第9章 機(jī)械加工質(zhì)量課件

1、第9章 機(jī)械加工質(zhì)量 91 概 述911機(jī)械加工精度 1 1加工精度的概念加工精度的概念: :機(jī)械加工精度是指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)（尺寸、形狀和位置）與理想幾何參數(shù)的符合程度。而它們之間不相符合（或差異）的程度稱(chēng)為加工誤差。加工精度在數(shù)值上通過(guò)加工誤差的大小來(lái)表示，所謂保證加工精度，即指控制加工誤差。 2 獲得規(guī)定的加工精度的方法獲得規(guī)定的加工精度的方法 （1）獲得尺寸精度的方法:試切法,定尺寸刀具法,調(diào)整法 ,自動(dòng)控制法 .（2）獲得形狀精度的方法:刀尖軌跡法,成形刀具法,仿形法,展成法.（3）獲得位置精度的方法:主要靠機(jī)床的運(yùn)動(dòng)之間、機(jī)床的運(yùn)動(dòng)與工件裝夾后的位置之間及各工位位置之間的相

2、互正確程度來(lái)保證。 912機(jī)械加工表面質(zhì)量 1表面質(zhì)量的含義表面質(zhì)量的含義: :即表面幾何形狀和表面層的物理力學(xué)性能。 （1）表面幾何形狀 :表面粗糙度,表面波度,宏觀幾何形狀偏差。 （2）表面層的物理力學(xué)性能 :表面層冷作硬化,表面層金相組織的變化 ,表面層殘余應(yīng)力。 2機(jī)械加工表面質(zhì)量對(duì)零件使用性機(jī)械加工表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響能的影響: :對(duì)零件耐磨性的影響 ,對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響,對(duì)零件配合性質(zhì)的影響,對(duì)零件耐腐蝕性的影響。 92 影響機(jī)械加工精度的因素 在機(jī)械加工時(shí)，機(jī)床、夾具、刀具和工件就構(gòu)成了一個(gè)完整的系統(tǒng)，稱(chēng)之為工藝系統(tǒng)。影響零件加工精度（或加工誤差）的因素可以歸納為以下三

3、個(gè)方面：工藝系統(tǒng)的幾何誤差；工藝系統(tǒng)的力效應(yīng)；工藝系統(tǒng)的熱變形。921工藝系統(tǒng)的幾何誤差對(duì)加工精度的影響1 1加工原理誤差加工原理誤差:加工原理誤差是指在加工工件時(shí)采用了近似的加工運(yùn)動(dòng)或近似的刀具刀刃廓形而產(chǎn)生的誤差。 2機(jī)床的幾何誤差機(jī)床的幾何誤差 :機(jī)床誤差中對(duì)加工精度影響較大的是主軸回轉(zhuǎn)誤差、導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差、傳動(dòng)鏈傳動(dòng)誤差。 （1）主軸回轉(zhuǎn)誤差:主軸回轉(zhuǎn)誤差就是主軸的瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線相對(duì)于其平均回轉(zhuǎn)軸線在加工表面的法線方向上的最大變動(dòng)量。 921工藝系統(tǒng)的幾何誤差對(duì)加工精度的影響(續(xù)) （2）導(dǎo)軌誤差:對(duì)機(jī)床導(dǎo)軌的精度要求主要有在水平面內(nèi)的直線度；在垂直面內(nèi)的直線度；兩導(dǎo)軌的平行度。 （3）傳

4、動(dòng)鏈的傳動(dòng)誤差 :在機(jī)械加工中，工件表面的形成是通過(guò)一系列傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這些傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由于本身的制造、安裝誤差和工作中的磨損，必將引起工件表面形成運(yùn)動(dòng)的不準(zhǔn)確，產(chǎn)生加工誤差。 3刀具與夾具的誤差刀具與夾具的誤差: :刀具的誤差(單刃刀具,定尺寸刀具,成形刀具,展成法加工刀具),夾具的誤差(夾具誤差包括定位元件、引導(dǎo)元件、對(duì)刀裝置、分度機(jī)構(gòu)及夾具體等的制造誤差，以及定位元件之間的相互位置誤差)。 4定位與調(diào)整誤差定位與調(diào)整誤差: :定位不準(zhǔn)確產(chǎn)生的定位誤差,調(diào)整不可能絕對(duì)準(zhǔn)確，也就產(chǎn)生了一項(xiàng)誤差，即調(diào)整誤差。 922工藝系統(tǒng)力效應(yīng)對(duì)加工精度的影響 在機(jī)械加工中，工藝系統(tǒng)在切削力、夾緊力、傳動(dòng)力

