第六章機械制造質(zhì)量分析與控制西安航空學(xué)院第一節(jié)機械加工精度的基本概念第二節(jié)影響加工精度的因素及其分析第三節(jié)加工誤差的綜合分析第四節(jié)機械加工表面質(zhì)量概述主要內(nèi)容：一、加工精度與加工誤差 二、加工經(jīng)濟精度三、零件獲得加工精度的方法 優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗機械制造企業(yè)的追求：產(chǎn)品的質(zhì)量是第一位的，沒有質(zhì)量，高效率、低消耗就失去了意義。看到這些產(chǎn)品，第一印象是高質(zhì)量產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)是零件的加工質(zhì)量加工精度加工表面質(zhì)量加工質(zhì)量的指標(biāo)：本章主題：加工精度及表面質(zhì)量的分析與控制三坐標(biāo)測量加工精度表面質(zhì)量要求高加工精度和加工誤差概念：加工精度：零件加工后的實際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)的符合程度。加工誤差：零件加工后的實際幾何參數(shù)對理想幾何參數(shù)的偏離程度。實際加工中只要求滿足規(guī)定的公差要求即可1）理想幾何參數(shù)：對于形狀和位置，則是絕對正確的形狀和位置，如絕對的平面和絕對的平行等；對于尺寸而言，就是零件尺寸的公差帶中心。加工精度和加工誤差的理解：零件圖中的加工精度標(biāo)注2)加工精度是由零件圖紙或工藝文件以公差T給定的，而加工誤差則是零件加工后的實際測得的偏離值。一般說，當(dāng)加工誤差<T時，就保證了加工精度。一批零件尺寸的加工誤差分布與加工精度要要求加工誤差與加工成本C成反比關(guān)系。用同一種加工方法，如欲獲得較高的精度，就會降低生產(chǎn)率，增加生產(chǎn)成本；反之亦然。

加工經(jīng)濟精度加工成本與加工誤差之間的關(guān)系上述成本與誤差反比關(guān)系在一定范圍內(nèi)才比較明顯，如右圖中AB段。成本增加，加工誤差較小不明顯誤差增大，加工最低成本不變在A點左側(cè)，即使成本提高的很多，但精度提高很少乃至不能提高。在B點右側(cè)，即使工件精度要求很低，也必須耗費一定的最低成本。

一種加工方法介于A、B之間的精度為經(jīng)濟加工精度零件獲得加工精度的方法尺寸精度、形狀精度和位置精度。零件加工精度包括：加工精度：零件加工后的實際幾何參數(shù)(尺寸、形狀和表面間相互位置)，與理想幾何參數(shù)的符合程度。其偏離程度稱為加工誤差。獲得形狀精度的方法利用切削運動中刀具刀尖的運動軌跡形成被加工表面的形狀。這種加工方法所能達(dá)到的精度，主要取決于這種成形運動的精度。1)軌跡法：車刀刀尖1的運動軌跡形成了工件的表面形狀，車刀運動的精度決定了工件的形狀精度。利用成形刀具刀刃的幾何形狀切出工件的形狀。這種方法所能達(dá)到的精度，主要取決于刀刃的形狀精度和刀具的裝夾精度。

2)成形法：成形銑刀刀刃幾何形狀銑出工件表面形狀；精度由刀具形狀和裝夾決定。典型：齒輪成形加工用成形車刀車球面

利用刀具和工件作展成切削運動，刀刃在被加工面上的包絡(luò)面形成的成形表面。這種加工方法所能達(dá)到的精度，主要取決于機床展成運動的傳動鏈精度與刀具的制造精度。3)展成法：滾齒法加工齒輪，滾刀刀刃在被切齒輪上形成的包絡(luò)線即為齒形，滾刀主運動與被切齒輪轉(zhuǎn)速必須符合設(shè)定要求，以保證加工精度。獲得位置精度的方法零件位置精度的獲得主要取決于工件的定位（裝夾）和加工方法。工件在一次裝夾下加工多個表面時，這些表面之間的相互位置精度一般較高，主要取決于機床的精度。利用組合刀具或一把刀具上的幾個刀刃，同時加工工件上的多個表面，則這些表面之間的相互位置精度一般也較高，主要取決于刀具的精度。獲得尺寸精度的方法先試切部分加工表面，測量后，適當(dāng)調(diào)整刀具相對工件的位置，再試切，再測量，當(dāng)被加工尺寸達(dá)到要求后，再切削整個待加工面。

1)試切法：試切法效率低，精度主要取決于工人技術(shù)，用于單件小批生產(chǎn)試切測量調(diào)整車刀用具有一定尺寸精度的刀具（如絞刀、擴孔鉆、鉆頭等）來保證被加工工件尺寸精度的方法（如鉆孔）。2)定尺寸刀具法：定尺寸刀具法生產(chǎn)率較高，操作簡便，加工精度較穩(wěn)定。鉆頭的尺寸保證了加工孔的尺寸利用機床上的定程裝置、對刀裝置或預(yù)先調(diào)整好的刀架，使刀具相對機床或夾具滿足位置精度要求，然后加工一批工件。該法需要采用夾具實現(xiàn)裝夾。3)調(diào)整法：調(diào)整法生產(chǎn)效率高，加工精度較穩(wěn)定，常用于中批以上的生產(chǎn)調(diào)整法銑槽（第四章詳細(xì)敘述）先用試切法或用樣板、樣件、對刀元件等確定刀具、夾具與工件之間的位置。工件達(dá)到要求的尺寸時，自動停止加工。又分自動測量和數(shù)字控制兩種，前者機床上具有自動測量工件尺寸的裝置，在達(dá)到要求時，停止進(jìn)刀。后者是根據(jù)預(yù)先編制好的機床數(shù)控程序?qū)崿F(xiàn)進(jìn)刀的。4)自動控制法：自動控制法生產(chǎn)率高，加工精度穩(wěn)定，目前機械加工的發(fā)展方向數(shù)控機床自動控制原理框圖第一節(jié)機械加工精度的基本概念第二節(jié)影響加工精度的因素及其分析

第三節(jié)加工誤差的綜合分析第四節(jié)機械加工表面質(zhì)量原理誤差；機床誤差； 調(diào)整誤差； 工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響；工藝系統(tǒng)熱變形引起的加工誤差；內(nèi)應(yīng)力引起的變形；保證和提高加工精度的途徑。

機械加工工藝系統(tǒng)：在機械加工時，機床、夾具、刀具和工件就構(gòu)成的一個完整的系統(tǒng)。加工工藝系統(tǒng)誤差是根源，加工誤差是表現(xiàn)；分析原始誤差和加工誤差之間的定性與定量關(guān)系，是保證和提高零件加工精度的必要的理論基礎(chǔ)。

原始誤差：加工工藝系統(tǒng)的誤差概念：原始誤差與加工誤差：加工過程中可能出現(xiàn)的原始誤差一、原理誤差采用近似的加工運動或近似的刀具輪廓產(chǎn)生原因為了得到規(guī)定的零件表面，在工件和刀具的運動之間建立的某種聯(lián)系加工原理螺紋加工，主軸轉(zhuǎn)速與車刀進(jìn)給速度的聯(lián)系由傳動機構(gòu)保證成形銑削，銑刀軌跡由靠模保證如果采用理想的加工原理，完全準(zhǔn)確的運動聯(lián)系，完美的刀刃或靠模形狀，則不存在原理誤差，但其成本過高，并非完全必要原理誤差合理性磨凸輪軸，砂輪進(jìn)給精度不能無限提高，存在近似滾齒時，滾刀包絡(luò)線形成折線表面，并非光滑漸開線二、機床誤差機床誤差的三個方面：機床本身的制造、磨損和安裝靜誤差：在沒有切削載荷的情況下測得的各項誤差;床身導(dǎo)軌在垂直面和水平面內(nèi)的直線度和平行度；主軸軸線對床身導(dǎo)軌的平行度；主軸的回轉(zhuǎn)精度；傳動鏈精度；刀架各溜板移動時，對主軸軸線的平行度和垂直度。車床的各項靜誤差：靜誤差對加工精度影響的分析導(dǎo)軌誤差主軸誤差傳動鏈誤差1)導(dǎo)軌誤差主要分析對加工精度影響重要的以下三點：導(dǎo)軌是機床上確定各機床部件相對位置關(guān)系的基準(zhǔn)，也是機床運動的基準(zhǔn)。尾架導(dǎo)軌刀架導(dǎo)軌臥式車床刀架導(dǎo)軌直線度誤差為水平面誤差；為垂直面誤差；當(dāng)導(dǎo)軌垂直面內(nèi)出現(xiàn)誤差加工工件直徑誤差：可見臥式車床導(dǎo)軌垂直面內(nèi)的誤差對加工誤差影響較小當(dāng)導(dǎo)軌水平面內(nèi)出現(xiàn)誤差

加工工件直徑誤差：可見臥式車床導(dǎo)軌水平面內(nèi)的誤差對加工誤差影響較大假設(shè)則所以不同方向的誤差對加工誤差的影響是不同的，即存在誤差的敏感方向原始誤差所引起的刀刃與工件間的相對位移，如果產(chǎn)生在加工表面的法線方向，則對加工誤差有直接的影響；如果產(chǎn)生在加工表面的切線方向，就可以忽略不計。把加工表面的法向稱之為誤差的敏感方向。誤差的敏感方向如轉(zhuǎn)塔車床刀具垂直安裝，此時導(dǎo)軌垂直平面內(nèi)的誤差直接影響加工精度，是誤差的敏感方向。在垂直面內(nèi)的直線度（彎曲）在水平面內(nèi)的直線度（彎曲）前后導(dǎo)軌的平行度（扭曲）

