《机械制造工程基础》第5章机械加工精度及表面质量.ppt

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1、机械制造工艺学机械制造工艺学 第第5 5章章 机械加工精度及机械加工精度及表面质量表面质量5.1 概述概述15.1.1 机械加工精度的基本概念机械加工精度的基本概念 尺寸精度尺寸精度形状精度形状精度位置精度位置精度（通常形状误差限制在位置公差内通常形状误差限制在位置公差内，位位置公差限制在尺寸公差内置公差限制在尺寸公差内）加工精度加工精度 加加加加工工工工精精精精度度度度是是是是指指指指零零零零件件件件加加加加工工工工后后后后的的的的实实实实际际际际几几几几何何何何参参参参数数数数与与与与理理理理想想想想几何参数的接近程度。几何参数的接近程度。几何参数的接近程度。几何参数的接近程度。加加加加工

2、工工工误误误误差差差差是是是是指指指指加加加加工工工工后后后后零零零零件件件件的的的的实实实实际际际际几几几几何何何何参参参参数数数数对对对对理理理理想想想想几何参数的偏离程度。几何参数的偏离程度。几何参数的偏离程度。几何参数的偏离程度。图图5-1 加工质量包含的内容加工质量包含的内容2 引引起起加加工工误误差差的的根根本本原原因因是是工工艺艺系系统统存存在在着误差，将工艺系统的误差称为原始误差。着误差，将工艺系统的误差称为原始误差。5.1.2 影响加工精度的因素影响加工精度的因素 原始原始误差误差与与工工艺艺系系统统原原始始状状态态有有关关的的原原始始误误差差(几何误差几何误差)与与工工艺艺

3、过过程程有有关关的的原始误差原始误差(动误差动误差)原理误差原理误差定位误差定位误差调整误差调整误差刀具误差刀具误差夹具误差夹具误差机床误差机床误差工艺系统受力变形（包括夹紧变形）工艺系统受力变形（包括夹紧变形）工艺系统受热变形工艺系统受热变形刀具磨损刀具磨损测量误差测量误差工件残余应力引起的变形工件残余应力引起的变形工工件件相相对对于于刀刀具具静静止止状状态态下下的误差的误差工工件件相相对对于于刀刀具具运运动动状状态下的误差态下的误差主轴回转误差主轴回转误差导轨导向误差导轨导向误差传动误差传动误差原始误差原始误差原始误差原始误差原始误差分类原始误差分类原始误差分类原始误差分类图图5-2 原始

4、误差构成原始误差构成35.1.3 误差敏感方向误差敏感方向 RYYRRRX（5-1）（5-2）显然：显然：工艺系统原始误差方向不同，对工艺系统原始误差方向不同，对工艺系统原始误差方向不同，对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。对加工精度的影响程度也不同。对加工精度的影响程度也不同。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，称为加工精度影响最大的方向，称为加工精度影响最大的方向，称为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。误差敏感方向。误差敏感方向。误差敏感方向一般为已加工表面误差敏感方向一般为已加工表面误差敏感方向一般为已加工表面误差敏感方向一般为

5、已加工表面过切削点的法线方向。过切削点的法线方向。过切削点的法线方向。过切削点的法线方向。图图5-3 误差敏感方向误差敏感方向YR0Xa）YR0Xb）误差敏感方向误差敏感方向45机械制造工艺学机械制造工艺学 5.2 工艺系统的几何精度对加工工艺系统的几何精度对加工精度的影响精度的影响第第5 5章章 机械加工机械加工表面质量表面质量6加工原理误差加工原理误差是指采用了近似的成型运动或近似的刀刃轮是指采用了近似的成型运动或近似的刀刃轮廓进行加工而产生的误差。廓进行加工而产生的误差。5.2.1 加工原理误差加工原理误差 式中式中 R 球头刀半径；球头刀半径；h 允许的残留高度。允许的残留高度。例例2

