機(jī)械制造技術(shù)：第6章 機(jī)械加工質(zhì)量技術(shù)分析

機(jī)械制造技術(shù)：第6章機(jī)械加工質(zhì)量技術(shù)分析6.1機(jī)械加工精度隨著機(jī)器速度、負(fù)載的增高以及自動(dòng)化生產(chǎn)的需要，對(duì)機(jī)器性能的要求也不斷提高，因此保證機(jī)器零件具有更高的加工精度也越顯得重要。我們?cè)趯?shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常遇到和需要解決的工藝問題，多數(shù)也是加工精度問題。研究機(jī)械加工精度的目的是研究加工系統(tǒng)中各種誤差的物理實(shí)質(zhì)，掌握其變化的基本規(guī)律，分析工藝系統(tǒng)中各種誤差與加工精度之間的關(guān)系，尋求提高加工精度的途徑，以保征零件的機(jī)械加工質(zhì)量，機(jī)械加工精度是本課程的核心內(nèi)容之一。一、機(jī)械加工精度概述（一）、加工精度與加工誤差1、加工精度是指零件加工后的實(shí)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，加工精度越高。一般機(jī)械加工精度是在零件工作圖上給定的，其包括：1）零件的尺寸精度：加工后零件的實(shí)際尺寸與零件理想尺寸相符的程度。2）零件的形狀精度：加工后零件的實(shí)際形狀與零件理想形狀相符的程度。3）零件的位置精度：加工后零件的實(shí)際位置與零件理想位置相符的程度。2、獲得加工精度的方法：1）試切法：即試切--測(cè)量--再試切--直至測(cè)量結(jié)果達(dá)到圖紙給定要求的方法。2）定尺寸刀具法：用刀具的相應(yīng)尺寸來保證加工表面的尺寸。3）調(diào)整法：按零件規(guī)定的尺寸預(yù)先調(diào)整好刀具與工件的相對(duì)位置來保證加工表面尺寸的方法。3、加工誤差：實(shí)際加工不可能做得與理想零件完全一致，總會(huì)有大小不同的偏差，零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)對(duì)理想幾何參數(shù)的偏離程度，稱為加工誤差。加工誤差的大小表示了加工精度的高低。生產(chǎn)實(shí)際中用控制加工誤差的方法來保證加工精度。4、誤差的敏感方向：加工誤差對(duì)加工精度影響最大的方向，為誤差的敏感方向。例如：車削外圓柱面，加工誤差敏感方向?yàn)橥鈭A的直徑方向。（二）、加工經(jīng)濟(jì)精度由于在加工過程中有很多因素影響加工精度，所以同一種加工方法在不同的工作條件下所能達(dá)到的精度是不同的。任何一種加工方法，只要精心操作，細(xì)心調(diào)整，并選用合適的切削參數(shù)進(jìn)行加工，都能使加工精度得到較大的提高，但這樣會(huì)降低生產(chǎn)率，增加加工成本。加工誤差δ與加工成本C成反比關(guān)系。某種加工方法的加工經(jīng)濟(jì)精度不應(yīng)理解為某一個(gè)確定值，而應(yīng)理解為一個(gè)范圍，在這個(gè)范圍內(nèi)都可以說是經(jīng)濟(jì)的。（三）、研究機(jī)械加工精度的方法—因素分析法和統(tǒng)計(jì)分析法。因素分析法：通過分析、計(jì)算或?qū)嶒?yàn)、測(cè)試等方法，研究某一確定因素對(duì)加工精度的影響。一般不考慮其它因素的同時(shí)作用，主要是分析各項(xiàng)誤差單獨(dú)的變化規(guī)律；統(tǒng)計(jì)分析法：運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對(duì)生產(chǎn)中一批工件的實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，用以控制工藝過程的正常進(jìn)行。主要是研究各項(xiàng)誤差綜合的變化規(guī)律，只適合于大批、大量的生產(chǎn)條件。（四）、原始誤差這些誤差在各種不同的具體工作條件下都會(huì)以各種不同的方式（或擴(kuò)大、或縮?。┓从碁楣ぜ募庸ふ`差。工藝系統(tǒng)中凡是能直接引起加工誤差的因素都稱為原始誤差。工藝系統(tǒng)的原始誤差主要有：1、加工前的誤差（原理誤差、調(diào)整誤差、工藝系統(tǒng)的幾何誤差、定位誤差）2、加工過程中的誤差（工藝系統(tǒng)的受力變形引起的加工誤差、工藝系統(tǒng)的受熱變形引起的加工誤差）3、加工后的誤差（工件內(nèi)應(yīng)力重新分布引起的變形以及、測(cè)量誤差）等。二、影響加工誤差的因素（一）加工原理誤差：定義：由于采用近似的加工運(yùn)動(dòng)或近似的刀具輪廓所產(chǎn)生的加工誤差，為加工原理誤差。（1）采用近似的刀具輪廓形狀：例如：模數(shù)銑刀銑齒輪。（2）采用近似的加工運(yùn)動(dòng)：例如：車削蝸桿時(shí)，由于蝸桿螺距Pg=πm，而π=3.1415926…，是無理數(shù)，所以螺距值只能用近似值代替。因而，刀具與工件之間的螺旋軌跡是近似的加工運(yùn)動(dòng)。（二）機(jī)床調(diào)整誤差：機(jī)床調(diào)整：是指使刀具的切削刃與定位基準(zhǔn)保持正確位置的過程。（1）進(jìn)給機(jī)構(gòu)的調(diào)整誤差：主要指進(jìn)刀位置誤差；（2）定位元件的位置誤差：使工件與機(jī)床之間的位置不正確，而產(chǎn)生誤差；（3）模板（或樣板）的制造誤差：使對(duì)刀不準(zhǔn)確。（三）裝夾誤差：定義：工件在裝夾過程中產(chǎn)生的誤差，為裝夾誤差。裝夾誤差包括定位誤差和夾緊誤差。定位誤差是指一批工件采用調(diào)整法加工時(shí)因定位不正確而引起的尺寸或位置的最大變動(dòng)量。定位誤差由基準(zhǔn)不重合誤差和定位副制造不準(zhǔn)確誤差造成。1、基準(zhǔn)不重合誤差在零件圖上用來確定某一表面尺寸、位置所依據(jù)的基準(zhǔn)稱為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。在工序圖上用來確定本工序被加工表面加工后的尺寸、位置所依據(jù)的基準(zhǔn)稱為工序基準(zhǔn)。一般情況下，工序基準(zhǔn)應(yīng)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合。在機(jī)床上對(duì)工件進(jìn)行加工時(shí)，須選擇工件上若干幾何要素作為加工（或測(cè)量）時(shí)的定位基準(zhǔn)（或測(cè)量基準(zhǔn)），如果所選用的定位基準(zhǔn)（或測(cè)量基準(zhǔn)）與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合，就會(huì)產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合誤差?；鶞?zhǔn)不重合誤差等于定位基準(zhǔn)相對(duì)于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)在工序尺寸方向上的最大變動(dòng)量。定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合時(shí)所產(chǎn)生的基準(zhǔn)不重合誤差，只有在采用調(diào)整法加工時(shí)才會(huì)產(chǎn)生，在試切法加工中不會(huì)產(chǎn)生。2、定位副制造不準(zhǔn)確誤差工件在夾具中的正確位置是由夾具上的定位元件來確定的。夾具上的定位元件不可能按基本尺寸制造得絕對(duì)準(zhǔn)確，它們的實(shí)際尺寸（或位置）都允許在分別規(guī)定的公差范圍內(nèi)變動(dòng)。