工件的机械加工质量讲稿.ppt

工件的机械加工质量第一页，讲稿共五十六页哦第一节 机械加工质量的基本概念第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量一、机械加工质量的概念一、机械加工质量的概念 工件的机械加工质量包括两个方面：加工精度及表面质量。工件的机械加工质量包括两个方面：加工精度及表面质量。2第二页，讲稿共五十六页哦机械加工精度及加工误差机械加工精度及加工误差l l工件加工后各表面的实际几何参数（尺寸、形状及相互位置）与理工件加工后各表面的实际几何参数（尺寸、形状及相互位置）与理 想值的符合程度称为想值的符合程度称为加工精度加工精度，与理想值的偏离程度称为，与理想值的偏离程度称为加工误差加工误差。l l加工精度和加工误差是从相反两个方面来描述工件的几何参数的，加工精度和加工误差是从相反两个方面来描述工件的几何参数的，加工精度高，则加工误差小；反正，加工误差大，则加工精度低。加工精度高，则加工误差小；反正，加工误差大，则加工精度低。l l加工精度及加工误差的内容包括尺寸精度（或误差）、形状精度（或误差）、位置精加工精度及加工误差的内容包括尺寸精度（或误差）、形状精度（或误差）、位置精度（或误差）。度（或误差）。机械加工表面质量机械加工表面质量l l表面几何学特征，指表面微观几何形状，包括表面粗糙度及波度。表面几何学特征，指表面微观几何形状，包括表面粗糙度及波度。l l表面层材质的变化，指在表面层出现的与基体材料组织不同的变质情况，包表面层材质的变化，指在表面层出现的与基体材料组织不同的变质情况，包括冷作硬化、金相组织变化、残余应力。括冷作硬化、金相组织变化、残余应力。第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量3第三页，讲稿共五十六页哦二、获得加工精度的方法及经济加工精度二、获得加工精度的方法及经济加工精度 获得尺寸精度的方法获得尺寸精度的方法 试切法试切法刀具相对工件的位置是通过试切、测量、调整、再试切反复进行刀具相对工件的位置是通过试切、测量、调整、再试切反复进行而得到。该方法的特点是生产力低，精度取决于工人的水平，因此，适用于而得到。该方法的特点是生产力低，精度取决于工人的水平，因此，适用于单件小批量生产。单件小批量生产。调整法调整法工件加工前先调整好刀工件加工前先调整好刀 具与工件在机床上的相对位置，并具与工件在机床上的相对位置，并 在加工过程中保持该位置不变。该在加工过程中保持该位置不变。该 方法的特点是生产力高，尺寸稳定方法的特点是生产力高，尺寸稳定 性好，适用于大批量生产。性好，适用于大批量生产。第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量BA4第四页，讲稿共五十六页哦l l定尺寸刀具法定尺寸刀具法利用刀具的尺寸来保证工件尺寸，如孔加工、槽加工等。利用刀具的尺寸来保证工件尺寸，如孔加工、槽加工等。其特点是工件尺寸精度取决于刀具尺寸精度。其特点是工件尺寸精度取决于刀具尺寸精度。l l自动控制法自动控制法利用测量装置、进给装置和控制系统，使工件在加工过程利用测量装置、进给装置和控制系统，使工件在加工过程中自动测量、进给、补偿，从而到达要求的尺寸。该方法的特点是加工中自动测量、进给、补偿，从而到达要求的尺寸。该方法的特点是加工精度高，生产力高，适用于在自动化机床上加工。精度高，生产力高，适用于在自动化机床上加工。获得形状精度的方法获得形状精度的方法l l轨迹法轨迹法利用切削运动刀具刀尖的运动轨迹以形成工件被加工表面形状。利用切削运动刀具刀尖的运动轨迹以形成工件被加工表面形状。l l成形法成形法利用成形刀具切削刃的几何形状切削出工件的形状。利用成形刀具切削刃的几何形状切削出工件的形状。第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量5第五页，讲稿共五十六页哦l l展成法展成法利用刀具和工件作展成运动时，切削刃在被加工表面上形成的包络面利用刀具和工件作展成运动时，切削刃在被加工表面上形成的包络面形成工件加工表面。形成工件加工表面。l l相切法相切法利用旋转刀具（如铣刀）切削时，切削刃运动轨迹的包络线形利用旋转刀具（如铣刀）切削时，切削刃运动轨迹的包络线形成工件被加工表面。成工件被加工表面。第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量6第六页，讲稿共五十六页哦获得位置精度的方法获得位置精度的方法 工件加工时获得位置精度主要取决于工件的装夹方法，主要有找正工件加工时获得位置精度主要取决于工件的装夹方法，主要有找正装夹法和专用夹具装夹法。装夹法和专用夹具装夹法。