車床和磨床的床身導(dǎo)軌誤差的三個方面導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度垂直平面內(nèi)的直線度誤差：采用與導(dǎo)軌相配合的橋板、水平儀，在導(dǎo)軌縱向上分段檢測，記下水平儀的讀數(shù)，畫出曲線圖，再計算其誤差大小和判斷凹凸程度。前后導(dǎo)軌的平行度誤差：采用橋板和水平儀，在導(dǎo)軌的幾個橫向上檢測，取其最大代數(shù)差。水平面內(nèi)的直線度誤差：采用橋板和準(zhǔn)直儀導(dǎo)軌三項誤差的常規(guī)檢查方法以上三種檢查方法都較費工時。對于車床而言，導(dǎo)軌垂直方向的原始誤差既然對加工誤差的影響可以忽略不計，因此可采用更簡單的方法。橋形平尺千分表床身橋板磁力表座推拉橋板在床身之外，平行于導(dǎo)軌面放置一橋型平尺，將磁力表座固定在橋板上，千分表表頭抵向橋型平尺的工作表面上，在導(dǎo)軌的全長上推拉橋板，千分表讀數(shù)的最大代數(shù)差就是導(dǎo)軌的綜合原始誤差。一種檢測機床導(dǎo)軌精度的方法2)主軸誤差概念后軸承前軸承軸頸圓心稱主軸軸心主軸軸心連線稱幾何軸線理想軸線對于主軸的要求，就是在運轉(zhuǎn)的情況下，能保持軸心線的位置穩(wěn)定不變，也就是回轉(zhuǎn)精度；實際上主軸在每一瞬時回轉(zhuǎn)軸線的空間位置都是變動的，即存在著回轉(zhuǎn)誤差。主軸旋轉(zhuǎn)過程中，幾何軸線的位置不斷變化，在任何瞬間，主軸一方面繞自己的幾何軸線旋轉(zhuǎn)，另一方面這根幾何軸線還相對于主軸理想回轉(zhuǎn)軸線作相對運動。主軸誤差的描述運動形式可分解為：純軸向竄動純徑向移動純角度擺動主軸軸心和幾何軸線的位置變動主軸回轉(zhuǎn)誤差的基本形式車床上車削鏜床上鏜削內(nèi)、外圓端面螺紋孔端面徑向圓跳動近似真圓（理論上為心臟線形）無影響橢圓孔（每轉(zhuǎn)跳動一次時）無影響純軸向竄動無影響平面度、垂直度（端面凸輪形）螺距誤差無影響平面度垂直度純角度擺動近似圓柱（理論上為錐形）影響極小橢圓柱孔（每轉(zhuǎn)擺動一次時）平面度（馬鞍形）機床主軸回轉(zhuǎn)誤差產(chǎn)生的加工誤差

不同的加工方法，主軸回轉(zhuǎn)誤差所引起的加工誤差也不同

第二節(jié)影響加工精度的因素及其分析(a)車床類機床(b)鏜床類機床在車床一類機床上，主軸的受力方向一定，孔表面接觸點幾乎不變。這時主軸軸頸的圓度誤差將傳給工件，而軸套孔的誤差則對加工精度的影響較小。在鏜床一類機床上，作用在主軸上的切削力是隨鏜刀而旋轉(zhuǎn)的，軸表面接觸點變，因此軸套孔的圓度誤差將傳給工件，而與軸頸圓度誤差對加工精度影響較小

主軸配合件對回轉(zhuǎn)精度的影響軸承滾道對回轉(zhuǎn)精度的影響主軸軸頸的精度對回轉(zhuǎn)精度的影響(a)安裝前內(nèi)環(huán)的孔和(b)主軸軸頸的 (c)裝上軸頸后的內(nèi)環(huán)滾道的形狀誤差形狀誤差滾道的形狀誤差主軸回轉(zhuǎn)精度的測量傳統(tǒng)測量方法：將一根精密心棒插入主軸孔，在其周圍表面的兩處及端部打表。傳統(tǒng)方法存在一定不足，當(dāng)前先進(jìn)的測量方法是通過傳感器在主軸以工作速度旋轉(zhuǎn)的情況下進(jìn)行采樣，然后進(jìn)行分析處理，得出主軸的各項誤差

2)傳動鏈誤差齒輪、蝸輪、螺紋、絲桿等表面的形成，要求刀具和工件之間有嚴(yán)格的運動關(guān)系。這種相連的運動關(guān)系是由機床的傳動系統(tǒng)即傳動鏈來保證的傳動鏈誤差的概念：傳動鏈?zhǔn)寄﹥啥藗鲃釉g相對運動的誤差。一般用傳動鏈末端元件的轉(zhuǎn)角誤差來衡量。如此復(fù)雜的傳動機構(gòu)，各零件加工誤差，安裝誤差都將造成傳動鏈誤差盡可能縮短傳動鏈，減少誤差源數(shù)n。盡可能采用降速傳動；盡可能使末端傳動副采用大的降速比；末端傳動元件應(yīng)盡可能地制造得精確些。提高傳動元件的制造精度和裝夾精度，盡可能地提高傳動鏈中升速傳動元件的精度。提高傳動鏈的傳動精度的措施：三、調(diào)整誤差在機械加工的每一個工序中，總是要進(jìn)行這樣或那樣的調(diào)整工作。由于調(diào)整不可能絕對地準(zhǔn)確，也就帶來了一項原始誤差，即調(diào)整誤差；在活塞加工中，就存在著許多工藝系統(tǒng)的調(diào)整問題，例如：

機床的調(diào)整；夾具的調(diào)整；刀具的調(diào)整。不同的調(diào)整方式，有不同的誤差來源：試切法調(diào)整；按定程機構(gòu)調(diào)整；按樣件或樣板調(diào)整。試切法調(diào)整——廣泛用在單件、小批生產(chǎn)中。這種調(diào)整方式產(chǎn)生調(diào)整誤差的來源有三個方面：測量誤差——量具本身的誤差和使用條件下的誤差(如溫度影響，使用者的細(xì)致程度)摻入到測量所得的讀數(shù)之中，在無形中擴大了加工誤差；加工余量的影響——在切削加工中，刀刃所能切掉的最小切屑厚度是有一定限度的，銳利的刀刃可達(dá)，已鈍化的刀刃只能達(dá)到,切屑厚度再小時刀刃就“咬”不住金屬而打滑，光起擠壓作用.微進(jìn)給誤差——在試切的最后一刀時，總是要微量調(diào)整一下車刀（或砂輪）的徑向進(jìn)給量。這時常會出現(xiàn)進(jìn)給機構(gòu)的“爬行”現(xiàn)象，結(jié)果刀具的實際徑向移動比手輪上轉(zhuǎn)動的刻度數(shù)要偏大或偏小些，以致難于控制尺寸的精度，造成了加工誤差。

爬行現(xiàn)象采用了兩種措施：一種是在微量進(jìn)給以前先退出刀具，然后再快速引進(jìn)刀具到新的手輪刻度值，中間不加停頓，使進(jìn)給機構(gòu)滑動面間不產(chǎn)生靜摩擦；另一種是輕輕敲擊手輪，用振動消除靜摩擦。按定程機構(gòu)調(diào)整——在大批量生產(chǎn)中廣泛采用行程擋塊、靠模、凸輪等機構(gòu)保證加工精度。這時候，這些機構(gòu)的制造精度和調(diào)整，以及與它們配合使用離合器、電氣開關(guān)、控制閥等的靈敏度就成了影響誤差的主要因素；按樣件或樣板調(diào)整——在大批量生產(chǎn)中用多刀加工時，常用專門樣件來調(diào)整刀刃間的相對位置，如活塞槽半精車和精車時就是如此。

四、工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響1、現(xiàn)場加工中工藝系統(tǒng)受力變形的現(xiàn)象：

在車床上加工一根細(xì)長軸時，可以看到在縱向走刀過程中切屑的厚度起了變化，越到中間，切屑層越薄，加工出來的工件出現(xiàn)了兩頭細(xì)中間粗的腰鼓形誤差；舊車床上加工剛性很好的工件時，經(jīng)過粗車一刀后，再要精車的話，有時候不但不把刀架橫向進(jìn)給一點，反而要把它反向退回一點，才能保證精車時切去極薄的一層以滿足加工精度和表面粗糙度的要求；2、機床部件剛度及其特點在切削力的作用下，刀具(由于工藝系統(tǒng)的受力變形)和工件相對退讓；設(shè)讓刀距離為y，則工藝系統(tǒng)在Y方向的剛度是：由于切削過程中切削力是不斷地變化的，工藝系統(tǒng)在動態(tài)下產(chǎn)生的變形不同于靜態(tài)下的變形，這樣就有靜剛度和動剛度的區(qū)別。

工藝系統(tǒng)的剛度工藝系統(tǒng)的剛度的計算若有一根棒料裝夾在卡盤中，則可以按照材料力學(xué)中的懸臂梁公式，把這根棒料的剛度k，直接計算出來：如圖表示在頂尖間加工棒料時工件的受力變形。根據(jù)經(jīng)驗得知，可以把它近似地當(dāng)作兩端架在自由支承上的梁。由材料力學(xué)可知，當(dāng)載荷施加在梁的中間時，產(chǎn)生的彈性位移為最大：遇到由若干零件組成的部件時，剛度問題就比較復(fù)雜。迄今還沒有合適的計算方法，需要用實驗的方法來加以測定。在車床兩頂尖之間，安裝一根短而粗的心軸，并在刀架上裝上一個螺旋加力器，在加力器和心軸之間放一個測力環(huán)；轉(zhuǎn)動加力器的加力螺釘，刀架與心軸之間便產(chǎn)生了作用力，力的大小由測力環(huán)中的千分表3讀出；在這個力的作用下，刀架的位移可以由裝在床身上的千分表4直接測出，頭架和尾架的位移則可由千分表1和2測出。下圖為一臺舊車床刀架部件的靜剛度曲線。

試驗時載荷逐漸加大，再逐漸減少，反復(fù)三次。圖中所示就是三次加載卸載的曲線。1）力和變形的關(guān)系不是直線關(guān)系，不符合虎克定律，這反映了部件的變形不純粹是彈性變形；3）當(dāng)載荷去除后，變形恢復(fù)不到起點，這說明部件的變形不僅有彈性變形，而且還產(chǎn)生了不能恢復(fù)的塑性變形；2）加載曲線與卸載曲線不重合，它們間包容的面積代表了在加載卸載的循環(huán)中所損失的能量，也就是消耗在克服部件內(nèi)零件之間的摩擦力和接觸面塑性變形所作的功；4）部件的實際剛度遠(yuǎn)比我們想象的要小。上述試驗說明了部件的受力變形和單個零件的受力變形是大有區(qū)別的。后者是零件本身的彈性變形，而前者則除了零件本身的彈性變形以外，還有其它因素，根據(jù)研究，影響部件剛度的因素有：

