8：机械加工表面质量PPT课件
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机械加工表面加工质量
❖ 脆性材料：加工脆性材料时，其切削呈碎粒状，
由于切屑的崩碎而在加工表面留下许多麻点，使表 面粗糙。
机械加工表面加工质量
（2）切削速度的影响 （3）进给量的影响
加工塑性材料时，切削速度对
表面粗糙度的影响（对积屑瘤和鳞 刺的影响）见如图4-41所示。
此外，切削速度越高，塑性变 形越不充分，表面粗糙度值越小
（1）磨削用量
▪ 砂轮的转速↑ →材料塑性变形↓ → 表面粗
糙度值↓ ；
▪磨削深度↑、工件速度↑ → 塑性变形↑ →表
面粗糙度值↑ ； 为提高磨削效率，通常在开始磨削时采
用较大的径向进给量，而在磨削后期采用较 小的径向进给量或无进给量磨削，以减小表 面粗糙度值。
机械加工表面加工质量
（2）工件材料
•太硬易使磨粒磨钝 →Ra ↑ ； •太软容易堵塞砂轮→Ra ↑ ； •韧性太大，热导率差会使磨
影响显微硬度因素
•塑变引起的冷硬
•金相组织变化引起 的硬度变化
表面物理力学 性能
影响残余应力因素
•冷塑性变形 •热塑性变形 •金相组织变化
影响金相组织变化 因素
•切削热
机械加工表面加工质量
1. 表面层的冷作硬化
（1） 表面层加工硬化的产生
定义：机械加工时，工件表面层金属受到 切削力的作用产生强烈的塑性变形，使晶 格扭曲，晶粒间产生剪切滑移，晶粒被拉 长、纤维化甚至碎化，从而使表面层的强 度和硬度增加，这种现象称为加工硬化， 又称冷作硬化和强化。
机械加工表面加工质量
三、表面层金相组织变化与磨削烧伤
1.表面层金相组织变化与磨削烧伤的产生
切削加工中，由于切削热的作用，在工件的加 工区及其邻近区域产生了一定的温升。
定义：磨削加工时，表面层有很高的温度，当 温度达到相变临界点时，表层金属就发生金相组织 变化，强度和硬度降低、产生残余应力、甚至出现 微观裂纹。这种现象称为磨削烧伤。
由于切屑的崩碎而在加工表面留下许多麻点，使表 面粗糙。
机械加工表面加工质量
（2）切削速度的影响 （3）进给量的影响
加工塑性材料时，切削速度对
表面粗糙度的影响（对积屑瘤和鳞 刺的影响）见如图4-41所示。
此外，切削速度越高，塑性变 形越不充分，表面粗糙度值越小
（1）磨削用量
▪ 砂轮的转速↑ →材料塑性变形↓ → 表面粗
糙度值↓ ；
▪磨削深度↑、工件速度↑ → 塑性变形↑ →表
面粗糙度值↑ ； 为提高磨削效率，通常在开始磨削时采
用较大的径向进给量，而在磨削后期采用较 小的径向进给量或无进给量磨削，以减小表 面粗糙度值。
机械加工表面加工质量
（2）工件材料
•太硬易使磨粒磨钝 →Ra ↑ ； •太软容易堵塞砂轮→Ra ↑ ； •韧性太大，热导率差会使磨
影响显微硬度因素
•塑变引起的冷硬
•金相组织变化引起 的硬度变化
表面物理力学 性能
影响残余应力因素
•冷塑性变形 •热塑性变形 •金相组织变化
影响金相组织变化 因素
•切削热
机械加工表面加工质量
1. 表面层的冷作硬化
（1） 表面层加工硬化的产生
定义：机械加工时，工件表面层金属受到 切削力的作用产生强烈的塑性变形，使晶 格扭曲，晶粒间产生剪切滑移，晶粒被拉 长、纤维化甚至碎化，从而使表面层的强 度和硬度增加，这种现象称为加工硬化， 又称冷作硬化和强化。
机械加工表面加工质量
三、表面层金相组织变化与磨削烧伤
1.表面层金相组织变化与磨削烧伤的产生
切削加工中，由于切削热的作用，在工件的加 工区及其邻近区域产生了一定的温升。
定义：磨削加工时，表面层有很高的温度，当 温度达到相变临界点时，表层金属就发生金相组织 变化，强度和硬度降低、产生残余应力、甚至出现 微观裂纹。这种现象称为磨削烧伤。
机械加工质量培训课件PPT(共 104张)
例: ①滚刀用阿基米德蜗杆代替渐开线蜗杆 （近似的刀具轮廓）； ②模数铣刀铣齿（近似的刀具轮廓）； ③用公制丝杆车蜗杆或英制螺纹。 （近似的加工运动）
2.1 机械加工精度
i工 机件 (蜗 床杆 丝） 杆 PP螺 1螺 ZZ距 距 21ZZ34
例1. 在公制车床上车模数为2mm蜗杆时，挂轮计算式为 ：
z1 z2
z3 z4
P(P机 （1 床 蜗丝 杆杆 螺螺 距距 ）） ，若P=6mm，
Z 1 1,1 Z 2 0 7,Z 0 3 8,Z 0 4 1,2 求加0 工后蜗杆螺距
误差是多少？
i
P1=2
P=6
解： i工 机件 (蜗 床杆 丝） 杆 PP螺 1螺 ZZ距 距 21ZZ34 P ห้องสมุดไป่ตู้iP Z Z2 1Z Z3 4P1 71 0 2 800 066.2857
1）主轴回转误差。 纯径向跳动误差 轴向窜动误差 纯角度摆动误差
①主轴纯径向跳动误差对加精度的影响。 产生的主要原因：主轴支承轴颈的圆度误差、轴承工作表面的
圆度误差等。 a. 切削力F的作用方向不变（见图2-5 车外圆的情形)
2
R
1
3
R3
R1 △R
o o′
理论位置
实际位置
R
4
车外圆时它使加工面产生圆度和圆柱度误差。
@加工质量与设备、工艺方法、工艺措施有关。
2.1 机械加工精度
2.1.1 概述 1、机械加工精度(简称加工精度)：是指零件在机械加工后
的几何参数(尺寸、几何形状和表面间相互位置)的实际值和理 论值相符合的程度。
2、加工误差：实际参数与理论参数的差值
2.1 机械加工精度
2.1.2 影响加工精度的因素及其分析 在机械加工中，零件的尺寸、几何形状和表面间相互位置的
2.1 机械加工精度
i工 机件 (蜗 床杆 丝） 杆 PP螺 1螺 ZZ距 距 21ZZ34
