《機(jī)械制造技術(shù)》課件1第6章

第6章機(jī)械加工質(zhì)量6.1機(jī)械加工精度6.2機(jī)械加工表面質(zhì)量 6.1機(jī)械加工精度

6.1.1概述

1.機(jī)械加工精度的概念

機(jī)械加工精度(以下簡(jiǎn)稱加工精度)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。所謂理想幾何參數(shù)，對(duì)幾何尺寸而言，是指零件幾何尺寸的公差帶中心；對(duì)幾何形狀而言，是指絕對(duì)準(zhǔn)確的平面、圓柱面、圓錐面和螺旋面等；對(duì)表面相互位置而言，是指絕對(duì)的平行、垂直、同軸等。加工誤差是指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)的偏離程度。加工誤差的大小反映了加工精度的高低。加工誤差越小，則加工精度越高，反之亦然。

加工精度和加工誤差只是評(píng)定零件實(shí)際幾何參數(shù)準(zhǔn)確程度的兩種不同提法。在生產(chǎn)中，加工精度的高低常用加工誤差的大小來表示。零件的加工精度包括三個(gè)方面，即尺寸精度、形狀精度和位置精度。我們知道在實(shí)際生產(chǎn)中，任何一種加工方法都不可能將零件加工得絕對(duì)準(zhǔn)確，這是因?yàn)樵诩庸み^程中，存在著各種產(chǎn)生誤差的因素，所以產(chǎn)生加工誤差是不可避免的。另外，從保證機(jī)器要求的工作性能來看，也沒有必要把零件的有關(guān)實(shí)際幾何參數(shù)加工得絕對(duì)準(zhǔn)確。只要不影響機(jī)器工作性能，就允許這些實(shí)際幾何參數(shù)在一定的范圍內(nèi)變動(dòng)，也就是說，允許有一定的誤差存在。

研究加工精度的目的在于找出加工過程中產(chǎn)生誤差的因素及其對(duì)加工精度的影響規(guī)律，從而采取相應(yīng)的工藝措施，以便把各種誤差控制在所允許的公差范圍之內(nèi)，最終保證零件的設(shè)計(jì)要求。

2.產(chǎn)生加工誤差的因素

在機(jī)械加工中，零件的幾何尺寸、幾何形狀和表面相對(duì)位置的形成，取決于工件和刀具在切削運(yùn)動(dòng)過程中的相互位置與運(yùn)動(dòng)關(guān)系，而工件和刀具是安裝在夾具和機(jī)床上，受到夾具和機(jī)床的約束，因此，在機(jī)械加工時(shí)，機(jī)床、夾具、刀具和工件就構(gòu)成一個(gè)封閉的加工系統(tǒng)，該系統(tǒng)稱為工藝系統(tǒng)。工藝系統(tǒng)受到多方面因素的影響，會(huì)產(chǎn)生各種各樣的原始誤差。所謂原始誤差，是指工藝系統(tǒng)本身的誤差。工藝系統(tǒng)中的原始誤差，在不同的具體條件下，以不同的程度反映到工件上，就成為加工誤差?？梢哉f，原始誤差是“因”，是根源，而加工誤差是“果”，是表現(xiàn)。因此，要找出產(chǎn)生加工誤差的原因，就必須對(duì)工藝系統(tǒng)中存在的各種原始誤差進(jìn)行分析。根據(jù)目前已掌握的各種原始誤差，其分類大致如圖6－1所示。圖6－1原始誤差的分類6.1.2加工前的誤差

1.加工原理誤差

加工原理誤差是指由于在加工中采用了近似的加工運(yùn)動(dòng)或近似的刀刃輪廓等原因所產(chǎn)生的誤差。一般情況下，為了獲得規(guī)定的加工表面，刀具與工件之間必須作相對(duì)準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)。例如車削螺紋時(shí)，必須使刀具和工件之間有準(zhǔn)確的螺旋運(yùn)動(dòng)；滾切齒輪時(shí)，必須使?jié)L刀與工件之間有準(zhǔn)確的展成運(yùn)動(dòng)。機(jī)械加工中這種相對(duì)的運(yùn)動(dòng)聯(lián)系稱為加工原理。當(dāng)然也可以用成形刀具直接加工出成形表面。從理論上講，應(yīng)該采用理想的加工原理和完全準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)聯(lián)系，以獲得準(zhǔn)確的成形表面。但在實(shí)踐中，如果采用理論上完全精確的加工原理，有時(shí)會(huì)使機(jī)床或刀具的結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，造成制造上的困難；或由于結(jié)構(gòu)環(huán)節(jié)過多，使機(jī)床傳動(dòng)誤差增加，反而得不到高的加工精度。所以在這種情況下，常常采用近似的加工原理以獲得較高的加工精度。采用近似的加工原理不僅可以提高加工效率，而且會(huì)使工藝過程更為經(jīng)濟(jì)。采用成形刀具加工復(fù)雜的曲線表面時(shí)，要使刀具刃口做得完全符合理論曲線的輪廓，有時(shí)也非常困難，所以常用圓弧、直線等簡(jiǎn)單的線型來替代。例如，常用的齒輪滾刀就有兩種原理誤差：一是近似造形原理誤差，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，所切成的輪齒齒形實(shí)際上是一根折線，和理論的光滑漸開線有一定的差異，所以滾切齒輪是一種近似的加工方法。如車削模數(shù)蝸桿時(shí)，由于蝸桿的螺距等于蝸輪的周節(jié)（即πm），其中m是模數(shù)，而π是一個(gè)無理數(shù)，但車床配掛齒輪的齒數(shù)是有限的，因此在選擇配掛齒輪時(shí)，只能將π化為近似的分?jǐn)?shù)值來計(jì)算，這樣就會(huì)引起刀具相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)不準(zhǔn)確，造成螺距誤差。但這種螺距誤差可以通過配換合適的配掛齒輪而減小。

如在數(shù)控機(jī)床上加工時(shí)，若在編程時(shí)采用近似的計(jì)算方法來逼近工件的型面輪廓，就會(huì)產(chǎn)生加工原理誤差。另外，用直線或圓弧插補(bǔ)來代替輪廓曲線，也有加工原理誤差的存在。又如圖6－2所示某渦輪葉片的加工，由于葉盆型面是斜圓錐面，加工比較困難，若用正圓錐面來代替，則加工就十分方便。因此每個(gè)截面的理論曲線（圓?。┒加蓹E圓弧來代替，從而產(chǎn)生了加工原理誤差。圖6－2葉片葉盆加工綜上所述，采用近似的加工方法會(huì)產(chǎn)生加工原理誤差，但近似的加工方法往往比較簡(jiǎn)單，便于加工，因而可提高生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性。

加工原理誤差值的大小，一般可用分析計(jì)算法或幾何作圖法來確定。

2.機(jī)床幾何誤差

加工中刀具相對(duì)工件的各種成形運(yùn)動(dòng)一般都是由機(jī)床來完成的。而機(jī)床的幾何誤差則會(huì)通過成形運(yùn)動(dòng)反映到工件的加工表面上，結(jié)果影響加工精度。機(jī)床的幾何誤差來源于機(jī)床的制造、磨損和安裝三個(gè)方面。機(jī)床誤差的項(xiàng)目很多，這里著重分析對(duì)加工精度影響較大的機(jī)床導(dǎo)軌誤差、機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差以及機(jī)床傳動(dòng)誤差。

1)機(jī)床導(dǎo)軌誤差

導(dǎo)軌是機(jī)床中確定工作臺(tái)或刀架等主要部件相對(duì)位置的基準(zhǔn)，也是加工運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)。機(jī)床直線運(yùn)動(dòng)精度主要取決于機(jī)床導(dǎo)軌的精度，因此，它的各項(xiàng)誤差將直接影響被加工零件的精度。在機(jī)床精度標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)導(dǎo)軌精度規(guī)定了若干項(xiàng)要求，如普通車床的床身導(dǎo)軌精度主要有導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度、導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度、前后兩導(dǎo)軌面的平行度（扭曲度）。導(dǎo)軌的直線度（彎曲）將影響刀具切削刃的運(yùn)動(dòng)軌跡，從而產(chǎn)生加工誤差。垂直面和水平面內(nèi)的直線度誤差，在不同的加工方式中其影響是不同的。例如，在普通車床上加工外圓時(shí)，導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差對(duì)工件尺寸精度的影響就很小，而在水平面內(nèi)的直線度誤差則對(duì)工件尺寸精度的影響就很大。如圖6－3所示，車床導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度誤差將使刀尖位置在垂直平面內(nèi)產(chǎn)生ΔZ的誤差，由此引起工件在該處半徑方向上產(chǎn)生相應(yīng)的誤差ΔR，其相互關(guān)系為

(R+ΔR)2=R2+ΔZ2

R2+2RΔR+ΔR2=R2+ΔZ2圖6－3車床導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度誤差車床導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差將使刀尖在水平面內(nèi)產(chǎn)生位移ΔY，造成工件在該處半徑方向上產(chǎn)生誤差ΔR′，如圖6－4所示，ΔR′=ΔY，所以工件在該處直徑方向上的誤差為ΔD=2ΔY

。

現(xiàn)設(shè)ΔZ=ΔY=0.1mm,D=80mm,則ΔR′=0.1mm=800ΔR

圖6－4車床導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差由此可見，垂直平面內(nèi)的直線度誤差對(duì)加工精度影響甚小，可以忽略不計(jì)，而在水平面內(nèi)的直線度誤差對(duì)加工精度影響甚大，不能忽視。車床導(dǎo)軌誤差對(duì)加工精度的影響與機(jī)床刀架溜板的配置和刀具安裝方向有關(guān)，例如在六角車床上加工外圓，為了減小轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)位分度誤差對(duì)工件直徑尺寸的影響，往往垂直安裝刀具（見圖6－5）。此時(shí)，機(jī)床導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度誤差對(duì)工件的直徑尺寸影響就大。圖6－5轉(zhuǎn)塔車床刀架轉(zhuǎn)位誤差的轉(zhuǎn)移由以上分析可知，原始誤差所引起的刀刃與工件間的相對(duì)位移，若產(chǎn)生在加工表面的法線方向上，則對(duì)加工精度影響較大；若產(chǎn)生在加工表面的切線方向上，則影響甚小，可以忽略不計(jì)。一般將對(duì)加工精度影響大的方向，稱為“誤差敏感方向”。