6、：用阿基米德蜗杆滚刀用阿基米德蜗杆滚刀滚切渐开线齿轮滚切渐开线齿轮例例1：在数控铣床上采用球头刀铣削复杂形面零件在数控铣床上采用球头刀铣削复杂形面零件(图图5-4)SRh图图5-4 空间曲面数控加工空间曲面数控加工（5-3）加工原理误差加工原理误差75.2.2 机床误差机床误差 主轴回转误差是指主轴实主轴回转误差是指主轴实主轴回转误差是指主轴实主轴回转误差是指主轴实际回转线对其理想回转轴线际回转线对其理想回转轴线际回转线对其理想回转轴线际回转线对其理想回转轴线的漂移。的漂移。的漂移。的漂移。为便于研究，可将主轴回为便于研究，可将主轴回为便于研究，可将主轴回为便于研究，可将主轴回转误差分解为转误

7、差分解为转误差分解为转误差分解为径向圆跳动、径向圆跳动、径向圆跳动、径向圆跳动、端面圆跳动和倾角摆动端面圆跳动和倾角摆动端面圆跳动和倾角摆动端面圆跳动和倾角摆动三种三种三种三种基本型式（图基本型式（图基本型式（图基本型式（图5-55-5）。）。）。）。b）端面圆跳动）端面圆跳动a）径向圆跳动）径向圆跳动c）倾角摆动）倾角摆动图图5-5 主轴回转误差基本形式主轴回转误差基本形式主轴回转误差主轴回转误差85.2.2 机床误差机床误差 主轴回转误差对加工精度的影响主轴回转误差对加工精度的影响 主轴径向圆跳动对加工精度的影响（镗孔）主轴径向圆跳动对加工精度的影响（镗孔）考虑最简单的情况，主轴回转中心在

8、考虑最简单的情况，主轴回转中心在X方向上作简谐方向上作简谐直线运动，其频率与主轴转速相同，幅值为直线运动，其频率与主轴转速相同，幅值为2e。则刀。则刀尖的坐标值为：尖的坐标值为：e图图5-6 径向跳动对镗孔精度影响径向跳动对镗孔精度影响式中式中 R 刀尖回转半径；刀尖回转半径；主轴转角。主轴转角。显然，上式为一椭圆。显然，上式为一椭圆。9图图5-7 径向跳动对车外圆精度影响径向跳动对车外圆精度影响123456785.2.2 机床误差机床误差 仍仍考考虑虑最最简简单单的的情情况况，主主轴轴回回转转中中心心在在X方方向向上上作作简简谐谐直直线线运运动动，其其频频率率与与主主轴轴转转速速相相同同，幅

9、幅值值为为2e。则则刀刀尖尖运动轨迹接近于正圆（图运动轨迹接近于正圆（图5-7）。）。思思考考：主主轴轴回回转转中中心心在在X方方向向上上作作简简谐谐直直线线运运动动，其其频频率率为为主主轴轴转转速速两两倍倍，被被车外圆形状如何？车外圆形状如何？结结论论：主主轴轴径径向向跳跳动动影影响响加工表面的圆度误差。加工表面的圆度误差。e 主轴径向圆跳动对加工精度的影响（车外圆）主轴径向圆跳动对加工精度的影响（车外圆）10主轴回转误差的基本形式车床上车削镗床上镗削内、外圆端面螺纹孔端面纯径向跳动影响极小无影响圆度误差无影响纯轴向窜动无影响平面度误差 垂直度误差螺距误差无影响平面度误差 垂直度误差纯角度摆

10、动圆柱度误差形响极小螺距误差圆柱度误差平面度误差机床主轴回转误差产生的加工误差机床主轴回转误差产生的加工误差115.2.2 机床误差机床误差 主轴端面圆跳动对加工精度的影响主轴端面圆跳动对加工精度的影响被加工端面不平，与圆柱面不垂直；被加工端面不平，与圆柱面不垂直；被加工端面不平，与圆柱面不垂直；被加工端面不平，与圆柱面不垂直；加工螺纹时，产生螺距周期性误差。加工螺纹时，产生螺距周期性误差。加工螺纹时，产生螺距周期性误差。加工螺纹时，产生螺距周期性误差。主轴倾角摆动对加工精度的影响与与与与主主主主轴轴轴轴径径径径向向向向跳跳跳跳动动动动影影影影响响响响类类类类似似似似,不不不不仅仅仅仅影影影影

