機(jī)械制造基礎(chǔ)-電子教案第7章

1、第7章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制 7.1 概述 7.1.1 機(jī)械加工質(zhì)量 1. 機(jī)械加工質(zhì)量 零件的機(jī)械加工質(zhì)量包含零件的機(jī)械加工精度和加工表面質(zhì)量兩方面。 2. 加工精度與加工誤差 是指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)的符合程度。符合程度越高，加工精度就越高。 是指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)偏離的程度。從中可以看出，加工精度和加工誤差是從兩個不同的方面來評定加工零件的幾何參數(shù)的。 加工精度包含尺寸精度、形狀精度和位置精度三個方面。這三者之間既有聯(lián)系又有區(qū)別，一般情況下，尺寸公差限制了位置公差，而位置公差又限制了形狀公差。 7.1.2 獲得機(jī)械加工精度的方法 1. 獲得尺寸精度

2、的方法 （1）試切法 試切法是指操作工人通過試切一小段，測量其尺寸是否合適，如不合適，則調(diào)整刀具的位置，再試切一小段。如此反復(fù)進(jìn)行試切、測量、調(diào)整、再試切過程，直到被加工尺寸達(dá)到要求為止的加工方法。 （2）調(diào)整法 調(diào)整法是指根據(jù)試切好的工件尺寸，預(yù)先調(diào)整好刀具相對工件的位置，并在一批零件的加工過程中均保持此位置不變，以達(dá)到尺寸要求的加工方法。 （3）定尺寸刀具法 定尺寸刀具法是指直接用刀具的相應(yīng)尺寸，來保證工件的加工尺寸達(dá)到要求的加工方法。 （4）自動控制法 自動控制法是指自動完成加工過程中的切削加工、尺寸測量和刀具調(diào)整等工作，當(dāng)工件尺寸達(dá)到要求后，機(jī)床自動退刀停止加工的加工方法。 2. 獲得

3、形狀精度的方法 （1）軌跡法 軌跡法是指依靠刀具和工件的相對運(yùn)動軌跡獲得 工件表面形狀及其精度的加工方法。 （2）成形法 成形法是指利用成形刀具刀刃的幾何形狀和成形 運(yùn)動獲得工件的表面形狀及其精度的加工方法。 （3）展成法 展成法是指利用刀具和工件作展成切削運(yùn)動獲得 工件的表面形狀及其精度的加工方法。 3. 獲得位置精度的方法 零件的相互位置精度主要由機(jī)床精度、夾具精度 和工件的安裝精度來保證。例如，在平面上鉆孔，孔 中心對平面的垂直度，是由鉆頭進(jìn)給運(yùn)動方向與工作 臺或夾具定位面的垂直度來保證的。7.2 影響加工精度的因素 7.2.1 原始誤差 機(jī)械加工中，零件的形狀精度由機(jī)床精度和刀具精度保

4、證；而位置精度主要取決于機(jī)床精度、夾具精度和工件的裝夾精度。因此，由機(jī)床、刀具、夾具和工件構(gòu)成的工藝系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要素和運(yùn)行方式，就決定了零件的加工精度。由工藝系統(tǒng)的誤差造成的零件加工誤差，稱為原始誤差。在這些原始誤差中，一部分與工藝系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)狀態(tài)有關(guān)，一部分與切削加工過程有關(guān)。按照工藝系統(tǒng)誤差的性質(zhì)可歸納為三個方面。即工藝系統(tǒng)的幾何誤差、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差和工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差。 7.2.2 工藝系統(tǒng)的幾何誤差 1. 加工原理誤差 原理誤差是指在加工中由于采用近似的加工運(yùn)動、近似的刀刃輪廓或近似的加工方法而產(chǎn)生 的加工誤差。 2. 機(jī)床幾何誤差 機(jī)床的幾何誤差是影響零件加工精度

5、的最大因素。 它包括機(jī)床本身的制造誤差、安裝誤差和磨損誤差。機(jī)床的成形運(yùn)動是由主軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動和移動件的直線運(yùn)動構(gòu)成的。所以，主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動誤差、導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差、傳動鏈傳動誤差是影響零件加工精度的主要因素。 （1）主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動誤差 主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動誤差是指主軸實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線相對于理論回轉(zhuǎn)軸線的偏移量?；剞D(zhuǎn)精度主要影響工件的幾何形狀精度、位置精度和表面粗糙度。 理論上，主軸回轉(zhuǎn)時其回轉(zhuǎn)軸線的空間位置應(yīng)是固定不變的，即瞬時速度為零。實(shí)際上，由于主軸部件在制造、裝配、使用中受到各種因素的影響，使主軸的回轉(zhuǎn)軸線在每一瞬時的空間位置都是變化的，造成軸線漂移，形成回轉(zhuǎn)誤差。其誤差形式分為軸向竄動、徑向跳動和角度擺動三

