Ch5單元5 機(jī)械加工精度與表面質(zhì)量的分析與控制

機(jī)械加工精度與表面質(zhì)量

的分析與控制單元52/1/20231了解加工誤差、加工精度和表面質(zhì)量的概念掌握獲得加工精度、表面質(zhì)量的方法了解影響加工精度、表面質(zhì)量的各種因素，掌握減少加工誤差，保證和提高零件機(jī)械加工質(zhì)量的工藝措施及途徑了解用概率統(tǒng)計方法判斷加工誤差的性質(zhì)及工序能力知識目標(biāo)2/1/20232能根據(jù)生產(chǎn)實際加工出的零件，能統(tǒng)計分析影響零件加工精度與加工質(zhì)量的工藝因素，并提出針對性的工藝改善措施和解決方案。技能目標(biāo)2/1/20233相關(guān)知識一、加工精度與加工誤差概述加工精度是指零件加工后的實際幾何參數(shù)(尺寸、形狀和位置)與理想幾何參數(shù)的符合程度。符合程度越高，加工精度就越高。由于機(jī)械加工中的種種原因，實際加工出的零件不可能做得與理想零件完全一致，總會有大小不同的偏差，這種偏差即加工誤差。2/1/20234尺寸精度：尺寸精度是指加工后零件表面本身或表面之間的實際尺寸與理想尺寸之間的符合程度。形狀精度：形狀精度是指加工后零件各表面的實際形狀與表面理想形狀之間的符合程度。位置精度：位置精度是指加工后零件表面之間的實際位置與表面之間理想位置的符合程度。機(jī)械加工精度包括尺寸精度、形狀精度和位置精度三個方面：2/1/20235通過試切—測量—調(diào)整—再試切，反復(fù)進(jìn)行到工件尺寸達(dá)到規(guī)定要求為止獲得加工精度的方法1.獲得尺寸精度的方法試切法試切法：2/1/20236調(diào)整法：先調(diào)整好刀具和工件在機(jī)床上的相對位置，并在一批零件的加工過程中保持這個位置不變，以保證工件被加工尺寸。調(diào)整法1－擋鐵2、3、4定位元件5－導(dǎo)向元件如在多刀車床或六角自動車床上加工軸類零件、在銑床上銑槽、在無心磨床上磨削外圓及在搖臂鉆床上用鉆床夾具加工孔系等。2/1/20237定尺寸刀具法：通過刀具的相應(yīng)尺寸保證加工表面的尺寸精度。如在加工孔、鍵槽或成型面時，采用的具有一定尺寸精度的鉆頭、擴(kuò)孔鉆、鉸刀、拉刀、槽銑刀等來保證工件的加工尺寸。自動控制法：將測量、進(jìn)給裝置和控制系統(tǒng)組成一個自動加工系統(tǒng)，通過自動測量和數(shù)字控制裝置，在達(dá)到尺寸精度后自動停止加工。如早期的機(jī)械—液壓控制系統(tǒng)和目前多采用的數(shù)控機(jī)床加工。2/1/20238刀尖軌跡法：通過刀尖運動的軌跡來獲得形狀精度的方法。成形法：利用成形刀具對工件加工獲得形狀精度的方法。展成法：利用刀具和工件作展成切削運動進(jìn)行加工的方法。2.獲得形狀精度的方法形狀精度的獲得方法（a）用軌跡法車削零件（b）用成形法刨削零件（c）成形法銑削齒輪（d）用展成法加工齒輪2/1/20239直接找正定位法：用劃針或百分表直接在機(jī)床上找正工件位置。劃線找正定位法：先按零件圖在毛坯上劃好線，再以所的劃線為基準(zhǔn)找正它在機(jī)床的位置。夾具定位法：在機(jī)床上安裝好夾具，工件放在夾具中定位。機(jī)床控制法：利用機(jī)床的相對位置精度保證位置精度。3.獲得位置精度的方法2/1/202310工件裝夾方法a）磨孔時直接找正b）刨削時直接找正2/1/202311工件裝夾方法c）按劃線找正裝夾d）用專用夾具裝夾2/1/202312前面提到，加工誤差是指零件在加工后的尺寸、形狀或位置等實際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)的偏離程度。二、工藝系統(tǒng)原始誤差造成零件加工誤差的原因是由于在加工前和加工過程中，工藝系統(tǒng)存在的許多誤差因素，統(tǒng)稱為原始誤差。機(jī)械加工時，機(jī)床、夾具、刀具和工件所構(gòu)成的一個完整系統(tǒng)，稱為工藝系統(tǒng)。原始誤差的分類見下頁圖所示。為了保證零件的加工精度，必須采取措施消除或減少原始誤差對加工精度的影響。（一）.工藝系統(tǒng)原始誤差的概念2/1/202313原始誤差的分類2/1/202314原始誤差分為：與工藝系統(tǒng)初始狀態(tài)有關(guān)的原始誤差(幾何誤差)和與工藝過程有關(guān)的原始誤差(動誤差)。加工過程中可能出現(xiàn)的種種原始誤差歸納如下:其中“幾何誤差”包括原理誤差、定位誤差、調(diào)整誤差、刀具誤差、夾具誤差(工件相對于刀具在靜止?fàn)顟B(tài)下已存在的誤差)和機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差、機(jī)床導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差、機(jī)床傳動誤差(工件相對于刀具在運動狀態(tài)下已存在的誤差)，“動態(tài)誤差”包括工藝系統(tǒng)受力變形(包括夾緊變形)、工藝系統(tǒng)受熱變形、刀具磨損、測量誤差、工件殘余應(yīng)力引起變形等。2/1/202315原理誤差是由于采用了近似的加工運動或近似的刀刃輪廓而產(chǎn)生的誤差。因為它在加工原理上存在誤差，故稱原理誤差。（二）.加工原理誤差及其對加工精度的影響原理誤差在允許范圍內(nèi)是可行的。再如在用滾刀加工漸開線齒輪時，由于漸開線蝸桿制造較困難，就采用阿基米得蝸桿或法向直廓蝸桿代替漸開線蝸桿，從而導(dǎo)致滾刀刀刃輪廓的誤差。例如，在車削或磨削模數(shù)螺紋時，由于其導(dǎo)程，式中有這個無理因子，在用配換齒輪來得到導(dǎo)程數(shù)值時，無法得到完全準(zhǔn)確的運動聯(lián)系，因此就存在原理誤差。2/1/202316工藝系統(tǒng)的幾何誤差主要是指機(jī)床、刀具和夾具本身在制造時所產(chǎn)生的誤差，以及使用中產(chǎn)生的磨損和調(diào)整誤差。這類原始誤差在加工過程開始之前已客觀存在，并在加工過程中反映到工件上去，形成零件的加工誤差。（三）.工藝系統(tǒng)的幾何誤差及對加工精度的影響2/1/202317下面主要分析對工件加工精度影響較大主軸回轉(zhuǎn)誤差、導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差和傳動鏈的傳動誤差。1.機(jī)床的幾何誤差機(jī)床的制造誤差、安裝誤差以及使用中的磨損，都直接影響工件的加工精度，其中主要是機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)運動、機(jī)床導(dǎo)軌直線運動和機(jī)床傳動鏈的誤差。2/1/202318由于機(jī)床主軸部件在制造、裝配、使用中等各種因素的影響，會使主軸產(chǎn)生回轉(zhuǎn)運動誤差。主軸的回轉(zhuǎn)運動誤差，直接影響被加工工件的加工精度，尤其是在精加工時，機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)誤差往往是影響工件圓度誤差的主要因索。如坐標(biāo)鏜床、精密車床和精密磨床，都要求主軸有較高的回轉(zhuǎn)精度。a.主軸回轉(zhuǎn)運動誤差的概念。①主軸的回轉(zhuǎn)運動誤差。2/1/202319其誤差形式可以分解為:軸向竄動、徑向跳動和純角度擺動三種，如右圖所示。主軸回轉(zhuǎn)運動誤差的基本形式

