【導(dǎo)讀】加工表面粗糙度及其它方面的表面質(zhì)量要求…………………　　包括主軸箱體和主軸傳動系統(tǒng)，用于裝夾刀具并帶動刀具旋轉(zhuǎn)，主軸轉(zhuǎn)速范圍和輸出扭矩對加工有直接的影響。數(shù)控銑床運(yùn)動控制的中心，執(zhí)行數(shù)控加工程序控制機(jī)床進(jìn)行加工。下面以XK5040A型數(shù)控立式升降臺銑床為例介紹其組成情況。Ⅺ鋸040A型數(shù)控立式升降臺銑床配有Ⅳ四3MA數(shù)控系統(tǒng)，采用全數(shù)字交流伺服驅(qū)動。剎車機(jī)構(gòu)能使主軸迅速制動，可節(jié)省輔助時間，剎車時通過制動手柄撐開止動環(huán)使主軸立即制動。啟動主電動機(jī)時，應(yīng)注意松開主軸制動手柄。通過內(nèi)齒帶輪帶動精密滾珠絲杠剮，從而使工作臺獲得縱向進(jìn)給。工作臺左端裝有手輪和刻度盤，以便進(jìn)行手動操作。潤滑系統(tǒng)是由手動潤捐油泵、分油器、節(jié)流閥、油管等組成。機(jī)床采用周期潤滑方式，用手動潤滑油泵，通過分油器對主軸套筒、縱橫向?qū)к壖叭驖L珠絲桿進(jìn)行潤滑，以提高機(jī)床的使用壽命。

　　

【正文】 數(shù)控加工中，除了要控制在普通機(jī)床上加工時常出現(xiàn)的那一類誤差源以外，還要有效地抑制數(shù)控加工時才可能出現(xiàn)的誤差源。這些誤差源對加工精度的影響及抑制的途徑主要有以下幾個方面：①機(jī)床重復(fù)定位精度的影響數(shù)控機(jī)床的定位精度是指數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)軸在數(shù)控系統(tǒng)的控制下運(yùn)動的位置精度，引起定位誤差的因素包括數(shù)控系統(tǒng)的誤差和機(jī)械傳動的誤差。而數(shù)控系統(tǒng)的誤差則與插補(bǔ)誤差、跟蹤誤差等有關(guān)。機(jī)床重復(fù)定位精度是指重復(fù)定位時坐標(biāo)軸的實(shí)際位置和理想位置的符合程度。②檢測裝置的影響檢測反饋裝置也稱為反饋元件，通常安裝在機(jī)床工作臺或絲杠上，相當(dāng)于普通機(jī)床的刻度盤和人的眼睛，檢測反饋裝置將工作臺位移量轉(zhuǎn)換成電信號，并且反饋給數(shù)控裝置，如果與指令值比較有誤差，則控制工作臺向消除誤差的方向移動。數(shù)控系統(tǒng)按有無檢測裝置可分為開環(huán)、閉環(huán)與半閉環(huán)系統(tǒng)。開環(huán)系統(tǒng)精度取決于步進(jìn)電動機(jī)和絲杠精度，閉環(huán)系統(tǒng)精度取決于檢測裝置精度。檢測裝置是高性能數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。③刀具誤差的影響在加工中心上，由于采用的刀具具有自動交換功能，因而在提高生產(chǎn)率的同時，也帶來了刀具交換誤差。用同一把刀具加工一批工件時，由于頻繁重復(fù)換刀，致使刀柄相對于主軸錐孔產(chǎn)生重復(fù)定位誤差而降低加工精度。抑制數(shù)控機(jī)床產(chǎn)生誤差的途徑有硬件補(bǔ)償和軟件補(bǔ)償。過去一般多采用硬件補(bǔ)償?shù)姆椒āＨ缂庸ぶ行牟捎寐菥嗾`差補(bǔ)償功能。隨著微電子、控制、監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了新的軟件補(bǔ)償技術(shù)。