机械制造工艺教案7公开课.docx
编案时间：2010年9月12日适用班级：0903、0904课 时：2课时教学课题：机械加工质量概述教学目标：掌握机械加工质量和加工精度的概念；熟知尺寸精度、形状精度和位置精度的获得方法;了解表面质量对零件使用性能的影响。教学重点：掌握机械加工质量和加工精度的概念。教学难点：了解表面质量对零件使用性能的影响。教具仪器：多媒体第2章 机械加工精度及其控制第一节机械加工质量概述2.1机械加工质量概述机械加工质量的概念机械加工质量通常包括两个方面：几何方面的质量和材料性能方面的质量。几何方面的质量-指机械加工后最外层表面与周围环境间界面的几何形状误差。它分为宏观 几何形状误差和微观几何形状误差。1）宏观几何形状误差（如圆度误差，平面度误差等）。宏观几何形状误差的波长（测量长度 或取样长度）与波高（误差值）的比值一般大于1000o2）微观几何形状误差（微观几何形状的不平度，或称表面粗糙度）。其波长与波高比值一般 小于50o3）介于宏观几何形状误差与微观表面粗糙度之间的周期性几何形状误差，常用波度来表示, 其波长入与波高H入比值等于501000 （见图4-1）。波度主要是由加工系统的振动所引起的。材料性能方面的质量-指机械加工后，零件一定深度表面层的物理力学性能等方面的质量与 基体相比发生了变化，故称加工变质层。主要表现在以下几方面:1）表面层加工硬化 机械加工过程中产生的塑性变形，使晶格扭曲、崎变，晶粒间产生滑移, 晶粒被拉长等，这些都会使表面层金属硬度增加，通称为加工硬化（或冷作硬化）。加工硬化的 评定指标通常有3项：表面层金属硬度HV；硬化层深度h；硬化程度N：N-Mx ）00%（4-DHVo式中HVo -工件内部金属原来的硬度。2）表面层金相组织变化 机械加工过程中由于切削热的作用，有可能表面层金属的金相组织 发生变化。例如，磨削淬火钢时，磨削热的作用会引起淬火钢中马式体的分解，或出现回火组织 等。3）表面层残余应力由于切削力和切削热的综合作用，表面层金属晶格的变形或金相组织变 化，会造成表面层残余应力。2.1.2 机械加工精度机械加工精度与加工误差机械加工精度是指零件加工后，其几何参数（尺寸、形状和各表面间相互位置）与理想几何 参数的符合程度。加工误差是指零件加工后实际几何参数与理想几何参数的偏差。显然，加工误差越小，加工精度越高。尺寸精度、形状精度和位置精度之间的关系零件加工的尺寸精度、形状精度和位置精度之间是有联系的。一般情况下，形状误差应限制 在位置公差之内，而位置误差又应限制在尺寸公差之内。如不作特殊说明，零件的形状误差和位置误差不应大于零件尺寸公差的二分之一。如对零件 的形状误差或位置误差有特别要求，应在尺寸公差之外另加标注。如图4-2所示夹具底板零件， 其顶面于底面之间的距离尺寸为自由公差，但其顶面对底面的平行度误差要求很高，需特别加以 标注。II 0.02 A图4-2夹具底板2.1.3 机械加工精度获得方法尺寸精度的获得方法：1）试切法-加工时先在零件上试切一小段，进行测量，根据测量结果与要求尺寸的差值，用 进给机构或其它方法调整刀具与工件的相对位置，然后再进行试切、测量、调整，直至达到规定 的尺寸，最后正式切削出整个待加工表面（见图4-3动画）。试切法的效率低，对操作者的技术水 平要求较高，多用于单件、小批生产或高精度零件的加工。图4-3试切法2）调整法-按试切好的工件或标准样件或对刀装置等，调整刀具相对于工件加工表面的位置, 并在加工过程中保持这一位置，从而获得零件所要求的尺寸精度（见图4-4动画）。