机械制造技术 课件 7.机械加工表面质量

机械制造技术柒7.1机械加工后的表面质量.7.2机械加工后的表面粗糙度7.3机械加工后的表面层的物理机械性能7.4控制加工表面质量的工艺途径7.5机械加工过程中的振动问题机械加工表面质量教学提示：为了保证机器的使用性能和延长使用寿命，就要提高机器零件的耐磨性、疲劳强度、抗蚀性、密封性、接触刚度等性能，而机器的性能主要取决于零件的表面质量。机械加工表面质量与机械加工精度一样，是机器零件加工质量的一个重要指标。机械加工表面质量是以机械零件的加工表面和表面层作为分析和研究对象的，经过机械的零件表面总是存在一定程度的微观不平、冷作硬化、残余应力及金相组织的变化，虽然只产生在很薄的表面层，但对零件的使用性能的影响是很大的。本章旨在研究零件表面层在加工中的变化和发生变化的机理，掌握机械加工中各种工艺因素对表面质量的影响规律，运用这些规律来控制加工中的各种影响因素，以满足表面质量的要求。教学要求：本章主要讨论机械加工表面质量的含义、表面质量对使用性能的影响、表面质量产生的机理等。对生产现场中发生的表面质量问题，如受力变形、磨削烧伤、裂纹和振纹等问题从理论上作出解释，提出改善机械加工表面质量的途径。7.机械加工表面质量机械加工后的表面质量7.1.1加工表面质量的概念7.1.2机械加工表面质量对机器使用性能的影响7.1机器零件的破坏，一般都是从表面层开始的，这说明零件的表面质量至关重要，它对产品质量有很大影响。零件的加工质量是机械产品质量的基础。研究表面质量的目的，就是要掌握机械加工中各种工艺因素对表面质量影响的规律，以便应用这些规律控制加工过程，最终达到提高表面质量、提高产品使用性能的目的。7.1机械加工后的表面质量加工表面质量包含以下两个方面的内容：表面粗糙度与波纹度和表面层材料的物理力学性能及化学性能。一、表面粗糙度与波纹度根据加工表面轮廓的特征（波距L与波高H的比值），可将表面轮廓分为以下三种：L／H＞1000，称为宏观几何形状误差，例如圆度误差、圆柱度误差等，它们属于加工精度范畴；L／H＝50～1000，称为波纹度，它是由机械加工振动引起的；L／H＜50，称为微观几何形状误差，亦称表面粗糙度。7.1机械加工后的表面质量7.1.1加工表面质量的概念二、表面层材料的物理力学性能和化学性能表面层材料的物理力学性能，包括表面层的冷作硬化、残余应力以及金相组织的变化。（1）表面层的冷作硬化机械加工过程中表面层金属产生强烈的塑性变形，使晶格扭曲、畸变，晶粒间产生剪切滑移，晶粒被拉长，这些都会使表面层金属的硬度增加，塑性减小，统称为冷作硬化。（2）表面层残余应力机械加工过程中由于切削变形和切削热等因素的作用在工件表面层材料中产生的内应力，称为表面层残余应力。在铸、锻、焊、热处理等加工过程产生的内应力与这里介绍的表面残余应力的区别在于前者是在整个工件上平衡的应力，它的重新分布会引起工件的变形；后者则是在加工表面材料中平衡的应力，它的重新分布不会引起工件变形，但它对机器零件表面质量有重要影响。（3）表面层金相组织变化机械加工过程中，在工件的加工区域，温度会急剧升高，当温度升高到超过工件材料金相组织变化的临界点时，就会发生金相组织变化。例如磨削淬火钢件时，常会出现回火烧伤、退火烧伤等金相组织变化，将严重影响零件的使用性能。7.1机械加工后的表面质量7.1.1加工表面质量的概念一、表面质量对耐磨性的影响零件的耐磨性不仅与摩擦副的材料、热处理情况和润滑条件有关，而且还与摩擦副表面的质量有关。（1）表面粗糙度对耐磨性的影响表面粗糙度值大，接触表面的实际压强增大，粗糙不平的凸峰间相互咬合、挤裂，使磨损加剧，表面粗糙度值越大越不耐磨；但表面粗糙度值也不能太小，表面太光滑，因存不住润滑油使接触面间容易发生分子粘接，也会导致磨损加剧。