4.1加工精度

4.2表面質(zhì)量習(xí)題

第4章數(shù)控加工質(zhì)量4.1加

工

精

度

4.1.1加工精度的概念所謂加工精度，是指零件加工后的幾何參數(shù)（尺寸、幾何形狀和相互位置）的實(shí)際值與理想值之間的符合程度，而它們之間的偏離程度（即差異）則為加工誤差。加工誤差的大小反映了加工精度的高低。加工精度包括如下三個(gè)方面。

(1)尺寸精度：限制加工表面與其基準(zhǔn)間的尺寸誤差不超過(guò)一定的范圍。

(2)幾何形狀精度：限制加工表面的宏觀幾何形狀誤差，如圓度、圓柱度、平面度、直線度等。

(3)相互位置精度：限制加工表面與其基準(zhǔn)間的相互位置誤差，如平行度、垂直度、同軸度、位置度等。

4.1.2影響加工精度的主要因素

1.工藝系統(tǒng)的幾何誤差

1)加工原理誤差加工原理誤差是指采用了近似的成型運(yùn)動(dòng)或近似的刀刃輪廓進(jìn)行加工而產(chǎn)生的誤差。由于數(shù)控機(jī)床一般只具有直線和圓弧插補(bǔ)功能（少數(shù)數(shù)控機(jī)床具備拋物線和螺旋線插補(bǔ)功能），因而即便是加工一條平面曲線，也必須用許多很短的折線段或圓弧去逼近它。刀具連續(xù)地將這些小線段加工出來(lái)，也就得到了所需的曲線形狀。逼近的精度可由每根線段的長(zhǎng)度來(lái)控制。因此，在曲線或曲面的數(shù)控加工中，

刀具相對(duì)于工件的成型運(yùn)動(dòng)是近似的。

又如滾齒用的齒輪滾刀有兩種誤差：一是為了制造方便，采用阿基米德蝸桿或法向直廓蝸桿代替漸開(kāi)線基本蝸桿而產(chǎn)生的刀刃齒廓形狀誤差；二是由于滾刀刀齒有限，實(shí)際上加工出的齒形是一條由微小折線段組成的曲線，和理論上的光滑漸開(kāi)線有一定的差異，從而產(chǎn)生加工原理誤差。采用近似的成型運(yùn)動(dòng)或近似的刀刃輪廓，雖然會(huì)帶來(lái)加工原理誤差，但往往可簡(jiǎn)化機(jī)床結(jié)構(gòu)或刀具形狀，提高生產(chǎn)效率，且能得到滿足要求的加工精度。因此，只要這種方法產(chǎn)生的誤差不超過(guò)允許的誤差精度，往往比準(zhǔn)確的加工方法能獲得更好的經(jīng)濟(jì)效果，在生產(chǎn)中仍能得到廣泛的應(yīng)用。

2)調(diào)整誤差（1）試切法。單件小批生產(chǎn)中普遍采用試切法。加工時(shí)先在工件上試切，根據(jù)測(cè)得的尺寸與圖樣要求的差值，來(lái)調(diào)整刀具與工件的相對(duì)位置，然后再進(jìn)行試切、再測(cè)量、再調(diào)整，直至符合規(guī)定的尺寸要求后才正式切削出整個(gè)待加工表面。用試切法所帶來(lái)的調(diào)整誤差有測(cè)量誤差、機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的位移誤差。

（2）調(diào)整法。在成批大量的生產(chǎn)中，廣泛采用試切法（或樣件、樣板）調(diào)整好刀具與工件的相對(duì)位置，然后保持這種相對(duì)位置不變來(lái)加工一批零件，從而獲得所要求的零件尺寸。與采用樣件（或樣板）調(diào)整相比，采用試切調(diào)整比較符合實(shí)際情況，可得到較高的加工精度，但調(diào)整較費(fèi)時(shí)。因此，實(shí)際使用時(shí)可先根據(jù)樣件（或樣板）進(jìn)行初調(diào)，然后試切一些工件，再據(jù)情況做精確微調(diào)。這樣既可縮短調(diào)整時(shí)間，

