《機(jī)械加工技術(shù)》課件第7章

第7章機(jī)械加工質(zhì)量分析7.1機(jī)械加工精度

7.2加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析

7.3機(jī)械加工表面質(zhì)量

7.4機(jī)械加工中的振動與抑制思考題與習(xí)題

7.1機(jī)械加工精度

7.1.1原始誤差及其分類在機(jī)械加工時，由機(jī)床、夾具、刀具和工件構(gòu)成的系統(tǒng)稱為工藝系統(tǒng)。工藝系統(tǒng)各環(huán)節(jié)中所存在的各種誤差稱為原始誤差，正是由于工藝系統(tǒng)各環(huán)節(jié)中存在有各種原始誤差，才使得工件加工表面的尺寸、形狀和相互位置關(guān)系發(fā)生變化，造成加工誤差。為了保證和提高零件的加工精度，必須采取措施消除或減少原始誤差對加工精度的影響，將加工誤差控制在允許的變動范圍（公差）內(nèi)。影響原始誤差的因素很多，一部分與工藝系統(tǒng)本身的初始狀態(tài)有關(guān)，一部分與切削過程有關(guān)，還有一部分與加工后的情況有關(guān)。一般可將其作如圖7－1所示的分類。

圖7－1原始誤差

7.1.2加工原理誤差及其對加工精度的影響加工原理誤差是由于采用了近似的成形運(yùn)動或近似的刀刃輪廓所產(chǎn)生的誤差。因?yàn)樗窃诩庸ぴ砩洗嬖诘恼`差，故稱加工原理誤差。一般情況下，為了獲得規(guī)定的加工表面，刀具和工件之間必須作相對準(zhǔn)確的成形運(yùn)動。如車削螺紋時，必須使刀具和工件間完成準(zhǔn)確的螺旋運(yùn)動（即成形運(yùn)動）；滾切齒輪時，必須使?jié)L刀和工件間有準(zhǔn)確的展成運(yùn)動。在生產(chǎn)實(shí)踐中，采用理論上完全精確的成形運(yùn)動是不可能實(shí)現(xiàn)的，所以在這種情況下常常采用近似的成形運(yùn)動，以獲得較高的加工精度和提高加工效率，使加工更為經(jīng)濟(jì)。

用成形刀具加工復(fù)雜的曲面時，常采用圓弧、直線等簡單的線型替代。例如，常用的齒輪滾刀就有兩種誤差：一是滾刀刀刃的近似造形誤差，即由于制造上的困難，采用阿基米德基本蝸桿或法向直廓基本蝸桿代替漸開線基本蝸桿；二是由于滾刀刀刃數(shù)有限，所切成的齒輪齒形是一條折線，并非理論上的光滑曲線，所以滾切齒輪是一種近似的加工方法。所有上述這些因素，都會產(chǎn)生加工原理誤差。加工原理誤差的存在，會在一定程度上造成工件的加工誤差。

7.1.3工藝系統(tǒng)幾何誤差及其對加工精度的影響

1.機(jī)床的幾何誤差加工中刀具相對工件的各種成形運(yùn)動，一般是由機(jī)床來完成的，機(jī)床的幾何誤差會通過成形運(yùn)動反映到工件的加工表面上。機(jī)床的幾何誤差來源于機(jī)床的制造、磨損和安裝誤差三個方面。這里著重分析對工件加工精度影響較大的主軸回轉(zhuǎn)誤差、

導(dǎo)軌的導(dǎo)向誤差和傳動鏈傳動誤差。

（1）機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差。①主軸回轉(zhuǎn)誤差的概念及其影響因素。加工時要求機(jī)床主軸具有一定的回轉(zhuǎn)運(yùn)動精度，即加工過程中主軸回轉(zhuǎn)中心相對刀具或工件的位置精度。當(dāng)主軸回轉(zhuǎn)時，理論上其回轉(zhuǎn)軸線在空間的位置應(yīng)當(dāng)穩(wěn)定不變，但實(shí)際上由于各種原因，其位置總是變動的。也就是說，存在著回轉(zhuǎn)誤差。所謂主軸回轉(zhuǎn)誤差，就是主軸的實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線相對于平均回轉(zhuǎn)軸線（實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線的對稱中心線）的最大變動量。主軸回轉(zhuǎn)誤差可分為三種基本形式：

軸向竄動、徑向圓跳動和角度擺動，

如圖7－2所示。

圖7-2主軸回轉(zhuǎn)誤差的基本形式及綜合(a)軸向竄動；

(b)純徑向圓跳動；

(c)純角度擺動；

(d)綜合

②主軸回轉(zhuǎn)誤差對加工精度的影響。切削加工過程中，機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)誤差使得刀具和工件間的相對位置不斷改變，影響著成形運(yùn)動的準(zhǔn)確性，在工件上引起加工誤差。然而，刀具相對于加工表面的位移方向不同時，對加工精度的影響程度是不一樣的。

圖7-3所示為車削外圓表面時發(fā)生在不同方向上的相對位移對加工工序尺寸所產(chǎn)生的影響。圖7-3(b)中刀具在加工表面法線方向上發(fā)生了大小為ΔY的相對位移。這時，工件半徑上出現(xiàn)的加工誤差ΔR=ΔY，即法向位移ΔY按1∶1的比例轉(zhuǎn)化為加工誤差ΔR?？梢姡@個方向上的相對位移對加工精度影響很大。所以，將這個法向方向稱為誤差敏感方向。圖7-3(a)表示在切向發(fā)生了大小為ΔZ的相對位移?？梢钥闯觯旅娴年P(guān)系式成立：

(R+ΔR)2=R2+ΔZ2

展開并整理，得

因?yàn)棣2/2R是ΔR的高階無窮小量，故可舍去不計(jì)，則

由于ΔZ也是一個微量，所以ΔR非常小，也就是說，發(fā)生在切向的相對位移對加工精度幾乎沒有影響，可以忽略不計(jì)。

該切向方向稱為誤差非敏感方向。

圖7-3回轉(zhuǎn)誤差對加工精度的影響

主軸的純軸向竄動對內(nèi)、外圓的加工精度沒有影響，但所車削端面與內(nèi)外圓軸線不垂直。假設(shè)車削時主軸每轉(zhuǎn)一周，沿軸向竄動一次，向前竄動的半周中形成右旋面，向后竄動的半周中形成左旋面，最后切出如同端面凸臺的形狀，如圖7-4所示，當(dāng)加工螺紋時必然會產(chǎn)生螺距的小周期誤差。車削外圓表面時，主軸純角度擺動對圓度誤差的影響不大，即外圓表面的每個橫截面仍然是一個圓，但整個工件成錐形，即產(chǎn)生了圓柱度誤差。鏜孔時，由于主軸的純角度擺動形成主軸回轉(zhuǎn)軸心線與工作臺導(dǎo)軌不平行，

鏜出的孔將成橢圓形，

如圖7-5所示。

圖7-4主軸軸向竄動對端面加工的影響

圖7-5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

③提高主軸回轉(zhuǎn)精度的措施。為了提高主軸的回轉(zhuǎn)精度，需提高主軸部件的制造精度，其中由于軸承是影響主軸回轉(zhuǎn)精度的關(guān)鍵部件，因此對于精密機(jī)床宜采用精密滾動軸承、多油楔動壓和靜壓滑動軸承。對于滾動軸承，可進(jìn)行預(yù)緊以消除間隙，還可通過提高主軸支承軸徑、箱體支承孔的加工精度來提高主軸的回轉(zhuǎn)精度。在使用過程中，對主軸部件進(jìn)行良好的維護(hù)保養(yǎng)以及定期維修，

也是保證主軸回轉(zhuǎn)精度的措施。

另外，還可采取措施減小機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差對加工精度的影響。例如，在外圓磨床上采用死頂尖磨削外圓，由于頂尖不隨主軸回轉(zhuǎn)，因此，主軸回轉(zhuǎn)誤差對工件回轉(zhuǎn)精度無影響，故工件回轉(zhuǎn)精度高，加工精度高。這是磨削外圓時消除機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差對加工精度影響的主要方法，并被廣泛地應(yīng)用于檢驗(yàn)儀器和其它精密加工機(jī)床上。當(dāng)用死頂尖時，兩頂尖或兩中心孔的同軸度、頂尖和中心孔的形狀誤差、接觸精度等，都會不同程度地影響工件的回轉(zhuǎn)精度，故應(yīng)嚴(yán)格控制。

（2）機(jī)床導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差。機(jī)床導(dǎo)軌是機(jī)床工作臺或刀架等實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動的主要部件。因此機(jī)床導(dǎo)軌的制造誤差、工作臺或刀架等與導(dǎo)軌之間的配合誤差是影響直線運(yùn)動精度的主要因素。導(dǎo)軌的各項(xiàng)誤差將直接反映到工件加工表面的加工誤差中。例如外圓磨床導(dǎo)軌在平面內(nèi)的直線度誤差（見圖7-6）使工件隨同工作臺在X方向產(chǎn)生位移Δ，導(dǎo)致工件在半徑方向的誤差ΔR。當(dāng)磨削長工件時，剛性較差的工作臺貼合在導(dǎo)軌上往復(fù)運(yùn)動，

其運(yùn)動軌跡受導(dǎo)軌直線度的影響，

造成工件的圓柱度誤差。

圖7-6磨床導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差（a）

水平面內(nèi)的誤差；

（b）

工件產(chǎn)生的誤差

而外圓磨床導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差（見圖7-7），將引起工件相對砂輪的切向位移Δ=h，由于該方向?qū)τ谀ハ魍鈭A來說是誤差的非敏感方向，因此對工件的加工精度影響甚小。但對平面磨床、龍門刨床、銑床等，導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差，會引起工件相對砂輪（刀具）的法向位移，由于該方向?qū)τ谀?、銑平面來說是誤差的敏感方向，因此對工件垂直方向的尺寸精度、平行度和平面度等影響較大。

圖7-7磨床導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差

機(jī)床兩導(dǎo)軌的平行度誤差（扭曲）使工作臺移動時產(chǎn)生橫向傾斜（擺動），刀具相對于工件的運(yùn)動將變成一條空間曲線，因而引起工件的形狀誤差。如圖7-8所示，車削或磨削外圓時，機(jī)床導(dǎo)軌的扭曲會使工件產(chǎn)生圓柱度誤差。機(jī)床導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線的平行度誤差，也會使工件產(chǎn)生加工誤差。例如，車削或磨削外圓時，機(jī)床導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線在水平面內(nèi)有平行度誤差，會使工件產(chǎn)生圓柱度誤差，即形成了錐度。

