汽車制造工藝學(xué)之機(jī)械加工質(zhì)量

第7章機(jī)械加工質(zhì)量分析12337.1機(jī)械加工質(zhì)量的基本概念7.2工藝系統(tǒng)幾何誤差與控制7.3工藝系統(tǒng)受力變形誤差及其控制返回347.4工藝系統(tǒng)熱變形誤差與控制357.5影響表面質(zhì)量的因素及其控制7.1機(jī)械加工質(zhì)量的基本概念

汽車產(chǎn)品制造質(zhì)量包括零件制造質(zhì)量和裝配質(zhì)量兩方面內(nèi)容，零件機(jī)械加工質(zhì)量是保證產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)。機(jī)械加工質(zhì)量包括加工幾何精度與表面加工質(zhì)量。加工幾何精度包括尺寸精度、形狀精度和位置精度。表面質(zhì)量包括表面幾何形狀精度和缺陷層等，如圖7一1所示

零件加工精度是指零件實際幾何參數(shù)與設(shè)計幾何參數(shù)的接近程度。加工誤差是指零件實際幾何參數(shù)與偏離設(shè)計幾何參數(shù)的數(shù)值大小。加工精度用公差等級衡量，其等級數(shù)越低則精度越高。加工誤差用數(shù)值表示，誤差值越大則精度越低。

一般情況下，零件加工精度越高時，加工成本相對越高，生產(chǎn)效率則越低。

加工精度包括尺寸精度、形狀精度和相互位置精度。三者關(guān)系如下:表面形狀誤差二尺寸公差伊(30%~50%),表面位置誤差“尺寸公差x(65%一85%)。由此可知，形狀公差應(yīng)該限制在位置公差之內(nèi);位置公差應(yīng)限制在尺寸公差之內(nèi)。尺寸精度越高時，形狀和位置精度越高。下一頁返回7.1機(jī)械加工質(zhì)量的基本概念

表面質(zhì)量指零件表面的幾何特征和表面層的物理、力學(xué)性能。表面的幾何特征包括表面粗糙度和波度。物理力學(xué)性能包括塑性變形、組織變化和表層金屬中的殘余內(nèi)應(yīng)力。1.加工表面幾何形狀

機(jī)械加工后的表面幾何形狀總是以“峰”“谷”交替形式出現(xiàn)。

表面粗糙度是指加工表面的微觀幾何形狀誤差。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:表面粗糙度用在一定長度內(nèi)(稱為基本長度)輪廓的算術(shù)平均偏差值Ra或輪廓最大高度R:作為評定指標(biāo)。

表面波度是介于宏觀幾何形狀與微觀幾何形狀誤差之間的周期性幾何形狀誤差。LlH=50-1000，則稱為表面波度。表面波度通常是由加工過程中工藝系統(tǒng)的低頻振動所引起的。上一頁下一頁返回7.1機(jī)械加工質(zhì)量的基本概念2.加工表面層物理力學(xué)性能變化材料的表面層在加工時會產(chǎn)生物理、力學(xué)和化學(xué)性質(zhì)的變化，常常在最外層生成氧化膜或其他化合物并吸收、滲進(jìn)氣體粒子，此稱之為吸附層。在加工過程中由切削力造成的材料表面為壓縮區(qū)，將形成塑性變形區(qū)域，厚度約在幾十至幾百微米之內(nèi)，并隨加工方法的不同而改變。壓縮區(qū)上部為纖維層，由被加工材料與刀具間的摩擦所造成。另外，切削熱也會使材料表層產(chǎn)生如同淬火、回火一樣的相變以及晶粒大小的改變等。上一頁下一頁返回7.1機(jī)械加工質(zhì)量的基本概念表面層的物理力學(xué)性能不同于基體，其主要表現(xiàn)為以下三方面:(1)表層發(fā)生冷作硬化其表層產(chǎn)生冷作硬化的原因在于工件在機(jī)械加工過程中，表層受力產(chǎn)生塑性變形，使其內(nèi)部晶體發(fā)生剪切滑移，晶格扭曲、晶粒拉長或破碎甚至纖維化，使表層材料的強(qiáng)度和硬度提高，這種現(xiàn)象稱為表面冷作硬化。(2)表層形成殘余應(yīng)力在切削特別是在磨削加工中，由于切削變形和切削熱的影響，導(dǎo)致材料表層與內(nèi)部基體材料間因熱脹冷縮不同而處于相互牽制、平衡的彈性應(yīng)力狀態(tài)，從而形成殘余應(yīng)力。(3)表層金相組織的可能變化在機(jī)械加工特別是磨削加工中，由于切削熱的集中，使得材料表面產(chǎn)生高溫，促使其發(fā)生不同程度的金相組織和性能改變。上一頁下一頁返回7.1機(jī)械加工質(zhì)量的基本概念工件、刀具、機(jī)床和夾具四要素組成了機(jī)械加工工藝系統(tǒng)。機(jī)械加工工藝系統(tǒng)中產(chǎn)生的誤差稱為原始誤差。工藝系統(tǒng)誤差來源于機(jī)械制造系統(tǒng)。機(jī)械制造系統(tǒng)的組成包括施行方法、機(jī)械實體和切削過程三大部分。1.按時間順序產(chǎn)生的原始誤差(1)加工前誤差加工前誤差包括原理誤差、加工誤差(裝夾誤差、調(diào)整誤差)、機(jī)床誤差、工裝誤差和毛坯誤差。上一頁下一頁返回7.1機(jī)械加工質(zhì)量的基本概念(2)加工過程誤差加工過程誤差包括工藝系統(tǒng)受力變形誤差、工藝系統(tǒng)熱變形誤差和刀具磨損誤差。(3)加工后誤差加工后誤差包括內(nèi)應(yīng)力變形和測量誤差。2.按影響因素分類的工藝系統(tǒng)誤差①工藝系統(tǒng)幾何誤差。②工藝系統(tǒng)受力變形誤差。③工藝系統(tǒng)熱變形誤差。下節(jié)按以上三個方面，逐一展開分析討論工藝系統(tǒng)的誤差以及應(yīng)該采取的對應(yīng)措施上一頁返回7.2工藝系統(tǒng)幾何誤差與控制加工原理誤差是指采用近似成形運動或近似刀刃輪廓進(jìn)行加工而產(chǎn)生的誤差。實際上絕大多數(shù)加工均采用近似成形運動與近似刀刃輪廓。如圖7-2所示，滾刀滾切漸開線齒面時的齒形誤差就是加工原理誤差，這是因為滾刀是由有限個非光滑漸開線切削刃所包絡(luò)而形成的近似刀刃輪廓。用三坐標(biāo)數(shù)控銑床加工復(fù)雜曲面時，采用的也是近似刀具輪廓，其所形成的誤差亦屬于加工原理誤差。采用近似成形運動或近似刀刃輪廓的好處是能夠簡化機(jī)床結(jié)構(gòu)或刀具形狀，提高生產(chǎn)效率。當(dāng)加工誤差不超過10%一15%公差值時，一般可滿足生產(chǎn)要求。有時因機(jī)床結(jié)構(gòu)或刀具形狀的簡化可使近似加工的精度比使用準(zhǔn)確切削刃輪廓及準(zhǔn)確成形運動進(jìn)行加工所得到的精度還要高。因此，在生產(chǎn)中，存在一定加工原理誤差的加工方法仍在廣泛使用。