王振龍-機(jī)械加工精度與表面質(zhì)量第6章-2011課件

機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)第6章機(jī)械加工質(zhì)量的影響因素及控制

FUNDAMENTALSOFMACHINERYMANUFACTURINGTECHNOLOGY

MachiningQualityanditsControl表面（微觀）形貌

加工變質(zhì)層機(jī)械加工表面質(zhì)量表面粗糙度表面波紋度輪廓算術(shù)平均偏差Ra微觀不平度10點(diǎn)高度Rz直線波紋度平均波幅Wz圓周波紋度平均波幅Wz塑性變形引起的冷作硬化切（磨）削熱引起的金相組織變化力（熱）產(chǎn)生的殘余應(yīng)力研究熱點(diǎn)之一基本概念RZλHλRZ6.1概述加工變質(zhì)層的雷德（H.Rether）模型壓縮區(qū)——塑性變形區(qū)。是由切削力造成的結(jié)晶組織變化層。此區(qū)最外層為纖維化層，是由刀具與切削層間的摩擦擠壓造成的，還有切削熱造成的表面層的強(qiáng)化或弱化等等，存在著由塑性變形、切削熱及金相組織變化引起的殘余應(yīng)力。該層也稱(chēng)應(yīng)力變質(zhì)層。吸附層——在最外層。生有氧化膜或化合物并吸收滲進(jìn)某些氣體、液體或固體粒子。亞表層三、位置精度的獲得方法直接裝夾效率高，精度低找正裝夾高精度，小批夾具裝夾效率高，精度可滿足要求一次裝夾法多次裝夾法非成形運(yùn)動(dòng)法與機(jī)床幾何精度有關(guān)位置精度要求極高時(shí)采用（機(jī)床不能滿足要求）6.1.3機(jī)械加工表面質(zhì)量對(duì)機(jī)器使用性能和壽命的影響（1）影響耐磨性

粗糙度值大，實(shí)際接觸面積小，接觸應(yīng)力大，易磨損，耐磨性差。

粗糙度值越小，實(shí)際接觸面積越大，耐磨性較好。

若粗糙度值過(guò)小，可能增加制造成本，且可能破壞潤(rùn)滑油膜，造成干摩擦。

加工表面硬化到一定程度能使耐磨性有所提高，但硬化過(guò)度反會(huì)使結(jié)晶組織出現(xiàn)過(guò)度變形，甚至產(chǎn)生裂紋或剝落，使磨損加劇，使耐磨性降低。（2）影響疲勞強(qiáng)度交變載荷作用時(shí)，表面粗糙度、劃痕及微裂紋等均會(huì)引起應(yīng)力集中，從而降低疲勞強(qiáng)度。加工表面粗糙度的紋路方向與受力方向垂直時(shí)，疲勞強(qiáng)度明顯降低。一般加工硬化可提高疲勞強(qiáng)度，但硬化過(guò)度則會(huì)適得其反。

殘余應(yīng)力為壓應(yīng)力時(shí)，可部分抵消交變載荷施加的拉壓力，阻礙和延緩裂紋的產(chǎn)生或擴(kuò)大，從而提高疲勞強(qiáng)度；但為拉應(yīng)力時(shí)，則會(huì)大大降低疲勞強(qiáng)度。

有些加工方法，如滾壓加工，可減小粗糙度值、強(qiáng)化表面層，使表層呈壓應(yīng)力狀態(tài)，從而防止產(chǎn)生微裂紋，提高疲勞強(qiáng)度。6.1.3機(jī)械加工表面質(zhì)量對(duì)機(jī)器使用性能和壽命的影響

加工誤差與原始誤差

機(jī)械加工工藝系統(tǒng)的概念

加工誤差——加工后每個(gè)零件在尺寸、形狀、位置方面與理想零件的差值。（幾何參數(shù)的偏差）

6.2機(jī)械加工精度的影響因素及其控制

原始誤差——由于機(jī)床、刀具、量具、夾具和工件組成的工藝系統(tǒng)造成加工誤差的因素。誤差分類(lèi)原始誤差：統(tǒng)計(jì)誤差：

從影響零件加工精度的本質(zhì)上分（單因素）從性質(zhì)上分（多因素）原始誤差原有誤差

機(jī)床夾具(制造誤差)

刀具(制造、安裝)

工件(毛坯)

工藝系統(tǒng)靜誤差加工過(guò)程中產(chǎn)生的誤差受力變形熱變形工藝系統(tǒng)磨損殘余應(yīng)力變形工件裝夾誤差（定位、夾緊）除此外：對(duì)定、過(guò)程調(diào)整誤差（更換工件、刀具、夾具、量具時(shí)進(jìn)行調(diào)整）測(cè)量誤差（測(cè)量方法和量具誤差）原理誤差（漸開(kāi)線齒輪、數(shù)控插補(bǔ)、英制螺紋）6.2.3受力、熱、磨損、殘余應(yīng)力6.2機(jī)床幾何誤差原始誤差概念分析原有誤差對(duì)零件加工精度的影響及控制：誤差敏感方向：加工表面法向——原始誤差所引起的加工誤差最大誤差敏感方向誤差非敏感方向

誤差的性質(zhì)6.3加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析常值變值隨機(jī)性誤差系統(tǒng)性誤差統(tǒng)計(jì)誤差概念ZX12fyXYxRxRxRyRy二、影響位置精度的主要因素與控制刀具切削成形面刀具切削成形面

