机械加工质量及控制三

第3章机械加工质量分析及控制第一节概述第二节影响加工精度的主要因素及其控制第三节加工误差的综合分析第四节影响表面质量的因素及其控制第五节机械加工中振动的基本知识第一节概述一、加工精度和表面质量的概念机械加工精度是指零件加工后的实际几何参数(尺寸、形状和位置)与理想几何参数的符合程度。表面质量指零件表面的几何特征和表面层的物理力学性能。1.加工表面几何特征加工表面的几何特征，主要由表面粗糙度和表面波度两部分组成（见图3-1）。图3-1加工表面的几何形状特征2.加工表面层物理力学性能变化（1）表面层的冷作硬化（2）表面层残余应力的形成（3）表面层的金相组织变化图3-2二、加工精度的获得方法

1.尺寸精度的获得方法

（1）试切法（2）定尺寸刀具法（3）调整法（4）自动控制法2.形状精度的获得方法（1）轨迹法（2）成形法（3）展成法3.位置精度的获得方法（1）一次装夹获得法

当零件上有相互位置精度要求的各表面是在同一次装夹中加工出来时，表面相互位置精度是由机床有关部分的相互位置精度来保证的。（2）多次装夹获得法

当零件上有相互位置精度要求的各表面被安排在不同的安装中加工时，零件表面的相互位置精度主要取决于安装精度。三、表面粗糙度对零件使用性能的影响1.对零件耐磨性的影响2.对零件配合性能的影响3.对零件疲劳强度的影响4.对零件耐蚀性的影响5.对零件接触刚度的影响图3-3表面粗糙度值与初期磨损量的关系第二节影响加工精度的主要因素及其控制图3-4原始误差加工原理误差工件装夹误差工艺系统静误差调整误差工艺系统动误差度量误差机床误差夹具误差刀具制造误差工艺系统受力变形工艺系统受热变形刀具磨损工件内应力引起的变形

加工原理误差是指采用了近似的成形运动或近似的切削刃轮廓进行加工而产生的误差。一、加工原理误差如：在数控机床上采用“行切法”加工复杂形面。图3-5空间曲面的数控加工加工中引起机机床误差的原原因主要有机床的制造误误差、安装误差及其磨损等三个方面。。二、工艺系统统的静误差（一）机床误误差1．主轴回转误差差（1）主轴回转误差差的基本形式式为便于分析和和研究，主轴轴回转运动误误差可以分解解为三种基本本形式：轴向跳动、径向跳动、角度摆动。轴向跳动：瞬时回转轴轴线沿平均回回转轴线方向向的轴向运动动，如图图3-6所示。主轴的的轴向跳动对对工件的圆柱柱面加工没有有影响，主要要影响端面形形状、轴向尺尺寸精度端面面垂直度。主主轴存在轴向向跳动误差时时，车削加工工螺纹会将使使加工后的螺螺旋产生螺距距误差。径向跳动：瞬时回转轴轴线始终平行行于平均回转转轴线方向的的径向运动，，如图图3-6所示。主轴的的纯径向跳动动会使工件产产生圆柱度误误差，对加工工端面基本没没有影响。但但加工方法不不同，所引起起的加工误差差形式和程度度也不同。纯角度摆动：瞬时回转轴轴线与平均回回转轴线方向向成一倾斜角角度，但其交交点位置固定定不变的运动动，如图图3-6所示。图3-6主轴回转误差差的基本形式式1）主轴的纯径径向跳动对加加工精度的影影响主轴的径向圆圆跳动会使工工件产生圆度度误差，但径径向圆跳动的的方式和规律律不同，加工工方法不同（（如车削和镗镗削），对加加工精度的影影响也不同。。如图3-7所示，在镗床床上镗孔时，，刀具回转，，工件不转。。假设主轴回回转中心在y方向上作简谐谐直线运动，，其频率与主主轴转速相同同，振幅为A，则镗刀刀尖尖的运动轨迹迹为一椭圆，，而加工出的的孔即呈现椭椭圆形状，其其圆度误差为为A。图3-8主轴的径向圆圆跳动对车外外圆精度的影影响图3-7主轴的径向圆圆跳动对镗孔孔精度的影响响2）轴向窜动对加加工精度的影影响主轴的轴向窜窜动对内、外外圆的加工精精度没有影响响，但加工端端面时，会使使加工的端面面与内外圆轴轴线产生垂直直度误差。