它的特征是應(yīng)用數(shù)控系統(tǒng)通信的補(bǔ)償控制單元和相應(yīng)的軟件，以實(shí)現(xiàn)誤差的補(bǔ)償，其原理是利用坐標(biāo)的附加移動來修正誤差。 切削加工影響表面粗糙度的因素 各種機(jī)床都有其最經(jīng)濟(jì)、最適合達(dá)到的表面粗糙度范圍，如果要求達(dá)到粗糙度水平超過其經(jīng)濟(jì)水平，將導(dǎo)致成本急劇上升，如果要求達(dá)到的粗糙度水平太低則會造成資源浪費(fèi)。因此，要綜合考慮與分析切削加工中影響表面粗糙度的的各種因素，包括刀具的選擇與利用、切削速度和進(jìn)給量等，來達(dá)到要求的表面粗糙度。切削加工時影響表面粗糙度的主要因素分析（一）刀具幾何形狀及切削運(yùn)動的影響刀具相對于工件進(jìn)給運(yùn)動時，在加工表面留下了切削層殘留面積，從而產(chǎn)生了表面粗糙度，殘留面積的形狀是刀具幾何形狀的復(fù)映，其高度H受刀具的幾何角度和切削用量大小的影響。（二） 積屑瘤的影響 在切削過程中，到刀具前刀面上存在積屑瘤時，由于積屑瘤的頂部很不穩(wěn)定，容易破裂，一部分連附于切屑低部排出，一部分則殘留在加工表面上，使表面粗糙度增大。（三）工件材料性質(zhì)的影響 加工塑件性材料時，由于刀具對其加工表面的擠壓和摩擦，使之產(chǎn)生較大的塑性變形，加之刀具迫使切屑與工件分離時的撕裂作用，使表面粗糙度值加大。一般來說，材料塑性變形趨勢越大或韌性越大，被加工表面粗糙度就越大。切削脆性材料時，塑性變形小些，控制好切屑崩碎現(xiàn)象，就容易達(dá)到粗糙度的要求。對于同樣的材料，金相組織越大，切削加工后的表面粗糙度值也會越大。（四）切削用量的影響 切削用量中，切削速度對于表面粗糙度的影響比較復(fù)雜。在切削塑性材料時，一般情況下低速或高速切削時不會產(chǎn)生積屑瘤，加工表面粗糙度值較小。但在中等速度下，塑性材料由于容易產(chǎn)生積屑瘤與鱗刺，且塑性較大，因此表面粗糙度值會變大。加工脆性材料時，由于塑性變形很小，主要形成崩碎切屑，切削速度的變化對表面粗糙度影響較小。減少進(jìn)給量可以減少切削殘留面積高度，使表面粗糙度值減小。但進(jìn)給量太小刀刃不能切削而形成擠壓，增大了工件的塑性變形，反而會增大表面粗糙度值。一般，背吃刀量對表面粗糙度影響不明顯。（五）鱗刺 鱗刺是指已加工表面上鱗片狀的毛刺，是用高速鋼刀具低速切削時，經(jīng)常見到的一種現(xiàn)象。鱗刺一般是在積屑瘤增長階段的前期里形成的。甚至在沒有積屑瘤的時候，以及在更低一些切削速度范圍內(nèi) 也有鱗刺發(fā)生。刀具的后角小的時候特別容易產(chǎn)生鱗刺。鱗刺對已加工表面質(zhì)量有嚴(yán)重的影響，它往往使表面粗糙度等級降低2—4級。鱗刺的成因是前刀面上摩擦力的周期變化而造成的。（六）振動 切削過程中如果有振動，表面粗糙度就會顯著變大。振動是由于徑向切削力太大，或工件系統(tǒng)的剛度小而引起的。（七）其它因素副切削力對殘留面積的擠壓，使殘留面積向與進(jìn)給相反方向變形，使殘留面積頂部歪斜而產(chǎn)生毛刺，加大了表面粗糙度。過渡刃圓弧部分的切削厚度是變化的，近刀尖處的切削厚度很小。當(dāng)進(jìn)給量小于一定限度后，這部分的切削厚度小于刃口圓弧所能切入的最小厚度時，就有部分金屬末能切除，就會使表面粗糙度增大。使粗糙度增大。此外，排屑狀況、機(jī)床設(shè)備的精度和剛度等，也會影響已加工表面的表面粗糙度。 