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1、第三章 机械加工表面质量第一节 概 述 评价零零件是否合格格的质量指标标除了机械加加工精度外，还还有机械加工工表面质量。机机械加工表面面质量是指零零件经过机械械加工后的表表面层状态。探探讨和研究机机械加工表面面，掌握机械械加工过程中中各种工艺因因素对表面质质量的影响规规律，对于保保证和提高产产品的质量具具有十分重要要的意义。 一 机械加工表表面质量的含含义 机械加加工表面质量量又称为表面面完整性，其其含义包括两两个方面的内内容：1表面层的几几何形状特征征 表面层层的几何形状状特征如图33-1所示，主要要由以下几部部分组成： 表面粗糙度度 它是指指加工表面上上较小间距和和峰谷所组成成的微观几何何
2、形状特征，即即加工表面的的微观几何形形状误差，其其评定参数主主要有轮廓算算术平均偏差差Ra或轮廓微观观不平度十点点平均高度RRz； 表面波度度 它是介介于宏观形状状误差与微观观表面粗糙度度之间的周期期性形状误差差，它主要是是由机械加工工过程中低频频振动引起的的，应作为工工艺缺陷设法法消除。 表面加工纹纹理 它是是指表面切削削加工刀纹的的形状和方向向，取决于表表面形成过程程中所采用的的机加工方法法及其切削运运动的规律。 伤痕 它它是指在加工工表面个别位位置上出现的的缺陷，如砂砂眼、气孔、裂裂痕、划痕等等，它们大多多随机分布。图3-1 表表面几何特征征的组成2表面层的物物理力学性能能 表面层层的物
3、理力学学性能主要指指以下三个方方面的内容： 表表面层的加工工冷作硬化； 表表面层金相组组织的变化； 表面层的残残余应力。 二 表面质量对对零件使用性性能的影响 1表表面质量对零零件耐磨性的的影响 零件的耐磨性是是零件的一项项重要性能指指标，当摩擦擦副的材料、润润滑条件和加加工精度确定定之后，零件件的表面质量量对耐磨性将将起着关键性性的作用。由由于零件表面面存在着表面面粗糙度，当当两个零件的的表面开始接接触时，接触触部分集中在在其波峰的顶顶部，因此实实际接触面积积远远小于名名义接触面积积，并且表面面粗糙度越大大，实际接触触面积越小。在在外力作用下下，波峰接触触部分将产生生很大的压应应力。当两个个
4、零件作相对对运动时，开开始阶段由于于接触面积小小、压应力大大，在接触处处的波峰会产产生较大的弹弹性变形、塑塑性变形及剪剪切变形，波波峰很快被磨磨平，即使有有润滑油存在在，也会因为为接触点处压压应力过大，油油膜被破坏而而形成干摩擦擦，导致零件件接触表面的的磨损加剧。当当然，并非表表面粗糙度越越小越好，如如果表面粗糙糙度过小，接接触表面间储储存润滑油的的能力变差，接接触表面容易易发生分子胶胶合、咬焊，同同样也会造成成磨损加剧。表面层的冷作硬硬化可使表面面层的硬度提提高，增强表表面层的接触触刚度，从而而降低接触处处的弹性、塑塑性变形，使使耐磨性有所所提高。但如如果硬化程度度过大，表面面层金属组织织会
5、变脆，出出现微观裂纹纹，甚至会使使金属表面组组织剥落而加加剧零件的磨磨损。2表面质量对对零件疲劳强强度的影响 表面粗糙度度对承受交变变载荷的零件件的疲劳强度度影响很大。在在交变载荷作作用下，表面面粗糙度波谷谷处容易引起起应力集中，产产生疲劳裂纹纹。并且表面面粗糙度越大大，表面划痕痕越深，其抗抗疲劳破坏能能力越差。 表面层层残余压应力力对零件的疲疲劳强度影响响也很大。当当表面层存在在残余压应力力时，能延缓缓疲劳裂纹的的产生、扩展展，提高零件件的疲劳强度度；当表面层层存在残余拉拉应力时，零零件则容易引引起晶间破坏坏，产生表面面裂纹而降低低其疲劳强度度。 表面层层的加工硬化化对零件的疲疲劳强度也有有
6、影响。适度度的加工硬化化能阻止已有有裂纹的扩展展和新裂纹的的产生，提高高零件的疲劳劳强度；但加加工硬化过于于严重会使零零件表面组织织变脆，容易易出现裂纹，从从而使疲劳强强度降低。 3表表面质量对零零件耐腐蚀性性能的影响 表面粗糙度度对零件耐腐腐蚀性能的影影响很大。零零件表面粗糙糙度越大，在在波谷处越容容易积聚腐蚀蚀性介质而使使零件发生化化学腐蚀和电电化学腐蚀。 表面层残余余压应力对零零件的耐腐蚀蚀性能也有影影响。残余压压应力使表面面组织致密，腐腐蚀性介质不不易侵入，有有助于提高表表面的耐腐蚀蚀能力；残余余拉应力的对对零件耐腐蚀蚀性能的影响响则相反。 4表表面质量对零零件间配合性性质的影响 相配