車床前后導(dǎo)軌面若不平行，溜板在移動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)生偏斜，造成刀刃與工件的相對(duì)位置發(fā)生變化，從而改變了機(jī)床預(yù)定的成形運(yùn)動(dòng)規(guī)律。如圖6－6所示，若車床主軸中心高為H，床身寬度為B，當(dāng)前后導(dǎo)軌有了平行度誤差Δ后，則會(huì)產(chǎn)生加工誤差ΔY，由幾何關(guān)系可得即一般車床的H/B約為2/3，外圓磨床的H/B約為1，因此這項(xiàng)誤差對(duì)加工精度的影響也很大。圖6－6車床導(dǎo)軌扭曲對(duì)工件形狀的影響車床導(dǎo)軌除本身的制造精度外，在裝配后，還要求導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線平行，若有平行度誤差，也會(huì)使工件產(chǎn)生形狀誤差。若導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線在水平面內(nèi)不平行，車出的內(nèi)、外圓柱面就會(huì)有錐度；若在垂直平面內(nèi)不平行，則會(huì)加工出雙曲線回轉(zhuǎn)表面。

機(jī)床導(dǎo)軌的幾何精度還與安裝有關(guān)。例如，對(duì)于C6140車床，由于安裝調(diào)整不當(dāng)，可使導(dǎo)軌扭曲達(dá)0.2/300mm以上；某些重型機(jī)床，由于地基不良，在其自重作用下，會(huì)引起基礎(chǔ)不均勻的下沉，從而造成導(dǎo)軌彎曲變形。所以安裝機(jī)床時(shí)，不僅要進(jìn)行“水平安裝調(diào)整”，還要求有良好的地基，同時(shí)在使用期還應(yīng)定期檢查和調(diào)整。導(dǎo)軌磨損是造成導(dǎo)軌誤差的另一個(gè)重要原因。導(dǎo)軌的磨損量與機(jī)床工作的連續(xù)性、負(fù)荷特性以及工作條件有關(guān)。例如，一般普通車床在兩班制使用一年后，三角形導(dǎo)軌面的磨損量可達(dá)0.04~0.05mm，在粗加工條件下，可達(dá)0.10~0.12mm。又如,某廠用普通車床加工推刀和沖頭，床頭附近的導(dǎo)軌面，一年的磨損量就達(dá)0.1mm。所以在實(shí)際生產(chǎn)中，合理使用與精心維護(hù)機(jī)床，改善導(dǎo)軌工作條件，對(duì)保證加工精度是十分重要的。

2)機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差

機(jī)床主軸是工件或刀具的位置基準(zhǔn)和運(yùn)動(dòng)基準(zhǔn)，其誤差將直接影響工件的加工精度。加工時(shí)，機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)軸線理論上講在空間的位置應(yīng)當(dāng)穩(wěn)定不變，但在實(shí)際中，由于各種原因，其位置總是變動(dòng)的。也就是說，存在著回轉(zhuǎn)誤差。所謂機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差，就是指機(jī)床主軸的實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線相對(duì)于理想回轉(zhuǎn)軸線在誤差敏感方向上的最大偏移值。

主軸回轉(zhuǎn)誤差的表現(xiàn)可分為三種基本形式：軸向竄動(dòng)、徑向圓跳動(dòng)和角度擺動(dòng)，如圖6－7所示。圖6－7機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差

(1)軸向竄動(dòng)：瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線沿平均回轉(zhuǎn)軸線的軸向運(yùn)動(dòng)，如圖6－7（a）所示。軸向竄動(dòng)不影響加工圓柱面的形狀精度，但對(duì)位置精度有影響。如車端面時(shí)，會(huì)使端面與圓柱面不垂直，如圖6－8所示。加工螺紋時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生螺距誤差。圖6－8車端面不垂直

(2)徑向圓跳動(dòng)：瞬時(shí)主軸回轉(zhuǎn)軸線始終平行于平均回轉(zhuǎn)軸線的徑向運(yùn)動(dòng)，如圖6－7（b）所示。徑向圓跳動(dòng)影響加工圓柱面的形狀精度，如車外圓時(shí)，會(huì)使加工后的工件產(chǎn)生圓度誤差。

(3)角度擺動(dòng)：瞬時(shí)主軸回轉(zhuǎn)軸線與平均回轉(zhuǎn)軸線呈一傾斜角度，但其交點(diǎn)位置固定不變的運(yùn)動(dòng)，如圖6－7（c）所示。角度擺動(dòng)主要影響工件的形狀精度，如車外圓時(shí)，會(huì)使工件產(chǎn)生錐度；在鏜床上鏜孔時(shí)，得到的孔將呈橢圓形，如圖6－9所示。圖6－9角度擺動(dòng)對(duì)鏜孔的影響在主軸回轉(zhuǎn)工作過程中，上述三種基本形式往往同時(shí)存在，并以一種綜合結(jié)果體現(xiàn)出來，如圖6－7（d）所示。在任一瞬間，主軸回轉(zhuǎn)中心的實(shí)際位置是難以預(yù)測(cè)的，因此這種現(xiàn)象也稱為主軸軸心漂移。

實(shí)踐和理論分析表明，主軸的回轉(zhuǎn)誤差不但與主軸部件的加工和裝配誤差有關(guān)，而且還與主軸部件受力、受熱后的變形以及磨損有關(guān)。

影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素有軸頸誤差、軸承誤差、軸承間隙和與軸承配合零件的誤差等。例如：主軸支承軸頸的同軸度誤差會(huì)使主軸軸心線產(chǎn)生偏心，主軸軸頸的圓度誤差和波度會(huì)引起徑向圓跳動(dòng)，主軸軸向定位面的垂直度誤差會(huì)引起軸向竄動(dòng)；滑動(dòng)軸承內(nèi)孔或滾動(dòng)軸承，滾道的圓度誤差和波度，滾動(dòng)軸承內(nèi)環(huán)孔與滾道的同軸度誤差，以及滾動(dòng)軸承滾子的形狀和尺寸誤差，都會(huì)造成主軸軸心線的跳動(dòng)和漂移。如果是承受軸向力的軸承，其滾道與滾子的尺寸、形狀誤差則會(huì)引起軸向竄動(dòng)。此外，軸承間隙以及切削中的受力變形等，也會(huì)影響主軸的回轉(zhuǎn)精度。在切削加工過程中，機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)誤差會(huì)使刀具與工件間的相對(duì)位置不斷改變，從而影響加工運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性，產(chǎn)生加工誤差，所以必須控制主軸回轉(zhuǎn)精度。為了提高主軸的回轉(zhuǎn)精度，常需要提高主軸部件的制造精度。由于軸承是影響主軸回轉(zhuǎn)精度的關(guān)鍵部件，因此對(duì)于精密機(jī)床宜選用精密滾動(dòng)軸承或采用動(dòng)、靜壓液體軸承。由于靜壓軸承具有回轉(zhuǎn)精度高、剛度好等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此近年來得到廣泛的應(yīng)用。對(duì)于滾動(dòng)軸承,則可通過提高主軸軸頸箱體支承孔的加工精度和采用預(yù)緊消除間隙等措施來提高主軸的回轉(zhuǎn)精度。在使用過程中，對(duì)主軸部件進(jìn)行良好的維護(hù)保養(yǎng)和定期檢修，也是保證主軸回轉(zhuǎn)精度的有效措施。另外，也可以采用工藝措施來減小機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度的影響。例如，采用死頂尖定位，由于頂尖不隨機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)，因此主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)工件回轉(zhuǎn)精度無影響，故工件回轉(zhuǎn)精度高。這也是精加工時(shí)消除機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度影響的主要方法，并被廣泛地應(yīng)用于磨削加工和檢驗(yàn)中。但當(dāng)用死頂尖時(shí)，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(huì)不同程度地影響工件的回轉(zhuǎn)精度，故應(yīng)嚴(yán)格控制。

