第三章 机械加工质量

1、第三章机械加工质量第三章机械加工质量31机械加工精度概念机械加工精度概念一、精度与加工误差：一、精度与加工误差：1.加工精度：指零件加工后的实际几何参数与理想加工精度：指零件加工后的实际几何参数与理想几何参数的相符程度。几何参数的相符程度。2.加工误差：加工误差：3.形状位置精度及尺寸公差的关系：形状误差应该形状位置精度及尺寸公差的关系：形状误差应该限制在位置公差内，位置公差要限制在尺寸公差限制在位置公差内，位置公差要限制在尺寸公差内。既形状公差位置公差尺寸公差。内。既形状公差位置公差尺寸公差。二、原始误差：二、原始误差：1.原始误差的含义：指工艺系统的各种误差。原始误差的含义：指工艺系统的各

2、种误差。2.原始误差主要有：工艺系统的受力、受热引起的原始误差主要有：工艺系统的受力、受热引起的误差变形等。误差变形等。32产生加工误差的主要因素产生加工误差的主要因素一、原理误差：一、原理误差：1.定义：指采用近似的成形运动或近似刀具轮廓进定义：指采用近似的成形运动或近似刀具轮廓进行加工而产生的误差。行加工而产生的误差。2.特点：简化机床、刀具结构；提高效率和效益。特点：简化机床、刀具结构；提高效率和效益。二、机床的几何误差：二、机床的几何误差：1.导轨误差：导轨误差： 导轨在水平、垂直平面内直线度误导轨在水平、垂直平面内直线度误差（差（3-2）；主轴与导轨平行度误差（）；主轴与导轨平行度误

3、差（3-4）。）。2.机床的主轴回转误差机床的主轴回转误差定义：指主轴实际回转轴线相对理论回转轴线的定义：指主轴实际回转轴线相对理论回转轴线的“漂移漂移”。分类：轴向窜动；径向跳动；角度摆动。分类：轴向窜动；径向跳动；角度摆动。影响因素：主轴误差、影响因素：主轴误差、 轴承误差及热变形误差。轴承误差及热变形误差。3. 传动链误差：传动元件、制造、安装误差。传动链误差：传动元件、制造、安装误差。三、其它误差：三、其它误差：刀具刀具、夹具和测量调整误差。、夹具和测量调整误差。四、工艺系统受力变形引起的误差四、工艺系统受力变形引起的误差1.工艺系统的定义：工艺系统的定义： 由机床、夹具、工件和刀具构

4、成的系统为工艺由机床、夹具、工件和刀具构成的系统为工艺系统。系统。2.物体刚度的定义：物体刚度的定义： 物体抵抗外力欲使其变形的能力。物体抵抗外力欲使其变形的能力。3.工艺系统的刚度：工艺系统的刚度： 零件加工表面法向法向分力零件加工表面法向法向分力,与刀具在切削力的与刀具在切削力的作用下作用下,相对工件在该方向的位移相对工件在该方向的位移y的比值。的比值。4.工艺系统刚度的一般表达式：工艺系统刚度的一般表达式： Js= F y / y5.影响机床部件刚度因素影响机床部件刚度因素 1）连接表面接触变形的影响。）连接表面接触变形的影响。 2）部件中薄弱零件的影响。）部件中薄弱零件的影响。 3）间

5、隙、摩擦力的影响。）间隙、摩擦力的影响。6.工艺系统受力变形引起的加工误差：工艺系统受力变形引起的加工误差： 1）由于切削力着力点由于切削力着力点位置变化而使位置变化而使零件产生形状零件产生形状误差。误差。 2）由于切削力大小变化引起的加工误差：）由于切削力大小变化引起的加工误差： a.毛坯几何形状引起的切削力变化。毛坯几何形状引起的切削力变化。 b.由于材料硬度不均引起切削力变化。由于材料硬度不均引起切削力变化。 C.刀具变形引起的误差。刀具变形引起的误差。 3）其它力引起的加工误差）其它力引起的加工误差 a.重力、重力、夹紧力引起的加工误差夹紧力引起的加工误差。 b.惯性力、传动力引起加误

6、差。惯性力、传动力引起加误差。 C.误差复映现象误差复映现象：五、工艺系统受热变形引起的误差五、工艺系统受热变形引起的误差1.工艺系统热源及热平衡工艺系统热源及热平衡 1)热源：热源： 内部热源：内部热源： 切削热由刀具与工件、切削摩擦产生；摩擦热切削热由刀具与工件、切削摩擦产生；摩擦热由运动部分摩擦产生。由运动部分摩擦产生。 外部热源：外部热源： 环境温度指工作环境；热辐射指太阳光辐射。环境温度指工作环境；热辐射指太阳光辐射。 2)热平衡：热平衡：Q吸吸 = Q散散2.机床热变形引起的加工误差机床热变形引起的加工误差 1)主轴热变形而产生的加工误差。主轴热变形而产生的加工误差。 2)导轨热变

