第4章零件加工表面质量
第四章光学零件加工技术
第四章粗磨——第一节研磨的本质
图4—3固着磨料研磨 铣磨时，磨具的主要运动是旋转，磨具和工件的相对运 动产生的切削F可分解成水平Fk和垂直Fn两个部分。如同玻璃 刀划割玻璃，垂直分力Fn使磨料颗粒进入玻璃深处，形成交 错裂纹，裂纹角大约为1550，它的大小不随玻璃牌号变化。
第四章粗磨——第一节研磨的本质
第四章粗磨——第二节铣削加工原理
四.金刚石磨具铣槽或圆弧
为了便于装配固定，如棱镜、平面镜等，或减轻重量等 原因，常需在零件上铣槽或磨圆弧等。现用金刚石磨具代 替手工。
第四章粗磨——第二节铣削加工原理
图4—6铣圆弧
图4—5铣圆弧
图4—7铣槽
第四章粗磨——第三节磨料和磨具
§4—3磨料和磨具 一.磨料：是研磨零件和制造磨具用的材料，是具有一 定硬度和韧性的粉状或粒状物质。是主要辅料之一。磨料 的研磨性能与硬度、韧性和粒度有关。
第四章粗磨——第二节铣削加工原理
二.斜截圆成型球面的证明
图4—5斜截圆的坐标
下面用数学方法来证明斜截圆绕工件轴的回转面为球面。 如图；有二个直角坐标系（XYZ，X’Y’Z’）均以O为坐标原点。 OX’、OZ’分别与OX，OZ夹角为α，OY与OY’重合。其中OZ代表工 件轴线，OZ’代表磨轮轴线。坐标原点O是工件轴与磨轮轴交点， 夹角为α。O’为为斜截圆中心，A为磨轮端面顶点与工件中心接 触处，则OA=R（O为零件曲率半径中心），O’A=ρ（斜截圆半 径），在X’Y’Z’坐标系中，斜截圆方程为
第四章粗磨——第二节铣削加工原理
①金刚石磨轮刃口通过工件顶点； ②磨轮轴与工件轴相交于O点； ③磨轮轴与工件轴夹角为α； ④磨轮轴高速旋转，工件轴低速转动。 这种运动轨迹的包络面就形成球面。 它们的运动原理遵循正弦公式，球面的曲率半径R与夹角 α有关，由图得正弦公式：即
第四章 机械加工质量及其控制
工艺系统刚度主要取决于薄弱环节的刚度。
2）机床刚度
y机床 y主轴 y刀架 y尾座
k主轴＝ k尾架＝ k刀架＝ Fp 2 y主轴 Fp 2 y尾架 Fp y刀架
机床的刚度取决于部件的刚度。
（2）工艺系统刚度对加工精度的影响
常见的几种工艺系统中其低刚度环节所在位置:
镗孔：工件进给孔为椭圆形。
避免措施
提高主轴及箱体的制造精度、选用高精度的轴承、提高主轴 部件的装配精度、对高速主轴部件进行平衡、对滚动轴承进 行预紧等，均可提高机床主轴的回转精度。
2）导轨误差
(a) 在水平面 内的直线度误 差 误差敏感方向
(b) 在垂直平面 内的直线度
ΔR ≈Δ22/D 设Δ2=
工艺系统的刚度在不同的加工位置上是各不相同的，当主轴箱 刚度与尾座刚度相等时，工艺系统刚度在工件全长上的差别最 小，工件在轴截面内几何形状误差最小。
在车床上加工短而粗的光轴（工件刚度相对于机床刚度大 得多），已知径向切削分力
Fp
=1000N，主轴刚度
k主轴
=100000N/mm，尾座刚度
k尾座
=50000N/mm，
正确地选用刀具材料和选用新型耐磨的刀具材料，合理地选 用刀具几何参数和切削用量，正确地刃磨刀具，正确地采用冷 却润滑液等，均可有效地减少刀具的尺寸磨损。必要时还可采 用补偿装置对刀具尺寸磨损进行自动补偿。
10000.054 mm， 加工一合金钢管，其外径为
工件长度
l =2100mm，圆柱度公差在全长范围内
c）采用合理的装夹方式和加工方式
2）减小切削力及其变化 合理地选择刀具材料、 增大前角和主偏角、对 工件材料进行合理的热 处理以改善材料的加工 性能等，都可使切削力 减小。