3)機(jī)床傳動(dòng)誤差

機(jī)床傳動(dòng)誤差是指機(jī)床傳動(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（即輸出端）元件的轉(zhuǎn)角誤差來衡量。在需要有嚴(yán)格的內(nèi)部聯(lián)系運(yùn)動(dòng)的加工中，如螺紋加工、漸開線齒形加工等，要求刀具與工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)具有準(zhǔn)確的速比關(guān)系。當(dāng)機(jī)床傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)元件存在制造和裝配誤差，以及在使用過程中有磨損時(shí)，傳動(dòng)誤差就會(huì)破壞刀具與工件之間準(zhǔn)確的速比關(guān)系，從而影響加工精度。圖6－10滾齒傳動(dòng)鏈例如，如圖6－10所示的滾齒加工，傳動(dòng)鏈的始端傳動(dòng)元件為齒輪A（安裝在滾刀軸上），末端傳動(dòng)元件為分度蝸輪B（與工件同軸并同步回轉(zhuǎn)），兩者之間需有嚴(yán)格的內(nèi)部聯(lián)系運(yùn)動(dòng)，即要求滾刀和工件的轉(zhuǎn)速之比恒定不變，應(yīng)保持下列關(guān)系：但由于傳動(dòng)鏈中的傳動(dòng)元件有制造、安裝誤差以及在使用過程中的磨損，會(huì)破壞精確的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，使?jié)L出的齒輪產(chǎn)生周節(jié)誤差及周節(jié)累積誤差等。假設(shè)滾刀為等速轉(zhuǎn)動(dòng)，但裝在滾刀軸上的齒輪A由于其制造和安裝誤差，在某一時(shí)刻產(chǎn)生轉(zhuǎn)角誤差Δφ始，則由它所引起的在傳動(dòng)鏈末端元件的轉(zhuǎn)角誤差Δφ末為上式說明，始端傳動(dòng)元件的轉(zhuǎn)角誤差乘以總傳動(dòng)比，就等于末端傳動(dòng)元件的轉(zhuǎn)角誤差。若要求得傳動(dòng)鏈中任一傳動(dòng)元件的轉(zhuǎn)角誤差對(duì)末端元件轉(zhuǎn)角誤差的影響，則只要將該傳動(dòng)元件的轉(zhuǎn)角誤差乘以至末端元件之間的傳動(dòng)比即可。若是升速傳動(dòng)（i>1）,則誤差被擴(kuò)大；若是降速傳動(dòng)(i<1)，則誤差被縮小。而對(duì)于末端傳動(dòng)元件來說，它的轉(zhuǎn)角誤差將直接反映到工件上。綜上所述，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)越復(fù)雜，傳動(dòng)路線越長(zhǎng)，則總的傳動(dòng)誤差就越大。因此，注意保證傳動(dòng)機(jī)構(gòu)尤其是末端傳動(dòng)元件的制造和裝配精度，盡量減少傳動(dòng)元件和縮短傳動(dòng)路線，盡可能采用降速傳動(dòng)，以及必要時(shí)采用附加的校正機(jī)構(gòu)等，都是保證機(jī)床傳動(dòng)精度的必要措施。

3.調(diào)整誤差

在零件加工的每一道工序中，為了獲得被加工表面的形狀、尺寸和位置精度，必須對(duì)機(jī)床、夾具和刀具進(jìn)行這樣或那樣的調(diào)整，任何調(diào)整工作都必然會(huì)帶來一定的誤差,這種誤差即為調(diào)整誤差。

機(jī)械加工中，由于零件的生產(chǎn)批量和加工精度往往要求不同，因此其采用的調(diào)整方法也不一樣。如大批量生產(chǎn)時(shí)，一般采用樣板、樣件、擋塊以及靠模等來調(diào)整工藝系統(tǒng)。單件小批生產(chǎn)時(shí)，多利用試削法來進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整工作的內(nèi)容也因被加工表面的復(fù)雜程度而異。對(duì)于簡(jiǎn)單表面（如內(nèi)、外圓柱面），一般只調(diào)整各成形運(yùn)動(dòng)的位置關(guān)系；對(duì)于復(fù)雜表面（如螺旋面、漸開線表面），則還要調(diào)整成形運(yùn)動(dòng)的速度關(guān)系。因此，調(diào)整誤差是由多方面因素引起的。

1)試削法加工

試削法加工的調(diào)整誤差來源主要有：

(1）測(cè)量誤差。測(cè)量工具的制造誤差、讀數(shù)的估計(jì)誤差以及測(cè)量溫度和測(cè)量力等所引起的誤差，這些誤差都將影響測(cè)量的結(jié)果，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。試削中，總是要微量調(diào)整刀具的進(jìn)給量，以便最后達(dá)到工件的尺寸精度要求。但是在低速微量進(jìn)給中，進(jìn)給機(jī)構(gòu)常常會(huì)出現(xiàn)“爬行”現(xiàn)象，即搖動(dòng)手輪或手柄進(jìn)行微量進(jìn)給時(shí)，由于傳動(dòng)鏈的彈性變形和摩擦，執(zhí)行件并不運(yùn)動(dòng)，當(dāng)微量進(jìn)給量累積到一定值時(shí)，執(zhí)行件又突然運(yùn)動(dòng)，結(jié)果使刀具的實(shí)際進(jìn)給量比手輪或手柄刻度盤上顯示的數(shù)值偏大或偏小，以至難于控制尺寸精度，造成加工誤差。

(3)最小切削厚度極限。在切削加工中，刀具所能切掉的最小切削厚度是有一定限度的。當(dāng)實(shí)際切削厚度小于刀具所能切掉的最小切削厚度時(shí)，刀刃就不起切削作用，而是在金屬表面上打滑，只起擠壓作用。精加工時(shí)試切的金屬層總是很薄，由于刀具打滑和擠壓的影響，試切的金屬層實(shí)際上可能沒有切下來，這時(shí)如果認(rèn)為試切尺寸已合格，就開動(dòng)機(jī)床切削下去，則新切削部分的切削厚度將比已切削的部分要大，因此最后所得到的工件實(shí)際尺寸會(huì)比試切部分的尺寸小。

2)調(diào)整法加工

采用調(diào)整法加工時(shí)，所產(chǎn)生的調(diào)整誤差與所采用的調(diào)整方法有關(guān)。

(1）用定程機(jī)構(gòu)調(diào)整。在半自動(dòng)機(jī)床和自動(dòng)機(jī)床上，廣泛應(yīng)用行程擋塊、靠模及凸輪等機(jī)構(gòu)來調(diào)整。這些機(jī)構(gòu)的制造精度及剛度，以及與其相配合所使用的離合器、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）用樣件或樣板調(diào)整。在各種仿形機(jī)床、多刀機(jī)床和專用機(jī)床上，常采用專用的樣件或樣板來調(diào)整刀具與刀具、刀具與工件的相對(duì)位置，以此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(duì)刀誤差，就成了產(chǎn)生調(diào)整誤差的主要因素。

4.刀具、夾具的制造誤差及工件的安裝誤差

1)刀具的制造誤差

生產(chǎn)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、平面銑刀等）的制造誤差，對(duì)加工精度沒有直接影響。

用定尺寸刀具（如鉆頭、鉸刀、拉刀及槽銑刀等）加工時(shí)，刀具的尺寸誤差將直接影響工件的尺寸精度。另外，若刀具安裝不當(dāng)或刀具工作條件惡化，也會(huì)使工件產(chǎn)生加工誤差。

用成形刀具（如成形車刀、成形銑刀、成形砂輪、花鍵滾刀、齒輪滾刀等）加工時(shí)，刀具的制造誤差將直接影響被加工表面的形狀精度。

2)夾具的制造誤差

夾具的制造誤差一般是指定位元件、導(dǎo)向元件、分度機(jī)構(gòu)以及夾具體等的制造和裝配誤差。這些誤差對(duì)工件的尺寸形狀和位置精度都有很大的影響，所以在設(shè)計(jì)和制造夾具時(shí)，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。

3)工件的安裝誤差

工件的安裝誤差包括定位誤差和夾緊誤差。

定位誤差主要與定位基準(zhǔn)和定位方法的選擇以及定位基準(zhǔn)和定位元件的制造精度有關(guān)。

定位基準(zhǔn)有各種形式（如平面、圓柱面、型面及其組合），對(duì)于這些基準(zhǔn)表面，可以采用不同的方法來定位。定位方法不同，其產(chǎn)生誤差的因素也就不同。因此，不但要使定位基準(zhǔn)具有較高的制造精度，而且要合理地選擇定位基準(zhǔn)和定位方法，以減小定位誤差。

夾緊誤差主要與夾緊力和夾緊機(jī)構(gòu)的選擇有關(guān)。夾緊力的大小、方向和作用點(diǎn)的選擇，對(duì)夾緊誤差有很大影響。因此，選擇時(shí)，在避免破壞工件定位的準(zhǔn)確性和可靠性的同時(shí)，要使工件夾緊變形最小。特別是在工件的各方向剛度相差很大時(shí)，更要注意夾緊力方向的選擇。

選擇夾緊機(jī)構(gòu)時(shí)，在保證可靠性的同時(shí)，應(yīng)使夾緊變形小，即實(shí)現(xiàn)工件均衡與穩(wěn)定的夾緊。

5.工藝系統(tǒng)的磨損

1)工藝系統(tǒng)磨損對(duì)加工精度的影響

工藝系統(tǒng)在長(zhǎng)期的使用中不可避免地會(huì)產(chǎn)生各種磨損，這些磨損必將擴(kuò)大工藝系統(tǒng)的幾何誤差，從而影響工件的各項(xiàng)加工精度。例如：機(jī)床導(dǎo)軌面的不均勻磨損會(huì)造成工件的形狀和位置誤差；夾具定位元件和導(dǎo)向元件的磨損會(huì)擴(kuò)大工件的定位誤差和刀具的位置誤差；量具的磨損會(huì)引起工件的測(cè)量誤差。工藝系統(tǒng)中機(jī)床、夾具、刀具以及量具都會(huì)磨損，但其磨損速度和程度對(duì)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(shí)在加工一個(gè)工件過程中，就可能出現(xiàn)不能允許的磨損量。而機(jī)床、夾具、量具的磨損比較緩慢，對(duì)加工精度的影響也不明顯，故對(duì)它們一般只進(jìn)行定期鑒定和維修，以保證其幾何精度。

2)減小工藝系統(tǒng)磨損的主要措施

(1）對(duì)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(dòng)絲杠或渦輪副等，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小磨損，延長(zhǎng)使用壽命。

(2）采用有效的潤(rùn)滑措施。對(duì)機(jī)床相對(duì)運(yùn)動(dòng)的表面要經(jīng)常潤(rùn)滑，防止和減小磨損，以盡量長(zhǎng)期保持其原有的精度。