接觸變形(零件與零件間接觸點的變形）；表面的接觸情況一般情況下，表面愈粗糙，接觸剛度愈小，表面宏觀幾何形狀誤差愈大，實際接觸面積愈小，接觸剛度愈小；材料硬度高，屈服極限也高，塑性變形就小，接觸剛度就大；表面紋理方向相同時，接觸變形較小，接觸剛度就大。

薄弱零件本身的變形；（a）所示為刀架和其它溜板中常用的楔鐵。由于結(jié)構(gòu)薄而長，剛度很差，再加上不易做得平直，接觸不良，因此在外力作用下，楔鐵容易發(fā)生很大的變形，使刀架的剛度大為降低；b)所示為軸承套和軸頸、殼體的接觸情況。由于軸承套本身的形狀誤差而形成局部接觸。在外力的作用下，軸承套就象彈簧一樣，產(chǎn)生了較大的變形，使這個軸承部件的剛度大為降低；只有在薄弱環(huán)節(jié)完全壓平以后，部件的剛度才逐漸提高，這類部件的剛度曲線如圖（c）所示，其剛度具有先低后高的特征。間隙的影響：在剛度試驗中如果在正反兩個方向加載荷，便可發(fā)現(xiàn)間隙對變形的影響，如圖所示。在加工過程中，如果是單向受力，使零件始終靠在一面，那么間隙對位移沒有什么影響。但如果象鏜頭、行星式內(nèi)圓磨頭等受力方向經(jīng)常改變的軸承，則間隙引起的位移對加工精度的影響就比較重要了。摩擦的影響：在加載時，零件與零件的接觸面間的摩擦力阻止變形的增加。在卸載時，摩擦力又阻止變形的減少。因此在圖中顯示出加載曲線和卸載曲線不相重合。先不考慮的影響，圖中所示的刀架在切削時受到兩個方向的力、，產(chǎn)生了兩個方向的變形y、z；部件的變形和單個零件的變形不同，Y方向的位移，不但和

有關(guān)，而且和切削分力、的大小都有關(guān)系；施力方向的影響

a) b)圖(a)中表示，不僅使刀架產(chǎn)生了Y方向的變形，而且也產(chǎn)生了Z方向的變形；同樣的，在圖(b)中，力也將使刀架產(chǎn)生Y和Z兩個方向的變形。換句話說，變形y不只是由于而產(chǎn)生的，而是在Fy、Fz綜合作用下產(chǎn)生的，變形Z也是一樣;像圖(a)那樣受力的情況，對燕尾導(dǎo)軌面的力矩就有使刀架向后傾側(cè)的傾向；而圖(b)的受力情況，就有使刀架向前傾側(cè)的傾向(在圖中為了表示醒目起見，只繪出了刀具傾側(cè)的情況，而沒有把刀架傾側(cè)的情況畫出來)。所以刀刃在Y方向的實際位移，是切削分力Fx、Fy、Fz共同作用的結(jié)果。因此前面所述關(guān)于工藝系統(tǒng)的剛度的定義也需修改為：為了更精確地測定機床部件的剛度，可采用帶有三向加力的測力裝置，如圖所示。在這個裝置的半圓形角鐵式的框架1上，每隔15°有一螺孔。依照所模擬的和的比例，把加力螺桿2旋入相應(yīng)螺孔。螺桿2和固定在刀架上的受力桿4之間放置測力環(huán)3。再依照所模擬的Fx和Fy的比例，把車頭主軸轉(zhuǎn)動，通過撥桿5把測定裝置回轉(zhuǎn)到相應(yīng)的角度。三向測力裝置

如圖表示同一車床刀架在Fy和Fz不同比例下的剛度曲線。它說明了在單向作用力下測定的剛度和在三向作用力下測定的剛度是不同的。圖中諸曲線具有下列Fy:Fz的數(shù)值:為什么在剛度確定的主要公式中只用了一個的力？既然實際上的變形同時受到Fx、Fy、Fz的影響，為什么不用合力來計算：在一般的彈性變形中，我們過去已經(jīng)習(xí)慣于變形與作用力方向一致的概念，而在加工誤差問題上，我們只著眼于垂直于加工表面的法向變形y0。要同時兼顧到上述兩點，用這個表達(dá)式k=Fy/y還是比較合適的。只是要理解y是在Fx、Fy、Fz共同作用下產(chǎn)生的。3、工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響工藝系統(tǒng)在受力情況下的總位移是各個組成部分位移y機床、y夾具、y刀具、y工件的迭加：當(dāng)知道了工藝系統(tǒng)的各個組成部分的剛度以后，就可以求出整個工藝系統(tǒng)的剛度。

工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響，可以歸納為下列幾種常見的形式：由于受力點位置的變化而產(chǎn)生的工件形狀誤差；由于切削力變化引起的加工誤差-誤差復(fù)映規(guī)律；其它作用力引起工藝系統(tǒng)受力變形的變化所產(chǎn)生的加工誤差。由于受力點位置的變化而產(chǎn)生的工件形狀誤差；工藝系統(tǒng)的剛度除了受到各組成部分的剛度的影響之外，還有一個很大的特點，那就是隨著受力點的位置的變化而變化；為了說明這個問題，以在車床頂尖間加工的光軸為例。先假定工件短而粗，剛度很高，它在受力下的變形比之機床、夾具、刀具的變形小到可以忽略不計，則工藝系統(tǒng)的總位移完全取決于機床頭尾座(包括頂尖)和刀架（包括刀具)的位移；可見:工藝系統(tǒng)的剛度在沿工件軸向的各個位置是不同的，所以加工后工件各個橫截面上的直徑尺寸也不相同，造成了加工后工件的形狀誤差(如錐度、鼓形、鞍形等)。圖(a)、(b)、(c)表示在內(nèi)圓磨床、單臂龍門刨床和臥式鏜床上加工時工藝系統(tǒng)中對加工精度起決定性作用的部件的變形狀況。它們都是隨著施力點位置的變化而變化的。圖(d)表示同樣的鏜孔加工，采用了工件進(jìn)給而鏜桿不進(jìn)給的方式，工藝系統(tǒng)剛度不隨施力點位置的變動而起變化，同時，鏜桿受力情況從懸臂梁變成簡支梁，從而大大地提高了加工精度。由于切削力變化引起的加工誤差-誤差復(fù)映規(guī)律由于毛坯加工余量和材料硬度的變化，在加工過程中引起了切削力的變化，進(jìn)而引起工藝系統(tǒng)受力變形的變化，產(chǎn)生了工件的尺寸誤差和形狀誤差。在工件每一轉(zhuǎn)的過程中，切削深度將從最小值增加到最大值，然后再減小，切削深度的變化引起了切削力變化；偏心毛坯變化的切削力作用在工藝系統(tǒng)上，使它的受力變形也發(fā)生了相應(yīng)的變化。切削力大時，變形也大；切削力小時，變形相應(yīng)地變小；誤差復(fù)映加工偏心毛坯之后得到的工件仍然是略有偏心的。這種現(xiàn)象在工藝學(xué)中稱為誤差復(fù)映。上式表示了加工誤差與毛坯誤差之間的比例關(guān)系，說明了“誤差復(fù)映”的規(guī)律，定量地反映了毛坯誤差經(jīng)加工所減小的程度，稱之為“誤差復(fù)映系數(shù)”；可以看出：工藝系統(tǒng)剛度越高，ε越小，也即是復(fù)映在工件上的誤差越小。當(dāng)加工過程分成幾次走刀進(jìn)行時，每次走刀的復(fù)映系數(shù)為：、、，則總的復(fù)映系數(shù)由于總是小于，復(fù)映系數(shù)總是小于1，經(jīng)過幾次走刀后，降到很小的數(shù)值，加工誤差也就降到允許的范圍以內(nèi)。由以上分析，可以把誤差復(fù)映的概念推廣到下列幾點：每一件毛坯的形狀誤差，不論是圓度、圓柱度、同軸度(偏心、徑向跳動等)、平直度誤差等都以一定的復(fù)映系數(shù)復(fù)映成工件的加工誤差，這是由于切削余量不均勻而引起的；在一般車削時，只有在粗加工時用誤差復(fù)映規(guī)律估算加工誤差才有實際意義。但是在工藝系統(tǒng)剛度低的場合下(如鏜孔時桿較細(xì)，車削時工件較細(xì)長以及磨孔時磨桿較細(xì)等)，則誤差復(fù)映的現(xiàn)象比較明顯，有時需要從實際反映的復(fù)映系數(shù)著手分析提高加工精度的途徑；在大批大量生產(chǎn)中，都是采用定尺寸調(diào)整法加工的，即刀具在調(diào)整到一定的切深后，就一件件連續(xù)加工下去，不再逐次試切，逐次調(diào)整切深。這樣，對于一批尺寸大小有參差的毛坯而言，每件毛坯的加工余量都不一樣，由于誤差復(fù)映的結(jié)果，也就造成了一批工件的“尺寸分散”。為了保持尺寸分散不超出允許的公差范圍，就有必要查明誤差復(fù)映的大小。這也是在分析和解決加工精度問題時常常遇到的一項工作。其它作用力引起工藝系統(tǒng)受力變形的變化所產(chǎn)生的加工誤差

機械加工中除了切削力作用于工藝系統(tǒng)之外，還作用著其它的力，如夾緊力、工件的重量、機床移動部件的重量、傳動力以及慣性力等，這些力也能使工藝系統(tǒng)中某些環(huán)節(jié)的受力變形發(fā)生變化，也會產(chǎn)生加工誤差：1)、夾緊力引起的影響:對于剛性較差的工件，若是夾緊時施力不當(dāng)，也常引起工件的形狀誤差；最常見的是用三爪卡盤夾持薄壁套筒鏜孔。夾緊后套筒成為棱圓狀

