第四章机械加工质量控制

第四章机械加工质量控制(1)尺寸精度指机械加工后零件的直径、长度和表面间距离等尺寸的实际值与理想值的接近程度。

(2)形状精度指机械加工后零件几何图形的实际形状与理想形状的接近程度。

(3)位置精度指机械加工后零件几何图形的实际位置与理想位置的接近程度。第一节机械加工精度概述一、加工精度与加工误差

零件的位置公差和形状公差一般应为相应尺寸公差的1/2～1/3左右，在同一要素上给出的形状公差值应小于位置公差值。

3/21/20232

获得加工精度的方法（1）获得尺寸精度的方法

1）试切法

2）调整法

3）定尺寸刀具法

4）自动控制法一、加工精度与加工误差

3/21/202332）调整法一、加工精度与加工误差

3/21/202344）自动控制法一、加工精度与加工误差

3/21/20235（2）获得形状精度的方法1）轨迹法利用刀尖运动轨迹形成工件表面形状2）成形刀具法由刀刃的形状形成工件表面形状3）展成法由切削刃包络面形成工件表面形状（3）获得相互位置精度的方法主要由机床精度、夹具精度和工件的装夹精度来保证

获得加工精度的方法

一、加工精度与加工误差

3/21/20236二、加工经济精度

在正常生产条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人，不延长加工时间）所能保证的加工精度。加工成本与加工误差之间的关系

每一种加工方法的加工经济精度并不是固定不变的，它将随着工艺技术的发展，设备及工艺装备的改进，以及生产管理水平的不断提高而逐渐提高。第一节机械加工精度概述3/21/20237第二节影响加工精度的因素引起加工误差的根本原因是工艺系统存在着误差，将工艺系统的误差称为原始误差。原始误差与工艺系统原始状态有关的原始误差(几何误差)与工艺过程有关的原始误差(动误差)原理误差定位误差调整误差刀具误差夹具误差机床误差工艺系统受力变形（包括夹紧变形）工艺系统受热变形刀具磨损测量误差工件残余应力引起的变形工件相对于刀具静止状态下的误差工件相对于刀具运动状态下的误差主轴回转误差导轨导向误差传动误差原始误差——原始误差分类3/21/20238工艺系统原始误差方向不同，对加工精度的影响程度也不同。对加工精度影响最大的方向，称为误差敏感方向。误差敏感方向一般为已加工表面过切削点的法线方向。误差敏感方向第二节影响加工精度的因素3/21/20239第二节影响加工精度的因素

一、工艺系统的几何误差（一）机床的几何误差（2）机床的误差

1）主轴回转误差①主轴回转误差概念主轴回转时实际回转轴线相对于平均回转轴线在径向的变动量。

3/21/202310②主轴回转误差的基本形式：a.径向圆跳动b.角度摆动c.轴向圆跳动

（一）机床的几何误差1）主轴回转误差3/21/202311③影响主轴回转精度的主要因素轴承本身误差、轴承间隙、轴承间同轴度误差，主轴各段轴颈、轴孔的同轴度误差主轴系统的刚度和热变形等。但它们对主轴回转精度的影响大小随加工方式而不同（一）机床的几何误差1）主轴回转误差3/21/2023122．导轨误差(1)导轨在水平面内的直线度误差对加工精度的影响⊿R=⊿y（一）机床的几何误差3/21/2023132．导轨误差(2)导轨在垂直平面内的直线度误差对加工精度的影响设⊿z=0.1mm，R=20mm，则⊿R=0.01/40mm=0.00025mm。

