第5章 机械加工表面质量
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机械制造工艺学第5章机械加工表面质量
⒉ 研磨
⑴研磨的机理（右图） ⑵研磨的工艺参数
第二十八页，编辑于星期日：十二点 十六分。
⒊ 超精加工
超精加工也叫超精研，是一种用细粒度磨块进行磨削的光整加工方法。 如下图。
⒋抛光简介
利用布轮、布盘等软性器
具涂上抛光膏来抛光工件表面 的。抛光时，一般不去除加工 余量，因而不可能提高工件的
精度，甚至有时还会损坏上道
机械制造工艺学
• 第五章 机械加工的表面质量
• 第一节 概述 • 第二节 影响机械加工表面粗糙度的因素 • 第三节 影响表面物理力学性能的工艺因素 • 第四节 机械加工中的振动 • 第五节 控制表面质量的工艺途径
第一页，编辑于星期日：十二点 十六分。
第一节 概述
机械加工表面质量是指零件加工后的表面层状态，这是判定零件质量的主要依 据之一。
第十七页，编辑于星期日：十二点 十六分。
㈢减少自激振动的基本途径
自激振动与切削过程有关，也与工艺系统的结构有关。减少自激振动的基本途径 ：
⒈合理选用切削用量
⑴切削速度v的选择
⑵进给量f的选择
⑶切削深度ap的选择
第十八页，编辑于星期日：十二点 十六分。
⒉合理选择刀具的几何参数 ⑴前角γ的选择
⑵主偏角κr的选择
第五页，编辑于星期日：十二点 十六分。
三、影响磨削加工表面粗糙度的因素
㈠磨削加工的特点
⑴磨削过程比金属切削刀具的切削过程要复杂得多 ⑵砂轮的磨削速度高 ⑶磨削时砂轮的线速度高，参与切削的磨粒，所以，单位时间内切除金属的量大
㈡影响磨削加工表面粗糙度的因素 ⒈磨削用量的影响
⑴砂轮速度
⑵工件速度 ⑶磨削深度和光磨次数
一、减小表面粗糙度的加工方法
机械制造工程学(卓越)第五章 机械加工表面质量
杭州电子科技大学机械电子工程研究所数控技术实验室
1.表面层几何形状误差
表面几何形状：即表面宏观不平度
1）表面粗糙度 微观误差 波距＜1mm，刀刃在加工表面形成的峰谷不平痕迹
2）表面波度 微观与宏观之间波距1～10mm，周期性几何误差，振动引起。
纹理方向
图5-1 形状误差、表面粗糙度及表面波度 的示意关系
杭州电子科技大学机械电子工程研究所数控技术实验室
机械制造工程学
教师: 季国顺
November 16, 2019
杭州电子科技大学机械电子工程研究所数控技术实验室
第五章 机械加工表面质量
5.1 机械加工表面质量的概念 5.2 表面粗糙度及其影响因素 5.3 机械加工后表面物理机械性能的变化 5.4 控制加工表面质量的途径 5.5 振动对表面质量的影响及其控制
图5-10 改善砂轮的磨削性能
图5-11 改善冷却条件
杭州电子科技大学机械电子工程研究所数控技术实验室
5.4 控制加工表面质量的途径
控制加工表面质量会增加加工成本，影响加工效率，所以对于一般 零件宜用正常的加工工艺保证表面质量，不必提出过高的要求。而 对于一些直接影响产品性能、寿命和安全工作的重要零件的重要表 面就有必要加以控制。
图5-8 切削速度对表面粗糙度的影响
杭州电子科技大学机械电子工程研究所数控技术实验室
(2) 被加工材料性质的影响 韧性愈大，表面粗糙度愈大；脆性材料表面粗糙度接近理想粗糙度。 晶粒组织愈细密，加工后表面粗糙度愈小。
(3) 刀具的几何形状、材料及刃磨质量的影响
前角增大，塑性变形减小，粗糙度降低；前角为负，塑性变形增 大，粗糙度变差。刀具后角、刃倾角。 刀具材料，刃磨状况。 主要是减小切削时的塑性变形，通过减小刀-屑之间的摩擦。减小 表面粗糙度。
机械制造工程单选题
一、单项选择题1、刃倾角是主切削刃与（）之间的夹角。
（分数：1分）A。
切削平面B. 基面C. 主运动方向D. 进给方向标准答案是：B。
您的答案是:B2、关于刀具材料的选用,下列说法正确的是( ）。
（分数：1分）A. 高速钢的热硬性好，适合制造用于高速切削的刀具B. YG类硬质合金比YT类硬质合金韧性好C. YG类硬质合金比YT类硬质合金硬度高D. 高速钢的导热系数比硬质合金小标准答案是:B。
您的答案是：B 3、安装外车槽刀时，刀尖低于工件回转中心时,与其标注角度相比。
其工作角度将会（)。
(分数:1分）A。
前角不变,后角减小B。
前角变大，后角变小C。
前角变小，后角变大D。
前、后角均不变标准答案是:C。
您的答案是：C 4、进给运动通常是机床中( ）.（分数：1分)A。
切削运动中消耗功率最多的B。
切削运动中速度最高的运动C. 不断地把切削层投入切削的运动D。
使工件或刀具进入正确加工位置的运动标准答案是：C。
您的答案是:C5、通过切削刃选定点,垂直于主运动方向的平面称为（）。
（分数：1分）A. 切削平面B。
进给平面C. 基面D。
主剖面标准答案是：C。
您的答案是：C 6、硬质合金刀片是采用（）方法生产出来的。
（分数：1分）A。
粉末冶金B。
钎焊C。
模锻D。
铸造标准答案是：A。
您的答案是：A 7、碳钢精车时宜用牌号为（）的硬质合金作为刀具材料.（分数:1分）A。
YT5C。
vc→f→apD. ap→f →vc标准答案是：B。
您的答案是：B 3、刃倾角的功用之一是控制切屑流向,若刃倾角为负，则切屑流向为( ）.（分数:1分）A。
流向已加工表面B。
流向待加工表面C. 沿切削刃的法线方向流出D。
流向后刀面标准答案是:A.您的答案是：A4、在切削塑性材料时，切削区温度最高点是在（).（分数：1分）A. 刀尖处B。
前刀面上靠近刀刃处C。
后刀面上靠近刀尖处D。
主刀刃处标准答案是：B。
您的答案是：B 5、在车削细长轴时，为了减小工件的变形和振动,故采用较大（)的车刀进行切削，以减小径向切削分力。
机械制造工艺学第3版王先奎习题解答5
5-22 什么是自激振动？它与强迫振动、自由振动相比，有哪些主要特征？ 答： （P253-255）机械加工过程中，在没有周期性外力（相对于切削过程而言）作用下，由系统内 部激发反馈产生的周期性振动，称为自激振动，简称为颤振。 与强迫振动相比，自激振动具有以下特征：机械加工中的自激振动是在没有外力（相对于切削过 程而言）干扰下所产生的振动运动，这与强迫振动有本质的区别；自激振动的频率接近于系统的固有 频率，这就是说颤振频率取决振动系统的固有特性。这与自由振动相似（但不相同） ，而与强迫振动根 本不同。自由振动受阻尼作用将迅速衰减，而自激振动却不因有阻尼存在而迅速衰减。
1