例1. 在公制车床上车模数为2mm蜗杆时，挂轮计算式为 ：
z1 z2
z3 z4
P(P机 （1 床 蜗丝 杆杆 螺螺 距距 ）） ，若P=6mm，
Z 1 1,1 Z 2 0 7,Z 0 3 8,Z 0 4 1,2 求加0 工后蜗杆螺距
误差是多少？
i
P1=2
P=6
解： i工 机件 (蜗 床杆 丝） 杆 PP螺 1螺 ZZ距 距 21ZZ34 P ห้องสมุดไป่ตู้iP Z Z2 1Z Z3 4P1 71 0 2 800 066.2857
1）主轴回转误差。 纯径向跳动误差 轴向窜动误差 纯角度摆动误差
①主轴纯径向跳动误差对加精度的影响。 产生的主要原因：主轴支承轴颈的圆度误差、轴承工作表面的
圆度误差等。 a. 切削力F的作用方向不变（见图2-5 车外圆的情形)
2
R
1
3
R3
R1 △R
o o′
理论位置
实际位置
R
4
车外圆时它使加工面产生圆度和圆柱度误差。
@加工质量与设备、工艺方法、工艺措施有关。
2.1 机械加工精度
2.1.1 概述 1、机械加工精度(简称加工精度)：是指零件在机械加工后
的几何参数(尺寸、几何形状和表面间相互位置)的实际值和理 论值相符合的程度。
2、加工误差：实际参数与理论参数的差值
2.1 机械加工精度
2.1.2 影响加工精度的因素及其分析 在机械加工中，零件的尺寸、几何形状和表面间相互位置的
机械加工表面质量PPT51页课件
5.2 加工表面质量对零件使用性能的影响
*
3. 表面纹理对耐磨性的影响
表面纹理的形状及刀纹方向对耐磨性的影响，纹理形状及刀纹方向影响有效接触面积与润滑液的存留。
4.表面层产生的金相组织变化对零件耐磨性的影响
金相组织的变化引起基体材料硬度的变化，进而影响零件的耐磨性。
5.2 加工表面质量对零件使用性能的影响
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； 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。
5.4 影响加工表面层物理机械性能的因素
*
衡量表面层加工硬化程度的指标有下列三项： 1）表面层的显微硬度H； 2）硬化层深度h； 3）硬化程度N N=(H-H0)/H0×100％ 式中 H0——工件原表面层的显微硬度。
粗糙度越大，耐腐蚀性越差
压应力提高耐腐蚀性，拉应力反之则降低耐腐蚀性
总结:
*
机械加工中，表面粗糙度形成的原因大致可归纳为几何因素和物理力学因素两个方面。
（一）切削加工时表面粗糙度的影响因素
1. 几何因素
刀尖圆弧半径rε 主偏角kr、副偏角kr′ 进给量f
5.3 影响加工表面粗糙度的因素
（一）表面质量对零件耐磨性的影响
5.2 加工表面质量对零件使用性能的影响
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
零件耐磨性的影响因素： 摩擦副的材料；润滑条件；表面质量(接触面积)。
图5-1 磨损过程的基本规律
*
3. 表面纹理对耐磨性的影响
表面纹理的形状及刀纹方向对耐磨性的影响，纹理形状及刀纹方向影响有效接触面积与润滑液的存留。
4.表面层产生的金相组织变化对零件耐磨性的影响
金相组织的变化引起基体材料硬度的变化，进而影响零件的耐磨性。
5.2 加工表面质量对零件使用性能的影响
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； 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。
5.4 影响加工表面层物理机械性能的因素
*
衡量表面层加工硬化程度的指标有下列三项： 1）表面层的显微硬度H； 2）硬化层深度h； 3）硬化程度N N=(H-H0)/H0×100％ 式中 H0——工件原表面层的显微硬度。
粗糙度越大，耐腐蚀性越差
压应力提高耐腐蚀性，拉应力反之则降低耐腐蚀性
总结:
*
机械加工中，表面粗糙度形成的原因大致可归纳为几何因素和物理力学因素两个方面。
（一）切削加工时表面粗糙度的影响因素
1. 几何因素
刀尖圆弧半径rε 主偏角kr、副偏角kr′ 进给量f
5.3 影响加工表面粗糙度的因素
（一）表面质量对零件耐磨性的影响
5.2 加工表面质量对零件使用性能的影响
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
零件耐磨性的影响因素： 摩擦副的材料；润滑条件；表面质量(接触面积)。
图5-1 磨损过程的基本规律
机械加工表面质量
2．表面层物理 力学、化学性能
(1)表面粗糙度 (2)表面波度 (3)纹理方向 (4)伤痕——表面上一些个别位置 上出现的缺陷
(1)表面层加工硬化(冷作硬化)。 (2)表面层金相组织变化。
(3)表面层产生残余应力。
第一节 加工表面质量及其对使用性能的影响
第一节 加工表面质量及其对使用性能的影响
影响表层残余应力的因素
三、表层金属的残余应力——拉应力或者压应力
（一）残余应力产生的原因 1）冷塑性变形——使表层产生压缩残余应力，里层产生拉伸 残余应力。
原因：加工表面受刀具或砂轮磨粒的挤压和摩擦，产生拉伸塑性变形 ，此 时里层金属处于弹性变形状态，切削后里层金属趋于弹性恢复，但受 到已产生塑性变形的表层金属牵制
第三章 机械加工表面质量
本章学习主要要解决的问题 1. 机械加工表面质量的含义 2. 为什么要控制机械加工表面质量? 3. 哪些因素会影响表面质量? 4. 怎样提高表面质量?
