制造工藝機(jī)械加工質(zhì)量課件

1、第七章 機(jī)械加工質(zhì)量第七章 機(jī)械加工質(zhì)量對任何一臺機(jī)器或儀器，為保證它們的使用性能，必然對其組成零件提出許多方面的質(zhì)量要求。機(jī)械加工精度、機(jī)械加工表面質(zhì)量，則是許多質(zhì)量要求的兩個(gè)主要方面。第一節(jié) 機(jī)械加工精度一、概述（一）機(jī)械加工精度及加工誤差概念1、加工精度指零件加工后實(shí)際的幾何參數(shù)（尺寸、形狀、相互位置）與理想零件的幾何參數(shù)的符合程度。符合程度愈高，加工精度愈高。2、加工誤差指零件加工后實(shí)際的幾何參數(shù)與理想零件的幾何參數(shù)的不符合程度。（二）影響加工精度的主要因素由機(jī)床、夾具、刀具和工件組成的工藝系統(tǒng)存在各種誤差，這些誤差會在不同的具體條件下，以不同的程度反映到加工零件上去，而造成加工誤差。

2、這種造成加工誤差的工藝系統(tǒng)原有誤差，稱為原始誤差。 造成加工誤差的原始誤差： 1、原理誤差 2、工藝系統(tǒng)的制造誤差與磨損 3、工藝系統(tǒng)受力變形產(chǎn)生的誤差 4、工藝系統(tǒng)受熱變形產(chǎn)生的誤差 5、測量誤差與調(diào)整誤差二、影響加工精度的誤差因素（一）原理誤差指采用了近似的加工方法，所產(chǎn)生的誤差。如：1、滾齒，由于滾刀的刀刃數(shù)有限，加工出來的齒輪齒形是有限個(gè)刀刃切成的折線；另，由于滾刀制造困難，采用阿基米德基本蝸桿代替漸開線基本蝸桿，由此產(chǎn)生的加工誤差，則屬于原理誤差。 2、成形法銑齒，由于銑刀分八個(gè)刀號，每一個(gè)刀號在相應(yīng)組內(nèi)齒數(shù)最少的可獲得精確地齒形，其它齒數(shù)只能獲得近似的齒形。因此，銑齒產(chǎn)生的加工誤差

3、也屬于原理誤差。(二)工藝系統(tǒng)的制造誤差與磨損對加工精度的影響1、機(jī)床制造誤差與磨損的影響1）機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)誤差機(jī)床工作時(shí)，由于主軸部件在制造、裝配過程中，存在各種誤差，使得主軸回轉(zhuǎn)軸線的空間位置在每一瞬間都處于變動狀態(tài)，而產(chǎn)生回轉(zhuǎn)誤差。如圖7-1所示：（1）主軸的回轉(zhuǎn)誤差的三種基本形式徑向跳動-瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線沿平均回轉(zhuǎn)軸線的徑向跳 動運(yùn)動。軸向竄動-瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線沿平均回轉(zhuǎn)軸線方向的軸向運(yùn)動。角度擺動-瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線與平均回轉(zhuǎn)軸線成一傾斜角，但其交點(diǎn)位置是固定不變的運(yùn)動。圖7-1（2）主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動誤差概念指主軸的實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線相對其平均回轉(zhuǎn)軸線的變動范圍。變動范圍愈小，其回轉(zhuǎn)精度愈高。（3）影響主軸

4、回轉(zhuǎn)運(yùn)動誤差的因素及分析主要影響因素有：主軸部件各組成零件的制造誤差及裝配誤差；也與加工方法有關(guān)。如：滑動軸承支承的主軸部件如圖7-2所示：對于車磨類機(jī)床主軸所受的切削力方向基本是不變的。切削時(shí)，主軸頸被壓向軸承孔內(nèi)表面的某一固定部位，其主軸頸在轉(zhuǎn)動時(shí)，將其軸頸上的圓度誤差傳遞給工件導(dǎo)致在加工的工件上產(chǎn)生相同的圓度誤差。而軸承孔內(nèi)表面的圓度誤差對加工精度的影響則極小。圖7-2對于鏜床類機(jī)床主軸軸承孔內(nèi)表面所受切削力的方向是隨鏜刀的旋轉(zhuǎn)而變化的。因此，使主軸軸頸上某一固定部位與軸承孔的不同部位相接觸，這樣，軸承孔的圓度誤差將傳遞給工件，而主軸軸頸的誤差則影響不大。對于滾動軸承支承的主軸部件，其回

5、轉(zhuǎn)精度不僅與滾動軸承本身的精度有關(guān)，還在很大程度上與軸承相配合件的精度有關(guān)。（4）主軸回轉(zhuǎn)誤差對加工精度的影響車削：車削時(shí)，支承軸頸的圓度誤差，會引起主軸的徑向跳動，主軸的徑向跳動對工件的圓度影響較?。欢鴮ぜ膹较虺叽鐒t有不同的影響。如圖7-3所示：假定主軸軸心沿Y軸作簡諧直線運(yùn)動，在工件1處（主軸中心偏移最大處）切出的半徑比2、4處切出的半徑小一個(gè)幅值A(chǔ)；而在3處切出的半徑比2、4處切出的半徑大一個(gè)幅值A(chǔ)。那么，1、2、3、4各點(diǎn)的半徑均相等，所以，車出的工件表面近似一個(gè)真圓。主軸徑向跳動的方向，對工件徑向尺寸產(chǎn)生不同的影響。主軸回轉(zhuǎn)軸心線的任一方向的徑向跳動，可以分解為沿刀尖處加工表面法

6、線方向跳動分量和切向分量Z。切向分量產(chǎn)生的半徑誤差R： 整理、略去R，得：R= 設(shè)=0.01mm,R=50mm,則：R=0.000001mm。此值可以略去不計(jì)。圖7-4而Y方向上的誤差將1：1的反映到工件的半徑上去。如誤差仍為y= 0.01mm，則在工件Y方向上造成的半徑誤差就是0.01mm。是切線方向上誤差的104倍，因此，稱法線方向?yàn)檎`差的敏感方向。如圖7-4所示：圖7-4鏜孔時(shí)，主軸的徑向跳動使軸心線在Y坐標(biāo)方向上，作振幅為A的簡諧運(yùn)動。設(shè)主軸中心線偏移最大（等于A）時(shí)，鏜刀尖正好通過水平位置1，當(dāng)鏜刀轉(zhuǎn)過一個(gè)角時(shí)，刀尖軌跡的水平分量和垂直分量分別為： Y=Acos+Rcos=(A+R)

7、cos Z=Rsin 將以上兩式平方后，相加得：為一橢圓方程，即鏜出的孔為一橢圓。如圖7-5所示：鏜削（5）主軸的角擺動對工件加工精度的影響 車削：徑向截面仍然是一圓形，而軸向則是一個(gè)圓錐形截面。 鏜削：由于主軸的角擺動形成的回轉(zhuǎn)軸線與工作臺導(dǎo)軌不平行，鏜出的孔將為橢圓形。如圖7-6所示：圖7-6（6）主軸的軸向竄動對加工精度的影響對外圓與內(nèi)孔的形狀精度沒有影響，而對端面與內(nèi)、外圓垂直度有一定的影響。當(dāng)主軸每轉(zhuǎn)一周，就要沿軸向竄動 一次，在向前竄動的半周中形成右螺旋面；在向前竄動的半周中形成左螺旋面，最終切出的端面呈類似端面凸輪的形狀；如圖7-7所示：當(dāng)加工螺紋時(shí)，則將產(chǎn)生螺距的周期誤差。（7

