機(jī)械制造質(zhì)量分析與控制概述1.ppt

第五章機(jī)械制造質(zhì)量分析與控制,主講教師：郝敬賓,本章的主要內(nèi)容,第一節(jié)機(jī)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(jī)械加工表面質(zhì)量第五節(jié)機(jī)械加工過程中振動的基本概念,第五章機(jī)械制造質(zhì)量分析與控制,機(jī)械制造企業(yè)的基本要求：優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗產(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。,第五章機(jī)械制造質(zhì)量分析與控制,機(jī)器零件的加工質(zhì)量是整臺機(jī)器質(zhì)量的基礎(chǔ)評價指標(biāo)加工精度加工表面質(zhì)量本章主題：加工精度及表面質(zhì)量的分析與控制,第一節(jié)機(jī)械加工精度的基本概念,一、加工精度和加工誤差定義加工精度零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)與圖樣規(guī)定的理想幾何參數(shù)的符合程度加工精度包括尺寸精度、形狀精度和位置精度加工誤差零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)對圖樣規(guī)定的理想幾何參數(shù)的偏離程度,一、加工精度和加工誤差,加工精度和加工誤差的理解：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(shí)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、加工精度和加工誤差,加工精度和加工誤差的理解：加工精度和加工誤差這兩個概念是從兩種觀點(diǎn)來評定零件幾何參數(shù)這個同一事物。加工精度的低和高就是通過加工誤差的大和小來表示的。,第一節(jié)機(jī)械加工精度的基本概念,二、加工經(jīng)濟(jì)精度一般所說的加工經(jīng)濟(jì)精度指的是，在正常加工條件下（采用符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備、工藝裝備和標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)等級的工人，不延長加工時間）所能保證的加工精度。某種加工方法的加工經(jīng)濟(jì)精度不應(yīng)理解為某一個確定值，而應(yīng)理解為一個范圍，在這個范圍內(nèi)都可以說是經(jīng)濟(jì)的。,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,第一節(jié)機(jī)械加工精度的基本概念,三、零件獲得加工精度的方法加工精度包括尺寸精度、形狀精度和位置精度形狀精度的獲取方法：軌跡法；成形法；展成法位置精度（平行度、垂直度、同軸度等）的獲取方法：裝夾方式和加工方法尺寸精度的獲取方法：試切法；定尺寸刀具法；調(diào)整法；自動控制法,三、零件獲得加工精度的方法,獲得形狀精度的方法1)軌跡法：利用切削運(yùn)動中刀具刀尖的運(yùn)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(yùn)動軌跡的精度。,三、零件獲得加工精度的方法,獲得形狀精度的方法2)成形法：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。,三、零件獲得加工精度的方法,獲得形狀精度的方法3)展成法：利用刀具和工件作展成切削運(yùn)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(jī)床展成運(yùn)動的傳動鏈精度與刀具的制造精度。,三、零件獲得加工精度的方法,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。多次裝夾加工時，有關(guān)表面的位置精度依賴夾具的正確定位來保證；一次裝夾加工多個表面，各表面的位置精度則依靠機(jī)床的精度來保證。,三、零件獲得加工精度的方法,獲得尺寸精度的方法1)試切法：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。,三、零件獲得加工精度的方法,獲得尺寸精度的方法2)定尺寸刀具法：用具有一定尺寸精度的刀具（如絞刀、擴(kuò)孔鉆、鉆頭等）來保證被加工工件尺寸精度的方法（如鉆孔）鉆頭的尺寸保證了加工孔的尺寸鍵槽的寬度由鍵槽銑刀尺寸保證,三、零件獲得加工精度的方法,獲得尺寸精度的方法3)調(diào)整法：利用機(jī)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(jī)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(shí)現(xiàn)裝夾。,三、零件獲得加工精度的方法,獲得尺寸精度的方法4)自動控制法：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(jī)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(jī)床數(shù)控程序?qū)崿F(xiàn)進(jìn)刀的。,數(shù)控機(jī)床自動控制原理框圖,第二節(jié)影響加工精度的因素及其分析,機(jī)械加工工藝系統(tǒng)的構(gòu)成：機(jī)床、夾具、刀具和工件。工藝系統(tǒng)的誤差稱為原始誤差。工藝系統(tǒng)的誤差會復(fù)映到工件上。原始誤差與加工誤差：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)。