件回轉，切削力和誤差敏感方向不變，力和誤差敏感方向不變，只只有水平方向誤差才有水平方向誤差才1:11:1地反地反映到工件上映到工件上。相同的

13、誤差對于不同加工方法影響各不相同。相同的誤差對于不同加工方法影響各不相同。最大最大可能可能2021-12-21南京理工大學19提高主軸回轉精度的措施提高主軸回轉精度的措施n 提高主軸部件的制造精度，選用高精度滾動軸承或采用動壓、靜提高主軸部件的制造精度，選用高精度滾動軸承或采用動壓、靜壓軸承（剛度高、回轉精度高）；壓軸承（剛度高、回轉精度高）；n 對滾動軸承進行預緊，以消除間隙或產生微量過盈，提高軸承剛對滾動軸承進行預緊，以消除間隙或產生微量過盈，提高軸承剛度。度。n 采用合理的工藝方法來消除主軸回精度對加工精度的影響，主軸采用合理的工藝方法來消除主軸回精度對加工精度的影響，主軸只起傳遞動力和

14、運動的作用。只起傳遞動力和運動的作用。 采用固定頂尖定位加工，工件軸線不變采用固定頂尖定位加工，工件軸線不變 采用電磁無心磨削加工采用電磁無心磨削加工2021-12-21南京理工大學20 工件與主軸之間有偏心量產生傳遞扭矩，切削力與電磁工件與主軸之間有偏心量產生傳遞扭矩，切削力與電磁力合力使工件緊貼在可調支承，主軸轉動與工件定位無關。力合力使工件緊貼在可調支承，主軸轉動與工件定位無關。2021-12-21南京理工大學21p導軌誤差導軌誤差（以車削為例）（以車削為例） 直線度誤差直線度誤差：yR 水平面內：水平面內：RzR22 垂垂直直面面內內：AHR 導軌扭曲：導軌扭曲： 螺紋加工、齒輪加工等

15、要求刀具與工件間保持固定的傳動關系，傳螺紋加工、齒輪加工等要求刀具與工件間保持固定的傳動關系，傳動誤差將影響螺紋導程、齒輪的分度精度等。動誤差將影響螺紋導程、齒輪的分度精度等。p傳動誤差傳動誤差2021-12-21南京理工大學22 刀具誤差刀具誤差 展成法：展成法：加工表面是無數(shù)刀刃軌跡的包絡面，刀刃形狀為加工表加工表面是無數(shù)刀刃軌跡的包絡面，刀刃形狀為加工表面的共扼曲線，刀具誤差會影響加工表面的形狀誤差。面的共扼曲線，刀具誤差會影響加工表面的形狀誤差。 軌跡法：軌跡法：工件表面是刀尖與工件相對運動軌跡的包絡面。工件表面是刀尖與工件相對運動軌跡的包絡面。 定尺寸刀具：定尺寸刀具：如鉆頭、鉸刀、

16、拉刀等，尺寸、形狀直接影響工件如鉆頭、鉸刀、拉刀等，尺寸、形狀直接影響工件尺寸和形狀精度。尺寸和形狀精度。 刀具磨損：刀具磨損：直接影響刀具的尺寸、形狀等，進而影響加工工件的直接影響刀具的尺寸、形狀等，進而影響加工工件的尺寸和形狀。尺寸和形狀。刀具誤差包括刀刃廓形制造、刃磨誤差及刀具安裝誤差。刀具誤差包括刀刃廓形制造、刃磨誤差及刀具安裝誤差。 成形法：成形法：刀具表面廓形刀具表面廓形“復印復印”到加工表面上。安裝誤差也直接到加工表面上。安裝誤差也直接影響加工表面形狀精度。例如：車削螺紋，車刀安裝偏高或偏低，影響加工表面形狀精度。例如：車削螺紋，車刀安裝偏高或偏低，三角形牙型輪廓會變成雙曲線。三

17、角形牙型輪廓會變成雙曲線。2021-12-21南京理工大學23 夾具制造誤差夾具制造誤差 定位元件、刀具導向裝置、對刀裝置、分度機構以及夾定位元件、刀具導向裝置、對刀裝置、分度機構以及夾具體等零件及組件的制造、裝配誤差。具體等零件及組件的制造、裝配誤差。 夾具磨損引起的定位誤差。夾具磨損引起的定位誤差。夾具制造誤差主要是：夾具制造誤差主要是： 工件的裝夾誤差工件的裝夾誤差 裝夾不正確、夾緊變形等裝夾不正確、夾緊變形等 測量誤差測量誤差 測量是對加工的引導，測量方法、原理、水平等引起的誤差測量是對加工的引導，測量方法、原理、水平等引起的誤差均會造成誤導。均會造成誤導。2021-12-21南京理工

