課題十六機(jī)械加工質(zhì)量分析

（一）機(jī)械加工精度

機(jī)械產(chǎn)品的工作性能和使用壽命，總是與組成產(chǎn)品的零件的加工質(zhì)量和產(chǎn)品的裝配精度直接相關(guān)。因此，零件的加工質(zhì)量對(duì)產(chǎn)品工作性能和使用壽命影響很大。零件的加工質(zhì)量一般用加工精度和加工表面質(zhì)量?jī)蓚€(gè)指標(biāo)表示。1.加工精度概念

機(jī)械加工精度是指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)(尺寸、形狀和表面間的相互位置)與理想幾何參數(shù)的符合程度。工件的加工精度包括尺寸精度、幾何形狀精度和相互位置精度等三個(gè)方面。實(shí)際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)的偏離程度稱為加工誤差,加工誤差越小，加工精度就越高。2.獲得加工精度的方法（1）工件獲得尺寸精度的方法機(jī)械加工中獲得工件尺寸精度的方法，主要有以下幾種：①試切法試切法通過(guò)“試切－測(cè)量－調(diào)整－再試切”，反復(fù)進(jìn)行直到達(dá)到要求的尺寸精度為止。試切法達(dá)到的精度可能很高，它不需要復(fù)雜的裝置，但這種方法費(fèi)時(shí)（需作多次調(diào)整、試切、測(cè)量、計(jì)算），效率低，依賴工人的技術(shù)水平和計(jì)量器具的精度，質(zhì)量不穩(wěn)定，所以只用于單件小批生產(chǎn)。②調(diào)整法

根據(jù)樣件或試切工件的尺寸，預(yù)先調(diào)整好機(jī)床、夾具、刀具和工件的準(zhǔn)確相對(duì)位置，用以保證工件的尺寸精度。因?yàn)槌叽缡孪日{(diào)整到位，所以加工時(shí)，不用再試切，尺寸自動(dòng)獲得，并在一批零件加工過(guò)程中保持不變，這就是調(diào)整法。調(diào)整法比試切法的加工精度穩(wěn)定性好，有較高的生產(chǎn)率，對(duì)機(jī)床操作工的要求不高，但對(duì)機(jī)床調(diào)整工的要求高，常用于成批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)。③定尺寸法

用刀具的相應(yīng)尺寸來(lái)保證工件被加工部位尺寸的方法稱為定尺寸法。定尺寸法操作方便，生產(chǎn)率較高，加工精度比較穩(wěn)定，幾乎與工人的技術(shù)水平無(wú)關(guān)，生產(chǎn)率較高，在各種類型的生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。例如鉆頭、鉸刀、拉刀加工孔，孔的直徑就是由刀具的尺寸來(lái)保證。④自動(dòng)控制法通過(guò)由測(cè)量裝置、進(jìn)給裝置和切削機(jī)構(gòu)以及控制系統(tǒng)等組成。它是把加工過(guò)程中的尺寸測(cè)量、刀具調(diào)整和切削加工等工作自動(dòng)完成，從而獲得所需的尺寸精度。例如在數(shù)控機(jī)床上，通過(guò)測(cè)量裝置、數(shù)控裝置和伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，控制刀具相對(duì)工件的位置，從而保證工件的尺寸精度。（2）獲得形狀精度的方法

①軌跡法依靠刀尖的運(yùn)動(dòng)軌跡獲得形狀精度的方法稱為軌跡法，也稱刀尖軌跡法。即讓刀具相對(duì)于工件作有規(guī)律的運(yùn)動(dòng)，以其刀尖軌跡獲得所要求的表面幾何形狀。刀尖的運(yùn)動(dòng)軌跡取決于刀具和工件的相對(duì)成形運(yùn)動(dòng)，因而所獲得的形狀精度取決于成形運(yùn)動(dòng)的精度。圖3-21所示為車圓錐面。圖3-21軌跡法②成形法