6、種。如圖所示。因其理想回轉(zhuǎn)軸線無法確定位置，通常是用主軸各瞬時回轉(zhuǎn)軸線的平均位置（即平均回轉(zhuǎn)軸線）來代替。 1）軸向竄動 軸向竄動是指主軸的瞬時回轉(zhuǎn)軸線沿平均回轉(zhuǎn)軸線方向的軸向漂移運(yùn)動。如圖a所示。它主要影響工件的端面形狀和軸向尺寸精度。 2）徑向跳動 徑向跳動是指主軸的瞬時回轉(zhuǎn)軸線作平行于平均回轉(zhuǎn)軸線的徑向漂移運(yùn)動。如圖b所示。它主要影響工件的圓度和圓柱度。 3）角度擺動 角度擺動是指主軸的瞬時回轉(zhuǎn)軸線與平均回轉(zhuǎn)軸線成一傾斜角，其交點(diǎn)位置固定不變的漂移運(yùn)動。如圖c所示。它對工件的形狀精度影響很大。 實(shí)際上，這三種形式不是分別單獨(dú)存在，而是兩個甚至三個同時存在的 （如圖d所示）。 提高主軸回轉(zhuǎn)

7、精度 的 措施主要有：提高主 軸部件的設(shè)計、制造和 安裝精度；對滾動軸承 進(jìn)行預(yù)緊；采取工藝措施使主軸回轉(zhuǎn)誤差 不反映到工件上等。 （2）導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差 導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差是指機(jī)床導(dǎo)軌副的運(yùn)動件實(shí)際運(yùn)動 方向與理想運(yùn)動方向之間的偏差值。它的制造精度、 裝配精度和磨損程度是影響直線運(yùn)動精度的主要因素， 將直接影響工件的加工精度。導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差的形式可 分為直線度誤差、扭曲度誤差和相互位置誤差三種。 導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差對加工精度的影響，并不是所有的導(dǎo)軌誤差都會傳給工件，只有處于加工誤差敏感方向的誤差才會對工件精度產(chǎn)生較大的影響。 1）導(dǎo)軌的直線度誤差 導(dǎo)軌的直線度誤差有水平和垂直方向兩種。 如圖所示，磨床導(dǎo)軌在水

8、平方向存在誤差，由于砂輪處于水平位置， 水平方向是誤差敏感 方向，因此導(dǎo)軌在水 平面的直線度誤差將 引起工件在半徑方向的誤差R，造成工 件的圓柱度誤差。 如圖所示，磨床導(dǎo)軌在垂直方向存在誤差，在磨削外圓時，由于其誤差在非敏感方向，所以，誤差對零件的形狀精度影響很 小，可忽略不記。但在平面 磨床、銑床和刨床上加工平 面時，由于刀具（砂輪）處 于垂直平面內(nèi)，垂直方向是 誤差敏感方向，因此導(dǎo)軌在垂直面的直線度誤差將造成工件的平面度誤差。 2）導(dǎo)軌的扭曲度誤差 扭曲度是指因兩導(dǎo)軌不平行而使其上的運(yùn)動部件產(chǎn)生傾斜的程度。如圖所示，車床兩導(dǎo)軌的扭曲度誤差使床鞍產(chǎn)生 橫向傾斜，刀具產(chǎn)生位移，造成被加 工零件

9、半徑誤差為R=（H/B） 。導(dǎo)軌的扭曲度誤差引起的加工誤 差不容忽略。由于沿導(dǎo)軌全長上的 不同，將會使工件產(chǎn)生圓柱度誤差。 3）導(dǎo)軌的相互位置誤差 相互位置度是指導(dǎo)軌相對于主軸兩者在空間相互平行的程度。導(dǎo)軌的相互位置誤差，將會造成工件母線與其軸線之間的位置關(guān)系有誤差，影響工件的加工精度。 提高導(dǎo)軌導(dǎo)向精度的措施有：提高導(dǎo)軌的制造、安裝和調(diào)整精度；保證良好的潤滑；加強(qiáng)維護(hù)和保養(yǎng)。 （3）傳動鏈的傳動誤差 傳動鏈的傳動誤差是指在內(nèi)聯(lián)系的傳動鏈中首末兩端傳動件之間相對運(yùn)動的誤差。它是按展成法來加工螺紋、齒輪和蝸輪等工件時，影響其加工精度的主要因素。 傳動鏈的傳動誤差是由于傳動鏈中各傳動件（如齒輪、蝸

