工业生产过程13机械加工表面质量和加工精度综述
机械加工表面质量及其控制
机械加工后工件表面层的残余应力是冷态塑性变形、热 态塑性变形和金相组织变化的综合结果。切削加工时起主要 作用的往往是冷态塑性变形，表面层常产生残余压缩应力。 磨削加工时起主要作用的通常是热态塑性变形或金相组织变 化引起的体积变化，表面层常产生残余拉伸应力。
三、表面层金相组织变化与磨削烧伤
3.影响磨削烧伤的因素及改善途径
磨削用量
砂轮与工件材料
改善冷却条件
采用开槽砂轮
间断磨削→受热↓ →磨削烧伤↓
图
1）砂轮转速↑ → 磨削烧伤↑
2）径向进给量fp↑→ 磨削烧伤↑ 3） 轴向进给量fa↑→磨削烧伤↓ 4）工件速度vw ↑→磨削烧伤↓
退火烧伤
磨削时，当工件表面层温度超过 相变临界温度Ac3时，则马氏体转变 为奥氏体。若此时无冷却液，表层金 属空冷冷却比较缓慢而形成退火组织。 硬度和强度均大幅度下降。这种现象 称为退火烧伤。
磨削时，如果工件表面层温度只 是超过原来的回火温度，则表层原来 的回火马氏体组织将产生回火现象而 转变为硬度较低的回火组织（索氏体 或屈氏体），这种现象称为回火烧伤。
• v↑→ Ra↓ •f↑→ Ra↑ •ap对Ra影响不大，太小会 打滑，划伤已加工表面
•材料塑性↑→ Ra↑ •同样材料晶粒组织大↑→ Ra↑ ，常用正火、调质处理
刀具材料、刃磨质量
•刀具材料强度↑→ Ra↓ •刃磨质量↑→ Ra↓ •冷却、润滑↑→ Ra↓
（二）磨削加工表面粗糙度
1、 磨削中影响粗糙度的几何因素
四、 影响表面层物理力学性能的 主要因素及其控制
影响表面层物理力学性能的主要因素
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
加工精度
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工件回转(车削)的情况: ①工件回转在1处： R1 = R － A ②工件回转在2处： R2 = R ③工件回转在3处： R3 = R + A ④工件回转在4处： R4 = R D1-3= R1+R2=2R D2-4= 2R = D1-3
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工件孔轴心线
α
主轴回转轴心线
主要影响工件的形状精度
垂直误差
两者比较
R y 400Rz
结论:普通机床导轨水平误差比垂直误差对加 工误差影响大得多。（此例两者相差400倍）
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误差敏感方向— 对加工误差影响大的加工表面的法线方向。 平面磨床误差敏感方向为
导轨垂直误差。
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2）主轴误差
主轴回转误差
—主轴实际回转中心的瞬时位置 与理想位置的最大偏差。 一般把主轴误差分解为三种独立运动形式: ①纯轴向窜动△x ②纯径向移动△r ③纯角度摆动△α
机械加工质量
1 机械加工质量的基本概念 2 机械加工精度 3 机械加工表面质量
机械加工质量
1 机械加工质量的基本概念
机器零件的加工质量决定了机器的： 1.性能 2.质量 3.寿命 机器产品加工质量的内容： 1.加工精度 2.加工表面质量
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机器产品加工质量要求越来越高（近30年） 加工精度 （普通）从0.01mm →0.005mm （精密）从1μm → 0.02μm (超精密）从0.1μm →0.001μm 加工表面质量粗糙度方面已获得小于 0.0005μ m的粗糙度。 加工质量与设备、工艺方法、工艺措施有关。