(d)2/1/202320軸向竄動是指瞬時回轉(zhuǎn)軸線沿平均回轉(zhuǎn)軸線方向的軸向運動，如圖(a)所示。它主要影響工件的端面形狀和軸向尺寸精度。徑向跳動是指瞬時回轉(zhuǎn)軸線平行于平均回轉(zhuǎn)軸線的徑向運動量。如圖(b)所示。它主要影響加工工件的圓度和圓柱度。純角度擺動是指瞬時回轉(zhuǎn)軸線與平均回轉(zhuǎn)軸線成一傾斜角度做公轉(zhuǎn)，如圖(c)所示。它對工件的形狀精度影響很大，如車外圓時會產(chǎn)生錐度。2/1/202321實際上，主軸回轉(zhuǎn)誤差的三種基本形式是同時存在的，如圖(d)所示。在主軸回轉(zhuǎn)過程中，上述三種形式同時存在，以一種綜合的結(jié)果表現(xiàn)出來，如上圖

(d)所示，在任意瞬間，主軸的回轉(zhuǎn)中心的實際位置是難以預(yù)測的，因此這種現(xiàn)象也稱為主軸軸心漂移。

(d)2/1/202322b.主軸回轉(zhuǎn)誤差對加工精度的影響。主軸的軸向竄動：主軸的純軸向竄動對內(nèi)、外圓表面的加工沒有影響（非敏感方向），但是在加工端面時，會使端面與內(nèi)、外圓軸線垂直度受到較大影響，會使車出的端面與圓柱面不垂直。加工螺紋時，會出現(xiàn)螺距誤差。因此，對機(jī)床主軸軸向竄動(端面圓跳動)的幅值通常都有嚴(yán)格的要求，如精密車床的主軸端面圓跳動規(guī)定為2～3μm,甚至更嚴(yán)格。2/1/202323主軸的徑向圓跳動：主軸的徑向圓跳動會使工件產(chǎn)生圓度誤差，加工方法不同，影響程度也不盡相同。車削時，主軸徑向回轉(zhuǎn)誤差對工件的圓度影響很小，車削出的工件表面接近于正圓。主軸的徑向圓跳動對車削的影響2/1/202324主軸的徑向圓跳動對鏜削的影響鏜削時，鏜刀鏜出的孔是橢圓形的，其圓度誤差為A。2/1/202325主軸純角向擺動：主軸純角向擺動可區(qū)分為兩種情況：一種是幾何軸線相對平均軸線在空間成一定錐角的圓錐軌跡。若沿與平均軸線垂直的各個截面來看，相當(dāng)于幾何軸心繞平均軸心作偏心運動，因此，無論是車削還是鏜削，都能獲得一個正圓柱，只是各截面的偏心量有所不同而存在圓柱度誤差。另一種是幾何軸線在某一平面內(nèi)作角向擺動，若其頻率與主軸回轉(zhuǎn)頻率相一致，沿與平均軸線垂直的各個截面來看，車削表面是一個圓，以整體而論車削出來的工件是一個圓柱，其半徑等于刀尖到平均軸線的距離；鏜削內(nèi)孔時，在垂直于主軸平均軸線的各個截面內(nèi)都形成橢圓，就工件內(nèi)表面整體來說，鏜削出來的是一個橢圓柱孔。2/1/202326純角度擺動對鏜孔的影響O—工件孔軸心線；Om—主軸回轉(zhuǎn)軸心線2/1/202327影響主軸回轉(zhuǎn)精度的因素軸回轉(zhuǎn)軸心線的運動誤差不僅和主軸部件的制造精度有關(guān)，而且還和切削過程中主軸受力、受熱后的變形有關(guān)。但主軸部件的制造精度是主要的，是主軸回轉(zhuǎn)精度的基礎(chǔ)，它包含軸承誤差、軸承間隙、與軸承相配合零件的誤差等。2/1/202328軸頸與軸套孔圓度誤差引起的徑向跳動車床類機(jī)床主軸的受力對加工精度影響鏜床類機(jī)床主軸的受力對加工精度影響2/1/202329滾動軸承的幾何誤差（a）軸承孔與滾道有同軸度誤差（b）滾道不圓；（c）滾道有波度（d）滾動體不圓2/1/202330機(jī)床導(dǎo)軌是機(jī)床工作臺或刀架等實現(xiàn)直線運動的主要部件，其制造和裝配精度是影響直線運動精度的主要因素。導(dǎo)軌誤差對零件的加工精度產(chǎn)生直接的影響。②機(jī)床導(dǎo)軌誤差。2/1/202331a.機(jī)床導(dǎo)軌在水平面內(nèi)直線度誤差的影響如下頁圖所示，使刀尖在水平面內(nèi)產(chǎn)生位移Δy，造成工件在半徑方向上的誤差ΔR。此項誤差對于普通車床和外圓磨床，直接反映在被加工工件表面的法向方向，該方向為車和外圓磨外圓時的誤差敏感方向，對加工精度影響極大，使工件產(chǎn)生圓柱度誤差（鞍形或鼓形）。2/1/202332車床導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差引起的誤差2/1/202333如下圖所示，車床導(dǎo)軌在垂直方向存在誤差△Z，車削外圓時，刀尖位移△Z，造成工件在半徑方向上產(chǎn)生誤差△R。b.機(jī)床導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)直線度誤差的影響可見其對零件的形狀精度影響甚小(誤差的非敏感方向)。2/1/202334但是，導(dǎo)軌在垂直方向上的誤差對平面磨床、龍門刨床、銑床等將引起法向位移，其誤差直接反映到工件的加工表面(誤差敏感方向)，造成水平面上的形狀誤差。龍門刨床導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度誤差引起的誤差2/1/202335車床導(dǎo)軌間的平行度誤差c.機(jī)床導(dǎo)軌間平行度誤差的影響如右圖所示，車床兩導(dǎo)軌的平行度產(chǎn)生誤差(扭曲)，使鞍座產(chǎn)生橫向傾斜，刀具產(chǎn)生位移△y，造成加工誤差。刀架沿床身導(dǎo)軌做縱向進(jìn)給運動時，刀尖的運動軌跡是一條空間曲線，使工件產(chǎn)生圓柱度誤差。一般車床H/B≈2/3，外圓磨床H≈B，這項原始誤差對加工精度的影響不容忽視。由于Δ在縱向不同位置處的值不同，因此加工出的工件產(chǎn)生圓柱度誤差（鞍形、鼓形或錐度等）。2/1/202336當(dāng)在車床類或磨床類機(jī)床上加工工件時，如果導(dǎo)軌與主軸軸心線不平行，則會引起工件的幾何形狀誤差。d.機(jī)床導(dǎo)軌對主軸軸心線平行度誤差的影響例如，車床導(dǎo)軌與主軸軸心線在水平面內(nèi)不平行，會使工件的外圓柱表面產(chǎn)生錐度;在垂直面內(nèi)不平行時，會使工件成馬鞍形。2/1/202337③機(jī)床的傳動鏈誤差對于某些加工方法，為保證工件的精度，要求工件和刀具間必須有準(zhǔn)確的傳動關(guān)系。例如，車或磨螺紋、滾齒、插齒以及磨齒等，要求刀具和工件之間必須具有準(zhǔn)確的傳動比。例如，車削螺紋時，要求工件每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀具走一個行程；在用單頭滾刀滾齒時，要求滾刀每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，工件轉(zhuǎn)過一個齒等。這些成形運動間的傳動比關(guān)系是由機(jī)床的傳動鏈來保證的，若傳動鏈存在誤差，必將引起工件的加工誤差。車螺紋的傳動示意圖2/1/2023382.工藝系統(tǒng)的其他誤差刀具誤差刀具誤差主要指刀具的制造、磨損和安裝誤差等。刀具對加工精度的影響因刀具種類不同而不同。機(jī)械加工中常用的刀具有:一般刀具、定尺寸刀具和成形刀具。2/1/202339一般刀具(如普通車刀、單刃鎖刀、平面銑刀等)的制造誤差，對加工精度沒有直接的影響。