同時(shí)，工件上的定位基準(zhǔn)面也會(huì)有制造誤差。工件定位面與夾具定位元件共同構(gòu)成定位副，由于定位副制造得不準(zhǔn)確和定位副間的配合間隙引起的工件最大位置變動(dòng)量，稱為定位副制造不準(zhǔn)確誤差?；鶞?zhǔn)不重合誤差的方向和定位副制造不準(zhǔn)確誤差的方向可能不相同，定位誤差取為基準(zhǔn)不重合誤差和定位副制造不準(zhǔn)確誤差的矢量和。（四）工藝系統(tǒng)集合誤差1、機(jī)床的幾何誤差加工中刀具相對(duì)于工件的成形運(yùn)動(dòng)一般都是通過機(jī)床完成的，因此，工件的加工精度在很大程度上取決于機(jī)床的精度。機(jī)床制造誤差對(duì)工件加工精度影響較大的有：主軸回轉(zhuǎn)誤差、導(dǎo)軌誤差和傳動(dòng)鏈誤差。機(jī)床的磨損將使機(jī)床工作精度下降。1）主軸回轉(zhuǎn)誤差機(jī)床主軸是裝夾工件或刀具的基準(zhǔn)，并將運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳給工件或刀具，主軸回轉(zhuǎn)誤差將直接影響被加工工件的精度。主軸回轉(zhuǎn)誤差是指主軸各瞬間的實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線相對(duì)其平均回轉(zhuǎn)軸線的變動(dòng)量。它可分解為徑向圓跳動(dòng)、軸向竄動(dòng)和角度擺動(dòng)三種基本形式。產(chǎn)生主軸徑向回轉(zhuǎn)誤差的主要原因有：主軸幾段軸頸的同軸度誤差、軸承本身的各種誤差、軸承之間的同軸度誤差、主軸繞度等。但它們對(duì)主軸徑向回轉(zhuǎn)精度的影響大小隨加工方式的不同而不同。采用滑動(dòng)軸承時(shí)主軸的徑向圓跳動(dòng)產(chǎn)生軸向竄動(dòng)的主要原因是主軸軸肩端面和軸承承載端面對(duì)主軸回轉(zhuǎn)軸線有垂直度誤差。不同的加工方法，主軸回轉(zhuǎn)誤差所引起的的加工誤差也不同。主軸回轉(zhuǎn)誤差產(chǎn)生的加工誤差見教材1）徑向跳動(dòng)：影響工件圓度；2）軸向竄動(dòng)：影響軸向尺寸，加工螺紋時(shí)影響螺距值；3）角度擺動(dòng)：影響圓柱度；提高主軸回轉(zhuǎn)精度的措施：主要是要消除軸承的間隙。??適當(dāng)提高主軸及箱體的制造精度，選用高精度的軸承，提高主軸部件的裝配精度，對(duì)高速主軸部件進(jìn)行平衡，對(duì)滾動(dòng)軸承進(jìn)行預(yù)緊等，均可提高機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)精度。2）導(dǎo)軌誤差導(dǎo)軌是機(jī)床上確定各機(jī)床部件相對(duì)位置關(guān)系的基準(zhǔn)，也是機(jī)床運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)。車床導(dǎo)軌的精度要求主要有以下三個(gè)方面：在水平面內(nèi)的直線度；在垂直面內(nèi)的直線度；前后導(dǎo)軌的平行度（扭曲）。a）導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差：臥式車床導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差△1將直接反映在被加工工件表面的法線方向（加工誤差的敏感方向）上，對(duì)加工精度的影響最大。b）導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度誤差：臥式車床導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差△2可引起被加工工件的形狀誤差和尺寸誤差。但△2對(duì)加工精度的影響要比△1小得多。由上圖2可知若因△2而使刀尖由a下降至b，不難推得工件半徑R的變化量。c)前后導(dǎo)軌存在平行度誤差（扭曲）時(shí)，刀架運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生擺動(dòng)，刀尖的運(yùn)動(dòng)軌跡是一條空間曲線，使工件產(chǎn)生形狀誤差。由右圖可見，當(dāng)前后導(dǎo)軌有了扭曲誤差△3之后，由幾何關(guān)系可求得△y≈（H/B）△3。一般車床的H/B≈2/3，外圓磨床的H/B≈1，車床和外圓磨床前后導(dǎo)軌的平行度誤差對(duì)加工精度的影響很大。d)導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線的平行度誤差：若車床與主軸回轉(zhuǎn)軸線在水平面內(nèi)有平行度誤差，車出的內(nèi)外圓柱面就產(chǎn)生錐度；若車床與主軸回轉(zhuǎn)軸線在垂直面內(nèi)有平行度誤差，則圓柱面成雙曲回轉(zhuǎn)體。因是非誤差敏感方向，故可略。除了導(dǎo)軌本身的制造誤差外，導(dǎo)軌的不均勻磨損和安裝質(zhì)量，也使造成導(dǎo)軌誤差的重要因素。導(dǎo)軌磨損是機(jī)床精度下降的主要原因之一。3）傳動(dòng)鏈誤差傳動(dòng)鏈誤差是指機(jī)床內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈?zhǔn)寄﹥啥藗鲃?dòng)元件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的誤差。一般用傳動(dòng)鏈末端元件的轉(zhuǎn)角誤差來衡量。內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈：兩端件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)量有嚴(yán)格要求的傳動(dòng)鏈，為內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈。例如：車削螺紋的加工，主軸與刀架的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系不能嚴(yán)格保證時(shí)，將直接影響螺距的精度。減少傳動(dòng)鏈傳動(dòng)誤差的措施：1）減少傳動(dòng)件的數(shù)目，縮短傳動(dòng)鏈：傳動(dòng)元件越少，傳動(dòng)累積誤差就越小，傳動(dòng)精度就越高。2）傳動(dòng)比越小，傳動(dòng)元件的誤差對(duì)傳動(dòng)精度的影響就越?。禾貏e是傳動(dòng)鏈尾端的傳動(dòng)元件的傳動(dòng)比越小，傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)精度就越高。2、刀具的幾何誤差刀具誤差對(duì)加工精度的影響隨刀具種類的不同而不同。采用定尺寸刀具、成形刀具、展成刀具加工時(shí)，刀具的制造誤差會(huì)直接影響工件的加工精度；而對(duì)一般刀具（如車刀等），其制造誤差對(duì)工件加工精度無直接影響。任何刀具在切削過程中，都不可避免地要產(chǎn)生磨損，并由此引起工件尺寸和形狀地改變。正確地選用刀具材料和選用新型耐磨地刀具材料，合理地選用刀具幾何參數(shù)和切削用量，正確地刃磨刀具，正確地采用冷卻液等，均可有效地減少刀具地尺寸磨損。必要時(shí)還可采用補(bǔ)償裝置對(duì)刀具尺寸磨損進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。