机械加工质量3-5

1、第三节 加工误差的统计分析要求掌握的内容：加工误差的分类直方图的绘制，判定生产过程是否稳定工序能力指数的计算点图的绘制及应用一、加工误差的性质工件的加工误差往往带有随机性，对于受多个随机因素综合作用的工艺系统，只有用概率统计的方法分析加工误差，才能得到符合实际的结果。加工误差的统计分析方法，不仅可以客观评定工艺过程的加工精度，评定工序能力系数，而且还可以用来预测和控制工艺过程的精度。误差的性质系统误差常值系统误差变值系统误差随机误差系统性误差：在顺序加工一批工件中，其大小和方向均不改变，或按一定规律变化的加工误差。常值性系统误差：在顺序加工一批工件时，加工误差的大小和方向皆不变，此误差称为常值

2、性系统误差；例如原理误差，定尺寸刀具的制造误差等。变值性系统误差：在顺序加工一批工件时，按一定规律变化的加工误差，称为变值性系统误差；例如，当刀具处于正常磨损阶段车外圆时，由于车刀尺寸磨损所引起的误差。常值性系统误差与加工顺序无关，变值性系统误差与加工顺序有关。对于常值性系统误差，若能掌握其大小和方向，可以通过调整消除；对于变值性系统误差，若能掌握其大小和方向随时间变化的规律，也可通过采取自动补偿措施加以消除。1、系统性误差2、随机性误差随机性误差：在顺序加工一批工件时，加工误差的大小和方向都是随机变化的，这些误差称为随机性误差。例如，由于加工余量不均匀、材料硬度不均匀等原因引起的加工误差，工

3、件的装夹误差、测量误差等均属随机性误差。随机误差是工艺系统中大量随机因素共同作用而引起的。可以通过分析随机性误差的统计规律，对工艺过程进行控制。 随机误差和系统误差的划分不是绝对的，二者既有区别又有联系。同一原始误差在不同条件下引起的可能是随机误差，也可能是系统误差。常值性误差：查明大小和方向，可通过相应的调整或检修工艺装备或制造人为误差来抵消常值误差。变值性误差：摸清其变化规律后，可以进行自动连续补偿和自动周期补偿。随机误差：无明显规律，难以完全消除，只能查明根源，给予尽量减小。3、加工误差的解决途径例：常值系统误差的因素有： 机床几何误差、调整误差、工艺系统受力变形。变值系统误差有： 机床

4、、刀具、夹具热变形，刀具磨损引起的加工误差。随机误差的因素有： 工件定位误差、夹紧误差、毛坯余量不均引起的误差复映生产中的加工误差问题生产中常以复杂因素出现加工误差问题，这些误差不能采用单因素分析法来衡量其因果关系，更不能从单个工件的检查得出结论。单个工件不能暴露出误差的性质和变化规律，单个工件不能代表整批工件的误差大小。 一批工件加工中，即存在变值性误差，也存在随机误差，这时单个工件的误差是不断变化的，凭单个工件推断整批工件误差是不可靠的，所以采用统计分析法。二、加工误差的统计分析1、分布图分析法 运用数理统计原理和方法，根据被测质量指标（实测数据）的统计性质，对工艺过程进行分析（计算工件的

5、误差、划分性质）和控制（消除或控制误差）。 分析方法有：分布图法和点图分析法。1）实际分布曲线直方图 在一批零件的加工过程中，随机抽取样本，测量各零件的加工尺寸，把测得的数据记录下来，按尺寸大小将整批工件进行分组，每一组中的零件尺寸处在一定的间隔范围内。同一尺寸间隔内的零件数量称为频数，频数与该批零件总数之比称为频率。 以工件尺寸为横坐标，以频数或频率为纵坐标，即可作出该工序工件加工尺寸的实际分布图直方图。 连接直方图中每一直方宽度的中点（组中值）得到一条折线，即实际分布曲线 。 直方图的作法 R极差 收集数据 磨削一批轴径 的工件，试绘制工件加工尺寸的直方图。样本容量通常取 n = 5020