,第二節(jié)影響加工精度的因素及其分析,原始誤差的來源,第二節(jié)影響加工精度的因素及其分析,一、原理誤差產(chǎn)生原因原理誤差是由于采用了近似的加工運(yùn)動或者近似的刀具輪廓而產(chǎn)生的加工原理為了得到規(guī)定的零件表面，在工件和刀具的運(yùn)動之間建立的某種聯(lián)系車削工件滾切齒輪,第二節(jié)影響加工精度的因素及其分析,二、機(jī)床誤差機(jī)床誤差的三個方面：機(jī)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車床的各項靜誤差：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。,第二節(jié)影響加工精度的因素及其分析,二、機(jī)床誤差靜誤差：導(dǎo)軌誤差主軸誤差傳動鏈誤差,1.導(dǎo)軌誤差,導(dǎo)軌是機(jī)床上確定各機(jī)床部件相對位置關(guān)系的基準(zhǔn)，也是機(jī)床運(yùn)動的基準(zhǔn),1.導(dǎo)軌誤差,誤差敏感方向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。,1.導(dǎo)軌誤差,車床和磨床的床身導(dǎo)軌誤差的三個方面在垂直面內(nèi)的直線度（彎曲）,1.導(dǎo)軌誤差,車床和磨床的床身導(dǎo)軌誤差的三個方面在垂直面內(nèi)的直線度（彎曲）在水平面內(nèi)的直線度（彎曲）,1.導(dǎo)軌誤差,車床和磨床的床身導(dǎo)軌誤差的三個方面在垂直面內(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）,機(jī)床導(dǎo)軌的幾何精度，不但決定于它的制造精度和使用的磨損情況，而且還和機(jī)床的安裝情況有很大關(guān)系,1.導(dǎo)軌誤差,導(dǎo)軌三項誤差的常規(guī)檢查方法垂直平面內(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,1.導(dǎo)軌誤差,車床導(dǎo)軌誤差的簡便檢查方法對于車床而言，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。,2.主軸誤差,主軸回轉(zhuǎn)精度對于主軸的要求，就是在運(yùn)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(shí)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。運(yùn)動形式可分解為：純軸向竄動純徑向移動純角度擺動,2.主軸誤差,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,2.主軸誤差,主軸回轉(zhuǎn)精度的測量方法,3.傳動鏈誤差,3.傳動鏈誤差,提高傳動鏈的傳動精度的措施盡可能縮短傳動鏈，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。,第二節(jié)影響加工精度的因素及其分析,三、調(diào)整誤差產(chǎn)生原因在機(jī)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)整誤差活塞加工中工藝系統(tǒng)的調(diào)整機(jī)床的調(diào)整夾具的調(diào)整刀具的調(diào)整,三、調(diào)整誤差,不同的調(diào)整方式，有不同的誤差來源試切法（三種誤差來源）度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(kuò)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)5m，已鈍化的刀刃只能達(dá)到20-50m，切屑厚度再小時刀刃就“咬”不住金屬而打滑，光起擠壓作用。,三、調(diào)整誤差,不同的調(diào)整方式，有不同的誤差來源試切法（三種誤差來源）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(jī)構(gòu)的“爬行”現(xiàn)象，結(jié)果刀具的實(shí)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。避免爬行的措施在微量進(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(jī)構(gòu)滑動面間不產(chǎn)生靜摩擦；輕輕敲擊手輪，用振動消除靜摩擦,三、調(diào)整誤差,不同的調(diào)整方式，有不同的誤差來源按定程機(jī)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(jī)構(gòu)保證加工精度。這時候，這些機(jī)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。,第二節(jié)影響加工精度的因素及其分析,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(diǎn)，反而要把它反向退回一點(diǎn)，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無進(jìn)給磨削,四、工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響,2.機(jī)床部件剛度及其特點(diǎn)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：棒料裝在卡盤中，材料力學(xué)懸臂梁公式,四、工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響,2.機(jī)床部件剛度及其特點(diǎn),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：,四、工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響,2.機(jī)床部件剛度及其特點(diǎn)遇到由若干零件組成的部件時，剛度問題就比較復(fù)雜。