圖7-8車床導(dǎo)軌的扭曲（3）傳動鏈誤差。在機(jī)械加工中，對于某些表面的加工，如車螺紋時，要求工件轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀具必須走一個導(dǎo)程。滾齒和插齒時，要求工件轉(zhuǎn)速與刀具轉(zhuǎn)速之比保持恒定不變。這種速比關(guān)系的獲得取決于機(jī)床傳動系統(tǒng)中工件與刀具之間的內(nèi)聯(lián)系傳動鏈的傳動精度，而該傳動精度又取決于傳動鏈中各傳動零件的制造和裝配精度，以及在使用過程中各傳動零件的磨損程度。另外，各傳動零件在傳動鏈中的位置不同，對傳動鏈傳動精度的影響程度也不同。顯然，傳動機(jī)構(gòu)越多，傳動路線越長，則總的傳動誤差越大。因此，為保證傳動鏈的傳動精度，應(yīng)注意保證傳動機(jī)構(gòu)尤其是末端傳動件的制造和裝配精度，盡量減少傳動元件，縮短傳動路線。此外，在使用過程中進(jìn)行良好的維護(hù)保養(yǎng)以及定期維修，

也是保證傳動鏈傳動精度的必要措施。

2.調(diào)整誤差在零件加工的每一道工序中，為了獲得加工表面的尺寸、形狀和位置精度，總需要對機(jī)床、夾具和刀具進(jìn)行調(diào)整，任何調(diào)整工作都必然會帶來一定的誤差。機(jī)械加工中零件的生產(chǎn)批量和加工精度往往要求不同，所采用的調(diào)整方法也不同。如大批量生產(chǎn)時，一般采用樣板、樣件、檔塊及靠模等調(diào)整工藝系統(tǒng)；在單件小批生產(chǎn)中，通常利用機(jī)床上的刻度或利用量塊進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整工作的內(nèi)容也因工件的復(fù)雜程度而異。因此，調(diào)整誤差是由多種因素引起的。

（1）試切法加工。在單件小批生產(chǎn)中，常采用試切法調(diào)整進(jìn)行加工，即對工件進(jìn)行試切—測量—調(diào)整—再試切，直至達(dá)到所要求的精度，它的誤差來源主要有：①測量誤差。測量工具的制造誤差、讀數(shù)的估計(jì)誤差以及測量溫度和測量等引起的誤差都將摻入到測量所得的讀數(shù)中，

這無形中擴(kuò)大了加工誤差。

②微進(jìn)給機(jī)構(gòu)的位移誤差。在試切中，總是要微量調(diào)整刀具的進(jìn)給量，以便最后達(dá)到工件的尺寸精度。但是在低速微量進(jìn)給中，進(jìn)給機(jī)械常會出現(xiàn)“爬行”現(xiàn)象，即由于傳動鏈的彈性變形和摩擦，搖動手輪或手柄進(jìn)行微量進(jìn)給時，執(zhí)行件并不運(yùn)動，當(dāng)微量進(jìn)給量累積到一定值時，執(zhí)行件又突然運(yùn)動。結(jié)果使刀具的實(shí)際進(jìn)給量比手柄刻度盤上顯示的數(shù)值總要偏大或偏小些，

以至難以控制尺寸精度，

造成加工誤差。

消除“爬行”現(xiàn)象的措施如下：

A．改善潤滑條件。在機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的滑移面（如工作臺和導(dǎo)軌）間施加適當(dāng)?shù)臐櫥?，使得在滑移間形成一層油膜，這樣就會減少“爬行”現(xiàn)象的出現(xiàn)。

B．改進(jìn)機(jī)床設(shè)計(jì)。選用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)軌材料或以滾動導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌來替代滑動導(dǎo)軌，以及減少傳動件、提高傳動件的剛度等，

以避免“爬行”現(xiàn)象。

③最小切削厚度極限。在切削加工中，刀具所能切削的最小厚度是有一定限度的。鋒利的刀刃可切下5μm，已鈍的刀刃只能切下20～50μm，切削厚度再小時刀刃就切不下金屬，而在金屬表面上打滑，只起擠壓作用，因此最后所得的工件尺寸就會有誤差。

（2）調(diào)整法加工。在中批以上生產(chǎn)中，常采用調(diào)整法加工，所產(chǎn)生的調(diào)整誤差與所用的調(diào)整方法有關(guān)。①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，廣泛應(yīng)用行程檔塊、靠模及凸輪等機(jī)構(gòu)來調(diào)整。這些機(jī)構(gòu)的制造精度、剛度，以及與其配合使用的離合器、控制閥等的靈敏度，

就成了產(chǎn)生調(diào)整誤差的主要因素。

②用樣板或樣件調(diào)整。在各種仿形機(jī)床、多刀機(jī)床及專業(yè)機(jī)床中，常采用專門的樣件或樣板來調(diào)整刀具與刀具、工件與刀具的相對位置，以保證工件的加工精度。在這種情況下，樣件或樣板本身的制造誤差、安裝誤差和對刀誤差，就成了產(chǎn)生調(diào)整誤差的主要因素。③用對刀裝置或引導(dǎo)元件調(diào)整。在采用專用銑床夾具或?qū)Ｓ勉@床夾具加工工件時，對刀塊、塞尺和鉆套的制造誤差，對刀塊和鉆套相對定位元件的誤差，以及鉆套和刀具的配合間隙，是產(chǎn)生調(diào)整誤差的主要因素。

3.刀具、夾具的制造誤差及工件的定位誤差機(jī)械加工中常用的刀具有：一般刀具、定尺寸刀具及成形刀具。一般刀具（如普通車刀、單刃鏜刀及平面銑刀等）的制造誤差，對加工精度沒有直接影響。定尺寸刀具（如鉆頭、鉸刀、拉刀及槽銑刀等）的尺寸誤差，直接影響工件的尺寸精度。另外，刀具的工作條件，如機(jī)床主軸的跳動或因刀具安裝不當(dāng)引起的徑向或端面圓跳動等，都會使工件產(chǎn)生加工誤差。

成形刀具（如成形車刀、成形銑刀以及齒輪滾刀等）的制造誤差，主要影響被加工面的形狀精度。夾具的制造誤差指定位元件、導(dǎo)向元件及夾具體等零件的制造和裝配誤差。這些誤差對工件的精度影響較大。所以在設(shè)計(jì)和制造夾具時，凡影響工件加工精度的尺寸和位置誤差都應(yīng)嚴(yán)格控制。

4.工藝系統(tǒng)的磨損誤差（1）工藝系統(tǒng)的磨損對加工精度的影響。工藝系統(tǒng)在長期的使用中，會產(chǎn)生各種不同程度的磨損。這些磨損必將擴(kuò)大工藝系統(tǒng)的幾何誤差，影響工件的各項(xiàng)加工精度。例如機(jī)床導(dǎo)軌面的不均勻磨損，會造成工件的形狀誤差和位置誤差；量具在使用中的磨損，會引起工件的測量誤差。

工藝系統(tǒng)中機(jī)床、夾具、刀具以及量具雖然都會磨損，但其磨損速度和程度對加工精度的影響不同。其中以刀具的磨損速度最快，甚至有時在加工一個工件的過程中，就可能出現(xiàn)不能允許的磨損量。而機(jī)床、量具、夾具的磨損比較緩慢，對加工精度的影響也不明顯，故對它們一般只進(jìn)行定期鑒定和維修。

（2）減少工藝系統(tǒng)磨損的主要措施。①對機(jī)床的主要表面采用防護(hù)裝置。如精密機(jī)床的導(dǎo)軌面、傳動絲杠或蝸桿副采用密封防護(hù)裝置，防止灰塵或切屑進(jìn)入，或者將其浸入油中以減少磨損，延長使用壽命。②采取有效的潤滑措施。對機(jī)床相對運(yùn)動表面經(jīng)常潤滑，防止和減少磨損，以盡量保持其零部件的原有精度。③提高零部件的耐磨性。機(jī)床、夾具或量具等工作表面采用耐磨材料（如耐磨鑄鐵、硬質(zhì)合金等）制造或鑲貼，工件通過熱處理（表面淬硬）提高其耐磨性。④

選用新的耐磨刀具材料（如立方氮化硼）。采用這種措施不僅可高速切削，且刀具使用壽命長。

7.1.4工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響

1.工藝系統(tǒng)剛度分析（1）工件、刀具的剛度。工件、刀具的剛度可按材料力學(xué)中有關(guān)懸臂梁的計(jì)算公式或簡支梁的計(jì)算公式求得。當(dāng)工件和刀具（包括刀桿）的剛度較差時，對加工精度的影響較大。如圖7-9所示，在內(nèi)圓磨床上以切入法磨內(nèi)孔時，由于內(nèi)圓磨頭軸的剛度較差，磨孔內(nèi)時會使工件產(chǎn)生帶有錐度的圓柱度誤差。

圖7-9內(nèi)圓磨頭的受力變形

（2）接觸剛度。由于機(jī)床和夾具以及整個工藝系統(tǒng)是由許多零、部件組成的，故其受力與變形之間的關(guān)系比較復(fù)雜，尤其是零、部件接觸面之間的接觸剛度不是一個常數(shù)，即其變形量與外力之間不是線性關(guān)系，外力越大其接觸剛度越大，很難用公式表達(dá)。影響接觸剛度的因素主要有：

①

相互接觸的表面的幾何誤差和表面粗糙度。

②

材料和硬度。

（3）機(jī)床部件的剛度。①機(jī)床部件剛度的特性。任何機(jī)床部件在外力作用下產(chǎn)生的變形，必然與組成該部件的有關(guān)零件本身變形和它們之間的接觸狀況有關(guān)。其中各接觸變形的總量在整個部件變形中占很大的比重，因而對機(jī)床部件來說，外力與變形之間是一種非線性函數(shù)關(guān)系。從圖7-10（a）中所示機(jī)床部件受力變形過程看，首先是消除各有關(guān)配合零件之間的間隙，擠掉其間油膜層的變形，接著是部件中薄弱零件的變形，最后才是其它組成零件本身的彈性變形和相應(yīng)接觸面的彈性變形及其局部塑性變形。當(dāng)去掉外力時，由于局部塑性變形和摩擦阻力，最后尚留有一定程度的殘余變形。