6、0，找出数据中的最大值和最小值本例：取n=100，最大值xmax=54，最小值xmin=16n2540406060100100100160160250k678101112分组数k的选取表本例：n= 100，取K = 9 确定分组数 把样本数据按下表初选分组数 k，一般每组4-5个数据 计算组距 组与组的间距 h 取计量单位的整数值 本例： 计算组中值 确定组界 第一组的上下界限其余各组的上下界限：第一组上=第二组下，第二组上=组距+本周下界限，其余类推。本例：第一组上限值第一组下限值其他组类推其余各组的中心值：本例：第一组中心值其他组类推 记录各组数据，作出频数表 数据统计各组尺寸、频数，填入

7、表中。# 画直方图 计算样本平均差和标准差 平均差标准差本例：按表列数据，以频率为纵坐标，组距为横坐标，画出直方图直方图 在直方图上作出最大极限尺寸及最小极限尺寸，并计算 和6S=53.4m，略大于公差（T=50 m),说明本工序的加工精度稍微不足；分散中心 与公差带中心基本重合，说明机床调整误差（常值系统误差）很小。 直方图的应用 实际直方图形状与标准直方图基本相符，加工过程稳定 尺寸分散范围小于公差带，且分布中心与公差带中心重合，两边都有余地，不会出现废品 尺寸分散范围小于公差带，但分布中心与公差带中心不重合，有超差的可能性。要调整，防止出现废品 直方图的应用 尺寸分散范围恰好等于公差带，

8、稍有波动就会产生废品。要采取措施减小分散范围 尺寸分散范围大于其公差带，必然产生废品。要采取措施减小加工误差或选择其他加工方法2）理论分布曲线 实践和理论分析表明，当用调整法加工一批总数极多的而且这些误差因素中又都没有任何优势的倾向时，其分布服从正态分布曲线(又称高斯曲线) 。正态分布曲线方程式为：式中 Y正态分布的概率密度 X随机变量（工件尺寸） 正态分布曲线的均值； 正态分布曲线的标准偏 差（均方根偏差）。yF（z）正态分布曲线( z = 0 )x(z)0z-+ 正态分布曲线 理论上的正态分布曲线是向两边无限延伸的，而在实际生产中产品的特征值（如尺寸值）却是有限的。因此用有限的样本平均值

9、和样本标准偏差S 作为理论均值和标准偏差的估计值。由数理统计原理得有限测定值的计算公式如下：yF（z）正态分布曲线( z = 0 )x(z)0z-+ 平均值 决定正态分布曲线的位置 联系到加工误差的两种表现特性，显而易见，随机误差引起尺寸分散，常值系统误差决定分散带中心位置，而变值系统误差则使中心位置随着时间按一定规律移动。xy0231xy0a）=0.5=1=2b）、 对正态分布曲线的影响 特征值 如果改变参数的值而保持不变，则分布曲线沿着X轴平移而不改变其形状，如图a。 标准差 决定正态分布曲线的形状 如果使值固定不变，值变化时分布曲线形状就变化了，如图b。所以正态分布曲线的形状是由标准偏差

10、来决定的，的大小完全由随机误差所决定。瘦高瘦高矮胖正态分布曲线的特性曲线对称于直线X,在X处达到极大值。 正态曲线的这些特性表明被加工零件的尺寸靠近分散中心(均值)的工件占大部分，而尺寸远离分散中心的工件是极少数，而且工件尺寸大于和小于的频率是相等的。正态分布曲线下的面积A代表了工件(样本)的总数，即100。 其中X -=3范围内的面积占99.73%，因此取正态分布曲线的分布范围为3。 3（或6）在研究加工误差时是一个很重要的概念。6的大小代表了某一种加工方法在规定的条件下所能达到的加工精度。一般情况下，应该使所选择的加工方法的标准偏差与公差带的宽度之间有如下关系：6T 工件的实际分布，有时并