8、）提高主軸回轉(zhuǎn)精度的措施提高主軸支承軸承的精度并進(jìn)行精細(xì)的調(diào)整安裝。圖7-7如使用精密滾動軸承、或液體、氣體靜壓軸承；主軸部件裝配時(shí)，應(yīng)合理地確定各相關(guān)零件的精度，采用軸頸與軸承圈誤差抵消法或角度選配法精細(xì)的調(diào)整安裝并盡量消除軸承間隙，即可保證和提高主軸的回轉(zhuǎn)精度。采用雙死頂尖裝夾工件，可減小機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差對工件加工精度的影響。2）導(dǎo)軌誤差（1）機(jī)床導(dǎo)軌的制造精度導(dǎo)軌在水平面的直線度；導(dǎo)軌在垂直面的直線度；（2）導(dǎo)軌誤差對加工精度的影響以車床車削為例車床導(dǎo)軌在水平面內(nèi)直線度誤差的影響圖7-8前后導(dǎo)軌在垂直面的平行度。如圖7-8所示：車削外圓表面，徑向誤差為r=y, 1:1反映到工件加工表面上

9、來；軸向誤差為圓錐度誤差。車床導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)直線度誤差的影響對徑向尺寸的影響可以忽略；軸向截面則為一雙曲面。如圖7-9所示：前后導(dǎo)軌在垂直面的平行度誤差的影響如圖7-10所示，橫溜板將產(chǎn)生橫向傾斜，刀具產(chǎn)生位移，從而引起工件的形狀誤差。由幾何關(guān)系知：圖7-9圖7-10一般對于車床 ，磨床AB，因此該項(xiàng)誤差對加工精度的影響是不可忽視的。 在鏜床上鏜孔時(shí)，如果工作臺進(jìn)給方向與鏜刀桿的回轉(zhuǎn)軸線不平行，則鏜出的孔為一橢圓。如圖7-11所示：圖7-11（3）提高導(dǎo)軌精度的措施在導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)制造時(shí)，應(yīng)從結(jié)構(gòu)、材料、潤滑方式、防護(hù)裝置等方面進(jìn)行優(yōu)化，提高其制造精度及耐磨性。在使用過程中，應(yīng)精心維護(hù)，注意潤滑

10、，避免導(dǎo)軌非正常磨損與損傷。3）機(jī)床傳動鏈誤差（1）引起機(jī)床傳動鏈誤差的原因機(jī)床的運(yùn)動是通過某些傳動機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。如滾齒機(jī)的分齒機(jī)構(gòu)車床車削螺紋時(shí)工件與絲杠間的傳動掛輪機(jī)構(gòu)。它們都是通過齒輪副、蝸輪、蝸桿、絲杠、絲母等傳動副多級傳動來實(shí)現(xiàn)的。那么，這些元件本身存在著制造、安裝誤差，以及工作過程中的磨損所造成的誤差。將引起傳遞與運(yùn)動的不準(zhǔn)確而影響工件的加工精度。例如，如圖7-12所示，滾齒機(jī)分齒機(jī)構(gòu)中各傳動件制造、安裝誤差，會引起齒輪轉(zhuǎn)角不均勻而產(chǎn)生分齒誤差。車床車削螺紋時(shí)，工件至傳動絲杠間，各傳動元件的制造、安裝誤差，將會引起加工螺紋的螺距誤差。圖7-12縮短傳動鏈，減少傳動元件數(shù)目。從而減少誤

11、差來源；提高傳動元件，特別是末端傳動元件的制造和安裝精度；消除間隙，傳動元件間的間隙會造成瞬時(shí)速度不均；采用誤差校正機(jī)構(gòu)。如圖7-13所示，車螺紋的誤差校正機(jī)構(gòu)。當(dāng)瞬時(shí)刀具進(jìn)給速度過快，則通過可轉(zhuǎn)動螺母2在校正尺寸1的作用下，使其與絲杠間同向產(chǎn)生一個(gè)附加轉(zhuǎn)動，從而使刀具恢復(fù)到準(zhǔn)確的進(jìn)給速度。反之亦然。（2）提高機(jī)床傳動精度的措施圖7-132、刀具、夾具的制造與磨損誤差1）刀具誤差（1）一般刀具（車刀、鏜刀和刨刀等）其制造誤差對工件加工精度沒有直接影響；（2）定尺寸刀具（鉆頭、鉸刀和拉刀等）其制造誤差將直接影響工件加工精度。（3）成形刀具（成形車刀或成形銑刀）其制造誤差將直接影響工件的形狀精度。

12、（4）刀具磨損將影響工件加工精度。如加工一根長軸時(shí)，車刀磨損將使軸產(chǎn)生錐度。調(diào)整法加工時(shí)刀具磨損將使一批工件產(chǎn)生尺寸分散。（5）成形刀具的磨損將引起被加工表面的形狀誤差。2）夾具的制造及工件的安裝誤差（1）夾具誤差組成夾具各元件的制造誤差及夾具中定位元件間的位置誤差將會產(chǎn)生定位誤差，使被加工零件產(chǎn)生加工誤差。（2）工件安裝誤差工件的定位、夾緊不當(dāng)，會使工件偏離正確位置而產(chǎn)生加工誤差。（三）工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響1、基本概念機(jī)械加工時(shí)，在切削力、傳動力、慣性力、夾緊力以及重力的作用下，工藝系統(tǒng)將產(chǎn)生相應(yīng)的變形和振動。這種變形和振動破壞了工件和刀具之間的準(zhǔn)確位置與速度關(guān)系，也破壞了切削過

13、程的穩(wěn)定性。從而造成了被加工零件的各種誤差及表面粗糙度。例如，在加工細(xì)長軸時(shí)，在切削力作用下，工件因彈性變形產(chǎn)生“讓刀”現(xiàn)象，中部變形最大，切深最小，而兩端變形最小，切深減小不大，而車出軸的外圓柱面呈腰鼓形誤差。如圖7-14所示。為反映工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響，下面引入一個(gè)重要概念工藝系統(tǒng)剛度。圖7-14由材料力學(xué)知，任一物體在外力的作用下，總要產(chǎn)生變形，其變形量Y的大小與外力P和物體本身的剛度有關(guān)。如圖7-15所示，即：圖7-15對與由多個(gè)零部件組成的工藝系統(tǒng)來講，其受力變形將是復(fù)雜地。以車外圓為例，如圖7-16所示：切削力Fr是一個(gè)空間力，刀架部件在Fx、Fy、Fz各切削分力作用下

14、產(chǎn)生相應(yīng)的變形。Fy-將使刀架部件主要產(chǎn)生Y向（法向）的變形位移；Fx、Fz-兩個(gè)切削分力將使刀架部件產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)變形，而間接產(chǎn)生法向（y）的變形位移。圖7-16因此，刀架部件總的變形，應(yīng)是有Fx、Fy、Fz三個(gè)切削分力綜合作用的結(jié)果。為切實(shí)反映工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響，把工藝系統(tǒng)剛度定義為：加工表面Y向（法向力）切削分力Fy與在各切削分力作用下所產(chǎn)生Y向（法向）綜合變形Y綜之比。即2、機(jī)床部件受力變形的特點(diǎn)在工藝系統(tǒng)中，只有工件和和刀具一般是簡單構(gòu)件，其剛度及變形問題是一般的材料力學(xué)問題；但對于機(jī)床及刀架部件來講，則是有許多零件組成的復(fù)雜圖7-17構(gòu)件，其剛度及變形問題將是十分復(fù)雜地。

15、例如刀架部件，如圖7-17所示：為便于計(jì)算，可以將其簡化為9990200mm的鑄鐵懸臂梁，對其剛度進(jìn)行粗略計(jì)算。由材料力學(xué)公式，這說明，由許多零件組成的構(gòu)件其剛度與變形與簡單構(gòu)件相比差別較大。具體原因有以下幾個(gè)方面：接觸面間存在接觸變形（接觸變形與受力不是線性關(guān)系）；薄弱零件本身的變形則較大；間隙的影響。構(gòu)件由于裝配間隙的影響，將產(chǎn)生較大的變形。3、工藝系統(tǒng)剛度算式設(shè)工藝系統(tǒng)受力總變形為Y系，各組成部分的變形為Y機(jī)床（Y頭架、Y尾架）、Y刀架、Y工件、Y夾具。則4、工藝系統(tǒng)剛度對零件加工精度的影響1）切削力引起的加工誤差（1）切削力著力點(diǎn)位置變化對加工精度的影響如圖7-18所示：在車床上采用雙