圖7-10部件受力變形和各組成零件受力變形間的關(guān)系

②影響機(jī)床部件剛度的主要因素。

A．各接觸面的接觸變形。

B．各薄弱環(huán)節(jié)零件的變形。機(jī)床部件中薄弱零件的受力變形對部件剛度影響最大。例如圖7-11所示的機(jī)床導(dǎo)軌楔鐵，由于其結(jié)構(gòu)細(xì)長，剛性差，又不易加工平直，因此裝配后常常與導(dǎo)軌接觸不良，在外力作用下很容易變形，并緊貼導(dǎo)軌，變得平直，使機(jī)床工作時產(chǎn)生很大位移，大大降低了機(jī)床部件的剛度。

圖7-11薄弱零件的變形對機(jī)床部件剛度的影響

C．間隙和摩擦的影響。零件接觸面間的間隙對機(jī)床部件剛度的影響，主要表現(xiàn)在加工中載荷方向經(jīng)常變化的鏜床和銑床上。當(dāng)載荷方向不斷正、反交替改變時，間隙引起的位移對機(jī)床部件剛度影響較大，會改變刀具和工件間的準(zhǔn)確位置，從而使工件產(chǎn)生加工誤差。零件接觸面間的摩擦力對機(jī)床部件剛度的影響，當(dāng)載荷變動時較為顯著，當(dāng)加載時，摩擦力阻止變形增加；

而卸載荷時，

摩擦力又阻止變形恢復(fù)。

（4）夾具的剛度。夾具的剛度與機(jī)床部件剛度類似，主要受其中各有關(guān)配合零件之間的間隙、薄弱零件的變形和接觸變形，以及各組成零件本身的彈性變形和局部塑性變形的影響。

2.工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響（1）

切削力對加工精度的影響。

①切削力大小的變化對加工精度的影響。在切削加工中，往往由于被加工表面的幾何形狀誤差或材料的硬度不均勻引起切削力大小的變化，從而造成工件加工誤差。如圖7-12所示，由于毛坯的圓度誤差Δm引起車削時刀具的背吃刀量在ap1和ap2之間變化，因此，切削分力FP也隨背吃刀量ap的變化在FPmax

和FPmin之間產(chǎn)生變化，從而使工藝系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)的變形，即由y1變到y(tǒng)2（刀具相對被加工面產(chǎn)生y1和y2的位移）。這樣就形成了加工后工件的圓度誤差Δw。這種加工之后工件所具有的與加工之前相類似的誤差的現(xiàn)象，稱為“誤差復(fù)映”現(xiàn)象。圖7-12毛坯形狀誤差的復(fù)映1-毛坯表面2-工件表面假設(shè)加工之前工件（毛坯）所具有的誤差為Δm=ap1-ap2，加工之后工件所具有的誤差為Δw=y1-y2，令則ε表示出了加工誤差與毛坯誤差之間的比例關(guān)系，即“誤差復(fù)映”的規(guī)律，故稱ε為“誤差復(fù)映系數(shù)”。ε定量地反映了工件經(jīng)加工后毛坯誤差減小的程度。正常情況下，工藝系統(tǒng)剛度kxt越大，ε越小，加工后工件的誤差Δw越小，即復(fù)映到工件上的誤差越小。當(dāng)工件經(jīng)一次走刀不能滿足加工精度要求時，需進(jìn)行多次走刀，逐步消除由Δm復(fù)映到工件上的誤差。多次走刀后總的ε值為

ε=ε1×ε2×ε3×…×εn由于工藝系統(tǒng)總具有一定的剛度，因此工件加工后的誤差Δw總小于毛坯誤差Δm，復(fù)映系數(shù)總是小于1，經(jīng)過幾次走刀后，ε就減到很小，誤差也就降低到所允許的范圍內(nèi)。因此，在加工時，應(yīng)采取措施減小誤差復(fù)映，保證加工精度。

②切削力作用點(diǎn)位置的變化對加工精度的影響。A．在兩頂尖間車削短而粗的光軸。此時工件和刀具的剛度相對很大，即認(rèn)為工件和刀具的變形可忽略不計(jì)，工藝系統(tǒng)的總變形完全取決于機(jī)床主軸前端頭架（包括頂尖）、尾座（包括頂尖）和刀架的變形。如圖7-13（a）所示，當(dāng)?shù)都馇械焦ぜ骋晃恢茫ň喙ぜ蠖司嚯x為x）時，由于切削力Fp的作用，機(jī)床主軸前端頭架、尾座和刀架都有一定的變形，此時工件的軸心線由原來的AB位置移到了A′B′位置，刀尖由C移到C′，則工藝系統(tǒng)的總位移的最大和最小值之差就是工件的圓柱度誤差。圖7-13切削力作用點(diǎn)位置的變化對工藝系統(tǒng)變化的影響（a）

車削短軸；

（b）

車削長軸

表7-1沿工件長度的變化表

故工件的圓柱度誤差為2(0.0135-0.0102)mm=0.0066mm。該圓柱度誤差表現(xiàn)為馬鞍形誤差。由上述實(shí)例可看出，工藝系統(tǒng)剛度是隨著切削力作用點(diǎn)位置的變化而變化的。當(dāng)切削力作用點(diǎn)的位置靠近工件的兩端時，工藝系統(tǒng)剛度相對較小，變形較大，刀具相對工件產(chǎn)生的讓刀量較大，切去的金屬層厚度較?。划?dāng)切削力作用點(diǎn)位置處于工件的中間位置附近時，工藝系統(tǒng)剛度相對較大，變形較小，刀具相對工件產(chǎn)生的讓刀量較小，切去的金屬層厚度較大，因此，工件具有馬鞍形圓柱度誤差。

B．在兩頂尖間車削細(xì)而長的光軸。此時由于工件細(xì)長，剛度很小，機(jī)床主軸前端頭架、尾座和刀架的剛度相對很大，即認(rèn)為機(jī)床頭架、尾座和刀架的變形可忽略不計(jì)，工藝系統(tǒng)的總變形完全取決于工件的變形，工件位移量的最大和最小值之差就是工件的圓柱度誤差。表7-2所示是細(xì)長工件在長度方向上工藝系統(tǒng)的總位移值與切削力作用點(diǎn)位置和工件在長度方向上位置的變化關(guān)系，

根據(jù)表中數(shù)據(jù)可作出如圖7-13（b）上方所示的變形曲線。

表7-2沿工件長度的變形

故工件的圓柱度誤差為2(0.17-0)mm=0.34mm。該圓柱度誤差表現(xiàn)為腰鼓形圓柱度誤差。由上述實(shí)例可看出，工藝系統(tǒng)剛度也是隨著切削力作用點(diǎn)位置的變化而變化的。當(dāng)切削力作用點(diǎn)的位置靠近工件的兩端時，工藝系統(tǒng)剛度相對較大；當(dāng)切削力作用點(diǎn)位置處于工件的中間位置附近時，工藝系統(tǒng)剛度相對較小，變形較大，刀具相對工件產(chǎn)生的讓刀量較大，切去的金屬層厚度較小，因此，工件具有腰鼓形圓柱度誤差。由于機(jī)床、夾具、工件等都不是絕對剛體，它們都會變形，因此前述兩種誤差形式都會存在，既有形狀誤差，又有尺寸誤差，

故對加工精度的影響為前述幾種誤差形式的綜合。

（2）慣性力、傳動力和夾緊力對加工精度的影響。①慣性力和傳動力對加工精度的影響。切削加工中，高速旋轉(zhuǎn)的零、部件（包括夾具、工件及刀具等）的不平衡將產(chǎn)生離心力。離心力在每一轉(zhuǎn)中不斷地變更方向。因此，離心力有時和法向切削分力同向，有時反向，從而破壞了工藝系統(tǒng)各成形運(yùn)動的位置精度。圖7-14(a)表示車削一個不平衡工件，離心力Q和切削力分力FP方向相反，將工件推向刀具，使刀具背吃刀量增加。圖7-14(b)表示離心力Q和切削分力FP方向相同，工件被拉離，使刀具背吃刀量減小，結(jié)果造成工件的形狀誤差。從加工表面的每一個橫截面上看，基本上類似一個圓（理論上為心臟線），但每一個橫截面上的圓的圓心不在同一條直線上，

即從整個工件看，產(chǎn)生圓柱度誤差。

圖7-14慣性力所引起的加工誤差

②夾緊力對加工精度的影響。工件在裝夾時，由于工件剛度較低，夾緊力作用點(diǎn)或作用方向不當(dāng)，都會引起工件的相應(yīng)變形，造成加工誤差。圖7-15所示為加工發(fā)動機(jī)連桿大頭時的裝夾示意圖，由于夾緊力作用點(diǎn)不當(dāng)，

造成加工后兩孔中心線不平行以及與定位端面不垂直。

圖7-15夾緊力作用點(diǎn)不當(dāng)引起的加工誤差

(3)減少工藝系統(tǒng)受力變形的主要工藝措施。減少工藝系統(tǒng)受力變形是機(jī)械加工保證產(chǎn)品質(zhì)量和提高生產(chǎn)率的主要途徑之一。為了減少工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際，可從下列幾方面采取措施：①提高接觸剛度。一般部件的接觸剛度大大低于實(shí)際零件本身的剛度，所以提高接觸剛度是提高工藝系統(tǒng)剛度的關(guān)鍵。常用的方法是改善工藝系統(tǒng)主要零件接觸面的配合質(zhì)量，如機(jī)床導(dǎo)軌副的刮研、配研頂尖錐體同主軸和尾座套筒錐孔的配合面、多次研磨加工精密零件用的中心孔等，都是在實(shí)際生產(chǎn)中行之有效的工藝措施。