11、不接近正态分布 xy0a）双峰分布 双峰分布：两次调整下加工的工件或两台机床加工的工件混在一起xy0b）平顶分布xy0c）偏向分布 平顶分布：工件瞬时尺寸分布呈正态，其算术平均值近似成线性变化（如刀具和砂轮均匀磨损) 偏向分布：如工艺系统存在显著的热变形，或试切法加工孔时宁小勿大，加工外圆时宁大勿小几种非正态分布 非正态分布平顶分布曲线不对称分布曲线双峰分布曲线轴孔刀具磨损刀具热变形两次调整加工工件混在一起尺寸分散范围相对分布系数非正态分布（非高斯分布） 判断加工误差的性质 按照加工误差的性质：常值系统误差决定尺寸分散中心的位置；变值系统误差决定尺寸分散中心位置按照时间的变化规律；随机误差引起

12、尺寸分散，决定尺寸分布曲线形状。 若加工中存在若干随机变量的影响，那么尺寸分布就服从正态分布,这是判断加工误差性质的基本方法。 若分布图的尺寸分散中心（ ）偏离公差带分布中心，则存在常值系统误差，其大小等于分布中心与公差带中心的偏移量。而6大小即表明了随机误差的大小。3）正态分布曲线的应用直方图 在多次统计的 基础上，按照每一种加工方法求得其标准差，按分散范围等于6的规律，即可确定各种加工方法所能达到的加工精度。6大，则曲线平坦尺寸分布范围大加工方法的加工精度低 确定各种加工方法所能达到的加工精度直方图 工序能力等级：指工序能满足加工精度要求的程度，以工艺能力系数（CP）表示。CP1.67 特

13、级，过高，可以允许有异常波动，但不一定经济。1.67CP 1.33 一级，足够，可以允许一定的异常波动1.33CP1.0 二级，勉强，必须密切注意1.0CP0.67 三级，不足，会出现少量的不合格品CP0.67 四级，很差，必须加以改进工序能力：指工序处于稳定、正常状态时，该工序加工误差正常波动的幅值。当加工尺寸符合正态分布时，其尺寸分散范围等于6，所以工序能力即为6。确定工序能力及其等级直方图 分布曲线下所包含的全部面积代表一批加工零件，即100零件的实际尺寸都在这一分布范围内。如图所示C点代表规定的最小极限尺寸 Amin，CD代表零件的公差带，在曲线下面C、D两点之间的面积代表加工零件的合

14、格率。曲线下面其余部分的面积（图上无阴影线的部分）则为废品率。在加工外圆时，图上左边无阴影线部分相当于不可修复的废品，右边的无阴影线部分则为可修复的废品；在加工内孔时，则恰好相反。 若工件公差为，则：当分散中心与公差带中心重合，不产生废品的条件是6；当分散中心与公差带中心重合，不产生废品的条件是 6 2系统 。尺寸过大或过小的废品率均由下式计算： Q废品率0.5 A 估计合格品率或不合格品率分布曲线法未考虑零件的加工先后顺序，不能反映出系统误差的变化规律及发展趋势； 4）分布曲线的缺点只有一批零件加工完后才能画出，不能在加工进行过程中提供工艺过程是否稳定的必要信息； 发现问题后，对本批零件已无

15、法补救。 在工艺过程中使用分布图分析法是分析工艺过程精度的一种方法，其前提是加工工艺过程是稳定的。 分析加工工艺过程是否稳定，可以使用点图分析法。 估计合格品率或不合格品率+XminXmax不可修复废品可修复废品Xmax=X2=D+esXmin=X1=D-ei计算举例：例：加工一批外圆，尺寸公差T=0.3mm，加工完的分布曲线中已知=0.05，=+0.05。求可修复的废品率和不可修复的废品率。解：已知： =+0.05 0可修复的废品率=0.5-0.4772=0.0228=2.28%不可修复的废品率=0.5-0.499968=0.000032=0.0032%+x1x2合格品率？常值系统误差？随机