第4章典型表面加工
第4章典型表面加工分析·1·第4章典型表面加工分析机器是由零件组成的，零件表面的结构形状各式各样，常见的典型表面有以下几种：外圆表面、内孔表面、平面、成形表面、螺纹表面等。
这些表面按其在机器中的作用不同，即完成的功能不同，可分为两类：一是功能性表面，二是非功能性表面。
功能性表面与其他零件表面有配合要求，它的精度和表现质量在机器运转中起重要作用，决定着机器的使用性能，设计时需视其功能要求确定合理的精度和表面质量要求。
非功能性表面与其他零件表面无配合要求，其加工精度和表面质量要求不高。
零件表面的类型和要求不同，采用的加工方法也不一样，但无论何种表面，在设计其加工工艺时，都需遵循以下两个基本原则：1. 粗、精加工分开为保证零件表面的加工质量和生产效率，需将粗、精加工分开，以达到各自的目的与要求。
粗加工的目的是要求生产率高，在尽量短的时间内切除大部分余量，并为进一步加工提供定位基准及合适的余量。
粗加工时，由于背吃刀量和进给量较大，产生的切削力和所需夹紧力也较大，故工艺系统的受力变形较大。
又因粗加工切削温度高，也将引进工艺系统较大的热变形。
此外，毛坯有内应力存在，还会因切除较厚一层金属，使内应力重新分布而发生变形。
这都将破坏已加工表面的精度。
精加工的目的是对零件的主要表面进行最终加工，使其获得符合精度和表面粗糙度要求的表面。
因此，只有粗、精加工分开，在粗加工后再进行精加工，才能保证工件表面的质量要求。
另外，先安排粗加工，可及时发现毛坯的缺陷（如铸铁的砂眼、气孔、裂纹、局部余量不足等），以便及时报废或修补充，避免继续加工造成浪费。
2. 几种不同加工方法相配合实际生产中，对于某一种零件的加工，往往不是在一台机床用一种加工方法完成的，而要根据零件的尺寸、形状、技术要求和生产批量，结合各种加工方法的工艺方法特点和适用范围及现有设备条件，综合考虑生产效率和经济效益，拟定合理的加工方案，将几种加工方法相配合，逐步完成零件各种表面的加工。
机械制造技术基础(第2版)第四章课后习题答案
《机械制造技术基础》部分习题参考解答第四章机械加工质量及其控制4-1什么是主轴回转精度？为什么外圆磨床头夹中的顶尖不随工件一起回转，而车床主轴箱中的顶尖则是随工件一起回转的？解：主轴回转精度——主轴实际回转轴线与理想回转轴线的差值表示主轴回转精度，它分为主轴径向圆跳动、轴向圆跳动和角度摆动。
车床主轴顶尖随工件回转是因为车床加工精度比磨床要求低，随工件回转可减小摩擦力；外圆磨床头夹中的顶尖不随工件一起回转是因为磨床加工精度要求高，顶尖不转可消除主轴回转产生的误差。
4-2 在镗床上镗孔时（刀具作旋转主运动，工件作进给运动），试分析加工表面产生椭圆形误差的原因。
答：在镗床上镗孔时，由于切削力F的作用方向随主轴的回转而回转，在F作用下，主轴总是以支承轴颈某一部位与轴承内表面接触，轴承内表面圆度误差将反映为主轴径向圆跳动，轴承内表面若为椭圆则镗削的工件表面就会产生椭圆误差。
4-3为什么卧式车床床身导轨在水平面内的直线度要求高于垂直面内的直线度要求？答：导轨在水平面方向是误差敏感方向，导轨垂直面是误差不敏感方向，故水平面内的直线度要求高于垂直面内的直线度要求。
4-4某车床导轨在水平面内的直线度误差为0.015/1000mm，在垂直面内的直线度误差为0.025/1000mm，欲在此车床上车削直径为φ60mm、长度为150mm的工件，试计算被加工工件由导轨几何误差引起的圆柱度误差。