下一頁返回7.2工藝系統(tǒng)幾何誤差與控制在零件加工的每一道工序中對機(jī)床、夾具和刀具進(jìn)行調(diào)整，1.試切調(diào)整法試切調(diào)整法的工作順序是:寸一比較，按差值重復(fù)上述過程切削整個表面，如圖7一3所示。2.按定程機(jī)構(gòu)調(diào)整，為了獲得被加工表面的合格形狀、尺寸和位置精度，必須但采用任何調(diào)整方法及使用任何調(diào)整工具都難免帶來一些原始誤差，這就是調(diào)整誤差。初調(diào)刀具位置一試切一測量尺，當(dāng)達(dá)到所要求的尺寸后，再定程機(jī)構(gòu)包括行程擋塊、靠模和凸輪等;調(diào)整塊備有限位塊、對刀塊限位塊可保證工件定位準(zhǔn)確和刀具位移準(zhǔn)確;用對刀塊對刀調(diào)整，將使刀具與工件處于相對理想位置，如圖7-4所示。鉆套也屬于一種限位塊，鉆套可確定鉆頭的位置，如圖7一5所示上一頁下一頁返回7.2工藝系統(tǒng)幾何誤差與控制3.按樣件或樣板調(diào)整在大批大量生產(chǎn)中常采用多刀加工，往往通過樣件來調(diào)整切削刃間的相對位置。4.在線調(diào)整在線調(diào)整實際上包括在線測量工件尺寸并及時調(diào)整刀具進(jìn)給量。這種方法適用于高精度零件加工。測量、調(diào)整和切削等機(jī)構(gòu)可以綜合為相互聯(lián)系、協(xié)調(diào)的自動化系統(tǒng)，如圖7-6所示。必須指出，采用任何調(diào)整方法及使用任何調(diào)整工具都難免帶來一些原始誤差。比如，用試切法調(diào)整會存在測量誤差、進(jìn)給機(jī)構(gòu)的位移誤差以及受到最小極限切削厚度的影響;用調(diào)整法調(diào)整將必然存在定程機(jī)構(gòu)誤差，樣板或樣件調(diào)整時的樣板或樣件的誤差等。表7一1集中了調(diào)整誤差來源及形成因素上一頁下一頁返回7.2工藝系系統(tǒng)幾何何誤差與與控制7.2.3主軸回回轉(zhuǎn)誤差差1.主軸軸誤差分分解機(jī)床主軸軸回轉(zhuǎn)運運動誤差差，即主主軸實際際回轉(zhuǎn)線線對其理理想回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸線的的漂移，，如圖7-7所示其誤誤差形式式可以分分解為徑徑向跳動動、軸向向竄動和和角度擺擺動三種種，如圖7一8所示實際上，，主軸回回轉(zhuǎn)誤差差的三種種基本形形式一般般將同時時存在。。2.主軸軸誤差原原因產(chǎn)生主軸軸徑向誤誤差的原原因主要要來自主主軸誤差差和軸承承誤差。。主軸誤誤差包括括主軸徑徑的圓度度誤差和和同軸度度誤差。。軸承誤誤差主要要指軸承承孔的圓圓度誤差差。上一頁下一頁返回7.2工藝系統(tǒng)統(tǒng)幾何誤誤差與控控制當(dāng)主軸采采用滑動動軸承支支承時，，主軸軸軸徑和軸軸承孔雙雙方的圓圓度誤差差將對主主軸回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)精度產(chǎn)產(chǎn)生直接接影響。。對于工工件回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)類機(jī)床床，在切切削力F作用下主主軸會出出現(xiàn)徑向向偏移，，其將以以不同的的部位和和軸承內(nèi)內(nèi)孔某一一部位相相接觸。。此時主主軸形狀狀誤差突突出為影影響回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)精度的的主要因因素，而而軸承內(nèi)內(nèi)孔的圓圓度誤差差對主軸軸回轉(zhuǎn)精精度卻沒沒有任何何影響。。圖圖7-9(a)所示為車車床主軸軸不圓度度影響回回轉(zhuǎn)精度度的情況況，圖7-9(a)中戈為徑徑向跳動動量。對于刀具具回轉(zhuǎn)類類機(jī)床，，切削力力的方向向隨主軸軸回轉(zhuǎn)而而變化，，主軸軸軸徑以某某一固定定位置與與軸承孔孔的不同同位置相相接觸。。這時，，軸承孔孔的形狀狀精度突突出為影影響回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)精度的的主要因因素。圖圖7-9(b)表示鎖床床軸承孔孔不圓度度影響回回轉(zhuǎn)精度度的情況況。另外，主主軸可能能會出現(xiàn)現(xiàn)軸向竄竄動，其其主要是是由主軸軸承載軸軸肩與軸軸線的垂垂直度誤誤差所引引起的。。上一頁頁下一頁頁返回7.2工工藝系系統(tǒng)幾幾何誤誤差與與控制制3.主主軸回回轉(zhuǎn)誤誤差的的影響響在分析析主軸軸回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)誤差差對加加工精精度的的影響響時，，首先先要注注意到到主軸軸回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)誤差差在不不同方方向上上的影影響是是不同同的。。分析析主軸軸回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)誤差差對加加工精精度的的影響響時，，應(yīng)著著重分分析誤誤差敏敏感方方向的的影響響。各種原原始誤誤差的的大小小和方方向各各不相相同。。因此此，不不同方方向的的原始始誤差差對加加工精精度的的影響響互不不相同同。當(dāng)當(dāng)原始始誤差差與加加工精精度兩兩者方方向一一致時時，原原始誤誤差對對加工工精度度的影影響最最大，，兩者者一致致的方方向稱稱為敏敏感方方向，，而敏敏感方方向險險哈是是切削削平面面的法法線方方向。。在敏敏感方方向上上，原原始誤誤差將將以1:1的的比例例轉(zhuǎn)變變成加加工誤誤差。。上一頁頁下一頁頁返回7.2工藝系系統(tǒng)幾幾何誤誤差與與控制制在除敏敏感方方向以以外的的其他他方向向上，，原始始誤差差的影影響都都將不不同程程度地地減小小。以以臥式式車床床上車車外圓圓為例例，如如圖7一10所示，，當(dāng)存存在某某種原原始誤誤差而而使車車刀在在水平平方向向偏離離正確確位置置△R時，在在工件件直徑徑方向向所產(chǎn)產(chǎn)生的的加工工誤差差應(yīng)為為:當(dāng)車刀刀在垂垂直方方向偏偏離正正確位位置△△y,時，由由圖7一11中三角角形可可知:展開后后略去去二階階微量量(OR)2，則在在工件件直徑徑方向向產(chǎn)生生的加工誤誤差為為:上一頁頁下一頁頁返回7.2工工藝系系統(tǒng)幾幾何誤誤差與與控制制敏感方方向隨隨機(jī)床床類型型而異異，因因此，，敏感感方向向可分分為固固定和和變化化兩種種類型型。