5.工艺系统热变形引起的加工误差（1）热源（2）机床热变形（3）工件热变形6.工件残余应力引起的加工误差四、加工误差综合分析加
工误差系统性误差常值系统性误差变值系统性误差随机性误差分布曲线法点图法分析方法五、表面质量的含义表面质量包含：
1.表面粗糙度2.波度3.加工表面层材料的物理力学性能（1）表面层材料的塑性变形与冷作硬化（2）金相
组织的变化（3）表面层材料残余应力六、表面质量对零件使用性能的影响1.表面粗糙度2.表面层材料的塑性变形与冷作硬化
3.金相组织的变化4.表面层材料残余应力1.耐磨性2.疲劳强度3.耐腐蚀性4.工作精度5.配合质量表面
质量使用性能七、表面粗糙度1.切削加工表面粗糙度●几何因素●物理因素2.磨削加工表面粗糙度八、机械加工后表面
物理机械性能的变化1.表面层的冷作硬化2.表面层的金相组织变化（磨削加工——磨削烧伤）3.残余应力刀具的几何参数及运动参
数塑性变形积屑瘤鳞刺工艺系统振动砂轮粒度砂轮硬度砂轮组织砂轮材料砂轮修整习题与思考题P175，二、8.试
分别说明下列加工条件对加工精度的影响有何不同？17.试分析——某一轴类零件在车床上的装夹如图4(a)所示。图中
：前顶尖为固定顶尖，后顶尖为活动顶尖。问：车削工件外圆后出现如图4(b)、(c)、(d)的形状误差，试分别分析出现图4(b)、(c
)、(d)形状误差的可能原因是什么？后顶尖z工件前顶尖（a）x（b）（c）（d）三、机械加工后工件表面层物理机
械性能的变化1.表面层的冷作硬化(1)加工硬化（或冷作硬化）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。(2)衡量表面层加工硬化的指标●表面层的显微硬度HR；●硬化层深度h；●硬化程度N
HR0：工件原表面层的显微硬度。（1）表面残余应力的产生机理当切削及磨削过程中加工表面相对于基
体材料发生形状、体积变化或金相组织变化时，在加工后表面层中将残留有应力，应力大小随深度而变化，其最外层的应力和表面层与基体材料交界
处（以下简称里层）的应力符号相反，并相互平衡。表面层组织发生变化时，在表面层及其与基体材料的交界处会产生互相平衡的
弹性力。这种应力即为表面层的残余应力。2.表面层残余应力（2）冷塑性变形的影响在切削加工过程中，工件表面层
受切削力的作用，金属晶体发生塑性变形、位错、空位等缺陷大为增加，使晶格中的一部分原子偏离其平衡位置造成了晶格的畸变，破坏了原来晶格
中原子最紧密的排列，导致金属密度下降，体积增大。由于表层受切削力的作用，表层产生拉应力。但里层处于弹性变形状态下。-σ+σ距
表层深度0加工时-σ+σ距表层深度0加工时0-σ距表层深度+σ加工后（2）冷塑性变形的影响
当切削加工完成后，切削力已去除，里层金属趋向复原（弹性恢复），但受到已产生塑性变形的表面层限制，回复不到原状，因而在表面层产
生残余压应力，里层则为拉应力与之相平衡。（3）热塑性变形的影响表面层在切削热的作用下产生热膨胀，此时基体温度较低，因
此表面热膨胀受到基体的限制而产生热压缩应力。当表面层的温度超过材料的弹性变形的温度范围时，就会产生热塑性变形（在压力作用下材料相对
缩短）。当切削过程结束，温度下降至与基体温度一致时，因为表面层已产生热塑性变形，但受到基体的限制产生拉应力，里层则为残余压应力。
距表层深度加工后0-σ距表层深度+σ0-σ+σ加工时（4）金相组织变化的影响切削时产生的高温
会引起表面层的相变。由于不同的金相组织有不同的比重，表面层金相组织变化的结果造成了体积的变化。表面层体积膨胀时，因为受到基体的限制
，产生压应力；反之表面层体积缩小，则产生拉应力。各种金相组织中，马氏体比重最小，奥氏体比重最大。磨削淬火钢时若表
面产生回火现象，马氏体转变成索氏体或屈氏体（这两者组织均为扩散程度很高的珠光体），因体积缩小，表面层产生残余拉应力，里层产生残余压
应力。若表面层产生二次淬火现象，则表面层产生二次淬火马氏体，其体积比里层的回火组织大，因而表层产生压应力，里层产生拉应力。
切削加工中由于切削热的作用，加工表面层会产生金相组织的变化。特别是磨削加工，由于磨削速度高，大部分磨粒带有很大的负前角，磨粒除了切
削作用外，很大程度是在刮擦挤压工件表面，因而产生的磨削热比切削加工大得多。磨削时约有70%以上的热量瞬时进入工件，只有小部