利用成形刀具對(duì)工件進(jìn)行加工的方法稱為成形法。即用成形刀具取代普通刀具，成形刀具的切削刃就是工件外形。成形刀具替代一個(gè)成形運(yùn)動(dòng)。成形法可以簡(jiǎn)化機(jī)床或切削運(yùn)動(dòng)，提高生產(chǎn)率。成形法所獲得的形狀精度取決于成形刀具的形狀精度和其它成形運(yùn)動(dòng)的精度。圖3-22所示為用成形法車球面。圖3-22成形法③展成法（范成法）利用工件和刀具作展成切削運(yùn)動(dòng)進(jìn)行加工的方法稱為展成法。展成法所得被加工表面是切削刃和工件作展成運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所形成的包絡(luò)面，切削刃形狀必須是被加工面的共軛曲線。它所獲得的精度取決于切削刃的形狀和展成運(yùn)動(dòng)的精度等。例如，滾齒加工、插齒加工均屬于展成法。（3）獲得位置精度的方法1)一次安裝法一次安裝法是指有位置精度要求的零件各有關(guān)表面在工件同一次安裝中完成并保證。如軸類零件外圓與端面的垂直度，箱體孔系中各孔之間的平行度、垂直度、同一軸線上各孔的同軸度等。2)多次安裝法

這種安裝方法的零件有關(guān)表面的位置精度是由加工表面與工件定位基準(zhǔn)面之間的位置精度決定的。如軸類零件鍵槽對(duì)外圓之對(duì)稱度，箱體平面與平面之間的平行度、垂直度等。多次安裝法根據(jù)工件安裝方式不同又分為直接找正法、劃線找正法和夾具安裝法。（1）加工誤差機(jī)械加工誤差是指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)（幾何尺寸、幾何形狀和相互位置）與理想幾何參數(shù)之間偏差的程度。（2）影響加工精度的主要因素機(jī)械加工中，由機(jī)床、夾具、刀具和工件組成的工藝系統(tǒng)在完成任何一個(gè)加工過(guò)程時(shí)，將有許多原始誤差影響零件的加工精度。比如機(jī)床的幾何誤差、夾具和刀具的制造及磨損誤差、工件的安裝誤差、測(cè)量誤差、加工中的各種力和切削熱所引起的誤差等。這些誤差可分為兩部分：一部分與工藝系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)有關(guān)；一部分與切削過(guò)程有關(guān)。按照這些誤差的性質(zhì)將其歸納為四個(gè)方面3.影響加工精度的主要因素1）工藝系統(tǒng)的幾何誤差工藝系統(tǒng)的幾何誤差主要包括加工原理誤差、機(jī)床的幾何誤差及工藝系統(tǒng)的其它誤差（刀具誤差、夾具誤差、裝夾誤差、測(cè)量誤差及調(diào)整誤差等）。①加工原理誤差加工原理誤差是指采用了近似的刀刃輪廓或近似的傳動(dòng)關(guān)系進(jìn)行加工而產(chǎn)生的誤差。如車削模數(shù)蝸桿時(shí)，由于蝸桿的螺距等于蝸輪的周節(jié)（即mπ），其中m是模數(shù)，而π是一個(gè)無(wú)理數(shù)，但是車床的配換齒輪的齒數(shù)是有限的，選擇配換齒輪時(shí)只能將π化為近似的分?jǐn)?shù)值（π=3.1415）計(jì)算，這就將引起刀具對(duì)于工件成形運(yùn)動(dòng)（螺旋運(yùn)動(dòng)）的不準(zhǔn)確，造成螺距誤差。②機(jī)床的幾何誤差機(jī)床的幾何誤差是通過(guò)各種成形運(yùn)動(dòng)反映到加工表面的，機(jī)床的成形運(yùn)動(dòng)主要包括兩大類，即主軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和移動(dòng)件的直線運(yùn)動(dòng)。因而分析機(jī)床的幾何誤差主要包括主軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差、導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差和傳動(dòng)鏈誤差。a.主軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差主軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差是指主軸實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線相對(duì)于理論回轉(zhuǎn)軸線的偏移。由于主軸部件在制造、裝配、使用中等各種因素的影響，會(huì)使主軸產(chǎn)生回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差，其誤差形式可以分解為：軸向竄動(dòng)、徑向跳動(dòng)和角度擺動(dòng)三種，如圖3-23所示。圖3-23主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差基本形式

a)軸向竄動(dòng)

瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線沿平均回轉(zhuǎn)軸線的軸向運(yùn)動(dòng)，如下圖所示。軸向竄動(dòng)不影響加工圓柱面的形狀精度，但對(duì)位置精度有影響。如車端面時(shí)，會(huì)使端面與圓柱面不垂直，如下圖所示。加工螺紋時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生螺距誤差。車端面不垂直圖3-23主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差基本形式

b)徑向跳動(dòng)

瞬時(shí)主軸回轉(zhuǎn)軸線始終平行于平均回轉(zhuǎn)軸線的徑向運(yùn)動(dòng)，如下圖所示。徑向圓跳動(dòng)影響加工圓柱面的形狀精度，如車外圓時(shí)，會(huì)使加工后的工件產(chǎn)生圓度誤差。圖3-23主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差基本形式

c)角度擺動(dòng)

瞬時(shí)主軸回轉(zhuǎn)軸線與平均回轉(zhuǎn)軸線呈一傾斜角度，但其交點(diǎn)位置固定不變的運(yùn)動(dòng)，如下圖所示。角度擺動(dòng)主要影響工件的形狀精度，如車外圓時(shí)，會(huì)使工件產(chǎn)生錐度；在鏜床上鏜孔時(shí)，得到的孔將呈橢圓形，如圖6－9所示。圖6－9角度擺動(dòng)對(duì)鏜孔的影響

在主軸回轉(zhuǎn)工作過(guò)程中，上述三種基本形式往往同時(shí)存在，并以一種綜合結(jié)果體現(xiàn)出來(lái)，如下圖所示。在任一瞬間，主軸回轉(zhuǎn)中心的實(shí)際位置是難以預(yù)測(cè)的，因此這種現(xiàn)象也稱為主軸軸心漂移。

實(shí)踐和理論分析表明，主軸的回轉(zhuǎn)誤差不但與主軸部件的加工和裝配誤差有關(guān)，而且還與主軸部件受力、受熱后的變形以及磨損有關(guān)。

影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素有軸頸誤差、軸承誤差、軸承間隙和與軸承配合零件的誤差等。

例如：主軸支承軸頸的同軸度誤差會(huì)使主軸軸心線產(chǎn)生偏心，主軸軸頸的圓度誤差和波度會(huì)引起徑向圓跳動(dòng)，主軸軸向定位面的垂直度誤差會(huì)引起軸向竄動(dòng)；滑動(dòng)軸承內(nèi)孔或滾動(dòng)軸承，滾道的圓度誤差和波度，滾動(dòng)軸承內(nèi)環(huán)孔與滾道的同軸度誤差，以及滾動(dòng)軸承滾子的形狀和尺寸誤差，都會(huì)造成主軸軸心線的跳動(dòng)和漂移。如果是承受軸向力的軸承，其滾道與滾子的尺寸、形狀誤差則會(huì)引起軸向竄動(dòng)。此外，軸承間隙以及切削中的受力變形等，也會(huì)影響主軸的回轉(zhuǎn)精度。

在切削加工過(guò)程中，機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)誤差會(huì)使刀具與工件間的相對(duì)位置不斷改變，從而影響加工運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性，產(chǎn)生加工誤差，所以必須控制主軸回轉(zhuǎn)精度。為了提高主軸的回轉(zhuǎn)精度，常需要提高主軸部件的制造精度。由于軸承是影響主軸回轉(zhuǎn)精度的關(guān)鍵部件，因此對(duì)于精密機(jī)床宜選用精密滾動(dòng)軸承或采用動(dòng)、靜壓液體軸承。由于靜壓軸承具有回轉(zhuǎn)精度高、剛度好等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此近年來(lái)得到廣泛的應(yīng)用。對(duì)于滾動(dòng)軸承,則可通過(guò)提高主軸軸頸箱體支承孔的加工精度和采用預(yù)緊消除間隙等措施來(lái)提高主軸的回轉(zhuǎn)精度。在使用過(guò)程中，對(duì)主軸部件進(jìn)行良好的維護(hù)保養(yǎng)和定期檢修，也是保證主軸回轉(zhuǎn)精度的有效措施。