表面粗糙度的最佳值与机器零件的工况有关，载荷加大时，磨损曲线向上向右位移，最佳粗糙度值也随之右移。（2）表面冷作硬化对耐磨性的影响机械加工后的表面，由于冷作硬化使表面层金属的显微硬度提高，可降低磨损。加工表面的冷作硬化，一般能提高耐磨性；但是过度的冷作硬化将使加工表面金属组织变得“疏松”，严重时甚至出现裂纹，使磨损加剧。（3）表面纹理对耐磨性的影响在轻载运动副中，两相对运动零件表面的刀纹方向均与运动方向相同时，耐磨性好；两者的刀纹方向均与运动方向垂直时，耐磨性差，这是因为两个摩擦面在相互运动中，切去了妨碍运动的加工痕迹。但在重载时，两相对运动零件表面的刀绞方向均与相对运动方向一致时容易发生咬合，磨损量反而大；两相对运动零件表面的刀纹方向相互垂直，且运动方向平行于下表面的刀纹方向，磨损量较小。7.1机械加工后的表面质量7.1.2机械加工表面质量对机器使用性能的影响二、表面质量对零件疲劳强度的影响表面粗糙度对零件的疲劳强度影响很大。在交变载荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易产生应力集中，出现疲劳裂纹，加速疲劳破坏。零件上容易产生应力集中的沟槽、圆角等处的表面粗糙度，对疲劳强度的影响更大。减小零件的表面粗糙度，可以提高零件的疲劳强度。零件表面存在一定的冷作硬化，可以阻碍表面疲劳裂纹的产生，缓和已有裂纹的扩展，有利于提高疲劳强度；但冷作硬化强度过高时，可能会产生较大的脆性裂纹反而降低疲劳强度。加工表面层如有一层残余压应力产生，可以提高疲劳强度。在实际加工中，加工表面在发生冷作硬化的同时，必然伴随产生残余应力。残余应力有拉应力和压应力之分，拉伸残余应力将使耐疲劳强度下降，而压缩残余应力则可以使耐疲劳强度提高。三、表面质量对抗腐蚀性能的影响大气中所含的气体和液体与零件接触时会凝聚在零件表面上使表面腐蚀。零件表面粗糙度越大，加工表面与气体、液体接触面积越大，腐蚀作用就越强烈。加工表面的冷作硬化和残余应力，使表层材料处于高能位状态，有促进腐蚀的作用。减小表面粗糙度，控制表面的加工硬化和残余应力，可以提高零件的抗腐蚀性能。①表面粗糙度对耐蚀性的影响零件的耐蚀性在很大程度上取决于表面粗糙度。大气里所含气体和液体与金属表面接触时，会凝聚在金属表面上使金属腐蚀。表面粗糙度值越大，加工表面与气体、液体接触的面积越大，腐蚀物越容易沉积于凹坑中，耐蚀性能就越差。②表面层金属的力学物理性质对耐蚀性的影响当零件表面层有压缩残余应力时，能够阻止表面裂纹的进一步扩大，有利于提高零件表面抵抗腐蚀的能力。7.1机械加工后的表面质量7.1.2机械加工表面质量对机器使用性能的影响四、表面质量对零件配合性质的影响加工表面如果太粗糙，必然要影响配合表面的配合质量。对于间隙配合表面，初期磨损的影响最为显著，零件配合表面的起始磨损量与表面粗糙度的平均高度成正比增加，原有间隙将因急剧的初期磨损而改变，表面粗糙度越大，变化量就越大，从而影响配合的稳定性。对于过盈配合表面，表面粗糙度越大，两表面配合时表面凸峰易被挤掉，这会使过盈量减少，对于过渡配合表面，则兼有上述两种配合的影响。7.1机械加工后的表面质量7.1.2机械加工表面质量对机器使用性能的影响机械加工后的表面粗糙度7.2.1影响加工表面粗糙度的因素分析7.2.2降低表面粗糙度的工艺措施7.2切削加工的表面粗糙度的形成主要为三方面的原因：几何因素、物理因素和工艺系统的振动。