工業(yè)生產(chǎn)過程13機(jī)械加工表面質(zhì)量與加工精度

1、2014-11-3工業(yè)生產(chǎn)過程工業(yè)生產(chǎn)過程機(jī)械加工表面質(zhì)量和加工精度機(jī)械加工表面質(zhì)量和加工精度 ZZQ2014-11-3本節(jié)課內(nèi)容：本節(jié)課內(nèi)容：l零件加工表面質(zhì)量對(duì)使用性能的影響零件加工表面質(zhì)量對(duì)使用性能的影響; ;l對(duì)零件加工表面質(zhì)量的影響因素對(duì)零件加工表面質(zhì)量的影響因素; ;l提高零件加工表面質(zhì)量的途徑；提高零件加工表面質(zhì)量的途徑；l機(jī)械加工精度和加工誤差；機(jī)械加工精度和加工誤差；l工藝系統(tǒng)的靜態(tài)幾何誤差對(duì)機(jī)械加工工藝系統(tǒng)的靜態(tài)幾何誤差對(duì)機(jī)械加工精度的影響。精度的影響。 2014-11-3今天的課程學(xué)完后，預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果今天的課程學(xué)完后，預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果 ：l了解機(jī)械加工表面質(zhì)量的含義及其對(duì)零件

2、使用性能的影響；l熟悉影響已加工表面粗糙度的因素；l熟悉機(jī)械加工后表面物理機(jī)械性能的變化；l了解提高加工表面質(zhì)量的途徑；l了解振動(dòng)對(duì)表面質(zhì)量的影響及其抑制手段；l掌握機(jī)械加工精度的概念；l熟悉誤差分類和組成；l熟悉工藝系統(tǒng)的靜態(tài)幾何誤差對(duì)機(jī)械加工精度的影響。 2014-11-3CDIOCDIO相關(guān)能力在今天課程中的培養(yǎng)：相關(guān)能力在今天課程中的培養(yǎng)：l應(yīng)用基礎(chǔ)科學(xué)知識(shí)與工程基礎(chǔ)知識(shí)，實(shí)行工程推理和解決問題的能力；l通過對(duì)“切削條件如何影響零件加工表面質(zhì)量、零件加工表面質(zhì)量如何影響零件使用性能”和“工藝系統(tǒng)的靜態(tài)幾何誤差如何影響機(jī)械加工精度”的了解，提高系統(tǒng)思維的能力；l對(duì)各項(xiàng)學(xué)習(xí)任務(wù)進(jìn)行合理的時(shí)

3、間安排，有效高質(zhì)量地完成。 2014-11-3表面質(zhì)量的概念表面質(zhì)量的概念l加工表面質(zhì)量包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：加工表面的幾何形狀誤差和表面層金屬的力學(xué)物理性能。2014-11-3加工表面加工表面的幾何形的幾何形狀誤差狀誤差l加工表面的幾何形狀誤差，包括如下四個(gè)部分，如圖所示。l表面粗糙度表面粗糙度 表面粗糙度是加工表面的微觀幾何形狀誤差，其波長與波高比值一般小于50。l波度波度 加工表面不平度中波長與波高的比值等于501000的幾何形狀誤差稱為波度，它是由機(jī)械加工中的振動(dòng)引起的。當(dāng)波長與波高比值大于1000時(shí)，稱為宏觀幾何形狀誤差。例如：圓度誤差，圓柱度誤差等，它們屬于加工精度范疇。2014-1

4、1-3加工紋加工紋理方向理方向及其符及其符號(hào)標(biāo)注號(hào)標(biāo)注l紋理方向紋理方向 紋理方向是指表面刀紋的方向，它取決于表面形成過程中所采用的機(jī)械加工方法。圖給出了各種紋理方向及其符號(hào)標(biāo)注。l傷痕傷痕 傷痕是在加工表面上一些個(gè)別位置上出現(xiàn)的缺陷，例如砂眼、氣孔、裂痕等。2014-11-3表面層金屬的力學(xué)物理性能表面層金屬的力學(xué)物理性能l由于機(jī)械加工中力因素和熱因素的綜合作用，加工表面層金屬的力學(xué)物理性能將發(fā)生一定的變化，主要反映在以下幾個(gè)方面：l表面層金屬的冷作硬化表面層金屬的冷作硬化 表面層金屬硬度的變化用硬化程度和深度兩個(gè)指標(biāo)來衡量。在機(jī)械加工過程中，工件表面層金屬都會(huì)有一定程度的冷作硬化，使表面層

5、金屬的顯微硬度有所提高。一般情況下，硬化層的深度可達(dá)0.050.30mm；若采用滾壓加工，硬化層的深度可達(dá)幾個(gè)毫米。l表面層金屬的金相組織表面層金屬的金相組織 機(jī)械加工過程中，由于切削熱的作用會(huì)引起表面層金屬的金相組織發(fā)生變化。在磨削淬火鋼時(shí)，由于磨削熱的影響會(huì)引起淬火鋼中的馬氏體的分解，或出現(xiàn)回火組織等等。l表面層金屬的殘余應(yīng)力表面層金屬的殘余應(yīng)力 由于切削力和切削熱的綜合作用，表面層金屬晶格會(huì)發(fā)生不同程度的塑性變形或產(chǎn)生金相組織的變化，使表層金屬產(chǎn)生殘余應(yīng)力。2014-11-3表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響零件表面質(zhì)量零件表面質(zhì)量粗糙度太大、太小都不耐磨粗糙度太大