但是，當(dāng)?shù)毒吲c工件的相對位置調(diào)整好以后，在加工過程中，刀具的磨損將會影響加工誤差。定尺寸刀具(如鉆頭、鉸刀、拉刀、槽銑刀等)的制造誤差及磨損誤差，均直接影響工件的加工尺寸精度。成形刀具(如成形車刀、成形銑刀、齒輪刀具等)的制造和磨損誤差，主要影響被加工工件的形狀精度。展成刀具（齒輪滾刀、插齒刀、剃齒刀、花鍵滾刀等）加工時，切削刃的形狀、尺寸及安裝調(diào)整的誤差對加工表面的形狀精度都有影響。2/1/202340系統(tǒng)調(diào)整誤差試切法調(diào)整的誤差來源有:①測量誤差。測量工具的制造誤差、讀數(shù)誤差及測量溫度、測量力的變化所引起的誤差。②進(jìn)給機(jī)構(gòu)的位移誤差。在試切中，由于低速微量進(jìn)給，常會出現(xiàn)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的“爬行”現(xiàn)象，其結(jié)果是實際進(jìn)給量比轉(zhuǎn)動刻度盤的數(shù)值要偏大或偏小些，造成加工誤差。③最小切削厚度極限的影響。精加工時，試切的最后一刀余量總是很小的，當(dāng)達(dá)到切削厚度的極限值時，則刀具只起擠壓而不起切削作用。但正式切削時，加工余量較大，刀具正常切削，因此，工件尺寸就與試切時不同，產(chǎn)生了尺寸誤差。2/1/202341①用定程機(jī)構(gòu)調(diào)整。在半自動機(jī)床、自動機(jī)床和自動線上，廣泛采用行程擋塊、靠模、凸輪等機(jī)構(gòu)來保證加工精度。這些機(jī)構(gòu)的制造精度和剛度，以及與之配合使用的離合器、控制閥等的靈敏度，就是調(diào)整誤差的主要來源。②用樣件或樣板調(diào)整。在各種仿形機(jī)床、多刀機(jī)床和專用機(jī)床加工中，常采用樣件或樣板來調(diào)整刀具、機(jī)床與工件之間的相對位置。這時，樣件或樣板的制造誤差、安裝誤差和對刀誤差就是調(diào)整誤差的主要來源。用調(diào)整法調(diào)整2/1/202342夾具誤差夾具誤差主要是指定位誤差、夾緊誤差、夾具安裝誤差和對刀誤差以及夾具的磨損等。其中，夾具的定位元件、導(dǎo)向元件、夾具體的加工與裝配誤差，對被加工工件的位置精度有較大的影響。夾具的磨損是逐漸而緩慢的過程，它對加工精度的影響不明顯，但是應(yīng)對其進(jìn)行定期檢測，以保持它們的幾何精度。2/1/202343（四）工藝系統(tǒng)受力變形引起的加工誤差由機(jī)床、夾具、刀具、工件組成的工藝系統(tǒng)，在切削力、傳動力、慣性力、夾緊力以及重力等的作用下，會產(chǎn)生相應(yīng)的變形(彈性變形及塑性變形)。這種變形將破壞工藝系統(tǒng)間已調(diào)整好的正確位置關(guān)系，從而產(chǎn)生加工誤差。1.工藝系統(tǒng)的剛度例如，車削細(xì)長軸時，工件在切削力作用下的彎曲變形，加工后會產(chǎn)生腰鼓形的圓柱度誤差。2/1/202344細(xì)長軸車削時的受力變形2/1/202345切入式磨孔時磨頭軸的受力變形又如在內(nèi)圓磨床上切入式磨孔時，由于內(nèi)圓磨頭軸彈性變形，內(nèi)孔會出現(xiàn)錐度誤差。2/1/202346切削加工中，工藝系統(tǒng)的受力變形是一項重要的原始誤差。這項誤差的大小和系統(tǒng)在受到外力作用時的變形情況有直接關(guān)系，即取決于系統(tǒng)的剛度k系統(tǒng)：y系統(tǒng)—工藝系統(tǒng)受力變形總位移Fy—刀刃沿加工表面的法線方向向（誤差敏感方向上）的切削分力2/1/202347工藝系統(tǒng)由機(jī)床、夾具、刀具及工件組成，因此工藝系統(tǒng)受力變形總位移y系統(tǒng)是各組成部分變形位移的疊加，即y系統(tǒng)=y機(jī)床＋y夾具＋y刀具＋y工件而，，，則

2/1/2023482.工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響切削力大小的變化對加工精度的影響—誤差復(fù)映現(xiàn)象毛坯形狀誤差的復(fù)映1—毛坯表面2—工件表面2/1/202349切削加工中，有2個原因引起切削力的變化，從而造成工件的加工誤差：其一是被加工材料硬度不均勻；其二是由于被加工表面的幾何形狀誤差使得背吃刀量ap不斷變化。如圖所示，由于工件毛坯的圓度誤差，使車削時刀具的切削深度在ap1與ap2之間變化，因此切削分力Fy也隨切削深度ap的變化由最大變到最小，工藝系統(tǒng)將產(chǎn)生相應(yīng)的變形，即由y1變到y(tǒng)2（刀尖相對于工件產(chǎn)生y1到y(tǒng)2的位移），這樣就形成了被加工表面的圓度誤差。這種現(xiàn)象稱為誤差復(fù)映。毛坯形狀誤差的復(fù)映1—毛坯表面；2—工件表面2/1/202350設(shè)加工前毛坯的誤差，加工后工件的誤差，令誤差復(fù)映系數(shù)：表達(dá)了工件加工誤差和毛坯誤差的關(guān)系，定量地反映了毛坯誤差在經(jīng)過加工后減少的程度，它與工藝系統(tǒng)的剛度成反比，與徑向切削力系數(shù)A成正比。2/1/202351誤差復(fù)映規(guī)律是普遍存在的，加工前的各種誤差總會以一定量值復(fù)映到加工后的工件上。但由于工藝系統(tǒng)總具有一定剛度，復(fù)映系數(shù)總小于1，經(jīng)過多次走刀后，逐漸減小，誤差也逐漸減小，降到允許的范圍內(nèi)（一般經(jīng)過2～3次走刀后即可達(dá)到IT7的精度要求）。多次走刀后，的總值為要減少工件的復(fù)映誤差，可增加工藝系統(tǒng)的剛度或減少徑向切削力系數(shù)（例如增大主偏角、減少進(jìn)給量、多次走刀等）。2/1/202352切削力作用點的變化對加工精度的影響切削過程中，即使切削力大小不變，切削力作用點的不斷變化也會使工藝系統(tǒng)剛度不斷變化，引起工件的形狀誤差。（a）內(nèi)圓磨床（b）單臂龍門刨床工藝系統(tǒng)受力變形隨切削點位置變化的情況2/1/202353工藝系統(tǒng)受力變形隨切削點位置變化的情況臥式鏜床2/1/202354慣性力、重力和夾緊力所引起的加工誤差慣性力引起的加工誤差由慣性力引起的加工誤差：切削加工中，高速旋轉(zhuǎn)的零部件(包括夾具、工件和刀具等)的不平衡將產(chǎn)生離心力Q。(a)離心力和切削分力方向相反時(b)離心力和切削分力方向相同時2/1/202355（a）夾緊后（b）鏜孔后（c）放松后（d）加過渡環(huán)后夾緊變形引起的加工誤差夾緊力引起的加工誤差：在加工剛性較差的工件時，若夾緊不當(dāng)會引起工件的變形而產(chǎn)生形狀誤差。2/1/202356部件自重引起的加工誤差重力引起的加工誤差：在工藝系統(tǒng)中，由于零部件的自重也會引起變形。例如，龍門銑床、龍門刨床刀架橫梁的變形，鎖床鎖桿下垂變形等，都會造成加工誤差。2/1/202357（五）工藝系統(tǒng)熱變形引起的加工誤差在機(jī)械加工過程中，工藝系統(tǒng)在各種熱源的影響下，常產(chǎn)生復(fù)雜的變形，破壞了工藝系統(tǒng)間的相對位置精度，造成了加工誤差。