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（4）工艺系统受力变形 工艺系统在加工过程中受: ①切削力; ②惯性力； ③重力； ④夹紧力 力作用→产生工艺系统变形→加工误差
机械加工工艺对加工精度的影响
机械加工工艺对加工精度的影响在工业生产中，机械加工是一种常见的加工方式，通过切削、磨削、车削等方法将原料加工成所需形状和尺寸的零件。
而在机械加工过程中，加工精度是一个非常重要的指标，它直接影响着零件的质量和性能。
机械加工工艺对加工精度有着重要的影响，下面我们就来详细分析一下。
1. 刀具选择对加工精度的影响在机械加工中，刀具是起到直接切削作用的工具，刀具的选择将直接影响到加工后的表面质量和尺寸精度。
对于硬度高、耐热度好的工件，通常会选择硬质合金刀具，这样可以保证刀具在高速切削下不易变形，能够有效提高加工精度。
刀具的磨削质量也会影响加工精度。
刀具磨损严重或者磨削质量不佳会导致切刃变钝，造成加工表面粗糙度增加，甚至加工尺寸失准。
在机械加工中，加工参数包括切削速度、进给量、切削深度等。
这些参数的选择将直接影响到加工的质量和精度。
切削速度是指刀具在单位时间内切削工件的线速度，它直接影响到切削温度和刀具的耐磨性。
合理的切削速度可以有效控制切削温度，减少刀具磨损，从而提高加工精度。
进给量是指刀具在单位时间内相对于工件的位移量，它直接影响到加工后的表面质量。
如果进给量太大，会导致加工表面粗糙度增加，影响加工精度；如果进给量太小，会导致加工效率低下。
在机械加工中合理选择进给量对于保证加工精度非常重要。
加工设备是机械加工的重要组成部分，其精度和性能将直接影响到加工零件的质量。
在机械加工中，数控机床是一种高精度、高效率的加工设备，它具有高速切削、高精度加工等特点。
与传统加工设备相比，数控机床能够提供更高的加工精度，可以有效保证加工零件的质量。
加工设备的维护和保养也将直接影响到加工精度。
如果加工设备长时间未得到维护和保养，将导致设备磨损严重，降低加工精度。
加工环境是指加工场所的温度、湿度、净度等因素，它对加工精度有着重要的影响。
在机械加工中，如果加工环境温度过高或者温度变化较大，会导致加工精度不稳定，特别是对于精度要求较高的加工来说，加工环境的控制就显得非常重要。
机械加工精度与加工表面质量
机械加工精度与加工表面质量机械加工精度和加工表面质量是衡量机械加工工艺质量的两个重要指标。
机械加工精度是指加工件在尺寸、形状、位置和几何特征等方面的精确度，而加工表面质量则是指加工件表面的光洁度、粗糙度以及表面缺陷等特征。
这两个指标在现代制造业中具有重要的意义，直接关系到产品的质量和性能。
1. 机械加工精度机械加工精度通常表示加工件与其设计尺寸之间的误差。
机械加工精度的高低直接影响着加工件的装配性能和使用寿命。
常见的机械加工精度包括以下几个方面：1.1 尺寸精度尺寸精度是指加工件的几何尺寸与其设计尺寸之间的偏差。
尺寸精度可以通过测量加工件的长度、直径、角度等几何参数来评估。
通常，尺寸精度可以分为直线度、平行度、圆度、圆柱度、角度度等几个方面。
1.2 形状精度形状精度是指加工件的形状与设计形状之间的误差。
形状精度通常包括圆度、平面度、圆锥度、曲率半径等方面。
1.3 位置精度位置精度是指加工件上各个特征点的位置与设计位置之间的误差。
位置精度可以通过测量加工件上的特征点坐标来评估。
常见的位置精度指标有平行度、垂直度、位置误差等。
2. 加工表面质量加工表面质量是指加工件表面的光洁度、粗糙度以及表面缺陷等特征。
