机械加工质量(1).ppt

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1、第第 三三 章章 机械加工质量机械加工质量授课教师：丁晓映授课教师：丁晓映集美大学机械与能源工程学院集美大学机械与能源工程学院2021/9/231 3.1 概概 述述零件的加工质量是保证机械产品工零件的加工质量是保证机械产品工作性能和产品寿命的基础。作性能和产品寿命的基础。衡量进行加工质衡量进行加工质量的指标有两方面：量的指标有两方面：加工精度加工精度表面质量表面质量上一页上一页 下一页下一页2021/9/232一、机械加工精度和加工误差一、机械加工精度和加工误差 在机械加工过程中，由于各种因素的影响，使在机械加工过程中，由于各种因素的影响，使刀具和工件间的正确位置发生偏移，因而加工出来刀具和

2、工件间的正确位置发生偏移，因而加工出来的零件不可能与理想的要求完全符合，两者的符合的零件不可能与理想的要求完全符合，两者的符合程度可用程度可用机械加工精度机械加工精度和和加工误差加工误差来表示。来表示。1、机械加工精度：、机械加工精度：指零件加工后的指零件加工后的实际几何参数实际几何参数(尺寸、形状和尺寸、形状和位置位置)与理想几何参数的符合程度。与理想几何参数的符合程度。上一页上一页 下一页下一页2021/9/233 从保证产品的使用性能分析，没有必要把每个零从保证产品的使用性能分析，没有必要把每个零件都加工得绝对准确，可以允许有件都加工得绝对准确，可以允许有定的加工误差，定的加工误差，只要

3、加工误差不超过图样规定的偏差，即为合格品。只要加工误差不超过图样规定的偏差，即为合格品。2、加工误差：、加工误差：指零件加工后的实际几何参数指零件加工后的实际几何参数(尺寸、尺寸、形状和位置形状和位置)与理想几何参数的与理想几何参数的偏离程度偏离程度。加工精度。加工精度越高，则加工误差越小，反之越大。越高，则加工误差越小，反之越大。加工精度的高低以国家有关公差标准来表示。加工精度的高低以国家有关公差标准来表示。保证和提高加工精度实际上是限制和降低加工误差。保证和提高加工精度实际上是限制和降低加工误差。上一页上一页 下一页下一页2021/9/2343、机械加工精度包含的内容、机械加工精度包含的内

4、容尺寸精度尺寸精度形状精度形状精度位置精度位置精度机械加工精度机械加工精度三者之间的关系：三者之间的关系：（1）当尺寸精度要求高时，相应的位置精度和形状精当尺寸精度要求高时，相应的位置精度和形状精度也要求高。形状公差应限制在位置公差内，位置公度也要求高。形状公差应限制在位置公差内，位置公差应限制在尺寸公差内。差应限制在尺寸公差内。（2）当形状精度要求高时，相应的位置精度和尺寸精当形状精度要求高时，相应的位置精度和尺寸精度不一定要求高。度不一定要求高。上一页上一页 下一页下一页2021/9/2354、加工精度与加工成本和生产效率的关系、加工精度与加工成本和生产效率的关系一般：加工精度要求一般：加

5、工精度要求加工成本加工成本生产效率生产效率 5、研究加工精度的目的、研究加工精度的目的弄清各种原始误差对加工精度影响的规律弄清各种原始误差对加工精度影响的规律掌握控制加掌握控制加工误差的方法工误差的方法获得预期的加工精度，必要时能指出进一步获得预期的加工精度，必要时能指出进一步提高加工精度的途径。提高加工精度的途径。6、研究加工精度的方法、研究加工精度的方法因素分析法因素分析法统计分析法统计分析法 在在实际生产实际生产中，常常结合起来应中，常常结合起来应用。用。先先用统计分析法寻找误差的出现规律，初用统计分析法寻找误差的出现规律，初步判断产生加工误差的可能原因，步判断产生加工误差的可能原因，然

6、后然后运用单运用单因素分析法进行分析、试验，以便迅速、有效因素分析法进行分析、试验，以便迅速、有效地找出影响加工精度的主要原因。地找出影响加工精度的主要原因。上一页上一页 下一页下一页2021/9/236二、影响加工精度的因素二、影响加工精度的因素零零件件的的尺尺寸寸、几几何何形形状状和和表表面面间间相相互互位位置置的的形形成成，归归根根到到底底取取决决于于工工件件和和刀刀具具在在切切削削过过程程间间的的相相互互位位置置。由由于于工工艺艺系系统统存存在在各种原始误差，它们以不同的方式和程度反映为加工误差。各种原始误差，它们以不同的方式和程度反映为加工误差。1、原始误差、原始误差机床机床夹具夹具

