机械零件加工

第5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

5．1机械加工精度教学重点：掌握机械加工精度的概念;掌握获得加工精度的方法;掌握影响加工精度的因素;掌握提高加工精度的工艺措施教学难点：掌握影响加工精度的因素;提高加工精度的工艺措施。5．1机械加工精度5．1．1加工精度的基本概念

机械加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数相符合程度。它们之间的差异称为加工误差。加工误差的大小反映了加工精度的高低。误差越大加工精度越底；反之，误差越小加工精度越高。加工精度包括三个方面：尺寸精度：指加工后零件的实际尺寸与零件尺寸的公差带中心的相符合程度。形状精度：指加工后的零件表面的实际几何形状与理想的几何形状的相符合程度。位置精度：指加工后零件有关表面之间的实际位置与理想位置相符合程度。5．1机械加工精度5．1．2获得加工精度的方法1.获得尺寸精度的方法(1)试切法(2)调整法(3)定尺寸法(4)自动控制法5．1机械加工精度2.获得形状精度的方法（1）轨迹法（2）成形法（3）展成法3.获得位置精度的方法（1）根据工件加工过的表面进行找正的方法；（2）工件的位置精度由夹具来保证。5．1机械加工精度5．1．3影响加工精度的原始误差1.与工艺系统本身初始状态有关的原始误差（1）原理误差即加工方法原理上存在的误差。（2）工艺系统几何误差它可归纳为两类：

①工件与刀具的相对位置在静态下已存在的误差②工件与刀具的相对位置在运动状态下存在的误差2.与切削过程有关的原始误差（1）工艺系统力效应引起的变形（2）工艺系统热效应引起的变形，5．1机械加工精度5．1．4加工原理误差1.采用近似的加工运动造成的误差

如在车削或磨削模数螺纹时，由于其导程t=πm,式中有π这个无理因子，在用配换齿轮来得到导程数值时，就存在原理误差。2.采用近似的刀具轮廓造成的误差如用滚刀滚切渐开线齿轮时，为了滚刀的制造方便，多用阿基米德基本蜗杆或法向直廓基本蜗杆来代替渐开线基本蜗杆，从而产生了加工原理误差。5．1机械加工精度5．1．5机床的几何误差主轴回转运动误差1.主轴回转运动误差（1）主轴回转精度的概念（2）影响主轴回转精度的主要因素（3）提高主轴回转精度的措施2.导轨的导向误差3．传动链传动误差5．1机械加工精度5．1．6刀具、夹具的制造误差及磨损定尺寸刀具（如钻头、铰刀、拉刀及槽铣刀等）的尺寸误差，直接影响被加工零件的尺寸精度2.成形刀（成形刀、成形铣刀以及齿轮滚刀等）的误差，主要影响被加工面的形状精度。3.夹具的制造误差对被加工零件的精度影响较大。4.刀具的磨损会直接影响刀具相对被加工表面的位置，造成被加工零件的尺寸误差；夹具的磨损会引起工件的定位误差。

5．1机械加工精度5．1．7工艺系统受力变形引起的加工误差1．切削过程中受力点位置变化引起的加工误差。（1）在两顶尖车削粗而短的光轴时，工艺系统的总变形完全取决于机床头、尾架和刀架的变形。工件产生的误差为双曲线圆柱度误差。（2）在两顶尖间车削细长轴时，由于工件细长，刚度小，在切削力作用下，其变形大大超过机床、夹具和刀具的受力变形。