[圖(a)]，雖然鏜出的孔成正圓形[圖(b)]，但松夾后，套筒的彈性恢復(fù)使孔產(chǎn)生了三角棱圓形[圖(c)]。所以在生產(chǎn)中采用在套筒外加上一個厚壁的開口過渡環(huán)[圖8(d)]，使夾緊力均勻地分布在薄壁套筒上，從而減少了變形；

(a)(b)(c)(d)夾緊力引起的工作形狀誤差由于機床部件和工件本身重量及它們在移動中位置的變化而引起的加工誤差；

在大型機床上，機床部件在加工中位置的移動改變了部件自重對床身、橫梁、立柱的作用點位置，也會引起加工誤差。機床部件和工作自重所引起的誤差圖(a)、(b)表示大型立車在刀架的自重下引起了橫梁的變形，形成了工件端面的不平度和外圓上的錐度。工件的直徑愈大，加工誤差也愈大；由于工件自重而引起加工誤差的例子參閱圖(c)。圖中所示為在靠模車床上加工尺寸較大的光軸。由于尾座剛度比頭座低，頭尾座在工件重量的作用下所產(chǎn)生的受力變形不相同，位移的方向又正好是影響加工精度的方向，因而在工件上產(chǎn)生了錐度的誤差。不過這種誤差可以調(diào)整靠模板的斜度來糾正的；圖(d)表示了兩種不同支承方式下，均勻截面的撓性零件的自重變形規(guī)律：當(dāng)支承在兩個端點A和B時，自重引起中間的最大變形量為：當(dāng)支承在離兩端的D和E時，自重引起的兩端最大變形量為：W為零件重量，L為零件長度，E為彈性模量，I為截面慣性矩。除上述夾緊力和重力外，傳動力和慣性力也會使工藝系統(tǒng)產(chǎn)生受力變形，從而引起加工誤差;在高速切削加工中，離心力的影響不可忽略，常常采用“對重平衡”的方法來消除不平衡的現(xiàn)象，即在不平衡質(zhì)量的反向加裝重塊，使工件和重塊的離心力相等而方向正好相反，達(dá)到相互抵消的效果;必要時還須適當(dāng)?shù)亟档娃D(zhuǎn)速，以減少離心力的影響。4、減少工藝系統(tǒng)受力變形的途徑減少工藝系統(tǒng)受力變形是機械加工中保證質(zhì)量和提高效率的有效途徑。根據(jù)生產(chǎn)實際的經(jīng)驗，可以歸納為下列幾個方面：提高工藝系統(tǒng)中零件間的配合表面質(zhì)量，以提高接觸剛度;設(shè)置輔助支承提高部件剛度;當(dāng)工件剛度成為產(chǎn)生加工誤差的薄弱環(huán)節(jié)時，縮短切削力作用點和支承點的距離也可以提高工件的剛度;提高工藝系統(tǒng)中零件間的配合表面質(zhì)量，以提高接觸剛度提高機床導(dǎo)軌的刮研質(zhì)量，提高頂尖錐體同主軸和尾座套筒錐孔的接觸質(zhì)量，多次修研加工精密零件用的中心孔等，都是在實際生產(chǎn)中經(jīng)常采用的工藝方法；提高接觸剛度的另一種辦法就是預(yù)加載荷，這樣不但消除了配合面間的間隙，而且從一開始就有較大的實際接觸面積。主軸部件與預(yù)加載荷—預(yù)緊力(a)表示臥軸矩臺平面磨床的主軸軸承中所采用的預(yù)加載荷裝置，它使?jié)L動軸承內(nèi)外環(huán)和鋼珠之間造成初期局部變形；(b)表示銑床主軸常用的拉桿裝置，它使銑刀桿的錐部和主軸的錐孔緊密接觸，這些都是提高機床主軸部件剛度的有效措施；（c）表示加了預(yù)加載荷后部件剛度由K0提高到K的變化。設(shè)置輔助支承提高部件剛度如圖(a)表示在轉(zhuǎn)塔車床上加工時用的輔助支承式的裝置，它可以大大地提高牌樓式刀架的剛度；圖(b)也是轉(zhuǎn)塔車床上常用的提高刀架和鏜桿剛度的措施。鏜桿先伸進(jìn)床頭箱主軸孔中的導(dǎo)套之內(nèi)，在導(dǎo)套的支承下進(jìn)行鏜孔，就比不用導(dǎo)套支承而成懸臂式的剛度要高得多。當(dāng)工件剛度成為產(chǎn)生加工誤差的薄弱環(huán)節(jié)時，縮短切削力作用點和支承點的距離也可以提高工件的剛度;在車削細(xì)長軸時，利用中心架，使支承間的距離縮短一半，工件的剛度就比不用中心架提高了8倍[圖(a)]；采用跟刀架車削細(xì)長軸時[圖(b)],切削力作用點與跟刀架支承點間的距離便減少到5～10mm，工件的剛度更可提高。只是這時工藝系統(tǒng)剛度的薄弱環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)移到跟刀架本身和跟刀架與刀架溜板的結(jié)合面上去了。用輔助支承提高工件剛度在卡盤加工中用了后頂尖支承后，比不用后頂尖時，工件剛度的提高更為顯著[圖(c)]。不用后頂尖時(當(dāng)力作用在工件自由端時)；用后頂尖時（當(dāng)力作用在工件中心時）。如圖表示在銑床上加工角鐵類零件的兩種裝夾法。圖(a)的整個工藝系統(tǒng)剛度顯然比圖(b)為低，所以采用后一種裝夾方法可以大大提高切削用量和生產(chǎn)率。(a)(b)銑角鐵時的兩種裝夾五、工藝系統(tǒng)熱變形引起的加工誤差在機械加工中，工藝系統(tǒng)在各種熱源的影響下，常產(chǎn)生復(fù)雜的變形，破壞工件與刀具的相對位置和運動的準(zhǔn)確性，造成工件的加工誤差。熱變形對加工精度的影響較大，特別是精密加工和大件加工中，熱變形所引起的加工有時占到加工誤差的40%-70%。五、工藝系統(tǒng)熱變形引起的加工誤差工藝系統(tǒng)的熱變形及其熱源機床的熱變形及其對加工精度的影響減少機床熱變形對加工精度影響的基本途徑刀具的熱變形及其對加工精度的影響工件的熱變形工藝系統(tǒng)的熱變形及其熱源工藝系統(tǒng)的熱源工藝系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的內(nèi)部熱源工藝系統(tǒng)外部產(chǎn)生的外部熱源切屑、摩擦、派生熱環(huán)境溫度、輻射熱工藝系統(tǒng)的熱變形及其熱源切屑、摩擦、派生熱切削過程中,切削金屬層的彈性、塑性變形及刀具、工件、切屑間摩擦消耗的能力絕大多數(shù)轉(zhuǎn)化為切削熱。這些熱能量以不同的比例傳給工件、刀具、切屑以及周圍的介質(zhì)。機床中的各種運動副,如導(dǎo)軌副、齒輪副、絲杠螺母副、蝸輪蝸桿副、摩擦離合器等,在相對運動時因摩擦而產(chǎn)生熱量。機床的各種動力源,如液壓系統(tǒng)、電機等工作時也要產(chǎn)生能量損耗而發(fā)熱(又稱電力熱)。這些熱量是機床熱變形的主要熱源。切削中的部分切削熱由切屑、切削液傳給機床機身,摩擦熱由潤滑油傳給機床各處,從而使機床產(chǎn)生熱變形。這部分熱源稱為派生熱源。工藝系統(tǒng)的熱變形及其熱源環(huán)境溫度、輻射熱一般來說,工作地周圍環(huán)境隨氣溫而變化,而且不同位置處的溫度也各不相同,這種環(huán)境溫度的差異有時也會影響加工密度。如加工大型精密件往往需要較長時間(有時時甚至需要同個晝夜)。由于晝夜溫差使工藝系統(tǒng)熱變形不均勻,從而產(chǎn)生加工誤差。來自陽光、照明燈、暖氣設(shè)備及人體等。工藝系統(tǒng)的熱變形及其熱源工藝系統(tǒng)的熱平衡工藝系統(tǒng)受各種熱源影響,其溫度逐步上升。但同時,它們也通過各種傳熱方式向周圍散發(fā)熱量。當(dāng)單位時間內(nèi)傳入和散發(fā)的熱量相等時,則認(rèn)為工藝系統(tǒng)達(dá)到熱平衡。機床溫度變化比較緩慢。機床開始后一段時間(約2～6h)里,溫升才逐漸趨于穩(wěn)定。當(dāng)機床各點溫度都達(dá)到穩(wěn)定值時,則被認(rèn)為熱平衡,此時的溫度場是比較穩(wěn)定的溫度場,其熱變形也相應(yīng)地趨于穩(wěn)定。此時引起的加工誤差是有規(guī)律的。當(dāng)機床處于平衡之前的預(yù)熱期,溫度隨時間而升高,其熱變形將隨溫度的升高而變化,故對加工精度的影響也比較大。因此,精密加工應(yīng)在熱平衡之后進(jìn)行。機床的熱變形及其對加工精度的影響由于各類機床的結(jié)構(gòu)和工作條件相差很大，所以引起機床熱變形的熱源和變形形式也是多種多樣的。機床的主傳動系統(tǒng)機床導(dǎo)軌的摩擦液壓系統(tǒng)根據(jù)機床的熱源分類如普通機床、六角機床、銑床、臥式鏜床、坐標(biāo)鏜床等。如龍門刨床、立式車床等。如各種液壓機床。機床的熱變形及其對加工精度的影響由于各類機床的結(jié)構(gòu)和工作條件相差很大，所以引起機床熱變形的熱源和變形形式也是多種多樣的。精密機床半自動和自動機床床身較長的機床根據(jù)熱變形影響不同如坐標(biāo)鏜床和磨床類機床如導(dǎo)軌磨床、龍門刨床機床的熱變形及其對加工精度的影響熱源的熱量,一部分傳給周圍介質(zhì),一部分傳給熱源近處的機床零部件和刀具,以致產(chǎn)生熱變形,影響加工密度。由于機床各部分的體積較大,熱容量也大,因而機床熱變形進(jìn)行得緩慢(車床主軸箱一般不高于60℃)。實踐表明,車床部件中受熱最多變形最大的是主軸箱,其他部分如刀架、尾座等溫升不高,熱變形較小。車床主軸前軸承的溫升最高。對加工精度影響最大的因素是主軸軸線的抬高和傾斜。實踐表明主軸抬高是主軸軸承溫度升高引起主軸箱變形的結(jié)果,它約占總抬高量的70%。由床身熱變形所引起的抬高一般小于30%。影響主軸傾斜的主要原因是床身的受熱彎曲,它約占總傾斜量的75%。主軸前后軸承的溫差所引起的主軸傾斜只占25%。機床的熱變形及其對加工精度的影響機床在工作狀況下熱變形趨勢圖

