Y6 機(jī)械加工質(zhì)量

1、第六章 機(jī)械加工質(zhì)量(Chapter 6 Machining quality) 6.1 概述(6.1 Summary）6.2 影響加工精度的因素(6.2 Influencing Factors of Machining Accuracy ）6.3 加工精度的統(tǒng)計(jì)分析(6.3 Statistical Analysis on Machining Accuracy ）16.4 提高加工精度的工藝措施(6.4 Technological Measures for improving machining precision ）6.5 影響表面質(zhì)量的因素(6.5 Influencing Factors o

2、n Qualities of machined surface）6.6 提高表面質(zhì)量的途徑(6.6 Technical approach for improving machined surface quality）26.1 概述(6.1 Summary）6.1.1 機(jī)械加工精度 機(jī)械加工精度:零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)(尺寸、形狀和表面相互位置)與理想幾何參數(shù)的符合程度。加工質(zhì)量機(jī)械加工精度表面質(zhì)量尺寸精度形狀精度位置精度表面粗糙度表面層的物理、力學(xué)（和化學(xué)）性能6.1.1.1 加工精度與加工誤差 加工誤差:實(shí)際值與理想值之差。3試切法 定尺寸刀具法 用具有一定尺寸精度的刀具（如鉸刀、擴(kuò)孔鉆、

3、鉆頭等）來保證工件被加工部位（如孔）的精度。調(diào)整法 加工前調(diào)整刀具和工件在機(jī)床上的相對位置，并在一批工件的加工過程中保持這個(gè)位置不變，以保證被加工尺寸的方法。 使用一定的裝置，在工件達(dá)到要求的尺寸時(shí)，自動(dòng)停止加工。具體方法有兩種 （1）自動(dòng)測量（2）數(shù)字控制自動(dòng)控制法 將工件與刀具的相對位置初步調(diào)整，并試切一次，測量切削后的工件尺寸，然后根據(jù)所測尺寸與圖紙尺寸之間的差值在調(diào)整工件與刀具的相對位置，進(jìn)行第二次試切，這樣反復(fù)幾次，直到符合圖紙要求為止。6.1.1.2 獲得加工精度的方法1 獲得尺寸精度的方法4軌跡法 展成法 利用切削運(yùn)動(dòng)中刀尖的運(yùn)動(dòng)軌跡形成被加工表面的形狀。所能達(dá)到的形狀精度，主要

4、取決于這種成形運(yùn)動(dòng)的精度。 利用成形刀具切削刃的幾何形狀切削出工件的形狀。所能達(dá)到的精度，主要取決于切削刃的形狀精度。 成形法相切法：刀具邊旋轉(zhuǎn)邊做軌跡運(yùn)動(dòng)形成被加工表面的形狀。達(dá)到的形狀精度，主要取決于成形運(yùn)動(dòng)的精度與刀具的制造精度等因素。 2 獲得工件形狀精度的方法 利用刀具和工件作展成切削運(yùn)動(dòng)時(shí)，刀刃在被加工表面上的包絡(luò)面形成成形表面。精度，主要取決干機(jī)床展成運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)鏈精度與刀具的制造精度等因素。 5 將工件直接放在機(jī)床上，工人可用百分表、劃針、直角尺等或目測對被加工表面進(jìn)行找正，確定工件在機(jī)床上相對刀具的正確位置之后再夾緊。 3 獲得相互位置精度的方法 直接找正法 多用于單件、小批生

5、產(chǎn),精度取決于工人的技術(shù)水平,費(fèi)時(shí)間、生產(chǎn)率低。6 按圖紙要求。在工件表面上劃出位置線以及加工線和找正線，裝夾工件時(shí)，首先在機(jī)床上按找正線找正工件的位置，然后夾緊工件。 按劃線找適用于單件、中小批生產(chǎn)中復(fù)雜鑄件或鑄造精度較低的粗加工工序。裝夾精度較低，一般在0.20.5mm之間。7廣泛用于成批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)中。對于某些零件，即使批量不大，但是為了達(dá)到某些特殊的加工要求，仍需要設(shè)計(jì)制造專用夾具。該方法方便、迅速、精度高且穩(wěn)定。 在夾具中裝夾8機(jī)床夾具刀具工件工藝系統(tǒng)原始誤差：工藝系統(tǒng)中凡是能引起加工誤差的因素都稱為原始誤差。6.1.1.3 影響加工精度的因素9加工原理誤差調(diào)整誤差工件裝夾誤差機(jī)床