主轴每转一周周，要沿轴向向窜动一次，，使得切出的的端面产生平平面度误差（（图3-9）。当加工螺螺纹时，会产产生螺距误差差。图3-9主轴的纯轴向向窜动对加工工精度的影响响3）主轴的倾角角摆动对加工工精度的影响响。图3-10主轴的倾角摆摆动对加工精精度的影响主轴的倾角摆摆动对加工精精度的影响与与径向圆跳动动对加工精度度的影响相似似，其区别在在于倾角摆动动不仅影响工工件加工表面面的圆度误差差，而且影响响工件加工表表面的圆柱度度误差。（3）影响主轴回转转精度的主要因素1）滑动轴承误误差对主轴回回转精度的影影响轴承误差主要要来源于主轴轴轴颈和轴承承孔等的圆度度误差和波度度。2）滚动轴承误误差对主轴回回转精度的影影响滚动轴承的内内圈、外圈和和滚动体本身身的几何精度度将影响主轴轴回转精度。3）轴承配合质质量对主轴回回转精度的影影响与轴承相配合合零件的制造造精度和装配配质量对主轴轴回转精度有有重要影响。。图3-11图3-12（4）提高主轴回转转精度的措施(1)提高主轴部件件的制造精度度和装配精度度。(2)当主轴采用滚滚动轴承时，，应对其适当当预紧，使消消除轴承间隙隙，增加轴承承刚度，均化化误差，可提提高主轴的回回转精度。(3)采用运动和定定位分离的主主轴结构，可可减小主轴误误差对零件加加工的影响，，使主轴的回回转精度不反反映到工件上上去。实际生生产中，通常常采用两个固固定顶尖支承承定位加工，，主轴只起传传动作用，如如外圆磨床。。图3-13用固定顶尖支支承磨外圆2．导轨导向误差差机床导轨是机机床中确定主主要部件相对对位置的基准，也是运动基基准。机床的导轨精精度是指导轨轨副的运动件件实际运动方方向与理想方方向的符合程程度，这两者者之间的偏差差值称为导向误差。直线导轨的导向精度包括：导轨在在水平面内的的直线度、导导轨在垂直面面内的直线度度、前后导轨轨的平行度、、导轨对主轴轴回转轴线的的平行度等。。以在车床上车车削圆柱面为为例，分析导导轨导向误差差对加工精度度的影响。1)导轨在水平面面内直线度误误差卧式车床在水水平面内存在在直线度误差差ΔY，见图3-14，则车刀尖的的直线运动轨轨迹也要产生生直线度误差差ΔY，从而造成工工件圆柱度误误差，ΔR=ΔY，如图3-14所示。这表明水平方向是卧卧式车床加工工误差对导轨轨误差的敏感感方向。（1）导轨导向精精度对加工精精度的影响图3-14卧式车床导轨轨直线度误差差2)导轨在垂直面面内直线度误误差的影响卧式车床在垂垂直面内存在在直线度误差差ΔZ，则车刀尖的的直线运动轨轨迹也要产生生直线度误差差ΔZ，从而造成工工件圆柱度误误差，ΔR=ΔZ2/(2R)=ΔZ2/d,说明卧式车床对导导轨在垂直面面内直线度误误差不敏感。3)导轨扭曲误差差如果机床前后后导轨不平行行（扭曲），，则引起被加加工零件半径径误差为：图3-15导轨扭曲误差差式中H——车床中心高；；B——导轨精度；——导轨倾斜角；；——前后导轨的扭扭曲量。（2）影响机床导导轨导向误差差的因素1）机床制造误误差2）机床安装误误差3）导轨磨损如何提高机床床导轨的导向向精度？机床设计与制制造时，应从从结构、材料料、加工工艺艺等方面采取取措施，提高高制造精度机床安装时，，应校正好水水平和保证地地基质量使用时，要注注意调整轨道道配合间隙，，同时保证良良好的润滑和和防护3．传动链的传传动误差（1）机床传传动链的传动动误差及其对对加工精度的的影响机床传动链误误差是指机床内部部传动机构传传动过程中出出现传动链首首末两端传动动元件间相对对运动的误差差。传动链误差一一般不影响圆圆柱面和平面面的加工精度度，但对齿轮轮、蜗轮蜗杆杆、螺纹和丝丝杆等加工有有较大影响。图3-16齿轮机床传动动链（2）减少传动链链传动误差的的措施1）缩短传动链链长度，减少少传动链中传传动件的数目目。