5、、重力和慣性力等外力作用下會(huì)產(chǎn)生彈性變形，從而破壞已經(jīng)調(diào)整好的工件和刀具之間的相對(duì)位置，使工件產(chǎn)生幾何形狀誤差和尺寸誤差。 1工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響Y Y系統(tǒng)系統(tǒng)Y Y機(jī)床機(jī)床Y Y夾具夾具Y Y刀具刀具Y Y工件工件 K系統(tǒng)F法Y系統(tǒng)，K機(jī)床F法Y機(jī)床，K 夾具F法Y夾具K 刀具F 法Y刀具，K工件F法Y工件 工件刀具夾具機(jī)床系統(tǒng)kkkkk11111922工藝系統(tǒng)力效應(yīng)對(duì)加工精度的影響(續(xù))工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響可歸納為切削力對(duì)加工精度的影響和其它作用力對(duì)加工精度的影響。（1）切削力的變化對(duì)加工精度的影響1）切削力作用點(diǎn)位置的變化引起的加工誤差。 22

6、111lxklxlkkFYx后前刀法2）切削力大小的變化引起的加工誤差。 毛工（2）工藝系統(tǒng)其它作用力的變化對(duì)加工精度的影響: 2 2減小工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響的途徑減小工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響的途徑 :提高工藝系統(tǒng)中零件間的配合質(zhì)量以提高接觸剛度,給機(jī)床部件以預(yù)加載荷，提高接觸剛度,設(shè)置輔助支承以提高工藝系統(tǒng)的剛度,采用合理的安裝方法和加工方法，以提高工藝系統(tǒng)的剛度;減小切削力和其它外力及其在加工過(guò)程中的變化;采用時(shí)效處理以消除內(nèi)應(yīng)力對(duì)加工精度的影響。 923工藝系統(tǒng)熱變形對(duì)加工精度的影響 1. 機(jī)床熱變形對(duì)加工精度的影響機(jī)床熱變形對(duì)加工精度的影響: :在機(jī)床的熱變形中，以

7、主軸部件、床身導(dǎo)軌及兩者相對(duì)位置的熱變形對(duì)加工誤差的影響最為突出。 2.刀具熱變形對(duì)加工精度的影響刀具熱變形對(duì)加工精度的影響: :刀具熱變形主要是由傳到刀具上的切削熱而引起,刀具的熱變形在加工不同的零件時(shí)產(chǎn)生的加工誤差不同。 3.工件熱變形對(duì)加工精度的影響工件熱變形對(duì)加工精度的影響: :工件的熱變形主要受切削熱的影響。在精加工時(shí)，工件的熱變形對(duì)加工精度的影響很大，特別是對(duì)細(xì)長(zhǎng)工件的加工影響尤為突出。工件受熱是否均勻?qū)嶙冃蔚挠绊懸埠艽蟆?4.減小工藝系統(tǒng)熱變形的途徑減小工藝系統(tǒng)熱變形的途徑: : 減少發(fā)熱和隔離熱源,強(qiáng)制冷卻和均衡溫度,保持熱平衡和控制環(huán)境溫度。 93 機(jī)械加工精度的綜合分析

8、931加工誤差的性質(zhì)各種因素產(chǎn)生的加工誤差按其出現(xiàn)的有無(wú)規(guī)律，可分為兩大類(lèi)，即系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差。（1）系統(tǒng)誤差 。當(dāng)順次加工一批零件時(shí)，若產(chǎn)生的誤差大小和方向都保持不變或按一定的規(guī)律變化，這種誤差稱(chēng)為系統(tǒng)誤差。前者為常值系統(tǒng)誤差，后者為變值系統(tǒng)誤差。 （2）隨機(jī)誤差。 順次加工一批零件時(shí)，產(chǎn)生的誤差大小和方向均是無(wú)規(guī)律地變化，這種誤差稱(chēng)為隨機(jī)誤差。 9.3.2 加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析 機(jī)械加工中常用的誤差統(tǒng)計(jì)分析方法有分布曲線法和點(diǎn)圖法。 1.1.分布曲線法分布曲線法: :分布曲線法就是對(duì)一批工件加工后所測(cè)得的實(shí)際尺寸（或誤差）進(jìn)行分組處理，畫(huà)出分組后的尺寸分布圖，再按此分布圖來(lái)分析工件的加工誤