7、刀具刀具工件工件机械加工机械加工工艺系统工艺系统机械加工系统机械加工系统工艺系统误差称为原始误差工艺系统误差称为原始误差工艺系统误差是工艺系统误差是“因因”，是根源；，是根源；加工误差是加工误差是“果果”，是表现，是表现。上一页上一页 下一页下一页2021/9/2372、原始误差产生加工误差的根源，它包括：、原始误差产生加工误差的根源，它包括：工艺系统静误差工艺系统静误差主轴回转误差导轨误差传动链误差一般刀具定尺寸刀具成形刀具展成法刀具 试切法调整法外力作用点变化外力方向变化外力大小变化机床几何误差机床几何误差工艺系统几何误差工艺系统几何误差原理误差原理误差调整误差调整误差测量误差测量误差定位

8、误差定位误差工艺系统动误差工艺系统动误差工艺系统力变形工艺系统力变形工艺系统热变形工艺系统热变形工艺系统内应力变形工艺系统内应力变形刀具几何误差刀具几何误差夹具几何误差夹具几何误差机床热变形工件热变形刀具热变形上一页上一页 下一页下一页2021/9/238三、误差的敏感方向三、误差的敏感方向在加工过程中，各种原始误差的影响会使刀具和工在加工过程中，各种原始误差的影响会使刀具和工件间正确的几何关系遭到破坏，引起加工误差，各种原件间正确的几何关系遭到破坏，引起加工误差，各种原始误差的大小和方向各不相同，而加工误差则必须在工始误差的大小和方向各不相同，而加工误差则必须在工序尺寸方向度量。因此，不同的

9、原始误差对加工精度有序尺寸方向度量。因此，不同的原始误差对加工精度有不同的影响。不同的影响。当原始误差的方向与工序尺寸方向一致时，其当原始误差的方向与工序尺寸方向一致时，其对加工精度的影响最大。对加工精度的影响最大。以外圆车削为例说明两者的关系以外圆车削为例说明两者的关系上一页上一页 下一页下一页2021/9/239 如图如图，车削时工件的回转轴线为，车削时工件的回转轴线为O，刀尖正确位置在，刀尖正确位置在A。设某一瞬时由于各种原始误差的影响，使刀尖位移到设某一瞬时由于各种原始误差的影响，使刀尖位移到A，AA即为原始误差即为原始误差，它与，它与OA间的夹角为间的夹角为，当当原始误差的方向恰为加

10、工表面的原始误差的方向恰为加工表面的法向方法向方向向(0)时，引起的加工时，引起的加工误差最大误差最大；可以看出：可以看出：由此引起工件加工后的半径由由此引起工件加工后的半径由R0OA变为变为ROA，故半径，故半径上的加工误差上的加工误差R 为：为：上一页上一页 下一页下一页2021/9/2310当当原始误差的方向恰为加工表原始误差的方向恰为加工表面的面的切线方向切线方向(90)引起的加工引起的加工误差最小误差最小。把对加工精度影响最大的那个方向称为把对加工精度影响最大的那个方向称为误差的误差的敏感方向敏感方向对加工精度影响最小的那个方向则称为对加工精度影响最小的那个方向则称为误差误差的不敏感

11、方向的不敏感方向上一页上一页 下一页下一页2021/9/2311加工原理误差是指采用了近似的成形运动或近似的切加工原理误差是指采用了近似的成形运动或近似的切削刃轮廓进行加工而产生的误差。削刃轮廓进行加工而产生的误差。（书（书P150）一、加工原理误差一、加工原理误差 3.2 工艺系统的几何精度对加工精度的影响工艺系统的几何精度对加工精度的影响 注注意意：采采用用近近似似的的成成形形运运动动或或近近似似的的切切削削刃刃轮轮廓廓，虽虽然然会会带带来来加加工工原原理理误误差差，但但往往往往可可简简化化机机床床或或刀刀具具的的结结构构，提提高高生生产效率，有时反而能得到较高的加工精度。产效率，有时反而

