机械制造工程学第五章机械加工质量高教课堂

1、第第5 5章章 机械加工质量机械加工质量 51 概述概述 52 加工精度的影响因素加工精度的影响因素 53 表面质量的影响因素表面质量的影响因素 54 提高加工精度和表面质量的途径提高加工精度和表面质量的途径1详细课资 机械加工质量包括机械加工质量包括机械加工精度、机械加工表面质量机械加工精度、机械加工表面质量两两个方面。个方面。5-1 5-1 概述概述1. 1. 机械加工精度机械加工精度 机械加工精度是指零件加工后的实际几何参数机械加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和表面间的位置）与理想零件几何参数（尺寸、形状和表面间的位置）与理想零件几何参数相符合的程度。相符合的程度。 理想

2、零件的几何参数包括：理想零件的几何参数包括：尺寸尺寸零件尺寸的公差带中心；零件尺寸的公差带中心；形状形状绝对准确的形状（如圆柱面、平面、锥面等）；绝对准确的形状（如圆柱面、平面、锥面等）；位置位置绝对准确的位置（如平行、垂直、同轴等）绝对准确的位置（如平行、垂直、同轴等）一一. .加工精度和表面质量加工精度和表面质量2详细课资5-1 5-1 概述概述2.2.机械加工表面质量机械加工表面质量 加工表面质量，是指零件在加工后的表面层状态。加工表面质量，是指零件在加工后的表面层状态。 表面粗糙度表面粗糙度加工表面的微观几何形状误差加工表面的微观几何形状误差 表面层的物理、机械性能的变化表面层的物理、

3、机械性能的变化 ： a a表面层的冷作硬化表面层的冷作硬化 b b表面层金相组织的变化表面层金相组织的变化 c c表面层的残余应力表面层的残余应力一一. .加工精度和表面质量加工精度和表面质量3详细课资5-1 5-1 概述概述 1 1）对零件耐磨性的影响）对零件耐磨性的影响 2 2）对配合性质的影响）对配合性质的影响 3 3）对疲劳强度的影响）对疲劳强度的影响 4 4）对抗腐蚀性的影响）对抗腐蚀性的影响 5 5）对工作精度的影响）对工作精度的影响二二. .机械加工精度、表面质量对零件使用性能机械加工精度、表面质量对零件使用性能的影响的影响 4详细课资5详细课资6详细课资7详细课资8详细课资9详

4、细课资10详细课资第第5 5章章 机械加工质量机械加工质量 51 概述概述 52 加工精度的影响因素加工精度的影响因素 53 表面质量的影响因素表面质量的影响因素 54 提高加工精度和表面质量的途径提高加工精度和表面质量的途径11详细课资 在机械加工中，由在机械加工中，由机床、夹具、刀具和工件机床、夹具、刀具和工件所构所构成的系统，称为成的系统，称为工艺系统工艺系统。 5-2 5-2 加工精度的影响因素加工精度的影响因素1.1.工艺系统工艺系统1) 1) 工艺系统的几何误差工艺系统的几何误差2 2）工艺系统受力变形所引起的误差）工艺系统受力变形所引起的误差3 3）工艺系统受热变形所引起的误差）

5、工艺系统受热变形所引起的误差4 4）工件内应力所引起的误差）工件内应力所引起的误差2.2.工艺系统误差的组成工艺系统误差的组成 工艺系统中的误差是产生零件加工误差的根源工艺系统中的误差是产生零件加工误差的根源，因此把工艺系统的误差称为因此把工艺系统的误差称为原始误差原始误差。12详细课资5-2 5-2 加工精度的影响因素加工精度的影响因素一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响 在加工中，由于采用了近似的加工方法、近似的在加工中，由于采用了近似的加工方法、近似的成形运动、近似的刀具轮廓而产生的加工误差。成形运动、近似的刀具轮廓而产生的加工误差。1.1.原理误

6、差原理误差 如：如：1 1）在车床上车削蜗杆）在车床上车削蜗杆 车床丝杠与工件速比车床丝杠与工件速比: : i=i=（z z1 1z z2 2）/ /（z z3 3z z4 4）= t/t= t/t （t= m,t= m,工件轴向齿距；工件轴向齿距；t t，丝杠螺距），丝杠螺距） 选择挂轮选择挂轮z z1 1、z z2 2、z z3 3、z z4 4时，计算值时，计算值t =t =m m ，近，近似值，因此存在似值，因此存在加工误差加工误差。13详细课资5-2 5-2 加工精度的影响因素加工精度的影响因素一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响 在加工中，由