形成粗糙度的几何因素是由刀具相对于工件作进给运动时在加工表面上遗留下来的切削层残留面积（图7.2）7.2机械加工后的表面粗糙度7.2.1影响加工表面粗糙度的因素分析切削加工的表面粗糙度值主要取决于切削残留面积的高度。对于刀尖圆弧半径的刀具，工件表面残留面积的高度H为：7.2机械加工后的表面粗糙度7.2.1影响加工表面粗糙度的因素分析对于刀尖圆弧半径的刀具，工件表面残留面积的高度为：切削加工表面粗糙度的实际轮廓形状，一般都与纯几何因素形成的理论轮廓有较大的差别，这是由于切削加工中有塑性变形发生的缘故。加工塑性材料时，切削速度对加工表面粗糙度的影响如图7.3所示。在图示某一切削速度范围内，容易生成积屑瘤，使表面粗糙度增大。加工脆性材料时，切削速度对表面粗糙度的影响不大。7.2机械加工后的表面粗糙度7.2.1影响加工表面粗糙度的因素分析加工相同材料的工件，晶粒越粗大，切削加工后的表面粗糙度值越大。为减小切削加工后的表面粗糙度值，常在加工前或精加工前对工件进行正火、调质等热处理，目的在于得到均匀细密的晶粒组织，并适当提高材料的硬度。磨削加工表面粗糙度的形成也是由几何因素和表面层材料的塑性变形决定的。表面粗糙度的高度和形状是由起主要作用的某一类因素或是某一个别因素决定的。例如，当所选取的磨削用量不至于在加工表面上产生显著的热现象和塑性变形时，几何因素就可能占优势，对表面粗糙度高度起决定性影响的可能是砂轮的粒度和砂轮的修正用量；与此相反，如果磨削区的塑性变形相当显著时，砂轮粒度等几何因素就不起主要作用，磨削用量可能是影响磨削表面粗糙度的主要因素。机械加工中，形成表面粗糙度的主要原因可归纳为三方面：一是到任何工件相对运动轨迹所形成的残留面积——几何因素；二是加工过程中在工件表面产生的塑性变形、积屑瘤、鳞刺和振动等物理因素；三是与加工工艺相关的工艺因素。（1）几何因素在理想切削条件下，由于切削刃的形状和进给量的影响，在加工表面上遗留下来的切削层残留面积就形成了理论表面粗糙度。进给量、刀具主偏角、副偏角越大，刀尖圆弧半径越小，则切削层残留面积就越大，表面就越粗糙。切削加工后表面的实际粗糙度与理论粗糙度有较大的差别，这是由于存在着预备加工材料的性能及切削机理有关的物理因素的缘故。（2）物理因素切削过程中由于刀具的刃口圆角及后刀面的挤压与摩擦，使金属材料发生塑性变形，从而使理论残留面积挤歪或沟纹加深，促使表面粗糙度恶化。7.2机械加工后的表面粗糙度7.2.1影响加工表面粗糙度的因素分析在加工塑性材料而形成带切屑时，在前刀面上容易形成硬度很高的积屑瘤，它可以代替前刀面和切削刃进行切削，使刀具的几何角度、背吃刀量发生变化，其轮廓很不规则，因而是工件表面上出现深浅和宽窄不断变化的刀痕，有些积屑瘤嵌入工件表面，增加了表面粗糙度。此外，切削加工时的振动，使工件表面粗糙度增大。（3）工艺因素与表面粗糙度有关的工艺因素有切削用量、工件材质及切削刀具有关的因素。7.2机械加工后的表面粗糙度7.2.1影响加工表面粗糙度的因素分析（1）选择合理的切削用量切削速度Vc对表面粗糙度的影响比较复杂，一般情况下在低速或高速切削时，不会产生积屑瘤，故加工后表面粗糙度值较小。在切削速度Vc为20～50m/min加工塑性材料时，常容易出现积屑瘤和磷刺，再加上切屑分离时的挤压变形和撕裂作用使表面粗糙度更加恶化。切削速度越高，切削过程中切屑和加工表面层的塑性变形程度越小，加工后表面粗糙度值也就越小。在粗加工和半精加工中，当进给量f≥0.15mm/r时进给量大小决定了加工表面残留面积的大小，因而，适当地减少进给量将使表面粗糙度值减少。一般来说背吃刀量对加工表面粗糙度的影响是不明显的。但当背吃刀量ap<0.02～0.03㎜时，由于刀刃不可能刃磨得绝对尖锐而具有一定的刃口半径，正常切削就不能维持，常出现挤压，打滑和周期性地切入加工表面，从而使表面粗糙度值增大。