经济精度及经济表面粗糙度经济精度及经济表面粗糙度 指某种加工方法在正常的生产条件下（指某种加工方法在正常的生产条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级工人，不延长加工时间）所能达到的加工精度，）所能达到的加工精度，也包括经济表面粗糙度。可参阅有关手册。也包括经济表面粗糙度。可参阅有关手册。l l不应将其理解为某个确定值，而应理解为一个精度范围。不应将其理解为某个确定值，而应理解为一个精度范围。l l各种经济加工精度不是一成不变的，随着加工技术水平的提高，也随着提高。各种经济加工精度不是一成不变的，随着加工技术水平的提高，也随着提高。l l有关手册、文献所查阅的精度和表面粗糙度是指的经济精度和经济表面有关手册、文献所查阅的精度和表面粗糙度是指的经济精度和经济表面粗糙度。粗糙度。第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量7第七页，讲稿共五十六页哦一、影响加工精度的原始误差及分类 机械加工工艺系统机械加工工艺系统 机械加工过程中，由机床、工件、夹具和刀具所组成的封闭系统称为机械加工工艺系统。第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量第二节 影响加工精度的因素8第八页，讲稿共五十六页哦工件相对于刀具运动状态下的误差主轴回转误差导轨导向误差传动误差工工艺艺系系统统原原始始误误差差引起加工误差的根本原因是工艺系统存在着误差，将工艺系统的误差称为原始误差。原始误差与工艺系统原始状态有关的原始误差(几何误差)与工艺过程有关的原始误差(动误差)原理误差定位误差调整误差刀具误差夹具误差机床误差工艺系统受力变形（包括夹紧变形）工艺系统受热变形刀具磨损测量误差工件残余应力引起的变形工件相对于刀具静止状态下的误差原始误差构成原始误差的分类原始误差的分类第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量9第九页，讲稿共五十六页哦二、加工原理误差二、加工原理误差 加工原理误差是指采用了近似的成型运动或近似的刀刃轮廓进行加工而产生的误加工原理误差是指采用了近似的成型运动或近似的刀刃轮廓进行加工而产生的误差。差。l l 例如在数控铣床上采用球头刀铣削复杂形面零件（见图）。例如在数控铣床上采用球头刀铣削复杂形面零件（见图）。SRh空间曲面数控加工式中 R 球头刀半径；h 允许的残留高度。l l用阿基米德蜗杆滚刀滚切渐开线齿轮。用阿基米德蜗杆滚刀滚切渐开线齿轮。l l用公制丝杆车蜗杆或英制螺纹。用公制丝杆车蜗杆或英制螺纹。采用了近似的成型运动或近似的刀刃轮廓，常常可以简化机床结构或刀具形状，或采用了近似的成型运动或近似的刀刃轮廓，常常可以简化机床结构或刀具形状，或可提高生产率，有时还可得到较高加工精度。故在生产中广泛采用，其前提是原理误可提高生产率，有时还可得到较高加工精度。故在生产中广泛采用，其前提是原理误差不超过规定精度要求（通常原理误差不超过差不超过规定精度要求（通常原理误差不超过10101515工件公差）。工件公差）。第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量10第十页，讲稿共五十六页哦三、机床几何误差及其对加工精度的影响三、机床几何误差及其对加工精度的影响 机床几何误差表现为机床导轨误差、主轴回转误差等，产生的原因是机床几何误差表现为机床导轨误差、主轴回转误差等，产生的原因是机床本身的制造误差、安装误差及磨损。机床本身的制造误差、安装误差及磨损。第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量xx机床导轨误差机床导轨误差l l车床导轨在水平面内有直线度误差车床导轨在水平面内有直线度误差x x 刀尖相对于工件回转轴线在加工表面刀尖相对于工件回转轴线在加工表面的的法线方向（加工误差敏感方向）法线方向（加工误差敏感方向）产生位产生位移，位移量等于导轨的直线度误差。移，位移量等于导轨的直线度误差。刀尖在水平面内的运动轨迹不是一条直线，造成工件的轴向形状误差（圆柱度误差）。11第十一页，讲稿共五十六页哦l l车床导轨在垂直面内有直线度误差车床导轨在垂直面内有直线度误差y y第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量 刀尖相对于工件回转轴线在加工表面的刀尖相对于工件回转轴线在加工表面的切线切线方向（加工误差非敏感方向）方向（加工误差非敏感方向）产生位移，位移量等于产生位移，位移量等于导轨的直线度误差；导轨的直线度误差；刀尖在水平面内的运动轨迹也不是一条直线，造成工件的轴向形状误差（圆柱度误差）。yy12第十二页，讲稿共五十六页哦l l车床前后导轨扭曲车床前后导轨扭曲n n第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量BHnr工作台在运动过程中产生摆动。