7、形而产生的加工误差导轨热变形而产生的加工误差。 3.工件热变形引起的加工误差：工件热变形引起的加工误差： 1)轴类零件易产生形状、尺寸误差。轴类零件易产生形状、尺寸误差。 2)丝杠易产生螺距累积误差。丝杠易产生螺距累积误差。 3)床身导轨面的磨削，导轨易产生直线度床身导轨面的磨削，导轨易产生直线度误差。误差。 4)薄圆环磨削，易产生圆度误差。薄圆环磨削，易产生圆度误差。 4.减少热变形的措施：减少热变形的措施： 减少切削热；降低摩擦热；隔离热源；强减少切削热；降低摩擦热；隔离热源；强制冷却；恒温加工；热补偿法等。制冷却；恒温加工；热补偿法等。六、工件内应力产生加工误差六、工件内应力产生加工误差

8、1.内应力的概念内应力的概念1）内应力的含义：指除去载荷后，存在工件内的）内应力的含义：指除去载荷后，存在工件内的应力。应力。2）内应力来源及特点）内应力来源及特点 来源：金属内部组织发生不均匀变化而产生。来源：金属内部组织发生不均匀变化而产生。 特点：是一种不稳定状态。特点：是一种不稳定状态。2.内应力产生的原因：内应力产生的原因： 毛坯制造、冷校直、机械加工等易产生内应力。毛坯制造、冷校直、机械加工等易产生内应力。3.消除内应力的方法消除内应力的方法 1）合理设计的零件结构。）合理设计的零件结构。 2）采用时效处理、退火和正火的热处理方法。）采用时效处理、退火和正火的热处理方法。 3）合理

9、安排机械加工工艺。）合理安排机械加工工艺。 33表面质量的含义及影响因素表面质量的含义及影响因素一、表面质量含义：一、表面质量含义： 是零件加工后表面层状态完整性的表怔。它是零件加工后表面层状态完整性的表怔。它主要包括表面的几何特征和表层物理力学性能。主要包括表面的几何特征和表层物理力学性能。1.表面的几何特征表面的几何特征1)表面粗糙度：指已加工面的微观几何形状误差。表面粗糙度：指已加工面的微观几何形状误差。2)表面波度：即介于宏观几何形状误差与表面粗糙表面波度：即介于宏观几何形状误差与表面粗糙度之间的周期性几何形状误差。度之间的周期性几何形状误差。2.表层物理力学性能表层物理力学性能1)加

10、工硬化：工件加工后表面强度、硬度提高象。加工硬化：工件加工后表面强度、硬度提高象。2)表面层的残余应力表面层的残余应力 指机械加工中工件表面层所产生的残余应力。指机械加工中工件表面层所产生的残余应力。3)表面层金相组织变化。表面层金相组织变化。 加工后工件表层金属的金相组织发生了变化。加工后工件表层金属的金相组织发生了变化。二、影响表面粗糙度的因素及控制二、影响表面粗糙度的因素及控制1.影响表面粗糙度的主要因素影响表面粗糙度的主要因素 1)几何因素：几何因素： 是刀刃和工件相对运动轨迹所形成的是刀刃和工件相对运动轨迹所形成的残面积。残面积。 2)物理因素：是在加工过程中在工件表面产生塑物理因素

11、：是在加工过程中在工件表面产生塑性变形，并产生积屑瘤、鳞刺和振动等。性变形，并产生积屑瘤、鳞刺和振动等。2积屑瘤积屑瘤 1)积屑瘤定义积屑瘤定义 在一定的条件下切削塑性金属时，由于前刀面在一定的条件下切削塑性金属时，由于前刀面挤压及摩擦的作用，使切屑底层中的一部分金属挤压及摩擦的作用，使切屑底层中的一部分金属停滞和堆积在切削刃口附近，形成硬块，能代替停滞和堆积在切削刃口附近，形成硬块，能代替 切削刃进行切削，这个硬块称为切屑瘤。切削刃进行切削，这个硬块称为切屑瘤。 2）积屑瘤产生的原因）积屑瘤产生的原因 切屑底面对前刀面强烈摩擦，当接触面达到一定温度切屑底面对前刀面强烈摩擦，当接触面达到一定温

12、度和压力时，表面产生粘结现象，形成积屑瘤和压力时，表面产生粘结现象，形成积屑瘤。 3)积屑瘤的特点：积屑瘤的特点：不稳定性，不稳定性， 4)积屑瘤的控制措施：积屑瘤的控制措施： 提高工件材料硬度；选择低、高速切削；采用切削液；提高工件材料硬度；选择低、高速切削；采用切削液；增大前角，减小切削厚度等。增大前角，减小切削厚度等。3.降低表面粗糙度值的主要措施降低表面粗糙度值的主要措施 1)选择合理的切削用量：选择合理的切削用量： 采用小进给量；低、高速切削；防止打滑现象。采用小进给量；低、高速切削；防止打滑现象。 2)选择合理的刀具几何参数：选择合理的刀具几何参数： 增大刃倾；刀尖圆弧半径；减小主