1、夾具的幾何誤差?yuàn)A具的作用時(shí)使工件相當(dāng)于刀具和機(jī)床具有正確的位置，因此夾具的制造誤差對(duì)工件的加工精度（特別使位置精度）有很大影響。夾具誤差包括：（1）夾具各元件之間的位置誤差；（2）夾具中各定位元件的磨損。二、加工過程中存在的誤差：（一）工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差1、基本概念機(jī)械加工工藝系統(tǒng)在切削力、夾緊力、慣性力、重力、傳動(dòng)力等的作用下，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變形，從而破壞了刀具和工件之間的正確的相對(duì)位置，使工件的加工精度下降。如下圖a示，車細(xì)長軸時(shí)，工件在切削力的作用下會(huì)發(fā)生變形，使加工出的軸出現(xiàn)中間粗兩頭細(xì)的情況；又如在內(nèi)圓磨床上進(jìn)行切入式磨孔時(shí)，上圖b，由于內(nèi)圓磨頭軸比較細(xì)，磨削時(shí)因磨頭軸受力變形，而使工件孔呈錐形。垂直作用于工件加工表面（加工誤差敏感方向）的徑向切削分力Fy與工藝系統(tǒng)在該方向上的變形y之間的比值，稱為工藝系統(tǒng)剛度k系,k系=Fy/y式中的變形y不只是由徑向切削分力Fy所引起，垂直切削分力Fz與走刀方向切削分力Fx也會(huì)使工藝系統(tǒng)在y方向產(chǎn)生變形，故?y=yFx+yFy+yFz2、工件剛度工藝系統(tǒng)中如果工件剛度相對(duì)于機(jī)床、刀具、夾具來說比較低，在切削力的作用下，工件由于剛度不足而引起的變形對(duì)加工精度的影響就比較大，其最大變形量可按材料力學(xué)有關(guān)公式估算。3、刀具剛度外圓車刀在加工表面法線（y）方向上的剛度很大，其變形可以忽略不計(jì)。鏜直徑較小的內(nèi)孔，刀桿剛度很差，刀桿受力變形對(duì)孔加工精度就有很大影響。刀桿變形也可以按材料力學(xué)有關(guān)公式估算。4、機(jī)床部件剛度1）機(jī)床部件剛度機(jī)床部件由許多零件組成，機(jī)床部件剛度迄今尚無合適的簡易計(jì)算方法，目前主要還是用實(shí)驗(yàn)方法來測(cè)定機(jī)床部件剛度。分析實(shí)驗(yàn)曲線可知，機(jī)床部件剛度具有以下特點(diǎn)：（1）變形與載荷不成線性關(guān)系；（2）加載曲線和卸載曲線不重合，卸載曲線滯后于加載曲線。兩曲線線間所包容的面積就是加載和卸載循環(huán)中所損耗的能量，它消耗于摩擦力所作的功和接觸變形功；（3）第一次卸載后，變形恢復(fù)不到第一次加載的起點(diǎn)，這說明有殘余變形存在，經(jīng)多次加載卸載后，加載曲線起點(diǎn)才和卸載曲線終點(diǎn)重合，殘余變形才逐漸減小到零；（4）機(jī)床部件的實(shí)際剛度遠(yuǎn)比我們按實(shí)體估算的要小。2）影響機(jī)床部件剛度的因素（1）結(jié)合面接觸變形的影響（2）摩擦力的影響（3）低剛度零件的影響（4）間隙的影響5、工藝系統(tǒng)剛度及其對(duì)加工精度的影響在機(jī)械加工過程中，機(jī)床、夾具、刀具和工件在切削力作用下，都將分別產(chǎn)生變形y機(jī)、y夾、y刀、y工，致使刀具和被加工表面的相對(duì)位置發(fā)生變化，使工件產(chǎn)生加工誤差。工藝系統(tǒng)剛度的倒數(shù)等于其各組成部分剛度的倒數(shù)和。kxt=1/(1/kjc+1/kdj+1/kj+1/kgj)工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響主要有以下幾種情況：1)由于工藝系統(tǒng)剛度變化引起的誤差工藝系統(tǒng)的剛度隨受力點(diǎn)位置的變化而變化。例如：用三爪卡盤夾緊工件車削外圓的加工，隨懸壁長度的增加，剛度將越來越小。因而，車出的外圓將呈錐形。2)由于切削力變化引起的誤差加工過程中，由于工件的加工余量發(fā)生變化、工件材質(zhì)不均等因素引起的切削力變化，使工藝系統(tǒng)變形發(fā)生變化，從而產(chǎn)生加工誤差。若毛坯A有橢圓形狀誤差（如下圖）。讓刀具調(diào)整到圖上雙點(diǎn)劃線位置，由圖可知，在毛坯橢圓長軸方向上的背吃刀量為ap1，短軸方向上的背吃刀量為ap2。由于背吃刀量不同，切削力不同，工藝系統(tǒng)產(chǎn)生的讓刀變形也不同，對(duì)應(yīng)于ap1產(chǎn)生的讓刀為y1，對(duì)應(yīng)于ap2產(chǎn)生的讓刀為y2,故加工出來的工件B仍然存在橢圓形狀誤差。由于毛坯存在圓度誤差△毛＝ap1-ap2，因而引起了工件的圓度誤差△工＝y(tǒng)1-y2，且△毛愈大，△工愈大，這種現(xiàn)象稱為加工過程中的毛坯誤差復(fù)映現(xiàn)象?！鞴づc△毛之比值ε稱為誤差復(fù)映系數(shù)，它是誤差復(fù)映程度的度量。（見P203公式7.14）尺寸誤差（包括尺寸分散）和形狀誤差都存在復(fù)映現(xiàn)象。如果我們知道了某加工工序的復(fù)映系數(shù)，就可以通過測(cè)量毛坯的誤差值來估算加工后工件的誤差值。3)由于夾緊變形引起的誤差工件在裝夾過程中，如果工件剛度較低或夾緊力的方向和施力點(diǎn)選擇不當(dāng)，將引起工件變形，造成相應(yīng)的加工誤差。4)其它作用力的影響6、減小工藝系統(tǒng)受力變形的途徑由前面對(duì)工藝系統(tǒng)剛度的論述可知，若要減少工藝系統(tǒng)變形，就應(yīng)提高工藝系統(tǒng)剛度，減少切削力并壓縮它們的變動(dòng)幅值。具體如下：1）提高工藝系統(tǒng)剛度（1）提高工件和刀具的剛度減小刀具、工件的懸伸長度：以提高工藝系統(tǒng)的剛度；（2）減小機(jī)床間隙，提高機(jī)床剛度：采用預(yù)加載荷，使有關(guān)配合產(chǎn)生預(yù)緊力，而消除間隙。（3）采用合理的裝夾方式和加工方式2）減小切削力及其變化??合理地選擇刀具材料，增大前角和主偏角，對(duì)工件材料進(jìn)行合理的熱處理以改善材料地加工性能等，都可使切削力減小。（二）工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差工藝系統(tǒng)熱變形對(duì)加工精度的影響比較大，特別是在精密加工和大件加工中，由熱變形所引起的加工誤差有時(shí)可占工件總誤差的40%～70%。機(jī)床、刀具和工件受到各種熱源的作用，溫度會(huì)逐漸升高，同時(shí)它們也通過各種傳熱方式向周圍的物質(zhì)和空間散發(fā)熱量。當(dāng)單位時(shí)間傳入的熱量與其散出的熱量相等時(shí)，工藝系統(tǒng)就達(dá)到了熱平衡狀態(tài)。1、工藝系統(tǒng)的熱源——內(nèi)部熱源和外部熱源內(nèi)部熱源：如系統(tǒng)內(nèi)部的摩擦熱（由軸承副、齒輪副等產(chǎn)生）、切削熱等；外部熱源：如外部環(huán)境溫度、陽光輻射等。2、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差：1）工件受熱變形：工件受熱溫度升高后，熱伸長量△L為：△L=αL△t式中：α為工件材料的熱膨脹系數(shù)；L為工件長度；△t為工件的溫升。例如：死頂尖裝夾工件時(shí)，熱變形將造成工件彎曲。在磨床上為消除熱變形的影響，而采用彈簧頂尖。2）機(jī)床受熱變形：當(dāng)機(jī)床受熱不均時(shí)，造成機(jī)床部件產(chǎn)生變形。例如：機(jī)床主軸前、后端受熱不均，將造成主軸抬高，并傾斜。3）刀具受熱變形：刀具受熱以后，引起刀具熱伸長，刀尖位置發(fā)生變化，因而影響加工精度。3、減小工藝系統(tǒng)熱變形的途徑1.減少發(fā)熱和隔熱2.改善散熱條件3.均衡溫度場4.