2）采用降速传传动链。3）提高传动元元件，特别是是提高末端传传动元件的制制造精度和装装配精度。4）采用误差补补偿的方法。。图3-17精密丝杠螺距距误差补偿设设置（二）刀具与与家具误差1.刀具误差刀具误差包括括刀具的制造误差、安装误差和磨损。2.夹具误差夹具误差影响响工件加工表表面的位置精度或尺寸精度。工艺系统刚度度工艺系统的刚刚度定义为在加工误差差敏感方向上上工艺系统所所受外力与变变形量之比。。根据系统所受受载荷的性质质不同，工艺艺系统刚度可可分为静刚度和动刚度两种。静刚度主要影影响工件的几何精度；动刚度则反映映系统抵抗动动态力的能力力，主要影响响工件表面的波度和表面粗糙度。三、工工艺艺系统统的动动误差差（一）工工艺系系统受受力变变形引引起的的误差差图3-182、机床床部件件的刚刚度及及其特点1）作用用力与与变形形不是是线性性关系系，反反映出出刀架架的变变形不不纯粹粹是弹弹性变变形。。2）加载载与卸卸载曲曲线不不重合合，两两曲线线间包包容的的面积积代表表了加加载—卸载循循环中中所损损失的的能量量，即即外力力在克克服部部件内内零件件间的的摩擦擦力和和接触触面塑塑性变变形所所做的的功。。3）卸载载后曲曲线不不回到到原点点，说说明产产生了了残余余变形形。在在反复复加载载—卸载后后，残残余变变形逐逐渐趋趋近于于零。。4）部件件的实实际刚刚度远远比按按实体体所估估算的的要小小。由由于机机床部部件的的刚度度曲线线不是是线性性的，，其刚刚度不不是常常数，，一般般取曲曲线两两端点点连线线的斜斜率来来表示示其平平均刚刚度。。图3-19影响机机床部部件刚刚度的的因素素很复杂杂，主主要因因素包包括以以下几几方面面：（1）联接接表面面间的的接触触变形形（2）薄弱弱零件件的变变形（3）零件件表面面间摩摩擦力力的影影响（4）接合合面的的间隙隙图3-203、工艺艺系统统刚度度对加加工精精度的的影响响（1）切削削力作作用点点位置置变化化引起起的工工件形形状误误差（2）切削削力大大小变变化引引起的的加工工误差差（3）其他他作用用力对对加工工精度度的影影响图3-21图3-22图3-23图3-24图3-25（1）合理理设计计零部部件结结构（2）提高高联接接表面面的接接触刚刚度此外提提高接接触刚刚度的的主要要措施施还有有：1）提高高机床床部件件中零零件间间接合合表面面的质质量。。2）给机机床部部件预预加载载荷。。（3）采用用合理理的装装夹方方式、、加工工方式式提高高工艺艺系统统刚度度4、减少少工艺艺系统统受力力变形形的措施图3-26（二））工件件残余余应力力引起起的误误差残余应应力又称内内应力力，是是指在在没有有外力力作用用下或或去除除外力力后仍仍残存存在工工件内内部的的应力力。零件中中的残残余应应力往往往处处于一一种很很不稳稳定的的相对对平衡衡状态态，在常温温下特特别是是在外外界某某种因因素的的影响响下很很容易易失去去原有有状态态，使使残余余应力力重新新分布布，零零件产产生相相应的的变形形，从从而破破坏了了原有有的精精度。。因此此，必必须采采取措措施消消除残残余应应力对对零件件加工工精度度的影影响。。1.产生残残余应应力的的原因（1）毛坯坯制造造和热热处理理过程程中产产生的的残余余应力力在铸、、锻、、焊及及热处处理等等热加加工过过程中中，由由于工工件各各部分分热胀冷冷缩不不均匀匀以及金相组组织转转变时时的体体积变变化，使毛毛坯内内部产产生了了相当当大的的残余余应力力。图3-27弯曲的工件件(原来无残余余应力)要校直，常常采用冷校直。（2）冷校直带带来的残余余应力图3-28图3-29切削过程中中产生的力力和热，也也会使被加加工工件的的表面层变变形，产生生残余应力力。