10、輪、蝸桿、絲杠和螺母等）的制造誤差、裝配誤差和使用過程的磨損等原因所致。一般可用傳動鏈末端元件的轉(zhuǎn)角誤差來衡量。 提高傳動鏈傳動精度的措施有：設(shè)計時減少傳動鏈中傳動件的數(shù)目，縮短傳動鏈的長度；采用降速傳動鏈；提高傳動件（特別是末端傳動件）的制造和裝配精度；采用誤差校正機(jī)構(gòu)。 3. 刀具的誤差 刀具的誤差是指刀具的制造、安裝和磨損誤差等。 使用的刀具種類不同，刀具誤差對工件加工精度的影 響也就不同。 （1）采用定尺寸刀具加工時，刀具的制造誤差和磨損將直接影響工件的尺寸精度，刀具安裝不正確也會影響工件的尺寸精度。 （2）采用成形刀具加工時，刀具切削刃的形狀誤差、磨損或刀具安裝不正確，將直接影響工件

11、的形狀精度。 （3）采用成形刀具對工件進(jìn)行展成加工時，刀具的切削刃形狀及有關(guān)尺寸和技術(shù)條件，也將直接影響工件的加工精度。 （4）一般刀具的制造誤差對加工精度沒有直接影響，但刀具的磨損會引起工件的尺寸或形狀誤差。 為了減少刀具磨損對加工精度的影響，可采取的措施有：降低切削速度，延長刀具壽命；選用耐磨性較高的刀具材料；選擇好的冷卻潤滑方 式；進(jìn)行尺寸補(bǔ)償（數(shù)控機(jī)床上）等。 4. 夾具誤差 夾具誤差主要是指定位誤差、各元件的制造誤差、夾具裝配誤差、夾具在機(jī)床上的安裝誤差、對刀誤差和磨損誤差等，夾具誤差將直接影響工件加工表面的位置精度和尺寸精度。 5. 測量誤差 測量誤差是指由于量具本身的制造誤差，測

12、量時的接觸力、溫度、目測的正確程度等產(chǎn)生的誤差。在加工過程中，會經(jīng)常使用各種量具、量儀等進(jìn)行檢測測量，再根據(jù)測量結(jié)果來對工件進(jìn)行試切或調(diào)整機(jī)床，這時測量誤差將直接影響工件的加工精度。 6. 調(diào)整誤差 調(diào)整誤差是指由于工藝系統(tǒng)沒有調(diào)整到正確位置而產(chǎn)生的加工誤差。如在試切法加工中，其加工過程是試切、測量、調(diào)整、再試切，直至到達(dá)加工精度。因此，影響調(diào)整精度的主要因素是測量精度和進(jìn)給系統(tǒng)精度。 7.2.3 工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響 1. 工藝系統(tǒng)的剛度 在機(jī)械加工過程中，由機(jī)床、刀具、夾具和工件 所組成的工藝系統(tǒng)，在切削力、傳動力、夾緊力、慣 性力以及重力等的共同作用下，會產(chǎn)生相應(yīng)的彈性和 塑

13、性變形，這種變形將破壞刀具和工件間已調(diào)整好的相對位置和成形運(yùn)動的位置，從而使工件產(chǎn)生尺寸和幾何形狀誤差。 人們用剛度的概念來表示工藝系統(tǒng)抵抗變形的能力。工藝系統(tǒng)的剛度取決于機(jī)床、夾具、刀具及工件的剛度，根據(jù)變形疊加原理，可導(dǎo)出： （1）刀具和工件的剛度 工藝系統(tǒng)中，刀具和工件的剛度 較小，在切削力綜合作用下產(chǎn)生的變形大，加之其剛度和變形量不是一個常數(shù)，與刀具和工件的安裝方式有關(guān)，所以對工件的加工精度影響較大。 （2）接觸剛度 接觸剛度是指相互接觸的兩表面受外力后抵抗產(chǎn) 生接觸變形的能力。 1）零件接觸面間的表面粗糙度 若表面粗糙度較 低，工件的實(shí)際接觸面積就會遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論接觸面積，受力后產(chǎn)生的