采用實(shí)驗方法測剛度,四、工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響,2.機(jī)床部件剛度及其特點(diǎn)實(shí)驗方法測剛度,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(diǎn)，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(shí)際剛度遠(yuǎn)比我們想象的要小。,2.機(jī)床部件剛度及其特點(diǎn),影響部件剛度的因素（1）接觸變形（零件與零件間接觸點(diǎn)的變形）,2.機(jī)床部件剛度及其特點(diǎn),影響部件剛度的因素（1）接觸變形（零件與零件間接觸點(diǎn)的變形）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(shí)際接觸面積愈小，接觸剛度愈??；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。,2.機(jī)床部件剛度及其特點(diǎn),影響部件剛度的因素（2）薄弱零件本身的變形,2.機(jī)床部件剛度及其特點(diǎn),影響部件剛度的因素（3）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,2.機(jī)床部件剛度及其特點(diǎn),影響部件剛度的因素（4）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。在圖中顯示出加載曲線和卸載曲線不相重合。,2.機(jī)床部件剛度及其特點(diǎn),影響部件剛度的因素（5）施力方向的影響,2.機(jī)床部件剛度及其特點(diǎn),影響部件剛度的因素（5）施力方向的影響所以刀刃在Y方向的實(shí)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：,2.機(jī)床部件剛度及其特點(diǎn),影響部件剛度的因素（5）施力方向的影響,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(jī)床、y夾具、y刀具、y工件的迭加：,3.工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響,工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響（1）由于受力點(diǎn)位置的變化而產(chǎn)生的工件形狀誤差,工藝系統(tǒng)的剛度隨著受力點(diǎn)的位置的變化而變化先假定工件短而粗，剛度很高則工藝系統(tǒng)的總位移完全取決于機(jī)床頭尾座(包括頂尖)和刀架（包括刀具)的位移,設(shè)FA、FB為所引起的在頭、尾座處的作用力，則,代入上式，得到,又因,工藝系統(tǒng)的總位移,設(shè),頂尖間距離600mm,沿工件長度上工藝系統(tǒng)的位移如下表,工件軸向最大直徑誤差(鞍形)為：,3.工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響,工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響（1）由于受力點(diǎn)位置的變化而產(chǎn)生的工件形狀誤差,再假定工件細(xì)而長，剛度很低則工藝系統(tǒng)的位移完全取決于工件的變形根據(jù)材料力學(xué)的計算公式，在切削點(diǎn)處的位移為：,仍設(shè)工件尺寸為,則沿工件長度上的位移有如下表：,故工件軸向最大直徑誤差(鼓形)為,比之上面的誤差要大50倍。,綜合以上兩例的分析，可以推廣到一般情況，即工藝系統(tǒng)的總位移為圖(a)和圖(b)的位移的迭加：,3.工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響,工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響（1）由于受力點(diǎn)位置的變化而產(chǎn)生的工件形狀誤差,3.工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響,工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響（2）由于切削力變化引起的加工誤差-誤差復(fù)映規(guī)律,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,試求加工誤差和毛坯誤差之間的定量關(guān)系,根據(jù)切削原理，切削分力,可表示為：,與刀具幾何形狀以及切削條件(刀具材料及幾何參數(shù)、工件材料及其強(qiáng)度與硬度、切削用量、冷卻液等)有關(guān)的系數(shù)；,、切削深度、進(jìn)給量；,、指數(shù),在材料硬度均勻，刀具幾何形狀、切削條件和進(jìn)給一定時：,（常數(shù)）則,對于一般切刀的幾何形狀：(、)，,接近于1,由此引起的工藝系統(tǒng)受力變形為：,由于,令,則,則,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，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(diǎn)：,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(shí)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(shí)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”。,3.工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響,工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響（3）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1）夾緊力引起的影響,3.