解：根据p152关于机床导轨误差的分析，可知在机床导轨水平面是误差敏感方向，导轨垂直面是误差不敏感方向。
水平面内：0.0151500.002251000R y∆=∆=⨯=mm；垂直面内：227()0.025150/60 2.341021000zRR-∆⎛⎫∆==⨯=⨯⎪⎝⎭mm，非常小可忽略不计。
所以，该工件由导轨几何误差引起的圆柱度误差0.00225R∆=mm。
4-5 在车床上精车一批直径为φ60mm 、长为1200mm 的长轴外圆。
加工精度和加工的表面质量
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机械制造工艺基础
•（2）试切法加工
•试切法加工的过程是：对工件试切 测量 调整 再试切，直至
达到精度要求后，才合上机动进给机构进行正式切削。引起
调整误差原因有。
•1）测量误差
•2）进刀机构的位移误差
•3）试切时与正式切削时切削深度不同而引起的误差。
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机械制造工艺基础
•二、加工的表面质量
•零件的加工精度是指零件在加工后的实际几何参数与理想
几何参数的符合程度。零件的加工精度包括尺寸精度、形 状精度和位置精度。
•1.加工精度的含义
• （1）尺寸精度。是指零件的直径、长度、表面间距离等
尺寸的实际数值和理想数值的接近程度。尺寸精度是用尺 寸公差来控制。 •（2）形状精度。是指加工后零件上的点、线、面的实际 形状与理想形状的符合程度。形状精度是用形状公差来控 制。 •（3）位置精度。是指加工后零件上的点、线、面的实际 Logo 位置与理想相符合的程度。位置精度是用位置公差来控制
机 械 制 造 工 艺 基 础
第四章 切削加工基础
机械制造工艺基础
第五节 加工精度和加工的表面质量
知 识 目 标
技 能 目 标
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•掌握加工精度的含义与调整误差的方法。 •掌握降低表面粗糙度的工艺措施。
•学会应用正确的加工方法，提高零件表面质量。
机械制造工艺基础
第五节 加工精度和加工的表面质量 •一、加工精度
•1.表面质量的含义
•在切削过程中，由于振动、刀痕以及刀具与工件之间的摩擦
，在工件已加工表面不可避免地留下一些微小峰谷，这些微
小峰谷的高低程度称为表面粗糙度。
ห้องสมุดไป่ตู้
•2.降低表面粗糙度值的工艺措施
第4章 表面精度
表面结构要求的注写方向
用指引线注出表面结构的要求
表面结构要求标注在尺寸线上
表面结构要求标注在形位公差的框格上
表面结构要求的简化注法
表度参数是基本参数，为标准规定的必选参数。 不论选用Ra还是选用Rz作为评定参数时，参 数值前都需标注出相应的参数代号Ra或Rz。
完整图形符号
实际应用中不必注齐所有项目
16%规则和最大规则 规则和最大规则
图样上标注表面粗糙度参数的上限值或下限值 时，表示在表面粗糙度参数的所有实测值中， 允许超过规定值的个数少于总数的16％； 图样上标注表面粗糙度参数的最大值max时， 表示表面粗糙度参数的所有实测值均不得超过 该规定值。
表面粗糙度轮廓评定参数的选择( 表面粗糙度轮廓评定参数的选择(续１)