16、頂尖裝夾車外圓（不考慮工件的變形）。加工時(shí)，當(dāng)?shù)都芫啻差^頂尖X處，在切削力Fy的作用下，作用在床頭頂尖、床尾頂尖上的分力為：在切削點(diǎn)X處的工藝系統(tǒng)變形為：刀架的變形為：工藝系統(tǒng)總變形為：在該力作用下，床頭、床尾處的變形分別為：工藝系統(tǒng)剛度為：例：設(shè)Fy=300N、K頭架=6104N/mm、K尾架=5104N/mm、K刀架=4104N/mm，試求沿工件長度上工藝系統(tǒng)變形，及引起的圓柱度誤差。解：由 圓柱度誤差：0.0135-0.0103=0.0032mm，呈雙曲線形狀誤差。如圖7-19所示：例：車細(xì)長軸。設(shè)Fy=300N,工件尺寸為30600mm,E=2105N/mm,I=0.0491d4，床頭

17、、刀架、夾具的變形忽略不計(jì)。試計(jì)算工件各點(diǎn)的變形量及圓柱度誤差。解：由公式圖7-19工件的圓柱度誤差為：0.17-0=0.17mm。為對稱腰鼓形誤差。如圖7-20所示：圖7-20（2）切削力大小變化的影響在加工過程中，由于工件的加工余量不均或工件材料的硬度不均，將引起切削力大小的變化，導(dǎo)致工藝系統(tǒng)受力變形隨切削力大小的變化而變化，造成加工誤差。如圖7-21所示， 由于工件加工前存在圓度誤差，在切削時(shí)，切深將不一致（ap1ap2），因此工藝系統(tǒng)的受力變形量也不一致（y1y2），這樣，在加工后，工件上仍留有較小的圓度誤差。把工件加工前的誤差前，以類似的形狀反映到加工后的工件上去的這一規(guī)律，稱為誤差

18、復(fù)映規(guī)律。 誤差復(fù)映的程度是以誤差復(fù)映系數(shù)表示的。由于1、2、3-都小于1，隨著走刀次數(shù)的增加，工件上的誤差將逐次減小，n次走刀后，工件上的誤差：一般23次走刀后，加工誤差也就降低到尺寸公差允許的范圍內(nèi)。2）夾緊力引起的加工誤差當(dāng)工件的剛度較差時(shí)，因夾緊時(shí)的變形所引起的加工誤差是影響加工精度的主要問題。如圖7-22所示圖7-223）離心力（或慣性力）對加工精度的影響在加工過程中，高速回轉(zhuǎn)的零部件（夾具、工件、刀具）的不平衡，將產(chǎn)生離心力FQ，F(xiàn)Q在每一轉(zhuǎn)中不斷改變方向，它在y（法向）分力大小的變化，將會使工藝系統(tǒng)的受力變形也隨之變化，從而產(chǎn)生加工誤差。如圖7-23所示圖7-23例：當(dāng)毛坯重力W

19、=100N，主軸轉(zhuǎn)速n=1000r/min,不平衡質(zhì)量m，到旋轉(zhuǎn)中心的距離（偏心距）=5mm，工藝系統(tǒng)剛度K系=3104N/mm,試計(jì)算在半徑方向上的加工誤差。解：離心力在半徑上的加工誤差：4）傳動力（撥動力）引起的加工誤差采用雙頂尖撥盤卡箍裝夾工件，在車床或磨床上加工時(shí)，對于單爪撥盤在每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)過程中，傳動力不斷改變方向，將影響到切削力隨之變化，從而產(chǎn)生加工誤差。如圖7-24所示，根據(jù)力矩平衡條件：M-工件轉(zhuǎn)動時(shí)需克服的磨擦力矩-傳動力臂長度傳動力FC在Y方向上的分力：加工后的工件形狀如圖7-25所示：FCY與FY有時(shí)同向，有時(shí)反向。導(dǎo)致切削力的不相等，從而引起工藝系統(tǒng)在兩個(gè)方向上的變形不相等

20、，使工件產(chǎn)生加工誤差。圖7-24圖7-255）機(jī)床部件自重引起的加工誤差如圖所示，搖臂鉆床。由于搖臂和其上主軸部件的重量，將引起機(jī)床有關(guān)部件變形，使主軸回轉(zhuǎn)軸線與工作臺不垂直，因而，會造成鉆孔軸線的傾斜。5、提高工藝系統(tǒng)剛度的措施1）在機(jī)床結(jié)構(gòu)上對于機(jī)床部件自重的影響如圖7-26所示搖臂鉆床，在立柱內(nèi)加偏心套或使搖臂略向上傾，則可以補(bǔ)償了主軸箱搖臂自重而下垂引起的加工誤差。圖7-262）提高接觸剛度機(jī)床及各部件都是由許多零件裝配而成的，提高各零部件間接觸剛度則可以提高其整體剛度。例如通過提高各零部件接觸面的加工形狀精度，降低表面粗糙度，并預(yù)加載荷，消除配合間隙。都能提高各裝配連接面的接觸剛度。

21、3）設(shè)置輔助支承提高機(jī)床或工件的剛度（1）為提高六角車床刀架剛度常設(shè)置輔助支承，如圖7-27所示。圖7-27圖7-28（2）加工細(xì)長軸加中心架、跟刀架均可提高工件加工時(shí)的剛度。如圖7-28所示。4）采用合理地裝夾方法減小裝夾變形薄壁鋼套采用剛性開口環(huán)夾緊或端面夾緊，則可以減小裝夾變形。如圖7-29所示。薄板磨削時(shí)，可用環(huán)氧樹脂粘貼在磨床工作臺面上，代替電磁工作臺吸緊。如圖7-30所示。圖7-29圖7-30（四）工藝系統(tǒng)受熱變形對加工精度的影響工藝系統(tǒng)在各種熱源的影響下，將產(chǎn)生變形。從而改變了各部件間的相對位置，造成加工誤差。1、工藝系統(tǒng)熱源1) 切削熱在加工過程中，切削層金屬的變形、刀工、刀屑

22、之間的摩擦，將會產(chǎn)生大量的熱。這些熱量傳入工件和刀具，并由切屑和冷卻液帶到機(jī)床的其它部位，形成次生熱源。2）摩擦熱機(jī)床在工作狀態(tài)下，各運(yùn)動副，如齒輪副，絲杠絲母、導(dǎo)軌副之間的相對運(yùn)動，由于摩擦的存在，均要產(chǎn)生摩擦熱。3）環(huán)境溫度及幅射熱環(huán)境溫度：冬、夏，白天、夜晚及室內(nèi)不同位置將會產(chǎn)生溫差變化。幅射熱：日光、燈光、取暖設(shè)備、人體均會產(chǎn)生幅射熱。2、熱變形引起的加工誤差1）工件熱變形引起的加工誤差工件均勻受熱，將引起工件體積的均勻膨脹。如軸零件均勻受熱。軸向伸長為：L=Lt 徑向變形為：d=dt 式中:-工件材料的線膨脹系數(shù)。 t-工件的溫升。工件受熱不均，如磨削板類零件的上平面，由于工件單面受