分通过切屑、砂轮、冷却液、大气带走，致使磨削时工件表面层温度很高，表面层的金相组织产生更为复杂的变化，表面层的硬度也相应产生变化，
直接影响零件的使用性能。3.加工表面的金相组织的变化（1）磨削烧伤当被磨削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，并伴随有残余力产生，甚至出现微观裂纹，这种现象称为磨削烧伤。在磨
削热的作用下，磨削表面生成氧化膜，这种氧化膜由于厚度不同，其反射光线的干涉状态不同，因而形成不同的颜色（表面层呈现黄、褐、紫、青等
色），它反映了表面层金相组织变化的程度。（2）磨削烧伤三种形式●淬火烧伤磨削时工件表面温度超过相变临界温度Ac3
时，则马氏体转变为奥氏体。在冷却液作用下，工件最外层金属会出现二次淬火马氏体组织。其硬度比原来的回火马氏体高，但很薄，其下为硬度较
低的回火索氏体和屈氏体。由于二次淬火层极薄，表面层总的硬度是降低的，这种现象称为淬火烧伤。磨削淬火钢时，若表面层产
生二次淬火现象，则表面层产生二次淬火马氏体，其体积比里层的回火组织大，因而表层产生压应力，里层产生拉应力。0-σ距表层深度
+σ●回火烧伤磨削时，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。磨削淬火钢时若表面产生回火现象，马氏体转变成索氏体
或屈氏体（这两者组织均为扩散程度很高的珠光体），因体积缩小，表面层产生残余拉应力，里层产生残余压应力。●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。磨削热是造成磨削烧伤的根源，故减轻磨削热损伤的途径是：一是尽量减少磨
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。具体措施有：（3）减轻磨削热损伤的途径●合理地选择砂轮
一般选择的砂轮应使在磨削过程中具有自脱能力，同时磨削时砂轮应不致产生粘屑现象。不同磨料的砂轮在磨削不同材料的工
件时，有它一定的适用范围。例如：氧化铝砂轮磨削低合金钢、镍钢时不产生化学反应，磨损也小，而用碳化硅砂轮磨削这些材料
时，则产生较大的化学反应，磨损也大。但在磨削铸铁时，相对来讲碳化硅的耐磨性要优于氧化铝。●合理地选择砂轮人造金
刚石由于硬度和强度都极高，刀刃锋利，所以磨削力小，用于磨削硬质合金时不容易产生裂纹，但不适用于磨削钢件。立方氮化硼
磨料（CBN）的硬度和强度稍低于金刚石，但其热稳定性好，且与铁族元素的化学惰性高，所以磨削钢件时不粘屑，磨削热也低，磨出的表面质量
也高。砂轮的粘结剂也会影响加工表面质量。精磨时，采用橡胶粘结剂的砂轮可以防止表面烧伤，因为这种粘结剂具有一定的弹性
，当磨粒受到过大切削力时会自动退让，减小磨削深度。●改善冷却条件充分地冷却，可把大量的热带走，是降低磨削温度的
有效措施。工件冷却润滑液挡板气流砂轮喷嘴a.带空气挡板的喷嘴在冷却润滑液喷嘴的上方安装空气挡板，将
气流挡出磨削区，减轻砂轮圆周表面附着的高压气流作用，使冷却润滑液易于进入磨削区。b.内冷却润滑法1－锥形盖2－通道孔
3－砂轮中心孔4－有径向小孔的薄壁套c.采用开槽砂轮●正确选用磨削用量磨削用量的选用应在保证
表面层质量的前提下尽量不影响生产效率和表面粗糙度。降低砂轮速度能减少表面层的热损伤，但因为降低砂轮速度会影响生产效率，故一般不常采
用。若在提高砂轮速度的同时提高工件速度，可以避免烧伤。一.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一对刚加工好的摩擦副的两个接触表面之间，最初阶段只是在表面粗糙度的峰部接触，实际接触面积远小
于理论接触面积，在相互接触的峰部，有非常大的单位压力，使实际接触面积处产生塑性变形、弹性变形和峰部之间的剪切破坏，引起严重磨损。
零件磨损的特点:零件磨损一般可分为三个阶段，图中Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三个区域分别表示了这三个阶段。L0Y（二）表面质
量对零件使用性能的影响ⅢⅡⅠ磨损量工作时间Ⅰ—初期磨损阶段Ⅱ—正常磨损阶段Ⅲ—剧烈磨损阶段Ⅰ：磨损快
