（中職）數(shù)控加工技術(shù)訓(xùn)練第5章教學(xué)課件

1、YCF正版可修改PPT（中職）數(shù)控加工技術(shù)訓(xùn)練第5章教學(xué)課件第5章 機(jī)械加工質(zhì)量5.1 機(jī)械加工精度5.2 誤差統(tǒng)計(jì)分析方法及提高加工精度的措施5.3 機(jī)械加工表面質(zhì)量5.1 機(jī)械加工精度5.1.1 機(jī)械加工精度的概念零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)(尺寸、形狀和位置)與理想幾何參數(shù)的符合程度稱為機(jī)械加工精度。符合程度越高，加工精度就越高。零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)對(duì)理想幾何參數(shù)的偏離程度，稱為加工誤差。加工精度的高低是用加工誤差的大小來衡量的，誤差大則精度低，反之則高。機(jī)械加工精度包括尺寸精度、形狀精度和位置精度三個(gè)方面。尺寸精度尺寸精度是加工后的零件表面本身或表面之間的實(shí)際尺寸與理想零件尺寸之間的符

2、合程度。理想零件尺寸是指零件圖上標(biāo)注尺寸的中間值。下一頁返回5.1 機(jī)械加工精度形狀精度形狀精度是加工后的零件表面本身的實(shí)際形狀與理想零件表面形狀相符合的程度。理想零件表面形狀是指絕對(duì)準(zhǔn)確的表面形狀。位置精度位置精度是加工后零件各表面間實(shí)際位置與理想零件表面間的位置相符合的程度。理想零件各表面間的位置是指各表面間絕對(duì)準(zhǔn)確的位置。上一頁下一頁返回5.1 機(jī)械加工精度5.1.2 影響機(jī)械加工精度的主要因素機(jī)械加工中，由機(jī)床、夾具、刀具和工件等組成的統(tǒng)一體，稱為工藝系統(tǒng)。在完成一個(gè)加工過程時(shí)，有許多誤差因素都可影響零件的加工精度。工藝系統(tǒng)的各種誤差，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

3、工過程有關(guān)。由于切削加工過程中存在切削力、切削熱、摩擦等因素的作用，使工藝系統(tǒng)產(chǎn)生受力變形、受熱變形、刀具磨損、內(nèi)應(yīng)力變化等，影響了工件與刀具在調(diào)整中獲得的相對(duì)位置精度，從而引起種種加工誤差。在加工過程中產(chǎn)生的原始誤差，稱為工藝系統(tǒng)的動(dòng)誤差。在加工之前就已經(jīng)存在的機(jī)床、刀具、夾具本身的制造誤差、安裝誤差等，稱為工藝系統(tǒng)的靜誤差。上一頁下一頁返回5.1 機(jī)械加工精度 工藝系統(tǒng)中的各種誤差，在不同的加工條件下都將造成零件不同程度的加工誤差。按照工藝系統(tǒng)誤差的性質(zhì)可歸納為三個(gè)方面，即工藝系統(tǒng)的受力變形誤差、工藝系統(tǒng)受熱變形所引起的加工誤差和工藝系統(tǒng)的幾何誤差。1.工藝系統(tǒng)的受力變形誤差(1)工藝系統(tǒng)

4、的剛度及其影響 切削加工的工藝系統(tǒng)是一個(gè)彈性系統(tǒng)，在重力、夾持力、切削力、慣性力、傳動(dòng)力等的共同作用下，工藝系統(tǒng)產(chǎn)生彈性變形，使刀具和工件間已經(jīng)調(diào)整好的正確相對(duì)位置遭到破環(huán)，加大了工件的加工誤差。上一頁下一頁返回5.1 機(jī)械加工精度例如：車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，工件在切削力的作用下產(chǎn)生彎曲變形，加工后產(chǎn)生鼓形的圓柱誤差(圖5-1(a)所示)。又如，在內(nèi)圓磨床上用橫向切入磨孔時(shí)，由于磨頭主軸彎曲變形，使磨出的孔會(huì)產(chǎn)生帶有錐度的圓柱度誤差(圖5-1(b)所示)。從影響加工精度的角度出發(fā)，工藝系統(tǒng)剛度是在加工表面誤差敏感方向上工藝系統(tǒng)所受外力與變形量之比，用K系統(tǒng)表示。在車削加工中，工藝系統(tǒng)的剛度是指垂直于被

5、加工表面的法向切削分力Fn與工藝系統(tǒng)在Fn方向的位移y之比值， 二單位為N/mm )。根據(jù)變形疊加原理，可導(dǎo)出上一頁下一頁返回5.1 機(jī)械加工精度式中 機(jī)床、工件、刀具、夾具的剛度。1)工件和刀具的剛度。工件和刀具的剛度較小時(shí)，在外力作用下發(fā)生的變形大，對(duì)加工精度的影響較大，其變形量和剛度可按材料力學(xué)中的有關(guān)公式求得。2)接觸剛度。所謂接觸剛度，就是互相接觸的兩表面受力后物體抵抗接觸面上變形的能力。機(jī)床部件和夾具的剛度，在很大程度上取決于接觸剛度。接觸剛度的大小與下列因素有直接的關(guān)系：工件表面的幾何形狀誤差及表面粗糙度。零件表面的力學(xué)性能。零件材料的力學(xué)性能。上一頁下一頁返回5.1 機(jī)械加工精

6、度3)機(jī)床部件的剛度。機(jī)床部件剛度的特征 任何機(jī)床部件在外力作用下所產(chǎn)生的變形，必然都與組成該部件的有關(guān)零件變形以及各相關(guān)零件的接觸變形有關(guān)。其中各相關(guān)零件接觸變形的總量在整個(gè)部件變形中占很大比重，因而對(duì)機(jī)床部件來說，外力與變形之間也是一種非線性函數(shù)關(guān)系。影響機(jī)床部件剛度的因素 影響機(jī)床部件剛度的主要因素有：各配合零件接觸面的接觸變形。部件中薄弱零件的變形。機(jī)床部件中薄弱零件的受力變形對(duì)部件剛度影響很大。如車床刀架部件中的楔鐵長(zhǎng)而薄，剛性差，不平直，使用時(shí)接觸不良，在外力作用下最易變形，使刀架剛度大大降低。有些互配零件裝配質(zhì)量差也會(huì)成為部件的薄弱環(huán)節(jié)，削弱了部件的剛度。上一頁下一頁返回5.1

7、機(jī)械加工精度間隙的影響。部件中各組成零件接觸面之間的間隙都可影響其接觸剛度，這突出表現(xiàn)在切削加工中載荷方向經(jīng)常變化的橙床和銑床上。當(dāng)載荷方向改變時(shí)，間隙引起的位移將影響刀具與零件表面間的準(zhǔn)確位置。摩擦力的影響。部件中各組成零件接觸面間的摩擦力對(duì)接觸剛度的影響，在載荷變動(dòng)時(shí)較為明顯。加載時(shí)，摩擦力阻止變形增加；卻載時(shí)，摩擦力又阻止變形恢復(fù)。由于部件變形的不均勻增減必將反映到工件上，造成對(duì)加工精度的不利影響。機(jī)床部件是由許多零件組裝而成的。由于上述原因存在，機(jī)床部件雖然尺寸很大，但其剛度遠(yuǎn)比實(shí)體件剛度小得多。上一頁下一頁返回5.1 機(jī)械加工精度(2)工藝系統(tǒng)受力變形引起的加工誤差1)受力變形引起加