又能得到較高的加工精度。

3)機(jī)床誤差（1）主軸回轉(zhuǎn)誤差。機(jī)床主軸是用來(lái)傳遞主要切削運(yùn)動(dòng)并帶動(dòng)工件或刀具作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的重要零件。其回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)精度是機(jī)床主要精度指標(biāo)之一，主要影響零件加工表面的幾何形狀精度、位置精度和表面粗糙度。主軸回轉(zhuǎn)誤差主要包括其徑向圓跳動(dòng)、軸向竄動(dòng)和擺動(dòng)。造成主軸徑向圓跳動(dòng)的主要原因是軸徑與軸承孔圓度不高、軸承滾道的形狀誤差、軸與孔安裝后不同軸以及滾動(dòng)體誤差等。主軸徑向圓跳動(dòng)將造成工件的形狀誤差。

造成主軸軸向竄動(dòng)的主要原因有推力軸承端面滾道的跳動(dòng)、軸承間隙等。以車(chē)床為例，主軸軸向竄動(dòng)將造成車(chē)削端面與軸心線的垂直度誤差。主軸前后軸頸的不同軸以及前后軸承、軸承孔的不同軸會(huì)造成主軸出現(xiàn)擺動(dòng)現(xiàn)象。擺動(dòng)不僅會(huì)造成工件尺寸誤差，而且還會(huì)造成工件的形狀誤差。

提高主軸旋轉(zhuǎn)精度的方法主要有提高主軸組件的設(shè)計(jì)、制造和安裝精度，采用高精度的軸承等；或者是通過(guò)工件的定位基準(zhǔn)或被加工面本身與夾具定位元件之間組成的回轉(zhuǎn)副來(lái)實(shí)現(xiàn)工件相對(duì)于刀具的轉(zhuǎn)動(dòng)，如外圓磨床頭架上的死頂尖，這樣機(jī)床主軸組件的誤差就不會(huì)對(duì)工件的加工質(zhì)量造成影響。

（2）導(dǎo)軌誤差。導(dǎo)軌是確定機(jī)床主要部件相對(duì)位置的基準(zhǔn)件，也是運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)，它的各項(xiàng)誤差直接影響著工件的精度。以數(shù)控車(chē)床為例，當(dāng)床身導(dǎo)軌在水平面內(nèi)出現(xiàn)彎曲（前凸）時(shí)，工件上產(chǎn)生腰鼓形（如圖4-1(a)所示）誤差；當(dāng)床身導(dǎo)軌與主軸軸心在垂直面內(nèi)不平行時(shí)，工件上會(huì)產(chǎn)生鞍形（如圖4-1(b)所示）誤差；而當(dāng)床身導(dǎo)軌與主軸軸心在水平面內(nèi)不平行時(shí)，工件上會(huì)產(chǎn)生錐形（如圖4-1(c)所示）誤差。

圖4-1機(jī)床導(dǎo)軌誤差對(duì)工件精度的影響(a)腰鼓形；

(b)鞍形；

(c)錐形

事實(shí)上，數(shù)控車(chē)床導(dǎo)軌在水平面和垂直面內(nèi)的幾何誤差對(duì)加工精度的影響程度是不一樣的。影響最大的是導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的彎曲或與主軸軸心線的平行度，而導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的彎曲或與主軸軸心線的平行度對(duì)加工精度的影響則很小，甚至可以忽略。如圖4-2所示，當(dāng)導(dǎo)軌在水平面和垂直面內(nèi)都有一個(gè)誤差Δ時(shí)，前者造成的半徑方向的加工誤差ΔR＝Δ，而后者Δ≈Δ2/d，完全可以忽略不計(jì)。因此，數(shù)控車(chē)床導(dǎo)軌的水平方向?yàn)檎`差敏感方向，而其垂直方向則為誤差非敏感方向。同樣，對(duì)于原始誤差所引起的刀具與工件間的相對(duì)位移，如果該誤差產(chǎn)生在加工表面的法線方向，則對(duì)加工精度構(gòu)成直接影響，即為誤差敏感方向；若位移產(chǎn)生在加工表面的切線方向，則不會(huì)對(duì)加工精度構(gòu)成直接影響，

即為誤差非敏感方向。

圖4-2車(chē)床導(dǎo)軌的幾何誤差對(duì)加工精度的影

4)夾具誤差產(chǎn)生夾具誤差的主要原因是各夾具元件的制造、裝配及夾具在使用過(guò)程中工作表面的磨損。夾具誤差將直接影響到工件表面的位置精度及尺寸精度，其中對(duì)加工表面的位置誤差影響最大。為了減少夾具誤差所造成的加工誤差，夾具的制造誤差必須小于工件的公差，一般常取工件公差的1/3～1/5。對(duì)于容易磨損的定位元件和導(dǎo)向元件，除應(yīng)采用耐磨性好的材料制造外，還應(yīng)采用可拆卸結(jié)構(gòu)，以便磨損到一定程度時(shí)能及時(shí)更換。