加工表面质量直接影响着摩擦、磨损、润滑等性能，同时也会影响产品的外观质量。
常见的加工表面质量指标包括以下几个方面：2.1 光洁度光洁度是指加工件表面的光亮程度。
光洁度往往是使用表面粗糙度指标来评估的，一般可通过光学显微镜、表面形貌仪等设备进行测量。
2.2 粗糙度粗糙度是指加工件表面的不规则程度。
表面粗糙度通常用Ra值表示，Ra值越小代表表面越光滑。
可以通过表面粗糙度仪进行测量，也可以使用触摸法、光学法等方法。
2.3 表面缺陷表面缺陷是指加工件表面的瑕疵、裂纹、划痕等缺陷。
表面缺陷会降低产品的整体质量和可靠性，因此正常加工过程中要尽量避免表面缺陷的产生。
3. 如何提高机械加工精度和加工表面质量为了提高机械加工精度和加工表面质量，可以从以下几个方面入手：3.1 选择合适的机床和刀具机床和刀具是机械加工的基础设备，选择合适的机床和刀具对于提高加工精度和表面质量非常重要。
机械加工中的表面质量与精度控制技术
机械加工中的表面质量与精度控制技术质量和精度的控制是机械加工中的重要环节,主要从当前机械加工精度的概念和内容出发,分析机械加工过程中产生误差的原因,力图探索在机械加工的过程中如何才能提高加工的质量,并且加强对加工过程的精度控制,从而提高整体加工水平。
标签：机械加工;表面质量;精度控制中图分类号：TB 文献标识码：A 文章编号：16723198（2012）180174011 机械加工精度概述机械加工精度是指工件在机械加工后的实际几何参数与零件图纸所规定的理想值之间的符合程度,如果它们之间存在不相符的程度则就称为加工误差。
机械的加工精度包括了三方面因素:首先是尺度因素,尺度因素限制加工表面和基准间尺寸的误差;其次是几何形状精度,主要是指限制加工表面的宏观性状的误差,从而达到提高机械加工表面质量的目的；最后是相互位置的精度,主要是指限制加工表面和其基准间的相互位置误差。
机械加工误差的大小反映了机械加工的精度高低。
2 影响机械加工质量和精度的因素及对策2.1 机床的几何误差在机械加工的过程中对工件的成形操作加工一般都是在机床上完成的,因此,机械加工品的机床几何误差直接会影响最终的加工质量和精度。
直接影响机械加工质量和精度的因素主要是主轴回转误差以及传动链误差。
从主轴回转误差来看,轴承本身的是指主轴在各个瞬间的实际回转轴线相对于其平均回转轴线的误差。
从传动链误差来看,主要是指传动链的始末两端传动元件之间相互运动产生的误差。
2.2 定位误差定位误差包括了两方面内容,分别是基准不重合誤差和定位副制造不准确误差。
在机床上对工件进行加工的过程中,需要将几何要素作为定位标准,当选择的定位基准和设计基准之间存在误差时就会产生基准不重合的误差。
另外夹具上的定位元件不可能完全准确,其实际尺寸都在允许范围内变动,当超过允许范围时就会造成较大的定位误差。
2.3 刀具的几何误差刀具在使用的过程中难免会产生磨损,从而在机械加工的过程中造成工件的尺寸以及形状的误差,最终影响了加工的质量和精度。
论机械零件的加工精度与表面粗糙度
论机械零件的加工精度与表面粗糙度摘要：机械产品的性能和使用寿命与组成产品的零件加工质量密切相关,零件的加工质量是保证产品质量基础,衡量零件加工质量的主要指标是加工精度和表面粗糙度。
零件的表面质量是机械零件加工质量的重要内容之一,机械零件的表面质量对零件使用时的耐磨性、配合精度、疲劳强度、抗腐蚀性等有很大的影响,提高加工表面的质量,对保证零件的使用性能、提高零件及其机器的寿命具有重要的意义。
本文对机械加工表面质量进行了分析,指出了影响机械加工表面质量的因素,并提出了提高机械加工表面质量的措施,对工程实践有一定的指导作用。
关键词：机械零件表面质量机械加工加工精度表面粗糙度机械零件的加工质量,除加工精度外,表面质量也是极其重要的一个方面。