12、能得到较高的加工精度。只要刀具误差不超过规定的精度要求、在生产中只要刀具误差不超过规定的精度要求、在生产中仍能得到广泛的应用。仍能得到广泛的应用。上一页上一页 下一页下一页2021/9/2312二、调整误差二、调整误差 在在机机械械加加工工的的每每一一工工序序中中。总总是是要要对对工工艺艺系系统统进进行行这这样样或那样的调整工作，不可能绝对准确，因而产生调整误差。或那样的调整工作，不可能绝对准确，因而产生调整误差。工艺系统的调整的基本方式工艺系统的调整的基本方式(1)试切法调整试切法调整(2)调整法调整调整法调整(1)试切法调整试切法调整应用：应用：单件小批生产中单件小批生产中方法：方法：对工

13、件进行对工件进行试切试切测量测量调整调整再试切再试切，直到达，直到达到要求的精度为止。到要求的精度为止。上一页上一页 下一页下一页2021/9/23131)测量误差测量误差这时，引起调整误差的因素有：这时，引起调整误差的因素有：2)进给机构的位移误差进给机构的位移误差由量具本身精度、测量方法及使用条由量具本身精度、测量方法及使用条件引起。件引起。3)试切时与正式切削时切削层厚度不同的影响试切时与正式切削时切削层厚度不同的影响 在微量调整刀具的位置、低在微量调整刀具的位置、低速微量进给中，常常出现进给机构的速微量进给中，常常出现进给机构的“爬行爬行”现现象，其结果使刀具的实际位移与刻度盘上的数值

14、象，其结果使刀具的实际位移与刻度盘上的数值不一致、造成加工误差。不一致、造成加工误差。精加工时，切削刃只起挤压作用而不起切削作精加工时，切削刃只起挤压作用而不起切削作用，但正式切削时的深度较大工件。用，但正式切削时的深度较大工件。上一页上一页 下一页下一页2021/9/2314(2)调整法调整调整法调整影响调整精度的因素有：影响调整精度的因素有：1）影响试切法调整精度的因素，）影响试切法调整精度的因素，因为采用调整法对工艺系统因为采用调整法对工艺系统进行调整时，也要以试切为依据。进行调整时，也要以试切为依据。2）用定程机构调整时，）用定程机构调整时，调整精度取决于行程挡块、靠模及凸轮调整精度取

15、决于行程挡块、靠模及凸轮等机构的制造精度和刚度；等机构的制造精度和刚度；3）用样件或样板调整时，）用样件或样板调整时，调整精度取决于样件或样板的制造、调整精度取决于样件或样板的制造、安装和对刀精度；安装和对刀精度；4）工艺系统初调好以后，）工艺系统初调好以后，般要试切几个工件，并以其平均尺般要试切几个工件，并以其平均尺寸作为判断调整是否准确的依据。寸作为判断调整是否准确的依据。由于试切加工的工件数由于试切加工的工件数(称为称为抽样件数抽样件数)不可能太多，不能完全反映整批工件切削过程中的各不可能太多，不能完全反映整批工件切削过程中的各种随机误差，种随机误差，故试切加工几个工件的平均尺寸与总体尺

16、寸不能完故试切加工几个工件的平均尺寸与总体尺寸不能完全符合，也造成加工误差。全符合，也造成加工误差。上一页上一页 下一页下一页2021/9/2315三、机床的制造误差与磨损三、机床的制造误差与磨损机床的制造误差、安装误差以及使用中的磨损都直接影响机床的制造误差、安装误差以及使用中的磨损都直接影响工件的加工精度。工件的加工精度。机床导轨导向误差机床导轨导向误差机床主轴回转误差机床主轴回转误差机床传动链的误差机床传动链的误差机床误差机床误差 机床导轨误差多达机床导轨误差多达21项项机床导轨是实现直线运动的主要部件，其制造和装配精度机床导轨是实现直线运动的主要部件，其制造和装配精度是影响直线运动的主

17、要因素，是影响直线运动的主要因素，直接影响工件的加工质量直接影响工件的加工质量。对加工精度对加工精度影响最大影响最大的是的是导轨导轨和和主轴主轴的精度。的精度。分析导轨误差对加工精度的影响时，分析导轨误差对加工精度的影响时，主要考虑主要考虑导轨导轨误差引起刀具与工件在误差敏感方向的相对位移。误差引起刀具与工件在误差敏感方向的相对位移。上一页上一页 下一页下一页2021/9/23161）导轨在水平面内直线度误差）导轨在水平面内直线度误差（1）机床导轨的直线度误差的影响）机床导轨的直线度误差的影响纵向切削时刀尖的运动轨迹不为直线纵向切削时刀尖的运动轨迹不为直线其相对于轴线其相对于轴线的距离发生变化

