机械制造技术课件

绪论

制造业为人类创造着辉煌的物质文明。制造业的先进与否是一个国家经济发展的重要标志，制造业的产值在多数国家的国民经济中占有重要的比重。全球性竞争和经济发展趋势将制造业产品生产、分销、成本、效率推向了一个新境界，也不断向制造业提出了新的挑战，无论是国内市场或国际市场，制造业都将面临复杂多变的外部环境。一、制造业与机械制造技术今天的制造业，已不能从“机械制造”的狭义角度来理解。只要是对各种各样的原材料进行加工处理，生产出为用户所需要的最终产品，它们可以是飞机、汽车、计算机、电子仪器，也可以是服装、鞋帽、食品，都可以归属于“制造业”。随着全球制造业之间的竞争日趋激烈，以及全球经济一体化，市场向企业提出了更高的要求，企业要赢得竞争，就要以市场为中心，以用户为中心，要求企业快速及时为用户提供高品质、低价格、具有个性化的产品。要以最短的产品开发时间（Time）、最优的产品质量（Quality）、最低的价格和成本（Cost）、最佳的服务（Service）(简称“TQCS”)，这样才能赢得用户和市场。制造技术是使原材料变成产品的技术的总称。是国民经济得以发展，也是制造业本身赖以生存的关键基础技术。

机械工程科学是一门有着悠久历史的学科，是国家建设和社会发展的支柱学科之一。机械制造是机械工程的一个分支学科，是一门研究各种机械制造过程和方法的科学。二、机械制造（冷加工）学科的范畴、研究内容及特点机械的制造工艺过程通常可区分为热加工工艺过程（包括铸造、塑性加工、焊接、热处理、表面改性等）及冷加工工艺过程。

机械制造（冷加工）工艺过程一般是指零件的机械加工工艺过程和机器的装配工艺过程。

零件的机械加工工艺过程是研究如何利用切削的原理使工件成形而达到预定的设计要求（尺寸精度，形状、位置精度和表面质量要求）。

机器的装配工艺过程是研究如何将零件或部件进行配合和连接，使之成为半成品和成品，并达到要求的装配精度的工艺过程。

三、先进制造技术的特点及发展趋势

1．先进制造技术的内涵及其主要特点（1）先进制造技术是涉及机械科学、信息科学、系统科学和管理科学的一门综合学科。（2）进制造技术的目的除了实现优质、高效、低成本外，敏捷制造、可持续发展也成为其追求的重要目标。（3）先进制造技术更加重视技术与管理的结合，重视制造过程的组织和管理体制的精简及合理化，从而产生了一系列技术与管理相结合的新的生产方式。与传统制造技术相比较，先进制造技术具有以下显著特征：

2．先进制造技术的主要发展趋势

（1）

制造技术向自动化、集成化和智能化的方向发展。如CIM、精良生产、并行工程、敏捷制造等（2）

制造技术向高精度方向发展。（3）特种加工（4）表面工程（5）综合考虑社会、环境要求及节约资源的可持续发展的制造技术将越来越受到重视。(绿色制造模式)

我国“十五”大力推进先进制造技术----CAD、CAM、CAPP、CAE、CAQ、ERP、CIMS

近年来，在我国大力推进先进制造技术的发展与应用，已得到社会的共识，先进制造技术已被列为国家重点科技发展领域，并将企业实施技术改造列为重点，寻求新的制造策略，建立新的包括市场需求、设计、车间制造和分销集成在一起的先进制造系统。该系统集成了计算机辅助设计（CAD），计算机辅助制造（CAM），计算机辅助工艺设计（CAPP），计算机辅助工程（CAE），计算机辅助质量管理（CAQ），企业资源计划（ERP），物料搬运等单元技术。这些单元技术集成为计算机集成制造系统CIMS。四、本课程的内容和学习要求本课程主要介绍机械产品的生产过程及生产活动的组织、机械加工过程及其系统。包括金属切削过程的基本理论及其基本规律，机械加工和装配工艺规程的基本知识及其设计，机械加工精度及表面质量的概念及其控制方法，精密与超精密加工，现代制造技术的发展前沿与发展趋势。为了使学生既有较强的机械制造技术的知识基础，又有较强的工作适应能力，在以机械制造为主的基础上，扩充了计算机应用、数控以及其它制造业等内容，培养学生的宽口径适应能力，拓宽学生的视野。

通过本课程的学习，要求学生能从技术与经济紧密结合的角度出发，围绕加工质量和交货期这个目标，掌握整个制造系统的规划设计，选择优化和运作监控的基本知识，能在宏观上和全局上对生产活动和生产组织有清楚的认识，而不能仅仅局限于单个工序及其优化的知识。要求掌握机械制造过程中包括传统的和现代在内的各种常用加工方法和制造工艺，以及与之有关的切削机理、加工原理、切削参数的选用、加工质量的分析与控制方法等。1）掌握金属切削的基本规律，并能对加工方法、机床、刀具、夹具及各种切削参数和刀具几何参数进行合理选择，对加工质量进行正确分析；2）掌握常用机械加工方法的工作原理、工艺特点、质量保证措施；3）掌握拟订机械加工工艺规程（含数控加工）和机器装配工艺规程拟订的基本知识及有关计算方法，具有拟订中等复杂程度零件机械加工工艺规程的能力；4）掌握机械加工精度和表面质量的基本理论和基本知识，初步具备分析解决现场工艺问题的能力；5）了解先进制造技术和先进制造模式的发展概况，初步具备对制造系统、制造模式选择决策的能力。其具体要求为：金属切削理论和机械制造工艺理论具有很强的实践性，对初学者来说，会感到有一定的难度。生产哲理与管理模式，没有足够的实践基础也很难准确的把握与理解。因此，在学习本课程时，必须加强实践性环节，即通过生产实习、课程实验、课程设计、电化教学、现场教学及工厂调研等来更好地体会和加深理解所学内容，并在理论与实际的结合中，培养分析和解决实际问题的能力。

五、本课程的学习方法

参考资料1.《机械制造技术基础》卢秉恒等机械工业出版社2.《机械制造工艺学》王先逵机械工业出版社3.《机械制造工艺学》顾崇衔陕西科学技术出版社4.《金属切削原理》周泽华上海科学技术出版社5.《金属切削刀具》袁哲俊

