第三章 機(jī)械加工質(zhì)量

1、第三章機(jī)械加工質(zhì)量第三章機(jī)械加工質(zhì)量31機(jī)械加工精度概念機(jī)械加工精度概念一、精度與加工誤差：一、精度與加工誤差：1.加工精度：指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)與理想加工精度：指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)的相符程度。幾何參數(shù)的相符程度。2.加工誤差：加工誤差：3.形狀位置精度及尺寸公差的關(guān)系：形狀誤差應(yīng)該形狀位置精度及尺寸公差的關(guān)系：形狀誤差應(yīng)該限制在位置公差內(nèi)，位置公差要限制在尺寸公差限制在位置公差內(nèi)，位置公差要限制在尺寸公差內(nèi)。既形狀公差位置公差尺寸公差。內(nèi)。既形狀公差位置公差尺寸公差。二、原始誤差：二、原始誤差：1.原始誤差的含義：指工藝系統(tǒng)的各種誤差。原始誤差的含義：指工藝系統(tǒng)的各

2、種誤差。2.原始誤差主要有：工藝系統(tǒng)的受力、受熱引起的原始誤差主要有：工藝系統(tǒng)的受力、受熱引起的誤差變形等。誤差變形等。32產(chǎn)生加工誤差的主要因素產(chǎn)生加工誤差的主要因素一、原理誤差：一、原理誤差：1.定義：指采用近似的成形運(yùn)動(dòng)或近似刀具輪廓進(jìn)定義：指采用近似的成形運(yùn)動(dòng)或近似刀具輪廓進(jìn)行加工而產(chǎn)生的誤差。行加工而產(chǎn)生的誤差。2.特點(diǎn)：簡化機(jī)床、刀具結(jié)構(gòu)；提高效率和效益。特點(diǎn)：簡化機(jī)床、刀具結(jié)構(gòu)；提高效率和效益。二、機(jī)床的幾何誤差：二、機(jī)床的幾何誤差：1.導(dǎo)軌誤差：導(dǎo)軌誤差： 導(dǎo)軌在水平、垂直平面內(nèi)直線度誤導(dǎo)軌在水平、垂直平面內(nèi)直線度誤差（差（3-2）；主軸與導(dǎo)軌平行度誤差（）；主軸與導(dǎo)軌平行度誤

3、差（3-4）。）。2.機(jī)床的主軸回轉(zhuǎn)誤差機(jī)床的主軸回轉(zhuǎn)誤差定義：指主軸實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線相對理論回轉(zhuǎn)軸線的定義：指主軸實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線相對理論回轉(zhuǎn)軸線的“漂移漂移”。分類：軸向竄動(dòng)；徑向跳動(dòng)；角度擺動(dòng)。分類：軸向竄動(dòng)；徑向跳動(dòng)；角度擺動(dòng)。影響因素：主軸誤差、影響因素：主軸誤差、 軸承誤差及熱變形誤差。軸承誤差及熱變形誤差。3. 傳動(dòng)鏈誤差：傳動(dòng)元件、制造、安裝誤差。傳動(dòng)鏈誤差：傳動(dòng)元件、制造、安裝誤差。三、其它誤差：三、其它誤差：刀具刀具、夾具和測量調(diào)整誤差。、夾具和測量調(diào)整誤差。四、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差四、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差1.工藝系統(tǒng)的定義：工藝系統(tǒng)的定義： 由機(jī)床、夾具、工件和刀具構(gòu)

4、成的系統(tǒng)為工藝由機(jī)床、夾具、工件和刀具構(gòu)成的系統(tǒng)為工藝系統(tǒng)。系統(tǒng)。2.物體剛度的定義：物體剛度的定義： 物體抵抗外力欲使其變形的能力。物體抵抗外力欲使其變形的能力。3.工藝系統(tǒng)的剛度：工藝系統(tǒng)的剛度： 零件加工表面法向法向分力零件加工表面法向法向分力,與刀具在切削力的與刀具在切削力的作用下作用下,相對工件在該方向的位移相對工件在該方向的位移y的比值。的比值。4.工藝系統(tǒng)剛度的一般表達(dá)式：工藝系統(tǒng)剛度的一般表達(dá)式： Js= F y / y5.影響機(jī)床部件剛度因素影響機(jī)床部件剛度因素 1）連接表面接觸變形的影響。）連接表面接觸變形的影響。 2）部件中薄弱零件的影響。）部件中薄弱零件的影響。 3）間