刀尖运动轨迹为一条空间曲线，产生加工误差（圆柱度误差）。例：车床H/B=2/3，n影响很大。13第十三页，讲稿共五十六页哦l l车床纵向导轨与主轴在水平面内有平行度误差车床纵向导轨与主轴在水平面内有平行度误差第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量主轴n导轨fL俯视图上导轨与主轴不平行圆锥形工件产生圆柱度误差例：车床导轨与主轴平行度误差：Hx=Ltan()则，工件直径误差：d=2Hx=2Ltan()14第十四页，讲稿共五十六页哦l l车床纵向导轨与主轴在垂直面内有平行度误差车床纵向导轨与主轴在垂直面内有平行度误差第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量正视图上导轨与主轴不平行n主轴导轨OBAfABO鞍形（轴剖面内为双曲线）例：车床导轨与主轴平行度误差：Hy=Ltan()则，工件直径差：15第十五页，讲稿共五十六页哦l l车床横向导轨与主轴轴线有垂直度误差车床横向导轨与主轴轴线有垂直度误差第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量nf例：横向导轨与主轴夹角：则，平面度误差：=(d/2)tan()工件端面产生内凹或外凸的平面度误差16第十六页，讲稿共五十六页哦机床主轴回转误差机床主轴回转误差l纯轴向窜动l l纯径向移动纯径向移动l l纯角度摆动纯角度摆动第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量圆柱既有圆柱度误差，又有圆度误差圆端面误差n圆度误差17第十七页，讲稿共五十六页哦四、刀具制造误差与磨损四、刀具制造误差与磨损 定尺寸刀具（钻头、绞刀、键槽铣刀、浮动镗刀块、拉刀等）尺寸、形状误差及磨损定尺寸刀具（钻头、绞刀、键槽铣刀、浮动镗刀块、拉刀等）尺寸、形状误差及磨损直接影响工件的尺寸精度和形状精度。直接影响工件的尺寸精度和形状精度。成形刀具和展成刀具形状误差及磨损直接影响工件的形状精度。成形刀具和展成刀具形状误差及磨损直接影响工件的形状精度。普通刀具（普通车刀、刨刀、面铣刀、单刃镗刀等），它们的制造误差与加工精度没普通刀具（普通车刀、刨刀、面铣刀、单刃镗刀等），它们的制造误差与加工精度没有直接的关系，但其磨损对工件的尺寸和形状精度有很大的影响。有直接的关系，但其磨损对工件的尺寸和形状精度有很大的影响。第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量车刀后刀面磨损对加工尺寸影响刀具磨损过程18第十八页，讲稿共五十六页哦第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量五、夹具制造误差与磨损 l l定位误差；定位误差；l l刀具导向（对刀）误差；刀具导向（对刀）误差；l l夹紧误差；夹紧误差；l l夹具安装误差；夹具安装误差；（1 1）通常要求定位误差不大于工件相应工序尺）通常要求定位误差不大于工件相应工序尺寸公差的寸公差的1/31/3。（2 2）对刀误差和夹具安装误差之和不大）对刀误差和夹具安装误差之和不大于工件相应工序尺寸公差的于工件相应工序尺寸公差的1/31/3。L0.056F710F7k620H 7g 6YZ 钻孔夹具误差分析19第十九页，讲稿共五十六页哦六、工艺系统受力、受热变形引起的误差六、工艺系统受力、受热变形引起的误差第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量工艺系统刚度工艺系统刚度工艺系统受力变形引起加工误差l l 定义：定义：工艺系统刚度是指工艺系统在切削力工艺系统刚度是指工艺系统在切削力F Ff f、F Fp p、F Fc c的综合作用下的综合作用下 ，加工表面法向方向上的切削分力，加工表面法向方向上的切削分力F Fp p与刀具在此该方向上的相对位移与刀具在此该方向上的相对位移y y 的比值，即：的比值，即：式中 Js工艺系统刚度；Fp吃刀抗力（切削力法向分力）；y工艺系统位移（切削合力作用下的位移）。20第二十页，讲稿共五十六页哦式中 Js 工艺系统刚度；Jjc 机床刚度；Jjj 夹具刚度；Jdj 刀架刚度；Jg 工件刚度。工艺系统受力变形等于工艺系统各组成部分受力变形之迭加。由此工艺系统受力变形等于工艺系统各组成部分受力变形之迭加。由此可导出工艺系统刚度与工艺系统各组成部分刚度之间的关系：可导出工艺系统刚度与工艺系统各组成部分刚度之间的关系：l l计算公式计算公式工艺系统刚度计算说明工艺系统刚度计算说明:p p工件、刀架形状简单时，其刚度可用材料力学公式计算。工件、刀架形状简单时，其刚度可用材料力学公式计算。p p对机床部件、夹具等，其刚度多采用实验方法确定。