18、大學245) 5) 工藝系統(tǒng)受力變形工藝系統(tǒng)受力變形指加到系統(tǒng)上的作用力指加到系統(tǒng)上的作用力P P與由它產生的在作用力方向上與由它產生的在作用力方向上的位移的位移y y的比值。即的比值。即K=P/y K=P/y 工藝系統(tǒng)的剛度工藝系統(tǒng)的剛度 機械加工過程中，在重力、切削力、慣性力、傳動力等外力機械加工過程中，在重力、切削力、慣性力、傳動力等外力作用下，工藝系統(tǒng)都會變形，破壞刀具與工件間的正確位置，從作用下，工藝系統(tǒng)都會變形，破壞刀具與工件間的正確位置，從而產生加工誤差。而產生加工誤差。指垂直于待加工表面的切削分力指垂直于待加工表面的切削分力PyPy與工件在與工件在PyPy方向的位移方向的位移之

19、比值。之比值。K=Py/yK=Py/y剛度剛度工藝系統(tǒng)的剛度工藝系統(tǒng)的剛度2021-12-21南京理工大學25 工藝系統(tǒng)的變形包括：工件的變形、機床的變形、夾具的工藝系統(tǒng)的變形包括：工件的變形、機床的變形、夾具的變形和刀具的變形等。即變形和刀具的變形等。即所以工藝系統(tǒng)剛度的一般形式為所以工藝系統(tǒng)剛度的一般形式為2021-12-21南京理工大學26 切削力對加工精度的影響切削力對加工精度的影響 誤差復映：誤差復映：有形狀誤差（或相互位置誤差）的工件毛坯，加工時，有形狀誤差（或相互位置誤差）的工件毛坯，加工時，因加工余量不均，引起切削力變化，使工藝系統(tǒng)產生變形。由此形因加工余量不均，引起切削力變化

20、，使工藝系統(tǒng)產生變形。由此形成的形狀誤差（或位置誤差）仍以與毛坯相似的形式、程度不同地成的形狀誤差（或位置誤差）仍以與毛坯相似的形式、程度不同地反映在新的加工表面上。反映在新的加工表面上。 為小于為小于1 1的正數(shù)，每次切削的復映系數(shù)為的正數(shù)，每次切削的復映系數(shù)為 1 1 ， 2 2 ， 3 3 最終誤差復映系數(shù)為最終誤差復映系數(shù)為= 1 1 2 2 3 3 11，故切削次數(shù)越多這種，故切削次數(shù)越多這種“復映復映”的誤差越小。的誤差越小。工件誤差工件誤差gg對毛坯誤差對毛坯誤差 mm的復映程度稱為誤差復映系數(shù)的復映程度稱為誤差復映系數(shù) 。即即 = g / m= g / m2021-12-21南

21、京理工大學27例：車削加工短圓柱毛坯。該毛坯有圓度誤差（橢圓），系統(tǒng)剛度例：車削加工短圓柱毛坯。該毛坯有圓度誤差（橢圓），系統(tǒng)剛度可近似看成常數(shù)。因此切削過程中由于背吃刀量的不斷變化，系統(tǒng)可近似看成常數(shù)。因此切削過程中由于背吃刀量的不斷變化，系統(tǒng)的變形量也隨之變化，導致加工后的表面仍為橢圓。的變形量也隨之變化，導致加工后的表面仍為橢圓。因因y y系統(tǒng)系統(tǒng) = Fp= Fp / k / k系統(tǒng)系統(tǒng)，所以上式可表達為，所以上式可表達為112112)1( nmwwwnwwn2021-12-21南京理工大學28車削細長工件車削細長工件細長工件剛度低，切削細長工件剛度低，切削時工件產生彎曲變形而時工件產

22、生彎曲變形而讓刀，且不同的部位變讓刀，且不同的部位變形程度不同，加工工件形程度不同，加工工件為腰鼓形。為腰鼓形。2021-12-21南京理工大學29車削短而粗的剛性軸車削短而粗的剛性軸 短軸剛度高，切削時工藝系統(tǒng)（主要是機床）的各部分短軸剛度高，切削時工藝系統(tǒng)（主要是機床）的各部分剛度不等，不同的部位變形程度不同而讓刀，加工工件為剛度不等，不同的部位變形程度不同而讓刀，加工工件為馬鞍形，且最小直徑出現(xiàn)在中間靠近剛度高的一側。馬鞍形，且最小直徑出現(xiàn)在中間靠近剛度高的一側。在刀具切削點處，工件軸線的位移在刀具切削點處，工件軸線的位移y yx x為為 ）尾頭kkFyPx/(min工藝系統(tǒng)的總變形量為

23、工藝系統(tǒng)的總變形量為y yx x和和y y刀架刀架的簡單疊加為的簡單疊加為 2021-12-21南京理工大學30切削力作用的其他情況切削力作用的其他情況2021-12-21南京理工大學31 慣性力對加工精度的影響慣性力對加工精度的影響 單爪撥盤產生離心力而產生定位端面位置誤差；傳遞力矩與單爪撥盤產生離心力而產生定位端面位置誤差；傳遞力矩與切削力矩平衡，徑向變形是切削力與傳動力所引起的變形量的切削力矩平衡，徑向變形是切削力與傳動力所引起的變形量的疊加，結果為：心臟線輪廓。疊加，結果為：心臟線輪廓。2021-12-21南京理工大學32 夾緊力對加工精度的影響夾緊力對加工精度的影響2021-12-2