8、工誤差的幾種形式。在切削過程中受力點(diǎn)位置變化引起的工件形狀誤差。當(dāng)切削力作用在工藝系統(tǒng)不同部位時(shí)，其剛度也因之而不同，由此會(huì)使工件產(chǎn)生形狀誤差。如在車床上加工外圓柱會(huì)產(chǎn)生兩頭大、中間小的馬鞍形誤差。由切削力大小變化引起的誤差誤差復(fù)映。切削加工中，由于毛坯的加工余量不均勻或材料的力學(xué)性能不一致，會(huì)使切削力發(fā)生變化，工藝系統(tǒng)的變形也隨之而變化，從而使毛坯的誤差又部分地復(fù)映到已加工表面上，這種現(xiàn)象稱為誤差復(fù)映(見圖5-2)。上一頁下一頁返回5.1 機(jī)械加工精度切削過程中受力方向變化引起的工件形狀誤差。在車床或磨床類機(jī)床上加工軸類零件時(shí)，常用單爪撥盤帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)。如圖5-3所示，傳動(dòng)力在撥盤的每一轉(zhuǎn)中

9、，經(jīng)常改變方向，其在，y方向的分力有時(shí)和切削力Fy同向，有時(shí)反向，造成工件的圓度誤差。因此，在加工精密零件時(shí)可改用雙爪撥盤或柔性連接裝置帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)。2)減少工藝系統(tǒng)受力變形的主要措施。減少工藝系統(tǒng)受力變形，是機(jī)械加工中保證產(chǎn)品質(zhì)量和提高生產(chǎn)率的主要途徑之一。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況，可采取以下幾方面措施：上一頁下一頁返回5.1 機(jī)械加工精度提高接觸剛度一般部件的剛度都是接觸剛度低于實(shí)體零件的剛度，所以提高接觸剛度是提高工藝系統(tǒng)剛度的關(guān)鍵。常用的方法是改善工藝系統(tǒng)主要零件接觸面的配合精度，如機(jī)床導(dǎo)軌副、錐體與錐孔、頂尖與頂尖孔等配合面采用刮研與研磨，以提高配合表面的形狀精度、減小表面粗糙度值，使實(shí)際接

10、觸面增加，從而有效地提高接觸剛度。提高接觸剛度的另一措施是使接觸面間預(yù)加載荷，這樣可消除配合面的間隙，增加接觸面積，減少受力后的變形量。此措施常用在各類軸承的調(diào)整中。上一頁下一頁返回5.1 機(jī)械加工精度提高工件的剛度、減少受力變形在加工中，由于工件本身的剛度較低，特別是叉架類、細(xì)長(zhǎng)軸類等結(jié)構(gòu)零件，容易變形。在這種情況下，如何提高工件的剛度是提高加工精度的關(guān)鍵。其主要措施是縮小切削力的作用點(diǎn)到支承點(diǎn)之間的距離，以增大工件在切削時(shí)的剛度。圖5-6(a)是車削較長(zhǎng)工件時(shí)采用中心架增加支承以提高工件的剛度。圖5-6 (b)是車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)采用跟刀架增加支承以提高工件的剛度。上一頁下一頁返回5.1 機(jī)械加

11、工精度 提高機(jī)床部件剛度、減少受力變形在切削加工中，有時(shí)機(jī)床部件剛度低，因此引起了變形和振動(dòng)，影響了加工精度和生產(chǎn)率的提高。圖5-7(a)是在轉(zhuǎn)塔車床上采用固定導(dǎo)向支承套，圖5-7(b)是采用轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)向支承套，用加強(qiáng)桿和導(dǎo)向支承套提高部件的剛度。合理裝夾工件、減少夾緊變形加工薄壁工件時(shí)，由于工件剛度低，解決夾緊變形的影響是關(guān)鍵問題之一。在夾緊前，薄壁套的內(nèi)外圓是正圓形，當(dāng)用三爪自定心卡盤夾緊后套筒成三棱形；橙孔后，內(nèi)孔呈正圓形，當(dāng)松開卡爪后，工件由于彈性恢復(fù)，使已橙圓的孔產(chǎn)生三棱形。為了減少加工誤差，應(yīng)使夾緊力均勻分布?？刹捎瞄_口過渡環(huán)或采用專用卡爪，如圖5-8所示。上一頁下一頁返回5.1 機(jī)械

12、加工精度再如磨削薄板工件，當(dāng)磁力將工件吸向磁盤表面時(shí)，工件將產(chǎn)生彈性變形，磨完后，由于彈性恢復(fù)，已磨完的表面又產(chǎn)生翹曲。改進(jìn)的方法是在工件和磁力吸盤之間墊橡皮墊(厚0. 5 mm，如圖5-9所示。工件夾緊時(shí)，橡皮墊被壓縮，可減少工件的變形。再以磨好的表面為定位基準(zhǔn)，磨另一面。這樣，經(jīng)多次正反面交替磨削即可獲得平面度較高的平面。上一頁下一頁返回5.1 機(jī)械加工精度2.工藝系統(tǒng)的受熱變形誤差機(jī)械加工過程中，工藝系統(tǒng)受切削熱、摩擦熱、陽光照射等將產(chǎn)生復(fù)雜的受熱變形，使工件相對(duì)刀具的位置、運(yùn)動(dòng)關(guān)系發(fā)生了變化，從而引起加工誤差。受熱變形誤差對(duì)于精密加工、大型零件加工、自動(dòng)化加工，常常有舉足輕重的影響。據(jù)

13、統(tǒng)計(jì)，在精密加工中由受熱變形引起的加工誤差占總誤差的40%70%。為減少受熱變形對(duì)加工精度的影響，往往先將機(jī)床預(yù)熱，以獲得熱平衡；或降低切削用量以減少切削熱；或?qū)⒋?、精加工分階段進(jìn)行；若機(jī)床某局部(如主軸軸承、液壓系統(tǒng)等)急劇升溫，則不得不停車等待其降溫。所有這些都將使生產(chǎn)率降低。上一頁下一頁返回5.1 機(jī)械加工精度(1)工藝系統(tǒng)的熱源工藝系統(tǒng)在加工過程中的熱源包括內(nèi)部熱源和外部熱源兩部分：內(nèi)部熱源主要是在切削加工中產(chǎn)生的切削熱和具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)零部件之間的摩擦熱。外部熱源是指周圍環(huán)境通過空氣對(duì)流而傳遞的熱量和外部熱源經(jīng)輻射而傳遞的熱量。在上述熱源中，切削熱對(duì)加工精度的影響最為直接，而摩擦熱則是機(jī)