14、接觸變形就大，其接觸剛度較小。 2）零件表面和零件材料的力學(xué)性能 其綜合力學(xué)性能好，抵抗接觸變形的能力就強(qiáng)，其接觸剛度就高。 （3）機(jī)床部件的剛度 1）機(jī)床部件剛度的特征 機(jī)床部件是由若干零件裝配而成的，不能看成像單一零件一樣在彈性狀態(tài)下其變形與載荷成線性關(guān)系。其值不能用簡單的公式計算，只能用實(shí)驗(yàn)方法測定。 2）影響機(jī)床部件剛度的因素 各配合零件接觸面的接觸變形。 部件中薄弱零件的變形。 間隙的影響。 摩擦力的影響。 2. 工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響 （1）切削力作用點(diǎn)位置的變化對加工精度的影響 工藝系統(tǒng)剛度還隨切削力作用點(diǎn)位置的變化而變化，從而使工件產(chǎn)生形狀誤差，影響工件的加工精度。

15、1）在車床兩頂尖間車削細(xì)長軸 如圖a所示，由于工件細(xì)長，剛度很低，機(jī)床、夾具和刀具在切削力作用下的變形量比工件的變形量小很多，可以忽略不計，故工藝系統(tǒng)的變形完全取決于工件的變形。由于變形大的地方，刀具相對工件的讓刀量大；變形小的地方，刀具相對工件的讓刀量小，因此使加工出來的工件呈兩頭小、中間大的鼓形。 2）在車床兩頂尖間車削短而粗的光軸 如圖b所示，由于工件剛度較大，其在切削力作用下的變形量，相對于機(jī)床、夾具和刀具的變形量要小很多，可以忽略不計，故工藝 系統(tǒng)的變形完全取決于機(jī)床頭 架、尾座和刀架的變形。因此， 加工出來的工件呈兩頭大、中間小的鞍形。 （2）切削力大小的變化對加工精度的影響 在切

16、削加工中，由于毛坯的加工余量或材料的硬 度不均勻，會引起切削力的變化，工藝系統(tǒng)的變形也 隨之發(fā)生變化，從而造成工件的加工誤差。 （3）其他力對加工精度的影響 1）傳動力引起的加工誤差 在車床或磨床類機(jī)床 上加工軸類零件時，常用單爪撥盤帶動工件旋轉(zhuǎn)。如 圖所示，傳動力在撥盤的每一轉(zhuǎn)中，經(jīng)常改變方向， 其在Y方向上的分力有時與切削力方向相同，有時相反，造成工件的 圓度誤差。因此， 加工精密零件時 可改用雙爪撥盤 或柔性連接裝置 帶動工件旋轉(zhuǎn)。 2）慣性力引起的加工誤差 切削加工中，高速旋轉(zhuǎn)的零部件若不平衡將產(chǎn)生離心力，離心力在每一轉(zhuǎn)中不斷改變方向，其在Y方向上的分力有時與切削力方向相同，有時相反，

17、因此，它造成的加工誤差與傳動力相似，使工件產(chǎn)生圓度誤差。機(jī)械加工中若遇到這種情況，可采用“對重平衡”的方法來消除其影響，必要時也可適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速，以減小離心力對加工精度的影響。 3）重力引起的加工誤差 工藝系統(tǒng)一些零件的自重所引起的變形，也會造成加工誤差。在生產(chǎn)中，裝夾大型工件時，恰當(dāng)?shù)夭贾弥С锌梢詼p小自重引起的變形。 4）夾緊力引起的加工誤差 在裝夾工件時，由于夾緊力的大小、方向和作用點(diǎn)位置不當(dāng)，會使工件產(chǎn)生彈性變形、偏移或偏轉(zhuǎn)以及工件定位面與夾具定位元件工作面之間的接觸 變形，從而造成 工件的加工誤差。 在生產(chǎn)中常采用 使夾緊力均勻分布的方法。 （5）工件內(nèi)應(yīng)力引起的加工誤差 內(nèi)應(yīng)力也稱殘余