5)刀具誤差刀具的制造和磨損是產(chǎn)生刀具誤差的主要原因。刀具誤差對(duì)加工精度的影響，因刀具的種類(lèi)、材料等的不同而異。（1）定尺寸刀具（如鉆頭、鉸刀、鍵槽銑刀、鏜刀塊及圓拉刀等）的尺寸精度將直接影響工件的尺寸精度。（2）成型刀具（如成型車(chē)刀、成型銑刀、成型砂輪等）的形狀精度將直接影響工件的形狀精度。

（3）展成刀具（如齒輪滾刀、花鍵滾刀、插齒刀等）的刀刃形狀必須是加工表面的共軛曲線，因此刀刃的形狀誤差將影響工件的形狀精度。（4）一般刀具（如車(chē)刀、銑刀、鏜刀）的制造精度對(duì)加工精度沒(méi)有直接影響。刀具在切削過(guò)程中都不可避免地要產(chǎn)生磨損，刀具的磨損會(huì)影響刀具與工件被加工表面的相對(duì)位置，直接造成工件的尺寸誤差和形狀誤差。

2.工藝系統(tǒng)受力變形引起的加工誤差工藝系統(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（一般來(lái)說(shuō)，工藝系統(tǒng)的受力變形通常是彈性變形），從而破壞已調(diào)好的刀具與工件之間的正確位置，使工件產(chǎn)生幾何形狀誤差和尺寸誤差。例如車(chē)削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，在切削力的作用下，工件因彈性變形而出現(xiàn)“讓刀”現(xiàn)象，使工件產(chǎn)生腰鼓形的圓柱度誤差，如圖4-3(a)所示。又如，在內(nèi)圓磨床上用橫向切入法磨孔時(shí)，由于內(nèi)圓磨頭主軸的彎曲變形，磨出的孔會(huì)出現(xiàn)帶有錐度的圓柱度誤差，如圖4-3(b)所示。

圖4-3工藝系統(tǒng)受力變形引起的加工誤差(a)腰鼓形圓柱度誤差；

(b)帶有錐度的圓柱度誤差

工藝系統(tǒng)受力變形通常與其剛度有關(guān)，工藝系統(tǒng)的剛度越好，其抵抗變形的能力越大，加工誤差就越小。工藝系統(tǒng)的剛度取決于機(jī)床、刀具、夾具及工件的剛度。因此，提高工藝系統(tǒng)各組成部分的剛度可以提高工藝系統(tǒng)的整體剛度，生產(chǎn)實(shí)際中常采取的有效措施有：減小接觸面間的粗糙度，增大接觸面積，適當(dāng)預(yù)緊，減小接觸變形，提高接觸剛度；合理地布置肋板，提高局部剛度；增設(shè)輔助支承，提高工件剛度(如車(chē)削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)利用中心架或跟刀架提高工件剛度)；合理裝夾工件，減少夾緊變形(如加工薄壁套時(shí)采用開(kāi)口過(guò)渡環(huán)或?qū)Ｓ每ㄗA緊），如圖4-4所示。

圖4-4工件的夾緊變形及改善措施(a)第一次夾緊；

(b)鍵孔；

(c)松開(kāi)后工件變形；

(d)采用開(kāi)口過(guò)渡環(huán)；

(e)采用專用卡爪

3.工藝系統(tǒng)熱變形產(chǎn)生的誤差及改善措施

1)機(jī)床的熱變形引起機(jī)床熱變形的因素主要有電動(dòng)機(jī)、電器和機(jī)械動(dòng)力源的能量損耗轉(zhuǎn)化發(fā)出的熱；傳動(dòng)部件、運(yùn)動(dòng)部件在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)生的摩擦熱；切屑或切削液落在機(jī)床上所傳遞的切削熱；還有外界的輻射熱等。這些熱都將或多或少地使機(jī)床床身、工作臺(tái)和主軸等部件發(fā)生變形，