、时间较短。Ⅱ：随着表面粗糙度峰部不断被碾平和被剪切，实际接触面积不断加大，单位压力也逐渐减小，摩擦副即进入正常磨损阶段。正常磨
损阶段经历的时间较长。Ⅲ：随着表面粗糙度的峰部不断被碾平和被剪切，接触面积越大，零件间的金属分子亲和力增大，表面间机械咬合作
用增大，磨损急剧增加。Ⅲ区是剧烈磨损区，此时摩擦副不能正常工作。表面粗糙度对零件表面磨损的影响很大。一般说来，表
面粗糙度值越小，其耐磨性越好。但表面粗糙度值太小，润滑油不易储存，接触面之间容易发生分子粘接，磨损反而增加。因此，接触面的表面粗糙
度有一个最佳值——一般由试验确定。平均磨损量，%表面粗糙度发动机活塞销最合适的表面粗糙度值2.表面加工纹理方
向的影响Ⅰ在压强不大、充分润滑的条件下，当两摩擦面的加工纹理方向都与摩擦运动方向平行时，磨损量最小。当两
摩擦面的加工纹理方向都与摩擦运动方向垂直时，磨损量最大。Ⅱ当压强增加时，若加工纹理方向都与摩擦运动方向平行，则磨损量就大；当加
工纹理方向相互垂直时，咬合的危险性小，因而磨损量就小。。发动机曲轴轴颈在充分润滑的条件下工作，故轴颈与轴瓦的加工纹理
方向都应平行于摩擦运动的方向。3.表面冷作硬化对零件耐磨性的影响加工表面的冷作硬化，使摩擦副表面层金属的显微
硬度提高，减少了摩擦副接触处的弹性和塑性变形，故一般可使耐磨性提高。但也不是冷作硬化程度越高耐磨性也越高，这是因为过分
的冷作硬化将引起金属组织过度疏松，甚至出现裂纹和表层金属的剥落，使耐磨性下降。磨损量HB32034036038040
04204405060708090二.表面质量对零件疲劳强度的影响金属受交
变载荷作用后产生的疲劳破坏往往发生在零件表面或表面冷硬层下面，因此零件的表面质量对疲劳强度影响较大。1.表面粗糙度对零件疲劳
强度的影响在交变载荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起应力集中，产生疲劳裂纹。表面粗糙度值越大，表面的裂
纹越深，纹底半径越小，抗疲劳破坏的能力越差。零件上易产生应力集中的沟槽、圆角等处的表面粗糙度，对疲劳强度的影响更大。L0Y
2.残余应力对零件疲劳强度的影响残余应力对疲劳强度的影响较大。表面残余拉应力将使疲劳裂纹扩大，加速
疲劳破坏；而表面残余压应力能够阻止疲劳裂纹的扩展，延缓疲劳破坏的发生，有利于提高疲劳强度。3.冷作硬化对零
件疲劳强度的影响表面冷作硬化一般伴有残余压应力的产生，可以防止裂纹产生并阻止已有裂纹的扩展，对提高疲劳强
度有利。但表面冷作硬化过高时，可能会产生较大的脆性裂纹，从而降低疲劳强度。4.提高零件疲劳强度的加工方法
（1）喷丸强化喷丸强化是利用大量快速运动的珠丸打击被加工工件表面，使工件表面产生冷硬层和残余压应力，可显著提高
零件的疲劳强度。珠丸可以是铸铁的，也可以是切成小段的钢丝（使用一段时间后，自然变成球状）。喷丸强化主要用于强化形
状复杂或不宜用其它方法强化的工件，如板弹簧、螺旋弹簧、连杆、齿轮、焊缝等。经喷丸加工后的表面，硬化层深度可达0.7mm，零件表面粗
糙度值可由5~2.5μm减小到0.63~0.32μm（Ra），可几倍甚至几十倍地提高零件的使用寿命。滚压加工原理（2）滚
压加工滚压加工是利用经过淬火和精细研磨过的滚轮或滚珠，在常温状态下对金属表面进行挤压，使受压点产生弹性和塑性变形
，表层的凸起部分向下压，凹下部分向上挤，逐渐将前工序留下的波峰压平，降低了表面粗糙度；同时它还能使工件表面产生硬化层和残余压应力。
因此提高了零件的承载能力和疲劳强度。Pf单滚柱滚压滚压加工可以加工外圆、孔、平面及成型表面，通常在普通车床
、转塔车床或自动车床上进行。三.表面质量对零件耐腐蚀性能的影响1.表面粗糙度对零件耐腐蚀性能的影响零件的
耐蚀性在很大程度上取决于表面粗糙度。表面粗糙度值越大，则凹谷中聚积腐蚀性物质（气体或液体等）就越多，并且通过凹谷向内部渗透，凹谷越
深、越尖锐，以及表面存在表面裂纹时，这种腐蚀作用就越强，抗蚀性越差。2.冷作硬化、残余应力对零件耐腐蚀性能的影响
零件表面一定程度的冷作硬化和残余压应力，会提高零件的耐腐蚀性。当表面硬化严重时，会产生微观裂纹，从而加速腐蚀作用。表面层的残余
拉应力会开裂，降低零件的耐蚀性。四.表面质量对零件工作精度的影响表面粗糙度小的表面，摩擦系数小，使动配合表面运动