24、1南京理工大學33 重力對加工精度的影響重力對加工精度的影響2021-12-21南京理工大學34p減小工藝系統(tǒng)受力變形的措施減小工藝系統(tǒng)受力變形的措施提高工藝系統(tǒng)的剛度提高工藝系統(tǒng)的剛度 包括結構剛度、連接剛度、接觸剛度等。包括結構剛度、連接剛度、接觸剛度等。工藝裝備自身剛度不足。機床、刀具、夾具工藝裝備自身剛度不足。機床、刀具、夾具都可能存在此類問題。都可能存在此類問題。零件相互之間使用的連接件剛度不足。零件相互之間使用的連接件剛度不足。零件表面的宏觀、微觀幾何誤差使實際接觸面零件表面的宏觀、微觀幾何誤差使實際接觸面積減小而引起的剛度不足。積減小而引起的剛度不足。結構剛度結構剛度連接剛度連接

25、剛度接觸剛度接觸剛度2021-12-21南京理工大學35p減小工藝系統(tǒng)受力變形的措施減小工藝系統(tǒng)受力變形的措施 控制受力大小和方向控制受力大小和方向 通過合理選擇切削參數(shù)、刀具角度控制切削力或分力的通過合理選擇切削參數(shù)、刀具角度控制切削力或分力的大小；大小； 利用對稱性抵消作用力；利用對稱性抵消作用力； 浮動鏜刀、雙刃鏜刀、對稱切削、質量偏心時采用平衡塊浮動鏜刀、雙刃鏜刀、對稱切削、質量偏心時采用平衡塊平衡等。平衡等。 改變切削力的方向，避開誤差敏感方向。改變切削力的方向，避開誤差敏感方向。2021-12-21南京理工大學36p減小工藝系統(tǒng)受力變形的措施減小工藝系統(tǒng)受力變形的措施 通過一定的工

26、藝措施減小系統(tǒng)已有誤差對加工精度的影響。通過一定的工藝措施減小系統(tǒng)已有誤差對加工精度的影響。消除主軸回轉原消除主軸回轉原始誤差對工件加始誤差對工件加工的影響工的影響2021-12-21南京理工大學37p減小工藝系統(tǒng)受力變形的措施減小工藝系統(tǒng)受力變形的措施改變走刀方向減小受力變形的影響改變走刀方向減小受力變形的影響2021-12-21南京理工大學38）減小工藝系統(tǒng)受力變形的措施）減小工藝系統(tǒng)受力變形的措施 采用合理的裝夾和加工方式采用合理的裝夾和加工方式2021-12-21南京理工大學39） 減小工藝系統(tǒng)受力變形的措施減小工藝系統(tǒng)受力變形的措施 縮短切削力作用點和支承點的距離，也可使用輔助支承提

27、高零縮短切削力作用點和支承點的距離，也可使用輔助支承提高零件剛度。件剛度。 如使用中心架、跟刀架等如使用中心架、跟刀架等 合理使用機床合理使用機床 懸伸長度短、運動間隙小、不運動部件要鎖緊。懸伸長度短、運動間隙小、不運動部件要鎖緊。2021-12-21南京理工大學40 其它措施其它措施 補償系統(tǒng)受力變形補償系統(tǒng)受力變形p減小工藝系統(tǒng)受力變形的措施減小工藝系統(tǒng)受力變形的措施2021-12-21南京理工大學41 其它措施其它措施 轉移誤差敏感方向轉移誤差敏感方向 p減小工藝系統(tǒng)受力變形的措施減小工藝系統(tǒng)受力變形的措施2021-12-21南京理工大學42 其它措施其它措施轉移誤差轉移誤差p減小工藝系

28、統(tǒng)受力變形的措施減小工藝系統(tǒng)受力變形的措施2021-12-21南京理工大學43）工藝系統(tǒng)熱變形）工藝系統(tǒng)熱變形 工藝系統(tǒng)熱源工藝系統(tǒng)熱源 切削熱、傳動系統(tǒng)摩擦能耗發(fā)熱、派生熱源（切屑、冷卻液落切削熱、傳動系統(tǒng)摩擦能耗發(fā)熱、派生熱源（切屑、冷卻液落在床身上）、外部熱源。在床身上）、外部熱源。 工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響 （1 1）機床由于各部分受熱不均勻，發(fā)生彎曲和扭曲變形，降低）機床由于各部分受熱不均勻，發(fā)生彎曲和扭曲變形，降低了機床幾何精度，影響加工精度；了機床幾何精度，影響加工精度； （2 2）加工短小工件時可以忽略，但測量時要考慮熱脹冷縮；）加工短小工件