(3）提高零部件的耐磨性。對(duì)機(jī)床、夾具或量具等的工作表面應(yīng)采用耐磨材料制造或鑲貼，亦可通過熱處理（表面淬硬）來提高其耐磨性。

(4）選用新的耐磨刀具材料（如立方氮化硼），不僅可高速切削，還可延長(zhǎng)刀具的使用壽命。6.1.3加工中的誤差

1.工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響

在切削力、傳動(dòng)力、慣性力、夾緊力以及重力等多種力的作用下，工藝系統(tǒng)將會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變形（彈性變形與塑性變形）和振動(dòng)。這種變形和振動(dòng)，不僅會(huì)改變或破壞刀具與工件之間的位置關(guān)系和成形運(yùn)動(dòng)的速度關(guān)系，還會(huì)影響切削加工的穩(wěn)定性，從而產(chǎn)生各種加工誤差和使表面粗糙度值增加。例如,車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)（見圖6－11），在切削力作用下工件因彈性變形而出現(xiàn)“讓刀”現(xiàn)象。隨著刀具的進(jìn)給，在工件的全長(zhǎng)上切削深度將由大變小，然后再由小變大，即工件兩端切去的金屬多，中間切去的金屬少，結(jié)果使工件產(chǎn)生腰鼓形圓柱度誤差。再如,精磨外圓時(shí)，磨削后期需進(jìn)行無進(jìn)給磨削（或稱“光磨”），此時(shí)砂輪雖無進(jìn)給，但磨削時(shí)火花繼續(xù)存在，且先多后少，直至消失。這就是用多次無進(jìn)給磨削消除工藝系統(tǒng)的受力變形，以保證工件的加工精度和表面粗糙度要求。圖6－11車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)的變形由此可見，工藝系統(tǒng)的受力變形是加工中一項(xiàng)很重要的原始誤差。它不僅嚴(yán)重地影響加工精度，而且還影響表面質(zhì)量，同時(shí)也限制了切削用量和生產(chǎn)率的提高。因此，需采取措施提高工藝系統(tǒng)剛度，以減少工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工質(zhì)量的影響。

1)工藝系統(tǒng)剛度分析

在切削加工中，工藝系統(tǒng)各部分在各種外力的作用下，將在各個(gè)受力方向上產(chǎn)生相應(yīng)的變形。其中對(duì)加工精度影響最大的是在誤差敏感方向（即被加工表面法向方向）的變形，因此，對(duì)該方向力和變形的分析計(jì)算就十分重要。工藝系統(tǒng)抵抗在外力作用下使其變形的能力用工藝系統(tǒng)剛度K系統(tǒng)表示。K系統(tǒng)定義為：工件被加工表面法向分力Fy與刀具相對(duì)工件在該方向上的位移Y系統(tǒng)的比值，即（N/mm）

必須指出，法向分力Fy是指切削力在工件被加工表面垂直方向的分力，法向位移Y系統(tǒng)是指切削力在工件被加工表面法向引起的變形。由于工藝系統(tǒng)變形是其各組成部分變形的疊加，即Y系統(tǒng)=Y機(jī)床+Y夾具+Y刀具+Y工件

由剛度的定義可知將其代入上式得因此工藝系統(tǒng)剛度的表達(dá)式為

由上式可以看出，當(dāng)知道了工藝系統(tǒng)各個(gè)組成部分的剛度后，即可求出整個(gè)工藝系統(tǒng)的剛度。

2)工藝系統(tǒng)受力變形所引起的加工誤差

(1）切削力變化對(duì)加工精度的影響。

①因切削力大小的變化而產(chǎn)生的加工誤差。在切削加工中，由于工件被加工表面的幾何形狀誤差或材料的硬度不均勻，會(huì)引起切削力的變化，從而造成工件的加工誤差。如圖6－12所示，由于毛坯的圓度誤差Δm，車削時(shí)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的變化而變化，并在最大Fpmax和最小Fpmin之間變化，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(duì)被加工表面產(chǎn)生的位移y1和y2）。這樣就形成了加工后工件的圓度誤差Δw。這種加工之后的工件，具有與加工之前相類似誤差的現(xiàn)象稱為“誤差復(fù)映”現(xiàn)象。圖6－12毛坯形狀的誤差復(fù)映假設(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K系統(tǒng)越大，ε將越小，加工后復(fù)映到工件上的誤差也就越小。當(dāng)一次走刀不能滿足加工精度要求時(shí)，需進(jìn)行多次走刀，若每次走刀的復(fù)映系數(shù)為ε1,ε2,ε3,…，εn時(shí)，則多次走刀后的總復(fù)映系數(shù)將為ε總=ε1·ε2·ε3·…·εn

由于工藝系統(tǒng)總具有一定的剛度，因此工件加工后的圓度誤差Δw總小于毛坯誤差Δm，即復(fù)映系數(shù)小于1。經(jīng)過幾次走刀后，ε就減到很小，工件誤差就會(huì)減小到工件公差所允許的范圍內(nèi)?！罢`差復(fù)映”規(guī)律是普遍存在的，加工之前工件所具有的各種誤差總是以一定程度復(fù)映到加工后的工件上，因此，在加工時(shí)應(yīng)采取措施減小誤差復(fù)映，保證加工精度。②因切削力作用點(diǎn)位置的變化而產(chǎn)生的加工誤差。工件的加工誤差不僅受切削力大小變化的影響，而且還受切削力作用點(diǎn)位置變化的影響。為了方便分析問題，可先假設(shè)在加工過程中切削力大小不變化，即只考慮工藝系統(tǒng)剛度變化對(duì)加工精度的影響。舉例說明如下：圖6－13車光軸時(shí)機(jī)床的受力變形

利用上式求出工藝系統(tǒng)總位移量yxt的最大和最小值之差，即可得到工件的圓柱度誤差。例如：設(shè)Fp=300N，工件長(zhǎng)L=600mm，ktj=60000N/mm，kwz=5000N/mm，kdj=4000N/mm，則沿工件長(zhǎng)度上機(jī)床系統(tǒng)的受力變形如表6－1所示。表6－1沿工件長(zhǎng)度上機(jī)床系統(tǒng)的受力變形根據(jù)表6－1中的數(shù)據(jù)，即可作出圖6－13上方的變形曲線，由此可知車出的工件呈馬鞍形。工件的最大直徑誤差為ΔD=2×（0.0135-0.0102）=0.0066mm

由上面實(shí)例可以看出，工藝系統(tǒng)剛度是隨著切削力作用點(diǎn)位置的改變而變化的。當(dāng)切削力作用點(diǎn)的位置靠近工件的兩端時(shí)，由于工藝系統(tǒng)剛度相對(duì)較小，變形較大，刀具相對(duì)工件產(chǎn)生的讓刀量較大，切去的金屬層厚度較小，故工件的直徑尺寸較大；當(dāng)切削力作用點(diǎn)位置處于工件的中間位置附近時(shí)，工藝系統(tǒng)剛度相對(duì)較大，變形較小，刀具相對(duì)工件產(chǎn)生的讓刀量較小，切去的金屬層厚度較大，故工件的直徑尺寸較小。

·在兩頂尖間車削細(xì)而長(zhǎng)的光軸時(shí)，由于工件細(xì)長(zhǎng)、剛度小，而機(jī)床系統(tǒng)的剛度相對(duì)很大，也就是說在切削力作用下，工件的變形大大超過機(jī)床系統(tǒng)所產(chǎn)生的變形，因此，機(jī)床系統(tǒng)的受力變形可忽略不計(jì)。此時(shí)，工藝系統(tǒng)的總變形完全取決于工件的變形。如圖6－14所示，可近似地將工件看做受集中載荷的簡(jiǎn)支梁。加工時(shí)在切削力的作用下，工件軸心線將產(chǎn)生彎曲。由材料力學(xué)可知，當(dāng)車刀在不同位置時(shí)，工件的受力變形為式中:E——工件材料的彈性模量（N/mm2）；

I——工件橫截面的慣性矩。圖6－14頂尖間車細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)工件的受力變形表6－2沿工件長(zhǎng)度上的變形根據(jù)表6－2中的數(shù)據(jù)，即可作出圖6－14上方的變形曲線，由此可知車出的工件呈腰鼓形。工件的最大直徑誤差為將上面的兩種誤差值進(jìn)行比較，可知由工件變形所引起的加工誤差要比由機(jī)床變形所引起的加工誤差大得多。故加工細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，一定要使用中心架或跟刀架，并且盡量使支承點(diǎn)靠近切削力作用點(diǎn)，以提高工件支承剛度，減小加工誤差。需要注意的是，上述兩例是在假設(shè)工件或機(jī)床剛度很大的情況下得到的，但在實(shí)際加工中，往往是機(jī)床和工件同時(shí)存在著變形（不能忽略不計(jì)），這時(shí)可將上述兩例變形進(jìn)行疊加，疊加以后便得到工藝系統(tǒng)的總變形，如表6－3所示。表6－3工藝系統(tǒng)的總變形然后再根據(jù)表6－3中的數(shù)據(jù)作圖，工件加工后的形狀仍為腰鼓形。其最大直徑誤差為△D=2×（0.1773-0.0125）=0.3296mm

將兩種因素分別計(jì)算，容易比較出兩種因素對(duì)加工精度影響程度的大小。

將兩種因素分別計(jì)算，容易比較出兩種因素對(duì)加工精度影響程度的大小。

工藝系統(tǒng)剛度隨切削力作用點(diǎn)位置變化而異的例子很多，例如立式車床、龍門刨床、龍門銑床等的橫梁及刀架，臥式鏜床滑枕內(nèi)的軸等，其剛度均隨切削力作用點(diǎn)位置的變化而變化，其分析方法亦同上述例子一樣。

通過上面的分析可知，由于工藝系統(tǒng)本身都不是剛體，都會(huì)產(chǎn)生變形，且是同時(shí)存在的，故對(duì)加工精度的影響是多種誤差形式的綜合。另外，從減少加工誤差的角度來看，找出工藝系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)加以提高，并使其與工藝系統(tǒng)其它部分的剛度大體接近（稱為剛度平衡），是減少加工誤差的一個(gè)有效途徑。