机械工业出版社6.《金属切削机床概论》贾亚洲机械工业出版社典型零件加工第一节

轴类零件加工

轴类零件的功用主要起支承传动件和传递转矩的作用。

轴类零件结构特点有光轴、空心轴、半轴、阶梯轴、花键轴、十字轴、偏心轴、曲轴及凸轮轴等。1）主轴的支承轴颈是装配基准，其制造精度直接影响到主轴部件的回转精度，故对支承轴颈提出较高的要求。2）主轴前端莫氏6号锥孔用来安装顶尖或工具锥柄，其锥孔轴线必须与支承轴颈轴线同轴，否则会引起被加工的工件出现相对位置误差。3）主轴前端圆锥面和端面是安装卡盘或车床夹具的定位表面。4）主轴上的螺纹是用来固定与调节主轴轴承间隙的。因此螺纹中径与支承轴径有同轴度要求。5）主轴零件的各加工表面均有表面粗糙度的要求。车床主轴零件的主要技术要求主轴零件的材料、毛坯及热处理常用45钢，精度较高的轴可选用40Cr、轴承钢GCr15、弹簧钢65Mn，也可选用球墨铸铁；对高速、重载的轴，选用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金钢或38CrMoAl氮化钢。材料毛坯常用圆棒料和锻件；大型轴或结构复杂的轴采用铸件。毛坯经过加热锻造后，可使金属内部纤维组织沿表面均匀分布，获得较高的抗拉、抗弯及抗扭强度。热处理锻造毛坯在加工前，均需安排正火或退火处理，使钢材内部晶粒细化，消除锻造应力，降低材料硬度，改善切削加工性能。调质一般安排在粗车之后、半精车之前，以获得良好的物理力学性能。表面淬火一般安排在精加工之前，这样可以纠正因淬火引起的局部变形。精度要求高的轴，在局部淬火或粗磨之后，还需进行低温时效处理。工艺过程分析加工阶段的划分粗精分开，先粗后精。以重要表面（特别是支承轴颈）的粗加工、半精加工和精加工为主线，适当穿插其它表面的加工工序而组成的工艺路线。定位基准的选择采用两中心孔为定位基准；以支承轴颈定位，车锥孔；以锥堵中心孔定位，精车外圆；以外圆定位，粗磨锥孔；以锥堵中心孔定位，粗精磨外圆；最后以支承轴颈定位，精磨锥孔。使锥孔的各项精度达到要求。基准统一互为基准工序顺序的安排先铣端面钻中心孔基准先行深孔加工安排在外圆半精车之后，以便有一个较为精确的轴颈作为定位基准，这样加工出的孔容易保证主轴壁厚均匀。深孔加工工序的安排主轴上的花键、键槽、螺纹等次要表面加工，通常安排在外圆精车或粗磨之后、精磨外圆之前进行。如果精车前已铣出键槽，精车时因断续切削而易产生振动，既影响加工质量，又容易损坏刀具，也难控制键槽的深度。次要表面加工工序安排主轴检验自动测量装置，作为辅助装置安装在机床上。这种检验方式能在不影响加工的情况下，根据测量结果，主动地控制机床的工作过程，如改变进给量，自动补偿刀具磨损，自动退刀、停车等，使之适应加工条件的变化，防止产生废品，故又称为主动检验。主动检验属在线检测，即在设备运行，生产不停顿的情况下，根据信号处理的基本原理，掌握设备运行状况，对生产过程进行预测预报及必要调整。在线检测在机械制造中的应用越来越广。加工中检验单件小批生产中，尺寸精度一般用外径千分尺检验；大批大量生产时，常采用光滑极限量规检验，长度大而精度高的工件可用比较仪检验。表面粗糙度可用粗糙度样板进行检验；要求较高时则用光学显微镜或轮廓仪检验。圆度误差可用千分尺测出的工件同一截面内直径的最大差值之半来确定，也可用千分表借助V形铁来测量，若条件许可，可用圆度仪检验。圆柱度误差通常用千分尺测出同一轴向剖面内最大与最小值之差的方法来确定。主轴相互位置精度检验一般以轴两端顶尖孔或工艺锥堵上的顶尖孔为定位基准，在两支承轴颈上方分别用千分表测量。加工后检验主轴检验第二节

箱体零件加工

箱体零件的功用箱体是机器的基础零件，它将机器中有关部件的轴、套、齿轮等相关零件连接成一个整体，并使之保持正确的相互位置，以传递转矩或改变转速来完成规定的运动。

箱体零件结构特点结构复杂，壁薄且不均匀，加工部位多，加工难度大。轴颈支承孔孔径精度及相互之间的位置精度定位销孔的精度与孔距精度主要平面的精度表面粗糙度箱体零件的主要技术要求

一般采用铸件。因曲轴箱是大批大量生产，且毛坯的形状复杂，故采用压铸毛坯，镶套与箱体在压铸时铸成一体。压铸的毛坯精度高，加工余量小，有利于机械加工。

为减少毛坯铸造时产生的残余应力，箱体铸造后应安排人工时效。箱体零件的材料及毛坯材料箱体零件常选用灰铸铁，摩托车的曲轴箱选用铝合金作为曲轴箱的主体材料。毛坯一般箱体零件的粗基准都用它上面的重要孔和另一个相距较远的孔作为粗基准，以保证孔加工时余量均匀。工艺过程分析先面后孔粗精分开、先粗后精粗基准的选择精基准的选择常以箱体零件的装配基准或专门加工的一面两孔定位。使得基准统一。一般在毛坯铸造之后安排一次人工时效即可；对一些高精度或形状特别复杂的箱体，应在粗加工之后再安排一次人工时效，以消除粗加工产生的内应力，保证箱体加工精度的稳定性。工序集中，先主后次箱体零件上相互位置要求较高的孔系和平面，一般尽量集中在同一工序中加工，以减少装夹次数，从而减少安装误差的影响，有利于保证其相互位置精度要求。合理安排时效处理（1）找正法一般只适合单件小批生产。（2）镗模法在成批生产中，广泛采用镗模加工孔系。（3）坐标法坐标法镗孔是先将被加工孔系的孔距尺寸换算成两个互相垂直的坐标尺寸，然后在普通卧式镗床、坐标镗床或数控镗铣床等设备上，利用坐标尺寸测量装置，使机床主轴与工件间按坐标尺寸作精确的相对位移，从而间接保证孔距尺寸的加工精度的一种方法。孔系加工箱体上若干有相互位置精度要求的孔的组合孔系平行孔系加工表面粗糙度检验通常用目测或样板比较法，只有当Ra值很小时，才考虑使用光学量仪；孔的尺寸精度一般用塞规检验；单件小批生产时可用内径千分尺或内径千分表检验；若精度要求很高可用气动量仪检验。平面的直线度可用平尺和厚薄规或水平仪与桥板检验；平面的平面度可用自准直仪或水平仪与桥板检验，也可用涂色检验。同轴度检验

一般工厂常用检验棒检验同轴度；孔间距和孔轴线平行度检验根据孔距精度的高低，可分别使用游标卡尺或千分尺，也可用块规测量；三坐标测量机可同时对零件的尺寸、形状和位置等进行高精度的测量。箱体检验本章习题10-1中心孔在轴类零件加工中起什么作用？在什么情况下需进行中心孔的修研？中心孔的加工和研磨常用哪些方法？10-2主轴前锥孔与支承轴颈的相互位置精度是如何达到的？10-3拟定箱体零件机械加工工艺的基本原则是什么？10-4保证箱体平行孔系孔距精度的方法有哪些？各适用于哪种场合？10-5图10-18所示为某厂加工箱体的粗精加工工序示意图，试分析该两道工序的特点。

工艺规程设计加工工艺——产品制造的方法。工艺规程制订的原则——是优质、高产、低成本，即在保证产品质量的前题下，争取最好的经济效益。

1.生产过程指把原材料转变为成品的全过程。

机械工厂的生产过程一般包括原材料的验收、保管、运输，生产技术准备，毛坯制造，零件加工（含热处理），产品装配，检验以及涂装等。第一节概述一、生产过程和工艺过程企业组织产品生产的模式：

