第四章机械加工质量及其控制ppt课件

1、第四章 机械加工质量及其控制本章提要机械产质量量取决于零件的加工质量和产品的装配质量，机器零件的加工质量是整台机器质量的根底。机器零件的加工质量普通用机械加工精度和加工外表质量两个重要目的表示，它的高低将直接影响整台机器的运用性能和寿命。机械产品加工的首要义务，就是保证零件的机械加工质量要求。本章重点讨论影响机械加工精度和外表质量的要素及其控制方法。内容提纲4.14.24.34.4概述机械加工精度的影响要素及控制加工误差的综合分析机械加工外表质量的影响要素及控制机械加工过程中的振动及控制4.5第一节 概述机械加工质量包括几何参数方面的质量和外表物理机械参数方面的质量。其中几何参数方面的尺寸精度

2、、宏观几何精度和位置精度属于机械加工精度范畴，而外表物理机械参数方面的质量和微观几何外形精度属于机械加工外表质量范畴。实践消费中经常遇到和需求处理的工艺问题，多数是加工精度问题。研讨机械加工精度的目的是研讨加工系统中各种误差的物理本质，掌握其变化的根本规律，分析工艺系统中各种误差与加工精度之间的关系，寻求提高加工精度的途径，以保征零件的机械加工质量。零件的机械加工外表质量决议了机器的运用性能和延伸运用寿命。机械加工外表质量是以机械零件的加工外表和外表层作为分析和研讨对象的。第一节 概述 加工精度是指零件加工后的实践几何参数尺寸、外形和位置与理想几何参数的符合程度。1零件的尺寸精度：加工后零件的

3、实践尺寸与零件理想尺寸相符的程度。2零件的外形精度：加工后零件的实践外形与零件理想外形相符的程度。3零件的位置精度：加工后零件的实践位置与零件理想位置相符的程度。第一节 概述一、机械加工精度一机械加工精度的概念 加工误差：实践加工不能够做得与理想零件完全一致，总会有大小不同的偏向，零件加工后的实践几何参数对理想几何参数的偏离程度，称为加工误差。加工误差的大小表示了加工精度的高低。消费实践中用控制加工误差的方法来保证加工精度。加工精度和加工误差是从两种观念来评定零件几何参数，所谓保证和提高加工精度问题就是限制和降低加工误差问题。第一节 概述一、机械加工精度一机械加工精度的概念 试切法 调整法 定

4、尺寸刀具法 自动控制法第一节 概述一、机械加工精度二加工精度的获得方法零件外表质量外表物理力学性能的变化外表微观几何外形误差机械加工外表质量是指经过机械加工后零件外表层所产生的物理机械性能的变化以及外表层微观几何外形误差，又称为外表完好性，主要包括外表层微观几何外形和外表层物理机械性能。第一节 概述二、机械加工外表质量一外表质量的概念零件外表质量粗糙度太大、太小都不耐磨适度冷硬能提高耐磨性对疲劳强度的影响对耐磨性的影响对耐腐蚀性能的影响对任务精度的影响粗糙度越大，疲劳强度越差适度冷硬、剩余压应力能提高疲劳强度粗糙度越大、任务精度降低剩余应力越大，任务精度降低粗糙度越大，耐腐蚀性越差压应力提高耐

5、腐蚀性，拉应力反之那么降低耐腐蚀性第一节 概述二、机械加工外表质量在机械加工中，零件的尺寸、几何外形和外表间相对位置的构成，取决于工件和刀具在切削运动过程中相互位置的关系。零件的机械加工是在由机床、夹具、刀具和工件组成的系统中进展的。该系统即为工艺系统。工艺系统存在的误差称之为原始误差；原始误差是呵斥加工误差的根源。原始误差的存在，使工艺系统各组成部分之间的位置关系或速度关系偏离了理想形状，致使加工后的零件产生了加工误差。第二节 机械加工精度的影响要素及控制假设原始误差是在加工前已存在，即在无切削负荷的情况下检验的，称为工艺系统静误差；假设在有切削负荷情况下产生的那么称为工艺系统动误差。 第二