7、于采用了近似的加工方法、近似的在加工中，由于采用了近似的加工方法、近似的成形运动、近似的刀具轮廓而产生的加工误差。成形运动、近似的刀具轮廓而产生的加工误差。1.1.原理误差原理误差 如：如：1 1）在车床上车削蜗杆）在车床上车削蜗杆14详细课资一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响1.1.原理误差原理误差 如：如：2 2）齿轮滚刀存在两种误差）齿轮滚刀存在两种误差一是为了制造方便，采用一是为了制造方便，采用阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆代替代替渐开线渐开线基本蜗杆基本蜗杆而产生的而产生的刀刃齿廓近似造形误差刀刃齿廓近似造形误差；二是由于二是由于滚刀切削刃数有限，

8、切削是不连续的滚刀切削刃数有限，切削是不连续的，因，因而滚切出的而滚切出的齿轮齿形不是光滑的渐开线，而是折线齿轮齿形不是光滑的渐开线，而是折线。15详细课资一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响2.2.机床的几何误差机床的几何误差 机床的几何误差来自三方面：机床本身的制造、磨机床的几何误差来自三方面：机床本身的制造、磨损、安装、调整。损、安装、调整。 1 1）主轴回转误差）主轴回转误差 2 2）导轨误差）导轨误差 3 3）机床的传动误差）机床的传动误差 “误差的敏感方向误差的敏感方向”16详细课资 “误差的敏感方向误差的敏感方向”17详细课资 “误差的敏感

9、方向误差的敏感方向”18详细课资一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响2.2.机床的几何误差机床的几何误差 1 1）主轴回转误差）主轴回转误差 是指主轴的实际回转轴线与平均回转轴线是指主轴的实际回转轴线与平均回转轴线在误差在误差敏感方向敏感方向的最大变动量。的最大变动量。 主轴的运动可分解为三种独立的运动：主轴的运动可分解为三种独立的运动：径向跳动径向跳动轴向窜动轴向窜动角度摆动角度摆动19详细课资一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响2.2.机床的几何误差机床的几何误差 1 1）主轴回转误差）主轴回转误差 主轴的径向

10、跳动主轴的径向跳动车削时车削时，纯径向跳动，纯径向跳动对加工精度的影响对加工精度的影响加工表面为加工表面为近似正圆，近似正圆，对工件的圆度影响很对工件的圆度影响很小。小。20详细课资一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响2.2.机床的几何误差机床的几何误差 1 1）主轴回转误差）主轴回转误差 主轴的径向跳动主轴的径向跳动镗削时镗削时，纯，纯径向跳动对径向跳动对加工精度的加工精度的影响影响加工表面为加工表面为椭圆，椭圆，对工件的圆度影响较大。对工件的圆度影响较大。21详细课资一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响2.2.

11、机床的几何误差机床的几何误差 1 1）主轴回转误差）主轴回转误差 主轴的轴向窜动主轴的轴向窜动对外圆或内孔加工，对外圆或内孔加工，无影响；无影响；对端面加工，对端面加工，引起端引起端面对回转轴线的垂直度面对回转轴线的垂直度误差；误差；对螺纹加工，对螺纹加工，引起螺引起螺距的小周期误差距的小周期误差。22详细课资一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响2.2.机床的几何误差机床的几何误差 1 1）主轴回转误差）主轴回转误差 主轴的角度摆动主轴的角度摆动车削时，车削时，无圆度误差，无圆度误差，但引起锥度误差；但引起锥度误差；镗削时，镗削时，实际孔为椭圆形。实际孔

12、为椭圆形。23详细课资一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响2.2.机床的几何误差机床的几何误差 2 2）机床导轨误差）机床导轨误差水平面内的直线度误差水平面内的直线度误差（弯曲）（弯曲）垂直面内的直线度误差垂直面内的直线度误差（弯曲）（弯曲）前后导轨之间的平行度误差前后导轨之间的平行度误差（扭曲）（扭曲）24详细课资一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响2.2.机床的几何误差机床的几何误差 2 2）机床导轨误差）机床导轨误差水平面内的直线度误差水平面内的直线度误差（弯曲）（弯曲）车削、磨削时车削、磨削时，为误差敏感方