1）生产全部零部件、组装机器。2）生产一部分关键的零部件，其余的由其它企业供应。

3）完全不生产零部件，自己只负责设计与销售。

企业在市场导向下，产品的生产过程主要可划分为四个阶段，即新产品开发、产品制造、产品销售和售后服务阶段。2.工艺过程

把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相

工艺过程可根据其具体工作内容分为铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、热处理、表面处理、装配等不同的工艺过程。

对位置和物理、力学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。

一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完成的那部分工艺过程叫工序。例如图3-4二、机械加工工艺过程及其组成

机械加工工艺过程是指用机械加工方法（主要是切削加工方法）逐步改变毛坯的形态（形状、尺寸以及表面质量），使其成为合格零件所进行的全部过程。它一般由工序、工步、走刀等不同层次的单元所组成。

1.工序

图3－4小轴零件

工件在机床或夹具中定位并夹紧的过程称为安装。2.安装3.工位

工件在一次安装后，工件与夹具或设备的可动部分一起相对于刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置上所完成的那一部分工艺过程称为工位。如图3-9所示图3－9多工位加工4.工步与复合工步

在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）都不变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。例图3-5

、图3－6所示

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，这可看作为一个工步，并称为复合工步，如图3-7所示。

图3－6转塔自动车床的不同工步图3－7复合工步图3－5底座零件底孔加工工序5.走刀

在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其它原因，需用同一把刀具以及同一切削用量对同一表面进行多次切削。这样刀具对工件的每一次切削就称为一次走刀。如图7-4所示的零件加工。

图7－4以棒料制造阶梯轴零件的年生产纲领按下列公式计算：

N=Qn(1+a)(1+b)(3-1)式中N——零件的生产纲领，单位为件／年；

Q——产品的年产量，单位为台／年；

n——每台产品中所含该零件的数量，单位为件／台；

a——零件的备品百分率；

b——零件的废品百分率。1.生产纲领

产品的年生产纲领就是产品的年生产量。三、生产纲领与生产类型2.生产类型的划分

根据产品投入生产的连续性，可大致分为三种不同的生产类型。1.单件生产

产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，大多数工作地点的加工对象经常改变。例如，重型机械、造船业等一般属于单件生产。2.大量生产

产品品种固定，每种产品数量很大，大多数工作地点的加工的对象固定不变。例如，汽车、轴承制造等一般属于大量生产。

在成批生产中，根据批量大小可分为小批、中批和大批生产。小批生产的特点接近于单件生产的特点，大批生产的特点接近于大量生产的特点，中批生产的特点介于单件和大量生产特点之间。因此生产类型可分为：单件小批生产，大批大量生产，中批生产。各种生产类型的工艺特点见表3-3。

3.成批生产

产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期性地轮换生产，大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。

计算节拍的公式：

t=60Φ/N（3-2）式中t——节拍，单位为min/件；

Φ——机床每年工作时数，单位为h；

N——零件生产纲领，单位为件。

Φ=cmnη

式中c——每天班次（以2计算）；

m——每年周数（以51计算）；

n——每周一班工作时数（以35计算）；

η——设备利用率，一般取0.94～0.96。三、节拍

节拍是指生产每一个零件所规定的时间指标。1.工艺规程的作用1.工艺规程是指导生产的主要技术文件2.工艺规程是组织生产和管理工作的基本依据3.工艺规程是新建或扩建工厂或车间的基本资料四、机械加工工艺规程

机械加工工艺规程简称为工艺规程，是指导机械加工的主要技术文件。

它是以工序为单位说明一个零件全部加工过程的工艺卡片。这种卡片包括零件各个工序的名称、工序内容，经过的车间、工段、所用的机床、刀具、夹具、量具，工时定额等。主要用于单件小批生产以及生产管理中。2.常用工艺文件的种类（1）机械加工工艺过程卡片

如表3-5所示，它是根据工艺卡片的每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。该卡片中附有工序简图，并详细记载了该工序加工所需的资料，如定位基准选择、工序尺寸及公差以及机床、刀具、夹具、量具、切削用量和工时定额等。（2）机械加工工艺卡

它是以工序为单位，详细说明零件的机械加工工艺过程,其内容介于工艺过程卡片和工序卡片之间。它用来指导工人进行生产和帮助车间干部和技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产和单件小批生产中比较重要的零件或工序。（3）机械加工工序卡产品整套装配图、零件图质量标准生产纲领、生产类型毛坯情况本厂现有生产条件先进技术、工艺有关手册、图册3.制订机械加工工艺规程的原始资料（1）机械加工工艺规程制定的原则（1）保证加工质量（2）保证生产效率（3）较低制造成本（4）良好劳动条件4.制订机械加工工艺规程的原则及步骤（2）步骤分析研究产品图纸工艺性分析选择毛坯拟订工艺路线选择设备、工装确定工序余量、工序尺寸确定切削用量、工时定额技术经济分析填写工艺文件定义——零件结构的工艺性是指所设计的零件在满足要求的前题下，制造的可行性和经济性。功能相同的零件，其结构工艺性可以有很大差异。良好的结构工艺性是指在现有工艺条件下既能方便制造，又有较低的制造成本。零件结构工艺性的分析，包括零件尺寸和公差的标注、零件的组成要素和整体结构等方面的分析。第二节零件的结构工艺性分析铸件：便于造型、拔模斜度璧厚均匀、无尖边、尖角锻件：形状简单、无尖边、尖角、飞刺，便于出模在毛坯制造方面在装配方面便于装配、减少修配量结构工艺性内容在加工方面合理标注零件的技术要求便于加工、减少加工数控加工工艺性分析（见表9-1）减轻零件重量保证加工的可行性、经济性零件尺寸、规格、结构要素标准化正确标注图纸尺寸及加工技术要求。在装配方面提高零件结构工艺性措施在加工方面便于分解独立装配单元便于平行、流水作业调整方便、减轻装配劳动便于达到装配精度定位基准1、粗基准2、精基准第三节定位基准选择采用毛坯上未经加工的表面作为定位基准。采用经过加工的表面作为定位基准。一、精基准选择1、基准重合原则重点考虑：减少定位误差保证加工精度（1）设计基准与定位基准不重合误差只发生在用调整法获得加工尺寸的情况。（2）基准不重合误差值等于设计基准与定位基准之间尺寸的变化量。（3）基准不重合一般发生在下列情况：

①用设计基准定位不可能或不方便；

②在选择精基准时优先考虑了基准统一原则。（4）设计基准与测量基准不重合也会产生基准不重合误差。（5）基准不重合误差不仅指尺寸误差，而且对位置误差也要考虑。举例设计基准（定位基准）

若本道工序的加工精度为δ，则只要δ≤δA2，即可满足加工要求例：图示零件加工台阶面切削平面δ（本道工序加工精度）设计基准定位基准若要满足加工精度必须有：－称为基准不重合误差2、基准统一原则3、互为基准4、自为基准5、定位夹紧可靠方便①有利于保证各加工表面间的相互位置关系，避免基准转换所产生的误差。②简化夹具的设计与制造。图7－18图7－19图7－20图7－18以齿形表面定位加工