5．1机机械械加工工精度度工件的的轴线线将会会产生生弯曲曲变形形，根根据材材料力力学的的计算算公式式可得得其变变形量量为：：y=Fy/3EI=(L-x)2x2/L车刀车车至x=L/2处时工工件产产生的的变形形最大大，工工件呈呈中间间粗、、两头头细的的腰鼓鼓形。。图5-3车车削细细长轴轴时受受力变变形产产生的的加工工误差差5．1机机械械加工工精度度2．切切削力力大小小变化化引起起的加加工误误差———误误差复复映工件的的毛坯坯外形形虽然然具有有粗略略的零零件形形状，，但它它在尺尺寸、、形状状以及及表面面层材材料硬硬度上上都有有较大大的误误差。。毛坯坯的这这些误误差在在加工工时使使切削削深度度不断断发生生变化化，从从而导导致切切削力力的变变化，，进而而引起起工艺艺系统统产生生相应应的变变形，，使得得零件件在加加工后后还保保留与与毛坯坯表面面类似似的形形状或或尺寸寸误差差。这种现现象称称为““误差差复映映规律律”，，所引引起的的加工工误差差称为为“复复映误误差””。5．1机机械械加工工精度度3．减减小小工艺艺系统统受力力变形形的措措施（1））提提高工工艺系系统各各部分分的刚刚度①提高高工件件加工工时的的刚度度例如车车削细细长轴轴时：：减小工工件支支承长长度为为此常常采用用跟刀刀架或或中心心架及及其他他支承承架。。减小工工件所所受法法向切切削力力通通常常可采采取增增大前前角、、主偏偏角选选为90°°以及及适当当减小小进给给量和和切削削深度度等措措施减减小。。采用反反向走走刀法法使使工工件从从原来来的轴轴向受受压变变为轴轴向受受拉②提高高工件件安装装时的的夹紧紧刚度度对薄壁壁件，，夹紧紧时应应选择择适当当的夹夹紧方方法和和夹紧紧部位位，否否则会会产生生很大大的形形状误误差。。③提高高机床床部件件的刚刚度5．1机机械械加工工精度度由于工工件本本身有有形状状误差差，用用电磁磁吸盘盘吸紧紧时，，工件件产生生弹性性变形形，磨磨削后后松开开工件件，因因弹性性恢复复工件件表面面仍有有形状状误差差（翘翘曲））。解决办办法是是在工工件和和电磁磁吸盘盘之间间垫入入一薄薄橡皮皮（0.5mm以下下）。。当吸吸紧时时，橡橡皮被被压缩缩，工工件变变形减减小，，经几几次反反复磨磨削逐逐渐修修正工工件的的翘曲曲，将将工件件磨平平。图4——4薄薄板板零件件的磨磨削5．1机机械械加工工精度度5．1．8工工艺艺系统统受热热变形形引起起的加加工误误差1．工工艺系系统的的热源源（1））内部部热源源：切切削热热、、摩擦擦热、、派生生热源源（2））外部部热源源：环环境温温度、、热辐辐射2．工工艺系系统的的热平平衡工艺系系统受受各种种热源源影响响，其其温度度逐步步上升升。但但同时时，它它们也也通过过各种种传热热方式式向周周围散散发热热量。。当单单位时时间内内传入入和散散发的的热量量相等等时，，则认认为工工艺系系统达达到热热平衡衡。5．1机机械械加工工精度度3．机机床热热变形形引起起的加加工误误差热源大大致分分为以以下三三种：：（1））主要要热源源来自自机床床的主主传动动系统统如如普普通机机床、、六角角机床床、铣铣床、、卧式式镗床床、坐坐标镗镗床等等。（2））主要要热源源来自自机床床导轨轨的摩摩擦如如龙门门刨床床、立立式车车床等等。（3））主要要热源源来自自液压压系统统如如各各种液液压机机床。。热源的的热量量，一一部分分传给给周围围介质质，一一部分分传给给热源源近处处的机机床零零部件件和刀刀具，，以致致产生生热变变形，，影响响加工工精度度。5．．1机机械械加加工工精精度度4．．