11、响响响响圆圆圆圆度度度度误误误误差差差差，而而而而且影响圆柱度误差。且影响圆柱度误差。且影响圆柱度误差。且影响圆柱度误差。125.2.3 刀具与夹具误差刀具与夹具误差 定尺寸刀具（钻头、定尺寸刀具（钻头、定尺寸刀具（钻头、定尺寸刀具（钻头、绞刀等）尺寸误差影绞刀等）尺寸误差影绞刀等）尺寸误差影绞刀等）尺寸误差影响加工尺寸误差；响加工尺寸误差；响加工尺寸误差；响加工尺寸误差；成形刀具和展成刀具成形刀具和展成刀具成形刀具和展成刀具成形刀具和展成刀具形状误差影响加工形形状误差影响加工形形状误差影响加工形形状误差影响加工形状误差；状误差；状误差；状误差；刀具磨损影响加工尺刀具磨损影响加工尺刀具磨损影响

12、加工尺刀具磨损影响加工尺寸误差或形状误差。寸误差或形状误差。寸误差或形状误差。寸误差或形状误差。刀具误差刀具误差135.2.3 刀具与夹具误差刀具与夹具误差 L0.056F710F7k620H 7g 6YZ图图5-8 钻钻径向孔的夹具径向孔的夹具夹具误差影响加工位置精度；夹具误差影响加工位置精度；夹具误差影响加工位置精度；夹具误差影响加工位置精度；与夹具有关的影响位置误差因与夹具有关的影响位置误差因与夹具有关的影响位置误差因与夹具有关的影响位置误差因素包括：素包括：素包括：素包括：通常要求定位误差和夹具通常要求定位误差和夹具制造误差不大于工件相应制造误差不大于工件相应公差的公差的1/3。夹具误

13、差夹具误差1）定位误差；）定位误差；2）刀具导向（对刀）误差；）刀具导向（对刀）误差；3）夹紧误差；）夹紧误差；4）夹具制造误差；）夹具制造误差；5）夹具安装误差；）夹具安装误差；145.2.4 调整误差调整误差 测量误差。测量误差。测量误差。测量误差。试切时与正式切削时切削厚度试切时与正式切削时切削厚度试切时与正式切削时切削厚度试切时与正式切削时切削厚度不同造成的误差。不同造成的误差。不同造成的误差。不同造成的误差。机床进给机构的位移误差。机床进给机构的位移误差。机床进给机构的位移误差。机床进给机构的位移误差。定程机构误差。定程机构误差。定程机构误差。定程机构误差。样件或样板误差。样件或样板

14、误差。样件或样板误差。样件或样板误差。测量有限试件造成的误差。测量有限试件造成的误差。测量有限试件造成的误差。测量有限试件造成的误差。a a）b b）图图5-9 试切法与调整法试切法与调整法试切法试切法（图（图5-9 a）调整法调整法（图（图5-9 b）15调整误差调整误差试切法调整试切法调整定程机构调整定程机构调整样板、样件调整样板、样件调整夹具安装调整夹具安装调整 大批量生产时常采用大批量生产时常采用行程挡块、靠模、凸轮行程挡块、靠模、凸轮作为定程机构，其制造作为定程机构，其制造精度和调整精度产生调精度和调整精度产生调整误差整误差样件、样板的制造精度样件、样板的制造精度和安装精度、对刀精度

15、和安装精度、对刀精度产生调整误差产生调整误差测量误差测量误差进给机构位移误差（爬进给机构位移误差（爬行现象）行现象）加工余量的影响（余量加工余量的影响（余量很小时，刀刃打滑）很小时，刀刃打滑）影响工件在机床上影响工件在机床上占有正确的加工位置占有正确的加工位置16机械制造工艺学机械制造工艺学 5.3 工艺系统受力变形对工艺系统受力变形对加工精度的影响加工精度的影响第第5 5章章 机械加工机械加工表面质量表面质量17夹紧力、重力、传动力和惯性力引起的加工误差夹紧力、重力、传动力和惯性力引起的加工误差 夹紧力影响夹紧力影响a）b）图图5-10 薄壁套夹紧变形薄壁套夹紧变形图图5-10 薄壁工件磨削