5-7 为什么在切削加工中一般都会产生冷作硬化现象？ 答： （P240）机械加工过程中产生的塑性变形，使晶格扭曲、畸变，晶粒间产生滑移，晶粒被拉长， 进一步变形受到阻碍，这些都会使表面层金属的硬度增加，统称为冷作硬化（或称为强化） 。
5-8 为什么切削速度越大，硬化现象越小？而进给量增大，硬化现象增大？ 答： （P240-241）增大切削速度，(1)刀具与工件的作用时间减少，使塑性变形的扩展深度减小，因 而冷硬层深度减小；(2) 温度增高，弱化倾向增大，冷硬程度降低。而进给量增大时，硬化现象增大的 原因是随着进给量的增大，切削力也增大，表层金属的塑性变形加剧，冷硬程度增大。但是，这种情 况只是在进给量比较大时才是正确的。
5-16 机械加工中，为什么工件表层金属会产生残余应力？ 答： （教材 P245-247）工件表层产生残余应力的原因是：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）热态塑性变形：机械加工时，切削或磨削热使工件表面局部温升过高，引起高温塑性变形。 表层产生残余拉应力，里层产生产生残余压应力； （3）金相组织变化：切削时产生的高温会引起表面的相变。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。
机械制造技术基础课件机械加工精度与表面质量
• 1．工艺系统的刚度
• 2）工艺系统刚度的计算
• 工艺系统在某处的法向总变形量yxt应是各个组成环节在同 一位置处的法向变形的叠加，即
• yxt = y jc +yjj+ yd+ yg • 工艺系统各组成环节的刚度为
K jc
Fp y jj
Kd
Fp yd
Kg
Fp yg
• 可得工艺系统刚度计算的一般式
Δ Δ
（a）工件回转类机床 （b）刀具回转类机床 图5.5 两类主轴回转误差的影响
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5.1 机械加工精度
• 5.1.2 工艺系统几何误差对加工精度的影响
1）机床主轴回转误差： 滚动轴承主轴，轴承内、外圈滚道的圆度误差对主轴回转 误差影响较大。对工件回转类机床，轴承内圈外滚道的圆 度误差影响较大；而对刀具回转类机床，则是轴承外环内 滚道的圆度误差影响较大。
第5章 机械加工精度与表面质量
教学提示：机械加工质量是机械制造技术基础课程研究的重要问 题之一。机械加工质量主要包括加工精度和加工表面质量两个方 面。在本章中，机械加工精度主要分析工艺系统各环节中存在的 原始误差对加工精度的影响、加工误差的统计分析方法及保证机 械加工精度的措施；机械加工表面质量的内容涉及表面质量的含 义、影响表面粗糙度及物理力学性能的主要因素及保证表面质量 的措施，最后对机械加工中的振动作了简要分析。 教学要求：了解机械加工精度的概念及获得加工精度的方法，了 解影响加工精度的原始误差因素并掌握单因素分析的方法，学会 用工艺系统刚度理论分析工艺系统受力变形对加工精度的影响， 了解工艺系统受热变形对加工精度的影响规律，掌握加工误差的 统计分析方法及在生产实际中的应用，熟悉机械加工表面质量的 含义及影响因素，了解机械振动的基本知识。
机械加工表面质量
迫振动的显著差别。
3)自激振动能否产生以及振幅的大小，决定于每一振动周期 内系统所获得的能量与所消耗的能量的对比情况。 4)自激振动的形成和持续，是由于过程本身产生的激振和反 馈作用。
3.消除自激振动的途径
(1)合理选择与切削过程有关的参数 1)合理选择切削用量 车削中通常切削速度v在50～60m/min左右稳定性最低，最 易产生自激振动，所以可选择高速或低速切削以避免自激振动。
影响冷作硬化的主要因素有： 1) 刀具的影响
2) 切削用量的影响
切削速度增大，硬化层深度和硬度都有所减小。 进给量f增大时，切削力增大，塑性变形程度也增大，因此 硬化现象增大；但在进给量f较小时，由于刀具的刃口圆角在
加工表面单位长度上的挤压次数增多，因此硬化现象也会增
大。 3) 被加工材料的影响 硬度愈小，塑性愈大的材料切削后的
3）实际生产中还往往用油石使新刃磨的刃口稍稍钝化，也 根有效。关于刀尖圆弧半径，它本来 就相加工表面粗糙度有 关，对加工中的振动而言，一般不要取得太大。车削时装刀位 置过低或镗孔时装刀位置过高，都易于产生自激振动。 4）使用“油”性非常高的润滑剂也是加工中经常使用的一 种 防振办法。
(2) 提高工艺系统本身的抗振性 1)提高机床的抗振性
第5章 机械加工表面质量 Surface quality Quality control 表面完整性—— Surface integrity
机械加工表面质量包含： 1.几何参数方面的质量:机械加工表面本身的精度 尺寸精度 形状精度
位置精度
2.物理机械方面的质量：冷硬程度和深度 残余应力的性质和大小 本章重点讲解：物理机械方面的质量和表面粗糙度
①减小进给量 f； H ctgK f ctgK ' ； H 8f
机械加工表面质量
机械加工表面质量机器零件的破坏，一般都是从表面层开头的。
一、加工表面质量的概念加工表面质量包含以下两个方面的内容：1．加工表面的几何形貌（1）表面粗糙度（2）表面波纹度（3）表面纹理方向（4）表面缺陷2.表面层材料的物理力学性能（1）表面层的冷作硬化（2）表面层残余应力（3）表面层金相组织变化二、机械加工表面质量对机器使用性能的影响1．表面质量对耐磨性的影响（1）表面粗糙度对耐磨性的影响（2）表面冷作硬化对耐磨性的影响（3）表面纹理对耐磨性的影响2. 表面质量对零件疲惫强度的影响3. 表面质量对抗腐蚀性能的影响4.表面质量对零件协作性质的影响三、加工表面的表面粗糙度切削加工的表面粗糙度值主要取决于切削残留面积的高度。
加工塑性材料时，切削速度v对加工表面粗糙度加工相同材料的工件，晶粒越粗大，切削加工后的表面粗糙度值越大。
适当增大刀具的前角，可以降低被切削材料的塑性变形；降低刀具前刀面和后刀面的表面粗糙度可以抑制积屑瘤的生成；增大刀具后角，可以削减刀具和工件的摩擦；合理选择冷却润滑液，可以削减材料的变形和摩擦，降低切削区的温度；实行上述各项措施均有利于减小加工表面的粗糙度。
四、加工表面的物理力学性能（一）表面层材料的冷作硬化1．冷作硬化的评定参数2．影响冷作硬化的因素（1）刀具的影响（2）切削用量的影响（3）加工材料的影响（二）表面层材料金相组织变化假如磨削区温度超过马氏体转变温度而未超过相变临界温度（碳钢的相变温度为723℃），这时工件表层金属的金相组织，由原来的马氏体转变为硬度较低的回火组织（索氏体或托氏体），这种烧伤称为回火烧伤；假如磨削区温度超过了相变温度，在切削液急冷作用下，表层金属将发生二次淬火，硬度高于原来的回火马氏体，里层金属则由于冷却速度慢，消失了硬度比原先的回火马氏体低的回火组织，这种烧伤称为淬火烧伤；若工件表层温度超过相变温度，而磨削区又没有冷却液进入，表层金属便产生退火组织，硬度急剧下降，称之为退火烧伤。