7、零零件间的配合合性质是由过过盈量或间隙隙量来决定的的。在间隙配配合中，如果果零件配合表表面的粗糙度度大，则由于于磨损迅速使使得配合间隙隙增大，从而而降低了配合合质量，影响响了配合的稳稳定性；在过过盈配合中，如如果表面粗糙糙度大，则装装配时表面波波峰被挤平，使使得实际有效效过盈量减少少，降低了配配合件的联接接强度，影响响了配合的可可靠性。因此此，对有配合合要求的表面面应规定较小小的表面粗糙糙度值。在过盈配合中，如如果表面硬化化严重，将可可能造成表面面层金属与内内部金属脱落落的现象，从从而破坏配合合性质和配合合精度。表面面层残余应力力会引起零件件变形，使零零件的形状、尺尺寸发生改变变，因此它也也将
8、影响配合合性质和配合合精度。5表面质量对对零件其他性性能的影响表面质量对零件件的使用性能能还有一些其其他影响。如如对间隙密封封的液压缸、滑滑阀来说，减减小表面粗糙糙度Ra可以减少泄泄漏、提高密密封性能；较较小的表面粗粗糙度可使零零件具有较高高的接触刚度度；对于滑动动零件，减小小表面粗糙度度Ra能使摩擦系系数降低、运运动灵活性增增高，减少发发热和功率损损失；表面层层的残余应力力会使零件在在使用过程中中继续变形，失失去原有的精精度，机器工工作性能恶化化等。总之，提高加工工表面质量，对对于保证零件件的的性能、提提高零件的使使用寿命是十十分重要的。第二节 影响响表面质量的的工艺因素 一 影响机械械加工
9、表面粗粗糙度的因素素及降低表面面粗糙度的工工艺措施 影影响切削加工工表面粗糙度度的因素 在切削削加工中，影影响已加工表表面粗糙度的的因素主要包包括几何因素素、物理因素素和加工中工工艺系统的振振动。下面以以车削为例来来说明。 几几何因素 切削加工时时表面粗糙度度的值主要取取决于切削面面积的残留高高度。下面两两式为车削时时残留面积高高度的计算公公式： 当刀尖尖圆弧半径rr=0时，残残留面积高度度H为 （31）当刀尖圆弧弧r0时，残残留面积高度度H为 （32） 从上面面两式可知，进进给量f、主偏角kr、副偏角kr和刀尖圆圆弧半径r对切削加工工表面粗糙度度的影响较大大。减小进给给量f、减小主偏偏角kr
10、和副偏角kr、增大刀尖圆圆弧半径r，都能减小小残留面积的的高度H，也就减小小了零件的表表面粗糙度。 物理因素 在切削加加工过程中，刀刀具对工件的的挤压和摩擦擦使金属材料料发生塑性变变形，引起原原有的残留面面积扭曲或沟沟纹加深，增增大表面粗糙糙度。当采用用中等或中等等偏低的切削削速度切削塑塑性材料时，在在前刀面上容容易形成硬度度很高的积屑屑瘤，它可以以代替刀具进进行切削，但但状态极不稳稳定，积屑瘤瘤生成、长大大和脱落将严严重影响加工工表面的表面面粗糙度值。另另外，在切削削过程中由于于切屑和前刀刀面的强烈摩摩擦作用以及及撕裂现象，还还可能在加工工表面上产生生鳞刺，使加加工表面的粗粗糙度增加。 动态
11、因素振动的影影响 在加加工过程中，工工艺系统有时时会发生振动动，即在刀具具与工件间出出现的除切削削运动之外的的另一种周期期性的相对运运动。振动的的出现会使加加工表面出现现波纹，增大大加工表面的的粗糙度，强强烈的振动还还会使切削无无法继续下去去。除上述因素外，造造成已加工表表面粗糙不平平的原因还有有被切屑拉毛毛和划伤等。2. 减小表面面粗糙度的工工艺措施 在精加工时时，应选择较较小的进给量量f、较小的主偏角角kr和副偏角kr、较大的刀尖尖圆弧半径rr，以得到较小小的表面粗糙糙度。 加工塑性材材料时，采用用较高的切削削速度可防止止积屑瘤的产产生，减小表表面粗糙度。 根据工件材材料、加工要要求，合理
12、选选择刀具材料料，有利于减减小表面粗糙糙度。 适当的增大大刀具前角和和刃倾角，提提高刀具的刃刃磨质量，降降低刀具前、后后刀面的表面面粗糙度均能能降低工件加加工表面的粗粗糙度。 对工件材料料进行适当的的热处理，以以细化晶粒，均均匀晶粒组织织，可减小表表面粗糙度。 选择合适的的切削液，减减小切削过程程中的界面摩摩擦，降低切切削区温度，减减小切削变形形，抑制鳞刺刺和积屑瘤的的产生，可以以大大关小表表面粗糙度。二 影响表面面物理力学性性能的工艺因因素1表面层残余余应力 外载荷去除后，仍仍残存在工件件表层与基体体材料交界处处的相互平衡衡的应力称为为残余应力。产产生表面残余余应力的原因因主要有： 冷态塑性
