機械行業(yè)加工質(zhì)量分析

第4章機械加工質(zhì)量分析本章要點:加工質(zhì)量的概念；機械加工精度及其影響因素；機械加工表面質(zhì)量及其影響因素

第一頁，共三十二頁。4．1機械加工精度教學(xué)重點：掌握機械加工精度的概念;掌握獲得加工精度的方法;掌握影響加工精度的因素;掌握提高加工精度的工藝措施教學(xué)難點：掌握影響加工精度的因素;提高加工精度的工藝措施。第二頁，共三十二頁。4．1機械加工精度4．1．1加工精度的基本概念

機械加工精度是指零件加工后的實際幾何參數(shù)（尺寸、形狀和位置）與理想幾何參數(shù)相符合程度。它們之間的差異稱為加工誤差。加工誤差的大小反映了加工精度的高低。誤差越大加工精度越底；反之，誤差越小加工精度越高。加工精度包括三個方面：尺寸精度：指加工后零件的實際尺寸與零件尺寸的公差帶中心的相符合程度。形狀精度：指加工后的零件表面的實際幾何形狀與理想的幾何形狀的相符合程度。位置精度：指加工后零件有關(guān)表面之間的實際位置與理想位置相符合程度。第三頁，共三十二頁。4．1機械加工精度4．1．2獲得加工精度的方法1.獲得尺寸精度的方法(1)試切法(2)調(diào)整法(3)定尺寸法(4)自動控制法第四頁，共三十二頁。4．1機械加工精度2.獲得形狀精度的方法（1）軌跡法（2）成形法（3）展成法3.獲得位置精度的方法（1）根據(jù)工件加工過的表面進行找正的方法；（2）工件的位置精度由夾具來保證。第五頁，共三十二頁。4．1機械加工精度4．1．3影響加工精度的原始誤差1.與工藝系統(tǒng)本身初始狀態(tài)有關(guān)的原始誤差（1）原理誤差即加工方法原理上存在的誤差。（2）工藝系統(tǒng)幾何誤差它可歸納為兩類：

①工件與刀具的相對位置在靜態(tài)下已存在的誤差②工件與刀具的相對位置在運動狀態(tài)下存在的誤差2.與切削過程有關(guān)的原始誤差（1）工藝系統(tǒng)力效應(yīng)引起的變形（2）工藝系統(tǒng)熱效應(yīng)引起的變形，第六頁，共三十二頁。4．1機械加工精度4．1．4加工原理誤差1.采用近似的加工運動造成的誤差

如在車削或磨削模數(shù)螺紋時，由于其導(dǎo)程t=πm,式中有π這個無理因子，在用配換齒輪來得到導(dǎo)程數(shù)值時，就存在原理誤差。2.采用近似的刀具輪廓造成的誤差如用滾刀滾切漸開線齒輪時，為了滾刀的制造方便，多用阿基米德基本蝸桿或法向直廓基本蝸桿來代替漸開線基本蝸桿，從而產(chǎn)生了加工原理誤差。第七頁，共三十二頁。4．1機械加工精度

4．1．5機床的幾何誤差主軸回轉(zhuǎn)運動誤差1.主軸回轉(zhuǎn)運動誤差（1）主軸回轉(zhuǎn)精度的概念（2）影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素（3）提高主軸回轉(zhuǎn)精度的措施2.導(dǎo)軌的導(dǎo)向誤差3．傳動鏈傳動誤差第八頁，共三十二頁。4．1機械加工精度4．1．6刀具、夾具的制造誤差及磨損定尺寸刀具（如鉆頭、鉸刀、拉刀及槽銑刀等）的尺寸誤差，直接影響被加工零件的尺寸精度2.成形刀（成形刀、成形銑刀以及齒輪滾刀等）的誤差，主要影響被加工面的形狀精度。3.夾具的制造誤差對被加工零件的精度影響較大。4.刀具的磨損會直接影響刀具相對被加工表面的位置，造成被加工零件的尺寸誤差；夾具的磨損會引起工件的定位誤差。

第九頁，共三十二頁。4．1機械加工精度4．1．7工藝系統(tǒng)受力變形引起的加工誤差1．切削過程中受力點位置變化引起的加工誤差。（1）在兩頂尖車削粗而短的光軸時，工藝系統(tǒng)的總變形完全取決于機床頭、尾架和刀架的變形。工件產(chǎn)生的誤差為雙曲線圓柱度誤差。（2）在兩頂尖間車削細長軸時，由于工件細長，剛度小，在切削力作用下，其變形大大超過機床、夾具和刀具的受力變形。