任何机械加工方法所获得的已加工表面都不可能达到理想状态,总会存在一定程度的微观几何形状误差、划痕、裂纹、表面金相组织变化和表面残余应力等缺陷,这些缺陷会影响零件的使用性能、寿命、可靠性。
因此,机械加工既要保证零件的尺寸、形状和位置精度,又要保证机械加工表面质量。
机械加工表面质量,是指零件在机械加工后被加工面的微观不平度,也叫粗糙度,产品的工作性能、可靠性、寿命在很大程度上取决于主要零件的表面质量。
研究机械加工精度与表面粗糙度的关系,其目的就是为了掌握机械加工中各个工艺对加工表面质量影响的规律,以便利用这些规律来控制加工过程,最终达到改善产品质量、增强产品使用性能的目的。
1、影响机械零件质量的两个重要因素机械零件的机加工质量包含尺寸精度和表面质量,机械零件的表面质量又包含加工表面的几何特点和表面层的物理化学性能两个方面的内容。
1.1 加工精度加工精度是指零件经过加工后的尺寸、几何形状以及各表面的相互位置等参数的实际值与设计理想值相符合的程度,而它们之间的偏离程度就是加工误差,加工误差的大小即反映了加工精度的高低。
加工精度是衡量零件加工质量的主要指标,在机械加工过程中,会有很多因素影响工件的加工质量,如何使工件的加工达到质量要求,以及如何减少各种因素对加工精度的影响,就成为加工前必须考虑的问题。
零件的加工质量包括加工精度和表面质量
零件的加工质量包括加工精度和表面质量。
其中加工精度有尺寸精度、形状精度和位置精度，表面质量的指标有表面粗糙度、表面加工硬化的程度、残余应力的性质和大小。
表面质量的主要指标是表面粗糙度。
1.极限与配合现代化机械制造工业中大多数产品成批生产或大量生产，要求生产出来的零件不经任何修配和挑选就能装到机器上去，并能达到规定的配合(紧松要求) 和满足所需要的技术要求。
在同一规格的一批零件中，任取一个。
不需任何就能装到机器上去。
并达到规定的技术性能要求，我们称这种零件具有互换性。
互换性在机械制造中具有重要的作用. 例如，自行车和手表的零件损坏后，修理人员很快就可以用同样规格的琴件换上，恢复自行车和手表的功能。
在实际生产过程中，加工出来的零件不可避免地会产生误差，这种误差称为加工误差。
实践证明，只要加工误差控制在一定范围内，零件就能够具有互换性. 按零件的加工误差及其控制范环制订出的技术标准，称为极限与配合标准。
它是实现互换性的基础。
为了满足各种不同精度的要求，国家标准 GB/T.1000.3 -18《极限与配合基础第3 部分：标准公差和基本偏差数值表》规定标准公差分为20 个公差等级(公差等级是指确定尺寸精确程度的等级) ，它们是 IT01、IT0、IT1,rl-,...,IT18. IT 表示标准公差，数字表示公差等级.其中IT01为最高,IT18为最低。
公差等级高，公差值小，精确程度高；公差级低，则公差值大，精确度低。
2.加工精度实际零件的形状、尺寸和理想零件的形状、尺寸相符合的程度。
精度的高低用公差来表示。
（1）尺寸精度及其检验1）尺寸精度尺寸精度是指实际零件的尺寸和理想零件的尺寸相符合的程度，即尺寸准确的程度，尺寸精度是由尺寸公差（简称公差）控制的。
同一基本尺寸的零件，公差值的大小就决定了零件的精确程度，公差值小的，精度高，公差值大的，精度低。
2）尺寸精度的检验尺寸精度常用游标卡尺、百分尺等来检验。
若测得尺寸在最大极限尺寸与最小极限尺寸之间，零件合格。
提高机械加工精度和表面质量的技术措施