5、隙、摩擦力的影響。）間隙、摩擦力的影響。6.工藝系統(tǒng)受力變形引起的加工誤差：工藝系統(tǒng)受力變形引起的加工誤差： 1）由于切削力著力點(diǎn)由于切削力著力點(diǎn)位置變化而使位置變化而使零件產(chǎn)生形狀零件產(chǎn)生形狀誤差。誤差。 2）由于切削力大小變化引起的加工誤差：）由于切削力大小變化引起的加工誤差： a.毛坯幾何形狀引起的切削力變化。毛坯幾何形狀引起的切削力變化。 b.由于材料硬度不均引起切削力變化。由于材料硬度不均引起切削力變化。 C.刀具變形引起的誤差。刀具變形引起的誤差。 3）其它力引起的加工誤差）其它力引起的加工誤差 a.重力、重力、夾緊力引起的加工誤差?yuàn)A緊力引起的加工誤差。 b.慣性力、傳動(dòng)力引起加誤

6、差。慣性力、傳動(dòng)力引起加誤差。 C.誤差復(fù)映現(xiàn)象誤差復(fù)映現(xiàn)象：五、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差五、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差1.工藝系統(tǒng)熱源及熱平衡工藝系統(tǒng)熱源及熱平衡 1)熱源：熱源： 內(nèi)部熱源：內(nèi)部熱源： 切削熱由刀具與工件、切削摩擦產(chǎn)生；摩擦熱切削熱由刀具與工件、切削摩擦產(chǎn)生；摩擦熱由運(yùn)動(dòng)部分摩擦產(chǎn)生。由運(yùn)動(dòng)部分摩擦產(chǎn)生。 外部熱源：外部熱源： 環(huán)境溫度指工作環(huán)境；熱輻射指太陽光輻射。環(huán)境溫度指工作環(huán)境；熱輻射指太陽光輻射。 2)熱平衡：熱平衡：Q吸吸 = Q散散2.機(jī)床熱變形引起的加工誤差機(jī)床熱變形引起的加工誤差 1)主軸熱變形而產(chǎn)生的加工誤差。主軸熱變形而產(chǎn)生的加工誤差。 2)導(dǎo)軌熱變

7、形而產(chǎn)生的加工誤差導(dǎo)軌熱變形而產(chǎn)生的加工誤差。 3.工件熱變形引起的加工誤差：工件熱變形引起的加工誤差： 1)軸類零件易產(chǎn)生形狀、尺寸誤差。軸類零件易產(chǎn)生形狀、尺寸誤差。 2)絲杠易產(chǎn)生螺距累積誤差。絲杠易產(chǎn)生螺距累積誤差。 3)床身導(dǎo)軌面的磨削，導(dǎo)軌易產(chǎn)生直線度床身導(dǎo)軌面的磨削，導(dǎo)軌易產(chǎn)生直線度誤差。誤差。 4)薄圓環(huán)磨削，易產(chǎn)生圓度誤差。薄圓環(huán)磨削，易產(chǎn)生圓度誤差。 4.減少熱變形的措施：減少熱變形的措施： 減少切削熱；降低摩擦熱；隔離熱源；強(qiáng)減少切削熱；降低摩擦熱；隔離熱源；強(qiáng)制冷卻；恒溫加工；熱補(bǔ)償法等。制冷卻；恒溫加工；熱補(bǔ)償法等。六、工件內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生加工誤差六、工件內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生加工誤差