（2）选择合理的刀具几何参数增大刃倾角对降低表面粗糙度有利。因为刃倾角增大，实际工作前角也随之增大，切削过程中的金属塑性变形程度随之下降，于是切削力F也明显下降，这会显著地减轻工艺系统的振动，从而使加工表面的粗糙度值减少。减少刀具的主偏角和副偏角及增大刀尖圆弧半径，可减少切削残留面积，使其表面粗糙度值减少。7.2机械加工后的表面粗糙度7.2.2降低表面粗糙度的工艺措施增大刀具前角使刀具易于切入工件，塑性变形小，有利于减少表面粗糙度。但当前角太大，刀刃有嵌入工件的倾向，反而使表面变粗糙。当前角一定时，后角越大，切削刃钝圆半径越小，刀刃越锋利；同时，还能减少后刀面与加工表面间的摩擦和挤压，有利于减少表面粗糙度值。但后角太大削弱了刀具的强度，容易产生切削振动，使表面粗糙度值增大。（3）改善工件材料的性能采用热处理工艺以改善工件材料的性能是减小其表面粗糙度值的有效措施。例如，工件材料金属组织的晶粒越均匀，粒度越细，加工时越能获得较小的表面粗糙度值。（4）选择合适的切削液切削液的冷却和润滑作用均对减小其表面的粗糙度值有利，其中更直接的是润滑作用，当切削液中含有表面活性物质如硫、氯等化合物时，润滑性能增强，能使切削区金属材料的塑性变形程度下降，从而减少了加工表面的粗糙度值。7.2机械加工后的表面粗糙度7.2.2降低表面粗糙度的工艺措施（5）选择合适的刀具材料不同的刀具材料，由于化学成分的不同，在加工时刀面硬度及刀面粗糙度的保持性，刀具材料与被加工材料金属分子的亲合程度，以及刀具前后刀面与切屑和加工表面间的摩擦因数等均有所不同。（6）防止或减小工艺系统振动工艺系统的低频振动，一般在工件的加工表面上产生表面波度，而工艺系统的高频振动将对加工的表面粗糙度产生影响。为降低加工的表面粗糙度，则必须采用相应措施以防止加工过程中高频振动的产生。7.2机械加工后的表面粗糙度7.2.2降低表面粗糙度的工艺措施机械加工后的表面层的物理机械性能7.3.1表面层材料的冷作硬化7.2.2表面层材料金相组织变化7.37.2.3面层残余应力7.2.4表面质量与零件使用性能一、冷作硬化及其评定参数切削过程中产生的塑性变形，会使表层金属的晶格发生扭曲、畸变，晶粒间产生剪切滑移，晶粒被拉长，甚至破碎，这些都会使表层金属的硬度和强度提高，这种现象称作冷作硬化，亦称强化。冷作硬化的程度取决于塑性变形的程度。被冷作硬化的金属处于高能位的不稳定状态，只要一有可能，金属的不稳定状态就要向比较稳定的状态转化，这种现象称为弱化。弱化作用的大小取决于温度的高低、热作用时间的长短和表层金属的强化程度。由于在加工过程中表层金属同时受到变形和热的作用，加工后表层金属的最后性质取决于强化和弱化综合作用的结果。评定冷作硬化的指标是：表层金属的显微硬度HV，硬化层深度h和硬化程度N，N＝［（HV－HV）／HV］×100％，式中HV为工件内部金属的显微硬度。二、

影响冷作硬化的因素（1）刀具的影响切削刃钝圆半径越大，已加工表面在形成过程中受挤压程度越大，加工硬化也越大；当刀具后刀面的磨损量增大时，后刀面与已加工表面的摩擦随之增大，冷作硬化程度也增加；减小刀具的前角，加工表面层塑性变形增加，切削力增大，冷作硬化程度和深度都将增加。（2）切削用量的影响切削速度增大时，刀具对工件的作用时间缩短，塑性变形不充分，随着切削速度的增大和切削温度的升高，冷作硬化程度将会减小。背吃刀量和进给量f增大，塑性变形加剧，冷作硬化加强。7.3机械加工后的表面层的物理机械性能7.3.1表面层材料的冷作硬化（3）加工材料的影响被加工工件材料的硬度愈低、塑性越大时，冷硬现象愈严重。