1－卡盘；2－滚柱；3－齿轮图7－19自为基准磨削定子外圆图7－20床身导轨面自为基准二、粗基准选择

1.选择不加工表面作为粗基准，若有几个不加工表面，选其中与加工表面位置精度要求高的一个，以保证两者的位置精度。重点考虑：加工表面与不加工表面的相对位置精度；各加工表面有足够的余量2.为保证某重要表面余量均匀，则选择该重要表面本身作为粗基准。（图7－12）（举例）图7－10用不需加工的外圆作粗基准图7－11用需加工的内孔作粗基准图7－12车床床身加工3.若每个表面都加工，则以余量最小的表面作为粗基准，以保证各表面都有足够的余量。（图7－13）4.粗基准应平整、光滑，无浇冒口、飞边等，定位、夹紧可靠。5.粗基准应避免重复使用。在同一尺寸方向上，粗基准通常只允许使用一次，以免产生较大的定位误差。图7－13阶梯轴的加工第四节机械加工工艺路线的拟定一、表面加工方法选择1.加工方法的经济精度、表面粗糙度与加工表面的技术要求相适应。2.加工方法与被加工材料的性质相适应。3.加工方法与生产类型相适应。4.加工方法与本厂条件相适应。二、加工阶段的划分粗加工阶段光整加工阶段精加工阶段半精加工阶段加工阶段划分加工阶段的原因切除大量多余材料，主要提高生产率。完成次要表面加工(钻、攻丝、铣键槽等)主要表面达到一定要求，为精加工作好余量准备安排在热处理前。主要表面达到图纸要求。进一步提高尺寸精度降低粗糙度，但不能提高形状、位置精度1、保证加工质量2、合理使用设备3、便于安排热处理工序4、便于及时发现毛坯缺陷5、避免重要表面损伤。三、工序的集中与分散1、工序集中就是将工件的加工，集中在少数几道工序内完成。每道工序的加工内容较多。2、工序分散就是将工件的加工，分散在较多的工序内进行。每道工序的加工内容很少，最少时每道工序仅一个简单工步。3、趋势：工序集中（MC、FMC等）基面先行先面后孔先主后次先粗后精1.机械加工顺序的安排进给路线短换刀次数少四、加工顺序的安排2.热处理工序的安排退火：用于高碳钢、合金钢等，降低硬度，便于切削；正火：用于低碳钢，提高硬度，便于切削；调质：淬火后高温回火预备热处理最终热处理去除内应力处理位置：粗加工前目的：改善切削性能，消除内应力位置：半精加工后，精加工前目的：提高强度、硬度

位置：粗加工前、后，半精加工后，精加工前目的：消除内应力，防止变形、开裂。淬火、渗碳、氮化等自然时效人工时效3.辅助工序的安排金属镀层非金属镀层氧化膜表面处理工序检验工序其它工序安排位置：工艺过程最后目的：美观

位置：去毛刺、倒钝锐边应在淬火前目的：安全

位置：粗加工后、关键工序后、送往外车间加工前后、零件全部加工结束之后目的：质量控制。质量检验特种检验（无损探伤、磁力探伤、水压、超速试验）去毛刺、倒钝锐边去磁清洗涂防锈油一、加工余量确定（1）总加工余量（3）总余量为各工序余量之和（2）工序余量1.加工余量概念总加工余量是指零件加工过程中，某加工表面所切去的金属层总厚度。是毛坯尺寸与零件图样的设计尺寸之差。工序余量是一道工序内切除的金属层厚度，为相邻两工序的工序尺寸之差。第五节机床加工工序的设计（7）余量大小对加工精度、生产率、经济性都有影响（6）工序余量用经验法估算或查表法、分析计算法确定（4）公称余量公称余量是指相邻两工序的基本尺寸之差。（5）余量公差1、上工序的表面粗糙度和表面缺陷层（图7-24）3、上工序各表面间相互位置的空间偏差（图7－26）2、上工序的尺寸公差（图7－25）2.影响加工余量的因素4、本工序安装误差（图7-27)图7－24加工表面的粗糙度与缺陷层

1－缺陷层；2－正常组织图7－25上工序留下的形状误差图7－26轴的弯曲对加工余量的影响图7－27三爪卡盘上的装夹误差二、工序尺寸与公差的确定

工序尺寸是零件在加工过程中各工序应保证的加工尺寸，通常为加工面至定位基准面之间的尺寸。1.无需进行尺寸换算时工序尺寸的确定2.需进行尺寸换算时工序尺寸的确定铰孔精镗孔半精镗孔粗镗孔毛坯孔0.10.52.45H7（）表7－7工序尺寸及公差的计算H8（）H10（）H13（）Ra0.8Ra1.25Ra2.5Ra16100100-0.1=99.999.9-0.5=99.499.4-2.4=97.097-5=92.0工序名称工序间余量

/mm工序间经济精度

/mm表面粗糙度/μm

工序间尺寸

工序尺寸3.机床的规格与加工工件的尺寸相适应5、合理选用数控机床。2.机床的生产率与生产类型相适应。1.机床的精度应与要求的加工精度相适应.三、机床设备及工艺装备的选择4、机床的选择应结合现场的实际情况。一般：单件小批：通用机床、工装；大批、大量：专机、组机、专用工装数控机床：可用于各种生产类型。刀具尽可能用标准的。1.选择机床设备的基本原则1、单件小批生产：采用各种通用夹具和机床附件，如卡盘、虎钳、分度头等。有组合夹具站的，可采用组合夹具。3、多品种中、小批生产可采用可调夹具或成组夹具。2、大批大量生产为提高劳动生产率应采用专用高效夹具。2.工艺装备的选择4、采用数控加工时夹具要敞开，其定位、夹紧元件不能影响加工走刀（如碰撞等）。夹具的选择1、一般优先采用标准刀具。3、刀具的类型、规格和精度等级应符合加工要求。2、若采用工序集中时，应采用各种高效的专用刀具、复合刀具和多刃刀具等。4、数控加工对刀具的刚性及寿命要求较普通加工严格。应合理选择各种刀具、辅具（刀柄、刀套、夹头等）。刀具的选择1、单件小批生产应广泛采用通用量具，如游标卡尺、百分尺和千分表等。3、量具的精度必须与加工精度相适应。2、大批大量生产应采用各种量规和高效的专用检验夹具和量仪等。量具的选择第六节加工工艺过程的生产率与技术经济分析（一）时间定额

时间定额是在一定生产条件下，规定生产一件产品或完成一道工序所需消耗的时间。单件时间

完成一个工件的一个工序的时间称为单件时间td一、生产率分析T单=t基+t辅+t服+t休基本时间是指直接改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或材料性质等工艺过程所消耗的时间。辅助时间是指为实现工艺过程所必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如装卸工件。操作机床、改变切削用量、试切和测量工件、引进及退回刀具等动作所需时间都是辅助时间。布置工作地时间是为使加工正常进行，工人照管工作地（如换刀、润滑机床、清理切屑、收拾工具等)所消耗的时间。一般按作业时间的2％～7％估算。休息和生理需要时间是指工人在工作班内恢复体力和满足生理上的需要所消耗的时间。一般按作业时间的2％估算。在成批生产中零件批量th＝td

＋tZ/N单件核算时间准备终结时间单件时间大批大量生产时，每个工作地始终完成某一固定工序，tZ/N≈0，故不考虑准备终结时间，即th＝td（二）提高机械加工生产率的工艺措施