14、床受熱變形的主要熱源，外部熱源主要影響大型和精密工件的加工。切削熱由工件、刀具、機(jī)床、切屑及其他周圍介質(zhì)傳出。就傳遞給工件的熱量而言，車削加工約占10%30%，銑、刨加工約占30 %，鉆削加工約占50 %，而磨削加工則達(dá)80%以上。上一頁下一頁返回5.1 機(jī)械加工精度(2)受熱變形對(duì)加工精度的影響1)機(jī)床受熱變形對(duì)加工精度的影響 由于在熱平衡之前，機(jī)床的幾何精度變化不定，對(duì)加工精度的影響毫無規(guī)律，因此，各項(xiàng)精密加工都必須在機(jī)床熱平衡之后才能進(jìn)行。所以，機(jī)床空運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)到熱平衡所用的時(shí)間及其此時(shí)所能達(dá)到的動(dòng)態(tài)幾何精度就成了衡量精加工機(jī)床質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。一般車床、磨床的熱平衡時(shí)間為46 h；中小型

15、機(jī)床的熱平衡時(shí)間為12h；大型、精密機(jī)床的熱平衡時(shí)間有的甚至為50 h。上一頁下一頁返回5.1 機(jī)械加工精度車床受熱變形引起的加工誤差，如圖5-10所示。它主要表現(xiàn)在主軸系統(tǒng)和導(dǎo)軌這兩大部件上。因主軸發(fā)熱使主軸箱在垂直面和水平面內(nèi)發(fā)生偏移及傾斜；主軸箱的熱量傳給床身，使床身導(dǎo)軌向上凸起，更加劇了主軸的傾斜。2)工件受熱變形對(duì)加工精度的影響 工件主要受切削熱影響而產(chǎn)生變形，對(duì)大型工件或精密工件，外部熱源也不可忽視。由于不同的加工方法、不同的工件材料、結(jié)構(gòu)和尺寸，工件的受熱變形也不相同。上一頁下一頁返回5.1 機(jī)械加工精度 3)刀具受熱變形對(duì)加工精度的影響 刀具的受熱變形主要是由切削熱引起的。雖然

16、大部分的切削熱都被切屑所帶走，傳給刀具的熱量并不多，但因刀體小，熱容也小，而熱量又集中，所以刀具切削表面通常會(huì)達(dá)到很高的溫度。如高速鋼車刀的切削刃部分溫度可達(dá)600左右，其受熱伸長(zhǎng)可達(dá)0. 030. 05mm。因此，刀具的受熱變形不可忽略。上一頁下一頁返回5.1 機(jī)械加工精度(3)減少受熱變形的措施1)減少發(fā)熱、隔離熱源合理選擇切削用量和刀具幾何角度或粗、精加工分開進(jìn)行以減少切削熱；從結(jié)構(gòu)和潤(rùn)滑兩方面采取措施改善摩擦特性以減少摩擦熱；盡可能將機(jī)床中能夠分離的熱源部件，如電動(dòng)機(jī)、變速箱、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等從主機(jī)中分離出去；用隔熱材料將發(fā)熱部件與機(jī)床大件(如床身、立柱等)隔離開來。2)冷卻、通風(fēng)

17、、散熱采用噴霧或大流量冷卻是減少工件和刀具變形的有力措施。大型數(shù)控機(jī)床和加工中心普遍采用冷凍機(jī)對(duì)潤(rùn)滑油和切削液強(qiáng)制冷卻，以提高冷卻效果。加強(qiáng)通風(fēng)散熱，在熱源處加風(fēng)扇、散熱片、通風(fēng)窗口等。上一頁下一頁返回5.1 機(jī)械加工精度3)均衡溫度場(chǎng)將熱量有意識(shí)地從高溫區(qū)導(dǎo)向低溫區(qū)以補(bǔ)償溫度場(chǎng)的不對(duì)稱性。4)加速熱平衡熱平衡后，變形趨于穩(wěn)定，對(duì)加工精度影響小，精密零件應(yīng)待熱平衡后再進(jìn)行加工，且應(yīng)連續(xù)加工完畢。但大型機(jī)床熱平衡時(shí)間很長(zhǎng)，可采用以下兩種方法加速其熱平衡：一是在加工前高速空轉(zhuǎn)，使機(jī)床在較短時(shí)間達(dá)到熱平衡；二是在機(jī)床適當(dāng)部位設(shè)“控制熱源”，人為地給機(jī)床加熱，使其較快地達(dá)到熱平衡狀態(tài)。5)控制環(huán)境溫度

18、根據(jù)一晝夜氣溫的變化規(guī)律，晚上10時(shí)至翌晨6時(shí)溫度變化最小，可將精度要求較高的零件放在這段時(shí)間內(nèi)進(jìn)行加工與測(cè)量。精密機(jī)床應(yīng)安放在恒溫車間中使用。恒溫指標(biāo)有兩項(xiàng)： 上一頁下一頁返回5.1 機(jī)械加工精度恒溫基數(shù)，即恒溫車間或恒溫室中空氣的平均溫度，一般取20 恒溫精度，即平均溫度的允許偏差，普通精度級(jí)在士1內(nèi)，精密級(jí)為士0. 5 ，超精密級(jí)為士0.01 。應(yīng)根據(jù)不同地區(qū)、不同季節(jié)采用“按季節(jié)調(diào)溫”的方式，比如冬季恒溫基數(shù)取17 ，夏季取23 ，春秋季取20 。3.工藝系統(tǒng)的幾何誤差(1)機(jī)床的幾何誤差 機(jī)床的幾何誤差包括三個(gè)方面：機(jī)床的制造誤差、安裝誤差和使用的磨損。它們總是不同程度地反映到工件上

19、去，影響工件的加工精度。其中對(duì)加工精度影響較大的是機(jī)床的制造誤差，包括主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差、機(jī)床導(dǎo)軌誤差和機(jī)床傳動(dòng)鏈傳動(dòng)誤差。上一頁下一頁返回5.1 機(jī)械加工精度主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差機(jī)床主軸是確定工件或刀具位置和運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)，它的誤差可直接影響工件的加工精度，尤其是在精加工時(shí)，機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)誤差往往是影響工件圓度的主要因素。如坐標(biāo)橙床、精密車床、精密磨床等精密機(jī)床，要求其主軸有較高的回轉(zhuǎn)精度，才能加工出高精度的工件。所謂主軸的回轉(zhuǎn)精度，是指主軸的實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線相對(duì)其平均回轉(zhuǎn)軸線(實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線的對(duì)稱中心)，在規(guī)定測(cè)量平面內(nèi)的變動(dòng)量。變動(dòng)量越小，主軸回轉(zhuǎn)精度就越高；反之就越低。機(jī)床導(dǎo)軌誤差機(jī)床導(dǎo)軌副是實(shí)現(xiàn)直線