对机床部件、夹具等，其刚度多采用实验方法确定。p p上式中计算时可适当部分简化（忽略变形小的部分）。上式中计算时可适当部分简化（忽略变形小的部分）。第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量21第二十一页，讲稿共五十六页哦 机床各部件的刚度可通过试验确定，根据工件加工条件可计算出机床的刚度，以车机床各部件的刚度可通过试验确定，根据工件加工条件可计算出机床的刚度，以车床车削短粗光轴时为例。床车削短粗光轴时为例。机床的刚度及其对加工精度的影响机床的刚度及其对加工精度的影响 变形随受力点变化规律ytywydKFpAABBC C xLFAFByx第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量结论结论：（1 1）机床的刚度不是一个定值，而是车刀位置的函数。因此，由于工艺系统弹性变形的影响，工件沿轴向的直径将不是一致的。（2）可分别求出各特殊位置机床的刚度，如式3-5、3-6、3-7和3-8。其中，一般以刀具位于工件中点处的刚度代表机床的刚度，即：22第二十二页，讲稿共五十六页哦工件的刚度及其对加工精度的影响工件的刚度及其对加工精度的影响 在有的加工条件下，相比工艺系统其它组成部分而言，工件的变形在有的加工条件下，相比工艺系统其它组成部分而言，工件的变形是主要的，此时工件的刚度是影响工件加工精度的主要原因。是主要的，此时工件的刚度是影响工件加工精度的主要原因。工件具体工件具体的变形情况与其装夹方式有关。的变形情况与其装夹方式有关。pp工件在车床上用两顶尖装夹。工件在车床上用两顶尖装夹。pp工件在车床上用卡盘装夹。工件在车床上用卡盘装夹。第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量两顶尖装夹卡盘装夹23第二十三页，讲稿共五十六页哦pp薄壁工件在卡盘上装夹薄壁工件在卡盘上装夹pp薄板工件在工作台上用电磁力装夹薄板工件在工作台上用电磁力装夹第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量毛坯夹紧后镗孔后松开后薄壁工件磨削24第二十四页，讲稿共五十六页哦刀具刚度及其对加工精度的影响刀具刚度及其对加工精度的影响l l在卧式镗床上镗孔时，刀具的刚度对工件加工精度的影响是主要因素。在卧式镗床上镗孔时，刀具的刚度对工件加工精度的影响是主要因素。刀具的刚度包括主轴刚度和刀杆刚度。刀具的刚度包括主轴刚度和刀杆刚度。l l镗床主轴的刚度在各方向是不相等的，当主轴悬伸长度愈大，则刚度愈低，且不同方镗床主轴的刚度在各方向是不相等的，当主轴悬伸长度愈大，则刚度愈低，且不同方向的刚度差值愈小。由于镗孔时切削方向是变化的，因此将产生圆度误差。向的刚度差值愈小。由于镗孔时切削方向是变化的，因此将产生圆度误差。l l镗孔方式有两种：镗孔方式有两种：（1 1）工作台不动，镗杆进给，）工作台不动，镗杆进给，孔横截面不圆外，轴向截面直径孔横截面不圆外，轴向截面直径 也不一致。也不一致。（2 2）工作台进给，镗杆悬伸长）工作台进给，镗杆悬伸长 度不变，孔横向截面不圆，但度不变，孔横向截面不圆，但 轴向截面的直径一致。轴向截面的直径一致。第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量不同镗孔方式25第二十五页，讲稿共五十六页哦误差复映规律误差复映规律第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量ap1y1ap2y2毛坯希望加工的零件表面实际获得的零件表面do以椭圆截面车削为例说明：以椭圆截面车削为例说明：26第二十六页，讲稿共五十六页哦l l 误误差差复复映映程程度度可可用用误误差差复复映映系系数数来来表表示示，误误差差复复映映系系数数与与系系统统刚刚度度成成反反比比。由由前前面公式可得：面公式可得：l l 机机械械加加工工中中，误误差差复复映映系系数数通通常常小小于于1 1。可可通通过过多多次次走走刀刀，消消除除误误差差复复映映的的影影响。响。l l 以以上上分分析析可可知知，工工件件毛毛坯坯有有形形状状误误差差或或相相互互位位置置误误差差时时，加加工工后后会会有有同同类类加加工工误误差差出出现现。在在成成批批生生产产中中用用调调整整法法加加工工一一批批工工件件时时，如如毛毛坯坯直径大小不一或硬度不均匀，同样会有类似情况发生。直径大小不一或硬度不均匀，同样会有类似情况发生。第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量27第二十七页，讲稿共五十六页哦提高工艺系统刚度的主要措施提高工艺系统刚度的主要措施l l提高机床和夹具的刚度提高机床和夹具的刚度pp合理设计零部件结构和截面形状。