18、的距离发生变化工件圆柱度误差。工件圆柱度误差。2）导轨在垂直面内直线度误差）导轨在垂直面内直线度误差车刀刀尖位置沿工件外圆的切线方向变化车刀刀尖位置沿工件外圆的切线方向变化 对工件的直径对工件的直径影响较小。影响较小。上一页上一页 下一页下一页2021/9/2317（2）导轨面间平行度（扭曲）误差）导轨面间平行度（扭曲）误差（书（书P151）（图中图中）一般车床一般车床H/B2/3，外圆磨床，外圆磨床H/B1 此原始误差不能忽视。此原始误差不能忽视。上一页上一页 下一页下一页2021/9/2318（3）机床主轴旋转时轴线位置的变化）机床主轴旋转时轴线位置的变化主轴的误差主轴的误差轴承的误差轴承

19、的误差轴承的间隙轴承的间隙与轴承配合零件的误差与轴承配合零件的误差主轴系统的径向不等刚度和热变形等主轴系统的径向不等刚度和热变形等影响主轴回转运动影响主轴回转运动误差的主要因素误差的主要因素对于不同类型的机床，其影响因素也各不相同。对于不同类型的机床，其影响因素也各不相同。影响工件的圆度影响工件的圆度上一页上一页 下一页下一页2021/9/2319（3）机床主轴旋转时轴线位置的变化）机床主轴旋转时轴线位置的变化a）切削载荷切削载荷主轴的轴颈始终压紧在轴承表面主轴的轴颈始终压紧在轴承表面的一定的一定 部位部位主轴轴颈的圆度会反映到工件中。主轴轴颈的圆度会反映到工件中。b）切削力方向时切削力方向时

20、刻在变刻在变主轴的轴主轴的轴颈始终以其某一母颈始终以其某一母线压紧着轴承表面线压紧着轴承表面的不同部位的不同部位滑动滑动轴承（轴承孔）的轴承（轴承孔）的圆度将反映到工件圆度将反映到工件上。上。如果用如果用滚动滚动轴承轴承轴承的径向跳动必须保证严格的公轴承的径向跳动必须保证严格的公差差采用精密轴承和正确的安装方法采用精密轴承和正确的安装方法上一页上一页 下一页下一页2021/9/2320三、其他几何误差三、其他几何误差一般刀具一般刀具(如普通车刀、单刃镗刀和如普通车刀、单刃镗刀和平面铣刀等平面铣刀等)的制造误差，对加工精的制造误差，对加工精度没有直接影响。度没有直接影响。1、刀具误差、刀具误差一

21、般刀具一般刀具定尺寸刀具定尺寸刀具成形刀具成形刀具机加机加工中工中常用常用的刀的刀具有：具有：定尺寸刀具定尺寸刀具(如钻头、铰刀、拉刀等如钻头、铰刀、拉刀等)的尺寸误差直接影响加工工件的尺的尺寸误差直接影响加工工件的尺寸精度。刀具在安装使用中不当将寸精度。刀具在安装使用中不当将产生跳动，也将影响加工精度。产生跳动，也将影响加工精度。成形刀具成形刀具(如成形车刀、成形铣刀如成形车刀、成形铣刀及齿轮刀具等及齿轮刀具等)的制造误差和磨损，的制造误差和磨损，主要影响被加工表面的形状精度。主要影响被加工表面的形状精度。上一页上一页 下一页下一页2021/9/23211）定位元件、刀具导向元件、分度）定位

22、元件、刀具导向元件、分度机构和夹具体的制造误差机构和夹具体的制造误差2）夹具元件装配误差）夹具元件装配误差3）夹具在长期使用过程中工作表面）夹具在长期使用过程中工作表面的磨损的磨损 2、工件的装夹误差与夹具制造、磨损、工件的装夹误差与夹具制造、磨损工件装夹误差工件装夹误差是指定位误差和夹紧误差是指定位误差和夹紧误差夹具制造、磨损夹具制造、磨损上一页上一页 下一页下一页2021/9/23221）工件在加工过程中要用各种量具、量仪等进行检验）工件在加工过程中要用各种量具、量仪等进行检验测量，再根据测量结果对工件进行试切或调整机床。测量，再根据测量结果对工件进行试切或调整机床。3、测量误差、测量误差