20、運(yùn)動(dòng)的主要部件，其制造和裝配精度都是影響直線運(yùn)動(dòng)精度的主要因素，都可直接影響工件的加工質(zhì)量。上一頁下一頁返回5.1 機(jī)械加工精度機(jī)床傳動(dòng)鏈傳動(dòng)誤差在螺紋加工或用展成法加工齒輪等工件時(shí)，為保證加工精度，要求工件和刀具間必須有確定的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。例如，車削螺紋時(shí)，要求工件旋轉(zhuǎn)一周刀具沿軸向移動(dòng)一個(gè)導(dǎo)程，因此，刀具與工件之間必須采用內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈才能保證傳動(dòng)精度。所謂機(jī)床傳動(dòng)鏈傳動(dòng)誤差，就是指內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈?zhǔn)寄﹥啥藗鲃?dòng)元件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的誤差。它是加工螺紋和用展成法加工時(shí)影響加工精度的主要因素之一。機(jī)床傳動(dòng)鏈傳動(dòng)誤差主要是由于傳動(dòng)鏈中各傳動(dòng)元件(如齒輪、蝸桿、蝸輪、螺母、絲杠)的制造誤差、裝配誤差和磨損等引起的

21、。一般可用傳動(dòng)鏈末端件的轉(zhuǎn)角誤差來衡量，因此各元件在傳動(dòng)鏈中的位置不同，其影響程度也不一樣。例如，傳動(dòng)鏈?zhǔn)巧賯鲃?dòng)，則傳動(dòng)元件的轉(zhuǎn)角誤差被擴(kuò)大；反之，則轉(zhuǎn)角誤差縮小。在一般的傳動(dòng)鏈中，末端件的誤差影響最大，所以，對(duì)傳動(dòng)鏈末端件(如螺紋加工機(jī)床的絲杠、滾齒機(jī)的分度蝸輪)的精度要求最高。上一頁下一頁返回5.1 機(jī)械加工精度(2)加工原理誤差 加工原理誤差是采用了近似的成形運(yùn)動(dòng)或近似的刀刃輪廓進(jìn)行加工產(chǎn)生的誤差。如車削模數(shù)蝸桿時(shí)，由于蝸桿的螺距等于蝸輪的周節(jié)以近似的分?jǐn)?shù)值計(jì)算，這樣就會(huì)引起刀具相對(duì)工件的成形運(yùn)動(dòng)(螺旋運(yùn)動(dòng))不準(zhǔn)確，造成螺距誤差。但是這種螺距誤差可通過配換齒輪的合理選配而減小。滾齒加工

22、用的齒輪滾刀有兩種誤差：一是刀刃齒廓近似造形產(chǎn)生的誤差，例如采用阿基米德基本蝸桿或法向直廓蝸桿代替漸開線基本蝸桿產(chǎn)生的誤差；二是由于滾刀刃齒數(shù)有限，實(shí)際上加工出的齒形是一條折線，和理論上光滑的漸開線有差異，這些都會(huì)產(chǎn)生加工原理誤差。上一頁下一頁返回5.1 機(jī)械加工精度采用近似的成形運(yùn)動(dòng)或近似刀刃輪廓雖然都會(huì)帶來加工原理誤差，但往往可簡(jiǎn)化機(jī)床或刀具的結(jié)構(gòu)，有時(shí)反而可以得到高的加工精度，并能提高生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性。因此，只要其誤差不超過規(guī)定的精度要求，在生產(chǎn)中仍能得到廣泛的應(yīng)用。(3)工藝系統(tǒng)的其他幾何誤差 刀具誤差刀具誤差對(duì)加工精度的影響應(yīng)根據(jù)刀具類型的不同進(jìn)行具體分析。 一般刀具(如普通車刀、絞刀

23、、單刃拉刀和平面銑刀等)的制造誤差對(duì)工件加工精度沒有直接影響。定尺寸刀具(如鉆頭、鉸刀、拉刀、鍵槽銑刀、浮動(dòng)鏜刀塊等)的制造誤差可直接影響加工工件的尺寸精度。刀具的安裝及使用不當(dāng)將產(chǎn)生跳動(dòng)，也會(huì)影響加工精度。上一頁下一頁返回5.1 機(jī)械加工精度使用成形刀具(如成形車刀、成形銑刀、成形砂輪等)加工時(shí)，被加工表面的幾何形狀精度，直接取決于刀具廊形的形狀精度和安裝精度。夾具誤差?yuàn)A具誤差主要影響工件的位置精度，其是由下列三方面原因引起的：a.夾具的定位元件、刀具導(dǎo)向元件、對(duì)刀元件、夾具體等主要元件的制造誤差。b.夾具裝配后，各主要元件之間以及夾具的定位元件工作面與夾具在機(jī)床上的定位面之間的尺寸誤差和位

24、置誤差。上一頁下一頁返回5.1 機(jī)械加工精度C.夾具在使用過程中其工作表面被磨損。工件裝夾誤差 工件的裝夾有兩種方法：一種是采用夾具裝夾工件，其誤差包括工件的定位誤差、夾緊誤差及夾具在機(jī)床上的安裝誤差；另一種是將元件直接裝夾在機(jī)床的工作臺(tái)上，其誤差的大小取決于工件定位基準(zhǔn)的選擇、安裝中的測(cè)量誤差及夾緊誤差等測(cè)量誤差 在加工過程中，需要用各種量具、量?jī)x等進(jìn)行檢驗(yàn)測(cè)量，再根據(jù)測(cè)量結(jié)果對(duì)工件進(jìn)行試切或調(diào)整機(jī)床。由于量具本身的制造誤差，測(cè)量時(shí)的接觸力、溫度、目測(cè)正確程度等產(chǎn)生的誤差，稱為測(cè)量誤差。上一頁下一頁返回5.1 機(jī)械加工精度調(diào)整誤差 調(diào)整誤差是由于工藝系統(tǒng)沒有調(diào)整到正確位置而產(chǎn)生的加工誤差。例

25、如在外圓磨床上用偏轉(zhuǎn)工作臺(tái)相對(duì)于砂輪軸線的運(yùn)動(dòng)方向來磨削圓錐面時(shí)，因工作臺(tái)位置的調(diào)整不可能絕對(duì)準(zhǔn)確，于是引起已加工表面的錐度出現(xiàn)加工誤差。上一頁返回5.2 誤差統(tǒng)計(jì)分析方法及提高加工精度的措施5.2.1 加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析方法在生產(chǎn)中，加工精度通常受多種原始誤差的影響，僅用單因素分析方法往往不能解決實(shí)際問題。因此，需要用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行綜合分析，從而找出解決問題的途徑。在實(shí)際生產(chǎn)中，影響加工精度的因素往往是錯(cuò)綜復(fù)雜的，并且常常帶有隨機(jī)性，有時(shí)很難用單因素的估算方法來分析其因果關(guān)系，也無法憑一個(gè)零件去推斷整批零件的誤差情況。這就要求人們應(yīng)以整體為對(duì)象來進(jìn)行綜合分析，找出影響加工精度的主要原因，