如圖4-5所示。

圖4-5機(jī)床熱變形對(duì)加工精度的影響(a)車(chē)床的熱變形；

(b)銑床的熱變形

2)工件的熱變形產(chǎn)生工件熱變形的主要原因是切削熱的作用，工件因受熱膨脹而影響其尺寸精度和形狀精度。為了減小工件熱變形對(duì)加工精度的影響，常常采用切削液冷卻帶走大量熱量；也可通過(guò)選擇合適的刀具或改變切削參數(shù)來(lái)減少切削熱的產(chǎn)生；對(duì)大型或較長(zhǎng)的工件，采用彈性后頂尖，使其在夾緊狀態(tài)下末端能有自由伸縮的可能。

4.工件內(nèi)應(yīng)力引起的誤差內(nèi)應(yīng)力是指去掉外界載荷后仍殘留在工件內(nèi)部的應(yīng)力，它是由于工件在加工過(guò)程中，其內(nèi)部宏觀或微觀組織發(fā)生不均勻的體積變化而產(chǎn)生的。具有內(nèi)應(yīng)力的零件處于一種不穩(wěn)定的相對(duì)平衡狀態(tài)，它的內(nèi)部組織有強(qiáng)烈要求恢復(fù)到一種穩(wěn)定的沒(méi)有內(nèi)應(yīng)力的狀態(tài)的傾向。一旦外界條件產(chǎn)生變化，如環(huán)境溫度的改變、繼續(xù)進(jìn)行切削加工、受到撞擊等，內(nèi)應(yīng)力的暫時(shí)平衡就會(huì)被打破而進(jìn)行重新分布，零件將產(chǎn)生相應(yīng)的變形，從而破壞原有的精度。

4.1.3提高加工精度的途徑

1.誤差預(yù)防技術(shù)誤差預(yù)防技術(shù)是指采用相應(yīng)措施來(lái)減少或消除誤差，亦即減少誤差源或改變誤差源與加工誤差之間的數(shù)量轉(zhuǎn)換關(guān)系。例如，在車(chē)床上加工細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，因工件剛性差，容易產(chǎn)生彎曲變形而造成幾何形狀誤差。其主要原因是徑向力Fp頂彎工件，軸向力Ff在順向進(jìn)給時(shí)壓彎工件，切削熱使工件產(chǎn)生熱伸長(zhǎng)從而增大了軸向力等。為減少或消除誤差，可采用如下一些措施：

（1）采用跟刀架，消除徑向力Fp的影響。（2）采用反向進(jìn)給，使軸向力Ff的壓縮作用變?yōu)槔熳饔茫瑫r(shí)采用彈性頂尖，消除可能的壓彎誤差。（3）采用較大的主偏角車(chē)刀可增大軸向力Ff

，工件在強(qiáng)有力的拉伸作用下還能消除徑向顫動(dòng)，

使切削平穩(wěn)。

2.誤差補(bǔ)償技術(shù)誤差補(bǔ)償技術(shù)是指在現(xiàn)存的原始誤差條件下，通過(guò)分析、測(cè)量進(jìn)而建立數(shù)學(xué)模型，并以這些原始誤差為依據(jù)，人為地在工藝系統(tǒng)中引入一個(gè)附加的誤差，使之與工藝系統(tǒng)原有的誤差相抵消，以減小或消除零件的加工誤差。例如數(shù)控機(jī)床采用的滾珠絲杠，為了消除熱伸長(zhǎng)的影響，在精磨時(shí)有意將絲杠的螺距加工得小一些，裝配時(shí)預(yù)加載荷拉伸，使螺距拉大到標(biāo)準(zhǔn)螺距，產(chǎn)生的拉應(yīng)力用來(lái)吸收絲杠發(fā)熱引起的熱應(yīng)力。

4.2表

面

質(zhì)

量4.2.1表面質(zhì)量的概念

1.表面層的幾何形狀

加工后的表面幾何形狀總是以“峰”和“谷”交替出現(xiàn)的形式偏離其理想的光滑表面，如圖4-6所示。按波距L和波高H比值的不同，幾何偏差可分為下面三個(gè)方面。（1）表面粗糙度：L/H＝40，屬于微觀幾何形狀偏差。（2）波度：L/H＝40～1000，介于宏觀與微觀之間的周期性幾何形狀偏差，它主要是由加工過(guò)程中的振動(dòng)所引起的。（3）