⊿R≈(⊿z)2/(2R)（一）机床的几何误差3/21/202314导轨在垂直平面内的直线度误差对加工精度影响很小，一般可忽略不计。

y—误差敏感方向z—非误差敏感方向导轨在水平面内的直线度误差将直接反映在被加工工件表面的法线方向（误差敏感方向）上，对加工精度的影响最大。

结论：（一）机床的几何误差3/21/202315

(3)导轨间的平行度误差对加工精度的影响

⊿y≈（H/B）×⊿l3

（一）机床的几何误差车床H/B≈2/3，外圆磨床H/B≈13/21/202316

除导轨制造误差外，导轨的不均匀磨损和安装质量，也是造成导轨误差的重要因素。导轨磨损是机床精度下降的主要原因之一。可采用耐磨合金铸铁、镶钢导轨、贴塑导轨、滚动导轨导轨表面淬火等措施。（一）机床的几何误差3/21/2023173．导轨与主轴回转轴线位置误差对加工精度的影响（一）机床的几何误差成形运动间位置误差对外圆和端面车削的影响fαZΔzΔzαc）XZLfdd－ΔdΔxa）HyR0fb）3/21/202318传动链误差是指传动链始末两端传动元件间相对运动的误差。一般用传动链末端元件的转角误差来衡量。3．传动链误差（一）机床的几何误差3/21/202319设第j个传动元件有转角误差△φj，则该转角误差通过相应的传动链传递到被切齿轮的转角误差则被切齿轮转角误差的总和△φ∑为△φjn=Kj△φj

式中Kj为第j个传动件的误差传递系数。3/21/202320④消除传动间隙；⑤采用误差补偿机构或自动补偿装置。减少传动链误差的措施：（一）机床的几何误差①减少传动元件数目，尽可能缩短传动链；②尽量采用降速传动；③提高传动元件、特别是末端元件的制造和装配精度；3/21/202321

一、工艺系统的几何误差

（二）刀具的几何误差

定尺寸刀具刀具尺寸精度直接影响工件尺寸精度

成形刀具刀具形状精度直接影响工件形状精度

一般刀具制造精度对工件加工精度无直接影响3/21/202322（二）刀具的几何误差刀具的尺寸磨损NB在被加工表面的法线方向上测量

NB0—初期磨损量KNB—斜率，相对磨损表示每切削1000米路程刀具的尺寸磨损量，单位为µm/km刀具的尺寸磨损量可用下式计算3/21/202323选用新型耐磨刀具材料；合理选用刀具几何参数和切削用量；正确刃磨刀具；正确采用冷却润滑液等；采用补偿装置对刀具尺寸磨损进行自动补偿。（二）刀具的几何误差

减少刀具的尺寸磨损的途径3/21/202324（三）夹具的几何误差

一、工艺系统的几何误差

夹具上直接影响工件加工精度的有关尺寸的制造公差一般取为工件上相应尺寸公差的1/2～1/5。夹具的几何误差对工件的加工精度的影响

夹具元件磨损将使夹具的误差增大。

3/21/202325二、装夹误差（一）定位误差因定位不正确而引起的误差称为定位误差，以△dw表示。1）定位基准与工序基准不重合1、定位误差产生的原因2）定位副制造不准确直接影响工件的位置尺寸精度和位置精度3/21/2023262、定位误差的组成1）基准不重合误差△jb

二、装夹误差其大小等于工序基准相对定位基准在工序尺寸方向上的变动量。定位基准与工序基准不重合所产生的定位误差。2）定位副制造不准确误差△db其大小等于定位基准在工序尺寸方向上的变动量。定位元件制造不准确所产生的定位误差。3/21/2023273、定位误差的计算定位误差工序基准在工序尺寸方向上的最大变动量二、装夹误差3/21/202328二、装夹误差（二）夹紧误差工件或夹具刚度过低或夹紧力作用方向、作用点选择不当，都会使工件或夹具产生变形，造成加工误差。3/21/202329三、工艺系统受力变形引起的误差