（ ２ ） 切削条件。 在巾、 低速加工塑性材料 时， 容易产生积屑瘤 的基准 ， 也是机床运动 的基准 。 除了导轨本身的制造 误差外， 导 和鳞 刺， 所 以， 提高切削速度 ， 减 少积 屑瘤和鳞刺 ， 减 小零 件 已 轨的不均匀磨损及安装质量， 也是造成导轨误差 的重要 因素。 加 工表面粗糙 度值。 正常切削条件下， 切 削深 度对表 面粗糙度 影 响不大， 因此 ， 机械 加工时不能选用过小的切削深度。 （ ３ ） 砂 轮。 粒度 磨粒越 细， 单位面积 上 的磨粒数 越多， 刻划 性 能下降， 反而增大表 面粗糙度 ， 甚至 出现烧 伤现 象。 度 砂轮
的硬度要适中， 不能太软， 也不能过硬。 砂轮修整的质量越 好， （ ４ ） 刀具 的几何误 差。 任 何刀具在切削过程 中， 都会不可避
免地产生磨损， 由此引起工件尺寸和形状 的改变。
（ ５ ） 工艺系统受热变形引起 的误 差。 工艺系统热变形对加工 （ ６ ） 测量误差。 零件在加工时或加工后进行测量时Ｉ 由于测量
摩 擦 抛 光 过 程 的加 工 方 法 ，能 获 得 较 高 加 工 表 面 粗 糙 度 可采取分化某些原始误差 的方法。 对加工精度要求高的零 件表
（ Ｒ ａ ＝ Ｏ ． ０ １ ～ ０ ． １ ｕ ｍ ） 。目前， 超 精加工广泛用于 曲轴、凸轮轴 、 刀 面， 还可 以采取在不断试切 加工过程 中， 逐步均化 原始误差 的 具、 轴 承、 精密量仪及电子仪器等精密零件。
（ ３ ） 珩磨。 珩磨是利用珩磨工具对工件表面施加一定的压力，
方法。
（ ５ ） 转移原始误差。 该方法的实质就是将原始误差 从误差敏
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表面层金属的力学物理性能
表面质量对零件使用性能的影响
粗糙度太大、太小都不耐磨 对耐磨性影响 适度冷硬能提高耐磨性 粗糙度越大，疲劳强度越差
零件表面质量
对疲劳强度的 影响
适度冷硬、残余压应力能提高疲 劳强度
对工作精ห้องสมุดไป่ตู้的 影响
粗糙度越大、工作精度降低
残余应力越大，工作精度降低
对耐腐蚀性能 的影响
2014-11-3
表面质量的概念
加工表面质量包括两个方面的内容： 加工表面的几何形状误差和表面层 金属的力学物理性能。
2014-11-3
加工表面的几何形状误差，包括如下四个部分， 如图所示。 表面粗糙度 表面粗糙度是加工表面的微观几何 形状误差，其波长与波高比值一般小于50。 波度 加工表面不平度中波长与波高的比值等于 50～1000的几何形状误差称为波度，它是由机 械加工中的振动引起的。当波长与波高比值大 于1000时，称为宏观几何形状误差。例如：圆 度误差，圆柱度误差等，它们属于加工精度范 畴。
2014-11-3
加工表面 的几何形 状误差
加工纹 理方向 及其符 号标注
纹理方向 纹理方向是指表面刀纹的方向，它取 决于表面形成过程中所采用的机械加工方法。 图给出了各种纹理方向及其符号标注。 伤痕 伤痕是在加工表面上一些个别位置上出现 的缺陷，例如砂眼、气孔、裂痕等。
2014-11-3
2014-11-3
CDIO相关能力在今天课程中的培养：
应用基础科学知识与工程基础知识，实行工 程推理和解决问题的能力； 通过对“切削条件如何影响零件加工表面质 量、零件加工表面质量如何影响零件使用性 能”和“工艺系统的静态几何误差如何影响 机械加工精度”的了解，提高系统思维的能 力； 对各项学习任务进行合理的时间安排，有效 高质量地完成。
2014-11-3
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
零件加工表面质量 对使用性能的影响
加工表面质量对零件耐磨性、对零件 抗疲劳强度、对零件工作精度和零件 耐腐蚀性能均有直接影响。 因此，对于直接影响产品性能的零件 重要表面，必须选用合适的最终加工 工序，严格控制表面质量。
2014-11-3
