机械制造技术基础第5章

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1、第五章第五章 机械制造质量分析与控制机械制造质量分析与控制第一节第一节 机械加工精度的基本概念机械加工精度的基本概念第二节第二节 影响加工精度的因素及其分析影响加工精度的因素及其分析第三节第三节 加工误差的综合分析加工误差的综合分析第四节第四节 机械加工表面质量机械加工表面质量第五节第五节 机械加工工程中振动的基本概念机械加工工程中振动的基本概念Analysis and Control of Machining Quality1尺寸精度尺寸精度形状精度形状精度位置精度位置精度（通常形状误差限制在位置公差内，位（通常形状误差限制在位置公差内，位置公差限制在尺寸公差内）置公差限制在尺寸公差内）表面

2、粗糙度表面粗糙度波度波度纹理方向纹理方向伤痕伤痕加工精度加工精度表面质量表面质量表面几何形状精度表面几何形状精度表面缺陷层表面缺陷层表层加工硬化表层加工硬化表层金相组织变化表层金相组织变化表层残余应力表层残余应力加工质量加加工工质质量量2一、加工精度与加工误差一、加工精度与加工误差第一节第一节 机械加工精度的基本概念机械加工精度的基本概念 零件的形状公差和位置公差一般应为相应尺寸公差的零件的形状公差和位置公差一般应为相应尺寸公差的1/31/31/21/2左右，在同一要素上给出的形状公差值应小于位置公差值。左右，在同一要素上给出的形状公差值应小于位置公差值。 3二、加工经济精度二、加工经济精度加

3、工成本与加工误差之间的关系加工成本与加工误差之间的关系 加工经济精度是指在正常生产条件下（采用符合质量加工经济精度是指在正常生产条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人，不延长加标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人，不延长加工时间）所能保证的加工精度，如图中之工时间）所能保证的加工精度，如图中之ABAB范围。范围。4定尺寸刀具加工定尺寸刀具加工试切法切削轴试切法切削轴三、零件获得加工精度的方法三、零件获得加工精度的方法获得尺寸精度的方法获得尺寸精度的方法试切法试切法定尺寸刀具法定尺寸刀具法调整法调整法自动控制法自动控制法5原始误差分类原始误差分类工工艺艺系系统统原原始始

4、误误差差工工艺艺系系统统原原始始状状态态有有关关的的原原始始误误差差( (工工艺艺系系统静误差统静误差) )与与工工艺艺过过程程有有关关的的原原始始误误差差( (工工艺艺系系统统动动误误差差) )原理误差原理误差定位误差定位误差调整误差调整误差刀具误差刀具误差夹具误差夹具误差机床误差机床误差工艺系统受力变形工艺系统受力变形工艺系统受热变形工艺系统受热变形刀具磨损刀具磨损测量误差测量误差工件残余应力引起的变形工件残余应力引起的变形主轴回转误差主轴回转误差导轨导向误差导轨导向误差传动误差传动误差8一、原理误差一、原理误差 例如滚齿用的齿轮滚刀，就有两种误差，一是为了制造方便，例如滚齿用的齿轮滚刀，

5、就有两种误差，一是为了制造方便，采用阿基米德蜗杆代替渐开线基本蜗杆而产生的刀刃齿廓近似造形采用阿基米德蜗杆代替渐开线基本蜗杆而产生的刀刃齿廓近似造形误差；二是由于滚刀切削刃数有限，切削是不连续的，因而滚切出误差；二是由于滚刀切削刃数有限，切削是不连续的，因而滚切出的齿轮齿形不是光滑的渐开线，而是折线。的齿轮齿形不是光滑的渐开线，而是折线。 成形车刀、成形铣刀也采用了近似的刀具轮廓。成形车刀、成形铣刀也采用了近似的刀具轮廓。 采用近似的成形运动和刀具刃形，不但可以简化机床或刀具的采用近似的成形运动和刀具刃形，不但可以简化机床或刀具的结构，而且能提高生产效率和加工的经济效益。结构，而且能提高生产效

6、率和加工的经济效益。9机床导轨误差机床导轨误差机床导轨误差的基本形式机床导轨误差的基本形式垂直面内的直线度垂直面内的直线度水平面内的直线度水平面内的直线度前后导轨的平行度前后导轨的平行度（扭曲）（扭曲）现以卧式车床为例，说明导轨误差是怎样影响工件现以卧式车床为例，说明导轨误差是怎样影响工件的加工精度的。的加工精度的。二、机床几何误差二、机床几何误差10导轨在垂直面内直线度误差的影响导轨在垂直面内直线度误差的影响11导轨在水平面内直线度误差的影响导轨在水平面内直线度误差的影响 当导轨在水平面内的直线度误差为当导轨在水平面内的直线度误差为yy时时, ,引起工件在半径方向引起工件在半径方向的误差为：

7、的误差为：RR= = y y假设：则：12对平面磨床，龙门刨床对平面磨床，龙门刨床及铣床等，导轨在垂直面内及铣床等，导轨在垂直面内的直线度误差会引起工件相的直线度误差会引起工件相对于砂轮（刀具）产生法向对于砂轮（刀具）产生法向位移，其误差将直接反映到位移，其误差将直接反映到被加工工件上，造成形状误被加工工件上，造成形状误差（图）。差（图）。 龙门刨床导轨垂直面内直线度误差龙门刨床导轨垂直面内直线度误差1刨刀刨刀2工件工件3工作台工作台4床身导轨床身导轨13前后导轨平行度误差的影响前后导轨平行度误差的影响 从图可知，车床前后从图可知，车床前后导轨扭曲的最终结果反映导轨扭曲的最终结果反映在工件上，

8、于是产生了加在工件上，于是产生了加工误差工误差yy。从几何关系中。从几何关系中可得出：可得出： y:H:A y:H:A即即 yH/A yH/A 一般车床一般车床H2A/3H2A/3，外，外圆磨床圆磨床HAHA，因此该项原，因此该项原始误差对加工精度的影响始误差对加工精度的影响很大。很大。14机床主轴回转误差机床主轴回转误差主轴回转误差的基本形式主轴回转误差的基本形式15 工件回转类工件回转类刀具回转类刀具回转类误差敏感误差敏感方向不变方向不变镗床镗床镗床镗床 车床车床车床车床加工时误差敏感加工时误差敏感方向和切削力方方向和切削力方向随主轴回转而向随主轴回转而不断变化不断变化 下面以在镗床上镗孔

9、、车床上车外圆为例来说明主下面以在镗床上镗孔、车床上车外圆为例来说明主轴回转误差对加工精度的影响。轴回转误差对加工精度的影响。机机床床16车削时纯径向跳动对加工精度的影响车削时纯径向跳动对加工精度的影响车床加工：工件回转，刀车床加工：工件回转，刀具移动。具移动。假设主轴轴线沿假设主轴轴线沿y轴轴作简谐运动，在工件的作简谐运动，在工件的1处处（主轴中心偏移最大之处）切（主轴中心偏移最大之处）切出的半径比在工件的出的半径比在工件的2、4处切处切出的半径小一个幅值出的半径小一个幅值A；在工；在工件的件的3处切出的半径比在工件处切出的半径比在工件的的2、4处切出的半径大一个幅处切出的半径大一个幅值值A

10、。这样上述四点工件的直。这样上述四点工件的直径都相等，其它各点直径误差径都相等，其它各点直径误差也很小，所以车削出的工件表也很小，所以车削出的工件表面接近于一个真圆。面接近于一个真圆。由此可见，主轴纯径向跳动对车削加工工件的圆度影响很小。由此可见，主轴纯径向跳动对车削加工工件的圆度影响很小。主轴的纯径向跳动对车削和镗削加工精度的影响主轴的纯径向跳动对车削和镗削加工精度的影响17镗孔时纯径向跳动对加工精度的影响镗孔时纯径向跳动对加工精度的影响 Y=Acos+Rcos=(A+R)cos; Z=Rsin; Y=Acos+Rcos=(A+R)cos; Z=Rsin; 将上两式平方相加得将上两式平方相加