6、誤差刀具制造誤差?yuàn)A具誤差加工前的誤差（工藝系統(tǒng)的初始狀態(tài)誤差）工藝系統(tǒng)靜（幾何）誤差加工中的誤差（工藝系統(tǒng)的動(dòng)誤差）加工后的誤差測量誤差內(nèi)應(yīng)力引起的變形工藝系統(tǒng)受力變形工藝系統(tǒng)熱變形刀具磨損原始誤差內(nèi)應(yīng)力引起的變形測量誤差10116.1.1.4 誤差敏感方向 誤差敏感方向：原始誤差對加工精度影響最大的那個(gè)方向。126.1.2.1 表面質(zhì)量的含義 1 加工表面的幾何形貌表面粗糙度 指加工表面的微觀幾何形狀誤差。波長與波高(L3/H3)的比值小于50。表示方法：Ra、Rz、Ry。表面波度 介于形狀誤差與表面粗糙度之間的周期性形狀誤差。波長與波高(L2/H2)的比值一般為：501000。紋理方向 指

7、表面刀紋的方向。它取決于表面形成所采用的機(jī)械加工方法。在加工表面上一些各別位置上出現(xiàn)的缺陷，如砂眼、氣孔和裂痕等。 傷痕6.1.2 機(jī)械加工表面質(zhì)量加工表面的幾何形貌及其物理、力學(xué)和化學(xué)性能（表面層狀態(tài)完整性）。13142 加工表面的物理、力學(xué)和化學(xué)性能 機(jī)械加工時(shí)，由于切削力、切削熱的作用，表面層產(chǎn)生的冷作硬化、表面層金相組織的變化和表面層殘余應(yīng)力，使表面層發(fā)生物理、機(jī)械（力學(xué)）和化學(xué)性能的變化。（1）表面層的冷作硬化 冷作硬化：機(jī)械加工過程中表面層金屬產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形，使表面層金屬的強(qiáng)度和硬度增加，塑性減小的現(xiàn)象。15（2）表面層殘余應(yīng)力 表面層殘余應(yīng)力：機(jī)械加工過程中由于切削變形和切削

8、熱等因素的作用在工件表面層材料中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。 在鑄、鍛、焊、熱處理等加工過程產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力與這里介紹的表面殘余應(yīng)力的區(qū)別在于前者是在整個(gè)工件上平衡的應(yīng)力，它的重新分布會(huì)引起工件的變形；后者則是在加工表面材料中平衡的應(yīng)力，它的重新分布不會(huì)引起工件變形，但它對機(jī)器零件表面質(zhì)量有重要影響。16（3） 表面層金相組織變化 表面層金相組織變化:機(jī)械加工過程中，在工件的加工區(qū)域，溫度會(huì)急劇升高，當(dāng)溫度升高到超過工件材料金相組織變化的臨界點(diǎn)時(shí)，表層金屬發(fā)生金相組織變化的現(xiàn)象。 磨削燒傷:磨削加工時(shí)，切除單位體積材料所需消耗的能量遠(yuǎn)大于切削加工，磨削加工所消耗的能量絕大部分要轉(zhuǎn)化為熱，磨削熱傳給工件，使加工表

9、面層金屬金相組織發(fā)生變化，強(qiáng)度和硬度下降，產(chǎn)生殘余應(yīng)力，甚至引起裂紋的現(xiàn)象。 磨削淬火鋼時(shí)，會(huì)產(chǎn)生三種不同類型的燒傷：回火燒傷、 淬火燒傷、退火燒傷176.1.2.2 表面質(zhì)量對零件使用性能的影響1 表面質(zhì)量對耐磨性的影響 （1）表面粗糙度對耐磨性的影響 表面粗糙度值大，接觸表面的實(shí)際壓強(qiáng)增大，粗糙不平的凸峰間相互咬合、擠裂，使磨損加劇，表面粗糙度值越大越不耐磨；但表面粗糙度值也不能太小，表面太光滑，因存不住潤滑油使接觸面間容易發(fā)生分子粘接，也會(huì)導(dǎo)致磨損加劇。18 （2）表面冷作硬化對耐磨性的影響 機(jī)械加工后的表面，由于冷作硬化使表面層金屬的顯微硬度提高，可降低磨損。加工表面的冷作硬化，一般能