16、薄壁工件磨削【例【例1】薄壁套夹紧变形薄壁套夹紧变形 解决：解决：加开口套加开口套【例【例2】薄壁工件磨削薄壁工件磨削 解决：解决：加橡皮垫加橡皮垫5.3.1 工艺系统刚度对加工精度的影响工艺系统刚度对加工精度的影响 18图图5-11 龙门铣横梁变形龙门铣横梁变形【例】【例】龙门铣横梁龙门铣横梁图图5-12 龙门铣横梁变形转移龙门铣横梁变形转移图图5-13 龙门铣横梁变形补偿龙门铣横梁变形补偿 重力影响5.3.1 工艺系统刚度对加工精度的影响工艺系统刚度对加工精度的影响 解决解决1 1：重量转移重量转移 解决解决2 2：变形补偿变形补偿195.3.2 工件残余应力引起的变形工件残余应力引起的变

17、形图图5-15 铸件残余应力引起变形铸件残余应力引起变形图图5-16 冷校直引起的残余应力冷校直引起的残余应力压拉加载压压拉拉卸载v 设计合理零件结构；设计合理零件结构；v 粗、精加工分开；粗、精加工分开；v 避免冷校直；避免冷校直；v 时效处理。时效处理。残余应力来源残余应力来源v毛毛坯坯制制造造和和热热处处理理产产生生的的残余应力（图残余应力（图5-15）；）；减小残余应力措施减小残余应力措施减小残余应力措施减小残余应力措施v冷冷校校直直带带来来的的残残余余应应力力（图（图5-16）；）；v切削加工带来的残余应力。切削加工带来的残余应力。20机械制造工艺学机械制造工艺学 5.4 工艺系统热

18、变形及其对加工艺系统热变形及其对加工精度的影响工精度的影响第第5 5章章 机械加工机械加工表面质量表面质量215.4.1 概述概述 在在精精密密加加工工和和大大件件加加工工中中，工工艺艺系系统统热热变变形形引引起起的的加加工误差占总误差的约工误差占总误差的约4070%。v温度场温度场工艺系统各部分温度分布；工艺系统各部分温度分布；v热热平平衡衡单单位位时时间间内内，系系统统传传入入的的热热量量与与传传出出的的热热量量相相等，系统各部分温度保持在一相对稳定的数值上；等，系统各部分温度保持在一相对稳定的数值上；v温度场与热平衡研究温度场与热平衡研究目前以实验研究为主。目前以实验研究为主。工艺系统热

19、源工艺系统热源内部热源内部热源外部热源外部热源切削热切削热摩擦热摩擦热环境热源环境热源辐射热辐射热工艺系统热变形工艺系统热变形工艺系统热变形工艺系统热变形工艺系统热源工艺系统热源工艺系统热源工艺系统热源温度场与工艺系统热平衡温度场与工艺系统热平衡温度场与工艺系统热平衡温度场与工艺系统热平衡工件、刀具、切屑、切削液电机、轴承、齿轮、油泵等气温、室温变化、热、冷风等日光、照明、暖气、体温等225.4.2 机床热变形对加工精度影响机床热变形对加工精度影响 v 体积大，热容量大，温升不高，达到热平衡时间长；体积大，热容量大，温升不高，达到热平衡时间长；v 结构复杂，温度场和变形不均匀，对加工精度影响显

20、著。结构复杂，温度场和变形不均匀，对加工精度影响显著。运运转转时时间间/h0 1 2 3 450150100200位移位移/m20406080温升温升/YX前轴承温升前轴承温升图图5-17 车床受热变形车床受热变形a）车床受热变形形态车床受热变形形态b）温升与变形曲线温升与变形曲线机床热变形特点机床热变形特点机床热变形特点机床热变形特点车床热变形车床热变形车床热变形车床热变形（图（图5-17）235.4.2 机床热变形对加工精度影响机床热变形对加工精度影响 v 立铣（图立铣（图a）图图5-18 立式铣床、外圆磨床、导轨磨床受热变形立式铣床、外圆磨床、导轨磨床受热变形a）铣床受热变形形态）铣床受