如如在車車床上上加工工，因因刀具具固定定，使使得切切削平平面固固定不不變，，此為為敏感感方向向固定定情況況。而而在鎖鎖床上上加工工，因因鎖刀刀回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，切切削平平面旋旋轉(zhuǎn)，，故敏敏感方方向為為變化化型，，從而而對這這類機(jī)機(jī)床的的主軸軸回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)精度度要求求更高高。表7-2列出了了常用用機(jī)床床的敏敏感方方向。。實際際上，，各類類機(jī)床床主軸軸回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)誤差差對加加工精精度影影響的的結(jié)果果是:機(jī)床床主軸軸徑向向跳動動會使使工件件產(chǎn)生圓圓度誤誤差若若鎖孔孔時鎖鎖桿做做水平平簡諧諧運動動，則則鎖刀刀軌跡跡就是是橢圓圓，如如圖7-12所示主主軸軸軸向竄竄動會會形成成下列列誤差差:加加工端端平面面時，，會造造成被被加工工平面面與圓圓柱面面不垂垂直;加工工螺紋紋時，，會產(chǎn)產(chǎn)生小小周期期螺距距誤差差。在鎖床床上鎖鎖孔時時，鎖鎖桿角角度擺擺動會會鎖削削出橢橢圓柱柱面來來上一頁頁下一頁頁返回7.2工工藝系系統(tǒng)幾幾何誤誤差與與控制制4.提提高主主軸精精度措措施根據(jù)前前面分分析，，首先先要求求主軸軸前軸軸承選選用精精度、、剛度度較高高的軸軸承，，并對對滾動動軸承承進(jìn)行行預(yù)緊緊。當(dāng)當(dāng)采用用滑動動軸承承時，，則應(yīng)應(yīng)采用用靜壓壓軸承承。其其次是是提高高主軸軸箱體體支承承孔、、主軸軸軸頸頸等與與軸承承配合合相關(guān)關(guān)表面面的加加工精精度。。再者者，為為了使使主軸軸回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)誤差差不影影響工工件，，還可可采取取一些些相應(yīng)應(yīng)措施施，如如采用用死頂頂尖磨磨削外外圓，，只要要保證證定位位中心心孔的的形狀狀與位位置精精度，，即可可加工工出高高精度度的外外圓柱柱面上一頁下一頁返回7.2工藝系統(tǒng)幾幾何誤差與與控制7.2.4機(jī)床導(dǎo)軌誤誤差機(jī)床導(dǎo)軌副副是實現(xiàn)導(dǎo)導(dǎo)軌直線運運動的主要要部件，其其制造和裝裝配精度是是影響軌跡跡直線運動動精度的主主要因素。。導(dǎo)軌誤差差會對零件件的加工精精度產(chǎn)生直直接影響。。如圖7一13所示，車床床導(dǎo)軌[見圖7一13(a)〕水平誤差△△y,將使工件[見圖7一13(b)出現(xiàn)半徑誤誤差△R。當(dāng)磨削長長外圓柱表表面時，磨磨床導(dǎo)軌將將引起工件件的圓柱度度誤差。導(dǎo)軌在垂直直面內(nèi)直線線度誤差對對加工精度度的影響。。導(dǎo)軌在垂垂直方向上上的誤差將使平平面磨床、、龍門刨床床、銑床等等產(chǎn)生法向向位移，其其誤差直接接反映到工工件的加工工表面(誤差敏感方方向)上體現(xiàn)為水水平面上的形狀誤差差。導(dǎo)軌在在垂直面內(nèi)內(nèi)直線度誤誤差對車床床影響較小小。從圖7一14可看出，當(dāng)當(dāng)導(dǎo)軌在垂垂直面內(nèi)直直線度存在在誤差△:時，反映到到工件半徑徑方向上的的誤差為△△R，而反映出出的加工誤誤差則可以以忽略不計計。根據(jù)關(guān)關(guān)系式:上一頁下一頁返回7.2工藝系統(tǒng)幾幾何誤差與與控制所以此值完完全可以忽忽略不計。。機(jī)床導(dǎo)軌面面間平行度度誤差的影影響。如圖7一15所示示，，車車床床兩兩導(dǎo)導(dǎo)軌軌的的平平行行度度產(chǎn)產(chǎn)生生誤誤差差(扭曲曲)，使使鞍鞍座座出出現(xiàn)現(xiàn)橫橫向向傾傾斜斜，，刀刀具具相相應(yīng)應(yīng)發(fā)發(fā)生生位位移移，，因因而而引引起起工工件件形形狀狀誤誤差差。。由由圖圖7一15可知知:機(jī)床床導(dǎo)導(dǎo)軌軌對對主主軸軸軸軸心心線線平平行行度度誤誤差差的的影影響響。。當(dāng)當(dāng)在在車車床床類類或或磨磨床床類類機(jī)機(jī)床床上上加加工工工工件件時時，，如如果果導(dǎo)導(dǎo)軌軌與與主主軸軸軸軸心心線線不不平平行行，，則則會會引引起起工工件件的的幾幾何何形形狀狀誤誤差差。。例例如如車車床床導(dǎo)導(dǎo)軌軌與與主主軸軸軸軸心心線線在在水水平平面面內(nèi)內(nèi)不不平平行行，，會會使使工工件件的的外外圓圓柱柱表表面面產(chǎn)產(chǎn)生生錐錐度度;在垂垂直直面面內(nèi)內(nèi)不不平平行行時時，，會會使使工工件件加加工工成成馬馬鞍鞍形形。。上一一頁頁下一一頁頁返回回7.2工藝藝系系統(tǒng)統(tǒng)幾幾何何誤誤差差與與控控制制7.2.5機(jī)床床傳傳動動誤誤差差對于于某某些些加加工工方方法法，，為為保保證證工工件件的的精精度度，，要要求求工工件件和和刀刀具具間間必必須須保保持持準(zhǔn)準(zhǔn)確確的的傳傳動動關(guān)關(guān)系系。。如如車車削削螺螺紋紋時時，，要要求求工工件件旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)一一周周，，刀刀具具直直線線移移動動一一個個導(dǎo)導(dǎo)程程。。機(jī)機(jī)床床傳傳動動時時必必須須保保持持持S=iT為恒恒值值。。其其中中，，S為工工件件導(dǎo)導(dǎo)程程，，T為絲絲杠杠導(dǎo)導(dǎo)程程，，i為齒齒輪輪傳傳動動比比。。所所以以車車床床絲絲杠杠導(dǎo)導(dǎo)程程和和各各齒齒輪輪的的制制造造誤誤差差都都必必將將引引起起工工件件螺螺紋紋導(dǎo)導(dǎo)程程的的誤誤差差。。為為了了減減少少機(jī)機(jī)床床傳傳動動誤誤差差對對加加工工精精度度的的影影響響，，可可以以采采用用如如下下措措施施。。1.減少傳動鏈中中的環(huán)節(jié)，縮縮短傳動鏈因為傳動鏈的的傳動誤差等等于組成傳動動鏈各傳動件件傳遞誤差之之和。例如在在車床上加工工較高精度螺螺紋時，不經(jīng)經(jīng)過進(jìn)給箱，，而用交換齒齒輪直接傳動動給絲杠，以以縮短傳動鏈鏈長度，減少少傳動鏈的傳傳動誤差。上一頁下一頁返回7.2工藝藝系統(tǒng)幾何誤誤差與控制2.