第十頁，共三十二頁。4．1機械加工精度工件的軸線將會產(chǎn)生彎曲變形，根據(jù)材料力學(xué)的計算公式可得其變形量為：y=Fy/3EI=(L-x)2x2/L車刀車至x=L/2處時工件產(chǎn)生的變形最大，工件呈中間粗、兩頭細的腰鼓形。圖4-3車削細長軸時受力變形產(chǎn)生的加工誤差第十一頁，共三十二頁。4．1機械加工精度2．切削力大小變化引起的加工誤差——誤差復(fù)映工件的毛坯外形雖然具有粗略的零件形狀，但它在尺寸、形狀以及表面層材料硬度上都有較大的誤差。毛坯的這些誤差在加工時使切削深度不斷發(fā)生變化，從而導(dǎo)致切削力的變化，進而引起工藝系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)的變形，使得零件在加工后還保留與毛坯表面類似的形狀或尺寸誤差。這種現(xiàn)象稱為“誤差復(fù)映規(guī)律”，所引起的加工誤差稱為“復(fù)映誤差”。第十二頁，共三十二頁。4．1機械加工精度

3．減小工藝系統(tǒng)受力變形的措施（1）提高工藝系統(tǒng)各部分的剛度①提高工件加工時的剛度例如車削細長軸時：減小工件支承長度為此常采用跟刀架或中心架及其他支承架。減小工件所受法向切削力通常可采取增大前角、主偏角選為90°以及適當減小進給量和切削深度等措施減小。采用反向走刀法使工件從原來的軸向受壓變?yōu)檩S向受拉②提高工件安裝時的夾緊剛度

對薄壁件，夾緊時應(yīng)選擇適當?shù)膴A緊方法和夾緊部位，否則會產(chǎn)生很大的形狀誤差。③提高機床部件的剛度第十三頁，共三十二頁。4．1機械加工精度由于工件本身有形狀誤差，用電磁吸盤吸緊時，工件產(chǎn)生彈性變形，磨削后松開工件，因彈性恢復(fù)工件表面仍有形狀誤差（翹曲）。解決辦法是在工件和電磁吸盤之間墊入一薄橡皮（0.5mm以下）。當吸緊時，橡皮被壓縮，工件變形減小，經(jīng)幾次反復(fù)磨削逐漸修正工件的翹曲，將工件磨平。圖4—4薄板零件的磨削第十四頁，共三十二頁。4．1機械加工精度4．1．8工藝系統(tǒng)受熱變形引起的加工誤差

1．工藝系統(tǒng)的熱源（1）內(nèi)部熱源：切削熱、摩擦熱、派生熱源（2）外部熱源：環(huán)境溫度、熱輻射2．工藝系統(tǒng)的熱平衡

工藝系統(tǒng)受各種熱源影響，其溫度逐步上升。但同時，它們也通過各種傳熱方式向周圍散發(fā)熱量。當單位時間內(nèi)傳入和散發(fā)的熱量相等時，則認為工藝系統(tǒng)達到熱平衡。第十五頁，共三十二頁。4．1機械加工精度3．機床熱變形引起的加工誤差熱源大致分為以下三種：（1）主要熱源來自機床的主傳動系統(tǒng)如普通機床、六角機床、銑床、臥式鏜床、坐標鏜床等。（2）主要熱源來自機床導(dǎo)軌的摩擦如龍門刨床、立式車床等。（3）主要熱源來自液壓系統(tǒng)如各種液壓機床。

熱源的熱量，一部分傳給周圍介質(zhì)，一部分傳給熱源近處的機床零部件和刀具，以致產(chǎn)生熱變形，影響加工精度。

第十六頁，共三十二頁。4．1機械加工精度4．刀具熱變形及對加工精度的影響（1）刀具連續(xù)工作時（2）刀具間歇工作5．工件熱變形引起的加工誤差（1）工件均勻受熱（2）工件不均勻受熱6．控制溫度變化，均恒溫度場必須采取措施控制工藝系統(tǒng)溫度變化，保持溫度穩(wěn)定。使熱變形產(chǎn)生的加工誤差具有規(guī)律性，便于采取相應(yīng)措施給予補償。