幾何形狀誤差：

L/H＞1000，

即加工精度中所指的“幾何形狀誤差”。

圖4-6表面粗糙度與波度

2.表面層的物理力學(xué)性能表面層的物理力學(xué)性能主要包括下述三個(gè)方面。（1）表面層的冷作硬化：指零件加工表面層產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形后，其強(qiáng)度、硬度有所提高的現(xiàn)象。（2）表面層的殘余應(yīng)力：指加工中由于切屑的變形和切削熱的影響，材料表層內(nèi)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。（3）表面層金相組織的變化：指表面層因切削熱（特別是磨削）使工件表層金相組織發(fā)生的變化。

4.2.2表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響

1.對(duì)零件耐磨性的影響

零件的耐磨性與摩擦副的材料、表面硬度和潤(rùn)滑條件有關(guān)，在這些條件已確定的情況下，零件的表面質(zhì)量就起著決定性作用。

當(dāng)兩個(gè)零件的表面接觸時(shí)，其表面的凸峰頂部先接觸，其實(shí)際接觸面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論上的接觸面積。表面越粗糙，實(shí)際的接觸面積就愈小，凸峰處的單位面積壓力就會(huì)增大，表面更容易磨損。即使在有潤(rùn)滑油的條件下，也會(huì)因接觸處的壓強(qiáng)超過(guò)油膜張力的臨界值，破壞了油膜的形成而加劇表面層的磨損。

圖4-7表面粗糙度與初期磨損量的關(guān)系

實(shí)驗(yàn)表明，摩擦表面的最佳粗糙度根據(jù)不同材料和工作條件而異，重載荷情況下的最佳表面粗糙度要比輕載荷時(shí)大。一般Ra值為0.4～0.8μm。表面層的加工硬化使零件的表面層硬度提高，從而使零件的耐磨性提高，一般能提高0.5～1倍。但如果冷作硬化過(guò)度，會(huì)使金屬組織疏松，零件的表面層金屬變脆，甚至出現(xiàn)剝落現(xiàn)象，磨損反而會(huì)加劇，使耐磨性下降。圖4-8給出了零件表面的冷硬程度與耐磨性的關(guān)系曲線。由圖可看出，存在一個(gè)最佳硬化程度，

零件在該處的耐磨性最好。

圖4-8表面冷硬程度與耐磨性的關(guān)系

2.對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響

表面質(zhì)量對(duì)零件疲勞強(qiáng)度影響很大，因?yàn)樵诮蛔冚d荷的作用下，零件表面微觀上不平的凹谷處和表面層的劃痕、裂紋等缺陷處容易引起應(yīng)力集中，從而產(chǎn)生和擴(kuò)大疲勞裂紋，造成零件的疲勞破壞。試驗(yàn)表明，減小表面粗糙度可以使零件的疲勞強(qiáng)度提高。因此，對(duì)于一些重要零件的表面，如連桿、曲軸等，應(yīng)進(jìn)行光整加工，以減小零件的表面粗糙度，

提高其疲勞強(qiáng)度。

3.對(duì)零件耐腐蝕性能的影響

零件的耐腐蝕性在很大程度上取決于零件的表面粗糙度。零件表面越粗糙，越容易積聚腐蝕性物質(zhì)而發(fā)生化學(xué)腐蝕，凹谷越深，滲透與腐蝕作用越強(qiáng)烈；在不同材料表面凸峰間還容易產(chǎn)生電化學(xué)作用而引起電化學(xué)腐蝕。因此，降低零件的表面粗糙度可以提高零件的耐腐蝕性能。表面殘余應(yīng)力對(duì)零件的耐腐蝕性能也有較大影響。表面冷作硬化或金相組織變化，往往會(huì)引起表面殘余應(yīng)力。零件表面的殘余壓應(yīng)力使零件表面緊密，腐蝕性物質(zhì)不易進(jìn)入，可增強(qiáng)零件的耐腐蝕性；而表面殘余拉應(yīng)力則會(huì)降低零件的耐腐蝕性。

4.對(duì)配合性質(zhì)及其他方面的影響

互相配合的零件，如果其配合表面粗糙，若是間隙配合會(huì)使配合件很快磨損而增大配合間隙，改變配合性質(zhì)，降低配合精度；若是過(guò)盈配合，則裝配后配合表面的凸峰被擠平，有效過(guò)盈量減小，影響配合的可靠性。因此，對(duì)有配合要求的表面，必須規(guī)定較小的表面粗糙度?？傊?，零件的表面質(zhì)量對(duì)零件的使用性能、壽命的影響都是很大的。