相互重（接）合的表面之間

有精度關(guān)系的表面之間工件加工面工件加工面位置精度要求機(jī)床幾何精度采用成形運(yùn)動(dòng)法時(shí)，位置精度的獲得與裝夾方式有關(guān)結(jié)論：影響位置精度的是機(jī)床幾何精度一次裝夾：如在龍門(mén)銑床、加工中心上加工箱體零件如用外圓定位在車(chē)床上加工齒輪內(nèi)孔后，再在插床上加工鍵槽工件基準(zhǔn)面機(jī)床安裝面工件加工面刀具切削成形面位置精度要求刀具切削成形面工件加工面位置精度要求機(jī)床幾何精度機(jī)床幾何精度結(jié)論：影響位置精度的是機(jī)床幾何精度直接裝夾夾具裝夾非成形運(yùn)動(dòng)法：檢測(cè)精度

工件基準(zhǔn)面機(jī)床安裝面刀具切削成形面工件加工面位置精度要求機(jī)床幾何精度夾具安裝面對(duì)刀導(dǎo)引精度（找正精度）夾具定位面夾具安裝精度夾具制造精度裝夾精度刀具切削成形面工件加工面位置精度要求機(jī)床幾何精度對(duì)刀導(dǎo)引精度（找正精度）結(jié)論：影響位置精度的是對(duì)刀導(dǎo)引精度、裝夾精度

機(jī)床的制造誤差、安裝誤差以及在使用過(guò)程中精度保持性被破壞等原因，都將會(huì)產(chǎn)生機(jī)床幾何誤差，進(jìn)而引起機(jī)械加工誤差。6.2.3機(jī)床幾何誤差及其對(duì)加工精度的影響與控制機(jī)床幾何精度回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)精度直線運(yùn)動(dòng)精度成形運(yùn)動(dòng)之間的位置精度傳動(dòng)（速度關(guān)系）精度會(huì)對(duì)零件的加工精度造成影響：主要指形狀精度運(yùn)動(dòng)本身及相互關(guān)系均要準(zhǔn)確，否則1.回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)精度主要取決于機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)精度

主軸回轉(zhuǎn)誤差的形式

機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)精度的高低主要以在規(guī)定測(cè)量截面內(nèi)主軸一轉(zhuǎn)或數(shù)轉(zhuǎn)內(nèi)諸瞬時(shí)回轉(zhuǎn)中心的平均位置的變化范圍來(lái)衡量。瞬時(shí)回轉(zhuǎn)中心如是滾動(dòng)軸承：車(chē)、銑床影響零件加工精度的主要因素是什么？影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素（1）徑向跳動(dòng)

以滑動(dòng)軸承為例

車(chē)床：主軸受力方向不變，故軸徑形狀精度對(duì)零件加工精度影響最大；軸孔、前后軸徑及軸承孔的同軸度、配合精度、裝配精度等也有影響。結(jié)論：零件加工后的形狀精度與軸頸（圓度）一致。鏜床：主軸受力方向不斷改變，故主要取決于主軸軸承孔的形狀精度。結(jié)論：零件加工后的形狀精度（圓度）與軸承孔（圓度）一致。

（3）角度擺動(dòng)

提高回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)精度的措施

用精密滾動(dòng)軸承并加預(yù)載，消除間隙、提高剛度提高主軸回轉(zhuǎn)精度改進(jìn)滑動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)短三瓦自位軸承.ppt

用液、氣靜壓軸承，剛度高、精度高、工藝性好保證工件回轉(zhuǎn)精度不僅影響圓度，而且影響圓柱度固定頂尖定位，修磨頂尖孔；采用無(wú)心磨加工無(wú)心磨削原理.ppt主要取決于主軸前后支承跳動(dòng)（跳動(dòng)量、相位等）的綜合影響2.直線運(yùn)動(dòng)精度

主要取決于機(jī)床導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度，也和導(dǎo)軌裝配質(zhì)量和不均勻磨損有關(guān)。導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度導(dǎo)軌在鉛垂面內(nèi)的直線度雙導(dǎo)軌間在鉛垂方向的平行度以車(chē)床為例，導(dǎo)軌誤差可能引起工件的截面尺寸變化，且影響軸向形狀：誤差敏感方向可忽略不計(jì)提高導(dǎo)軌直線運(yùn)動(dòng)精度的措施合理的導(dǎo)軌形狀和組合形式改善制造精度、接觸精度和精度保持性采用靜壓導(dǎo)軌（液、氣體）90o雙三角導(dǎo)軌，適當(dāng)加長(zhǎng)工作臺(tái)配磨、刮研，耐磨損均化作用，防磨損直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)液體靜壓導(dǎo)軌（350UPL）Nanotech350UPL是單點(diǎn)金剛石切削（SPDT）加工的極品HIT-1型超精密機(jī)床局部圖鏜削時(shí)：若工件直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)與鏜桿回轉(zhuǎn)軸線不平行銑削時(shí)：若端銑刀回轉(zhuǎn)軸線與工作臺(tái)直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)不垂直移位加工可使誤差從Δ減小至Δ?移位方向圓孔成為橢圓孔平面下凹光學(xué)零件超精密磨削工藝中，中心高位置對(duì)零件加工精度的影響。對(duì)零件形狀精度的影響4.成形運(yùn)動(dòng)間速度關(guān)系精度