29、時可以忽略，但測量時要考慮熱脹冷縮； （3 3）車長軸時，溫度逐漸升高，刀具和工件變形漸大，切除量）車長軸時，溫度逐漸升高，刀具和工件變形漸大，切除量逐漸增大，加工工件產生圓柱度誤差。均勻熱變形量計算：逐漸增大，加工工件產生圓柱度誤差。均勻熱變形量計算：（4 4）工件單面受力（如銑、刨、磨等），一面受熱，工件上拱，）工件單面受力（如銑、刨、磨等），一面受熱，工件上拱，加工后加工表面出現(xiàn)中凹。加工后加工表面出現(xiàn)中凹。tLL2021-12-21南京理工大學44 減少熱變形影響的措施減少熱變形影響的措施1)減少發(fā)熱源：分離電機、液壓系統(tǒng)等；減少發(fā)熱源：分離電機、液壓系統(tǒng)等；2)熱補償：均化溫度場。如

30、對機床的某些部位進行加熱，熱補償：均化溫度場。如對機床的某些部位進行加熱，使各部分溫度均勻，以達到減小熱變性的目的；使各部分溫度均勻，以達到減小熱變性的目的；3)保持系統(tǒng)熱平衡：加工前先預熱，平衡后在加工；保持系統(tǒng)熱平衡：加工前先預熱，平衡后在加工；4)環(huán)境恒溫。環(huán)境恒溫。2021-12-21南京理工大學45例：例：1. 1. 工件剛度極大，床頭剛度大于床尾，分析加工后加工表面工件剛度極大，床頭剛度大于床尾，分析加工后加工表面形狀誤差。形狀誤差。 (a) (a) 左小右大錐形；左小右大錐形； (b) (b) 形成內凹端面；形成內凹端面； (c) (c) 馬鞍形，小徑靠床頭。馬鞍形，小徑靠床頭。

31、 2. 2. 車削工件，產生圖示誤差，分析主要原因。車削工件，產生圖示誤差，分析主要原因。(a) (a) 錐形：導軌與主軸不平行、刀具磨損；錐形：導軌與主軸不平行、刀具磨損；(b) (b) 腰鼓形：工件剛性差，產生讓刀；腰鼓形：工件剛性差，產生讓刀；(c) (c) 馬鞍形：工件剛性好，機床兩端剛性差。馬鞍形：工件剛性好，機床兩端剛性差。2021-12-21南京理工大學467 7）工件內應力引起的變形）工件內應力引起的變形 工件的內應力工件的內應力是指當外載荷去掉后仍然存在于工件內部的應力。存在內應力時是指當外載荷去掉后仍然存在于工件內部的應力。存在內應力時工件處于不穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，應力變化將產

32、生變形。工件處于不穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，應力變化將產生變形。 內應力產生的原因內應力產生的原因 毛坯制造中產生內應力毛坯制造中產生內應力在鑄造、鍛造、焊接及熱處理中工件受熱不均及金相組織變化時在鑄造、鍛造、焊接及熱處理中工件受熱不均及金相組織變化時體積的變化而產生內應力。體積的變化而產生內應力。2021-12-21南京理工大學47表面（薄的部位）先冷卻凝固表面（薄的部位）先冷卻凝固芯部（厚的部位）后冷卻芯部（厚的部位）后冷卻 金相組織變化會引起材料密度變化金相組織變化會引起材料密度變化馬氏體的密度?。R氏體的密度小（ 馬馬=7.75=7.75）奧氏體的密度大（奧氏體的密度大（ 奧奧=7.96=7.9

33、6）局部相變體積變大時受壓應力局部相變體積變大時受壓應力局部相變體積縮小時受拉應力局部相變體積縮小時受拉應力先冷卻部分受壓應力先冷卻部分受壓應力后冷卻部分受拉應力后冷卻部分受拉應力2021-12-21南京理工大學48 剛性較差的、易變形的細長工件，采用冷校直的方法糾正彎曲變剛性較差的、易變形的細長工件，采用冷校直的方法糾正彎曲變形時產生內應力。形時產生內應力。切削過程中切削塑性變形、相變等使工件表面產生殘余應力。切削過程中切削塑性變形、相變等使工件表面產生殘余應力。彈性變形區(qū)域彈性變形區(qū)域塑性變形區(qū)域塑性變形區(qū)域 冷校直引起內應力冷校直引起內應力 切削加工過程中產生內應力切削加工過程中產生內應

34、力2021-12-21南京理工大學49 消除內應力的措施消除內應力的措施n 合理設計零件結構：鑄件、鍛件壁厚均勻，焊接件焊縫分布均合理設計零件結構：鑄件、鍛件壁厚均勻，焊接件焊縫分布均勻等；勻等；n 盡量不采用冷校直工藝：精密件嚴禁冷校直，可熱校直或加大盡量不采用冷校直工藝：精密件嚴禁冷校直，可熱校直或加大余量多切削；余量多切削；n 合理安排時效處理消除內應力；合理安排時效處理消除內應力；n 合理安排工藝過程：粗加工后過一定時間后再精加工，或者粗合理安排工藝過程：粗加工后過一定時間后再精加工，或者粗加工后松開工件重新以較小的力裝夾等，都可以收到較好的效加工后松開工件重新以較小的力裝夾等，都可以