工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響,工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響（3）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1）由于機(jī)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,3.工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響,工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響（3）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1）由于機(jī)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,3.工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響,工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響當(dāng)支承在兩個端點(diǎn)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2L/9的D和E時，自重引起的兩端最大變形量為：,3.工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響,工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響（3）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,1）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。,4.減少工藝系統(tǒng)受力變形的途徑,2）設(shè)置輔助支承提高部件剛度。,4.減少工藝系統(tǒng)受力變形的途徑,3）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(diǎn)和支承點(diǎn)的距離也可以提高工件的剛度,4.減少工藝系統(tǒng)受力變形的途徑,3）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(diǎn)和支承點(diǎn)的距離也可以提高工件的剛度,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）。,4.減少工藝系統(tǒng)受力變形的途徑,3）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(diǎn)和支承點(diǎn)的距離也可以提高工件的剛度,五、工藝系統(tǒng)熱變形引起的加工誤差,在機(jī)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(yùn)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,1.工藝系統(tǒng)的熱變形及其熱源1）電氣熱2）傳動部分將發(fā)生摩擦熱（軸承副、齒輪副、離合器、導(dǎo)軌副等）3）帶熱的切屑和冷卻液落在床身上。4）環(huán)境傳來的熱（室溫的變化、陽光的照射、取暖裝置的影響等）,五、工藝系統(tǒng)熱變形引起的加工誤差,2.機(jī)床的熱變形及其對加工精度的影響由于各類機(jī)床的結(jié)構(gòu)和工作條件相差很大，所以引起機(jī)床熱變形的熱源和變形形式也是多種多樣的。加工精度要求很高或較高的精密機(jī)床半自動和自動機(jī)床床身較長的機(jī)床,五、工藝系統(tǒng)熱變形引起的加工誤差,2.機(jī)床的熱變形及其對加工精度的影響由于各類機(jī)床的結(jié)構(gòu)和工作條件相差很大，所以引起機(jī)床熱變形的熱源和變形形式也是多種多樣的。加工精度要求很高或較高的精密機(jī)床半自動和自動機(jī)床床身較長的機(jī)床,五、工藝系統(tǒng)熱變形引起的加工誤差,3.減少機(jī)床熱變形對加工精度影響的基本途徑（1）結(jié)構(gòu)措施1）熱對稱結(jié)構(gòu),第二節(jié)影響加工精度的因素及其分析,3.減少機(jī)床熱變形對加工精度影響的基本途徑,（1）結(jié)構(gòu)措施2）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。,3.減少機(jī)床熱變形對加工精度影響的基本途徑,（1）結(jié)構(gòu)措施3）合理安排支承的位置,3.減少機(jī)床熱變形對加工精度影響的基本途徑,（1）結(jié)構(gòu)措施4）對發(fā)熱量大的熱源（如裝入式電動機(jī)、泵、油池、軸承等）采用足夠冷卻的措施擴(kuò)大散熱表面，保證良好的自然冷卻條件。使用強(qiáng)制式的冷卻：空氣冷卻、水冷卻、循環(huán)潤滑5）隔離熱源可以從根本上減少機(jī)床的熱變形油池(連同油泵、閥等)、冷卻液箱等成為獨(dú)立的單元從機(jī)床中移到外面以后，機(jī)床的熱變形可顯著地下降,3.減少機(jī)床熱變形對加工精度影響的基本途徑,（1）結(jié)構(gòu)措施6）均衡關(guān)鍵件的溫升，避免彎曲變形（熱補(bǔ)償法）,3.減少機(jī)床熱變形對加工精度影響的基本途徑,（2）工藝措施1）在安裝機(jī)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(jī)床，以及建立車間門斗或簾幕精密機(jī)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2）將精密機(jī)床中的坐標(biāo)鏜床、螺紋機(jī)床和齒輪機(jī)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1，精密級0.5，超精密級為0.01）恒溫基數(shù)則可按季節(jié)適當(dāng)?shù)丶右宰儎?3.