②提高工件剛度，減少受力變形。切削力引起的加工誤差，往往是因?yàn)楣ぜ旧韯偠炔蛔慊蚬ぜ鞑课粍偠炔痪鶆蚨a(chǎn)生的。如車削細(xì)長軸時，隨著走刀長度的變化，工件相應(yīng)的變形也不一致。當(dāng)工件材料和直徑一定時，工件的長度L和切削分力FP是影響工件受力變形的決定性因素。為了減少工件的受力變形，首先應(yīng)減小支承長度（即增加支承），如安裝跟刀架或中心架。減少切削分力FP的有效措施是改變刀具的幾何角度，如把主偏角磨成90°，可大大降低FP

。③提高機(jī)床部件剛度，減少受力變形。機(jī)床部件剛度在工藝系統(tǒng)剛度中往往占很大比重，所以加工時常采用一些輔助裝置提高其剛度。圖7-16所示為轉(zhuǎn)塔車床上采用的增強(qiáng)刀架剛度的裝置。

④合理裝夾工件，減少夾緊變形。對薄壁件，夾緊時要特別注意選擇適當(dāng)?shù)膴A緊方法，否則將引起很大的夾緊變形。如圖7-17所示，當(dāng)未夾緊時，薄壁套的內(nèi)外圓是正圓形，由于夾緊不當(dāng)，夾緊后套筒成三棱形（如圖7-17（a）所示）。經(jīng)鏜內(nèi)孔成圓形（如圖7-17（b）所示），但當(dāng)松開卡爪后，工件由于彈性恢復(fù)使已鏜圓的孔成三棱形（如圖7-17（c）所示）。為了減少加工誤差，夾緊時可采用開口夾具（如圖7-17（d）所示）或用專用卡爪（如圖7-17（e）所示）。

圖7-16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(qiáng)桿

3、

4—轉(zhuǎn)塔刀架

5—工件

7—轉(zhuǎn)動導(dǎo)向支承套

圖7-17工件夾緊變形引起的加工誤差(a)用普通三爪直接夾緊套筒;(b)將孔鏜圓;(c)松開套筒后，孔變形;(d)采用開口夾具夾緊套筒;(e)采用弧形三爪直接夾緊，

可避免變形

再如圖7-18(a)所示薄板工件，當(dāng)磁力將工件吸向吸盤表面時，工件將產(chǎn)生彈性變形（如圖7-18(b)所示）。磨完后，由于彈性變形恢復(fù)，工件上已磨表面又產(chǎn)生翹曲。改進(jìn)辦法是在工件和磁力吸盤間墊橡皮墊（厚0.5mm）。工件夾緊時，橡皮墊被壓縮，減少工件變形，便于將工件的變形部分磨去。這樣經(jīng)過多次正、反面交替磨削即可獲得平面度較高的平面（如圖7-18(d)、

(e)、

(f)所示）。

圖7-18薄板工件磨削（a）

毛坯翹曲；

（b）

吸盤吸緊；

（c）

磨后松開；

（d）

磨削凸面；

（e）

磨削凹面；

（f）

磨后松開

7.1.5工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響

1.工藝系統(tǒng)的熱源及熱平衡

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。內(nèi)部熱源主要指切削熱和摩擦熱。切削熱是由于切削過程中，切削層金屬的彈性、塑性變形及刀具與工件、切屑之間摩擦而產(chǎn)生的，這些熱量將傳給工件。切削加工時所生產(chǎn)的切削熱將傳給工件、刀具和切屑，三者的熱分配情況將隨切削速度和加工方法而定。如車削時，大量的切削熱被切屑帶走，傳給工件的一般為30%，高速切削時，只有10%；傳給刀具的一般為5%，高速切削時一般在1%以下。

對于銑、刨加工，傳給工件的熱量一般在30%以下。鉆孔和臥式鏜削，因切屑留在孔內(nèi)而傳給工件的熱量在50%以上。磨削時大約有84%的熱量傳給工件，其加工表面溫度可達(dá)800～1000℃，這不僅影響加工精度，而且還影響表面質(zhì)量（造成磨削表面燒傷）。摩擦熱主要是機(jī)床和液壓系統(tǒng)中的運(yùn)動部件產(chǎn)生的，如電動機(jī)，其軸承、齒輪、蝸輪等傳動，導(dǎo)軌移動副、液壓泵、閥等運(yùn)動，均會產(chǎn)生摩擦熱。另外，動力源的能量消耗也部分地轉(zhuǎn)換成熱，

如電動機(jī)、

油馬達(dá)的運(yùn)轉(zhuǎn)也產(chǎn)生熱。

外部熱源主要是環(huán)境溫度(它與氣溫變化、通風(fēng)、空氣對流和周圍環(huán)境等有關(guān))變化和輻射熱(如太陽、照明燈、取暖設(shè)備、人體等的輻射熱)。對外部熱源的影響也不可忽視，如日照、地基溫差及熱輻射等，對精密加工時的影響也很突出。研磨等精密加工，其發(fā)熱量雖少，但其影響不可忽視。為了保證精密加工的精度要求，除注意外部熱源的影響外，研磨速度往往由于熱變形的限制而不能選得太高。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，它們也通過各種方式向周圍散發(fā)熱量。當(dāng)單位時間內(nèi)傳入和傳出的熱量相等時，則認(rèn)為工藝系統(tǒng)達(dá)到熱平衡。一般情況下，機(jī)床溫度趨于穩(wěn)定而達(dá)到平衡，其熱變形相對穩(wěn)定，此時引起的加工誤差是規(guī)律的。

2.工件熱變形對加工精度的影響

在切削加工中，工件的熱變形主要是切削熱引起的，有些大型精密件還受環(huán)境溫度的影響。在熱膨脹下達(dá)到的加工尺寸，冷卻收縮后會發(fā)生變化，甚至?xí)?。工件受切削熱影響，各部分溫度不同，且隨時間變化，切削區(qū)附近溫度最高。開始切削時，工件溫度低，變形小，隨著切削過程的進(jìn)行，

工件的溫度逐漸升高，

變形也就逐漸加大。

對不同形狀的工件和不同的加工方法，工件的熱變形是不同的。一般來說，在軸類零件加工中，其直徑尺寸要求較為嚴(yán)格。由于車削、磨削外圓時，工件受熱比較均勻，在開始切削時工件的溫升為零，隨著切削的進(jìn)行，工件溫度逐漸升高，直徑逐漸增大，增大部分被刀具切除，因此冷卻后工件將出現(xiàn)錐度（尾座處直徑最大，頭架處直徑最小）。若要使工件外徑達(dá)到較高的精度水平（特別是形狀精度），則粗加工后應(yīng)再進(jìn)行精加工，且精加工必須在工件冷卻后進(jìn)行，并需在加工時采用高速精車或用大量切削液充分冷卻進(jìn)行磨削等方法，以減少工件的發(fā)熱和變形。即使如此，工件仍會有少量的溫升和變形，

造成形狀誤差和尺寸誤差（特別是形狀誤差）。

工件熱伸長對于長度尺寸的影響，由于長度要求不高而不突出。但當(dāng)工件在頂尖間加工，工件伸長導(dǎo)致兩頂尖間產(chǎn)生軸向壓力，并使工件產(chǎn)生彎曲變形時，工件的熱變形對加工精度的影響就較大。有經(jīng)驗(yàn)的車工在切削進(jìn)行期間總是根據(jù)實(shí)際情況，不時放松尾座頂尖螺旋副，以重新調(diào)整工件與頂尖間的壓力。細(xì)長軸在兩頂尖間車削時，工件受熱伸長，導(dǎo)致工件受壓失穩(wěn)，造成切削不穩(wěn)定。此時必須采用中心架和類似于磨床的彈簧頂尖。

精密絲杠加工中，工件的熱變形伸長會引起加工螺距的累計(jì)誤差。絲杠螺距精度要求越高，長度越長，這種影響就越嚴(yán)重。因此，控制室溫與使用充分的切削液以減少絲杠的溫升是很必要的。機(jī)床導(dǎo)軌面的磨削，工件的加工面與底面的溫度所引起的熱變形也是較大的。在某些情況下，工件的粗加工對精加工的影響也必須注意。例如，在工序集中的組合機(jī)床、流水線、自動生產(chǎn)線以及數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行加工時，就必須從熱變形的角度來考慮工序順序的安排。若粗加工工序以后緊接著是精加工工序，則必然引起工件的尺寸和形狀誤差。

3.刀具的熱變形對加工精度的影響

切削熱雖然傳給刀具的并不多，但由于刀體小，熱容量有限，所以刀具仍有相當(dāng)程度的溫升，特別是從刀架懸伸出來的刀具工作部分溫度急劇升高，可達(dá)1000℃以上。連續(xù)切削時，刀具的熱變形在切削初期增加很快，隨后變得很慢，經(jīng)過不長的時間達(dá)到熱平衡，此時熱變形變化量就非常小。因此一般刀具的熱變形對工件加工精度影響不大。間斷切削時，由于有短暫的冷卻時間，因此其總的熱變形量比連續(xù)切削時要小一些，對工件加工精度影響也不大。

4.機(jī)床熱變形對加工精度的影響

機(jī)床在加工過程中，在內(nèi)、外熱源的影響下，各部分溫度將發(fā)生變化。由于熱源分布不均勻和機(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)床的幾何精度，從而影響工件的加工精度。由于各類機(jī)床的結(jié)構(gòu)和工件條件差別很大，所以引起機(jī)床熱變形的熱源及變形形式也各不相同。機(jī)床熱變形中，主軸部件、床身導(dǎo)軌以及兩者相對位置等方面的熱變形對加工精度的影響最大。

車床類機(jī)床的主要熱源是主軸箱軸承的摩擦熱和主軸箱油池的發(fā)熱。這些熱量使主軸箱和床身溫度上升，從而造成機(jī)床主軸在垂直面內(nèi)發(fā)生傾斜。這種熱變形對于刀具呈水平位置安裝的臥式車床影響甚微，但對于刀具垂直安裝的自動車床和轉(zhuǎn)塔車床來說，因傾斜方向?yàn)檎`差敏感方向，故對工件加工精度的影響就不容忽視。對大型機(jī)床如導(dǎo)軌磨床、外圓磨床、龍門銑床等的長床身部件，其溫差影響也是很顯著的。一般由于溫度分層變化，床身上表面比床身底面溫度高，形成溫差，因此床身將產(chǎn)生變形，上表面呈中凸?fàn)睢＿@樣床身導(dǎo)軌的直線度明顯受到影響，破壞了機(jī)床原有的幾何精度，從而影響工件的加工精度。