-

車(chē)、磨螺紋以及滾齒、插齒、磨齒等加工，要求各成形運(yùn)動(dòng)之間具有準(zhǔn)確的速度關(guān)系。滾齒機(jī)刀具與工件間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系提高成形運(yùn)動(dòng)速度關(guān)系精度的措施

盡量減少傳動(dòng)件數(shù)目，縮短傳動(dòng)鏈長(zhǎng)度（最好1個(gè)）

采用降速傳動(dòng)鏈保證高精度的傳動(dòng)零部件制造、總裝調(diào)試和維修

傳動(dòng)誤差檢測(cè)與補(bǔ)償(大小相等、方向相反的誤差)

影響速度關(guān)系精度的因素

機(jī)床傳動(dòng)鏈中各傳動(dòng)元件的制造誤差、裝配誤差以及磨損等，都會(huì)破壞正確的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，造成工件和刀具運(yùn)動(dòng)相對(duì)速度的不準(zhǔn)確，從而產(chǎn)生加工誤差。在降速鏈中的低速傳動(dòng)件誤差的影響最大。6.2.3加工過(guò)程中其它因素對(duì)加工精度的影響與控制1.工藝系統(tǒng)受力變形的影響與控制工藝系統(tǒng)受力破壞成形運(yùn)動(dòng)精度引起加工誤差加工時(shí)工件或夾具變形，加工后產(chǎn)生誤差單爪撥動(dòng)，使受力方向改變，瞬時(shí)回轉(zhuǎn)中心變動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件自重引起結(jié)構(gòu)件變形且隨運(yùn)動(dòng)而不斷變化（龍門(mén)機(jī)床、KDP超精密加工機(jī)床）高速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中由于質(zhì)量不均引起有關(guān)環(huán)節(jié)變形接觸變形造成測(cè)量誤差（非接觸測(cè)量）夾緊力撥動(dòng)力重力慣性力測(cè)量力切削力力的變化使工藝系統(tǒng)產(chǎn)生復(fù)雜變形（細(xì)長(zhǎng)軸）控制或減少工藝系統(tǒng)受力變形的措施

有效減?。ㄇ邢髁Γㄏ麡O方法，超精加工中出現(xiàn)）根據(jù)變形規(guī)律，預(yù)置系統(tǒng)的反變形（重力）；調(diào)刀量調(diào)整恒力測(cè)量裝置（測(cè)量力）；相對(duì)測(cè)量，對(duì)比抵消變形的影響減小切削用量補(bǔ)償部件變形恒定測(cè)量力提高系統(tǒng)剛度有效地提高工藝系統(tǒng)抵抗受力變形的能力本節(jié)重點(diǎn)積極方法找引起工件產(chǎn)生誤差原因提出改進(jìn)性措施提高零件的加工精度工藝系統(tǒng)剛度

工藝系統(tǒng)在受力時(shí)抵抗變形的能力工藝系統(tǒng)變形的特點(diǎn)在加工誤差敏感方向?qū)庸ぞ扔绊懽畲笈c受力的大小往往并不呈現(xiàn)線性關(guān)系工藝系統(tǒng)剛度Ks：加工誤差敏感方向上工藝系統(tǒng)受力Fn與變形量（或位移量）Δ

之比即工藝系統(tǒng)剛度與加工精度的關(guān)系

①系統(tǒng)各部剛度不等時(shí)在切削力作用下產(chǎn)生的加工誤差車(chē)外圓可推導(dǎo)出式中KH、KT、KB——

分別為機(jī)床床頭、尾座及刀架部件的實(shí)測(cè)平均剛度

E

——工件材料的彈性模量

J——

工件截面慣性矩簡(jiǎn)化公式當(dāng)機(jī)床剛度遠(yuǎn)大于工件剛度時(shí)當(dāng)工件剛度很高時(shí)*車(chē)刀在尾座處時(shí)，Z=L*車(chē)刀在床頭處時(shí)，Z=0車(chē)刀在工件中間時(shí)，Z=L/2細(xì)長(zhǎng)軸（腰鼓）KH>KT>K工短粗軸（馬鞍）

K工>KH>KT②切削力變化對(duì)加工精度的影響原因：切削余量不均；工件材質(zhì)變化等結(jié)果：形狀誤差，尺寸分散誤差復(fù)映現(xiàn)象

工件加工前的誤差ΔB以類(lèi)似的形式反映到加工后的工件上去，造成加工后的誤差ΔW。誤差復(fù)映系數(shù)

ε式中CFp——

徑向切削力系數(shù)

f

——進(jìn)給量

YFp

——

進(jìn)給量對(duì)切削力影響指數(shù)減少誤差復(fù)映的主要措施多次走刀提高工藝系統(tǒng)剛度提高工藝系統(tǒng)剛度的主要措施①提高工件在加工時(shí)的剛度或減小其變形

合理選擇工件的加工和裝夾方式薄壁件均勻夾緊；細(xì)長(zhǎng)件用中心架、跟刀架或反向進(jìn)給切削②提高刀具在加工時(shí)的剛度

改善刀具材料、結(jié)構(gòu)；熱處理；鉆套、鏜套；對(duì)稱(chēng)刃口抵消切削分力③提高機(jī)床及夾具的剛度

合理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，剛度平衡；盡量減少零件數(shù)，提高接合面形狀精度，降低表面粗糙度值，減少接觸變形；可靠預(yù)緊求法？2.工藝系統(tǒng)熱變形的影響與控制熱源內(nèi)部熱源外部熱源摩擦熱（運(yùn)動(dòng)副）轉(zhuǎn)化熱（電動(dòng)機(jī)，動(dòng)力能耗）加工熱（切削熱、磨削熱）（薄片類(lèi)零件）環(huán)境溫度（室溫、地基溫度）輻射熱（陽(yáng)光、取暖設(shè)備、人體）熱變形對(duì)加工精度的影響