減少機(jī)床熱變形對加工精度影響的基本途徑,（2）工藝措施3）讓機(jī)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(jī)床空轉(zhuǎn)，以保持機(jī)床的熱平衡。,4.刀具的熱變形及其對加工精度的影響,5.工件的熱變形,工件在機(jī)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(jī)床床身導(dǎo)軌）。,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,5.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。（薄壁件和實(shí)心件）工件的裝夾方式對工件熱變形也有影響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,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。,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(diǎn)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,5.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,5.工件的熱變形,對于工件受熱均勻情況,熱變形對粗精加工影響例子：,在一臺三工位的組合機(jī)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，鉆孔尺寸為20mm,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：,鉆孔完畢后接著鉸孔，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,5.工件的熱變形,5.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(jī)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。,5.工件的熱變形,減少工件熱變形對加工精度影響的措施在切削區(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,六、內(nèi)應(yīng)力引起的變形,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)力所謂內(nèi)應(yīng)力，指的是當(dāng)外部的載荷去除以后，仍殘存在工件內(nèi)部的應(yīng)力。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（后續(xù)課程討論）,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。,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，毛坯各部分冷熱收縮不均勻、金相組織轉(zhuǎn)變的體積變化毛坯的內(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,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,六、內(nèi)應(yīng)力引起的變形,冷校直帶來的內(nèi)應(yīng)力絲杠之類的細(xì)長軸車削后，棒料在軋制中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力要重新分布，產(chǎn)生彎曲校直力在校直過程中對工件產(chǎn)生彈性變形和塑性變形當(dāng)外力F去除以后，彈性變形與塑性變形相互牽制形成新的內(nèi)應(yīng)力分布,六、內(nèi)應(yīng)力引起的變形,冷校直帶來的內(nèi)應(yīng)力,七、保證和提高加工精度的途徑,1.聽其自然，因勢利導(dǎo)，直接消除或減少柔性工件受力變形的方法細(xì)長軸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。,七、保證和提高加工精度的途徑,1.聽其自然，因勢利導(dǎo)，直接消除或減少柔性工件受力變形的方法細(xì)長軸2)采用大進(jìn)給量和大的主偏角車刀3)伸縮性的活頂尖使工件在熱伸長下有伸縮的余地。4)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(qiáng)制夾持下軸心線歪斜的影響,七、保證和提高加工精度的途徑,1.聽其自然，因勢利導(dǎo)，直接消除或減少柔性工件受力變形的方法細(xì)長軸,七、保證和提高加工精度的途徑,1.聽其自然，因勢利導(dǎo)，直接消除或減少柔性工件受力變形的方法薄片零件,七、保證和提高加工精度的途徑,1.聽其自然，因勢利導(dǎo)，直接消除或減少柔性工件受力變形的方法薄片零件,七、保證和提高加工精度的途徑,2.人為設(shè)誤，相反相成，抵消受力變形和傳動誤差的方法,七、保證和提高加工精度的途徑,2.人為設(shè)誤，相反相成，抵消受力變形和傳動誤差的方法,七、保證和提高加工精度的途徑,2.人為設(shè)誤，相反相成，抵消受力變形和傳動誤差的方法車削外圓零件時，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,七、保證和提高加工精度的途徑,3.縮小范圍，分別處理，分組控制定位誤差的方法,通過誤差復(fù)映規(guī)律，引起了本工序尺寸誤差和形狀誤差的擴(kuò)大通過定位誤差的作用，引起了本工序各表面間位置誤差的擴(kuò)大采用分組調(diào)整（均分誤差）的方法,七、保證和提高加工精度的途徑,4.