(一)工艺系统刚度1.工艺系统刚度垂直作用于工件加工表面的径向切削分力Fp

与工艺系统在该方向上的变形y的比值，称为工艺系统刚度k系（N/mm）。

k系=Fp/y式中3/21/202330工艺系统在某一位置受力作用产生的变形量等于工艺系统各组成环节在此位置受该力作用产生的变形量的代数和，即

工艺系统刚度主要取决于薄弱环节的刚度。

工艺系统刚度的倒数等于系统各组成环节刚度的倒数之和，即

(一)工艺系统刚度工艺系统刚度的计算3/21/202331(一)工艺系统刚度2.机床刚度工艺系统的变形由刚度定义

机床刚度取决于其组成部件的刚度，并主要取决于薄弱部件的刚度，提高机床刚度要从提高弱刚度部件的刚度入手。

3/21/2023323.机床部件刚度

(一)工艺系统刚度1）变形与载荷不成线性关系；2）加载曲线和卸载曲线不重合，卸载曲线滞后于加载曲线；3）有残余变形，反复加载卸载后残余变形→0；4）部件实测刚度远比按实体结构估算值小。图中第一次加载时刀架的平均刚度值约为4.6×103N/mm，相当于一个30mm×30mm×200mm的铸铁悬臂梁的刚度。3/21/2023331．加工过程中由于工艺系统刚度发生变化引起的误差（二）工艺系统刚度对加工精度的影响3/21/202334++=

ymin尾座主轴刀架系kkFkF+=max尾座刀架系kFkFypppp由于工艺系统刚度随刀架位置变化产生的加工误差1．加工过程中由于工艺系统刚度发生变化引起的误差3/21/202335◆工件变形引起的加工误差1．加工过程中由于工艺系统刚度发生变化引起的误差

工艺系统刚度在工件全长上的差别越大，则工件在轴截面内的几何形状误差也越大。

3/21/2023362．由于切削力变化引起的误差（二）工艺系统刚度对加工精度的影响ap1y1ap2y2毛坯外形工件外形误差复映现象误差复映系数ε与k系成反比；这表明工艺系统刚度愈大，误差复映系数愈小，加工后复映到工件上的误差值就愈小。

3/21/202337

……ε与k系成反比；这表明工艺系统刚度愈大，误差复映系数愈小，加工后复映到工件上的误差值就愈小。

多次切削总的复映系数

2．由于切削力变化引起的误差（二）工艺系统刚度对加工精度的影响3/21/202338（三）减小工艺系统受力变形的途径(1)设计机械制造装备时应切实保证关键零部件的刚度在机床和夹具中应保证支承件（如床身、立柱、横梁、夹具体等）、主轴部件和传动件有足够的刚度。(2)提高接触刚度提高接触刚度是提高工艺系统刚度的关键。减少组成件数，提高接触面的表面质量，均可减少接触变形，提高接触刚度。提高工艺系统薄弱环节的刚度，能取得事半功倍的效果。1.提高工艺系统刚度2．减小切削力及其变化

(3)采用合理的装夹方式和加工方法提高工件的装夹刚度，应从定位和夹紧两个方面采取措施。3/21/202339四、工艺系统受热变形引起的误差

在精密加工和大件加工中，工艺系统热变形引起的加工误差占总误差的约40～70%。热平衡——单位时间内，系统传入的热量与传出的热量相等时，工艺系统热平衡达到状态，此时系统各部分温度保持一相对稳定的数值。（一）工艺系统热热源工艺系统热源工艺系统热平衡工艺系统热源内部热源外部热源切削热摩擦热环境热源辐射热能量损耗3/21/202340◆圆柱类工件热变形

5级丝杠螺距累积误差全长≤5μm1.工件热变形对加工精度的影响

(二)工艺系统热变形对加工精度的影响

切削热、辐射热（精密零件）◆工件产生热变形的热源例：长400mm丝杠，加工过程温升1℃，热伸长量为：=1.17×10-5×400×1mm=0.0047mm

长度：直径：3/21/202341◆板类工件单面加工时的热变形平面加工热变形Δfφ/4φLH此值已大于精密导轨直线度要求例：高600mm，长2000mm的床身，若上表面温升为3℃，则变形量为：1.工件热变形对加工精度的影响

(二)工艺系统热变形对加工精度的影响

3/21/202342热源--切削热体积小，热容量小，达到热平衡时间较短温升高，变形不容忽视（达0.03～0.05mm）◆特点◆变形曲线（图）式中ξ——热伸长量；