23、要要正确地选择正确地选择和和使用使用量具，以保证测量精度。量具，以保证测量精度。上一页上一页 下一页下一页2）量具本身的制造误差、测量时的接触力、温度、）量具本身的制造误差、测量时的接触力、温度、目测正确程度等，都直接影响加工误差。目测正确程度等，都直接影响加工误差。2021/9/2323 3.3 工艺系统的受力变形对加工精度的影响工艺系统的受力变形对加工精度的影响一、基本概念一、基本概念1、工艺系统加工、工艺系统加工中受到的力有：中受到的力有：切削力切削力传动力传动力惯性力惯性力夹紧力夹紧力重力等重力等工艺系统在这些力的作用下，将产生相应的工艺系统在这些力的作用下，将产生相应的变形变形将破坏

24、切削刃和工件之间已调整好的正确将破坏切削刃和工件之间已调整好的正确的位置关系的位置关系产生加工误差。产生加工误差。上一页上一页 下一页下一页2021/9/2324（2）在内圆磨床上用横向）在内圆磨床上用横向切入磨孔时，磨出的孔会产切入磨孔时，磨出的孔会产生带有锥度的圆柱度误差。生带有锥度的圆柱度误差。如图（如图（b）所示。）所示。（1）车削细长轴时，工件在）车削细长轴时，工件在切削力作用下的弯曲变形，加切削力作用下的弯曲变形，加工后会产生鼓形的圆柱度误差工后会产生鼓形的圆柱度误差如图（如图（a）所示。）所示。（a）（b）上一页上一页 下一页下一页2021/9/23252、工艺系统受力对其性能的

25、影响、工艺系统受力对其性能的影响1）是加工中一项很重要的原始误差）是加工中一项很重要的原始误差2）严重影响工件的加工精度）严重影响工件的加工精度3）还影响加工表面质量）还影响加工表面质量4）限制加工生产率的提高）限制加工生产率的提高3、工艺系统承受受力变形能力的评价、工艺系统承受受力变形能力的评价从材料力学知道，任何一个受力物体总要产生从材料力学知道，任何一个受力物体总要产生一些变形。物体承受受力变形的能力可由静刚度一些变形。物体承受受力变形的能力可由静刚度(简简称刚度称刚度)来表示。来表示。上一页上一页 下一页下一页2021/9/2326切削加工中，在各种外力作用下，工艺系统各部分将在各个切

26、削加工中，在各种外力作用下，工艺系统各部分将在各个受力方向产生相应的变形。受力方向产生相应的变形。在切削力在切削力F的作用下，分力的作用下，分力Fy与与y方向上的变形量方向上的变形量Y之比：之比：工艺系统刚度：工艺系统刚度：对于工艺系统受力变形，主要研究误差敏感方向。对于工艺系统受力变形，主要研究误差敏感方向。因此，工因此，工艺系统刚度艺系统刚度jg定义为：定义为：jg=Fy/Y =切削力在切削力在y方向的分力方向的分力/在切削力在切削力F的作用的作用 下产生的下产生的y方向的变形方向的变形工艺系统受力变形对加工精度的影响：工艺系统受力变形对加工精度的影响：形状误差、尺寸误差形状误差、尺寸误差

27、上一页上一页 下一页下一页2021/9/2327 当当工艺系统刚度变化不大，近似地作为常工艺系统刚度变化不大，近似地作为常数时，由于数时，由于被加工表面被加工表面的形状误差或材料硬度不均匀的形状误差或材料硬度不均匀切削力切削力变变化化受力变形不一致受力变形不一致产生加工误差。产生加工误差。二、毛坯误差的复映规律二、毛坯误差的复映规律工件就形成圆度误差，这种现象称为工件就形成圆度误差，这种现象称为“误差复映误差复映”。例：车削，工件毛坯存在圆度误差例：车削，工件毛坯存在圆度误差(例如椭圆例如椭圆)，如图所示。，如图所示。由于工件毛坯存在圆度误差由于工件毛坯存在圆度误差车削时使切削深度在车削时使切

28、削深度在ap1与与ap2之间变化。之间变化。切削分力切削分力f也随切削深度也随切削深度a的变化的变化由最大由最大ymax变到最小变到最小ymin工艺系统将产生相应的变形工艺系统将产生相应的变形1、误差复映、误差复映上一页上一页 下一页下一页2021/9/2328当毛坯误差较大，一次进给不能满足加工精度要求时，需当毛坯误差较大，一次进给不能满足加工精度要求时，需要多次进给来消除毛坯误差要多次进给来消除毛坯误差m复映到工件上。复映到工件上。2、误差复映规律的应用、误差复映规律的应用由于由于误差复映系数误差复映系数总是小于总是小于1，而且是，而且是个远远小于个远远小于1的系数，小数相乘更小。因此一般