合理设计零部件结构和截面形状。pp尽量减少部件组成的零件数量，以减少总的接触变形。尽量减少部件组成的零件数量，以减少总的接触变形。pp装配时采用预紧措施。装配时采用预紧措施。第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量封闭整体箱形结构28第二十八页，讲稿共五十六页哦l l提高工件加工时的刚度提高工件加工时的刚度第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量专用卡专用卡爪爪开口过渡开口过渡环环采用专用卡爪或开口过渡环，使得夹紧力均匀，减小夹紧变形采用专用卡爪或开口过渡环，使得夹紧力均匀，减小夹紧变形29第二十九页，讲稿共五十六页哦l l提高刀具加工时的刚度提高刀具加工时的刚度第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量 孔加工刀具（钻头、铰刀、镗刀）在使用中，通过增设附加支承（钻套、镗套）来提高刀具刚度。工件钻头钻模板钻套nf镗杆nf镗刀工件镗套30第三十页，讲稿共五十六页哦工艺系统热变形及其对加工精度的影响工艺系统热变形及其对加工精度的影响l l工艺系统热源工艺系统热源第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量工艺系统热源内部热源外部热源切削热摩擦热环境热源辐射热l l 机床热变形引起的加工误差机床热变形引起的加工误差特点：特点：p p体积大，热容量大，温升不高，达到热平衡时间长。体积大，热容量大，温升不高，达到热平衡时间长。p p结构复杂，温度场和变形不均匀，对加工精度影响显著。结构复杂，温度场和变形不均匀，对加工精度影响显著。机床热变形举例：机床热变形举例：31第三十一页，讲稿共五十六页哦第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量a）车床受热变形形态运转时间/h0 1 2 3 450150100200位移/m20406080温升/zy前轴承温升b）温升与变形曲线a）铣床受热变形形态c）导轨磨床受热变形形态32第三十二页，讲稿共五十六页哦p p圆柱类工件热变形（工件均匀受热）圆柱类工件热变形（工件均匀受热）5 5级丝杠累积误差全长级丝杠累积误差全长55 mm，可见热变形的严重性。，可见热变形的严重性。式中 L，D 长度和直径热变形量；L，D 工件原有长度和直径；工件材料线膨胀系数；t 温升。长度：长度：直径：直径：例：长例：长400mm400mm丝杠，加工过程温升丝杠，加工过程温升11，热伸长量为：，热伸长量为：l l工件热变形引起的加工误差工件热变形引起的加工误差 第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量33第三十三页，讲稿共五十六页哦式中 X 变形挠度；L，S 工件原有长度和厚度；工件材料线膨胀系数；t 温升。p p板类工件单面加工时的热变形板类工件单面加工时的热变形（工件不均匀受热）（工件不均匀受热）平面加工热变形X/4LS此值已大于精密导轨平面度要求。结结果果：加工时上表面升温，工件向上拱起，磨削时将中凸部分磨平，冷却后工件下凹。例例：高600mm，长2000mm的床身，若上表面温升为3，则变形量为：第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量34第三十四页，讲稿共五十六页哦l l 刀具热变形对加工精度影响刀具热变形对加工精度影响 p p 体体积积小小，热热容容量量小小，达达到到热热平衡时间较短（平衡时间较短（1010 20min 20min）。）。p p 温温升升高高，变变形形不不容容忽忽视视（达达0.03 0.03 0.05mm0.05mm）。）。刀具热变形特点：刀具热变形特点：变形曲线：变形曲线：式中 热伸长量；max 达到热平衡热伸长量；切削时间；c 时间常数（热伸长量为热平衡热伸长量约63%的时间，常取34分钟）。(min)车刀热变形曲线连续切削升温曲线冷却曲线间断切削升温曲线（m）maxb0c0.63max第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量35第三十五页，讲稿共五十六页哦l l减小和控制工艺系统热变形的主要途径减小和控制工艺系统热变形的主要途径 （1 1）从工艺方面）从工艺方面pp合理安排工艺过程，粗、精加工分开。合理安排工艺过程，粗、精加工分开。pp加工前空转机床，保持工艺系统的热平衡。加工前空转机床，保持工艺系统的热平衡。pp控制环境温度，精密加工应在恒温室进行。控制环境温度，精密加工应在恒温室进行。pp施加切削液。施加切削液。（2 2）从机床结构方面）从机床结构方面pp采用热对称结构。采用热对称结构。