9、差。（1）實(shí)際分布曲線。測(cè)量一批精鏜后的活塞銷(xiāo)孔.結(jié)論：1）尺寸分散范圍（0.012mm）小于公差范圍(0.015mm)，說(shuō)明鏜孔的加工精度能滿足加工要求；2）加工中出現(xiàn)了18 的廢品（圖中陰影部分）. 常值系統(tǒng)誤差只影響分布曲線的位置，而分布曲線的形狀和分散范圍則受隨機(jī)誤差和變值系統(tǒng)誤差的影響。 9.3.2 加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析(續(xù)）（2）正態(tài)分布曲線。方程中的和是表示曲線特征的兩個(gè)參數(shù)，分別稱(chēng)為算術(shù)平均值和均方根差。其中 決定曲線對(duì)稱(chēng)中心軸的坐標(biāo)位置；決定曲線的形狀和分散范圍。 22221xxeyxniixnx11nxxnii12正態(tài)分布曲線與橫坐標(biāo)所圍成的面積代表了全部工件（即100）。若

10、求正態(tài)分布曲線下某尺寸區(qū)間（ , xi）的面積F，可用積分法。 xdxeydxFiixxxxxx222219.3.2 加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析(續(xù)）（3）分布曲線的應(yīng)用 ：1）分析加工誤差。 通過(guò)分布曲線可以分析出影響加工精度的主要原因。常值系統(tǒng)誤差不影響分布曲線的形狀，僅影響它的位置。當(dāng)分布曲線的中心和公差帶中心不重合時(shí)，說(shuō)明加工中存在常值系統(tǒng)誤差。變值系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差影響分布曲線的形狀，這時(shí)就不是正態(tài)分布曲線。 2）判斷工藝能力。在機(jī)械加工中，某種加工方法能否滿足工件的精度要求，可以進(jìn)行工藝驗(yàn)證。工件加工尺寸的公差T表示加工所要求達(dá)到的精度，6的大小則代表了某一加工方法實(shí)際上所能達(dá)到的精度，二

11、者的比值稱(chēng)為工藝能力系數(shù)，用 kp表示。 6Tkp3）計(jì)算一批零件的合格率和廢品率。 分布曲線法分析加工誤差的缺點(diǎn)在于：分布曲線法分析加工誤差的缺點(diǎn)在于：1）曲線只能在一批工件全部加工完后才能繪制出，2）分析時(shí)沒(méi)有考慮工件的加工順序；所以不能看出誤差的發(fā)展趨勢(shì)和變化規(guī)律，從而不能在加工過(guò)程中主動(dòng)控制加工精度。同時(shí)，3）分布曲線主要表示了各工藝因素對(duì)加工精度的綜合影響，因此很難區(qū)分開(kāi)變值系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差。 9.3.2 加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析(續(xù)）2 2點(diǎn)圖法：點(diǎn)圖法：點(diǎn)圖法是在一批工件的加工過(guò)程中，按加工順序依次測(cè)量每個(gè)工件的尺寸，并依時(shí)記入相應(yīng)圖表中，以及時(shí)對(duì)其進(jìn)行分析，指導(dǎo)生產(chǎn)。（1）單值點(diǎn)圖

12、。以工件的加工順序?yàn)闄M坐標(biāo)，工件的尺寸為縱坐標(biāo)，則可以畫(huà)出如圖9-17所示的點(diǎn)圖，稱(chēng)為單值點(diǎn)圖。該點(diǎn)圖反映了工件加工尺寸的變化與加工順序（或加工時(shí)間）的關(guān)系。 （2）均值極差點(diǎn)圖。將一批工件按加工順序每m個(gè)分為一組，以分組序號(hào)為橫坐標(biāo)，以每組工件的平均尺寸為縱坐標(biāo)，則可繪制出如圖9-18a所示的點(diǎn)圖，簡(jiǎn)稱(chēng) 圖。再以分組序號(hào)為橫坐標(biāo)，以每組工件的極差R（組內(nèi)工件的最大與最小尺寸之差）為縱坐標(biāo)，畫(huà)出的點(diǎn)圖如圖9-18b所示，簡(jiǎn)稱(chēng)R圖。 x94 影響機(jī)械加工表面質(zhì)量的因素 941影響零件表面粗糙度的因素1 1影響一般機(jī)械加工表面粗糙度的因素影響一般機(jī)械加工表面粗糙度的因素：（1）殘留面積。切削加工時(shí)