29、的系数，小数相乘更小。因此一般IT7要求的工件经要求的工件经过过23次进给后，可能使次进给后，可能使m复映到工件上的误差减小到复映到工件上的误差减小到公差允许值的范围内。公差允许值的范围内。应用：应用：1）估算加工后的工件误差）估算加工后的工件误差2）根据工件的公差值与毛坯误差值来确定加工次数）根据工件的公差值与毛坯误差值来确定加工次数可增加工艺系统刚度或减少径向切削力系数可增加工艺系统刚度或减少径向切削力系数减少工件的复映误差减少工件的复映误差上一页上一页 下一页下一页2021/9/2329三、减少工艺系统受力变形的措施三、减少工艺系统受力变形的措施 （书（书P153）减少工艺系统受力变形，

30、是机械加工中保证产品减少工艺系统受力变形，是机械加工中保证产品质量和提高生产率的主要途径之一，根据生产实际情质量和提高生产率的主要途径之一，根据生产实际情况，可采取以下几方面措施。况，可采取以下几方面措施。1、提高工艺系统刚度、提高工艺系统刚度jg；2、减小切削力及加工过程中切削力的变化，特别、减小切削力及加工过程中切削力的变化，特别是减小敏感方向的切削力及其变化；是减小敏感方向的切削力及其变化；3、转移、补偿工艺系统的受力变形。、转移、补偿工艺系统的受力变形。上一页上一页 下一页下一页2021/9/2330 3.4 工艺系统的热变形对加工精度的影响工艺系统的热变形对加工精度的影响在机械加工过

31、程中，工艺系统在各种热源的影响下常在机械加工过程中，工艺系统在各种热源的影响下常产生复杂的变形，破坏工件与切削刃相对的正确位置，从产生复杂的变形，破坏工件与切削刃相对的正确位置，从而产生加工误差。而产生加工误差。一、概述概述据统计，在精密加工中，由于热变形引起的加工误差约据统计，在精密加工中，由于热变形引起的加工误差约占总加工误差的占总加工误差的40一一70。高效、高精度、自动化加工技。高效、高精度、自动化加工技术的发展，使工艺系统热变形问题变得更为突出，已成为机术的发展，使工艺系统热变形问题变得更为突出，已成为机械加工技术进一步发展的一个重要的研究课题。械加工技术进一步发展的一个重要的研究课

32、题。上一页上一页 下一页下一页2021/9/23311、引起工艺系统受热变形的热源：、引起工艺系统受热变形的热源：系统内部热源系统内部热源 (切削热和摩擦热切削热和摩擦热)系统外部热源系统外部热源 (如太阳辐射热如太阳辐射热)导热传热导热传热 对流传热对流传热辐射传热辐射传热2、热的传递方式：、热的传递方式：当单位时间内的热量传入与传出相等时，温度不再升高，当单位时间内的热量传入与传出相等时，温度不再升高，这时工艺系统就达到热平衡状态。在热平衡状态下，工艺系统这时工艺系统就达到热平衡状态。在热平衡状态下，工艺系统各部分的温度就保持在一相对固定的数值上，因而各部分的热各部分的温度就保持在一相对固

33、定的数值上，因而各部分的热变形也就相应地趋于稳定。变形也就相应地趋于稳定。这就是我们要追求的目标。这就是我们要追求的目标。一方面，工艺系一方面，工艺系统受热源影响，统受热源影响，温度逐渐升高；温度逐渐升高；另一方面，热量另一方面，热量通过各种传导方通过各种传导方式向周围散发。式向周围散发。上一页上一页 下一页下一页2021/9/2332 由切削过程中切削层金属的弹性、塑性变形及由切削过程中切削层金属的弹性、塑性变形及刀具与工件、切屑间的摩擦所产生，并由工件、刀具、夹具、刀具与工件、切屑间的摩擦所产生，并由工件、刀具、夹具、机床、切屑、切削液及周围介质传出。机床、切屑、切削液及周围介质传出。1.