的灵活性提高，工作表面的接触刚度也高，故可提高零件工作精度，减少发热和功率损失。表面层的残余应力，会使零件在使用过程中继续变形，失
去原有的精度，甚至导致表面出现疲劳裂纹。因此，表面层存在过大的残余应力，会使零件的工作精度下降。五.表面质量对零件配合性质的影
响1.对于间隙配合，工作表面越粗糙，磨损越大，使配合间隙很快增大，从而改变原有的配合性质，降低配合精度。对于液压、气动元件，还
会造成泄露量增大；2.对于过盈配合，由于在轴压入孔时，表面粗糙度的部分凸峰被挤平，而使过盈量减小，降低了连接强度，影响配合的
可靠性。因此，具有配合精度要求的表面，需具有较小的表面粗糙度。本章小结一、机械加工精度的概念理想零件、加工精度、
加工误差二、影响加工精度的因素及其分析原理误差工艺系统静误差工艺系统动误差原始误差工件安装误差机床误差
夹具误差刀具误差调整误差度量误差刀具磨损工艺系统受力变形工艺系统热变形工件内应力引起的变形原始误差是因
，加工误差是果。三、单因素分析法1.原理误差2.机床误差导轨误差导轨在水平面内的直线度误差导轨在垂直面内的直线度误
差导轨扭曲3.调整误差4.工艺系统的受力变形工艺系统的刚度对加工精度的影响切削力作用点位置的变化对加工精度的影响
复映误差传动力、惯性力、夹紧力等（3）传动力对加工精度的影响●结论：在单爪拨盘传动下车削出来的工件时一个正圆柱，并不产
生加工误差●因此，可以采用配重平衡的方法来消除这种影响，必要时亦可适当降低主轴转速，以减小离心力的影响。在车床或磨床类
机床上加工轴类零件时，常用单爪拨盘带动工件旋转。在高速切削时，如果工艺系统中有不平衡的高速旋转的构件存在，就会产生离心力
。它和传动力一样，在工件的每一转中不断变更方向，引起工件几何轴线作上述相同形式的摆角运动，故理论上讲也不会造成工件圆度误差。但是要
注意的是当不平衡质量的离心力大于切削力时，车床主轴轴颈和轴承内孔表面的接触点就会不断地变化，轴承孔的圆度误差将传给工件回转轴心。
（4）惯性力对加工精度的影响机床部件自重引起地横梁变形（5）夹紧力对加工精度的影响（6）由于机床部件或工件本身重量以及它们在
移动中位置变化而引起的加工误差四、工艺系统热变形引起的加工误差工艺系统在各种热源作用下，会产生相应的热变形。
在热作用下，工件、刀具及机床的许多部分因温度的升高而产生复杂的变形，从而改变它们之间的相互位置关系，破坏工件和刀具之间相对运动的正
确性，改变已调整好的加工尺寸，引起切削深度和切削力的改变，造成加工误差。据统计，由于热变形引起的加工误差约占总加工误差的
40%—70%。工艺系统的热变形不仅严重地影响加工精度，而且还影响加工效率的提高。工艺系统热变形的问题已成为机械加工技术
发展的一个重大研究课题。1.工艺系统的热源热源内部热源外部热源切削热摩擦热和传动热环境温度热辐射被加工材料
切削层的弹性、塑性变形，前、后刀面与切屑、已加工表面的摩擦产生的热量。日光、照明、暖气、体温等。气温、室温变化、热、冷风等。
运动件的摩擦（齿轮、轴承、导轨等）产生的热量；液压传动及电机的温升等产生的热量。2.工艺系统的热平衡工艺系统受各种热
源的影响，其温度会逐渐升高。同时，它们也通过各种传热方式向周围散发热量。热平衡：当单位时间内传入和散发的热量相等时，工艺系统达
到了热平衡状态。工艺系统的热变形也就达到某种程度的稳定。3.机床热变形对加工精度的影响机床热变形会影响加工精度，
其中主轴部件、床身、导轨、立柱、工作台等部件的热变形，对加工精度影响最大。各类机床其结构、工作条件及热源形式均不相同
，因此机床各部件的热变形情况是不一样的。1)磨床受热变形外圆磨床：由于热变形会造成砂轮轴线与工件轴线的距离发生变化，且可能
产生平行度误差。平面磨床：立柱弯曲变形，造成砂轮主轴与工作台间的垂直度误差。2)车床热变形由于热变形会造成主轴箱
在垂直面内和水平面内发生偏转和倾斜，且床身导轨向上凸起。一般在垂直面内的热变形对加工精度的影响较小；而在水平面内的热变形
对加工精度的影响较大。4.工件热变形1）均匀受热热膨胀冷却后f2）非均匀受热热膨胀冷却后f3）单边受热
（非均匀受热）毛坯形状加工上表面加工完成、冷却后5.刀具热变形刀具热变形主要是由切削热引起的。切削加工时