6、、太小都不耐磨適度冷硬能提高耐磨性適度冷硬能提高耐磨性對(duì)疲勞強(qiáng)度的對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響影響對(duì)耐磨性影響對(duì)耐磨性影響對(duì)耐腐蝕性能對(duì)耐腐蝕性能的影響的影響對(duì)工作精度的對(duì)工作精度的影響影響粗糙度越大，疲勞強(qiáng)度越差粗糙度越大，疲勞強(qiáng)度越差適度冷硬、殘余壓應(yīng)力能提高疲適度冷硬、殘余壓應(yīng)力能提高疲勞強(qiáng)度勞強(qiáng)度粗糙度越大、工作精度降低粗糙度越大、工作精度降低殘余應(yīng)力越大，工作精度降低殘余應(yīng)力越大，工作精度降低粗糙度越大，耐腐蝕性越差粗糙度越大，耐腐蝕性越差壓應(yīng)力提高耐腐蝕性，拉應(yīng)力反壓應(yīng)力提高耐腐蝕性，拉應(yīng)力反之則降低耐腐蝕性之則降低耐腐蝕性2014-11-3零件加工表面質(zhì)量零件加工表面質(zhì)量對(duì)使用性能的影響對(duì)使

7、用性能的影響 l加工表面質(zhì)量對(duì)零件耐磨性、對(duì)零件抗疲勞強(qiáng)度、對(duì)零件工作精度和零件耐腐蝕性能均有直接影響。l因此，對(duì)于直接影響產(chǎn)品性能的零件重要表面，必須選用合適的最終加工工序，嚴(yán)格控制表面質(zhì)量。 2014-11-3影響切削加工后已加工影響切削加工后已加工表面粗糙度的主要因素表面粗糙度的主要因素 l切削層殘留面積；l表面隨機(jī)性的塑性變形；l鱗刺與積屑瘤現(xiàn)象；l刀刃平直性和刃口鈍圓半徑。l切削條件（包括切削用量、工件材料性能和刀具幾何參數(shù)等）通過影響上述因素而間接影響切削加工后的已加工表面粗糙度。2014-11-3工藝參數(shù)對(duì)加工表面工藝參數(shù)對(duì)加工表面粗糙度的影響實(shí)驗(yàn)粗糙度的影響實(shí)驗(yàn)l實(shí)驗(yàn)課的實(shí)驗(yàn)：

8、實(shí)驗(yàn)課的實(shí)驗(yàn)：“工藝參數(shù)對(duì)加工表工藝參數(shù)對(duì)加工表面粗糙度的影響面粗糙度的影響”中，將由學(xué)生自行中，將由學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案來研究切削速度、進(jìn)給設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案來研究切削速度、進(jìn)給量、切深、刀具主偏角、刀尖半徑、量、切深、刀具主偏角、刀尖半徑、刀具前角、工件材料（鋼，鑄鐵）等刀具前角、工件材料（鋼，鑄鐵）等對(duì)加工表面粗糙度的影響。對(duì)加工表面粗糙度的影響。 2014-11-3殘留面積和塑性變形殘留面積和塑性變形2014-11-3積屑瘤積屑瘤l積屑瘤前端伸出刀刃外，代替刀刃進(jìn)行切削。它不但使切削厚度增加，影響工件尺寸精度，而且由于積屑瘤前端不規(guī)則，會(huì)在工件表面上劃出溝痕和擠歪已有溝痕，在已加工表面留下不

9、規(guī)則的切削痕跡犁溝。2014-11-3鱗刺鱗刺2014-11-3刀刃平直性刀刃平直性2014-11-3影響磨削加工表面粗糙度的主要因素影響磨削加工表面粗糙度的主要因素 l正像切削加工時(shí)表面粗糙度的形成過程一樣，磨削加工表面粗糙度的形成也是由幾何因素和表面層金屬的塑性變形(物理因素)決定的，但磨削過程要比切削過程復(fù)雜得多。l幾何因素幾何因素磨削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。單從幾何因素考慮，可認(rèn)為在單位面積上刻痕越多，即通過單位面積的磨粒數(shù)越多，刻痕等高性越好，則磨削表面粗糙度值越小。l表面層金屬的塑性變形塑性變形（物理因素）物理因素）磨削速度遠(yuǎn)比一般切削加工速度高得多，

10、且磨粒大多為負(fù)前角，磨削比壓大，磨削區(qū)溫度很高，工件表層溫度有時(shí)可達(dá)900，工件表層金屬容易產(chǎn)生相變而燒傷。因此，磨削過程的塑性變形要比一般切削過程大得多。2014-11-3磨削加工后的表面粗糙度磨削加工后的表面粗糙度l磨削條件（包括磨削用量、砂輪參數(shù)與修整參數(shù)、以及工件材料性能等）通過影響上述因素而間接影響磨削加工后的已加工表面粗糙度。2014-11-3磨削加工后的表面粗糙度磨削加工后的表面粗糙度2014-11-3機(jī)械加工后表面物理機(jī)械加工后表面物理機(jī)械性能的主要變化機(jī)械性能的主要變化 l加工表面的顯微硬度變化（冷作硬化）l加工表面金相組織變化（如磨削燒傷）l加工表面層的殘余應(yīng)力（包括磨削裂

11、紋）2014-11-3物理機(jī)械性能的主要變化物理機(jī)械性能的主要變化l已加工表面的顯微硬度是加工時(shí)塑性變形引起的冷作硬化和切削熱產(chǎn)生的金相組織變化引起的硬度變化綜合作用的結(jié)果。表面層的殘余應(yīng)力也是塑性變形引起的殘余應(yīng)力、切削熱產(chǎn)生的熱塑性變形和金相組織變化引起的殘余應(yīng)力的綜合。許多試驗(yàn)研究結(jié)果認(rèn)為：磨削過程中由于磨削速度高，大部分磨削刃帶有很大的負(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)生比切削大得多的塑性變形和磨削熱。加之，磨削時(shí)約有70以上的熱量瞬時(shí)進(jìn)入工件，只有小部分通過切屑、砂輪、冷卻液、大氣帶走，而切削時(shí)只有約10的熱量進(jìn)入工件，大部分則通過切屑帶走。所以在磨削