16、误差？改进措施？# 105 检查一批在卧式镗床上精镗后的活塞销孔直径。图纸规定尺寸与公差为 ，抽查件数n=100，分组数k=6。测量尺寸、分组间隔、频数和频率见表。求实际曲线分布图、工艺能力及合格率，分析出现废品的原因并提出改进意见。 【例题 】# 10612、点图分析法在加工过程中，按工件的加工过程，每隔一定时间抽取样本，作出加工尺寸随时间或加工顺序变化的图称为点图。用点图来评价工艺过程稳定性采用的是顺序样本，即样本是由工艺系统在一次调整中，按顺序加工的工件组成。这样的样本可以得到在时间上与工艺过程运行同步的有关信息，反映出加工误差随时间变化的趋势。而分布图分析法采用的是随机样本，不考虑加工

17、顺序，而且是对加工好的一批工件有关数据处理后才能作出分布曲线。工件尺寸样组序号a差带T控制限样组序号c）AABOOB工件尺寸 图说明 以样组序号为横坐标，以 和 为纵坐标。UCL、LCL为上、下控制线。均值点图上的点代表瞬时分散中心的位置，表明系统性误差的变化趋势。极差点图上的点代表瞬时分散范围，表明加工过程随机性误差的变化趋势。 图基本形式 图是平均值 控制图和极差 控制图联合使用时的统称。前者控制工艺过程质量指标的分布中心，后者控制工艺过程质量指标的分散程度。(a)点图：均值点图反映了加工尺寸分布中心(系统误差)的变化 (b)点图：极差点图反映了加工尺寸分布范围(

18、随机误差)的变化 每隔一段时间，随机顺序抽取小样本，通常每组n=2-10个样本,组数k=25组。 计算均值 和极差R； 确定中心线 、R 和上下控制线； 定期描点。xx均值-极差点图作法R 图：图： A2、D1、D2 数值见教材180页表6-8。3）点图分析法的应用 工艺过程稳定性点子正常波动工艺过程稳定点子异常波动工艺过程不稳定 图R 图UCL=19.67CL=8.900510样组序号1520LCL=00510样组序号1520 x 图LCL=11.57UCL=21.89CL=16.73 稳定性判别 图分析 没有点子超出控制限 大部分点子在中心线上下波动，小部分点子靠近控制限 点子变化没有明显

19、规律性（如上升、下降倾向，或周期性波动）同时满足上述3条为稳定 稳定性判别统计学实质检验瞬时分布（短时间小样本）特 征值的一致性 用辅助支承提高工件刚度减少加工误差例如细长轴的车削，如图a利用中心架，缩短切削力作用点和支承点的距离可以提高工件的刚度近8倍。图b采用跟刀架也可提高工件的刚度。图c在卡盘加工中用了后顶尖支承后工件刚度显著提高。若后顶尖用弹簧活动顶尖，还可进一步消除热变形引起热伸长的危害。第四节 提高加工精度的工艺措施1、减小和消除原始误差 减小和消除原始误差是提高加工精度的主要途径。误差转移法是把原始误差从误差敏感方向转移到误差的非敏感方向。转移工艺系统的几何误差、受力变形和热变形

20、等。2误差转移法把原始误差从误差敏感方向转移到误差的非敏感方向3误差分组法误差分组就是将加工精度要求高，并且很难到达到的公差范围扩大，然后精密测量全部零件，将零件分组，再相应装配起来。如因上一道工序的加工误差过大，由于误差复映等原因，使得本工序不能保证工序加工要求时，可以采用误差分组的办法，将上工序加工的工件按实测尺寸分为n组，使每组工件的误差分散范围缩小为原来的1/n，然后按组调整刀具与工件的相对位置，就可显著减小上工序加工误差对本工序加工精度的影响。组号工件内孔尺寸mm心轴尺寸mm配合精度mm1250+0.00425.0020.002225+0.004+0.00825.0060.00232