26、提出解決問題的具體方法。下一頁返回5.2 誤差統(tǒng)計(jì)分析方法及提高加工精度的措施1.加工誤差的性質(zhì) 各種加工誤差根據(jù)其在一批零件中出現(xiàn)規(guī)律的不同，可分為系統(tǒng)性誤差和隨機(jī)誤差兩大類。 (1)系統(tǒng)性誤差大小和方向已經(jīng)確定的誤差，稱為系統(tǒng)性誤差。例如機(jī)床、夾具和刀具的制造誤差、原理誤差、調(diào)整誤差，均屬于系統(tǒng)性誤差。系統(tǒng)性誤差又可分為以下兩種：常值系統(tǒng)性誤差誤差的大小和方向始終保持不變或基本不變，稱為常值系統(tǒng)性誤差。上一頁下一頁返回5.2 誤差統(tǒng)計(jì)分析方法及提高加工精度的措施變值系統(tǒng)性誤差誤差的大小和方向按照一定的規(guī)律變化，稱為變值系統(tǒng)性誤差。該項(xiàng)誤差還可細(xì)分為線性變值誤差和非線性變值誤差。如刀具在正常

27、磨損時(shí)，其磨損值與時(shí)間為線性關(guān)系，所以它是線性變值誤差；而刀具受熱伸長(zhǎng)時(shí)，其伸長(zhǎng)量與時(shí)間為指數(shù)關(guān)系，所以它是非線性誤差。原理誤差，機(jī)床、刀具、夾具的制造誤差，調(diào)整誤差，工藝系統(tǒng)的受力變形等都屬于常值系統(tǒng)性誤差。機(jī)床和刀具的受熱變形，刀具的磨損等都屬于變值系統(tǒng)性誤差。(2)隨機(jī)誤差(偶然性誤差)大小或方向沒有任何規(guī)律性的誤差，稱為隨機(jī)誤差。例如毛坯的誤差復(fù)映、夾緊誤差，內(nèi)應(yīng)力引起的變形等都屬于隨機(jī)誤差。上一頁下一頁返回5.2 誤差統(tǒng)計(jì)分析方法及提高加工精度的措施2.加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析(1)分布曲線法1)實(shí)際分布曲線。加工同一批工件時(shí)，由于各種誤差因素的影響，加工尺寸或偏差總是在一定范圍內(nèi)變動(dòng)，這

28、種現(xiàn)象稱為尺寸分散，其中最大尺寸與最小尺寸之差稱為分散范圍。為了了解加工誤差的變化規(guī)律，有必要畫出加工尺寸的實(shí)際分布曲線圖，其具體步驟如下：取樣 在同一批工件中抽取一定數(shù)目的工件作為樣本，其數(shù)目一般不少于50件。樣本中的最大值為 ，最小值為 。上一頁下一頁返回5.2 誤差統(tǒng)計(jì)分析方法及提高加工精度的措施分組 確定分組數(shù)K，可按表5-1選擇；計(jì)算組距矗，其公式為 ；計(jì)算各組上下界限值；計(jì)算各組中心值。統(tǒng)計(jì)頻數(shù)、計(jì)算頻率統(tǒng)計(jì)每個(gè)組中的工件數(shù)目頻數(shù)m，計(jì)算頻數(shù)m與樣本總數(shù)，之比頻率(在概率統(tǒng)計(jì)學(xué)中將頻率的穩(wěn)定值定義為概率)，并將上一項(xiàng)和本項(xiàng)內(nèi)容整理成表。作圖以每個(gè)組的中心值為橫坐標(biāo)，以每個(gè)組內(nèi)的頻數(shù)

29、(頻率)為縱坐標(biāo)描點(diǎn)，用連線將各點(diǎn)依次連接起來就成了分布折線圖。若再以橫坐標(biāo)上每個(gè)組距為底、以每個(gè)組內(nèi)的頻數(shù)(頻率)為高畫出一個(gè)個(gè)連成一體的矩形，就成了直方圖。上一頁下一頁返回5.2 誤差統(tǒng)計(jì)分析方法及提高加工精度的措施現(xiàn)以軸套鎖孔 為例。抽取100件將其分為8組，組距h = 0. 002 mm，按不同尺寸將工件分組，統(tǒng)計(jì)列于表5 -2。根據(jù)表5-2數(shù)據(jù)，以每組工件尺寸的中間值(中值)為橫坐標(biāo)，頻數(shù)(頻率)為縱坐標(biāo)，將各組的頻率畫在圖上，就得到相應(yīng)的一些點(diǎn)，連接起來便可得出實(shí)際分布曲線圖，如圖5-13所示。上一頁下一頁返回5.2 誤差統(tǒng)計(jì)分析方法及提高加工精度的措施2)理論分布曲線。由概率論可

30、知，相互獨(dú)立的大量微小隨機(jī)變量，其總和的分布是符合正態(tài)分布的。在機(jī)械加工中，用調(diào)整法加工同一批零件，其尺寸誤差是由許多相互獨(dú)立的隨機(jī)誤差綜合作用的結(jié)果。如果是在正常的加工狀態(tài)下，即在沒有某種占優(yōu)勢(shì)的因素影響下完成加工，則加工后零件的尺寸將近似于正態(tài)分布(圖5-14)。正態(tài)分布曲線的數(shù)學(xué)方程為：上一頁下一頁返回5.2 誤差統(tǒng)計(jì)分析方法及提高加工精度的措施式中：y零件尺寸x的概率密度； x樣件尺寸，mm； 一批工件的平均尺寸，且 一批零件的數(shù)量； 一批零件的均方根偏差，上一頁下一頁返回5.2 誤差統(tǒng)計(jì)分析方法及提高加工精度的措施3)正態(tài)分布曲線的應(yīng)用。判斷某工序能力能否滿足加工精度要求工序能力是指

31、工序處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)加工誤差正常波動(dòng)的范圍，即是 。以工序能力系數(shù) ，表示工序能力的等級(jí)，它代表工序能力滿足加工精度要求的程度。當(dāng)工序處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，工序能力系數(shù)( ，其中T為工件尺寸公差，單位為mm。一般情況下， 值應(yīng)大于1。當(dāng) 小于1時(shí)工序能力差，廢品率高魷值愈大，工序能力愈強(qiáng)，產(chǎn)品合格率也愈高，但生產(chǎn)成本相應(yīng)地也增加。故在選擇工序時(shí)，工序能力應(yīng)適當(dāng)。上一頁下一頁返回5.2 誤差統(tǒng)計(jì)分析方法及提高加工精度的措施判斷加工誤差的性質(zhì)如果實(shí)際分布曲線與正態(tài)分布曲線基本相符，則說明加工中無變值系統(tǒng)性誤差，再根據(jù)算術(shù)平均值與公差帶中心是否重合，來判別是否有常值系統(tǒng)性誤差。若實(shí)際分布曲線不符合正態(tài)分布，