34、切削热切削热车削时车削时，大量的切削热由切屑带走，传给工件的，大量的切削热由切屑带走，传给工件的为为1030，传给刀具的为，传给刀具的为15。3、工艺系统的热源、工艺系统的热源孔加工时孔加工时，大量切屑滞留在孔中，使大量的切削，大量切屑滞留在孔中，使大量的切削热热(50 左右左右)传入工件。传入工件。磨削时磨削时，由于磨屑小，带走的热量很少，大部分传，由于磨屑小，带走的热量很少，大部分传入工件，故易产生磨削烧伤。入工件，故易产生磨削烧伤。上一页上一页 下一页下一页2021/9/23332.摩擦热摩擦热主要由机床和液压系统中的运动部分产生的，如电动机、主要由机床和液压系统中的运动部分产生的，如电

35、动机、轴承、齿轮等传动副、导轨副、液压泵、阀等运动部分产生轴承、齿轮等传动副、导轨副、液压泵、阀等运动部分产生的摩擦热。摩擦热是机床热变形的主要热源。的摩擦热。摩擦热是机床热变形的主要热源。主要是环境温度的变化和热的辐射，大型和精密工件的主要是环境温度的变化和热的辐射，大型和精密工件的加工受此影响较大。加工受此影响较大。3.外部热源外部热源上一页上一页 下一页下一页2021/9/2334二、机床热变形引起的加工误差二、机床热变形引起的加工误差机床受热源的影响，各部分温升将发生变化。由于热源分机床受热源的影响，各部分温升将发生变化。由于热源分布的不均匀和机床结构的复杂性，机床各部件将发生不同程度

36、布的不均匀和机床结构的复杂性，机床各部件将发生不同程度的热变形，破坏了机床原有的几何精度，从而降低了机床的加的热变形，破坏了机床原有的几何精度，从而降低了机床的加工精度。工精度。例：车床类机床例：车床类机床后果：后果：主轴箱和床身的温度上升，造成机床主轴抬高和倾斜。主轴箱和床身的温度上升，造成机床主轴抬高和倾斜。主要热源：主要热源：是主轴箱轴承的摩擦热和主轴箱中油池的发热；是主轴箱轴承的摩擦热和主轴箱中油池的发热；上一页上一页 下一页下一页2021/9/2335 几种机床的热变形趋势几种机床的热变形趋势平面磨床车床铣床双端面磨床上一页上一页 下一页下一页2021/9/2336三、工件热变形引起

37、的加工误差三、工件热变形引起的加工误差切削热切削热 （是主要的）（是主要的）外部热源外部热源 （对于精密件不可忽视）（对于精密件不可忽视）使工件产生变形的热源使工件产生变形的热源不同的加工方法，不同的工件材料、结构和尺寸件的受不同的加工方法，不同的工件材料、结构和尺寸件的受热变形也不相同。热变形也不相同。例例1：精密丝杠磨削时，工件的热伸长会引起螺距的累积误差。精密丝杠磨削时，工件的热伸长会引起螺距的累积误差。例例2：细长轴在顶尖间车削时：细长轴在顶尖间车削时：热变形使工件伸长，导致工件因弯曲变形而产热变形使工件伸长，导致工件因弯曲变形而产生圆柱度误差。生圆柱度误差。上一页上一页 下一页下一页

38、2021/9/2337单面受热，与底面产生温差，引起单面受热，与底面产生温差，引起热变形，影响导轨的直线度。热变形，影响导轨的直线度。例例3：床身导轨面的磨削床身导轨面的磨削 此时粗、精加工间隔时间较短，粗加工时的热变形将影此时粗、精加工间隔时间较短，粗加工时的热变形将影响到精加工，工件冷却后，将产生加工误差。响到精加工，工件冷却后，将产生加工误差。例例4：在三工位的组合机床上，通过钻在三工位的组合机床上，通过钻扩扩铰加工孔铰加工孔如：工件的尺寸是：外径如：工件的尺寸是：外径40mm，孔径为，孔径为20mm，长，长40mm，材料，材料为钢材。钻孔时切削用量为为钢材。钻孔时切削用量为n310 r

39、min，f0.36mm。钻孔后，。钻孔后，温升达温升达107 ，接着扩孔和铰孔，当工件冷却后孔的收缩量已超，接着扩孔和铰孔，当工件冷却后孔的收缩量已超过精度规定值。过精度规定值。在这种情况下一定要采取冷却措施，否则将出现废品。在这种情况下一定要采取冷却措施，否则将出现废品。上一页上一页 下一页下一页2021/9/2338如：高速钢刀具车削时刃如：高速钢刀具车削时刃部的温度可高达部的温度可高达700 800，刀具的热伸长量可，刀具的热伸长量可达达0.03 0.05mm。因此，。因此，其影响不可忽略。其影响不可忽略。四、刀具热变形引起的加工误差四、刀具热变形引起的加工误差刀具的热变形主要是切削热引