（3）切削加工工中产生的的残余应力力2.减少或消除除残余应力力的措施1．合理设计计零件结构构2．增加时效效处理工序序3.合理安排工工艺过程例如：对铸铸、锻、焊焊接件进行行退火或回回火；零件件淬火后进进行回火；；对精度要要求高的零零件，如床床身、丝杆杆、箱体、、精密主轴轴等，在粗粗加工后进进行时效处处理。例如：粗、、精加工分分开在不同同工序中进进行，留有有一定时间间让残余应应力重新分分布；在加加工大型工工件时，粗粗、精加工工往往在一一个工序中中来完成，，这时应在在粗加工后后松开工件件，让工件件有自由变变形的可能能，然后再再用较小的的夹紧力夹夹紧工件后后进行精加加工。（三）工艺系统的的热变形对对加工精度度的影响在机械加工工过程中，，工艺系统统会受到各各种热源的的影响，使使工艺系统统各个组成成部分产生生复杂的变变形，这种种变形称为为热变形。1.概述据统计，在在精密加工工中，由于于热变形引引起的加工工误差约占占总加工误误差的40％一70％。高效、、高精度、、自动化加加工技术的的发展，使使工艺系统统热变形问问题变得更更为突出，，已成为机机械加工技技术进一步步发展的一一个重要的的研究课题题。（1）工艺系统的的热源系统内部热热源(切削热和摩擦热)系统外部热热源(环境温度和太阳辐射热热)一方面，工工艺系统受受热源影响响，温度逐逐渐升高；；另一方面，，热量通过过各种传导导方式向周周围散发。。（2）温度场与与工艺系统统热平衡2.机床热变形形对加工精精度的影响响机床受热源源的影响，，各部分温温升将发生生变化．由由于热源分分布的不均均匀和机床床结构的复复杂性，机机床各部件件将发生不不同程度的的热变形，，破坏了机机床原有的的几何精度度，从而降降低了机床床的加工精精度。图3-30卧式车床和和卧式铣床床的热变形形3.刀具热变形形对加工精精度的影响响切削热（（是是主要的））外部热源（（对对于精密件件不可忽视视）使工件产生生变形的热热源同时，不同同的加工方方法，不同同的工件材材料、结构构和尺寸件件的受热变变形也不相相同。图3-31刀具热伸长长量与切削削时间的关关系4.工具热变形形对加工精精度的影响响刀具的热变变形主要是是切削热引引起的，传传给刀具的的热量虽不不多，但由由于刀具体体积小、热热容量小且且热量又集集中在切削削部分，因因此切削部部分仍产生生很高的温温升。依据物理公公式计算工工件长度或或直径上的的热变形量量：式中，L——工件原有长长度或直径径，单位为为mm;——工作材料料的线膨膨胀系数数；——温升。5、减少和和控制工工艺系统统热变形形的主要要途径1．减少热热源的发发热和隔隔离热源源2．均衡温温度场3．采用合合理的机机床结构构4．控制环环境温度度，加速速达到热热平衡状状态对于不能能分离的的热源，，如主抽抽轴承、、丝杠螺螺母副、、高速运运动的导导轨副等等，则可以从结结构、润润滑等方方面改善善其摩擦擦特性，，减少发发热。1）减少热热源的发发热和隔隔离热源源采用有效效的冷却却措施为了减少少机床的的热变形形，凡是是可能分分离出去去的热源源应移出出，如电电动机、、变速箱箱、液压压系统、、冷却系系统等，，均应移移出。热源可能能分离出出去减少发热热例如，采采用静压压轴承。。静压导导轨，改改用低粘粘度润滑滑油、理理基润滑滑脂等，，也可用用隔热材材料将发发热部件件和机床床大件(如床身、、立柱等等)隔离开来来。如增加散散热面积积或使用用强制式式的风冷冷、水冷冷、循环环润滑等等。例如，目目前，大大型数控控机床、、加工中中心普遍遍采用冷冷冻机，，对润滑滑油、切切削液进进行强制制冷却，，以提高高冷却效效果。在在精密丝丝杠磨床床的母丝丝杠中通通以冷却却液，以以减少热热变形。。平面磨床床采用热热空气加加热温升升较低的的立柱后后壁，以以减小立立柱前后后壁的温温度差，，从而减减少立柱柱的弯曲曲变形。。