(2）慣性力、傳動(dòng)力、重力和夾緊力對(duì)加工精度的影響。

①慣性力及傳動(dòng)力所引起的加工誤差。切削加工中，高速旋轉(zhuǎn)的零部件（包括夾具、工件和刀具等）的不平衡將會(huì)產(chǎn)生離心力。離心力在每一轉(zhuǎn)中不斷地改變方向，因此，它在工件加工表面法向方向的分力有時(shí)和法向切削分力同向，有時(shí)則反向，從而破壞工藝系統(tǒng)各成形運(yùn)動(dòng)的位置精度。圖6－15(a)所示為車削一個(gè)不平衡工件，離心力Q和切削力Fp方向相反，將工件推向刀具，使刀具吃刀深度ap增加；圖6－15(b)所示為離心力Q和Fp切削力方向同向，工件被拉離刀具，使刀具吃刀深度ap減小，結(jié)果造成工件的形狀誤差。圖6－15慣性力所引起的加工誤差工件由離心力所引起的形狀誤差是與工件轉(zhuǎn)速的平方成正比的，所以適當(dāng)降低工件轉(zhuǎn)速是減小由于離心力作用而引起的加工誤差的有效方法。采用配重平衡來減小離心力，也是生產(chǎn)中減小此類加工誤差的方法之一。②重力所引起的加工誤差。工藝系統(tǒng)有關(guān)零部件自身的重力所引起的相應(yīng)變形也會(huì)造成工件的加工誤差。如圖6－16所示，搖臂鉆床的搖臂在主軸箱自重的影響下所產(chǎn)生的變形會(huì)造成主軸軸線與工作臺(tái)不垂直，從而使被加工的孔與定位面不垂直。圖6－16自重引起的加工誤差③夾緊力所引起的加工誤差。工件在裝夾時(shí)，由于工件的剛度較低，在夾緊著力點(diǎn)或施力方向不當(dāng)時(shí)，都會(huì)引起工件的相應(yīng)變形，造成加工誤差。圖6－17所示為加工發(fā)動(dòng)機(jī)連桿大頭孔時(shí)的安裝示意圖，夾緊力著力點(diǎn)不當(dāng)會(huì)造成加工后兩孔的中心線不平行以及與定位端面不垂直。圖6－17著力點(diǎn)不當(dāng)引起的加工誤差

(3）減小工藝系統(tǒng)受力變形的主要措施。減小工藝系統(tǒng)受力變形是機(jī)械加工中保證產(chǎn)品質(zhì)量和提高生產(chǎn)率的主要途徑之一。為了減小工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況，一般可從以下幾個(gè)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)體零件本身的剛度，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、頂尖錐體同主軸和尾座套筒錐面的配研、多次研磨精密零件加工用的頂尖孔等，都是在實(shí)際生產(chǎn)中行之有效的工藝措施。

提高接觸剛度的另一項(xiàng)措施就是預(yù)加載荷，這樣可消除配合面之間的間隙，并使零部件之間的實(shí)際接觸面積增加，從而減小受力后的變形量。預(yù)加載荷法常用于各類軸承的調(diào)整中。②提高工件剛度。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鞑糠謩偠炔痪鶆蚨a(chǎn)生的。如車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，隨著走刀長(zhǎng)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(shí)，工件的長(zhǎng)度L和切削分力Fp是影響工件受力變形的決定性因素。為了減小工件的受力變形，首先應(yīng)減小支承長(zhǎng)度（即增加支承），如安裝中心架或跟刀架。減小切削分力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)床系統(tǒng)剛度。機(jī)床系統(tǒng)剛度在工藝系統(tǒng)剛度中往往占有很大比重，所以加工時(shí)常采用一些輔助裝置以提高其剛度。圖6－18(a)、(b)所示為在轉(zhuǎn)塔車床上采用的增強(qiáng)刀架剛度的裝置。圖6－18提高部件剛度的裝置④合理安裝工件。對(duì)薄壁工件，夾緊時(shí)應(yīng)特別注意選擇適當(dāng)?shù)膴A緊方法，否則將產(chǎn)生很大的夾緊變形。如圖6－19所示，未夾緊時(shí)，工件的內(nèi)、外圓是圓形，使用三爪夾緊后工件呈三棱形（見圖6－19(a)），經(jīng)鏜孔后內(nèi)孔呈圓形（見圖6－19(b)），但當(dāng)卡爪松開后，工件由于彈性恢復(fù)使已鏜圓的孔又呈三棱形（見圖6－19(c)）。為了減小加工誤差，應(yīng)使夾緊力均勻分布，如采用開口過渡環(huán)（見圖6－19(d)）或使用專用卡爪都是比較好的方法（見圖6－19(e)）。圖6－19零件夾緊變形引起的誤差

2.工藝系統(tǒng)熱變形對(duì)加工精度的影響

熱脹冷縮是常見的物理現(xiàn)象，工藝系統(tǒng)也不例外。在各種熱源的作用下，工藝系統(tǒng)會(huì)發(fā)生熱脹冷縮，從而破壞工件和刀具間的相對(duì)位置或相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，造成加工誤差。在生產(chǎn)過程自動(dòng)化和精密加工迅速發(fā)展的今天，對(duì)工件的加工精度和精度穩(wěn)定性提出了更高的要求。加工精度主要取決于工藝系統(tǒng)的兩個(gè)性能，即系統(tǒng)的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)力學(xué)特性和熱學(xué)特性。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在精密加工和大件加工中，由于熱變形所引起的加工誤差約占總加工誤差的40%~70%。因此，對(duì)工藝系統(tǒng)熱變形問題的研究，已成為現(xiàn)代加工技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的一個(gè)重要研究課題。

1)工藝系統(tǒng)的熱源及熱平衡

工藝系統(tǒng)熱變形是由于各種熱源作用的結(jié)果，這些熱源大致可分為系統(tǒng)內(nèi)部熱源和外部熱源兩大類。系統(tǒng)內(nèi)部熱源主要由切削熱和摩擦熱組成；外部熱源由熱輻射和環(huán)境溫度組成。

工藝系統(tǒng)在各種熱源的影響下，其溫度會(huì)逐漸升高。與此同時(shí)，它們也通過各種方式向周圍散發(fā)熱量。當(dāng)單位時(shí)間內(nèi)傳入和傳出的熱量相等時(shí)，則認(rèn)為工藝系統(tǒng)達(dá)到熱平衡狀態(tài)。這時(shí)溫度就保持一相對(duì)穩(wěn)定的數(shù)值，其熱變形也就相應(yīng)地趨于穩(wěn)定。圖6－20所示為機(jī)床典型“溫度－時(shí)間”曲線。由圖可見，機(jī)床在開動(dòng)后的一段時(shí)間（2～6小時(shí)）里，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，溫度不斷上升，并逐漸趨于一個(gè)穩(wěn)定值。此后溫度基本上不再隨時(shí)間變化（即處于熱平衡狀態(tài)）。當(dāng)機(jī)床停車后，溫度逐漸下降，又處于不穩(wěn)定狀態(tài)。在熱平衡狀態(tài)下，其熱變形相對(duì)趨于穩(wěn)定，所引起的加工誤差是有規(guī)律的，因此精密加工應(yīng)在熱平衡狀態(tài)下進(jìn)行。圖6－20機(jī)床溫度－時(shí)間曲線

2)機(jī)床熱變形對(duì)加工精度的影響

在加工過程中，受內(nèi)、外部熱源的影響，機(jī)床各部分的溫度將發(fā)生變化。由于熱源分布的不均勻性和機(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，導(dǎo)致機(jī)床幾何精度破壞，從而影響加工精度。

由于各類機(jī)床的結(jié)構(gòu)和工作條件差別很大，因此引起機(jī)床熱變形的熱源和其變形形式也各不相同。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，在機(jī)床熱變形中，對(duì)加工精度影響最大的主要是主軸部件和床身導(dǎo)軌等方面的熱變形。車、銑、鉆、鏜等機(jī)床的主要熱源是主軸箱的發(fā)熱，它使主軸箱和床身溫度升高，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(duì)于刀具呈水平位置安裝的臥式車床影響甚微，但對(duì)于刀具垂直安裝的自動(dòng)車床和轉(zhuǎn)塔車床來說，因傾斜方向?yàn)檎`差敏感方向，故對(duì)工件加工精度的影響就不容忽視。

刨床和立式車床的主運(yùn)動(dòng)發(fā)生于導(dǎo)軌副之間，因此導(dǎo)軌副的摩擦熱是其主要熱源，它使機(jī)床導(dǎo)軌產(chǎn)生明顯變形，從而影響工件的加工精度。

各種磨床的主要熱源是高速回轉(zhuǎn)的磨頭和液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，加之大量使用冷卻液，會(huì)使砂輪軸線抬高并趨近工件方向，從而使工件產(chǎn)生直徑誤差。圖6－21幾種機(jī)床的熱變形趨勢(shì)

（a）車床的熱變形；（b）萬能銑床的熱變形；

（c）平面磨床的熱變形；（d）雙端面磨床的熱變形

3)工件熱變形對(duì)加工精度的影響

在切削加工中，工件的熱變形主要是由切削熱引起的，有些大型精密零件還受環(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(huì)發(fā)生變化，有時(shí)甚至?xí)睢Ｓ捎诠ぜ男螤?、尺寸大小以及加工方法的不同，傳入工件的熱量隨時(shí)間的變化也不一致，因此其熱變形對(duì)加工精度的影響也不盡相同。