21、热变形形态b）外圆磨床受热变形形态）外圆磨床受热变形形态c）导轨磨床受热变形形态）导轨磨床受热变形形态v 外圆磨（图外圆磨（图b）v 导轨磨（图导轨磨（图c）其他机床热变形其他机床热变形其他机床热变形其他机床热变形（图（图5-18）245.4.3 刀具和工件热变形对加工精度影响刀具和工件热变形对加工精度影响 体体体体积积积积小小小小，热热热热容容容容量量量量小小小小，达达达达到热平衡时间较短；到热平衡时间较短；到热平衡时间较短；到热平衡时间较短；温温温温升升升升高高高高，变变变变形形形形不不不不容容容容忽忽忽忽视视视视(达达达达0.03 0.03 0.05mm)0.05mm)。特点特点 变形曲

22、线（图变形曲线（图5-19）（5-16）式中式中 热伸长量；热伸长量；max 达到热平衡热伸长量；达到热平衡热伸长量；切削时间；切削时间；c 时时间间常常数数（热热伸伸长长量量为为热热平平衡衡热热伸伸长长量量约约63%的的时时间间，常常取取34分钟）。分钟）。(min)图图5-19 车刀热变形曲线车刀热变形曲线连续切削升温曲线连续切削升温曲线冷却曲线冷却曲线间断切削升温曲线间断切削升温曲线（m）maxb0c0.63max刀具热变形刀具热变形刀具热变形刀具热变形25 圆柱类工件热变形圆柱类工件热变形 5级丝杠累积误差全长级丝杠累积误差全长5m，可见热变形的严重性。，可见热变形的严重性。式中式中

23、L，D 长度和直径热变形量；长度和直径热变形量；L，D 工件原有长度和直径；工件原有长度和直径；工件材料线膨胀系数；工件材料线膨胀系数；t 温升。温升。长度：长度：长度：长度：（5-17）（5-18）直径：直径：直径：直径：例：例：例：例：长长长长400mm400mm丝杠，加工过程温升丝杠，加工过程温升丝杠，加工过程温升丝杠，加工过程温升1 1，热伸长量为：，热伸长量为：，热伸长量为：，热伸长量为：5.4.3 刀具和工件热变形对加工精度影响刀具和工件热变形对加工精度影响 工件热变形工件热变形工件热变形工件热变形26式中式中 X 变形挠度；变形挠度；L，S 工件原有长度和厚度；工件原有长度和厚度

24、；工件材料线膨胀系数；工件材料线膨胀系数；t 温升。温升。（5-19）板类工件单面加工时的热变形（图板类工件单面加工时的热变形（图5-20）图图5-20 平面加工热变形平面加工热变形X/4LS此值已大于精密导轨平直度要求此值已大于精密导轨平直度要求结结果果：加加工工时时上上表表面面升升温温，工工件件向向上上拱拱起起，磨磨削削时时将将中中凸凸部部分分磨磨平平，冷冷却却后工件下凹。后工件下凹。例例：高高600mm，长长2000mm的的床床身身，若上表面温升为若上表面温升为3，则变形量为：，则变形量为：5.4.3 刀具和工件热变形对加工精度影响刀具和工件热变形对加工精度影响 275.4.4 减小热变

25、形对加工精度影响的措施减小热变形对加工精度影响的措施 例例1：磨磨床床油油箱箱置置于于床床身身内内，其其发热使导轨中凹发热使导轨中凹解决解决：导轨下加回油槽导轨下加回油槽图图5-21 平面磨床补偿油沟平面磨床补偿油沟例例2：立立式式平平面面磨磨床床立立柱柱前前壁壁温度高，产生后倾。温度高，产生后倾。解解决决：采采用用热热空空气气加加热热立立柱柱后后壁（图壁（图5-22）。）。图图5-22 均衡立柱前后壁温度场均衡立柱前后壁温度场v 减减少少切切削削热热和和磨磨削削热热，粗粗、精加工分开。精加工分开。v 充分冷却和强制冷却。充分冷却和强制冷却。v 隔离热源。隔离热源。减少热源发热和隔离热源减少热