18、應(yīng)力，是指在沒有外力作用下或去除外力后仍存留在工件內(nèi)部的應(yīng)力。 產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力的原因有：在鑄、鍛、焊及熱處理過程中，造成工件內(nèi)部產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力；在對細(xì)長的軸類零件車削后產(chǎn)生彎曲而進(jìn)行冷校直工序時，校正后因內(nèi)外層互相牽制而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力；在切削加工中，造成表層產(chǎn)生壓應(yīng)力，里層產(chǎn)生與之平衡的拉應(yīng)力。 減少或消除內(nèi)應(yīng)力的措施有：合理設(shè)計零件結(jié)構(gòu)，在滿足使用性能的前提下，盡量簡化結(jié)構(gòu)，使壁厚均勻；合理安排工藝過程；盡量不采用冷校直；在粗加工前后安排時效處理；在工件加工過程中適時安排熱處理工序等措施。 3. 減少工藝 系統(tǒng)受力變形的 主要措施 在生產(chǎn)實(shí)際中，常常采用提高系統(tǒng)剛度和減少切削力及其變化的措施來實(shí)現(xiàn)

19、。 （1）合理設(shè)計零部件結(jié)構(gòu)，提高其剛度 （2）提高接觸剛度 （3）減少切削力及其變化 （4）采用輔助支承，提高工件、部件剛度 如圖a所示是車削較長工件時采用中心架來提高工件剛度。圖b所示是車削細(xì)長軸時采用跟刀架來提高工件剛度。機(jī)床部件剛度較低時，在切削加工中將會引起變形和振動，影響加 工精度和生產(chǎn)率的提高。 所以加工中常采用一些 輔助裝置來提高機(jī)床部 件的剛度。如下圖a所示 是在轉(zhuǎn)塔車床上 采用固定導(dǎo)向支 承套，圖b是采 用裝在主軸孔內(nèi) 的導(dǎo)向支承套和加強(qiáng)桿。 （5）采用合理的裝夾方法 加工時，應(yīng)合理地選擇裝夾方法和加工方式，特別是加工薄壁工件，否則將會引起很大的形狀誤差，如前所述薄壁套筒的

20、加工。再如圖所示在平面磨床上磨削薄板工件，由于工件加工前存在形狀誤差（圖a），當(dāng)磁力將工件吸向工作臺表面時，工件將產(chǎn)生彈性變形（圖b），磨削后，由于彈性恢復(fù)，工件已磨完的表面又產(chǎn)生翹曲（圖c）。改進(jìn)措施是采用在工件和磁力吸盤之間墊橡皮墊（圖d），利用軟的橡皮墊來減少工件夾緊時的變形，以便將工件的彎曲部分磨去（圖e）。這樣經(jīng)過多次正反面交替的磨削，即可獲得平面度較高的平面（圖f）。 7.2.4 工藝系統(tǒng)受熱變形對加工精度的影響 在機(jī)械加工過程中，工藝系統(tǒng)因受到各種熱源的影響產(chǎn)生的變形稱為熱變形。工藝系統(tǒng)的熱變形破壞了工件與刀具之間相對位置和相對運(yùn)動的準(zhǔn)確性，造成加工誤差。 1. 工藝系統(tǒng)的熱源

21、（1）切削熱 切削過程中產(chǎn)生的熱量，由工件、切屑、刀具和周圍介質(zhì)傳導(dǎo)出去，加工方式不同其傳導(dǎo)熱量的比例也不同。所以，切削熱是切削加工過程中最主要的熱源，它直接影響工件的加工精度。 （2）摩擦熱 摩擦熱主要是由工藝系統(tǒng)中有相對運(yùn)動的部件產(chǎn)生的。摩擦熱是機(jī)床熱變形的主要熱源。 （3）外部熱源 外部熱源主要是指周圍環(huán)境溫度的變化以及陽光、照明燈具、加熱器等熱源，通過熱輻射傳給工藝系統(tǒng)的熱量。 2. 工藝系統(tǒng)的熱平衡 在切削加工時，工藝系統(tǒng)各種熱源將產(chǎn)生大量的熱，各構(gòu)件吸收熱量引起溫度逐漸升高，但同時，它們也向周圍介質(zhì)散熱。當(dāng)單位時間內(nèi)傳入和散發(fā)的熱量相等時，則可認(rèn)為工藝系統(tǒng)達(dá)到熱平衡。在熱平衡狀態(tài)下