一般來說，在穩(wěn)定的溫度場(chǎng)中，對(duì)于均勻受熱的工件，其熱變形可按下式計(jì)算：△L=α×L×△t

式中:α——工件材料的熱膨脹系數(shù)；

L——熱變形方向的工件尺寸；

Δt——工件的平均溫升。

在實(shí)際加工中，工件往往不是均勻地受熱，對(duì)于非均勻受熱的工件，因工件各部分的變形不同，所以采用有限元法計(jì)算。例如,長(zhǎng)方體工件的上平面加工時(shí)，由于不均勻受熱（即上、下平面溫度不一致），加工后工件會(huì)產(chǎn)生翹曲，如圖6－22所示。圖6－22薄板磨削的彎曲變形及其計(jì)算

（a）單面受熱彎曲;（b）彎曲度的計(jì)算薄板加工熱變形計(jì)算如下：

設(shè)L為工件長(zhǎng)度（mm），H為工件厚度（mm），T1為上表面溫度（℃）、T2為下表面溫度（℃）、α為工件材料的熱膨脹系數(shù)、X為工件中點(diǎn)的翹曲度。由圖6－22(b)可知由于∠φ很小，故即可得因?yàn)镸K=X所以作AE∥CD，BE可以看做是L的伸長(zhǎng)量，則BE=BD-AC≈α·（T1-T2）·L因?yàn)锽E≈φ·H

所以φ·H=α·（T1-T2）·L

即將其代入X=L·φ/8，可得

從上式可以看出，非均勻受熱時(shí)，工件的熱變形將隨長(zhǎng)度的增加而急劇增大。減少工件熱變形的措施主要是減少切削熱和進(jìn)行充分冷卻。例如,合理選擇切削用量和刀具幾何參數(shù)；粗精加工工序分開，并留有足夠的冷卻時(shí)間等。另外,在裝夾工件時(shí)，還要考慮加工中工件因受熱膨脹而導(dǎo)致的工件受壓失穩(wěn)所造成的加工誤差。

4)刀具熱變形對(duì)加工精度的影響

影響刀具熱變形的主要是切削熱，但由于刀體小，熱容量有限，因此能夠迅速達(dá)到熱平衡。在一般情況下，刀具熱變形對(duì)工件加工精度的影響不顯著。

解決刀具熱變形的主要措施是充分使用冷卻液，其次是減小刀具懸伸長(zhǎng)度等。6.1.4加工后的誤差

1.工件內(nèi)應(yīng)力對(duì)加工精度的影響

1)內(nèi)應(yīng)力的概念

所謂內(nèi)應(yīng)力,是指當(dāng)外部的載荷去除以后，仍殘存在工件內(nèi)部的應(yīng)力，亦稱殘余應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力主要是由于工件內(nèi)部金屬組織發(fā)生了不均勻的體積變化而產(chǎn)生的。其外界因素是來自加工中（冷、熱加工）的溫度變化和塑性變形。具有內(nèi)應(yīng)力的工件處于一種不穩(wěn)定狀態(tài)中，它的內(nèi)部組織具有強(qiáng)烈的恢復(fù)傾向，即要恢復(fù)到一種沒有應(yīng)力的狀態(tài)。就是在常溫下，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，零件會(huì)產(chǎn)生變形，并使原有的精度逐漸降低。若把存有內(nèi)應(yīng)力的零件裝配到機(jī)器中去，零件在使用期中的變形將可能破壞整臺(tái)機(jī)器的質(zhì)量，甚至產(chǎn)生不良后果。

內(nèi)應(yīng)力通常是處于平衡狀態(tài)的，在這種平衡沒有被破壞之前，其外部沒有什么表現(xiàn)，但是一旦失去平衡，內(nèi)應(yīng)力就要重新分布，并伴有變形的發(fā)生，從而使工件原有的加工精度喪失。

2)內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的原因

(1）熱加工產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。在鍛、鑄、焊及熱處理等熱加工過程中，由于工件各部分受熱不均勻或冷卻速度不同，以及金相組織轉(zhuǎn)變引起的體積變化，會(huì)使工件產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。工件結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，各部分厚度越不均勻，散熱條件差別越大，則內(nèi)應(yīng)力將越大。具有內(nèi)應(yīng)力的毛坯在短時(shí)間內(nèi)還不會(huì)顯示有什么變化，此時(shí)內(nèi)應(yīng)力處于暫時(shí)的相對(duì)平衡狀態(tài)。但當(dāng)切去一層金屬后，這種平衡就被打破，內(nèi)應(yīng)力重新分布，工件就明顯地出現(xiàn)了變形。圖6－23是鑄件因內(nèi)應(yīng)力而引起變形的例子。其中圖6－23（a）為一個(gè)內(nèi)、外壁厚相差較大的鑄件，在澆鑄后的冷卻過程中，壁1和壁2較薄，冷卻較快，而壁3較厚，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(shí)（約620℃），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(shí)，由于壁1和壁2的溫度已降低很多，收縮速度變的很慢，而此時(shí)壁3收縮較快，就會(huì)受到壁1和壁2的阻礙，致使壁3產(chǎn)生了拉應(yīng)力，壁1和壁2則產(chǎn)生了壓應(yīng)力，形成相互平衡的狀態(tài)。如果在壁2上開一個(gè)缺口，如圖6－23（b）所示，壁2的壓應(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(zhǎng)，發(fā)生彎曲變形，直到內(nèi)應(yīng)力重新分布達(dá)到新的平衡為止。推廣到一般情況，各種鑄件都難免會(huì)產(chǎn)生冷卻不均勻而形成內(nèi)應(yīng)力，其外表面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，常采用局部激冷工藝使它冷卻得快一些，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。若導(dǎo)軌面經(jīng)過粗加工切去一層金屬后，就像圖6－23（b）中的鑄件壁2上開口一樣，引起內(nèi)應(yīng)力的重新分布，產(chǎn)生彎曲變形，如圖6－24所示。由于這個(gè)新的平衡過程需要一段較長(zhǎng)的時(shí)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，但由于床身內(nèi)部組織還在繼續(xù)轉(zhuǎn)變，故使本來合格的導(dǎo)軌面逐漸喪失其原有的精度。圖6－23鑄件因內(nèi)應(yīng)力而引起的變形圖6－24床身因內(nèi)應(yīng)力而引起的變形圖6－25冷校正引起的變形

(2）冷校直引起的內(nèi)應(yīng)力。對(duì)于一些剛性較差、容易變形的工件，常采用冷校直的方法使之變直。例如，一根無內(nèi)應(yīng)力但向上彎曲的長(zhǎng)軸，如圖6－25（a）所示，為了使其變直，須讓工件產(chǎn)生反向彎曲，即產(chǎn)生一定的塑性變形，為此可在其中部施加力F，當(dāng)力F使外層金屬材料達(dá)到屈服極限時(shí)，外層金屬將產(chǎn)生塑性變形，其應(yīng)力分布如圖6－25（b）所示。當(dāng)去除外力F后，由于外層已產(chǎn)生了塑性變形，就會(huì)阻礙內(nèi)層的彈性恢復(fù)，結(jié)果就形成了如圖6－25（c）所示的內(nèi)應(yīng)力分布狀態(tài)。這樣一個(gè)外形彎曲但沒有內(nèi)應(yīng)力的工件，經(jīng)過冷校直后，雖然其外形變直了，但在工件內(nèi)部卻產(chǎn)生了內(nèi)應(yīng)力，使內(nèi)部組織處于不穩(wěn)定狀態(tài)，若再次加工，就會(huì)產(chǎn)生新的彎曲變形。所以對(duì)于精度要求很高的細(xì)長(zhǎng)零件，不采用冷校直工藝來減小彎曲變形，而是用熱校直代替冷校直，這樣既能減小變形，又能提高生產(chǎn)率。

(3）機(jī)械加工引起的內(nèi)應(yīng)力。機(jī)械加工中，由于切削力和切削熱的作用，使工件表面層產(chǎn)生塑性變形以及金屬組織的變化，從而產(chǎn)生內(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）是由加工時(shí)的工藝因素所決定的。特別是像磨削加工，當(dāng)表層溫度過高（對(duì)鋼來說在800～900℃）時(shí)，彈性幾乎完全消失，成為完全塑性的物質(zhì)，其受熱引起的伸長(zhǎng)量將受金屬基體部分的限制而被壓縮掉，但不會(huì)產(chǎn)生任何應(yīng)力。隨著溫度的逐漸下降，表層金屬的塑性降低而彈性加強(qiáng)，當(dāng)溫度低于800℃后，基體部分必然會(huì)阻止表層收縮，但由于表層和基體部分是一體的，因此會(huì)使表層產(chǎn)生拉應(yīng)力。在800℃附近的溫度梯度越大，則生成的拉應(yīng)力越大，甚至?xí)贡砻娈a(chǎn)生裂紋。

3)減小或消除內(nèi)應(yīng)力的措施

(1）合理設(shè)計(jì)零件結(jié)構(gòu)。即在結(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，以減少毛坯制造中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。

(2）采取時(shí)效處理。即利用溫度的自然變化，經(jīng)過多次熱脹冷縮，使金屬晶體內(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。

(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，讓內(nèi)應(yīng)力有一定的時(shí)間重新分布，以減小對(duì)精加工的影響。

2.度量誤差

度量誤差是指工件的度量尺寸與實(shí)際尺寸的偏差。由于度量結(jié)果是加工中判斷和調(diào)整的依據(jù)，因此度量誤差會(huì)直接影響工件的實(shí)際精度和生產(chǎn)率。