采用降速速傳動鏈由前面分析可可知，傳動比比小，傳動元元件誤差對傳傳動精度的影影響就小，而而傳動鏈末端端傳動元件的的誤差對傳動動精度影響最最大。因此，，采用降速傳傳動是保證傳傳動精度的重重要原則。對對于螺紋或絲絲杠加工機(jī)床床，為保證降降速傳動，機(jī)機(jī)床傳動絲杠杠的導(dǎo)程應(yīng)大大于工件螺紋紋導(dǎo)程。對于于齒輪加工機(jī)機(jī)床，分度蝸蝸輪的齒數(shù)一一般很大，其其目的是得到大大的降速傳動動比。3.提高傳動動副特別是末末端傳動副的的制造和裝配配精度，消除除傳動間隙傳傳動鏈中各傳傳動件的加工工、裝配誤差差對傳動精度度均有影響，，其中最后的的傳動件的誤誤差影響最大大。如滾齒機(jī)機(jī)上切出的齒齒輪的齒距誤誤差及齒距累積誤差差大部分是由由分度蝸輪副副引起的。所所以滾齒機(jī)上上分度蝸輪副副的精度等級級應(yīng)比被加工工的齒輪精度度高1一2級級。4.采用誤差差補償在采用誤差補補償時，先用用測量儀器測測出傳動誤差差，然后根據(jù)據(jù)該測量值在在原傳動鏈中中人為地加入一個誤差差，其大小與與傳動鏈本身身的誤差相等等而方向相反反，使之相互互抵消。該方方法稱為誤差差補償。圖7一16所示為精密絲絲杠螺距誤差差補償裝置上一頁下一頁返回7.2工藝藝系統(tǒng)幾何誤誤差與控制7.2.6刀具幾何何誤差刀具誤差包括括刀具的制造造、磨損和安安裝誤差等。。機(jī)械加工中中常用的刀具具有一般刀具具、定尺寸刀刀具和成形刀刀具。一般刀刀具如普通車車刀、單刃鎖鎖刀、平面銑銑刀等的制造造誤差，對加加工精度沒有有直接影響。。但當(dāng)?shù)毒吲c與工件的相對對位置調(diào)整好好以后，在加加工過程中，，刀具的磨損損將會增加加加工誤差。定定尺寸刀具如如鉆頭、鉸刀刀、拉刀、槽槽銑刀等的制制造誤差及磨磨損誤差，均均直接影響工工件的加工尺尺寸精度。成成形刀具，如如成形車刀、、成形銑刀、、齒輪刀具等等的制造和磨磨損誤差，主主要影響被加加工工件的形形狀精度。7.2.7夾具幾何何誤差夾具誤差主要要是指定位誤誤差、夾緊誤誤差、夾具安安裝誤差、對對刀誤差以及及夾具的磨損損等。上一頁下一頁返回7.2工藝藝系統(tǒng)幾何誤誤差與控制7.2.8測量誤差差測量結(jié)果與被被測真值之差差，稱為測量量誤差。測量量誤差來源于于測量方法和和測量裝置誤誤差也會因溫溫度、濕度、、氣壓、振動動、照明、塵塵埃與電磁場場等環(huán)境變化化而引起。工工件在加工中中進(jìn)行的測量量和加工后的的測量，總會會產(chǎn)生測量誤誤差。為為了減少少測量誤差，，提高檢驗效效率，降低工工人的技術(shù)要要求，在汽車生產(chǎn)中中大量采用專專用量具、檢檢具來測量零零件。如圖7一17所示示的光滑極限限量規(guī)即為一一種專用量具具。專用量具具和檢具是針針對具體零件件尺寸而制造造的，大多數(shù)數(shù)只用來判斷斷零件是否合合格而實際不不反映真值。。只有某些特特殊需要的專專用量具和檢檢具，需要通通過專業(yè)設(shè)計計和制造來反反映真值。專專用量具、檢檢具包括光滑滑極限量規(guī)、、高度和深度度量規(guī)、圓錐錐規(guī)、花鍵規(guī)規(guī)、樣板及綜綜合檢驗夾具具等。上一頁返回7.3工藝藝系統(tǒng)受力變變形誤差及其其控制7.3.1概述由機(jī)床、夾具具、刀具、工工件組成的工工藝系統(tǒng)，受受切削力、傳傳動力、慣性性力、夾緊力力以及重力等等的作用，會會相應(yīng)因各種種力的作用而而產(chǎn)生變形。。這種變形將將破壞工藝系系統(tǒng)各組元間間已調(diào)整好的的正確位置關(guān)關(guān)系，從而形形成加工誤差差之例例如，車削削細(xì)長軸時，，工件在切削削力作用下會會發(fā)生彎曲變形，，使之加工后后產(chǎn)生腰鼓形形的圓柱度誤誤差，如圖7一18(a)所示;又如，在內(nèi)內(nèi)圓磨床上用用橫向切人磨磨孔時，由于于磨頭主軸彎彎曲變形，使使得所磨出的的孔會出現(xiàn)帶帶有錐度的圓圓柱度誤差，，如圖7一18(b)所示。。從材料力學(xué)中中得知，任何何一個物體在在受力后總要要產(chǎn)生一定的的變形，人們們常把作用力力F與其引起起在作用力方方向上的變形形量Y的比值值，稱為物體體的剛度k下下面我們就來來討論工藝系系統(tǒng)受力變形形對誤差的影影響與控制。。下一頁返回7.3工藝藝系統(tǒng)受力變變形誤差及其其控制7.3.2對工藝系系統(tǒng)剛度的認(rèn)認(rèn)識機(jī)械加工工藝藝系統(tǒng)是一個個彈性系統(tǒng)。。彈性系統(tǒng)在在外力作用下下產(chǎn)生的變形形位移的大小小取決于外力力大小和系統(tǒng)統(tǒng)抵抗外力的的能力。工藝藝系統(tǒng)抵抗外外力使其變形形的能力稱為為工藝系統(tǒng)的的剛度。工藝藝系統(tǒng)的剛度度用切削力和和在該力方向向上所引起的的刀具與工件件間相對變形形位移的比值值來表示。由由于切削力有有三個分力，，在切削加工工中對加工精精度影響最大大的是刀刃沿沿加工表面的的法線方向(Y方向上)的分力，因因此，計算工工藝系統(tǒng)剛度度時，通常只只考慮此方向向上的切削分分力Fv和變變形位移量yk=FYy,即(7一一4)上一頁下一頁返回7.3工藝系系統(tǒng)受力力變形誤誤差及其其控制1.車床床刀架剛剛度變形形曲線眾所周知知，機(jī)床床部件由由許多零零件組成成。機(jī)床床部件的的剛度，，即其抵抵抗外力力使其變變形的能能力，迄迄今尚無無合適的的簡易計計算方法法，主要要用實驗驗方法來來測定。。圖7一19所示為車車床刀架架剛度變變形曲線線。分析析圖7一一19中中實驗曲曲線，可可以總結(jié)結(jié)出機(jī)床床刀架剛剛度具有有以下特特點:①變形與與載荷不不成線性性關(guān)系。。②加載曲曲線和卸卸載曲線線不重合合，卸載載曲線滯滯后于加加載曲線線。兩曲曲線間所所包容的的面積就就是加載載和卸載載循環(huán)中中所損耗耗的能量量。該能能量消耗耗于摩擦擦力所做做的功和和接觸變變形功。。③第一次次卸載后后，變形形恢復(fù)不不到第一一次加載載的起點點，這說說明存在在有殘余余變形。。經(jīng)多次次加載、、卸載后后，加載載曲線起起點才和和卸載曲曲線終點點重合，，殘余變變形才逐逐漸減小小到零。。④機(jī)床部部件的實實際剛度度遠(yuǎn)比我我們按實實體估算算的要小小。上一頁下一頁返回7.3工藝系統(tǒng)統(tǒng)受力變變形誤差差及其控控制2.