13、向；为误差敏感方向；引起圆柱度误差引起圆柱度误差25详细课资一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响2.2.机床的几何误差机床的几何误差 2 2）机床导轨误差）机床导轨误差垂直平面内的直线度误差垂直平面内的直线度误差（弯曲）（弯曲）车削、磨削时车削、磨削时，为为误差误差非非敏感方向；敏感方向；对加工精度影响很小对加工精度影响很小26详细课资一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响2.2.机床的几何误差机床的几何误差 2 2）机床导轨误差）机床导轨误差垂直平面内的直线度误差垂直平面内的直线度误差（弯曲）（弯曲）车削、磨削时，

14、为车削、磨削时，为误差非敏感方向；误差非敏感方向；刨削、平面磨削时刨削、平面磨削时，为误差敏感方向。为误差敏感方向。造成平面度或直线度误差造成平面度或直线度误差27详细课资一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响2.2.机床的几何误差机床的几何误差 2 2）机床导轨误差）机床导轨误差前后导轨之间的平行度误差前后导轨之间的平行度误差（扭曲）（扭曲）两导轨不平行对加工精两导轨不平行对加工精度的影响较大，度的影响较大，引起工引起工件的形状误差（鞍形、件的形状误差（鞍形、鼓形、锥形等）鼓形、锥形等） 28详细课资一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响一、工艺系统的几

15、何误差对加工精度的影响2.2.机床的几何误差机床的几何误差 3 3）机床传动误差）机床传动误差 传动链的传动误差传动链的传动误差是指内联系的传动链中首末是指内联系的传动链中首末两端传动元件之间相对运动的误差。两端传动元件之间相对运动的误差。是螺纹、齿轮、蜗轮以及其它按展成原理加工时，是螺纹、齿轮、蜗轮以及其它按展成原理加工时，影响加工精度的主要因素。影响加工精度的主要因素。传动元件如齿轮、蜗轮、蜗杆、丝杠、螺母等有传动元件如齿轮、蜗轮、蜗杆、丝杠、螺母等有制造误差（主要是影响运动精度的误差）制造误差（主要是影响运动精度的误差）传动元件的装配误差（主要是装配偏心）和磨损传动元件的装配误差（主要是

16、装配偏心）和磨损时，就会破坏正确的运动关系，使工件产生误差。时，就会破坏正确的运动关系，使工件产生误差。29详细课资一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响3.3.工艺系统的调整误差工艺系统的调整误差 由于工艺系统的任何一次调整都不可能绝对准由于工艺系统的任何一次调整都不可能绝对准确，所以存在误差，这种误差称为调整误差。确，所以存在误差，这种误差称为调整误差。4.4.刀具、夹具的制造误差及工件的安装误差刀具、夹具的制造误差及工件的安装误差30详细课资一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响5.5.工艺系统磨损所引起的误差工

17、艺系统磨损所引起的误差31详细课资工艺系统的刚度工艺系统的刚度5-2 5-2 加工精度的影响因素加工精度的影响因素二、工艺系统受力变形对加工精度的影响二、工艺系统受力变形对加工精度的影响32详细课资工艺系统的刚度工艺系统的刚度33详细课资工艺系统的刚度工艺系统的刚度34详细课资工艺系统的刚度工艺系统的刚度35详细课资刚度曲线刚度曲线36详细课资刚度曲线刚度曲线37详细课资a) 车长轴车长轴 b） 磨内孔磨内孔受力变形受力变形对工件精度的影响对工件精度的影响 38详细课资工艺系统受力变形随工艺系统受力变形随切削位置切削位置而变化而变化39详细课资 1理想的工件形状；理想的工件形状； 2k头头k尾

18、尾时车出的工件形状时车出的工件形状刚度变化刚度变化造成工件误差造成工件误差40详细课资41详细课资42详细课资43详细课资44详细课资45详细课资46详细课资47详细课资48详细课资49详细课资50详细课资51详细课资52详细课资套筒夹紧变形误差套筒夹紧变形误差工件工件 开口过渡环开口过渡环53详细课资薄片工件的磨削薄片工件的磨削a)毛坯翘曲毛坯翘曲 b) 电磁工件台吸紧电磁工件台吸紧 c) 磨后松开，工件翘曲磨后松开，工件翘曲d) 磨削凸面磨削凸面 e) 磨削凹面磨削凹面 f) 磨后松开，工件平直磨后松开，工件平直54详细课资55详细课资机床部件自重引起横梁变形机床部件自重引起横梁变形56详