據(jù)統(tǒng)計，在某些精密加工中，由于熱變形引起的加工誤差占總加工誤差的40%~70%。熱變形不僅降低了系統(tǒng)的加工精度，而且還影響了加工效率的提高。2/1/202358引起工藝系統(tǒng)熱變形的熱源大致可分為兩類:內(nèi)部熱源和外部熱源。1.工藝系統(tǒng)的熱源及熱平衡2/1/202359工藝系統(tǒng)受各種熱源的影響，其溫度會逐漸升高。與此同時，它們也通過各種傳熱方式向周圍散發(fā)熱量。當(dāng)單位時間內(nèi)傳入和散發(fā)的熱量相等時，則認(rèn)為工藝系統(tǒng)達(dá)到了熱平衡。機(jī)床開動后溫度緩慢升高，熱變形隨之增大，經(jīng)過一段時間溫度趨于穩(wěn)定，其熱變形也就趨于穩(wěn)定。處于穩(wěn)定溫度場時引起的加工誤差是有規(guī)律的，因此精密及大型工件應(yīng)在工藝系統(tǒng)達(dá)到熱平衡后進(jìn)行加工。2/1/202360機(jī)床受熱源的影響，各部分溫度將發(fā)生變化。由于熱源分布的不均勻和機(jī)床結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，機(jī)床各部件將發(fā)生不同程度的熱變形，破壞了機(jī)床原有的幾何精度，從而引起了加工誤差。2.機(jī)床熱變形引起的加工誤差由于各類機(jī)床的結(jié)構(gòu)和工作條件相差很大，不同類型的機(jī)床，其主要熱源各不相同，所以引起機(jī)床熱變形的形式也各不相同。2/1/202361車床類機(jī)床的主要熱源是主軸箱中的軸承、齒輪、離合器等傳動副的摩擦使主軸箱和床身的溫度上升，從而造成了機(jī)床主軸抬高和傾斜。對大型機(jī)床，如導(dǎo)軌磨床、外圓磨床、龍門銑床等長床身部件，一般由于溫度分層變化，床身上表面比床身的底面溫度高而形成溫差，因此床身將產(chǎn)生彎曲變形。2/1/202362(a)車床;(b)銑床;(c)立式平面磨床;(d)雙端面磨床幾種機(jī)床的熱變形趨勢下圖所示為幾種機(jī)床熱變形的趨勢。2/1/202363軸類零件在車削或磨削時，一般是均勻受熱，溫度逐漸升高，其直徑也逐漸脹大，脹大部分將被刀具切去，待工件冷卻后則形成圓柱度和直徑尺寸的誤差。3.工件熱變形引起的加工誤差細(xì)長軸在頂尖間車削時，熱變形將使工件伸長，導(dǎo)致兩頂尖間軸向壓力增大，易引起工件的彎曲變形，加工后將產(chǎn)生圓柱度誤差。因此，有經(jīng)驗的車工在切削期間會松開尾頂尖，重新調(diào)整頂尖與工件之間的壓力，以減小熱變形對加工精度的影響。2/1/202364精密絲杠磨削時，工件的受熱伸長會引起螺距的累積誤差。床身導(dǎo)軌面的磨削，由于單面受熱，與底面產(chǎn)生溫差而引起熱變形，使磨出的導(dǎo)軌產(chǎn)生直線度誤差。當(dāng)粗精加工時間間隔較短時，粗加工時的熱變形將影響到精加工，工件冷卻后將產(chǎn)生加工誤差。在加工銅、鋁等線膨脹系數(shù)較大的有色金屬時，其熱變形尤其明顯，必須引起足夠的重視。2/1/202365當(dāng)工件進(jìn)行銑、刨、磨等平面的加工時，工件單側(cè)受熱，上、下表面溫升不等，從而導(dǎo)致工件向上凸起，中間切去的材料較多，冷卻后被加工表面呈凹形。薄板磨削前的彎曲變形及其計算2/1/202366例如，用高速鋼刀具車削時，刃部的溫度高達(dá)700℃～

800℃，刀具熱伸長量可達(dá)0.03～0.05mm，因此對加工精度的影響不容忽略。4.刀具熱變形引起的加工誤差切削熱雖然大部分被切屑帶走或傳入工件，傳到刀具上的熱量不多，但因刀具切削部分質(zhì)量小(體積小)，熱容量小，所以刀具切削部的溫升大。2/1/202367圖示為車刀車削時的熱變形與切削時間的關(guān)系曲線。車刀熱變形曲線當(dāng)車刀連續(xù)車削時，車刀變形情況如曲線A所示，經(jīng)過10～20min熱平衡，此時車刀變形的影響很小;當(dāng)車刀停止切削后，車刀冷卻變形過程如曲線B所示;當(dāng)車削一批短小軸類零件時，由于需要裝卸工件而時斷時續(xù)，車刀進(jìn)行間斷切削，熱變形在△范圍內(nèi)變動，其變形過程如曲線C所示。2/1/202368零件在沒有外加載荷的情況下，仍然殘存在工件內(nèi)部的應(yīng)力稱內(nèi)應(yīng)力或殘余應(yīng)力。工件在鑄造、鍛造及切削加工后，內(nèi)部會存在各種內(nèi)應(yīng)力。零件內(nèi)應(yīng)力的重新分布不僅影響零件的加工精度，而且對裝配精度也有很大的影響。內(nèi)應(yīng)力存在于工件的內(nèi)部，而且其存在和分布情況相當(dāng)復(fù)雜，下面只做一些定性的分析。（六）工件內(nèi)應(yīng)力引起的誤差2/1/202369鑄、鍛、焊等毛坯在生產(chǎn)過程中，由于工件各部分的厚薄不均，冷卻速度不均勻而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。1.毛坯的內(nèi)應(yīng)力鑄造內(nèi)應(yīng)力及其變形2/1/202370細(xì)長的軸類零件，如光杠、絲杠、曲軸、凸輪軸等在加工和運輸中很容易產(chǎn)生彎曲變形，因此大多數(shù)在加工中安排冷校直工序，這種方法簡單方便，但會帶來內(nèi)應(yīng)力，引起工件變形而影響加工精度。2.冷校直引起的內(nèi)應(yīng)力2/1/202371如圖所示，一根無內(nèi)應(yīng)力向上彎曲的長軸，當(dāng)中部受到載荷F作用時，將產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，其軸心線以上產(chǎn)生壓應(yīng)力、軸心線以下產(chǎn)生拉應(yīng)力（圖（b）），兩條虛線之間是彈性變形區(qū)、虛線之外是塑性變形區(qū)。當(dāng)工件去掉外力后，工件的彈性恢復(fù)受到塑性變形區(qū)的阻礙，致使內(nèi)應(yīng)力重新分布（圖（c））。由此可見，工件經(jīng)冷校直后內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，若再進(jìn)行切削加工，工件將重新產(chǎn)生彎曲變形。因此，對于精密零件的加工是不允許安排冷校直工序的。校直引起的內(nèi)應(yīng)力2/1/202372提高主軸部件（特別是軸承）的制造精度。主軸部件制造時，提高主軸軸頸、箱體支承孔等表面的加工精度和裝配精度。對主軸部件進(jìn)行良好的維護(hù)保養(yǎng)以及定期維修。例如，在外圓磨床上采用固定頂尖磨削外圓柱面時，為避免工件頭架主軸回轉(zhuǎn)誤差的影響，工件采用兩個固定頂尖支承，主軸只起傳動作用，工件的回轉(zhuǎn)精度完全取決于頂尖和中心孔的形狀誤差和同軸度誤差，提高頂尖和中心孔的精度要比提高主軸部件的精度容易且經(jīng)濟(jì)得多。為減少主軸的回轉(zhuǎn)精度對工件精度的影響，也可采取措施使其不反映到工件上去。提高主軸回轉(zhuǎn)精度的措施四。