影響表面力學(xué)性能的主要因素機(jī)械加工中工件由于受到切削力和切削熱的作用，其表面層的物理力學(xué)性能將產(chǎn)生很大的變化，造成與基體材料性能的差異，這些變化主要表現(xiàn)為表面層的金相組織和硬度的變化及表面層出現(xiàn)的殘余應(yīng)力。 ?。?） 表面層金相組織的變化 機(jī)械加工過程中，在加工區(qū)由于加工時所消耗的熱量絕大部分轉(zhuǎn)化為熱能使加工表面出現(xiàn)溫度的升高。當(dāng)溫度升高到超過金相組織變化的臨界點(diǎn)時，表面層金相組織就會發(fā)生變化。一般的切削加工，切削熱大部分被切屑帶走，因此影響也較小。但對磨削加工來說，由于單位面積上產(chǎn)生的切削熱比一般切削方法大幾十倍，切削區(qū)的高溫將引起表面層金屬的相變。磨削加工比其他切削加工的表面殘余應(yīng)力更復(fù)雜一些。一方面，由于磨粒切刃為負(fù)前角，磨粒對加工表面的作用引起冷塑性變形，使表層產(chǎn)生壓應(yīng)力。另一方面，磨削區(qū)溫度高，一般達(dá)800~1000℃，甚至更高，很容易引起熱塑性變形和金相組織發(fā)生變化，使加工表面形成拉應(yīng)力并會產(chǎn)生細(xì)微裂紋，嚴(yán)重時，形成表面燒傷。 　　影響磨削燒傷的因素（1）砂輪材料 對于硬度太高的砂輪，鈍化磨料顆粒不易脫落，砂輪容易被切削堵塞。因此，一般用軟砂輪好。砂輪結(jié)合劑最好采用具有一定彈性的材料，保證磨粒受到過大切削力時會自動退讓，如樹脂、橡膠等。一般來講，粗粒度砂輪不容易引起磨削燒傷。（2）磨削用量 當(dāng)磨削深度增大時，工件表面及表面下不同深度的溫度都將提高，容易造成燒傷；當(dāng)工件縱向進(jìn)給量增大時，磨削區(qū)溫度增高，但熱源作用時間減小，因而可減輕燒傷。但提高工件速度會導(dǎo)致其表面粗糙度值增大。提高砂輪速度可彌補(bǔ)此不足。實(shí)踐證明，同時提高工件速度和砂輪速度可減輕工件表面燒傷。（3）冷卻方式 采用切削液帶走磨削區(qū)熱量可避免燒傷。但由于旋轉(zhuǎn)的砂輪表面上產(chǎn)生強(qiáng)大的氣流層，切削液不易附著，以致沒有多少切削液能進(jìn)入磨削區(qū)。所以普通的冷卻方式效果不理想，因此可采用高壓大流量的冷卻方式，一方面可增加冷卻效果，另一方面可以對砂輪表面進(jìn)行沖洗，使切屑不致堵塞砂輪。 　　 （二）加工表面的冷作硬化 　　 加工過程中表面層金屬產(chǎn)生塑性變形使晶體間產(chǎn)生剪切滑移，晶格嚴(yán)重扭曲，并產(chǎn)生晶粒的拉長、破碎和纖維化，引起材料的強(qiáng)化，其強(qiáng)度和硬度均有所提高，這種變化的結(jié)果稱為冷作硬化。加工表面層冷作硬化指標(biāo)以硬化層深度、表面層的顯微硬度及硬化程度表示。一般硬化程度越大，硬化層的深度也越大。表面層的硬化程度決定于塑性變形的力、變形速度及變形時的溫度。切削力越大，塑性變形越大，硬化程度越嚴(yán)重。變形速度快，塑性變形不充分，硬化程度弱。變形時的溫度不僅影響塑性變形程度，還會影響變形后金相組織的恢復(fù)，即恢復(fù)作用的速度大小取決于溫度的高低、溫度持續(xù)的時間及硬化程度的大小。因而，加工硬化是強(qiáng)化作用和恢復(fù)作用的綜合結(jié)果。影響冷作硬化的主要因素：切削用量 切削速度增大，刀具與工件接觸擠壓時間短，塑性變形小。