第三章 机械加工表面质量
第一节 加工表面质量及其对使用性能的影响
一、机械加工表面质量的含义
1．表面的几何特征
2）热塑性变形——表层产生拉伸残余应力，里层产生压缩残 余应力。
原因：切削和磨削过程中，表层的温度比里层高，表层的热膨胀较大；加 工后零件冷却至室温时，表层金属体积的收缩受到里层的牵制。
影响表层残余应力的因素
3）相变引起的体积变化 金相组织的变化引起表层金属的比容增大，则表层金属将产生 压缩残余应力，而里层金属产生拉伸残余应力； 金相组织的变化引起表层金属的比容减小，则表层金属产生拉 伸残余应力，而里层金属产生压缩残余应力 。
• 提高砂轮速度，降低工件转速，减小纵向进给速度——增大单位面 积的磨粒数
机械加工质量及其控制概述ppt68页课件
第一节 概述
二、机械加工表面质量
（一）表面质量的概念
粗糙度太大、太小都不耐磨
适度冷硬能提高耐磨性
对疲劳强度的影响
对耐腐蚀性能的影响
对工作精度的影响
粗糙度越大，疲劳强度越差
适度冷硬、残余压应力能提高疲劳强度
粗糙度越大、工作精度降低
残余应力越大，工作精度降低
粗糙度越大，耐腐蚀性越差
压应力提高耐腐蚀性，拉应力反之则降低耐腐蚀性
本章提要
机械产品质量取决于零件的加工质量和产品的装配质量，机器零件的加工质量是整台机器质量的基础。 机器零件的加工质量一般用机械加工精度和加工表面质量两个重要指标表示，它的高低将直接影响整台机器的使用性能和寿命。 机械产品加工的首要任务，就是保证零件的机械加工质量要求。 本章重点讨论影响机械加工精度和表面质量的因素及其控制方法。
（1）主轴回转误差
第二节 机械加工精度的影响因素及控制
一、工艺系统几何误差对加工精度的影响
（一）机床的几何误差
（1）主轴回转误差
第二节 机械加工精度的影响因素及控制
一、工艺系统几何误差对加工精度的影响
（一）机床的几何误差
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
机械加工中，采用近似的成形运动或近似的刀刃形状进行加工，虽然会由此产生一定的原理误差，但却可以简化机床结构和减少刀具数，只要加工误差能够控制在允许的制造公差范围内，就可采用近似加工方法。
原始误差
工艺系统动误差
工艺系统受力变形
刀具磨损
残余应力引起变形
测量误差
工艺系统热变形
第二节 机械加工精度的影响因素及控制
二、机械加工表面质量
（一）表面质量的概念
粗糙度太大、太小都不耐磨
适度冷硬能提高耐磨性
对疲劳强度的影响
对耐腐蚀性能的影响
对工作精度的影响
粗糙度越大，疲劳强度越差
适度冷硬、残余压应力能提高疲劳强度
粗糙度越大、工作精度降低
残余应力越大，工作精度降低
粗糙度越大，耐腐蚀性越差
压应力提高耐腐蚀性，拉应力反之则降低耐腐蚀性
本章提要
机械产品质量取决于零件的加工质量和产品的装配质量，机器零件的加工质量是整台机器质量的基础。 机器零件的加工质量一般用机械加工精度和加工表面质量两个重要指标表示，它的高低将直接影响整台机器的使用性能和寿命。 机械产品加工的首要任务，就是保证零件的机械加工质量要求。 本章重点讨论影响机械加工精度和表面质量的因素及其控制方法。
（1）主轴回转误差
第二节 机械加工精度的影响因素及控制
一、工艺系统几何误差对加工精度的影响
（一）机床的几何误差
（1）主轴回转误差
第二节 机械加工精度的影响因素及控制
一、工艺系统几何误差对加工精度的影响
（一）机床的几何误差
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
机械加工中，采用近似的成形运动或近似的刀刃形状进行加工，虽然会由此产生一定的原理误差，但却可以简化机床结构和减少刀具数，只要加工误差能够控制在允许的制造公差范围内，就可采用近似加工方法。
原始误差
工艺系统动误差
工艺系统受力变形
刀具磨损
残余应力引起变形
测量误差
工艺系统热变形
第二节 机械加工精度的影响因素及控制
表面质量概念机械加工表面质量是指零件在机械加工后表面层
的变化。
２．加工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）表面质量对零件疲劳强度的影响 （３）表面质量对零件耐腐蚀性的影响 （４）表面质量对配合性质的影响 （５）表面质量对零件的使用性能其他
方面的影响
（１）表面质量对零件耐磨性的影响
磨损过程的基本规律： 零件的磨损可分为三个阶段，如图1-17所示。 第Ⅰ阶段：（初期磨损阶段）由于摩擦副开始工作时，两个零件
④伤痕 在加工表面的一些个别位置上 出现的缺陷。
在加工表面的一些个别位置上出现的缺 陷。它们大多是随机分布的，例如砂眼、 气孔、裂痕和划痕等。
（２）表面层物理、化学和力学性能
●表面层加工硬化（冷作硬化）。 ●表面层金相组织变化及由此引起的表层金
属强度、硬度、塑性及耐腐蚀性的变化。 ●表面层产生残余应力或造成原有残余应力
表面层的加工硬化对耐磨性的影响
表面层的加工硬化，一般能提高耐磨性0.5～l 倍。这是因为加工硬化提高了表面层的强度， 减少了表面进一步塑性变形和咬焊的可能。但 过度的加工硬化会使金属组织疏松，甚至出现 疲劳裂纹和产生剥落现象，从而使耐磨性下降。 所以零件的表面硬化层必须控制在一定的范围 之内。