ξmax——达到热平衡热伸长量；

τ——切削时间；

τc

——时间常数（热伸长量为热平衡热伸长量约63%的时间，常取3～4分钟）。τ(min)车刀热变形曲线连续切削升温曲线冷却曲线间断切削升温曲线ξ（μm）ξmaxτb0τc0.63ξmax2.刀具热变形对加工精度的影响

(二)工艺系统热变形对加工精度的影响

3/21/202343热源--摩擦热、传动热和外界热源传入的热量

体积大，热容量大，温升不高，达到热平衡时间长结构复杂，温度场和变形不均匀，对加工精度影响显著运转时间/h0123450150100200位移/μm20406080温升/℃ΔY前轴承温升车床受热变形形态b）温升与变形曲线机床热变形特点车床热变形四、工艺系统受热变形引起的误差

3．机床热变形对加工精度的影响3/21/202344立铣a）铣床受热变形形态b）外圆磨床受热变形形态c）导轨磨床受热变形形态外圆磨导轨磨其他机床热变形四、工艺系统受热变形引起的误差

3．机床热变形对加工精度的影响3/21/202345例1：平面磨床床身导轨的温度高于底部。解决：在床身底部配置热补偿油沟。

例2：立式平面磨床立柱前壁温度高，产生后倾。解决：采用热空气加热立柱后壁。均衡立柱前后壁温度场

减少切削热和磨削热

充分冷却和强制冷却

隔离热源减少热源发热均衡温度场(三)减小工艺系统热变形的途径平面磨床床身底部用回油加温

温差降至1～2℃，中凸量由0.027mm降至0.005mm。

3/21/202346支承距影响热变形L1L2双端面磨床主轴热补偿1—主轴2—壳体3—过渡套筒采用合理结构定位面位置对热变形方向的影响

(三)减小工艺系统热变形的途径3/21/202347

在没有外力作用下或去除外力作用后残留在工件内部的应力，亦称残余应力。五、工件内应力重新分布引起的误差1．内应力内应力处于一种高能位的不稳定平衡状态，当带有内应力的工件受到力或热的作用而失去原有的平衡时，它将向新的平衡状态转变→新的平衡→变形（加工误差）3/21/2023482．内应力产生的原因

(1)热加工中产生的内应力

工件壁厚不均、冷却不均或金相组织转变等原因，都会使工件产生内应力。

五、工件内应力重新分布引起的误差3/21/202349(2)冷校直产生的内应力

冷校直引起的内应力

五、工件内应力重新分布引起的误差3/21/202350五、工件内应力重新分布引起的误差内应力重新分布引起的工件变形

3/21/202351合理设计零件结构壁厚均匀、结构对称，以减小内应力的产生。(2)合理安排工艺过程铸、件、焊接件机械加工前，应安排退火、回火等热处理工序；重要零件，在粗加工之后尚需适当安排时效工序；重要表面的粗、精加工工序宜分阶段安排。4．减小或消除内应力变形误差的途径五、工件内应力重新分布引起的误差3/21/202352原理误差是指由于采用了近似的成形运动、近似的刀刃形状等原因而产生的加工误差。

五其它误差1．原理误差

可以简化机床结构和减少刀具数，只要加工误差能够控制在允许的制造公差范围内，就可采用近似加工方法。

2）用模数铣刀铣齿1）车模数螺纹3）用阿基米德蜗杆滚刀滚切渐开线齿轮3/21/2023532．调整误差

五其它误差由于调整不准确产生的误差，称为调整误差。

引起调整误差的因素调整时所用刻度盘、样板或样件等的制造误差，测量用的仪表、量具本身的误差等。3．测量误差工件的测量尺寸与实际尺寸的差值。产生测量误差的原因量具量仪的制造误差及磨损、测量过程中环境温度的影响、测量读数误差、施力不当引起量具量仪的变形等。