減少各類誤差對加工影響的措施2/1/202373外圓磨床上采用固定頂尖磨削外圓柱面2/1/202374又如，在鏜床上加工箱體類零件上的孔時，可采用前、后導(dǎo)向套的鏜模，刀桿與主軸浮動聯(lián)接，所以刀桿的回轉(zhuǎn)精度與機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)精度也無關(guān)，僅由刀桿和導(dǎo)套的配合質(zhì)量決定。鏜模鏜孔2/1/202375提高導(dǎo)軌導(dǎo)向精度的措施合理的導(dǎo)軌形狀合理的導(dǎo)軌組合2/1/202376①減少傳動鏈中的元件數(shù)目，縮短傳動鏈，以減少誤差來源。②提高傳動元件，特別是末端傳動元件的制造精度和裝配精度。③傳動鏈齒輪間存在間隙，同樣會產(chǎn)生傳動鏈誤差，因此要消除間隙。④采用誤差校正機(jī)構(gòu)來提高傳動精度。減少傳動鏈誤差對加工精度影響的措施2/1/202377當(dāng)零件產(chǎn)生彎曲變形時，如果變形較小，可加大加工余量，利用切削加工方法去除其彎曲度，這時要注意切削力的大小，因為這些零件剛度很差，極易受力變形;如果變形較大，則可用熱校直的方法，這樣可減小內(nèi)應(yīng)力，但操作比較麻煩。2/1/2023783.減小工藝系統(tǒng)力變形，提高加工精度的措施（1）提高連接表面的接觸剛度零件表面總是存在著宏觀和微觀的幾何誤差，連接表面之間的實際接觸面積只是名義接觸面積的一部分，在外力作用下，這些接觸處將產(chǎn)生較大的接觸應(yīng)力，引起接觸變形。因此，提高接觸剛度是提高工藝系統(tǒng)剛度的關(guān)鍵。2/1/202379這樣可以消除配合面間的間隙，而且還能使零部件之間有較大的實際接觸面，減小受力后的變形量。預(yù)加載荷法常在各類軸承的調(diào)整中使用。通過預(yù)加載荷消除配合面間的間隙。改善工藝系統(tǒng)主要零件接觸表面的配合質(zhì)量；常用的方法是改善工藝系統(tǒng)主要零件接觸表面的配合質(zhì)量，如機(jī)床導(dǎo)軌副的刮研，配研頂尖錐體與主軸和尾座套筒錐孔的配合面，研磨加工精密零件用的頂尖孔等，都是在實際生產(chǎn)中行之有效的工藝措施。2/1/202380加工細(xì)長軸采用的中心架與跟刀架（2）提高工件支承剛度，減少工件受力變形切削力引起的加工誤差，往往是由于工件本身剛度不足或工件各個部位結(jié)構(gòu)不均勻而產(chǎn)生的。特別是加工叉類、細(xì)長軸等結(jié)構(gòu)的零件，非常容易變形，在這種情況下，提高工件的剛度就是提高加工精度的關(guān)鍵。其主要措施是縮小切削力作用點到工件支承面之間的距離，以增大工件加工時的剛度，如車削細(xì)長軸時采用中心架或跟刀架以增加工件的剛度。2/1/202381在切削加工中，有時由于機(jī)床部件剛度低而產(chǎn)生變形和振動，影響加工精度和生產(chǎn)率的提高，所以加工時常采用一些輔助裝置以提高機(jī)床部件的剛度。（3）提高機(jī)床部件剛度，減小受力變形。下圖(a)為在轉(zhuǎn)塔車床上采用固定導(dǎo)向支承套，(b)為采用轉(zhuǎn)動導(dǎo)向支承套，并用加強桿與導(dǎo)向套配合以提高機(jī)床部件剛度的示例。提高機(jī)床部件剛度的裝置

(a)采用固定導(dǎo)向支承套(b)采用轉(zhuǎn)動導(dǎo)向支承套1-固定導(dǎo)向支承套;2、6-加強桿;3、4-轉(zhuǎn)塔刀架;5-工件;7-轉(zhuǎn)動導(dǎo)向支承套2/1/202382④合理裝夾工件，減小夾緊變形。對于薄壁零件的加工，夾緊時必須特別注意選擇適當(dāng)?shù)膴A緊方法，否則將會引起很大的形狀誤差。如前述薄壁套筒的加工，采用開口過渡環(huán)或?qū)Ｓ每ㄗ?，使夾緊力均勻分布在套筒上，從而減少了夾緊變形。2/1/202383在大多數(shù)情況下，熱的作用大于力的作用。特別是高速切削、強力切削、磨削等，熱的作用占主要地位。磨削加工中，表層拉應(yīng)力嚴(yán)重時會產(chǎn)生裂紋。3.工件切削時的內(nèi)應(yīng)力切削加工形成的力和熱會使被加工表面產(chǎn)生塑性變形，也能引起內(nèi)應(yīng)力，并在加工后引起工件變形。2/1/202384機(jī)床運轉(zhuǎn)一段時間之后，各部件傳入的熱量和散失的熱量基本相等而達(dá)到熱平衡狀態(tài)，變形趨于穩(wěn)定。機(jī)床達(dá)到熱平衡狀態(tài)之前，機(jī)床變形不定，對加工精度影響較大，因此精密加工應(yīng)在機(jī)床處于熱平衡之后進(jìn)行。改善熱變形影響措施一2/1/202385①在切削區(qū)施加充足的切削液；②提高切削速度或進(jìn)給量，以減少傳入工件熱量；③粗、精加工分開，使粗加工的余熱不帶到精加工工序中；④刀具和砂輪勿讓過分的磨鈍才進(jìn)行刃磨和修正，以減少切削熱和磨削熱；⑤使工件在夾緊狀態(tài)下有伸縮的自由（如采用彈簧后頂尖等）。為了減少工件熱變形對加工精度的影響，可采取下列措施2：2/1/2023865.減少工藝系統(tǒng)熱變形的主要途徑①通過合理選擇切削用量和刀具角度來減少切削熱。粗加工時熱變形對加工精度的影響不大，可以選用較大切削用量提高效率。②從結(jié)構(gòu)和潤滑方面著手改變摩擦特性。采用靜壓軸承、低溫動壓軸承、低黏度潤滑油、循環(huán)冷卻潤滑、油霧潤滑等措施，減少主軸變速系統(tǒng)、主軸軸承、摩擦離合器、絲杠副、導(dǎo)軌副等運動副的摩擦熱。③分離熱源。如電動機(jī)、油箱、變速箱等盡可能移出，以減少對主機(jī)的影響。也可以用隔熱材料把發(fā)熱部分和機(jī)床大件分隔開，如使用隔熱墊或隔熱器。（1）減少發(fā)熱和隔離熱源（2）冷卻與散熱（3）控制溫度變化2/1/202387①合理設(shè)計零件的結(jié)構(gòu)。在零件結(jié)構(gòu)設(shè)計中，盡量減少零件各部分壁厚的差別，增大零件的剛度；焊接件應(yīng)使焊縫均勻布置，坡口形狀合理等。4.減少或消除內(nèi)應(yīng)力的措施②盡量不采用冷校直工藝，對精密零件應(yīng)嚴(yán)禁使用冷校直。可以用熱校直或加大余量多次車削來消除彎曲變形。2/1/202388③合理安排時效及其他去應(yīng)力的熱處理。常用的熱處理方法有自然時效、人工時效、振動時效、去應(yīng)力退火等。自然時效是在毛坯制造之后，或粗、精加工之間，讓工件停留一段時間，利用溫度的自然變化，經(jīng)過多次熱脹冷縮，使工件的內(nèi)應(yīng)力逐漸消除。這種方法效果好，但需要時間長(一般要半年至五年)。人工時效是將工件放在爐內(nèi)加熱到一定溫度，再隨爐冷卻以達(dá)到消除內(nèi)應(yīng)力的目的。這種方法對大型零件需要一套很大的設(shè)備，其投資和能源消耗較大，因此這種方法多用于中小型零件。振動時效是一種消除內(nèi)應(yīng)力、減小變形和保持尺寸穩(wěn)定的新方法。它是以激振的形式將振動的機(jī)械能加到含大量內(nèi)應(yīng)力的工件內(nèi)，引起工件內(nèi)部晶格變化以消除內(nèi)應(yīng)力，一般用幾十分鐘便可消除內(nèi)應(yīng)力，適用于大小不同的鑄件、鍛件和焊接件毛坯及有色金屬毛坯。這種方法不需要龐大的設(shè)備，所以比較經(jīng)濟(jì)、簡便，且效率高。2/1/202389如讓粗、精加工分開在不同工序中進(jìn)行，粗加工后有一定時間讓內(nèi)應(yīng)力重新分布，以減少對精加工的影響。