有色金属的再结晶温度低，容易弱化，因此，切削有色合金工件时的冷硬倾向程度要比切削钢件时小。7.3机械加工后的表面层的物理机械性能7.3.1表面层材料的冷作硬化（加工表面温度超过相变温度时，表层金属的金相组织将会发生相变。切削加工时，切削热大部分被切屑带走，因此影响较小，多数情况下，表层金属的金相组织没有质的变化。磨削加工时，切除单位体积材料所需消耗的能量远大于切削加工，磨削加工所消耗的能量绝大部分要转化为热，磨削热传给工件，使加工表面层金属金相组织发生变化。磨削淬火钢时，会产生三种不同类型的烧伤：如果磨削区温度超过马氏体转变温度而未超过相变临界温度（碳钢的相变温度为723℃），这时工件表层金属的金相组织，由原来的马氏体转变为硬度较低的回火组织（索氏体或托氏体），这种烧伤称为回火烧伤；如果磨削区温度超过了相变温度，在切削液急冷作用下，使表层金属发生二次淬火，硬度高于原来的回火马氏体，里层金属则由于冷却速度慢，出现了硬度比原先的回火马氏体低的回火组织，这种烧伤称为淬火烧伤；若工件表层温度超过相变温度，而磨削区又没有冷却液进入，表层金属产生退火组织，硬度急剧下降，称之为退火烧伤。磨削烧伤严重影响零件的使用性能，必须采取措施加以控制。控制磨削烧伤有两个途径：一是尽可能减少磨削热的产生；二是改善冷却条件，尽量减少传入工件的热量。采用硬度稍软的砂轮，适当减小磨削深度和磨削速度，适当增加工件的回转速度和轴向进给量，采用高效冷却方式（如高压大流量冷却、喷雾冷却、内冷却）等措施，都可以降低磨削区温度，防止磨削烧伤。7.3机械加工后的表面层的物理机械性能7.3.2表面层材料金相组织变化一、（加工表面产生残余应力的原因（1）表层材料比容增大切削过程中加工表面受到切削刃钝圆部分与后刀面的挤压与摩擦，产生塑性变形，由于晶粒碎化等原因，表层材料比容增大。由于塑性变形只在表面层产生，表面层金属比容增大，体积膨胀，不可避免地要受到与它相连的里层基体材料的阻碍，故表层材料产生残余压应力，里层材料则产生与之相平衡的残余拉应力。（2）切削热的影响切削加工中，切削区会有大量的切削热产生，工件表面的温度往往很高。（3）金相组织的变化切削时的高温会使表面层的金相组织发生变化。不同的金相组织有不同的密度，亦即具有不同的比容。表面层金属金相组织变化引起的体积变化，必然受到与之相连的基体金属的阻碍，因此就有残余应力产生。当表面层金属体积膨胀时，表层金属产生残余压应力，里层金属产生残余拉应力；当表面层金属体积缩小时，表层金属产生残余拉应力，里层金属产生残余压应力。7.3机械加工后的表面层的物理机械性能7.3.3表面层残余应力二、零件主要工作表面最终加工工序加工方法的选择工件加工最终工序加工方法的选择至关重要，因为最终工序在被加工工件表面上留下的残余应力将直接影响机器零件的使用性能。工件加工最终工序加工方法的选择与机器零件的失效形式密切相关。机器零件失效主要有以下三种不同的形式：（1）疲劳破坏在交变载荷的作用下，机器零件表面开始出现微观裂纹，之后在拉应力的作用下使裂纹逐渐扩大，最终导致零件断裂。从提高零件抵抗疲劳破坏能力的角度考虑，最终工序应选择能在加工表面（尤其是应力集中区）产生压缩残余应力的加工方法。（2）滑动磨损两个零件作相对滑动，滑动面将逐渐磨损。滑动磨损的机理十分复杂，它既有滑动摩擦的机械作用，又有物理化学方面的综合作用（例如粘接磨损，扩散磨损，化学磨损）。（3）滚动磨损两个零件作相对滚动，滚动面会渐渐磨损。滚动磨损主要来自滚动摩擦的机械作用，也有来自粘接、扩散等物理、化学方面的综合作用。