6、节 机械加工精度的影响要素及控制原理误差：是指由于采用了近似的成形运动、近似的刀刃外形等缘由而产生的加工误差。车削螺纹，齿轮加工，齿轮滚刀，模数铣刀等机械加工中，采用近似的成形运动或近似的刀刃外形进展加工，虽然会由此产生一定的原理误差，但却可以简化机床构造和减少刀具数，只需加工误差可以控制在允许的制造公差范围内，就可采用近似加工方法。原始误差工艺系统静误差工艺系统动误差调整误差机床误差刀具制造误差夹具误差加工原理误差工件装夹误差工艺系统受力变形刀具磨损剩余应力引起变形丈量误差工艺系统热变形第二节 机械加工精度的影响要素及控制加工前加工中加工后第二节 机械加工精度的影响要素及控制一、工艺系统几何

7、误差对加工精度的影响工艺系统的几何误差主要是指机床、夹具、刀具本身在制造时所产生的误差、运用中的调整误差和磨损误差以及工件的定位误差等，这些原始误差将不同程度地反映到被加工工件上，构成零件的加工误差。加工中，刀具相对于工件的成形运动，通常都是经过机床完成的。工件的加工精度在很大程度上取决于机床的精度。机床误差来源有：机床本身的制造、磨损和安装。机床制造误差中对工件加工精度影响较大的误差有：主轴回转误差、导轨误差和传动链误差。 第二节 机械加工精度的影响要素及控制一、工艺系统几何误差对加工精度的影响一机床的几何误差实际上机床主轴回转时，回转轴线的空间位置是固定不变的，即它的瞬时速度为零。而实践主

8、轴系统中存在着各种影响要素，使主轴回转轴线的位置发生变化。主轴回转误差：主轴实践回转轴线对理想回转轴线的最大位置变动量。主轴回转误差分解为径向圆跳动、轴向窜动和角度摆动三种不同方式的误差。1主轴回转误差第二节 机械加工精度的影响要素及控制一、工艺系统几何误差对加工精度的影响一机床的几何误差1主轴回转误差第二节 机械加工精度的影响要素及控制一、工艺系统几何误差对加工精度的影响一机床的几何误差主轴回转误差的基本形式车床上车削镗床上镗削内、外圆端面螺纹孔端面纯径向跳动影响极小无影响圆度误差无影响纯轴向窜动无影响平面度误差 垂直度误差螺距误差无影响平面度误差 垂直度误差纯角度摆动圆柱度误差影响极小螺距

9、误差圆柱度误差平面度误差1主轴回转误差第二节 机械加工精度的影响要素及控制一、工艺系统几何误差对加工精度的影响一机床的几何误差 1 导轨在程度面内的直线度误差对加工精度的影响导轨是机床中确定各主要部件相对位置关系的基准，也是运动的基准。2导轨误差第二节 机械加工精度的影响要素及控制一、工艺系统几何误差对加工精度的影响一机床的几何误差导轨在程度面内有直线度误差y时，在导轨全长上刀具相对于工件的正确位置将产生y的偏移量，使工件半径产生R=y的误差。导轨在程度面内的直线度误差将直接反映在被加工工件外表的法线方向(误差敏感方向)上，对加工精度的影响最大。误差的敏感方向： 加工误差对加工精度影响最大的方

10、向，为误差的敏感方向。当原始误差方向恰为加工外表法线方向时，引起的加工误差为最大；而当原始误差的方向恰为加工外表的切线方向时，引起的加工误差为最小，通常可以忽略。 1 导轨在程度面内的直线度误差对加工精度的影响2导轨误差第二节 机械加工精度的影响要素及控制一、工艺系统几何误差对加工精度的影响一机床的几何误差 2导轨在垂直平面内的直线度误差对加工精度的影响导轨在垂直平面内的直线度误差对加工精度影响很小，普通可忽略不计。 2导轨误差第二节 机械加工精度的影响要素及控制一、工艺系统几何误差对加工精度的影响一机床的几何误差 3导轨间的平行度误差对加工精度的影响2导轨误差第二节 机械加工精度的影响要素及