13、，工件被切削層中總有一小部分材料未被切除而殘留在已加工表面上,使表面粗糙。殘留面積的高度Rmax直接影響表面粗糙度Ra值的大小。 （2）積屑瘤和鱗刺。在較低速度（2080m/min）下加工塑性材料，容易產(chǎn)生積屑瘤和鱗刺。（3）工件材料性質(zhì)。切削脆性材料時(shí)，由于切屑的崩碎在加工表面上留下很多麻點(diǎn),使表面粗糙度增大。切削塑性材料時(shí)， 隨著擠壓變形的同時(shí)切屑與工件分離而產(chǎn)生金屬的撕裂，使表面粗糙度增大。（4）加工時(shí)的振動(dòng)。當(dāng)切削加工發(fā)生振動(dòng)時(shí)，會(huì)在工件表面產(chǎn)生明顯的振痕，使粗糙度上升，表面質(zhì)量惡化。 2 2影響磨削加工表面粗糙度的因素：影響磨削加工表面粗糙度的因素：（1）砂輪。砂輪的粒度越細(xì)，單位面

14、積上的磨粒就越多，磨削表面的刻痕就越細(xì)密均勻，粗糙度值就越小。（2）磨削用量。提高砂輪線速度或降低工件線速度，都會(huì)使每顆磨粒切去的金屬厚度減小，則殘留面積減小，粗糙度降低；縱向進(jìn)給量小，則工件表面上同一點(diǎn)的磨削次數(shù)多，粗糙度值??；采用較小的橫向進(jìn)給量和最后無(wú)進(jìn)給的光磨，加工表面塑性變形小，表面粗糙度值小，光磨次數(shù)越多，粗糙度越低。（3）工件材料。工件材料的性質(zhì)對(duì)磨削粗糙度的影響也很大，太硬、太軟、太韌的材料都不易磨光。 942影響零件表面層物理力學(xué)性能的因素 1影響表面層冷作硬化的因素影響表面層冷作硬化的因素（1 1）影響機(jī)械加工冷作硬化的因素：）影響機(jī)械加工冷作硬化的因素：1）刀具幾何參數(shù)。

15、刀具刃口圓弧半徑的增大、前角的減小、后刀面的磨損及前后刀面不光潔等都將增加刀具對(duì)工件的擠壓和磨擦作用，使工件表層的冷作硬化程度加大。 2）切削用量。隨著切削速度的增加，刀具與工件的接觸擠壓時(shí)間縮短，工件的塑性變形減小，同時(shí)切削溫度升高，對(duì)冷作硬化有回復(fù)作用，冷作硬化程度將下降。3）工件材料。工件材料的硬度越低、塑性越好，則切削加工時(shí)的擠壓變形也越大，冷作硬化程度增加。（2）磨削加工對(duì)冷作硬化的影響。提高砂輪線速度，可減輕塑性變形并使磨削區(qū)的溫度升高，加大回復(fù)作用，從而減弱冷作硬化程度。而提高工件轉(zhuǎn)速、能縮短砂輪對(duì)工件表面熱作用時(shí)間，使回復(fù)作用減小，從而增加冷作硬化程度。加大工件進(jìn)給速度和增加砂

16、輪橫向進(jìn)給量，均使磨削力增大，塑性變形增大，從而使冷硬程度變大。 2 2影響表面層金相組織變化的因素影響表面層金相組織變化的因素（1）磨削燒傷。在磨削加工中，工件表面層金相組織的變化，使表面層硬度下降，并伴隨出現(xiàn)殘余應(yīng)力和產(chǎn)生細(xì)微裂紋，同時(shí)出現(xiàn)彩色的氧化膜，這種現(xiàn)象稱(chēng)為磨削燒傷。在磨削淬火鋼時(shí)，如果工件表面層溫度超過(guò)材料的回火溫度，未超過(guò)相變溫度，則表層淬火組織（馬氏體）會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗鸾M織（索氏休和托氏體），表層的硬度和強(qiáng)度將顯著降低，稱(chēng)為回火燒傷。如果工件表面層溫度超過(guò)相變溫度時(shí)，表層組織轉(zhuǎn)變成奧氏體，在冷卻液的急冷作用下，表面層形成極薄的二次淬火馬氏體，但它的下一層轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗鸾M織，其硬度要比