12、時(shí)磨削區(qū)的瞬時(shí)溫度可達(dá)到800一1200，當(dāng)磨削條件不適當(dāng)時(shí)，甚至達(dá)到2000。因此磨削后表面層的金相組織、顯微硬度都會(huì)產(chǎn)生很大變化，并會(huì)產(chǎn)生有害的殘余拉應(yīng)力。2014-11-3加工表面的冷作硬化加工表面的冷作硬化2014-11-3表面金相組織變化表面金相組織變化磨削燒傷磨削燒傷2014-11-3思考思考l磨削端面時(shí)，應(yīng)采用平板砂磨削端面時(shí)，應(yīng)采用平板砂輪還是碗形砂輪？輪還是碗形砂輪？ l注意：注意：兩種砂輪的接觸方式不同。2014-11-3加工加工表面層的殘余應(yīng)力表面層的殘余應(yīng)力2014-11-3磨削裂紋磨削裂紋l 當(dāng)殘余應(yīng)力超過材料的強(qiáng)度極限時(shí)，零件表面就會(huì)產(chǎn)生裂紋，有的磨削裂紋也可能不在

13、工件的外表面，而是在表面層下成為肉眼難于發(fā)現(xiàn)的缺陷。裂紋的方向常與磨削方向垂直或呈網(wǎng)狀，裂紋的產(chǎn)生常與燒傷同時(shí)出現(xiàn)。l因此避免產(chǎn)生裂紋的途徑也在于降低磨削熱與改善其散熱條件。在磨削前進(jìn)行去除應(yīng)力工序能有效地防止磨削裂紋，至于熱處理工序引起的磨削裂紋就必須從熱處理工藝著手采取措施去解決。2014-11-3避免產(chǎn)避免產(chǎn)生裂紋生裂紋的措施的措施l提高冷卻效果提高冷卻效果l現(xiàn)有的冷卻方法往往效果很差，由于旋轉(zhuǎn)的砂輪表面上產(chǎn)生強(qiáng)大氣流層以致沒有多少冷卻液能進(jìn)入磨削區(qū)，而常常是大量地噴注在已經(jīng)離開磨削區(qū)的已加工表面上，此時(shí)磨削熱量已進(jìn)入工件表面造成熱損傷，所以改進(jìn)冷卻方法提高冷卻效果是非常必要的。為減輕高

14、速旋轉(zhuǎn)的砂輪表面的高壓附著氣流的作用，可以加裝空氣擋板（圖），以使冷卻液能順利地噴注到磨削區(qū)，這對(duì)于高速磨削更為必要。采用內(nèi)冷卻，砂輪是多孔隙能滲水的，冷卻液引到砂輪中心孔后靠離心力的作用甩出，從而使冷卻液可以直接冷卻磨削區(qū)，起到有效的冷卻作用（下頁圖） 。2014-11-3 內(nèi)冷卻裝置內(nèi)冷卻裝置1 1錐形蓋錐形蓋 2 2通道孔通道孔 3 3砂輪中心孔砂輪中心孔4 4有徑向小孔的有徑向小孔的薄壁套薄壁套2014-11-3開槽砂輪開槽砂輪l增大砂輪表面磨粒分布的間距，可以使砂輪和工件間斷接觸。這樣不僅改善了散熱條件、而且工件受熱時(shí)間縮短，金相轉(zhuǎn)變來不及進(jìn)行，因此能夠很大程度地減少工件表面的熱損傷

15、。例如生產(chǎn)中用粗修整砂輪、疏松組織砂輪來解決燒傷裂紋問題通常是很見效的，開槽砂輪的效果則更好。開槽砂輪就是在砂輪的工作部位上開有一定寬度、一定深度和一定數(shù)量的溝槽。溝槽參數(shù)見圖。槽可以等距開(如A型)，也可以變距開(如B型)。2014-11-3控制加工表面質(zhì)量的途徑控制加工表面質(zhì)量的途徑l在加工過程中影響表面質(zhì)量的因素是非常復(fù)雜的。為了獲得要求的表面質(zhì)量，就必須對(duì)加工方法、切削參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂??？刂票砻尜|(zhì)量常會(huì)增加加工成本，影響加工效率，所以對(duì)于一般零件宜用正常的加工工藝保證表面質(zhì)量，不必提出過高要求。而對(duì)于一些直接影響產(chǎn)品性能、壽命和安全工作的重要零件的重要表面就有必要加以控制。例如，承受

16、較高應(yīng)力交變載荷的零件需要控制受力表面不產(chǎn)生裂紋與殘余拉應(yīng)力；為了提高軸承溝道的接觸疲勞強(qiáng)度必須控制表面不產(chǎn)生磨削燒傷和微觀裂紋；測量塊規(guī)則主要應(yīng)保證其尺寸精度及穩(wěn)定性，故必須嚴(yán)格控制表面粗糙度和殘余應(yīng)力等等。類似這樣的零件表面，就必須選用合適的加上工藝，嚴(yán)格控制表面質(zhì)量、并進(jìn)行必要的檢查。2014-11-3提高加工表面質(zhì)量的途徑提高加工表面質(zhì)量的途徑 l控制磨削參數(shù)控制磨削參數(shù)磨削作為精加工常用于加工淬硬鋼、耐熱鋼及特殊合金材料等堅(jiān)硬材料的表面。選用磨削作為最終加工工序時(shí)，需控制磨削參數(shù)以控制磨削加工后的已加工表面粗糙度、抑制磨削燒傷和磨削裂紋；l采用超精加工、珩磨等光整加工方法采用超精加工

17、、珩磨等光整加工方法作為最終加工工序超精加工、珩磨等都是利用磨條以一定的壓力壓在工件的被加工表面上，并作相對(duì)運(yùn)動(dòng)以降低工件表面粗糙度和提高工件加工精度的工藝方法，由于切削速度低，磨削壓強(qiáng)小，所以加工時(shí)產(chǎn)生的熱量很少，不會(huì)產(chǎn)生熱損傷，并具有殘余壓應(yīng)力，如果加工余量合適還可以去除磨削加工變質(zhì)層；l采用噴九、滾壓、輾光等強(qiáng)化工藝采用噴九、滾壓、輾光等強(qiáng)化工藝對(duì)于承受高應(yīng)力、交變載荷的零件可以采用噴九、滾壓、輾光等強(qiáng)化工藝使表面層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力和冷作硬化并降低表面粗糙度，同時(shí)消除了磨削等工序的殘余拉應(yīng)力，由此可以大大提高耐疲勞強(qiáng)度及抗應(yīng)力腐蝕性能。 2014-11-3采用光整加工方法采用光整加工方法l