加工大型工件時，由于粗、精加工往往在一個工序中完成，此時應(yīng)在粗加工后松開工件，使工件能夠自由變形，然后再用較小的夾緊力夾緊工件，進(jìn)行精加工。④合理安排工藝過程。2/1/202390保證和提高加工精度的方法，大致可概括為以下幾種：減少誤差法、誤差補償法、誤差分組法、誤差轉(zhuǎn)移法，就地加工法以及誤差平均法等。三、保證機(jī)械加工精度的方法2/1/202391這種方法是生產(chǎn)中應(yīng)用較廣的一種方法。它是在查明產(chǎn)生加工誤差的主要因素之后，設(shè)法消除或減少。1.減少誤差法例如，細(xì)長軸的車削，現(xiàn)在采用廠“大走刀反向車削法”，基本消除了軸向切削力引起的彎曲變形。若輔之以彈簧頂尖，則可進(jìn)一步消除熱變形引起的熱伸長的危害。再如，薄片磨削中，由于采用了彈性加壓和樹脂膠合加強工件剛度的辦法，使工件在自由狀態(tài)下得到固定，解決了薄片零件加工平面度不易保證的難題。2/1/202392誤差補償法是人為地造出一種新的誤差，去抵消原來工藝系統(tǒng)中固有的原始誤差。當(dāng)原始誤差是負(fù)值時人為的誤差就取正值，反之，取負(fù)值，盡量使兩者大小相等方向相反?；蛘撸靡环N原始誤差去抵消另一種原始誤差，也是盡量使兩者大小相等，方向相反，從而達(dá)到減少加工誤差，提高加工精度的目的。2.誤差補償法或誤差抵消法2/1/202393例如，用預(yù)加載荷法精加工磨床床身導(dǎo)軌，借以補償裝配后受部件自重而產(chǎn)生的變形。磨床床身是一個狹長結(jié)構(gòu)，剛性比較差。雖然在加工時床身導(dǎo)軌的各項精度都能達(dá)到要求，但裝上橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)、操縱箱以后，往往發(fā)現(xiàn)導(dǎo)軌精度超差。這是因為這些部件的自重引起床身變形的緣故。為此，某些磨床廠在加工床身導(dǎo)軌時采取用“配重”代替部件重量，或者先將該部件裝好再磨削的辦法，使加工、裝配和使用條件一致，以保持導(dǎo)軌高的精度。2/1/202394在加工中，由于上道工序“毛坯”誤差存在，造成了本工序的加工誤差由于工件材料性能改變，或者上道工序的工藝改變(如毛坯精化后，把原來的切削加工工序取消)，引起毛坯誤差發(fā)生較大的變化。這種毛坯誤差的變化，對本工序的影響主要有兩種情況:一是誤差復(fù)映，引起本工序誤差;二是定位誤差擴(kuò)大，引起本工序誤差。3.誤差分組法解決這個問題，最好是采用分組調(diào)整均分誤差的辦法。這種辦法的實質(zhì)就是把毛坯按誤差的大小分n組，每組毛坯誤差范圍就縮小為原來的1/n。然后按各組分別調(diào)整加工。2/1/202395例如，某廠生產(chǎn)Y7520W齒輪磨床交換齒輪時，產(chǎn)生了剃齒時心軸與工件定位孔的配合問題。配合間隙大了，剃后的工件產(chǎn)生較大的幾何偏心，反映在齒圈徑向跳動超差。同時，剃齒時也容易產(chǎn)生振動，引起齒面波度，使齒輪工作時噪聲較大。因此，必須設(shè)法限制配合間隙，保證工件孔和心軸間的同軸度要求。由于工件的孔已是IT6級精度，不宜再提高。為此，采用了多擋尺寸的心軸，對工件孔進(jìn)行分組選配，減少由于間隙而產(chǎn)生的定位誤差，從而提高了加工精度。2/1/202396誤差轉(zhuǎn)移法實質(zhì)上是轉(zhuǎn)移工藝系統(tǒng)的幾何誤差、受力變形和熱變形等。誤差轉(zhuǎn)移的實例很多，如當(dāng)機(jī)床精度達(dá)不到零件加工要求時，常常不是一味提高機(jī)床精度，而是在工藝上或夾具上想辦法，創(chuàng)造條件，使機(jī)床的幾何誤差轉(zhuǎn)移到不影響加工精度的方面去。4.誤差轉(zhuǎn)移法2/1/202397當(dāng)機(jī)床主軸與工件主軸之間用浮動連接以后，機(jī)床主軸的原始誤差就被轉(zhuǎn)移掉了。在箱體的孔系加工中，用坐標(biāo)法在普通鎖床上保證孔系的加工精度，其要點就是采用了精密量棒、內(nèi)徑千分尺和百分表等進(jìn)行精密定位。這樣，鎖床上因絲杠、刻度盤和刻線尺而產(chǎn)生的誤差就不反映到工件的定位精度上去了。例如，磨削主軸錐孔保證其和軸頸的同軸度，不是靠機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)精度來保證，而是靠夾具保證。2/1/202398在加工和裝配中有些精度問題，牽扯到零、部件間的相互關(guān)系，相當(dāng)復(fù)雜，如果一味地提高零、部件本身精度，有時不僅困難，甚至不可能，若采用“就地加工”的方法，就可能很方便地解決了看起來非常困難的精度問題。5.“就地加工”法例如，六角車床制造中，轉(zhuǎn)塔上六個安裝刀架的大孔，其軸心線必須保證和主軸旋轉(zhuǎn)中心線重合，而六個面又必須和主軸中心線垂直。2/1/202399五、機(jī)械加工表面質(zhì)量機(jī)械加工表面質(zhì)量是指零件加工后的表層狀態(tài)，它包括表面層的幾何形狀和物理力學(xué)性能兩個方面。（一）、機(jī)械加工表面質(zhì)量的概念零件的磨損、腐蝕和疲勞損壞都發(fā)生在零件的表面，或是從表面層開始的。因此，設(shè)法改善零件已加工表面質(zhì)量，對提高零件的使用性能和壽命具有重要作用。2/1/2023100表面層的幾何形狀包括:表面粗糙度、表面波度、表面加工紋理以及表面裂紋、氣孔、劃痕等，其中表面粗糙度為主要方面。1.表面層的幾何形狀表面粗糙度是指加工表面上具有的較小間距和峰谷所組成的微觀幾何形狀特性。它是由所采用的加工方法或其他因素形成。2/1/2023101表面幾何特征的組成2/1/2023102零件在加工過程中，表面層金屬在刀具的切割和擠壓作用下產(chǎn)生強烈的塑性變形，使表面層材料的強度、硬度提高的現(xiàn)象稱為表面層的冷作硬化。表面層的冷作硬化在一定程度上可以提高零件的耐磨性和疲勞強度，但過度的加工硬化會使表面層變脆，產(chǎn)生顯微裂紋，降低材料的力學(xué)性能。加工硬化還會造成后道工序加工困難，刀具磨損加劇。2.表面層的物理力學(xué)性能表面層物理力學(xué)性能主要包括以下三個方面。(1)表面層冷作硬化(或稱加工硬化)2/1/2023103在切削加工過程中，由于切削變形和切削熱的影響，在材料表層與材料基體間產(chǎn)生的彈性應(yīng)力，稱為表面層的殘余應(yīng)力。(2)表面層的殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力分為殘余拉應(yīng)力和殘余壓應(yīng)力。殘余拉應(yīng)力易使已加工表面產(chǎn)生裂紋，降低疲勞強度。殘余壓應(yīng)力在一定程度上有利于提高零件的疲勞強度。一般切削加工產(chǎn)生的是殘余拉應(yīng)力，表面滾壓加工或噴丸處理等會在表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。它是指表面層因切削熱(如磨削加工)使工件表層金相組織發(fā)生變化，導(dǎo)致工件表層金屬的硬度、耐磨性下降。