刀刀具具热热变变形形及及对对加加工工精精度度的的影影响响（1））刀刀具具连连续续工工作作时时（2））刀刀具具间间歇歇工工作作5．．工工件件热热变变形形引引起起的的加加工工误误差差（1））工工件件均均匀匀受受热热（2））工工件件不不均均匀匀受受热热6．．控控制制温温度度变变化化，，均均恒恒温温度度场场必须须采采取取措措施施控控制制工工艺艺系系统统温温度度变变化化，，保保持持温温度度稳稳定定。。使使热热变变形形产产生生的的加加工工误误差差具具有有规规律律性性，，便便于于采采取取相相应应措措施施给给予予补补偿偿。。5．．1机机械械加加工工精精度度5．．1．．9工工件件残残余余应应力力引引起起的的误误差差1．．基基本本概概念念2.残残余余应应力力产产生生的的原原因因（1））毛毛坯坯制制造造中中产产生生的的残残余余应应力力（2））冷冷校校直直产产生生的的残残余余应应力力（3））切切削削加加工工中中产产生生的的残残余余应应力力3．．减减少少或或消消除除残残余余应应力力的的措措施施（1））采采取取时时效效处处理理（2））合合理理安安排排工工艺艺路路线线（3））合合理理设设计计零零件件结结构构5．．1机机械械加加工工精精度度5．1．．10提提高高加加工工精精度度的的工工艺艺措措施施1．．减减少少误误差差法法2．．误误差差补补偿偿法法或或误误差差抵抵消消法法3．．误误差差分分组组法法（1））误误差差复复映映，，引引起起本本工工序序误误差差；；（2））定定位位误误差差扩扩大大，，引引起起本本工工序序误误差差4．．误误差差转转移移法法5．．““就就地地加加工工””法法6．．误误差差平平均均法法作业业5-1．．叙叙述述加加工工精精度度和和加加工工误误差差的的概概念念及及它它们们之之间间的的区区别别。。5-2．．表表面面质质量量包包括括哪哪几几方方面面的的含含义义？？5-3．．机机床床几几何何误误差差有有哪哪几几项项？？各各项项误误差差对对加加工工精精度度有有何何影影响响？？5-4．．工工艺艺系系统统受受力力变变形形对对加加工工精精度度有有何何影影响响？？5-5．．工工艺艺系系统统受受热热变变形形对对加加工工精精度度有有何何影影响响？？5-6．．在在车车床床上上用用两两顶顶尖尖安安装装车车削削轴轴类类零零件件时时，，出出现现图图4-6所所示示误误差差的的原原因因是是什什么么？？应应分分别别采采取取何何种种工工艺艺措措施施以以减减小小或或消消除除误误差差？？5-7．．在在磨磨削削锥锥孔孔时时，，用用检检验验锥锥度度的的塞塞规规着着色色检检验验，，发发现现只只在在塞塞规规的的中中部部接接触触或或在在塞塞规规的的两两端端接接触触，，如如图图4-7所所示示。。试试分分析析产产生生误误差差的的因因素素。。作业业5-8．．在在卧卧式式铣铣床床上上铣铣削削键键槽槽，，如如图图4-11所所示示，，经经测测量量发发现现靠靠工工件件两两端端深深度度大大于于中中间间，，且且都都比比调调整整地地深深度度尺尺寸寸小小。。分分析析产产生生这这一一现现象象的的原原因因。。题5-6题5-7题5-85．．2机机械械加加工工表表面面质质量量教学学重重点点：：掌握握机机械械加加工工表表面面质质量量的的概概念念；；掌握握表表面面质质量量对对零零件件使使用用性性能能的的影影响响；；掌握握影影响响表表面面质质量量的的因因素素。。教学学难难点点：：影响响表表面面质质量量的的因因素素5．．2机机械械加加工工表表面面质质量量5．