改進(jìn)機(jī)床結(jié)構(gòu)5.加快溫度場的平衡6.控制環(huán)境溫度（三）刀具的磨損引起的誤差：刀具在切削過程中，由于摩擦，刀具將產(chǎn)生磨損，使刀具尺寸發(fā)生變化，而造成加工誤差。三、加工后存在的誤差：（一）工件殘余應(yīng)力引起的誤差1、基本概念沒有外力作用而存在于零件內(nèi)部的應(yīng)力，稱為殘余應(yīng)力（又稱內(nèi)應(yīng)力）。工件上一旦產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力之后，就會(huì)使工件金屬處于一種高能位的不穩(wěn)定狀態(tài)，它本能地要向低能位的穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)化，并伴隨有變形發(fā)生，從而使工件喪失原有的加工精度。2、內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生熱加工中內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生，在熱處理工序中由于工件壁厚不均勻、冷卻不均、金相組織的轉(zhuǎn)變等原因，使工件產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。上圖示一個(gè)內(nèi)外壁厚相差較大的鑄件。澆鑄后，鑄件將逐漸冷卻至室溫。由于壁1和壁2比較薄，散熱較易，所以冷卻比較快。壁3比較厚，所以冷卻比較慢。當(dāng)壁1和壁2從塑性狀態(tài)冷到彈性狀態(tài)時(shí)，壁3的溫度還比較高，尚處于塑性狀態(tài)。所以壁1和壁2收縮時(shí)壁3不起阻擋變形的作用，鑄件內(nèi)部不產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。但當(dāng)壁3也冷卻到彈性狀態(tài)時(shí)，壁1和壁2的溫度已經(jīng)降低很多，收縮速度變得很慢。但這時(shí)壁3收縮較快，就受到了壁1和壁2的阻礙。因此，壁3受拉應(yīng)力的作用，壁1和2受壓應(yīng)力作用，形成了相互平衡的狀態(tài)。如果在這個(gè)鑄件的壁1上開一個(gè)口，則壁1的壓應(yīng)力消失，鑄件在壁3和2的內(nèi)應(yīng)力作用下，壁3收縮，壁2伸長，鑄件就發(fā)生彎曲變形，直至內(nèi)應(yīng)力重新分布達(dá)到新的平衡為止。推廣到一般情況，各種鑄件都難免產(chǎn)生冷卻不均勻而形成的內(nèi)應(yīng)力，鑄件的外表面總比中心部分冷卻得快。特別是有些鑄件（如機(jī)床床身），為了提高導(dǎo)軌面的耐磨性，采用局部激冷的工藝使它冷卻更快一些，以獲得較高的硬度，這樣在鑄件內(nèi)部形成的內(nèi)應(yīng)力也就更大些。若導(dǎo)軌表面經(jīng)過粗加工剝?nèi)ヒ恍┙饘?，這就象在圖中的鑄件壁1上開口一樣，必將引起內(nèi)應(yīng)力的重新分布并朝著建立新的應(yīng)力平衡的方向產(chǎn)生彎曲變形。為了克服這種內(nèi)應(yīng)力重新分布而引起的變形，特別是對(duì)大型和精度要求高的零件，一般在鑄件粗加工后安排進(jìn)行時(shí)效處理，然后再作精加工。冷校直產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力絲杠一類的細(xì)長軸經(jīng)過車削以后，棒料在軋制中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力要重新分布，產(chǎn)生彎曲，如上圖示。冷校直就是在原有變形的相反方向加力F，使工件向反方向彎曲，產(chǎn)生塑性變形，以達(dá)到校直的目的。在F力作用下，工件內(nèi)部的應(yīng)力分布如圖b所示。當(dāng)外力F去除以后，彈性變形部分本來可以完成恢復(fù)而消失，但因塑性變形部分恢復(fù)不了，內(nèi)外層金屬就起了互相牽制的作用，產(chǎn)生了新的內(nèi)應(yīng)力平衡狀態(tài)，如圖c所示，所以說，冷校直后的工件雖然減少了彎曲，但是依然處于不穩(wěn)定狀態(tài)，還會(huì)產(chǎn)生新的彎曲變形。3、減小內(nèi)應(yīng)力變形誤差的途徑1.改進(jìn)零件結(jié)構(gòu)——設(shè)計(jì)零件時(shí)，盡量做到壁厚均勻，結(jié)構(gòu)對(duì)稱，以減少內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生。2.增設(shè)消除內(nèi)應(yīng)力的熱處理工序1）高溫時(shí)效：緩慢均勻的冷卻，適用于鑄、鍛、焊件；2）低溫時(shí)效：緩慢均勻的冷卻，適用于半精加工后的工件，主要是消除工件的表面應(yīng)力；3）自然時(shí)效：自然釋放；3.合理安排工藝過程——粗加工和精加工宜分階段進(jìn)行，使工件在粗加工后有一定的時(shí)間來松弛內(nèi)應(yīng)力。（二）測(cè)量誤差：1、量具本身的制造誤差；2、測(cè)量條件引起的誤差：1）冷卻后測(cè)量與加工后馬上測(cè)量尺寸有變化；2）測(cè)量力的變化也引起測(cè)量尺寸的變化。三、加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析前面對(duì)影響加工精度的各種主要因素進(jìn)行了討論，從分析方法上來講，這是屬于局部的、單因素的。而實(shí)際生產(chǎn)中影響加工精度是多因素的、是錯(cuò)綜復(fù)雜的。用單因素估算法去分析因果關(guān)系是難以說明的。為此，生產(chǎn)中常采用統(tǒng)計(jì)分析法，通過對(duì)一批工件進(jìn)行檢查測(cè)量，將所測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析，找出誤差分布與變化的規(guī)律，從而找出解決問題的途徑。（一）、加工誤差的分類加工誤差按其性質(zhì)的不同，可分為系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差（也稱偶然誤差）。1、系統(tǒng)誤差：包括常值系統(tǒng)誤差和變值系統(tǒng)誤差。（1）常值系統(tǒng)誤差：定義：在連續(xù)加工一批工件中，其加工誤差的大小和方向都保持不變或基本不變的系統(tǒng)誤差，稱為常值系統(tǒng)誤差。例如：原理誤差，機(jī)床、刀具、夾具、量具的制造誤差，工藝系統(tǒng)靜力變形等原始誤差，都屬于常值系統(tǒng)誤差。如鉸刀的直徑偏大0.02mm，加工后一批孔的尺寸也都偏大0.02mm。特點(diǎn)：①與加工（順序）時(shí)間無關(guān)；②預(yù)先可以估計(jì)；③較易完全消除；④不會(huì)引起工件尺寸波動(dòng)（常值系統(tǒng)誤差對(duì)于同批工件的影響是一致的，不會(huì)引起各工件之間的差異）；⑤不影響尺寸分布曲線形狀。（2）變值系統(tǒng)誤差：定義：在連續(xù)加工一批工件中，其加工誤差的大小和方向按一定規(guī)律變化的系統(tǒng)誤差，稱為變值系統(tǒng)誤差。例如：刀具的正常磨損引起的加工誤差，其大小隨加工時(shí)間而有規(guī)律地變化，屬于變值系統(tǒng)誤差。特點(diǎn)：①與加工（順序）時(shí)間有關(guān)；②預(yù)先可以估計(jì)；③較難完全消除；④會(huì)造成工件尺寸的增大或減?。ㄗ冎迪到y(tǒng)誤差雖然會(huì)引起同批工件之間的差異，但是按照一定的規(guī)律而依次變化的，不會(huì)造成忽大忽小的波動(dòng)）；⑤影響尺寸分布曲線形狀。