机械加工精度与表面质量

1、第4章 机械加工质量分析本章要点:加工质量的概念；机械加工精度及其影响因素；机械加工表面质量及其影响因素 41机机械加加工精度度教学重点点：掌握机械械加工精精度的概概念;掌握获得得加工精精度的方方法;掌握影响响加工精精度的因因素;掌握提高高加工精精度的工工艺措施施教学难点点：掌握影响响加工精精度的因因素;提高加工工精度的的工艺措措施。41机机械加加工精度度411加加工精度度的基本本概念机械加工工精度是是指零件件加工后后的实际际几何参参数（尺尺寸、形形状和位位置）与与理想几几何参数数相符合合程度。它们之之间的差差异称为为加工误误差。加加工误差差的大小小反映了了加工精精度的高高低。误误差越大大加工

2、精精度越底底；反之之，误差差越小加加工精度度越高。加工精度度包括三三个方面面：尺寸精度度：指加加工后零零件的实实际尺寸寸与零件件尺寸的的公差带带中心的的相符合合程度。形状精度度：指加加工后的的零件表表面的实实际几何何形状与与理想的的几何形形状的相相符合程程度。位置精度度：指加加工后零零件有关关表面之之间的实实际位置置与理想想位置相相符合程程度。41机机械加加工精度度412获获得加工工精度的的方法1.获得得尺寸精精度的方方法(1)试试切切法(2)调调整整法(3)定定尺尺寸法(4)自自动动控制法法41机机械加加工精度度2.获获得形状状精度的的方法（1）轨轨迹法（2）成成形法（3）展展成法3.获获得

3、位置置精度的的方法（1）根根据工件件加工过过的表面面进行找找正的方方法；（2）工工件的位位置精度度由夹具具来保证证。41机机械加加工精度度413影影响加工工精度的的原始误误差1.与与工艺艺系统本本身初始始状态有有关的原原始误差差（1）原原理误差差即即加工方方法原理理上存在在的误差差。（2）工工艺系统统几何误误差它它可归归纳为两两类：工件与与刀具的的相对位位置在静静态下已已存在的的误差工件与与刀具的的相对位位置在运运动状态态下存在在的误差差2. 与切切削过程程有关的的原始误误差（1）工工艺系统统力效应应引起的的变形（2）工工艺系统统热效应应引起的的变形，41机机械加加工精度度414加加工工原理误

4、误差1.采采用近近似的加加工运动动造成的的误差如在车削削或磨削削模数螺螺纹时，由于其其导程t=m,式中中有这这个无理理因子，在用配配换齿轮轮来得到到导程数数值时，就存在在原理误误差。2.采采用近近似的刀刀具轮廓廓造成的的误差如用滚刀刀滚切渐渐开线齿齿轮时，为了滚滚刀的制制造方便便，多用用阿基米米德基本本蜗杆或或法向直直廓基本本蜗杆来来代替渐渐开线基基本蜗杆杆，从而而产生了了加工原原理误差差。41机机械加加工精度度415机机床的几几何误差差主轴回回转运动动误差1.主主轴回回转运动动误差（1）主主轴回转转精度的的概念（2）影影响主轴轴回转精精度的主主要因素素（3）提提高主轴轴回转精精度的措措施2.

5、导导轨轨的导向向误差3传动动链传动动误差41机机械加加工精度度416刀刀具、夹夹具的制制造误差差及磨损损定尺寸刀刀具（如钻头、铰刀、拉刀及及槽铣刀刀等）的尺寸寸误差，直接影影响被加加工零件件的尺寸寸精度2.成成形刀刀（成形形刀、成成形铣刀刀以及齿齿轮滚刀刀等）的的误差，主要影影响被加加工面的的形状精精度。3.夹夹具具的制造造误差对对被加工工零件的的精度影影响较大大。4.刀刀具的的磨损会会直接影影响刀具具相对被被加工表表面的位位置，造造成被加加工零件件的尺寸寸误差；夹具的的磨损会会引起工工件的定定位误差差。41机机械加加工精度度417工工艺系统统受力变变形引起起的加工工误差1切削削过程中中受力点