第十七頁，共三十二頁。4．1機械加工精度4．1．9工件殘余應(yīng)力引起的誤差1．基本概念2.殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因

（1）毛坯制造中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力（2）冷校直產(chǎn)生的殘余應(yīng)力（3）切削加工中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力3．減少或消除殘余應(yīng)力的措施（1）采取時效處理（2）合理安排工藝路線（3）合理設(shè)計零件結(jié)構(gòu)第十八頁，共三十二頁。4．1機械加工精度

4．1．10提高加工精度的工藝措施1．減少誤差法2．誤差補償法或誤差抵消法3．誤差分組法

（1）誤差復(fù)映，引起本工序誤差；（2）定位誤差擴大，引起本工序誤差4．誤差轉(zhuǎn)移法5．“就地加工”法6．誤差平均法第十九頁，共三十二頁。作業(yè)4-1．敘述加工精度和加工誤差的概念及它們之間的區(qū)別。4-2．表面質(zhì)量包括哪幾方面的含義？4-3．機床幾何誤差有哪幾項？各項誤差對加工精度有何影響？4-4．工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度有何影響？4-5．工藝系統(tǒng)受熱變形對加工精度有何影響？4-6．在車床上用兩頂尖安裝車削軸類零件時，出現(xiàn)圖4-6所示誤差的原因是什么？應(yīng)分別采取何種工藝措施以減小或消除誤差？4-7．在磨削錐孔時，用檢驗錐度的塞規(guī)著色檢驗，發(fā)現(xiàn)只在塞規(guī)的中部接觸或在塞規(guī)的兩端接觸，如圖4-7所示。試分析產(chǎn)生誤差的因素。第二十頁，共三十二頁。作業(yè)4-8．在臥式銑床上銑削鍵槽，如圖4-11所示，經(jīng)測量發(fā)現(xiàn)靠工件兩端深度大于中間，且都比調(diào)整地深度尺寸小。分析產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因。題4-6題4-7題4-8第二十一頁，共三十二頁。4．2機械加工表面質(zhì)量教學(xué)重點：掌握機械加工表面質(zhì)量的概念；掌握表面質(zhì)量對零件使用性能的影響；掌握影響表面質(zhì)量的因素。教學(xué)難點：影響表面質(zhì)量的因素第二十二頁，共三十二頁。4．2機械加工表面質(zhì)量

4．2．1表面質(zhì)量的基本概念1．表面層的幾何形狀特性（1）表面粗糙度它是指加工表面的微觀幾何形狀誤差。表面粗糙度通常是由機械加工中切削刀具的運動軌跡所形成。（2）表面波度它是介于宏觀幾何形狀誤差與微觀幾何形狀誤差之間的周期性幾何形狀誤差。2．表面層物理機械性能

（1）表面層冷作硬化表面冷作硬化是由于機械加工時，工件表面層金屬受到切削力的作用，產(chǎn)生強烈的塑性變形，使金屬的晶格被拉長、扭曲，甚至破壞而引起的。（2）表面層金相組織的變化磨削時約80%的熱量將傳給工件，所以磨削是一種典型的容易產(chǎn)生加工表面金相組織變化（磨削燒傷）的加工方法（3）表面層殘余應(yīng)力表面層殘余應(yīng)力是指工件經(jīng)機械加工后，由于表面層組織發(fā)生形狀或組織變化導(dǎo)致在表面層與基體材料的交界處產(chǎn)生互相平衡的內(nèi)部應(yīng)力。第二十三頁，共三十二頁。4．2機械加工表面質(zhì)量4．2．2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圖4-10零件的磨損過程第二十四頁，共三十二頁。4．2機械加工表面質(zhì)量2．表面質(zhì)量對零件疲勞強度的影響