采取这这种指施施后，工工件的加加工直线线度误差差可降低低为原来来的1／3～1／4。2）均衡温温度场图3-323）采用合合理的机机床结构构在变速箱箱中，将将轴、轴轴承、传传动齿轮轮尽量对对称布置置，可使使箱壁温温升均匀匀，从而而减少箱箱体变形形。机床床大件的的结构和和布局对对机床的的热态性性能有很很大影响响。4）控制环环境温度度，加速速达到热热平衡状状态精密机床床一般安安装在恒恒温车间间，其恒恒温精度度一般控控制在±l℃℃。对于精密密机床，，特别是是大型机机床，达达到热平平衡的时时间较长长，为了了缩短这这个时间间，可预先高高速空运运转机床床或设置置控制热热源，人人为地给给机床加加热，使使之较快快达到热热平衡状状态，然后进进行加工工。基于于同样原原因，精精密加工工机床应应尽量避避免中途途停车。。四、提高和保保证加工工精度的的工艺措措施一)减少误差差法直接减少少误差法法在生产产中应用用较广，，是在查查明产生生加工误误差的主主要因素素直接进进行消除除或减少少的方法法。二)误差转移移法误差转移移法是把把影响加加工精度度的原始始误差转转移到误误差的非非敏感方方向上。。三)误差分组组法采用分组组调整的的方法，，把毛坯坯按误差差大小分分为n组，每组组毛坯的的误差就就缩小为为原来的的1/n；然后按按各组分分别调整整刀具与与工件的的相对位位置或选选用合适适的定位位元件，，就可大大大缩小小整批工工件的尺尺寸分散散范围。。四)误差平均均法研磨时，，研具的的精度并并不很高高，分布布在研具具上的磨磨料粒度度大小也也可能不不一样。。但由于于研磨时时工件和和研具间间有复杂杂的相对对运动轨轨迹，使使工件上上各点均均有机会会与研具具的各点点相互接接触并受受到均匀匀的微量量切削。。同时工工件和研研具相互互修整，，精度也也逐步共共同提高高，进一一步使误误差均化化，因此此可获得得精度高高于研具具原始精精度的加加工表面面。五)误差补偿偿法误差补偿偿法就是是人为地地加入一一个附加加输入，，尽量使使得引入入的误差差与原始始误差之之间大小小相等、、方向相相反，从从而达到到减少加加工误差差、提高高加工精精度的目目的。图3-34高压油泵泵偶件自自动配磨磨装置示示意图图3-33龙门铣床床横梁导导轨预加加变形第三节加加工工误差的的综合分分析前几节就就影响加加工精度度的各种种主要因因素，从从单因素素的角度度进行了了详细分分析，并并提出了了一些保保证加工工精度的的措施。。但在实实际生产产中，一一个工序序加工完完成后，，工件的的加工精精度是一一系列工工艺因素素综合作作用的结结果，各各种因素素产生的的加工误误差可能能相互迭迭加，也也可能相相互补偿偿或抵消消，而且且各种误误差的表表现性质质在很大大程度上上带有一一定的随随机性。。实际上，，影响加加工精度度的因素素是错综综复杂的的，需要要要用概概率理论论和统计计方法进进行分析析和处理理，进而而提出控控制和解解决加工工精度问问题的工工艺措施施。一、加加工误差差的性质质1.系统误差差在顺序加加工同一一批工件件中，如如果加工工误差的的大小和和方向都都保持不不变，或或者按照照一定的的规律变变化，则则称为系统误差差。机床、夹夹具、刀刀具和量量具本身身的制造造误差和和很慢的的磨损往往往被看看作常值值系统误误差。机机床、夹夹具和刀刀具等在在热平衡衡前的热热变形常常被看作作变值系统统误差。2.随机误差差在顺序加加工同一一批工件件中，如如果加工工误差的的大小和和方向呈呈不规则则变化，，则称为为随机误差差。第三节加加工工误差的的综合分分析（一）分分布曲线线分析法法分布曲线线分析法法是将测测量加工工后所得得一批零零件的实实际尺寸寸或误差差，根据据测量结结果作出出该批工工件尺寸寸或误差差的分布布图，然然后按照照此图来来分析和和判断加加工误差差的情况况。