11、得:Y:Y2 2/(A+R)/(A+R)2 2+Z+Z2 2/R/R2 2=1=1 表明此时镗出的孔为椭圆形。表明此时镗出的孔为椭圆形。 镗削加工：镗刀回镗削加工：镗刀回转，工件不转。转，工件不转。假设由假设由于主轴纯径向跳动而使于主轴纯径向跳动而使轴线在轴线在y y坐标方向作简谐坐标方向作简谐运动，其频率与主轴转运动，其频率与主轴转速相同，简谐幅值为速相同，简谐幅值为A A； 则则:Y = Acos(:Y = Acos(t)t)当镗刀转过一个当镗刀转过一个角时（位置角时（位置11），刀尖），刀尖轨迹的水平分量和垂直轨迹的水平分量和垂直分量分别计算得：分量分别计算得：18 产生径向圆跳动误差的

12、主要原因有：主轴支承轴颈的圆度误差、产生径向圆跳动误差的主要原因有：主轴支承轴颈的圆度误差、轴承工作表面的圆度误差等、轴承孔之间的同轴度误差。若机床主轴承工作表面的圆度误差等、轴承孔之间的同轴度误差。若机床主轴采用滑动轴承结构如图轴采用滑动轴承结构如图a a所示，此时主轴支承轴颈的圆度误差将所示，此时主轴支承轴颈的圆度误差将直接反映为主轴径向圆跳动直接反映为主轴径向圆跳动d d，而轴承内径的圆度误差则影响不大；，而轴承内径的圆度误差则影响不大；在镗床上镗孔时如图在镗床上镗孔时如图b b所示，轴承内表面的圆度误差将直接反映为所示，轴承内表面的圆度误差将直接反映为主轴径向圆跳动主轴径向圆跳动d d

13、，而主轴支承轴颈的圆度误差则影响不大。，而主轴支承轴颈的圆度误差则影响不大。 若机床主轴采用滚动轴承结构，在车床上车外圆时，滚动轴承若机床主轴采用滚动轴承结构，在车床上车外圆时，滚动轴承内环外滚道的圆度误差对主轴径向圆跳动影响较大；在镗床上镗孔内环外滚道的圆度误差对主轴径向圆跳动影响较大；在镗床上镗孔时，轴承外环内滚道的圆度误差对主轴径向圆跳动影响较大。滚动时，轴承外环内滚道的圆度误差对主轴径向圆跳动影响较大。滚动体的尺寸误差将直接影响主轴径向圆跳动误差的大小。体的尺寸误差将直接影响主轴径向圆跳动误差的大小。19轴向窜动对车、镗削加工精度的影响轴向窜动对车、镗削加工精度的影响轴向窜动对车削端面

14、的影响轴向窜动对车削端面的影响20角度摆动对车、镗削加工精度的影响角度摆动对车、镗削加工精度的影响主轴纯角度摆动对镗孔精度的影响主轴纯角度摆动对镗孔精度的影响21机床传动链误差机床传动链误差22三、调整误差三、调整误差调调 整整 误误 差差机床的调整机床的调整夹具的调整夹具的调整刀具的调整刀具的调整23工艺系统：工艺系统：机床、夹具、机床、夹具、工件、刀具工件、刀具外力：外力：切削力、传动力、切削力、传动力、惯性力、夹紧力、重力惯性力、夹紧力、重力破坏刀具、工件间相对位置破坏刀具、工件间相对位置现场加工中工艺系统受力变形的现象现场加工中工艺系统受力变形的现象四、工艺系统受力变形对加工精度的影响

15、四、工艺系统受力变形对加工精度的影响现象一：现象一：车细长轴时的腰车细长轴时的腰鼓形误差鼓形误差现象二：现象二：旧机床的旧机床的“让刀让刀”现象三：现象三：“无进给磨削无进给磨削”24受力变形对工件精度的影响受力变形对工件精度的影响a)车细长轴车细长轴b）磨内孔磨内孔25机床部件刚度及其特点机床部件刚度及其特点工艺系统的刚度是由组成工艺系统各部件的刚度决定的。工艺系统的刚度是由组成工艺系统各部件的刚度决定的。工艺系统的总变形量为：工艺系统的总变形量为：y系统系统=y机床机床+y刀具刀具+y夹具夹具+y工件工件而而所以所以工艺系统的刚度工艺系统的刚度26例如装夹在卡盘中的棒料以及压紧在车床方刀架

16、上的车刀，可以按照悬臂梁公式把它们的刚度计算出来（刀在工件最右端时变形最大）又如支承在两顶尖间加工的棒料，切削位置在中间点时，工件变形最大，可以用两支点梁的公式求出它的刚度： 式中 l-工件(刀具)长度(mm)； E-材料的弹性模量(Nmm2)，； I-工件(刀具)的截面惯性矩(mm4)； y1max-外力作用在梁端点的最大位移(mm)； y2max-外力作用在梁中点的最大位移(mm)。27静刚度测量静刚度测量机床部件刚度的测定机床部件刚度的测定车床刀架部件静刚度曲线车床刀架部件静刚度曲线28 非线形关系，不完全是弹性变形 部部件件实实测测刚刚度度远远比比按按实实体体结结构构估估算算值值小小。

17、图图中中第第一一次次加加载载时时刀刀架架的的平平均均刚刚度度值值约约为为4.6104.6103 3N/mmN/mm，这这只只相相当当于于一一个个截截面面积积为为30mm30mm30mm30mm、悬悬伸伸长长度度为为200mm200mm的的铸铸铁铁悬悬臂臂梁梁的的刚刚度度，而而刀刀架架的的实实体体结结构构尺尺寸寸要要比此尺寸大得多。比此尺寸大得多。存在残余变形，反复加载卸载后残余变形0 加载和卸载曲线不重合，所围面积表示克服摩擦和接触塑性变形所作功29连接表面的接触变形连接表面的接触变形薄弱零件本身的变形薄弱零件本身的变形间隙的影响间隙的影响摩擦的影响摩擦的影响施力方向的影响施力方向的影响影响机

18、床部件刚度的因素影响机床部件刚度的因素 接触刚度接触刚度 粗糙度粗糙度 材料硬度材料硬度机床刚度的薄弱环节机床刚度的薄弱环节表面的接触情况表面的接触情况30工艺系统的变形随施力点位置的变化情况工艺系统的变形随施力点位置的变化情况切削力作用点位置变化引起工件形状误差切削力作用点位置变化引起工件形状误差工艺系统受力变形对加工精度的影响工艺系统受力变形对加工精度的影响；31 例：已知卧式例：已知卧式车车床的床的k k头头座座=300000N/mm=300000N/mm，k k尾座尾座=56600N/mm=56600N/mm，k k刀架刀架=30000N/mm=30000N/mm，径向切削分力，径向切

19、削分力F Fy y=4000N=4000N，设设工件工件刚刚度、刀具度、刀具刚刚度、度、夹夹具具刚刚度相度相对较对较大，大，试计试计算加工一算加工一长为长为l l的光的光轴轴由于工由于工艺艺系系统刚统刚度度发发生生变变化引起的化引起的圆圆柱度柱度误误差。差。 解：工解：工艺艺系系统统最小最小变变形形y yminmin和最大和最大变变形形y ymaxmax： 由于工艺系统刚度变化引起的工件圆柱度误差：由于工艺系统刚度变化引起的工件圆柱度误差： 32根据材料力学的计算公式，根据材料力学的计算公式，在切削点处的位移为：在切削点处的位移为： 综合以上两例的分析，可以推广到一般的情况，即工艺系统的综合以

20、上两例的分析，可以推广到一般的情况，即工艺系统的总位移为以上两种情况的位移的叠加：总位移为以上两种情况的位移的叠加： 33车削时毛坯形状的误差复映车削时毛坯形状的误差复映 由于毛坯存在的圆度误差由于毛坯存在的圆度误差m m=a=ap1p1-a-ap2 p2 ，引起了工件产生圆度误引起了工件产生圆度误差差w w=y=y1 1 -y-y2 2 ，且且m m越大，越大，w w越大，这种由于工艺系统受力变形的越大，这种由于工艺系统受力变形的变化而使毛坯椭圆形状误差复映到加工后工件表面的现象称为变化而使毛坯椭圆形状误差复映到加工后工件表面的现象称为“误误差复映差复映”。 车车削一具有削一具有椭圆椭圆形状