3/21/202354(1)减小和消除原始误差六、提高加工精度的途径(3)均分原始误差

(4)误差补偿(2)转移原始误差丝扛加工误差补偿装置1—工件2—螺母3—母丝杠4—杠杆5—校正尺6—触头7—校正曲线

立轴转塔车床刀架转位误差的转移

3/21/202355龙门铣横梁变形龙门铣横梁变形转移龙门铣横梁变形补偿六、提高加工精度的途径3/21/202356以弹性变形补偿热变形以热变形补偿热变形附加夹紧力六、提高加工精度的途径3/21/202357第三节加工误差的统计分析

系统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。◆

常值系统误差——其大小和方向均不改变。如机床、夹具、刀具的制造误差，工艺系统在均匀切削力作用下的受力变形，调整误差，机床、夹具、量具的磨损等因素引起的加工误差。◆

变值系统误差——误差大小和方向按一定规律变化。

如机床、夹具、刀具在热平衡前的热变形，刀具磨损等因素引起的加工误差。加工误差系统误差随机误差常值系统误差变值系统误差加工误差的性质一、概述（一）系统性误差与随机性误差3/21/202358

在顺序加工一批工件中，其大小和方向随机变化的加工误差。◆

随机误差是工艺系统中大量随机因素共同作用而引起的。◆

随机误差服从统计学规律。◆

如毛坯余量或硬度不均，引起切削力的随机变化而造成的加工误差；定位误差；夹紧误差；残余应力引起的变形等。随机误差加工误差的统计分析◆

运用数理统计原理和方法，通过分析随机性误差的统计规律，对工艺过程进行分析和控制。一、概述3/21/202359(二)机械制造中常见的误差分布规律一、概述xy0双峰分布xy0平顶分布xy0

偏态分布y正态分布曲线x03/21/202360

(三)正态分布

一、概述正态分布的数学模型

--算术平均值；

--为均方根偏差（标准差）3/21/2023612.标准正态分布y标准正态分布曲线x0一、概述令3/21/2023623.工件尺寸落在某一尺寸区间内的概率

一、概述

令

=

±1时，2φ(1)=2×0.3413=68.26﹪；

=±2时，2φ(2)=2×0.4772=95.44﹪；

=±3时，2φ(3)=2×0.49865=99.73﹪。当

3/21/202363[例4-3]在卧式镗床上镗削一批箱体零件的内孔，孔径尺寸要求为已知孔径尺寸按正态分布，σ=0.04mm，试计算这批加工件的合格品率和不合格品率。

解：作图，查表4–2得：

合格品率为作标准化变换，令一、概述3/21/202364

（一）工艺过程的稳定性二、加工误差的统计分析——工艺过程的分布图分析方法如果工艺过程中工件加工尺寸的瞬时分布中心或工件尺寸均值）和标准差基本保持不变或变化不大，就认为工艺过程是稳定的；如果工艺过程中工件加工尺寸的瞬时分布中心（或工件尺寸均值）和标准差有显著变化，就认为工艺过程是不稳定的。

工艺过程的稳定性是指工艺过程在时间历程上保持和值稳定不变的性能。3/21/202365图4-37工艺过程稳定性分析图3/21/202366（二）工艺过程分布图分析方法

1．画工件尺寸实际分布图

在自动车床上加工一批销轴零件，要求保证工序尺寸

mm。在销轴加工中，按顺序连续抽取50个加工件作为样本，并逐一测量其轴颈尺寸。

3/21/2023672．工艺过程的分布图分析

(1)判断加工误差性质

(2）确定工序能力系数和工序能力

（二）工艺过程分布图分析方法

CP=T/(6σ)=0.97（3）确定合格品率及不合格品率

查表4-2:

φ(2.592)=

0.49518，φ(2.585)=

0.49508；合格品率P1=0.49518+0.49508=99.02﹪；不合格品率P2=1-P1=1-99.02﹪=0.98﹪。3/21/202368工艺过程的分布图分析法能比较客观地反映工艺过程总体情况，且能把工艺过程中存在的常值性系统误差从误差中区分开来；但用分布图分析工艺过程要等一批工件加工结束并逐一测量其尺寸作统计分析后，才能对工艺过程的运行状态作出分析，它不能在加工过程中及时提供控制精度的信息，它只适于在工艺过程较为稳定的场合应用。（二）工艺过程分布图分析方法