速度大時溫度也會增高，有助于冷硬的恢復(fù)，冷硬較弱進(jìn)給量增大時切削力增加，塑性變形也增加，硬化加強(qiáng)。但當(dāng)進(jìn)給量較小時，由于刀具刃口圓角在加工表面單位長度上的擠壓次數(shù)增多，硬化程度也會增大。 刀具 刀具刃口圓弧半徑增加，對表層擠壓作用大，使冷硬增加；刀具副后刀面磨損增加，對已加工表面摩擦增大，使冷硬增加；刀具前角加大可減小塑性變形，使冷硬減小。 　　工件材料 工件材料的硬度越低，塑性變形越大，切削后冷作硬化現(xiàn)象越嚴(yán)重。因此，在切削加工過程中應(yīng)合理選擇刀具的幾何形狀，采用較大的前角和后角，并在刃磨時盡量減小其刃口圓角半徑。使用刀具時，應(yīng)合理限制其后刀面的磨損程度。合理的選擇切削用量，采用較高的切削速度和較小的進(jìn)給量。加工時選擇有效的冷卻潤滑液。 　?。ㄈ┍砻鎸拥臍堄鄳?yīng)力 　　 切削過程中金屬材料的表層組織發(fā)生形狀和組織變化時，在表層金屬與基體材料交界處將會產(chǎn)生相互平衡的彈性 　　應(yīng)力，該應(yīng)力就是表面殘余應(yīng)力。表面層的殘余應(yīng)力的產(chǎn)生，主要有以下三種原因： (1)冷態(tài)塑性變形引起的殘余應(yīng)力 　　在切削力作用下，已加工表面發(fā)生強(qiáng)烈的塑性變形，表面層金屬體積發(fā)生變化，此時基體金屬受到影響而處于彈性變形狀態(tài)。切削力去除后，基體金屬趨向恢復(fù)，但受到已產(chǎn)生塑性變形的表面層的限制，恢復(fù)不到原狀，因而在表面層產(chǎn)生殘余應(yīng)力。一般來說，表面層在切削時受刀具后刀面的擠壓和摩擦，使表面層生產(chǎn)伸長塑性變形，受到基體材料的限制而生產(chǎn)殘余壓應(yīng)力。（2）熱態(tài)塑性變形引起的殘余應(yīng)力 　　工件被加工表面在切削熱的作用下產(chǎn)生熱膨脹，此時基體金屬溫度較低，因此表層產(chǎn)生熱壓應(yīng)力。當(dāng)切削過程結(jié)束時，表面溫度下降，由于表層已產(chǎn)生熱塑性變形并受到基體的限制，因而產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。磨削溫度越高，熱塑性變形越大，殘余拉應(yīng)力也越大，有時甚至產(chǎn)生裂紋。（3）金相組織變化引起的殘余應(yīng)力 　　切削時產(chǎn)生高溫會引起表面層金相組織變化。由于不同的金相組織有不同的密度，表面層金相組織變化引起體積變化，當(dāng)表面層體積膨脹時，因受到基體的限制，產(chǎn)生了壓應(yīng)力。表面層體積縮小，則產(chǎn)生拉應(yīng)力。以磨削淬火鋼為例，淬火鋼原來的組織是馬氏體，磨削加工后，表面可能產(chǎn)生回火，馬氏體變?yōu)榻咏楣怏w的屈氏體或索氏體，密度增大而體積減小，表面層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。如果表層產(chǎn)生二次淬火層（淬火燒傷），即原表層的殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，密度減小而體積增大，工件表層就產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。 　　綜上所述，冷態(tài)塑性變形、熱態(tài)塑性變形及金相組織變化均會引起工件表面產(chǎn)生殘余應(yīng)力。實(shí)際上，已加工表面殘余應(yīng)力是這三者綜合作用的結(jié)果。