机械制造工程学 课件 第5章 机械加工表面质量
塑性变形越大，冷硬现象越严重。）
2.表面层材料金相组织变化
(1)磨削烧伤 当被磨工件表面层温度达到相变温度以上时， 表层金属发生金相组织的变化，使表层金属强度、 硬度降低，并伴随有残余应力产生，甚至出现微 观裂纹，这种现象称为磨削烧伤。 1)回火烧伤 2)淬火烧伤 3)退火烧伤
2.表面层材料金相组织变化 (2)改善磨削烧伤的途径 磨削热是造成磨削烧伤的根源，故改善 磨削烧伤有两个途径：一是尽可能地减少 磨削热的产生；二是改善冷却条件，尽量 使产生的热量少传入工件。 1)正确选择砂轮 2) 3)改善冷却条件
(1)表面粗糙度对疲劳强度的影响 (2)残余应力、冷作硬化对疲劳强度的影响
3.表面质量对耐蚀性的影响
零件的耐蚀性在很大程度上取决于表面粗糙度。 表面粗糙度值愈大，则凹谷中聚积腐蚀性物 表面层的残余拉应力会产生应力腐蚀开裂，降 低零件的耐蚀性，而残余压应力则能防止应力
4.表面质量对配合质量的影响
表面粗糙度值的大小将影响配合表面的配合质 量。对于间隙配合，表面粗糙度值大会使磨损 加大，间隙增大，破坏了要求的配合性质。对于 过盈配合，装配过程中一部分表面凸峰被挤平， 实际过盈量减小，降低了配合件间的联接强度。
1 表面质量对零件耐磨性的影响 零件磨损三个阶段： 初期磨损阶段 正常磨损阶段 剧烈磨损阶段
表面加工硬化使表 表面金相组织的变 一般来说表面粗糙
层硬度增加耐磨性 化会导致表层硬度 度值越小耐磨性越 提高。但硬化过度 发生变化，影响零 好。但太小不易储 会使表层剥落，加 件的耐磨性。 油接触面发生分子 快零件的磨损。 粘接，磨损增加。
（2）表面层金相组织变化
切削加工时，特别是磨削时的高温，常会引起表 层金属发生相变。通常称为磨削烧伤。
华南农业大学工艺学第五章 机械加工表面质量及其控制练习题
一、名词解释1．冷作硬化：机械加工过程中产生的塑性变形，使晶格扭曲、畸变，晶粒间产生滑移，晶粒被拉长，这些都会使表层金属的硬度增加，此称为冷作硬化。
2．磨削烧伤：对于已淬火的钢件，很高的磨削温度往往会使表层金属的金相组织产生变化，使得表层金属硬度下降，使工件表面呈现氧化膜颜色，这种现象称为磨削烧伤。
二、选择题1.磨削淬火钢时，磨削区温度末超过淬火钢的相变温度，但已超过马氏体的转变温度，可能产生（）。
A、淬火烧伤B、回火烧伤C、退火烧伤D、不烧伤。
2.磨削淬火钢时在重磨削(不用切削液）条件下可能产生（）形式的磨削烧伤。
A、淬火烧伤B、回火烧伤C、不烧伤D、退火烧伤3.加工过程中若表面层以冷塑性变形为主，则表面层产生（）应力。
A、拉应力B、压应力C、无应力层4.机械加工中的振动，按其产生的原因可分为三种，试指出自激振动的能量特性（）A、在外界周期性干扰力持续作用下的持续振动；B、只有初始干扰力的作用、振动中再也没有能量输入，故为衰减振动；C、维持振动的交变力是振动系统在自身运动中激发出来的，从而引起系统的持续振动。
5.削扁镗杆的抗振性比圆镗杆好是由于（）。
A、系统刚度的组合特性合适B、阻尼大、消耗振动能量大C、刚度高6.磨削淬火钢时，若工件表面出现淬火烧伤，工件表面将产生（）残余应力。
A、拉伸B、压缩C、无7.零件配合性质的稳定性与（）的关系较大。
A．零件材料B．加工表面质量C．载荷大小D．接触刚度8.如果使扁形镗杆能够产生消振作用，需要（）。
A．选择合适的削扁值和刀头相对削扁方向的位置B．选择合适的镗杆长度C．选择合适的削扁值D．选择合适的刀头相对削扁方向的位置9.冷态下塑性变形经常在表层产生（）。
A．拉应力B．不定C．压应力D．金相组织变化10.金属的加工硬化现象将导致什么结果。
A、强度降低，塑性提高B、强度提高，塑性提高C、强度提高，塑性降低D、强度降低，塑性降低11.工件材料的塑性越大，冷作硬化倾向（），冷作硬化程度（）A．越小，越轻微B．越小，越严重C．越大，越轻微D．越大，越严重12.机械加工时，工件表面产生波纹的原因有（）。
第五章机械加工表面质量
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。
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5.2 加工表面质量对零件使用性能的影响
2.表面层冷作硬化与残余应力对耐疲劳性的影响
▪ 适度的表面层冷作硬化能提高零件的疲劳强度；
加工 表面质量
表面层几何 形状特征
表面层物理、 力学性能变化
表面粗糙度 表面波度 纹理方向 表面缺陷(伤痕)
微观几 何轮廓
宏观几 何轮廓
表面层冷作硬化 表面层金相组织的变化 表面层残余应力
5
6
7
一般情况下表面硬 化层的深度可达 0.05 — 0.30mm。
8
9
5.2 加工表面质量对零件使用性能的影响
残余应力有拉应力和压应力之分，
▪残余拉应力：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：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。
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5.2 加工表面质量对零件使用性能的影响 （三）表面质量对耐蚀性的影响
1. 表面粗糙度对耐腐蚀性的影响 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。减小零件表面粗糙 度，可以提高零件的耐腐蚀性能。
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25 糙度值。
影响切削加工表面粗糙度的因素
影响切削加工表面 粗糙度的因素
刀具几何形状 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
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5.2 加工表面质量对零件使用性能的影响
2.表面层冷作硬化与残余应力对耐疲劳性的影响