5.減少機(jī)床熱變形的工藝措施（1）減少發(fā)熱和隔熱。切削過程中的內(nèi)部熱源是使機(jī)床產(chǎn)生熱變形的主要因素。為了減少機(jī)床的熱變形，應(yīng)采取措施減少發(fā)熱或隔離熱源。主軸部件是機(jī)床的關(guān)鍵部件，對加工精度影響很大，但主軸軸承又是一個很大的內(nèi)部熱源，因此，改善主軸的結(jié)構(gòu)和性能，是減少機(jī)床熱變形的重要環(huán)節(jié)。一般采用靜壓軸承、空氣軸承以及對滾動軸承采用油霧潤滑等，都有利于降低軸承的溫升。切削過程中，切屑和切削液也是使工藝系統(tǒng)產(chǎn)生熱變形不可忽視的因素。對切屑所傳遞的熱，可采用及時消除、切削液冷卻或在工作臺上裝隔熱塑料板等措施來減少其影響。精密加工中可采用恒溫切削液。

（2）加強(qiáng)散熱能力。為了消除機(jī)床內(nèi)部熱源的影響，還可采用強(qiáng)制冷卻的辦法，吸收熱源發(fā)出的能量，從而控制機(jī)床的溫升和熱變形，這是近年使用較多的一種方法。例如，對“加工中心機(jī)床”現(xiàn)已普遍采用冷凍機(jī)對潤滑油進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，機(jī)床中的潤滑油也可作為冷卻液使用。機(jī)床主軸和齒輪箱中產(chǎn)生的熱量可用低溫的冷卻液帶走。有些機(jī)床采用冷卻液流過圍繞主軸部件的空腔，

可使主軸溫升不超過1～2℃。

（3）控制溫度變化。由熱變形規(guī)律可知，大的熱變形大都發(fā)生在機(jī)床開動后的一段時間（預(yù)熱期）內(nèi)，當(dāng)達(dá)到熱平衡后，熱變形逐漸趨于穩(wěn)定。因此，縮短機(jī)床的預(yù)熱期，既有利于保證加工精度，又有利于提高生產(chǎn)率?？s短機(jī)床預(yù)熱期有兩種方法：①加工工件前，讓機(jī)床先高速空運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)機(jī)床迅速達(dá)到熱平衡后，再換成工作轉(zhuǎn)速進(jìn)行加工；②在機(jī)床的適當(dāng)部位附設(shè)加熱源，機(jī)床開動初期人為地給機(jī)床供熱，

促使其迅速達(dá)到熱平衡。

對于精密機(jī)床（如精密磨床、坐標(biāo)鏜床、齒輪磨床等），一般要裝在恒溫車間內(nèi)，以此保持其環(huán)境溫度的恒定。其恒溫精度應(yīng)嚴(yán)格地控制（一般精度級取±1℃，精密級取±0.5℃，超精密級取±0.01℃），但恒溫基數(shù)可按季節(jié)適當(dāng)加以調(diào)整（如春季、秋季為20℃，夏季為23℃，冬季為18℃）。按季節(jié)調(diào)溫既不影響加工精度，又可節(jié)省投資，減少水電消耗，還有利于工人的健康。

但是大面積使用空氣調(diào)節(jié)室溫的方法，投資和能源消耗都很大，而且機(jī)床工作過程中又不斷產(chǎn)生切削熱，因此空調(diào)也不能徹底解決熱變形。近年來國外有采用噴油冷卻整臺機(jī)床，它可使環(huán)境溫度變化引起的加工誤差減少到原來的1/10，而成本卻很低。噴油冷卻過程如圖7-19所示。其辦法是將機(jī)床及周圍的工作地封閉在一個透明塑料罩內(nèi)，噴嘴連續(xù)對機(jī)床的工作區(qū)域噴射溫度為20℃的恒溫油，油液不僅帶走熱量，同時還帶走了切屑和灰塵。骯臟的油液經(jīng)過濾后被送到熱交換器中，使油液冷卻到20℃，再繼續(xù)使用。這種控制溫度的方法，其效果比空調(diào)的效果高20～100倍，它可將溫度控制在（20±0.01）

℃，

而成本只有空調(diào)的1/100。

圖7-19噴油冷卻示意圖

圖7-20均衡立柱前后壁溫度場

（4）均衡溫度場。圖7-20所示為平面磨床采用熱空氣加熱溫升較低的立柱后壁，以減少立柱前后壁的溫度差，從而減少立柱彎曲變形的示意圖。圖中熱空氣從電動機(jī)風(fēng)扇中排出，通過特設(shè)的管道引向防護(hù)罩和立柱的后壁空間。采用這種措施后，被加工零件端面平面度誤差可以降低為原來的1/3～1/4。

（5）采取補(bǔ)償措施。切削加工時，切削熱引起的熱變形是不可避免的，可采取補(bǔ)償措施來消除。例如用砂輪端面磨削床身導(dǎo)軌時，因切削熱不易排出，所加工的床身導(dǎo)軌因熱變形而使中部被磨去較多的金屬，冷卻后導(dǎo)軌呈中凹形。為了減少其熱變形影響，一般加工工件時，在機(jī)床床身中部用螺釘壓板加壓使床身受力變形（壓成中凹），以便加工時工件中部磨去較少的金屬，使熱變形造成的誤差得到補(bǔ)償。

7.1.6工件內(nèi)應(yīng)力對加工精度的影響

1.內(nèi)應(yīng)力的概念所謂內(nèi)應(yīng)力（殘余應(yīng)力）是指當(dāng)外部的載荷除去以后，仍殘存在工件內(nèi)部的應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力主要是因金屬內(nèi)部組織發(fā)生了不均勻的體積變化而產(chǎn)生的。其外界因素來自熱加工和冷加工。具有內(nèi)應(yīng)力的工件處于一種不穩(wěn)定狀態(tài)中，它內(nèi)部的組織有強(qiáng)烈的傾向要恢復(fù)到一種沒有應(yīng)力的狀態(tài)。即使在常溫下，其內(nèi)部組織也在不斷地發(fā)生著變化，直到內(nèi)應(yīng)力消失為止。在內(nèi)應(yīng)力變化的過程中，零件的形狀逐漸地變化，原有的精度也會逐漸地喪失。用這些零件所裝配成的機(jī)器，在機(jī)器使用中也會產(chǎn)生變形，甚至可能影響整臺機(jī)器的質(zhì)量，給生產(chǎn)帶來嚴(yán)重的損失。

2.內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的原因及所引起的加工誤差（1）毛坯制造中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。在鑄、鍛、焊及熱處理等熱加工過程中，由于各部分熱脹冷縮不均勻以及金相組織轉(zhuǎn)變時的體積變化，使毛坯內(nèi)部產(chǎn)生了相當(dāng)大的內(nèi)應(yīng)力。毛坯的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，各部分的厚度越不均勻，散熱的條件差別愈大，則毛坯內(nèi)部產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力也愈大。具有內(nèi)應(yīng)力的毛坯的變形在短時間內(nèi)顯示不出來，內(nèi)應(yīng)力暫時處于相對平衡的狀態(tài)，但當(dāng)切去一層金屬后，就打破了這種平衡，內(nèi)應(yīng)力重新分布，

工件就明顯地出現(xiàn)了變形。

圖7-21（a）所示為一個內(nèi)、外壁相差較大的鑄件，在鑄后的冷卻過程中產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力的情況。當(dāng)鑄件冷卻后，由于壁1和壁2較薄，散熱較易；壁3較厚，所以冷卻較慢。當(dāng)壁1和壁2由塑性狀態(tài)冷卻到彈性狀態(tài)時（約在620℃左右），壁3的溫度還比較高，尚處于塑性狀態(tài)。所以壁1和壁2收縮時壁3不起阻擋作用，鑄件內(nèi)部不產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，但當(dāng)壁3冷卻到彈性狀態(tài)時，壁1和壁2的溫度已降低很多，收縮速度變得很慢，而這時壁3收縮較快，就受到壁1和壁2的阻礙。因此，壁3在冷卻收縮的過程中，由于受到壁1和壁2的阻礙而產(chǎn)生了拉應(yīng)力，壁1和壁2受到壓應(yīng)力，

形成了相互平衡的狀態(tài)。

如果在該鑄件壁2上開一個缺口，如圖7-21（b）所示，則壁2壓應(yīng)力消失，鑄件在壁1和壁3的內(nèi)應(yīng)力作用下，壁3收縮，壁1伸長，發(fā)生彎曲變形，直到內(nèi)應(yīng)力重新分布達(dá)到新的內(nèi)應(yīng)力平衡為止。推廣到一般情況，各鑄件都難免產(chǎn)生冷卻不均勻而形成內(nèi)應(yīng)力。鑄件的外表面總比中心部分冷卻得快。例如機(jī)床床身，為了提高導(dǎo)軌面的耐磨性，常采用局部激冷工藝，使它冷卻更快一些，獲得較高的硬度，這樣在床身內(nèi)部所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力就更大，當(dāng)粗加工刨去一層金屬后，就像圖7-21（b）中的鑄件壁2上開口一樣，引起了內(nèi)應(yīng)力的重新分布，產(chǎn)生彎曲變形（如圖7-22所示）。由于這個新的平衡過程需要一段較長的時間才能完成，因此盡管導(dǎo)軌經(jīng)過精加工去除了這種變形的大部分，但床身內(nèi)部組織還在繼續(xù)轉(zhuǎn)變，合格的導(dǎo)軌面漸漸地就喪失了原有的精度。因此，有內(nèi)應(yīng)力的毛坯或工件，在加工之前或加工過程中，應(yīng)進(jìn)行時效等熱處理，