18、超精加工、珩磨等都是利用磨條以一定的壓力壓在工件的被加工表面上，并作相對(duì)運(yùn)動(dòng)以降低工件表面粗糙度和提高工件加工精度的工藝方法，一般用于粗糙度為R Ra a=0.1m 以上表面的加工，由于切削速度低，磨削壓強(qiáng)小，所以加工時(shí)產(chǎn)生的熱量很少，不會(huì)產(chǎn)生熱損傷，并具有殘余壓應(yīng)力，如果加工余量合適還可以去除磨削加工變質(zhì)層。l采用超精加工、珩磨工藝雖然比直接采用精磨達(dá)到粗糙度要多增加一道工序，但由于這些加工方法都是靠加工表面自身定位進(jìn)行加工的，因而機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單，精度要求不高，而且大多設(shè)計(jì)成多工位機(jī)床，并能進(jìn)行多機(jī)床操作，所以生產(chǎn)效率較高，加工成本較低。由于上述優(yōu)點(diǎn)在大批大量生產(chǎn)中應(yīng)用得比較廣泛。例如在軸承制

19、造中為了提高軸承的接觸疲勞強(qiáng)度和壽命，愈來愈普遍地采用超精加工來加工套圈與滾子的滾動(dòng)表面。2014-11-3采用強(qiáng)化工藝采用強(qiáng)化工藝l對(duì)于承受高應(yīng)力、交變載荷的零件可以采用噴九、滾壓、輾光等強(qiáng)化工藝使表面層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力和冷作硬化并降低表面粗糙度，同時(shí)消除了磨削等工序的殘余拉應(yīng)力，出此可以大大提高耐疲勞強(qiáng)度及抗應(yīng)力腐蝕性能。借助強(qiáng)化工藝還可以用次等材料代替優(yōu)質(zhì)材料，以節(jié)約貴重材料。但是采用強(qiáng)化工藝時(shí)應(yīng)注意不要造成過度硬化，過度硬化的結(jié)果會(huì)使表面層完全失去塑性甚至引起顯微裂紋和材料剝落，帶來不良的后果。因此采用強(qiáng)化工藝時(shí)必須很好控制工藝參數(shù)以獲得要求的強(qiáng)化表面。2014-11-3噴丸強(qiáng)化噴丸強(qiáng)化

20、l噴丸強(qiáng)化是利用大量快速運(yùn)動(dòng)的珠丸打擊被加工工件表面，使工件表面產(chǎn)生冷硬層和壓縮殘余應(yīng)力，可顯著提高零件的疲勞強(qiáng)度。l珠丸可以是鑄鐵的，也可以是切成小段的鋼絲（使用一段時(shí)間后，自然變成球狀）。對(duì)于鋁質(zhì)工件，為避免表面殘留鐵質(zhì)微粒而引起電解腐蝕，宜采用鋁丸或玻璃丸。珠丸的直徑一般為0.24mm，對(duì)于尺寸較小、表面粗糙度值較小的工件，采用直徑較小的珠丸。l噴丸強(qiáng)化主要用于強(qiáng)化形狀復(fù)雜或不宜用其它方法強(qiáng)化的工件，如板彈簧、螺旋彈簧、連桿、齒輪、焊縫等。經(jīng)噴丸加工后的表面，硬化層深度可達(dá)0.7mm，零件表面粗糙度值可由Ra52.5m 減小到Ra0.630.32m ，可幾倍甚至幾十倍地提高零件的使用壽命

21、。2014-11-3滾壓滾壓加工加工l滾壓加工是利用經(jīng)過淬火和精細(xì)研磨過的滾輪或滾珠，在常溫狀態(tài)下對(duì)金屬表面進(jìn)行擠壓，使受壓點(diǎn)產(chǎn)生彈性和塑性變形，表層的凸起部分向下壓，凹下部分向上擠，逐漸將前工序留下的波峰壓平，降低了表面粗糙度；同時(shí)它還能使工件表面產(chǎn)生硬化層和殘余壓應(yīng)力。因此提高了零件的承載能力和疲勞強(qiáng)度。l滾壓加工可以加工外圓、孔、平面及成型表面，通常在普通車床、轉(zhuǎn)塔車床或自動(dòng)車床上進(jìn)行。如圖為典型的滾壓加工示意圖。2014-11-3振動(dòng)對(duì)表面質(zhì)量的影響振動(dòng)對(duì)表面質(zhì)量的影響l機(jī)械加工過程中產(chǎn)生的振動(dòng)，是一種十分有害的現(xiàn)象。振動(dòng)不僅使加工表面產(chǎn)生振紋，影響零件的表面質(zhì)量和使用性能，同時(shí)，使工

22、藝系統(tǒng)承受動(dòng)態(tài)交變載荷的作用，刀具極易磨損(甚至崩刃)，機(jī)床連接特性受到破壞，嚴(yán)重時(shí)甚至使切削加工無法繼續(xù)進(jìn)行；振動(dòng)中產(chǎn)生的噪聲還將危害操作者的身體健康。為減少振動(dòng)，有時(shí)不得不降低切削用量，降低了生產(chǎn)率。l機(jī)械加工中產(chǎn)生的振動(dòng)主要有強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)(顫振)兩種類型。強(qiáng)迫振動(dòng)強(qiáng)迫振動(dòng)是由外界周期性的干擾力所支持的不衰減振動(dòng)。 2014-11-3機(jī)械加工中振動(dòng)的類型機(jī)械加工中振動(dòng)的類型2014-11-3消除強(qiáng)迫振動(dòng)的途徑消除強(qiáng)迫振動(dòng)的途徑l(1)消振與隔振消振與隔振 消除強(qiáng)迫振動(dòng)員有效的辦法是找出外界的干擾力(振源)并去除之。如果不能去除，則可以采用隔絕的方法，如機(jī)床采用防振地基，就可以隔絕相鄰