▪ 适度的表面层冷作硬化能提高零件的疲劳强度；
加工 表面质量
表面层几何 形状特征
表面层物理、 力学性能变化
表面粗糙度 表面波度 纹理方向 表面缺陷(伤痕)
微观几 何轮廓
宏观几 何轮廓
表面层冷作硬化 表面层金相组织的变化 表面层残余应力
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一般情况下表面硬 化层的深度可达 0.05 — 0.30mm。
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5.2 加工表面质量对零件使用性能的影响
残余应力有拉应力和压应力之分，
▪残余拉应力：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：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。
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5.2 加工表面质量对零件使用性能的影响 （三）表面质量对耐蚀性的影响
1. 表面粗糙度对耐腐蚀性的影响 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。减小零件表面粗糙 度，可以提高零件的耐腐蚀性能。
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25 糙度值。
影响切削加工表面粗糙度的因素
影响切削加工表面 粗糙度的因素
刀具几何形状 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
大学精品课件：第五章机械加工表面质量
1. 对零件耐磨性的影响：
① 表面粗糙度对耐磨性的影响
就零件的耐磨性而言， 最佳表面粗糙度Ra的 值 在 0.8μm ～ 0.2μm 之间为宜。
机械制造工程学
二、表面质量对零件使用性能的影响
1. 对零件耐磨性的影响：
① 表面粗糙度对耐磨性的影响 ② 刀纹方向对耐磨性的影响
两重个载表时面，纹摩擦理副方的向两均 与个运表动面方纹向理相垂垂直直时、， 磨且损运最动大方。向平行于下 表面的纹路方向时， 轻磨载损最时小，。摩擦副表面 纹理方向与相对运动 方向一致时，磨损最 小。
Ra值↙
④冷却润滑：
一切 般削 韧液 性 的 较 冷 大 却 的 和 塑 润 性滑 作材 用料 能， 减加 小工 切后 削表 面过 程粗 中糙 的度 界值 面较摩大擦，， 而降 脆低 性切 材 削 料 区 加 温 工 度 后， 易使 得切 到削 较区 小金 的属 表 面 粗的 塑糙 性度 变值 形。 程对 度于 下同 样降 ，材 抑料 制， 鳞其 刺晶 和粒 积组 织屑 瘤越 的粗 产大 生， 加 ， 因工 此表 面可粗大糙大度减值小越加大工。表 面粗糙度值。
表面为压应力时，耐疲劳性好。 ③ 冷作硬化对耐疲劳性的影响 冷作硬化程度↗ → 耐疲劳性↗
机械制造工程学
二、表面质量对零件使用性能的影响
3. 对零件耐腐蚀性的影响：
Ra值↗
耐腐蚀性↙
表面压应力
表面致密
耐腐蚀性↗
4. 对零件配合精度的影响：
实验研究表明： 零件尺寸大于50mm时，推荐：Ra=(0.1~0.15)T 零件尺寸在18~50mm时，推荐： Ra=(0.15~0.20)T 零件尺寸小于18mm时，推荐： Ra=(0.20~0.25)T
③ 纹理方向
① 表面粗糙度对耐磨性的影响
就零件的耐磨性而言， 最佳表面粗糙度Ra的 值 在 0.8μm ～ 0.2μm 之间为宜。
机械制造工程学
二、表面质量对零件使用性能的影响
1. 对零件耐磨性的影响：
① 表面粗糙度对耐磨性的影响 ② 刀纹方向对耐磨性的影响
两重个载表时面，纹摩擦理副方的向两均 与个运表动面方纹向理相垂垂直直时、， 磨且损运最动大方。向平行于下 表面的纹路方向时， 轻磨载损最时小，。摩擦副表面 纹理方向与相对运动 方向一致时，磨损最 小。
Ra值↙
④冷却润滑：
一切 般削 韧液 性 的 较 冷 大 却 的 和 塑 润 性滑 作材 用料 能， 减加 小工 切后 削表 面过 程粗 中糙 的度 界值 面较摩大擦，， 而降 脆低 性切 材 削 料 区 加 温 工 度 后， 易使 得切 到削 较区 小金 的属 表 面 粗的 塑糙 性度 变值 形。 程对 度于 下同 样降 ，材 抑料 制， 鳞其 刺晶 和粒 积组 织屑 瘤越 的粗 产大 生， 加 ， 因工 此表 面可粗大糙大度减值小越加大工。表 面粗糙度值。
表面为压应力时，耐疲劳性好。 ③ 冷作硬化对耐疲劳性的影响 冷作硬化程度↗ → 耐疲劳性↗
机械制造工程学
二、表面质量对零件使用性能的影响
3. 对零件耐腐蚀性的影响：
Ra值↗
耐腐蚀性↙
表面压应力
表面致密
耐腐蚀性↗
4. 对零件配合精度的影响：
实验研究表明： 零件尺寸大于50mm时，推荐：Ra=(0.1~0.15)T 零件尺寸在18~50mm时，推荐： Ra=(0.15~0.20)T 零件尺寸小于18mm时，推荐： Ra=(0.20~0.25)T
③ 纹理方向
机械制造工艺与夹具1_第5章 机械加工表面质量
第5章 机械加工表面质量
5.1 概述 5.1.1 表面质量的主要内容 5.1.2 表面质量对零件使用性能的影响 5.2 影响表面粗糙度的工艺因素及改善措施 5.2.1 影响切削加工表面粗糙度的工艺因素及改善措施 5.2.2 影响磨削加工表面粗糙度的工艺因素及改善措施 5.3 影响表面层物理力学性能的工艺因素及改善措施 5.3.1 表层金属冷作硬化 5.3.2 表面层金属组织的变化 5.3.3 表面层的残余应力 5.4 工艺系统振动简介 5.4.1 机械振动现象及其分类
(1)表面形状误差：波距L和波高H之比L/H＞1000时属于宏观几何 形状偏差，该误差是加工精度的指标之一，不属于表面质量的范
畴，几何形状误差就仅指宏观几何
图5-1 表面形状特征
(2)表面波度：波距L和波高H之比L/H=50～1000时，一般由加工时 的低频振动造成，是介于上述表面形状误差和下述表面粗糙度之
5.4.2 机械加工中的受迫振动与抑制措施 5.4.3 机械加工中的自激振动与抑制措施
5.1 概述 5.1 概述
5.1 概述