（特別是精密件、大型件的加工）機(jī)床：破壞原有的冷態(tài)幾何精度，造成加工誤差（大機(jī)床、日俄）工件：冷卻后尺寸改變；局部受熱不均而變形（大零件如導(dǎo)軌）刀具：加工過(guò)程中熱伸長(zhǎng)引起加工尺寸變化精密加工時(shí)也要考慮夾具、量具熱變形帶來(lái)的誤差控制熱變形的主要措施減少熱量產(chǎn)生和傳入正確使用刀（磨）具、切（磨）削用量；及時(shí)刃磨或修整刃具；電機(jī)外置、油箱外置（二次熱源）；防曬加強(qiáng)散熱能力高效冷卻（噴霧冷卻、潤(rùn)滑油冷凍降溫，液氮，采用冰研磨）均恒溫度場(chǎng)采用熱對(duì)稱(chēng)和熱補(bǔ)償結(jié)構(gòu)；恒溫間（德國(guó)）；機(jī)床預(yù)熱（長(zhǎng)春）。改進(jìn)設(shè)計(jì)有限元分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、CAD超精密加工過(guò)程中，其它誤差的影響因素也非常的重要除了前面分析的所有因素之外（環(huán)境控制：恒溫、恒濕、超凈、隔振）6.2.3工藝系統(tǒng)磨損的影響與控制減少系統(tǒng)磨損的主要措施合理設(shè)計(jì)機(jī)床結(jié)構(gòu)靜壓結(jié)構(gòu)（無(wú)磨損），易損表面防護(hù)提高零部件耐磨性耐磨材料（合金鑄鐵、鑲鋼、貼塑），熱處理合理潤(rùn)滑，及時(shí)更換已磨損件正確使用刀具刀具材料（陶瓷、金剛石），刀具參數(shù)切削用量（尤其是V），刃口形式（寬刃）冷卻潤(rùn)滑系統(tǒng)磨損對(duì)加工精度的影響機(jī)床零部件破壞原有成形運(yùn)動(dòng)精度造成工件的形狀和位置誤差?yuàn)A具帶來(lái)裝夾誤差、對(duì)刀導(dǎo)引誤差刀具和磨具使批生產(chǎn)工件尺寸的分散性增大造成尺寸和形狀誤差（大零件、成形刀具加工）量具引起測(cè)量誤差6.2.4工件殘余應(yīng)力的影響與控制工件的殘余應(yīng)力：當(dāng)外部載荷去除以后，仍殘存在工件內(nèi)部的應(yīng)力殘余應(yīng)力的產(chǎn)生機(jī)加力和熱表層塑變（晶格扭曲、拉長(zhǎng)、比容增大）毛坯制造冷卻快受壓（殘余壓應(yīng)力）慢者受拉（殘余拉應(yīng)力）（詳細(xì)之：620℃）冷校直局部塑變（絲杠?chē)?yán)禁之）減少或消除殘余應(yīng)力的主要措施合理設(shè)計(jì)零件結(jié)構(gòu)時(shí)效處理自然時(shí)效大件在室外擱置數(shù)天、月小件在車(chē)間擱置數(shù)小時(shí)（粗、精加工之間）結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，壁厚均勻，減小尺寸差人工時(shí)效鑄、鍛、焊件在機(jī)械加工前的退火、回火精度穩(wěn)定性要求高的零件，淬火后進(jìn)行冰冷處理振動(dòng)時(shí)效（激振、敲打）減少加工塑變減少加工熱；精度高的細(xì)長(zhǎng)工件，不得冷校直

加大余量、多次切削，熱校直6.3加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析目的：區(qū)分成批生產(chǎn)中不同性質(zhì)的加工誤差，確定系統(tǒng)誤差的數(shù)值和隨機(jī)誤差的范圍，從而找出造成加工誤差的主要因素以便采取相應(yīng)的措施，提高零件的加工精度系統(tǒng)誤差在相同的工藝條件下加工一批工件，所產(chǎn)生的大小和方向不變（常值），或按加工順序有規(guī)律的變化（變值）的加工誤差隨機(jī)誤差在相同的工藝條件下加工一批工件，所產(chǎn)生的大小和方向不同，且無(wú)規(guī)律變化的加工誤差6.3.1加工誤差的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)6.3.2

機(jī)械加工誤差的分布規(guī)律正態(tài)分布調(diào)整法加工時(shí)沒(méi)有某種優(yōu)勢(shì)因素的影響平頂分布加工過(guò)程中有顯著的變值系統(tǒng)誤差，如刀具磨損雙峰分布兩臺(tái)機(jī)床加工，機(jī)床精度不同，刀具調(diào)整尺寸不一致偏態(tài)分布加工過(guò)程受到人為干預(yù)，如試切法加工時(shí)的保全心理，最終形成可修廢品。6.3.3

加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析方法統(tǒng)計(jì)分析方法點(diǎn)圖法分布圖法一、分布圖法