8、1.內(nèi)應(yīng)力的概念內(nèi)應(yīng)力的概念1）內(nèi)應(yīng)力的含義：指除去載荷后，存在工件內(nèi)的）內(nèi)應(yīng)力的含義：指除去載荷后，存在工件內(nèi)的應(yīng)力。應(yīng)力。2）內(nèi)應(yīng)力來源及特點(diǎn)）內(nèi)應(yīng)力來源及特點(diǎn) 來源：金屬內(nèi)部組織發(fā)生不均勻變化而產(chǎn)生。來源：金屬內(nèi)部組織發(fā)生不均勻變化而產(chǎn)生。 特點(diǎn)：是一種不穩(wěn)定狀態(tài)。特點(diǎn)：是一種不穩(wěn)定狀態(tài)。2.內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的原因：內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的原因： 毛坯制造、冷校直、機(jī)械加工等易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。毛坯制造、冷校直、機(jī)械加工等易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。3.消除內(nèi)應(yīng)力的方法消除內(nèi)應(yīng)力的方法 1）合理設(shè)計(jì)的零件結(jié)構(gòu)。）合理設(shè)計(jì)的零件結(jié)構(gòu)。 2）采用時(shí)效處理、退火和正火的熱處理方法。）采用時(shí)效處理、退火和正火的熱處理方法。 3）合理

9、安排機(jī)械加工工藝。）合理安排機(jī)械加工工藝。 33表面質(zhì)量的含義及影響因素表面質(zhì)量的含義及影響因素一、表面質(zhì)量含義：一、表面質(zhì)量含義： 是零件加工后表面層狀態(tài)完整性的表怔。它是零件加工后表面層狀態(tài)完整性的表怔。它主要包括表面的幾何特征和表層物理力學(xué)性能。主要包括表面的幾何特征和表層物理力學(xué)性能。1.表面的幾何特征表面的幾何特征1)表面粗糙度：指已加工面的微觀幾何形狀誤差。表面粗糙度：指已加工面的微觀幾何形狀誤差。2)表面波度：即介于宏觀幾何形狀誤差與表面粗糙表面波度：即介于宏觀幾何形狀誤差與表面粗糙度之間的周期性幾何形狀誤差。度之間的周期性幾何形狀誤差。2.表層物理力學(xué)性能表層物理力學(xué)性能1)加

10、工硬化：工件加工后表面強(qiáng)度、硬度提高象。加工硬化：工件加工后表面強(qiáng)度、硬度提高象。2)表面層的殘余應(yīng)力表面層的殘余應(yīng)力 指機(jī)械加工中工件表面層所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。指機(jī)械加工中工件表面層所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。3)表面層金相組織變化。表面層金相組織變化。 加工后工件表層金屬的金相組織發(fā)生了變化。加工后工件表層金屬的金相組織發(fā)生了變化。二、影響表面粗糙度的因素及控制二、影響表面粗糙度的因素及控制1.影響表面粗糙度的主要因素影響表面粗糙度的主要因素 1)幾何因素：幾何因素： 是刀刃和工件相對運(yùn)動(dòng)軌跡所形成的是刀刃和工件相對運(yùn)動(dòng)軌跡所形成的殘面積。殘面積。 2)物理因素：是在加工過程中在工件表面產(chǎn)生塑物理因素

11、：是在加工過程中在工件表面產(chǎn)生塑性變形，并產(chǎn)生積屑瘤、鱗刺和振動(dòng)等。性變形，并產(chǎn)生積屑瘤、鱗刺和振動(dòng)等。2積屑瘤積屑瘤 1)積屑瘤定義積屑瘤定義 在一定的條件下切削塑性金屬時(shí)，由于前刀面在一定的條件下切削塑性金屬時(shí)，由于前刀面擠壓及摩擦的作用，使切屑底層中的一部分金屬擠壓及摩擦的作用，使切屑底層中的一部分金屬停滯和堆積在切削刃口附近，形成硬塊，能代替停滯和堆積在切削刃口附近，形成硬塊，能代替 切削刃進(jìn)行切削，這個(gè)硬塊稱為切屑瘤。切削刃進(jìn)行切削，這個(gè)硬塊稱為切屑瘤。 2）積屑瘤產(chǎn)生的原因）積屑瘤產(chǎn)生的原因 切屑底面對前刀面強(qiáng)烈摩擦，當(dāng)接觸面達(dá)到一定溫度切屑底面對前刀面強(qiáng)烈摩擦，當(dāng)接觸面達(dá)到一定溫