pp合理选择装配基准合理选择装配基准第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量加工中心热对称结构立柱36第三十六页，讲稿共五十六页哦（3 3）采取热补偿措施）采取热补偿措施第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量车床主轴箱定位面位置选择y-zyzz均衡立柱前后壁温度场37第三十七页，讲稿共五十六页哦工件内应力引起的误差工件内应力引起的误差l l概念概念工件内应力是工件外部载荷去除后仍残存在工件内部的应力称为内应力。工件内应力是工件外部载荷去除后仍残存在工件内部的应力称为内应力。l l内应力产生的原因内应力产生的原因pp毛坯制造和热处理产生的残余应力。毛坯制造和热处理产生的残余应力。pp冷校直带来的残余应力。冷校直带来的残余应力。pp切削加工带来的残余应力。切削加工带来的残余应力。l l内应力的特点内应力的特点pp内应力是由于材料内部宏观或微观的组织发生不均匀的体积变化而造成。内应力是由于材料内部宏观或微观的组织发生不均匀的体积变化而造成。pp内应力往往处于一种不稳定的平衡状态。在外部因素作用下，内应力重内应力往往处于一种不稳定的平衡状态。在外部因素作用下，内应力重新分配，工件变形，破坏原有的加工精度。新分配，工件变形，破坏原有的加工精度。第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量38第三十八页，讲稿共五十六页哦第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量举例：铸件残余应力形成过程：举例：铸件残余应力形成过程：l l 减小残余应力的措施减小残余应力的措施p p 合理设计零件结构。合理设计零件结构。p p 合理安排工艺过程，粗、精加工分开。合理安排工艺过程，粗、精加工分开。p p 设立消除内应力专门工序。设立消除内应力专门工序。BACB部分比A、C部分厚A、C部分冷却快，先凝固；B部分冷却慢，后凝固。先凝固的A、C部分阻止B部分凝固收缩。B受拉应力，A、C受压应力。使用时，A部开口，A内压应力消失，B、C内应力重新分配，铸件变形。39第三十九页，讲稿共五十六页哦七、总加工误差合成七、总加工误差合成l l 系统误差系统误差在顺序加工一批工件中，其大小和方向均不改变，或按在顺序加工一批工件中，其大小和方向均不改变，或按 一定规律变化的加工误差。一定规律变化的加工误差。（1 1）常常值值系系统统误误差差其大小和方向在一批次加工中均不改变。如加工原理误差，机床、夹具、刀具的制造误差，工艺系统在均匀切削力作用下的受力变形，调整误差。（2 2）变值系统误差）变值系统误差误差大小和方向按一定规律变化。如机床、夹具、刀具在热平衡前的热变形，刀具磨损等因素引起的加工误差。加工误差统计分类加工误差统计分类第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量l l 随机误差随机误差在顺序加工一批工件中，其大小和方向不规律变化的加在顺序加工一批工件中，其大小和方向不规律变化的加 工误差。工误差。u u注意：注意：随机误差从单个工件看其变化无规律，但从整批工件看符合统计规随机误差从单个工件看其变化无规律，但从整批工件看符合统计规 律，即正态分布。律，即正态分布。40第四十页，讲稿共五十六页哦第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量加工误差统计分析方法加工误差统计分析方法l l分布曲线法分布曲线法将数理统计中分析随机误差的正态分布曲线法用于机械加工误差的分析。（1）该方法是通过测量一批加工后的零件的实际尺寸，作出尺寸分布曲线，一般情况下，实际分布曲线符合正态分布。然后根据实际分布曲线相对尺寸公差带的位置和形状分析和计算加工误差的性质和大小。（2 2）对于正态分布曲线，有两个特征参数：所测尺寸的算术平均值）对于正态分布曲线，有两个特征参数：所测尺寸的算术平均值 和和随机变量的均方根偏差随机变量的均方根偏差 。41第四十一页，讲稿共五十六页哦第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量xy0 xy0a）=0.5=1=2b），对正态分布曲线的影响 算术平均值算术平均值 决定曲线的位置，标准差决定曲线的位置，标准差 决定曲线的形状。决定曲线的形状。结论：42第四十二页，讲稿共五十六页哦第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量应用分布曲线法统计误差分析方法应用分布曲线法统计误差分析方法43第四十三页，讲稿共五十六页哦第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量 曲线分布在范围内的面积（即概率）为1，而分布在z=x/范围内的面积（即概率A）可查表3-1。