通過(guò)測(cè)量一批零件加工后的實(shí)際尺寸，做出尺寸分布曲線，然后按照此曲線來(lái)判斷該加工方法所產(chǎn)生的加工誤差。

一般情況下，調(diào)整法加工后的零件尺寸服從正態(tài)分布。其概率密度函數(shù)為：±3σ原則正態(tài)分布的隨機(jī)變量的分散范圍是±3σ6σ的大小代表了某種加工方法在一定條件下所能達(dá)到的加工精度一般情況下，有正態(tài)分布函數(shù)為：令：則有一、分布圖法平均尺寸常值系統(tǒng)誤差隨機(jī)誤差對(duì)一批零件實(shí)驗(yàn)分布曲線與正態(tài)分布曲線相符合任一零件，均可表示為：基本尺寸xM（理想公差帶中心）一、分布圖法分布曲線的用途①分析系統(tǒng)誤差的大小和方向軸和孔的平均尺寸與xM相比，

s=0.005mm分析隨機(jī)誤差因素對(duì)加工精度的影響

R=6=0.015mm（正態(tài)）分析各誤差范圍內(nèi)零件的百分比

x/=2，A=0.4772，合格率：0.5+0.4772=97.72%

廢品率：0.5-0.4772=2.28%分析減少?gòu)U品率的有效方法

6<T，

s=0，則無(wú)廢品，進(jìn)刀

s/2=0.00256>T，(a)s=0，(b)選用小的機(jī)床，亦即6’<T預(yù)估產(chǎn)生廢品的可能性

6>T，肯定有廢品軸類(lèi)：右可修，左不可修孔類(lèi)：右不可修，左可修⑤分析工序能力系數(shù)例如：加工

200.01mm軸，加工后實(shí)測(cè)平均尺寸為

20.005mm，

=0.0025，求其加工誤差情況？xyx

R=6xMsTx二、點(diǎn)圖法（1）逐點(diǎn)點(diǎn)圖

在一批零件的加工過(guò)程中，依次測(cè)量每個(gè)零件的加工尺寸，并記入以順次加工的零件號(hào)為橫坐標(biāo)、零件加工尺寸為縱坐標(biāo)的圖表中，便構(gòu)成了逐點(diǎn)點(diǎn)圖。由圖例可見(jiàn)，刀具磨損引起軸頸加工尺寸的變值系統(tǒng)誤差；尺寸分布近似為平頂分布，實(shí)際上隨機(jī)誤差

采用逐點(diǎn)點(diǎn)圖分析，可把變值系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差區(qū)分開(kāi)，便于通過(guò)誤差補(bǔ)償?shù)姆椒?，消除各種系統(tǒng)誤差，使加工精度得到提高。（2）圖

點(diǎn)圖反映工藝過(guò)程質(zhì)量指標(biāo)分布中心（系統(tǒng)誤差）的變化點(diǎn)圖則反映工藝過(guò)程質(zhì)量指標(biāo)分散范圍（隨機(jī)誤差）的變化因此，這兩個(gè)點(diǎn)圖必須聯(lián)合使用。

例：保證和提高機(jī)械加工精度的主要途徑（1）減少或消除原始誤差提高機(jī)床成形運(yùn)動(dòng)精度和剛度提高夾具的制造、安裝精度，減少裝夾誤差和對(duì)定誤差提高工件加工時(shí)的剛度，減少受力變形（反向切削）減少精密件加工時(shí)的熱影響，平衡熱變形（2）補(bǔ)償或抵消原始誤差補(bǔ)償——人為制造反向誤差抵消——移位法加工保證和提高機(jī)械加工精度的主要途徑（3）轉(zhuǎn)移原始誤差將誤差轉(zhuǎn)移到不敏感方向（4）分化或均化原始誤差分化——分組加工，以利于調(diào)刀均化——研磨保證和提高機(jī)械加工精度的主要途徑表面（微觀）形貌

加工變質(zhì)層表面粗糙度表面波紋度輪廓算術(shù)平均偏差Ra微觀不平度10點(diǎn)高度Rz直線波紋度平均波幅Wz圓周波紋度平均波幅Wz塑性變形引起的冷作硬化力（熱）產(chǎn)生的殘余應(yīng)力切（磨）削熱引起的金相組織變化6.4機(jī)械加工表面質(zhì)量的影響因素及其控制機(jī)械加工表面質(zhì)量6.4.2節(jié)6.4.3節(jié)6.4.1切削加工表面的形成過(guò)程

切削層金屬經(jīng)過(guò)第Ⅰ、Ⅱ變形區(qū)后形成了切屑，經(jīng)過(guò)第Ⅲ變形區(qū)則形成已加工表面。刀具刃口鈍圓半徑rn后刀面磨損寬度VB使第Ⅲ區(qū)變形復(fù)雜化

分流點(diǎn)O以下的金屬經(jīng)嚴(yán)重的擠壓摩擦產(chǎn)生塑變，脫離后刀面后，因深處基體的的彈性變形產(chǎn)生彈性恢復(fù)Δh，并留在加工表面上。在VB和CD段與后刀面接觸而使塑變加劇，甚至可引起表層的非晶質(zhì)化、纖維化及加工硬化。6.4.2機(jī)械加工表面粗糙度及其降低的工藝措施一、切削加工刀具操作者環(huán)境冷卻潤(rùn)滑工件機(jī)床夾具切削用量材料表面粗糙度幾何角度安裝情況材料組織剛性精度剛性精度功率運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性剛性切削速度進(jìn)給量背吃刀量種類(lèi)用量供給方式質(zhì)量振動(dòng)溫度技術(shù)水平精神狀態(tài)1）理論粗糙度減小措施：合理選擇刀具幾何角度減少進(jìn)給量采用直線過(guò)渡刃（修光）2）積屑瘤的影響積屑瘤：冷焊在前刀面的金屬形成條件刀具γo=0°或較小，或