13、变变形引起的残残余应力 切削加工时时，加工表面面在切削力的的作用下产生生强烈的塑性性变形，表层层金属的比容容增大，体积积膨胀，但受受到与它相连连的里层金属属的阻止，从从而在表层产产生了残余压压应力，在里里层产生了残残余拉应力。当当刀具在被加加工表面上切切除金属时，由由于受后刀面面的挤压和摩摩擦作用，表表层金属纤维维被严重拉长长，仍会受到到里层金属的的阻止，而在在表层产生残残余压应力，在在里层产生残残余拉应力。 热态塑性变变形引起的残残余应力 切削加工时时，大量的切切削热会使加加工表面产生生热膨胀，由由于基体金属的温温度较低，会会对表层金属属的膨胀产生生阻碍作用，因因此表层产生生热态压应力力。当
14、加工结结束后，表层层温度下降要要进行冷却收收缩，但受到到基体金属阻止止，从而在表表层产生残余余拉应力，里里层产生残余余压应力。 金相组织变变化引起的残残余应力 如果在加工工中工件表层层温度超过金金相组织的转转变温度，则则工件表层将将产生组织转转变，表层金金属的比容将将随之发生变变化，而表层层金属的这种种比容变化必必然会受到与与之相连的基基体金属的阻阻碍，从而在在表层、里层层产生互相平平衡的残余应应力。例如在在磨削淬火钢钢时，由于磨磨削热导致表表层可能产生生回火，表层层金属组织将将由马氏体转转变成接近珠珠光体的屈氏氏体或索氏体体，密度增大大，比容减小小，表层金属属要产生相变变收缩但会受受到基体金
15、属属的阻止，而而在表层金属属产生残余拉拉应力，里层层金属产生残残余压应力。如如果磨削时表表层金属的温温度超过相变变温度，且冷冷却以充分，表表层金属将成成为淬火马氏氏体，密度减减小，比容增增大，则表层层将产生残余余压应力，里里层则产生残残余拉应力。 2表表面层加工硬硬化 加加工硬化的产产生及衡量指指标 机械械加工过程中中，工件表层层金属在切削削力的作用下下产生强烈的的塑性变形，金金属的晶格扭扭曲，晶粒被被拉长、纤维维化甚至破碎碎而引起表层层金属的强度度和硬度增加加，塑性降低低，这种现象象称为加工硬硬化（或冷作作硬化）。另另外，加工过过程中产生的的切削热会使使得工件表层层金属温度升升高，当升高高到
16、一定程度度时，会使得得已强化的金金属回复到正正常状态，失失去其在加工工硬化中得到到的物理力学学性能，这种种现象称为软软化。因此，金金属的加工硬硬化实际取决决于硬化速度度和软化速度度的比率。评定加工硬化的的指标有下列列三项： 表面层的显显微硬度HVV； 硬化层深度度h（m）； 硬化程度NN （33）式中：HV金属原来的的显微硬度。 影响加工硬硬化的因素 切削用量的的影响力 切削用量中中进给量和切切削速度对加加工硬化的影影响较大。增增大进给量，切切削力随之增增大，表层金金属的塑性变变形程度增大大，加工硬化化程度增大；增大切削速速度，刀具对对工件的作用用时间减少，塑塑性变形的扩扩展深度减小小，故而硬
17、化化层深度减小小。另外，增增大切削速度度会使切削区区温度升高，有有利于减少加加工硬化。 刀刀具几何形状状的影响 刀刃钝圆半半径对加工硬硬化影响最大大。实验证明明，已加工表表面的显微硬硬度随着刀刃刃钝圆半径的的加大而增大大，这是因为为径向切削分分力会随着刀刀刃钝圆半径径的增大而增增大，使得表表层金属的塑塑性变形程度度加剧，导致致加工硬化增增大。此外，刀刀具磨损会使使得后刀面与与工件间的摩摩擦加剧，表表层的塑性变变形增加，导导致表面冷作作硬化加大。 加工材料性性能的影响 工件的硬硬度越低、塑塑性越好，加加工时塑性变变形越大，冷冷作硬化越严严重。第三节 控制制表面质量的的工艺途径 随着科科学技术的发