3/21/202369三、加工误差的统计分析—工艺过程的点图分析方法

对于一个不稳定的工艺过程，需要在工艺过程的进行中及时发现工件可能出现不合格品的趋向，以便及时调整工艺系统，使工艺过程能够继续进行。由于点图分析法能够反映质量指标随时间变化的情况，因此，它是进行统计质量控制的有效方法。这种方法既可以用于稳定的工艺过程，也可以用于不稳定的工艺过程。3/21/202370三、加工误差的统计分析—工艺过程的点图分析方法

（一）点图的基本形式点图分析法所采用的样本是顺序小样本，即每隔一定时间抽取样本容量n=5~10的小样本，计算小样本的算术平均值和极差R。R=xmax-xmin

点图的基本形式是由点图和R点图组成的图。

一个稳定的工艺过程，必须同时具有均值变化不显著和标准差变化不显著两种特征。

3/21/202371三、加工误差的统计分析—工艺过程的点图分析方法

（二）图上、下控制限的确定样本均值和样本极差R的分布规律点图上、下控制限的确定

R点图上、下控制限的确定3/21/202372三、加工误差的统计分析—工艺过程的点图分析方法

（三）工艺过程的点图分析表4-9正常波动与异常波动的标志用点图法分析工艺过程能对工艺过程的运行状态作出分析，在加工过程中能及时提供控制加工精度的信息，并能把变值性系统误差从误差中区分出来，常用它分析、控制工艺过程的加工精度。

3/21/202373第四节机械加工表面质量一、加工表面质量的概念L/H＞1000称为宏观几何形状误差；L/H=50～1000，称为波纹度；L/H＜50，称为微观几何形状误差，亦称表面粗糙度。1．表面粗糙度与波度3/21/202374第四节机械加工表面质量2．表面层材料的物理力学性能和化学性能

(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。

(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。一、加工表面质量的概念3/21/202375二、机械加工表面质量对机器使用性能的影响Ra（μm）重载荷轻载荷表面粗糙度与初期磨损量初期磨损量表面粗糙度值↓→耐磨性↑，但有一定限度1.对耐磨性影响表面粗糙度值↓→耐疲劳性↑适当硬化可提高耐疲劳性表面压应力有利于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↓2.对零件疲劳强度的影响3.对零件抗耐蚀性能的影响4.对零件配合性质的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3/21/202376三、加工表面的表面粗糙度车削时残留面积的高度直线刃车刀圆弧刃车刀影响因素：fκrHvfⅠⅡrεb）HⅠⅡfa）vf切削残留面积3/21/202377切削速度影响其他影响因素：刀具几何角度、刃磨质量，切削液等切削表面塑性变形三、加工表面的表面粗糙度切削45钢时切削速度与表面粗糙度关系100120v（m/min）020406080140表面粗糙度Rz（μm）481216202428积屑瘤高度h（μm）0200400600hRz3/21/202378三、加工表面的表面粗糙度---磨削加工表面粗糙度砂轮速度v↑，Ra↓

工件速度vw↑，Ra↑

砂轮纵向进给f↑，Ra

↑

磨削深度ap↑，Ra

↑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(μm)0304050600.51.0a）ap(mm)00.010.40.8Ra(μm)00.20.60.020.030.04b）磨削用量影响光磨次数-Ra关系Ra(μm)01020300.020.040.06光磨次数粗粒度砂轮(WA60KV)细粒度砂轮(WA/GCW14KB)光磨次数↑，Ra↓3/21/202379砂轮粒度↑，Ra↓；但要适量砂轮硬度适中，Ra↓；常取中软砂轮组织适中，Ra↓

；常取中等组织采用超硬砂轮材料，Ra

↓

砂轮精细修整，Ra↓砂轮影响其他影响因素工件材料冷却润滑液等三、加工表面的表面粗糙度---磨削加工表面粗糙度3/21/202380四、加工表面的物理力学性能（一）表面层材料的冷作硬化