机器质量的主要指标之一是使用的可靠性和使用期限，一台机器在正 常的使用过程中,由于 其零件的工作性能逐渐变坏, 以致不能继续使用, 有 时甚至会突然损坏, 其原因除是因 为设计不周而强度不够, 或偶然性事故引 起了超负荷以外，大多数是由于磨损、受外界介质 的腐蚀或疲劳破坏。磨 损、腐蚀和疲劳破坏都是发生在零件的表面，或是从零件表面开始的 。因 此, 加工表面质量将直接影响到零件的工作性能, 尤其是它的可靠性和寿命。 因而表面 质量问题越来越受到各方面重视。
图5-14 内冷却砂轮结构 1—锥形盖 2—切削液通孔 3—砂轮中心腔 4—有径向
小孔的薄壁套
5.3.3 表面层的残余应力
5.1 概述 5.1.1 表面质量的主要内容 5.1.2 表面质量对零件使用性能的影响 5.2 影响表面粗糙度的工艺因素及改善措施 5.2.1 影响切削加工表面粗糙度的工艺因素及改善措施 5.2.2 影响磨削加工表面粗糙度的工艺因素及改善措施 5.3 影响表面层物理力学性能的工艺因素及改善措施 5.3.1 表层金属冷作硬化 5.3.2 表面层金属组织的变化 5.3.3 表面层的残余应力 5.4 工艺系统振动简介 5.4.1 机械振动现象及其分类
(1)表面形状误差：波距L和波高H之比L/H＞1000时属于宏观几何 形状偏差，该误差是加工精度的指标之一，不属于表面质量的范
畴，几何形状误差就仅指宏观几何
图5-1 表面形状特征
(2)表面波度：波距L和波高H之比L/H=50～1000时，一般由加工时 的低频振动造成，是介于上述表面形状误差和下述表面粗糙度之
5.4.2 机械加工中的受迫振动与抑制措施 5.4.3 机械加工中的自激振动与抑制措施
5.1 概述 5.1 概述
5.1 概述
机器质量的主要指标之一是使用的可靠性和使用期限，一台机器在正 常的使用过程中,由于 其零件的工作性能逐渐变坏, 以致不能继续使用, 有 时甚至会突然损坏, 其原因除是因 为设计不周而强度不够, 或偶然性事故引 起了超负荷以外，大多数是由于磨损、受外界介质 的腐蚀或疲劳破坏。磨 损、腐蚀和疲劳破坏都是发生在零件的表面，或是从零件表面开始的 。因 此, 加工表面质量将直接影响到零件的工作性能, 尤其是它的可靠性和寿命。 因而表面 质量问题越来越受到各方面重视。
图5-14 内冷却砂轮结构 1—锥形盖 2—切削液通孔 3—砂轮中心腔 4—有径向
小孔的薄壁套
5.3.3 表面层的残余应力
机械加工表面质量 机械制造技术基础
和硬度都提高了，这就是冷作硬化现象。 • 表面层因切削热引起的金相组织变化； 淬火烧伤、回火烧伤及退火烧伤。 • 表面层产生的残余应力 。 冷、热塑性变形的产生。
第五章 机械制造质量分析与控制
二、控制加工表面质量的途径 • 控制切削（磨削）参数 • 采用超精加工、珩磨等光整加工方法作为
终加工工序 • 采用喷丸、滚压、辗光等表面强化工艺
误差； • 波度： 介于加工精度(宏观)和表面粗糙
度之间的周期性几何形状误差。
第五章 机械制造质量分析与控制
在切削加工表面上，垂直于切削速度方向 的粗糙度称为横向粗糙度，在切削速度方 向上测量的粗糙度称为纵向粗糙度。一般 来说，横向粗糙度较大，它主要由几何因 素和物理因素两方面形成，纵向粗糙度则 主要由物理因素形成。此外，机床—刀具— 工件系统的振动也常是主要的影响因素。
第五章 机械制造质量分析与控制
第四节 机械加工表面质量 表面质量对零件耐磨性、零件疲劳强度、零 件抗腐蚀性能、配合质量等有着重要影响。
第五章 机械制造质量分析与控制
一、机械零件加工表面质量的主要内容 包括： 1.表面层的几何形状特征，主要由以下两个部
分组成： • 表面粗糙度： 就是表面的微观几何形状
第五章 机械制造质量分析与控制
2.表面层的物理、机械性能的变化，主要有以 下三方面的内容：
• 表面层因塑性变形变形引起的冷作硬化 ； 切削(磨削)过程中表面层产生的塑性变形使 晶体间产生剪切滑移，晶格严重扭曲，并 产生晶粒的拉长、破碎和纤维化，引起材 料的强化，这时，它的强度ຫໍສະໝຸດ 第五章 机械制造质量分析与控制
第五章 机械制造质量分析与控制
二、控制加工表面质量的途径 • 控制切削（磨削）参数 • 采用超精加工、珩磨等光整加工方法作为
终加工工序 • 采用喷丸、滚压、辗光等表面强化工艺
误差； • 波度： 介于加工精度(宏观)和表面粗糙
度之间的周期性几何形状误差。
第五章 机械制造质量分析与控制
在切削加工表面上，垂直于切削速度方向 的粗糙度称为横向粗糙度，在切削速度方 向上测量的粗糙度称为纵向粗糙度。一般 来说，横向粗糙度较大，它主要由几何因 素和物理因素两方面形成，纵向粗糙度则 主要由物理因素形成。此外，机床—刀具— 工件系统的振动也常是主要的影响因素。
第五章 机械制造质量分析与控制
第四节 机械加工表面质量 表面质量对零件耐磨性、零件疲劳强度、零 件抗腐蚀性能、配合质量等有着重要影响。
第五章 机械制造质量分析与控制
一、机械零件加工表面质量的主要内容 包括： 1.表面层的几何形状特征，主要由以下两个部
分组成： • 表面粗糙度： 就是表面的微观几何形状
第五章 机械制造质量分析与控制
2.表面层的物理、机械性能的变化，主要有以 下三方面的内容：
• 表面层因塑性变形变形引起的冷作硬化 ； 切削(磨削)过程中表面层产生的塑性变形使 晶体间产生剪切滑移，晶格严重扭曲，并 产生晶粒的拉长、破碎和纤维化，引起材 料的强化，这时，它的强度ຫໍສະໝຸດ 第五章 机械制造质量分析与控制
机械加工表面质量
③ 金相组织变化引起 的残余应力。
切削过程中，在切削力作用下， 金属切削层产生剧烈的塑性变 形，使金属表层的比容积增大， 体积增大，但其变化受到与之 相连的里层金属的阻碍而在表 面层产生残余压应力，里层产 生残余拉应力。
切削过程中，在切削热的作用 下，加工表面的表面层产生热 膨胀，但金属基体温度较低， 阻碍表层金属的热塑变形而使 表层产生压应力。
（2）切削用量的影响
切削用量中，对加工硬化影
响最大的是切削速度和进给量。随
着进给量增大，切削力也增大，表
面层金属的塑性变形增大，硬化程
度加剧。但当进给量过小（如ƒ为
0.05～0.08 mm）时，可能使切
削厚度小于刀具刃口半径，此时刀
具与工件摩擦力加剧，使加工硬化 现象反而增大。背吃刀量对表层金
图3-32 切削用量对加工硬化的影响
3）砂轮修整质量的影响 砂轮的修整是恢复砂轮的正确形状与磨削能力。。