1．实际分布布曲线实验分布布图的作作法与步步骤如下下：采集数据据确定分组组数、组组距h、各组组组界和组组中值计算平均均值和标标准差画出直方方图二、加工误差差的统计计分析方方法2.理论分布布曲线1）正态分分布曲线线图3-35图3-36图3-372）非正态态分布曲曲线图3-383．分布曲线线分析法法的应用用1）判别加加工误差差性质对于正态态分布而而言，常常值系统统误差影影响平均均值，，会引引起正态态分布曲曲线沿横横轴平移移，即样样本平均均值与与公差带带中心不不重合；；而随机机误差决决定σ值，仅影影响分布布曲线的的形状。。因此，，如果实实际分布布与正态态分布基基本相符符，可判判断整批批工件的的加工精精度及加加工误差差性质。。如果实际际分布与与正态分分布有较较大出入入，可根根据分布布图初步步判断变变值系统统误差的的类型。。2）判定工工序能力力及其等等级工序能力力是指工工序处于于稳定状状态时，，加工误误差正常常波动的的幅度。。当加工工尺寸服服从正态态分布时时，其尺尺寸分布布范围是是6σ，所以工工序能力力就是6σ。6σ的大小代代表了某某一种加加工方法法在规定定的条件件下，如如毛坯余余量、切切削用量量、正常常的机床床、夹具具和刀具具等，所所能达到到的加工工精度。。工序能力力等级描描述了工工序能力力满足加加工精度度要求的的程度，，是以工工序能力力系数来来表示的的。当工工序处于于稳定状状态时，，工序能能力系数数按下式式计算：：Cp=T/(6σ)T为工件尺尺寸公差差。根据工序序能力系系数Cp的大小，，可将工工序能力力分为5级，如表表3-4所示。一一般工序序能力不不应低于于二级，，即Cp＞1。3）估算合合格品率率或不合合格品率率1.单值点图按加工工顺序序逐个个测量量工件件的尺尺寸，，以工工件加加工的的顺序序号为为横坐坐标，，工件件尺寸寸(或误差差)为纵坐坐标，，则整整批工工件的的加工工结果果可画画成点点图，，每个个工件件画一一点，，如图图所示示，反反映了了每个个工件件尺寸寸(或误差差)与加工工时间间的关关系，，故称称为单值点点图。（二））点图图分析析法图3-392.图图式平平均值值控控制图图联合合使用用时的的统称称。图3-40图3-41一、影影响表表面粗粗糙度度的工工艺因因素(一)切削加加工的的表面面粗糙糙度1.影响切切削残残留面面积用直线线切削削刃切切削时时，切切削面面积高高度为为：用圆弧弧切削削刃切切削时时，其其残留留面积高高度为为：图3-42第四节节影影响响表面面质量量的因因素及及其控控制2.影响切切削表表面积积屑瘤瘤和鳞鳞刺的的因素素宽刀精精切和和高速速精切切，合合理选选择切切削液液，适适当增增大刀刀具法法前角角，提提高刀刀具的的刃磨磨质量量等，，均能能有效效地减减小加加工表表面粗粗糙度度值。。（二））磨磨削加加工表表面粗粗糙度度1.砂轮对对表面面粗糙糙度的的影响响（1）砂轮粒粒度（2）砂轮硬硬度（3）砂轮组组织（4）砂轮磨磨粒材材料（5）砂轮修修整此外，，采用用超硬磨磨粒（人造造金刚刚石、、立方方氮化化硼和和陶瓷瓷）砂砂轮进进行磨磨削，，可以以获得得很小小的表表面粗粗糙度度值，，这是是目前前精密密和超超精密密磨削削的主主要方方法。。2.磨削用用量对对表面面粗糙糙度的的影响响砂轮的的速度越高，，单位位时间间内通通过被被磨表表面的的磨粒粒数就就越多多，表表面的的粗糙糙度值值就越越小。。砂轮的的纵向进进给量量减小，，工件件表面面的每每个部部位被被砂轮轮重复复磨削削的次次数增增加，，被磨磨表面面的粗粗糙度度值将将减小小。工质材材料的的性质、冷却润润滑液液的选用用等对对磨削削表面面粗糙糙度也也有明明显的的影响响。（一））表面面层的的冷作作硬化化1.