圖3-24中，a)圖所示為主軸回轉(zhuǎn)誤差切向分量對(duì)加工精度的影響，b)圖所示為法向分量對(duì)加工精度的影響?？梢?jiàn)法向分量對(duì)加工精度的影響更大，該方向?yàn)檎`差敏感方向。（一般將對(duì)加工精度影響大的方向稱為“誤差敏感方向”）a)b)圖3-24主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度的影響a)切向分量的影響；b)法向分量的影響；

導(dǎo)軌是機(jī)床中確定工作臺(tái)或刀架等主要部件相對(duì)位置的基準(zhǔn)，也是加工運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)。機(jī)床直線運(yùn)動(dòng)精度主要取決于機(jī)床導(dǎo)軌的精度，因此，它的各項(xiàng)誤差將直接影響被加工零件的精度。在機(jī)床精度標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)導(dǎo)軌精度規(guī)定了若干項(xiàng)要求，如普通車床的床身導(dǎo)軌精度主要有導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度、導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度、前后兩導(dǎo)軌面的平行度（扭曲度）。b.機(jī)床導(dǎo)軌誤差

導(dǎo)軌的直線度（彎曲）將影響刀具切削刃的運(yùn)動(dòng)軌跡，從而產(chǎn)生加工誤差。垂直面和水平面內(nèi)的直線度誤差，在不同的加工方式中其影響是不同的。例如，在普通車床上加工外圓時(shí)，導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差對(duì)工件尺寸精度的影響就很小，而在水平面內(nèi)的直線度誤差則對(duì)工件尺寸精度的影響就很大。如圖3-25所示，車床導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度誤差將使刀尖位置在垂直平面內(nèi)產(chǎn)生ΔZ的誤差，由此引起工件在該處半徑方向上產(chǎn)生相應(yīng)的誤差ΔR，其相互關(guān)系為

(R+ΔR)2=R2+ΔZ2

R2+2RΔR+ΔR2=R2+ΔZ2圖3-25車床導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)直線度誤差的影響

車床導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差將使刀尖在水平面內(nèi)產(chǎn)生位移ΔY，造成工件在該處半徑方向上產(chǎn)生誤差ΔR′，如圖3－26所示，ΔR′=ΔY，所以工件在該處直徑方向上的誤差為ΔD=2ΔY。

現(xiàn)設(shè)ΔZ=ΔY=0.1mm,D=80mm,則ΔR′=0.1mm=800ΔR圖3-26車床導(dǎo)軌在水平面內(nèi)直線度誤差的影響

由此可見(jiàn)，垂直平面內(nèi)的直線度誤差對(duì)加工精度影響甚小，可以忽略不計(jì)，而在水平面內(nèi)的直線度誤差對(duì)加工精度影響甚大，不能忽視。車床導(dǎo)軌誤差對(duì)加工精度的影響與機(jī)床刀架溜板的配置和刀具安裝方向有關(guān)，例如在六角車床上加工外圓，為了減小轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)位分度誤差對(duì)工件直徑尺寸的影響，往往垂直安裝刀具（見(jiàn)圖6－5）。此時(shí)，機(jī)床導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度誤差對(duì)工件的直徑尺寸影響就大。圖6－5轉(zhuǎn)塔車床刀架轉(zhuǎn)位誤差的轉(zhuǎn)移

由以上分析可知，原始誤差所引起的刀刃與工件間的相對(duì)位移，若產(chǎn)生在加工表面的法線方向上，則對(duì)加工精度影響較大；若產(chǎn)生在加工表面的切線方向上，則影響甚小，可以忽略不計(jì)。一般將對(duì)加工精度影響大的方向，稱為“誤差敏感方向”。