7.3机械加工后的表面层的物理机械性能7.3.3表面层残余应力一、表面质量对耐磨性的影响（1）表面粗糙度对耐磨性的影响表面粗糙度对零件表面磨损的影响很大，一般说来，表面粗糙度值越小，其耐磨性越好。但是表面粗糙度值太小，因接触面容易发生分子粘接且润滑液不易储存，磨损反而增加。因此，就磨损而言，存在一个最优表面粗糙度值。（2）表面纹理对耐磨性的影响表面纹理的形状及刀纹方向对耐磨性也有一定影响，其原因在于纹理形状及刀纹方向将影响有效接触面积与润滑液的存留。一般来说，圆弧状、凹坑状表面纹理的耐磨性好；尖峰状的表面纹理由于摩擦副接触面压强大，耐磨性差。在运动副中，两相对运动零件表面的刀纹方向均与运动方向相同时，耐磨性较好；两者的刀纹方向均与运动方向相反时，耐磨性最差；其余情况居于上述两种状态之间。（3）冷作硬化对耐磨性的影响加工表面的冷作硬化，一般都能使耐磨性有所提高。但并不是说冷作硬化的程度越高，耐磨性也越高，这是因为过度的硬化将引起金属组织的疏松，会加速零件的磨损。二、表面质量对耐疲劳性的影响（1）表面粗糙度对耐疲劳性的影响表面粗糙度对承受交变载荷零件的疲劳强度影响很大。在交变载荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起应力集中，产生疲劳裂纹。表面粗糙度值越小，表面缺陷越小，工件耐疲劳性越好；反之，其抗疲劳破坏的能力越差。表面粗糙度对耐疲劳性的影响还与材料对应力集中的敏感程度和材料的强度极限有关。钢材对应力集中最为敏感，钢材的强度极限越高，对应力集中的敏感程度就越大，而铸铁和有色金属对应力集中的敏感性较弱。7.3机械加工后的表面层的物理机械性能7.3.4表面质量与零件使用性能（2）表面层金属的力学物理性质对耐疲劳性的影响表面层金属的冷作硬化能够阻止疲劳裂纹的生长，可提高零件的耐疲劳强度。在实际加工中，加工表面在发生冷作硬化的同时，必然伴随产生残余应力。残余应力有拉应力和压应力之分，拉伸残余应力将使耐疲劳强度下降，而压缩残余应力则可以使耐疲劳强度提高。二、表面质量对耐蚀性的影响（1）表面粗糙度对耐蚀性的影响零件的耐蚀性在很大程度上取决于表面粗糙度。大气里所含气体和液体与金属表面接触时，会凝聚在金属表面上使金属腐蚀。表面粗糙度值越大，加工表面与气体、液体接触的面积越大，腐蚀物越容易沉积于凹坑中，耐蚀性能就越差。（2）表面层金属的力学物理性质对耐蚀性的影响当零件表面层有压缩残余应力时，能够阻止表面裂纹的进一步扩大，有利于提高零件表面抵抗腐蚀的能力。三、表面质量对零件配合质量的影响加工表面如果太粗糙，必然要影响配合表面的配合质量。对于间隙配合表面，初期磨损的影响最为显著，零件配合表面的起始磨损量与表面粗糙度的平均高度成正比增加，原有间隙将因急剧的初期磨损而改变，表面粗糙度越大，变化量就越大，从而影响配合的稳定性。对于过盈配合表面，表面粗糙度越大，两表面配合时表面凸峰易被挤掉，这会使过盈量减少，对于过渡配合表面，则兼有上述两种配合的影响。7.3机械加工后的表面层的物理机械性能7.3.4表面质量与零件使用性能控制加工表面质量的工艺途径7.4.1防止磨削烧伤和磨削裂纹的工艺途径7.4.2采用冷压强化工艺7.47.4.3采用精密和光整加工工艺一、选择合理的磨削参数为了直接减少磨削热的发生，降低磨削区的温度，应合理选择磨削参数；减少砂轮速度和背吃刀量；适当提高进给量和工件速度。但这会使粗糙度值增大而造成矛盾。生产中比较可行的办法是通过试验来确定磨削参数：先按初步选定的磨削参数试磨，检查工件表面热损伤情况，据此调整磨削参数直至最后确定下来。另一种办法是在磨削过程中连续测量磨削区温度，然后控制磨削参数。国外研究通过计算机进行过程控制磨削和自适应磨削等方法来减少磨削热。