26、源发热和隔离热源减少热源发热和隔离热源减少热源发热和隔离热源均衡温度场均衡温度场均衡温度场均衡温度场28图图5-24 支承距影响热变形支承距影响热变形L1L2v热对称结构热对称结构v热热 补补 偿偿 结结 构构(图图 5-23,主轴热补偿主轴热补偿)。图图5-23 双端面磨床主轴热补偿双端面磨床主轴热补偿1主轴主轴 2壳体壳体 3过渡套筒过渡套筒热伸长方向热伸长方向v合合理理选选择择装装配配基基准准（图（图5-24）。）。v高速空运转；高速空运转；v人为加热。人为加热。v 恒温；恒温；v 人体隔离。人体隔离。采用合理结构采用合理结构采用合理结构采用合理结构5.5.4 减小热变形对加工精度影响的

27、措施减小热变形对加工精度影响的措施 加速达到热平衡加速达到热平衡加速达到热平衡加速达到热平衡控制环境温度控制环境温度控制环境温度控制环境温度29机械制造工艺学机械制造工艺学 第第5章章 机械加工表面质量机械加工表面质量5.5 机械加工表面质量及其对机械加工表面质量及其对使用性能的影响使用性能的影响305.5.1 加工表面质量的概念加工表面质量的概念 表面粗糙度表面粗糙度波度波度纹理方向纹理方向伤痕伤痕(划痕、裂纹、砂眼等划痕、裂纹、砂眼等)表面质量表面质量表面几何形状精度表面几何形状精度表面物理、机械性能表面物理、机械性能表层加工硬化表层加工硬化表层金相组织变化表层金相组织变化表层残余应力表层

28、残余应力加工质量加工质量加工质量加工质量图图5-25 加工质量包含的内容加工质量包含的内容315.5.1 加工表面质量的概念加工表面质量的概念 零件宏观几何形状误差、波度、表面粗糙度零件宏观几何形状误差、波度、表面粗糙度宏观几何形状误差宏观几何形状误差宏观几何形状误差宏观几何形状误差(平面度、圆度等平面度、圆度等平面度、圆度等平面度、圆度等)波长波长波长波长/波高波高波高波高10001000；波度波度波度波度 波长波长波长波长/波高波高波高波高=50=5010001000；且具有周期特性；且具有周期特性；且具有周期特性；且具有周期特性；表面粗糙度表面粗糙度表面粗糙度表面粗糙度 波长波长波长波长

29、/波高波高波高波高5050。a）波度波度 b）表面粗糙度表面粗糙度 图图5-26 零件加工表面的粗糙度与波度零件加工表面的粗糙度与波度RZHRZ325.5.2 表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件使用性能的影响 对耐磨性影响对耐磨性影响对耐磨性影响对耐磨性影响Ra（m）初始磨损量初始磨损量重载荷重载荷轻载荷轻载荷图图5-27 表面粗糙度表面粗糙度与初始磨损量与初始磨损量表面粗糙度值表面粗糙度值 耐疲劳性耐疲劳性；适当硬化可提高耐疲劳性。适当硬化可提高耐疲劳性。表面粗糙度值表面粗糙度值耐蚀性耐蚀性；表面压应力：表面压应力：有利于提高耐蚀性。有利于提高耐蚀性。表面粗糙度值表面粗糙度值 配合质

30、量配合质量。表面粗糙度值表面粗糙度值耐磨性耐磨性，但有一定限度，但有一定限度(图图5-27）；）；对耐疲劳性影响对耐疲劳性影响对耐疲劳性影响对耐疲劳性影响对耐蚀性影响对耐蚀性影响对耐蚀性影响对耐蚀性影响对配合质量影响对配合质量影响对配合质量影响对配合质量影响纹理形式与方向：纹理形式与方向：圆弧状、凹坑状较好圆弧状、凹坑状较好;适当硬化可提高耐磨性。适当硬化可提高耐磨性。33机械制造工艺学机械制造工艺学 第第5章章 机械加工表面质量机械加工表面质量5.6 影响加工表面粗糙度的工影响加工表面粗糙度的工艺因素及其改善措施艺因素及其改善措施345.6.1 切削加工表面粗糙度影响因素与改进切削加工表面粗