具体选用可参照经过验证的实例，用类比法来确定。 具体选用可参照经过验证的实例，用类比法来确定。 对粗糙度高度参数，优先采用Ra： 对粗糙度高度参数，优先采用 ： (1)满足功能要求的情况下，尽量选用较大的参数值。 满足功能要求的情况下， 满足功能要求的情况下 尽量选用较大的参数值。 (2)同一零件上工作表面的粗糙度参数值小于非工作表 同一零件上工作表面的粗糙度参数值小于非工作表 面的粗糙度参数值。 面的粗糙度参数值。 (3)摩擦表面比非摩擦表面的粗糙度参数值要小； 摩擦表面比非摩擦表面的粗糙度参数值要小； 摩擦表面比非摩擦表面的粗糙度参数值要小 滚动摩擦表面比滑动摩擦表面的粗糙度参数值要小； 滚动摩擦表面比滑动摩擦表面的粗糙度参数值要小； 运动速度高、 运动速度高、单位压力大的摩擦表面应比运动速度 单位压力小的摩擦表面的粗糙度参数值要小。 低、单位压力小的摩擦表面的粗糙度参数值要小。
举例: 举例
新标准
GB/T 13l—2006《产品几何技术规范(GPS)技 术产品文件中表面结构的表示法》。原标准中 表面粗糙度符号、代号的注法，在新标准中的 由表面结构符号、代号的注法取替。
第4章 影响切削加工及表面质量
4.2 刀具材料的合理选择
2. 硬质合金的分类和性能 ISO国际标准将硬质合金分为以下三大类： P类：相当于我国的 YT类，用于加工长切屑黑色金
属。 K类：相当于我国的 YG类，用于加工短切屑黑色金 属、有色金属和非金属。 M类：相当于我国的YW类，用于加工长短切屑的黑 色金属、有色金属。
常用刀具材料有碳素工具钢（T10A，T12A）、合金工 具钢（9SiCr、CrWMn）、高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚 石、立方氮化硼等。碳素工具钢和合金工具钢因耐热性差、 允许切削速度低，所以常用碳素工具钢制造手用刀具（如锉 刀、刮刀）。用合金工具钢制造低速刀具（如丝锥，板牙 等），陶瓷、金刚石、立方氮化硼仅用于某些难加工材料和 精密、超精密切削加工。目前刀具材料中应用最多的仍是高 速钢和硬质合金。
4.2 刀具材料的合理选择
3. 硬质合金的选用 1）YG类硬质合金主要用于加工铸铁、有色金属及非金属。 加工这类材料时，切屑呈崩碎切屑，切削力、切削热集中在 刀刃附近容易崩刃， YG 类硬质合金强度高，韧性好，导热 性能好，正好满足加工要求。 YG3X、YG6X 还可用于加工 冷硬铸铁、淬火钢、高强度钢、不锈钢、高温合金、钛合金、 硬青铜、硬的和耐磨的绝缘材料。YS2（YG10H）可用于加 工高强度钢、高温合金等难加工材料。 YG6A、YG8A 可加 工铸铁和不锈钢。
4.1 工件材料的切削加工性
4.1 工件材料的切削加工性
4.1.2 影响工件材料切削加工性的因素
一、工件材料的硬度对切削加工性的影响 工件材料的硬度有常温硬度和高温硬度，它们对切削加工性的影响 是不同的。 1. 工件材料的常温硬度对切削加工性的影响 一般情况下，同类工件材料中常温硬度越高的材料其切削加工性 越低。 2. 工件材料的高温硬度对切削加工性的影响 工件材料的高温硬度越高，切削加工性越低。因为工件材料的高温 硬度越高，切削温度越高，刀具材料的硬度在高的切削温度作用下 会下降，刀具材料的硬度与工件材料的硬度比要下降，因此刀具磨 损加剧、耐用度低、切削加工性低。
第四章机械零件常见表面加工方案的确定
批量生产时的末淬硬零件的加工 ⑤ 研磨 ：主要用于提高零件表面的光洁度，是一
种光整加工方法。
4.2.2 铣削加工
1） 铣削加工的特点： （1）铣刀是一种多齿刀具，在铣削时，铣刀的每个刀齿不