車床的熱變形

萬能銑床的熱變形機床的熱變形及其對加工精度的影響導(dǎo)軌磨床熱變形立式銑床受熱變形形態(tài)外圓磨床受熱變形形態(tài)機床的熱變形及其對加工精度的影響機床在工作狀況下熱變形趨勢圖立式車床工作臺的熱變形減少機床熱變形對加工精度影響的基本途徑

結(jié)構(gòu)措施工藝措施熱對稱結(jié)構(gòu)在設(shè)計上使關(guān)鍵件的熱變形避開加工誤差的敏感方向合理安排支承的位置，使產(chǎn)生熱位移的有效部分縮短均衡關(guān)鍵件的溫升，避免彎曲變形隔離熱源可以從根本上減少機床的熱變形對發(fā)熱量大的熱源采用足夠冷卻的措施在安裝機床的區(qū)域內(nèi)保持恒定的環(huán)境溫度將精密機床中的坐標(biāo)鏜床、螺紋機床和齒輪機床等安裝在恒溫室中使用讓機床在開車后空轉(zhuǎn)一段時間，在到達(dá)或接近熱平衡后再進(jìn)行加工減少機床熱變形對加工精度影響的基本途徑之結(jié)構(gòu)措施

熱對稱結(jié)構(gòu)立柱熱對稱結(jié)構(gòu)

以加工中心機床為例（左圖），在受熱影響下，單立柱結(jié)構(gòu)產(chǎn)生相當(dāng)大的扭曲變形；而雙立柱結(jié)構(gòu)由于左右對稱，僅產(chǎn)生垂直方向的平移（這種單向的原始誤差，很容易用垂直坐標(biāo)移動的修正量來補嘗掉)。因此，雙立柱式結(jié)構(gòu)的機床主軸相對于工作臺的熱變形比單立柱結(jié)構(gòu)小得多。雙立柱加工中心減少機床熱變形對加工精度影響的基本途徑之結(jié)構(gòu)措施

熱對稱結(jié)構(gòu)原滑枕結(jié)構(gòu)

滑枕熱變形示意圖更改之后滑枕結(jié)構(gòu)

由于運動下的導(dǎo)軌部分摩擦生熱，而該部分的質(zhì)量較大，熱量多，所以滑枕截面底部的熱膨脹比上部大，迫使整個滑枕彎曲變形

將導(dǎo)軌布置在滑枕截面中間

減少機床熱變形對加工精度影響的基本途徑之結(jié)構(gòu)措施

減少機床熱變形對加工精度影響的基本途徑之結(jié)構(gòu)措施在設(shè)計上使關(guān)鍵件的熱變形避開加工誤差的敏感方向

(a)

(b)

主軸箱的兩種裝配結(jié)構(gòu)的熱位移的示意圖

前者的主軸軸心線對于安裝基準(zhǔn)而言，只有Z方向的熱位移，不在加工誤差的敏感方向上，對加工精度影響很小除了Z方向的熱位移外還產(chǎn)生Y方向的熱位移,對加工精度有直接影響減少機床熱變形對加工精度影響的基本途徑之結(jié)構(gòu)措施

合理安排支承的位置，使產(chǎn)生熱位移的有效部分縮短

(a)

(b)

控制砂輪架Y方向位置的絲杠的有效長度L1控制砂輪架Y方向位置的絲杠的有效長度LL1<

L，所以a）由熱變形加工誤差小支承距離對砂輪架熱位移的影響

減少機床熱變形對加工精度影響的基本途徑之結(jié)構(gòu)措施

對發(fā)熱量大的熱源采用足夠冷卻的措施擴大散熱表面，保證良好的自然冷卻條件(不形成熱空氣袋)使用強制式的冷卻：空氣冷卻、水冷卻、循環(huán)潤滑隔離熱源可以從根本上減少機床的熱變形油池(連同油泵、閥等)、冷卻液箱等成為獨立的單元從機床中移到外面以后，機床的熱變形可顯著地下降。減少機床熱變形對加工精度影響的基本途徑之結(jié)構(gòu)措施

均衡關(guān)鍵件的溫升，避免彎曲變形“O”表示測量溫度的地方數(shù)字的單位是℃在平面磨床上用熱空氣均衡立柱冷后壁的溫度場右圖表示平面磨床采用熱空氣來加熱溫升較低的立柱后壁，以均衡立柱前后壁的溫升，這樣可以顯著地降低立柱的彎曲變形。熱空氣從電動機風(fēng)扇排出，通過特設(shè)的管道導(dǎo)向防護罩和立柱后壁的空間，再排出到外面。在這種情況下，被加工工件的端面的平面度可以降低到未采取均衡措施前的，這種方法又稱為熱補償法。減少機床熱變形對加工精度影響的基本途徑之工藝措施

在安裝機床的區(qū)域內(nèi)保持恒定的環(huán)境溫度均勻安排車間內(nèi)加熱器，取暖系統(tǒng)等的位置，使熱流的方向不朝向機床，以及建立車間門斗或簾幕精密機床還不應(yīng)受到陽光的直接照射，以免引起不均勻的熱變形減少機床熱變形對加工精度影響的基本途徑之工藝措施

將精密機床中的坐標(biāo)鏜床、螺紋機床和齒輪機床等安裝在恒溫室中使用

恒溫精度應(yīng)嚴(yán)格控制（一般精度取，精密級，超精密級為）恒溫基數(shù)則可按季節(jié)適當(dāng)?shù)丶右宰儎幼寵C床在開車后空轉(zhuǎn)一段時間，在到達(dá)或接近熱平衡后再進(jìn)行加工，在加工有些精密零件時，盡管有不切削的間斷時間，但仍讓機床空轉(zhuǎn)，以保持機床的熱平衡。減少工藝系統(tǒng)熱變形的主要途徑

減小發(fā)熱加強散熱能力在結(jié)構(gòu)設(shè)計中采取措施控制溫度變化均衡溫度場雙立柱例子縮短機床預(yù)熱期在機床適當(dāng)位置加附加熱源主軸前軸承等隔離發(fā)熱源強制冷卻加工前機床高速空轉(zhuǎn)1）右圖是在前軸承與箱體之間增設(shè)一個過渡補償套,用于補償端面磨床主軸熱伸長超差(0.08mm)的問題。過渡補償套與箱體僅在前端接觸,后端與孔壁不接觸。當(dāng)主軸因軸承發(fā)熱而向前伸長時,由于過渡補償套只在端部與箱體連接,過渡補償套則向后伸長,并使整個主軸向后推,自動補償了主軸的向前伸長量。這樣便消除了主軸熱變形對加工精度的影響。2)對絲杠進(jìn)行預(yù)拉以抵消熱變形。滾珠絲杠是一個關(guān)鍵零件,它在工作中承受的負(fù)荷較大,轉(zhuǎn)速高散熱條件差,故在工作中產(chǎn)生熱伸長是必然的。為消除滾珠絲杠的熱變形,常采用預(yù)拉絲杠的方法,即在加工時把絲杠的螺距故意做小一些,裝配時對絲杠拉伸,將其螺距拉大到標(biāo)準(zhǔn)值。絲杠受拉后產(chǎn)生拉應(yīng)力,該力應(yīng)比工作時絲杠受到的熱應(yīng)力大。實際上就是用拉應(yīng)力的變形抵消熱伸長,從而避免絲杠熱伸長造成的誤差。五、工藝系統(tǒng)熱變形引起的加工誤差工藝系統(tǒng)的熱變形及其熱源機床的熱變形及其對加工精度的影響減少機床熱變形對加工精度影響的基本途徑刀具的熱變形及其對加工精度的影響工件的熱變形減少機床熱變形對加工精度影響的基本途徑

結(jié)構(gòu)措施工藝措施刀具的熱變形及其對加工精度的影響切削過程中，一部分切削熱傳給刀具，盡管這部分熱量很少(高速車削時只占1%~2%)，但由于刀體較小，熱容量較小，因此，刀具的溫度仍然很高高速鋼車刀的工作表面溫度可達(dá)700~800℃。刀具受熱伸長量一般情況下可達(dá)到0.03~0.05mm。從而產(chǎn)生加工誤差,影響加工精度。刀具的熱變形及其對加工精度的影響刀具連續(xù)工作時的熱變形引起的加工誤差；刀具間歇工作時的熱變形引起的加工誤差；刀具連續(xù)工作時，如車削長軸或在立車床車大端面，傳給刀具的切削熱隨時間不斷增加，刀具產(chǎn)生熱變形而逐漸伸長，工件產(chǎn)生圓度誤差或平面度誤差。當(dāng)采用調(diào)整法加工一批短軸零件時，由于每個工件切削時間較短，刀具的受熱與冷卻間歇進(jìn)行，故刀具的熱伸長比較緩慢。總的來說，刀具能夠迅速達(dá)到熱平衡，刀具的磨損又能與刀具的受熱伸長進(jìn)行部分的補償，故刀具熱變形對加工質(zhì)量影響并不顯著。刀具的熱變形及其對加工精度的影響右圖三條曲線中的A表示了車刀在連續(xù)工作狀態(tài)下的升溫中變形過程；B表示切削停止后，刀具冷卻的變形過程；C表示在加工一批短小軸類零件時，由于刀具間斷切削而溫度忽升忽降所形成的變形過程。車刀的熱伸長間斷切削刀具總的熱變形比連續(xù)切削要小一些，最后其波動量保持在范圍內(nèi)。工件的熱變形