4）磨削用量的影响 提高砂轮速度vs有利于减小磨削表面粗糙度。砂轮速度vs越大，单位时间内参与切 削的磨粒越多，残余面积减小；同时，会使工件表面金属来不及变形，表面粗糙度降低， 如图3-31（a）所示。 工件速度vw增大，塑性变形增大，同时会使单位时间内磨削工件表面的磨粒数减少， 表面粗糙度增大，如图3-31（b）所示。 横向进给量（背吃刀量ap）对表层金属塑性变形的影响很大。增大背吃刀量，单颗 磨粒的磨屑厚度增大，磨削力增大，工件变形增大，表面粗糙度增大，如图3-31（c）所 示。
（a）
（b）
（c）
图3-31 磨削用量对表面粗糙度的影响
1.3 影响零件表面层物理力学性能的主要因素及其控制措施
1．表面层的加工硬化
1）加工硬化产生的原因 机械加工过程中，工件表面层受切削力作用，产生塑性变形，使晶格扭曲、 畸变，晶粒间产生滑移，晶粒被拉长，形成纤维状组织，使表面层金属的硬度增 加，这种现象称为加工硬化或冷作硬化。
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2.物理因素
图5-10 加工后表面实际轮廓和理论轮廓
图5-8 影响表面粗糙 度的几何因素(一)
图5-9
影响表面粗糙度的几何因素(二)
2 物理因素影响 在切削过程中，切屑与前刀面产生严重摩擦 而出现了粘结现象，工件在堆积的粘结层挤压下，表面层金属 塑性变形加剧，致使切削刃前方的加工表面上产生导裂，当切 削力超过粘结力时，切屑流出并被切离，而导裂层残留在已加 工表面上形成鳞片状毛刺，也称鳞刺。
5.1.2
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
2.表面质量对零件耐疲劳性的影响 3.表面质量对零件耐腐蚀性的影响 4.表面质量对零件配合精度的影响
1.表面质量对零件耐磨性的影响 (1)表面粗糙度对零件耐磨性的影响 ，如图5-3所示。 (2)刀纹方向对零件耐磨性的影响 表面粗糙度的轮廓形状和表 面加工纹理对零件的耐磨性也有影响。 零件的磨损可分三个阶段
1.表面层的加工硬化
(1)刀具 刀具的刃口圆角和后刀面的磨损量越大，冷作硬化程度
也越大，如图5-20所示。 (2)切削用量 当进给量f、背吃刀量ap增加，都会起增大切削力 的作用，使加工硬化严重。 (3)工件材料 工件材料的硬度越低，塑性越大时，冷作硬化程度 也越大。
图5-20 刀具的刃口圆角 对冷作硬化的影响
图5-15
磨削用量对表面粗糙度的影响
2.砂轮的特性
(1)粒度 砂轮粒度愈细，则砂轮单位面积上磨粒数越多，工件
表面上刻痕密而细，则表面粗糙度值越小。 (2)砂轮的硬度 的难易程度。 (3)砂轮的修整 修整砂轮是改善磨削表面粗糙度的重要因素。 砂轮的硬度是指磨粒受磨削力后从砂轮上脱落
3.冷却
1)在砂轮上安装带有空气挡板的切削液喷嘴，如图5-17所示。 2)采用内冷却砂轮。 3)采用高压大流量切削液。 4)采用浸油砂轮。
图5-38
防振车刀
提高工艺系统本身的抗振性
图5-39
薄壁封砂床身
提高工艺系统本身的抗振性
图5-40
钢硬质合金的组合刀杆
使用消振器装置 图5-41是车 床上使用的冲击消振器，图中 螺钉1上套有质量块4、弹簧3 和套2，当车刀发生强烈振动 时，4就在5和1的头部之间作 往复运动，产生冲击，吸收能 量。
自激振动的频率等于或接近于系统的固有频率，也就是说，由 振动系统本身的参数所决定，这是与强迫振动的显著差别。
图5-37
自激振动系统的能量关系
3.消除自激振动的途径
(1)合理选择与切削过程有关的参数 根据图5-36，自激振动的 形成是与切削过程本身密切有关的，所以可以通过合理地选择 切削用量、刀具几何角度和工件材料的可切削性等途径来抑制 自激振动。 (2)提高工艺系统本身的抗振性 (3)使用消振器装置 图5-41是车床上使用的冲击消振器，图中 螺钉1上套有质量块4、弹簧3和套2，当车刀发生强烈振动时， 4就在5和1的头部之间作往复运动，产生冲击，吸收能量。
热塑变形产生的残余应力
局部金相组织变化 切削或磨削过程中，若工件被加工表面温 度高于材料的相变温度，则会引起表面层的金相组织变化。
图5- 26
磨削时表面层残余应力的分布
5.3
控制加工表面质量的措施
5.3.1 采用光整加工方法降低表面粗糙度值
5.3.2 表面强化工艺改善物理力学性能
5.3.1 采用光整加工方法降低表面粗糙度值
图5-27 研磨内圆及其研具 a)研磨内圆的方法 b)内圆研具
图5-28
研磨原理
5.3.2
表面强化工艺改善物理力学性能
1.滚压加工
2.喷丸强化 3.液体磨料强化
图5-29 超精加工 1—工件旋转 2—超精头纵向进给 3—超精头往复振动
图5-30 珩磨
பைடு நூலகம்
液体磨料强化
图5-34
液体磨料强化工艺
表5-2 各种加工方法在工件表面上残留的内应力
图5-41 车床上使用冲击消振器 1—螺钉 2—套 3—弹簧 4—质量块 5—消振器座 6—刀片
图5-42 镗孔用的冲击消振器 1—镗杆 2—镗刀 3—工件 4—冲击块 5—塞盖
图5-7 表面粗糙度对 零件耐疲劳性的影响
5.1.3 (1)表面形貌 (2)表面缺陷
表面完整性的概念
它主要是用来描述加工后零件表面的几何特征， 它是指加工表面上出现的宏观裂纹、伤痕和腐蚀
包括表面粗糙度、表面波度和纹理等。 现象等，对零件的使用有很大影响。 (3)微观组织与表面层的冶金化学特性 (4)表面层物理力学性能 它主要包括表面层硬化深度和程度， 这种特性主要有摩擦特性、光的反
1.切削加工中产生强迫振动的原因
机床中某些零件的制造精度不高，会使机床产生不均匀运动而 引起振动。例如，齿轮的齿距误差和齿距累积误差，会使齿轮 传动的运动不均匀，从而使整个部件产生振动。主轴与轴承之 间的间隙过大、主轴轴颈的椭圆度、轴承制造精度不够，都会 引起主轴箱以及整个机床的振动。
2.强迫振动的特点
冷作硬化对耐磨性的 影响
2.表面质量对零件耐疲劳性的影响 (1)表面粗糙度对零件耐疲劳性的影响 零件在交变载荷的作用 下，其表面微观不平的凹谷处和表面层的缺陷处容易引起应力
集中而产生疲劳裂纹，造成零件的疲劳破坏。
(2)残余应力对耐疲劳性的影响 表面层的残余应力对零件疲劳 强度也有很大影响，当表面层为残余压应力时，能延缓疲劳裂 纹的扩展，提高零件的疲劳强度；当表面层为残余拉应力时， 容易使零件表面产生裂纹而降低其疲劳强度。 (3)冷作硬化对耐疲劳性的影响 度影响也很大。 表面加工硬化对零件的疲劳强
2.加工表面的物理力学性能的变化
1)表面层因塑性变形引起的加工硬化(冷作硬化)。
2)表面层因力或热的作用产生的残余应力。 3)表面层因切削热或磨削热的作用引起的金相组织变化。
图5-1 加工表面层沿深度方向的变化情况 a)表面层硬度变化 b)显微硬度变化 c)残余应力变化