23、熱，就會在磨削過程中產(chǎn)生向上的翹曲變形y，磨削后冷卻則造成中凹的形狀誤差。其中凹量的大小，可根據(jù)下圖7-31所示的幾何關(guān)系求出。由于中心角很小，故中性層的弦長可近似為原長L，于是作AE/CD，BE可近似等于L的熱伸長量L，則BE L =(2-1)L= L圖7-31機(jī)床熱變形引起的加工誤差對于車床，由于主軸箱各軸系部件軸承、傳動副的摩擦熱及油池發(fā)熱，將造成主軸的抬高及傾斜；對于大型機(jī)床，如導(dǎo)軌磨床，龍門銑床若床身上面溫度升高，將使床身產(chǎn)生彎曲變形，呈中凸形，在被加工零件上產(chǎn)生形狀誤差。3）刀具熱變形引起的加工誤差在切削加工過程中，傳入刀具的熱量雖然很少，但刀具的體積小，熱容量小，故有相當(dāng)程度的溫

24、升，引起刀具的熱伸長并造成加工誤差。以車刀為例，開始時(shí)刀具的熱伸長量增長較快，隨后趨緩，最后達(dá)到熱平衡。伸長量由下式計(jì)算：tc時(shí)間常數(shù)（s）,其值與刀具質(zhì)量m、比熱c、截面面積A及表面放熱系數(shù)s有關(guān)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)tc=180-360 s。 由于刀具在切削過程中磨損的存在，與熱伸長量基本抵消，總體對加工精度影響不大。4）環(huán)境溫度的影響環(huán)境溫度對一般精度的加工來講影響不大，而對于精密加工其影響則不可忽視。因此，坐標(biāo)鏜床、精密磨床均安裝在恒溫車間，以減少環(huán)境溫度變化對機(jī)床精度的影響而產(chǎn)生的加工誤差。3、減少工藝系統(tǒng)熱變形的措施1）在結(jié)構(gòu)上采取措施（1）注意結(jié)構(gòu)的對稱性，在變速箱的結(jié)構(gòu)中，注意傳動元件安放

25、的對稱性，這樣可以均衡箱壁的溫升而減少變形。機(jī)床大件的結(jié)構(gòu)和布局，應(yīng)盡量采用熱對稱結(jié)構(gòu)，例如，雙立柱式結(jié)構(gòu)的機(jī)床主軸相對于工作臺的熱變形就比單立柱式結(jié)構(gòu)的小得多。（2）合理安排支承的位置使產(chǎn)生熱變形對加工精度由直接影響的零件的有效部分縮短，以減小熱變形對加工精度的影響。如圖7-32所示，控制砂輪架位置的絲杠的有效長度把L縮短為L1，故熱變形小，產(chǎn)生的加工誤差也小。圖7-32（3）均衡機(jī)床零部件的溫度當(dāng)機(jī)床零部件的溫升均勻時(shí)機(jī)床處于一種熱穩(wěn)定狀態(tài)，其熱變形較小。因而應(yīng)注意改進(jìn)機(jī)床零件的結(jié)構(gòu)，使其溫升均勻。如圖7-33所示的M7150A型臥軸磨床，床身較長，加工時(shí)工作臺縱向運(yùn)動速度較快，由于摩擦的

26、原因，產(chǎn)生“上熱下冷”的現(xiàn)象而造成導(dǎo)軌中凸，為了減小這種熱變形誤差，采用了下圖所示的“回油循環(huán)熱補(bǔ)償”的方法，利用油箱熱油回流床身下部，使床身下部的溫升提高，減小床身上、下溫差。使其變形減小。（4）減小發(fā)熱和隔熱為了減少機(jī)床的發(fā)熱，在機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)，凡是有可能從主機(jī)中分離出去的熱源最好與主機(jī)分離。如電動機(jī)、液壓裝置、油箱等部件均應(yīng)分離出去。對于不能分離出去的，如主軸承、絲杠副、摩擦離合器等部件，應(yīng)改善其摩擦特性以減少發(fā)熱。對電動機(jī)、液壓裝置、油箱等部件不能從主機(jī)中分離出去時(shí)，可以采用隔熱材料將其與主機(jī)隔開。例如T4163B型單柱坐標(biāo)鏜床立柱的熱變形問題，就是采用加隔熱罩的方法來解決的。（5）強(qiáng)制冷

27、卻以控制溫升為了消除機(jī)床內(nèi)部熱源的影響，還可以采用強(qiáng)制冷卻的方法，如強(qiáng)制空氣冷卻、水冷、循環(huán)潤滑油冷卻等。均可以控制溫升，以減小變形。2）從工藝上采取措施（1）精加工前，應(yīng)當(dāng)讓機(jī)床空運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間，等到達(dá)到熱平衡后再加工。（2）在安排機(jī)床的區(qū)域內(nèi)，應(yīng)盡量保持穩(wěn)定的環(huán)境溫度，精密機(jī)床不允許陽光直接照射。（3）在加工大型精密零件時(shí)，不允許中途停車，應(yīng)連續(xù)加工完畢。（4）對于精密機(jī)床如坐標(biāo)鏜床、螺紋磨床等應(yīng)采取恒溫措施。（五）工件內(nèi)應(yīng)力對加工精度的影響1、內(nèi)應(yīng)力的概念及特點(diǎn)1）內(nèi)應(yīng)力的概念引起工件內(nèi)部應(yīng)力的原因去除以后，工件內(nèi)部仍存在有應(yīng)力，這種內(nèi)部應(yīng)力稱為殘余應(yīng)力。2）特點(diǎn)始終要求處于平衡狀態(tài)，外部

28、因素發(fā)生變化，內(nèi)應(yīng)力就會重新分布；隨著時(shí)間的推移，會逐漸減小，直到自行消失；殘余應(yīng)力的重新分布或自行消失都會引起工件的變形。2、產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力的原因及對加工精度的影響1）毛坯制造過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力在毛坯的鑄造過程中，由于工件毛坯的結(jié)構(gòu)復(fù)雜或各部分的壁厚不均，在澆鑄后的冷卻過程中，會造成坯件各部分的冷縮速度不相同及金相組織在不同溫度下的變化，產(chǎn)生內(nèi)部的相互牽制，從而使得工件內(nèi)部產(chǎn)生相當(dāng)大的內(nèi)應(yīng)力。例如圖7-34所示的機(jī)床床身的鑄造，由于上面的床腿及下面的導(dǎo)軌面冷卻較快，而中間部分冷卻較慢，繼續(xù)冷卻收縮時(shí)，受到外層的限制，則在內(nèi)層產(chǎn)生拉應(yīng)力；在外層產(chǎn)生壓應(yīng)力，處在暫時(shí)的平衡狀態(tài)。加工時(shí)，切掉一部分殘余

29、應(yīng)力層，將引起殘余應(yīng)力重新分布，造成床身的變形。2）切削過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力在切削過程中，由于力與熱的作用，使工件表層產(chǎn)生塑性變形并相應(yīng)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，造成加工后工件的變形。圖7-343）冷校直產(chǎn)生的殘余應(yīng)力絲杠類細(xì)長軸加工后，因在毛坯軋制時(shí)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力的重新分布，而產(chǎn)生彎曲變形，為糾正這種彎曲變形，常采用冷校直的方法。但校直后內(nèi)部仍存在有殘余應(yīng)力，再次加工或殘余應(yīng)力重新分布冷校直后的絲杠仍會產(chǎn)生新的變形。圖7-35因此，高精度的絲杠加工，不允許采用冷校直而是采用人工時(shí)效的方法來消除殘余應(yīng)力。如圖7-35所示：2減小或消除殘余應(yīng)力的措施1）合理設(shè)計(jì)零件結(jié)構(gòu)，盡量減少尺寸差異，以減少在毛坯制造階段

30、的殘余應(yīng)力；2）采取時(shí)效處理自然時(shí)效、人工時(shí)效是消除殘余應(yīng)力的有效措施。自然時(shí)效一般時(shí)間較長；人工時(shí)效包括熱時(shí)效和人工振動時(shí)效。其中人工振動時(shí)效方法簡單，節(jié)約能源，沒有氧化皮，殘余應(yīng)力消除徹底，是近年來普遍采用的方法。第二節(jié) 加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析前面對影響加工精度的各種因素進(jìn)行了分析，相應(yīng)也提出了保證加工精度的措施。但上述的不過是單因素分析法。在生產(chǎn)實(shí)際中，影響加工精度的因素往往是錯(cuò)綜復(fù)雜的，有時(shí)很難用單因素法來分析因果關(guān)系。而需采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法找出解決問題的途徑。一、加工誤差分類按其統(tǒng)計(jì)性質(zhì)的不同可分為系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差兩大類。（一）系統(tǒng)誤差1、常值系統(tǒng)誤差加工的一批零件中，所產(chǎn)生的大小和方