21、形状误误差差的毛坯件的毛坯件A A，让让刀具刀具预预先先调调整整到到图图上双点划上双点划线线的位置，的位置， 毛坯毛坯椭圆长轴椭圆长轴方向的背吃刀量方向的背吃刀量为为a ap1p1，短，短轴轴方向的背吃刀量方向的背吃刀量为为a ap2p2。由于背吃刀量不同，切削。由于背吃刀量不同，切削力不同，工力不同，工艺艺系系统统的的变变形也不形也不同，切削力大同，切削力大时时，变变形大。形大。 切削力大小变化引起的加工误差（误差复映）切削力大小变化引起的加工误差（误差复映）34 式中式中为为F Fy y径向切削力，根据切径向切削力，根据切削原理，切削分力可表示削原理，切削分力可表示为为： 令令, C, C

22、为为常数，在常数，在车车削加工中，削加工中，x xFyFy1，故有，故有 则则35 例：在车床上用硬质合金刀具半精镗大直径短孔，加工前内孔例：在车床上用硬质合金刀具半精镗大直径短孔，加工前内孔的圆度误差为的圆度误差为0.5mm0.5mm，要求加工后圆度误差小于，要求加工后圆度误差小于0.01mm0.01mm；已知主轴；已知主轴箱刚度箱刚度k k主主轴轴=40000N/mm=40000N/mm，k k刀架刀架=3000N/mm=3000N/mm，走刀量走刀量f f0.05mm/r0.05mm/r，工，工件材料硬度为件材料硬度为190HBS190HBS；如只考虑机床刚度对加工精度的影响，问此；如只

23、考虑机床刚度对加工精度的影响，问此镗孔工序能否达到预定的加工要求？镗孔工序能否达到预定的加工要求？ 解：解： 查表查表2-22-2得：得： 计算结果表明，该镗孔工序能够达到预定的加工要求。计算结果表明，该镗孔工序能够达到预定的加工要求。 36夹紧力影响夹紧力影响套筒夹紧变形后误差套筒夹紧变形后误差 图所示用三爪卡盘夹持薄壁套筒，在车床上车内孔。图所示用三爪卡盘夹持薄壁套筒，在车床上车内孔。为减小此类误差，可用开口环夹紧薄壁环（如图为减小此类误差，可用开口环夹紧薄壁环（如图d d）或圆）或圆弧面卡爪夹紧（如图弧面卡爪夹紧（如图e e）。由于夹紧力在薄壁环内均匀分）。由于夹紧力在薄壁环内均匀分布，

24、故可减小由于工件夹紧变形引起的加工误差。布，故可减小由于工件夹紧变形引起的加工误差。其他作用力引起的加工误差其他作用力引起的加工误差37薄片工件的磨削薄片工件的磨削a)毛坯翘曲毛坯翘曲b)电磁工件台吸紧电磁工件台吸紧c)磨后松开，工件翘曲磨后松开，工件翘曲d)磨削凸面磨削凸面e)磨削凹面磨削凹面f)磨后松开，工件平直磨后松开，工件平直38 龙门铣横梁变形龙门铣横梁变形【例】【例】龙门铣横梁龙门铣横梁在横梁上再安装一根附加横梁，使在横梁上再安装一根附加横梁，使横梁承受的重量转移到附加梁上横梁承受的重量转移到附加梁上龙门铣横梁变形补偿龙门铣横梁变形补偿机床部件和工件本身质量质量的影响机床部件和工件

25、本身质量质量的影响 解决解决1 1：重量转移重量转移 解决解决2 2：变形补偿变形补偿39 常用的提高接触刚度方法：常用的提高接触刚度方法：改善工艺系统主要零件接改善工艺系统主要零件接触面的配合质量；在接触面间预加载荷。触面的配合质量；在接触面间预加载荷。减小工艺系统受力变形的措施减小工艺系统受力变形的措施提高工艺系统中零件间的配合表面质量，以提高接触刚度提高工艺系统中零件间的配合表面质量，以提高接触刚度设置辅助支承提高部件刚度设置辅助支承提高部件刚度采用辅助支承提高机床部件的刚度采用辅助支承提高机床部件的刚度40提高工件的刚度提高工件的刚度增加支承提高工件的刚度增加支承提高工件的刚度a a）

26、采用中心架）采用中心架 b b）采用跟刀架）采用跟刀架41合理装夹工件，减小夹紧变形合理装夹工件，减小夹紧变形铣角铁时的两种装夹铣角铁时的两种装夹42五、工艺系统热变形引起的加工误差五、工艺系统热变形引起的加工误差工艺系统的热变形及其热源工艺系统的热变形及其热源电机、轴承、齿电机、轴承、齿轮、油泵等轮、油泵等工件、刀具、工件、刀具、切屑、切削液切屑、切削液气温、室温变化、气温、室温变化、热、冷风等热、冷风等热源热源切削热切削热摩擦热摩擦热外部热源外部热源内部热源内部热源环境温度环境温度热辐射热辐射日光、照明、日光、照明、暖气、体温等暖气、体温等43工艺系统的热平衡工艺系统的热平衡热热平平衡衡当

27、单位时间内传入和散发当单位时间内传入和散发的热量相等时，工艺系统达的热量相等时，工艺系统达到了热平衡状态。到了热平衡状态。而工艺系统的热变形也就而工艺系统的热变形也就达到某种程度的稳定。达到某种程度的稳定。44机床的热变形及其对加工精度影响机床的热变形及其对加工精度影响 车床受热变形车床受热变形a a） 车床受热变形使床车床受热变形使床身及导轨向上凸起身及导轨向上凸起b b） 温升与变形曲线温升与变形曲线 车车车车床床床床、铣铣铣铣床床床床和和和和钻钻钻钻、镗镗镗镗类类类类机机机机床床床床的的的的主主主主要要要要热热热热源源源源来来来来自自自自主主主主轴轴轴轴箱箱箱箱。车床主轴箱的温升将使主轴

28、中心升高车床主轴箱的温升将使主轴中心升高车床主轴箱的温升将使主轴中心升高车床主轴箱的温升将使主轴中心升高 45v 立铣（图a）立式铣床、外圆磨床、导轨磨床受热变形立式铣床、外圆磨床、导轨磨床受热变形a a）铣床受热变形形态）铣床受热变形形态b b）外圆磨床受热变形形态）外圆磨床受热变形形态c c）导轨磨床受热变形形态）导轨磨床受热变形形态v 外圆磨（图b）v 导轨磨（图c）其他机床热变形其他机床热变形46图c）支承距影响热变形v 热对称结构（图热对称结构（图a a）图b）主轴箱的两种装配结构的热位移v 合理选择装配基准（图合理选择装配基准（图c c）v 避避开开加加工工误误差差的的敏敏感感方向

29、（图方向（图b b）结构措施结构措施减小机床热变形对加工精度影响的措施减小机床热变形对加工精度影响的措施 图a）立柱热对称结构47图图a a）均衡立柱前后壁温度场）均衡立柱前后壁温度场v和隔离热源和隔离热源v均衡温度场均衡温度场v充分冷却和强制冷却，改善散热条件充分冷却和强制冷却，改善散热条件 。图图b b）采用隔热罩减少热变形）采用隔热罩减少热变形工艺措施工艺措施48 体体积积小小，热热容容量量小小，达达到到热热平衡时间较短平衡时间较短 温温升升高高，变变形形不不容容忽忽视视（达达0.03 0.03 0.05mm0.05mm）1 1、刀具热变形特点、刀具热变形特点2 2、刀具热变形变形曲线、

30、刀具热变形变形曲线车刀热变形曲线车刀热变形曲线曲线曲线AA车刀连续工作时的热伸长曲线；车刀连续工作时的热伸长曲线；曲线曲线BB切削停止后，车刀温度下降曲线；切削停止后，车刀温度下降曲线；曲线曲线CC车刀作间断切削的热变形切削。车刀作间断切削的热变形切削。车外圆时，车刀热变形会使工件产生圆柱度误差（喇叭口）。车外圆时，车刀热变形会使工件产生圆柱度误差（喇叭口）。加工内孔又如何？加工内孔又如何？刀具热变形对加工精度的影响刀具热变形对加工精度的影响49工件均匀受热工件均匀受热 L=LT L=LT式中式中 工件材料的热膨胀系数，单位为工件材料的热膨胀系数，单位为1/1/； L L工件在热变形方向的尺寸

