单元五汽车零件加工质量

机械加工质量

机械加工精度机械加工表面质量

机械加工质量

一、

概

述（一）机械加工精度

1．加工精度的概念: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）与理想几何参数的符合程度。而它们之间不相符合（或差异）的程度称为加工误差。加工精度在数值上通过加工误差的大小来表示，所谓保证加工精度，即指控制加工误差。

2．

获得规定的加工精度的方法

（1）获得尺寸精度的方法:试切法,定尺寸刀具法,调整法,自动控制法.（2）获得形状精度的方法:刀尖轨迹法,成形刀具法,仿形法,展成法.（3）获得位置精度的方法:主要靠机床的运动之间、机床的运动与工件装夹后的位置之间及各工位位置之间的相互正确程度来保证。

加工精度加工精度包括：a.尺寸精度：零件尺寸参数的准确程度。b.形状精度：零件形状与理想形状接近程度。c.位置精度：零件上实际要素（点、线、面）相对于基准之间位置的准确度。2/6/20232/6/2023加工精度国家标准规定：常用的精度等级分为20级，分别用IT01、IT0、IT1、IT2…IT18表示。数字越大，精度越低。其中IT5-IT13常用。高精度：IT5、IT6通常由磨削加工获得。中等精度：IT7-IT10通常由精车、铣、刨获得。低精度：IT11-IT13通常由粗车、铣、刨、钻等加工方法获得。

尺寸精度Φ250-0.04

零件尺寸要素的误差大小。

问：精度的高低与哪两个因素有关？

基本尺寸和公差大小。

形状精度

Φ25轴加工后可能产生的形状误差0－0.013

形状精度指零件上实际要素的形状与理想形状相符合的程度；国家标准规定了六类形状公差（见下表）形状精度的标注：框格分为2格，箭头指向待表达的表面，数字表示允许误差的大小，单位为毫米。

位置精度指零件的实际要素（点、线、面）相对于基准之间位置的准确度。圆圈中的英文字母表示基准，框格分3格，箭头指向待表达的表面精度等级尺寸精度范围Ra值范围（μm）相应的加工方法低精度IT13～IT1125～12.5粗车、粗镗、粗铣、粗刨、钻孔等中等精度IT10～IT96.3～3.2半精车、半精镗、半精铣、半精刨、扩孔等IT8～IT71.6～0.8精车、精镗、精铣、精刨、粗磨、粗铰等高精度IT7～IT60.8～0.2精磨、精铰等特别精密精度IT5～IT2Ra＜0.2研磨、珩磨、超精加工、抛光等零件精度等级及其相应的加工方法（二）机械加工表面质量

1．表面质量的含义:即表面几何形状和表面层的物理力学性能。

（1）表面几何形状:表面粗糙度,表面波度,宏观几何形状偏差。

（2）表面层的物理力学性能:表面层冷作硬化,表面层金相组织的变化,表面层残余应力。

2．机械加工表面质量对零件使用性能的影响:对零件耐磨性的影响,对零件疲劳强度的影响,对零件配合性质的影响,对零件耐腐蚀性的影响。

表面粗糙度表面粗糙度：零件微观表面高低不平的程度。

产生的原因：

1）切削时刀具与工件相对运动产生的磨擦；

2）机床、刀具和工件在加工时的振动；

3）切削时从零件表面撕裂的切屑产生的痕迹；

4）加工时零件表面发生塑性变形。

表面粗糙度

表面粗糙度对零件质量的影响：

零件的表面粗糙度对机器零件的性能和使用寿命影响较大，主要有以下几个方面：

1）零件表面粗糙，将使接触面积减小，单位面积压力加大，接触变形加大，磨擦阻力增大，磨损加快；

2)表面粗糙度影响配合性质。对于间隙配合，表面粗糙易磨损，造成间隙迅速加大；对于过盈配合，在装配时，可使微小凸峰挤平，有效过盈量减少，使配合件强度降低；

3）零件表面粗糙，低谷处容易聚积腐蚀性物质，且不易清除，造成表面腐蚀；

4）当零件承受载荷时，凹谷处易产生应力集中，以致产生裂纹而造成零件断裂。

表面粗糙度

评定参数：常用的是轮廓算术平均偏差Ra

表面粗糙度2/6/2023Rah1h2h3…hn

表面粗糙度国家标准规定：表面粗糙度分为14个等级，分别用表示，数字越大，表面越粗糙。表面粗糙度符号上的数值Ra,单位是微米（μm）。2/6/2023

表面粗糙度

表面粗糙度符号的意义及应用符号符号说明意义及应用基本符号单独使用无意义基本符号上加一短划线表示表面粗糙度是用去除法获得基本符号内加一小圆表示表面粗糙度是用不去除材料的方法获得符号上加Ra值用去除材料方法获得的表面，Ra的最大允许值为3.2µm

常见加工方法的Ra表面特征加工方法Ra(微米)表面特征粗车粗镗50可见明显刀痕粗铣粗刨25可见刀痕钻孔12.5微见刀痕精铣精刨半精车6.3可见加工痕迹3.2微见加工痕迹精车1.6看不清加工痕迹粗磨0.8可辨加工痕迹方向精磨0.4微辨加工痕迹方向精密加工0.1-0.012只能按表面光泽辩识零件的加工精度与表面粗糙度的关系精度：宏观几何参数的误差表面粗糙度：微观几何参数的误差加工精度高，必须采用一系列的高精度的加工方法，而经过高精度的加工后零件表面粗糙度一定低，反之，表面粗糙度低，零件必须采用一系列的降低表面粗糙度的加工方法，而低表面粗糙度的加工方法不一定是高精度的加工方法。实例：各种机床上的手柄：表面粗糙度非常低，但精度不高。2/6/2023零件的加工精度与表面粗糙度的关系如何？提问二、