1.缩短基本时间2.缩减辅助时间、工作地点服务时间、准备终结时间3.实行多台机床看管4.新工艺、特种工艺5.应用成组技术(1)提高切削用量，但受到刀具寿命和机床刚度的制约。(2)缩短工作行程长度

(3)多件加工(l)直接缩减辅助时间(2)使辅助时间与基本时间重合(3)减少换刀次数，并缩减每次换刀所需时间(4)扩大零件的生产批量减少调整机床、刀具和夹具的时间

在单件小批生产中广泛采用各种数控和柔性制造系统及推广成组技术等，都可以缩短单件时间，有效地提高劳动生产率。二、工艺过程的技术经济分析

所谓技术经济分析，就是通过比较不同工艺方案的生产成本，选出最经济的工艺方案。生产成本工艺成本制造一个零件或一台产品的一切费用的总和。与工艺过程直接有关的费用。工艺成本可变费用+不变费用可变费用不变费用可变费用与零件（或产品）年产量有关，它包括材料费或毛坯费、操作工人的工资、通用机床的折旧费、维护费、万能机床和万能夹具及刀具的折旧费。不变费用与零件（或产品）年产量无关，它是指专用机床和专用夹具、刀具的折旧和维护费用，调整工人的工资等。

一种零件（或一道工序）的全年工艺成本E（单位为元）和单件工艺成本Ed（单位为元／件），可用下式表示：

E＝NV＋C

式中V——每个零件的可变费用，单位为元／件；

N——工件的年产量，单位为元／件；

C——全年的不变费用，单位为元。2.工艺方案的经济评比Ed1Ed2NEiNc

若两种工艺过程方案的基本投资差额较大：这时，在考虑工艺成本的同时还要考虑基本投资差额的回收期限。回收期愈短，则经济效果愈好。

第七节工艺尺寸链一、尺寸链的定义、组成1、定义尺寸链就是在零件加工或机器装配过程中，由相互联系且按一定顺序连接的封闭尺寸组合。（1）在加工中形成的尺寸链——工艺尺寸链A2A1A01.加工面2.定位面3.设计基准（2）在装配中形成的尺寸链——装配尺寸链A1A2A02、特征3、组成1、封闭性

2、关联性。环——尺寸链中的每一个尺寸。它可以是长度或角度。封闭环——在零件加工或装配过程中间接获得或最后形成的环。组成环——尺寸链中对封闭环有影响的全部环。

组成环又可分为增环和减环。

增环——若该环的变动引起封闭环的同向变动，则该环为增环．

减环——若该环的变动引起封闭环的反向变动。则该环为减环。4、增、减环判别方法在尺寸链图中用首尾相接的单向箭头顺序表示各尺寸环，其中与封闭环箭头方向相反者为增环,与封闭环箭头方向相同者为减环。A1A0A2A3封闭环减环增环举例：二、尺寸链的分类

1、按应用范围分类1）工艺尺寸链——全部组成环为同一零件工艺尺寸所形成的尺寸链。2）装配尺寸链——全部组成环为不同零件设计尺寸所形成的尺寸链。3）零件尺寸链——全部组成环为同一零件设计尺寸所形成的尺寸链。4）设计尺寸链——装配尺寸链与零件尺寸链，统称为设计尺寸链。1）长度尺寸链—全部环为长度的尺寸链2）角度尺寸链—全部环为角度的尺寸链3）直线尺寸链——

全部组成环平行于封闭环的尺寸链。4）平面尺寸链——

全部组成环位于一个或几个平行平面内，但某些组成环不平行于封闭环的尺寸链。5）空间尺寸链——组成环位于几个不平行平面内的尺寸链。

2、按几何特征及空间位置分类三、尺寸链的建立

1、确定封闭环

2、组成环确定1、加工顺序或装配顺序确定后才能确定封闭环。2、封闭环的基本属性为“派生”，表现为尺寸间接获得。

关键

关键

要领1、设计尺寸往往是封闭环。2、加工余量往往是封闭环（靠火花磨除外）。

关键

关键1、封闭环确定后才能确定。2、直接获得。3、对封闭环有影响

1.极值法

（1）极值法各环基本尺寸之间的关系封闭环的基本尺寸A0等于增环的基本尺寸之和减去减环的基本尺寸之和，即（2）各环极限尺寸之间的关系封闭环的最大极限尺寸A0max等于增环的最大极限尺寸之和减去减环的最小极限尺寸之和，即四、尺寸链计算的基本公式

封闭环的最小极限尺寸A0min等于增环的最小极限尺寸之和减去减环的最大极限尺寸之和，即

(3)

各环上、下偏差之间的关系封闭环的上偏差ES(A0)等于增环的上偏差之和减去减环的下偏差之和，即

封闭环的下偏差EI(A0)等于增环下偏差之和减去减环的上偏差之和，即

（4）各环公差之间的关系

封闭环的公差T(A0)等于各组成环的公差T(Ai)之和，即

极值法解算尺寸链的特点是：简便、可靠，但当封闭环公差较小，组成环数目较多时，分摊到各组成环的公差可能过小，从而造成加工困难，制造成本增加，在此情况小，常采用概率法进行尺寸链的计算。

2.概率法特点：以概率论理论为基础，计算科学、复杂，经济效果好，用于环数较多的大批大量生产中。

(2)各环平均尺寸之间的关系

(1)各环公差之间的关系

(3)各环平均偏差之间的关系

当计算出各环的公差、平均尺寸、平均偏差之后，应按将该环的公差对平均尺寸按双向对称分布，即写成，然后将之改写成上下偏差的形式，即假定各环尺寸按正态分布，且其分布中心与公差带中心重合。

(1)正计算——已知各组成环，求封闭环。正计算主要用于验算所设计的产品能否满足性能要求及零件加工后能否满足零件的技术要求。

(2)反计算——已知封闭环，求各组成环。反计算主要用于产品设计、加工和装配工艺计算等方面，在实际工作中经常碰到。反计算的解不是唯一的。如何将封闭环的公差正确地分配给各组成环，这里有一个优化的问题。

（3）中间计算——已知封闭环和部分组成环的基本尺寸及公差，求其余的一个或几个组成环基本尺寸及公差（或偏差）。中间计算可用于设计计算与工艺计算，也可用于验算。3.尺寸链计算的几种情况1）

等公差原则按等公差值分配的方法来分配封闭环的公差时,各组成环的公差值取相同的平均公差值Tav：即极值法Tav=T0/（n-1）4.确定组成环公差大小的误差分配方法这种方法计算比较简单，但没有考虑到各组成环加工的难易、尺寸的大小，显然是不够合理的。概率法

2）按等精度原则按等公差级分配的方法来分配封闭环的公差时,各组成环的公差取相同的公差等级，公差值的大小根据基本尺寸的大小，由标准公差数值表中查得。3）按实际可行性分配原则按具体情况来分配封闭环的公差时,第一步先按等公差值或等公差级的分配原则求出各组成环所能分配到的公差，第二步再从加工的难易程度和设计要求等具体情况调整各组成环的公差。1)按“入体”原则标注公差带的分布按“入体”原则标注时，对于被包容面尺寸可标注成上偏差为零、下偏差为负的形式（即-T）；对于包容面的尺寸可标注成下偏差为零、上偏差为正的形式（即+T）。2）按双向对称分布标注对于诸如孔系中心距、相对中心的两平面之间的距离等尺寸，一般按对称分布标注，即可标注成上、下偏差绝对值相等、符号相反形式（即