32、則可根據(jù)實(shí)際分布圖形，初步判斷是什么類型的變值系統(tǒng)性誤差。估算工件的合格率與廢品率分布曲線與橫坐標(biāo)所包圍的面積代表一批工件的總數(shù)，如果尺寸分散范圍大于工件的公差，將有廢品產(chǎn)生。其中在公差帶以內(nèi)的面積，代表合格的數(shù)量；在公差帶以外的面積代表廢品的數(shù)量，包括可以返修的和不可返修的工件之和。上一頁下一頁返回5.2 誤差統(tǒng)計(jì)分析方法及提高加工精度的措施(2)點(diǎn)圖法在加工過程中按工件加工順序，定期對(duì)工件進(jìn)行抽樣檢測(cè)，作出加工尺寸隨時(shí)間(或加工順序)的變化圖，稱之為點(diǎn)圖。1)點(diǎn)圖的形式。個(gè)值點(diǎn)圖按加工順序逐個(gè)側(cè)量同一批工件的尺寸，將它記錄在以工件順序號(hào)為橫坐標(biāo)、工件尺寸(或誤差)為縱坐標(biāo)的圖上，就成了個(gè)值

33、點(diǎn)圖(圖5-16)。該圖反映了每個(gè)工件的尺寸(或誤差)隨時(shí)間變化的關(guān)系，但圖幅太長(zhǎng)，生產(chǎn)中使用較少。x-R點(diǎn)圖(平均值一極差點(diǎn)圖)由要點(diǎn)圖和R點(diǎn)圖聯(lián)系在一起組成的：x-R點(diǎn)圖，是目前使用最廣的一種點(diǎn)圖(圖5-17)。上一頁下一頁返回5.2 誤差統(tǒng)計(jì)分析方法及提高加工精度的措施2)點(diǎn)圖法的應(yīng)用。觀察加工中的常值系統(tǒng)性誤差、變值系統(tǒng)性誤差和隨機(jī)誤差的大小及變化趨勢(shì)。根據(jù)其變化趨勢(shì)，或維持工藝過程現(xiàn)狀不變，或中止加工采取相應(yīng)的補(bǔ)償與調(diào)整措施。判別工藝過程穩(wěn)定性。由于加工時(shí)各種誤差的存在，點(diǎn)圖上的點(diǎn)子總是上下波動(dòng)的。如果加工過程主要受隨機(jī)誤差的影響，這種波動(dòng)幅度一般不大，屬正常波動(dòng)。這時(shí)質(zhì)量穩(wěn)定，是穩(wěn)

34、定的工藝過程；如果加工過程除了隨機(jī)誤差外還有其他誤差因素的影響，使得點(diǎn)圖有明顯的上升或下降趨勢(shì)，或者波動(dòng)幅度很大，這就屬于異常波動(dòng)，質(zhì)量不穩(wěn)定。此時(shí)的工藝過程則是不穩(wěn)定的工藝過程。上一頁下一頁返回5.2 誤差統(tǒng)計(jì)分析方法及提高加工精度的措施為判斷工藝過程是否穩(wěn)定，須在：x-R點(diǎn)圖上標(biāo)出中心線及上下控制線，其計(jì)算公式為：控制圖中心線：控制圖中心線：控制圖上控制線：控制圖下控制線：控制圖上控制線：控制圖下控制線：式中A、D1見表5-3。上一頁下一頁返回5.2 誤差統(tǒng)計(jì)分析方法及提高加工精度的措施5.2.2 提高機(jī)械加工精度的工藝措施1.誤差補(bǔ)償法誤差補(bǔ)償法就是人為地造出一種新的原始誤差，去抵消原來

35、工藝系統(tǒng)中固有的原始誤差，從而減少加工誤差、提高加工精度的方法。在實(shí)際生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用了以誤差補(bǔ)償原理來消除傳動(dòng)鏈傳動(dòng)誤差的方法。圖5-18為螺紋加工校正裝置：當(dāng)?shù)都芸v向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)，由校正尺工作表面使杠桿產(chǎn)生位移并使絲杠螺母產(chǎn)生附加轉(zhuǎn)動(dòng)在圖5-19的立軸六角車床中(即誤差的大小相等、方向相反而補(bǔ)償了螺距誤差)，從而使車刀恢復(fù)到要求的進(jìn)給速度。上一頁下一頁返回5.2 誤差統(tǒng)計(jì)分析方法及提高加工精度的措施2.誤差分組法在生產(chǎn)中會(huì)遇到這種情況：本工序的加工精度是穩(wěn)定的，工序能力也足夠，但毛坯或上道工序加工的半成品精度太低、引起定位誤差過大，因而不能保證加工精度。如要求提高毛坯精度或上道工序加工精度，往

36、往是不經(jīng)濟(jì)的。這時(shí)，可采用誤差分組法，把毛坯(或上道工序)尺寸按誤差大小分為n組，每組毛坯的誤差就縮小為原來的1/n，然后按各組分別調(diào)整刀具與工件的相對(duì)位置或調(diào)整定位元件，就可大大縮小整批工件的尺寸分散范圍。此外，為提高配合件的配合精度也可采用分組裝配法。上一頁下一頁返回5.2 誤差統(tǒng)計(jì)分析方法及提高加工精度的措施3.直接消除誤差法直接消除誤差法是生產(chǎn)中應(yīng)用較廣的一種基本方法。這種方法是在查明產(chǎn)生加工誤差的主要因素后，采取各種工藝措施直接消除全部或部分誤差產(chǎn)生的影響。例如，頂兩頭裝夾車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，產(chǎn)生加工誤差的主要因素有：細(xì)長(zhǎng)軸的剛性差，由于切削力和重力的作用，容易彎曲變形并產(chǎn)生振動(dòng)。軸向線性

37、尺寸長(zhǎng)，在切削熱的作用下，會(huì)產(chǎn)生較大的線膨脹而彎曲。由于一次走刀時(shí)間長(zhǎng)，刀具磨損對(duì)工件形狀誤差有較大的影響。上一頁下一頁返回5.2 誤差統(tǒng)計(jì)分析方法及提高加工精度的措施4.誤差轉(zhuǎn)移法誤差轉(zhuǎn)移法實(shí)質(zhì)上就是將工藝系統(tǒng)的幾何誤差、受力變形和熱變形等產(chǎn)生的誤差轉(zhuǎn)移到不影響加工精度的方向去。例如，在圖5-19的立軸六角車床中，對(duì)于有分度或轉(zhuǎn)位的多工位加工工序或采用轉(zhuǎn)位刀架加工的工序，其分度、轉(zhuǎn)位誤差較大，若將刀具安裝在水平位置，則換刀加工時(shí)，其較大的轉(zhuǎn)位誤差將直接影響零件有關(guān)表面的加工精度。若將刀具安裝到定位的非敏感方向(即垂直方向)，則可大大減少其影響，減少加工誤差的產(chǎn)生，提高加工精度。上一頁下一頁返