γ?ο<0°；刃磨不好工件塑性材料且呈帶狀切屑切削條件vc中等，f或hD較大；無(wú)切削潤(rùn)滑效果積屑瘤對(duì)表面質(zhì)量的影響ΔhD深淺、寬窄不均的犁溝，增大了表面粗糙度積屑瘤的周期性生成與脫落，碎片鑲嵌在已加工表面上，影響表面質(zhì)量高硬度積屑瘤脫落，造成刀具的粘結(jié)磨損，增大了加工表面粗糙度3）鱗刺的影響切削加工表面在切削速度方向產(chǎn)生的魚(yú)鱗片狀毛刺產(chǎn)生條件刀具材料高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷刀具工件材料低（中）碳鋼、鉻鋼、不銹鋼、鋁合金、紫銅等塑性金屬切削條件切削速度vc中等，甚至很低時(shí)

鱗刺對(duì)表面質(zhì)量的影響增大了表面粗糙度值，成為塑性金屬材料精加工的一大障礙4）切削機(jī)理的變化

單元切屑周期性斷裂向切削表面，在加工表面上留下擠裂痕跡——波浪形。

崩碎切屑形成過(guò)程中，從主切削刃處開(kāi)始的裂紋在接近主應(yīng)力方向斜著向下延伸，造成加工表面的凸凹不平。

切削刃兩側(cè)的工件材料被擠壓后因沒(méi)有側(cè)面的約束力而產(chǎn)生隆起，也會(huì)使表面粗糙度值加大。脆塑轉(zhuǎn)變5）切削刃與工件相對(duì)位置變動(dòng)

機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)精度不高、導(dǎo)軌形狀誤差引起的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)跳動(dòng)、材料不均勻及切屑不連續(xù)等造成切削過(guò)程波動(dòng)（切削力變化），均會(huì)使刀具工件間的相對(duì)位置產(chǎn)生變化，從而使切削厚度、寬度發(fā)生變化。這些變化的不穩(wěn)定因素會(huì)引起加工系統(tǒng)的自激振動(dòng)，是相對(duì)位置變化的振幅加大，以致使引起背吃刀量變化，造成表面粗糙度值加大。6）切削刃損壞及刀具邊界磨損重要結(jié)論：在機(jī)械加工過(guò)程中，低頻振動(dòng)會(huì)引起工件表面產(chǎn)生表面波度，高頻振動(dòng)會(huì)引起工件表面生產(chǎn)表面粗糙度。切削加工表面粗糙度的控制改善工件材料的切削性能調(diào)質(zhì)后加工，減小塑性，提高硬度，可抑制積屑瘤和鱗刺工件方面切削條件（1）選擇合理的切削速度，避開(kāi)積屑瘤生長(zhǎng)區(qū)（2）減少f，減小Rmax，避免刀屑粘結(jié)，抑制積屑瘤和鱗刺生長(zhǎng)（3）采用有效冷卻潤(rùn)滑液，減小摩擦，抑制積屑瘤和鱗刺生長(zhǎng)（4）采用加熱或低溫切削，以避開(kāi)積屑瘤和鱗刺的生長(zhǎng)（5）避免工藝系統(tǒng)的高頻振動(dòng)刀具方面（1）適當(dāng)減小κr、κ?r或增大rε，以減小殘留面積高度Rmax（2）增大γο，使塑性變形減小，以利于抑制積屑瘤和鱗刺（3）提高刃磨質(zhì)量，減小刀面粗糙度，磨損超值要及時(shí)換刀（4）減小刀具和工件之間的摩擦系數(shù)，控制粘結(jié)、積屑瘤、鱗刺二、磨削加工磨削加工表面粗糙度是通過(guò)滑擦、刻劃和切削的綜合作用形成的磨削表面粗糙度：?jiǎn)挝粫r(shí)間、單位面積內(nèi)所形成的勾槽越多越淺越好（1）適當(dāng)加大粒度號(hào)，增大砂輪單位面積的砂粒數(shù)m（2）適當(dāng)提高砂輪速度vc或降低工件速度vw，即增大vc/vw比值，減少塑變（3）合理使用直徑較大的砂輪（加大Rt）（4）加大砂輪寬度B，減小軸向進(jìn)給量fa，使B/fa比值增大（5）減小徑向進(jìn)給量fr或磨削深度ap（甚至無(wú)進(jìn)給光磨）（6）提高砂輪修整質(zhì)量，保持鋒利度和微刃口等高性金剛石砂輪電解在線修銳ELID(ELectrolyticIn-processDressing)

（7）選擇合適的砂輪硬度、磨削液及其澆注方法

減小磨削表面粗糙度值的措施三、超精研、研磨、珩磨及拋光加工用參數(shù)為壓強(qiáng)，不是磨削背吃刀量（磨削深度）自為基準(zhǔn)加工，主要是降低表面粗糙度，很難提高加工精度只有用精密定型研磨工具時(shí)，才能提高工件的形狀精度不需要機(jī)床有非常精確的成形運(yùn)動(dòng)加工余量是前序公差的幾分之一，原理上講只要等于上序的Rz特點(diǎn)：影響表面粗糙度的因素主要是磨條壓強(qiáng)和切削角，還有磨條的振頻、振幅，工作速度，磨條粒度，磨條縱向進(jìn)給量，冷卻液。超精研加工表面粗糙度可達(dá)Rz0.05濕式研加研磨劑（磨粒加煤油、機(jī)油、油酸等），以滾動(dòng)切削為主，