31、，单位为工件在热变形方向的尺寸，单位为mmmm； T T工件温升，单位为工件温升，单位为。工件热变形对加工精度的影响工件热变形对加工精度的影响 例如：在磨削例如：在磨削3m3m长的丝杠时，每磨一次温度升高长的丝杠时，每磨一次温度升高33，则被磨丝杠将伸长：，则被磨丝杠将伸长：L=L=（1.2101.210-5-53000330003）mm=0.1mmmm=0.1mm 而而6 6级丝杠的螺距累积误差在级丝杠的螺距累积误差在3m3m长度上不允许超过长度上不允许超过0.02mm0.02mm左右。因此，热变形对工件加工精度影响很大。左右。因此，热变形对工件加工精度影响很大。50 为了减少工件热变形，可

32、以采为了减少工件热变形，可以采取下列措施：取下列措施：在切削区域施加充分的冷却液。在切削区域施加充分的冷却液。提高切削速度或进给量。提高切削速度或进给量。工件在精加工前得到足够的冷却。工件在精加工前得到足够的冷却。刀具和砂轮不能过分磨钝。刀具和砂轮不能过分磨钝。使工件在夹紧状态下有伸缩的自由。使工件在夹紧状态下有伸缩的自由。 工件不均匀受热工件不均匀受热51六、工件内应力引起的变形六、工件内应力引起的变形存在残余应力的零件，始终处于一种不稳定状态，其存在残余应力的零件，始终处于一种不稳定状态，其内部组织有要恢复到一种没有内应力的状态倾向。内部组织有要恢复到一种没有内应力的状态倾向。在内应力变化

33、的过程中，零件产生相应的变形，原有在内应力变化的过程中，零件产生相应的变形，原有的加工精度受到破坏。的加工精度受到破坏。用这些零件装配成机器，在机器使用中也会逐渐产生用这些零件装配成机器，在机器使用中也会逐渐产生变形，从而影响整台机器的质量。变形，从而影响整台机器的质量。52铸件残余应力引起的变形铸件残余应力引起的变形毛坯制造中产生的残余应力毛坯制造中产生的残余应力53冷校直引起的内应力冷校直引起的内应力n在外力在外力F的作用下，工件内部的作用下，工件内部的应力重新分布，在轴心线以的应力重新分布，在轴心线以上的部分产生压应力（用负号上的部分产生压应力（用负号表示），在轴心线以下的部分表示），在

34、轴心线以下的部分产生拉应力（用正号表示）。产生拉应力（用正号表示）。在轴心线和两条虚线之间，是在轴心线和两条虚线之间，是弹性变形区域，在虚线以外是弹性变形区域，在虚线以外是塑性变形区域。塑性变形区域。n冷校直工艺方法是在一些长冷校直工艺方法是在一些长棒料或细长零件弯曲的反方向棒料或细长零件弯曲的反方向施加外力施加外力F以达到校直目的以达到校直目的.n当外力当外力F去除后，弹性变形本去除后，弹性变形本可完全恢复，但因塑性变形部可完全恢复，但因塑性变形部分的阻止而恢复不了，使残余分的阻止而恢复不了，使残余应力重新分布而达到平衡。应力重新分布而达到平衡。冷校直带来的内应力冷校直带来的内应力54切削带

35、来的内应力切削带来的内应力内部有残余应力的工件在切去表面的一层金属后，残余应内部有残余应力的工件在切去表面的一层金属后，残余应力要重新分布，从而引起工件的变形。力要重新分布，从而引起工件的变形。在拟定工艺规程时，要将加工划分为粗、精等不同阶段进在拟定工艺规程时，要将加工划分为粗、精等不同阶段进行，避免在粗加工后内应力重新分布所产生的变形发生在精行，避免在粗加工后内应力重新分布所产生的变形发生在精加工阶段或精加工之后。加工阶段或精加工之后。对质量和体积均很大的笨重零件，即使在同一台重型机床对质量和体积均很大的笨重零件，即使在同一台重型机床进行粗精加工也应该在进行粗精加工也应该在粗加工后将被夹紧的

36、工作松开粗加工后将被夹紧的工作松开，使之，使之有充足时间重新分布内应力，在使其充分变形后，然后重新有充足时间重新分布内应力，在使其充分变形后，然后重新夹紧进行精加工。夹紧进行精加工。55轴向力轴向力压弯压弯工件一端被夹紧工件一端被夹紧切削轴向力切削轴向力弯曲弯曲高速回转高速回转离心力离心力加剧变形，导致振动加剧变形，导致振动切削热，两端固定切削热，两端固定热身长热身长轴向力轴向力加剧加剧七、保证和提高加工精度的途径七、保证和提高加工精度的途径直接消除或减少原始误差直接消除或减少原始误差56进给方向由卡盘向尾座方向，后面采用浮动活顶尖进给方向由卡盘向尾座方向，后面采用浮动活顶尖采用大进给量和大主

37、偏角车刀采用大进给量和大主偏角车刀: : 消除径向振动消除径向振动采用浮动活顶尖缓解工件热伸长采用浮动活顶尖缓解工件热伸长; ;减小弯曲变形减小弯曲变形将工件的卡盘端车出一缩颈，消除轴心线歪斜影响将工件的卡盘端车出一缩颈，消除轴心线歪斜影响57补偿或抵消原始误差的方法补偿或抵消原始误差的方法 人为的造成一种新原始误差去抵消原来的误差，正误差用人为人为的造成一种新原始误差去抵消原来的误差，正误差用人为的负误差去抵消，负误差用人为的正误差去抵消，两者大小相等，的负误差去抵消，负误差用人为的正误差去抵消，两者大小相等，方向相反。方向相反。用人为误差抵消装配后因自重产生变形用人为误差抵消装配后因自重产

38、生变形精加工磨床床身导轨时预加载荷抵消装配后部件自重变形精加工磨床床身导轨时预加载荷抵消装配后部件自重变形前后双刀架对刀前后双刀架对刀: :使切削力抵消使切削力抵消对刀切削示意图对刀切削示意图龙门铣床横梁的变形与刮研龙门铣床横梁的变形与刮研58分组调整或均分误差的方法分组调整或均分误差的方法 例如，在例如，在V V型块上铣削一个轴类工件的小平面，如图示，要求型块上铣削一个轴类工件的小平面，如图示，要求保证尺寸保证尺寸h h的公差为的公差为0.02mm0.02mm。工件采用经锻工艺，其尺寸分散范围。工件采用经锻工艺，其尺寸分散范围D=0.05mmD=0.05mm，怎样才能满足要求？，怎样才能满足

39、要求？ 解：解：即毛坯的定位误差已经超出公差要求。即毛坯的定位误差已经超出公差要求。 现采用分组调整的方法，将毛坯分为现采用分组调整的方法，将毛坯分为4组，则各组毛坯误差组，则各组毛坯误差D=0.0125mmD=0.0125mm，计算得其毛坯定位误差为，计算得其毛坯定位误差为0.0088mm0.0088mm，占工件公差的，占工件公差的44%44%，比较合适。，比较合适。 这个方法的实质就是：把毛坯按误差的大小分为这个方法的实质就是：把毛坯按误差的大小分为n n组，每组毛组，每组毛坯误差的范围就缩小为原来的坯误差的范围就缩小为原来的1/n1/n。然后按各组分别调整刀具相对。然后按各组分别调整刀具

40、相对于工件的位置，使各组工件的尺寸分散范围中心基本上一致。于工件的位置，使各组工件的尺寸分散范围中心基本上一致。 59转位误差在垂直面内，影响非常小转位误差在垂直面内，影响非常小变形转移或误差转移的方法变形转移或误差转移的方法 横梁变形的转移横梁变形的转移转塔车床的转塔车床的“立刀立刀”安装安装法法立轴转塔车床刀架转位误差的转移立轴转塔车床刀架转位误差的转移a)a)水平水平 b) b)垂直垂直六角转塔的转位误六角转塔的转位误差差就处于就处于Z Z方向，方向，而非误差的敏感方而非误差的敏感方向，由向，由而产生的而产生的加工误差加工误差yy就小到就小到可以忽略不计。可以忽略不计。 60“就地加工就