调整法多用于 成批、大量生产。3）尺寸刀具法-零件的尺寸精度是由具有一定尺寸的刀具或组合刀具保证的，常用于孔、槽 面、成形表面的加工。4）自动控制法-通过尺寸测量装置、进给机构和控制机构组成的刀具位置控制系统，使加工 过程中的尺寸测量，刀具的补偿调整和切削加工等一系列工作自动完成，逐步获得所要求的尺寸 精度。自动控制法实际上是一种自动化了的试切法。图4-5示意显示了在内圆磨床上用自动控制法磨孔的工作过程。图4-4调整法图4-4调整法开始,活塞不能通过孔,则需要磨削图4一5内圆磨床自动控制示意图1-"通"塞规2-"止"塞规3, 4-推杆5-连接杆6一精磨"触杆7-"停止”触杆形状精度的获得方法：成形运动法-使刀具相对于工件做有规律的切削成形运动，从而获得所要求的零件表面形 状，如2.2节所介绍的轨迹法、展成法、相切法和成形刀具法等,常用于加工圆柱面、圆锥面、 平面、球面、回转曲面、螺旋面和齿形面等。 非成形运动法-通过对加工表面形状的检测，由工人对其进行相应的修整加工，以获得所 要求的形状精度。尽管非成形运动法是获得零件表面形状精度的最原始方法，效率相对比较低， 但当零件形状精度要求很高（超过现有机床设备所能提供的成形运动精度）时，常采用此方法。例如，。级平板的加工，就是通过三块平板配刮方法来保证其平面度要求的。位置精度的获得方法：一次装夹获得法-零件表面的位置精度在一次安装中，由刀具相对于工件的成形运动位置 关系保证。多次装夹获得法-通过刀具相对工件的成形运动与工件定位基准面之间的位置关系来保 证零件表面的位置精度。 非成形运动法-利用人工，而不是依靠机床精度，对工件的相关表面进行反复的检测和加 工，使之达到零件的位置精度要求。2.1.4机械加工表面质量对零件使用性能的影响加工硬化了的表面，硬化到一定程度能使耐磨性有提高，但硬化程度再大反会使结晶组织出 现过度变形，甚至产生裂纹或剥落，使磨损加剧，耐磨性反而降低（见图4-7）。Rai Ra2 表面粗糙度%Mm硬度HRc图4-6磨损量Ra关系 影响疲劳强度图4-7磨损量硬化关系交变载荷作用时，表面粗糙度、划痕及微裂纹等均会引起应力集中，从而降低疲劳强度；加 工表面粗糙度的纹路方向对疲劳强度也有较大影响，当纹路方向与受力方向垂直时，疲劳强度明 显降低。一般加工硬化则可提高疲劳强度，但硬化过度则会所得其反。残余应力对疲劳强度影响也较大：残余应力为压应力时，可部分抵消交变载荷施加的拉压力, 阻碍和延缓裂纹的产生或扩大，从而提高疲劳强度；但为拉应力时，则会大大降低疲劳强度。滚压加工，可减小粗糙度值、强化表面层，使表层呈压应力状态，从而有利于防止产生微裂 纹，提高疲劳强度。如：中碳钢零件经滚压加工后，其疲劳强度可提高30%80%。影响耐蚀性表面粗糙度值大的表面，腐蚀性物质（气体、液体）容易渗透到表面的凸凹不平处，从而产 生化学或电化学作用而被腐蚀。表面微裂纹处容易受腐蚀性气体或液体的浸蚀。如零件表面有残余压应力，能阻止微裂纹的 扩展，从而可在一定程度上提高零件的耐蚀性。影响配合质量影响配合质量的最主要因素是表面粗糙度。对于间隙配合表面，经初期磨损后，间隙会有所 增大。表面粗糙度值越大，初期磨损量越大，严重时会影响密封性能或导向精度。对于过盈配合, 表面粗糙度值越大，两配合表面的凸峰在装配时易被挤掉，造成过盈量减小，从而可能影响过盈 配合的连接强度。止匕外，表面质量对运动平稳性和噪音等也有影响。