創(chuàng)造條件，撇開干擾，變形轉(zhuǎn)移和誤差轉(zhuǎn)移的方法,七、保證和提高加工精度的途徑,4.創(chuàng)造條件，撇開干擾，變形轉(zhuǎn)移和誤差轉(zhuǎn)移的方法,七、保證和提高加工精度的途徑,5.確保驗收，把好最后一道關(guān)，“就地加工”達(dá)到最終精度的方法,七、保證和提高加工精度的途徑,5.確保驗收，把好最后一道關(guān)，“就地加工”達(dá)到最終精度的方法,七、保證和提高加工精度的途徑,6.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(shí)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。,七、保證和提高加工精度的途徑,7.實(shí)時檢測，動態(tài)補(bǔ)償，偶件自動配制和溫度積極控制的方法主動測量：在加工中隨時測量出工件的實(shí)際尺寸(形狀、位置精度)，隨時給刀具以附加的補(bǔ)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(bǔ)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，針對起決定作用的誤差因素進(jìn)行積極控制，使誤差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。,第三節(jié)加工誤差的綜合分析,一、加工誤差的性質(zhì)系統(tǒng)性誤差連續(xù)加工一批零件時，這類誤差的大小和方向保持不變，或是按一定的規(guī)律而變化。前者稱為常值系統(tǒng)性誤差，后者稱為變值系統(tǒng)性誤差。隨機(jī)性誤差在加工一批零件中，這類誤差的大小和方向是不規(guī)律地變化著的。毛坯誤差（余量大小不一，硬度不勻等)的復(fù)映、定位誤差（基準(zhǔn)面尺寸不一，間隙影響等)、夾緊誤差（夾緊力大小不一）、多次調(diào)整的誤差、內(nèi)應(yīng)力引起的變形誤差等等都是隨機(jī)性誤差,第三節(jié)加工誤差的綜合分析,二、加工誤差的統(tǒng)計分析方法分布曲線法點(diǎn)圖法,分布曲線法,例1檢查一批精鏜后的活塞銷孔直徑（尚未采用滾擊法前的數(shù)據(jù)），圖紙規(guī)定的尺寸及公差為，抽查件數(shù)為100。測量時發(fā)現(xiàn)它們的尺寸是各不相同的，這種現(xiàn)象稱之為尺寸分散。把測量所得的數(shù)據(jù)按尺寸大小分組，每組的尺寸間隔為0.002mm，則可列表如表5-1所示,表5-1活塞銷孔直徑測量結(jié)果,分布曲線法,表中是測量的工件數(shù)。如果用每組的件數(shù)或頻率作為縱坐標(biāo)，以尺寸范圍的中點(diǎn)為橫坐標(biāo)，就可以作成如右圖所示的折線圖。,分散范圍=最大孔徑-最小孔徑=28.004-27.992=0.012mm,分散范圍中心（即平均孔徑）,公差范圍中心,分布曲線法,實(shí)際測量的結(jié)果表示：一部分工件已超出了公差范圍(占18%)，成了廢品，如圖中陰影部分就表示了廢品部分。但是，從圖中也可以看出，這批工件的分散范圍比公差帶小，但還是有18%的工件尺寸超出了公差上限。,分布曲線法,造成這種結(jié)果的原因是分散范圍中心與公差帶中心不重合如果能夠設(shè)法將分散中心調(diào)整到與公差范圍中心重合，所有工件將全部合格。鏜孔時要將鏜刀伸出量調(diào)整得短一些才好解決這道工序的精度問題是消除常值系統(tǒng)性誤差。,例2在無心磨床上用貫穿法磨削活塞銷，其公差為，公差范圍為27.999-27.990=0.009mm。設(shè)加工后量得的工件尺寸分布如圖5-62所示，則尺寸分散范圍0.016大于公差范圍0.009，常值系統(tǒng)誤差為27.9980-27.9945=0.0035mm，即使把分散范圍中心調(diào)整到與公差范圍中心重合,也還是要產(chǎn)生不合格品的(如圖陰影部分所示)。,活塞銷實(shí)際直徑尺寸分布折線圖,實(shí)際分布曲線：在繪制一批工件的尺寸分布圖時，若所取的工件數(shù)量增加而尺寸間隔取得很小時，則作出的折線圖就非常接近光滑的曲線，這就是所謂實(shí)際分布曲線，如上圖中點(diǎn)劃線所示。正態(tài)分布曲線：在正常條件下加工一批工件，其尺寸分布情況常和上述曲線相似。在研究加工誤差問題時，我們常常應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計學(xué)中一些“理論分布曲線”來近似地代替實(shí)際分布曲線，這樣做有很大的方便和好處，其中應(yīng)用最廣的便是正態(tài)分布曲線(或稱高斯曲線)，它的方程式用概率密度函數(shù)y(x)來表示：,當(dāng)采用這個理論分布曲線來代表加工尺寸的實(shí)際分布曲線時，上列方程各個參數(shù)的含義為：工件尺寸；工件平均尺寸（分散范圍中心），均方根誤差-1工件總數(shù)（工件數(shù)目應(yīng)足夠多，例如100-200件）,正態(tài)分布曲線下面所包含的全部面積代表了全部工件，即100%，,而下圖（a）中陰影部分的面積F為尺寸從到x間的工件的頻率：,在實(shí)際計算時，我們可以直接采用前人已經(jīng)作好的積分表,分布曲線法,實(shí)踐證明：在調(diào)整好了的機(jī)床（例如自動機(jī)床）上加工，引起誤差的因素中沒有特別顯著的因素，而且加工情況正常（機(jī)床、夾具、刀具在良好的狀態(tài)下）則一批工件的實(shí)際尺寸分布可以看作是正態(tài)分布也就是說，若引起系統(tǒng)性誤差的因素不變，引起隨機(jī)性誤差的多種因素的作用都微小且在數(shù)量級上大致相等，則加工所得的尺寸將按正態(tài)分布曲線分布。,分布曲線法,正態(tài)分布曲線具有下列特點(diǎn)：曲線成鐘形，中間高，兩邊低。這表示尺寸靠近分散中心的工件占大部分，而尺寸遠(yuǎn)離分散中心的工件是極少數(shù)。工件尺寸大于和小于的同間距范圍內(nèi)的頻率是相等的。