41、地加工”达到最终精度的方法达到最终精度的方法 如转塔车床的转塔刀架上有如转塔车床的转塔刀架上有6 6个安装刀杆的大孔，采用自己加个安装刀杆的大孔，采用自己加工自己保证与机床主轴回转件同轴。工自己保证与机床主轴回转件同轴。六角车床转塔上六个孔和平面的加工与检验六角车床转塔上六个孔和平面的加工与检验61 在在现现场场中中，经经常常看看到到一一些些几几何何精精度度要要求求很很高高的的轴轴和和孔孔采采用用研研磨磨方方法法来来达达到到。研研具具本本身身并并不不要要求求具具有有很很高高的的精精度度，但但它它却却能能在在和和工工件件作作相相对对的的运运动动中中对对工工件件进进行行微微量量的的切切削削。最最初

42、初是是工工件件和和研研具具的的表表面面粗粗糙糙中中最最高高点点相相接接触触，在在一一定定的的压压力力下下，高高点点先先磨磨损损，然然后后接接触触面面扩扩大大，高高低低不不平平处处逐逐渐渐接接近近，几几何何形形状状的的精精度度也也逐逐渐渐提提高高。这这种种表表面面间间相相对对研研擦擦和和磨磨损损的的过过程程，也也就就是是误误差差不不断断地地减减少少的的过过程程，称称之之为为误误差平均的方法。差平均的方法。 误误差差平平均均法法的的实实质质是是：利利用用有有密密切切联联系系的的表表面面相相互互比比较较，相相互互检检查查，从从对对比比中中找找出出差差距距以以后后，或或是是相相互互纠纠正正( (如偶件

43、的对研如偶件的对研) )或是互为基准进行加工。或是互为基准进行加工。误差平均的方法误差平均的方法实时检测，动态补偿的方法实时检测，动态补偿的方法62常值误差常值误差变值误差变值误差误差的大小和方向保持误差的大小和方向保持不变。如原理误差，机床、不变。如原理误差，机床、刀具、夹具、量具的制造误刀具、夹具、量具的制造误差，一次调整误差以及工艺差，一次调整误差以及工艺系统的静力变形。系统的静力变形。误差的大小和方向按一误差的大小和方向按一定规律变化。如机床和刀具定规律变化。如机床和刀具的热变形和刀具磨损。的热变形和刀具磨损。加工加工误差误差随机随机误差误差系统系统误差误差在顺序加工一批工件时，误差的

44、大在顺序加工一批工件时，误差的大小和方向都是随机变化的。如毛坯误差小和方向都是随机变化的。如毛坯误差的复映，夹紧误差，多次调整误差，残的复映，夹紧误差，多次调整误差，残余应力引起的变形误差等都属于随机性余应力引起的变形误差等都属于随机性误差。误差。一、加工误差的性质一、加工误差的性质第三节第三节 加工误差的综合分析加工误差的综合分析63 检查一批精镗后的活塞销孔直径，抽查件数为检查一批精镗后的活塞销孔直径，抽查件数为100100，测量的结，测量的结果如表所示。图纸规定的尺寸及公差为果如表所示。图纸规定的尺寸及公差为 。分布曲线法分布曲线法二、加工误差的统计分析方法二、加工误差的统计分析方法 表

45、中表中n n是测量的工件数。如果用每组件数的频率作为纵坐标，是测量的工件数。如果用每组件数的频率作为纵坐标，以尺寸范围的中点以尺寸范围的中点x x为横坐标，就可以作成如图所示的折线图。为横坐标，就可以作成如图所示的折线图。 64活塞销孔实际直径尺寸分布折线图活塞销孔实际直径尺寸分布折线图 分散范围分散范围= =最大孔径最大孔径- -最小孔径最小孔径=(28.004-27.992)mm=0.012mm;=(28.004-27.992)mm=0.012mm; 问题：问题：分散范围分散范围0.012mm0.012mm比比公差范围公差范围0.015mm0.015mm小，但还是有小，但还是有18%18%

46、的工件超出了公差上限。的工件超出了公差上限。 解决方法：消除常值系统性误差，即镗孔时将镗刀伸出量调整解决方法：消除常值系统性误差，即镗孔时将镗刀伸出量调整得短一些。得短一些。 65 再如在无心磨床上用贯穿法磨削活塞销，其公差为再如在无心磨床上用贯穿法磨削活塞销，其公差为 ，公差范围为公差范围为0.009mm0.009mm。设加工后量得的工件尺寸分布如图。设加工后量得的工件尺寸分布如图。活塞销实际直径尺寸分布折线图活塞销实际直径尺寸分布折线图 尺寸分散范围尺寸分散范围0.0160.016大于公大于公差范围差范围0.0090.009，常值系统误差，常值系统误差27.9980-27.9945=0.0

47、035mm27.9980-27.9945=0.0035mm，即使把分散范围中心调整到与即使把分散范围中心调整到与公差范围中心重合公差范围中心重合, ,也还是要产也还是要产生不合格品。生不合格品。 要解决要解决这类这类精度精度问题问题，不，不但要把系但要把系统误统误差减小，而且差减小，而且还还要要设设法减小随机性法减小随机性误误差。差。 66式中式中n工件的数目（应足够多）。工件的数目（应足够多）。工件的平均尺寸（分散中心），工件的平均尺寸（分散中心），均方根差，均方根差，正态分布曲线方程：正态分布曲线方程： 正态分布曲线下面所包含的全部面正态分布曲线下面所包含的全部面积代表了全部工件，即积代表

48、了全部工件，即100%100%。 图中阴影部分的面积图中阴影部分的面积F F为尺寸从为尺寸从 到到X X间的工件的频率：间的工件的频率：6768算术平均值算术平均值正态分布曲线的特征参数正态分布曲线的特征参数正态分布曲线的特征参数有两个，即正态分布曲线的特征参数有两个，即和和是确定曲线位置的参数是确定曲线位置的参数。它决定一批工。它决定一批工件尺寸分散中心的坐标位置，如图件尺寸分散中心的坐标位置，如图a a所示。使所示。使 产生变化产生变化的主要原因是常值系统误差的影响。的主要原因是常值系统误差的影响。69正态分布曲线的特点正态分布曲线的特点 表中可以查出，表中可以查出， 时，时，F=49.8

49、65%F=49.865%，2F=99.73%2F=99.73%。即工件尺寸在即工件尺寸在33以外的频率只占以外的频率只占0.27%,0.27%,可可以忽略不计。因此，一般都取正态分布曲线的分散范围为以忽略不计。因此，一般都取正态分布曲线的分散范围为33。 3 ( 3 (或或6)6)的的大小代表了某一种加工方法在规的的大小代表了某一种加工方法在规定的条件下所能达到的加工精度。所以在一般情况下我们定的条件下所能达到的加工精度。所以在一般情况下我们应该使公差带的宽度应该使公差带的宽度T T 和均方根误差和均方根误差之间具有下列关系之间具有下列关系: :T 6T 6 考虑到变值系统性误差考虑到变值系统

50、性误差( (如刀具磨损如刀具磨损) )及其他因素的影及其他因素的影响，总是使公差带的宽度大于响，总是使公差带的宽度大于66。70 通常就以通常就以0.01340.0134作为在正常生产条件下（一次调整、作为在正常生产条件下（一次调整、同一机床、同一切削用等）整批活塞销孔的尺寸分散范围。同一机床、同一切削用等）整批活塞销孔的尺寸分散范围。试比较一下上面所抽查试比较一下上面所抽查100100件测量的结果，尺寸分散范围件测量的结果，尺寸分散范围为，可见是颇为接近的。为，可见是颇为接近的。 在上述检查活塞销孔的例子中，由所测量的数值来在上述检查活塞销孔的例子中，由所测量的数值来计算计算：71 正态分布