以消除內(nèi)應(yīng)力，保證加工精度。

圖7-21鑄件因內(nèi)應(yīng)力引起的變形

圖7-22床身因內(nèi)應(yīng)力引起的變形

（2）冷校直帶來的內(nèi)應(yīng)力。絲杠一類的細(xì)長軸車削以后，棒料在軋制中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力會重新分布，使軸產(chǎn)生彎曲變形。為了糾正這種彎曲變形，常采用冷校直。校直的方法是在彎曲的反方向加外力F，如圖7-23（a）所示，在外力F的作用下，工件內(nèi)部的應(yīng)力分布如圖7-23（b）所示，在軸心線以上產(chǎn)生壓應(yīng)力（用負(fù)號“-”表示），在軸心線以下產(chǎn)生拉應(yīng)力（用正號“+”表示）。在軸線和兩條雙點(diǎn)畫線之間，是彈性變形區(qū)域，在雙點(diǎn)畫線以外是塑性變形區(qū)域。當(dāng)外力F去除以后，外層的塑性變形區(qū)域阻止內(nèi)部彈性變形的恢復(fù)，使工件內(nèi)部產(chǎn)生了內(nèi)應(yīng)力，其分布情況如圖7-23（c）所示?？梢?，冷校直雖然減少了彎曲，但工件仍處于不穩(wěn)定狀態(tài)，如再次加工，又將產(chǎn)生新的彎曲變形。因此，高精度絲杠的加工，不采用冷校直，而是用熱校直或加大毛坯余量等措施，來避免冷校直產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力對加工精度的影響。

圖7-23冷校直引起的內(nèi)應(yīng)力

（3）切削加工中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。切削時，在切削力和切削熱的作用下，工件表面層各部分將產(chǎn)生不同的塑性變形，或使金屬組織等發(fā)生變化，這些均會引起內(nèi)應(yīng)力。這種內(nèi)應(yīng)力的分布情況（應(yīng)力的大小及方向）由加工時的工藝因素來決定。特別是像磨削加工，磨削表面的溫度都比較高，表層溫度過高時，表層金屬的彈性就會急劇下降。對鋼來說，在800～900℃時，彈性幾乎完全消失。如表層在磨削過程中，曾出現(xiàn)800～900℃以上的溫度，則其受熱引起的自由伸長量將受金屬基體部分的限制而被壓縮掉，但卻不會產(chǎn)生任何壓應(yīng)力，因?yàn)楸韺右褯]有彈性，已成為完全塑性的物質(zhì)，不出現(xiàn)任何抵抗。隨著溫度下降，當(dāng)溫度低于800～900℃后，表層金屬就逐漸加強(qiáng)彈性，降低塑性，表層金屬就要收縮，但由于表層和基體部分是一體的，基體部分必然會阻止表層收縮，造成表層產(chǎn)生拉應(yīng)力，在800℃附近的溫度梯度愈大，其拉應(yīng)力愈大，甚至使表面產(chǎn)生裂紋。

3.減少或消除內(nèi)應(yīng)力的措施（1）合理設(shè)計(jì)零件結(jié)構(gòu)。在零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量縮小零件各部分厚度尺寸之間的差異，以減少鑄、鍛件毛坯在制造中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。

（2）采取時效處理。自然時效處理主要是在毛坯制造之后或粗、精加工之間，讓工件在露天場合下停留一段時間，利用溫度的自然變化，經(jīng)過多次熱脹冷縮，使工件的晶體內(nèi)部或晶界之間產(chǎn)生微觀滑移，從而達(dá)到減少或消除內(nèi)應(yīng)力的目的。這種過程對大型精密件（如床身、箱體等）需要很長的時間，往往影響產(chǎn)品的制造周期，所以除了特別精密的零件和制造周期要求不嚴(yán)的零件外，

一般較少采用。

人工時效處理是目前使用最廣的一種方法。它是將工件放在爐內(nèi)加熱到一定溫度，并保溫一段時間，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就需要一套很大的設(shè)備，其投資和能源消耗都比較多，因此，該方法常用于中小型零件。振動時效處理是消除內(nèi)應(yīng)力、減少變形以及保持工件尺寸穩(wěn)定的一種新方法，可用于鑄件、鍛件、焊接件以及有色金屬件等。它是以激振的形式將機(jī)械能加到含有大量內(nèi)應(yīng)力的工件內(nèi)，引起工件金屬內(nèi)部晶格位錯蠕變、轉(zhuǎn)變，使金屬的結(jié)構(gòu)狀態(tài)穩(wěn)定，以此減少和消除工件的內(nèi)應(yīng)力。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。

（3）合理安排工藝過程。例如，粗、精加工分開，在不同的工序中進(jìn)行，使粗加工后有一定時間讓殘余應(yīng)力重新分布，以減小對精加工的影響。在加工大型工件時，粗、精加工往往在一道工序中來完成，這時應(yīng)在粗加工后松開工件，讓工件有自由變形的可能，然后再用較小的夾緊力夾緊工件后進(jìn)行精加工。

7.1.7保證加工精度的工藝措施

1.直接減少誤差法

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)生加工誤差的原始誤差之后，設(shè)法對其進(jìn)行消除或減小。例如采用“大主偏角反向切削法”車削細(xì)長軸，基本上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。

2.誤差補(bǔ)償法

誤差補(bǔ)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)值時人為的誤差取正值，反之，取負(fù)值，盡量使兩者大小相等方向相反?；蛘?，利用一種原始誤差去抵消另一種原始誤差，也盡量使兩者大小相等方向相反，從而達(dá)到減少加工誤差、保證加工精度的目的。

圖7-24磨床身導(dǎo)軌時預(yù)加載荷

例如，用預(yù)加載荷法精加工磨床床身導(dǎo)軌，借以補(bǔ)償裝配后受機(jī)床有關(guān)部件自重的影響而產(chǎn)生的受力變形，以及熱變形造成的加工后床身導(dǎo)軌面中凹的加工誤差。磨床床身是一種窄長結(jié)構(gòu)，剛度比較差，雖然在加工時床身導(dǎo)軌的各項(xiàng)精度都能達(dá)到，但在裝上進(jìn)給機(jī)構(gòu)、操縱箱、工作臺和夾具等后，往往發(fā)現(xiàn)床身導(dǎo)軌精度降低。這是因?yàn)檫@些部件自重引起床身變形的緣故。為此，某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（見圖7-24）的辦法，使加工、裝配和使用條件一致。這樣，可使導(dǎo)軌長期保持高的精度。

3.誤差分組法

在加工中，上道工序毛坯或工件誤差的存在，會造成本工序的加工誤差。這種上道工序加工完后工件所存在的加工誤差，對本工序的影響主要有兩種情況：（1）誤差復(fù)映引起本工序加工誤差擴(kuò)大。（2）定位誤差引起本工序位置誤差擴(kuò)大。批量較大時，解決這類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(shí)質(zhì)就是把上道工序加工完后工件所存在的加工誤差按誤差的大小分為n組，每組誤差范圍就縮小為原來的1/n，然后按各組誤差的基本情況分別調(diào)整加工，

以減少工件加工誤差。

4.誤差轉(zhuǎn)移法誤差轉(zhuǎn)移法的實(shí)質(zhì)是轉(zhuǎn)移工藝系統(tǒng)的幾何誤差、受力變形和熱變形等，使其對加工精度不產(chǎn)生影響。如當(dāng)機(jī)床精度達(dá)不到精度要求時，可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，實(shí)現(xiàn)“以粗干精”的加工方法。7.2加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析

7.2.1誤差的性質(zhì)

1.系統(tǒng)性誤差用調(diào)整法在一次調(diào)整下加工出的一批工件中，出現(xiàn)的誤差的大小和方向有確定的規(guī)律，則稱此類誤差為系統(tǒng)性誤差。（1）常值系統(tǒng)性誤差。若誤差的大小、方向保持不變（或基本不變），則稱為常值系統(tǒng)性誤差，如加工原理誤差、機(jī)床、刀具、夾具、量具的制造誤差、調(diào)整誤差等。機(jī)床、夾具、量具的磨損因速度較慢，在一定時間內(nèi)可認(rèn)為基本不變，因此也歸為此類。這類誤差與工件的加工順序無關(guān)。

（2）變值系統(tǒng)性誤差。若誤差的大小、方向按一定的規(guī)律變化，則稱為變值系統(tǒng)性誤差，如機(jī)床和刀具的熱變形、

刀具的磨損等。

這類誤差與工件的加工順序有關(guān)。

2.隨機(jī)誤差（偶然誤差）用調(diào)整法在一次調(diào)整下加工出的一批工件中，若出現(xiàn)的誤差的大小和方向沒有規(guī)律，無法預(yù)測，則稱此類誤差為隨機(jī)誤差，如工件的裝夾誤差、測量過程中的操作誤差、內(nèi)應(yīng)力引起的誤差、毛坯的誤差等。在多次調(diào)整下加工時，每次的調(diào)整誤差無法預(yù)測，也屬隨機(jī)誤差。系統(tǒng)性誤差因誤差大小、方向有規(guī)律，可采取相應(yīng)措施消除或補(bǔ)償，比較好控制，而隨機(jī)誤差無規(guī)律可循，很難完全消除，只能通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理探索其影響程度和縮小其波動范圍。7.2.2加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析法

1.分布曲線法用某一工序加工一批工件，由于受各種誤差因素的影響，必然會使加工出來的工件尺寸各不相同，造成在一定范圍內(nèi)的尺寸分散。為了解尺寸分散的分布規(guī)律，可對該批工件的尺寸進(jìn)行抽檢（至少檢50個），并對抽檢所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理（其方法可參閱有關(guān)質(zhì)量管理的書籍），作出直方圖和實(shí)際分布曲線，然后對作出的圖形進(jìn)行分析（作出的直方圖多少有些參差不齊，觀察時應(yīng)著眼于圖形的整個形狀）。

（1）看曲線形狀。若作出的曲線是中間高、兩邊低的對稱圖形（稱為正態(tài)分布，見圖7-25（a）），則說明系統(tǒng)主要受隨機(jī)誤差的影響，系統(tǒng)性誤差影響很??；若曲線不是正態(tài)分布，呈雙峰形（圖7-25（b）），則說明將兩次調(diào)整下加工出來的零件混到了一起，呈平頂形（圖7-25（c）），則說明有快速移動的變值系統(tǒng)性誤差（如砂輪快速磨損等）在起主要作用，呈偏態(tài)形（圖7-25（d）、（e）），則說明可能有變值系統(tǒng)性誤差（如熱變形）存在，或是受人為因素（切外圓時寧大勿小，鏜孔時寧小勿大）的影響。另外，對于端面跳動、徑向跳動等誤差，一般均不考慮正負(fù)號，所以作出的曲線也是偏態(tài)形的。若曲線不連續(xù)、