工藝系統(tǒng)統(tǒng)剛度對對加工精精度的影影響(1)刀架剛度度的影響響在加工過過程中，，由于工工件加工工余量發(fā)發(fā)生改變變將引起起切削力力變化，，所以刀刀架后移移會產(chǎn)生生加工誤誤差。若若毛坯坯存在有有橢圓形形狀誤差差。如圖7一20所示，令令毛坯橢橢圓長軸軸方向上上吃刀量量為ap1，短軸方方向吃刀刀量為ap2。由于橢圓圓長軸、、短軸兩兩方向吃吃刀量和和切削力力不同，，故刀架架后移也也不同。。設(shè)對應(yīng)應(yīng)于ap1，產(chǎn)生的的讓y2對應(yīng)于ap2產(chǎn)生的讓讓刀為y2，則加工工出來的的工件必必然存在在一定的的橢圓形形狀誤差差。由于于毛坯存存在圓度度誤差，，故將引引起工件件的圓度度誤差為為，，且且△毛越大，△△工越大。這這種現(xiàn)象象稱為加加工過程程中的毛毛坯誤差差復(fù)映現(xiàn)現(xiàn)象。上一頁下一頁返回7.3工藝系統(tǒng)統(tǒng)受力變變形誤差差及其控控制(2)工件剛度度的影響響圖7-21所示為車車床上車車削細(xì)長長桿，此此時工件件發(fā)生彎彎曲，影影響加工工精度由由此，加加工中一一般采取取加裝跟跟刀架、、活頂尖尖和改變變走刀方方向的措措施來提提高加工工精度。。3.提高工藝藝系統(tǒng)剛剛度措施施合理設(shè)計計零部件件結(jié)構(gòu)。。在設(shè)計計零部件件結(jié)構(gòu)時時，應(yīng)盡盡量減少少連接面面數(shù)口，，并防止止有局部部低剛度度環(huán)節(jié)出出現(xiàn)。對對于基礎(chǔ)礎(chǔ)件、支支撐件，，應(yīng)合理理選擇零零件結(jié)構(gòu)構(gòu)和截面面形狀，，以提高高機(jī)床部部件中零零件間的的接合剛剛度。必必要時，，應(yīng)給機(jī)機(jī)床部件件預(yù)加反反向載荷荷等。采采用輔助助支撐。。例如，，在加工工細(xì)長軸軸時，工工件的剛剛性差，，采用中中心架或或跟刀架架，或采采用中間間驅(qū)動方方式，有有助于提提高工件件的剛度度。上一頁下一頁返回7.3工藝系系統(tǒng)受力力變形誤誤差及其其控制如圖7-22(a)所所示曲軸軸車床采采用中間間驅(qū)動而而不是端端頭驅(qū)動動，明顯顯縮短了了驅(qū)動部部位與被被加工軸軸頸距離離，降低低了對剛剛度的要要求。圖圖7一22(b)所所示為六六角車床床采用導(dǎo)導(dǎo)套和導(dǎo)導(dǎo)桿輔助助支撐副副提高刀刀架剛度度措施。。采采用用合理的的裝夾和和加工方方式。例例如，在在臥式銑銑床上銑銑削角鐵鐵形零件件，如按按圖7一一22(c)左所示示裝夾和和加工方方式，則則工件剛剛度較低低;如改改用圖7一22(c)右所示示裝夾和和加工方方式，則則工件剛剛度明顯顯提高。。加工箱箱體零件件時，粗粗加工采采用短定定位銷，，精加工工采用長長定位銷銷，以消消除定位位孔磨損損的影響響，如圖圖7一22(d)所所示。加加工汽車車凸輪軸軸則采用用托輪增增加剛性性，如7—22所示。。上一頁下一頁返回7.3工藝系統(tǒng)統(tǒng)受力變變形誤差差及其控控制減小載荷荷及其變變化。為為了提高高工藝系系統(tǒng)剛度度，建議議采取適適當(dāng)?shù)墓すに嚧胧┦﹣頊p小小工藝系系統(tǒng)中的的載荷和和變化。。首先應(yīng)應(yīng)該合理理選擇刀刀具幾何何參數(shù)，，例如增增大前角角、讓主主偏角接接近900等;其次是控控制切削削用量，，如適當(dāng)當(dāng)減少進(jìn)進(jìn)給量和和背吃刀刀量，以以減小切切削力，，相應(yīng)減減小受力力變形;再者，將將毛坯分分組，使使加工中中的各組組毛坯余余量相對對均勻，，這樣能能減少切切削力的的變化，，從而能能夠減小小復(fù)映誤誤差上一頁返回7.4工藝系統(tǒng)統(tǒng)熱變形形誤差與與控制7.4.1工藝系統(tǒng)統(tǒng)熱源工件、刀具具等的熱變變形對加工工精度影響響較大，特特別是在精精密加工和和大件加工工中，熱變變形所引起起的加工誤誤差通常會會占到工件件總誤差的的40%一70%引起工藝系系統(tǒng)熱變形形的熱源可可分為內(nèi)部部熱源和外外部熱源兩兩大類。1.內(nèi)部熱源內(nèi)部熱源包包括切削熱熱和摩擦熱熱。在切削過程程中，消耗耗于切削的的彈、塑性性變形能及及刀具、工工件和切屑屑之間摩擦擦的機(jī)械能能，絕大部部分都轉(zhuǎn)變變成了切削削熱。在車車削加工中中，切屑所所帶走的熱熱量可達(dá)50%一80%，傳給工件件的熱量約約為30%，傳給刀具具的熱量不不超過5%。下一頁返回7.4工工藝系統(tǒng)熱熱變形誤差差與控制工藝系統(tǒng)中中的摩擦熱熱主要是由由機(jī)床運動動部件產(chǎn)生生的，如電電動機(jī)、軸軸承、齒輪輪、絲杠副副、導(dǎo)軌副副、離合器器、液壓泵泵和閥等。。盡管摩擦擦熱比切削削熱少，但但其在工藝藝系統(tǒng)中是是局部發(fā)熱熱，會引起起局部溫升升和變形，，破壞了系系統(tǒng)原有的的幾何精度度，對加工工精度也會會帶來嚴(yán)重重影響。2.外部熱熱源外部熱源的的熱輻射包包括照明燈燈光、加熱熱器等對機(jī)機(jī)床的熱輻輻射，同時時也不容忽忽視周圍環(huán)環(huán)境溫度，，如不同晝晝夜溫度對對機(jī)床熱變變形的影響響。控制外外部熱源的的熱輻射影影響對于大大型和精密密加工尤為為重要。上一頁下一頁返回7.4工藝系統(tǒng)熱熱變形誤差差與控制7.4.2工藝系統(tǒng)熱熱變形引起起的誤差1.機(jī)床熱變形形對加工精精度的影響響一般機(jī)床的的體積較大大，熱容量量大，雖溫溫升不高，，但其變形形量卻不容容忽視。機(jī)機(jī)床結(jié)構(gòu)較較復(fù)雜，其其達(dá)到熱平平衡所需的的時間較長長，各部分分的受熱變變形不均，，會破壞原原有的相互互位置精度度，造成工工件的加工工誤差。機(jī)床結(jié)構(gòu)和和工作條件件不同，機(jī)機(jī)床熱變形形的熱源和和變形形式式也不盡相相同。對于于車、銑、、鉆、鎖類類機(jī)床，其其主軸箱中中的齒輪、、軸承摩擦擦發(fā)熱和潤潤滑油發(fā)熱熱是其主要要熱源，因因而使得主主軸箱及與與之相連部部分，如床床身或立柱柱的溫度升升高而產(chǎn)生生較大變形形。車床主主軸發(fā)熱使使主軸箱在在垂直面與與水平面內(nèi)內(nèi)發(fā)生偏移移和傾斜，，如圖7一23(a)所示。圖7一23(b)所示為車床床主軸溫升升、位移隨隨運轉(zhuǎn)時間間變化而變變化的情況況。由圖7-23可見，Y方向的位移移量遠(yuǎn)大于于X方向的位移移量，由于于Y方向是誤差差非敏感方方向，故對對加工精度度影響較小小。