23、機(jī)床的振動(dòng)影響。精密機(jī)械、儀器采用空氣墊等也是很有效的隔振措施。l(2)消除回轉(zhuǎn)零件的不平衡消除回轉(zhuǎn)零件的不平衡 機(jī)床和其他機(jī)械的振動(dòng)，大多數(shù)是由于回轉(zhuǎn)零件的不平衡所引起，因此對(duì)于高速回轉(zhuǎn)的零件要注意其平衡問題，在可能條件下，能做動(dòng)平衡最好。l(3)提高傳動(dòng)件的制造精度提高傳動(dòng)件的制造精度 傳動(dòng)件的制造精度會(huì)影響傳動(dòng)的平衡性，引起振動(dòng)。l(4)提高系統(tǒng)剛度，增加阻尼提高系統(tǒng)剛度，增加阻尼 提高機(jī)床、工件、刀具的剛度都會(huì)增加系統(tǒng)的抗振性。增加阻尼是一種減小振動(dòng)的有效辦法，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上應(yīng)該考慮到，但也可以采用附加高阻尼板材的方法以達(dá)到減小振動(dòng)的效果。2014-11-3機(jī)械加工中的自激振動(dòng)機(jī)械加工中

24、的自激振動(dòng)l機(jī)械加工過程中，在沒有周期性外力作用下，由系統(tǒng)內(nèi)部激發(fā)反饋產(chǎn)生的周期性振動(dòng)，稱為自激振動(dòng)自激振動(dòng)，簡稱為顫振顫振。l維持自激振動(dòng)的能量來自電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)通過動(dòng)態(tài)切削過程把能量輸給振動(dòng)系統(tǒng)，以維持振動(dòng)運(yùn)動(dòng)。 l與強(qiáng)迫振動(dòng)相比，自激振動(dòng)具有以下特征；機(jī)械加工中的自激振動(dòng)是在沒有外力(相對(duì)于切削過程而言)干擾下所產(chǎn)生的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)，這與強(qiáng)迫振動(dòng)有本質(zhì)的區(qū)別；自激振動(dòng)的頻率接近于系統(tǒng)的固有頻率，這就是說顫振頻率取決于振動(dòng)系統(tǒng)的固有特性。這與自由振動(dòng)相似(但不相同)，而與強(qiáng)迫振動(dòng)根本不同。自由振動(dòng)受阻尼作用將迅速衰減，而自激振動(dòng)卻不因有阻尼存在而衰減。2014-11-3再生顫振再生顫振原理原理l

25、如圖所示，車刀只做橫向進(jìn)給。l在穩(wěn)定的切削過程中，刀架系統(tǒng)因材料的硬點(diǎn)，加工余量不均勻，或其它原因的沖擊等，受到偶然的擾動(dòng)。刀架系統(tǒng)因此產(chǎn)生了一次自由振動(dòng)，并在被加工表面留下相應(yīng)的振紋。l當(dāng)工件轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)后，刀具要在留有振紋的表面上切削，因切削厚度發(fā)生了變化，所以引起了切削力周期性的變化。產(chǎn)生動(dòng)態(tài)切削力。l將這種由于切削厚度的變化而引起的自激振動(dòng)，稱為 “再生顫振再生顫振”。2014-11-3消除自激振動(dòng)的途徑消除自激振動(dòng)的途徑 l合理選擇切削條件（包括切削用量和刀具幾何參數(shù)等）；l提高工藝系統(tǒng)本身的抗振性（包括提高機(jī)床、刀具的抗振性和工件安裝時(shí)的剛性）； l使用消振器裝置如果不能從根本上消除產(chǎn)

26、生切削振動(dòng)的條件，又無法有效地提高工藝系統(tǒng)本身的抗振性，為保證必要的加工質(zhì)量和生產(chǎn)率，可以采用消振減振裝置。l再生型顫振是切削顫振的主要形態(tài)，變速切削對(duì)于再生型顫振具有顯著的抑制作用。 2014-11-3自激振動(dòng)的控制自激振動(dòng)的控制l調(diào)整刀具的幾何形狀及切削用量調(diào)整刀具的幾何形狀及切削用量等，如增大刀具的主偏角Kr、增大進(jìn)給量f。在外圓切削時(shí)，采用Kr 90的車刀，可有明顯的減振作用。l增加切削阻尼增加切削阻尼 適當(dāng)減小刀具后角，可以加大工件和刀具后刀面之間的摩擦阻尼，對(duì)提高切削穩(wěn)定性有利。但刀具后角過小會(huì)引起摩擦顫振，一般后角取23為宜，必要時(shí)還可在后刀面上磨出帶有負(fù)后角的消振棱。但是，如果

27、加工系統(tǒng)產(chǎn)生摩擦型顫振，則必須設(shè)法減小摩擦阻尼，并適當(dāng)改變轉(zhuǎn)速，使切削速度v處于F一v曲線的下降特性區(qū)之外。2014-11-3自激振動(dòng)的控制自激振動(dòng)的控制l采用變速切削變速切削方法加工 再生型顫振是切削顫振的主要形態(tài)，變速切削對(duì)于再生型顫振具有顯著的抑制作用。所謂變速切削就是人為地以各種方式連續(xù)改變機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速所進(jìn)行的一種切削方式。在變速切削中，機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速將以一定的變速幅度、一定的變速頻率、一定的變速波形圍繞某一基本轉(zhuǎn)速作周期變化。2014-11-3提高工藝系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高工藝系統(tǒng)的穩(wěn)定性l改善工藝系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，提高工藝系統(tǒng)的穩(wěn)定性l提高工藝系統(tǒng)剛度提高工藝系統(tǒng)剛度 可以有效地改善工藝系統(tǒng)