表面互相接触，一开始只是在两表面波峰接触，当零件受力时， 波峰接触部分将产生很大的压强，因此磨损非常显著。 第Ⅱ阶段：经过初期磨损后，实际接触面积增大，磨损变缓，进 入磨损的第Ⅱ阶段，即正常磨损阶段。这一阶段零件的耐磨性最 好，持续的时间也较长。 第Ⅲ阶段：由于波峰被磨平，表面粗糙度参数值变得非常小，不 利于润滑油的储存，且使接触表面之间的分子亲和力增大，甚至 发生分子粘合，使摩擦阻力增大，从而进入磨损的第Ⅲ阶段，即 急剧磨损阶段。
２．加工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）表面质量对零件疲劳强度的影响 （３）表面质量对零件耐腐蚀性的影响 （４）表面质量对配合性质的影响 （５）表面质量对零件的使用性能其他
方面的影响
（１）表面质量对零件耐磨性的影响
磨损过程的基本规律： 零件的磨损可分为三个阶段，如图1-17所示。 第Ⅰ阶段：（初期磨损阶段）由于摩擦副开始工作时，两个零件
④伤痕 在加工表面的一些个别位置上 出现的缺陷。
在加工表面的一些个别位置上出现的缺 陷。它们大多是随机分布的，例如砂眼、 气孔、裂痕和划痕等。
（２）表面层物理、化学和力学性能
●表面层加工硬化（冷作硬化）。 ●表面层金相组织变化及由此引起的表层金
属强度、硬度、塑性及耐腐蚀性的变化。 ●表面层产生残余应力或造成原有残余应力
表面层的加工硬化对耐磨性的影响
表面层的加工硬化，一般能提高耐磨性0.5～l 倍。这是因为加工硬化提高了表面层的强度， 减少了表面进一步塑性变形和咬焊的可能。但 过度的加工硬化会使金属组织疏松，甚至出现 疲劳裂纹和产生剥落现象，从而使耐磨性下降。 所以零件的表面硬化层必须控制在一定的范围 之内。
表面互相接触，一开始只是在两表面波峰接触，当零件受力时， 波峰接触部分将产生很大的压强，因此磨损非常显著。 第Ⅱ阶段：经过初期磨损后，实际接触面积增大，磨损变缓，进 入磨损的第Ⅱ阶段，即正常磨损阶段。这一阶段零件的耐磨性最 好，持续的时间也较长。 第Ⅲ阶段：由于波峰被磨平，表面粗糙度参数值变得非常小，不 利于润滑油的储存，且使接触表面之间的分子亲和力增大，甚至 发生分子粘合，使摩擦阻力增大，从而进入磨损的第Ⅲ阶段，即 急剧磨损阶段。
机械加工质量及其控制培训教材(PPT 122页)
镗床：主轴受力方向不断改变，故主要取决于主轴轴承孔的形 状精度。
主轴径向跳动 将会造成什么
加工误差？
28
② 轴向窜动
滑动轴承主轴的轴向窜动量取决于止推（承载）轴承副 中端面与主轴轴线垂直度较高者
影响滚动轴承主轴轴向窜动的主要 因素有：
滚道与轴线的垂直度 滚动体形状误差（轴向间隙变化） 尺寸一致性（承载不均而降低刚度）
基本成形运动 （回转、直线）
成形运动法 相互位置关系 （几何关系） 均准确
保证形 状精度 的条件
速度关系 （运动关系）
非成形运动法 足够的检测精度
19
机械制造新技术：
数控（Numerical Control—NC）技术 加工中心（MC） 工业机器人（Industrial Robot）技术 自适应控制机床（Adaptive Control Machine Tools） 计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing－CAM） 计算机数控机床（Computerized Numerical Control－CNC）
若粗糙度值过小，可能增加制造成本，且可能破坏润滑油膜，造成干摩擦。
加工表面硬化到一定程度能使耐磨性有所提高，但硬化过 度反会使结晶组织出现过度变形，甚至产生裂纹或剥落，使磨损 加剧，使耐磨性降低 。
10
（2）影响疲劳强度
交变载荷作用时，表面粗糙度、划痕及微裂纹等均会引起 应力集中，从而降低疲劳强度。
20
机械制造新技术：
可变制造系统 柔性制造单元 数字化制造 无人化机械制造厂
现阶段：
生物加工的纯铜微齿轮
互联网技术的迅猛发展（e-制造、网络控制、 分子开关）
工业生产追求更大的投入产出经济效益
《机械加工质量》课件
加工质量问题的预防措施
提出预防加工质量问题的措施， 如工艺参数优化、设备维护等。
总结
机械加工质量对产品的性能和外观等方面具有重要意义，通过合理的加工工艺和质量控制手段，能够提 高加工质量并增强市场竞争力。 感谢大家的聆听，希望这份课件对您在机械加工质量方面的学习和工作有所助益。
参考文献
• 加工质量检测技术手册 • 机械加工质量分析与解决实例集锦 • 机械加工质量问题预防手册
加工质量检测的方法
包括外观检测、测量检测、性能测试等多种方法。
加工质量检测的技术手段
如先进的精密测量仪器、非接触式见加工质量问题及其 原因
如尺寸偏差、表面质量不佳等 问题的常见原因分析。
加工质量问题解决的方 法与技巧
谈论如何排除加工过程中的质 量问题，提出解决方法和应对 策略。
《机械加工质量》PPT课 件
这个PPT课件将带领大家了解机械加工质量的重要性、加工工艺、加工质量 检测、问题分析与解决等方面内容，提供实用的案例和技巧，帮助提高机械 加工质量。
机械加工质量
机械加工质量是指在加工过程中所要求的工件尺寸、形状、表面质量等能够达到预定要求的程度。 机械加工质量的重要性体现在产品的性能、寿命、外观等各个方面，直接影响产品质量的好坏和市场竞 争力。