10、提高耐磨性；但是過度的冷作硬化將使加工表面金屬組織變得“疏松”，嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)裂紋，使磨損加劇。 19 （3）表面紋理對耐磨性的影響 在輕載運(yùn)動(dòng)副中，兩相對運(yùn)動(dòng)零件表面的刀紋方向均與運(yùn)動(dòng)方向相同時(shí)，耐磨性好；兩者的刀紋方向均與運(yùn)動(dòng)方向垂直時(shí)，耐磨性差，這是因?yàn)閮蓚€(gè)摩擦面在相互運(yùn)動(dòng)中，切去了妨礙運(yùn)動(dòng)的加工痕跡。但在重載時(shí)，兩相對運(yùn)動(dòng)零件表面的刀紋方向均與相對運(yùn)動(dòng)方向一致時(shí)容易發(fā)生咬合，磨損量反而大；兩相對運(yùn)動(dòng)零件表面的刀紋方向相互垂直，且運(yùn)動(dòng)方向平行于下表面的刀紋方向，磨損量較小。 20 表面粗糙度減小零件的表面粗糙度，可以提高零件的疲勞強(qiáng)度。零件表面存在一定的冷作硬化，可以阻礙表面疲勞裂紋的產(chǎn)

11、生，緩和已有裂紋的擴(kuò)展，有利于提高疲勞強(qiáng)度；但冷作硬化強(qiáng)度過高時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生較大的脆性裂紋反而降低疲勞強(qiáng)度。加工表面層如有一層殘余壓應(yīng)力產(chǎn)生，可以提高疲勞強(qiáng)度，而殘余拉應(yīng)力則容易使已加工表面產(chǎn)生裂紋，因而降低疲勞強(qiáng)度。2 表面質(zhì)量對零件疲勞強(qiáng)度的影響21 大氣中所含的氣體和液體與零件接觸時(shí)會(huì)凝聚在零件表面上使表面腐蝕。零件表面粗糙度越大，加工表面與氣體、液體接觸面積越大，腐蝕作用就越強(qiáng)烈。 當(dāng)零件表面層有殘余壓應(yīng)力時(shí)，能使表面的纖維裂紋合理，阻礙侵蝕作用的擴(kuò)展，從而降低表面層對 腐蝕作用的敏感性。3 表面質(zhì)量對抗腐蝕性能的影響22 對于間隙配合，零件表面越粗糙，磨損越大，使配合間隙增大，降低配

12、合精度；對于過盈配合，兩零件粗糙表面相配時(shí)凸峰被擠平，使有效過盈量減小，將降低過盈配合的連接強(qiáng)度。4 表面質(zhì)量對零件配合性質(zhì)的影響23 原理誤差:加工中采用了近似加工方法，近似成形運(yùn)動(dòng)，近似刀具刀刃輪廓所產(chǎn)生的加工誤差。6.2.1 加工原理誤差6.2 影響加工精度的因素(6.2 Influencing Factors of Machining Accuracy ）24 機(jī)床制造誤差中對工件加工精度影響較大的誤差有：主軸回轉(zhuǎn)誤差、導(dǎo)軌誤差和傳動(dòng)誤差。6.2.2 工藝系統(tǒng)的幾何誤差 主軸回轉(zhuǎn)誤差：是指主軸每一瞬間的實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線相對于其理想回轉(zhuǎn)軸線的位置的變動(dòng)量(漂移)。6.2.2.1 機(jī)床的幾何誤

13、差1 主軸的回轉(zhuǎn)誤差25 （3）純角度擺動(dòng):主軸回轉(zhuǎn)軸線相對平均（理想）回轉(zhuǎn)軸線成一傾斜角度的運(yùn)動(dòng)。 （1）軸向竄動(dòng)(端面圓跳動(dòng)）: 是主軸回轉(zhuǎn)軸線沿平均（理想）回轉(zhuǎn)軸線方向的變動(dòng)量。 （2）徑向圓跳動(dòng): 主軸回轉(zhuǎn)軸線相對于平均回轉(zhuǎn)軸線在徑向的變動(dòng)量。26主軸徑向圓跳動(dòng)對加工精度的影響27主軸軸向竄動(dòng)對加工精度的影響主軸角度擺動(dòng)動(dòng)對加工精度的影響28導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度導(dǎo)軌與導(dǎo)軌的平行度2 導(dǎo)軌誤差d. 導(dǎo)軌對主軸回轉(zhuǎn)軸線的位置誤差29（1） 導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度30 （2）導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度31導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度的特殊情況為斜坡狀，加工的工件軸向形狀為鞍形