19、细课资3. 3. 减小工艺系统受力变形的措施减小工艺系统受力变形的措施5-2 5-2 加工精度的影响因素加工精度的影响因素二、工艺系统受力变形对加工精度的影响二、工艺系统受力变形对加工精度的影响1）提高工艺系统的刚度）提高工艺系统的刚度机床构件自身刚度的提高机床构件自身刚度的提高零部件之间的接触刚度零部件之间的接触刚度提高工件安装的刚度提高工件安装的刚度2）提高零部件的刚度）提高零部件的刚度提高加工时刀具的刚度提高加工时刀具的刚度加预紧力加预紧力57详细课资1. 1. 工艺系统的热源工艺系统的热源5-2 5-2 加工精度的影响因素加工精度的影响因素三、工艺系统受热变形对加工精度的影响三、工艺系

20、统受热变形对加工精度的影响内部热源：内部热源：如切削热、摩擦热如切削热、摩擦热外部热源：外部热源：主要来自环境热主要来自环境热58详细课资2.2.工艺系统受热变形对加工精度的影响工艺系统受热变形对加工精度的影响5-2 5-2 加工精度的影响因素加工精度的影响因素三、工艺系统受热变形对加工精度的影响三、工艺系统受热变形对加工精度的影响1）机床热变形对加工精度的影响）机床热变形对加工精度的影响59详细课资60详细课资2.2.工艺系统受热变形对加工精度的影响工艺系统受热变形对加工精度的影响三、工艺系统受热变形对加工精度的影响三、工艺系统受热变形对加工精度的影响1）机床热变形对加工精度的影响）机床热变

21、形对加工精度的影响2）刀具热变形对加工精度的影响）刀具热变形对加工精度的影响小型零件：小型零件：尺寸精度尺寸精度 大型零件：大型零件：形状精度形状精度热平衡时热平衡时间短，对间短，对加工精度加工精度影响不显影响不显著著61详细课资2.2.工艺系统受热变形对加工精度的影响工艺系统受热变形对加工精度的影响三、工艺系统受热变形对加工精度的影响三、工艺系统受热变形对加工精度的影响1）机床热变形对加工精度的影响）机床热变形对加工精度的影响2）刀具热变形对加工精度的影响）刀具热变形对加工精度的影响3）工件热变形对加工精度的影响）工件热变形对加工精度的影响均匀受热均匀受热：如车：如车削、外圆磨削削、外圆磨削

22、不均匀受热不均匀受热：铣：铣削、刨削、平面削、刨削、平面磨削磨削62详细课资3.3.减少工艺系统受热变形的措施减少工艺系统受热变形的措施三、工艺系统受热变形对加工精度的影响三、工艺系统受热变形对加工精度的影响（1 1）减少并隔离热源）减少并隔离热源（2 2）采用热补偿机构）采用热补偿机构（3 3）稳定机床温度场分布（达到热平衡后在工作）稳定机床温度场分布（达到热平衡后在工作）（4 4）控制环境温度）控制环境温度63详细课资1.1.热加工过程中产生的内应力引起的误差热加工过程中产生的内应力引起的误差5-2 5-2 加工精度的影响因素加工精度的影响因素四、工件内应力对加工精度的影响四、工件内应力对

23、加工精度的影响如如: 毛坯制造过程中产生的内应力毛坯制造过程中产生的内应力64详细课资1.1.热加工过程中产生的内应力引起的误差热加工过程中产生的内应力引起的误差2.2.切削加工过程中产生的内应力引起的误差切削加工过程中产生的内应力引起的误差5-2 5-2 加工精度的影响因素加工精度的影响因素四、工件内应力对加工精度的影响四、工件内应力对加工精度的影响冷塑变形冷塑变形：表面产生压应力：表面产生压应力热塑变形热塑变形：表面产生拉应力：表面产生拉应力65详细课资1.1.热加工过程中产生热加工过程中产生的内应力，引起的误差的内应力，引起的误差2.2.切削加工中产生的切削加工中产生的内应力，引起的误差

24、内应力，引起的误差3.3.冷校直产生内应力，冷校直产生内应力，引起的误差引起的误差5-2 5-2 加工精度的影响因素加工精度的影响因素四、工件内应力对加工精度的影响四、工件内应力对加工精度的影响66详细课资4.4.减小或消除内应力的措施减小或消除内应力的措施5-2 5-2 加工精度的影响因素加工精度的影响因素四、工件内应力对加工精度的影响四、工件内应力对加工精度的影响合理设计零件结构合理设计零件结构采取适当的热处理采取适当的热处理合理安排工艺路线合理安排工艺路线67详细课资第第5 5章章 机械加工质量机械加工质量 51 概述概述 52 加工精度的影响因素加工精度的影响因素 53 表面质量的影响