28、的抗振性和穩(wěn)定性。l在增強(qiáng)工藝系統(tǒng)剛度的同時(shí)，應(yīng)盡量減小構(gòu)件自身的質(zhì)量。應(yīng)把“以最輕的質(zhì)量獲得最大的剛度”作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要原則。2014-11-3提高工藝系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高工藝系統(tǒng)的穩(wěn)定性l增大工藝系統(tǒng)的阻尼增大工藝系統(tǒng)的阻尼 工藝系統(tǒng)的阻尼主要來自零部件材料的內(nèi)阻尼、結(jié)合面上的摩擦阻尼及其它附加阻尼等。材料的內(nèi)阻尼是指由材料的內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的阻尼，不同材料的內(nèi)阻尼是不同的。由于鑄鐵的內(nèi)阻尼比鋼大，所以機(jī)床上的床身、立柱等大型支承件常用鑄鐵制造。除了選用內(nèi)阻尼較大的材料制造外，還可以把高阻尼材料附加到零件上。如下頁圖所示。2014-11-3在零件上灌注阻尼材料在零件上灌注阻尼材料和壓入阻尼環(huán)

29、和壓入阻尼環(huán)2014-11-3采用各種消振減振裝置采用各種消振減振裝置l如果不能從根本上消除產(chǎn)生切削振動(dòng)的條件，又無法有效地提高工藝系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，為保證必要的加工質(zhì)量和生產(chǎn)率，可以采用消振減振裝置。常用的減振器有以下三種類型。l1）動(dòng)力減振器動(dòng)力減振器。它是用彈性元件將一個(gè)附加質(zhì)量連接到主振系統(tǒng)上，利用附加質(zhì)量的動(dòng)力作用，使其加到主振系統(tǒng)上的作用力(或力矩)與激振力(或力矩)大小相等、方向相反，從而達(dá)到抑制主振系統(tǒng)振動(dòng)的目的。l2）摩擦減振器摩擦減振器。它是利用摩擦阻尼來消散振動(dòng)能量。l3）沖擊式減振器沖擊式減振器。利用兩物體相互碰撞要損失動(dòng)能的原理，在振動(dòng)體上裝有一個(gè)起沖擊作用的自由質(zhì)量(

30、沖擊塊)。系統(tǒng)振動(dòng)時(shí)，自由質(zhì)量將反復(fù)沖擊振動(dòng)體，以消散振動(dòng)能量，達(dá)到減振的目的。2014-11-3動(dòng)力減振器與沖擊式減振器動(dòng)力減振器與沖擊式減振器用于鏜刀用于鏜刀桿的動(dòng)力桿的動(dòng)力吸振器吸振器沖擊式吸振器沖擊式吸振器 1 1自由質(zhì)量自由質(zhì)量 2 2彈簧彈簧 3 3螺釘螺釘2014-11-3阻尼器減振裝置阻尼器減振裝置2014-11-3提高工藝提高工藝系統(tǒng)本身系統(tǒng)本身的抗振性的抗振性l提高機(jī)床的抗振性提高機(jī)床的抗振性 機(jī)床的抗振性能往往是占主導(dǎo)地位的，可以從改善機(jī)床剛性、合理安排各部件的固有頻率、增大其阻尼以及提高加工和裝配的質(zhì)量等來提高其抗振性。如圖就是具有顯著阻尼特性的薄壁封砂結(jié)構(gòu)床身。201

31、4-11-3提高工藝提高工藝系統(tǒng)本身系統(tǒng)本身的抗振性的抗振性l提高刀具的抗振性提高刀具的抗振性 希望刀具具有高的彎曲與扭轉(zhuǎn)剛度、高的阻尼系數(shù)，因此要求改善刀桿等的慣性矩、彈性模量和阻尼系數(shù)。例如硬質(zhì)合金雖有高彈性模數(shù)，但阻尼性能較差所以可以和鋼組合使用，如圖所示的組合刀桿就能發(fā)揮鋼和硬質(zhì)合金兩者之優(yōu)點(diǎn)。2014-11-3提高工藝系統(tǒng)提高工藝系統(tǒng)本身的抗振性本身的抗振性l提高工件安裝時(shí)的剛性提高工件安裝時(shí)的剛性 主要是提高工件的彎曲剛性，如細(xì)長軸的車削中，可以使用中心架、跟刀架，當(dāng)用撥盤傳動(dòng)銷撥動(dòng)夾頭傳動(dòng)時(shí)要保持切削中傳動(dòng)銷和夾頭不發(fā)生脫離等。2014-11-3使用消振器裝置使用消振器裝置l圖是

32、車床上使用的沖擊消振器，圖中6是消振器座，螺釘1上套有質(zhì)量塊4、彈簧3和套2，當(dāng)車刀發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)時(shí)，4就在6和1的頭部之間作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生沖擊，吸收能量。2014-11-3使用消振使用消振器裝置器裝置l圖是鏜孔用的沖擊消振器。圖中1為鏜桿；2為鏜刀；3為工件；4為沖擊塊(消振質(zhì)量)；5為塞蓋。沖擊塊安置在鏜桿的空腔中，它與空腔間保持有0.05-0.10mm的間隙。l當(dāng)鏜桿發(fā)生振動(dòng)時(shí)，沖擊塊將不斷撞擊鏜桿吸收振動(dòng)能量，因此能消除振動(dòng)。這些消振裝置經(jīng)生產(chǎn)使用證明，都具有相當(dāng)好的抑振效果，并且可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整，所以使用上也較方便。2014-11-3削扁鏜桿實(shí)驗(yàn)削扁鏜桿實(shí)驗(yàn)l圖所示為削扁鏜桿， x

33、1是削扁鏜桿的小剛度主軸， x2是削扁鏜桿的大剛度主軸。理論分析與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，方位角（為加工表面法向y與鏜桿削邊垂線的夾角）對(duì)鏜孔系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要影響。圖b所示削扁鏜桿的小剛度主軸的方位角介于切削力F與y方向的夾角范圍內(nèi)，容易產(chǎn)生振型耦合型顫振。圖c所示削扁鏜桿的小剛度主軸的方位角落在F與y方向的夾角范圍之外，可避免發(fā)生振型耦合型顫振。l根據(jù)振型耦合原理，工藝系統(tǒng)的振動(dòng)還受到各振型的剛度比及其組合的影響。合理調(diào)整它們之間的關(guān)系，就可以有效地提高系統(tǒng)的抗振性，抑制自激振動(dòng)。 2014-11-3機(jī)械加工精度研討課機(jī)械加工精度研討課研討題研討題（現(xiàn)在先考慮） 2014-11-3研討題研討題20