14、。32（3）導(dǎo)軌間的平行度誤差（扭曲）一般車床:H/B=2/3外圓磨床:H/B133（4）導(dǎo)軌對主軸回轉(zhuǎn)軸線的位置誤差機(jī)床縱溜板運(yùn)動(dòng)與主軸軸線不平行；刀具磨損；誤差復(fù)映。機(jī)床縱導(dǎo)軌直線度誤差；工件剛度差；誤差復(fù)映。刀具直線運(yùn)動(dòng)與工件回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軸線不在同一平面內(nèi)，即在空間交錯(cuò)平行；機(jī)床床頭，尾座剛度較弱；誤差復(fù)映。34滾齒機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng) 傳動(dòng)鏈誤差：是指內(nèi)聯(lián)傳動(dòng)鏈?zhǔn)寄﹥啥藗鲃?dòng)元件相對運(yùn)動(dòng)的誤差。一般用傳動(dòng)鏈末端元件的轉(zhuǎn)角誤差來衡量。機(jī)床傳動(dòng)鏈誤差是影響表面加工精度的主要原因之一。 3 機(jī)床傳動(dòng)鏈誤差35 夾具誤差：主要是指夾具的定位元件、導(dǎo)向元件及夾具體的制造與裝配誤差，它將直接影響工件加工表面的位置

15、精度和尺寸精度，對被加工工件表面的位置精度影響最大。6.2.2.2 夾具誤差與裝夾誤差 一般夾具可取工件上相應(yīng)尺寸公差的1/21/10。夾具磨損是一個(gè)緩慢的過程；它對加工精度的影響不很明顯。36夾緊誤差376.2.2.3 刀具誤差下列內(nèi)容自學(xué)：6.2.2.4 測量誤差6.2.2.5 調(diào)整誤差386.2.3.1 工藝系統(tǒng)受力變形6.2.3 加工過程誤差39由于切削力大小變化引起的誤差 “復(fù)映誤差”:由于誤差復(fù)映現(xiàn)象而使工件產(chǎn)生的加工誤差。 “誤差復(fù)映”:由于工藝系統(tǒng)受力變形的變化而使待加工表面上有什么樣的誤差，加工表面上必然也有同樣性質(zhì)的誤差，這就是切削加工中的誤差復(fù)映。40毛 = ap1 ap

16、2工 = y1 y2誤差復(fù)映系數(shù)=工 /毛 Fy=Cy f yapxHBSn =C apx C ap Fy1= C (ap1 y1 ) C ap1 Fy2= C (ap2 y2 ) C ap2 工 = y1 y2=(Fy1- Fy2)/k系 = (C ap1 C ap2) /k系=工 /毛= C(ap1 ap2) /(k系(ap1 ap2)= C /k系 誤差復(fù)映系數(shù)：加工前后誤差之比值，稱為誤差復(fù)映系數(shù)，它代表誤差復(fù)映的程度。 =工 /毛41=工 /毛= C /k系 總是小于1，有修正誤差的能力 多次進(jìn)給=1232. k系越大，就越小，復(fù)映到工件上的誤差越小3. C減小， 就越小，應(yīng)采取減小

17、C的措施討論：42下列內(nèi)容自學(xué)：6.2.3.2 工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差436.2.3.3 工藝系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)力引起的誤差6.2.3.5 加工過程中的振動(dòng)446.3 加工精度的統(tǒng)計(jì)分析(6.3 Statistical Analysis on Machining Accuracy ）6.3.1 加工誤差的性質(zhì)誤差的性質(zhì)系統(tǒng)誤差常值系統(tǒng)誤差變值系統(tǒng)誤差隨機(jī)誤差 影響加工精度的因素錯(cuò)綜復(fù)雜，有時(shí)很難用單因素分析法來分析，計(jì)算某一工序的加工誤差，這是必須通過對現(xiàn)場實(shí)際加工的一批零件進(jìn)行檢查測量，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法加以處理和分析，從中發(fā)現(xiàn)誤差規(guī)律，指導(dǎo)我們找出加工精度的途徑。456.3.2.1 分布曲線法6