21、5+0.008+0.01325.011+0.002-0.003心轴装夹齿轮剃齿分组（齿轮250+0.013，心轴25.002）4、就地加工法就地加工法是全部零件按经济精度制造，然后装配成部件或产品，且各零部件之间具有工作时要求的相对位置，最后以一个表面为基准加工另一个有位置精度要求的表面，实现最终精加工，这就是“就地加工”法，也称自身加工修配法。 “就地加工”的要点，就是要求保证部件间什么样的位置关系，就在这样的位置关系上利用一个部件装上刀具去加工另一个部件。如：卡盘平面的垂直度，修正卡盘爪的同心度。5误差平均法误差均分法就是利用有密切联系的表面之间的相互比较和相互修正或者利用互为基准进行加工

22、，以达到很高的加工精度。如“三板互易”、“易位法”等。如：对研，精密丝杠和螺母 研具。 互研的过程就是误差不断减少的过程。误差补偿法是人为地造出一种新的原始误差，去抵消原来工艺系统中存在的原始误差，尽量使两者大小相等、方向相反而达到使误差抵消得尽可能彻底的目的，图4-42车精密丝杠的螺距误差补偿装置，结果表明，采取补偿措施后，单个螺距误差可减少89，累积螺距误差可减少99，误差补偿效果显著。6、误差补偿法1-工件 2-螺母 3-母丝杠 4-摆杆 5-校正尺 6-挂轮校正机构原理图人为地造出一种新的原始误差，去抵消原来工艺系统中存在的原始误差# 82图4-57 以弹性变形补偿热变形 以弹性变形补

23、偿热变形（图4-57） 图4-59 以热变形补偿热变形图4-58 龙门铣横梁变形补偿附加夹紧力 以热变形补偿热变形（图4-59） 以几何误差补偿受力变形（图4-58）7、加工过程中的积极控制 就是在加工过程中，利用测量装置连续地测量出工件的实际尺寸或形状及位置精度，并与基准值进行比较，随时修正刀具与工件的相对位置。第五节 机械加工表面质量要求掌握的内容：机械加工表面质量包含的内容表面质量对机器使用性能的影响影响表面粗糙度的因素影响表层材料性能的因素提高表面质量的措施一、机械加工表面质量概述1、机械加工表面质量的概念 表面质量是指机器零件加工后表面层的状态。 有两部分： 加工表面的几何形状特征

24、加工表面层的物理力学性能和化学性能的变化。1）表面粗糙度与波纹度加工表面的几何形貌 与加工过程切削残留 面积、切削塑性变形 和振动等有关。表面粗糙度 指加工表面的微观几何形状误差。波长与波高(L3/H3)的比值小于50。表示方法：Ra、Rz、Ry。表面波度 介于形状误差与表面粗糙度之间的周期性形状误差。波长与波高(L2/H2)的比值一般为：50-1000。加工表面的几何形貌纹理方向 指表面刀纹的方向。它取决于表面形成所采用的机械加工方法。 在加工表面上一些各别位置上出现的缺陷，如砂眼、气孔和裂痕等。表面缺陷加工表面的几何形貌L/H1000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

25、于加工精度范畴表面层冷作硬化（简称冷硬）： 零件在机械加工中表面层金属产生强烈的冷态塑性变形后，引起的强度和硬度都有所提高的现象。表面层金相组织的变化： 由于切削热引起工件表面温升过高，表面层金属发生金相组织变化的现象。表面层残余应力： 由于加工过程中切削变形和切削热的影响，工件表面层产生残余应力。2）表面层材料的物理力学性能和化学性能 机械加工时，由于切削力、切削热的作用，表面层产生的冷作硬化、表面层金相组织的变化和表面层残余应力，使表面层发生物理、机械（力学）和化学性能的变化。表面层冷作硬化表面层金相组织的变化表面层残余应力机械加工表面质量表面层材料的物理力学性能和化学性能表面粗糙度表面波

26、度纹理方向表面缺陷表面粗糙度与波纹度（表面几何形状特征）1）表面质量对耐磨性的影响 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。2、表面质量对机器零件使用性能的影响 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。 表面纹理对耐磨性的影响