Rz0.1干式研磨粒固定在研具上，滑動(dòng)切削，

Rz0.05拋光研濕式研后進(jìn)行。磨粒硬度低，細(xì)小，加上研磨劑的化學(xué)作用，可使表面粗糙度進(jìn)一步降低

研磨

主要用于加工內(nèi)孔表面，可達(dá)Rz0.4～3.2，甚至Rz0.1

珩磨也可用于外圓加工

用軟研具打光已精加工過(guò)的表面，去除前序留下的痕跡；或?yàn)楂@得光亮美觀的表面，提高疲勞強(qiáng)度。機(jī)械拋光用帆布、毛氈或皮帶，加入磨料（氧化鉻、氧化鐵等）也可用配制的拋光研磨膏，在打磨過(guò)程中去除金屬層液體拋光用含磨料的磨削液高速?lài)娔?，擊平凸?/p>

拋光此外，還有電解拋光、化學(xué)拋光等非傳統(tǒng)加工方法。磁流變拋光、浮法拋光。6.4.3加工表面變質(zhì)層一、冷作硬化冷作硬化（加工硬化）——經(jīng)過(guò)切削或磨削加工，而不是經(jīng)熱處理所造成的表面硬化現(xiàn)象。使表面的耐磨性提高，脆性增加，沖擊韌性降低，也給后續(xù)加工帶來(lái)困難，增加刀具磨損，減少刀具使用壽命。

切削層金屬經(jīng)受塑性變形時(shí)，切削層以下的一部分金屬也將產(chǎn)生塑性變形；再加上刀具刃口鈍圓半徑的存在，分流點(diǎn)以下的部分未被切下，而是經(jīng)受的擠壓產(chǎn)生了很大的附加塑性變形。由于基體材料的彈性恢復(fù)，刀具后刀面又繼續(xù)與已加工表面接觸摩擦，使加工表面再次產(chǎn)生變形。經(jīng)過(guò)上述幾次變形，使得金屬晶格發(fā)生了扭曲，晶格被拉長(zhǎng)、破碎，使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)困難，阻礙了金屬的進(jìn)一步塑性變形，而使金屬?gòu)?qiáng)化，硬度顯著提高。

加工硬化通常用硬化程度

N和硬化層深度Δhd

來(lái)衡量。硬化程度N為式中

H0—基體的顯微硬度，HV

H—

硬化層顯微硬度，HV硬化層深度Δhd是指加工硬化層深入基體的距離，以μm計(jì)

加工表面除了受切削力以外，還要受到切削溫度的影響，當(dāng)切削溫度低于相變點(diǎn)時(shí)，表層將被弱化，硬度將降低；若溫度高于時(shí)將產(chǎn)生相變。

因此，加工表面的硬度將是這種強(qiáng)化、弱化及相變綜合作用的結(jié)果：當(dāng)塑性變形為主時(shí)，表面要產(chǎn)生硬化；當(dāng)切削溫度起主導(dǎo)作用時(shí)，要由相變情況而定。一、冷作硬化影響加工硬化的因素及控制措施材料硬度越低，塑性增大，N和Δhd越大工件方面切削條件合理選擇切削用量，可減輕加工硬化較高的切削速度vc

和較小的f

使用性能好的切削液，可減輕加工硬化刀具方面（1）選擇較大的γο，減少切削變形，使N和Δhd均減?。?）選擇較大的αο，減少后刀面的摩擦，使加工硬化減?。?）減小刃口鈍圓半徑rn，減小擠壓摩擦，使硬化層減?。?）后刀面磨損Vb越大，Δhd

越大；提高刃磨質(zhì)量，減小硬化二、表面層的殘余應(yīng)力局部高溫塑性變形使表層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)裂紋局部金相組織變化馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌M織，表層體積欲減小，受到基體拉伸，產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力

局部冷態(tài)塑性變形切削時(shí)，表層產(chǎn)生拉伸冷態(tài)塑變形，將使表層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力；反之，產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力影響殘余應(yīng)力的因素及控制措施刀具前角γ0

由正變?yōu)樨?fù)時(shí)，可使表層殘余拉應(yīng)力逐漸減?。磺敖菫檩^大負(fù)值且切削用量合適時(shí)，可得殘余壓應(yīng)力刀具后刀面磨損

VB值增大，切削溫度升高，使加工表面呈殘余拉應(yīng)力，同時(shí)使殘余拉應(yīng)力層深度加大

工件材料塑性越大，切削加工后產(chǎn)生的殘余拉應(yīng)力越大脆性材料的加工表面易產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力

切削條件

vc增大，熱應(yīng)力為主，使殘余應(yīng)力增大，但深度減小f增加，殘余拉應(yīng)力增大，但壓應(yīng)力將向里層移動(dòng)αp對(duì)殘余應(yīng)力的影響不顯著