12、度和壓力時(shí)，表面產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象，形成積屑瘤和壓力時(shí)，表面產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象，形成積屑瘤。 3)積屑瘤的特點(diǎn)：積屑瘤的特點(diǎn)：不穩(wěn)定性，不穩(wěn)定性， 4)積屑瘤的控制措施：積屑瘤的控制措施： 提高工件材料硬度；選擇低、高速切削；采用切削液；提高工件材料硬度；選擇低、高速切削；采用切削液；增大前角，減小切削厚度等。增大前角，減小切削厚度等。3.降低表面粗糙度值的主要措施降低表面粗糙度值的主要措施 1)選擇合理的切削用量：選擇合理的切削用量： 采用小進(jìn)給量；低、高速切削；防止打滑現(xiàn)象。采用小進(jìn)給量；低、高速切削；防止打滑現(xiàn)象。 2)選擇合理的刀具幾何參數(shù)：選擇合理的刀具幾何參數(shù)： 增大刃傾；刀尖圓弧半徑；減小主

13、偏、副偏角等。增大刃傾；刀尖圓弧半徑；減小主偏、副偏角等。 3)改善工件材料的性能改善工件材料的性能 采用合理的熱處理方法改善材料的性能。采用合理的熱處理方法改善材料的性能。 4)合理選擇切削液合理選擇切削液 5)選擇合適刀具材料選擇合適刀具材料三、影響表層物理力學(xué)性能因素三、影響表層物理力學(xué)性能因素1.加工硬化：加工硬化： 1）產(chǎn)生的原因：）產(chǎn)生的原因： 金屬層在切削力作用下產(chǎn)生變形。金屬層在切削力作用下產(chǎn)生變形。 2）加工硬化表示方法：）加工硬化表示方法： 常用硬化層深度常用硬化層深度hd和硬化程度和硬化程度N表示。表示。 3）影響加工硬化的主要因素：）影響加工硬化的主要因素： 刀具、切削

14、用量、工件材料：刀具、切削用量、工件材料：2.表面層的殘余應(yīng)力表面層的殘余應(yīng)力 1）表面層殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因：）表面層殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因： 冷態(tài)塑變、熱態(tài)塑變、金相組織變化：冷態(tài)塑變、熱態(tài)塑變、金相組織變化： 2）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： 切削加工、磨削加工、工件材料：切削加工、磨削加工、工件材料： 3.加工表面層金相組織變化及燒傷：加工表面層金相組織變化及燒傷： 1）表面層金相組織變化的原因：）表面層金相組織變化的原因： 主要是加工時(shí)，產(chǎn)生大量的熱量使工件表面溫主要是加工時(shí)，產(chǎn)生大量的熱量使工件表面溫度升高，達(dá)到組織轉(zhuǎn)變溫度而產(chǎn)生的。度升高，達(dá)到組織轉(zhuǎn)變溫度而產(chǎn)

15、生的。 2）表面燒傷的形式）表面燒傷的形式 有回火燒傷；淬火燒傷；退火燒傷。有回火燒傷；淬火燒傷；退火燒傷。 4.表面強(qiáng)化的措施表面強(qiáng)化的措施 1）滾壓加工：）滾壓加工： 利用具有較高硬度的滾輪或滾珠對工件表面進(jìn)利用具有較高硬度的滾輪或滾珠對工件表面進(jìn)行加工使其產(chǎn)生塑性。行加工使其產(chǎn)生塑性。 2）噴丸強(qiáng)化：）噴丸強(qiáng)化： 利用大量高速運(yùn)動(dòng)的珠丸撞擊工件表面，使之利用大量高速運(yùn)動(dòng)的珠丸撞擊工件表面，使之產(chǎn)生冷應(yīng)層和殘余壓應(yīng)力的一種加工方法。產(chǎn)生冷應(yīng)層和殘余壓應(yīng)力的一種加工方法。四、機(jī)械加工中振動(dòng)四、機(jī)械加工中振動(dòng)1.強(qiáng)迫振動(dòng)：強(qiáng)迫振動(dòng)： 1）含義：是由工藝系統(tǒng)內(nèi)，外部周期交變的激振力（振）含義：是