27、 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。在重载时，两相对运动零件表面的刀纹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。 图8.3表示两个不同零件的表面，粗糙度值相同，但轮廓形状不同，其耐磨性相差可达34倍。试验表明，耐磨性决定于轮廓峰顶形状和凹谷形状。前者决定干摩擦时的实际接触面积，后者决定润滑摩擦时的容油情况。图8.4为两摩擦表面粗糙度纹路方向对零件耐磨性的影响。

28、表面粗糙度 在周期性的交变载荷作用下，零件表面微观不平与表面的缺陷一样都会产生应力集中现象，而且表面粗糙度值越大，即凹陷越深和越尖，应力集中越严重，越容易形成和扩展疲劳裂纹而造成零件的疲劳损坏。表面层物理力学性能 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。残余应力，压应力抵消交变载荷施加的拉应力，提高疲劳强度；拉应力使零件在交变载荷下产生裂纹，降低疲劳强度加工纹路方向 对疲劳强度的影响更大，如果刀痕与受力方向垂直，则疲劳强度将显著降低。2）表面质量耐疲劳性的影响 表面粗糙度 零

29、件表面粗糙度值越大，潮湿空气和腐蚀介质越容易堆积在零件表面凹处而发生化学腐蚀，或在凸峰间产生电化学作用而引起电化学腐蚀，故抗腐蚀性能越差。 表面层物理力学性能 表面冷硬和金相组织变化都会产生内应力。零件在应力状态下工作时，会产生应力腐蚀，若有裂纹，则更增加了应力腐蚀的敏感性。因此表面内应力会降低零件的抗腐蚀性能。3）表面质量对耐腐蚀性的影响对于间隙配合，零件表面越粗糙，磨损越大，使配合间隙增大，降低配合精度；对于过盈配合，两零件粗糙表面相配时凸峰被挤平，使有效过盈量减小，将降低过盈配合的连接强度。4）表面质量对零件配合质量的影响表面质量对零件使用性能的影响 对耐磨性影响 Ra（m）重载荷轻载荷

30、图4-3 表面粗糙度与初始磨损量表面粗糙度值 耐疲劳性 适当硬化可提高耐疲劳性表面粗糙度值耐蚀性 表面压应力：有利于提高耐蚀性表面粗糙度值 配合质量表面粗糙度值耐磨性，但有一定限度（图4-3） 对耐疲劳性影响 对耐蚀性影响 对配合质量影响 纹理形式与方向：圆弧状、凹坑状较好 适当硬化可提高耐磨性1）刀具切削加工中影响表面粗糙度的因素 刀具几何形状刀具相对于工件作进给运动时，在加工表面留下了切削层残留面积，其形状是刀具几何形状的复映。切削加工后表面粗糙度的值主要取决于切削残留面积的高度。其理论上的最大粗糙度Rmax可由刀具形状、进给量f，按几何关系求得。 1、影响表面粗糙度的因素产生表面粗糙度的

31、原因：几何因素：切削刃和工件相对运动轨迹所形成的表面粗糙度。物理因素：与被加工材料性质及切削机理有关的因素。二、影响机械加工表面质量的因素 直线刃车刀：刀尖圆弧半径=0 圆弧刃车刀：刀尖圆弧半径0 刀尖圆弧半径 r、主偏角r、副偏角r 、进给量 f车削时残留面积的高度frRmaxvfrb）Rmaxfa）vf减小f 、 、 及增大 ，均可减小残留面积的高度H值。 v = 1525m/min范围，易产生积屑瘤和鳞刺，表面粗糙度最差 。 切削45钢时切削速度与粗糙度关系100120v（m/min）0204060801404812162024281.52.02.53.0 0200400600hKs R