6、点位置变变化引起起的加工工误差。（1）在在两顶尖尖车削粗粗而短的的光轴时时，工艺艺系统的的总变形形完全取取决于机机床头、尾架和和刀架的的变形。工件产产生的误误差为双双曲线圆圆柱度误误差。（2）在在两顶尖尖间车削削细长轴轴时，由由于工件件细长，刚度小小，在切切削力作作用下，其变形形大大超超过机床床、夹具具和刀具具的受力力变形。41机机械加加工精度度工件的轴轴线将会会产生弯弯曲变形形，根据据材料力力学的计计算公式式可得其其变形量量为：y=Fy/3EI=(L-x)2x2/L车刀车至至x=L/2处时工件件产生的的变形最最大，工工件呈中中间粗、两头细细的腰鼓鼓形。图4-3车车削细长长轴时受受力变形形产生

7、的的加工误误差41机机械加加工精度度2切削削力大小小变化引引起的加加工误差差误误差复映映工件的毛毛坯外形形虽然具具有粗略略的零件件形状，但它在在尺寸、形状以以及表面面层材料料硬度上上都有较较大的误误差。毛毛坯的这这些误差差在加工工时使切切削深度度不断发发生变化化，从而而导致切切削力的的变化，进而引引起工艺艺系统产产生相应应的变形形，使得得零件在在加工后后还保留留与毛坯坯表面类类似的形形状或尺尺寸误差差。这种现象象称为“误差复复映规律律”，所所引起的的加工误误差称为为“复映映误差”。41机机械加加工精度度3减减小工艺艺系统受受力变形形的措施施（1）提提高工工艺系统统各部分分的刚度度提高工工件加工

8、工时的刚刚度例如车削削细长轴轴时：减小工件件支承长长度为为此常常采用跟跟刀架或或中心架架及其他他支承架架。减小工件件所受法法向切削削力通通常可可采取增增大前角角、主偏偏角选为为90以及适适当减小小进给量量和切削削深度等等措施减减小。采用反向向走刀法法使使工件从从原来的的轴向受受压变为为轴向受受拉提高工工件安装装时的夹夹紧刚度度对薄壁件件，夹紧紧时应选选择适当当的夹紧紧方法和和夹紧部部位，否否则会产产生很大大的形状状误差。提高机机床部件件的刚度度41机机械加加工精度度由于工件件本身有有形状误误差，用用电磁吸吸盘吸紧紧时，工工件产生生弹性变变形，磨磨削后松松开工件件，因弹弹性恢复复工件表表面仍有有

9、形状误误差（翘翘曲）。解决办法法是在工工件和电电磁吸盘盘之间垫垫入一薄薄橡皮（0.5mm以以下）。当吸紧紧时，橡橡皮被压压缩，工工件变形形减小，经几次次反复磨磨削逐渐渐修正工工件的翘翘曲，将将工件磨磨平。图44薄薄板零零件的磨磨削41机机械加加工精度度418工工艺系统统受热变变形引起起的加工工误差1工艺艺系统的的热源（1）内内部热源源：切削削热、摩擦热热、派生生热源（2）外外部热源源：环境境温度、热辐射射2工艺艺系统的的热平衡衡工艺系统统受各种种热源影影响，其其温度逐逐步上升升。但同同时，它它们也通通过各种种传热方方式向周周围散发发热量。当单位位时间内内传入和和散发的的热量相相等时，则认为为工

10、艺系系统达到到热平衡衡。41机机械加加工精度度3机床床热变形形引起的的加工误误差热源大致致分为以以下三种种：（1）主主要热源源来自机机床的主主传动系系统如如普通通机床、六角机机床、铣铣床、卧卧式镗床床、坐标标镗床等等。（2）主主要热源源来自机机床导轨轨的摩擦擦如如龙门刨刨床、立立式车床床等。（3）主主要热源源来自液液压系统统如如各种液液压机床床。热源的热热量，一一部分传传给周围围介质，一部分分传给热热源近处处的机床床零部件件和刀具具，以致致产生热热变形，影响加加工精度度。41机机械加加工精度度4刀具具热变形形及对加加工精度度的影响响（1）刀刀具连续续工作时时（2）刀刀具间歇歇工作5工件件热变形