11、控制一、工艺系统几何误差对加工精度的影响一机床的几何误差传动链误差：是指传动链始末两端传动元件相对运动的误差。对于某些外表的加工，如车螺纹、滚齿和插齿等，为了保证工件的精度，要求工件和刀具间的运动必需有准确的速比关系。当传动链中的各传动元件如齿轮、蜗轮、蜗杆等存在制造误差、装配误差和磨损，会破坏正确运动关系，影响刀具与工件间相对运动的正确性使工件产生误差。普通用传动链末端元件的转角误差来衡量。机床传动链误差是影响外表加工精度的主要缘由之一。提高传动元件的制造精度和装配精度，减少传动件数，均可减小传动链误差。3传动链误差 第二节 机械加工精度的影响要素及控制一、工艺系统几何误差对加工精度的影响一

12、机床的几何误差第二节 机械加工精度的影响要素及控制一、工艺系统几何误差对加工精度的影响二工艺系统其他几何误差1刀具误差2夹具误差3丈量误差4调整误差第二节 机械加工精度的影响要素及控制二、工艺系统受力变形对加工精度影响在切削力、传动力、惯性力、夹紧力以及重力等的作用下，工艺系统将产生相应的变形弹性变形和塑性变形和振动。这种变形和振动，会破坏刀具和工件之间的成型运动和位置关系和速度关系，还影响切削运动的稳定性，从而呵斥各种加工误差。工艺系统的受力变形通常是弹性变形，普通说来，工艺系统抵抗弹性变形的才干越强，加工精度越高。 机械加工中，工艺系统在外力的作用下，将产生相应变形, 使工件产生加工误差。

13、工艺系统在外力作用下产生变形的大小，不仅取决于作用力的大小，还取决于工艺系统的刚度。第二节 机械加工精度的影响要素及控制二、工艺系统受力变形对加工精度影响一 工艺系统刚度工艺系统刚度: 误差敏感方向上的切削力Fp与工艺系统在该方向上的变形y的比值，称为工工艺系统刚度KxKx=Fp/y(N/mm)工艺系统在某一位置受力作用产生的变形量y 应为工艺系统各组成环节在此位置受该力作用产生的变形量的代数和，即 ：y系y机床y刀具y夹具y工件第二节 机械加工精度的影响要素及控制二、工艺系统受力变形对加工精度影响 工艺系统在某一位置受力作用产生的变形量y 应为工艺系统各组成环节在此位置受该力作用产生的变形量

14、的代数和，即 ：y系统y机床y刀具y夹具y工件而k系统=Fp/y系统，k机床=Fp/y机床，k刀具=Fp/y刀具，k夹具=Fp/y夹具，k工件=Fp/y工件k系统工艺系统刚度主要取决于薄弱环节的刚度 一 工艺系统刚度1受力点位置发生变化引起的工件外形误差 第二节 机械加工精度的影响要素及控制二、工艺系统受力变形对加工精度影响二 工艺系统刚度对加工精度的影响例：假设在车床顶尖间加工刚度低的细长杆，那么工艺系统的位移取决于工件的变形，其刚度为：在车床顶尖间加工刚度很高的短粗光轴，那么工艺系统的总位移取决于机床头/尾座和刀架(包括刀具)的位移。 k系统1受力点位置发生变化引起的工件外形误差 第二节

15、机械加工精度的影响要素及控制二、工艺系统受力变形对加工精度影响二 工艺系统刚度对加工精度的影响车削具有锥形误差的毛坯，加工外表上必然有锥形误差；待加工外表上有什么样的误差，加工外表上必然也有同样性质的误差。由于工艺系统变形的存在，工件加工前的误差前将以类似的外形反映到加工后的工件，呵斥加工后误差后，这种景象称为误差复映景象。2误差复映景象 第二节 机械加工精度的影响要素及控制二、工艺系统受力变形对加工精度影响二 工艺系统刚度对加工精度的影响缘由：由于加工余量和资料硬度的变化会呵斥切削深度的变化，进而呵斥切削力的变化。变化的切削力作用在工艺系统上，使它的受力变形也发生相应变化。有圆度误差的毛坯加