32、z 切削用量切削速度的影响 加工塑性材料时，切削速度对表面粗糙度的影响随切削速度的变化而变化（对积屑瘤和鳞刺的影响）；切削用量对表面粗糙度的影响 切削速度的影响 切削速度越高，塑性变形越不充分，表面粗糙度值越小；选择低速宽刀精切和高速精切，可以得到较小的表面粗糙度；切削速度对脆性材料的影响不大。进给量的影响 减小进给量f固然可以减小表面粗糙度值，但进给量过小，表面粗糙度会有增大的趋势，效率降低。背吃刀量的影响 背吃刀量ap过小出现挤压、打滑等现象表面粗糙度值增大刀具的前角r0切削时的塑性变形程度 Ra值 ； 刀具的后角0刀具后刀面与被加工表面的摩擦 Ra值 刀具几何参数 刀具材料影响：在相同切

33、削条件下，硬质合金刀具加工所得的粗糙度值小于高速钢刀具加工所得的粗糙度值。 工艺系统振动 低频振动表面波度；高频振动表面粗糙度。合理选择润滑液和提高刀具刃磨质量减小切削时的塑性变形和抑制积屑瘤、鳞刺的生成，也是减小表面粗糙度值的有效措施。 切削液 工件材料 韧性 表面粗糙度 工件材料韧性愈好，金属塑性变形愈大，加工表面愈粗糙。脆性表面粗糙度 加工脆性材料时，其切削呈碎粒状，由于切屑的崩碎而在加工表面留下许多麻点，使表面粗糙。塑性表面粗糙度 工件材料塑性越好，塑性变形越大，易产生积屑瘤和鳞刺，加工表面粗糙。同一材料金相组织越粗大 表面粗糙度 对中碳钢和低碳钢材料的工件，为改善切削性能，常在粗加工

34、或精加工前安排正火或调质处理。如：低碳钢工件，加工后的表面粗糙度值高于中碳钢工件。如：低碳钢正火处理后，细化晶粒，硬度提高，塑性降低，有利于减小刀具的粘结磨损，减小积屑瘤，改善工件表面粗糙度2）磨削加工中影响表面粗糙度的因素 磨削中影响粗糙度的几何因素 几何因素和塑性变形两方面影响工件的磨削表面是由砂轮上大量磨粒刻划出无数极细的刻痕形成的，工件单位面积上通过的磨粒数越多，则刻痕越多，刻痕的等高性越好，表面粗糙度值越小。磨削时切削力大速度高温度高，且磨粒大多数是负前角，切削刃又不锐利，大多数磨粒在磨削过程中只是对被加工表面挤压，没有切削作用。加工表面在多次挤压下出现沟槽与隆起，又由于磨削时的高温

35、更加剧了塑性变形，故表面粗糙度值增大。磨削中影响粗糙度的物理因素（通常是决定因素） 影响磨削表面粗糙度的因素 磨削用量 砂轮速度v，Ra 工件速度vw，Ra 砂轮纵向进给f，Ra 磨削深度ap，Ra 光磨次数，Ra磨削用量对表面粗糙度的影响vw = 40(m/min)f = 2.36(m /min)ap = 0.01(mm)v = 50(m/s)f = 2.36(m /min)ap = 0.01(mm)v(m/s), vw(m/min)Ra(m)0304050600.51.0a）ap(mm)00.010.40.8Ra(m)00.20.60.020.030.04b）光磨次数-Ra关系Ra(m)0

36、1020300.020.040.06光磨次数粗粒度砂轮(WA60KV)细粒度砂轮(WA/GCW14KB) 砂轮及其修整 砂轮粒度，Ra;但要适量(4660) 砂轮硬度适中， Ra ；常取中软 砂轮组织适中，Ra ；常取中等组织 砂轮材料：与工件材料相适应（如氧化铝适于磨钢，碳化物(硅硼)适于磨铸铁，金刚石砂轮适于磨陶瓷材料等） 工件材料 冷却润滑液等 其他影响因素采用超硬砂轮材料，Ra 但成本高； 砂轮精细修整， f Ra 太硬易使磨粒磨钝 Ra 太软容易堵塞砂轮Ra 韧性太大，热导率差会使磨粒早期崩落Ra 。2、影响表面物理力学性能的因素机械加工时，工件表面层金属受到切削力的作用产生强烈的塑