38、回5.2 誤差統(tǒng)計(jì)分析方法及提高加工精度的措施5.就地加工法在機(jī)械加工和裝配工作中，如果只考慮提高零部件的裝配精度時(shí)，常采用就地加工法。例如，組裝萬能銑床時(shí)，為了保證刀柄支架錐孔對(duì)主軸軸線的同軸度要求，可采用專用工具安裝在銑床的主軸上對(duì)自身支架錐孔進(jìn)行就地加工，如圖5-20所示。專用工具由刀柄3、刀柄體2和傳動(dòng)架1組成。上一頁返回5.3 機(jī)械加工表面質(zhì)量5.3.1 表面層的力學(xué)性能加工表面層的力學(xué)性能的變化主要有以下三方面內(nèi)容。1.加工表面的冷作硬化它是指工件經(jīng)機(jī)械加工后表面層的強(qiáng)度、硬度有提高的現(xiàn)象，也稱為表面層的冷硬或強(qiáng)化。通常以冷硬層深度h，表面層的顯微硬度H以及硬化程度N表示。2.加工

39、表面層的金相組織變化機(jī)械加工(特別是磨削)中的高溫使工件表層金屬的金相組織發(fā)生了變化，大大降低了零件的使用性能。 3.加工表面層的殘余應(yīng)力指機(jī)械加工中工件表面層所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力(拉應(yīng)力和壓應(yīng)力)。它對(duì)零件使用性能影響的大小取決于它的方向、大小和分布狀況。下一頁返回5.3 機(jī)械加工表面質(zhì)量5.3.2 表面的幾何特性 1.表面粗糙度表面粗糙度是指加工表面微觀幾何形狀的尺寸特征。在圖5-21 (a)中，Ra表示表面粗糙度輪廓算術(shù)平均偏差，其波長(zhǎng)與波高的比值一般小于50。2.表面波度表面波度是介于宏觀幾何形狀誤差(形)與微觀幾何形狀誤差(即表面粗糙度)之間的周期性幾何形狀誤差。在圖5-21 (b)中，

40、A表示波度的高度。表面波度通常是由于加下過程中工藝系統(tǒng)的低頻振動(dòng)所造成，其波長(zhǎng)與波高的比值一般為501 000 。上一頁下一頁返回5.3 機(jī)械加工表面質(zhì)量5.3.3 表面質(zhì)量對(duì)機(jī)器使用性能的影響 在零件的機(jī)械加工中，加工表面產(chǎn)生的表面微觀幾何形狀誤差和表面層物理力學(xué)性能的變化，雖然只產(chǎn)生在很薄的表面層，但它們都影響著機(jī)器零件的使用性能，從而進(jìn)一步影響機(jī)器的使用性能和使用壽命。1.表面質(zhì)量對(duì)零件抗腐蝕性能的影響零件在潮濕的空氣中或在腐蝕性介質(zhì)中工作時(shí)，會(huì)發(fā)生化學(xué)腐蝕或電化學(xué)腐蝕。零件的抗腐蝕性在很大程度上取決于表面粗糙度。因?yàn)椋g介質(zhì)一般在表面粗糙度凹谷處，特別是在表面裂紋中的作用最嚴(yán)重，腐蝕

41、的過程往往是通過凹谷處的微小裂紋向金屬內(nèi)部進(jìn)行的。因此，表面粗糙度值越大，就越容易被腐蝕。上一頁下一頁返回5.3 機(jī)械加工表面質(zhì)量2.表面質(zhì)量對(duì)配合性能的影響相配零件間的配合性能是用過盈量或間隙值來表示的。由于表面微觀不平度的存在，使實(shí)際上的有效過盈量或有效間隙值發(fā)生改變，因此必然要影響到它們的實(shí)際配合性能與配合精度。對(duì)間隙配合而言，表面粗糙度值太大，會(huì)使配合件很快磨損而增大配合間隙，改變配合性能，降低配合精度，特別對(duì)于氣壓系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)的元件，會(huì)使泄漏量增大。對(duì)過盈配合而言，其配合表面的凸峰被擠平，減小了實(shí)際過盈量，降低連接強(qiáng)度，影響了配合的可靠性。表面殘余應(yīng)力會(huì)引起零件變形，使零件形狀和尺

42、寸發(fā)生變化，因此對(duì)配合性能也有一定的影響。上一頁下一頁返回5.3 機(jī)械加工表面質(zhì)量3.表面質(zhì)量對(duì)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(rùn)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了。 零件的磨損過程，通常分為三個(gè)階段，如圖5-22所示。上一頁下一頁返回5.3 機(jī)械加工表面質(zhì)量 第I階段稱為初期磨損階段(也稱為跑合階段)，由于互相接觸的零件表面一開始只是在兩表面凸峰頂部接觸，實(shí)際的接觸面積只是名義接觸面積的一小部分。當(dāng)零件受力時(shí)，凸峰接觸部分將產(chǎn)生很大的壓強(qiáng)，因此磨損非常顯著。經(jīng)過初期磨損之后，兩表面的接觸面積增大，磨損變緩，此時(shí)進(jìn)人磨損的第II階

43、段，即正常磨損階段。第II階段零件的耐磨性最好，持續(xù)的時(shí)間也較長(zhǎng)。最后，由于凸峰被磨平，表面粗糙度值變得非常小，不利于潤(rùn)滑油的貯存，且使接觸表面之間的分子親和力增大，甚至產(chǎn)生分子粘合，使摩擦阻力增大，從而進(jìn)人磨損的第III階段，即急劇磨損階段。表面粗糙度值小，零件間的接觸面積大，耐磨性就高。但表面粗糙度值太小，不利于潤(rùn)滑油貯存，變成干摩擦，使耐磨性下降。所以并不是表面粗糙度值越小就越耐磨。上一頁下一頁返回5.3 機(jī)械加工表面質(zhì)量4.表面質(zhì)量對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響在交變載荷作用下，零件表面微觀不平的凹谷、劃痕等缺陷，由于應(yīng)力集中而發(fā)展成疲勞裂紋。表面越粗糙，應(yīng)力集中就越嚴(yán)重。在零件的應(yīng)力集中區(qū)，表

44、面粗糙度對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響非常大，如材料為40CrNiMoA鋼的軸，經(jīng)熱處理后硬度為300320 HBS，軸上d=5的橫孔，若用砂紙將孔邊拋光，其疲勞強(qiáng)度可提高30%。因此，對(duì)于重要零件表面，如連桿、曲軸等，應(yīng)進(jìn)行光整加工，減小表面粗糙度值，以提高其疲勞強(qiáng)高。冷作硬化對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響也很大，它能阻礙表層疲勞裂紋的出現(xiàn)，從而使零件疲勞強(qiáng)度提高。但冷作硬化過大，反而易于產(chǎn)生裂紋。所以，冷作硬化程度與硬化深度應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi)。上一頁下一頁返回5.3 機(jī)械加工表面質(zhì)量5.3.4 影響機(jī)械加工表面質(zhì)量的因素及提高機(jī)械加工表面質(zhì)量的工藝措施 1.影響零件表面層物理力學(xué)性能的因素及提高機(jī)械加工表面質(zhì)量的工