图5-2
形状误差、表面粗糙度及表面波度的示意 关系
5.4.4 自激振动
1.自激振动的原理 2.自激振动的特点 3.消除自激振动的途径
1.自激振动的原理
金属切削过程中自激振动的原理如图5-36所示。
它具有两个基本部分：切削过程产生交变力(ΔP)，激励工艺
系统；工艺系统产生振动位移(ΔY)，再反馈给切削过程。维持 振动的能量来源于机床的能源。
图5-36
1)强迫振动的稳态过程是谐振动，只要干扰力存在，振动就不 会被阻尼衰减掉。 2)强迫振动的频率等于干扰力的频率。 3)阻尼愈小，振幅愈大，谐波响应轨迹的范围大。 4)在共振区，较小的频率变化会引起较大的振幅和相位角的变 化。
3.消除强迫振动的途径
(1)消振与隔振 消除强迫振动最有效的办法是找出外界的干 扰力(振源)并去除之。 (2)消除回转零件的不平衡 机床和其他机械的振动，大多数 是由于回转零件的不平衡所引起，因此，对于高速回转的零件 要注意其平衡问题，在可能条件下，能做动平衡最好。 (3)提高传动件的制造精度 传动件的制造精度会影响传动的 平衡性，引起振动。 (4)提高系统刚度，增加阻尼 提高机床、工件、刀具的刚度 都会增加系统的抗振性。
图5-11 积屑瘤对表面粗糙度的影响
图5-12 鳞刺的形成四阶段 a)抹拭阶段 b)导裂阶段 c)层积阶段 d)刮成阶段
振动的影响 切削加工时，在工件与刀具之间经常发生振动， 使工件表面粗糙度值增大。
图5-13 切削速度对表面粗糙度的影响
5.2.2
磨削加工中影响表面粗糙度的因素
1.磨削用量
2.砂轮的特性 3.冷却
(3)冷作硬化对零件耐磨性的影响 表面层的加工硬化使零件的
表面层硬度提高，从而表面层处的弹性和塑性变形减小，磨损 减少，使零件的耐磨性提高。
(4)残余应力对零件耐磨性的影响 表面为压应力时，耐磨性高
。
图5-3 零件表面 的磨损曲线
图5-4
起始磨损量
图5-5 轻载时刀纹方 向对零件耐磨性的影响
图5-6
图5-21
切削速度与进给量对冷作硬化的影响
表5-1 各种机械加工方法加工钢件时表面加工硬化的情况
2.表面层的金相变化与磨削烧伤
(1)烧伤的形式 退火、回火和淬火烧伤
(2)影响磨削烧伤的因素 磨削烧伤与温度有十分密切的关系。
图5-22
磨削加工表面硬度分布
图5- 23
无烧伤临界曲线
3.加工表面层的残余应力
自由振动是当系统所受的外界干扰力去除后系统本身的衰减振 动。由于工艺系统受一些偶然因素的作用，如外界传来的冲击 力、机床传动系统中产生的非周期性冲击力、加工材料的局部 硬点等引起的冲击力等，系统的平衡被破坏
5.4.3
强迫振动
1.切削加工中产生强迫振动的原因
2.强迫振动的特点 3.消除强迫振动的途径
第5章
机械加工表面质量
5.1
5.2 5.3 5.4
表面质量的含义及其对零件使用性能的影响
表面粗糙度及其影响因素 控制加工表面质量的措施 振动对表面质量的影响及其控制
5.1
表面质量的含义及其对零件使用性能的影响
5.1.1 表面质量的含义
5.1.2 5.1.3 表面质量对零件使用性能的影响 表面完整性的概念
图5-14
磨粒钝化对加工表面的影响
1.磨削用量 (1)砂轮速度vs 提高vs可以增加在工件单位面积上的刻痕，使 工件表面塑性变形和沟槽两侧塑性隆起残留量小，磨削表面粗
糙度值可以显著减小。
(2)工件速度vw 在其他条件不变的情况下，vw提高，磨粒单位 时间内在工件表面上的刻痕数减小，因而将增大磨削表面粗糙 度值。 (3)磨削深度ap 磨削过程中磨削力及磨削温度都增加，磨削表 面塑性变形程度增大，从而增大表面粗糙度值。
机床自激振动系统
2.自激振动的特点
图5-10 加工后表面实际轮廓和理论轮廓
图5-8 影响表面粗糙 度的几何因素(一)
图5-9
影响表面粗糙度的几何因素(二)
2 物理因素影响 在切削过程中，切屑与前刀面产生严重摩擦 而出现了粘结现象，工件在堆积的粘结层挤压下，表面层金属 塑性变形加剧，致使切削刃前方的加工表面上产生导裂，当切 削力超过粘结力时，切屑流出并被切离，而导裂层残留在已加 工表面上形成鳞片状毛刺，也称鳞刺。
5.1.2
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
2.表面质量对零件耐疲劳性的影响 3.表面质量对零件耐腐蚀性的影响 4.表面质量对零件配合精度的影响
1.表面质量对零件耐磨性的影响 (1)表面粗糙度对零件耐磨性的影响 ，如图5-3所示。 (2)刀纹方向对零件耐磨性的影响 表面粗糙度的轮廓形状和表 面加工纹理对零件的耐磨性也有影响。 零件的磨损可分三个阶段
1.表面层的加工硬化
(1)刀具 刀具的刃口圆角和后刀面的磨损量越大，冷作硬化程度
也越大，如图5-20所示。 (2)切削用量 当进给量f、背吃刀量ap增加，都会起增大切削力 的作用，使加工硬化严重。 (3)工件材料 工件材料的硬度越低，塑性越大时，冷作硬化程度 也越大。
图5-20 刀具的刃口圆角 对冷作硬化的影响
图5-15
磨削用量对表面粗糙度的影响
2.砂轮的特性
(1)粒度 砂轮粒度愈细，则砂轮单位面积上磨粒数越多，工件
表面上刻痕密而细，则表面粗糙度值越小。 (2)砂轮的硬度 的难易程度。 (3)砂轮的修整 修整砂轮是改善磨削表面粗糙度的重要因素。 砂轮的硬度是指磨粒受磨削力后从砂轮上脱落
3.冷却
1)在砂轮上安装带有空气挡板的切削液喷嘴，如图5-17所示。 2)采用内冷却砂轮。 3)采用高压大流量切削液。 4)采用浸油砂轮。
图5-38
防振车刀
提高工艺系统本身的抗振性
图5-39
薄壁封砂床身
提高工艺系统本身的抗振性
图5-40
钢硬质合金的组合刀杆
使用消振器装置 图5-41是车 床上使用的冲击消振器，图中 螺钉1上套有质量块4、弹簧3 和套2，当车刀发生强烈振动 时，4就在5和1的头部之间作 往复运动，产生冲击，吸收能 量。
自激振动的频率等于或接近于系统的固有频率，也就是说，由 振动系统本身的参数所决定，这是与强迫振动的显著差别。
图5-37
自激振动系统的能量关系
3.消除自激振动的途径
(1)合理选择与切削过程有关的参数 根据图5-36，自激振动的 形成是与切削过程本身密切有关的，所以可以通过合理地选择 切削用量、刀具几何角度和工件材料的可切削性等途径来抑制 自激振动。 (2)提高工艺系统本身的抗振性 (3)使用消振器装置 图5-41是车床上使用的冲击消振器，图中 螺钉1上套有质量块4、弹簧3和套2，当车刀发生强烈振动时， 4就在5和1的头部之间作往复运动，产生冲击，吸收能量。