11、形引起的的加工误误差（1）工工件均匀匀受热（2）工工件不均均匀受热热6控制制温度变变化，均均恒温度度场必须采取取措施控控制工艺艺系统温温度变化化，保持持温度稳稳定。使使热变形形产生的的加工误误差具有有规律性性，便于于采取相相应措施施给予补补偿。41机机械加加工精度度419工工件残余余应力引引起的误误差1基基本概念念2.残残余应力力产生的的原因（1）毛毛坯制造造中产生生的残余余应力（2）冷冷校直产产生的残残余应力力（3）切切削加工工中产生生的残余余应力3减减少或或消除残残余应力力的措施施（1）采采取时效效处理（2）合合理安排排工艺路路线（3）合合理设计计零件结结构41机机械加加工精度度4110提

12、提高加工工精度的的工艺措措施1减减少误差差法2误误差补偿偿法或误误差抵消消法3误误差分组组法（1）误误差复映映，引起起本工序序误差；（2）定定位误差差扩大，引起本本工序误误差4误误差转移移法5“就地加加工”法法6误误差平均均法作业业4-1叙述加加工精度度和加工工误差的的概念及及它们之之间的区区别。4-2表面质质量包括括哪几方方面的含含义？4-3机床几几何误差差有哪几几项？各各项误差差对加工工精度有有何影响响？4-4工艺系系统受力力变形对对加工精精度有何何影响？4-5工艺系系统受热热变形对对加工精精度有何何影响？4-6在车床床上用两两顶尖安安装车削削轴类零零件时，出现图图4-6所示误误差的原原因

13、是什什么？应应分别采采取何种种工艺措措施以减减小或消消除误差差？4-7在磨削削锥孔时时，用检检验锥度度的塞规规着色检检验，发发现只在在塞规的的中部接接触或在在塞规的的两端接接触，如如图4-7所示示。试分分析产生生误差的的因素。作业业4-8在卧式式铣床上上铣削键键槽，如如图4-11所所示，经经测量发发现靠工工件两端端深度大大于中间间，且都都比调整整地深度度尺寸小小。分析析产生这这一现象象的原因因。题4-6题4-7题4-842机机械加加工表面面质量教学重点点：掌握机械械加工表表面质量量的概念念；掌握表面面质量对对零件使使用性能能的影响响；掌握影响响表面质质量的因因素。教学难点点：影响表面面质量的的

14、因素42机机械加加工表面面质量421表表面质质量的基基本概念念1表面面层的几几何形状状特性（1）表表面粗糙糙度它它是指指加工表表面的微微观几何何形状误误差。表面粗糙糙度通常常是由机机械加工工中切削削刀具的的运动轨轨迹所形形成。（2）表表面波度度它它是介于于宏观几几何形状状误差与与微观几几何形状状误差之之间的周周期性几几何形状状误差。2表面面层物理理机械性性能（1）表表面层冷冷作硬化化表面面冷作硬硬化是由由于机械械加工时时，工件件表面层层金属受受到切削削力的作作用，产产生强烈烈的塑性性变形，使金属属的晶格格被拉长长、扭曲曲，甚至至破坏而而引起的的。（2）表表面层金金相组织织的变化化磨削时约约80

15、%的热量量将传给给工件，所以磨磨削是一一种典型型的容易易产生加加工表面面金相组组织变化化（磨削削烧伤）的加工工方法（3）表表面层残残余应力力表面面层残余余应力是是指工件件经机械械加工后后，由于于表面层层组织发发生形状状或组织织变化导导致在表表面层与与基体材材料的交交界处产产生互相相平衡的的内部应应力。42机机械加加工表面面质量422表表面质质量对零零件使用用性能的的影响1表面面质量对对零件耐耐磨性的的影响图4-10零零件的的磨损过过程42机机械加加工表面面质量2表面面质量对对零件疲疲劳强度度的影响响零件由于于疲劳而而破坏都都是从表表面开始始的，因因此表面面层的粗粗糙度对对零件的的疲劳强强度影响