虽然大部分切削热被切屑带走，传入刀具的热量并不多，但由于刀具体积小，热容量小，导致刀具切削部分的温升急剧升高，刀具热变形对加工精度
的影响比较显著。车削时车刀的热变形与切削时间的关系曲线车外圆时，车刀热变形会使工件产生圆柱度误差（倒喇叭口）。车刀连
续工作时的热伸长曲线；切削停止后，车刀温度下降曲线；传动作间断切削的热变形切削。五、工件残余应力引起的加工
误差什么是残余应力?产生原因：残余应力是由金属内部的相邻宏观或微观组织发生了不均匀的体积变化而产生的，促使这种变化的
因素主要来自热加工或冷加工。残余应力是指在没有外部载荷的情况下，存在于工件内部的应力，又称内应力。1.毛坯制造中产生的残
余应力（1）在铸造、锻造、焊接及热处理过程中，由于工件各部分冷却收缩不均匀以及金相组织转变时的体积变化，在毛坯内部就会产生残余应
力（图a）。（2）毛坯的结构越复杂，各部分壁厚越不均匀以及散热条件相差越大，毛坯内部产生的残余应力就越大。（3）具有残余应力的
毛坯，其内部应力暂时处于相对平衡状态，虽在短期内看不出有什么变化，但当加工时切去某些表面部分后，这种平衡就被打破，内应力重新分布，
并建立一种新的平衡状态，工件明显地出现变形。原因：在外力F的作用下，工件内部的应力重新分布。影响：当外力F去除后，弹性变形本可
完全恢复，但因塑性变形部分的阻止而恢复不了，使残余应力重新分布而达到平衡。现象：冷校直工艺方法是在一些长棒料或细长零件弯曲的反方
向施加外力F以达到校直目的。2.冷校直引起的残余应力措施：对精度要求较高的细长轴，不允许采用冷校直来减小弯曲变形，而采用加大
毛坯余量，经过多次切削和时效处理来消除内应力，或采用热校直。★残余应力对零件的影响存在残余应力的零件，始终处于一种不稳定状态
，其内部组织有要恢复到一种新的稳定的没有内应力状态的倾向。在内应力变化的过程中，零件产生相应的变形，原有的加工精度受到破坏。用
这些零件装配成机器，在机器使用中也会逐渐产生变形，从而影响整台机器的质量。3.切削加工引起的残余应力采用了近
似的加工方法或近似形状的刀具而产生的加工误差。如用展成法加工渐开线齿轮，滚刀的刀齿的轴剖面形状为直线，滚切成近似的渐开线齿面，即渐
开线齿形为无数直线包络而成。工件齿轮滚刀包络线六、原理误差这种渐开线齿面的形成方法本身就使工件产生加
工误差，这种误差就是原理性误差。它是由工件与刀具作切削运动时产生的几何轨迹误差。七、调整误差在切削加工时，为
获得规定的尺寸，就必须对机床、刀具和夹具进行必要的调整，由于调整不可能绝对的准确，也就带来了一项原始误差——调整误差。1.
试切法调整（单件、小批量）（1）度量误差（2）加工余量的影响（3）微量进给误差2.静调整法（大批量）
（1）定程机构误差（2）样件或样板的误差（3）测量有限试件造成的误差测量误差是指工件实际尺寸与测
量仪器表示出的尺寸之间的差值。八、度（测）量误差原因：1.测量仪器本身的误差。2.测量环境的影响。3.
人为误差的影响。原理误差工艺系统静误差工艺系统动误差原始误差工件安装误差机床误差夹具误差刀具误差
调整误差度量误差刀具磨损工艺系统受力变形工艺系统热变形工件内应力引起的变形（一）机械加工表面质量的形成一、切
削加工的表面粗糙度在切削加工中刀具的几何形状、切削用量、切削液、振动等工艺因素，都会影响表面粗糙度。以车削外圆为例来说明
切削加工表面粗糙度的形成。由国家标准规定的表面粗糙度定义，轮廓的算术平均偏差：Y=f(x)LX0Y
§4-3机械加工表面质量的形成及其影响因素Hf1．几何因素外圆车削时，其切削轨迹为一螺旋线，切削后在工件表面留
下的残留面积（其形状是刀具几何形状的复映），形成了表面理论粗糙度。●尖刃车刀x2x1frHf●圆弧刃刃车刀
（1）在切削过程中，刀具的刃口圆角及后刀面的挤压与摩擦使金属材料发生塑性变形而使理论残留面积挤歪或沟纹加深，因而增大了表面粗糙度
。实际轮廓理论轮廓2．物理因素切削加工后表面粗糙度的实际轮廓之所以与纯几何因素所形成的理论轮廓有很大的差异
，主要是由于切削过程中塑性变形的影响。（2）在切削过程中出现刀瘤（积屑瘤）积屑瘤H定不变的，而是不
断地形成、长大，然后粘附在切屑上被带走或留在工件上。由于积屑瘤有时会伸出切削刃之外，其轮廓也很不规则，因而使加工表面上出现深浅和宽
窄都不断变化的刀痕，大大恶化了表面粗糙度。积屑瘤是切削过程中切屑底层与前刀面冷焊的结果。积屑瘤形成后并不是稳