車床前后導(dǎo)軌面若不平行，溜板在移動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)生偏斜，造成刀刃與工件的相對(duì)位置發(fā)生變化，從而改變了機(jī)床預(yù)定的成形運(yùn)動(dòng)規(guī)律。如圖3－27所示，若車床主軸中心高為H，床身寬度為B，當(dāng)前后導(dǎo)軌有了平行度誤差Δ后，則會(huì)產(chǎn)生加工誤差ΔY，由幾何關(guān)系可得即

一般車床的H/B約為2/3，外圓磨床的H/B約為1，因此這項(xiàng)誤差對(duì)加工精度的影響也很大。圖3-27車床導(dǎo)軌面間平行度誤差的影響2）工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差由機(jī)床、夾具、刀具、工件所組成的工藝系統(tǒng)，在切削力、傳動(dòng)力、慣性力、夾緊力以及重力等的作用下，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變形(彈性變形及塑性變形)。這種變形將破壞工藝系統(tǒng)間已調(diào)整好的正確位置關(guān)系，從而產(chǎn)生加工誤差。

例如,車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)（見(jiàn)圖3-28），在切削力作用下工件因彈性變形而出現(xiàn)“讓刀”現(xiàn)象。隨著刀具的進(jìn)給，在工件的全長(zhǎng)上切削深度將由大變小，然后再由小變大，即工件兩端切去的金屬多，中間切去的金屬少，結(jié)果使工件產(chǎn)生腰鼓形圓柱度誤差。再如,精磨外圓時(shí)，磨削后期需進(jìn)行無(wú)進(jìn)給磨削（或稱“光磨”），此時(shí)砂輪雖無(wú)進(jìn)給，但磨削時(shí)火花繼續(xù)存在，且先多后少，直至消失。這就是用多次無(wú)進(jìn)給磨削消除工藝系統(tǒng)的受力變形，以保證工件的加工精度和表面粗糙度要求。圖3-28細(xì)長(zhǎng)軸車削時(shí)受力變形

如圖3-29所示，由于工件毛坯的圓度誤差，使車削時(shí)刀具的背吃刀量ap在ap1與ap2之間變化，因此，切削分力Fp也隨背吃刀量ap的變化由Fpmax變到Fpmin。根據(jù)前面的分析，工藝系統(tǒng)將產(chǎn)生相應(yīng)的變形，即由y1變到y(tǒng)2（刀尖相對(duì)于工件產(chǎn)生y1到y(tǒng)2的位移），這樣就形成了被加工表面的圓度誤差。這種現(xiàn)象稱為“誤差復(fù)映”。圖3-29零件形狀誤差的復(fù)映

圖3-30所示為夾緊力引起的加工誤差。用三爪卡盤夾緊薄壁套筒車孔(a)圖），夾緊后工件呈三棱形(b)圖），車出的孔為圓形(c)圖），當(dāng)松夾后套筒彈性變形恢復(fù)，孔就形成了三棱形(d)圖）。所以加工中在套筒外面加上一個(gè)厚壁的開口過(guò)渡套(e)圖），或采用專用夾頭，使夾緊力均勻分布在套筒上(f)圖）。圖3-30夾緊力引起的加工誤差a)零件；b)三爪夾緊；c)車孔；圖3-30夾緊力引起的加工誤差d)工件變形；e)過(guò)渡套裝夾；f)專用夾頭裝夾

在機(jī)械加工過(guò)程中，工藝系統(tǒng)在各種熱源的影響下，常產(chǎn)生復(fù)雜的變形，破壞了工藝系統(tǒng)間的相對(duì)位置精度，造成了加工誤差。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在某些精密加工中，由于熱變形引起的加工誤差約占總加工誤差的40％～70％。熱變形不僅降低了系統(tǒng)的加工精度，而且還影響了加工效率的提高。

3）工藝系統(tǒng)熱變形所引起的誤差機(jī)床熱變形對(duì)加工精度的影響

在加工過(guò)程中，受內(nèi)、外部熱源的影響，機(jī)床各部分的溫度將發(fā)生變化。由于熱源分布的不均勻性和機(jī)床結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，機(jī)床各部件將發(fā)生不同程度的熱變形，導(dǎo)致機(jī)床幾何精度破壞，從而影響加工精度。