二、选择有效的冷却方法选择适宜的磨削液和有效的冷却方法。如采用高压大流量冷却、内冷却或为减轻高速旋转的砂轮表面的高压附着气流的作用，加装空气挡板，以使冷却液能顺利地喷注到磨削区。7.4控制加工表面质量的工艺途径7.4.1防止磨削烧伤和磨削裂纹的工艺途径一、喷丸喷丸是一种用压缩空气或离心力将大量直径细小（Φ0.4～2mm）的丸粒（钢丸、玻璃丸）以35～50mm/s的速度向零件表面喷射的方法。喷丸的结果使工件表面层产生很大的塑性变形，造成表面的冷作硬化及残余应力。喷丸后零件的使用寿命可提高数倍至数十倍。例如，齿轮可提高4倍，螺旋弹簧可提高55倍以上。喷丸强化是利用大量快速运动的珠丸打击被加工工件表面，使工件表面产生冷硬层和残余压应力，可显著提高零件的疲劳强度和使用寿命。珠材可以为铸铁，也可以是切成小段的钢丝（使用一段时间之后，自然变成球形）。对于铝质工件，为避免表面残留铁质微粒而引起电解腐蚀，宜采用铝丸或玻璃丸。对于尺寸较小、表面粗糙度值要求较小的工件，采用直径较小的珠丸。喷丸强化主要用于强化形状复杂或不宜用其它方法强化的工件，例如，板弹簧、螺旋弹簧、连杆、齿轮、焊缝等。二、滚压滚压加工是利用经过淬硬和精细研磨过的滚轮或滚珠，在常温状态下对金属表面进行挤压，将表层的凸起部分向下压，凹下部分往上挤，逐渐将前工序留下的波峰压平，从而修正工件表面的微观几何形状。此外，它还能使工件表面金属组织细化，形成压缩残余应力。滚压加工可降低表粗糙度3～5级，表面硬度一般可提高10％～40％，表层金属的耐疲劳强度一般可提高30％～50％7.4控制加工表面质量的工艺途径7.4.2采用冷压强化工艺一、精密加工工艺精密加工艺的加工精度主要由高精度的机床保证。精密加工的切削深度和进给量一般很小，切削速度则很高或极低，加工时尽可能进行充分的冷却润滑，以有利于最大限度地排除切削力、切削热对加工质量的影响，并有利于降低表面粗糙度。精密加工切削效率不高，故加工余量不能太大，所以对前道工序有较高的要求。二、光整加工工艺光整加工是用粒度很细的磨料对工件表面进行微量切削和挤压、擦光的过程。光整加工是按照随机创制成形原理，加工中磨具与工件的相对运动尽可能复杂，尽可能使磨料不走重复的轨迹，让工件加工表面各点都受到具有很大随机性的接触条件，以突出它们间的高点，进行相互修整，使误差逐步均化而得到消除，从而获得极光的表面和高于磨具原始精度的加工精度。7.4控制加工表面质量的工艺途径7.4.3采用精密和光整加工工艺机械加工过程中的振动问题7.5.1机械加工过程中的强迫振动7.5.2机械加工过程中的自激振动（颤振）7.57.5.3自激振动的激振机理7.5.4控制机械加工振动的途径机械加工过程中产生的振动，是一种十分有害的现象，这是因为：1）刀具相对于工件振动会使加工表面产生波纹，这将严重影响零件的使用性能。2）刀具相对于工件振动，切削截面、切削角度等将随之发生周期性变化，工艺系统将承受动态载荷的作用，刀具易于磨损（有时甚至崩刃），机床的连接特性会受到破坏，严重时甚至使切削加工无法进行。3）为了避免发生振动或减小振动，有时不得不降低切削用量，致使机床、刀具的工作性能得不到充分发挥，限制了生产效率的提高。综上分析可知，机械加工中的振动对于加工质量和生产效率都有很大影响，须采取措施控制振动。7.5机械加工过程中的振动问题机械加工过程中的强迫振动是指在外界周期性干扰力的持续作用下，振动系统受迫产生的振动。机械加工过程中的强迫振动与一般机械振动中的强迫振动没有本质上的区别。机械加工过程中的强迫振动的频率与干扰力的频率相同或是其整数倍；当干扰力的频率接近或等于工艺系统某一薄弱环节固有频率时，系统将产生共振。