35、收到較好的效果。果。2021-12-21南京理工大學502. 2. 加工表面質量加工表面質量表面微觀幾何形狀：表面微觀幾何形狀： 表面粗糙度（表面粗糙度（S/H40S/H40） 表面波度（表面波度（50S/H1000)50S/H1000)表面層物理機械性能：表面層物理機械性能：表面層冷作硬化表面層冷作硬化 表面層殘余應力表面層殘余應力 表面層相變表面層相變1 1） 表面質量的概念表面質量的概念指零件加工后的表面微觀幾何形狀和表面的物理力學性能狀指零件加工后的表面微觀幾何形狀和表面的物理力學性能狀態(tài)。表面質量包括：態(tài)。表面質量包括：表面質量對零件的耐磨性、疲勞性能、配合性能、耐腐蝕性等表面質量對

36、零件的耐磨性、疲勞性能、配合性能、耐腐蝕性等有很大影響有很大影響2021-12-21南京理工大學512 2）表面質量對零件使用性能的影響）表面質量對零件使用性能的影響 對零件耐磨性的影響對零件耐磨性的影響表面粗糙的影響表面粗糙的影響重載荷重載荷輕載荷輕載荷 表面粗糙度太大和太小都不表面粗糙度太大和太小都不耐磨。耐磨。表面粗糙時，高點干摩表面粗糙時，高點干摩擦，磨損快；表面太光潔時潤擦，磨損快；表面太光潔時潤滑油無法進入，造成材料粘結滑油無法進入，造成材料粘結磨損。磨損。 表面粗糙度的最佳值與機器表面粗糙度的最佳值與機器零件的工作情況有關一般為零件的工作情況有關一般為 Ra0.321.25mRa

37、0.321.25m2021-12-21南京理工大學522 2）表面質量對零件使用性能的影響）表面質量對零件使用性能的影響 對零件耐磨性的影響對零件耐磨性的影響表面硬化的影響表面硬化的影響加工表面的冷作硬化，一般能提高零件的耐磨性。加工表面的冷作硬化，一般能提高零件的耐磨性。因為它使摩擦因為它使摩擦副表面層金屬的顯微硬度提高，塑性降低，減少了摩擦副接觸部分副表面層金屬的顯微硬度提高，塑性降低，減少了摩擦副接觸部分的彈性變形和塑性變形。的彈性變形和塑性變形。并非冷作硬化程度越高，耐磨性就越高。并非冷作硬化程度越高，耐磨性就越高。這是因為過分的冷作硬這是因為過分的冷作硬化，將引起金屬組織過度化，將引

38、起金屬組織過度“疏松疏松”，在相對運動中可能會產生金屬，在相對運動中可能會產生金屬剝落，在接觸面間形成小顆粒，使零件加速磨損。剝落，在接觸面間形成小顆粒，使零件加速磨損。2021-12-21南京理工大學532 2）表面質量對零件使用性能的影響）表面質量對零件使用性能的影響 對零件耐磨性的影響對零件耐磨性的影響金相組織變化的影響金相組織變化的影響切削過程的金相組織變化時工件表面硬度變化（一般會使工件硬切削過程的金相組織變化時工件表面硬度變化（一般會使工件硬度降低）而影響耐磨性。度降低）而影響耐磨性。2021-12-21南京理工大學542 2）表面質量對零件使用性能的影響）表面質量對零件使用性能的

39、影響 對零件疲勞強度的影響對零件疲勞強度的影響表面粗糙度的影響表面粗糙度的影響 表面粗糙度越大，抗疲勞破壞的能力越差表面粗糙度越大，抗疲勞破壞的能力越差。 對承受交變載荷零件的疲勞強度影響很大。在交變載荷作用下，對承受交變載荷零件的疲勞強度影響很大。在交變載荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起應力集中，產生疲勞裂紋。表面粗糙度的凹谷部位容易引起應力集中，產生疲勞裂紋。 表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲勞性越好；反之，表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲勞性越好；反之，加工表面越粗糙，表面的紋痕越深，紋底半徑越小，其抗疲勞破壞加工表面越粗糙，表面的紋痕越深，紋底半徑越小，其抗疲勞破

40、壞的能力越差。的能力越差。2021-12-21南京理工大學552 2）表面質量對零件使用性能的影響）表面質量對零件使用性能的影響 對零件疲勞強度的影響對零件疲勞強度的影響表面硬化的影響表面硬化的影響 表面層表面層硬度、強度適當提高硬度、強度適當提高，使微觀裂紋的形成、擴展受阻，使微觀裂紋的形成、擴展受阻，可可以提高疲勞強度以提高疲勞強度；過度硬化過度硬化會產生裂紋，會產生裂紋，使疲勞強度降低。使疲勞強度降低。殘余應力的影響殘余應力的影響殘余拉應力殘余拉應力容易使已加工表面產生裂紋并使其擴展而容易使已加工表面產生裂紋并使其擴展而降低疲勞強降低疲勞強度。度。殘余壓應力殘余壓應力則能夠部分地抵消工作