注意1：工藝系統(tǒng)的熱變形，在溫升過程中，一般將引起變值系統(tǒng)誤差，在達(dá)到熱平衡后，則又引起常值系統(tǒng)誤差。2、隨機(jī)誤差：定義：在連續(xù)加工一批工件中，其加工誤差的大小和方向是無規(guī)則地變化著的，這樣的誤差稱為隨機(jī)誤差。例如：毛坯誤差（加工余量不均勻，材料硬度不均勻等)的復(fù)映、定位誤差、夾緊誤差（夾緊力時(shí)大時(shí)?。?、工件內(nèi)應(yīng)力等因素都是變化不定的，都是引起隨機(jī)誤差的原因。特點(diǎn)：①預(yù)先不能估計(jì)到；②較難完全消除，只能減小到最小限度；③工件尺寸忽大忽小，造成一批工件的尺寸分散（在一定的加工條件下隨機(jī)誤差的數(shù)值總在一定范圍內(nèi)波動(dòng)）。注意2：隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差的劃分也不是絕對(duì)的，它們之間既有區(qū)別又有聯(lián)系。例如：加工一批零件時(shí)，如果是在機(jī)床一次調(diào)整中完成的，則機(jī)床的調(diào)整誤差引起常值系統(tǒng)誤差；如果是經(jīng)過若干次調(diào)整完成的，則調(diào)整誤差就引起隨機(jī)誤差了。注意3：誤差性質(zhì)不同，解決的途徑也不同。對(duì)于常值系統(tǒng)誤差誤差，若能掌握其大小和方向。就可以通過調(diào)整消除；對(duì)于變值系統(tǒng)誤差，若能掌握其大小和方向隨時(shí)間變化的規(guī)律，則可通過自動(dòng)補(bǔ)償消除；惟對(duì)隨機(jī)誤差，只能縮小它們的變動(dòng)范圍，而不可能完全消除。（二）、加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析常用的統(tǒng)計(jì)分析法有兩種：分布曲線法和點(diǎn)圖法。?（一）分布曲線法1、實(shí)際分布曲線（直方圖）：1）樣本和樣本容量：樣本：采用調(diào)整法成批加工某種零件，隨機(jī)抽取其中一定數(shù)量（50～100）進(jìn)行測(cè)量，抽取的這批零件稱為樣本。樣本容量：樣本的件數(shù)稱為樣本容量。用n表示。2）尺寸分散與尺寸分散范圍：由于隨機(jī)誤差和變值系統(tǒng)誤差的存在，這些零件加工尺寸的實(shí)際數(shù)值是各不相同的，這種現(xiàn)象稱為尺寸分散。樣本尺寸的最大值Xmax與最小值Xmin之差，稱為尺寸分散范圍。3）分組及組距d：將樣本尺寸按大小順序排列，分成k組，則組距d為：d=（Xmax-Xmin）/k，分組數(shù)k的選定表如下：4）頻數(shù)m：同一尺寸間隔的零件數(shù)量，稱為頻數(shù)，用m表示。5）頻率f：頻數(shù)m與樣本容量n之比，稱為頻率。用f表示。即：f=m/n6）實(shí)際分布曲線（直方圖）：以工件尺寸（或誤差）為橫坐標(biāo)，以頻數(shù)或頻率作縱坐標(biāo)，即可作出該批零件加工尺寸的等寬直方圖。2、正態(tài)分布曲線：實(shí)踐和理論分析表明，當(dāng)用調(diào)整法加工一批總數(shù)極多的而且這些誤差因素中又都沒有任何優(yōu)勢(shì)的傾向時(shí)，其分布服從正態(tài)分布曲線(又稱高斯曲線),見上圖（b）。（1）正態(tài)分布的曲線方程：當(dāng)采用該曲線代表加工尺寸的實(shí)際分布曲線時(shí)，上式各參數(shù)的意義為：式中——分布曲線的縱坐標(biāo)，表示工件的分布密度；——分布曲線的橫坐標(biāo)，表示工件的尺寸或誤差；——工件的平均尺寸（分散中心），=；——工序的標(biāo)準(zhǔn)偏差（均方根誤差），σ=；n——一批工件的數(shù)目（樣本數(shù)）。（2）正態(tài)分布曲線的特點(diǎn)：1）均值α：決定正態(tài)分布曲線的中心位置，且在其左右對(duì)稱：當(dāng)X=α?xí)r，是曲線Y的最大值，即：2）標(biāo)準(zhǔn)偏差σ是決定曲線形狀的參數(shù)：?σ值增大，則Ymax減小，曲線將趨于平坦，尺寸分散性越大；相反，σ值越小，則曲線瘦高，尺寸分散性越小。故σ值表明了一批工件加工精度的高低(σ值小，Ymax值大，加工精度高)。σ的大小完全由隨機(jī)誤差所決定。3）正態(tài)分布曲線與橫坐標(biāo)軸沒有交點(diǎn)，即Y≠0：說明工件尺寸分散有一定范圍。4）分布曲線下所包含的全部面積代表一批加工零件，即100%零件的實(shí)際尺寸都在這一分布范圍內(nèi)。對(duì)于正態(tài)分布曲線來說，由α到X曲線下的面積由下式?jīng)Q定：當(dāng)X-α=3σ時(shí)，則：2A=0.9973=99.73%，即工件尺寸在±3σ以外的頻率只占0.27％，可以忽略不計(jì)。因此，一般都取正態(tài)分布曲線的分散范圍為土3σ。正態(tài)分布曲線下的面積函數(shù)利用正態(tài)分布曲線計(jì)算產(chǎn)品合格率3、分布曲線的應(yīng)用1）判別加工誤差的性質(zhì)：假如加工過程中沒有△變，那么其尺寸分布應(yīng)服從正態(tài)分布，這是判別加工誤差性質(zhì)的基本方法。Ⅰ）實(shí)際分布曲線與正態(tài)分布曲線基本相符，說明加工過程中沒有△變；Ⅱ）根據(jù)平均值X是否與公差帶中心重合，來判斷是否存在△常：平均值X與公差帶中心重合，說明不存在△常；平均值X與公差帶中心不重合，說明存在△常。Ⅲ）△常僅影響平均值X，即只影響分布曲線的位置。符合正態(tài)分布；δ≥6σ；且尺寸分布中心與公差帶中心重合。說明：加工條件正常、△系幾乎不存在，△隨小，加工過程中無廢品出現(xiàn)，工序精度滿足要求。符合正態(tài)分布；δ≥6σ；但尺寸分布中心與公差帶中心不重合，存在△常。說明：△變幾乎不存在，△隨小，有突出的△常存在。它主要是由于刀具安裝調(diào)整不準(zhǔn)而造成的。在這種情況下，即使出現(xiàn)了廢品也是可以通過調(diào)整加以避免的(調(diào)整刀具起始加工位置，消除△常)。符合正態(tài)分布，δ＜6σ，且尺寸分布中心與公差帶中心不重合。說明：△變幾乎不存在，存在突出的△常，△隨較大。即使通過刀具調(diào)整消除了△常，也不能完全避免廢品的產(chǎn)生。工序精度不能滿足工件加工精度的要求。應(yīng)換用一種比現(xiàn)用工序更精確的加工方法來完成加工(即減小工序σ值)。例如將車削加工換成磨削加工，將擴(kuò)孔加工換成鉸孔等。Ⅳ）實(shí)際分布曲線不符合正態(tài)分布時(shí)，如出現(xiàn)的分布曲線呈平頂分布、雙峰分布或偏態(tài)分布時(shí)，說明加工過程中有突出的△變存在。機(jī)加工誤差分布規(guī)律平頂分布在影響機(jī)械加工中的諸多誤差因素中，如果刀具線性磨損的影響顯著，則工件的尺寸誤差將呈現(xiàn)平頂分布。平頂誤差分布曲線可以看成是隨時(shí)間而平移的眾多正態(tài)誤差分布曲線組合的結(jié)果。

雙峰分布

同一工序的加工內(nèi)容中，由兩臺(tái)機(jī)床來同時(shí)完成，由于這兩臺(tái)機(jī)床的調(diào)整尺寸不盡相同，兩臺(tái)機(jī)床的精度狀態(tài)也有差異，若將這兩臺(tái)機(jī)床所加工的工件混在一起，則工件的尺寸誤差就呈雙峰分布。

偏態(tài)分布

在用試切法車削軸徑或孔徑時(shí)，由于操作者為了盡量避免產(chǎn)生不可修復(fù)的廢品，主觀地(而不是隨機(jī)地)使軸頸加工得寧大勿小，則它們得尺寸誤差就呈偏態(tài)分布。