16、工2误差复映景象 第二节 机械加工精度的影响要素及控制二、工艺系统受力变形对加工精度影响二 工艺系统刚度对加工精度的影响误差复映系数：加工前后误差之比值，称为误差复映系数，它代表误差复映的程度。误差复映系数与k系成反比，阐明工艺系统刚度愈大，误差复映系数愈小，加工后复映到工件上的误差值就愈小。CFy 径向切削力系数f 进给量YFZ 进给量指数2误差复映景象 第二节 机械加工精度的影响要素及控制二、工艺系统受力变形对加工精度影响二 工艺系统刚度对加工精度的影响 当工件外表加工精度要求高时，须经多次切削才干到达加工要求。第一次切削的复映系数为1；第二次切削的复映系数为2；那么该加工外表总的复映系数

17、为： = 1 2 3 因每个复映系数均小于1，故总的复映系数将是一个很小的数值。误差复映规律：工件加工后的误差与加工前相对应，其外形误差类似，这种误差随着走刀次数的添加而减少。 假设我们知道某加工工序的复映系数，就可以经过丈量待加工外表的误差统计值来估算加工后工件的误差统计值。2误差复映景象 第二节 机械加工精度的影响要素及控制二、工艺系统受力变形对加工精度影响二 工艺系统刚度对加工精度的影响惯性力的影响3工艺系统中其他作用力变化产生的加工误差第二节 机械加工精度的影响要素及控制二、工艺系统受力变形对加工精度影响二 工艺系统刚度对加工精度的影响夹紧力的影响重力的影响1提高工艺系统中零件间的配合

18、外表质量，以提高接触刚度。第二节 机械加工精度的影响要素及控制二、工艺系统受力变形对加工精度影响三减小工艺系统受力变形的措施2设置辅助支承提高部件刚度。3当工件刚度成为产生加工误差的薄弱环节时，缩短切削力作用点和支承点的间隔以提高工件的刚度。工艺系统在热作用下产生的部分变形，会破坏刀具与工件的正确位置关系，使工件产生加工误差。热变形对加工精度影响较大，特别是在精细加工和大件加工中，热变形所引起的加工误差通常会占到工件加工总误差的4070。随着高精度、高效率及自动化加工技术的开展，工艺系统热变形问题日益突出。第二节 机械加工精度的影响要素及控制三、工艺系统受热变形对加工精度的影响1切削热 第二节

19、 机械加工精度的影响要素及控制三、工艺系统受热变形对加工精度的影响一工艺系统的热源2摩擦热和动力安装能量损耗发出的热 3外部热源 减少机床热变性对加工精度影响的措施1构造措施1采用热对称构造2使热变形发生在无害于加工精度的方向上3合理安排支撑的位置4采取措施散热冷却减少发热量5平衡关键零件的温升，防止弯曲变形6隔离热源第二节 机械加工精度的影响要素及控制三、工艺系统受热变形对加工精度的影响二工艺系统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减少机床热变性对加工精度影响的措施2工艺措施1在安装机床的区域内坚持恒定的环境温度2将精细机床安排在恒温室中运用3机床到达热平衡后再进展加工第二节

20、机械加工精度的影响要素及控制三、工艺系统受热变形对加工精度的影响二工艺系统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措施:1减少刀具伸出长度；2采用冷却光滑液：3改良刀具角度4合理选用切削用量第二节 机械加工精度的影响要素及控制三、工艺系统受热变形对加工精度的影响二工艺系统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第二节 机械加工精度的影响要素及控制三、工艺系统受热变形对加工精度的影响二工艺系统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在切削区施加充分的冷却液；提高切削速度和进给速度，使传入工件的热量减小；精加工前有充分时间间隙，得到足够的冷却；及时刃磨和修正砂轮，减少

21、切削热；使工件在夹紧形状下有伸缩的自在弹簧后顶尖，气动后顶尖“车工怕细长采用反向走刀进给切削改动进给方向使细长轴在加工过程中受拉力。用大进给量和大主偏角9093o车刀在卡盘一端车出一个缩颈：消除坯料本身弯曲而在卡盘强迫夹持下引起的轴线弯斜的影响。第二节 机械加工精度的影响要素及控制四、保证和提高加工精度的途径一直接消除和减少误差法 误差补偿是指人为地制造出一种新的或者利用原有的一种原始误差去抵消另一种原始误差。横向进给机构、支配箱等部件第二节 机械加工精度的影响要素及控制四、保证和提高加工精度的途径二误差补偿法配重误差转移法的本质是将工艺系统的几何误差、受力变形和热变形等转移到不影响加工精度的