馬=7.75，珠=7.78，鐵=7.88，奧=7.95三、表面層的金相組織變化（磨削燒傷、裂紋）

磨削工件時(shí)，當(dāng)工件表面層溫度達(dá)到或超過(guò)金屬材料的相變溫度時(shí)，表層金屬材料的金相組織將發(fā)生變化，表層顯微硬度也相應(yīng)變化，并伴隨有殘余應(yīng)力產(chǎn)生，甚至出現(xiàn)微裂紋，同時(shí)出現(xiàn)彩色氧化膜，這種現(xiàn)象稱(chēng)磨削燒傷?；鼗馃齻?/p>

馬氏體轉(zhuǎn)變溫度<θ<相變溫度馬氏體組織轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗鸾M織（索氏體或屈氏體）淬火燒傷

θ>相變溫度時(shí)急冷，表層出現(xiàn)二次淬火，硬度提高；內(nèi)層產(chǎn)生過(guò)回火組織，硬度降低退火燒傷

不用磨削液，θ>相變溫度時(shí)慢冷，出現(xiàn)退火，硬度降低如磨削淬火鋼時(shí)，由于磨削區(qū)溫度的不同，可能產(chǎn)生三種燒傷：磨削燒傷

磨削的高溫在工件表面層引起熱應(yīng)力和金相組織相變帶來(lái)的體積應(yīng)力，且多呈現(xiàn)為殘余拉應(yīng)力。

磨削淬火鋼、滲碳鋼及硬質(zhì)合金工件時(shí)，常常在垂直于磨削的方向上產(chǎn)生微小龜裂，嚴(yán)重時(shí)發(fā)展成龜殼狀微裂紋。有的裂紋不在工件的外表面，而是在表面層下，用肉眼根本無(wú)法發(fā)現(xiàn)。磨削裂紋的方向常與磨削方向垂直或呈網(wǎng)狀，并且與燒傷同時(shí)出現(xiàn)。磨削裂紋降低零件的疲勞強(qiáng)度，甚至早期出現(xiàn)低應(yīng)力脆性斷裂。磨削裂紋

在零件的制造過(guò)程中，一方面要設(shè)法避免裂紋的產(chǎn)生，另一方面要采用適宜的檢驗(yàn)方法來(lái)檢查工件的表面質(zhì)量。減輕磨削燒傷、裂紋的途徑

減少熱量的產(chǎn)生加速熱量的傳出（1）選擇合理的磨削用量從減少生熱考慮，理論依據(jù)為

從熱量傳出的角度考慮，vc的增加會(huì)使砂輪與接觸區(qū)接觸時(shí)間減少，傳到工件上的熱量相對(duì)減少——高速磨削

主要可減小徑向進(jìn)給量fr

（生產(chǎn)中一開(kāi)始采用較大的fr，最后幾次減小fr

，并進(jìn)行光磨）此外，軸向進(jìn)給量fa、工件材料的強(qiáng)（硬）度、韌性增加均會(huì)使θ有所升高重要結(jié)論：同時(shí)提高砂輪速度與工件速度可避免磨削燒傷在磨削加工的最后階段，總要進(jìn)行幾次空走刀或無(wú)進(jìn)給磨削，為什么？（降低表面粗糙度，提高表面質(zhì)量。）（2）提高冷卻效果采用高壓大流量法提高冷卻、沖洗效果安裝帶空氣擋板的噴嘴使磨削液順利噴注到磨削區(qū)采用磨削液霧化法或內(nèi)冷卻法進(jìn)一步增強(qiáng)冷卻效果開(kāi)槽砂輪（3）正確選用砂輪（4）選用新結(jié)構(gòu)和新工藝正確選用磨料、結(jié)合劑、粒度、硬度與組織等改進(jìn)砂輪修整工藝四、表面強(qiáng)化工藝

利用表面層的冷作硬化和殘余壓應(yīng)力，提高零件的抗疲勞強(qiáng)度和使用壽命。噴丸利用大量快速運(yùn)動(dòng)的珠丸打擊已加工完畢的零件表面。主要用于零件的毛坯表面，如板簧、鉆桿、連桿、齒輪等滾壓

滾珠、滾柱滾壓鋼球擠壓漲孔6.5機(jī)械加工過(guò)程中的振動(dòng)及其控制機(jī)加中的振動(dòng)類(lèi)型自由振動(dòng)5%

切削力突變（切入時(shí)），外力沖擊強(qiáng)迫振動(dòng)30%

受周期干擾力（地基、電機(jī)、齒輪嚙合、回轉(zhuǎn)件不平衡、多刃多齒刀具）自激振動(dòng)65%

系統(tǒng)自身引起的交變切削力作用，加強(qiáng)和維持了自身振動(dòng)振動(dòng)的危害表面質(zhì)量下降（振紋）

降低機(jī)床、夾具、刀具壽命（聯(lián)接松動(dòng)，崩刃、磨損）

限制生產(chǎn)率的提高（切削用量不能提高）

環(huán)境污染（噪音）

6.5.1概述強(qiáng)迫振源機(jī)外振源

通過(guò)地基傳給工藝系統(tǒng)

機(jī)內(nèi)振源

電機(jī)振動(dòng)（轉(zhuǎn)子、磁力不平衡）回轉(zhuǎn)零件不平衡（卡盤(pán)、砂輪、刀盤(pán)、工件等）傳動(dòng)件振動(dòng)（齒輪嚙合、皮帶接頭、軸承誤差）往復(fù)件慣性力（牛頭刨滑枕）切削沖擊（斷續(xù)切削、帶槽工件、材料