上一頁下一頁返回7.4工藝系統(tǒng)熱熱變形誤差差與控制2.刀具熱變形形所引起的的誤差盡管在切削削加工中傳傳入刀具的的熱量很少少，但由于于刀具的尺尺寸和熱容容量小，故故仍有相當(dāng)當(dāng)程度的溫溫升，從而而引起刀具具的熱伸長長并造成加加工誤差。。例如車削削時高速鋼鋼車刀的工工作表面溫溫度可達(dá)700℃一800℃℃，硬質(zhì)合金金車刀可達(dá)達(dá)1000℃，刀具伸長長量可達(dá)0.03一0.0Smm圖7-24所示為車刀刀熱伸長量量與切削時時間的關(guān)系系。在車刀刀連續(xù)切削削的情況下下，切削開開始時，刀刀具的溫升升和熱伸長長較快，隨隨后趨于緩緩和，經(jīng)30min逐步達(dá)到熱熱平衡。當(dāng)當(dāng)切削停止止時，刀具具溫度開始始下降較快快，以后逐逐漸減緩。。刀具斷續(xù)加加工時，變變形趨于零零。如加工工一批短小小軸件，在在加工過程程中機(jī)床、、工件、刀刀具趨于熱熱平衡。上一頁下一頁返回℃7.4工藝系統(tǒng)熱熱變形誤差差與控制在連續(xù)冷卻卻條件下經(jīng)經(jīng)20min后溫度趨于于室溫，變變形趨于零零3.工件熱變形形引起的誤誤差(1)工件均勻受受熱圖一些些簡單的均均勻受熱工工件，如車車、磨軸類類件的外圓圓，待加工工后冷卻到到室溫時其其長度和直直徑將有所所收縮，由由此而產(chǎn)生生尺寸誤差差差ΔL，ΔL可用簡單的的熱伸長公公式進(jìn)行估估算，即:(2)工件非均勻勻受熱工件受熱不不均會引起起內(nèi)部產(chǎn)生生熱應(yīng)力和和外部變形形。如磨削削零件的單單一表面，，由于工件件單面受熱熱會產(chǎn)生向向上翹曲變變形y,，加工冷卻卻后將形成成中凹的形形狀誤差y,.如圖7一25(a)所示。y,’的量值可根根據(jù)圖7-25(b)所示幾何關(guān)關(guān)系得出如如下下件中中凹形狀誤誤差y,的關(guān)系式，，即:上一頁下一頁返回7.4工工藝藝系系統(tǒng)統(tǒng)熱熱變變形形誤誤差差與與控控制制由式式(7-7)可可知知，，工工件件的的長長度度L越越大大，，厚厚度度H越越小小，，則則中中凹凹形形狀狀誤誤差差y,就就越越大大。。在在銑銑削削或或刨刨削削薄薄板板零零件件平平面面時時，，也也有有類類似似情情況況發(fā)發(fā)生生。。為為減減小小由由工工件件熱熱變變形形帶帶來來的的加加工工誤誤差差，，在在工工件件長長度度L和和厚厚度度H基基本本一一定定的的前前提提下下，，應(yīng)應(yīng)重重點點控控制制好好工工件件上上下下表表面面溫溫差差△△t。。(3)控控制制工工藝藝系系統(tǒng)統(tǒng)熱熱變變形形的的主主要要措措施施為了了有有效效地地控控制制工工藝藝系系統(tǒng)統(tǒng)的的熱熱變變形形，，主主要要措措施施是是采采用用高高效效的的冷冷卻卻方方式式，，加加強(qiáng)強(qiáng)其其散散熱熱能能力力，，以以加加速速系系統(tǒng)統(tǒng)熱熱量量的的散散發(fā)發(fā)，，如如噴噴霧霧冷冷卻卻、、冷冷凍凍機(jī)機(jī)強(qiáng)強(qiáng)制制冷冷卻卻等等。。圖7一一26所示示為為坐坐標(biāo)標(biāo)鎖鎖床床的的主主軸軸箱箱用用恒恒溫溫噴噴油油循循環(huán)環(huán)強(qiáng)強(qiáng)制制冷冷卻卻的的實實驗驗結(jié)結(jié)果果。。當(dāng)當(dāng)不不采采用用強(qiáng)強(qiáng)制制冷冷卻卻時時，，機(jī)機(jī)床床運運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)6h后后，，主主軸軸與與工工作作臺臺之之間間在在垂垂直直方方向向會會發(fā)發(fā)生生190N,m的的位位移移(見見圖圖7一一26中中曲曲線線1)，，而而且且機(jī)機(jī)床床尚尚未未達(dá)達(dá)到到熱熱平平衡衡。。當(dāng)當(dāng)采采用用強(qiáng)強(qiáng)制制冷冷卻卻后后，，上上述述熱熱變變形形位位移移減減少少到到15N,m,見見圖圖7-26中中曲曲線線2)，，可可見見強(qiáng)強(qiáng)制制冷冷卻卻的的效效果果是是非非常常顯顯著著的的。。上一頁頁下一頁頁返回7.4工工藝系系統(tǒng)熱熱變形形誤差差與控控制控制工工藝系系統(tǒng)熱熱變形形的另另一依依據(jù)是是減少少熱量量產(chǎn)生生和傳入。。其措措施是是合理理選用用切削削和磨磨削用用量、、正確確使用用刀具具和砂砂輪、、及時時刃磨磨刀具具和修修整砂砂輪等等，以以免產(chǎn)產(chǎn)生過過多的的加工工熱。。從機(jī)機(jī)床的的結(jié)構(gòu)構(gòu)和潤潤滑方方式上上考慮慮，要要注意意減少少運動動部件件之間間的摩摩擦，，減少少液壓壓傳動動系統(tǒng)統(tǒng)的發(fā)發(fā)熱，，隔離離電動動機(jī)、、齒輪輪變速速箱、、油池池、磨磨頭(見圖7一一27)等熱熱源，，使系系統(tǒng)的的發(fā)熱熱及其其對加加工精精度的的影響響得以以有效效控制制。均均衡溫溫度場場。在在機(jī)床床設(shè)計計時，，采用用熱對對稱結(jié)結(jié)構(gòu)和和熱補補償結(jié)結(jié)構(gòu)，，使機(jī)機(jī)床各各部分分受熱熱均勻勻熱變形形方向向和大大小趨趨于一一致，，或使使熱變變形方方向為為加工工誤差差非敏敏感方方向，，以減減小工工藝系系統(tǒng)熱熱變形形對加加工精精度的的影響響。圖7一一28所示為為平面面磨床床所采采用的的均衡衡溫度度場的的示意意圖。。該機(jī)機(jī)床油油池位位于床床身底底部，，油池池發(fā)熱熱會使使床身身產(chǎn)生生中凹凹達(dá)0.364mm。。經(jīng)改改進(jìn)，，在導(dǎo)導(dǎo)軌下下配置置油溝溝，導(dǎo)入熱熱油循循環(huán).使床床身上上下溫溫差大大大減減小.熱變變形量量也隨隨之減減小上一頁頁下一頁頁返回7.4工工藝系系統(tǒng)熱熱變形形誤差差與控控制圖7一一29所示的的立式式平面面磨床床采用用熱空空氣加加熱溫溫升較較低的的立柱柱后壁壁，以以均衡衡立柱柱前后后壁的的溫升升，減減小立立柱的的向后后傾斜斜。圖圖7一一29中熱熱空氣氣從電電動機(jī)機(jī)風(fēng)扇扇排出出，通通過特特設(shè)軟軟管引引向立立柱后后壁空空間。。采用用該措措施后后，磨磨削平平面的的平面面度誤誤差可可降到到未采采取措措施前前的1/4一一1/3?？s小發(fā)發(fā)熱零零件長長度。。