16、响很大。在交变变载荷作作用下，由于表表面上微微观不平平的凹谷谷处，容容易形成成应力集集中，产产生和加加剧疲劳劳裂纹以以致疲劳劳损坏。零件表面面的冷硬硬层，有有助于提提高疲劳劳强度。3表面面质量对对零件耐耐腐蚀性性的影响响零件的耐耐腐蚀性性在很大大程度上上取决于于表面粗粗糙度。表面粗粗糙度值值越大，越容易易积聚腐腐蚀性物物质，凹凹谷越深深，渗透透与腐蚀蚀作用越越强烈。故减小小表面粗粗糙度值值，可提提高零件件的耐蚀蚀性。此此外，残残余压应应力使零零件表面面紧密腐腐蚀性物物质不易易进入，可增强强零件的的耐蚀性性。4表面面质量对对配合性性质的影影响在间隙配配合中，如果配配合表面面粗糙，则在初初期磨损损

17、阶段由由于配合合表面迅迅速磨损损，使配配合间隙隙增大，改变了了配合性性质。在在过盈配配合中，如果配配合表面面粗糙，则装配配后表面面的凸峰峰将被挤挤压，而而使有效效过盈量量减少，降低了了配合强强度。42机机械加加工表面面质量423影影响表面面粗糙度度的因素素1切切削加工工中影响响表面粗粗糙度的的因素（1）几几何因素素（2）物物理因素素积屑瘤刀具表面面对工件件表面的的挤压与与摩擦工件材料料性质42机机械加加工表面面质量2磨磨削加工工中影响响表面粗粗糙度的的因素（1）磨磨削用量量砂轮速速度对表表面粗糙糙度的影影响较大大，提高高有利于于降低表表面粗糙糙度。磨磨削深度度与进给给速度增增大时，将使工工件表

18、面面塑性变变形加剧剧，因而而使表面面粗糙度度值增大大。（2）砂砂轮砂轮的粒粒度愈细细，使加加工表面面刻痕细细密，则则表面粗粗糙度值值愈小。但粒度度过细，容易堵堵塞砂轮轮而使工工件表面面塑性变变形增加加，影响响表面粗粗糙度。砂轮硬度度应适宜宜，使磨磨粒在磨磨钝后及及时脱落落，露出出新的磨磨粒来继继续切削削，即具具有良好好的“自自砺性”，工件件就能获获得较细细的表面面粗糙度度。（3）工工件材料料工件材料料的硬度度、塑性性、韧性性和导热热性能等等对表面面粗糙度度有显著著影响，工件材材料太硬硬时，磨磨粒易钝钝化；太太软时上上易堵塞塞；韧性性大和导导热性差差的材料料，使磨磨粒早期期崩落而而破坏了了微刃的

19、的等高性性，因此此均使表表面粗糙糙度值增增大。（4）冷冷却润滑滑液磨削冷却却润滑液液对减少少磨削力力、温度度及砂轮轮磨损等等都有良良好的效效果。正正确选用用冷却液液有利于于减小表表面粗糙糙度值。42机机械加加工表面面质量424影影响响表面层层物理机机械性能能的因素素影响响表面层层冷作硬硬化的因因素（1）切切削用量量切削速速度：随随着着切削速速度的增增大，被被加工金金属塑性性变形减减小，同同时由于于切削温温度上升升使回复复作用加加强，因因此冷硬硬程度下下降。进给量量：进进给量量增大使使切削厚厚度增大大，切削削力增大大，工件件表面层层金属的的塑性变变化增大大，故冷冷硬程度度增加。（2）刀刀具刀具刃刃口圆弧弧半径增增大，表面层层金属的的塑性变变形加剧剧，冷硬硬程度增增大。刀具后后刀面磨磨损宽度度VB增大，刀刀具后刀刀面与工工作表面面摩擦加加剧，塑塑性变形形增大，导致表表面层冷冷硬程度度增大。前角增增大，可可减小加加工表面面的变形形，故冷冷硬程度度减小。刀具后后角、主主偏角、副偏角角及刀尖尖圆角半半径等对对表面层层冷硬程程度影响响不大。（3）工工件材料料工件材料料的塑性性越大，加工表表面层的的冷硬程程度越严严重，碳碳钢中含含碳量越越高，强强度越高高，其冷冷硬程度度越小。42机机械加加工表面面