18、发展，对零件件的表面质量量的要求已越越来越高。为为了获得合格格零件，保证证机器的使用用性能，人们们一直在研究究控制和提高高零件表面质质量的途径。提提高表面质量量的工艺途径径大致可以分分为两类：一一类是用低效效率、高成本本的加工方法法，寻求各工工艺参数的优优化组合，以以减小表面粗粗糙度；另一一类是着重改改善工件表面面的物理力学学性能，以提提高其表面质质量。 一、降降低表面粗糙糙度的加工方方法1超精密切削削和低粗糙度度磨削加工 超精密切削削加工 超超精密切削是是指表面粗糙糙度为Ra0.04m以下的切切削加工方法法。超精密切切削加工最关关键的问题在在于要在最后后一道工序切切削0.1m的微薄表面面层，
19、这就既既要求刀具极极其锋利，刀刀具钝圆半径径为纳米级尺尺寸，又要求求这样的刀具具有足够的耐耐用度，以维维持其锋利。目目前只有金刚刚石刀具才能能达到要求。超超精密切削时时，走刀量要要小，切削速速度要非常高高，才能保证证工件表面上上的残留面积积小，从而获获得极小的表表面粗糙度。 小粗糙度磨磨削加工 为了简化工工艺过程，缩缩短工序周期期，有时用小小粗糙度磨削削替代光整加加工。小粗糙糙度磨削除要要求设备精度度高外，磨削削用量的选择择最为重要。在在选择磨削用用量时，参数数之间往往会会相互矛盾和和排斥。例如如，为了减小小表面粗糙度度，砂轮应修修整得细一些些，但如此却却可能引起磨磨削烧伤；为为了避免烧伤伤，
20、应将工件件转速加快，但但这样又会增增大表面粗糙糙度，而且容容易引起振动动；采用小磨磨削用量有利利于提高工件件表面质量，但但会降低生产产效率而增加加生产成本；而且工件材材料不同其磨磨削性能也不不一样，一般般很难凭手册册确定磨削用用量，要通过过试验不断调调整参数，因因而表面质量量较难准确控控制。近年来来，国内外对对磨削用量最最优化作了不不少研究，分分析了磨削用用量与磨削力力、磨削热之之间的关系，并并用图表表示示各参数的最最佳组合，加加上计算机的的运用，通过过指令进行过过程控制，使使得小粗糙度度磨削逐步达达到了应有的的效果。2采用超精密密加工、珩磨磨、研磨等方方法作为最终终工序加工超精密加工、珩珩磨
21、等都是利利用磨条以一一定压力压在在加工表面上上，并作相对对运动以降低低表面粗糙度度和提高精度度的方法，一一般用于表面面粗糙度为RRa0.4m以以下的表面加加工。该加工工工艺由于切切削速度低、压压强小，所以以发热少，不不易引起热损损伤，并能产产生残余压应应力，有利于于提高零件的的使用性能；而且加工工工艺依靠自身身定位，设备备简单，精度度要求不高，成成本较低，容容易实行多工工位、多机床床操作，生产产效率高，因因而在大批量量生产中应用用广泛。 珩磨 珩珩磨是利用珩珩磨工具对工工件表面施加加一定的压力力，同时珩磨磨工具还要相相对工件完成成旋转和直线线往复运动，以以去除工件表表面的凸峰的的一种加工方方法
22、。珩磨后后工件圆度和和圆柱度一般般可控制在00.0030.0055mm，尺寸寸精度可达IIT6IT5，表表面粗糙度在在Ra0.20.0255m之间。珩磨工作原理如如图3-2所示，它是是利用安装在在珩磨头圆周周上的若干条条细粒度油石石，由涨开机机构将油石沿沿径向涨开，使使其压向工件件孔壁形成一一定的接触面面，同时珩磨磨头作回转和和轴向往复运运动以实现对对孔的低速磨磨削。油石上上的磨粒在工工件表面上留留下的切削痕痕迹为交叉的的且不重复的的网纹，有利利于润滑油的的贮存和油膜膜的保持。（沿用吴拓主编编机械制造造工程（第第2版）机械械工业出版社社2005年年9月图3-36）图3-2 珩磨磨原理及磨粒粒运
23、动轨迹 由于珩珩磨头和机床床主轴是浮动动联接，因此此机床主轴回回转运动误差差对工件的加加工精度没有有影响。因为为珩磨头的轴轴线往复运动动是以孔壁作作导向的，即即是按孔的轴轴线进行运动动的，故在珩珩磨时不能修修正孔的位置置偏差，工件件孔轴线的位位置精度必须须由前一道工工序来保证。 珩磨时时，虽然珩磨磨头的转速较较低，但其往往复速度较高高，参予磨削削的磨粒数量量大，因此能能很快地去除除金属，为了了及时排出切切屑和冷却工工件，必须进进行充分冷却却润滑。珩磨磨生产效率高高，可用于加加工铸铁、淬淬硬或不淬硬硬钢，但不宜宜加工易堵塞塞油石的韧性性金属。 超超精加工 超精加工是是用细粒度油油石，在较低低的压