31、向都保持不變的誤差稱為常值系統(tǒng)誤差。例如加工原理誤差、機(jī)床、夾具、刀具的制造誤差及工藝系統(tǒng)受力變形等都屬于常值系統(tǒng)誤差。2、變值系統(tǒng)誤差加工一批零件中，所產(chǎn)生的大小和方向都按一定規(guī)律變化的誤差，稱為變值系統(tǒng)誤差。如機(jī)床、夾具、刀具等在熱平衡前的熱變形，刀具的磨損等都屬于變值系統(tǒng)誤差。（二）隨機(jī)誤差加工一批零件中，所產(chǎn)生的大小和方向不同且無規(guī)律變化的誤差，稱為隨機(jī)誤差。如毛坯的尺寸誤差，定位、夾緊誤差，殘余應(yīng)力引起的加工誤差。二、加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析方法（一）分布圖法1、實(shí)際分布圖-直方圖在同一工序中加工出的一批零件，由于誤差的影響，其尺寸的實(shí)際值必然大小不一，那么，把加工完的一批n個(gè)零件的尺寸全

32、部測量出來，然后按一定的尺寸（大?。╅g隔分成若干組；組內(nèi)同一尺寸間隔范圍內(nèi)的零件數(shù)量稱為頻數(shù)，用m表示；把 叫頻率。若以m或 為縱坐標(biāo)，零件尺寸間隔（中值）為橫坐標(biāo)，即可畫出該工序加工出一批n個(gè)零件加工尺寸的實(shí)際分布圖-直方圖。如圖7-36所示：圖7-36直方圖直觀地給出了加工尺寸的分布情況，但不能方便地對加工誤差進(jìn)行分析研究；為便于對加工誤差進(jìn)行分析研究，以理論正態(tài)分布曲線，代替實(shí)際的分布圖，這樣就可以按正態(tài)分布的基本規(guī)律去分析研究實(shí)際加工精度問題。2、正態(tài)分布曲線及其特點(diǎn)1）正態(tài)分布方程式式中：y-分布密度（概率密度），代表實(shí)際分布曲線時(shí)為X-分布曲線的橫坐標(biāo)（表示工件尺寸）； 算術(shù)平均值

33、，表示工件尺寸的平均值； e-自然對數(shù)（e=2.7182）； -圓周率;2)正態(tài)分布曲線的特點(diǎn)(1)曲線以 直線為軸左右對稱呈鐘形。如果改變 值,則分布曲線將沿橫坐標(biāo)平行移動,其曲線形狀不變。如圖7-37所示：圖7-37當(dāng) 時(shí),曲線有極大值因?yàn)榍€的縱坐標(biāo)y表示分布曲線的分布密度,所以要用頻數(shù)m表示縱坐標(biāo),則:(2)分布曲線與橫坐標(biāo)所圍成的面積包括了全部零件的數(shù)量(100%),其面積等于1;其中在確定 范圍內(nèi)的面積占99.73%,僅有0.27%的工件在 之外可以忽略不計(jì)。因此正態(tài)分布的分散范圍為(3)如果 不變只改變 值,則曲線形狀改變。但曲線所包圍的面積不變,始終為1。所以當(dāng)值愈小,曲線愈陡

34、峭,尺寸分散范圍就愈小,加工精度就愈高；反之則曲線愈平坦,尺寸分散范圍就愈大,加工精度就愈低。如圖7-38所示：圖7-383、分布曲線的應(yīng)用1) 確定各種加工方法所能達(dá)到的精度等級由于各種加工方法，在隨機(jī)性因素的影響下所得加工尺寸的分散規(guī)律符合正態(tài)分布。因而可以在多次統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上,為每一種加工方法求得它的標(biāo)準(zhǔn) 值。然后按尺寸分散范圍為6 的規(guī)律,即可確定各種加工方法的精度等級。2) 判斷工藝能力工藝能力系數(shù):圖7-393) 確定工件尺寸的合格率和廢品率如圖7-39所示：如果尺寸分散范圍大于零件的公差帶T，將有廢品產(chǎn)生。如圖所示，在曲線下面C、D兩點(diǎn)間的面積代表合格品的數(shù)量，而其余部分（圖中

35、陰影部分）表示廢品的數(shù)量。當(dāng)加工外圓時(shí)，圖左邊的陰影部分為不可修廢品，右邊的陰影部分為可修廢品。加工孔時(shí)，則恰恰相反。對于某一規(guī)定的x范圍的曲線面積，可由下面的積分式求得：在一定的Z值時(shí)，函數(shù)(Z)的數(shù)值等于加工尺寸在x范圍的概率。各種不同Z值的(Z)值見下表。4、利用分布曲線法分析加工誤差舉例在自動車床上加工一批滾子，直徑為 ，取其中25個(gè)工件，每個(gè)零件的尺寸測量結(jié)果如下：現(xiàn)利用分布曲線法分析其加工誤差1）繪制尺寸的實(shí)際分布圖或直方圖（1）收集數(shù)據(jù)本例取25件，找出最大值Xmax=18.05,最小值Xmin=17.89（2）確定尺寸的分散范圍（R）R=Xmax-Xmin=18.05-17.8

36、9=0.16（3）確定尺寸間隔，組距和分組數(shù)k分組數(shù) k = 為一般的簡單數(shù)字。（1、2、5；10、20、50；0.1、0.2、0.5；0.01、0.02、0.05)取 為0.01、0.02、0.05一組數(shù)，則本例中取k=8，也可以按右表的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值確定；尺寸間隔值（組距）（4）確定組的邊界值一般從全部數(shù)據(jù)中最小值一端開始，取最小值減去二分之一組距的位置，定為下邊界值。本例中最小值為17.89，二分之一組距為0.01，則下邊界值為17.89- 0.01= 17.88。然后再順序加上組距，即得第二組、第三組、-的邊界值。但最后一組應(yīng)包含該批數(shù)據(jù)的最大值。（5）確定組中值（即尺寸間隔中間值）Xi（6

37、）求頻數(shù)mi計(jì)算每組中包含的零件數(shù)（7）求平均尺寸（8）記錄各組數(shù)據(jù)，整理統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表如下表。（9）求均方根偏差（10）求曲線的最大縱坐標(biāo)及拐點(diǎn)的縱坐標(biāo)（11）根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，可繪出滾子的實(shí)際分布圖或直方圖如圖7-40所示。（12）判斷工序能力工藝能力系數(shù)所以不能保證加工精度，易出現(xiàn)廢品。（13）計(jì)算工件的合格率和廢品率在計(jì)算工件的合格率和廢品率之前，應(yīng)先確定工件的公差帶中心與分布曲線中心是否重合。如重合則面積F1、F2相等，本例中，工件的公差帶中心與分布曲線中心不重合，相差0.005mm,故應(yīng)分別計(jì)算F1、F2。合格率為：0.3944+0.4332=0.8276=82.76%廢品率為：1-0

38、.8276=0.1724=17.24%其中可修復(fù)的廢品為：0.5-0.4332=0.0668=6.68%不可修復(fù)的廢品為：0.5-0.3944=0.1056=10.56%5、分布曲線法分析加工誤差的優(yōu)缺點(diǎn)1）優(yōu)點(diǎn)（1）可判斷一個(gè)工序能否滿足加工要求，及加工零件的合格率和廢品率；（2）可判斷產(chǎn)生廢品的原因是常值系統(tǒng)誤差還是隨機(jī)誤差。2）缺點(diǎn)（1）不能反映工件的先后加工順序；（2）不能把變值系統(tǒng)誤差同隨機(jī)誤差區(qū)分開來；（3）不能反映工件在加工過程中誤差的變化規(guī)律，也不能圖7-41為正在進(jìn)行的工藝過程提供資料。（二）點(diǎn)圖法1、單值點(diǎn)圖按加工順序逐個(gè)地測量一批工件以工件的誤差（尺寸或形狀）為縱坐標(biāo)，以