2）確定工藝能力及其等級(jí)Ⅰ）工藝能力：是指工序處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，加工誤差正常波動(dòng)的幅度。例如：加工尺寸服從正態(tài)分布時(shí)，其尺寸分散范圍應(yīng)是6σ，所以工藝能力就是6σ。Ⅱ）工藝能力等級(jí)：以工藝能力系數(shù)Cp來表示，Cp代表了工藝能滿足加工精度的程度。其值按下式計(jì)算：Cp=δ/6σ式中：δ為工件尺寸公差。根據(jù)工藝能力系數(shù)的大小，將工藝能力分成5級(jí)，其值見教材P209。注：一般情況下，工藝能力不應(yīng)低于二級(jí)。3）估算合格率或不合格率：Q廢=0.5-A（二）工藝過程的點(diǎn)圖分析應(yīng)用分布圖分析工藝過程精度的前提時(shí)工藝過程必須是穩(wěn)定的。由于點(diǎn)圖分析法能夠反映質(zhì)量指標(biāo)隨時(shí)間變化的情況，因此，它是進(jìn)行統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制的有效方法。這種方法既可以用于穩(wěn)定的工藝過程，也可以用于不穩(wěn)定的工藝過程。對(duì)于一個(gè)不穩(wěn)定的工藝過程來說，要解決的問題是如何在工藝過程的進(jìn)行中，不斷地進(jìn)行質(zhì)量指標(biāo)的主動(dòng)控制，工藝過程一旦出現(xiàn)被加工工件的質(zhì)量指標(biāo)有超出所規(guī)定的不合格品率的趨向時(shí)，能夠及時(shí)調(diào)整工藝系統(tǒng)或采取其它工藝措施，使工藝過程得以繼續(xù)進(jìn)行。對(duì)于一個(gè)穩(wěn)定得工藝過程，也應(yīng)該進(jìn)行質(zhì)量指標(biāo)得主動(dòng)控制，使穩(wěn)定得工藝過程一旦出現(xiàn)不穩(wěn)定趨勢(shì)時(shí)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取相應(yīng)得措施，使工藝過程繼續(xù)穩(wěn)定地進(jìn)行下去。點(diǎn)圖分析法所采用的樣本使順序小樣本，即每隔一定時(shí)間抽取樣本容量n＝5～10的一個(gè)小樣本，計(jì)算出各小樣本的算術(shù)平均值和極差R。點(diǎn)圖使控制工藝過程質(zhì)量指標(biāo)分布中心的變化的，R點(diǎn)圖是控制工藝過程質(zhì)量指標(biāo)分散范圍的變化的，因此，這兩個(gè)點(diǎn)圖必須聯(lián)合使用，才能控制整個(gè)工藝過程四、提高加工精度的途徑減小加工誤差的方法主要有兩種：誤差預(yù)防和誤差補(bǔ)償。(減小原始誤差、轉(zhuǎn)移原始誤差、均分原始誤差、均化原始誤差以及誤差補(bǔ)償。)（一）、誤差預(yù)防技術(shù)：1、直接減小原始誤差法：主要是在查明影響加工精度的主要原始誤差因素之后，設(shè)法對(duì)其直接進(jìn)行消除或減小的方法。例如：加工細(xì)長軸時(shí)，主要原始誤差因素是工件剛性差，因而，采用反向進(jìn)給切削法，并加跟刀架，使工件受拉伸，從而達(dá)到減小變形的目的。2、轉(zhuǎn)移原始誤差法：是把影響加工精度的原始誤差轉(zhuǎn)移到不影響或少影響加工精度的方向上。例如：車床的誤差敏感方向是工件的直徑方向，所以，轉(zhuǎn)塔車床在生產(chǎn)中都采用"立刀"安裝法，把刀刃的切削基面放在垂直平面內(nèi)，這樣可把刀架的轉(zhuǎn)位誤差轉(zhuǎn)移到誤差不敏感的切線方向。3、均分原始誤差法：采用分組調(diào)整，把誤差均分：即把工件安誤差大小分組，若分成n組，則每組零件的誤差就縮小1/n。4、“就地加工”法：例如：車床尾架頂尖孔的軸線要求與主軸軸線重合，采用就地加工，把尾架裝配到機(jī)床上后進(jìn)行最終精加工。又如六角車床轉(zhuǎn)塔上六個(gè)安裝刀架的大孔及端面的加工。（二）、誤差補(bǔ)償技術(shù)：1、在線檢測(cè)：加工中隨時(shí)測(cè)量工件的實(shí)際尺寸，隨時(shí)給刀具補(bǔ)償?shù)姆椒ā?、偶件自動(dòng)配磨：此法是將互配的一個(gè)零件作為基準(zhǔn)，去控制另一個(gè)零件加工精度的方法。

6.2機(jī)械加工表面質(zhì)量為了保證機(jī)器的使用性能和延長使用壽命，就要提高機(jī)器零件的耐磨性、疲勞強(qiáng)度、抗蝕性、密封性、接觸剛度等性能，而機(jī)器的性能主要取決于零件的表面質(zhì)量。機(jī)械加工表面質(zhì)量與機(jī)械加工精度一樣，是機(jī)器零件加工質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。機(jī)械加工表面質(zhì)量是以機(jī)械零件的加工表面和表面層作為分析和研究對(duì)象的。經(jīng)過機(jī)械加工的零件表面總是存在一定程度的微觀不平、冷作硬化、殘余應(yīng)力及金相組織的變化，雖然只產(chǎn)生在很薄的表面層，但對(duì)零件的使用性能的影響是很大的。本節(jié)主要討論機(jī)械加工表面質(zhì)量的含義、表面質(zhì)量對(duì)使用性能的影響、表面質(zhì)量產(chǎn)生的機(jī)理等。對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場中發(fā)生的表面質(zhì)量問題，如受力變形、磨削燒傷、裂紋和振紋等問題從理論上作出解釋，提出提高機(jī)械加工表面質(zhì)量的途徑。6-2.1機(jī)械加工后的表面質(zhì)量機(jī)械零件的破壞，一般總是從表面層開始的。產(chǎn)品的性能，尤其是它的可靠性和耐久性，在很大程度上取決于零件表面層的質(zhì)量。研究機(jī)械加工表面質(zhì)量的目的就是為了掌握機(jī)械加工中各種工藝因素對(duì)加工表面質(zhì)量影響的規(guī)律，以便運(yùn)用這些規(guī)律來控制加工過程，最終達(dá)到改善表面質(zhì)量、提高產(chǎn)品使用性能的目的。一、基本概念（一）加工表面的幾何形狀誤差1、表面粗糙度：是加工表面的微觀幾何形狀誤差，其波長與波高的比值一般小于50。2、表面波度：加工表面不平度中，波長與波高的比值等于501000的幾何形狀誤差稱為波度。3、傷痕：是加工表面上一些個(gè)別位置上出現(xiàn)的缺陷。例如：砂眼、氣孔、裂痕等。（二）表面層的物理及機(jī)械性能1、表面層的加工硬化：機(jī)械加工過程中，使表面層金屬的硬度有所提高的現(xiàn)象。一般情況評(píng)定冷作硬化的指標(biāo)有如下三項(xiàng)：（1）表層金屬的顯微硬度H；（2）硬化層深度h；（3）硬化程度△H，其按下式計(jì)算：△H=（H-H0）/H0%式中：H0為工件內(nèi)部金屬原來的硬度。2、表面層金屬的金相組織的變化：機(jī)械加工過程中，由于切削熱的作用引起表面層金屬的金相組織發(fā)生變化。3、表面層金屬的殘余應(yīng)力：已前已經(jīng)介紹，在此不重復(fù)。二、機(jī)械加工表面質(zhì)量對(duì)機(jī)器使用性能的影響（一）表面質(zhì)量對(duì)耐磨性的影響1.表面粗糙度對(duì)耐磨性的影響一個(gè)剛加工好的摩擦副的兩個(gè)接觸表面之間，最初階段只在表面粗糙的的峰部接觸，實(shí)際接觸面積遠(yuǎn)小于理論接觸面積，在相互接觸的峰部有非常大的單位應(yīng)力，使實(shí)際接觸面積處產(chǎn)生塑性變形、彈性變形和峰部之間的剪切破壞，引起嚴(yán)重磨損。零件磨損一般可分為三個(gè)階段，初期磨損階段、正常磨損階段和劇烈磨損階段。表面粗糙度對(duì)零件表面磨損的影響很大。一般說表面粗糙度值愈小，其磨損性愈好。但表面粗糙度值太小，潤滑油不易儲(chǔ)存，接觸面之間容易發(fā)生分子粘接，磨損反而增加。因此，接觸面的粗糙度有一個(gè)最佳值，其值與零件的工作情況有關(guān)，工作載荷加大時(shí)，初期磨損量增大，表面粗糙度最佳值也加大。