(3)表面層金相組織的變化2/1/2023104表面粗糙度對零件的耐磨性影響較大。一般表面粗糙度值越大，零件表面接觸時的實際接觸面積越小，接觸面的壓強越大，表面易磨損。但是，表面粗糙度值也不能過小，否則不利于潤滑油的儲存，造成干摩擦，接觸面之間容易發(fā)生分子鉆結(jié)，反而使耐磨性下降。表面層的加工硬化會使工件表面硬度提高，從而使零件的耐磨性提高。但是，過度的加工硬化會使表面層變脆，組織疏松，甚至產(chǎn)生顯微裂紋和表層金屬剝落現(xiàn)象，使耐磨性下降。（二）、表面質(zhì)量對產(chǎn)品使用性能的影響1.表面質(zhì)量對耐磨性的影響2/1/2023105金屬受交變載荷作用后產(chǎn)生的疲勞破壞往往發(fā)生在零件表面和表面冷硬層下面，因此零件的表面質(zhì)量對疲勞強度影響很大。在交變載荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起應(yīng)力集中，產(chǎn)生疲勞裂紋。表面粗糙度值愈大，表面的紋痕愈深，紋底半徑愈小，抗疲勞破壞底能力就愈差。表面層的加工硬化可以在工件表面形成一個冷硬層，能阻止表面層疲勞裂紋的出現(xiàn)，從而有利于提高疲勞強度。但是，零件表面層的冷硬程度或硬化深度過大，則反而易產(chǎn)生微裂紋，使疲勞強度降低。當(dāng)表面層為殘余拉應(yīng)力時，易使已加工表面產(chǎn)生裂紋并使疲勞裂紋擴(kuò)大，加速疲勞破壞，而表面層殘余壓應(yīng)力能夠阻止疲勞裂紋的擴(kuò)展，延緩疲勞破壞的產(chǎn)生，提高零件的疲勞強度。2.表面質(zhì)量對疲勞強度的影響2/1/2023106零件的耐腐蝕性主要取決于表面粗糙度。表面粗糙度值越大，則凹谷越深，越容易積聚腐蝕性物質(zhì)而發(fā)生化學(xué)腐蝕，耐腐蝕性越差。表面層的殘余應(yīng)力對零件的耐腐蝕性也有較大影響。零件表面層的殘余壓應(yīng)力使零件表面緊密，腐蝕性物質(zhì)不易進(jìn)入，可增強零件的耐腐蝕性;表面層殘余拉應(yīng)力則會降低零件的耐腐蝕性。3.表面質(zhì)量對耐蝕性的影響2/1/2023107表面粗糙度值的大小將影響配合表面的配合質(zhì)量。對于間隙配合，粗糙度值大會使磨損加大，間隙增大，改變了配合性質(zhì);對于過盈配合，裝配過程中一部分表面凸峰被擠平，實際過盈量減小，降低了配合件間的連接強度。因此，有配合要求的表面，必須規(guī)定較小的表面粗糙度。4.表面質(zhì)量對配合質(zhì)量的影響2/1/20231081.影響表面粗糙度的因素及改善途徑（三）、影響表面質(zhì)量的因素及改善途徑①切削殘留面積。在切削時，由于刀具的幾何角度以及刀具與工件之間的相對運動等原因，加工后有一部分金屬未被切去，殘留在已加工表面上。(1)切削加工影響表面粗糙度的因素2/1/2023109車削加工的殘留面積如下圖所示，為車削加工時的殘留面積。殘留面積的高度H直接影響已加工表面的粗糙度值。顯然，減小進(jìn)給量f、主偏角Kr、副偏角Kr′增大刀尖圓弧半徑rε都有利于表面粗糙度值的減小。(a)(b)2/1/2023110材料的塑性越大，切削變形越大，在刀具的作用下，切屑與工件分離而產(chǎn)生撕裂現(xiàn)象越嚴(yán)重，在已加工表面上留下許多呈鱗片狀有裂口的毛刺，造成表面粗糙度值增大。因此，在加工前應(yīng)對材料進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?，以提高工件表面硬度，降低塑性。加工脆性材料時，其切屑呈崩碎狀，工件表面因切屑脆性崩碎的裂紋而形成許多小麻點，使表面粗糙度值增大。②工件材質(zhì)2/1/2023111切削塑性材料時，采用高速切削，可減小切削變形，且可以抑制積屑瘤的產(chǎn)生，有利于減小表面粗糙度;切削脆性材料時，切削速度對表面粗糙度影響不大。減小進(jìn)給量f可降低殘留面積高度，減小表面粗糙度。但是，進(jìn)給量f不能過小，否則刀刃由于切削厚度過小而無法切入工件，與工件發(fā)生強烈的擠壓和摩擦，反而使粗糙度值增大。背吃刀量ap對表面粗糙度影響不明顯，一般可忽略但是，當(dāng)ap<0.02mm以下時，因刀尖圓弧半徑的影響，使刀尖無法切入工件而產(chǎn)生擠壓和摩擦，造成表面惡化。因此，精加工時不能選擇過小的背吃刀量。③切削用量2/1/2023112積屑瘤鱗刺的產(chǎn)生2/1/2023113磨削加工表面粗糙度的形成也是由幾何因素和表面金屬的塑性變形來決定的。影響磨削表面粗糙的主要因素有:砂輪的粒度、砂輪的硬度、砂輪的修整、磨削速度、冷卻潤滑液、磨削徑向進(jìn)給量與光磨次數(shù)、工件圓周進(jìn)給速度與軸向進(jìn)給量等。一般砂輪粒度越細(xì)，砂輪的線速度越高，進(jìn)給量及工件圓周進(jìn)給速度越小，磨削表面的粗糙度值越小。通過精修砂輪，使用冷卻液，增大光磨次數(shù)也能降低粗糙度值。(2)磨削加工影響表面粗糙度的因素2/1/2023114切削加工中，機(jī)床、刀具、工件和夾具組成的工藝系統(tǒng)發(fā)生振動，會在工件表面上留下振紋，使表面粗糙度值增大。實際生產(chǎn)中，通常采用提高工藝系統(tǒng)的剛度等措施來減少振動。(3)機(jī)械加工中的振動2/1/2023115切削加工中，使用切削液能減少刀具與工件表面之間的摩擦，降低切削溫度，減小材料的塑性變形，抑制積屑瘤及鱗刺的產(chǎn)生，可有效減小表面粗糙度值。(4)切削液2/1/2023116在切削加工中，工件由于受到切削力和切削熱的作用，使表面層金屬的物理力學(xué)性能產(chǎn)生變化，最主要的變化是表面層金屬顯微硬度的變化、金相組織的變化和殘余應(yīng)力的產(chǎn)生。由于磨削加工時所產(chǎn)生的塑性變形和切削熱比刀刃切削時更嚴(yán)重，因而磨削加工后加工表面層上述三項物理機(jī)械性能的變化會很大。2.影響表面層物理力學(xué)性能的因素及改善途徑2/1/2023117機(jī)械加工過程中因切削力作用產(chǎn)生的塑性變形，使晶格扭曲、畸變，晶粒間產(chǎn)生剪切滑移，晶粒被拉長和纖維化，甚至破碎，這些都會使表面層金屬的硬度和強度提高，這種現(xiàn)象稱為冷作硬化(或稱強化)。表面層金屬強化的結(jié)果，會增大金屬變形的阻力，減小金屬的塑性，金屬的物理性質(zhì)也會發(fā)生變化。被冷作硬化的金屬處于不穩(wěn)定狀態(tài)，只要一有可能，金屬的不穩(wěn)定狀態(tài)就要向比較穩(wěn)定的狀態(tài)轉(zhuǎn)化，這種現(xiàn)象稱為弱化。(1)表面層冷作硬化2/1/2023118弱化作用的大小取決于溫度的高低、溫度持續(xù)時間的長短和強化程度的大小。由于金屬在機(jī)械加工過程中同時受到力和熱的作用，因此加工后表層金屬的最后性質(zhì)取決于強化和弱化綜合作用的結(jié)果。評定冷作硬化的指標(biāo)有三項，即表層金屬的顯微硬度HV,硬化層深度hy和硬化程度N。表面層加工硬化的程度通常用硬化層深度hy和硬化程度N來衡量。式中H—加工后工件表面層顯微硬度