18、.3.2 加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析461 實(shí)際分布圖直方圖樣本樣本容量尺寸分散頻數(shù)頻率頻率密度直方圖實(shí)際分布曲線47 成批加工某種零件，取其中一定數(shù)量進(jìn)行測量,抽取的這批零件稱為樣本，其件數(shù)n稱為樣本容量。由于存在某種誤差的影響，加工尺寸及偏差總在一定尺寸內(nèi)變動(dòng)（稱為尺寸分散），也即隨機(jī)變量，用x表示。樣板尺寸或偏差的最大值與最小值 之差，稱為極差。即48將樣本尺寸按尺寸大小分成若干（k)組，組距為d。 每一組零件處在一定的尺寸范圍內(nèi)。同一尺寸范圍內(nèi)的零件的數(shù)量稱為頻數(shù)（ ），頻數(shù)與樣本容量的比值叫做頻率 （ ）。49 以頻率或頻數(shù)為縱坐標(biāo)，以零件尺寸為橫坐標(biāo)，就可作出該批零件的實(shí)驗(yàn)分布曲線，亦即直

19、方圖。 n2540406060100100100160160250k678101112組數(shù)k與組距d的選取表50為了分析該工序的加工精度，可在直方圖上標(biāo)出該工序的加工公差帶位置，并計(jì)算出該樣本的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)特征：樣本的平均值 和均方根差 。 樣本的平均值 表示該樣本的尺寸分散中心。它主要取決于調(diào)整尺寸的大小和常值系統(tǒng)誤差。 均方根差 反映了該批工件的尺寸分散程度。它是由變值系統(tǒng)誤差和隨機(jī)系統(tǒng)誤差決定的。51 當(dāng)樣本容量比較大時(shí)，可直接用n代替上式的 。 為使分布圖能代表該工序的加工精度，不受組距和樣本容量的影響，縱坐標(biāo)應(yīng)改成頻率密度。52例2-3 磨削一批軸徑 的工件，試?yán)L制工件加工尺寸的直方圖。

20、53解1）收集數(shù)據(jù) 通常n=50200,本例取n=1002）確定分組數(shù) 本例取n=100取k=9(按照表2-2應(yīng)為10）543）記錄各組數(shù)據(jù)554）根據(jù)表畫出直方圖5）在直方圖上作出最大極限尺寸及最小極限尺寸，并計(jì)算 和6S=54.36m，略大于公差（T=50 m),說明本工序的加工精度稍微不足；分散中心 與公差帶中心基本重合，說明機(jī)床調(diào)整誤差（常值系統(tǒng)誤差）很小。5662 正態(tài)分布（高斯分布）曲線方程及其特點(diǎn)57工程上經(jīng)常用到的3原則，或稱6原則一般應(yīng)使所選擇的加工方法滿足6T58兩個(gè)特征參數(shù)： 算術(shù)平均值 x 和標(biāo)準(zhǔn)偏差 按照加工誤差的性質(zhì)：常值系統(tǒng)誤差決定尺寸分散中心的位置；變值系統(tǒng)誤差決定尺寸分散中心位置按照時(shí)間的變化規(guī)律；隨機(jī)系統(tǒng)誤差引起尺寸分散，決定尺寸分布曲線形狀。59平頂分布曲線不對稱分布曲線雙峰分布曲線軸孔刀具磨損刀具熱變形兩次調(diào)整加工工件混在一起尺寸分散范圍相對分布系數(shù)3 非正態(tài)分布（非高斯分布）60 判斷加工誤差的性質(zhì)4 分布圖分析法的應(yīng)用 按照加工誤差的性質(zhì)：常值系統(tǒng)誤差決定尺寸分散中心的位置；變值系統(tǒng)誤差決定尺寸分散中心位置按照時(shí)間的變化規(guī)律；隨機(jī)誤差引起尺寸分散，決定尺寸分布曲線形狀。 若加工中存在若干隨機(jī)變量的影響