16、由工藝系統(tǒng)內(nèi)，外部周期交變的激振力（振源）作用下引起的振動(dòng)。源）作用下引起的振動(dòng)。 2）產(chǎn)生的原因：）產(chǎn)生的原因：機(jī)床上高速回轉(zhuǎn)件的不平衡；傳動(dòng)系統(tǒng)中誤差；切削力的機(jī)床上高速回轉(zhuǎn)件的不平衡；傳動(dòng)系統(tǒng)中誤差；切削力的變化；外部振源。變化；外部振源。 3）強(qiáng)迫振動(dòng)的特點(diǎn)：）強(qiáng)迫振動(dòng)的特點(diǎn)： a.振動(dòng)自身不能引起干擾力的變化，干擾力停止，振動(dòng)振動(dòng)自身不能引起干擾力的變化，干擾力停止，振動(dòng)停止。停止。 b.強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率與外界干擾力頻率相同。強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率與外界干擾力頻率相同。 c.強(qiáng)迫振動(dòng)的振幅大小與初始條件無關(guān)，主要取決于干強(qiáng)迫振動(dòng)的振幅大小與初始條件無關(guān)，主要取決于干擾力的頻率與系統(tǒng)固有頻率的比

17、值擾力的頻率與系統(tǒng)固有頻率的比值。當(dāng)。當(dāng)=1時(shí)振幅大，時(shí)振幅大，這種現(xiàn)象稱共振。這種現(xiàn)象稱共振。 4）減少強(qiáng)迫振動(dòng)的措施：）減少強(qiáng)迫振動(dòng)的措施： 消除振源；提高剛度；隔振；采用減振器和阻尼器等消除振源；提高剛度；隔振；采用減振器和阻尼器等。2.自激振動(dòng)自激振動(dòng) 1）定義：由振動(dòng)系統(tǒng)本身產(chǎn)生的交變力激發(fā)和維）定義：由振動(dòng)系統(tǒng)本身產(chǎn)生的交變力激發(fā)和維持的振動(dòng)。持的振動(dòng)。 2）特點(diǎn)：）特點(diǎn)：a .是一種不衰減的振動(dòng)；是一種不衰減的振動(dòng)；b.頻率等于固頻率等于固有頻率；有頻率；c.振幅大小取決于輸入和消耗能量對比，振幅大小取決于輸入和消耗能量對比，輸入能量大于消耗能量振動(dòng)能維持，否則停止。輸入能量大于

18、消耗能量振動(dòng)能維持，否則停止。 3）減輕和消除的措施：）減輕和消除的措施： a.合理選擇切削用量：合理選擇切削用量：VC或或VC，則振動(dòng)，則振動(dòng)；f，則振動(dòng)則振動(dòng)；ap，則振幅，則振幅A。 b.合理的選擇刀具的幾何參數(shù)：前角和主偏角增合理的選擇刀具的幾何參數(shù)：前角和主偏角增大，則振幅減小；的后角和刀尖圓弧半徑減小，大，則振幅減小；的后角和刀尖圓弧半徑減小，則振幅減小。則振幅減小。 c.提高系統(tǒng)剛度和采用減振裝置。提高系統(tǒng)剛度和采用減振裝置。34表面質(zhì)量對零件使用性能的影響表面質(zhì)量對零件使用性能的影響一、表面質(zhì)量對零件耐磨性的影響一、表面質(zhì)量對零件耐磨性的影響1.表面糙度表面糙度Ra的影響：的影響： 表面糙度表面糙度Ra提高，則耐磨性降低。提高，則耐磨性降低。2.冷作硬化的影響：冷硬現(xiàn)象提高耐磨性。冷作硬化的影響：冷硬現(xiàn)象提高耐磨性。二、表面質(zhì)量對耐蝕性影響