34、14-11-3研討題研討題2014-11-3機(jī)械加工精度機(jī)械加工精度l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、形狀和表面間的相互位置)與理想幾何參數(shù)的符合程度。l在機(jī)械加工過程中，由于各種因素的影響，使得加工出的零件，不可能與理想的要求完全符合。l符合程度越高，加工精度就越高。2014-11-3機(jī)械加工精度機(jī)械加工精度l零件的機(jī)械加工精度包含：l尺寸精度l形狀精度l位置精度l這三者之間是有聯(lián)系的。通常形狀公差應(yīng)限制在位置公差之內(nèi)，而位置誤差一般也應(yīng)限制在尺寸公差之內(nèi)。l當(dāng)尺寸精度要求高時(shí)，相應(yīng)的位置精度、形狀精度也要求高。l但形狀精度要求高時(shí)，相應(yīng)的位置精度和尺寸精度有時(shí)不一定要求高，

35、這要根據(jù)零件的功能要求來決定。2014-11-3研究加工精度的方法研究加工精度的方法l1 1）單因素分析法）單因素分析法 研究某一確定因素對(duì)加工精度的影響，為簡單起見，一般不考慮其它因素的同時(shí)作用。通過分析計(jì)算，或測試、實(shí)驗(yàn)，得出該因素與加工誤差間的關(guān)系。l2 2）統(tǒng)計(jì)分析法）統(tǒng)計(jì)分析法 以加工一批工件的實(shí)測結(jié)果為基礎(chǔ)，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，用以控制工藝過程的正常進(jìn)行。當(dāng)發(fā)生質(zhì)量問題時(shí)，可以從中判斷誤差的性質(zhì)，找出誤差出現(xiàn)的規(guī)律，以減少加工誤差。統(tǒng)計(jì)分析法只適用于批量生產(chǎn)。在實(shí)際生產(chǎn)中，這兩種方法常常結(jié)合起來應(yīng)用。一般先用統(tǒng)計(jì)分析法尋找誤差的出現(xiàn)規(guī)律，初步判斷產(chǎn)生加工誤差的可能原因，然

36、后運(yùn)用單因素分析法進(jìn)行分析、試驗(yàn)、以便迅速有效地找出影響加工精度的主要原因。2014-11-3加工誤差加工誤差 l在機(jī)械加工時(shí)，工藝系統(tǒng)中的各項(xiàng)原始誤差，都會(huì)使工件和刀具的相對(duì)位置或相互運(yùn)動(dòng)關(guān)系發(fā)生變化，造成加工誤差。工藝系統(tǒng)的誤差是加工誤差的根源，因此，把工藝系統(tǒng)的誤差稱之為原始誤差。分析產(chǎn)生各種原始誤差的因素，積極采取措施，是保證和提高加工精度的關(guān)鍵。 l加工誤差可分為系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差。系統(tǒng)誤差是有一定規(guī)律的加工誤差，又可分為常值系統(tǒng)誤差和變值系統(tǒng)誤差。 2014-11-3誤差分類誤差分類2014-11-3誤差分類誤差分類2014-11-3影響機(jī)械加工精度的因素影響機(jī)械加工精度的因素20

37、14-11-3加工誤差組成加工誤差組成 l加工誤差的根源在于工藝系統(tǒng)的靜態(tài)幾何誤差、以及工藝系統(tǒng)在機(jī)械加工過程中因受力變形、熱變形和刀具磨損而導(dǎo)致的動(dòng)態(tài)誤差。 l這里先討論工藝系統(tǒng)幾何誤差的影響。l工藝系統(tǒng)在機(jī)械加工過程中因受力變形和熱變形而導(dǎo)致的動(dòng)態(tài)誤差影響也比較復(fù)雜，后面將詳細(xì)討論。 2014-11-3工藝系統(tǒng)的幾何誤差工藝系統(tǒng)的幾何誤差 l加工原理誤差加工原理誤差采用了近似的成形運(yùn)動(dòng)或近似的刀刃輪廓進(jìn)行加工而產(chǎn)生的誤差。如在普通銑床上用成形法加工齒輪齒形時(shí)，無法每一齒數(shù)對(duì)應(yīng)一把成形銑刀。l夾具的誤差?yuàn)A具的誤差主要是指定位誤差以及夾具上各元件或裝置的制造誤差及磨損、包括工件安裝誤差（夾緊誤

38、差）、和調(diào)整誤差（對(duì)刀誤差）等。夾具的誤差將直接影響工件加工表面的位置精度或尺寸精度。l夾具的誤差在后面（第二十次課）中將進(jìn)一步重點(diǎn)討論。2014-11-3加工原理誤差加工原理誤差l加工原理誤差是指采用了近似的成形運(yùn)動(dòng)或近似的刀刃輪廓進(jìn)行加工而產(chǎn)生的誤差。例如在三坐標(biāo)數(shù)控銑削上銑削復(fù)雜形面零件時(shí)，通常要用球頭刀并采用“行切法”加工。所謂行切法，就是球頭刀與零件輪廓的切點(diǎn)軌跡是一行一行的，而行間的距離s是按零件加工要求確定的，究其實(shí)質(zhì)，這種方法是將空間立體形面視為眾多的平面截線的集合，每次走刀加工出其中的一條截線。2014-11-3加工原理誤差例加工原理誤差例2014-11-3調(diào)整誤差調(diào)整誤差l