2．．1表表面面质质量量的的基基本本概概念念1．．表表面面层层的的几几何何形形状状特特性性（1））表表面面粗粗糙糙度度它它是是指指加加工工表表面面的的微微观观几几何何形形状状误误差差。。表面面粗粗糙糙度度通通常常是是由由机机械械加加工工中中切切削削刀刀具具的的运运动动轨轨迹迹所所形形成成。。（2））表表面面波波度度它它是是介介于于宏宏观观几几何何形形状状误误差差与与微微观观几几何何形形状状误误差差之之间间的的周周期期性性几几何何形形状状误误差差。。2．．表表面面层层物物理理机机械械性性能能（1））表表面面层层冷冷作作硬硬化化表表面面冷冷作作硬硬化化是是由由于于机机械械加加工工时时，，工工件件表表面面层层金金属属受受到到切切削削力力的的作作用用，，产产生生强强烈烈的的塑塑性性变变形形，，使使金金属属的的晶晶格格被被拉拉长长、、扭扭曲曲，，甚甚至至破破坏坏而而引引起起的的。。（2））表表面面层层金金相相组组织织的的变变化化磨削削时时约约80%的的热热量量将将传传给给工工件件，，所所以以磨磨削削是是一一种种典典型型的的容容易易产产生生加加工工表表面面金金相相组组织织变变化化（（磨磨削削烧烧伤伤））的的加加工工方方法法（3））表表面面层层残残余余应应力力表表面面层层残残余余应应力力是是指指工工件件经经机机械械加加工工后后，，由由于于表表面面层层组组织织发发生生形形状状或或组组织织变变化化导导致致在在表表面面层层与与基基体体材材料料的的交交界界处处产产生生互互相相平平衡衡的的内内部部应应力力。。5．．2机机械械加加工工表表面面质质量量5．．2．．2表表面面质质量量对对零零件件使使用用性性能能的的影影响响1．．表表面面质质量量对对零零件件耐耐磨磨性性的的影影响响图4-10零零件件的的磨磨损损过过程程5．．2机机械械加加工工表表面面质质量量2．．表表面面质质量量对对零零件件疲疲劳劳强强度度的的影影响响零件件由由于于疲疲劳劳而而破破坏坏都都是是从从表表面面开开始始的的，，因因此此表表面面层层的的粗粗糙糙度度对对零零件件的的疲疲劳劳强强度度影影响响很很大大。。在在交交变变载载荷荷作作用用下下，，由由于于表表面面上上微微观观不不平平的的凹凹谷谷处处，，容容易易形形成成应应力力集集中中，，产产生生和和加加剧剧疲疲劳劳裂裂纹纹以以致致疲疲劳劳损损坏坏。。零件件表表面面的的冷冷硬硬层层，，有有助助于于提提高高疲疲劳劳强强度度。。3．．表表面面质质量量对对零零件件耐耐腐腐蚀蚀性性的的影影响响零件件的的耐耐腐腐蚀蚀性性在在很很大大程程度度上上取取决决于于表表面面粗粗糙糙度度。。表表面面粗粗糙糙度度值值越越大大，，越越容容易易积积聚聚腐腐蚀蚀性性物物质质，，凹凹谷谷越越深深，，渗渗透透与与腐腐蚀蚀作作用用越越强强烈烈。。故故减减小小表表面面粗粗糙糙度度值值，，可可提提高高零零件件的的耐耐蚀蚀性性。。此此外外，，残残余余压压应应力力使使零零件件表表面面紧紧密密腐腐蚀蚀性性物物质质不不易易进进入入，，可可增增强强零零件件的的耐耐蚀蚀性性。。4．．表表面面质质量量对对配配合合性性质质的的影影响响在间间隙隙配配合合中中，，如如果果配配合合表表面面粗粗糙糙，，则则在在初初期期磨磨损损阶阶段段由由于于配配合合表表面面迅迅速速磨磨损损，，使使配配合合间间隙隙增增大大，，改改变变了了配配合合性性质质。。