45、藝措施(1)表面層的加工硬化 在切削加工過程中，若加工表面層產(chǎn)生的塑性變形使晶體問產(chǎn)生剪切滑移，晶格嚴(yán)重扭曲，并產(chǎn)生晶粒的拉長(zhǎng)、破碎和纖維化，引起表面層的強(qiáng)度和硬度提高的現(xiàn)象，稱為加工硬化。上一頁下一頁返回5.3 機(jī)械加工表面質(zhì)量表面層的硬化程度取決于產(chǎn)生塑性變形的力及變形時(shí)的溫度。力越大，塑性變形就越大，產(chǎn)生的硬化程度也越大。變形速度越大，塑性變形越不充分，產(chǎn)生的硬化程度也就相應(yīng)減小。變形時(shí)的溫度影響塑性變形程度，溫度高則硬化程度減小。用各種機(jī)械加工方法加工鋼件后表面層的硬化情況見表5-4。(2)表面層金相組織變化磨削燒傷 金相組織變化與磨削燒傷的產(chǎn)生。機(jī)械加工過程中，在工件的加工區(qū)及其鄰近

46、區(qū)域?qū)a(chǎn)生一定的溫升。當(dāng)溫度超過金相組織變化的臨界點(diǎn)時(shí)，金相組織就會(huì)發(fā)生變化。磨削加工的切削熱比一般切削方法要大幾十倍，工件非常易于達(dá)到相變點(diǎn)。磨削淬火鋼時(shí)，在工件表面層上形成的瞬時(shí)高溫將使金屬產(chǎn)生以下三種金相組織變化：上一頁下一頁返回5.3 機(jī)械加工表面質(zhì)量如果工件表面層溫度超過AC3線時(shí)(一般中碳鋼為720oC)，則馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，表面硬度急劇下降，此時(shí)工件表層被退火，這種現(xiàn)象稱為退火燒傷。干磨時(shí)很容易產(chǎn)生退火燒傷。如果工件表面層溫度超過AC3線時(shí)，馬氏體將轉(zhuǎn)變成奧氏體。若此時(shí)有充分的卻削液，則表層將速冷形成二次淬火馬氏體，硬度比回火馬氏體高。二次淬火馬氏體很薄，只有幾微米厚，其下為硬

47、度較低的回火索氏體和屈氏體。由于二次淬火層極薄，表面層總的硬度是降低的。這種現(xiàn)象稱為淬火燒傷。上一頁下一頁返回5.3 機(jī)械加工表面質(zhì)量如果工件表面層溫度未超過AC3線時(shí)，但超過馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度(一般中碳鋼為300oC)，馬氏體將轉(zhuǎn)變?yōu)橛捕容^低的回火屈氏體或索氏體，這種現(xiàn)象稱為回火燒傷。嚴(yán)重的磨削燒傷使工件表層硬度下降，產(chǎn)生裂紋，可使零件的使用壽命成倍下降，有時(shí)甚至根本無法使用。工件磨削出現(xiàn)的燒傷使工件表面在瞬時(shí)高溫下產(chǎn)生黃、褐、紫、青等顏色。上一頁下一頁返回5.3 機(jī)械加工表面質(zhì)量 (3)表面層殘余應(yīng)力 1)表面層殘余應(yīng)力的產(chǎn)生在沒有外力的情況下，工件表面層與基本材料的交界處所產(chǎn)生的互相平衡的

48、應(yīng)力，稱為表面層殘余應(yīng)力。產(chǎn)生表面殘余應(yīng)力的原因有以下三種：冷態(tài)塑性變形引起的殘余應(yīng)力 在切削力作用下，已加工表面受到強(qiáng)烈的塑性變形，使表面層金屬體積發(fā)生變化，此時(shí)，基體金屬受到影響而處于彈性變形狀態(tài)。切削力消除后，基體金屬趨向恢復(fù)，但受到已產(chǎn)生塑性變形的表面層的限制恢復(fù)不到原狀，因而在表面層產(chǎn)生殘余應(yīng)力。一般地說，表面層在切削時(shí)受刀具后面的擠壓和摩擦影響，使表面層產(chǎn)生伸長(zhǎng)塑性變形并受到基體材料的限制而產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。上一頁下一頁返回5.3 機(jī)械加工表面質(zhì)量熱態(tài)塑性變形引起的殘余應(yīng)力 工件被加工表面在切削熱磨削作用下產(chǎn)生熱膨脹，此時(shí)基體金屬溫度較低，使表層產(chǎn)生熱壓應(yīng)力。當(dāng)切削過程結(jié)束時(shí)，表面溫

49、度下降，由于表層的冷卻收縮受到基體的限制，故而產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。磨削溫度越高，熱塑性變形就越大，殘余拉應(yīng)力也越大，有時(shí)甚至使工件表面產(chǎn)生裂紋。上一頁下一頁返回5.3 機(jī)械加工表面質(zhì)量2)影響表面殘余應(yīng)力及磨削裂紋的主要因素 由前述知，機(jī)械加工后表面層的殘余應(yīng)力是由冷態(tài)塑性變形、熱態(tài)塑性變形和金相組織變化這三方面原因引起的綜合結(jié)果。在一定條件下，其中某一種或兩種原因可能起主導(dǎo)作用。一般磨削時(shí)，熱態(tài)塑性變形和金相組織變化占主導(dǎo)地位，即磨削中起主導(dǎo)作用的是“熱”。由于“熱”引起的殘余拉壓力、表面燒傷、硬度下降等對(duì)零件使用性能造成的危害很大。工件材料也是影響磨削裂紋的一個(gè)重要因素。磨削導(dǎo)熱性能差的高強(qiáng)度

50、合金鋼，表面易產(chǎn)生裂紋。磨削硬質(zhì)合金時(shí)，由于它的脆性大、抗拉強(qiáng)度低而且導(dǎo)熱性不好，因此極易產(chǎn)生裂紋(若用金剛石砂輪磨削就好得多)。磨削碳鋼時(shí)，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高就越容易產(chǎn)生裂紋。當(dāng)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0. 7%時(shí)，幾乎不產(chǎn)生裂紋。上一頁下一頁返回5.3 機(jī)械加工表面質(zhì)量熱處理方法對(duì)磨削裂紋的產(chǎn)生也有一定影響。磨削淬火鋼時(shí)，由于晶界脆弱，容易產(chǎn)生裂紋。滲碳鋼和滲氮鋼受溫度影響易在晶界面析出脆性碳化物和氮化物，故磨削時(shí)易出現(xiàn)網(wǎng)狀裂紋。2.影響表面粗糙度的工藝因素及提高機(jī)械加工表面質(zhì)量的工藝措施影響表面粗糙度的因素可以分為三類：(1)與工件材質(zhì)相關(guān)的因素包括材料的塑性、金相組織等。一般地講，工件材料的塑性越大，就越不容易得到較小的表面粗糙度值。這是因?yàn)樗苄圆牧弦子诋a(chǎn)生塑性變形，與刀具的鉆結(jié)作用也較大，被加工表面易產(chǎn)生鱗刺和拉毛。相反，脆性材料則易于得到較小的表面粗糙度值。 上一頁下一頁返回