工件在機械加工中所產(chǎn)生的熱變形，主要是由于切削熱的作用。有些大型零件同時還受環(huán)境溫度變化的影響（如機床床身導(dǎo)軌）。對于不同的加工方式，切削熱傳入工件的比例是不同的。對于車、銑、刨、立鏜、外拉削等切削流暢、切削和刀具的摩擦較小的情況，大部分切削熱被切屑帶走，傳入工件的熱量為10%左右對于鉆孔，由于鉆頭橫刃的擠壓作用，切屑與排屑溝的摩擦以及散熱條件不好等原因，鉆孔是所產(chǎn)生的熱量約50%進(jìn)入工件磨削時，約有84%的磨削熱傳入工件在臥鏜鑄鐵工件時，切屑幾乎全部留在孔內(nèi)，傳給切屑的熱量又傳給了工件四種不同的加工方式工件的熱變形

即使是同一加工方式，同樣的熱量，由于工件受熱體積不同，引起溫升的熱變形也不一樣。工件的裝夾方式對工件熱變形也有影響內(nèi)圓磨床磨短薄壁套內(nèi)孔時，雖可看作均勻受熱，但由于在夾壓點處的散熱條件好，該處的溫升較其它部分低，故加工完畢冷卻后工件出現(xiàn)棱圓形的圓度誤差在兩死頂尖間加工軸件，因頂尖不能軸向移動，則工件的熱升長受阻導(dǎo)致兩頂尖間產(chǎn)生軸向力，使工件彎曲變形，加工后呈鞍形形狀誤差。工件受熱的均勻與否，對熱變形的影響也很大，若工件單面受熱，就容易產(chǎn)生彎曲工件的熱變形

對于工件受熱均勻情況測得的工件溫升為，則熱伸長（直徑上和長度上)可以按簡單的物理公式計算式中：——工材料的熱膨脹系數(shù)，鋼材為鑄鐵為——工件在熱變形方向上的尺寸工件的熱變形

對于工件受熱均勻情況磨削絲杠例子：則絲杠的伸長量為：，每磨一次溫度就升高約而6級絲杠的螺距累積誤差在全長上不允許超過由此可見熱變形的嚴(yán)重性若絲杠長度為工件的熱變形

另外，在某些情況下，工件熱變形對粗加工精度的影響也必須注意。例如，在工序集中的組合機床上、在流水線、自動生產(chǎn)線以及數(shù)控機床上進(jìn)行加工時，就必須從熱變形的角度來考慮工序和工步的順序安排。若粗加工工序以后，緊接著是精加工工序，必須引起工件的尺寸和和形狀誤差。工件的熱變形

熱變形對粗精加工影響例子：在一臺三工位的組合機床上，第一個工位是裝卸工件，第二個工位是鉆，第三個工位是鉸孔，工件尺寸為材料為鑄鐵，鉆孔時轉(zhuǎn)速，進(jìn)給量溫升達(dá)，則工件的孔在直徑上脹大了：鉆孔完華后接著鉸孔，等到工件冷下來一收縮，誤差就超過了7級精度的公差。所以說在這種場合下，粗加工的工件變形就不能忽視了。總體來說，工件受熱均勻，主要影響尺寸精度工件的熱變形

對于工件受熱不均勻情況，將產(chǎn)生形狀誤差。機床導(dǎo)軌面的磨削例子M131W型外圓磨床導(dǎo)軌在磨削熱作用下，上下溫差可達(dá)3℃在垂直面的熱變形達(dá)為了保證磨削精度，就不得不在走過幾個行程后停車等待，讓周圍的空氣把工件表面的熱量帶走。工件的熱變形

減少工件熱變形對加工精度的影響采取的措施在切削區(qū)域施加充分的冷卻液；提高切削速度或進(jìn)給量，使傳入工件的熱量減少；工件在精加工前有充分時間間隙，使它得到足夠的冷卻；勿讓刀具和砂輪過分磨鈍就進(jìn)行刃磨和修正，以減少切削熱和磨削熱；使工件在夾緊狀態(tài)下有伸縮的自由如高速切削和高速磨削如采用彈簧后頂尖氣動后頂尖減少工藝系統(tǒng)熱變形的主要途徑

減小發(fā)熱加強散熱能力在結(jié)構(gòu)設(shè)計中采取措施控制溫度變化均衡溫度場雙立柱例子縮短機床預(yù)熱期在機床適當(dāng)位置加附加熱源主軸前軸承等隔離發(fā)熱源強制冷卻加工前機床高速空轉(zhuǎn)六、內(nèi)應(yīng)力引起的變形毛坯制造中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力冷校直帶來的內(nèi)應(yīng)力切削（磨削）帶來的內(nèi)應(yīng)力在主軸和箱體加工中，都安排有時效處理的工序，目的是為了消除工件的內(nèi)應(yīng)力。當(dāng)外部的載荷去除以后，仍殘存在工件內(nèi)部的應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力是由于金屬內(nèi)部宏觀的或微觀的組織發(fā)生了不均勻的體積變化而產(chǎn)生的。其外界因素就來自熱加工和冷加工。切削（磨削）過程中形成的力和熱，使被加工工件的表面層產(chǎn)生了內(nèi)應(yīng)力，這部分內(nèi)容將在本章后面進(jìn)行討論。六、內(nèi)應(yīng)力引起的變形毛坯制造中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力在鑄、鍛、焊、熱處理等加工過程中，由于各部分冷熱收縮不均勻以及金相組織轉(zhuǎn)變的體積變化，使毛坯內(nèi)部產(chǎn)生了相當(dāng)大的內(nèi)應(yīng)力。毛坯的結(jié)構(gòu)愈復(fù)雜，各部分的厚度愈不均勻，散熱的條件相差愈大，則在毛坯內(nèi)部產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力也愈大。具有內(nèi)應(yīng)力的毛坯由于內(nèi)應(yīng)力暫時處于相對平衡的狀態(tài)，在短時期內(nèi)還看不出有什么變動。但在切削去某些表面部分以后，就打破了這種平衡，內(nèi)應(yīng)力重新分布，零件就明顯地出現(xiàn)了變形。六、內(nèi)應(yīng)力引起的變形毛坯制造中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力(a)(b)鑄件因內(nèi)應(yīng)力而引起的變形一個內(nèi)外壁厚相差較大的鑄件冷卻過程大致如下：由于壁1和2比較薄，散熱較易，所以冷卻較快；壁3比較厚，所以冷卻較慢。冷卻完成之后，壁3受到了拉應(yīng)力，壁1和2受到壓應(yīng)力，形成了相互平衡的狀態(tài)。在這個鑄件的璧2上開一個口，，則壁2的壓應(yīng)力消失，鑄件在壁3和1的內(nèi)應(yīng)力作用下，壁3收縮，壁1伸長，鑄件就發(fā)生彎曲變形，直至內(nèi)應(yīng)力重新分布達(dá)到新的平衡為止。六、內(nèi)應(yīng)力引起的變形推廣到一般情況，各種鑄件都難免產(chǎn)生冷卻不均勻而形成的內(nèi)應(yīng)力，鑄件的外表面總比中心部分冷卻得快。若鑄件表面經(jīng)過粗加工刨去一層，引起了內(nèi)應(yīng)力的重新分布并產(chǎn)生彎曲變形（如上圖）。為了克服這種內(nèi)應(yīng)力重新分布而引起的變形，特別是對大型和精度要求高的零件，一般在鑄件粗加工后進(jìn)行時效處理，然后再精加工。毛坯制造中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力六、內(nèi)應(yīng)力引起的變形冷校直帶來的內(nèi)應(yīng)力絲枉一類的細(xì)長軸經(jīng)過車削以后，棒料在軋制中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力要重新分布，產(chǎn)生彎曲，如右圖（a）所示。冷校直就是在原有變形的相反方向加力F，使工件向反方向彎曲，產(chǎn)生塑性變形，以達(dá)到校直的目的在力F的作用下，工件內(nèi)部的應(yīng)力分布如右圖（b）所示，即在軸心線以上的部分產(chǎn)生了壓應(yīng)力（用“-”號表示)，在軸心線以下部分產(chǎn)生了拉應(yīng)力(用“+”表示)，在軸心線和上下兩條虛線之間是彈性變形區(qū)域，應(yīng)力分布成直線，在直線以外是塑性變形區(qū)域，應(yīng)力分布成曲線。六、內(nèi)應(yīng)力引起的變形冷校直帶來的內(nèi)應(yīng)力當(dāng)外力F去除以后，彈性變形部分本來可以完成恢復(fù)而消失，但因塑性變形部分恢復(fù)不了，內(nèi)外層金屬就起了互相牽制的作用，產(chǎn)生了新的內(nèi)應(yīng)力平衡狀態(tài)，如右圖（c）所示。六、內(nèi)應(yīng)力引起的變形冷校直帶來的內(nèi)應(yīng)力冷校直后的工件雖然減少了彎曲，但是依然處于不穩(wěn)定狀態(tài)，再加工一次后，又會產(chǎn)生新的彎曲變形對要求較高的零件，就需要在高溫時效后進(jìn)行低溫時效的后續(xù)工序中來克服這個不穩(wěn)定的缺點。為了從根本上消除冷校直帶來的不穩(wěn)定的缺點，對于高精度的絲杠（6級以上）根本不允許采用冷校直工藝，而是采用加粗的棒料經(jīng)過多次車削和時效處理來消除內(nèi)應(yīng)力。六、內(nèi)應(yīng)力引起的變形冷校直帶來的內(nèi)應(yīng)力有些工廠經(jīng)過試驗研究，用熱校直來代替冷校直，這樣不但提高了絲桿的質(zhì)量，而且大大地提高了生產(chǎn)率。熱校直工藝是結(jié)合工件正火處理進(jìn)行的。即工件在正火溫度下（對45號鋼是)放到平臺上用手動壓力機進(jìn)行校直。六、內(nèi)應(yīng)力引起的變形冷校直帶來的內(nèi)應(yīng)力在批量比較大的場合，絲杠用三輥式校直機進(jìn)行熱校直（右圖）。具體措施是：在工件邊滾動邊加壓的過程中，同時在工件上通以電流，使工件溫度始終不低于，保持在良好的塑性狀態(tài)下進(jìn)行校直，大大地減少了絲杠的內(nèi)應(yīng)力，收到了良好的效果三輥式校直機原理圖