39、工件的加工順序號為橫坐標(biāo)，即可繪出上圖7-41所示的點(diǎn)圖。為縮短點(diǎn)圖的長度，將m個(gè)零件為一組，以工件的組序?yàn)闄M坐標(biāo)，仍以工件的誤差為縱坐標(biāo)，同組各工件可根據(jù)尺寸大小分別點(diǎn)在同組序號的垂線上，即可得到縮短的點(diǎn)圖如圖7-42所示。1）繪制方法。將每m個(gè)零件誤差的平均值標(biāo)在點(diǎn)圖上，即 圖同時(shí)把每一組的極差（尺寸的最大值與最小值之差）畫在另一張點(diǎn)圖上，即R圖，用以顯示尺寸的分散程度，將兩者合在一起使用，稱為 - R圖。如所示。從點(diǎn)圖上可明顯看出變值系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差的影響。為進(jìn)一步顯示尺寸隨加工順序的變化趨勢，將變值系統(tǒng)誤差的影響在圖上表示出來，可繪制 如圖7-42所示。2：2) 判斷工序能力當(dāng)判斷某

40、一工序是否穩(wěn)定時(shí)，需在 上加上中心線及上下控制線。圖7-42（1）： 圖中心線：上控制線：（2）R圖中心線：3）例題：在無心磨床上磨削直徑為 軸件。按加工時(shí)間順序，每隔一段時(shí)間，隨機(jī)抽取45件，一般抽樣不少于100件，本例取200件，每次5件，共取40次。表中數(shù)據(jù)為基本尺寸減去實(shí)測尺寸的差值。（1）計(jì)算各組的平均值 和極差R（2）計(jì)算總平均值和極差的平均值（3）確定各控制線對于 圖對于R圖（4）在方格線紙上畫 出如圖7-43所示。（5）計(jì)算工序能力系數(shù)圖7-43（6） 的觀察分析由于 能夠滿足加工要求。（I）從 圖看出，A、B兩處共有5個(gè)點(diǎn)子超出上控制線Ks，C、D兩處共有4個(gè)點(diǎn)子超出下控制線

41、Kx，說明工藝過程在該處出現(xiàn)了異常變化，應(yīng)查明問題及時(shí)解決；（II）在R圖中有E、F兩點(diǎn)在Ks線以上，可以判斷本工序是不穩(wěn)定的。3）點(diǎn)圖分析法特點(diǎn)（1）平均值線（中心線）反映出每一瞬時(shí)尺寸的分散中心，其變化反映了變值系統(tǒng)誤差隨時(shí)間的變化規(guī)律；（2）中心線的起始點(diǎn)，則可以看出常值系統(tǒng)誤差的大小和影響；（3）上下控制線的寬度反映出每一瞬時(shí)尺寸的分散范圍，即隨機(jī)誤差隨時(shí)間的變化規(guī)律。三、保證和提高加工精度的途徑1、直接消除或減小加工誤差 查明產(chǎn)生加工誤差的主要原因以后，設(shè)法直接消除或減小之。如車削細(xì)長軸，進(jìn)給抗力Fx和切深抗力Fy，都會使軸在加工過程中彎曲，F(xiàn)y引起的彎曲可以采用加跟刀架預(yù)以消除；而

42、Fx引起的彎曲則可以采用反向走刀切削法，車床尾架裝浮動頂尖，可以有效減小加工過程中工件熱深長的影響。如圖7-45所示：圖7-452、誤差補(bǔ)償法人為制造一種新的誤差，去抵消存在的誤差。如前所述搖臂鉆床，預(yù)先制造使搖臂上傾的誤差，以抵消因主軸箱，搖臂自重下垂的誤差。3、轉(zhuǎn)移誤差法 把誤差轉(zhuǎn)移到不影響加工精度的部件或方向上去的方法。如鏜模法鏜孔，就是把主軸的回轉(zhuǎn)誤差，轉(zhuǎn)移到不影響加工精度的浮動連軸器上去的。在六角車床刀具調(diào)整中，將刀具垂直安裝，這樣就使六角轉(zhuǎn)塔的轉(zhuǎn)位誤差轉(zhuǎn)移到不影響加工精度的方向上去了，如圖7-46所示：圖7-464、“就地加工法”自己加工自己。如車床主軸孔與尾架頂尖孔有較高的同軸度

43、，分別加工不易保證，那么在主軸孔安裝刀桿鏜削尾架頂尖孔，則易于保證加工精度。5、誤差抵消法 利用誤差本身的規(guī)律性，部分或全部抵消所造成的加工誤差。如由于銑床主軸軸線于工作臺面的垂直度誤差，造成加工表面下凹的形狀誤差，采用銑刀軸線橫向多次移位走刀加工，由于多次移位走刀，使下凹的形狀誤差得到部分抵消。如圖7-48所示：6、誤差均化法 利用有密切聯(lián)系的表面，進(jìn)行互檢互研，使加工誤差得到均化。如檢驗(yàn)平臺的研磨，就是采用誤差均化法得到的。7、控制誤差法 現(xiàn)代機(jī)械加工中，采用自動跟蹤測量、自動補(bǔ)償，直至達(dá)到規(guī)定的尺寸公差值。如閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床加工，就是采用控制誤差法獲得加工精度的。圖7-48第三節(jié) 機(jī)械

44、加工表面質(zhì)量一、表面質(zhì)量的基本概念加工零件時(shí)，不僅要求應(yīng)具有一定的加工精度，而且也應(yīng)具有一定的表面質(zhì)量。通常表面質(zhì)量應(yīng)包括以下兩個(gè)方面的內(nèi)容：（一）表面粗糙度 指經(jīng)機(jī)械加工的零件表面產(chǎn)生微小的峰谷的高低程度和間距所組成的微觀幾何形狀特性。其評定參數(shù)主要有高度評定參數(shù)Ra、Rz、Ry。（二）表面物理機(jī)械性能1、表面冷硬程度和深度由于加工中受到擠壓使表面的顯微硬度增加，這種現(xiàn)象稱為冷作硬化或冷硬現(xiàn)象。冷硬厚度一般為0.050.20mm。 2、表面層的金相組織變化 切削區(qū)溫度升高到金相組織變化的臨界點(diǎn)時(shí)，工件表面層就會產(chǎn)生金相組織變化。特別是磨削時(shí)，切削區(qū)溫度高達(dá)8001000C，極易產(chǎn)生金相組織變

45、化或燒傷現(xiàn)象。同時(shí)還伴隨產(chǎn)生殘余應(yīng)力。3、零件表面層殘余應(yīng)力 由于加工過程中，切削層金屬在力與熱的作用下，而產(chǎn)生殘余應(yīng)力。二、表面質(zhì)量對零件使用性能的影響（一）表面質(zhì)量對零件耐磨性的影響表面粗糙度大的表面，在相互接觸時(shí)只是少數(shù)微觀凸峰相接觸，實(shí)際接觸面要比理論接觸面小得多，接觸應(yīng)力大，當(dāng)兩個(gè)接觸面有相互運(yùn)動時(shí)，接觸處的凸峰就產(chǎn)生了彈性變形、塑性變形和剪切、而造成嚴(yán)重的磨損。因此，一般情況下，表面粗糙度小的表面，耐磨性好。表面粗糙度過小，則表面不能儲存潤滑油，使接觸面產(chǎn)生“粘合”現(xiàn)象，反而使磨損加劇。 一定程度的冷硬層可提高表面的耐磨性，而加工時(shí)高溫產(chǎn)生的回火組織將會降低零件表面的耐磨性。（二）