22、，工藝系統(tǒng)各部分的溫度保持不變，形成穩(wěn)定的溫度場，其受熱變形也相應(yīng)地趨于穩(wěn)定，引起的加工誤差也比較穩(wěn)定。 3. 機(jī)床熱變形對加工精度的影響 在工作中，機(jī)床受內(nèi)外熱源的影響，各部分的溫度將逐漸升高，由于機(jī)床結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和熱源分布不均勻，導(dǎo)致各部件的熱變形程度不同，這樣不僅破壞了機(jī)床的幾何關(guān)系，而且還使各成形運(yùn)動的位置和傳動比關(guān)系發(fā)生變化，從而降 低了機(jī)床的加工精度，造成 加工誤差。對于車、銑等類 機(jī)床，主要是由主軸系統(tǒng)和 導(dǎo)軌的變形引起加工誤差。如圖所示。 4. 工件熱變形對加工精度的影響 在加工中，由于切削熱的影響使工件產(chǎn)生熱變形， 對大型工件或精密工件，外部熱源的影響也不可忽視。 隨著工件形

23、狀、材料、尺寸以及加工方法的不同，工 件的熱變形也不相同。 5. 刀具熱變形對加工精度的影響 刀具的熱變形也是由切削熱引起的。雖然傳給刀具的熱量不多，但由于刀具質(zhì)量小，熱容量也小，所以刀具切削部分通常會達(dá)到很高的溫度。對加工精度的影響不容忽略。 6. 減少工藝系統(tǒng)受熱變形的主要措施 （1）減少發(fā)熱及隔熱。 （2）加強(qiáng)散熱能力 （3）保持工藝系統(tǒng)的熱平衡 （4）均衡溫度場 （5）控制環(huán)境溫度7.3 提高加工精度的工藝措施 1. 直接減少誤差法 直接減少誤差法是在生產(chǎn)中應(yīng)用較廣的一種基本方法，它是在查明影響加工精度的主要原始誤差因素后，采取各種工藝措施直接將誤差消除或減少。 2. 誤差補(bǔ)償法 誤差

24、補(bǔ)償法是指人為制造出一種新的誤差，去抵消工藝系統(tǒng)中已存在的原始誤差，且盡量使輸入的誤差與原有的原始誤差大小相等，方向相反，從而減少加工誤差，提高加工精度的一種方法。 3. 誤差轉(zhuǎn)移法 誤差轉(zhuǎn)移法是指把影響加工精度的工藝系統(tǒng)幾何誤差、受力變形和熱變形等原始誤差，轉(zhuǎn)移到誤差的非敏感方向上去。 4. 誤差分組法 在生產(chǎn)中常會遇到這種情況：本工序的加工精度是穩(wěn)定的，工藝能力也足夠，但上道工序（或毛坯）的加工誤差較大，引起定位誤差較大或通過誤差復(fù)映規(guī)律，影響本道工序的加工精度，而要提高毛坯精度或上道工序加工精度往往是不經(jīng)濟(jì)的，這時可采用誤差分組法。這種方法比直接提高本工序的加工精度要簡便易行一些。 5.

25、 就地加工法 在機(jī)械加工和裝配中有些精度問題，牽涉到零、部件間的相互關(guān)系，相當(dāng)復(fù)雜，如果一味地提高零、部件的本身精度，有時不僅困難，甚至不可能。而采用就地加工的方法，就能解決這個問題。 就地加工的實(shí)質(zhì)就是要求保證部件間什么樣的位置關(guān)系，就在這樣的位置關(guān)系上利用一個部件裝上刀具去加工另一個部件。這個方法不但應(yīng)用于機(jī)床裝配中，在零件的加工中也常常用來作為保證精度的有效措施。 7.4 機(jī)械加工的表面質(zhì)量 7.4.1 概述 加工表面質(zhì)量是指零件在加工后的表面層狀態(tài)。 1. 表面幾何特性 （1）表面粗糙度 是指加工表面上具有較小間距和峰谷所組成的微觀幾何形狀特性。 （2）表面波度 是介于表面粗糙度和形狀

26、誤差間的一種幾何誤差。 2. 表面層物理力學(xué)性能 （1）表面層加工硬化 是指工件經(jīng)加工后，其表層的顯微硬度高于母體。 （2）表面層金相組織變化 是指切削加工中的高溫使工件的金屬表層的金相組織與基體不同。 （3）表面層殘余應(yīng)力 是指加工后，工件表層殘留的壓應(yīng)力 或拉應(yīng)力。 7.4.2 加工表面質(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、熱處理情況和潤滑條件有關(guān)。在這些條件已確定的情況下，零件的表面質(zhì)量就起決定性的作用。 2. 表面質(zhì)量對零件疲勞強(qiáng)度的影響 在周期性的交變載荷作用下，零件表面微觀不平的凹谷、劃痕、裂紋等缺陷，都會產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，而且