强迫振动的振源有来自于机床内部的机内振源和来自机床外部的机外振源。机外振源甚多，但它们都是通过地基传给机床的，可以通过加设隔振地基来隔离外部振源，消除其影响。机内振源主要有：机床上的带轮、卡盘或砂轮等高速回转零件因旋转不平衡引起的振动；机床传动机构的缺陷引起的振动；液压传动系统压力脉动引起的振动；由于断续切削引起的振动等。如果确认机械加工过程中发生的是强迫振动，就要设法查找振源，以便消除振源或减小振源对加工过程的影响。7.5机械加工过程中的振动问题7.5.1机械加工过程中的强迫振动与强迫振动相比，自激振动具有以下特征：l）机械加工中的自激振动是指在没有周期性外力（相对于切削过程而言）干扰下产生的振动运动。2）自激振动的频率接近于系统某一薄弱振型的固有频率。7.5机械加工过程中的振动问题7.5.2机械加工过程中的自激振动（颤振）自激振动是由振动过程本身引起切削力周期性变化，又由这个周期性变化的切削力反过来加强振动，使振动系统补充了由阻尼作用而消耗的能量，让振动维持下去。切削过程中产生的自激振动是频率较高的不衰减振动，又称颤振，约占振动的65%。一、振纹再生原理在刀具进行切削的过程中，若受到一个瞬时的偶然扰动力的作用，刀具与工件便会产生相对振动（属自由振动），振动的幅值将因系统阻尼的存在而逐渐衰减。但该振动会在已加工表面上留下一段振纹。当工件转过一转后，刀具便会在留有振纹的表面上进行切削，切削厚度时大时小，这就有动态切削力产生。如果机床加工系统满足产生自激振动的条件，振动便会进一步发展到持续的振动状态。我们将这种由于切削厚度变化效应（简称再生效应）而引起的自激振动称为再生型切削颤振。切削过程一般都是部分地或完全地在有振纹（波纹）的表面上进行的，车削、铣削、刨削、钻削、磨削等均不例外，由振纹再生效应引发的再生型切削颤振是机床切削的主要形态。7.5机械加工过程中的振动问题7.5.3自激振动的激振机理产生再生型颤振的条件，一般说，本转（次）切削的振纹与前转（次）切削的振纹总不会完全同步，它们在相位上有一个差值。设本转（次）切削的振动运动为则上转（次）切削的振动运动为。7.5机械加工过程中的振动问题7.5.3自激振动的激振机理二、振型耦合原理实际振动系统一般都是多自由度系统。实际的振动系统一般都是多自由度系统，图7.6表示的是一个二自由度振动系统。假设切削前的表面是完全光滑的（即不考虑再生效应），如果切削过程中因偶然干扰使刀架系统产生角频率为ω的振动运动，则刀架将沿两刚度主轴同时振动，由于振动系统是二自由度系统，刀具（刀尖）的振动轨迹一般都不是直线，而是一个椭圆形的封闭曲线。水平方向和竖直方向的相位差不同，振动系统将有不同的振动轨迹。如果刀架振动运动的实际轨迹是沿椭圆曲线的顺时针方向行进的，如图所示，则刀具顺时针从A到B做振入运动时，切削厚度较薄，切削力较小；而在刀具顺时针从B到A做振出运动时，切削厚度较大，切削力较大。此时满足自激振动条件，故有自激振动产生。这种由于振动系统在各主振模态间互相耦合、互相关联而产生的自激振动，称为振型耦合型颤振。7.5机械加工过程中的振动问题7.5.3自激振动的激振机理一、消除或减弱产生振动的条件1．消除或减弱产生强迫振动的条件（1）消除或减小内部振源机床上的高速回转零件必须满足动平衡要求；提高传动元件及传动装置的制造精度和装配精度，保证传动平稳；使动力源与机床本体分离。（2）调整振源的频率通过改变传动比，使可能引起强迫振动的振源频率远离机床加工系统薄弱环节的固有频率，避免产生共振。（3）采取隔振措施使振源产生的部分振动被隔振装置所隔离或吸收。隔振方法有两种，一种是主动隔振，阻止机内振源通过地基外传；另一种是被动隔振，阻止机外干扰力通过地基