如圖7一一30所示為為外圓圓磨床床橫向向進(jìn)給給機(jī)構(gòu)構(gòu)示意意圖，，圖7一30(b)中對對螺母母位置置進(jìn)行行改進(jìn)進(jìn)，縮縮小了了絲杠杠熱變變形長長度，，使得得熱變變形引引起的的絲杠杠的螺螺距累累積誤誤差減減小，，因而而砂輪輪的定定位精精度較較高。。對發(fā)熱熱零部部件擬擬采用用熱對對稱結(jié)結(jié)構(gòu)。。如圖7一一31所示，，在傳傳統(tǒng)牛牛頭刨刨床滑滑枕截截面結(jié)結(jié)構(gòu)內(nèi)內(nèi)，由由于導(dǎo)導(dǎo)軌面面的高高速滑滑動，，導(dǎo)致致摩擦擦生熱熱，使使滑枕枕上冷冷下熱熱，產(chǎn)產(chǎn)生彎彎曲變變形。。如果果將導(dǎo)導(dǎo)軌布布置在在截面面中間間，滑滑枕截截面上上下對對稱，，顯然然可以以減小小導(dǎo)軌軌面的的彎曲曲變形形控制制環(huán)境境溫度度，安安排精精密加加工在在恒溫溫室內(nèi)內(nèi)進(jìn)行行。上一頁頁下一頁頁返回7.4工藝系系統(tǒng)熱熱變形形誤差差與控控制7.4.3內(nèi)應(yīng)力力引起起的誤誤差零件在在沒有有外加加載荷荷的條條件下下，仍仍然殘殘存在在工件件內(nèi)部部的應(yīng)應(yīng)力稱稱內(nèi)應(yīng)應(yīng)力或或殘余余應(yīng)力力。工工件在在鑄造造、鍛鍛造及及切削削加工工后，，內(nèi)部部常常常會存存在各各種內(nèi)內(nèi)應(yīng)力力(也稱熱熱應(yīng)力力)。零件件內(nèi)應(yīng)應(yīng)力的的重新新分布布不僅僅影響響零件件的加加工精精度，，而且且對裝裝配精精度也也有很很大的的影響響。內(nèi)內(nèi)應(yīng)力力存在在于工工件內(nèi)內(nèi)部，，且其其存在在和分分布情情況相相當(dāng)復(fù)復(fù)雜，，下面面作一一些定定性分分析。。1.毛坯的的內(nèi)應(yīng)應(yīng)力鑄、鍛鍛、焊焊等毛毛坯在在生產(chǎn)產(chǎn)過程程中，，由于于各部部分結(jié)結(jié)構(gòu)厚厚薄不不均，，導(dǎo)致致冷卻卻速度度與熱熱脹冷冷縮不不均勻勻而相相互牽牽制，，形成成內(nèi)應(yīng)應(yīng)力。。一般般規(guī)律律是厚厚處(緩冷部部位)產(chǎn)生拉拉應(yīng)力力，相相連薄薄處(快冷部部位)產(chǎn)生壓壓應(yīng)力力，變變形將將朝向向減小小內(nèi)應(yīng)應(yīng)力的的方向向彎曲曲。圖7一32所示為為車床床床身身，在在鑄造造時，，床身身導(dǎo)軌軌表面面及床床腿面面冷卻卻速度度較快快，中中間部部分冷冷卻速速度較較慢，，因此此形成成了上上、下下表層層出現(xiàn)現(xiàn)壓應(yīng)應(yīng)力、、中間間部分分(導(dǎo)軌截截面主主體)處于拉拉應(yīng)力力的狀狀態(tài)。。上一頁頁下一頁頁返回7.4工工藝系系統(tǒng)熱熱變形形誤差差與控控制2.冷冷校直直引起起的內(nèi)內(nèi)應(yīng)力力細(xì)長的的軸類類零件件，如如發(fā)動動機(jī)凸凸輪軸軸等在在加工工和運運輸中中很容容易產(chǎn)產(chǎn)生彎彎曲變變形。。數(shù)軸軸類零零件在在裝配配前需需要安安排冷冷校直直工序序。這這種方方法簡簡單方方便，，但會會帶來來內(nèi)應(yīng)應(yīng)力變變形而而影響響零件件加工工精度度。因因此，，大多多，引引起工工件圖7一一33所示為為冷校校直時時引起起內(nèi)應(yīng)應(yīng)力的的情況況。在在彎曲曲的軸軸類零零件中中部施施加壓壓力F，使使其產(chǎn)產(chǎn)生反反彎曲曲，此此時，，軸的的上層層受壓壓，下下層受受拉，，外層層為塑塑變區(qū)區(qū)，內(nèi)內(nèi)層為為彈變變區(qū)得得適當(dāng)當(dāng)，新新分布布，在在去除除外力力后，，塑變變區(qū)的的變形形將保保留下下來，，而彈彈變區(qū)區(qū)的變變形將將全部部恢復(fù)復(fù)如果果外力力加，，內(nèi)應(yīng)應(yīng)力重重工件件彎曲曲得以以校直直。但但是，，如果果變形形控制制不當(dāng)當(dāng)，則則會引引起工工件重重新變變形而而影響響零件件加工工精度度。上一頁頁返回7.5影響響表面面質(zhì)量量的因因素及及其控控制機(jī)械零零件的的破壞壞一般般總是是從表表面層層開始始，而而產(chǎn)品品的性性能，，尤其其是它它的可可靠性性和耐耐久性性，在在很大大程度度上取取決于于零件件表面面層的的質(zhì)量量。研研究機(jī)機(jī)械加加工表表面質(zhì)質(zhì)量的的目的就就是為為了掌掌握機(jī)機(jī)械加加工中中各種種工藝藝因素素對加加工表表面質(zhì)質(zhì)量影影響的的規(guī)律律，以以便運運用這這些規(guī)規(guī)律來來控制制加工工過程程，達(dá)達(dá)到改改善表表面質(zhì)質(zhì)量、、提高高產(chǎn)品品使用用性能能的目目的。。7.5.1加工工表面面粗糙糙度影影響因因素及及改進(jìn)進(jìn)1.加加工表表面的的表面面粗糙糙度切削加加工表表面的的表面面粗糙糙度主主要取取決于于切削削殘留留面積積的高高度，，并與與切削削表面面塑性性變形形及積積屑瘤瘤的產(chǎn)產(chǎn)生有有關(guān)。。(1)切削削殘留留面積積由于刀刀具切切削刃刃的幾幾何形形狀、、幾何何參數(shù)數(shù)、進(jìn)進(jìn)給運運動及及切削削刃本本身的的表面面粗糙糙度等等原因因，未未能將將被加加工表表面上上的材材料層層完全全干凈凈地去去除掉掉，在在已加加工表表面上上遺留留下殘殘留面面積，，殘留留面積積的高高度便便構(gòu)成成了表表面粗粗糙度度Rz下一頁頁返回7.5影響響表面面質(zhì)量量的因因素及及其控控制(2)切削削表面面塑性性變形形和積積屑瘤瘤圖7一一35所示為為加工工塑性性材料料時切切削速速度對對表面面粗糙糙度的的影響響。如如圖7一35所所示，，切削削速度度:處處于30一一SOm/min時時，表表面粗粗糙度度值最最大，，這是是因為為此時時容易易產(chǎn)生生積屑屑瘤或或鱗刺刺。鱗鱗刺是是指切切削加加工表表面在在切削削速度度方向向產(chǎn)生生的魚魚鱗片片狀的的毛刺刺。積屑瘤瘤和鱗鱗刺均均會使使表面面粗糙糙度值值加大大。當(dāng)當(dāng)切削削速度度超過過100m/min時，，表面面粗糙糙度值值反而而下降降并趨趨于穩(wěn)穩(wěn)定。。結(jié)論:選選擇低速速寬刀精精切和高高速精切切，往往往可以得得到較小小的表面面粗糙度度值。