31、糙度影响因素与改进图图5-28 车削时残留面积的高度车削时残留面积的高度直线刃车刀（图直线刃车刀（图直线刃车刀（图直线刃车刀（图5-28 a a）圆弧刃车刀（图圆弧刃车刀（图圆弧刃车刀（图圆弧刃车刀（图5-28 b b）影响因素：影响因素：刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径r rg g，主偏角，主偏角，主偏角，主偏角 k，副偏角，副偏角，副偏角，副偏角 k，进给量进给量进给量进给量f f。frHvfrb）Hfa）vf切削残留面积切削残留面积切削残留面积切削残留面积35切切切切削削削削速速速速度度度度影影影影响响响响最最最最大大大大：v v=101050m/min50m/min范范

32、范范围围围围，易易易易产产产产生生生生积积积积屑瘤和鳞刺，表面粗糙度最差（图屑瘤和鳞刺，表面粗糙度最差（图屑瘤和鳞刺，表面粗糙度最差（图屑瘤和鳞刺，表面粗糙度最差（图5-29）。）。）。）。其他影响因素：其他影响因素：其他影响因素：其他影响因素：刀具几何角度、刃磨质量，切削液等。刀具几何角度、刃磨质量，切削液等。刀具几何角度、刃磨质量，切削液等。刀具几何角度、刃磨质量，切削液等。图图5-29切削切削45钢时切削速度与粗糙度关系钢时切削速度与粗糙度关系100120v（m/min）020406080140表面粗糙度表面粗糙度Rz（m）481216202428收缩系数收缩系数Ks1.52.02.53

33、.0积屑瘤高度积屑瘤高度 h（m）0200400600hKsRz5.6.1 切削加工表面粗糙度影响因素与改进切削加工表面粗糙度影响因素与改进 切削表面塑性变形和积屑瘤切削表面塑性变形和积屑瘤切削表面塑性变形和积屑瘤切削表面塑性变形和积屑瘤36机械制造工艺学机械制造工艺学 第第5 5章章 机械加工表面质量机械加工表面质量5.7 影响表层金属力学物理影响表层金属力学物理性能的工艺因素及其改性能的工艺因素及其改进措施进措施375.7.1 影响表面冷作硬化的因素与改进影响表面冷作硬化的因素与改进 切削加工切削加工切削加工切削加工 f f，冷硬程度冷硬程度冷硬程度冷硬程度(图图图图5-30)5-30)；

34、切削用量影响切削用量影响 刀具影响刀具影响r r ，冷硬程度冷硬程度冷硬程度冷硬程度;其他几何参数影响不明显其他几何参数影响不明显其他几何参数影响不明显其他几何参数影响不明显后后后后刀刀刀刀面面面面磨磨磨磨损损损损影影影影响响响响显显显显著著著著(图图图图5-31)5-31)。00.20.40.60.81.0磨损宽度磨损宽度VB(mm)100180260340硬度硬度(HV)50钢，钢，v=40(m/min)f =0.120.2(mm/z)图图5-31 后刀面磨损对冷硬影响后刀面磨损对冷硬影响 工件材料工件材料 材料塑性材料塑性材料塑性材料塑性，冷硬倾向，冷硬倾向，冷硬倾向，冷硬倾向;切切切切

35、削削削削速速速速度度度度影影影影响响响响复复复复杂杂杂杂(力力力力与与与与热综合作用结果热综合作用结果热综合作用结果热综合作用结果)；切削深度影响不大。切削深度影响不大。切削深度影响不大。切削深度影响不大。图图5-30 f 和和 v 对冷硬的影响对冷硬的影响硬度硬度(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：工件材料：4538磨削速度磨削速度磨削速度磨削速度冷硬程度冷硬程度冷硬程度冷硬程度（弱化作用加强）；（弱化作用加强）；（弱化作用加强）；（弱化作用加强）；工件转速工件转速