象车刀和钻头那样连续地进行切削，而是间歇地进行切削， 刀具的散热和冷却条件好，铣刀的耐用度高，切削速度可 以提高； （2）铣削时经常是多齿进行切削，可采用较大的切削用量， 与刨削相比，铣削有较高的生产率，在成批及大量生产中， 铣削几乎已全部代替了刨削； （3）由于铣刀刀齿的不断切入、切出，铣削力不断地变化， 故而铣削容易产生振动，加工精度不高。
2）车削加工类型
• 一般可分为4种：粗车、半精车、精车和精细车。 • (1) 粗车 主要用于零件的粗加工，作用是去除工件上大部份加工余
量和表层硬皮，为后续加工作准备。加工余量约(1.5mm～2mm),加工 后的尺寸精度可达IT11～IT13；表面粗糙度Ra可达（50～12.5）μm • (2) 半精车 在粗车的基础上对零进行半精加工,进一步减少加工余量, 提高表面光洁度, 加工余量约 (1.5mm～0.8mm),加工尺寸精度可达 IT8～IT10；表面粗糙度Ra可达（6.3～3.2）μm,一般可用作中等精度 要求零件的终加工工序。 • (3) 精车 在半精车的基础上对零件进行精加工, 加工余量约 (0.5mm～0.8mm), 加工后的尺寸精度可达IT7～IT8；表面粗糙度Ra 可达（1.6～3.2）μm. • (4) 精细车 主要用于有色金属的精加工。加工余量小于 0.3mm, 加 工后的尺寸精度可达IT6～IT7；表面粗糙度Ra可达（0.4～0.0025） μm。
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1.零件的加工精度主要包括、和。
2.机械加工工艺系统由、、和等四个要素组成。
3.机械加工工艺系统各环节的误差即原始误差对加工误差会产生不同程度的影响，原始
误差包括：误差、误差、误差、误差、误差和误差等。
4.表面粗糙度产生的原因包括：、和。
5.机床精度中对加工精度影响较大的包括机床主轴误差和机床导轨误差。
其中机床主轴
误差包括和主轴回转误差，而主轴回转误差又包括、和三种基本形式。
6.车削加工工件外圆时，机床主轴的几何偏心会引起加工表面
误差，机床主轴回转纯径向跳动会引起加工表面误差，主轴回转纯角度摆动会引起加工表面误差。
7.根据加工误差的性质不同，我们把在相同加工条件下加工一批零件时产生的大小和方
向不变的误差称为误差；把大小和方向按加工顺序有规律变化的误差称为误差；而把大小和方向无变化规律的误差称为误差。
8.在车削或磨削外圆加工中，可以采用合理的工艺方法来消除主轴回转精度对加工精度
的影响，下列方案中可行的是……………………………（）
（A）刚性芯轴定位安装（B）弹性芯轴定位安装（C）固定顶尖定位安装
9.用双顶尖装夹车削加工细长轴时易出现的形状误差是…………………（）
（A）腰鼓形误差（B）马鞍形误差（C）锥形误差
10.在车削加工短而粗的刚性轴时会出现马鞍形形状误差，其最小直径出现的位置
在………………………………………………………………………（）
（A）偏向床头一侧（B）偏向床头或尾座中刚性较低的一侧
（C）偏向床头或尾座中刚性较高的一侧
11.在大量生产零件时，为了提高机械加工效率，通常加工尺寸精度的获得方法
为…………………………………………………………………………（）
（A）试切法（B）调整法（C）自动控制法
12.加工铸铁材料时产生表面粗糙度的原因除了加工残留面积外还有……（）
（A）积屑瘤（B）鳞刺（C）切屑崩碎
13.为了降低机械切削加工的表面粗糙度，可采取的措施为………………（）
（A）小进给量、小背吃刀量、高速或低速切削（B）大进给量、中速切削
（C）高速钢刀具微量超高速切削