由于各類機(jī)床的結(jié)構(gòu)和工作條件差別很大，因此引起機(jī)床熱變形的熱源和其變形形式也各不相同。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，在機(jī)床熱變形中，對(duì)加工精度影響最大的主要是主軸部件和床身導(dǎo)軌等方面的熱變形。圖3-31列舉了幾種常用機(jī)床的熱變形趨勢(shì)。a)b)圖3-31幾種機(jī)床的熱變形趨勢(shì)a)車床；b)平面磨床；c)外圓磨床；d)雙端面磨床c)d)

減少機(jī)床熱變形的措施有減少發(fā)熱和隔熱、強(qiáng)制冷卻、均衡溫度場(chǎng)、控制溫度變化以及根據(jù)熱變形規(guī)律采取補(bǔ)償措施等。

圖3-32所示為薄圓環(huán)磨削，雖近似均勻受熱，但磨削時(shí)磨削熱量大，工件質(zhì)量小，溫升高，在夾壓處散熱條件較好，該處溫度較其它部分低，加工完畢工件冷卻后，會(huì)出現(xiàn)棱圓形的圓度誤差。圖3-32薄圓環(huán)磨削時(shí)熱變形的影響工件熱變形對(duì)加工精度的影響

減少工件熱變形的措施主要是減少切削熱和進(jìn)行充分冷卻。例如,合理選擇切削用量和刀具幾何參數(shù)；粗精加工工序分開，并留有足夠的冷卻時(shí)間等。另外,在裝夾工件時(shí)，還要考慮加工中工件因受熱膨脹而導(dǎo)致的工件受壓失穩(wěn)所造成的加工誤差。

工件內(nèi)應(yīng)力所引起的誤差包括零件的毛坯制造和切削加工中的內(nèi)應(yīng)力所引起的誤差。具有內(nèi)應(yīng)力的工件，處于一種不穩(wěn)定狀態(tài)中，其內(nèi)部組織不斷進(jìn)行變化，直到內(nèi)應(yīng)力消失為止。在內(nèi)應(yīng)力變化的過(guò)程中，零件的形狀地逐漸地變化，原有的加工精度會(huì)逐漸地喪失。如圖3-33為車床床身內(nèi)應(yīng)力引起的變形情況。鑄造時(shí)，床身導(dǎo)軌表面及床腿面冷卻速度較快，中間部分冷卻速度較慢，因此形成了上下表層受壓應(yīng)力，中間部分受拉應(yīng)力的狀態(tài)。當(dāng)將導(dǎo)軌表面銑或刨去一層金屬時(shí)，內(nèi)應(yīng)力將重新分布和平衡，整個(gè)床身將產(chǎn)生彎曲變形。4）工件內(nèi)應(yīng)力所引起的誤差圖3-33床身因內(nèi)應(yīng)力引起的變形

減小或消除內(nèi)應(yīng)力的措施

(1）合理設(shè)計(jì)零件結(jié)構(gòu)。即在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量縮小零件各部分厚度尺寸之間的差異，以減少毛坯制造中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。

(2）采取時(shí)效處理。即利用溫度的自然變化，經(jīng)過(guò)多次熱脹冷縮，使金屬晶體內(nèi)部或晶界之間產(chǎn)生微觀滑移，從而達(dá)到減少或消除內(nèi)應(yīng)力的目的。