24、力和良良好的冷却润润滑条件下，以以快而短促的的往复运动，对对低速旋转的的工件进行振振动研磨的一一种微量磨削削加工方法。超精加工的工作作原理如图33-3所示，加加工时有三种种运动，即工工件的低速回回转运动、磨磨头的轴向进进给运动和油油石的往复振振动。三种运运动的合成使使磨粒在工件件表面上形成成不重复的轨轨迹。超精加加工的切削过过程与磨削、研研磨不同，当当工件粗糙表表面被磨去之之后，接触面面积大大增加加，压强极小小，工件与油油石之间形成成油膜，二者者不再直接接接触，油石能能自动停止切切削。（沿用吴拓主编编机械制造造工程（第第2版）机械械工业出版社社2005年年9月图3-37）图3-3 超精精加工的
25、工作作原理 超精加加工的加工余余量一般为3310mm，所以它难难以修正工件件的尺寸误差差及形状误差差，也不能提提高表面间的的相互位置精精度，但可以以降低表面粗粗糙度值，能能得到表面粗粗糙度为Ra0.10.01m的表面。目目前，超精加加工能加工各各种不同材料料，如钢、铸铸铁、黄铜、铝铝、陶瓷、玻玻璃、花岗岩岩等，能加工工外圆、内孔孔、平面及特特殊轮廓表面面，广泛用于于对曲轴、凸凸轮轴、刀具具、轧辊、轴轴承、精密量量仪及电子仪仪器等精密零零件的加工。 研研磨 研磨磨是利用研磨磨工具和工件件的相对运动动，在研磨剂剂的作用下，对对工件表面进进行光整加工工的一种加工工方法。研磨磨可采用专用用的设备进行行
26、加工，也可可采用简单的的工具，如研研磨心棒、研研磨套、研磨磨平板等对工工件表面进行行手工研磨。研研磨可提高工工件的形状精精度及尺寸精精度，但不能能提高表面位位置精度，研研磨后工件的的尺寸精度可可达0.0001mm，表表面粗糙度可可达Ra0.0250.006m。现以手工研磨外外圆为例说明明研磨的工作作原理，如图图3-4所示，工工件支承在机机床两顶尖之之间作低速旋旋转，研具套套在工件上，在在研具与工件件之间加入研研磨剂，然后后用手推动研研具作轴向往往复运动实现现对工件的研研磨。研磨外外圆所用的研研具如图3-5所示，其其中图a）为粗研套套，孔内有油油槽可存研磨磨剂；图b）为精研套套，孔内无油油槽。（
27、沿用吴拓主编编机械制造造工程（第第2版）机械械工业出版社社2005年年9月图3-38）图3-4 在在车床上研磨磨外圆 （沿用吴拓主编编机械制造造工程（第第2版）机械械工业出版社社2005年年9月图3-39）图3-5 外外圆研具研磨的适用范围围广，既可加加工金属，又又可加工非金金属，如光学学玻璃、陶瓷瓷、半导体、塑塑料等；一般般说来，刚玉玉磨料适用于于对碳素工具具钢、合金工工具钢、高速速钢及铸铁的的研磨，碳化化硅磨料和金金刚石磨料适适用于对硬质质合金、硬铬铬等高硬度材材料的研磨。 抛光 抛抛光是在布轮轮、布盘等软软性器具涂上上抛光膏，利利用抛光器具具的高速旋转转，依靠抛光光膏的机械刮刮擦和化学作
28、作用去除工件件表面粗糙度度的凸峰，使使表面光泽的的一种加工方方法。抛光一一般不去除加加工余量，因因而不能提高高工件的精度度，有时可能能还会损坏已已获得的精度度；抛光也不不可能减小零零件的形状和和位置误差。工工件表面经抛抛光后，表面面层的残余拉拉应力会有所所减少。二、改善表面物物理力学性能能的加工方法法如前所述，表面面层的物理力力学性能对零零件的使用性性能及寿命影影响很大，如如果在最终工工序中不能保保证零件表面面获得预期的的表面质量要要求，则应在在工艺过程中中增设表面强强化工序来保保证零件的表表面质量。表表面强化工艺艺包括化学处处理、电镀和和表面机械强强化等几种。这这里仅讨论机机械强化工艺艺问题
29、。机械械强化是指通通过对工件表表面进行冷挤挤压加工，使使零件表面层层金属发生冷冷态塑性变形形，从而提高高其表面硬度度并在表面层层产生残余压压应力的无屑屑光整加工方方法。采用表表面强化工艺艺还可以降低低零件的表面面粗糙度值。这这种方法工艺艺简单、成本本低，在生产产中应用十分分广泛，用得得最多的是喷喷丸强化和滚滚压加工。1喷丸强化喷丸强化是利用用压缩空气或或离心力将大大量直径为00.44mm的珠丸丸高速打击零零件表面，使使其产生冷硬硬层和残余压压应力，可显显著提高零件件的疲劳强度度。珠丸可以以采用铸铁、砂砂石以及钢铁铁制造。所用用设备是压缩缩空气喷丸装装置或机械离离心式喷丸装装置，这些装装置使珠丸