T/2）。

当组成环是标准件时，其公差大小和分布位置按相应标准确定。当组成环是公共环时，其公差大小和分布位置应根据对其有严格要求的那个尺寸链来确定。5.工序尺寸的标注

工艺基准（工序、定位、测量等）与设计基准不重合，工序基准就无法直接取用零件图上的设计尺寸，因此必须进行尺寸换算来确定其工序尺寸。五、工艺过程尺寸链的分析与解算1.基准不重合时的尺寸换算1）定位基准与设计基准不重合的尺寸换算A设计基准C定位基准例7－3B例1:某零件如图示，设计尺寸50-0.17、10-0.36，因10-0.36不好测量，而改为测量A2，试确定工序尺寸A2。A210-0.36A1=50-0.17A0封闭环A0A2A1解:1)确定封闭环、建立尺寸链、判别增减环。2）尺寸及偏差计算：A2=40+0.193)假废品情况：当A2=40+0.36(按上述计算应为超差),此时A1=50,A0=10-0.36(合格)这种废品为假废品。2）测量基准与设计基准不重合的尺寸换算

只要测量尺寸的超差量小于或等于其余组成环尺寸公差之和，就有可能出现假废品，为此应对该零件各有关尺寸进行复检和验算，以免将实际合格的零件报废而导致浪费。

假废品的出现，给生产质量管理带来诸多麻烦，因此，不到非不得已，不要使工艺基准与设计基准不重合。假废品的出现例2

如图所示轴套，其加工工序如图所示，试校验工序尺寸标注是否合理。2.多尺寸保证时的尺寸换算50-0.3415±0.210-0.3零件图51-0.410车孔及端面50-0.3410.4-0.220车外圆及端面14.6±0.230钻孔10-0.340磨外圆及台阶解:1)分析

从零件图上看,设计尺寸有10-0.3mm、15±0.2mm以及50-0.34。根据工艺过程分析是否全部达到图纸要求.其中10-0.3、50-0.34直接保证，15±0.2间接保证，为封闭环，必须校核。

2）查找组成环，建立尺寸链10.4-0.214.6±0.210-0.3A0封闭环3）计算尺寸及偏差求得A0=15-0.4+0.5(

超差)4)解决办法:改变工艺过程，如将钻孔改在工序40之后；提高加工精度，缩小组成环公差。5）重新标注尺寸，校核计算现将尺寸改为：10.4-0.1，14.6±0.1,10-0.1可求得:A0=15±0.2符合图纸要求.3.校核工序间余量例3

一轴其轴向工艺过程如图所示，现要校核工序30精车B面的余量。ABCA1A2A3ABCA5A4粗车端面A、B，直接得到A1=28-0.52

A2=35-0.34调头，粗、精车C面，直接得到尺寸

A3=26-0.28调头，精车A、B，直接得到A4=25-0.14A5=35-0.17解:根据工艺过程作轴向尺寸形成过程及余量分布图，寻找封闭环，建立尺寸链求解。ABCA1A2A3A4A5Z为封闭环A0A3A2A4A5ZA0Z为封闭环,求得，Zmin=0.38>0,合适。4、跟踪法建尺寸链

对于工件形状复杂、工艺过程很长、工艺基准多次转换、工艺尺寸链环数多时，就不容易迅速、简便地列出相应的工艺尺寸链来进行工序尺寸的换算，而且还容易出差错。

采用跟踪法，就能够更直观、更简便地去解工艺尺寸链的问题。而且也便于利用计算机进行辅助工艺设计。1）跟踪图的绘制（1）在图表的上方画出零件的简图，标出有关设计尺寸，并将有关表面向下引出表面线；（2）按加工顺序自上而下地填入工序号；（3）将工序基本余量填入表中；（5）为便于计算，按对称偏差标注设计尺寸。（4）按规定符合标出定位基准、工序基准、加工表面、工序尺寸、加工余量、结果尺寸；2）符号说明CABA1A2A3A4A5Z为封闭环A0余量定位基准封闭环工序尺寸度量基准加工表面3）举例为封闭环A0CABA3A4Z4Z2A2A1Z1A5Z3Z5A03=36.25±0.25工序2以D面定位，精车A面，得A3；粗车C面，得A4D工序1以A面定位，粗车D面，得A1；车B面，保证A2＝A02=39.9±0.1A01=49.75±0.25工序3以D面定位，磨A面，保证工序尺寸

A5

＝；同时保证设计尺寸

4）尺寸链建立方法（1）找出间接保证的设计尺寸和余量作为封闭环；（2）沿封闭环两端面竖线同步向前面各工序追踪查找组成环；（3）在追踪过程中，遇到箭头拐弯，逆加工箭头横向追踪到此尺寸的度量基准；（5）当两边竖线“汇交”到某一个度量基准为止。（4）沿度量基准所在的竖线继续追踪；A03=36.25±0.25A3A4A5以A03为封闭环得到的工艺尺寸链：机械加工表面质量

零件的机械加工质量不仅指加工精度，而且包括加工表面质量。

机械加工后的零件表面实际上不是理想的光滑表面，它存在着不同程度的表面粗糙度、冷硬、裂纹等表面缺陷。虽然只有极薄的一层（几微米~几十微米），但都错综复杂地影响着机械零件的精度、耐磨性、配合精度、抗腐蚀性和疲劳强度等，从而影响产品的使用性能和寿命，因此必须加以足够的重视。一、概述零件表面质量表面粗糙度表面波度表面物理力学性能的变化表面微观几何形状特征表面层冷作硬化表面层残余应力表面层金相组织的变化表面质量的含义（内容）

（1）表面粗糙度对零件耐磨性的影响

表面粗糙度太大和太小都不耐磨。如图4-38所示。表面粗糙度太大，接触表面的实际压强增大，粗糙不平的凸峰相互咬合、挤裂、切断，故磨损加剧；表面粗糙度太小，也会导致磨损加剧。因为表面太光滑，存不住润滑油，接触面间不易形成油膜，容易发生分子粘结而加剧磨损。表面粗糙度的最佳值与机器零件的工作情况有关，载荷加大时，磨损曲线向上、向右移动，最佳表面粗糙度值也随之右移。

二、表面质量对零件使用性能的影响1．表面质量对零件耐磨性的影响图4－38表面粗糙度与初期磨损量的关系（2）表面层的冷作硬化对零件耐磨性的影响加工表面的冷作硬化，一般能提高零件的耐磨性。因为它使磨擦副表面层金属的显微硬度提高，塑性降低，减少了摩擦副接触部分的弹性变形和塑性变形。并非冷作硬化程度越高，耐磨性就越高。这是因为过分的冷作硬化，将引起金属组织过度“疏松”，在相对运动中可能会产生金属剥落，在接触面间形成小颗粒，使零件加速磨损。2．表面质量对零件疲劳强度的影响（1）表面粗糙度对零件疲劳强度的影响