1.当零件表面层有残余压应力时，使表面层对腐蚀作用的敏感性………（）
（A）降低了（B）增加了（C）不影响（D）有时会影响
2.在±3σ范围内，正态分布曲线与横坐标轴之间所围面积等于………（）
（A）0.5 （B）0.97 （C）0.9973 （D）1
3.误差复映系数与工艺系统刚度……………………………………………（）
（A）无关（B）成正比（C）成反比（D）成平方关系
4.车床主轴采用滑动轴承时，造成主轴径向跳动的最主要原因是………（）
（A）轴颈圆度误差（B）轴套孔圆度误差
（C）轴颈与轴套间隙偏大（D）轴颈与轴套间隙偏小
5.在外圆磨床上磨削一批轴的外圆，其尺寸要求为φ20-0.1mm。
此工序尺寸按正态分布，
均方根偏差σ=0.025mm，公差带中心大于分布曲线中心，偏差值为Δ=0.03mm，则该工序………………………………………………（）
（A）会出现不可修复废品（B）不会出现废品
（C）会出现可修复废品（D）两类废品都有
6.在机械加工工艺过程中安排加工顺序时，要“先基准后其它”的目的
是……………………………………………………………………………（）
（A）使后续工序有精确的定位基面（B）消除工件残余应力
（C）避免加工表面产生加工硬化（D）以免受其它工序的影响
7.在大批量生产中，以下加工方法中能获得机械加工尺寸精度的方法
是……………………………………………………………………………（）
（A）试切法（B）一次装夹获得法
（C）成形运动法（D）调整法
1.在车削加工短而粗的刚性轴时会出现马鞍形形状误差，其最小直径出现的位置在偏向
床头或尾座中刚性较低的一侧。
……………………………（）
2.在车削或磨削外圆加工中，可以采用固定顶尖定位安装工件的工艺方法来消除主轴回
转精度对加工精度的影响。
………………………………（）
3.在机械加工工艺过程中，要基准先行的目的是使后道工序有精确的定位基
面。
…………………………………………………………………………（）
4.在大量生产零件时，为了提高机械加工效率，通常加工尺寸精度的获得方法为试切
法。
………………………………………………………………（）
5.在车床用双顶尖装夹车削轴类零件时，若后顶尖在水平方向有偏移，则会出现锥形的
圆柱度误差；若后顶尖在铅垂方向有偏移，则会出现双曲面形的圆柱度误
6.）
7.
8.
9.）
10.
11.
图），若只考虑磨头的受力变形，试推想孔表面可能产生怎样的加工误差？
12. 工件刚度极大，床头刚度大于床尾，分析加工后加工表面形状误差。
1．磨一批d ＝12016
.0043.0φ--mm 销轴，工件尺寸呈正态分布，工件的平均尺寸X ＝11.974，均方
根偏差σ＝0.005，请分析该工序的加工质量。
（10分）
1）画出工件尺寸分布曲线图和尺寸公差范围；2）计算该系统的工艺能力系数；
3）废品率是多少？能否修复？附表：正态分布曲线积分值
2．在无心磨床上加工一批外径为005.065.9-φmm 的销子，抽样检查其检测结果服从正态分布，
且平均值x =9.63mm ，标准差σ=0.008mm 。
1.划出工件尺寸分布曲线图和尺寸公差范围；
2.并计算该系统的工艺能力系数；
3.废品率是多少？能否修复？
1． 3．（12分）在生产现场测量一批轴的外圆，其最大直径为25.030mm ，最小直径为
25.000mm ，若此批工件尺寸为正态分布，图纸要求轴的外径为mm 025
.0005.025+-φ，
求： ⑴画出尺寸分布图与公差带图； ⑵计算这批零件的合格率、废品率；。