4.2.3影響表面質(zhì)量的因素及改善途徑

1.影響表面粗糙度的工藝因素及改善措施

1）工件材料一般韌性較大的塑性材料加工后表面粗糙度較大，而韌性較小的塑性材料加工后容易獲得較小的表面粗糙度；對(duì)于同種材料，金相組織的粒度愈細(xì)，熱處理后得到的硬度愈高，加工后表面粗糙度就愈小。因此，為了減小加工表面的粗糙度，常在切削加工前對(duì)材料進(jìn)行調(diào)質(zhì)或正火處理，以獲得均勻、

細(xì)密的晶粒組織和較大的硬度。

2）切削用量在低速切削或變速切削時(shí)，切屑和加工表面的塑性變形小，也不容易產(chǎn)生積屑瘤，因此加工表面粗糙度值小。但是在一定切削速度范圍內(nèi)加工塑性材料時(shí)，由于容易產(chǎn)生積屑瘤和鱗刺且塑性變形較大，因而表面粗糙度值較大，如圖4-9所示。切削脆性材料時(shí)，切削速度對(duì)表面粗糙度的影響較小。

減小進(jìn)給量可減小殘留面積高度，使表面粗糙度值降低。但當(dāng)進(jìn)給量太小而刀刃又不夠鋒利時(shí)，刀刃不能切削而是擠壓，這就增大了工件的塑性變形，反而使粗糙度值增大。切削深度對(duì)表面粗糙度的影響不明顯，一般可忽略。但當(dāng)切深ap＜0.02mm以下時(shí)，由于刀刃不是絕對(duì)尖銳而有一定的圓弧半徑，這時(shí)刀刃與工件產(chǎn)生擠壓與摩擦，從而使表面惡化。圖4-9加工塑性材料時(shí)切削速度對(duì)表面粗糙度的影響

3）刀具材料、刀具的幾何參數(shù)及表面光潔度

(1）與工件材料分子間親和力大的刀具材料，易產(chǎn)生積屑瘤和鱗刺，因此在其它條件相同的情況下，硬質(zhì)合金刀具比高速鋼刀具加工的表面粗糙度細(xì)。用金剛石車(chē)刀加工，因不易形成積屑瘤，故可獲得更低的表面粗糙度值。

(2）由圖4-10(a)可以看出，刀尖圓弧半徑、主偏角、副偏角等均影響殘留面積高度H的大小，因此減小刀尖圓弧半徑，減小主偏角和副偏角，都可以降低表面粗糙度。盡管前角對(duì)表面粗糙度沒(méi)有直接影響，但由于前角較大時(shí)有利于抑制積屑瘤和鱗刺的產(chǎn)生，故在中、低速范圍內(nèi)增大前角對(duì)降低表面粗糙度值有利。

圖4-10車(chē)削加工理論殘留面積高度(a)帶圓角半徑ε刀的切削；

(b)尖刀切削

(3）刀具前、后刀面愈光潔，愈能減少摩擦和磨損，顯然對(duì)降低表面粗糙度值有利。刀具前后刀面的表面粗糙度應(yīng)不小于工件表面粗糙度1～2級(jí)，且刀面的Ra不得大于1.6μm。

4）切削液使用切削液能減少加工過(guò)程中刀具與工件加工表面間的摩擦，降低切削溫度，從而減小材料的塑性變形，抑制積屑瘤與鱗刺的產(chǎn)生，因此能有效地減小表面粗糙度值。

5）工藝系統(tǒng)振動(dòng)工藝系統(tǒng)的振動(dòng)可引起刀刃與工件相對(duì)位置發(fā)生周期性的微幅變化，形成振紋，使表面粗糙度惡化。因此，隔開(kāi)振源、提高工藝系統(tǒng)剛度與抗振性可降低加工表面的粗糙度值。