39、在機(jī)械加工的每一個(gè)工序中，總是要對(duì)工藝系統(tǒng)進(jìn)行這樣或那樣的調(diào)整工作。由于調(diào)整不可能絕對(duì)地準(zhǔn)確，因而產(chǎn)生調(diào)整誤差。工藝系統(tǒng)的調(diào)整有兩種基本方式：試切法調(diào)整和調(diào)整法試切法調(diào)整和調(diào)整法調(diào)整。調(diào)整。l在成批、大量生產(chǎn)中，先根據(jù)樣件(或樣板)進(jìn)行初調(diào)，試切若干工件，再據(jù)此作精確微調(diào)。這樣既縮短了調(diào)整時(shí)間，又可得到較高的加工精度。l由于采用調(diào)整法對(duì)工藝系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整時(shí)，也要以試切為依據(jù)，因此影響試切法調(diào)整精度的因素，同樣也對(duì)調(diào)整法有影響。2014-11-3試切法調(diào)整的試切法調(diào)整的調(diào)整誤差調(diào)整誤差l測量誤差測量誤差 指量具本身的精度、測量方法或使用條件下的誤差(如溫度影響、操作者的細(xì)心程度)等，它們都影響調(diào)整

40、精度，因而產(chǎn)生加工誤差。l機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的位移誤差位移誤差 當(dāng)試切最后一刀時(shí)，往往要按刻度盤的顯示值來微量調(diào)整刀架的進(jìn)給量，這時(shí)常會(huì)出現(xiàn)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的“爬行”現(xiàn)象，結(jié)果使刀具的實(shí)際位移與刻度盤顯示值不一致，造成加工誤差。l試切與正式切削時(shí)切削層厚度不一致試切與正式切削時(shí)切削層厚度不一致 不同材料刀具的刃口半徑是不同的，因此，刀刃所能切除的最小切削層的極限厚度不同。2014-11-3調(diào)整法調(diào)整的調(diào)整法調(diào)整的調(diào)整誤差調(diào)整誤差l除影響試切法的因素外，影響因素還有：l定程機(jī)構(gòu)誤差定程機(jī)構(gòu)誤差 在大批大量生產(chǎn)中廣泛采用行程擋塊、靠模、凸輪等機(jī)構(gòu)保證加工尺寸。這時(shí)候，這些定程機(jī)構(gòu)的制造精度和調(diào)整，以及與它們配合

41、使用的離合器、電氣開關(guān)、控制閥等的靈敏度就成為調(diào)整誤差的主要來源。l樣件或樣板的誤差樣件或樣板的誤差 包括樣件或樣板的制造誤差、安裝誤差和對(duì)刀誤差。這些也是影響調(diào)整精度的重要因素。l測量有限試件造成的誤差測量有限試件造成的誤差 工藝系統(tǒng)初調(diào)好以后，一般都要試切幾個(gè)工件，并以其平均尺寸作為判斷調(diào)整是否準(zhǔn)確的依據(jù)：由于試切加工的工件數(shù)(稱為抽樣件數(shù))不可能太多，因此不能把整批工件切削過程中各種隨機(jī)誤差完全反映出來。故試切加工幾個(gè)工件的平均尺寸與總體尺寸不可能完全符合，因而造成誤差。2014-11-3工藝系統(tǒng)的幾何誤差工藝系統(tǒng)的幾何誤差l刀具的制造誤差與磨損刀具的制造誤差與磨損如定尺寸刀具的尺寸精度

42、直接影響工件的尺寸精度，而成形刀具的形狀精度將直接影響工件的形狀精度。另外，刀具在切削過程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生磨損，從而引起工件的尺寸和形狀誤差。l機(jī)床誤差機(jī)床誤差包括機(jī)床導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差、機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)誤差以及機(jī)床傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)誤差等。其影響比較復(fù)雜，需詳細(xì)討論。2014-11-3刀具的刀具的誤差誤差l刀具誤差對(duì)加工精度的影響，根據(jù)刀具的種類不同而異。l采用定尺寸刀具定尺寸刀具(如鉆頭、鉸刀、鍵槽銑刀、浮動(dòng)鏜刀及圓拉刀等)加工時(shí)，刀具的尺寸精度直接影響工件的尺寸精度。l采用成形刀具成形刀具(如成形車刀、成形銑刀、成形砂輪等)加工時(shí)，刀具的形狀精度將直接影響工件的形狀精度。2014-11-3刀具的誤差

43、刀具的誤差l展成刀具展成刀具(如齒輪滾刀、花鍵滾刀、插齒刀等)的刀刃形狀必須是加工表面的共軛曲線。因此，刀刃的形狀誤差會(huì)影響加工表面的形狀精度。l對(duì)于一般刀具一般刀具(如車刀、鏜刀、銑刀)，其制造精度對(duì)加工精度無直接影響，但這類刀具的耐用度較低，刀具容易磨損。l任何工具在切削過程中都不可避免地會(huì)產(chǎn)生磨損，都將引起工件的尺寸和形狀誤差。2014-11-3誤差的敏感方向誤差的敏感方向l切削加工過程中，各種原始誤差的大小和方向是不同的，加工誤差是在工序尺寸方向度量。因此，不同的原始誤差對(duì)加工精度有不同的影響。當(dāng)原始誤差的方向與工序尺寸方向一致時(shí)，其對(duì)加工精度的影響就最大。2014-11-3機(jī)床導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差機(jī)床導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差 l導(dǎo)軌是機(jī)床中確定主要部件相對(duì)位置的基準(zhǔn)，也是運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)，它的各項(xiàng)誤差直接影響被加工工件的精度。l導(dǎo)向精度是指機(jī)床導(dǎo)軌副的運(yùn)動(dòng)件實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向與理想運(yùn)動(dòng)方向的符合程度，這兩者之間的偏差值則稱為導(dǎo)向誤差。l導(dǎo)軌誤差對(duì)加工精度的影響，因加工方法和加工表面不同而異。在分析導(dǎo)軌誤差對(duì)加工精度的影響時(shí)，主要應(yīng)考慮導(dǎo)軌誤差引起刀具與工件在誤差敏感方向的相對(duì)位移。 2014-11-3直線導(dǎo)軌的