51、曲线除了用来进行加工误差性质的判断外，正态分布曲线除了用来进行加工误差性质的判断外，还常常用来进行工艺能力还常常用来进行工艺能力( (工序能力工序能力) )的计算。所谓工艺能的计算。所谓工艺能力是用工艺能力系数力是用工艺能力系数C Cp p来表示的，它是公差范围来表示的，它是公差范围T T和实际和实际加工误差之比（分散范围加工误差之比（分散范围66），即：），即：C Cp p=T/6=T/6 根据工艺能力系数根据工艺能力系数C Cp p的大小，可以将工艺分为的大小，可以将工艺分为5 5个等级：个等级：C Cp p1.671.67，为特级，工艺力过高，不一定经济；，为特级，工艺力过高，不一定经济

52、；1.67C1.67Cp p1.331.33，为一级，工艺能力足够，可以允许一定的波动；，为一级，工艺能力足够，可以允许一定的波动；1.33C1.33Cp p1.001.00，为二级，工艺能力勉强，必须密切注意；，为二级，工艺能力勉强，必须密切注意；1.00C1.00Cp p0.670.67，为三级，工艺能力不足，可能出少量不合格品；，为三级，工艺能力不足，可能出少量不合格品；0.67C0.67Cp p，为四级，说明工艺能力不行，必须加以改进。，为四级，说明工艺能力不行，必须加以改进。 一般情况下，工艺能力不应低于二级。一般情况下，工艺能力不应低于二级。72(a)(a)两次调整下加工的零两次调

53、整下加工的零 (b) (b)砂轮磨损下加工的砂轮磨损下加工的 (c) (c)形位误差分布曲线形位误差分布曲线 件的尺寸分布曲线件的尺寸分布曲线 零件分布曲线零件分布曲线 在机械加工中，工件实际尺寸的分布情况，有时也出在机械加工中，工件实际尺寸的分布情况，有时也出现并不近似于正态的分布。现并不近似于正态的分布。 非正态分布曲线非正态分布曲线73 非正态分布的分散范围，应将非正态分布的分散范围，应将66除以相对分布系数除以相对分布系数K K，即等于，即等于6/K6/K。K K值的大小与分布曲线的形状有关。表中值的大小与分布曲线的形状有关。表中列出了几种典型分布曲线的列出了几种典型分布曲线的K K值

54、和值和值，值，称为相对不对称称为相对不对称系数。系数。74如果尺寸分散范如果尺寸分散范围超出零件的公差带，围超出零件的公差带，则肯定有废品产生，则肯定有废品产生，如图所示的阴影部分。如图所示的阴影部分。若尺寸落在若尺寸落在Lmin、Lmax范围内，工件的范围内，工件的概率即空白部分的面概率即空白部分的面积就是加工工件的合积就是加工工件的合格率。格率。估算工序加工的合格率及废品率估算工序加工的合格率及废品率75 例：在卧式镗床上镗削一批箱体零件的内孔，孔径尺寸要求为例：在卧式镗床上镗削一批箱体零件的内孔，孔径尺寸要求为 ，已知孔径尺寸按正态分布，已知孔径尺寸按正态分布， ， ，试计算这批，试计算

55、这批加工件的合格品率和不合格品率。加工件的合格品率和不合格品率。 解：解：则合格率则合格率 则这批工件合格率：则这批工件合格率：P=0.49865+0.4772=97.585%P=0.49865+0.4772=97.585%，不合格率，不合格率为为1-97.585%=2.415%1-97.585%=2.415%。 76例：无心磨床加工销轴，外径例：无心磨床加工销轴，外径 ，抽样后测，抽样后测 , , 0.005mm,0.005mm,尺寸分布符合正态分布，试分析该工序的加工质量。尺寸分布符合正态分布，试分析该工序的加工质量。解：解： 1)判断加工能力判断加工能力 结论：工艺能力不足，产生废品结论

56、：工艺能力不足，产生废品不可避免。不可避免。2)2)计算废品率计算废品率 77由由图图知，知，因此没有不可修复的尺寸偏小的，因此没有不可修复的尺寸偏小的废废品。品。 因此尺寸偏大因此尺寸偏大废废品率品率为为0.5-0.4772=2.28%0.5-0.4772=2.28%。因。因为为d dmaxmax X Xmaxmax，所以产生的废品可修复。所以产生的废品可修复。 3)3)工艺分析工艺分析 使使尺寸偏大废品率为尺寸偏大废品率为0.5-0.4965=0.35%0.5-0.4965=0.35%，总的废品率为总的废品率为20.35%=0.7%20.35%=0.7%。 78点图法点图法 要点：要点：按

57、加工的先后顺序作出尺寸的变化图，以暴露整个加按加工的先后顺序作出尺寸的变化图，以暴露整个加工过程中误差变化的全貌。工过程中误差变化的全貌。 具体方法：具体方法：按工件的加工顺序定期测量工件的尺寸，以其序号按工件的加工顺序定期测量工件的尺寸，以其序号为横坐标，以量得的尺寸为纵坐标，则可得到如图所示的点图。为横坐标，以量得的尺寸为纵坐标，则可得到如图所示的点图。自动车床加工的点图自动车床加工的点图79点图的用法有多种，下面主要阐述点图在工艺稳定性的点图的用法有多种，下面主要阐述点图在工艺稳定性的判定和工序质量控制方面的应用。判定和工序质量控制方面的应用。所谓工艺的稳定，从数理统计的原理来说，一个工

58、序的所谓工艺的稳定，从数理统计的原理来说，一个工序的质量参数的总体分布，其平均值质量参数的总体分布，其平均值 和均方根差和均方根差 在整在整个工序中若能保持不变，则工艺是稳定的。为了验证工个工序中若能保持不变，则工艺是稳定的。为了验证工艺的稳定性，需要应用艺的稳定性，需要应用 和和 两张点图。两张点图。 是将一批是将一批工件依照加工顺序分成工件依照加工顺序分成m m个为一组、第个为一组、第i i组的平均值，共组的平均值，共K K组；组； 是第是第i i组数值的极差组数值的极差 。两张图常常。两张图常常合在一起应用，通称为合在一起应用，通称为 图，如图示。图，如图示。80精镗活塞销孔和磨轴承内环

59、孔的精镗活塞销孔和磨轴承内环孔的 图图81 在在 图上分别画出中心线和控制线，控制线就是图上分别画出中心线和控制线，控制线就是用来判断工艺是否稳定的界限线。用来判断工艺是否稳定的界限线。图图的中心的中心线为线为图图的中心的中心线为线为图图的上控制界限的上控制界限为为图图的下控制界限的下控制界限为为图图的上控制界限的上控制界限为为图图的下控制界限的下控制界限为为82零件表面质量零件表面质量表面粗糙度表面粗糙度表面波度表面波度表面物理、表面物理、力学性能力学性能的变化的变化表面层的表面层的几何形状几何形状特征特征表面层冷作硬化表面层冷作硬化表面层残余应力表面层残余应力表面层金相组织的变化表面层金相

60、组织的变化第四节第四节 机械加工表面质量机械加工表面质量一、概述一、概述83表面粗糙度与初期磨损量的关系表面粗糙度与初期磨损量的关系零件表面质量零件表面质量粗糙度太大、太小都不耐磨粗糙度太大、太小都不耐磨适度冷硬能提高耐磨性适度冷硬能提高耐磨性对疲劳强对疲劳强度的影响度的影响对耐磨性对耐磨性影响影响对耐腐蚀对耐腐蚀性的影响性的影响对配合质对配合质量的影响量的影响粗糙度越大，疲劳强度越差粗糙度越大，疲劳强度越差适度冷硬、残余压应力能提高适度冷硬、残余压应力能提高疲劳强度疲劳强度有配合要求的表面、有配合要求的表面、Ra小。小。粗糙度越小，接触刚度越高粗糙度越小，接触刚度越高粗糙度越大，耐腐蚀性越差