上一頁下一頁返回7.5影影響表面面質(zhì)量的的因素及及其控制制一般來講講，材料料韌性越越大或塑塑性變形形趨勢越越大，被被加工表表面的表表面粗糙糙度就越越大切削削脆性材材料比切切削塑性性材料容容易達(dá)到到表面粗粗糙度的的要求。。對于同同樣的材材料，金金相組織織越粗大大，切削削加工后后的表面面粗糙度度值也越越大。為為減小切切削加工工后的表表面粗糙糙度值，，常在精精加工前前進(jìn)行調(diào)調(diào)質(zhì)處理理(淬火火+高溫溫回火)，目的在于于得到均均勻細(xì)密密的晶粒粒組織和和較高的的硬度。。此外，合合理選擇擇切削液液、適當(dāng)當(dāng)增大刀刀具法前前角和提提高刀具具的刃磨磨質(zhì)量等等，均能能有效地地減小加加工表面面粗糙度度值上一頁下一頁返回7.5影影響表面面質(zhì)量的的因素及及其控制制2.磨削削加工的的衣面粗粗糙度(1)磨磨削用量量對粗糙糙度的影影響磨削時，，砂輪的的速度越越高，單單位時間間內(nèi)通過過被磨表表面的磨磨粒數(shù)就就越多，，因而工工件表面面的表面面粗糙度度值就越越小，如如圖7一36(a)所所示。工件速度度對表面面粗糙度度的影響響剛好與與砂輪速速度的影影響相反反。增大大工件速速度時，，單位時時間內(nèi)通通過被磨磨表面的的磨粒數(shù)數(shù)減少，，表面粗粗糙度值值將增加加，如圖圖7一36(b)所所示。磨削深度度(背吃吃刀量)增大，，表層塑塑性變形形將隨之之增大，，被磨表表面粗糙糙度值也也會增大大，如圖圖7一36(c)所所示。另外，砂砂輪的縱縱向進(jìn)給給減小，，工件表表面的每每個部位位被砂輪輪重復(fù)磨磨削的次次數(shù)增加加，被磨磨表面的的表面粗粗糙度值值將減小小。上一頁下一頁返回7.5影影響表面面質(zhì)量的的因素及及其控制制(2)砂砂輪結(jié)構(gòu)構(gòu)對表面面粗糙度度的影響響砂輪結(jié)構(gòu)構(gòu)中，砂砂輪粒度度越細(xì)，，磨削的的表面粗粗糙度值值越小。。但磨粒粒太細(xì)時時，砂輪輪易被磨磨屑堵塞塞，若導(dǎo)導(dǎo)熱情況況不好，，反而會會在加工工表面產(chǎn)產(chǎn)生燒傷傷等現(xiàn)象象，使表表面粗糙糙度值增增大。因因此，砂砂輪粒度度常取為為46一一60號號砂砂輪輪硬度的的影響。。砂輪太太硬，磨磨粒不易易脫落，，磨鈍了了的磨粒粒不能及及時被新新磨粒替替代，會會使表面面粗糙度度值增大大;砂輪輪太軟，，磨粒易易脫落，，磨削作作用減弱弱，也會會使表面面粗糙度度值增大大。因此此，常選選用中軟軟砂輪。。砂輪修整整。砂輪輪修整對對工件表表面粗糙糙度也有有重要影影響。精精細(xì)修整整過的砂砂輪可有有效減小小被磨工工件的表表面粗糙糙度值。。上一頁下一頁返回7.5影響表面面質(zhì)量的的因素及及其控制制7.5.2影響表層層力學(xué)性性能因素素及改進(jìn)進(jìn)1.表面冷作作硬化工件加工工時，由由于受到到切削力力和切削削熱的作作用，表表面金屬屬層的力力學(xué)物理理性能會會產(chǎn)生很很大變化化，如表表層金屬屬的顯微微硬度發(fā)發(fā)生變化化。評定硬化化組織的的指標(biāo)有有三項:表層金屬屬的顯微微硬度HV、硬化層層深度h和硬化程程度N。式中，HVo—工件表面面硬化層層內(nèi)層金金屬的顯顯微硬度度。各種加工工方式對對鋼件表表面的硬硬化程度度與硬化化深度的的影響見見表7-3上一頁下一頁返回7.5影影響表面面質(zhì)量的的因素及及其控制制影響加工工硬化的的主要因因素有切切削用量量、刀具具幾何參參數(shù)及磨磨損和工工件材料料等。(1)切切削用量量的影響響當(dāng)加大進(jìn)進(jìn)給量時時，表層層金屬的的顯微硬硬度通常常將隨之之增大。。這是因因為隨著著進(jìn)給量量的增大大，切削削力增大大，表層層金屬的的塑性變變形加劇劇，冷硬硬程度也也會相應(yīng)應(yīng)增加，，如圖7一37所示。背吃刀量量對表層層金屬冷冷作硬化化的影響響不大，，但對于于磨床，，磨削深深度越深深，對冷冷硬影響響越大，，如圖7一38所示上一頁下一頁返回7.5影響表面面質(zhì)量的的因素及及其控制制(2)刀具的影影響刀具前角角y,越大，切切削變形形越小，，加工硬硬化程度度和硬化化層深度度均相應(yīng)應(yīng)減小。。如圖7一39所示，刀刀具后刀刀面磨損損寬度VB從Omm增大到0.3mm，顯微硬硬度由330HV增大到340HV，這是由由于磨損損寬度加加大后，，刀具后后刀面與與被加工工工件的的摩擦加加劇，塑塑性變形形增大，，導(dǎo)致表表面冷硬硬增大。。然而，，當(dāng)磨損損寬度繼繼續(xù)加大大時，摩摩擦熱急急劇增大大，弱化化趨勢凸凸顯，表表層金屬屬的顯微微硬度反反而逐漸漸下降，，直至穩(wěn)穩(wěn)定在某某一個水水平(3)工件材料料的影響響眾所周知知，工件件材料硬硬度越低低用的低低碳、中中碳或合合金結(jié)構(gòu)構(gòu)鋼而言言嚴(yán)重。。塑性增增加，加加工硬化化程度和和硬化層層深度越越大。上一頁下一頁返回7.5影響表面面質(zhì)量的的因素及及其控制制就汽車岸岸由于其其塑性變變形能力力強(qiáng)，所所以在機(jī)機(jī)械加工工中其表表面硬科科2.材料的金金相組織織變化(1)磨削燒傷傷磨削工件件時，當(dāng)當(dāng)其表面面層溫度度達(dá)到或或超過金金屬材料料的相變變溫度時時，表層層金屬材材料的金金相組織織將發(fā)生生部分相相變，表表層顯微微硬度也也會相應(yīng)應(yīng)變化，，并伴隨隨有殘余余應(yīng)力產(chǎn)產(chǎn)生，甚甚至出現(xiàn)現(xiàn)微裂紋紋，還會會出現(xiàn)彩彩色氧化化膜，這這種現(xiàn)象象稱為磨磨削燒傷傷。(2)磨削裂紋紋一般情況況下，磨磨削表面面多呈殘殘余拉應(yīng)應(yīng)力。磨磨削淬火火鋼、滲滲碳鋼及及硬質(zhì)合合金工件件時，常常常沿垂垂直于磨磨削的方方向產(chǎn)生生微小龜龜裂，嚴(yán)嚴(yán)重時發(fā)發(fā)展成龜龜殼狀微微裂紋，，且有的的裂紋不不在工件件外表面面而是在在表面層層下，用用肉眼根根本無法法發(fā)現(xiàn)。。上一頁下一頁返回7.5影響表面面質(zhì)量的的因素及及其控制制裂紋常與與磨削方方向垂直直或呈網(wǎng)網(wǎng)狀，并并且與燒燒傷同時時出現(xiàn)。。其危害害是降低低零件的的疲勞強(qiáng)強(qiáng)度，甚甚至出現(xiàn)現(xiàn)早期低低應(yīng)力斷斷裂。(3)磨削燒傷傷改進(jìn)措措施1)正確選擇擇砂輪對