36、工件转速工件转速冷硬程度冷硬程度冷硬程度冷硬程度；纵向进给量影响复杂。纵向进给量影响复杂。纵向进给量影响复杂。纵向进给量影响复杂。磨削深度磨削深度磨削深度磨削深度冷硬程度冷硬程度冷硬程度冷硬程度（图图图图5-325-32）；）；）；）；磨削用量磨削用量 砂轮砂轮 砂轮粒度号砂轮粒度号砂轮粒度号砂轮粒度号冷硬程度冷硬程度冷硬程度冷硬程度；砂轮硬度砂轮硬度砂轮硬度砂轮硬度、组织影响不显著。组织影响不显著。组织影响不显著。组织影响不显著。工件材料工件材料 材料塑性材料塑性材料塑性材料塑性 冷硬倾向冷硬倾向冷硬倾向冷硬倾向；材料导热性材料导热性材料导热性材料导热性 冷硬倾向冷硬倾向冷硬倾向冷硬倾向。图

37、图5-32 磨削深度对冷硬的影响磨削深度对冷硬的影响ap(mm)硬度硬度(HV)00.253003504505004000.500.75普通磨削普通磨削高速磨削高速磨削5.7.1 影响表面冷作硬化的因素与改进影响表面冷作硬化的因素与改进 磨削加工磨削加工磨削加工磨削加工395.7.1 影响层金属残余应力的因素与改进影响层金属残余应力的因素与改进 v v残余应力残余应力残余应力残余应力(热应力起热应力起热应力起热应力起主导作用，图主导作用，图主导作用，图主导作用，图5-33);5-33);切削用量切削用量 刀具刀具前角前角前角前角+，残余拉应力残余拉应力残余拉应力残余拉应力;刀具磨损刀具磨损刀具

38、磨损刀具磨损残余应力残余应力残余应力残余应力。工件材料工件材料材料塑性材料塑性材料塑性材料塑性 残余应力残余应力残余应力残余应力;铸铸铸铸铁铁铁铁等等等等脆脆脆脆性性性性材材材材料料料料易易易易产产产产生生生生残残残残余压应力。余压应力。余压应力。余压应力。图图5-34 f 对残余应力的影响对残余应力的影响工件：工件：45，切削条件：，切削条件：vc=86m/min，ap=2mm，不加切削液，不加切削液 残余应力残余应力(Gpa)0.2000.200100200300400距离表面深度距离表面深度(m)f =0.40mm/r f =0.25mm/r f =0.12mm/r仅讨论切削加工仅讨论切

39、削加工f f残残残残 余余余余 应应应应 力力力力 （图图图图 5-5-3434）;切削深度影响不显著。切削深度影响不显著。切削深度影响不显著。切削深度影响不显著。图图5-33 vc 对残余应力的影响对残余应力的影响0=5,0=5,r=75,r=0.8mm,工工件件：45切切削削条条件：件：ap=0.3mm,f=0.05mm/r,不加切削液不加切削液050100150200距离表面深度距离表面深度(m)残余应力残余应力(Gpa)-0.2000.20vc=213m/minvc=86m/minvc=7.7m/min405.7.2 磨削烧伤与磨削裂纹磨削烧伤与磨削裂纹 合理选择砂轮；合理选择砂轮；合

40、理选择砂轮；合理选择砂轮；合理选择磨削用量；合理选择磨削用量；合理选择磨削用量；合理选择磨削用量；改善冷却条件。改善冷却条件。改善冷却条件。改善冷却条件。工工件件表表层层温温度度达达到到或或超超过过金金属属材材料料相相变变温温度度时时，表表层层金金相相组组织织、显显微微硬硬度度发发生生变变化化，并并伴伴随随残残余余应应力力产产生生，同同时出现彩色氧化膜。时出现彩色氧化膜。磨削烧伤磨削烧伤磨削烧伤磨削烧伤 磨磨削削表表面面残残余余拉拉应应力力达达到到材材料料强强度度极极限限，在在表表层层或或表表面面层层下下产产生生微微裂裂纹纹。裂裂纹纹方方向向常常与与磨磨削削方方向向垂垂直或呈网状，常与烧伤同时出现。直或呈网状，常与烧伤同时出现。图图5-35 带空气挡板冷却喷嘴带空气挡板冷却喷嘴磨削烧伤与磨削裂纹的控制磨削烧伤与磨削裂纹的控制磨削烧伤与磨削裂纹的控制磨削烧伤与磨削裂纹的控制磨削裂纹磨削裂纹磨削裂纹磨削裂纹41