2.表面冷作硬化對(duì)耐磨性的影響加工表面的冷作硬化使摩擦副表面層金屬的顯微硬度提高，故一般可使耐磨性提高。但也不是冷作硬化程度愈高，耐磨性就愈高，這是因?yàn)檫^分的冷作硬化將引起金屬組織過度疏松，甚至出現(xiàn)裂紋和表層金屬的剝落，使耐磨性下降。（二）表面質(zhì)量對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響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(duì)疲勞強(qiáng)度影響很大。1.表面粗糙度對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響在交變載荷作用下，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。2.殘余應(yīng)力、冷作硬化對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響殘余應(yīng)力對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響很大。表面層殘余拉應(yīng)力將使疲勞裂紋擴(kuò)大，加速疲勞破壞；而表面層殘余應(yīng)力能夠阻止疲勞裂紋的擴(kuò)展，延緩疲勞破壞的產(chǎn)生。表面冷硬一般伴有殘余應(yīng)力的產(chǎn)生，可以防止裂紋產(chǎn)生并阻止已有裂紋的擴(kuò)展，對(duì)提高疲勞強(qiáng)度有利。（三)表面質(zhì)量對(duì)耐蝕性的影響零件的耐蝕性在很大程度上取決于表面粗糙度。表面粗糙度值愈大，則凹谷中聚積腐蝕性物質(zhì)就愈多?？刮g性就愈差。表面層的殘余拉應(yīng)力會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂，降低零件的耐磨性，而殘余壓應(yīng)力則能防止應(yīng)力腐蝕開裂。（四）表面質(zhì)量對(duì)配合質(zhì)量的影響表面粗糙度值的大小將影響配合表面的配合質(zhì)量。對(duì)于間隙配合，粗糙度值大會(huì)使磨損加大，間隙增大，破壞了要求的配合性質(zhì)。對(duì)于過盈配合，裝配過程中一部分表面凸峰被擠平，實(shí)際過盈量減小，降低了配合件間的連接強(qiáng)度。6-2.2機(jī)械加工后的表面粗糙度一、切削加工影響表面粗糙度的因素切削加工時(shí)影響表面粗糙度的因素有三個(gè)方面：幾何因素、物理因素和工藝系統(tǒng)振動(dòng)。1.刀具幾何形狀的復(fù)映刀具相對(duì)于工件作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)，在加工表面留下了切削層殘留面積，其形狀時(shí)刀具幾何形狀的復(fù)映。減小進(jìn)給量、主偏角、副偏角以及增大刀尖圓弧半徑，均可減小殘留面積的高度。此外，適當(dāng)增大刀具的前角以減小切削時(shí)的塑性變形程度，合理選擇潤滑液和提高刀具刃磨質(zhì)量以減小切削時(shí)的塑性變形和抑制刀瘤、鱗刺的生成，也是減小表面粗糙度值的有效措施。2.工件材料的性質(zhì)加工塑性材料時(shí)，由刀具對(duì)金屬的擠壓產(chǎn)生了塑性變形，加之刀具迫使切屑與工件分離的撕裂作用，使表面粗糙度值加大。工件材料韌性愈好，金屬的塑性變形愈大，加工表面就愈粗糙。加工脆性材料時(shí)，其切屑呈碎粒狀，由于切屑的崩碎而在加工表面留下許多麻點(diǎn)，使表面粗糙。3.切削用量二、磨削加工影響表面粗糙度的因素正像切削加工時(shí)表面粗糙度的形成過程一樣，磨削加工表面粗糙度的形成也時(shí)由幾何因素和表面金屬的塑性變形來決定的。影響磨削表面粗糙度的主要因素有：1.砂輪的粒度砂輪粒度：主要是表明磨粒的尺寸大小，粒度號(hào)數(shù)越大，磨粒的尺寸越小。砂輪的粒度號(hào)數(shù)越大，磨粒的尺寸越小，參加磨削的磨粒就越多，磨削出的表面就越光滑。2.砂輪的硬度3.砂輪的修整：修整質(zhì)量越高，磨削出的表面就越光滑。4.磨削速度砂輪磨削速度v越高，單位時(shí)間內(nèi)通過被磨表面的磨粒數(shù)就越多，工件表面就越光滑。注：磨削加工中，工件的速度越高，單位時(shí)間內(nèi)通過被磨表面的磨粒數(shù)將減少，反而會(huì)使表面粗糙度值增加。?5.磨削徑向進(jìn)給量與光磨次數(shù)6.工件圓周進(jìn)給速度與軸向進(jìn)給量：7.冷卻潤滑液6-2.3機(jī)械加工后的表面層物理機(jī)械性能在切削加工中，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機(jī)械性能產(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(shí)所產(chǎn)生的塑性變形和切削熱比刀刃切削時(shí)更嚴(yán)重，因而磨削加工后加工表面層上述三項(xiàng)物理機(jī)械性能的變化會(huì)很大。一、表面層冷作硬化1.冷作硬化及其評(píng)定參數(shù)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(huì)使表面層金屬的硬度和強(qiáng)度提高，這種現(xiàn)象稱為冷作硬化（或稱為強(qiáng)化）。表面層金屬強(qiáng)化的結(jié)果，會(huì)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(huì)發(fā)生變化。被冷作硬化的金屬處于高能位的不穩(wěn)定狀態(tài)，只有一有可能，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。弱化作用的大小取決于溫度的高低、溫度持續(xù)時(shí)間的長短和強(qiáng)化程度的大小。由于金屬在機(jī)械加工過程中同時(shí)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(qiáng)化和弱化綜合作用的結(jié)果。評(píng)定冷作硬化的指標(biāo)有三項(xiàng)，即表層金屬的顯微硬度HV、硬化層深度h和硬化程度N。2.影響冷作硬化的主要因素①刀具1）切削刃鈍圓半徑的影響：切削刃鈍圓半徑↑徑向切削分力↑表層金屬的塑性變形程度↑導(dǎo)致冷硬↑2）前角γ0的影響：前角γ0在±20°范圍內(nèi)，對(duì)表層金屬的冷硬沒有顯著影響。在此范圍以外，則前角γ0↑塑性變形↓冷硬↓3）其它角度：對(duì)冷硬影響較小。②切削用量1）切削速度v的影響：切削速度v越大，刀具與工件的作用時(shí)間縮短，金屬的塑性變形就越小，因而可使加工表面層的硬化程度和深度降低。2）進(jìn)給量f的影響：a、進(jìn)給量f超過一定值時(shí)，加大進(jìn)給量，切削力將隨之增大，表層金屬的塑性變形加劇，使冷硬程度增加。b、進(jìn)給量f過小，切削厚度也小，刀刃圓弧對(duì)工件表面層將產(chǎn)生擠壓，反而使表面層硬化程度增大。③工件材料——工件材料的塑性愈大，冷硬現(xiàn)象就愈嚴(yán)重。二、表面層材料金相組織變化當(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(huì)發(fā)生變化。1.磨削燒傷當(dāng)被磨工件表面層溫度達(dá)到相變溫度以上時(shí)，表層金屬發(fā)生金相組織的變化，使表層金屬強(qiáng)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。在磨削淬火鋼時(shí)，可能產(chǎn)生以下三種燒傷：①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（索氏體或托氏體），這種燒傷稱為回火燒傷。