1—上軋輥；2—主動軋輥；3—從動軋輥；4、5、7、8—皮帶棍；6—電動機；9—調(diào)節(jié)螺釘；10—工件七、保證和提高加工精度的途徑

聽其自然，因勢利導(dǎo)，直接消除或減小柔性工件受力變形的方法

細(xì)長軸的加工

傳統(tǒng)的方法都采用中心架或跟刀架，可以有效的減小工件受到徑向力的作用產(chǎn)生的變形，但是細(xì)長軸的加工往往還要受到軸向力作用產(chǎn)生的變形和由于熱伸長導(dǎo)致的彎曲變形；

采用大進(jìn)給反向切削細(xì)長軸的加工方法消除軸向切削力引起的彎曲變形。順向進(jìn)給時對細(xì)長軸起壓縮作用

反向進(jìn)給時對細(xì)長軸起拉伸作用1.進(jìn)給方向由卡盤指向尾座，和一般車削法的進(jìn)給方向剛好相反。

縮徑法采用大進(jìn)給量和大的主偏角車刀伸縮性的活頂尖使工件在熱伸長下有伸縮的余地。在卡盤一端的工件上車出一個縮頸部分，消除由于坯料本身的彎曲而在卡盤強制夾持下軸心線歪斜的影響。跟刀架安裝法

在用粗車刀車出50～80mm一段長度以后，裝上跟刀架。跟刀架的支承塊裝在刀尖后面1～2mm處，然后進(jìn)行全長度的粗車。精車時跟刀架的支承塊裝在刀尖前面，以粗車過的表面作為支承基面，以避免支承塊在已經(jīng)精車了的表面上劃出痕跡。

磁力加緊

彈性加緊薄片零件在熱處理淬硬以后的磨削加工1.可以采用彈性的夾緊機構(gòu)，使工件在自由狀態(tài)下定位和夾緊，消除夾緊變形或提高工件剛性。這項加工問題中的主要矛盾是工件薄、剛性差，很容易引起夾緊變形。因此要消除這類薄片工件在磨削加工中的夾緊變形：減少工件磨削變形方法采用環(huán)氧樹脂粘合劑將摩擦片在自由狀態(tài)下

粘結(jié)到一塊平板上。平板連同工件一起放到磁力吸盤上，磨平工件的上端面。再將工件從平板上取下來，以磨平了的一面放到磁力吸盤上，再磨另一面。也可采用厚油脂填充在工件和磁力吸盤之間的間隙中，加強了工件的剛性，也取得了較好的效果。人為設(shè)誤，相反相成，抵消受力變形和傳動誤差的方法

不允許采取直接消除或減小的方法(由于代價太大或費時太長等原因)的加工，可采用誤差補償或誤差抵消的方法。

誤差補償?shù)姆椒ň褪侨藶榈卦斐鲆环N新的原始誤差去抵消當(dāng)前成為問題的原始誤差，負(fù)誤差用人為的正誤差去抵消，正誤差用人為的負(fù)誤差去抵消，盡量使兩者大小相等，方向相反，從而達(dá)到減少加工誤差，提高加工精度的目的。人為的誤差抵消裝配后因自重而產(chǎn)生的變形

龍門銑床橫梁的變形與刮研

銑頭水平移動時橫梁平直度的檢驗

某廠在試制X2012型龍門銑床時，發(fā)生了橫梁在兩個立銑頭自重的影響下產(chǎn)生的變形大大地超過了部頒檢驗標(biāo)準(zhǔn)的情況。就可以用誤差補償?shù)姆椒ㄔ诠窝袡M梁導(dǎo)軌時故意使導(dǎo)軌面產(chǎn)生“向上凸”的幾何形狀誤差，去抵消橫梁因銑頭重量而產(chǎn)生“向下垂”的受力變形。精加工磨床床身導(dǎo)軌時用預(yù)加載荷方法，抵消裝配后因部件自重產(chǎn)生的變形；

所謂預(yù)加載荷，就是在床身上預(yù)先裝上橫進(jìn)給機構(gòu)、操作箱等部件，或者用“配重”代替部件，在變形狀態(tài)下加工導(dǎo)軌。這樣，加工條件和裝配、使用時的條件取得一致，就可以使產(chǎn)品保持導(dǎo)軌精加工的精度。

采用配重代替部件，應(yīng)按等力矩的原則出發(fā)(因上述部件對導(dǎo)軌的影響主要是扭轉(zhuǎn)變形)即，裝部件(或配重)的基面必須保證有一定的精度，以免產(chǎn)生夾緊變形，引起新的誤差。裝上部件

裝上配重

車削外圓零件時，為減小徑向力引起的變形，采用前后雙刀架“對刀”切削，可使徑向切削力相互抵消。對刀切削示意圖

雙刀架

縮小范圍，分別處理，分組控制定位誤差的方法

橫梁變形的轉(zhuǎn)移

在大型龍門銑床的結(jié)構(gòu)中采用的轉(zhuǎn)移變形；在橫梁上再安裝一根附加的梁，使它承擔(dān)銑頭和配重的重量。在車床加工中也采用立刀安裝的方法，就可以把四方刀架的轉(zhuǎn)位誤差轉(zhuǎn)移掉，消滅撞削內(nèi)孔時產(chǎn)生的報廢現(xiàn)象。轉(zhuǎn)塔車床應(yīng)用誤差轉(zhuǎn)移

在一般轉(zhuǎn)塔車床的刀具調(diào)整中，都是把刀刃的切削基面放在垂直平面內(nèi)，在生產(chǎn)中成為“立刀”安裝法。這樣一來轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)位誤差就處于Ｚ的方向，而非誤差的敏感方向，由而產(chǎn)生的加工誤差就小到可以忽略不計。轉(zhuǎn)塔車床的“立刀”安裝法

轉(zhuǎn)塔車床轉(zhuǎn)塔上六個孔和平面的加工與檢驗

確保驗收，把好最后一道關(guān)，“就地加工”達(dá)到終精度的方法

在轉(zhuǎn)塔車床制造中，轉(zhuǎn)塔上六個安裝刀架的大孔的軸心線必須保證和機床主軸旋轉(zhuǎn)的軸心線重合，而六個平面又必須和主軸中心線垂直。就地加工（自干自）：“就地加工”的要點就是：要保證部件間的什么樣的位置關(guān)系，就在這樣的位置關(guān)系上利用一個部件裝上刀具去加工另一個部件。

在零件的機械加工中用就地加工來作為保證加工精度的有效措施例如：在機床上“就地”修正花盤平面的平面度、修正卡爪的同心度、在機床上“就地”修正夾具的定位面等等。頭架頂尖“自磨自”

導(dǎo)套內(nèi)孔“自鏜自”

車削精密絲杠時三點同軸度的保證方法

三點不同軸引起絲杠彎曲和接觸不良有比較，才有鑒別，誤差平均的方法像研磨加工一樣通過表面間相對研擦和磨損而使誤差不斷減少的過程，稱之為誤差平均的方法；常利用誤差平均的方法來制造精密零件，如：直角尺、角度規(guī)、多棱體、分度盤、標(biāo)準(zhǔn)絲杠等高精密度的量具和工具;誤差平均法的實質(zhì)是：利用有密切聯(lián)系的表面相互比較，相互檢查，從對比中找出差距以后，或是相互糾正(如偶件的對研)或是互為基準(zhǔn)進(jìn)行加工。所謂有密切聯(lián)系的表面有三種類型：一種是配偶件的表面，如精密標(biāo)準(zhǔn)絲杠與螺母研具；一種是成套件的表面，如散塊式原始平板、直尺；還有一種是工件本身相互有牽連的表面，如分度盤的各個槽。實時檢測，動態(tài)補償，偶件自動配制和溫度積極控制的方法

在生產(chǎn)中就發(fā)展了可變補償?shù)姆椒▉硌a償變值系統(tǒng)性原始誤差，即所謂積極控制的方法。積極控制有三種形式：主動測量：在加工中隨時測量出工件的實際尺寸(形狀、位置精度)，隨時給刀具以附加的補償量以控制刀具和工件間的相對位置。如：自動測量和自動補償偶件自動配磨：將互配件中的一件作為基準(zhǔn)，去控制另一件的加工精度。

積極控制起決定性作用的加工條件：在某些復(fù)雜精密零件的加工中，不可能對主要精度參數(shù)直接進(jìn)行主動測量和控制，就應(yīng)該針對起決定作用的誤差因素進(jìn)行積極控制，把它掌握在很小的變動范圍以內(nèi)。

如：精密螺紋磨床的自動恒溫控制。第一節(jié)機械加工精度的基本概念第二節(jié)影響加工精度的因素及其分析第三節(jié)加工誤差的綜合分析第四節(jié)機械加工表面質(zhì)量一.概述

機器零件的機械加工質(zhì)量，除了加工精度之外，表面質(zhì)量也是極其重要而不容忽視的一個方面。產(chǎn)品的工作性能，尤其是它的可靠性、耐久性、在很大程度上取決于其主要零件的表面質(zhì)量。TDM