25、因素表面质量的影响因素 54 提高加工精度和表面质量的途径提高加工精度和表面质量的途径68详细课资5-3 5-3 表面质量的影响因素表面质量的影响因素1) 1) 几何因素几何因素 切削层残留面积切削层残留面积 切削刃自身的表面粗糙度切削刃自身的表面粗糙度（定尺寸刀具、成型刀具、宽刃刀（定尺寸刀具、成型刀具、宽刃刀具）具）1.1.切削加工中影响表面粗糙度的因素切削加工中影响表面粗糙度的因素一、影响表面粗糙度的因素一、影响表面粗糙度的因素车削、刨削时残留面积高度车削、刨削时残留面积高度69详细课资5-3 5-3 表面质量的影响因素表面质量的影响因素2) 2) 物理因素物理因素 刃口圆角、后刀面对工

26、件材料的挤压、摩擦，使残留面积刃口圆角、后刀面对工件材料的挤压、摩擦，使残留面积扭曲、沟纹加深；扭曲、沟纹加深； 切削脆性材料，出现崩碎痕迹；切削脆性材料，出现崩碎痕迹； 低速切削塑性材料，产生积屑瘤或磷刺；低速切削塑性材料，产生积屑瘤或磷刺； 精加工时，切削厚度过薄，刀刃打滑。精加工时，切削厚度过薄，刀刃打滑。1.1.切削加工中影响表面粗糙度的因素切削加工中影响表面粗糙度的因素一、影响表面粗糙度的因素一、影响表面粗糙度的因素70详细课资加工塑性材料时切削速度对表面粗糙度的影响加工塑性材料时切削速度对表面粗糙度的影响71详细课资磷刺：磷刺： 在在低速切削塑性材低速切削塑性材料料时，时，切屑与前

27、刀面切屑与前刀面强烈摩擦发生强烈摩擦发生冷焊冷焊，切屑滞留在前刀面上，切屑滞留在前刀面上，切削层受到推挤，从切削层受到推挤，从而而拉裂基体金属拉裂基体金属，在，在表面上留下片状毛刺。表面上留下片状毛刺。72详细课资5-3 5-3 表面质量的影响因素表面质量的影响因素1) 1) 砂轮砂轮 砂轮的粒度砂轮的粒度 粒度粒度 ，表面粗糙度，表面粗糙度 砂轮的硬度砂轮的硬度 适宜适宜 砂轮的修整砂轮的修整 表面越光滑，表面粗糙度越小表面越光滑，表面粗糙度越小2) 2) 磨削用量磨削用量砂轮的速度砂轮的速度 速度速度 ，表面粗糙度表面粗糙度磨削深度磨削深度 深度深度 ，表面粗糙度表面粗糙度工件的速度（纵向

28、进给）工件的速度（纵向进给） 速度速度，表面粗糙度表面粗糙度2.2.磨削加工中影响表面粗糙度的因素磨削加工中影响表面粗糙度的因素一、影响表面粗糙度的因素一、影响表面粗糙度的因素73详细课资5-3 5-3 表面质量的影响因素表面质量的影响因素 振动引起加工表面的振动纹，加大表面粗糙度，同时还会振动引起加工表面的振动纹，加大表面粗糙度，同时还会缩短刀具和机床的寿命。缩短刀具和机床的寿命。 主要形式有：主要形式有：自由振动自由振动 由工艺系统受到外界干扰，或材料硬度不均匀、表面层有由工艺系统受到外界干扰，或材料硬度不均匀、表面层有缺陷而引起。缺陷而引起。会迅速衰减，对切削过程影响不大会迅速衰减，对切削过程影响不大。强迫振动强迫振动 由机床运动部件不平衡、外界振动传入等因素引起。由机床运动部件不平衡、外界振动传入等因素引起。 消除振源或采取隔振措施，即可消除该振动。消除振源或采取隔振措施，即可消除该振动。自激振动自激振动 由工艺系统自身的振动特性引起，且不衰减。由工艺系统自身的振动特性引起，且不衰减。3.3.工艺系统的振动对表面粗糙度的影响工艺系统的振动对表面粗