,分布曲線法,正態(tài)分布曲線具有下列特點(diǎn)：表示正態(tài)分布曲線形狀的參數(shù)是。如圖(b)所示，越大，曲線越平坦，尺寸越分散，也就是加工精度越低；越小，曲線越陡峭，尺寸越集中，也就是加工精度越高。從附表中可以查出，時，F(xiàn)=49.865%，2F=99.73%。即工件尺寸在以外的頻率只占0.27%,可以忽略不計。因此，一般都取正態(tài)分布曲線的分散范圍為,分布曲線法,正態(tài)分布曲線具有下列特點(diǎn)：(或)的概念在研究加工誤差問題時應(yīng)用很廣，是一個很重要的概念。的大小代表了某一種加工方法在規(guī)定的條件下(毛坯余量、切削用量、正常的機(jī)床、夾具、刀具等)所能達(dá)到的加工精度。所以在一般情況下我們應(yīng)該使公差帶的寬度T和均方根誤差之間具有下列關(guān)系:考慮到變值系統(tǒng)性誤差(如刀具磨損)及其他因素的影響，總是使公差帶的寬度大于,分布曲線法,在上述檢查活塞銷孔的例子中，由表5-1所列的測量數(shù)值來計算,通常就以作為在正常生產(chǎn)條件下（一次調(diào)整、同一機(jī)床、同一切削用等）整批活塞銷孔的尺寸分散范圍。試比較一下上面所抽查100件測量的結(jié)果，尺寸分散范圍為0.012mm，可見是頗為接近的,分布曲線法,正態(tài)分布曲線除了用來進(jìn)行加工誤差性質(zhì)的判斷外，還常常用來進(jìn)行工藝能力(工序能力)的計算所謂工藝能力是用工藝能力系數(shù)來表示的，它是公差范圍和實(shí)際加工誤差之比，即：,根據(jù)工藝能力系數(shù)的大小，可以將工藝分為5個等級：,為特級，說明工藝力過高，不一定經(jīng)濟(jì)；,為一級，說明工藝能力足夠，可以允許一定的波動；,為二級，說明工藝能力勉強(qiáng)，必須密切注意；,為三級，說明工藝能力不足，可能出少量不合格品；,為四級，說明工藝能力不行，必須加以改進(jìn)。,一般情況下，工藝能力不應(yīng)低于二級,在機(jī)械加工中，工件實(shí)際尺寸的分布情況，有時也出現(xiàn)并不近似于正態(tài)的分布。,分布曲線法,分布范圍將6除以相對分布系數(shù)K，即等于。K值的大小與分布曲線的形狀有關(guān)。表3-3列出了幾種典型分布曲線的K值和值，稱為相對不對稱系數(shù)。,分布曲線法,點(diǎn)圖法,要點(diǎn)：按加工的先后順序作出尺寸的變化圖，以暴露整個加工過程中誤差變化的全貌。具體方法：按工件的加工順序定期測量工件的尺寸，以其序號為橫坐標(biāo)，以量得的尺寸為縱坐標(biāo)，則可得到如圖所示的點(diǎn)圖。,點(diǎn)圖法,點(diǎn)圖的用法有多種，下面主要闡述點(diǎn)圖在工藝穩(wěn)定性的判定和工序質(zhì)量控制方面的應(yīng)用。所謂工藝的穩(wěn)定，從數(shù)理統(tǒng)計的原理來說，一個過程(工序)的質(zhì)量參數(shù)的總體分布，其平均值和均方根差在整個過程(工序)中若能保持不變，則工藝是穩(wěn)定的。為了驗證工藝的穩(wěn)定性，需要應(yīng)用和兩張點(diǎn)圖。是將一批工件依照加工順序分成m個為一組、第i組的平均值，共K組；是第i組數(shù)值的極差。兩張圖常常合在一起應(yīng)用，通稱為圖(圖5-66)。,點(diǎn)圖法,在圖上分別畫出中心線和控制線，控制線就是用來判斷工藝是否穩(wěn)定的界限線,點(diǎn)圖法,表5-11正常波動與異常波動的標(biāo)志,與工藝過程加工誤差分布圖分析法比較，點(diǎn)圖分析法的特點(diǎn)是：1)所采用的樣本為順序小樣本；2)能在工藝過程進(jìn)行中及時提供主動控制的資料；3)計算簡單。,第四節(jié)機(jī)械加工表面質(zhì)量,一、概述機(jī)器零件的機(jī)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。,TDM1150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3mm200mm的成形輥筒進(jìn)行結(jié)構(gòu)加工可以達(dá)到4nm5nm的表面光潔度,一、概述,機(jī)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,一、概述,(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：,第四節(jié)機(jī)械加工表面質(zhì)量,2.表面層的物理、機(jī)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。,第四節(jié)機(jī)械加工表面質(zhì)量,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。,磨損過程的基本規(guī)律,第四節(jié)機(jī)械加工表面質(zhì)量,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,第四節(jié)機(jī)械加工表面質(zhì)量,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。,第四節(jié)機(jī)械加工表面質(zhì)量,2.表面質(zhì)量對疲勞強(qiáng)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(kuò)展疲勞裂紋造成疲勞損壞;表面層的殘余應(yīng)力對疲勞強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度;表面的冷作硬化層能提高零件的疲勞強(qiáng)度，這是因為硬化層能阻礙已有裂紋的擴(kuò)大和新的疲勞裂紋的產(chǎn)生。,第四節(jié)機(jī)械加工表面質(zhì)量,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。