②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的高，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（索氏體或托氏體），這種燒傷稱為淬火燒傷。③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.改善磨削燒傷的途徑磨削熱是造成磨削燒傷的根源，故改善磨削燒傷由兩個(gè)途徑：一是盡可能地減少磨削熱地產(chǎn)生；二是改善冷卻條件，盡量使產(chǎn)生地?zé)崃可賯魅牍ぜ?。①正確選擇砂輪?②合理選擇切削用量?③改善冷卻條件三、表面層殘余應(yīng)力1.產(chǎn)生殘余應(yīng)力的原因①冷態(tài)塑性變形：切削時(shí)在加工表面金屬層內(nèi)有塑性變形發(fā)生，使表面金屬的比容加大由于塑性變形只在表層金屬中產(chǎn)生，而表層金屬的比容增大，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)生了殘余應(yīng)力，而在里層金屬中產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。②熱態(tài)塑性變形：切削加工中，切削區(qū)會(huì)有大量的切削熱產(chǎn)生③金相組織變化：不同金相組織具有不同的密度，亦具有不同的比容如果表面層金屬產(chǎn)生了金相組織的變化，表層金屬比容的變化必然要受到與之相連的基體金屬的阻礙，因而就有殘余應(yīng)力產(chǎn)生。2.零件主要工作表面最終工序加工方法的選擇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?yàn)樽罱K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(huì)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。6-2.4控制加工表面質(zhì)量的工藝途徑一、減小殘余拉應(yīng)力、防止磨削燒傷和磨削裂紋的工藝途徑對(duì)零件使用性能危害甚大的殘余拉應(yīng)力、磨削燒傷和磨削裂紋均起因于磨削熱，所以如何降低磨削熱并減少其影響是生產(chǎn)上的一項(xiàng)重要問題。解決的原則：一是減少磨削熱的發(fā)生，二是加速磨削熱的傳出。1、選擇合理的磨削參數(shù)為了直接減少磨削熱的發(fā)生，降低磨削區(qū)的溫度，應(yīng)合理選擇磨削參數(shù)：???減少砂輪速度和背吃刀量；適當(dāng)提高進(jìn)給量和工件速度。但這會(huì)使粗糙度值增大而造成矛盾。生產(chǎn)中比較可行的辦法是通過試驗(yàn)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。2、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。二、采用冷壓強(qiáng)化工藝對(duì)于承受高應(yīng)力、交變載荷的零件可以來用噴丸、液壓、擠壓等表面強(qiáng)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(qiáng)度及抗應(yīng)力腐蝕性能。1、噴丸噴丸是一種用壓縮空氣或離心力將大量直徑細(xì)小(40.4—2mm)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。2、滾壓用工具鋼淬硬制成的鋼滾輪或鋼珠在零件上進(jìn)行滾壓，如圖8．14(b)，使表層材料產(chǎn)生塑性流動(dòng)，形成新的3光潔表面。表面粗糙度可自1.6μm降至0.1μm，表面硬化深度達(dá)0.2—1.5mm，硬化程度lo%一40%。三、采用精密和光整加工工藝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。1、光整加工工藝光整加工是用粒度很細(xì)的磨料對(duì)工件表面進(jìn)行微量切削和擠壓、擦光的過程。光整加工工藝的共同特點(diǎn)是；沒有與磨削深度相對(duì)應(yīng)的磨削用量參數(shù)，一般只規(guī)定加工時(shí)的很低的單位切削壓力，因此加工過程中的切削力和切削熱都很小，從而能獲得很低的表面粗糙度值，表面層不會(huì)產(chǎn)生熱損傷，并具有殘余壓應(yīng)力。所使用的工具都是浮動(dòng)連接，由加工面自身導(dǎo)向、而相對(duì)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(yùn)動(dòng)。這些加工方法的主要作用是降低表面粗糙度，—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。(1)珩磨珩磨是利用珩磨頭上的細(xì)粒度砂條對(duì)孔進(jìn)行加工的方法，在大批量生產(chǎn)中應(yīng)用很普遍。（2)超精加工超精加工是用細(xì)粒度的砂條以一定的壓力壓在作低速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的工件表面上，并在軸向作往復(fù)振動(dòng)，工件或砂條還作軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)以進(jìn)行微量切削的加工方法。(3)研磨研磨是用研具以一定的相對(duì)滑動(dòng)速度(粗研時(shí)取0.67一0.83m/s，精研時(shí)取0.1一0.2m/s)在0.12一0.4MPa壓力下與被加工面作復(fù)雜相對(duì)運(yùn)動(dòng)的一種光整加工方法。(4)拋光拋光是在布輪、布盤或砂帶等軟的研具上涂以拋光膏來加工工件的。拋光器具高速旋轉(zhuǎn)，由拋光膏的機(jī)械刮擦和化學(xué)作用將粗糙表面的峰頂去掉，從而使表面獲得光澤鏡面(Ra＝0.04一0.16ym)。6-2.5機(jī)械加工過程中的振動(dòng)一般說來，機(jī)械加工過程中的振動(dòng)是一種十分有害的現(xiàn)象，它對(duì)于加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率都有很大影響，必須認(rèn)真對(duì)待。在切削過程中，當(dāng)振動(dòng)發(fā)生時(shí)，加工表面將惡化，產(chǎn)生較明顯的表面振痕。一、機(jī)械加工過程中的強(qiáng)迫振動(dòng)（一）機(jī)械加工過程中的強(qiáng)迫振動(dòng)1、強(qiáng)迫振動(dòng)：是由于工藝系統(tǒng)外界周期性干擾力的作用而引起的振動(dòng)。機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動(dòng)與一般機(jī)械中的強(qiáng)迫振動(dòng)沒有什么區(qū)別，強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率與干擾力的頻率相同或是它的倍數(shù)。2、強(qiáng)迫振動(dòng)產(chǎn)生的原因：強(qiáng)迫振動(dòng)的振源又來自機(jī)床內(nèi)部的機(jī)內(nèi)振源和來自機(jī)床外部的機(jī)外振源兩大類。機(jī)外振源甚多，但它們都是通過地基傳給機(jī)床的，可通過加設(shè)隔振地基來隔離。機(jī)內(nèi)振源主要又：（1）機(jī)床電機(jī)的振動(dòng)；（2）機(jī)床高速旋轉(zhuǎn)件不平衡引起的振動(dòng)；（3