61、粗糙度越大，耐腐蚀性越差冷作硬化、残余应力降低耐腐冷作硬化、残余应力降低耐腐蚀性蚀性对配合质对配合质量的影响量的影响其他影响其他影响残余应力降低机器工作质量残余应力降低机器工作质量二、表面质量对零件使用性能的影响二、表面质量对零件使用性能的影响84三、机械加工表面的粗糙度及其影响因素三、机械加工表面的粗糙度及其影响因素切削加工后的表面粗糙度切削加工后的表面粗糙度 主偏角主偏角K Kr r、副偏角、副偏角K Kr r、进给量、进给量f f越小，刀尖圆弧半径越小，刀尖圆弧半径r r越大，越大，加工表面的粗糙度越小。加工表面的粗糙度越小。几何因素几何因素85物理因素物理因素加工后表面的实际轮廓和理论

62、轮廓加工后表面的实际轮廓和理论轮廓 由于存在着与被加工材料的性能及切削机理有关的物理因素，由于存在着与被加工材料的性能及切削机理有关的物理因素，切削加工后表面的实际粗糙度与理论粗糙度有着较大差别。切削加工后表面的实际粗糙度与理论粗糙度有着较大差别。 在切削过程中出现的刀瘤与鳞刺，会使表面粗糙度严重地恶化，在切削过程中出现的刀瘤与鳞刺，会使表面粗糙度严重地恶化，在加工塑性材料时，常是影响粗糙度的主要因素。在加工塑性材料时，常是影响粗糙度的主要因素。 86影响切削加工影响切削加工表面粗糙度的表面粗糙度的因素因素刀具几何形状刀具几何形状刀具材料、刃磨刀具材料、刃磨质量质量切削用量切削用量工件材料工件

63、材料f、Kr、Kr、rRa前角前角 Ra后角后角摩擦摩擦Ra v Rv Ra af Rf Ra aa ap p不宜太小不宜太小材料塑性材料塑性R Ra晶粒组织大晶粒组织大R Ra，常用正火、调质处理常用正火、调质处理脆性材料接近理论脆性材料接近理论R Ra刀具材料强度刀具材料强度R Ra前后刀面前后刀面RaRRaRa冷却、润滑冷却、润滑R Ra87影响磨削加工表影响磨削加工表面粗糙度的因素面粗糙度的因素粒度粒度Ra砂轮越光滑砂轮越光滑 Ra磨粒等高性磨粒等高性Ra砂轮粒度砂轮粒度砂轮修正砂轮修正磨削用量磨削用量砂轮砂轮V Raap、工件工件V 塑变塑变 Ra粗磨粗磨ap生产率生产率精磨精磨ap

64、 Ra 磨削加工表面是由砂磨削加工表面是由砂轮轮上大量的磨粒刻画出的无数极上大量的磨粒刻画出的无数极细细的沟槽形成的。每的沟槽形成的。每单单位面位面积积上刻痕越多已上刻痕越多已经经刻痕的等高度刻痕的等高度越好，越好，则则粗糙度越小。粗糙度越小。磨削加工后的表面粗糙度磨削加工后的表面粗糙度88表面物理力表面物理力学性能变化学性能变化影响金相组织影响金相组织变化因素变化因素影响显微硬度影响显微硬度因素因素影响残余应力影响残余应力因素因素塑变引起的冷硬塑变引起的冷硬金相组织变化引金相组织变化引起的硬度变化起的硬度变化冷塑性变形冷塑性变形热塑性变形热塑性变形金相组织变化金相组织变化切削热切削热切削力切

65、削热89加工表面的冷作硬化加工表面的冷作硬化 切削过程中产生的塑性变形，会使表层金属的晶格发切削过程中产生的塑性变形，会使表层金属的晶格发生扭曲、畸变，晶粒间产生剪切滑移，晶粒拉长、破碎和生扭曲、畸变，晶粒间产生剪切滑移，晶粒拉长、破碎和纤维化，这些都会使表层金属的硬度和强度提高，这种现纤维化，这些都会使表层金属的硬度和强度提高，这种现象称作冷作硬化。象称作冷作硬化。 冷作硬化的程度取决于塑性变形的程度，塑性变形越冷作硬化的程度取决于塑性变形的程度，塑性变形越大，硬化程度越大。大，硬化程度越大。切削加工后表面层的冷作硬化切削加工后表面层的冷作硬化NN硬化程度硬化程度HH表面层的显微硬度表面层的

66、显微硬度H H0 0基体材料的硬度基体材料的硬度hh硬化层深度硬化层深度式中式中90刀具的影响刀具的影响前角前角、切削刃、切削刃r、后面、后面磨损量磨损量VB塑变变形塑变变形 冷硬冷硬切削用量切削用量的影响的影响切削速度切削速度v塑变塑变冷硬冷硬f切削力切削力塑变塑变冷硬冷硬工件材料工件材料性能的影响性能的影响 材料塑性材料塑性冷硬冷硬的的主主要要因因素素影影响响冷冷作作硬硬化化91加工表面层的金相组织变化加工表面层的金相组织变化 当加工表面温度超过相变温度时，表层金属的金相组当加工表面温度超过相变温度时，表层金属的金相组织将会发生相变。切削加工时，切削热大部分被切屑带走，织将会发生相变。切削

67、加工时，切削热大部分被切屑带走，因此影响较小，多数情况下，表层金属的金相组织没有质因此影响较小，多数情况下，表层金属的金相组织没有质的变化。的变化。92回火烧伤回火烧伤退火烧伤退火烧伤如果磨削区温度超如果磨削区温度超过马过马氏体氏体转变转变温度温度（中碳（中碳钢钢250300250300），），这时这时工件表工件表层层金金属的金相属的金相组织组织，由原来的，由原来的马马氏体氏体转变为转变为硬度硬度较较低的回火低的回火组织组织（索氏体或托氏体）（索氏体或托氏体），这这种种烧伤烧伤称称为为回火回火烧伤烧伤若工件表层温度超过相变温度，而磨削区又若工件表层温度超过相变温度，而磨削区又没有冷却液进入，表

68、层金属产生退火组织，没有冷却液进入，表层金属产生退火组织，硬度急剧下降，称之为退火烧伤。硬度急剧下降，称之为退火烧伤。淬火烧伤淬火烧伤如果磨削区温度超过了相变临界温度（碳如果磨削区温度超过了相变临界温度（碳钢的相变温度为钢的相变温度为723723），马氏体转变成奥），马氏体转变成奥氏体，在切削液急冷作用下，使表层金属氏体，在切削液急冷作用下，使表层金属发生二次淬火，硬度高于原来的回火马氏发生二次淬火，硬度高于原来的回火马氏体，这种烧伤称为淬火烧伤体，这种烧伤称为淬火烧伤93磨削用量磨削用量合理选择砂轮合理选择砂轮砂轮转速砂轮转速 磨削烧伤磨削烧伤径向进给量径向进给量f fp p 磨削烧伤磨削烧

69、伤轴向进给量轴向进给量f fa a磨削烧伤磨削烧伤工件速度工件速度v vw w磨削烧伤磨削烧伤磨削时，砂轮表面上磨磨削时，砂轮表面上磨粒的切削刃口锋利粒的切削刃口锋利磨磨削力削力磨削区的温度磨削区的温度合理选择砂轮硬度、结合理选择砂轮硬度、结合剂和组织合剂和组织磨削烧伤磨削烧伤影响磨削烧伤的因素及改善途径增大磨削刃间距增大磨削刃间距间断磨削间断磨削受热受热磨磨削烧伤削烧伤改善冷却条件改善冷却条件采用内冷却采用内冷却法法烧伤烧伤 94冷塑性变形的冷塑性变形的影响影响 切削后，表层产生残余压应力，而切削后，表层产生残余压应力，而在里层产生残余拉伸应力。在里层产生残余拉伸应力。热塑性变行的热塑性变行

70、的影响影响表层产生残余拉应力，里层产生产表层产生残余拉应力，里层产生产生残余压应力。生残余压应力。金相组织变化金相组织变化的影响的影响 比重小的组织比重小的组织比重大的组织比重大的组织体积体积收缩，产生拉应力，反之，产生压应力收缩，产生拉应力，反之，产生压应力加工表面层的残余应力加工表面层的残余应力r马7.75g/cm，r奥奥7.96g/cm，r残残7.78g/cm。 试分析，在磨削淬火钢时产生的三种不同类型的烧伤，其表面试分析，在磨削淬火钢时产生的三种不同类型的烧伤，其表面层的残余应力状态。层的残余应力状态。 9596喷丸强化喷丸强化 喷丸强化是利用大量快速运动的珠丸打击被加工工件表面，使喷

71、丸强化是利用大量快速运动的珠丸打击被加工工件表面，使工件表面产生冷硬层和压缩残余应力，可显著提高零件的疲劳强度。工件表面产生冷硬层和压缩残余应力，可显著提高零件的疲劳强度。 珠丸的直径一般为珠丸的直径一般为0.24mm0.24mm，对于尺寸较小、表面粗糙度值较对于尺寸较小、表面粗糙度值较小的工件，采用直径较小的珠丸。小的工件，采用直径较小的珠丸。 喷丸强化主要用于强化形状复杂或不宜用其它方法强化的工件，喷丸强化主要用于强化形状复杂或不宜用其它方法强化的工件，如弹簧、连杆、齿轮、焊缝等。经喷丸加工后的表面，硬化层深度如弹簧、连杆、齿轮、焊缝等。经喷丸加工后的表面，硬化层深度可达可达0.7mm0.