影响切削加工后已加工 表面粗糙度的主要因素
切削层残留面积； 表面随机性的塑性变形； 鳞刺与积屑瘤现象； 刀刃平直性和刃口钝圆半径。 切削条件（包括切削用量、工件材料性能 和刀具几何参数等）通过影响上述因素而 间接影响切削加工后的已加工表面粗糙度。
2014-11-3
2014-11-3
磨削加工后的表面粗糙度
磨削条件（包括磨削用量、 砂轮参数与修整参数、以及 工件材料性能等）通过影响 上述因素而间接影响磨削加 工后的已加工表面粗糙度。
2014-11-3
磨削加工后的表面粗糙度
2014-11-3
机械加工后表面物理 机械性能的主要变化
加工表面的显微硬度变化（冷作硬 化） 加工表面金相组织变化（如磨削烧 伤） 加工表面层的残余应力（包括磨削 裂纹）
由于机械加工中力因素和热因素的综合作用，加工表 面层金属的力学物理性能将发生一定的变化，主要反 映在以下几个方面： 表面层金属的冷作硬化 表面层金属硬度的变化用硬化 程度和深度两个指标来衡量。在机械加工过程中，工 件表面层金属都会有一定程度的冷作硬化，使表面层 金属的显微硬度有所提高。一般情况下，硬化层的深 度可达0.05～0.30mm；若采用滚压加工，硬化层的 深度可达几个毫米。 表面层金属的金相组织 机械加工过程中，由于切削热 的作用会引起表面层金属的金相组织发生变化。在磨 削淬火钢时，由于磨削热的影响会引起淬火钢中的马 氏体的分解，或出现回火组织等等。 表面层金属的残余应力 由于切削力和切削热的综合作 用，表面层金属晶格会发生不同程度的塑性变形或产 生金相组织的变化，使表层金属产生残余应力。
工艺参数对加工表面 粗糙度的影响实验
实验课的实验：“工艺参数对加工表 面粗糙度的影响”中，将由学生自行 设计实验方案来研究切削速度、进给 量、切深、刀具主偏角、刀尖半径、 刀具前角、工件材料（钢，铸铁）等 对加工表面粗糙度的影响。
2014-11-3
残留面积和塑性变形
2014-11-3
积屑瘤前端伸出刀刃 外，代替刀刃进行切 削。它不但使切削厚 度增加，影响工件尺 寸精度，而且由于积 屑瘤前端不规则，会 在工件表面上划出沟 痕和挤歪已有沟痕， 在已加工表面留下不 规则的切削痕迹—— 犁沟。
2014-11-3
积屑瘤
鳞刺
2014-11-3
刀刃平直性
2014-11-3
影响磨削加工表面粗糙度的主要因素
正像切削加工时表面粗糙度的形成过程一样，磨削加 工表面粗糙度的形成也是由几何因素和表面层金属的 塑性变形(物理因素)决定的，但磨削过程要比切削过 程复杂得多。 几何因素——磨削表面是由砂轮上大量的磨粒刻划出 的无数极细的沟槽形成的。单从几何因素考虑，可认 为在单位面积上刻痕越多，即通过单位面积的磨粒数 越多，刻痕等高性越好，则磨削表面粗糙度值越小。 表面层金属的塑性变形（物理因素）——磨削速度远 比一般切削加工速度高得多，且磨粒大多为负前角， 磨削比压大，磨削区温度很高，工件表层温度有时可 达900℃，工件表层金属容易产生相变而烧伤。因此， 磨削过程的塑性变形要比一般切削过程大得多。
了解机械加工表面质量的含义及其对零件使 用性能的影响； 熟悉影响已加工表面粗糙度的因素； 熟悉机械加工后表面物理机械性能的变化； 了解提高加工表面质量的途径； 了解振动对表面质量的影响及其抑制手段； 掌握机械加工精度的概念； 熟悉误差分类和组成； 熟悉工艺系统的静态几何误差对机械加工精 度的影响。
工业生产过程
机械加工表面质量和加工精度
ZZQ
2014-11-3
本节课内容：
零件加工表面质量对使用性能的影响; 对零件加工表面质量的影响因素; 提高零件加工表面质量的途径； 机械加工精度和加工误差； 工艺系统的静态几何误差对机械加工 精度的影响。
2014-11-3
今天的课程学完后，预期学习结果 ：