30、能能以35550mmss的速度喷出出。喷丸强化化工艺可用来来加工各种形形状的零件，加加工后零件表表面的硬化层层深度可达00.7 mmm，表面粗糙糙度值Ra可由3.22m减小到00.4m，使用寿寿命可提高几几倍甚至几十十倍。2滚压加工滚压加工是在常常温下通过淬淬硬的滚压工工具（滚轮或或滚珠）对工工件表面施加加压力，使其其产生塑性变变形，将工件件表面上原有有的波峰填充充到相邻的波波谷中，从而而以减小了表表面粗糙度值值，并在其表表面产生了冷冷硬层和残余余压应力，使使零件的承载载能力和疲劳劳强度得以提提高。滚压加加工可使表面面粗糙度Ra值从1.2255m减小小到0.80.63m，表面层层硬度一般可可提
31、高20%40%，表表面层金属的的耐疲劳强度度可提高300%50%。滚压用的的滚轮常用碳碳素工具钢TT12A或者者合金工具钢钢CrWMnn、Cr122、CrNiiMn等材料料制造，淬火火硬度在62264HRRC；或用硬硬质合金YGG6、YT115等制成；其型面在装装配前需经过过粗磨，装上上滚压工具后后再进行精磨磨。图3-6为典型滚滚压加工示意意图，图3-7为外圆滚滚压工具。图3-6 典典型滚压加工工示意图图3-7 外外圆滚压工具具a) 弹性滚压压工具 b) 刚性滚滚压工具3金刚石压光光金刚石压光是一一种用金刚石石挤压加工表表面的新工艺艺，国外已在在精密仪器制制造业中得到到较广泛的应应用。压光后后
32、的零件表面面粗糙度可达达Ra0.40.02m，耐磨性性比磨削后的的提高1.553倍，但但比研磨后的的低20440%，而生生产率却比研研磨高得多。金金刚石压光用用的机床必须须是高精度机机床，它要求求机床刚性好好、抗振性好好，以免损坏坏金刚石。此此外，它还要要求机床主轴轴精度高，径径向跳动和轴轴向窜动在00.01mmm以内，主轴轴转速能在2250066000 rr/min的范范围内无级调调速。机床主主轴运动与进进给运动应分分离，以保证证压光的表面面质量。4液体磨料强强化液体磨料强化是是利用液体和和磨料的混合合物高速喷射射到已加工表表面，以强化化工件表面，提提高工件的耐耐磨性、抗蚀蚀性和疲劳强强度的
33、一种工工艺方法。如如图3-8所示，液体体和磨料在44008000Pa压力力下，经过喷喷嘴高速喷出出，射向工件件表面，借磨磨粒的冲击作作用，碾压加加工表面，工工件表面产生生塑性变形，变变形层仅为几几十微米。加加工后的工件件表面具有残残余压应力，提提高了工件的的耐磨性、抗抗蚀性和疲劳劳强度。（沿用吴拓主编编机械制造造工程（第第2版）机械械工业出版社社2005年年9月图3-40）图3-8 液体体磨料喷射加加工原理图1压气瓶 2过滤器 3磨料室 44导管 55喷嘴 66集收器 7工件 88控制阀 9振动器第四节 机械械加工振动对对表面质量的的影响及其控控制 一、机机械振动现象象及分类 1机机械振动现象
34、象及其对表面面质量的影响响在机械加工过程程中，工艺系系统有时会发发生振动（人人为地利用振振动来进行加加工服务的振振动车削、振振动磨削、振振动时效、超超声波加工等等除外），即即在刀具的切切削刃与工件件上正在切削削的表面之间间，除了名义义上的切削运运动之外，还还会出现一种种周期性的相相对运动。这这是一种破坏坏正常切削运运动的极其有有害的现象，主主要表现在：1）振动使工艺艺系统的各种种成形运动受受到干扰和破破坏，使加工工表面出现振振纹，增大表表面粗糙度值值，恶化加工工表面质量；2）振动还可能能引起刀刃崩崩裂，引起机机床、夹具连连接部分松动动，缩短刀具具及机床、夹夹具的使用寿寿命；3）振动限制了了切削
35、用量的的进一步提高高，降低切削削加工的生产产效率，严重重时甚至还会会使切削加工工无法继续进进行；4）振动所发出出的噪声会污污染环境，有有害工人的身身心健康。研究机械加工过过程中振动产产生的机理，探探讨如何提高高工艺系统的的抗振性和消消除振动的措措施，一直是是机械加工工工艺学的重要要课题之一。 2机机械振动的基基本类型 机械加加工过程的振振动有三种基基本类型： 强迫振动 强迫振动动是指在外界界周期性变化化的干扰力作作用下产生的的振动。磨削削加工中主要要会产生强迫迫振动。 自激振动 自激振动动是指切削过过程本身引起起切削力周期期性变化而产产生的振动。切切削加工中主主要会产生自自激振动。 自由振动