72、7mm，零件表面粗糙度值可由零件表面粗糙度值可由Ra52.5m Ra52.5m 减小到减小到Ra0.630.32mRa0.630.32m，可几倍甚至几十倍地提高零件的使用寿命。可几倍甚至几十倍地提高零件的使用寿命。97 滚压加工是利用经过淬火和精细研磨过的滚轮或滚珠，在常温滚压加工是利用经过淬火和精细研磨过的滚轮或滚珠，在常温状态下对金属表面进行挤压，使受压点产生弹性和塑性变形，表层状态下对金属表面进行挤压，使受压点产生弹性和塑性变形，表层的凸起部分向下压，凹下部分向上挤，逐渐将前工序留下的波峰压的凸起部分向下压，凹下部分向上挤，逐渐将前工序留下的波峰压平，降低了表面粗糙度；如图为典型的滚压加

73、工示意图。同时它还平，降低了表面粗糙度；如图为典型的滚压加工示意图。同时它还能使工件表面产生硬化层和残余压应力。因此提高了零件的承载能能使工件表面产生硬化层和残余压应力。因此提高了零件的承载能力和疲劳强度。力和疲劳强度。 滚压加工可以加工外圆、孔、平面及成型表面，通常在普通车滚压加工可以加工外圆、孔、平面及成型表面，通常在普通车床、转塔车床或自动车床上进行。床、转塔车床或自动车床上进行。滚压加工滚压加工滚压加工原理滚压加工原理98机械加工振动机械加工振动自激振动自激振动自由振动自由振动强迫振动强迫振动当系统受到初始干扰力激励当系统受到初始干扰力激励破坏了其平衡状态后，系统破坏了其平衡状态后，系

74、统仅靠弹性恢复力来维持的振仅靠弹性恢复力来维持的振动称为自由振动。由于总存动称为自由振动。由于总存在阻尼，自由振动将逐渐衰在阻尼，自由振动将逐渐衰减。减。( (占占5%)5%)系统在周期性激振力系统在周期性激振力( (干扰力干扰力) )持续作用下产生的振动，称为持续作用下产生的振动，称为强迫振动。强迫振动。 ( (占占35%)35%)在没有周期性干扰力作用的在没有周期性干扰力作用的情况下，由振动系统本身产情况下，由振动系统本身产生的交变力所激发和维持的生的交变力所激发和维持的振动，称为自激振动。振动，称为自激振动。( (占占65%)65%)第三节第三节 机械加工过程中的震动机械加工过程中的震动

75、99强迫振动的特征强迫振动的特征机外振源机外振源旋转零件的质量偏心旋转零件的质量偏心传动机构的缺陷传动机构的缺陷断续切削引起的振动断续切削引起的振动1）强迫振动是由周期性激振力引起的，不会被阻尼衰减掉，）强迫振动是由周期性激振力引起的，不会被阻尼衰减掉，振动本身也不能使激振力变化。振动本身也不能使激振力变化。2）强迫振动的振动频率与外界激振力的频率相同，而与系）强迫振动的振动频率与外界激振力的频率相同，而与系统的固有频率无关。统的固有频率无关。3）强迫振动的幅值既与激振力的幅值有关，又与工艺系统）强迫振动的幅值既与激振力的幅值有关，又与工艺系统的特性有关。的特性有关。强迫振动强迫振动100 机

76、械加工中的自激振动是指在没有周期性外力干扰下产生的振机械加工中的自激振动是指在没有周期性外力干扰下产生的振动运动。在实际加工过程中，由于偶然的外界干扰（如工件材料硬动运动。在实际加工过程中，由于偶然的外界干扰（如工件材料硬度、加工余量的变化等），会使切削力发生变化，从而使工艺系统度、加工余量的变化等），会使切削力发生变化，从而使工艺系统产生自由振动。通常将自激振动看成是由振动系统（工艺系统）和产生自由振动。通常将自激振动看成是由振动系统（工艺系统）和调节系统（切削过程）两个环节组成的一个闭环系统，如图所示。调节系统（切削过程）两个环节组成的一个闭环系统，如图所示。机械加工过程中的自激振动机械加

77、工过程中的自激振动自激振动系统的组成自激振动系统的组成101自激振动的特征自激振动的特征自自激激振振动动特特点点不衰减的振动不衰减的振动由振动过程本身引起切削力周由振动过程本身引起切削力周期性变化，无阻尼存在。期性变化，无阻尼存在。自激振动的频率接近于系统自激振动的频率接近于系统薄弱环节的固有频率，这与薄弱环节的固有频率，这与强迫振动根本不同。强迫振动根本不同。能量能量E E A B C 振幅AEE+f自自=f固固取决于一周期取决于一周期获得的能量获得的能量取决于切削取决于切削过程本身过程本身102自激振动的激振机理自激振动的激振机理再生颤振再生颤振 重叠系数重叠系数=(B-f)/B=(B-f

78、)/B。切断时，。切断时，=1=1；车螺纹时，；车螺纹时，=0=0；大多；大多数情况下数情况下0101。重叠切削是再生颤振的必要条件，非充分条件。重叠切削是再生颤振的必要条件，非充分条件。 切削时再生颤振的产生切削时再生颤振的产生103 当纵车方牙螺纹的外圆表面如图所示，刀具并未发生重叠当纵车方牙螺纹的外圆表面如图所示，刀具并未发生重叠切削，若按再生颤振原理，则不应该产生颤振。但在实际加工切削，若按再生颤振原理，则不应该产生颤振。但在实际加工中，当切削深度达到一定值时，仍会发生颤振，这可以用振型中，当切削深度达到一定值时，仍会发生颤振，这可以用振型耦合原理来解释。耦合原理来解释。 刀具等效质量

79、为刀具等效质量为 m m；相互垂直的等效刚；相互垂直的等效刚度系数分别为度系数分别为k k1 1、k k2 2（设（设k k1 1 kW振入振入E吸收吸收E消耗消耗 即即105冲击式减振镗杆和镗刀冲击式减振镗杆和镗刀 动力减振装置动力减振装置三、控制机械加工振动的途径三、控制机械加工振动的途径减小内部振源减小内部振源调整振源频率调整振源频率采取隔振措施采取隔振措施f、Kr自振自振、Kr、f切削刚度切削刚度自振自振消消除除振振动动途途径径消除产生振消除产生振动的条件动的条件改善工艺系改善工艺系统动态特性统动态特性采用各种消采用各种消振减振装置振减振装置强迫强迫振动振动自激自激振动振动提高工艺系统刚度提高工艺系统刚度增大工艺系统阻尼增大工艺系统阻尼动力式减振器动力式减振器阻尼减振器阻尼减振器冲击式减振器冲击式减振器动力减振装置动力减振装置 固体摩擦式减振器结构简图固体摩擦式减振器结构简图1 -飞轮飞轮 2 -毂盘毂盘 3 -扭转轴扭转轴 4-螺帽螺帽 5 -弹簧弹簧 6 -摩擦盘摩擦盘 106