加工工艺
1
加工工艺流程介绍
从原材料准备、工艺规划、加工设备选择到加工操作流程和工艺参数设定等。
2
加工工艺参数影响
如切削速度、进给量、切削深度等参数如何影响加工质量的好坏。
3
加工前的准备工作
包括材料检查、设备准备、刀具选择、辅助装置安装等。
加工质量检测
加工质量检测的目的
通过检测，及时发现加工质量问题，确保产品符合要求。
第七节 机械加工表面质量
3 表面层的残余应力
• 由于切削力和热的综合作用，表面层金属晶格 会发生不同程度的塑性变形或产生金相组织变 化，使表面层产生残余应力。
（三）表面质量的内容
表面粗糙度 表面微观几何 形状特征 表面波度
零件表面质量
表面物理力学 性能的变化 表面层冷作硬化 表面层残余应力 表面层金相组织的变化
二、表面质量对零件使用性能的影响
1.影响切削加工后表面粗糙度的因素
（c）刀尖圆弧半径
• 刀尖圆弧半径增加，从几何因素来看会减小表 面粗糙度值。但会增加切削过程中的挤压，塑 性变形增大，使表面粗糙度值增加。 •
（d）刃倾角
• 增大刃倾角，对降低表面粗糙度有利。因为刃 倾角增大，实际工作前角也随之增大，切削过 程中的金属塑性变形程度随之下降，这会显著 地减轻工艺系统的振动，从而使加工表面的粗 糙度下降。
2.影响磨削加工后表面粗糙度的因素
（4）砂轮材料
• 砂轮材料可分为氧化物系（刚玉）、碳 化物系（碳化硅、碳化硼）和高硬磨料 系（人造金刚石、立方氮化硼）。 • 氧化物系：适于磨削钢类零件 • 碳化物系：磨削铸铁、硬质合金等材料
• 高硬磨料：可获得极小的表面粗糙度值， 但加工成本很高。
2.影响磨削加工后表面粗糙度的因素
（5）砂轮的修整
• 修整工具有单颗粒金刚石笔和金刚石滚轮，也 可用白口铸铁或砂轮来修整，以单颗粒金刚石 笔修整的质量为最好。 • 修整砂轮的纵向进给量愈小，磨削的表面粗糙 度值愈小。
2.影响磨削加工后表面粗糙度的因素
（6）砂轮速度
• 砂轮速度越高，就有可能使表层金属塑性变形 的传播速度大于切削速度，工件材料来不及变 形，致使表层金属的塑性变形减小，磨削表面 的粗糙度值将明显减小。
机械制造工艺课件第四章机械加工表面质量
★★★
机械制造工艺
★★★
第四章
第一节
第二节 第三节 第四节
机械加工表面质量
基本概念
表面粗糙度的形成及其影响因素 加工表面力学物理性能的变化及其影响因素 机械加工中的振动
★★★
机械制造工艺
基本慨念
★★★
第一节
零件机械加工表面质量是指零件在机械加工后 表面层的微观几何形状误差和力学物理性能。零件 机械加工后表面层中存在着表面粗糙度、表面波度、 表面加工纹理等微观几何形状误差以及伤痕等缺陷， 零件表面层在加工过程中还会产生加工硬化、金相 组织变化及残余应力等现象。上述种种因素综合作 用的结果，直接影响了零件的寿命及可靠性，从而 影响产品的质量和使用性能。
★★★
机械制造工艺
★★★
图4-2
初期磨损量与零件表面粗糙度 1—轻载荷 2—重载荷
★★★
机械制造工艺
★★★
2、表面质量对零件疲劳强度的影响
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。试验表明，减小零件表面粗糙度 值可以使零件的疲劳强度有所提高。因此，对于一些承 受交变载荷的重要零件，如曲轴其曲拐与轴颈交接处精 加工后常进行光整加工，以减小零件的表面粗糙度值， 提高其疲劳强度。
★★★
机械制造工艺
★★★
图4-3
表面残留面积
★★★
机械制造工艺
★★★
金属切削过程幻灯片
★★★
机械制造工艺
★★★
2、影响表面粗糙度的工艺因素及改善措施
（1）切削用量的影响 进给量大，切屑变形也大，切屑 与刀具前刀面的摩擦以及后刀面与已加工表面的摩擦加剧， 从而增大工件表面粗糙度值。因此，减小进给量利于减小工 vc 件表面粗糙度值。 切削速度对表面粗糙度的影响因工件材料而异。对于塑 性材料，一般情况下，低速或高速切削时，不会产生积屑瘤， 故加工表面粗糙度值都较小，但在中等切削速度下，塑性材 料的工件容易产生积屑瘤或鳞刺，且塑性变形较大,如图4-4 所示。对于脆性材料，加工表面粗糙度主要是由于脆性挤裂 碎裂而成，与切削速度关系较小。所以精加工塑性材料时往 往选择高速或低速精切，以获得较小的表面粗糙度值。
机械制造工艺
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第四章
第一节
第二节 第三节 第四节
机械加工表面质量
基本概念
表面粗糙度的形成及其影响因素 加工表面力学物理性能的变化及其影响因素 机械加工中的振动
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机械制造工艺
基本慨念
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第一节
零件机械加工表面质量是指零件在机械加工后 表面层的微观几何形状误差和力学物理性能。零件 机械加工后表面层中存在着表面粗糙度、表面波度、 表面加工纹理等微观几何形状误差以及伤痕等缺陷， 零件表面层在加工过程中还会产生加工硬化、金相 组织变化及残余应力等现象。上述种种因素综合作 用的结果，直接影响了零件的寿命及可靠性，从而 影响产品的质量和使用性能。