表面粗糙度越大，抗疲劳破坏的能力越差。

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，表面缺陷越少，工件耐疲劳性越好；反之，加工表面越粗糙，表面的纹痕越深，纹底半径越小，其抗疲劳破坏的能力越差。（2）表面层冷作硬化与残余应力对零件疲劳强度的影响

适度的表面层冷作硬化能提高零件的疲劳强度。残余应力有拉应力和压应力之分，残余拉应力容易使已加工表面产生裂纹并使其扩展而降低疲劳强度残余压应力则能够部分地抵消工作载荷施加的拉应力，延缓疲劳裂纹的扩展，从而提高零件的疲劳强度。3.表面质量对零件工作精度的影响（1）表面粗糙度对零件配合精度的影响

表面粗糙度较大，则降低了配合精度。（2）表面残余应力对零件工作精度的影响

表面层有较大的残余应力，就会影响它们精度的稳定性。4．表面质量对零件耐腐蚀性能的影响（1）表面粗糙度对零件耐腐蚀性能的影响

零件表面越粗糙，越容易积聚腐蚀性物质，凹谷越深，渗透与腐蚀作用越强烈。

因此减小零件表面粗糙度，可以提高零件的耐腐蚀性能。（2）表面残余应力对零件耐腐蚀性能的影响

零件表面残余压应力使零件表面紧密，腐蚀性物质不易进入，可增强零件的耐腐蚀性，而表面残余拉应力则降低零件耐腐蚀性。

表面质量对零件使用性能还有其它方面的影响：如减小表面粗糙度可提高零件的接触刚度、密封性和测量精度；对滑动零件，可降低其摩擦系数，从而减少发热和功率损失。表面质量对零件使用性能的影响零件表面质量粗糙度太大、太小都不耐磨适度冷硬能提高耐磨性对疲劳强度的影响对耐磨性影响对耐腐蚀性能的影响对工作精度的影响粗糙度越大，疲劳强度越差适度冷硬、残余压应力能提高疲劳强度粗糙度越大、工作精度降低残余应力越大，工作精度降低粗糙度越大，耐腐蚀性越差压应力提高耐腐蚀性，拉应力反之则降低耐腐蚀性三、影响加工表面粗糙度的主要因素及其控制机械加工中，表面粗糙度形成的原因大致可归纳为几何因素和物理力学因素两个方面。（一）切削加工表面粗糙度1、几何因素刀尖圆弧半径rε主偏角kr、副偏角kr′进给量f（图4－40）H=f/(cotκr+cotκr′)(8-1)H=f2/(8rε)(8-2)图4－40车削、刨削时残留面积高度2、物理力学因素（1）工件材料的影响韧性材料：工件材料韧性愈好，金属塑性变形愈大，加工表面愈粗糙。故对中碳钢和低碳钢材料的工件，为改善切削性能，减小表面粗糙度，常在粗加工或精加工前安排正火或调质处理。脆性材料：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。（2）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（对积屑瘤和鳞刺的影响）见如图4-41所示。此外，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。

（4）其它因素的影响

此外，合理使用冷却润滑液，适当增大刀具的前角，提高刀具的刃磨质量等，均能有效地减小表面粗糙度值。（3）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。图4－41加工塑性材料时切削速度对表面粗糙度的影响影响切削加工表面粗糙度的因素刀具几何形状刀具材料、刃磨质量切削用量工件材料残留面积↓→Ra↓前角↑→Ra↓后角↑→摩擦↓→Ra↓刃倾角会影响实际工作前角

v↑→Ra↓f↑→Ra↑ap对Ra影响不大，太小会打滑，划伤已加工表面材料塑性↑→Ra↑同样材料晶粒组织大↑→Ra↑，常用正火、调质处理刀具材料强度↑→Ra↓刃磨质量↑→Ra↓冷却、润滑↑→Ra↓影响切削加工表面粗糙度的因素（二）磨削加工表面粗糙度1、磨削中影响粗糙度的几何因素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砂粒数越多，则刻痕越多，刻痕的等高性越好，表面粗糙度值越小。

磨粒在砂轮上的分布越均匀、磨粒越细，刃口的等高性越好。则砂轮单位面积上参加磨削的磨粒越多，磨削表面上的刻痕就越细密均匀，表面粗糙度值就越小。（1）砂轮的磨粒砂轮转速越高，单位时间内通过被磨表面的磨粒数越多，表面粗糙度值就越小。工件转速对表面粗糙度值的影响刚好与砂轮转速的影响相反。工件的转速增大，通过加工表面的磨粒数减少，因此表面粗糙度值增大。砂轮的纵向进给量小于砂轮的宽度时，工件表面将被重叠切削，而被磨次数越多，工件表面粗糙度值就越小。（3）磨削用量（2）砂轮修整

砂轮修整除了使砂轮具有正确的几何形状外，更重要的是使砂轮工作表面形成排列整齐而又锐利的微刃（图4－47）。因此，砂轮修整的质量对磨削表面的粗糙度影响很大。图4－47砂轮上的磨粒2、磨削中影响粗糙度的物理因素磨削速度比一般切削速度高得多，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更加剧了塑性变形，故表面粗糙度值增大。（1）磨削用量

砂轮的转速↑

→材料塑性变形↓

→表面粗糙度值↓；磨削深度↑、工件速度↑

→塑性变形↑

→表面粗糙度值↑；为提高磨削效率，通常在开始磨削时采用较大的径向进给量，而在磨削后期采用较小的径向进给量或无进给量磨削，以减小表面粗糙度值。（2）工件材料太硬易使磨粒磨钝→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）砂轮粒度与硬度磨粒太细，砂轮易被磨屑堵塞，使表面粗糙度值增大，若导热情况不好，还会烧伤工件表面。砂轮太硬，使表面粗糙度增大；砂轮选得太软，使表面粗糙度值增大。影响磨削加工表面粗糙度的因素粒度↓→Ra↓

金刚石笔锋利↑，修正导程、径向进给量↓→Ra↓磨粒等高性↑→Ra↓硬度↑→钝化磨粒脱落↓→Ra↑硬度↓→磨粒脱落↑→Ra↑硬度合适、自励性好↑→Ra↓太硬、太软、韧性、导热性差↑→Ra↓影响磨削加工表面粗糙度的因素砂轮粒度工件材料性质砂轮修正磨削用量砂轮硬度砂轮V↑→Ra↓ap、工件V↑→塑变↑→

Ra↑粗磨ap↑→生产率↑精磨ap↓→Ra↓(ap=0光磨)

四、影响表面层物理力学性能的主要因素及其控制影响表面层物理力学性能的主要因素表面物理力学性能影响金相组织变化因素影响显微硬度因素影响残余应力因素塑变引起的冷硬金相组织变化引起的硬度变化冷塑性变形热塑性变形金相组织变化切削热1.表面层的冷作硬化（1）表面层加工硬化的产生定义：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，这种现象称为加工硬化，又称冷作硬化和强化。（2）衡量表面层加工硬化的指标衡量表面层加工硬化程度的指标有下列三项：1）表面层的显微硬度HV；2）硬化层深度h；3）硬化程度NN=(HV-HV0)/HV0×100％（8-3）式中HV0——工件原表面层的显微硬度。（3）影响表面层加工硬化的因素