影响切切削加加工表表面冷冷作硬硬化的的因素素(1)切削用用量的的影响响加大进进给量量时，，切削削力增增大，，表层层金属属的塑塑性变变形加加剧，，冷硬硬程度度增大大，表表面金金属的的显微微硬度度将随随之增增大。。但如如果进进给量量跟小小，如如切削削厚度度小于于0.05~0.06时，继继续减减小进进给量量，表表层金金属的的冷硬硬程度度不仅仅不会会减小小，反反而会会增大大。(2)刀具几几何形形状的的影响响刀具刃刃钝圆圆半径径增大大时，，加工工后表表面的的冷硬硬层深深度和和硬度度也随随之增增大。。原因因在于于切削削刃钝钝圆半半径增增大会会加大大径向向切削削力，，从而而加剧剧塑性性变形形，导导致硬硬化现现象严严重。。刀具具后面面的磨磨损量量增加加时，，使得得刀具具后面面与被被加工工表面面的摩摩擦加加剧，，塑性性变形形增大大，从从而表表层冷冷硬程程度增增大。。(3)加工材材料性性能的的影响响工工件件材料料的塑塑性越越大，，冷硬硬倾向向越大大，冷冷硬程程度也也越严严重。。二、影影响零零件表表层物物理力力学性性能的的因素素及其其控制制（二））表层层的残残余应应力1.影响切切削表表层残残余应应力的的因素素（1）切削用用量影响切切削速速度增增加，，使表表面沿沿速度度方向向的塑塑性变变形减减少，，工件件表层层产生生的残残余拉拉应力力，随随速度度的提提高而而下降降。加加大进进给量量，会会使表表层金金属塑塑性变变形增增加，，切削削区发发生的的热量量也增增加，，其结结果会会使残残余应应力的的数值值及扩扩展深深度相相应增增大。。（2）刀具角角度的影响响当当前前角由由正值值变为为负值值或继继续增增大负负前角角，拉拉伸残残余应应力的的数值值减小小。（3）工件件材材料料的影影响响塑塑性性大大的的材材料料，，切切削削加加工工后后表表面面层层一一般般产产生生残残余余拉拉应应力力；；脆脆性性材材料料如如铸铸铁铁，，切切削削时时由由于于后后刀刀面面的的挤挤压压与与摩摩擦擦，，表表面面层层产产生生残残余余压压应应力力。。2.影响响磨磨削削表表层层残残余余应应力力的的因因素素（1）磨削削用用量量的影影响响磨磨削削低低碳碳钢钢时时，，当当磨削削深深度度很小小（（如如ap=0.005mm）时时，，塑塑性性变变形形起起主主要要作作用用，，因因此此磨磨削削表表面面形形成成压压缩缩残残余余应应力力。。继继续续加加大大磨磨削削深深度度，，塑塑性性变变形形加加剧剧，，磨磨削削热热随随之之增增大大，，热热因因素素的的作作用用逐逐渐渐占占主主导导地地位位，，在在表表面面层层产产生生拉拉伸伸残残余余应应力力；；且且随随着着磨磨削削深深度度的的增增大大，，拉拉伸伸残残余余应应力力的的数数值值将将逐逐渐渐增增大大。。当当ap>0.025mm时，尽管管磨削温温度很高高，但因因工业铁铁的含碳碳量极低低，不可可能出现现淬火现现象，此此时塑性性变形因因素逐渐渐起主导导作用，，表层金金属的拉拉伸残余余应力数数值逐渐渐减小。。当ap取值很大大时，表表层金属属呈现压压缩残余余应力状状况。提高砂轮速度度，磨削区区温度增增高，而而每颗磨磨粒所切切除的金金属厚度度减小，，此时热热因素的的作用增增大，塑塑性变形形因素的的影响减减小，因因此提高高砂轮速速度将使使表面金金属产生生拉伸残残余应力力的倾向向增大。。加大工件件的回转速度度和进给速度度，将使砂砂轮与工工件的热热作用时时间缩短短，热因因素的影影响逐渐渐减小，，塑性变变形因素素的影响响逐渐加加大。这这样，表表面金属属中产生生拉伸残残余应力力的趋势势逐渐减减小，而而产生压压缩残余余应力的的趋势逐逐渐增大大。（2）工件材料料的影响工件材料的强强度越高、导导热性越越差、塑塑性越低低，在磨磨削时表表面金属属产生拉拉伸残余余应力的的倾向就就越大。