★★★
机械制造工艺
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图4-2
初期磨损量与零件表面粗糙度 1—轻载荷 2—重载荷
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机械制造工艺
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2、表面质量对零件疲劳强度的影响
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。试验表明，减小零件表面粗糙度 值可以使零件的疲劳强度有所提高。因此，对于一些承 受交变载荷的重要零件，如曲轴其曲拐与轴颈交接处精 加工后常进行光整加工，以减小零件的表面粗糙度值， 提高其疲劳强度。
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机械制造工艺
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图4-3
表面残留面积
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机械制造工艺
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金属切削过程幻灯片
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机械制造工艺
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2、影响表面粗糙度的工艺因素及改善措施
（1）切削用量的影响 进给量大，切屑变形也大，切屑 与刀具前刀面的摩擦以及后刀面与已加工表面的摩擦加剧， 从而增大工件表面粗糙度值。因此，减小进给量利于减小工 vc 件表面粗糙度值。 切削速度对表面粗糙度的影响因工件材料而异。对于塑 性材料，一般情况下，低速或高速切削时，不会产生积屑瘤， 故加工表面粗糙度值都较小，但在中等切削速度下，塑性材 料的工件容易产生积屑瘤或鳞刺，且塑性变形较大,如图4-4 所示。对于脆性材料，加工表面粗糙度主要是由于脆性挤裂 碎裂而成，与切削速度关系较小。所以精加工塑性材料时往 往选择高速或低速精切，以获得较小的表面粗糙度值。
8：机械加工表面质量
8.1.2.3对零件抗腐蚀性能的影响
• 零件表面粗糙度值越大，抗腐蚀性能越差。表面 冷硬和金相组织变化都会产生内应力。零件在应 力状态下工作时，会产生腐蚀，降低零件的抗腐 蚀性能。
8.1.2.4对零件的其它影响
• 表面质量对零件的配合质量、密封性能及磨擦系 数都有很大的影响。表面粗糙度值越大，对动配 合来说，使用不久就会使配合性质发生变化；对 静配合来说，压装时会减少过盈量。表面层有裂 纹、加工痕迹等各种缺陷，在动载荷的作用下， 可能引起应力集中等。
8.5.4减少工艺系统振动途径
• 对于强迫振动减小回转元件不平衡的方法 来减小激振力；提高机床传动的制造精度 来减少因传动而引起的振动；调节工艺系 统的固有频率，避开共振区；提高工艺系 统的刚度及采用阻尼消振装置；将振源与 机床隔离等途径。 • 对于自激振动如合理选择切削用量；合理 选择刀具的几何角度；提高机床、工件、 刀具自身的抗振性等有显著效果。
8.4.1.1选择合理的磨削参数
减少砂轮速度和背吃刀量；适 当提高进给量和工件速度。
8.4.1.2选择有效的冷却方法
采用高压大流量冷却、内冷却 或为减轻高速旋转的砂轮表面 的高压附着气流的作用，加装 空气挡板(图8.13)
8.4.2采用冷压强 化工艺 8.4.2.1喷丸
• 喷丸是一种用压缩 空气或离心力将大 量直径细小 ( 0.4～2㎜)的丸粒 (钢丸、玻璃丸)以 30～50m/s的速度 向零件表面喷射的 方法(如图8.14(a))
8.2机械加工后的表面粗糙度 8.2.1切削加工后的表面粗糙度 8.2.1.1几何因素*
8.2.1.2物理因素
• 由图8.6可知， 切削加工后表面 的实际粗糙度与 理论粗糙度有比 较大的差别，它 与被加工材料的 性能及切削机理 有关物理因素的 影响有关。韧性 越好的材料塑性 变形就越大，且 容易出现积屑瘤 与鳞刺，使粗糙 度严重恶化。
机械加工精度和表面质量
精度，有时也会引起形状误差。
• 磨削6级精度旳丝杠螺纹，丝杠长度L=3m，热膨 胀系数 1210，6 每磨一次温度升高3℃，则被磨 丝杠将伸长：
L (12106 3000 3)mm 0.108mm
6级丝杠旳螺距累积误差在全长上不允许超0.02mm
（3）刀具旳热变形对加工精度旳影响 • 高速钢刀具车削时刃部旳温度可高达700～800℃，
刀具旳热伸长量可达0.03～0.05mm。其影响不可忽 视。 （4）减小工艺系统热变形旳措施 ① 降低发烧量；
② 热补偿措施减小热变形；
③ 采用合理旳机床部件构造降低热变形旳影响；
④ 保持工艺系统旳热平衡，加工前使机床高速运转；
⑤ 控制环境温度。
• 精密机床一般安装在恒温车间，恒温室平均温度一般为20℃， 其恒温精度一般控制在±1℃，精密级为±0.5℃。