热塑变形产生的残余应力
局部金相组织变化 切削或磨削过程中，若工件被加工表面温 度高于材料的相变温度，则会引起表面层的金相组织变化。
图5- 26
磨削时表面层残余应力的分布
5.3
控制加工表面质量的措施
5.3.1 采用光整加工方法降低表面粗糙度值
5.3.2 表面强化工艺改善物理力学性能
5.3.1 采用光整加工方法降低表面粗糙度值
图5-27 研磨内圆及其研具 a)研磨内圆的方法 b)内圆研具
图5-28
研磨原理
5.3.2
表面强化工艺改善物理力学性能
1.滚压加工
2.喷丸强化 3.液体磨料强化
图5-29 超精加工 1—工件旋转 2—超精头纵向进给 3—超精头往复振动
图5-30 珩磨
பைடு நூலகம்
液体磨料强化
图5-34
液体磨料强化工艺
表5-2 各种加工方法在工件表面上残留的内应力
图5-41 车床上使用冲击消振器 1—螺钉 2—套 3—弹簧 4—质量块 5—消振器座 6—刀片
图5-42 镗孔用的冲击消振器 1—镗杆 2—镗刀 3—工件 4—冲击块 5—塞盖
图5-7 表面粗糙度对 零件耐疲劳性的影响
5.1.3 (1)表面形貌 (2)表面缺陷
表面完整性的概念
它主要是用来描述加工后零件表面的几何特征， 它是指加工表面上出现的宏观裂纹、伤痕和腐蚀
包括表面粗糙度、表面波度和纹理等。 现象等，对零件的使用有很大影响。 (3)微观组织与表面层的冶金化学特性 (4)表面层物理力学性能 它主要包括表面层硬化深度和程度， 这种特性主要有摩擦特性、光的反
1.切削加工中产生强迫振动的原因
机床中某些零件的制造精度不高，会使机床产生不均匀运动而 引起振动。例如，齿轮的齿距误差和齿距累积误差，会使齿轮 传动的运动不均匀，从而使整个部件产生振动。主轴与轴承之 间的间隙过大、主轴轴颈的椭圆度、轴承制造精度不够，都会 引起主轴箱以及整个机床的振动。
2.强迫振动的特点
冷作硬化对耐磨性的 影响
2.表面质量对零件耐疲劳性的影响 (1)表面粗糙度对零件耐疲劳性的影响 零件在交变载荷的作用 下，其表面微观不平的凹谷处和表面层的缺陷处容易引起应力
集中而产生疲劳裂纹，造成零件的疲劳破坏。
(2)残余应力对耐疲劳性的影响 表面层的残余应力对零件疲劳 强度也有很大影响，当表面层为残余压应力时，能延缓疲劳裂 纹的扩展，提高零件的疲劳强度；当表面层为残余拉应力时， 容易使零件表面产生裂纹而降低其疲劳强度。 (3)冷作硬化对耐疲劳性的影响 度影响也很大。 表面加工硬化对零件的疲劳强
2.加工表面的物理力学性能的变化
1)表面层因塑性变形引起的加工硬化(冷作硬化)。
2)表面层因力或热的作用产生的残余应力。 3)表面层因切削热或磨削热的作用引起的金相组织变化。
图5-1 加工表面层沿深度方向的变化情况 a)表面层硬度变化 b)显微硬度变化 c)残余应力变化
图5-2
形状误差、表面粗糙度及表面波度的示意 关系
5.4.4 自激振动
1.自激振动的原理 2.自激振动的特点 3.消除自激振动的途径
1.自激振动的原理
金属切削过程中自激振动的原理如图5-36所示。
它具有两个基本部分：切削过程产生交变力(ΔP)，激励工艺
系统；工艺系统产生振动位移(ΔY)，再反馈给切削过程。维持 振动的能量来源于机床的能源。
图5-36
1)强迫振动的稳态过程是谐振动，只要干扰力存在，振动就不 会被阻尼衰减掉。 2)强迫振动的频率等于干扰力的频率。 3)阻尼愈小，振幅愈大，谐波响应轨迹的范围大。 4)在共振区，较小的频率变化会引起较大的振幅和相位角的变 化。
3.消除强迫振动的途径
(1)消振与隔振 消除强迫振动最有效的办法是找出外界的干 扰力(振源)并去除之。 (2)消除回转零件的不平衡 机床和其他机械的振动，大多数 是由于回转零件的不平衡所引起，因此，对于高速回转的零件 要注意其平衡问题，在可能条件下，能做动平衡最好。 (3)提高传动件的制造精度 传动件的制造精度会影响传动的 平衡性，引起振动。 (4)提高系统刚度，增加阻尼 提高机床、工件、刀具的刚度 都会增加系统的抗振性。
图5-11 积屑瘤对表面粗糙度的影响
图5-12 鳞刺的形成四阶段 a)抹拭阶段 b)导裂阶段 c)层积阶段 d)刮成阶段
振动的影响 切削加工时，在工件与刀具之间经常发生振动， 使工件表面粗糙度值增大。
图5-13 切削速度对表面粗糙度的影响
5.2.2
磨削加工中影响表面粗糙度的因素
1.磨削用量
2.砂轮的特性 3.冷却
(3)冷作硬化对零件耐磨性的影响 表面层的加工硬化使零件的
表面层硬度提高，从而表面层处的弹性和塑性变形减小，磨损 减少，使零件的耐磨性提高。
(4)残余应力对零件耐磨性的影响 表面为压应力时，耐磨性高
。
图5-3 零件表面 的磨损曲线
图5-4
起始磨损量
图5-5 轻载时刀纹方 向对零件耐磨性的影响
图5-6
图5-21
切削速度与进给量对冷作硬化的影响
表5-1 各种机械加工方法加工钢件时表面加工硬化的情况
2.表面层的金相变化与磨削烧伤
(1)烧伤的形式 退火、回火和淬火烧伤
(2)影响磨削烧伤的因素 磨削烧伤与温度有十分密切的关系。
图5-22
磨削加工表面硬度分布
图5- 23
无烧伤临界曲线
3.加工表面层的残余应力
自由振动是当系统所受的外界干扰力去除后系统本身的衰减振 动。由于工艺系统受一些偶然因素的作用，如外界传来的冲击 力、机床传动系统中产生的非周期性冲击力、加工材料的局部 硬点等引起的冲击力等，系统的平衡被破坏
5.4.3
强迫振动
1.切削加工中产生强迫振动的原因
2.强迫振动的特点 3.消除强迫振动的途径
第5章
机械加工表面质量
5.1
5.2 5.3 5.4
表面质量的含义及其对零件使用性能的影响
表面粗糙度及其影响因素 控制加工表面质量的措施 振动对表面质量的影响及其控制
5.1
表面质量的含义及其对零件使用性能的影响
5.1.1 表面质量的含义
5.1.2 5.1.3 表面质量对零件使用性能的影响 表面完整性的概念
图5-14
磨粒钝化对加工表面的影响
1.磨削用量 (1)砂轮速度vs 提高vs可以增加在工件单位面积上的刻痕，使 工件表面塑性变形和沟槽两侧塑性隆起残留量小，磨削表面粗
糙度值可以显著减小。
(2)工件速度vw 在其他条件不变的情况下，vw提高，磨粒单位 时间内在工件表面上的刻痕数减小，因而将增大磨削表面粗糙 度值。 (3)磨削深度ap 磨削过程中磨削力及磨削温度都增加，磨削表 面塑性变形程度增大，从而增大表面粗糙度值。
机床自激振动系统
2.自激振动的特点