（三）表表层金属属金相组组织的变变化发生磨削削烧伤的的根本原原因是磨磨削温度度过高，，因此避避免和减减轻磨削削烧伤的的基本途途径是减减少热量量的产生生和加速速热量的的发散，，具体措措施如下下：（1）正确选择择砂轮为避免产产生烧伤伤，应选选择较软软的砂轮轮。选择择具有一一定弹性性的结合合剂（如如橡胶结结合剂、、树脂结结合剂）），也有有助于避避免烧伤伤现象的的产生。。（2）合理选择择磨削用用量磨削深度度ap对磨削温温度影响响最大，，从减轻轻烧伤的的角度考考虑，ap不宜过大大。平磨磨时，加加大横向向进给量量ft有助于减减轻烧伤伤。加大大工件回回转速度度Vw，磨削表表面的温温度升高高，但其其增长速速度与磨磨削深度度ap的影响相相比要小小得多；；且Vw越大，热热量越不不容易传传入工件件内层，，具有减减小烧伤伤层深度度的作用用。但增增大工件件速度Vw会使表面面粗糙度度值增大大，为了了弥补这这一缺陷陷，可以以相应提提高砂轮轮速度Vs。（3）改善冷却却条件内冷却是是一种较较为有效效的冷却却方法。。其工作作原理是是：经过过严格过过滤的冷冷却液通通过中空空主轴法法兰套引引入砂轮轮的中心心腔内，，由于离离心力的的作用，，这些冷冷却液就就会通过过砂轮内内部的孔孔隙向砂砂轮四周周的边缘缘洒出，，这样冷冷却液就就有可能能直接进进入磨削削区，如如图3-43a所示。图3-43第五节机械加工工中的振振动基本本知识机械加工工过程中中常产生生振动，，振动对对于加工工质量和和生产效效率都有有很大影影响。新型的、、难加工工材料的的加工过过程中工工艺系统统更易产产生振动动。所以以研究振振动产生生的诱因因及机理理，进而而避免、、抑制或或消除振振动是非非常有意意义的。。一、机械械加工中中的强迫迫振动机械加工工中的强迫振动动是在外界界周期性性干扰力力的作用用下，系系统受迫迫产生的的振动。。1.强迫振动动产生的的原因强迫振动动的振源源有来自自机床内内部的称称为机内振振源，也有有来自自机床床外部部的称称为机机外振振源。。机机内振振源主主要有有机床旋旋转件件的不不平衡衡，机床传传动机机构的的缺陷陷，往复运运动部部件的的惯性性力，以及及切削过过程中中的冲冲击等。机床中中各种种高速速旋转转的零零件（（例如如电动动机转转子、、带轮轮、齿齿轮、、卡盘盘、砂砂轮等等），，由于于不平平衡产产生周周期性性的激振力力，使加加工过过程产产生强强迫振振动。。齿轮制造不不精确确或有安装误误差也会产产生周周期性性干扰扰力。。第五节节机械加加工中中的振振动基基本知知识2.强迫振振动的的特性1）强迫迫振动动是一一种不不衰减减的振振动，，只要要有激激振干干扰力力存在在，振振动就就不会会衰减减，但但振动动本身身不会会引起起干扰扰力的的变.2）强迫迫振动动的振振动频频率与与干扰扰力的的频率率相同同，或或是干干扰力力频率率的整整数倍倍。这这种频频率对对应关关系是是诊断断机械械加工工中所所产生生的振振动是是否为为强迫迫振动动的主主要依依据，，并可可利用用上述述频率率特征征去分分析、、查找找强迫迫振动动的振振源。。3）强迫迫振动动的幅幅值既既与干干扰力力的幅幅值有有关，，又与与工艺艺系统统的动动态特特性及及干扰扰力频频率有有关。。一般般来说说，干干扰力力的幅幅值越越大，，强迫迫振动动的幅幅值也也越大大。工工艺系系统的的动态态特征征对强强迫振振动的的幅值值影响响极大大。4）强迫迫振动动的位位移变变化总总是比比干扰扰力在在相位位上滞滞后一一个角角，其其值与与系统统的动动态特特性及及干扰扰力频频率有有关。。1.自激振振动的的概念及特点机械加加工过过程中中，在在没有有周期期性外外力干干扰作作用下下，由由系统统内部部激发发反馈馈产生生的周周期性性振动动，称称为自激振振动，简称称颤振振。机床加加工系系统是是一个