尺寸分散范围中心与公差带中心不重叠，表白存 在常值系统误差27.9979-27.9925=0.054mm。 （3）将镗刀伸出量缩短0.054/2(mm)，使尺寸分散范 围中心与公差带中心重叠，可处理废品问题。
活塞销孔直径尺寸实际分布曲线
2.正态分布曲线
当一批工件总数极多，加工中旳误差是由许多相 互独立旳随机原因引起旳，而且这些误差原因中 又都没有任何优势旳倾向时，则其分布是服从正 态分布旳。
③ 受力方向变化引起工件形状误差
如惯性力
毛坯形状误差旳复映 惯性力引起旳加工误差
④ 其他力引起旳加工误差 夹紧力引起旳加工误差 装夹过程中，因为刚度较低或着力点不当，会引 起工件变形，造成加工误差。
重力引起旳加工误差 零部件旳自重也会引起变形。 例如，龙门刨床、龙门铣床刀架导轨横梁旳变形， 铣镗床镗杆伸长而下垂变形等，都会造成工件旳加 工误差。
• 磨削6级精度旳丝杠螺纹，丝杠长度L=3m，热膨 胀系数 1210，6 每磨一次温度升高3℃，则被磨 丝杠将伸长：
L (12106 3000 3)mm 0.108mm
6级丝杠旳螺距累积误差在全长上不允许超0.02mm
（3）刀具旳热变形对加工精度旳影响 • 高速钢刀具车削时刃部旳温度可高达700～800℃，
刀具旳热伸长量可达0.03～0.05mm。其影响不可忽 视。 （4）减小工艺系统热变形旳措施 ① 降低发烧量；
② 热补偿措施减小热变形；
③ 采用合理旳机床部件构造降低热变形旳影响；
④ 保持工艺系统旳热平衡，加工前使机床高速运转；
⑤ 控制环境温度。
• 精密机床一般安装在恒温车间，恒温室平均温度一般为20℃， 其恒温精度一般控制在±1℃，精密级为±0.5℃。
尺寸分散范围中心与公差带中心不重叠，表白存 在常值系统误差27.9979-27.9925=0.054mm。 （3）将镗刀伸出量缩短0.054/2(mm)，使尺寸分散范 围中心与公差带中心重叠，可处理废品问题。
活塞销孔直径尺寸实际分布曲线
2.正态分布曲线
当一批工件总数极多，加工中旳误差是由许多相 互独立旳随机原因引起旳，而且这些误差原因中 又都没有任何优势旳倾向时，则其分布是服从正 态分布旳。
③ 受力方向变化引起工件形状误差
如惯性力
毛坯形状误差旳复映 惯性力引起旳加工误差
④ 其他力引起旳加工误差 夹紧力引起旳加工误差 装夹过程中，因为刚度较低或着力点不当，会引 起工件变形，造成加工误差。
重力引起旳加工误差 零部件旳自重也会引起变形。 例如，龙门刨床、龙门铣床刀架导轨横梁旳变形， 铣镗床镗杆伸长而下垂变形等，都会造成工件旳加 工误差。
机械加工工艺ppt课件
薄壁套夹紧变形
38
◆ 重力影响 【例】龙门铣横梁
解决：变形补偿
龙门铣横梁变形
龙门铣横梁变形补偿
39
40
◆ 传动力与惯性力影响
➢ 理论上不会产生 圆度误差（但会产 生圆柱度误差） ➢周期性的力易会 引起强迫振动
z
l a）
Fcd
φ Fcd
R Fc yFcd Fp y r
Y
O″ Fp rcd=Fcd / kc
Fc Fc / kc
29
2、工艺系统受力变形对加工精度的影响 （1）切削力作用点位置变化引起工件形状误差 B′
A′
yx
ytj ywz
Δx
A FA
x
C
B
C′
FB
Fp
L
工艺系统变形随受力点变化规律
30
工件刚度小-------腰鼓形 工件刚度大-------马鞍形
31
(2)误差复映规律
切削加工中，由于 毛坯本身的误差（形状 或位置）使切削深度不 断变化，从而引起切削 力的变化，促使工艺系 统产生相应的变形，因 而工件表面上保留了与 毛坯表面类似的形状和 位置误差，但加工后残 留的误差比毛坯误差从 数值上大大减少了，这 一现象称为“误差复映”
16
8）提高主轴回转精度的措施 ➢提高主轴部件的制造精度
首先应提高轴承的回转精度．其次是提高箱体支承孔、 主轴轴颈和与轴承相配合有关表而的加工精度。此外，还 可在装配时先测出滚动轴承及主轴锥孔的径向圆跳动，然 后调节径向圆跳动的方位，使误差相互补偿或抵消，以减 少轴承误差对主轴回转精度的影响。 ➢对滚动轴承进行预紧，消除间隙
③与轴承配合的零件误差的影响 由于轴承内、外圈或轴瓦很薄，受力后容易变形，因此
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⑵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(图8.10为因加工
温度而引起残余应力的
202示1/3/9意图)
授课：X的高温会引 起表面的相变。
• 实际机械加工后的表面 层残余应力及其分布， 是上述三方面因素综合 作用的结果，在一定条 件下，其中某一或二种 因素可能主导作用。(图 8.11所示为三类磨削条 件下产生的表面层残余 应力)
• 磨削淬火钢时表面层烧伤有以下三种：
①回火烧伤
磨削区温度超过马氏体转变温度而未超过相变温度;
②淬火烧伤
磨削区温度超过相变温度 (用冷却液时);
③退火烧伤
不用冷却液进行干磨削时，磨削区温度超过相变温
202度1/3/，9 工件表层被退火。授课：XXX
13
8.3.2.2影响磨削加工时金相组织 变化的因素
8.1.2.4对零件的其它影响
• 表面质量对零件的配合质量、密封性能及磨擦系 数都有很大的影响。表面粗糙度值越大，对动配