有孤島，則說明有某種異常情況出現(xiàn)。

圖7-25分布曲線的形狀（a）

正態(tài)分布；（b）

雙峰形；

（c）

平頂形；（d）、

（e）

偏態(tài)形

（2）將工件的公差帶T畫在曲線上，若曲線超出公差帶，則超出部分為不合格品。（3）算出尺寸分散范圍R（R等于抽檢數(shù)據(jù)的最大值減最小值），若R>T，則說明隨機(jī)誤差過大，所選擇的加工方法與工件的加工精度要求不適應(yīng)。

（4）算出尺寸分散范圍中心X（抽檢數(shù)據(jù)的平均值：X=（X1+X2+…+Xn）/n）和公差帶中心位置Tm，若Tm≠X，則說明系統(tǒng)存在常值系統(tǒng)性誤差。例如：抽樣檢測某銑槽的70個工件槽寬尺寸，其中，最大值Xmax=8.008mm，最小值Xmin=7.978mm，R=Xmax－Xmin=0.030mm，尺寸分散范圍中心X=7.9925mm。設(shè)計(jì)要求的槽寬尺寸為。

工件公差T=0.036mm，公差帶中心位置Tm=7.9820mm。作出的直方圖和實(shí)際分布曲線圖如圖7-26所示。

圖7-26槽寬尺寸直方圖和實(shí)際分布曲線圖

2.點(diǎn)圖法

分布圖法必須待一批工件加工完畢后才能得出分布情況，不能及時發(fā)現(xiàn)問題，也沒有反映出加工誤差隨時間的發(fā)展變化趨勢，不能區(qū)分變值系統(tǒng)性誤差和隨機(jī)誤差。而點(diǎn)圖法則可彌補(bǔ)這些缺陷。

生產(chǎn)中常用的點(diǎn)圖是x—R圖（平均值—極差點(diǎn)圖），其作法是按照加工順序，每隔一定時間檢測一組（m=4～5個）工件，以各組的順序號為橫坐標(biāo)，各組尺寸的平均值[AKx-D]為縱坐標(biāo)作圖，即得x圖；以各組的順序號為橫坐標(biāo)，各組尺寸的最大最小值之差R為縱坐標(biāo)作圖，即得R圖，如圖7-27所示。

x圖反映了系統(tǒng)性誤差的情況，曲線位置的高低表示常值系統(tǒng)誤差的大小，曲線的變化趨勢反映了變值系統(tǒng)誤差的影響；R曲線則代表瞬時的尺寸分布范圍的大小，反映了隨機(jī)誤差的大小及變化趨勢。在分析問題時常將兩圖合用。圖7-27

x—R圖7.3機(jī)械加工表面質(zhì)量

7.3.1表面質(zhì)量對零件使用性能的影響

1.表面質(zhì)量對耐磨性的影響

零件的使用壽命往往取決于零件的耐磨性，當(dāng)相互摩擦的表面磨損到一定程度時，就會喪失應(yīng)有的精度或性能而報廢。零件的耐磨性主要與摩擦副的材料和潤滑條件有關(guān)，在這些條件都確定的情況下，零件的表面質(zhì)量就起決定性的作用。

（1）表面粗糙度的影響。當(dāng)兩個零件的表面互相接觸時，實(shí)際只是在一些凸峰頂部接觸，因此實(shí)際接觸面積是名義接觸面積的一部分，據(jù)統(tǒng)計(jì)，車削、銑削和鉸孔的實(shí)際接觸面積只占理論接觸面積的15％～20％，即使精磨后也只占30％～50％。要求增加實(shí)際接觸面積中最有效的是研磨，它可達(dá)理論接觸面積的90％～95％。由于接觸面積小，當(dāng)零件上有了作用力后，凸峰處的單位面積壓力大，超過材料的屈服極限時，就會產(chǎn)生塑性變形；當(dāng)接觸表面間產(chǎn)生相對運(yùn)動時，就可能產(chǎn)生凸峰部分折斷或接觸面的塑性滑移而迅速磨損。即使在有潤滑的情況下，若接觸點(diǎn)處單位面積壓力過大，

超過了潤滑油存在的臨界值，

油膜被破壞，也會形成干摩擦。

表面粗糙度對摩擦面的磨損影響極大，但并不是粗糙度越低越耐磨。如圖7-28所示的兩條曲線是實(shí)驗(yàn)所得的不同表面粗糙度對初期磨損的影響曲線。從曲線可見，存在著某個最佳點(diǎn)，這一點(diǎn)所對應(yīng)的粗糙度是零件最耐磨的粗糙度，具有這樣粗糙度的零件的初期磨損量最小。如摩擦載荷加重或潤滑等條件惡化時，磨損曲線向上向右移動，最佳粗糙度也隨之右移。在一定工作條件下，如果粗糙度過高，實(shí)際壓強(qiáng)增大，粗糙不平的凸峰互相嚙合、擠裂和切斷加劇，磨損也就加劇。粗糙度過低也會導(dǎo)致磨損加劇，因?yàn)楸砻嫣饣?，存儲潤滑油的能力很差，一旦潤滑條件惡化，

緊密接觸的兩表面便會發(fā)生分子粘合現(xiàn)象而咬合起來，導(dǎo)致磨損加劇。

圖7-28初期磨損量與表面粗糙度1—輕載荷

2—重載荷

所以，要求我們根據(jù)工作時的摩擦條件，確定零件合理的粗糙度。一對摩擦副在一定的工作條件下通常有一最佳粗糙度，過大或過小的粗糙度均會引起工作時的嚴(yán)重磨損。另外，表面粗糙度的輪廓形狀及加工紋路方向?qū)δ湍バ杂酗@著的影響，因?yàn)楸砻孑喞螤罴凹庸ぜy路方向能影響實(shí)際的接觸面積和潤滑油的存留情況。實(shí)驗(yàn)證明，相對運(yùn)動方向和粗糙度波紋方向相互平行時，磨損較小，這是因?yàn)樵谶\(yùn)動方向上不易受另一表面波紋度阻礙，當(dāng)相對運(yùn)動方向和粗糙度波紋方向相互垂直時就會增加磨損。

（2）表面層的物理機(jī)械性能變化對耐磨性的影響。①冷作硬化能提高零件表面的耐磨性。例如Q235鋼在冷拔加工后硬度提高15％～45％，各磨損實(shí)驗(yàn)中測得的磨損量約可減少20％～30％。②金相組織變化對耐磨性的影響。表面層產(chǎn)生金相組織變化時由于改變了基體材料原來的硬度，因而直接影響耐磨性。

2.表面質(zhì)量對疲勞強(qiáng)度的影響

金屬零件由于疲勞而破壞是從表面層開始的，故表面層的粗糙度對零件的疲勞強(qiáng)度影響很大。在交變載荷下，零件表面的波紋促使應(yīng)力集中而形成疲勞裂紋。表面越粗糙，波紋的凹紋部分越深。底部半徑越小，應(yīng)力集中越嚴(yán)重，疲勞強(qiáng)度也就越低。由于應(yīng)力集中，首先在凹紋的根部產(chǎn)生疲勞裂紋，然后裂紋逐漸擴(kuò)大和加深，導(dǎo)致零件的斷裂。實(shí)驗(yàn)表明，對于承受交變載荷的零件，減少表面粗糙度可以使疲勞強(qiáng)度提高30％～40％。越是優(yōu)質(zhì)鋼，晶粒越小，組織越細(xì)密，其影響越明顯。

另外，加工紋路方向?qū)ζ趶?qiáng)度的影響更大，如果刀痕與受力方向垂直，則疲勞強(qiáng)度顯著降低。表面殘余應(yīng)力的大小和方向與疲勞強(qiáng)度也有很大關(guān)系。表面的殘余壓縮應(yīng)力能夠部分地抵消工作載荷的拉應(yīng)力，延緩疲勞裂紋的擴(kuò)展，因而提高零件的疲勞強(qiáng)度，而殘余拉伸應(yīng)力容易使已加工表面產(chǎn)生裂紋，因而降低疲勞強(qiáng)度。 表面的冷作硬化層能提高零件的疲勞強(qiáng)度。因?yàn)橛不瘜幽茏璧K已有裂紋的擴(kuò)大和新的疲勞裂紋的產(chǎn)生，故可大大降低外部缺陷和表面粗糙度的影響。

3.表面質(zhì)量對零件抗蝕性能的影響

零件表面的加工粗糙度對其抗蝕性亦有較大的影響。零件在潮濕的空氣或腐蝕介質(zhì)中工作時，常發(fā)生化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。表面愈粗糙，侵蝕物質(zhì)愈易積聚在表面的凹陷處，就愈容易腐蝕。零件在應(yīng)力狀態(tài)工作時，會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，加速腐蝕作用。但是若零件表面層存在壓縮應(yīng)力時，則能將表面的微小裂紋空洞封閉，使零件的抗蝕能力增強(qiáng)。表面的擠壓、滾壓作用能達(dá)到這個目的。裂紋增加應(yīng)力腐蝕的敏感性。

冷作硬化或金相組織變化也常會降低抗蝕能力。

4.表面質(zhì)量對配合質(zhì)量的影響

對于相配零件，無論是間隙配合、過渡配合還是過盈配合，如果表面加工得粗糙，則必然要影響到它們的實(shí)際配合性質(zhì)。機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時，對間隙配合來說，配合表面將不斷磨損，磨損是從初期開始的，即要經(jīng)過一個所謂的“跑合”階段才進(jìn)入正常的工作狀態(tài)。如果表面粗糙度太大，初期磨損量就大，間隙就會增大，以致改變原來的配合性質(zhì)，影響間隙配合的穩(wěn)定性，很可能機(jī)器剛經(jīng)過“跑合”階段就已漏氣、漏油或晃動而不能正常工作。所以對間隙配合，特別是在間隙要求很小、很精密的情況下，必須保證有較低的表面粗糙度。