27、表面粗糙度值越大，應(yīng)力集中越嚴(yán)重，越容易形成和擴(kuò)展疲勞裂紋而造成零件的疲勞損壞。減小表面粗糙度值，可提高其疲勞強(qiáng)度。 零件表面的冷硬層能夠阻礙裂紋的擴(kuò)大和新裂紋的出現(xiàn)，提高零件的疲勞強(qiáng)度。但冷硬層過深或過硬則容易產(chǎn)生裂紋，反而會降低疲勞強(qiáng)度。所以冷硬要適當(dāng)。 表面層的殘余應(yīng)力對疲勞強(qiáng)度的影響很大。表面層 的殘余壓應(yīng)力可部分抵消工作載荷施加的拉應(yīng)力，延緩疲勞裂紋擴(kuò)展，而殘余拉應(yīng)力容易 使已加工表面產(chǎn)生裂紋而降低疲勞強(qiáng)度。 3. 表面質(zhì)量對零件抗腐蝕性能的影響 零件表面粗糙度值越大，潮濕空氣和腐蝕介質(zhì)越容 易堆積在零件表面四處而發(fā)生化學(xué)腐蝕，或在凸峰間產(chǎn) 生電化學(xué)作用而引起電化學(xué)腐蝕，故抗腐蝕性能

28、越差。 表面冷硬和金相組織變化時，往往都會產(chǎn)生殘余 應(yīng)力。而零件在應(yīng)力狀態(tài)下工作時，會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕， 若有裂紋，則更增加了應(yīng)力腐蝕的敏感性。因此都會 降低零件的抗腐蝕性能。 4. 表面質(zhì)量對零件配合精度的影響 表面粗糙度將影響零件的實(shí)際配合性質(zhì)和配合精度。 對于間隙配合，表面粗糙度值太大，初期磨損就較嚴(yán)重， 使實(shí)際配合間隙過大，從而降低了配合精度；對于過盈 配合，裝配時其配合表面的凸峰被擠平，使實(shí)際過盈量 減少，降低了聯(lián)接強(qiáng)度。 表面殘余應(yīng)力會使零件變形，引起零件的形狀和尺 寸發(fā)生變化。7.4.3 影響表面粗糙度的工藝因素及改善措施 1. 影響切削加工表面粗糙度的工藝因素及改善措施 （1）幾何

29、因素 影響表面粗糙度的幾何因素主要有刀具相對工件作進(jìn)給運(yùn)動時，由于刀具的形狀和進(jìn)給量的影響，不可能把加工余量完全切除而留下一定的殘留面積，從幾何因素考慮，該殘留面積的高度即為表面粗糙度。殘留面積愈大，表面愈粗糙。因此，在切削過程中，通過減小進(jìn)給量、減小主副偏角、增大刀尖圓弧半徑、降低刀具前后刀面的表面粗糙度值等方法，都可使殘留面積減小，從而減小表面粗糙度值。 （2）物理因素 影響表面粗糙度的物理因素主要有以下幾個方面： 1）切削過程中，刀具刃口鈍角及后刀面對工件表面的擠壓與摩擦，使加工表面金屬發(fā)生塑性變形，引起殘留面積扭曲或溝紋加深，從而造成表 面粗糙度值增大。 2）切削脆性材料時，產(chǎn)生崩碎切

30、屑使已加工表面 出現(xiàn)崩碎痕跡，留下許多麻點(diǎn)，增大了表面粗糙度值。 3）用中速切削塑性材料，容易產(chǎn)生積屑瘤；而用 低速切削時，則容易產(chǎn)生鱗刺，使加工表面出現(xiàn)凹凸 不平的切痕或鱗片狀毛刺，嚴(yán)重惡化了表面粗糙度。 減小表面粗糙度值的工藝措施有： 1）合理選擇切削用量 切削速度。，在切削塑性材料時，應(yīng)避開中速 切削，采用高速切削，這樣既可提高生產(chǎn)率，又可使表面粗糙度值變小。 進(jìn)給量。減小可以使表面粗糙度值明顯減小。但不能太小，因?yàn)殡S著的減小，不但降低了生產(chǎn)率，還會加大切削過程中金屬塑性變形的程度，反而使表面粗糙度值增大。同時，太小的會因刃口鈍圓圓弧使切削不能正常進(jìn)行，會出現(xiàn)擠壓、打滑和周期性地切入加工