冷作硬化评定参数---取决于塑性变形的程度。表层金属的显微硬度HV，硬化层深度h和硬化程度NN=〔（HV－HV0）/HV0〕×100%弱化---取决于温度、热作用时间和表层金属的强化程度。1.冷作硬化及其评定参数3/21/2023812．影响冷作硬化的因素

f↑，冷硬程度↑◆切削用量影响◆刀具影响

rε↑，冷硬程度↑其他几何参数影响不明显后刀面磨损影响显著00.20.40.60.81.0磨损宽度VB(mm)100180260340硬度(HV)50钢，v

=40(m/min)f=0.12～0.2(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（一）表面层材料的冷作硬化3/21/202382（二）表面层材料金相组织变化合理选择砂轮合理选择磨削用量改善冷却条件工件表层温度达到或超过金属材料相变温度时，表层金相组织、显微硬度发生变化，并伴随残余应力产生，同时出现彩色氧化膜。磨削烧伤控制磨削烧伤磨削烧伤的类型回火烧伤内冷却装置淬火烧伤退火烧伤3/21/2023831．加工表面产生残余应力的原因（三）表面层残余应力(1)表层材料比容增大(2)切削热的影响(3)金相组织的变化不同的金相组织的比重：

γ马式体=7.75g/cm³；

γ奥式体=7.96g/cm³；

γ珠光体=7.78g/cm³。3/21/202384（三）表面层残余应力3/21/202385（三）表面层残余应力利用淬硬和精细研磨过的滚轮或滚珠，在常温状态挤压金属表面，将凸起部分下压下，凹下部分上凸，修正工件表面的微观几何形状,形成压缩残余应力，提高耐疲劳强度。利用大量快速运动珠丸打击工件表面,使工件表面产生冷硬层和压应力,↑疲劳强度。滚压加工原理图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、齿轮、焊缝等。滚压加工喷丸强化压缩拉伸塑性变形区域珠丸挤压引起残余应力

2．零件主要工作表面最终加工工序加工方法的选择3/21/202386第五节机械加工过程中的振动影响加工表面粗糙度，振动频率较低时会产生波度影响生产效率加速刀具磨损，易引起崩刃影响机床、夹具的使用寿命产生噪声污染，危害操作者健康工艺系统受到初始干扰力而破坏了其平衡状态后，系统仅靠弹性恢复力来维持的振动称为自由振动。

由于系统中总存在由阻尼，自由振动将逐渐衰弱，对加工影响不大。机械加工过程中振动的危害机械加工过程中振动的类型自由振动强迫振动自激振动自由振动3/21/202387一、机械加工过程中强迫振动由外界周期性的干扰力（激振力）作用引起强迫振动振源：机外＋机内。机外振源均通过地基把振动传给机床。机内：

1）回转零部件质量的不平衡

2）机床传动件的制造误差和缺陷

3）切削过程中的冲击

频率特征：与干扰力的频率相同，或是干扰力频率整倍数

幅值特征：与干扰力幅值、工艺系统动态特性有关。当干扰力频率接近或等于工艺系统某一固有频率时，产生共振

相角特征：强迫振动位移的变化在相位上滞后干扰力一个φ角，其值与系统的动态特性及干扰力频率有关。强迫振动产生原因强迫振动的特征第五节机械加工过程中的振动3/21/202388二、机械加工过程中自激振动在没有周期性外力作用下，由系统内部激发反馈产生的周期性振动。自激振动过程可用传递函数概念说明。自激振动是一种不衰减振动；自激振动的频率等于或接近于系统的固有频率；自激振动能否产生及振幅的大小取决于振动系统在每一个周期内获得和消耗的能量对比情况。自激振动系统能量关系ABC能量EQE－E＋0振幅电动机(能源)交变切削力F(t)振动位移X(t)自激振动闭环系统机床振动系统（弹性环节）调节系统（切削过程）自激振动的特征自激振动的概念第五节机械加工过程中的振动3/21/202389三、自激振动的激振机理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。

1．再生原理自由正交切削再生型颤振的产生过程3/21/202390◆再生型切削颤振产生条件

三、自激振动的激振机理3/21/202391