46、表面質(zhì)量對零件疲勞強(qiáng)度的影響 粗糙的表面，在交變應(yīng)力作用下，易產(chǎn)生應(yīng)力集中而降低零件表面質(zhì)量對零件疲勞強(qiáng)度；殘余壓應(yīng)力由于與外載荷產(chǎn)生的拉應(yīng)力方向相反，抵消部分拉應(yīng)力，因而可提高零件表面的疲勞強(qiáng)度；而殘余拉應(yīng)力則降低零件表面的疲勞強(qiáng)度。（三）表面質(zhì)量對零件配合性質(zhì)的影響 無論那一類配合粗糙的表面都會影響配合性質(zhì)的可靠性和穩(wěn)定性。如間隙配合，粗糙的表面，由于接觸時(shí)只有少數(shù)微觀凸峰相接觸，接觸應(yīng)力大，微觀凸峰會早期被磨除，使配合間隙過大。 表面殘余應(yīng)力，重新分布或消失，會使零件產(chǎn)生變形，從而影響配合的可靠性。（四）表面質(zhì)量對零件表面耐腐蝕的影響 粗糙的表面，其凹部易儲存腐蝕介質(zhì)，特別是在表面裂紋中

47、作用嚴(yán)重。腐蝕過程往往是通過凹谷處的微小裂紋向金屬內(nèi)部進(jìn)行，直至侵蝕的裂紋擴(kuò)展相交時(shí)，表面的凸峰從表面上脫落而又形成新的凹面，此后侵蝕的作用重新進(jìn)行。因此，表面越粗糙，凹處越尖，就越容易被腐蝕。一般粗糙度小，表面光潔其耐腐蝕性越好。三、影響表面質(zhì)量的因素（一）刀具切削加工的影響 切削加工后的表面粗糙度，是由刀具切削刃相對工件運(yùn)動，在已加工表面上遺留下來的切削層的殘留面積形成的。切削層殘留面積的高度越大，表面越粗糙。影響切削加工后表面粗糙度的因素，包括刀具幾何參數(shù)、切削用量、工件材料性質(zhì)、工藝系統(tǒng)剛度及冷卻液性能等。1、刀具幾何參數(shù) 對于車削，主要是刀刃直線部分形成的表面粗糙度，可由下圖7-49

48、的幾何關(guān)系導(dǎo)出。如切削深度和進(jìn)給量都較小時(shí)，則加工后表面粗糙度，主要是由刀尖圓弧部分形成的。如圖所示，凹谷深度H與刀尖圓弧半徑r的關(guān)系如下：圖7-49從上述幾何關(guān)系式可以看出，不變時(shí)，減小刀具的主偏角Kr、副偏角Kr，就可以減小表面殘留面積的高度值H；增大刀具前角可以減小刀具前刀面擠壓切削層金屬的塑性變形；增大刃傾角s可以使刀具實(shí)際的前角加大，因而，也可以降低表面粗糙度。2、切削用量進(jìn)給量的影響，從上式可以看出， 的影響是比較明顯地，切削速度越高時(shí)，進(jìn)給量越小，表面粗糙度值越小。圖7-50切削速度對表面粗糙度的影響如圖7-50所示，切削塑性材料時(shí)，切削速度很低或很高，不易產(chǎn)生積屑瘤；切削速度愈

49、高，切削中的切屑、加工表面的塑性變形程度也就愈小。因此，表面粗糙度值就減小。當(dāng)=0.161.3m/s時(shí)，容易產(chǎn)生積屑瘤，表面較為粗糙。切削脆性材料時(shí)，不產(chǎn)生積屑瘤，故切削速度對表面粗糙度值影響很小，但增大時(shí)，切屑與已加工表面分離處的崩碎范圍會減小，因而表面粗糙度值也會相應(yīng)減小。3、其它方面 當(dāng)切削脆性材料時(shí)，切屑呈碎粒狀，加工表面往往會出現(xiàn)微粒崩碎痕跡，留下許多麻點(diǎn)，增大了表面粗糙度；冷卻潤滑液具有降溫減摩作用，有利于降低表面粗糙度；工藝系統(tǒng)振動對表面粗糙度也有一定的影響。減弱或消除工藝系統(tǒng)振動可有效降低表面粗糙度。（二）磨削加工對表面粗糙度的影響磨削機(jī)理與切削機(jī)理不同，因而對表面粗糙度的影響

50、也不相同。1、砂輪工作表面的幾何形態(tài) 由磨削機(jī)理知，砂輪磨料的粒度越細(xì)，在單位時(shí)間內(nèi)，通過工件單位面積上的磨粒數(shù)越多，圖7-51在工件表面上的磨痕就越細(xì)密，表面粗糙度值也就越小。如圖7-51所示，給出了砂輪磨料的粒度與表面粗糙度之間的關(guān)系。但過細(xì)的砂輪磨料粒度，磨削時(shí)易堵塞砂輪表面，反而降低了砂輪的切削性能，磨削熱增加，使工件表面層出現(xiàn)燒傷及裂紋。所以磨削時(shí)要選擇合適的，砂輪磨料的粒度。2、磨削用量 包括砂輪線速度sh、工件圓周進(jìn)給線速度、切削深度ap、縱向進(jìn)給量等要素。提高砂輪線速度，通過工件單位面積上的磨粒數(shù)越多，因而，表面粗糙度值就越小。同時(shí)可提高生產(chǎn)率。增加工件速度、切削深度和進(jìn)給量時(shí)

51、，將使磨削表面塑性變形程度加劇，而增大表面粗糙度。其影響關(guān)系如下圖7-52所示：圖7-52二、影響表面物理機(jī)械性能的因素（一）影響表面冷硬程度和冷硬深度的因素1、刀具 刀具刃口圓角的增大及后刀面的磨損增加，都會增加切削層金屬的塑性變形，因而會增大表面冷硬程度和冷硬深度。2、切削用量 切削用量中以切削速度和進(jìn)給量影響最大。當(dāng)增大切削速度時(shí)，刀具與工件的接觸時(shí)間短，加工表面層金屬來不及充分的塑性變形，所以變形程度減小。同時(shí)增大切削速度，工件的溫度升高，這有助于冷硬的恢復(fù)。冷硬程度和冷硬深度都有所減小。如圖7-53所示。圖7-53進(jìn)給量增加時(shí)，切削力增大，塑性變形也增大，冷硬現(xiàn)象加重。當(dāng)進(jìn)給量小到一

52、定數(shù)值時(shí)（如車削=0.030.06mm/r）進(jìn)給量愈小冷硬現(xiàn)象反而愈嚴(yán)重。如上圖中的線。這是因?yàn)檫M(jìn)給量過小時(shí)，刀具刃口沒有切削作用，而只有擠壓，使加工表面層金屬塑性變形增加，從而加重了冷硬現(xiàn)象。3、工件材料 被加工材料的塑性愈好，硬度愈低，則加工后的冷硬現(xiàn)象越嚴(yán)重。（二）影響表面層金相組織變化的因素 磨削比切削產(chǎn)生的熱量大得多，因此。磨削是影響表面層金相組織變化的主要因素。1、磨削用量由實(shí)驗(yàn)可知，磨削深度增加時(shí)，無論是工件表面的溫度還是表面層不同深度的溫度，都會隨之升高，使燒傷加劇。在縱向磨削時(shí) ，縱向進(jìn)給量增加，工件表面層和表面層下不同深度的溫度將降低，使燒傷減輕。為彌補(bǔ)因縱向進(jìn)給量增加使工