17、原來(lái)低得多，稱(chēng)為淬火燒傷（夾心燒傷）。如果是干磨，表層溫度超過(guò)相變溫度后，冷卻緩慢，表面層被退火，其硬度會(huì)急劇下降，稱(chēng)為退火燒傷。（2）影響磨削燒傷的因素。在磨削中，砂輪硬度太高、結(jié)合劑彈性差、組織緊密及磨粒不鋒利等，均容易引起燒傷；砂輪橫向進(jìn)給量的增大，會(huì)使磨削力和磨削熱急劇增加，更易引起燒傷；對(duì)于導(dǎo)熱性差和硬度高的工件材料，在磨削中也容易燒傷。 942影響零件表面層物理力學(xué)性能的因素（續(xù)）3影響表面層殘余應(yīng)力的因素影響表面層殘余應(yīng)力的因素 （1）表面層殘余應(yīng)力的產(chǎn)生）表面層殘余應(yīng)力的產(chǎn)生 1）冷塑性變形。在切削、磨削及滾壓加工中，工件表面層受后刀面的擠壓和磨擦?xí)l(fā)生伸長(zhǎng)的塑性變形，但由于受

18、到里層基體的阻礙，表層將產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，而里層則產(chǎn)生與之平衡的殘余拉應(yīng)力。 2）熱塑性變形。在切削或磨削加工中，表面層溫度比里層基體高，表面層產(chǎn)生的熱膨脹比里層的大，當(dāng)表面層的溫度超過(guò)材料的彈性變形范圍時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生塑性變形。切削結(jié)束后，表面層溫度下降得快，表層金屬的冷卻收縮受到里層基體的阻礙，使表層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力，里層則產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。 3）金相組織的變化。不同的金相組織有不同的質(zhì)量體積，馬氏體質(zhì)量體積最大，奧氏體質(zhì)量體積最小。當(dāng)表面層金相組織發(fā)生變化時(shí)，由于質(zhì)量體積的不同，表面層體積就要變化，但受到里層基體的阻礙，而產(chǎn)生殘余應(yīng)力。如磨削淬火鋼時(shí)，表面層若產(chǎn)生回火燒傷，馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橥惺象w或索氏

19、體，表面層體積縮小，產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。 （2）零件加工后表面層的殘余應(yīng)力。）零件加工后表面層的殘余應(yīng)力。零件加工后表面層的殘余應(yīng)力是上述三種因素綜合的結(jié)果。在一定的條件下，可能是一種或兩種因素起主要作用。切削加工中，一般切削溫度較低，主要是冷塑性變形起作用，在較小的背吃刀量下，殘余應(yīng)力為壓應(yīng)力。而在磨削加工中，一般磨削溫度較高，主要是熱塑性變形和金相組織變化起主要作用，殘余應(yīng)力多為拉應(yīng)力。但當(dāng)金相組織變化引起淬火燒傷時(shí)，表面層殘余應(yīng)力就為壓應(yīng)力。 95 提高機(jī)械加工質(zhì)量的途徑與方法 951提高機(jī)械加工精度的途徑 1直接減小或消除誤差直接減小或消除誤差 ：在查明產(chǎn)生加工誤差的主要因素后，設(shè)法對(duì)其直接消除或減小，以提高加工精度。 2誤差補(bǔ)償或抵消：誤差補(bǔ)償或抵消：誤差補(bǔ)償指的是人為地造出一種新的誤差以抵消工藝系統(tǒng)中的誤差。誤差抵消指的是利用工藝系統(tǒng)中原有的一種誤差去抵消另一種誤差。 3誤差轉(zhuǎn)移：誤差轉(zhuǎn)移：誤差轉(zhuǎn)移指的是將工藝系統(tǒng)的誤差轉(zhuǎn)移到不影響加工精度的方向或新的工藝裝置上。 4誤差平均：誤差平均：誤差平均指的是利用有密切聯(lián)系的表面之間的相互比較、相互檢查，從中找出差異，進(jìn)而進(jìn)行相互修正（如配偶件的對(duì)研）或互為基準(zhǔn)進(jìn)行加工（如多