一般產(chǎn)生度量誤差的主要因素有以下幾個(gè)方面：

(1)測(cè)量工具本身的制造誤差或調(diào)整誤差。

(2)測(cè)量工具的磨損。

(3)測(cè)量工具與工件的相對(duì)位置不正確。

(4)度量力的變化。

(5)測(cè)量工具與工件之間的溫度差。

(6)讀數(shù)的主觀誤差等。此外，像振動(dòng)、毛刺、灰塵、環(huán)境溫度以及工人的技術(shù)水平等，也是引起度量誤差的一些因素。

由于度量誤差與測(cè)量方法和測(cè)量工具有很大關(guān)系(例如游標(biāo)卡尺的度量誤差可達(dá)10~50μm，而千分尺的度量誤差為5～10μm)，因此根據(jù)所要求的加工精度，選擇與規(guī)定適當(dāng)?shù)臏y(cè)量方法和測(cè)量工具，對(duì)于減小度量誤差尤為重要。6.1.5保證加工精度的途徑

保證零件加工精度的最終目標(biāo)就是保證產(chǎn)品的精度要求，因此在產(chǎn)品的整個(gè)工藝過程中，都必須注意保證加工精度的問題。下面結(jié)合實(shí)例，就減小加工誤差與保證加工精度的方法予以討論。

1.直接減小或消除誤差法

直接減小或消除誤差法是生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的一種基本方法。它是在找出產(chǎn)生誤差的主要原因之后，有針對(duì)性地采取措施，設(shè)法對(duì)其進(jìn)行消除或減小。例如，在車床上加工細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，為了增加工件的剛度，采用了跟刀架，但仍很難加工出高精度的細(xì)長(zhǎng)軸。其原因在于采用跟刀架雖可減小徑向切削力將工件“頂彎”的問題，但不能解決工件在軸向切削力作用下而“壓彎”的問題（見圖6－26(a)）。若工件出現(xiàn)彎曲，在高速回轉(zhuǎn)下，由于離心力的作用，會(huì)加劇變形并引起振動(dòng)。此外，在切削熱的作用下工件會(huì)產(chǎn)生伸長(zhǎng)，而裝夾工件的卡盤與尾頂尖之間的距離又是固定的，工件在軸向沒有伸縮的余地，這樣又會(huì)增加工件的彎曲。對(duì)此可采取以下措施：

(1)采用反向進(jìn)給的切削方式（見圖6－26(b)），即進(jìn)給方向由卡盤一端指向尾頂尖。這時(shí)軸向切削力對(duì)工件起拉伸作用，而不是壓縮作用，從而避免了“壓彎”。

(2)采用具有伸縮性的彈性頂尖，使工件在受熱時(shí)有伸縮的余地，同時(shí)可避免工件從切削點(diǎn)到尾頂尖一段由于受壓而彎曲。

(3)反向進(jìn)給切削時(shí)，采用大進(jìn)給量和大主偏角車刀，增大軸向切削分力，使工件受強(qiáng)力拉伸作用，以消除振動(dòng)，并使切削平穩(wěn)。

(4)在卡盤一端的工件上車出一個(gè)縮頸（見圖6－27），縮頸增加了工件的柔性，可減小卡盤強(qiáng)制夾持下軸線的歪斜。圖6－26不同進(jìn)給方向加工細(xì)長(zhǎng)軸的比較圖6－27縮頸法

2.誤差補(bǔ)償法

誤差補(bǔ)償法是在充分掌握誤差變化規(guī)律的條件下，人為造出一種新的誤差，并使其與原有誤差的大小相等且方向相反，從而達(dá)到抵消或減小原有誤差的目的。

例如，某廠在試制龍門銑床時(shí)（見圖6－28(a)、(b)），橫梁在兩個(gè)立銑頭自重的影響下，變形大大超過檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。該廠采取了誤差補(bǔ)償?shù)霓k法，在對(duì)橫梁導(dǎo)軌進(jìn)行刮研時(shí)，故意使導(dǎo)軌面產(chǎn)生“上凸”的誤差，以抵消橫梁因銑頭重量而產(chǎn)生的“下垂”變形，從而達(dá)到了檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的要求。圖6－28龍門銑床橫梁的變形與刮研又如，在加工精密絲杠、渦輪副、齒輪等精密元件時(shí)，為了消除傳動(dòng)誤差的影響，廣泛采用各種形式的誤差校正機(jī)構(gòu)及裝置，以達(dá)到誤差補(bǔ)償?shù)哪康摹D6－29所示為精密絲杠車床使用的校正裝置簡(jiǎn)圖。從中不難看出，若母絲杠螺距有誤差，就會(huì)使刀具進(jìn)給行程發(fā)生變化。這時(shí)只要校正尺能使母絲杠上的螺母產(chǎn)生一個(gè)正向或反向的附加轉(zhuǎn)動(dòng)，就可以將誤差補(bǔ)償，從而保證被加工絲杠的螺距精度要求。圖6－29螺紋加工校正裝置

3.誤差轉(zhuǎn)移法

誤差轉(zhuǎn)移法的實(shí)質(zhì)就是把原有誤差從誤差的敏感方向轉(zhuǎn)移到非敏感方向上去。例如，六角車床轉(zhuǎn)塔的轉(zhuǎn)位誤差會(huì)影響刀具位置的準(zhǔn)確性。若刀具的位置誤差出現(xiàn)在水平面內(nèi)，由于該方向是誤差的敏感方向，因此會(huì)影響工件的尺寸精度。若刀具的位置誤差出現(xiàn)在垂直平面內(nèi)，由于該方向不是誤差的敏感方向，對(duì)工件加工尺寸的影響甚微，故可忽略不計(jì)。

又如，用鏜模夾具加工箱體零件的孔系，由于鏜刀桿與主軸采用浮動(dòng)連接，這樣就可以把機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)誤差、導(dǎo)軌誤差以及坐標(biāo)尺寸的調(diào)整誤差等排除掉，此時(shí)，工件的加工精度完全取決于鏜桿和鏜模的制造精度。

4.誤差分組法

誤差分組法就是把上道工序加工完后工件所存在的加工誤差分成n組，這樣每組的誤差范圍就縮小為原來的1/n，然后按組分別進(jìn)行選配或調(diào)整。

例如，某廠加工齒輪時(shí)，產(chǎn)生了心軸與工件定位孔的配合間隙問題。配合間隙大了，會(huì)使加工后的齒輪產(chǎn)生較大的幾何偏心，反映在齒輪的齒圈徑向跳動(dòng)超差，同時(shí)，加工中容易產(chǎn)生振動(dòng)，引起齒面波紋度，使齒輪工作時(shí)噪音增大。因此，必須設(shè)法限制配合間隙，以保證工件孔和心軸間的同軸度要求。由于工件孔已是IT6級(jí)精度，不宜再提高，為此采用了多擋尺寸心軸，對(duì)工件孔進(jìn)行分組選配，減少因間隙而產(chǎn)生的定位誤差，從而提高了加工精度。其具體分組情況如表6－4所示。表6－4分組選配

5.“就地加工”法

所謂“就地加工”法，就是把各相關(guān)零件或部件先行裝配好，使它們處于工作時(shí)要求的位置，然后“就地”進(jìn)行最終加工。其實(shí)質(zhì)就是消除裝配后的積累誤差，以保證最終精度要求。如在車床上就地修正軟爪與主軸的同軸度，從而減小主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度的影響；在龍門刨床上就地修正工作臺(tái)面，以保證工作臺(tái)面與導(dǎo)軌的平行度等，都是該法在生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用。

6.2機(jī)械加工表面質(zhì)量

6.2.1概述

機(jī)器在工作過程中，零件的損壞往往從零件的最外層金屬開始，如磨損、剝落、腐蝕、斷裂等。這些損壞現(xiàn)象除與外界的工作條件（速度、溫度、壓力等）有關(guān)外，很大程度上取決于零件工作表面的質(zhì)量。因此，研究表面質(zhì)量，對(duì)保證產(chǎn)品質(zhì)量具有十分重要的意義。

表面質(zhì)量是指零件加工后的表面狀態(tài)，其主要內(nèi)容包括以下兩個(gè)方面。

1.表面的幾何形狀特征

(1)表面粗糙度:即表面的微觀不平度。它主要由刀具切削刃在加工表面上所遺留的面積所構(gòu)成。

(2)波度:即表面的宏觀不平度，亦即加工后工件的實(shí)際表面幾何形狀與理想幾何形狀之間的偏差。它主要由加工過程中工藝系統(tǒng)的振動(dòng)所引起。

2.表面金屬層的物理機(jī)械性能變化

(1)表面層因塑性變形而引起的冷硬程度和深度。

(2)表面層因切削熱而引起的金相組織變化。

(3)表面層殘余應(yīng)力的種類大小及分布狀況。6.2.2影響切削加工表面粗糙度的因素

1.切削加工的殘留面積

切削加工時(shí)，由于刀具切削刃的形狀和進(jìn)給量的影響，不可能把余量完全切除，會(huì)在表面上留下一定的殘留面積（見圖6－30），其高度就形成了表面粗糙度。殘留面積越大,則表面越粗糙。要減小殘留面積，可以通過改變走刀量,刀具的主、副偏角以及刀尖圓弧半徑等參數(shù)來實(shí)現(xiàn)。圖6－30車削外圓時(shí)的切削層殘留面積

2.工件材料的性質(zhì)

實(shí)際切削時(shí)，由于刀具與工件之間產(chǎn)生的切削力和摩擦力會(huì)使表面層金屬產(chǎn)生塑性變形，因此加工后表面的實(shí)際粗糙度與理論粗糙度會(huì)產(chǎn)生較大的差別。一般來說，越軟和韌性越好的材料，在切削過程中的塑性與彈性變形也就越大，結(jié)果加工后的表面就越粗糙。另外，材料的結(jié)晶顆粒大小也會(huì)影響加工表面的粗糙度。一般來說，結(jié)晶顆粒大，則粗糙度值大，特別是在低速加工時(shí)最為明顯。因此，對(duì)工件預(yù)先進(jìn)行熱處理以改善其加工性是獲得較好表面質(zhì)量的有效措施。