在不同的加工條件下殘余應(yīng)力的大小及分布規(guī)律可能有明顯差異。切削加工時起主要作用的常常是冷態(tài)塑性變形，所以工件表面常產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。磨削加工時，熱態(tài)塑性變形或金相組織變化通常是產(chǎn)生殘余應(yīng)力的主要因素，所以表面層常產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。第九章 附錄 數(shù)控加工工藝卡片畢業(yè)設(shè)計數(shù)控加工工藝卡片零件名稱十字凸形板零件代號灰鑄鐵 工藝序號程序編號夾具名稱夾具編號數(shù)控銑床數(shù)控實(shí)驗(yàn)室工步號工步內(nèi)容加工 面刀具號刀具規(guī)格軸主轉(zhuǎn)速進(jìn)給速度切削深度備注1銑上平面T01Φ16mm1000r/minF2001mm手動銑削2精加工圓柱體T01Φ16mm1500r/mmF1003精加工十字形及圓弧T01Φ16mm1500r/mmF100第十章 致謝詞　本課題“典型零件的工藝分析與加工”在選題“十字凸形板進(jìn)行加工分析及加工方案”的研究過程中得到田清老師的悉心指導(dǎo)。田老師多次詢問研究進(jìn)程，并為我們指點(diǎn)迷津，幫助我們開拓研究思路，精心點(diǎn)撥、熱忱鼓勵。田清老師一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度，踏踏實(shí)實(shí)的精神，不僅授我們以文，而且教我們做人，雖歷時半月之余，卻給以終生受益無窮之道。對田老師的感激之情是無法用言語表達(dá)的。 感謝田老師及各位科任老師等對我們的教育培養(yǎng)。他們細(xì)心指導(dǎo)我們的學(xué)習(xí)與研究，在此，我們要向田老師及各位科任老師深深地鞠上一躬。我們在這里首先感謝的是我們畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)老師——田清老師。這畢業(yè)設(shè)計從開題、資料查找、修稿到最后定稿，如果沒有田老師的心血，尚不知以何等糟糕的面目出現(xiàn)。我們很自豪的擁有這位指導(dǎo)老師，他值得我們感謝和尊敬。同時也感謝學(xué)院為我提供良好的做畢業(yè)設(shè)計的環(huán)境。 最后再一次感謝所有在畢業(yè)設(shè)計中曾經(jīng)幫助過我們的良師益友和同學(xué)，以及在設(shè)計中被我們引用或參考的論著的作者。 第十一章 參考文獻(xiàn)1，萬蘇文 何時劍。典型零件工藝分析與加工。 清華大學(xué)出版社2，李澄 吳天生 聞百橋。中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn) 機(jī)械制圖。中國標(biāo)準(zhǔn)出版社。3，高曉康，陳于萍?；Q性與測量技術(shù)。高等教育出版社4，鄭修本。 金屬制造工藝學(xué)。機(jī)械工業(yè)出版社。5，黃鶴訂。金屬切削理論。機(jī)械工業(yè)出版社。6，徐嘉元，曾家駒，機(jī)械制造工藝學(xué)，機(jī)械工業(yè)出版社。7，龔雯 ，陳則均。機(jī)械制造技術(shù)。高等教育出版社。8，詹華西，王軍，黃堂芳。數(shù)控加工與編程。西安電子科技大學(xué)出版社。9，莫章金，周躍生。 31