36、自由振动动是指由于切切削力突然变变化或其它外外界偶然原因因引起的振动动。自由振动动的频率就是是系统的固有有频率，由于于工艺系统的的阻尼作用，这这类振动会在在外界干扰力力去除后迅速速自行衰减，对对加工过程影影响较小。 机械加加工过程中振振动主要是强强迫振动和自自激振动。据据统计，强迫迫振动约占330%，自激激振动约占665%，自由由振动所占比比重则很小。 二、机机械加工中的的强迫振动及及其控制 1机机械加工过程程中产生强迫迫振动的原因因 机械加加工过程中产产生的强迫振振动，其原因因可从机床、刀刀具和工件三三方面去分析析。 机机床方面 机床中某些些传动零件的的制造精度不不高，会使机机床产生不均均匀
37、运动而引引起振动。例例如齿轮的周周节误差和周周节累积误差差，会使齿轮轮传动的运动动不均匀，从从而使整个部部件产生振动动。主轴与轴轴承之间的间间隙过大、主主轴轴颈的椭椭圆度、轴承承制造精度不不够，都会引引起主轴箱以以及整个机床床的振动。另另外，皮带接接头太粗而使使皮带传动的的转速不均匀匀，也会产生生振动。机床床往复机构中中的转向和冲冲击也会引起起振动。至于于某些零件的的缺陷，使机机床产生振动动则更是明显显。 刀刀具方面 多刃、多齿齿刀具如铣刀刀、拉刀和滚滚刀等，切削削时由于刃口口高度的误差差或因断续切切削引起的冲冲击，容易产产生振动。 工工件方面 被切削的工工件表面上有有断续表面或或表面余量不不
38、均、硬度不不一致，都会会在加工中产产生振动。如如车削或磨削削有键槽的外外圆表面就会会产生强迫振振动。 工艺系系统外部也有有许多原因造造成切削加工工中的振动，例例如一台精密密磨床和一台台重型机床相相邻，这台磨磨床就有可能能受重型机床床工作的影响响而产生振动动，影响其加加工表面的粗粗糙度。 2强强迫振动的特特点 1）强强迫振动的稳稳态过程是谐谐振，只要干干扰力存在，振振动就不会被被阻尼衰减掉掉，去除干扰扰力，振动就就停止。 2）强强迫振动的频频率等于干扰扰力的频率。 3）阻阻尼愈小，振振幅愈大，谐谐波响应轨迹迹的范围愈大大；增加阻尼尼，能有效地地减小振幅。 4）在在共振区，较较小的频率变变化会引起
39、较较大的振幅和和相位角的变变化。 3消消除强迫振动动的途径 强迫振振动是由于外外界干扰力引引起的，因此此必须对振动动系统进行测测振试验，找找出振源，然然后采取适当当措施加以控控制。消除和和抑制强迫振振动的措施主主要有：1）改进机床传传动结构，进进行消振与隔隔振 消除除强迫振动最最有效的办法法是找出外界界的干扰力（振振源）并去除之。如如果不能去除除，则可以采采用隔绝的方方法，如机床床采用厚橡皮皮或木材等将将机床与地基基隔离，就可可以隔绝相邻邻机床的振动动影响。精密密机械、仪器器采用空气垫垫等也是很有有效的隔振措措施。 2）消消除回转零件件的不平衡 机床和其其他机械的振振动，大多数数是由于回转转零
40、件的不平平衡所引起，因因此对于高速速回转的零件件要注意其平平衡问题，在在可能条件下下，最好能做做动平衡。 3）提提高传动件的的制造精度 传动件的的制造精度会会影响传动的的平衡性，引引起振动。在在齿轮啮合、滚滚动轴承以及及带传动等传传动中，减少少振动的途径径主要是提高高制造精度和和装配质量。4）提高系统刚刚度，增加阻阻尼 提高高机床、工件件、刀具和夹夹具的刚度都都会增加系统统的抗振性。增增加阻尼是一一种减小振动动的有效办法法，在结构设设计上应该考考虑到，但也也可以采用附附加高阻尼板板材的方法以以达到减小振振动的效果。5）合理安排固固有频率，避避开共振区 根据强迫迫振动的特性性，一方面是是改变激振
41、力力的频率，使使它避开系统统的固有频率率；另一方面面是在结构设设计时，使工工艺系统各部部件的固有频频率远离共振振区。 三、机机械加工中的的自激振动及及其控制 1自自激振动产生生的机理 机械加加工过程中，还还常常出现一一种与强迫振振动完全不同同形式的强烈烈振动，这种种振动是当系系统受到外界界或本身某些些偶然的瞬时时干扰力作用用而触发自由由振动后，由由振动过程本本身的某种原原因使得切削削力产生周期期性变化，又又由这个周期期性变化的动动态力反过来来加强和维持持振动，使振振动系统补充充了由阻尼作作用消耗的能能量，这种类类型的振动被被称为自激振振动。切削过过程中产生的的自激振动是是频率较高的的强烈振动，