加工塑性材料时，切削速度为中、低速，易产生积屑瘤。（3）在切削过程出现鳞刺鳞刺是已加工表面上出现的鳞片状毛刺般的
缺陷。切削过程中出现鳞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，代替刀具推挤切削层，造成切削层和工件之间出现撕裂现象
。撕裂I.抹拭II.沉积III.导裂IV.刮成鳞刺的形成过程鳞刺的形成经过4个阶段：I.抹
拭（切屑与前刀面刮擦干净）II.沉积（切屑与前刀面冷焊）III.导裂（切屑与已加工表面间撕裂）IV.刮成
（切屑沿前刀面流出）如此往复，就在已加工表面上出现一系列的鳞刺，构成已加工表面的粗糙度。（4）工艺系统振动的影响
工艺系统振动：是指刀具相对于工件产生周期性的位移。由于振动，在加工表面上形成波纹状的振痕。振动频率高——表面粗糙度值
增大；振动频率低——产生波度。●强迫振动由外界具有一定频率的周期性变化的激振力所引起的振动，称为强迫振动。
系统外部的周期性干扰力旋转零件的质量偏心传动机构的缺陷切削过程的间隙特性强迫振动的特征I.强迫振动是由周
期性激振力引起的，不会被阻尼衰减掉，振动本身也不能使激振力变化。II.强迫振动的振动频率与外界激振力的频率相同，而与系统的固有
频率无关。III.强迫振动的幅值既与激振力的幅值有关，又与工艺系统的特性有关。当外界激振力的频率接近或等于工艺系
统的固有频率时，就会引起共振现象，这时振幅极大，对工艺系统的危害极其严重。二.磨削加工的表面粗糙度磨削加工与切削加
工比较，有许多特点，主要表现在：粘结剂微刃磨粒磨粒磨粒①砂轮表面的形貌很复杂，磨粒在砂轮表面上的分布是随机的，
高低不一，也很不规则。②磨削速度高，且磨粒大多数为负前角，单位切削力很大，所以切削温度很高（1500～16000C），超过了相
变温度，因此产生了比切削加工大得多的塑性变形。③被加工表面是由无数个高低不等的磨粒滑擦、刻划和切削而成的，因而衡量表面粗糙度
的依据是单位时间内通过单位磨削面积的磨粒数多少（即刻痕数多少）、刻痕的深浅以及刻痕的均匀性。影响磨削表面粗糙度的因素是：砂轮方
面（1）砂轮的磨粒磨粒在砂轮上的分布越均匀、磨粒越细，刃口的等高性越好，则砂轮单位面积上参加磨削的磨粒越多，磨削表面上
的刻痕就越细密均匀，表面粗糙度值就越小。但磨粒太细，砂轮易被磨屑堵塞，使表面粗糙度值增大，若导热情况不好，还会烧伤工件表面。（2
）砂轮粒度与硬度砂轮的硬度是指磨削时磨粒受力后从砂轮上自行脱落的难易程度（即砂轮的自砺性）。（3）砂轮的组织
砂轮太软，磨粒太容易脱落，不易保证砂轮修整后的形状精度，使粗糙度增加；如果太硬，磨钝了的磨粒就不容易脱落，切削作用减小
而挤压、摩擦及塑性变形增加，表面粗糙度增大，同时还容易烧伤。组织细密的砂轮，磨粒在砂轮组织（磨粒、粘结剂、空隙）中
占的比例大，单位时间内通过单位磨削面积的磨粒数多，而获得较低的表面粗糙度。但砂轮的组织若过于紧密，空隙太小，则容易堵塞砂轮，使加工
表面产生烧伤。不同的磨粒，其锋利程度、硬度不同。砂轮磨粒材料种类很多，可分为三大系，即：①氧化物系（刚玉类）②
碳化物系（碳化硅、碳化硼等）③高硬磨粒系（4）砂轮的修整砂轮磨钝后，必须进行仔细地修整，修整质量对磨削表面的粗糙度
有很大的影响。用金刚石笔修整砂轮相当于在砂轮工作表面上车出一道螺纹，其导程和切深越小，修整出的砂轮就越光滑，磨削刃的等高性越好，因
而磨出的工件表面粗糙度就越小。（5）磨粒的材料第四章机械加工质量§4-1机械加工精度与表面质量§4-2产生加工误差
的主要因素§4-3机械加工表面质量的形成及其影响因素一、加工精度1.加工精度：零件加工以后的实际几何参数与理想几何参
数的接近程度。（宏观几何特征）§4-1机械加工精度与表面质量加工质量加工精度表面质量尺寸精度：加工后，工件表面的实
际尺寸与理想尺寸的接近程度。(直径,长度,距离等)形状精度：加工后，工件表面的实际形状与理
想形状的接近程度。(直线度,平面度,圆柱度)位置精度：加工后工件表面之间的实际位置与理想
位
置的接近程度。(平行度,垂直度,同轴度等)理想零件尺寸：零件尺寸的公差带中心。表面形状：绝对准确
的圆柱面、圆锥面、平面等。表面位置：绝对的平行、垂直、