,第四節(jié)機(jī)械加工表面質(zhì)量,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(shí)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。,第四節(jié)機(jī)械加工表面質(zhì)量,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(yùn)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(jī)器的工作質(zhì)量等。,第四節(jié)機(jī)械加工表面質(zhì)量,三、機(jī)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。,三、機(jī)械加工表面的粗糙度及其影響因素,（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(yùn)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。,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(shí)際車刀刀尖總有圓角半徑，此時可由下式求得:,三、機(jī)械加工表面的粗糙度及其影響因素,（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(shí)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。,三、機(jī)械加工表面的粗糙度及其影響因素,（2）物理因素：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。,三、機(jī)械加工表面的粗糙度及其影響因素,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，增大刀尖園角半徑，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。,三、機(jī)械加工表面的粗糙度及其影響因素,2.降低表面粗糙度的措施切削速度v的影響,三、機(jī)械加工表面的粗糙度及其影響因素,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，因而粗糙度也愈小采用較高的切削速度常能防止刀瘤、鱗刺的產(chǎn)生。,2.降低表面粗糙度的措施被加工材料性能的影響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粗糙度，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。,三、機(jī)械加工表面的粗糙度及其影響因素,2.降低表面粗糙度的措施刀具的幾何形狀、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(shí)際前角，因此都會影響加工表面的粗糙度。,三、機(jī)械加工表面的粗糙度及其影響因素,第四節(jié)機(jī)械加工表面質(zhì)量,三、機(jī)械加工表面的粗糙度及其影響因素（二）磨削加工后的表面粗糙度磨削加工與切削加工有許多不同處，砂輪上的磨削刃形狀和分布很不均勻，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?？虅澇龅臒o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。,（二）磨削加工后的表面粗糙度影響磨削表面粗糙度的主要因素有：砂輪的粒度砂輪的粒度愈細(xì)粗糙度愈小粗粒度砂輪如果經(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,三、機(jī)械加工表面的粗糙度及其影響因素,（二）磨削加工后的表面粗糙度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，則表面粗糙度值愈小。(3)砂輪速度提高砂輪速度可以顯著降低工件表面粗糙度。,三、機(jī)械加工表面的粗糙度及其影響因素,影響磨削表面粗糙度的主要因素有：(4)磨削背吃刀量與工件速度,三、機(jī)械加工表面的粗糙度及其影響因素,（一）加工表面的冷作硬化切削(磨削)過程中表面層產(chǎn)生的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，這時它的強(qiáng)度和硬度都提高了，這就是冷作硬化現(xiàn)象。表面層的硬化程度主要以冷硬層的深度h、表面層的顯微硬度H以及硬化程度N表示，其中:為基體材料的硬度,四、機(jī)械加工后表面物理機(jī)械性能的變化,（一）加工表面的冷作硬化影響冷作硬化的因素刀具的影響前角減小，或刃口及后刀面的磨損量增大時，冷硬層深度和硬度也隨之增大切削用量的影響切削速度會使溫度增高，有助于冷硬的回復(fù)；刀具與工件接觸時間短，塑性變形程度減小進(jìn)給量增大時，切削力增大，塑性變形程度也增大；進(jìn)給量較小時，刀具刃口圓角在加工表面單位長度上的擠壓次數(shù)增多被加工材料的影響硬度愈小，塑性愈大切削后的冷硬現(xiàn)象愈嚴(yán)重,四、機(jī)械加工后表面物理機(jī)械性能的變化,（二）加工表面層的金相組織變化熱變質(zhì)層磨削加工由于磨削速度高，大部分磨粒帶有很大的負(fù)前角，磨粒除了切削作用外，很大程度是在刮擦擠壓工件表面，因而產(chǎn)生的磨削熱比切削時大得多。加之，磨削時約有70%以上的熱量瞬時進(jìn)入工件，只有小部分通過切屑、砂輪、冷卻液、大氣帶走，致使磨削時工件表面層溫度比切削時高得多，表面層的金相組織產(chǎn)生更為復(fù)雜的變化，直接影響了零件的使用性能。,四、機(jī)械加工后表面物理機(jī)械性能的變化,（二）加工表面層的金相組織變化熱變質(zhì)層磨削時工件表層的溫度,四、機(jī)械加工后表面物理機(jī)械性能的變化,（二）加工表面層的金相組織變化熱變質(zhì)層磨削時工件表層的溫度,四、機(jī)械加工后表面物理機(jī)械性能的變化,（二）加工表面層的金相組織變化熱變質(zhì)層磨削表面層的金相組織變化磨削表面金相組織變