22、方向去。第二节 机械加工精度的影响要素及控制四、保证和提高加工精度的途径三误差转移法误差分组法是利用有亲密联络的外表之间的相互比较和相互检查，从中找出它们之间的差别；然后再进展相互修正加工或者利用互为基准进展加工，使被加工外表原有的误差不断减少和平均化，以到达很高的加工精度。采用误差平均法可以最大限制地排除机床误差的影响。第二节 机械加工精度的影响要素及控制四、保证和提高加工精度的途径四误差分组法在加工和装配中，有些精度问题牵涉到很多零部件间的相互关系，相当复杂。假设单纯地提高零件精度来满足设计要求，有时不仅困难，甚至不能够到达。此时，假设采用就地加工法，就可处理这种难题。例如，就地加工法的要

23、点是要保证部件什么样的位置关系，就在这样的位置关系上利用一个部件装上刀具去加工另一个部件，又称“自干自。第二节 机械加工精度的影响要素及控制四、保证和提高加工精度的途径五“就地加工法 对变值系统性误差必需采用可变补偿的方法，即所谓的积极控制方法。有三种方式： 自动丈量：加工过程中随时丈量，随时进展误差补偿。 偶件自动配磨：以互配件中的一件作为基准去控制另一件的加工精度。 积极控制起决议性作用的加工条件：例如精细螺纹磨床的自动恒温控制。第二节 机械加工精度的影响要素及控制四、保证和提高加工精度的途径六控制误差法影响切削加工外表粗糙度的要素刀具几何外形刀具资料、刃磨质量切削用量工件资料残留面积 R

24、a前角 Ra后角摩擦Ra刃倾角会影响实践任务前角 v Raf Raap对Ra影响不大，太小会打滑，划伤已加工外表资料塑性 Ra同样资料晶粒组织大 Ra，常用正火、调质处置刀具资料强度 Ra刃磨质量 Ra冷却、光滑 Ra第四节 机械加工外表质量的影响要素及控制一、外表粗糙度的影响要素影响磨削加工外表粗糙度的要素 粒度Ra 金刚石笔锋利，修正导程、径向进给量 Ra磨粒等高性Ra硬度钝化磨粒零落 Ra硬度磨粒零落Ra硬度适宜、自励性好Ra太硬、太软、韧性、导热性差 Ra砂轮粒度工件资料性质砂轮修整磨削用量砂轮硬度砂轮V Raap、工件V 塑变 Ra粗磨ap消费率精磨ap Ra(ap=0光磨) 第四节

25、 机械加工外表质量的影响要素及控制一、外表粗糙度的影响要素在切削加工中，工件由于遭到切削力和切削热的作用，使外表层金属的物理机械性能产生变化，最主要的变化是外表层冷作硬化、金相组织的变化和剩余应力的产生。由于磨削加工时所产生的塑性变形和切削热比刀刃切削时更严重，因此磨削加工后加工外表层上述三项物理机械性能的变化会很大。 第四节 机械加工外表质量的影响要素及控制二、外表层物理机械性能的影响要素影响外表层物理力学性能的主要要素外表物理力学性能影响金相组织变化要素影响显微硬度要素影响剩余应力要素 塑变引起的冷硬 金相组织变化引起的硬度变化 冷塑性变形 热塑性变形 金相组织变化 切削热冷作硬化金相组织

26、变化剩余应力表现形式第四节 机械加工外表质量的影响要素及控制二、外表层物理机械性能的影响要素第四节 机械加工外表质量的影响要素及控制二、外表层物理机械性能的影响要素对零件运用性能危害甚大的剩余拉应力、磨削烧伤和磨削裂纹均原因于磨削热，所以如何降低磨削热并减少其影响是消费上的一项重要问题。处理的原那么：一是减少磨削热的发生，二是加速磨削热的传出。 提高外表质量的工艺途径大致可以分为两类：一类是用低效率、高本钱的加工方法，寻求各工艺参数的优化组合，以减小外表粗糙度；另一类是着重改善工件外表的物理力学性能，以提高其外表质量。 第四节 机械加工外表质量的影响要素及控制三、保证和提高加工外表质量的途径