2.影響表層物理力學(xué)性能的工藝因素及其控制措施

1）影響冷作硬化的因素

(1）冷作硬化的產(chǎn)生。機(jī)械加工過(guò)程中產(chǎn)生的塑性變形使晶格發(fā)生扭曲、畸變，晶粒間產(chǎn)生滑移，晶粒被拉長(zhǎng)，這些都會(huì)使表面層金屬的硬度增加，這種現(xiàn)象統(tǒng)稱為冷作硬化（或稱為強(qiáng)化）。金屬冷作硬化的結(jié)果是使金屬處于高能位不穩(wěn)定狀態(tài)，只要有條件，金屬的冷硬結(jié)構(gòu)就會(huì)向比較穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化，這種現(xiàn)象統(tǒng)稱為弱化。機(jī)械加工中產(chǎn)生的切削熱將使金屬在塑性變形中產(chǎn)生的冷硬現(xiàn)象得到一定的恢復(fù)。由于金屬在機(jī)械加工過(guò)程中同時(shí)受到力和熱的作用，因而加工后金屬表面層的性質(zhì)取決于強(qiáng)化和弱化兩個(gè)過(guò)程的綜合。表層金屬冷作硬化的結(jié)果會(huì)增大金屬變形的抗力，減小金屬的塑性，使金屬的物理性質(zhì)（如密度、

導(dǎo)電性、

導(dǎo)熱性等）發(fā)生變化。

(2）影響表面冷作硬化的因素包括工件材料、刀具和切削用量三個(gè)方面。①工件材料：材料的塑性越大，冷作硬化程度也越嚴(yán)重。碳鋼中合碳量越大，強(qiáng)度越高，其塑性越小，冷作硬化程度也越小。②刀具：刀具的前角越大，切削層金屬的塑性變形越小，硬化層深度越小；刀尖圓弧半徑越大，已加工表面在形成過(guò)程中受擠壓越大，加工硬化也越大；隨著刀具后刀面磨損量的增加，后刀面與已加工表面的摩擦也隨之增加，硬化層深度也增大。③

切削用量：切削用量的三要素對(duì)冷作硬化都有一定的影響。

2）表層金相組織變化車(chē)削加工中，切削熱大部分被切屑帶走，表面溫度升高不大，不可能達(dá)到相變溫度。因此，金相組織發(fā)生變化主要由磨削（尤其在冷卻液不充分或冷卻液不能到達(dá)磨削區(qū)時(shí)）高溫（1000℃）引起。金相組織變化后，硬度下降，出現(xiàn)細(xì)微裂紋，甚至出現(xiàn)彩色氧化膜，這種現(xiàn)象稱之為燒傷。磨削燒傷要盡量避免。如軸承內(nèi)外環(huán)經(jīng)精磨后，檢驗(yàn)員用肉眼檢查不出燒傷在何處，必須用專用檢驗(yàn)液逐只檢查發(fā)現(xiàn)其燒傷部位，

以免成為將來(lái)使用中的隱患。

磨削燒傷與溫度有著十分密切的關(guān)系。因此，防止磨削燒傷可以從控制切削時(shí)的溫度入手，通常從以下三方面考慮。

(1）

合理選用磨削用量。

(2）

正確選擇砂輪。

(3）

改善冷卻條件。

圖4-11常用的冷卻方法

圖4-12內(nèi)冷卻砂輪結(jié)構(gòu)

3）表層的殘余應(yīng)力機(jī)械加工時(shí)工件表層產(chǎn)生殘余應(yīng)力的原因是表層金屬的塑性變形使金屬的密度發(fā)生變化。由于塑性變形只在表層中產(chǎn)生，而表層金屬的體積膨脹，不可避免地要受到與它相連的里層金屬的阻礙，因而就在表面層內(nèi)產(chǎn)生了壓縮殘余應(yīng)力，而在里層金屬中產(chǎn)生拉伸殘余應(yīng)力。當(dāng)?shù)毒邚墓ぜ锨谐饘贂r(shí)，表層金屬的纖維被拉長(zhǎng)，刀具后刀面與已加工表面的摩擦又加大了這種拉伸作用。刀具切離后，拉伸的彈性變形將逐漸恢復(fù)，而拉伸的塑性變形則不能恢復(fù)。表層金屬的拉伸塑性變形，受到與它相連的里層未發(fā)生塑性變形金屬的阻礙，因此就在表層金屬中產(chǎn)生壓縮殘余應(yīng)力，而在里層金屬中產(chǎn)生拉伸殘余應(yīng)力。

4）表面強(qiáng)化工藝

(1）噴丸強(qiáng)化。噴丸強(qiáng)化利用大量快速運(yùn)動(dòng)的珠丸打擊被加工工件的表面，使工件表面產(chǎn)生冷硬層和壓殘余應(yīng)力，從而提高零件的疲勞強(qiáng)度和使用壽命。珠丸可以是鑄鐵珠丸，也可以是切成小段的鋼絲（使用一段時(shí)間之后自然變成球狀）。對(duì)于鋁質(zhì)工件