H0—加工前工件材料顯微硬度2/1/2023119切削刃鈍圓半徑增大，對表層金屬的擠壓作用增強，塑性變形加劇，導(dǎo)致冷硬增強。刀具后刀面磨損增大，后刀面與被加工表面的摩擦加劇，塑性變形增大，導(dǎo)致冷硬增強。切削速度增大，刀具與工件的作用時間縮短，使塑性變形擴(kuò)展深度減小，冷硬層深度減小。切削速度增大后，切削熱在工件表面層上的作用時間也縮短路了，將使冷硬程度增加。進(jìn)給量增大，切削力也增大，表層金屬的塑性變形加劇，冷硬作用加強。工件材料的塑性愈大，冷硬現(xiàn)象就愈嚴(yán)重。2/1/2023120當(dāng)切削熱使被加工表面的溫度超過相變溫度后，表層金屬的金相組織將會發(fā)生變化。切削加工時，切削熱大部分被切屑帶走，因此影響較小，多數(shù)情況下表層金相組織沒有質(zhì)的變化。磨削加工時，切除單位體積材料所需消耗的能量遠(yuǎn)大于切削加工。磨削熱大部分傳遞給了工件，使加工表面層金屬金相組織發(fā)生了變化。當(dāng)被磨工件表面層溫度達(dá)到相變溫度以上時，表層金屬發(fā)生金相組織的變化，使表層金屬強度和硬度降低，并伴有殘余應(yīng)力產(chǎn)生，甚至出現(xiàn)微觀裂紋，這種現(xiàn)象稱為磨削燒傷。(2)表面層材料金相組織變化2/1/2023121①回火燒傷:如果磨削區(qū)的溫度未超過淬火鋼的相變溫度，但已超過馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度，工件表層金屬的回火馬氏體組織將轉(zhuǎn)變成硬度較低的回火組織，這種燒傷稱為回火燒傷。在磨削淬火鋼時，可能產(chǎn)生以下三種燒傷:2/1/2023122②淬火燒傷:如果磨削區(qū)溫度超過了相變溫度，再加上冷卻液的急冷作用，表層金屬發(fā)生二次淬火，使表層金屬出現(xiàn)二次淬火馬氏體組織，其硬度比原來的回火馬氏體高，在它的下層，因冷卻較慢，出現(xiàn)了硬度比原先的回火馬氏體低的回火組織，這種燒傷稱為淬火燒傷。2/1/2023123③退火燒傷:如果磨削區(qū)溫度超過了相變溫度，而磨削區(qū)域又無冷卻液進(jìn)入，表層金屬將產(chǎn)生退火組織，表面硬度將急劇下降，這種燒傷稱為退火燒傷。2/1/2023124一是盡可能地減少磨削熱的產(chǎn)生;二是改善冷卻條件，盡量使產(chǎn)生的熱量少傳入工件;三是正確選擇砂輪，合理選擇切削用量。磨削熱是造成磨削燒傷的根源，故改善磨削燒傷有三個途徑:2/1/2023125選擇合理的磨削參數(shù)生產(chǎn)中比較可行的辦法是通過試驗來確定磨削參數(shù)：先按初步選定的磨削參數(shù)試磨，檢查工件表面熱損傷情況，據(jù)此調(diào)整磨削參數(shù)直至最后確定下來。另一種方法是在磨削過程中連續(xù)測量磨削區(qū)溫度，然后控制磨削參數(shù)。2/1/2023126選擇有效的冷卻方法選擇適宜的磨削液和有效的冷卻方法，如采用高壓大流量冷卻、內(nèi)冷卻或為減輕高速旋轉(zhuǎn)的砂輪表面的高壓附著氣流的作用，有利于冷卻液能順利地噴注到磨削區(qū)。2/1/2023127常用的冷卻方法2/1/2023128內(nèi)冷卻砂輪結(jié)構(gòu)1—錐形蓋；2—切削液通孔；3—砂輪中心腔；4—有徑向小孔的薄壁套帶有空氣擋板的切削液噴嘴1—液流導(dǎo)管；2—可調(diào)氣流擋板；3—空腔區(qū)；4—噴嘴罩；5—磨削區(qū)；6—排液區(qū)；7—噴嘴2/1/2023129(3)表面層殘余應(yīng)力切削時在加工表面金屬層內(nèi)有塑性變形發(fā)生，由于塑性變形只在表層金屬中產(chǎn)生，其體積膨脹，不可避免地要受到與它相連的里層金屬的阻止，因此就在表面金屬層產(chǎn)生了殘余壓應(yīng)力，而在里層金屬中產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。2/1/2023130零件主要工作表面最終工序加工方法的選擇至關(guān)重要，因為最終工序在該工作表面留下的殘余應(yīng)力將直接影響機(jī)器零件的使用性能。選擇零件主要工作表面最終工序加工方法，須考慮該零件主要工作表面的具體工作條件和可能的破壞形式。在交變載荷作用下，機(jī)器零件表面上的局部微觀裂紋，會因拉應(yīng)力的作用使原生裂紋擴(kuò)大，最后導(dǎo)致零件斷裂。從提高零件抵抗疲勞破壞的角度考慮，該表面最終工序應(yīng)選擇能在該表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力的加工方法。2/1/2023131采用冷壓強化工藝對于承受高應(yīng)力、交變載荷的零件可以采用噴丸、液壓、擠壓等表面強化工藝使表面層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力和冷硬層并降低表面粗糙度值，從而提高耐疲勞強度及抗應(yīng)力腐蝕性能。但是采用強化工藝時應(yīng)很好控制工藝參數(shù)，不要造成過度硬化，否則會使表面完全失去塑性性質(zhì)，甚至引起顯微裂紋和材料剝落，帶來不良的后果。2/1/2023132

噴丸噴丸是一種用壓縮空氣或離心力將大量直徑細(xì)小的丸粒（鋼丸、玻璃丸）以35～50m/s的速度向零件表面噴射的方法?？梢杂糜谌魏螐?fù)雜形狀的零件。噴丸的結(jié)果在表面層產(chǎn)生很大的塑性變形，造成表面的冷作硬化及殘余壓應(yīng)力。(a)噴丸(b)滾壓常用的冷壓強化工藝方法2/1/2023133用工具鋼淬硬制成的鋼滾輪或鋼珠在零件上進(jìn)行滾壓，使表層材料產(chǎn)生塑性流動，形成新的光潔表面。滾壓典型滾壓加工示意圖2/1/2023134（a）彈性滾壓工具（b）剛性滾壓工具外圓滾壓工具2/1/2023135采用精密和光整加工工藝采用精密加工工藝能全面地提高加工精度和表面質(zhì)量，而光整加工工藝主要是為了獲得較高的表面質(zhì)量。精密加工工藝的加工精度主要由高精度的機(jī)床保證。精密加工切削效率不高，故加工余量不能太大，所以對前道工序有較高的要求。精密加工工藝方法有高速精鏜、高速精車、寬刃精刨和細(xì)密磨削等。精密加工工藝2/1/2023136光整加工工藝光整加工是用粒度很細(xì)的磨料對工件表面進(jìn)行微量切削和擠壓、擦光的過程。光整加工工藝所使用的工具都是浮動連接，由加工面自身導(dǎo)向，而相對于工件的定位基準(zhǔn)沒有確定的位置，所使用的機(jī)床也不需要具有非常精確的成形運動。這些加工方法的主要作用是降低表面粗糙度，一般不能糾正形狀和位置誤差，加工精度主要由前面工序保證。光整加工工藝方法有珩磨、超精加工、研磨、拋光等。2/1/2023137珩磨的加工原理（a）珩磨原理（b）珩磨（c）切削軌跡2/1/2023138外圓的超精加工(a)超精加工示意圖(b)超精加工磨粒運動軌跡2/1/2023139(a)粗研具；(b)精研具外圓研具2/1/2023140機(jī)械加工過程中，工藝系統(tǒng)經(jīng)常會發(fā)生振動，即在工件和刀具的切削刃之間，除了名義上的切削運動外，還會出現(xiàn)一種周期性的相對運動。產(chǎn)生振動時，工藝系統(tǒng)的正常切削過程便受到干擾和破壞，從而使零件加工表面出現(xiàn)振紋，降低零件的加工精度和表面質(zhì)量，頻率低時產(chǎn)生波度，頻率高時產(chǎn)生微觀不平度。強烈的振動會使切削過程無法進(jìn)行，甚至造成刀具“崩刃”。為此，常被迫降低切削用量