同轴等。2.加工误差所谓加工误差是指实际零件与理想零件在几何参数上的偏离。加工精度和加工
误差这两个概念是从两个观点来评定零件几何参数这个同一事物的。加工精度的高低就是通过加工误差的大小来表示的，即：加工误差大，则加工精
度低；加工误差小，则加工精度高。因此，保证和提高加工精度的问题，实际上就是限制和降低加工误差的问题。一、加工精度▲目前
，还没有加工手段可以将零件的几何参数制作成百分百的准确，从实际出发、从多快好省的观点出发，也没有必要把个个零件都做得绝对准确，因此
，只要能保证零件在机器中的功能，把零件的加工精度保持在一定的范围之内是完全允许的。所以国家标准规定了各级精度和相应的公差（允许的加
工误差）标准。只要零件加工误差不超过零件图上按零件的设计要求和公差标准规定的偏差，就算保证了零件加工精度的要求。一
、加工精度二、表面质量所谓表面质量是指零件加工以后的表面层状态。它可以从以下两个方面来评定：1.表面微
观几何特征（1）表面粗糙度表面粗糙度是指已加工表面微观几何形状误差。它是由加工中的残留面积、塑性变形、积屑瘤、
鳞刺以及工艺系统的高频振动等原因引起的。H1L1L2H2L3H3L1范围内的凸凹不平（平面度）H1L3
范围内的凸凹不平（粗糙度）H3L2范围内的凸凹不平（波度）H2波长与波高之比（2）波度是介于宏观与微观（波
长与波高之比：50~1000）几何形状误差之间的周期性几何形状误差。波度主要是由加工中工艺系统的低频振动造成的。（
3）纹理方向指切削刀痕的方向。纹理方向取决于表面形成过程中所采用的加工方法。纹理平行纹理垂直纹理交叉二、表
面质量纹理呈近似同心圆纹理呈多方向纹理呈近似放射状CMR（4）表面缺陷指加工表面上出现的缺陷。
缺陷是在表面个别位置随机出现的，包括：砂眼、夹砂、气孔、裂痕等。二、表面质量二、表面质量2.表面的物理力学性能和
化学性能（1）表面层材料的塑性变形与冷作硬化由于表面层材料的塑性变形引起金属材料的强度和硬度都提高的现象，被称
之为冷作硬化。用硬化程度和硬化深度来衡量。（2）金相组织的变化在加工过程中，由于切削热而引
起金属的金相组织变化。（3）表面层材料残余应力由于塑性变形和金相组织变化，使表面层金属产生残余应力。
在机械加工中，零件的尺寸、形状和表面间的相对位置的形成，归结到一点，就是取决于工件和刀具在切削过程中的相互位置关系，而工件和刀具又
安装在夹具和机床上，并受到机床和夹具的约束。在机械加工中，由机床、刀具、工件、夹具构成的系统，被称之为工艺系统。§4
-2产生加工误差的主要因素§4-2产生加工误差的主要因素因此，加工精度问题也就牵涉到整个工艺系统的精度
问题。工艺系统中的种种误差，在不同的具体条件下，以不同的程度反映为加工误差。工艺系统的误差是“因”，是根源；加工误差是“果”，是表
现。因此，把工艺系统的误差称之为原始误差。夹紧工件夹紧安装镗刀镗杆滑台原理误差工艺系统静误差工艺系统动
误差原始误差工件安装误差机床误差夹具误差刀具误差调整误差度量误差刀具磨损工艺系统受力变形工艺系
统热变形工件内应力引起的变形夹紧工件夹紧安装镗刀镗杆滑台一、机床误差机床误差来之三个方面：机床本身的制
造、安装和磨损。机床在出厂之前要通过精度检验。例如：导轨的直线度、主轴的回转精度等。这些都是在没有切削载荷的情况下进行的
——反映静误差。合格的机床在使用了一段时间后，将会产生磨损，机床原有的精度也将会降低，并可能产生这样或那样的加工精度问题
。评价一台机床精度的高低，除了看它在静态下的情况，还需看它在切削载荷下的动态情况。车床结构图1.导轨误差
导轨是机床中确定主要部件相对位置的基准，也是运动部件的基准，它的各项误差直接影响被加工工件的精度。例如车床的导轨：（1）导轨在
水平面内有直线度误差显然，在某一截面内由于导轨的直线度误差将导致刀具在水平内沿工件径向产生相应的位移，即：ΔR=
Δ1因此，在工件全长上，将产生形状（圆柱度）误差。1.导轨误差注意１：工件的形状与导轨在水平面内的直线度误差的特征直接
相关。注意２：误差敏感方向——加工表面切削点处的法线方向。若原始误差发生在误差敏感方向，则对工件的加工精度影响较大。（
2）导轨在垂直面内有直线度误差忽略高阶无穷小例如：Δ2=0.1mm、d=40mm，则：ΔR=0.00025mm，影