44第四十四页，讲稿共五十六页哦 在一批零件的加工过程中，依次测量每个零件的加工尺寸，并按顺序记入以零件号为横坐标、零件尺寸为纵坐标的图标中。第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量sDm66序号尺寸分析：分析：上图为在车床上采用调整法加工一批零件轴颈获得的点图。由于加工中刀具磨损比较显著，造成工件直径尺寸增大，出现近似平顶分布。由于加工中刀具磨损比较显著，造成工件直径尺寸增大，出现近似平顶分布。常值系统误差为常值系统误差为s s。变值系统误差的变化斜率为变值系统误差的变化斜率为tantan。随机误差的分布范围为随机误差的分布范围为66。l点图法根据实测尺寸，画点图进行分析。45第四十五页，讲稿共五十六页哦加工误差合成加工误差合成第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量【例】无心磨销轴外圆，要求直径 ，抽样检查尺寸接近正态分布，试分析计算误差，并计算合格品率及废品率。12-0.016-0.03005.0,974.11=sx【解】1）作尺寸实际分布图和尺寸公差带图46第四十六页，讲稿共五十六页哦Q销轴直径尺寸分布图11.959 11.974 11.98911.957 11.9705 11.984 查表3-1，有：A=0.9542 A/2=0.9542/2=0.4771 不合格品率：Q=0.5-0.4771=2.29%合格品率：P=1-2.29%=97.71%3）计算合格品率及废品率第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量2）分析误差性质及计算误差大小4）改进措施：提高工序能力（如改换高精度机床）。重新调整机床，使公差带中心与分布中心尽可能接近。47第四十七页，讲稿共五十六页哦第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量第三节 影响表面质量的因素一、影响表面粗糙度的因素一、影响表面粗糙度的因素 刀具结构参数的影响刀具结构参数的影响影响因素：刀尖圆弧半径影响因素：刀尖圆弧半径 r r、主偏角、主偏角 r r、副偏角、副偏角 r r 、进给量、进给量 f f。车削时切屑残留面积的高度frHvfrb）Hfa）vf48第四十八页，讲稿共五十六页哦第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量 直线刃车刀：直线刃车刀：圆弧刃车刀：圆弧刃车刀：结论：结论：f 减小，r r、r r 减小，r增大，表面粗糙度值减小。物理因素（积屑瘤、鳞刺）的影响物理因素（积屑瘤、鳞刺）的影响l l 工件材料因素：积屑瘤的成形与工件材料的塑性和强度、硬度有关。工工件材料因素：积屑瘤的成形与工件材料的塑性和强度、硬度有关。工 件材料塑性大，容易形成积屑瘤，工件材料强度、硬度大，积屑瘤高度件材料塑性大，容易形成积屑瘤，工件材料强度、硬度大，积屑瘤高度 降低。但当降低。但当v v2.33m/s2.33m/s时，各种材料的强度、硬度的影响差别不大。因时，各种材料的强度、硬度的影响差别不大。因 此，加工低碳钢时，可先进行正火或回火处理，以降低材料塑性。此，加工低碳钢时，可先进行正火或回火处理，以降低材料塑性。49第四十九页，讲稿共五十六页哦第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量切削45钢时切削速度与粗糙度关系100120v（m/min）020406080140表面粗糙度Rz（m）481216202428收缩系数Ks1.52.02.53.0积屑瘤高度 h（m）0200400600hKsRzl l 切削速度影响：积屑瘤的成长与切削速度关系较大，一般在低速和切削速度影响：积屑瘤的成长与切削速度关系较大，一般在低速和 高速切削时，不易形成积屑瘤，而在中速（高速切削时，不易形成积屑瘤，而在中速（v v=10=1050m/min50m/min）范）范 围内，易产生积屑瘤和鳞刺，表面粗糙度最差。围内，易产生积屑瘤和鳞刺，表面粗糙度最差。50第五十页，讲稿共五十六页哦第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量 工艺系统振动的影响工艺系统振动的影响 工艺系统振动使刀具相对工件产生周期性的位移，在加工表面上形成波纹似的工艺系统振动使刀具相对工件产生周期性的位移，在加工表面上形成波纹似的痕迹。减小或消除工艺系统振动是降低表面粗糙度的有效措施。痕迹。减小或消除工艺系统振动是降低表面粗糙度的有效措施。l l 振动的种类：强迫振动与自激振动。振动的种类：强迫振动与自激振动。