37、性变形，使晶格扭曲，晶粒间产生剪切滑移，晶粒被拉长、纤维化甚至碎化，从而使表面层的强度和硬度增加，这种现象称为冷作硬化，又称加工硬化和强化。冷作硬化的程度决定于产生塑性变形的力、变形速度及变形时的温度。1）影响表面层冷作硬化的因素冷作硬化 力越大，塑性变形越大，则硬化程度越大； 变形速度越大，塑性变形越不充分，则硬化程度越小； 变形时的温度不仅影响塑性变形程度，还会影响变形后金相组织的恢复程度。 影响切削加工表面冷作硬化的因素 f切削力塑变冷硬 切削用量影响 刀具影响 r塑变冷硬 其他几何参数影响不明显 后刀面磨损影响显著（综合作用）00.20.40.60.81.0磨损宽度VB(mm)1001

38、80260340硬度(HV)50钢，v = 40(m/min) f = 0.120.2(mm/z)后刀面磨损对冷硬影响 工件材料 材料塑性，冷硬倾向 切削速度影响复杂（力与热综合作用结果） 切削深度影响不大f 和 v 对冷硬的影响硬度(HV)0f (mm /r)0.20.40.60.8v =170(m/min)135(m/min)100(m/min )50(m/min)100200300400工件材料：45影响磨削加工表面冷作硬化因素 磨削用量 砂轮 工件材料 磨削速度 塑变 温度 冷硬程度（弱化作用加强） 工件转速温度 冷硬程度 （弱化作用减弱） 纵向进给量影响复杂（综合作用） 磨削深度磨削

39、力塑变冷硬程度 砂轮粒度冷硬程度 砂轮硬度、组织影响不显著 材料塑性塑变 冷硬倾向 材料导热性温度 冷硬倾向磨削深度对冷硬的影响ap(mm)硬度(HV)00.253003504505004000.500.75普通磨削高速磨削2）影响加工表面残余应力的因素 表面层残余应力 机械加工中工件表面层组织发生变化时，在表面层及其与基体材料的交界处会产生互相平衡的弹性力。这种应力即为表面层的残余应力。 残余应力产生的原因 冷态塑性变形 机械加工时，工件表面受到挤压与摩擦，表层产生伸长塑变，基体仍处于弹性变形状态。切削后，表层产生残余压应力，而在里层产生残余拉伸应力。残余应力产生的原因 热态塑性变形机械加工

40、时，切削或磨削热使工件表面局部温升过高，引起高温塑性变形。表层产生残余拉应力，里层产生产生残余压应力； 金相组织变化切削时产生的高温会引起表面的相变。比容大的组织比容小的组织体积收缩，产生拉应力，反之，产生压应力。因加工温度而引起残余应力的示意图加工时工件温度分布加工时工件应力分布开始冷却工件应力分布最后冷却工件应力分布表面金属残余应力 实际机械加工后的表面层残余应力及其分布，是上述三方面因素综合作用的结果，在一定条件下，其中某一或二种因素可能起主导作用。切削时切削热不多（一般切削加工）时则以冷态塑性变形为主，表面层常产生残余压缩应力。若切削热多则以热态塑性变形为主，表面层常产生残余拉伸应力。

41、 磨削时表面层残余应力岁磨削条件不同而不同：轻磨削条件产生浅而小的残余压应力，因为此时没有金相组织变化，温度影响也很小，主要是塑性变形的影响在起作用。中等磨削条件产生浅而大的拉应力。淬火钢重磨削条件则产生深而大的拉应力（最外表面可能出现小而浅的压应力），这里显然是由于热态塑性变形和金相组织变化的影响在起主导作用的缘故。3）影响加工表面金属组织变化的因素 磨削加工时切削力大（功率消耗其它切削方法），切削速度高（通常40-50m/s，高达80-200m/s） ，磨削区温度高（短时间内可上升到4001000C，甚至更高）。 这样大的加热速度，促使加工表面局部形成瞬时热聚集现象，有很高温升和很大的温度梯度，出现