41、載荷施加的拉應力，延緩疲勞則能夠部分地抵消工作載荷施加的拉應力，延緩疲勞裂紋的擴展，從而裂紋的擴展，從而提高零件的疲勞強度提高零件的疲勞強度。2021-12-21南京理工大學562 2）表面質量對零件使用性能的影響）表面質量對零件使用性能的影響 對零件配合性質的影響對零件配合性質的影響表面粗糙度的影響表面粗糙度的影響 零件之間的配合性質取決于過盈量和間隙值的大小，表面粗糙零件之間的配合性質取決于過盈量和間隙值的大小，表面粗糙度的存在會影響有效過盈量和間隙值。表面粗糙度越大，初期磨度的存在會影響有效過盈量和間隙值。表面粗糙度越大，初期磨損越快，對配合性質的影響也越大。損越快，對配合性質的影響也越

42、大。殘余應力的影響殘余應力的影響 表面層存在殘余應力時，會影響配合尺寸的穩(wěn)定性，從而影響零表面層存在殘余應力時，會影響配合尺寸的穩(wěn)定性，從而影響零件的配合性質。件的配合性質。2021-12-21南京理工大學572 2）表面質量對零件使用性能的影響）表面質量對零件使用性能的影響 對零件耐腐蝕性能的影響對零件耐腐蝕性能的影響表面粗糙度的影響表面粗糙度的影響 零件表面越粗糙，越容易積聚腐蝕性物質，凹谷越深，滲透與零件表面越粗糙，越容易積聚腐蝕性物質，凹谷越深，滲透與腐蝕作用越強烈。因此減小零件表面粗糙度，可以提高零件的耐腐蝕作用越強烈。因此減小零件表面粗糙度，可以提高零件的耐腐蝕性能。腐蝕性能。殘余

43、應力的影響殘余應力的影響 零件表面殘余壓應力時使零件表面組織緊密，腐蝕性物質不易進零件表面殘余壓應力時使零件表面組織緊密，腐蝕性物質不易進入，可增強零件的耐腐蝕性；而表面殘余拉應力時，則會降低零件入，可增強零件的耐腐蝕性；而表面殘余拉應力時，則會降低零件耐腐蝕性。耐腐蝕性。2021-12-21南京理工大學583 3）影響加工表面粗糙度主要因素及其控制）影響加工表面粗糙度主要因素及其控制p 表面粗糙度產生的原因表面粗糙度產生的原因H=f/(cotH=f/(cotr r+cot+cotr r)H=f H=f 2 2/(8r/(8r ) ) 殘留面積殘留面積2021-12-21南京理工大學59p 表

44、面粗糙度產生的原因表面粗糙度產生的原因刃口擠壓塑性變形刃口擠壓塑性變形（2 2）切削過程中塑性變形及其它物理因素引起的粗糙度）切削過程中塑性變形及其它物理因素引起的粗糙度 積屑瘤積屑瘤 鱗刺鱗刺 較低速切削塑性較差的材料產生節(jié)狀（或粒狀）切屑，切屑在前較低速切削塑性較差的材料產生節(jié)狀（或粒狀）切屑，切屑在前刀面上周期性停留代替前刀面推擠切削層，使塑性變形向切線以下刀面上周期性停留代替前刀面推擠切削層，使塑性變形向切線以下延伸，造成已加工表面拉應力太大而導裂形成鱗片狀的毛刺。延伸，造成已加工表面拉應力太大而導裂形成鱗片狀的毛刺。材料脆性材料脆性2021-12-21南京理工大學60 選擇低速寬刀精

45、切和高速精切，可以得到較小的表面粗糙度。選擇低速寬刀精切和高速精切，可以得到較小的表面粗糙度。 減小表面粗糙度的措施減小表面粗糙度的措施 切削速度切削速度 加工塑性材料時，切削速度對表面粗糙度的影響主要與積屑瘤、加工塑性材料時，切削速度對表面粗糙度的影響主要與積屑瘤、鱗刺的產生有關。鱗刺的產生有關。 此外，切削速度越高，塑性變形越不充分，表面粗糙度值越小此外，切削速度越高，塑性變形越不充分，表面粗糙度值越小 選擇合適的切削條件選擇合適的切削條件2021-12-21南京理工大學61對表面粗糙度無直接影響。對表面粗糙度無直接影響。 減小表面粗糙度的措施減小表面粗糙度的措施 進給量進給量減小進給量可