l l 减小或消除振动的措施：提高工艺系统的刚度；增大系统的阻尼；正确减小或消除振动的措施：提高工艺系统的刚度；增大系统的阻尼；正确 选择刀具和切削用量；采用消振装置。选择刀具和切削用量；采用消振装置。阻尼材料零件上加阻尼材料装在车床尾座上的摩擦式减振器51第五十一页，讲稿共五十六页哦表面强化（加工硬化）表面强化（加工硬化）l l概念：概念：经切削加工过的表面，其硬度往往比基体硬度高出经切削加工过的表面，其硬度往往比基体硬度高出1212倍，硬化层深度可达几倍，硬化层深度可达几十微米至几百微米。这种不经热处理造成的表面硬化现象称为加工硬化。十微米至几百微米。这种不经热处理造成的表面硬化现象称为加工硬化。l l影响因素：影响因素：影响表面强化的因素主要是切削过程中金属发生的塑性变形影响表面强化的因素主要是切削过程中金属发生的塑性变形的结果，塑性变形愈大，则表面强化就愈厉害。另一方面，由于切削热的结果，塑性变形愈大，则表面强化就愈厉害。另一方面，由于切削热存在，又会产生表面弱化。一般在温度不高的情况下，表面强化占主导存在，又会产生表面弱化。一般在温度不高的情况下，表面强化占主导地位。地位。第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量二、影响表面强化和表面残余应力的因素二、影响表面强化和表面残余应力的因素52第五十二页，讲稿共五十六页哦残余应力残余应力l l概念：概念：切削加工后，表面层体积发生变化，使表层产生膨胀或收缩，但受基体阻碍，切削加工后，表面层体积发生变化，使表层产生膨胀或收缩，但受基体阻碍，从而在表面存在残余应力。从而在表面存在残余应力。l l影响因素：影响因素：影响工件表面残余应力的主要因素是工件材料塑性变形、切削影响工件表面残余应力的主要因素是工件材料塑性变形、切削热等因素导致的工件表面体积变化情况。热等因素导致的工件表面体积变化情况。l l应力形式：应力形式：工件表面残余应力有拉应力和压应力两种形式。当表面具有残余拉应工件表面残余应力有拉应力和压应力两种形式。当表面具有残余拉应力时，其疲劳强度明显下降，应尽量避免出现拉应力；而表面残余压应力则有利力时，其疲劳强度明显下降，应尽量避免出现拉应力；而表面残余压应力则有利于零件疲劳强度的提高。于零件疲劳强度的提高。第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量第四节第四节 表面质量对机器零件使用性能的影响表面质量对机器零件使用性能的影响 对耐磨性影响对耐磨性影响l l 表面粗糙度值表面粗糙度值，耐磨性，耐磨性，但有限度。，但有限度。53第五十三页，讲稿共五十六页哦Ra（m）初始磨损量重载荷轻载荷表面粗糙度与初始磨损量关系l l 表面粗糙度值表面粗糙度值，耐疲劳性，耐疲劳性。l l 表面压应力可提高耐疲劳性。表面压应力可提高耐疲劳性。l l 适当硬化可提高耐疲劳性。适当硬化可提高耐疲劳性。l l 表面粗糙度值表面粗糙度值，耐蚀性，耐蚀性。l l 表面压应力，有利于提高耐蚀性。表面压应力，有利于提高耐蚀性。l l 表面粗糙度值表面粗糙度值 ，配合质量好。，配合质量好。对耐疲劳性影响对耐疲劳性影响 对耐蚀性影响对耐蚀性影响 对配合质量影响对配合质量影响l l 纹理形式与方向：圆弧状、凹坑状较好。纹理形式与方向：圆弧状、凹坑状较好。l l 适当硬化可提高耐磨性。适当硬化可提高耐磨性。冷硬程度磨损量T7A钢冷硬程度与耐磨性关系结论结论：降低表面粗糙度值能改善零件的使用性能。第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量54第五十四页，讲稿共五十六页哦课堂练习：课堂练习：p67p67：在车床上半精镗一短套工件的内孔，加工前内孔的圆度误差为在车床上半精镗一短套工件的内孔，加工前内孔的圆度误差为0.4mm0.4mm，加工，加工后要求圆度误差达到后要求圆度误差达到0.01mm0.01mm。已知车床主轴刚度。已知车床主轴刚度J J主主=40000N/mm=40000N/mm，刀架刚度，刀架刚度J J架架=3000N/mm=3000N/mm，尾座刚度，尾座刚度J J尾尾=25000N/mm=25000N/mm，进给量，进给量f=0.05mm/rf=0.05mm/r，C CFCFC=2500=2500。试分。试分析计算在只考虑机床刚度的影响时，一次进给圆度精度能否达到图样要求？若达析计算在只考虑机床刚度的影响时，一次进给圆度精度能否达到图样要求？若达不到要求，可常用何种工艺措施？不到要求，可常用何种工艺措施？第五章第五章 工件的机械加工质量工件的机械加工质量【解解】：（1）求工艺系统的刚度Js因为 ，此时只考虑机床刚度，所以机床刚度就等于工艺系统刚度，即Jjc=Js。在车床上加工时，机床的刚度随刀具的位置变化而变化，但一般取刀具位于工件中点处的刚度代表，即教材中的（3-5）式。55第五十