3.積屑瘤

積屑瘤是切削過程中切屑底層與前刀面發(fā)生冷焊的結(jié)果。由于它是在高溫、高壓下形成的，因此不僅硬度很高且處于一種不穩(wěn)定狀態(tài)。圖6－31說明了這種情況。當(dāng)采用中等或較低的切削速度切削塑性材料時(shí)，易產(chǎn)生積屑瘤。積屑瘤形成后，其前端伸出刀尖替代刀刃進(jìn)行切削，由于積屑瘤伸出距離不穩(wěn)定，加上受到切削沖擊時(shí)會(huì)崩碎，因而使加工表面上出現(xiàn)深淺和寬窄都不斷變化的刀痕，從而大大增加了表面粗糙度。合理選擇切削用量、采用潤(rùn)滑性能好的切削液以及進(jìn)行適當(dāng)熱處理，都是抑制積屑瘤產(chǎn)生和減小表面粗糙度的常用方法。圖6－31刀瘤對(duì)工件表面質(zhì)量的影響圖6－32鱗刺的產(chǎn)生

4.鱗刺

鱗刺是已加工表面上出現(xiàn)鱗片狀毛刺般的缺陷。它是由于切屑在前刀面上的摩擦作用，造成周期性停留，替代刀具推擠切削層，造成切削層與工件之間出現(xiàn)撕裂，如圖6－32所示。

鱗刺的產(chǎn)生并不依賴于積屑瘤，但積屑瘤的存在會(huì)影響鱗刺的生成。鱗刺的形成與工件材料、切削用量、刀具幾何參數(shù)以及潤(rùn)滑液等因素有關(guān)。

5.切削用量

切削用量(即切削速度、切削深度、進(jìn)給量)對(duì)表面粗糙度有不同程度的影響。

實(shí)驗(yàn)證明，在一定的速度范圍內(nèi)（v=20～30m/min），對(duì)塑性材料加工時(shí)容易產(chǎn)生積屑瘤或鱗刺，從而影響表面粗糙度，所以應(yīng)避開這個(gè)刀瘤生成速度區(qū)。

切削深度對(duì)表面粗糙度基本上沒有影響，但切削深度過小，會(huì)使刀尖在工件表面上“打滑”，形成附加的塑性變形，使表面粗糙度增大。

進(jìn)給量的改變可影響到殘留面積的變化。實(shí)驗(yàn)證明，隨著進(jìn)給量的增加，殘留面積也會(huì)加大。但過小的進(jìn)給量將會(huì)引起薄層切屑打滑，使工件表面塑性變形增大，導(dǎo)致表面質(zhì)量惡化。

6.工藝系統(tǒng)的高頻振動(dòng)

工藝系統(tǒng)的高頻振動(dòng)使工件與刀尖的相對(duì)位置發(fā)生微幅振動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致粗糙度值加大。6.2.3影響磨削加工表面粗糙度的因素

磨削加工比一般刀具切削加工過程要復(fù)雜得多，因此表面粗糙度的形成也比較復(fù)雜。單純從幾何因素考慮，由于工件表面是由砂輪上的微刃切削刻劃出的溝槽形成的，因此單位面積上的溝槽數(shù)越多，且深度越淺，則表面粗糙度值就越小。但事實(shí)上，磨削加工中不僅有幾何因素，而且也有物理因素和工藝系統(tǒng)振動(dòng)的影響。如磨粒大多數(shù)是負(fù)前角，切削刃又不銳利，其所切的切屑厚度一般僅為0.2mm左右。所以大多數(shù)磨粒在工作過程中，只起擠壓作用而不起切削作用，加工表面在多次擠壓下，加劇了塑性變形，使表面粗糙度進(jìn)一步增大。由上述分析可知，磨削影響表面粗糙度的因素包括以下幾個(gè)方面。

1.砂輪粒度

砂輪粒度越細(xì)，單位面積上參與切削的磨粒數(shù)越多，在表面上留下的刻痕密而細(xì)，則表面粗糙度值就越小。但磨粒過細(xì)，會(huì)使磨削過程擠壓摩擦加劇，降低散熱條件，使工件表面產(chǎn)生燒傷和裂紋。

2.砂輪的修整

磨削切痕的深淺除與砂輪的粒度有關(guān)外，還與砂輪的修整質(zhì)量有關(guān)。砂輪修整的主要目的是獲得鋒利和等高的磨粒微刃，這樣有利于獲得較小的表面粗糙度。即磨粒的微刃等高性越好，其切痕就會(huì)密而淺，加工后的表面就越光滑。

3.磨削用量

磨削用量是指砂輪速度、工件速度和磨削深度。提高砂輪速度，可以使單位時(shí)間內(nèi)參加切削的磨粒數(shù)量增多，磨粒的切削厚度減小，因而使粗糙度值顯著降低。工件速度的改變對(duì)粗糙度值的影響剛好與砂輪相反。即砂輪速度不變而增加工件的速度時(shí)，通過加工區(qū)的磨粒數(shù)減少，因此粗糙度值增大。若增大磨削深度，將使工件表面塑性變形加劇，而使表面粗糙度值增加。為了提高磨削效率，通常在開始磨削時(shí)采用較大的徑向進(jìn)給量，而在磨削后期采用小切深或無進(jìn)給磨削，以減小表面粗糙度值。6.2.4影響表面物理機(jī)械性能變化的因素

1.表面層的冷作硬化

加工時(shí)表層金屬受到切削力的作用，產(chǎn)生塑性變形，使晶體間產(chǎn)生剪切滑移，晶格嚴(yán)重扭曲，晶粒被拉長(zhǎng)、破碎和纖維化，引起材料的強(qiáng)化，使其強(qiáng)度和硬度均有所提高，這種現(xiàn)象稱為冷作硬化。

表層的冷作硬化程度取決于產(chǎn)生塑性變形時(shí)的力、速度和溫度。力越大，塑性變形越大，硬化程度就越嚴(yán)重。變形速度快，塑性變形不充分，硬化程度減弱。另外，切削熱在一定條件下會(huì)使硬化程度降低，即軟化。綜上所述，影響表面層冷作硬化的主要因素包括以下幾個(gè)方面：

1）刀具的幾何形狀

實(shí)驗(yàn)證明，前角增大，切削力減小，從而使加工表面的變形減小，故硬化程度減小。刃口圓角半徑增大，徑向切削分力也將隨之加大，表層金屬的塑性變形程度加劇，導(dǎo)致硬化程度增大。后角減小，刀具與工件間的摩擦和擠壓加劇，使硬化程度增大。所以，加工時(shí)應(yīng)盡量采用較大的前角和后角，并盡可能減小刃口圓角半徑。

2）切削用量

許多研究表明，當(dāng)切削速度增大時(shí)，由于刀具與工件間的作用時(shí)間減少，因此塑性變形的擴(kuò)展深度減小，硬化程度降低。而當(dāng)進(jìn)給量增大時(shí)，切削力也增大，表面塑性變形加劇，硬化程度隨著增大。所以，加工時(shí)應(yīng)合理選擇切削用量。

3）材料性能

在相同的加工條件下，加工不同材料的工件，表面冷硬程度和深度是不同的。工件材料的塑性越大，加工后的冷硬現(xiàn)象就越嚴(yán)重。如碳鋼中含碳量越大，強(qiáng)度越高，硬化程度就越小。另外，表面硬化與材料的熔點(diǎn)有關(guān)，其熔點(diǎn)越低，在切削熱作用下，越容易促使材料變形結(jié)構(gòu)恢復(fù)，使冷硬程度顯著降低。如耐熱材料，因熔點(diǎn)很高，所以冷作硬化嚴(yán)重。而有色金屬由于熔點(diǎn)較低，其冷作硬化就比結(jié)構(gòu)鋼輕得多。

2.表面金相組織的變化

機(jī)械加工過程中，在工件的加工區(qū)及其鄰近區(qū)域，由于切削熱的作用，加工表面溫度會(huì)急劇升高，當(dāng)溫度升高到超過工件材料金相組織變化的臨界點(diǎn)時(shí)，就會(huì)引起金相組織的變化。對(duì)于一般切削加工，由于切削熱大部分被切屑帶走，加工表面溫升較低，因此其影響不甚嚴(yán)重。而對(duì)于磨削加工來說，由于加工單位面積上所產(chǎn)生的切削熱要比一般切削加工大十幾倍，如果冷卻效果不好，約有80%的熱量瞬時(shí)進(jìn)入工件表面，使工件表面金屬非常容易達(dá)到相變點(diǎn)，結(jié)果使工件表面產(chǎn)生燒傷。所以，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的加工方法。磨削淬火鋼時(shí)，瞬時(shí)高溫將使表層金屬產(chǎn)生三種金相組織變化：

(1）如果磨削區(qū)的溫度超過馬氏體轉(zhuǎn)變溫度而未超過其相變臨界溫度，則工件表面原來的馬氏體組織將轉(zhuǎn)變?yōu)橛捕容^低的索氏體或屈氏體，此現(xiàn)象稱之為回火燒傷。

(2）如果磨削區(qū)的溫度超過馬氏體相變溫度，由于冷卻液的急冷作用，則表層金屬會(huì)出現(xiàn)二次淬火馬氏體。而在它的下層，因?yàn)槔鋮s較慢，仍為硬度較低的回火組織，此現(xiàn)象稱之為淬火燒傷。

(3）如果磨削區(qū)的溫度超過馬氏體相變溫度，又不用冷卻液，表層會(huì)被退火，即由馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，表面硬度急劇下降，此現(xiàn)象稱之為退火燒傷。

無論是何種燒傷，都會(huì)使零件的使用壽命成倍下降，甚至根本無法使用，所以磨削時(shí)要避免燒傷。由于磨削熱