－1150型超精密車床可以對直徑最大為300mm、長度最大為1500mm、晶體?結(jié)構(gòu)尺寸為3mm～200mm的成形輥筒進(jìn)行結(jié)構(gòu)加工可以達(dá)到4nm～5nm的表面光潔度機械加工的表面不可能是理想的光滑表面，而是存在著表面粗糙度、波度等表面幾何形狀誤差以及劃痕、裂紋等表面缺陷的。表面層的材料在加工時也會產(chǎn)生物理性質(zhì)的變化，有些情況下還會產(chǎn)生化學(xué)性質(zhì)的變化，該層總稱為加工變質(zhì)層。右圖表示了加工表面層沿深度的變化，在最外層生成有氧化膜或其他化合物，并吸收、滲進(jìn)了氣體、液體和固體的粒子，故稱為吸附層，該層的總厚度通常不超過8nm（1nm=10-9m)(1)表面粗糙度：表面的微觀幾何形狀誤差；(2)波度：介于加工精度（宏觀）和表面粗糙度之間的周期性幾何形狀誤差，它主要是加工過程中工藝系統(tǒng)的振動所引起的。1.表面的幾何形狀特性，主要由以下兩個部分組成：2.表面層的物理、機械性能的變化，主要有以下三個方面的內(nèi)容：(1)表面層因塑性變形引起的冷作硬化；(2)表面層因切削熱引起的金相組織的變化；(3)表面層中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。二、表面質(zhì)量對零件使用性能的影響1.表面質(zhì)量對零件耐磨性的影響零件的耐磨性主要與摩擦副的材料及潤滑條件有關(guān);但在這些條件已經(jīng)確定的情況下，零件的表面質(zhì)量就起決定性的作用。

表面粗糙度對耐磨性的影響

零件磨損的三個階段：初期磨損階段，正常磨損階段，急劇磨損階段。一對摩擦副在一定的工作條件下通常有一最佳粗糙度，過大或過小的粗糙度均會引起工作時的嚴(yán)重磨損。初期磨損量與表面粗糙度的關(guān)系表面粗糙度的輪廓形狀及加工紋路方向也對耐磨性有顯著的影響;表面變質(zhì)層會顯著地改變耐磨性。表面層的冷作硬化減少了摩擦副接觸部分處的彈性和塑性變形，因而減少了磨損，但是硬化程度與耐磨性并不成線性關(guān)系，硬化層也必須控制在一定的范圍內(nèi);表面層產(chǎn)生金相組織變化時由于改變了基本材料的原來硬度，因而也直接影響耐磨性。2.表面質(zhì)量對疲勞強度的影響在交變載荷的作用下，零件表面的粗糙度、劃痕和裂紋等缺陷容易引起應(yīng)力集中而萌生和擴展疲勞裂紋造成疲勞損壞;表面層的殘余應(yīng)力對疲勞強度的影響極大。表面層的殘余壓縮應(yīng)力能夠提高零件的疲勞強度。而殘余拉伸應(yīng)力容易使已加工表面產(chǎn)生裂紋因而降低疲勞強度;表面的冷作硬化層能提高零件的疲勞強度，這是因為硬化層能阻礙已有裂紋的擴大和新的疲勞裂紋的產(chǎn)生。3.表面質(zhì)量對零件抗腐蝕性能的影響降低表面粗糙度可以提高零件的抗腐蝕性;表面產(chǎn)生冷作硬化或金相組織變化時亦常會降低抗腐蝕能力。4.表面質(zhì)量對配合質(zhì)量的影響對于間隙配合表面，如果粗糙度太大，初期磨損量就大，工作時間一長配合間隙就會增大，影響了間隙配合的穩(wěn)定性。對于過盈配合表面，軸在壓入孔內(nèi)時表面粗糙度的部分凸峰會擠平，而使實際過盈量比預(yù)定的小，影響了過盈配合的可靠性。所以對有配合要求的表面都要求較低的粗糙度。5．其他影響對沒有密封件的液壓油缸、滑閥來說，降低粗糙度可以減少泄漏、提高其密封性能；較低的表面粗糙度可使零件具有較高的接觸剛度；對于滑動零件，降低粗糙度能使摩擦系數(shù)降低、運動靈活性增高，并減少發(fā)熱和功率損失；表面層的殘余應(yīng)力會使零件在使用過程中緩慢變形，失去原來的精度，降低機器的工作質(zhì)量等。三、機械加工表面的粗糙度及其影響因素（一）切削加工后的表面粗糙度1.切削加工表面粗糙度的形成在切削加工表面上，垂直于切削速度方向的粗糙度稱為橫向粗糙度，在切削速度方向上測量的粗糙度稱為縱向粗糙度。一般來說，橫向粗糙度較大，它主要由幾何因素和物理因素兩方面形成，縱向粗糙度則主要由物理因素形成。（1）幾何因素：在理想的切削條件下，刀具相對工件作進(jìn)給運動時，在加工表面上遺留下來的切削層殘留面積，形成理論粗糙度，其最大高度，可由刀具形狀、進(jìn)給量f按幾何關(guān)系求得。切削層殘留面積在刀尖圓弧半徑為零時，可由下式求得：

式中：f—工件每轉(zhuǎn)的進(jìn)給量；、—車刀的主偏角和副偏角。實際車刀刀尖總有圓角半徑，此時可由下式求得:（2）物理因素：

1)在切削過程中刀具的刃口圓角及后面的擠壓與摩擦使金屬材料發(fā)生塑性變形而使理論殘留面積擠歪或溝紋加深，因而增大了表面粗糙度。圖中的表面實際輪廓形狀由幾何因素與物理因素綜合形成，因而與由純幾何因素所形成的理論輪廓有較大的差別。加工后表面的實際輪廓和理論輪廓2)切削過程中出現(xiàn)刀瘤與鱗刺，會使表面粗糙度嚴(yán)重地惡化，在加工塑性材料(如低碳鋼、鉻鋼、不銹鋼、鋁合金等)時，常是影響粗糙度的主要因素。刀瘤是切削過程中切屑底層與前刀面發(fā)生冷焊的結(jié)果，刀瘤形成后并不是穩(wěn)定不變的，而是不斷地形成、長大，然后粘附在切屑上被帶走或留在工件上，圖說明了這種情況。由于刀瘤有時會伸出切削刃之外，其輪廓也很不規(guī)則，因而使加工表面上出現(xiàn)深淺和寬窄都不斷變化的刀痕，大大增加了表面粗糙度。刀瘤對工件表面質(zhì)量的影響鱗刺是已加工表面上出現(xiàn)的鱗片狀毛刺般的缺陷。加工中出現(xiàn)鱗刺是由于切屑在前刀面上的摩擦和冷焊作用造成周期性地停留，代替刀具推擠切削層，造成切削層與工件之間出現(xiàn)撕裂現(xiàn)象，如圖所示。如此連續(xù)發(fā)生，就在加工表面上出現(xiàn)一系列的鱗刺，構(gòu)成已加工表面的縱向粗糙度。鱗刺的出現(xiàn)并不依賴于刀瘤，但刀瘤的存在會影響鱗刺的生成。磷刺的產(chǎn)生2、降低表面粗糙度的措施由幾何因素引起的粗糙度過大，可通過減小切削層殘留面積來解決。減小進(jìn)給量、刀具的主、副偏角，增大刀尖圓角半徑，均能有效地降低表面粗糙度;由物理因素引起的粗糙度過大，主要應(yīng)采取措施減少加工時的塑性變形，避免產(chǎn)生刀瘤和鱗刺，對此影響最大的是切削速度和被加工材料的性能。切削速度v的影響從實驗知道，v愈高，切削過程中切屑和加工表面的塑性變形程度就愈輕，因而粗糙度也愈小。刀瘤和鱗刺都在較低的速度范圍產(chǎn)生，此速度范圍隨不同的工件材料、刀具材料、刀具前角等變化。采用較高的切削速度常能防止刀瘤、鱗刺的產(chǎn)生。圖所示即為不同速度對表面粗糙度的關(guān)系曲線。實線表示只受塑性變形影響，虛線表示受刀瘤影響時的情況。切削速度對表面粗糙度的影響被加工材料性能的影響一般來說，韌性較大的塑性材料，加工后粗糙度愈大;脆性材料的加工粗糙度比較地接近理論粗糙度。對于同樣的材料，晶粒組織愈是粗大，加工后的粗糙度也愈大;因此為了降低加工后的表面祖糙度，常在切削加工前進(jìn)行調(diào)質(zhì)或正火處理，以得到均勻細(xì)密的晶粒組織和較高的硬度。刀具的幾何形狀、材料、刃磨質(zhì)量的影響

刀具的前角對切削過程的塑性變形有很大影響;

前角值增大時，塑性變形程度減小，粗糙度也就能減小;為負(fù)值時，塑性變形增大，粗糙度也增大;后角過小會增加摩擦。刃傾角的大小又會影響刀具的實際前角，因此都會影響加工表面的粗糙度。磨削加工與切削加工有許多不同處，從幾何因素看，砂輪上的磨削刃形狀和分布很不均勻、很不規(guī)則，且隨著砂輪工作表面的修正、磨粒的磨耗不斷改變;磨削加工表面是由砂輪上大量的磨粒刻劃出的無數(shù)極細(xì)的溝槽形成的;在磨削過程中由于磨粒大多具有很大的負(fù)前角，所以產(chǎn)生了比切削加工大得多的塑性變形。磨粒在工件上的刻痕二、磨削加工后的表面粗糙度⑴砂輪的粒度

砂輪的粒度愈細(xì)，則砂輪工作表面的單位面積上的磨粒數(shù)愈多，因而在工件上的刻痕也愈密而細(xì)，所以粗糙度愈小。但是粗粒度砂輪如果經(jīng)過細(xì)修整，在磨粒上車出微刃后也能加工出低粗糙度表面。磨粒上的微刃影響磨削表面粗糙度的主要因素有：(2)砂輪的修整修整砂輪的金剛石工具愈鋒利，修整導(dǎo)程愈小，修整深度愈小，表面粗糙度值愈小。(3)砂輪速度提高砂輪速度可以顯著降低工件表面粗糙度。(4)砂輪的硬度（5）冷卻砂輪速度對比表面粗糙度的影響(6)磨削切深與工件速度增大磨削切深和工件速度將增加塑性變形的程度，從而增大粗糙度。

磨削切深對表面粗糙度的影響工件速度對表面粗糙度的影響四、機械加工后表面物理機械性能的變化加工過程中工件由于受到切削力、切削熱的作用，其表面層的物理機械性能會產(chǎn)生很大的變化;最主要的變化是表面層的微觀硬度變化、金相組織變化