27、机械加工过程中产生的振动，也和其它的机械振动一样，按其产生的缘由可分为自在振动、强迫振动和自激振动三大类。 第五节 机械加工过程中的振动及控制机械加工振动自激振动自在振动强迫振动当系统遭到初始干扰力鼓励破坏了其平衡形状后，系统仅靠弹性恢复力来维持的振动称为自在振动。由于总存在阻尼，自在振动将逐渐衰减。(占5%)系统在周期性激振力(干扰力)继续作用下产生的振动，称为强迫振动。强迫振动的稳态过程是谐振动，只需有激振力存在振动系统就不会被阻尼衰减掉。(占30%)在没有周期性干扰力作用的情况下，由振动系统本身产生的交变力所激发和维持的振动，称为自激振动。切削过程中产生的自激振动也称为颤振。(占65%)

28、第五节 机械加工过程中的振动及控制1强迫振动是由周期性激振力引起的，不会被阻尼衰减掉，振动本身也不能使激振力变化。2强迫振动的振动频率与外界激振力的频率一样，而与系统的固有频率无关。3强迫振动振幅的大小与干扰力、系统刚度及阻尼系数有关：干扰力越大，系统刚度和阻尼系数越小，那么振幅越大。当干扰力的频率与系统的固有频率相近或相等时，振幅达最大值，即出现“共振景象。 强迫振动的特征第五节 机械加工过程中的振动及控制一、机械加工过程中的强迫振动减小强迫振动的措施 减小激振力 调整振源频率 提高工艺系统的刚度和阻尼 采取隔振措施 采用减振安装。 减小强迫振动的措施第五节 机械加工过程中的振动及控制一、机

29、械加工过程中的强迫振动由强迫振动的特征可知，强迫振动的频率总是与干扰力的频率相等或是它的倍数，我们可以根据强迫振动的这个规律去查找强迫振动的振源。 机械加工过程中强迫振动振源的查找方法第五节 机械加工过程中的振动及控制一、机械加工过程中的强迫振动自激振动： 机械加工过程中，在没有周期性外力作用下，由系统内部激发反响产生的周期性振动，称为自激振动；在金属切削过程中的自激振动普通称为切削颤振，简称颤振。 自激振动的特征第五节 机械加工过程中的振动及控制二、机械加工过程中的自激振动它由振动过程本身引起切削力周期性变化，从不具备交变特性的能源中周期获得能量，使振动得以维持。自激振动由振动系统本身参数决

30、议，与强迫振动显著不同。自在振动受阻尼作用将迅速衰减，而自激振动不会因阻尼存在而衰减。自激振动的频率接近于系统的固有频率，即颤振频率取决于振动系统的固有特性。这与自在振动类似，而与强迫振动根本不同EA1 A0 A2 AE-E+自激振动特点不衰减的振动f自=f固取决于一周期获得的能量取决于切削过程本身 自激振动的特征第五节 机械加工过程中的振动及控制二、机械加工过程中的自激振动 自激振动的特征第五节 机械加工过程中的振动及控制二、机械加工过程中的自激振动自激振动系统维持稳定振动的条件是：在一个振动周期内，从能源输入到系统的能量(E+)等于系统阻尼所耗费的能量(E-)。假设吸收能量大于耗费能量，那

31、么振动会不断加强；假设吸收能量小于耗费能量，那么振动将不断衰减而被抑制。在一个振动周期内，假设振动系统获得的能量E+等于系统耗费的能量E-，那么自激振动是以A0为振幅的稳定的等幅振动。当振幅为A1时，振动系统每一振动周期从电动机获得的能量E+大于振动所耗费的能量E-，那么振幅将不断增大，直至增大到振幅A0时为止；反之，当振幅为A2时，振动系统每一振动周期从电动机获得的能量E+小于振动所耗费的能量E-，那么振幅会不断减小，直至减小到振幅A0时为止。EA1 A0 A2 AE-E+在稳定的切削过程中，刀架系统因资料的硬点，加工余量不均匀，或其它缘由的冲击等，遭到偶尔的扰动。刀架系统因此产生了一次自在振动，并在被加工外表留下相应的振纹。当工件转过一转后，刀具要在留有振纹的外表上切削，因切削厚度发生了变化，所以引起了切削力周期性的变化，产生动态切削力。将这种由于