零件由于疲勞而破壞都是從表面開始的，因此表面層的粗糙度對零件的疲勞強度影響很大。在交變載荷作用下，由于表面上微觀不平的凹谷處，容易形成應(yīng)力集中，產(chǎn)生和加劇疲勞裂紋以致疲勞損壞。零件表面的冷硬層，有助于提高疲勞強度。3．表面質(zhì)量對零件耐腐蝕性的影響零件的耐腐蝕性在很大程度上取決于表面粗糙度。表面粗糙度值越大，越容易積聚腐蝕性物質(zhì)，凹谷越深，滲透與腐蝕作用越強烈。故減小表面粗糙度值，可提高零件的耐蝕性。此外，殘余壓應(yīng)力使零件表面緊密腐蝕性物質(zhì)不易進入，可增強零件的耐蝕性。4．表面質(zhì)量對配合性質(zhì)的影響在間隙配合中，如果配合表面粗糙，則在初期磨損階段由于配合表面迅速磨損，使配合間隙增大，改變了配合性質(zhì)。在過盈配合中，如果配合表面粗糙，則裝配后表面的凸峰將被擠壓，而使有效過盈量減少，降低了配合強度。第二十五頁，共三十二頁。4．2機械加工表面質(zhì)量4．2．3影響表面粗糙度的因素1．切削加工中影響表面粗糙度的因素（1）幾何因素（2）物理因素積屑瘤刀具表面對工件表面的擠壓與摩擦工件材料性質(zhì)第二十六頁，共三十二頁。4．2機械加工表面質(zhì)量

2．磨削加工中影響表面粗糙度的因素

（1）磨削用量砂輪速度對表面粗糙度的影響較大，提高有利于降低表面粗糙度。磨削深度與進給速度增大時，將使工件表面塑性變形加劇，因而使表面粗糙度值增大。（2）砂輪砂輪的粒度愈細，使加工表面刻痕細密，則表面粗糙度值愈小。但粒度過細，容易堵塞砂輪而使工件表面塑性變形增加，影響表面粗糙度。砂輪硬度應(yīng)適宜，使磨粒在磨鈍后及時脫落，露出新的磨粒來繼續(xù)切削，即具有良好的“自礪性”，工件就能獲得較細的表面粗糙度。（3）工件材料工件材料的硬度、塑性、韌性和導(dǎo)熱性能等對表面粗糙度有顯著影響，工件材料太硬時，磨粒易鈍化；太軟時上易堵塞；韌性大和導(dǎo)熱性差的材料，使磨粒早期崩落而破壞了微刃的等高性，因此均使表面粗糙度值增大。（4）冷卻潤滑液磨削冷卻潤滑液對減少磨削力、溫度及砂輪磨損等都有良好的效果。正確選用冷卻液有利于減小表面粗糙度值。第二十七頁，共三十二頁。4．2機械加工表面質(zhì)量

4．2．4影響表面層物理機械性能的因素

１．影響表面層冷作硬化的因素（1）切削用量

①切削速度：隨著切削速度的增大，被加工金屬塑性變形減小，同時由于切削溫度上升使回復(fù)作用加強，因此冷硬程度下降。②進給量：進給量增大使切削厚度增大，切削力增大，工件表面層金屬的塑性變化增大，故冷硬程度增加。（2）刀具①刀具刃口圓弧半徑增大，表面層金屬的塑性變形加劇，冷硬程度增大。②刀具后刀面磨損寬度VB增大，刀具后刀面與工作表面摩擦加劇，塑性變形增大，導(dǎo)致表面層冷硬程度增大。③前角增大，可減小加工表面的變形，故冷硬程度減小。刀具后角、主偏角、副偏角及刀尖圓角半徑等對表面層冷硬程度影響不大。（3）工件材料工件材料的塑性越大，加工表面層的冷硬程度越嚴重，碳鋼中含碳量越高，強度越高，其冷硬程度越小。第二十八頁，共三十二頁。4．2機械加工表面質(zhì)量2．影響加工表面的金相組織變化的因素（1）磨削用量①磨削深度增加時，無論是工件表面溫度，還是表面層下不同深度的溫度，都隨之升高，故燒傷的可能性增大。②縱向進給量增大，熱作用時間減少，使金相組織來不及變化，磨削燒傷減輕。但大時，加工表面的粗糙度增大，一般可采用寬砂輪來彌補。③工件線速度增大，雖使發(fā)熱量增大，但熱作用時間減少，故對磨削燒傷影響不大。提高工件速度會導(dǎo)致工件表面更為粗糙。為了彌補這一缺陷而又能保持高的生產(chǎn)率，一般可提高砂輪速度。（2）砂輪的選擇若砂輪的粒度越細、硬度越高、自礪性差，