46、以減小殘留面積高度，所以可減小表面粗糙度值。減小進給量可以減小殘留面積高度，所以可減小表面粗糙度值。 選擇合適的切削條件選擇合適的切削條件 背吃刀量背吃刀量 進給量、背吃刀量都不能太小，否則由于刀刃圓弧的存在無法進給量、背吃刀量都不能太小，否則由于刀刃圓弧的存在無法切入切削層，在加工表面上引起附加的塑性變形，使表面粗糙度切入切削層，在加工表面上引起附加的塑性變形，使表面粗糙度值加大。值加大。2021-12-21南京理工大學62 減小表面粗糙度的措施減小表面粗糙度的措施 切削液切削液 選擇合適的切削條件選擇合適的切削條件切削液冷卻、潤滑作用切削液冷卻、潤滑作用減小切屑、工件、刀具之間的摩擦減小切

47、屑、工件、刀具之間的摩擦降低切削區(qū)的溫度降低切削區(qū)的溫度減小表面粗糙度值減小表面粗糙度值減小切削過程的塑性變形減小切削過程的塑性變形抑制鱗刺和積屑瘤的產生抑制鱗刺和積屑瘤的產生2021-12-21南京理工大學63 減小表面粗糙度的措施減小表面粗糙度的措施刀具材料刀具材料 合理選用刀具幾何參數(shù)和刀具材料合理選用刀具幾何參數(shù)和刀具材料刀具幾何參數(shù)刀具幾何參數(shù)刀尖圓弧半徑、主偏角直接影響殘留面積高度；刀尖圓弧半徑、主偏角直接影響殘留面積高度；增大前角，塑性變形減小，增大前角，塑性變形減小，R Ra a小；?。辉龃蠛蠼?，刀具與工件的摩擦減小，增大后角，刀具與工件的摩擦減小， R Ra a?。恍。蝗袃A角

48、會影響實際工作前角；刃傾角會影響實際工作前角；提高刀具的刃磨質量。提高刀具的刃磨質量。 主要從減小積屑瘤產生的角度分析：主要從減小積屑瘤產生的角度分析： 采用與工件材料分子親和力小的刀具材料；采用與工件材料分子親和力小的刀具材料； 選擇硬度、強度較高的刀具材料；選擇硬度、強度較高的刀具材料；2021-12-21南京理工大學64 減小表面粗糙度的措施減小表面粗糙度的措施 材料的晶粒材料的晶粒 改善工件材料的性能和金相組織改善工件材料的性能和金相組織 材料的塑性材料的塑性 中低速切削時，工件材料韌性愈好，金屬塑性變形愈大，加工表中低速切削時，工件材料韌性愈好，金屬塑性變形愈大，加工表面愈粗糙。面愈

49、粗糙。對低碳鋼進行正火處理、對中碳鋼進行調質處理、對高對低碳鋼進行正火處理、對中碳鋼進行調質處理、對高碳鋼進行退火，可以碳鋼進行退火，可以改善切削性能，改善切削性能，減小表面粗糙度減小表面粗糙度。 加工脆性材料時，其切削呈碎粒狀，由于切屑的崩碎而在加工表加工脆性材料時，其切削呈碎粒狀，由于切屑的崩碎而在加工表面留下許多麻點，使表面粗糙。面留下許多麻點，使表面粗糙。 同樣材料晶粒組織大同樣材料晶粒組織大 Ra Ra，常用正火、調質處理，常用正火、調質處理2021-12-21南京理工大學65 減小表面粗糙度的措施減小表面粗糙度的措施 減小表面粗糙度；減小表面粗糙度； 改變表面應力狀態(tài)（壓應力）；改

50、變表面應力狀態(tài)（壓應力）； 表面形變強化；表面形變強化； 有利于提高疲勞強度和硬度，延長使用壽命。有利于提高疲勞強度和硬度，延長使用壽命。 使用特殊的加工方法使用特殊的加工方法 細顆粒硬質合金刀具細顆粒硬質合金刀具 Ra0.10.5Ra0.10.5，精車，精車Ra0.1Ra0.1 金剛石車刀，超高速（金剛石車刀，超高速（3000m/min3000m/min）精車）精車Ra0.025Ra0.025 微量切削微量切削 滾壓加工、噴丸、碾光滾壓加工、噴丸、碾光 提高工藝系統(tǒng)的抗振性提高工藝系統(tǒng)的抗振性 采用超精加工、珩磨等光整加工方法作為最終工序采用超精加工、珩磨等光整加工方法作為最終工序2021-

51、12-21南京理工大學664 4）影響表面層物理力學性能的主要因素及其控制）影響表面層物理力學性能的主要因素及其控制影響表面層物理力學性能的主要因素影響表面層物理力學性能的主要因素表面層物理表面層物理力學性能力學性能塑變引起的冷硬塑變引起的冷硬金相組織變化引起金相組織變化引起 的硬度變化的硬度變化冷塑性變形冷塑性變形熱塑性變形熱塑性變形金相組織變化金相組織變化切削熱切削熱影響金相組織影響金相組織變化因素變化因素影響顯微影響顯微硬度因素硬度因素影響殘余影響殘余應力因素應力因素2021-12-21南京理工大學67 表面層的冷作硬化表面層的冷作硬化 表面層加工硬化的產生表面層加工硬化的產生 機械加工