⑴刀具几何形状的影响切削刃rε↑、前角↓、后面磨损量VB↑→表层金属的塑变加剧→冷硬↑⑵切削用量的影响切削速度v↑→塑变↓→冷硬↓f↑→切削力↑→塑变↑→冷硬↑⑶工件材料性能的影响

材料塑性↑→冷硬↑2.表面层残余应力定义：

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。（1）表面层残余应力的产生1）冷态塑变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。2）热态塑变表层产生残余拉应力，里层产生产生残余压应力(其原理见图)3）金相组织变化

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。（密度小，比容大）图切削热在表层金属产生残余拉应力的示意图

机械加工后工件表面层的残余应力是冷态塑性变形、热态塑性变形和金相组织变化的综合结果。切削加工时起主要作用的往往是冷态塑性变形，表面层常产生残余压缩应力。磨削加工时起主要作用的通常是热态塑性变形或金相组织变化引起的体积变化，表面层常产生残余拉伸应力。（2）磨削裂纹的产生

磨削裂纹和残余应力有着十分密切的关系。在磨削过程中，当工件表面层产生的残余应力超过工件材料的强度极限时，工件表面就会产生裂纹。磨削裂纹常与烧伤同时出现。

（3）影响表面残余应力的主要因素切削加工中，由于切削热的作用，在工件的加工区及其邻近区域产生了一定的温升。

定义：磨削加工时，表面层有很高的温度，当温度达到相变临界点时，表层金属就发生金相组织变化，强度和硬度降低、产生残余应力、甚至出现微观裂纹。这种现象称为磨削烧伤。淬火钢在磨削时，由于磨削条件不同，产生的磨削烧伤有三种形式。三、表面层金相组织变化与磨削烧伤1.表面层金相组织变化与磨削烧伤的产生

淬火烧伤回火烧伤退火烧伤磨削时工件表面温度超过相变临界温度Ac3时，则马氏体转变为奥氏体。在冷却液作用下，工件最外层金属会出现二次淬火马氏体组织。其硬度比原来的回火马氏体高，但很薄，其下为硬度较低的回火索氏体和屈氏体。由于二次淬火层极薄，表面层总的硬度是降低的，这种现象称为淬火烧伤。磨削时，如果工件表面层温度只是超过原来的回火温度，则表层原来的回火马氏体组织将产生回火现象而转变为硬度较低的回火组织（索氏体或屈氏体），这种现象称为回火烧伤。磨削时，当工件表面层温度超过相变临界温度Ac3时，则马氏体转变为奥氏体。若此时无冷却液，表层金属空冷冷却比较缓慢而形成退火组织。硬度和强度均大幅度下降。这种现象称为退火烧伤。2.磨削烧伤的三种形式磨削用量砂轮与工件材料改善冷却条件1）砂轮转速↑→

磨削烧伤↑2）径向进给量fp↑→

磨削烧伤↑3）

轴向进给量fa↑→磨削烧伤↓4）工件速度vw↑→磨削烧伤↓1)磨削时，砂轮表面上磨粒的切削刃口锋利↑→磨削力↓→磨削区的温度↓2)磨削导热性差的材料(耐热钢、轴承钢、不锈钢)↓→磨削烧伤↑3)应合理选择砂轮的硬度、结合剂和组织→磨削烧伤↓采用内冷却法→磨削烧伤↓

图3.影响磨削烧伤的因素及改善途径采用开槽砂轮间断磨削→受热↓→磨削烧伤↓

图图内冷却装置1－锥形盖2－通道孔3－砂轮中心孔4－有径向小孔的薄壁套图开槽砂轮

a）槽均匀分布b）槽均匀分布

第四节提高表面层物理力学性能的加工方法1．滚压加工

滚压加工是利用经过淬火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，使受压点产生弹性和塑性变形，表层的凸起部分向下压，凹下部分向上挤，逐渐将前工序留下的波峰压平，降低了表面粗糙度；同时它还能使工件表面产生硬化层和残余压应力。因此提高了零件的承载能力和疲劳强度。滚压加工可以加工外圆、孔、平面及成型表面，通常在普通车床、转塔车床或自动车床上进行。如图为典型的滚压加工示意图。图滚压加工原理2.喷丸强化

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压缩残余应力，如图8-13所示为珠丸挤压工件表面的状态,可显著提高零件的疲劳强度。

珠丸可以是铸铁的，也可以是切成小段的钢丝（使用一段时间后，自然变成球状）。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。珠丸的直径一般为0.2~4mm，对于尺寸较小、表面粗糙度值较小的工件，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，如板弹簧、螺旋弹簧、连杆、齿轮、焊缝等。经喷丸加工后的表面，硬化层深度可达0.7mm，零件表面粗糙度值可由Ra5~2.5μm减小到Ra0.63~0.32μm，可几倍甚至几十倍地提高零件的使用寿命。第五节机械加工中的振动振动会在工件加工表面出现振纹，降低了工件的加工精度和表面质量；振动会引起刀具崩刃打刀现象并加速刀具或砂轮的磨损；振动使机床连接部分松动，影响运动副的工作性能，并导致机床丧失精度；强烈的振动及伴随而来的噪声，还会污染环境，危害操作者的身心健康。为减小加工过程中的振动，有时不得不降低切削用量，使机械加工生产率降低。一、机械加工中的振动现象1、振动对机械加工的影响机械加工中振动的种类及其主要特点机械加工振动自激振动自由振动强迫振动当系统受到初始干扰力激励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。由于总存在阻尼，自由振动将逐渐衰减，如图8-14a所示。(占5%)系统在周期性激振力(干扰力)持续作用下产生的振动，称为强迫振动。强迫振动的稳态过程是谐振动，只要有激振力存在振动系统就不会被阻尼衰减掉。如图8-14b所示。(占35%)在没有周期性干扰力作用的情况下，由振动系统本身产生的交变力所激发和维持的振动，称为自激振动。切削过程中产生的自激振动也称为颤振。(占65%)一）强迫振动的振源系统外部的周期性干扰力旋转零件的质量偏心传动机构的缺陷切削过程的间隙特性二、机械加工中的强迫振动与控制二）强迫振动的数学描述及特性1、动力学模型的建立几点假设：1）（a）只有质量、没有弹性的集中质量，（b）只有弹性、没有质量的集中弹簧；2）阻尼力在线性范围内，即：

3）系统在平衡位置附近作微小的振动（图1示）图1内圆磨削振动系统a)模型示意图b）动力学模型c）受力图根据牛顿运动规律建立微分方程：式中α—衰减系数，ω0—系统无阻尼振动时的固有频率，ω—激振力频率该式是一个二阶常系数线性非齐次微分方程。根据微分方程理论，当系统为小阻尼时，它的解由令而得到的齐次方程的通解和非齐次方程的一个特解组成：a）有阻尼的自由振动b）强迫振动c）有阻尼的自由振动和强迫振动的合成进入稳态后的振动方程为：式中A—强迫振动的幅值；

φ—振动体位移相对于激振力的相位角；

t—时间其中强迫振动的振幅为：相位角为：式中f

—

f=F/m；A0—系统在静力F作用下的静位移（m)k—系统的静刚度（N/m）；λ—频率比，λ＝