在在过过盈盈配配合合中中，，如如果果配配合合表表面面粗粗糙糙，，则则装装配配后后表表面面的的凸凸峰峰将将被被挤挤压压，，而而使使有有效效过过盈盈量量减减少少，，降降低低了了配配合合强强度度。。5．．2机机械械加加工工表表面面质质量量5．．2．．3影影响响表表面面粗粗糙糙度度的的因因素素1．．切切削削加加工工中中影影响响表表面面粗粗糙糙度度的的因因素素（1））几几何何因因素素（2））物物理理因因素素积屑屑瘤瘤刀具具表表面面对对工工件件表表面面的的挤挤压压与与摩摩擦擦工件件材材料料性性质质5．．2机机械械加加工工表表面面质质量量2．．磨磨削削加加工工中中影影响响表表面面粗粗糙糙度度的的因因素素（1））磨磨削削用用量量砂砂轮轮速速度度对对表表面面粗粗糙糙度度的的影影响响较较大大，，提提高高有有利利于于降降低低表表面面粗粗糙糙度度。。磨磨削削深深度度与与进进给给速速度度增增大大时时，，将将使使工工件件表表面面塑塑性性变变形形加加剧剧，，因因而而使使表表面面粗粗糙糙度度值值增增大大。。（2））砂砂轮轮砂轮轮的的粒粒度度愈愈细细，，使使加加工工表表面面刻刻痕痕细细密密，，则则表表面面粗粗糙糙度度值值愈愈小小。。但但粒粒度度过过细细，，容容易易堵堵塞塞砂砂轮轮而而使使工工件件表表面面塑塑性性变变形形增增加加，，影影响响表表面面粗粗糙糙度度。。砂轮硬硬度应应适宜宜，使使磨粒粒在磨磨钝后后及时时脱落落，露露出新新的磨磨粒来来继续续切削削，即即具有有良好好的““自砺砺性””，工工件就就能获获得较较细的的表面面粗糙糙度。。（3））工件件材料料工件材材料的的硬度度、塑塑性、、韧性性和导导热性性能等等对表表面粗粗糙度度有显显著影影响，，工件件材料料太硬硬时，，磨粒粒易钝钝化；；太软软时上上易堵堵塞；；韧性性大和和导热热性差差的材材料，，使磨磨粒早早期崩崩落而而破坏坏了微微刃的的等高高性，，因此此均使使表面面粗糙糙度值值增大大。（4））冷却却润滑滑液磨削冷冷却润润滑液液对减减少磨磨削力力、温温度及及砂轮轮磨损损等都都有良良好的的效果果。正正确选选用冷冷却液液有利利于减减小表表面粗粗糙度度值。。5．2机机械械加工工表面面质量量5．2．．4影影响响表面面层物物理机机械性性能的的因素素１．影影响表表面层层冷作作硬化化的因因素（1））切削削用量量①切削削速度度：随随着切切削速速度的的增大大，被被加工工金属属塑性性变形形减小小，同同时由由于切切削温温度上上升使使回复复作用用加强强，因因此冷冷硬程程度下下降。。②进给给量：：进进给给量增增大使使切削削厚度度增大大，切切削力力增大大，工工件表表面层层金属属的塑塑性变变化增增大，，故冷冷硬程程度增增加。。（2））刀具具①刀具具刃口口圆弧弧半径径增增大，，表面面层金金属的的塑性性变形形加剧剧，冷冷硬程程度增增大。。②刀具具后刀刀面磨磨损宽宽度VB增大，，刀具具后刀刀面与与工作作表面面摩擦擦加剧剧，塑塑性变变形增增大，，导致致表面面层冷冷硬程程度增增大。。③前角角增大大，可可减小小加工工表面面的变变形，，故冷冷硬程程度减减小。。刀具具后角角、主主偏角角、副副偏角角及刀刀尖圆圆角半半径等等对表表面层层冷硬硬程度度影响响不大大。（3））工件件材料料工件材材料的的塑性性越大大，加加工表表面层层的冷冷硬程程度越越严重重，碳碳钢中中含碳碳量越越高，，强度度越高高，其其冷硬硬程度度越小小。5．2机机械械加工工表面面质量量2．影影响响加工工表面面的金金相组组织变变化的的因素素（1）