(3）合理安排工藝過(guò)程。例如，粗、精加工分開在不同的工序中進(jìn)行，讓內(nèi)應(yīng)力有一定的時(shí)間重新分布，以減小對(duì)精加工的影響。（二）機(jī)械加工表面質(zhì)量1.機(jī)械加工表面質(zhì)量含義機(jī)械加工表面質(zhì)量是指零件經(jīng)過(guò)機(jī)械加工后的表面層狀態(tài),主要包含兩方面內(nèi)容：(1)表面層的幾何形狀特征表面層的幾何形狀特征如圖3-34所示，主要由以下幾部分組成：①表面粗糙度它是指加工表面上較小間距和峰谷所組成的微觀幾何形狀特征，即加工表面的微觀幾何形狀誤差；②表面波度它是介于宏觀形狀誤差與微觀表面粗糙度之間的周期性形狀誤差，它主要是由機(jī)械加工過(guò)程中低頻振動(dòng)引起的，應(yīng)作為工藝缺陷設(shè)法消除。③表面加工紋理它是指表面切削加工刀紋的形狀和方向，取決于表面形成過(guò)程中所采用的機(jī)加工方法及其切削運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。④傷痕它是指在加工表面?zhèn)€別位置上出現(xiàn)的缺陷，如砂眼、氣孔、裂痕、劃痕等，它們大多隨機(jī)分布。圖3-36加工表面的幾何特征（2）表面層的物理力學(xué)性能表面層的物理力學(xué)性能主要指以下三個(gè)方面的內(nèi)容：①表面層的加工冷作硬化；②表面層金相組織的變化；③表面層的殘余應(yīng)力。（1）影響工件表面粗糙度的工藝因素在切削加工中，影響已加工表面粗糙度的因素主要包括幾何因素、物理因素和加工中工藝系統(tǒng)的振動(dòng)。下面以車削為例來(lái)說(shuō)明。1）幾何因素切削加工時(shí)表面粗糙度的值主要取決于切削面積的殘留高度，圖3-35所示為車削加工時(shí)的切削層殘留面積高度。2.影響機(jī)械加工表面質(zhì)量的工藝因素a)b)圖3-35切削層殘留面積高度a)rε=0；b)rε＞0

從上圖可知，進(jìn)給量f、主偏角kr、副偏角和刀尖圓弧半徑rε對(duì)切削加工表面粗糙度的影響較大。減小進(jìn)給量f、減小主偏角kr和副偏角、增大刀尖圓弧半徑rε，都能減小殘留面積的高度H，也就減小了零件的表面粗糙度。

2）物理因素(1)刀具對(duì)工件的擠壓和摩擦使金屬材料發(fā)生塑性變形，引起原有的殘留面積扭曲或溝紋加深，增大表面粗糙度;(2)積屑瘤的生成、長(zhǎng)大和脫落將嚴(yán)重影響加工表面的表面粗糙度值；(3)當(dāng)采用較低的切削速度切削塑性材料時(shí)，由于切屑和前刀面的強(qiáng)烈摩擦作用以及撕裂現(xiàn)象，還可能在加工表面上產(chǎn)生鱗刺，使加工表面的粗糙度增加。3）動(dòng)態(tài)因素——振動(dòng)的影響在加工過(guò)程中，工藝系統(tǒng)有時(shí)會(huì)發(fā)生振動(dòng)，即在刀具與工件間出現(xiàn)的除切削運(yùn)動(dòng)之外的另一種周期性的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。振動(dòng)的出現(xiàn)會(huì)使加工表面出現(xiàn)波紋，增大加工表面的粗糙度，強(qiáng)烈的振動(dòng)還會(huì)使切削無(wú)法繼續(xù)下去。

除上述因素外，造成已加工表面粗糙不平的原因還有被切屑拉毛和劃傷等。

4）降低工件表面粗糙度值的一般措施：

①刀具方面

為了減少殘留面積，刀具應(yīng)采用較大的刀尖圓弧半徑、較小的主偏角kr和副偏角或合適(=0)的修光刃或?qū)捜芯俚?、精車刀等。選用與工件材料適應(yīng)性好的刀具材料，避免使用磨損嚴(yán)重的刀具，這些均有利于減小表面粗糙度。②工件材料方面

工件材料性質(zhì)中，對(duì)加工表面粗糙度影響材料的塑性和金相組織。對(duì)于塑性大的低碳鋼、低合金鋼材料較大的是，預(yù)先進(jìn)行正火處理以降低塑性，切削加工后能得到較小的粗糙度。工件材料應(yīng)有適宜的金相組織(包括狀態(tài)、晶粒度大小及分布)。③切削條件方面