42、通通常又称为颤颤振。自激振振动常常是影影响加工表面面质量和限制制机床生产率率提高的主要要障碍。磨削削过程中，砂砂轮磨钝以后后产生的振动动也往往是自自激振动。 为了解释切削过过程中的自激激振动现象，现现以电铃的工工作原理加以以说明。图33-9所示的电电铃系统中，电电池1为能源源。按下按钮钮2时，电流流通过触点33弹簧片7电磁铁5与与电池构成回回路。电磁铁铁产生磁力吸吸引衔铁4，带带动小锤6。而而当弹簧片被被吸引时，触触点3处断电电，电磁铁失失去磁性，小小锤靠弹簧片片弹回至原处处，于是重复复刚才所述的的过程。这个个过程显然不不存在外来周周期性干扰，而而是由系统内内部的调节元元件产生交变变力，由这种
43、种交变力产生生并维持振动动，这就是自自激振动。图3-9 电电铃的自激振振动原理a) 电铃的自自激振动 b) 电铃的的自激振动系系统 金属切切削过程中自自激振动的原原理如图3-10所示，它它也有两个基基本部分：切切削过程产生生的交变力P激励工艺系系统，工艺系系统产生振动动位移Y再反馈给切切削过程。维维持振动的能能量来源于机机床的能量。图3-10 机床自激振振动系统 2自自激振动的特特点 自激振振动的特点可可简要地归纳纳如下：1）自激振动是是一种不衰减减的振动。振振动过程本身身能引起某种种力周期地变变化，振动系系统能通过这这种力的变化化，从不具备备交变特性的的能源中周期期性地获得能能量补充，从从而
44、维持这个个振动。外部部的干扰有可可能在最初触触发振动时起起作用，但是是它不是产生生这种振动的的直接原因。2）自激振动的的频率等于或或接近于系统统的固有频率率，也就是说说，由振动系系统本身的参参数所决定，这这是与强迫振振动的显著差差别。3）自激振动能能否产生以及及振幅的大小小，取决于每每一振动周期期内系统所获获得的能量与与所消耗的能能量的对比情情况。当振幅幅为某一数值值时，如果所所获得的能量量大于所消耗耗的能量，则则振幅将不断断增大；相反反，如果所获获得的能量小小于所消耗的的能量，则振振幅将不断减减小，振幅一一直增加或减减小到所获得得的能量等于于所消耗的能能量时为止。当当振幅在任何何数值时获得得
45、的能量都小小于消耗的能能量，则自激激振动根本就就不可能产生生。4）自激振动的的形成和持续续，是由于过过程本身产生生的激振和反反馈作用，所所以若停止切切削或磨削过过程，即使机机床仍继续空空运转，自激激振动也就停停止了，这也也是与强迫振振动的区别之之处，所以可可以通过切削削或磨削试验验来研究工艺艺系统或机床床的自激振动动，同时也可可以通过改变变对切削或磨磨削过程有影影响的工艺参参数，如切削削或磨削用量量，来控制切切削或磨削过过程，从而限限制自激振动动的产生。 3消消除自激振动动的途径 由通过过试验研究和和生产实践产产生的关于自自激振动的几几种学说可知知，自激振动动与切削过程程本身有关，与与工艺系统
46、的的结构性能也也有关，因此此控制自激振振动的基本途途径是减小和和抵抗激振力力的问题，具具体说来可以以采取以下一一些有效的措措施： 合理选择与与切削过程有有关的参数 自激振动动的形成是与与切削过程本本身密切有关关的，所以可可以通过合理理地选择切削削用量、刀具具几何角度和和工件材料的的可切削性等等途径来抑制制自激振动。1）合理选择切切削用量 如车削中，切切削速度v在20600mmin范围内内，自激振动动振幅增加很很快，而当vv超过此范围围以后，则振振动又逐渐减减弱了，通常常切削速度vv在50600mmin左右时时切削稳定性性最低，最容容易产生自激激振动，所以以可以选择高高速或低速切切削以避免自自激振动。关关于进给量ff，通常当f较小时振幅幅较大，随着着f的增大振幅幅反而会减小小，所以可以以在表面粗糙糙度要求许可可的前提下选选取较大的进进给量以避免免自激振动。背背吃刀量ap愈大，切削削力愈大，愈愈易产生振动动。2）合理选择刀刀具的几何参参数 适当当地增大前角角o、主偏角kc，能减小切切削力而减小小振动。后角角o可尽量取小小，但精加工工中由于背吃吃刀量ap较小，刀刃刃不容易切入入工件，而且且o过小时，刀刀具后刀面与与加工表面间间的摩