13、偏、副偏角等。增大刃倾；刀尖圆弧半径；减小主偏、副偏角等。 3)改善工件材料的性能改善工件材料的性能 采用合理的热处理方法改善材料的性能。采用合理的热处理方法改善材料的性能。 4)合理选择切削液合理选择切削液 5)选择合适刀具材料选择合适刀具材料三、影响表层物理力学性能因素三、影响表层物理力学性能因素1.加工硬化：加工硬化： 1）产生的原因：）产生的原因： 金属层在切削力作用下产生变形。金属层在切削力作用下产生变形。 2）加工硬化表示方法：）加工硬化表示方法： 常用硬化层深度常用硬化层深度hd和硬化程度和硬化程度N表示。表示。 3）影响加工硬化的主要因素：）影响加工硬化的主要因素： 刀具、切削

14、用量、工件材料：刀具、切削用量、工件材料：2.表面层的残余应力表面层的残余应力 1）表面层残余应力产生的原因：）表面层残余应力产生的原因： 冷态塑变、热态塑变、金相组织变化：冷态塑变、热态塑变、金相组织变化： 2）影响表面层残余应力的因素：）影响表面层残余应力的因素： 切削加工、磨削加工、工件材料：切削加工、磨削加工、工件材料： 3.加工表面层金相组织变化及烧伤：加工表面层金相组织变化及烧伤： 1）表面层金相组织变化的原因：）表面层金相组织变化的原因： 主要是加工时，产生大量的热量使工件表面温主要是加工时，产生大量的热量使工件表面温度升高，达到组织转变温度而产生的。度升高，达到组织转变温度而产

15、生的。 2）表面烧伤的形式）表面烧伤的形式 有回火烧伤；淬火烧伤；退火烧伤。有回火烧伤；淬火烧伤；退火烧伤。 4.表面强化的措施表面强化的措施 1）滚压加工：）滚压加工： 利用具有较高硬度的滚轮或滚珠对工件表面进利用具有较高硬度的滚轮或滚珠对工件表面进行加工使其产生塑性。行加工使其产生塑性。 2）喷丸强化：）喷丸强化： 利用大量高速运动的珠丸撞击工件表面，使之利用大量高速运动的珠丸撞击工件表面，使之产生冷应层和残余压应力的一种加工方法。产生冷应层和残余压应力的一种加工方法。四、机械加工中振动四、机械加工中振动1.强迫振动：强迫振动： 1）含义：是由工艺系统内，外部周期交变的激振力（振）含义：是

16、由工艺系统内，外部周期交变的激振力（振源）作用下引起的振动。源）作用下引起的振动。 2）产生的原因：）产生的原因：机床上高速回转件的不平衡；传动系统中误差；切削力的机床上高速回转件的不平衡；传动系统中误差；切削力的变化；外部振源。变化；外部振源。 3）强迫振动的特点：）强迫振动的特点： a.振动自身不能引起干扰力的变化，干扰力停止，振动振动自身不能引起干扰力的变化，干扰力停止，振动停止。停止。 b.强迫振动的频率与外界干扰力频率相同。强迫振动的频率与外界干扰力频率相同。 c.强迫振动的振幅大小与初始条件无关，主要取决于干强迫振动的振幅大小与初始条件无关，主要取决于干扰力的频率与系统固有频率的比

17、值扰力的频率与系统固有频率的比值。当。当=1时振幅大，时振幅大，这种现象称共振。这种现象称共振。 4）减少强迫振动的措施：）减少强迫振动的措施： 消除振源；提高刚度；隔振；采用减振器和阻尼器等消除振源；提高刚度；隔振；采用减振器和阻尼器等。2.自激振动自激振动 1）定义：由振动系统本身产生的交变力激发和维）定义：由振动系统本身产生的交变力激发和维持的振动。持的振动。 2）特点：）特点：a .是一种不衰减的振动；是一种不衰减的振动；b.频率等于固频率等于固有频率；有频率；c.振幅大小取决于输入和消耗能量对比，振幅大小取决于输入和消耗能量对比，输入能量大于消耗能量振动能维持，否则停止。输入能量大于

18、消耗能量振动能维持，否则停止。 3）减轻和消除的措施：）减轻和消除的措施： a.合理选择切削用量：合理选择切削用量：VC或或VC，则振动，则振动；f，则振动则振动；ap，则振幅，则振幅A。 b.合理的选择刀具的几何参数：前角和主偏角增合理的选择刀具的几何参数：前角和主偏角增大，则振幅减小；的后角和刀尖圆弧半径减小，大，则振幅减小；的后角和刀尖圆弧半径减小，则振幅减小。则振幅减小。 c.提高系统刚度和采用减振装置。提高系统刚度和采用减振装置。34表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件使用性能的影响一、表面质量对零件耐磨性的影响一、表面质量对零件耐磨性的影响1.表面糙度表面糙度Ra的影响：的影响： 表面糙度表面糙度Ra提高，则耐磨性降低。提高，则耐磨性降低。2.冷作硬化的影响：冷硬现象提高耐磨性。冷作硬化的影响：冷硬现象提高耐磨性。二、表面质量对耐蚀性影响