合来说，使用不久就会使配合性质发生变化；对
静配合来说，压装时会减少过盈量。表面层有裂
纹、加工痕迹等各种缺陷，在动载荷的作用下，
可能引起应力集中等。
2021/3/9
授课：XXX
7
8.2机械加工后的表面粗糙度 8.2.1切削加工后的表面粗糙度
• 表面粗糙度、表面波度。 ⑵表面层的物理机械性能
• 表面导冷作硬化、表面层金相组织的变化、 表面层残余应力
2021/3/9
授课：XXX
2
2021/3/9
授课：XXX
3
8.1.2表面质量对零件使用性能的影响 8.1.2.1对零件耐磨性的影响
• 如图7.17所示，最
初接触的只是一些
凸峰顶部，实际接
③砂轮速度(提高砂轮速度增加工件刻痕数和材料来不及变形)
④工件速度(工件速度越大，表面粗糙度值增大)
⑤径向进给量(增大磨削径向进给量将增加塑性变形的程度从而增 大粗糙度)
⑥轴向进给量(磨削时采用较小的轴向进给量，则磨削后表面粗糙 度较低)
另20外21/3，/9 工艺系统的振动引起粗授课糙：X度XX增大。
②切削用量
VC
冷硬 ；f
③被加工工件材料
冷硬 ，但f 较小 冷硬
被加工工件材料硬度愈低、塑性愈大，切削后 的冷硬现象愈严重
2021/3/9
授课：XXX
12
8.3.2机械加工后表面层金相组织的变化 8.3.2.1金相组织变化的原因
• 磨削时，温度可上升到400～1000 oC，甚至更高。
出现金相织的变化，强度和硬度下降，产生残余应 力，甚至引起裂纹，这就是磨削烧伤现象。
第八章： 机械加工表面质量
（约4学时）
本章提要
• 本章旨在研究零件表面层在加工中的变化和发生 变化的机理，掌握机械加工中各种工艺因素对表面 质量的影响规律，运用这些规律来控制加工中的各 种影响因素，以满足表面质量的要求。
• 本章主要讨论机械加工表面质量的含义、表面质
量对使用性能的影响、表面质量产生的机理等。
8.2.1.1几何因素*
2021/3/9
授课：XXX
8
8.2.1.2物理因素
• 由图8.6可知，
切削加工后表面
的实际粗糙度与
理论粗糙度有比
较大的差别，它
与被加工材料的
性能及切削机理
有关物理因素的
影响有关。韧性
越好的材料塑性
变形就越大，且
容易出现积屑瘤
与鳞刺，使粗糙
度严重恶化。
2021/3/9
授课：XXX
10
8.3机械加工后的表面层物理机械性能 8.3.1机械加工后表面层的冷作硬化*
8.3.1.1冷作硬化产生的原因
• 切削或磨削
加工时，表
面层金属由
于塑性变形
使晶体间产
生剪切滑移，
晶格发生拉
长、扭曲和
破碎而得到
强化。
2021/3/9
授课：XXX
11
8.3.1.2影响冷作硬化的主要因素
①刀具
刀具的切削刃口圆角和后刀面的磨损量对于冷 作硬层有很大影响。前角减少时，冷硬也增大。
对生产现场中发生的表面质量问题，如受力变形、
磨削烧伤、裂纹和振纹等问题从理论上作出解释，
提出2021提/3/9 高机械加工表面授质课：量XXX的途径。
1
8.1机械加工后的表面质量 8.1.1表面质量的含义
表面质量是指机器零件加工后表面层的状 态。它有下面两部分：
⑴表面层的几何形状（图见下一幻灯片）
触面积比名义接触
面积小得多。图8.2
所示是实验所得的
不同表面粗糙度对
初期磨损量的影响
曲线。图8.4所示两
摩擦表面粗糙度纹
路方向对零件耐磨
性202的1/3/9影响。
授课：XXX
4
2021/3/9
授课：XXX
5
8.1.2.2对零件疲劳强度的影响
• 零件表面微观不平与表面的缺陷一样都会 产生应力集中现象；零件表面的冷硬层能 够阻碍裂纹的扩大和新裂纹的出现，可以 提高零件的疲劳强度(但冷硬层过深或过硬 则容易产生裂纹，反而会降低疲劳强度)
9
8.2.2磨削加工后表面粗糙度
• 影响磨削后表面粗糙度的因素也可归纳为三个方面：
①与磨削过程和砂轮结构有关的几何因素；
②与磨削过程和被加工材料塑性变形有关的物理因素；
③工艺系统的振动因素
• 为了降低表面粗糙度值，应考虑以下主要影响因素：
①砂轮的粒度(粒度愈细)
②砂轮的修整(修整质量越高，等高微刃(图8.7)就越多)
①工件材料为低碳钢时不会发生相变。 高合金钢如轴承钢、高速钢、镍铬钢等 传热性特别差易出现磨削烧伤
②磨削温度、温度梯度及冷却速度等可 引起工件表面金相组织发生不同变化。
2021/3/9
授课：XXX
14
8.3.3机械加工后表 面层的残余应力
8.3.3.1残余应力产 生的原因
⑴冷态塑性变形
机械加工时，表层金属 产生强烈塑性变形。
• 另外：影响残余应力的
工艺因素主要是刀具的
前角、切削速度以及工
件材料的性质和冷却润
滑液。
2021/3/9
授课：XXX
16
8.3.3.2磨削裂纹的产生
• 磨削加工中热态塑
性变形和金相织变
化的影响较大，故
大多数磨削零件的
表面层往往有残余
拉应力。当残余拉
• 表面层残余的压应力能够部分地抵消工作 载荷施加的拉压力，延缓疲劳裂纹扩展。 而残余拉应力容易使已加工表面产生裂纹 而降低疲劳强度。
2021/3/9
授课：XXX
6
8.1.2.3对零件抗腐蚀性能的影响
• 零件表面粗糙度值越大，抗腐蚀性能越差。表面 冷硬和金相组织变化都会产生内应力。零件在应 力状态下工作时，会产生腐蚀，降低零件的抗腐 蚀性能。