响可忽略不计。非误差敏感方向（3）前后导轨的平行度误差（扭曲）卧式车床或外圆磨床若前后导轨存在平行度误差时，
刀具和工件之间相对位置发生变化，刀尖运动轨迹是一条空间曲线，使工件产生形状误差。HB若扭曲误差为Δ3，工件误差ΔR
≈(H/B)Δ3，一般车床H/B≈2/3，外圆磨床H/B≈1，误差对加工精度影响很大（H：机床主轴中心高，B：前后导轨的跨度）。
2.车床主轴旋转轴线与导轨的平行度误差讨论：不平行发生在：①水平面内②垂直面内对工件的加工影
响如何？导轨主轴理想回转轴线二、刀具误差刀具误差包括制造和磨损两个方面。1.当切削刀具决定工件的最终尺寸和形状，刀具
制造误差直接影响工件的加工精度。例如：定尺寸刀具——钻头、绞刀、圆孔拉刀等。刀具的尺寸误差直接影响工件的尺寸精度；成形
刀具——成形车刀、成形铣刀、成形砂轮等。刀具的形状误差直接影响工件的形状精度；展成法刀具——齿轮滚刀、插齿刀等。切
削刃的几何形状及刀具有关尺寸精度会直接影响工件的形状精度。2.一般刀具（普通车刀、单刃镗刀、面铣刀等）刀具的制造误差对加
工精度无直接影响。ⅢⅡⅠ磨损量工作时间Ⅰ—初期磨损阶段、Ⅱ—正常磨损阶段、Ⅲ—剧烈磨损阶段3.刀具的磨损（
1）刀具的磨损（特别是误差敏感方向上）将引起工件的尺寸和形状误差。（2）刀具的不断磨损将会引起切削力沿加工表面的法线方向的分力逐
渐增大，导致工艺系统受力变形，工件的尺寸和形状误差增大，工件的尺寸和形状因而产生额外的变化。若工艺系统的刚度不足，则受力
变形引起的加工误差更严重。三、工艺系统的受力变形1.工艺系统的刚度工艺系统抵抗变形的能力。yv●工艺系统的受力变形一般
是弹性变形●工艺系统的刚度可由下式表示：法向切削力位移y：Fy、Fx、Fz共同作用的综合结果。而切削分力Fy对加工精度的影
响最大（误差敏感方向）FyFyFzFz2.工艺系统的刚度对加工精度的影响（１）切削力作用点位置的变化对加工精度的影响
a.假定工件短而粗，其受力变形可忽略不计，车刀悬伸也很短，受力后的弯曲变形在法向的分量也可忽略不计，即工艺系统的变形完全取决于机床的变形。由系统刚度的定义：三、工艺系统的受力变形BAfnFyCC’B’A’xLyx⊿yywzytjyxBAfnC’⊿yywzytjB’A’xLFyC工艺系统的变形yx是一个二次抛物线方程，变形大小随刀具在方向位置的变化而变化，使车出的工件沿轴向呈鞍形，产生圆柱度误差。受力变形大的位置处工件被切除的金属层薄，受力变形小的位置处工件被切除的金属层厚。三、工艺系统的受力变形b.工件变形引起的加工误差若考虑工件本身的刚度（假设此时不考虑机床和刀具的变形），即可由材料力学公式计算工件在切削点的变形量：E：工件的弹性模量；I：工件截面的惯性矩。显然，加工后的工件呈鼓形。如果工件是一根光轴，最大挠度发生在工件的中间位置。在挠度大的位置处，切削最薄，而两端切削最厚，因此最后加工的零件形状成腰鼓形，产生圆柱度误差。yvc.刀具的刚度不足引起的加工误差一般的刀具，如外圆车刀、面铣刀等，在误差敏感方向上的刚度很大，可以认为刀具在工件全长上，其变形量近似不变，即由于其变形引起的加工误差为尺寸误差（直径变大）。钻头的径向刚度较低，容易导致加工孔的尺寸、形状、位置误差。镗孔过程中，不同的镗孔方式会造成不同的误差。因此，钻孔时使用钻套；镗孔时使用导向支撑来提供刀具的刚度，减少加工误差。＋＝d.工艺系统刚度所引起的加工误差注意：●工件的装夹方式与工件的刚度加工误差？●刀具的刚度（2）复映误差毛坯加工余量和材料硬度的不均匀，会引起切削力大小的变化。工艺系统由于受力大小的不同，变形的大小也相应发生变化，从而导致工件尺寸和几何形状的误差，加工出的工件形状与毛坯形状相类似，这种规律称为误差复映规律，所产生的误差为复映误差。实际切削轨迹切削力产生的让刀工件最后的成型毛坯需要切削的轨迹毛坯半径误差：车削后工件半径加工误差：1.毛坯形状2.加工后工件形状误差复映系数：当一次走刀不能满足要求时，可进行二次或多次走刀，相应的误差复映系数为：则总的复映系数：复映现象产生的加工误差，可通过增加走刀次数加以纠正。定量地反映了毛坯误差经加工后减少的程度，也表明：工艺系统的刚度越高，毛坯复映到工件上的误差越小。（2）复映误差 |
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