以較高的切削速度切削塑性材料可抑制鱗刺和積屑瘤的產(chǎn)生；減小進(jìn)給量，采用高效切削液，增強(qiáng)工藝系統(tǒng)剛度，提高機(jī)床的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，都可獲得好的表面質(zhì)量。④加工方法方面

主要是采用精密、超精密和光整加工。1）表面層殘余應(yīng)力

機(jī)械加工中工件表面層組織發(fā)生變化時(shí)，在表面層及其與基體材料的交界處就會(huì)產(chǎn)生互相平衡的彈性應(yīng)力，這種應(yīng)力就是表面層的殘余應(yīng)力。產(chǎn)生表面殘余應(yīng)力的原因主要有：①冷態(tài)塑性變形引起的殘余應(yīng)力

切削加工時(shí)，加工表面在切削力的作用下產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形，表層金屬的比容增大，體積膨脹，但受到與它相連的里層金屬的阻止，從而在表層產(chǎn)生了殘余壓應(yīng)力，在里層產(chǎn)生了殘余拉應(yīng)力。當(dāng)?shù)毒咴诒患庸け砻嫔锨谐饘贂r(shí)，由于受后刀面的擠壓和摩擦作用，表層金屬纖維被嚴(yán)重拉長(zhǎng)，仍會(huì)受到里層金屬的阻止，而在表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，在里層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。（2）影響工件表面層物理力學(xué)性能的工藝因素②熱態(tài)塑性變形引起的殘余應(yīng)力

切削加工時(shí)，大量的切削熱會(huì)使加工表面產(chǎn)生熱膨脹，由于基體金屬的溫度較低，會(huì)對(duì)表層金屬的膨脹產(chǎn)生阻礙作用，因此表層產(chǎn)生熱態(tài)壓應(yīng)力。當(dāng)加工結(jié)束后，表層溫度下降要進(jìn)行冷卻收縮，但受到基體金屬阻止，從而在表層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力，里層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。③金相組織變化引起的殘余應(yīng)力在切削或磨削過(guò)程中，切削時(shí)產(chǎn)生的高溫會(huì)引起表面層的相變。由于不同的金相組織有不同的比重，表面層金相變化的結(jié)果造成了體積的變化。表面層體積膨脹時(shí)，因?yàn)槭艿嚼飳拥南拗?，產(chǎn)生了壓應(yīng)力。反之表面層體積縮小，則產(chǎn)生拉應(yīng)力。①加工硬化的產(chǎn)生及衡量指標(biāo)

機(jī)械加工過(guò)程中，工件表層金屬在切削力的作用下產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形，金屬的晶格扭曲，晶粒被拉長(zhǎng)、纖維化甚至破碎而引起表層金屬的強(qiáng)度和硬度增加，塑性降低，這種現(xiàn)象稱為加工硬化（或冷作硬化）。另外，加工過(guò)程中產(chǎn)生的切削熱會(huì)使得工件表層金屬溫度升高，當(dāng)升高到一定程度時(shí)，會(huì)使得已強(qiáng)化的金屬回復(fù)到正常狀態(tài)，失去其在加工硬化中得到的物理力學(xué)性能，這種現(xiàn)象稱為軟化。因此，金屬的加工硬化實(shí)際取決于硬化速度和軟化速度的比率。2）表面層加工硬化a.刀具幾何角度切削力越大，塑性變形越大，硬化程度和冷硬層深度也隨之增大。因此，刀具前角γo減小，切削刃半徑增大，刀具后刀面磨損都會(huì)引起切削力的增大，使加工硬化嚴(yán)重。b.切削用量切削速度υc增大，切削溫度增高，有助于冷硬的回復(fù)，同時(shí)刀具與工件接觸時(shí)間短，塑性變形程度減少，所以硬化層深度和硬度都有所減少。進(jìn)給量f增大時(shí)，切削力增大，塑性變形程度也增大，因此硬化現(xiàn)象增大；進(jìn)給量f較小時(shí)，由于刀