40、起的，传给刀具的热量虽刀具的热变形主要是切削热引起的，传给刀具的热量虽不多，但由于刀具体积小、热容量小且热量又集中在切削部不多，但由于刀具体积小、热容量小且热量又集中在切削部分，因此切削部分仍产生很高的温升。分，因此切削部分仍产生很高的温升。上一页上一页 下一页下一页2021/9/2339五、减少和控制工艺系统热变形的主要途径（五、减少和控制工艺系统热变形的主要途径（5）1减少热源的发热减少热源的发热2用热补偿方法减少热变形用热补偿方法减少热变形3采用合理的机床部件结构减少热变形的影响采用合理的机床部件结构减少热变形的影响4加速达到工艺系统的热平衡状态加速达到工艺系统的热平衡状态5控制环境温度

41、控制环境温度上一页上一页 下一页下一页2021/9/2340 3.5 工件内应力的影响工件内应力的影响残余应力是指外部载荷去除后，仍残存在工件内残余应力是指外部载荷去除后，仍残存在工件内部的应力。部的应力。零件中的残余应力往往处于一种很不稳定零件中的残余应力往往处于一种很不稳定的相对平衡状态，的相对平衡状态，在常温下特别是在外界某种因素的在常温下特别是在外界某种因素的影响下很容易失去原有状态，使残余应力重新分布，影响下很容易失去原有状态，使残余应力重新分布，零件产生相应的变形，从而破坏了原有的精度。零件产生相应的变形，从而破坏了原有的精度。必须采取措施消除残余应力对零件加工精度的影响。必须采取

42、措施消除残余应力对零件加工精度的影响。上一页上一页 下一页下一页2021/9/2341一、产生残余应力的原因一、产生残余应力的原因在铸、锻、焊及热处理等热加工过程中，由于工件各部分在铸、锻、焊及热处理等热加工过程中，由于工件各部分热胀冷缩不均匀热胀冷缩不均匀以及以及金相组织转变时的体积变化金相组织转变时的体积变化，使毛坯内部，使毛坯内部产生了相当大的残余应力。产生了相当大的残余应力。由金属内部的相邻组织发生了不均匀的体积变化而产生。由金属内部的相邻组织发生了不均匀的体积变化而产生。1毛坯制造中产生的残余应力毛坯制造中产生的残余应力弯曲的工件弯曲的工件(原来无残余应力原来无残余应力)要校直，常采

43、用冷校直。要校直，常采用冷校直。2冷校直带来的残余应力冷校直带来的残余应力3切削加工中产生的残余应力切削加工中产生的残余应力切削过程中产生的力和热，也会使被加工工件的表面层切削过程中产生的力和热，也会使被加工工件的表面层变形，产生残余应力。变形，产生残余应力。上一页上一页 下一页下一页2021/9/2342 二、减少或消除残余应力的措施二、减少或消除残余应力的措施1合理设计零件结构合理设计零件结构2对工件进行热对工件进行热处理和时效处理处理和时效处理3.合理安排合理安排工艺过程工艺过程例如：对铸、锻、焊接件进行退例如：对铸、锻、焊接件进行退火或回火；零件淬火后进行回火；火或回火；零件淬火后进行

44、回火；对精度要求高的零件，如床身、对精度要求高的零件，如床身、丝杆、箱体、精密主轴等，在粗丝杆、箱体、精密主轴等，在粗加工后进行时效处理。加工后进行时效处理。例如：粗、精加工分开在不同工序中进行，例如：粗、精加工分开在不同工序中进行，留有一定时间让残余应力重新分布；在加工留有一定时间让残余应力重新分布；在加工大型工件时，粗、精加工往往在一个工序中大型工件时，粗、精加工往往在一个工序中来完成，这时应在粗加工后松开工件，让工来完成，这时应在粗加工后松开工件，让工件有自由变形的可能，然后再用较小的夹紧件有自由变形的可能，然后再用较小的夹紧力夹紧工件后进行精加工。力夹紧工件后进行精加工。上一页上一页 下一页下一页2021/9/2343