31、表面的現(xiàn)象，引起附加的塑性變形和振動，從而使表面粗糙度值增大。過小的背吃刀量 也是如此。 2）合理選擇刀具幾何參數(shù)和刀具材料 前角和刃傾角。增大前角，有利于抑制積屑瘤的產(chǎn)生；增大刃傾角，可使刀具的實(shí)際前角增大。這些都可以使表面粗糙度值變小。 主偏角、副偏角和刀尖圓弧半徑。減小刀具的主偏角、副偏角和增大刀尖圓弧半徑，都可使殘留面積減小，從而減小表面粗糙度值。 刀具材料。在相同的切削條件下，用硬質(zhì)合金刀具加工所得的表面粗糙度值要比用高速鋼刀具的小。 刀具本身的表面粗糙度。刀具仔細(xì)刃磨后，可以減小其刃口鈍圓半徑和前、后刀面的表面粗糙度值，可使表面粗糙度值變小。 3）改善工件材料的性能 可以通過對被加

32、工材料進(jìn)行調(diào)質(zhì)或正火熱處理，來改善工件材料的切削性能，從而減小表面粗糙度值。 4）合理選擇切削液 合理選擇切削液，提高其冷卻和潤滑 作用，達(dá)到減小表面粗糙度值的目的。 （3）機(jī)械加工振動 切削過程中，工件和刀具之間常發(fā)生強(qiáng)烈的振動，產(chǎn)生明顯的表面振痕，振動嚴(yán)重時，還會產(chǎn)生崩刃現(xiàn)象。當(dāng)加工中出現(xiàn)振動影響加工質(zhì)量時，可采用合理選擇切削用量；合理選擇刀具的幾何角度；提高機(jī)床、工件、刀具自身的抗振性及采用減振裝置等來提高工藝系統(tǒng)的抗振性，從而降低表面粗糙度值。 2. 影響磨削加工表面粗糙度的工藝因素及改善措施 磨削加工是用砂輪表面上的大量磨粒來對工件進(jìn)行加工的。在磨削加工中加工表面反復(fù)出現(xiàn)塑性變形，磨

33、削時產(chǎn)生的高溫加劇了這種塑性變形，表面粗糙度值就大。砂輪上磨粒的微刃形狀和分布的高度不一致，也影響磨削后的表面粗糙度值。改善磨削加工表面粗糙度的措施有： （1）合理選擇砂輪工作面的幾何狀態(tài) 1）砂輪粒度 粒度越細(xì)，單位面積上的磨粒數(shù)就越多，磨削加工表面的粗糙度值就越小。但過細(xì)的粒度會引起砂輪堵塞，使磨削溫度升高，塑 性變形加大，表面粗糙度值反而增大。 2）砂輪硬度 太軟，其磨粒容易脫落不利于保持磨粒的等高性；太硬，其磨粒磨損后不能及時脫落不利于保持磨粒的鋒利性。都會使表面粗糙度值增大。 3）砂輪的修整 砂輪通過修整后，可獲得鋒利、細(xì)密、等高的切削微刃。則磨削表面的粗糙度值就小。 （2）合理選擇

34、磨削用量 1）磨削速度 在一定的工藝條件下，磨削速度越高，則工件的表面粗糙度值就越小。 2）工件轉(zhuǎn)速、縱向進(jìn)給量 兩者大，單位時間內(nèi)參與磨削的磨粒就少，磨出的表面就粗。但和也不能過小，因過小時傳到工件的熱量增多，反而降低表面粗糙度。 3）背吃刀量 增大將會增大塑性變形的程度，從而增大表面粗糙度。 （3）工件材料的性質(zhì) 工件材料太硬，易使磨粒磨鈍；工件材料太軟，易堵塞砂輪；工件材料韌性太大，易使磨 粒崩落。因此都會使表面粗糙度值變大。 7.4.4 影響表面層物理力學(xué)性能的工藝因素及改善措施 1. 表面層加工硬化 在機(jī)械加工中，因產(chǎn)生加工硬化引起工件材料的強(qiáng)化，其硬度和強(qiáng)度均有所提高。但是，切削溫度在一定條件下將使材料軟化，更高的溫度還將引起相變。所以，加工硬化就是這種強(qiáng)化、軟化和相變綜合作用的結(jié)果。影響加工硬化的主要工藝因素有： （1）刀具幾何參數(shù) 刀具刃口圓弧半徑偏大、前角為負(fù)值、后角偏小