對于過盈配合來說，軸在壓入孔內(nèi)時表面粗糙度的部分凸峰會擠平，而使實(shí)際過盈量比預(yù)定小，影響過盈配合的可靠性。按測量所得的配合件尺寸經(jīng)計(jì)算求得的過盈量與裝配后的實(shí)際過盈量相比，由于粗糙度的影響，常常是不一致的。因?yàn)檫^盈量是軸和孔的直徑之差，而軸和孔的直徑在測量時都要受到粗糙度Rz的影響。對于孔來說，應(yīng)在測得的直徑尺寸上加一個Rz才是真正影響過盈配合松緊程度的有效尺寸，而軸則必須減去一個Rz才是真正的有效尺寸。

但是實(shí)驗(yàn)的結(jié)果又說明，如果粗糙度太高，即使作了補(bǔ)償計(jì)算，并按此加工取得了規(guī)定的過盈量，其過盈配合的強(qiáng)度與具有同樣有效過盈量的低粗糙度的配合零件的過盈配合相比，還是低很多的。也就是說，即使實(shí)際有效過盈量符合要求，加工表面粗糙度還是對過盈配合性質(zhì)影響很大的。過渡配合兼有上述兩種配合的問題。所以，對有配合要求的表面都要求較低的粗糙度值。此外，

表面對零件的使用性能還有一些其它的影響，

如密封性能、

接觸剛度等。

7.3.2影響切削加工表面粗糙度的工藝因素及改善措施

1.表面粗糙度的形成用金屬切削工具加工工件時，表面粗糙度形成的主要原因可歸納為以下三個方面：（1）與刀具幾何角度有關(guān)的因素——幾何原因。在切削條件下，刀具相對工件作進(jìn)給運(yùn)動時，在加工表面上遺留下來的切削層殘留面積（見圖7-29），若只考慮幾何的因素，則該殘留面積的高度就是表面粗糙度。其值的大小受刀尖圓弧半徑rε、主偏角κr、副偏角κr’和進(jìn)給量f的影響。圖7-29切削層殘留面積（2）與被加工材料性質(zhì)和切削機(jī)理有關(guān)的因素——物理原因。切削加工后表面的實(shí)際粗糙度與理論粗糙度有較大差別，這是由于在實(shí)際切削時，刀具和工件之間產(chǎn)生的切削力、摩擦力使表面層金屬產(chǎn)生塑性變形，以及積屑瘤和鱗刺等都會使粗糙度值增大。（3）

其它原因。

如切削加工條件的變化，工藝系統(tǒng)的振動等。

2.減少表面粗糙度的措施

(1）選擇適當(dāng)?shù)牡毒邘缀螀?shù)。切削時，由于刀具和工件的相對運(yùn)動及刀具幾何形狀的關(guān)系，有一小部分金屬未被切下來而殘留在已加工表面上，稱為殘留面積，其高度直接影響已加工表面的橫向粗糙度，如圖7-29所示。理論上的殘留面積高度Ry可以根據(jù)刀具的主偏角κr、副偏角κr′

、刀尖圓弧半徑rε和進(jìn)給量f按幾何關(guān)系計(jì)算出來。

①減小刀具的主偏角κr和副偏角κr′

，以及增大刀尖圓弧半徑rε

，均可減小切削層殘留面積，使表面粗糙度值減小。②適當(dāng)增大前角和后角，刀具易于切入工件，金屬塑性變形隨之減小，同時切削力也明顯減小，這會有效地減輕工藝系統(tǒng)的振動，從而使加工表面粗糙度值減小。③增大刃傾角λs，實(shí)際工作前角也隨之增大，對減小表面粗糙度值有利。（2）合理選擇切削用量。①選擇較高的切削速度v：實(shí)驗(yàn)表明，切削速度越高，切屑和被加工表面的塑性變形就越小，粗糙度值也就越小。一般情況下，積屑瘤和鱗刺都在較低的速度范圍內(nèi)產(chǎn)生，此速度范圍隨不同的工件材料、刀具材料和刀具前角等變化。采用高的切削速度常能防止積屑瘤和鱗刺的生產(chǎn)，可有效地減小表面粗糙度值。圖7-30表示了加工不同材料時切削速度對表面粗糙度的影響。

圖7-30切削速度對表面粗糙度的影響（a）

加工塑性材料；

（b）加工脆性材料

②適當(dāng)減小進(jìn)給量f：進(jìn)給量越大，加工表面殘留面積就越大，而且塑性變形也隨之增大，這樣表面粗糙度值就會增大。

因此，

減小進(jìn)給量會有效地減小表面粗糙度值。

（3）改善工件材料組織性能。工件材料組織性能對表面粗糙度的影響很大。一般來說，工件材料塑性越大，加工后表面粗糙度值越大。加工脆性材料，表面粗糙度值比較接近理論值。對于同樣的材料，金屬組織的晶粒越粗大、越不均勻，加工后表面粗糙度值越大。因此，工件加工前采用合理的熱處理工藝改善材料組織性能，

是減小表面粗糙度值的有效途徑之一。

（4）合理選擇刀具材料和提高刃磨質(zhì)量。刀具材料與刃磨質(zhì)量對產(chǎn)生積屑瘤、鱗刺等影響較大，因而影響著表面粗糙度。如金剛石車刀對切屑的摩擦系數(shù)較小，在切削時不會產(chǎn)生積屑瘤，在同樣的切削條件下與其它刀具材料相比較，加工后表面粗糙度值較小。此外，合理選擇切削液，提高冷卻潤滑效果，常能抑制積屑瘤、鱗刺的生成，減小塑性變形，有利于減小表面粗糙度值。除上述工藝措施外，還可以從加工方法上著手，如采用研磨、珩磨和超精磨等加工方法，

都能得到表面粗糙度值很小的加工表面。

7.3.3影響磨削加工表面粗糙度的工藝因素及改進(jìn)措施（1）

提高砂輪線速度。

（2）

選擇適當(dāng)粒度砂輪。

（3）

精細(xì)修整砂輪工作表面。

（4）

減小磨削深度與工件線速度。

圖7-31砂輪線速度對表面粗糙度的影響圖7-32磨削深度對表面粗糙度的影響

圖7-33工件線速度對表面粗糙度的影響

7.3.4影響表面層物理力學(xué)性能的工藝因素及改善措施

1.表面層的加工硬化機(jī)械加工時，工件加工表面層金屬受到切削力的作用，產(chǎn)生塑性變形，使晶體產(chǎn)生剪切滑移，晶格被拉長、扭曲，甚至破碎而引起材料的強(qiáng)化，這時它的硬度和強(qiáng)度都有所提高，這種現(xiàn)象稱為加工硬化（也稱冷作硬化）。另一方面，機(jī)械加工中產(chǎn)生的切削熱在一定條件下會使已產(chǎn)生硬化的金屬回復(fù)到原來的狀態(tài)，即軟化。因此，表面層最后的加工硬化程度取決于硬化速度與軟化速度的比率。

影響表面層加工硬化的因素：（1）切削力。切削力越大，塑性變形越大，加工硬化越嚴(yán)重。因此，增大進(jìn)給量f、背吃刀量ap及減小刀具前角γ0和后角α0，都會增大切削力，使加工硬化嚴(yán)重。（2）切削溫度。切削溫度越高，軟化作用越大，使硬化程度降低。（3）切削速度。當(dāng)切削速度很高時，刀具與工件接觸時間很短，被切金屬變形速度很快，會使已加工表面金屬塑性變形不充分，因而產(chǎn)生的加工硬化也就相應(yīng)較小。以上三個方面的影響因素主要是刀具的幾何參數(shù)、切削用量和被加工材料的力學(xué)性能。因此，減小表面加工硬化的措施可以從以下幾個方面考慮：（1）合理選擇刀具的幾何參數(shù)。盡量采用較大的前角和后角，并在刃磨時盡可能減小切削刃口圓角半徑。（2）使用刀具時，應(yīng)合理限制其后刀面的磨損程度。（3）合理選擇切削用量。采用較高的切削速度、較小的進(jìn)給量和較小的背吃刀量。（4）合理使用切削液。（5）

采用合理的熱處理工藝，

適當(dāng)提高被加工材料的硬度。

2.表面金相組織變化與磨削燒傷切削加工過程中，加工區(qū)由于切削熱的作用，加工表面溫度會升高。當(dāng)溫度升高到超過金相組織轉(zhuǎn)變的臨界點(diǎn)時，就會產(chǎn)生金相組織變化。磨削加工是一種典型的容易產(chǎn)生加工表面金相組織變化（磨削燒傷）的加工方法，這是由于磨削加工單位面積上的熱量瞬時進(jìn)入工件，使工件加工表面金屬非常易于達(dá)到相變點(diǎn)。

影響磨削燒傷的因素有磨削用量、工件材料、砂輪性能及冷卻條件等。當(dāng)磨削淬火鋼時，若磨削區(qū)溫度超過了馬氏體轉(zhuǎn)變溫度而未能超過其相變臨界溫度，則表層馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橛捕容^低的回火屈氏體或索氏體，稱之為回火燒傷；若磨削區(qū)溫度超過了相變臨界溫度，則馬氏體先變?yōu)閵W氏體，如果這時有充分的冷卻液，那么表層速冷形成二次淬火馬氏體，其下層因冷卻速度較慢，仍為硬度較低的回火組織，稱為淬火燒傷；如冷卻條件不好，或不用冷卻液進(jìn)行干磨時，表層會被退火，

稱之為退火燒傷。

無論是何種燒傷，如果比較嚴(yán)重都會使零件使用壽命成倍下降，甚至根本無法使用，所以磨削時要避免燒傷。產(chǎn)生磨削燒傷的根源是磨削區(qū)的溫度過高，因此，要減少磨削熱的產(chǎn)生和加速磨削熱的傳出，以避免磨削燒傷，具體措施如下：（1）合理選擇磨削用量。減小磨削深度ap可以降低工件表面溫度，有利于避免或減輕燒傷，但會影響生產(chǎn)率。增大工件縱向進(jìn)給量和工件速度，會使加工表面與砂輪的接觸時間相對減小，散熱條件得到改善，因而能減輕燒傷。但會導(dǎo)致表面粗糙度值增大。為了減輕燒傷同時又能保持高的生產(chǎn)率和小的表粗糙度值，應(yīng)選擇較高的工件速度、

較小的磨削深度和砂輪轉(zhuǎn)速。

（2）合理選擇砂輪并及時修整。砂輪硬度太高，自銳性不好，磨削溫度就高。砂輪粒度越小，磨屑越