52、時，工件表面層金屬受到切削力的作用產生強烈機械加工時，工件表面層金屬受到切削力的作用產生強烈的塑性變形，使晶格扭曲，晶粒間產生剪切滑移，晶粒被拉長、的塑性變形，使晶格扭曲，晶粒間產生剪切滑移，晶粒被拉長、纖維化甚至碎裂，從而使表面層的強度和硬度增加，這種現(xiàn)象纖維化甚至碎裂，從而使表面層的強度和硬度增加，這種現(xiàn)象稱為加工硬化，又稱冷作硬化或形變強化。稱為加工硬化，又稱冷作硬化或形變強化。 衡量表面層加工硬化的指標衡量表面層加工硬化的指標 衡量表面層加工硬化程度的指標有下列三項：衡量表面層加工硬化程度的指標有下列三項： 1 1）表面層的顯微硬度）表面層的顯微硬度HVHV； 2 2）硬化層深度）硬化

53、層深度h h； 3 3）硬化程度）硬化程度N N N=(HV-HV N=(HV-HV0 0)/HV)/HV0 0100100 式中式中 HVHV0 0工件原表面層的顯微硬度工件原表面層的顯微硬度2021-12-21南京理工大學68 影響表面層加工硬化的因素影響表面層加工硬化的因素p刀具幾何形狀的影響刀具幾何形狀的影響 切削刃切削刃 r r 、前角、前角、后面磨損量、后面磨損量VB VB 表層金屬的塑變加劇表層金屬的塑變加劇冷硬冷硬p削用量的影響削用量的影響 切削速度切削速度vv塑性變形塑性變形冷硬冷硬 進給量進給量 ff切削力切削力塑性變形塑性變形冷硬冷硬p工件材料性能的影響工件材料性能的影響

54、材料塑性材料塑性 塑性變形塑性變形 冷硬冷硬2021-12-21南京理工大學69 表面層殘余應力表面層殘余應力 機械加工中工件表面層材料發(fā)生塑性變形時，在表面層與機械加工中工件表面層材料發(fā)生塑性變形時，在表面層與基體材料的交界處會產生互相平衡的作用力。這種內力即為表基體材料的交界處會產生互相平衡的作用力。這種內力即為表面層的殘余應力。面層的殘余應力。冷態(tài)塑性變形引起的殘余應力冷態(tài)塑性變形引起的殘余應力 工件表面受到擠壓與摩擦時，大多是法向被壓縮、切向被拉伸，工件表面受到擠壓與摩擦時，大多是法向被壓縮、切向被拉伸，而基體在阻礙表層的塑性變形時，自身也發(fā)生彈性變形。切削后，而基體在阻礙表層的塑性變

55、形時，自身也發(fā)生彈性變形。切削后，基體彈性回復，在塑性變形的表層與基體之間產生內應力。基體彈性回復，在塑性變形的表層與基體之間產生內應力。表層為表層為壓應力，而里層為拉伸應力。壓應力，而里層為拉伸應力。2021-12-21南京理工大學70 熱態(tài)塑性變形引起的殘余應力熱態(tài)塑性變形引起的殘余應力 表層受熱發(fā)生塑性變形，冷卻時受到基體的阻礙而產生殘余拉應表層受熱發(fā)生塑性變形，冷卻時受到基體的阻礙而產生殘余拉應力，里層由于表層的收縮作用產生殘余壓應力。力，里層由于表層的收縮作用產生殘余壓應力。 金相組織變化引起的殘余應力金相組織變化引起的殘余應力 比容大的組織比容大的組織比容小的組織比容小的組織體積收

56、縮，產生拉應力，反之，體積收縮，產生拉應力，反之，產生壓應力。（密度小，比容大）產生壓應力。（密度小，比容大）回火燒傷回火燒傷表層拉應力表層拉應力（馬氏體（馬氏體=7.75=7.75索氏體索氏體=7.78=7.78）退火燒傷退火燒傷表層拉應力表層拉應力（馬氏體（馬氏體=7.75=7.75奧氏體奧氏體=7.96=7.96）淬火燒傷淬火燒傷表層壓應力表層壓應力（ 表層回火馬氏體表層回火馬氏體淬火馬氏體淬火馬氏體=7.75=7.75、 內部回火馬氏體內部回火馬氏體索氏體索氏體=7.78 =7.78 ）2021-12-21南京理工大學71表面殘余應力狀態(tài)表面殘余應力狀態(tài) 磨削裂紋和殘余應力有著十分密切的關系。在磨削過程中，當工磨削裂紋和殘余應力有著十分密切的關系。在磨削過程中，當工件表面層產生的殘余應力超過工件材料的強度極限時，工件表面就