53、件表面粗糙度增加的缺陷，可采用較寬的砂輪磨削。當(dāng)工件速度增加時(shí)，磨削區(qū)的溫度會上升，但隨工件速度的提高，相當(dāng)于磨削熱源在工件表面上移動速度加快，從而減少了熱源的作用時(shí)間，使磨削表面的溫度下降。因此，它的影響比磨削深度的影響要小得多。提高工件速度又會導(dǎo)致工件表面粗糙度增加。為彌補(bǔ)這一缺陷，一般可提高砂輪速度。2、冷卻方法 有效的冷卻方法是降低磨削區(qū)溫度減少磨削燒傷的最佳措施。目前通用的冷卻方法，實(shí)際上冷卻液不易進(jìn)入磨削區(qū)，而是大量注入已加工表面，不易避免磨削區(qū)的燒傷。目前已從砂輪結(jié)構(gòu)上采取措施，使冷卻液直接進(jìn)入磨削區(qū)，以充分發(fā)揮冷卻作用。（三）影響表面殘余應(yīng)力的因素1、冷塑性變形的影響 在切削力

54、的作用下，表面層金屬產(chǎn)生塑性變形，比容增大，體積膨脹，受到四周金屬基體的阻礙，因而產(chǎn)生壓應(yīng)力，而里層則產(chǎn)生拉應(yīng)力。2、熱塑性變形的影響 加工中，切削區(qū)的溫度很高，使工件表面層受熱膨脹，由于受到溫度較低的金屬基體的阻礙，結(jié)果產(chǎn)生熱壓縮應(yīng)力。當(dāng)表面層的溫度超過相變溫度時(shí)，就會產(chǎn)生熱塑性壓縮變形。切削結(jié)束后，溫度逐漸下降到與金屬基體一致時(shí)，因?yàn)楸砻鎸右旬a(chǎn)生的熱塑性變形受到基體的限制，從而在表面層產(chǎn)生拉應(yīng)力。3、金相組織的影響 機(jī)械加工時(shí)，工件受熱和受冷的過程中，表面層金相組織發(fā)生變化，由于各種不同的金相組織的比重和比容不同（馬氏體組織比重最小為7.55,比容最大；奧氏體比比重最大為7.86，比容最小

55、），所以表面層金相組織的變化，會引起體積的變化。當(dāng)表面層體積膨脹時(shí)，受到基體的限制，將產(chǎn)生壓應(yīng)力。當(dāng)表面層體積收縮時(shí)，受到基體的牽制作用，將產(chǎn)生拉應(yīng)力。如磨削淬火鋼時(shí)，高溫的作用，使表面層金屬由原來的馬氏體組織轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗鹚魇象w或屈氏體，此時(shí)，體積縮小，則產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。如磨削高溫超過750800c，并快速冷卻，還會出現(xiàn)二次淬火，表面層產(chǎn)生二次淬火馬氏體，體積膨脹，則表層產(chǎn)生壓應(yīng)力，里層產(chǎn)生拉應(yīng)力。第四節(jié) 機(jī)械加工中的振動切削加工中，工藝系統(tǒng)常會產(chǎn)生振動，振動對切削加工是有害的。會降低機(jī)床、刀具壽命，降低生產(chǎn)率及工件表面質(zhì)量。為此，應(yīng)積極采取消振措施，來提高零件的加工質(zhì)量。金屬切削加工中的振動主

56、要有兩種形式：強(qiáng)迫振動和自激振動。一、 強(qiáng)迫振動（一）強(qiáng)迫振動概念及產(chǎn)生的原因1、強(qiáng)迫振動概念 在外界周期性干擾力持續(xù)作用下，工藝系統(tǒng)被迫產(chǎn)生的振動。2、產(chǎn)生強(qiáng)迫振動的原因工藝系統(tǒng)內(nèi)部原因1）高速回轉(zhuǎn)零件的不平衡所產(chǎn)生的離心力，引起的振動。如，電機(jī)轉(zhuǎn)子，砂輪，刀桿等。當(dāng)存在質(zhì)量不平衡時(shí)，都會引起振動。2）傳動機(jī)構(gòu)缺陷三角皮帶的厚度不均、皮帶接頭、往復(fù)換向的沖擊等都會引起振動。3）切削沖擊如不連續(xù)的車削、銑削等，由于切削時(shí)的沖擊而產(chǎn)生振動。4) 液壓傳動系統(tǒng)的壓力脈動。工藝系統(tǒng)外部原因1）附近有鍛壓機(jī)、沖床等設(shè)備的脈動沖擊。2）建筑物承載結(jié)構(gòu)的振動通過地基傳給機(jī)床。（二）減少或消除強(qiáng)迫振動的措施

57、1、減少或消除振源的激振力如精確平衡各回轉(zhuǎn)零件、部件、電動機(jī)的轉(zhuǎn)子和砂輪，不但要做靜平衡，更要進(jìn)行動平衡；提高軸承的制造精度和裝配質(zhì)量。2）隔振在振動的傳遞路線中，安裝具有彈性性能的隔振裝置，以吸收振源能量。如將機(jī)床安置在防震地基上，在振源與刀具和工件之間設(shè)置彈簧或橡皮墊等。3）提高工藝系統(tǒng)的動剛度及阻尼使強(qiáng)迫振動的頻率，遠(yuǎn)離系統(tǒng)的固有頻率o，避開共振區(qū)。刮研接觸面，提高零部件的接觸剛度，調(diào)整鑲條加強(qiáng)連接剛度等。4）減小切削時(shí)的沖擊通過改變刀具轉(zhuǎn)速或機(jī)床結(jié)構(gòu)，保證刀具沖擊頻率，遠(yuǎn)離機(jī)床共振頻率及其倍數(shù)；增加刀齒齒數(shù)，減小切削用量，以便減小切削力，設(shè)計(jì)不等齒距的銑刀等。5）采用減振器和阻尼器二、

58、自激振動（一）自激振動的概念及特點(diǎn)1、自激振動的概念由于外界偶然因素刺激而產(chǎn)生振動時(shí)，支持振動的變動力是振動中產(chǎn)生的，并受到振動的控制，當(dāng)振動停止時(shí)，變動力消失，這種振動就稱為自激振動。2、自激振動的特點(diǎn)1）支持振動的變動力是振動中產(chǎn)生的，并受到振動的控制；2）自激振動的頻率決定于系統(tǒng)本身的固有頻率；3）自激振動是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，而且是一個(gè)正反饋系統(tǒng)，如不加以抑制，振動會越來越大，對系統(tǒng)將帶來嚴(yán)重后果，因此在切削加工過程中，必須消除自激振動。雖然對自激振動進(jìn)行了大量的研究，但至今尚無成熟的理論來解釋在各種狀態(tài)下產(chǎn)生自激振動的原因?，F(xiàn)僅將幾種主要的學(xué)說介紹如下：（二）產(chǎn)生自激振動的幾種學(xué)說1、負(fù)摩

59、擦自振原理在切削塑性材料時(shí)，由切削原理知，徑向切削分力Fy開始隨切削速度的增加而增大，自某一速度開始，隨切削速度的增加而下降。在力速度曲線下降區(qū)，極易引起自激振動。 徑向切削分力Fy主要取決于切屑與刀具相對運(yùn)動所產(chǎn)生的摩擦力，F(xiàn)y的變化，代表切屑與刀具間的摩擦力的變化。如圖7-54所示，把振動系統(tǒng)簡化為單自由系統(tǒng)，刀具僅能作y方向的運(yùn)動。另圖為徑向切削分力Fy與切屑和前刀面相對滑動速度的關(guān)系曲線。在穩(wěn)定切削時(shí)，工件表面的線速度為，則刀具和切屑的相對滑動速度為 為切屑收縮系數(shù)。當(dāng)?shù)毒甙l(fā)生振動時(shí)，前刀面與切屑的相對滑動速度要附加一個(gè)振動速度 刀具切入工件時(shí)，相對滑動速度為 刀具退出工件時(shí)，相對滑動速度為 它們分別對應(yīng)徑向切削分力 所以刀具切入的半個(gè)周期中，切削力所做的負(fù)功小于刀具切出的半個(gè)周期中所