影响机械加工精度的因素

在机械加工时，机床、夹具、刀具和工件就构成了一个完整的系统，称之为工艺系统。影响零件加工精度（或加工误差）的因素可以归纳为以下三个方面：工艺系统的几何误差；工艺系统的力效应；工艺系统的热变形。（一）工艺系统的几何误差对加工精度的影响1．加工原理误差:加工原理误差是指在加工工件时采用了近似的加工运动或近似的刀具刀刃廓形而产生的误差。

2．机床的几何误差:机床误差中对加工精度影响较大的是主轴回转误差、导轨导向误差、传动链传动误差。

（1）主轴回转误差:主轴回转误差就是主轴的瞬时回转轴线相对于其平均回转轴线在加工表面的法线方向上的最大变动量。

（一）工艺系统的几何误差对加工精度的影响(续)

（2）导轨误差:对机床导轨的精度要求主要有在水平面内的直线度；在垂直面内的直线度；两导轨的平行度。

（3）传动链的传动误差:在机械加工中，工件表面的形成是通过一系列传动机构来实现的。这些传动机构由于本身的制造、安装误差和工作中的磨损，必将引起工件表面形成运动的不准确，产生加工误差。

3．刀具与夹具的误差:刀具的误差(单刃刀具,定尺寸刀具,成形刀具,展成法加工刀具),夹具的误差(夹具误差包括定位元件、引导元件、对刀装置、分度机构及夹具体等的制造误差，以及定位元件之间的相互位置误差)。

4．定位与调整误差:定位不准确产生的定位误差,调整不可能绝对准确，也就产生了一项误差，即调整误差。

（二）工艺系统力效应对加工精度的影响

在机械加工中，工艺系统在切削力、夹紧力、传动力、重力和惯性力等外力作用下会产生弹性变形，从而破坏已经调整好的工件和刀具之间的相对位置，使工件产生几何形状误差和尺寸误差。

1．工艺系统刚度对加工精度的影响Y系统＝Y机床＋Y夹具＋Y刀具＋Y工件­

K系统＝F法／Y系统，K机床＝F法／Y机床，K

夹具＝F法／Y夹具K­

刀具＝F

法／Y刀具，K工件＝F法／Y工件

（二）工艺系统力效应对加工精度的影响(续)工艺系统刚度对加工精度的影响可归纳为切削力对加工精度的影响和其它作用力对加工精度的影响。（1）切削力的变化对加工精度的影响1）切削力作用点位置的变化引起的加工误差。

2）切削力大小的变化引起的加工误差。

（2）工艺系统其它作用力的变化对加工精度的影响:

2．减小工艺系统受力变形对加工精度的影响的途径:提高工艺系统中零件间的配合质量以提高接触刚度,给机床部件以预加载荷，提高接触刚度,设置辅助支承以提高工艺系统的刚度,采用合理的安装方法和加工方法，以提高工艺系统的刚度;减小切削力和其它外力及其在加工过程中的变化;采用时效处理以消除内应力对加工精度的影响。

（三）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:在机床的热变形中，以主轴部件、床身导轨及两者相对位置的热变形对加工误差的影响最为突出。

2.刀具热变形对加工精度的影响:刀具热变形主要是由传到刀具上的切削热而引起,刀具的热变形在加工不同的零件时产生的加工误差不同。

3.工件热变形对加工精度的影响:工件的热变形主要受切削热的影响。在精加工时，工件的热变形对加工精度的影响很大，特别是对细长工件的加工影响尤为突出。工件受热是否均匀对热变形的影响也很大。

4.减小工艺系统热变形的途径:

减少发热和隔离热源,强制冷却和均衡温度,保持热平衡和控制环境温度。

（四）刀具的制造误差和磨损1、刀具误差对加工精度的影响随刀具种类的不同而异定尺寸刀具：影响尺寸和形状精度成形刀具：影响表面形状精度展成法加工刀具：影响齿形加工精度普通刀具：制造误差对加工精度没有影响，但磨损对尺寸和形状精度影响大。2、减少刀具磨损对加工误差影响的措施：1）尺寸补偿或调整；2）选择和工件材料相适应的刀具材料；3）选择合适的切削液；4）砂轮的自动修整和补偿；5）适当减小切削用量。2/6/2023（五）测量误差和调整误差1、测量误差产生的原因：1）计量器具本身精度的影响；2）温度的影响；3）人的主观原因。2、调整误差不同的获得尺寸精度的调整方法可引起不同的加工误差。（六）工件内应力引起的误差

内应力经过一个时期后，自发地逐渐消失，同时零件的形状发生变化减小和消除内应力的工艺措施有：1）改善零件结构；2）合理安排工艺过程；3）设立消除内应力的专门工序。2/6/2023三、

影响机械加工表面质量的因素

（一）影响零件表面粗糙度的因素1．影响一般机械加工表面粗糙度的因素：（1）残留面积。切削加工时，工件被切削层中总有一小部分材料未被切除而残留在已加工表面上,使表面粗糙。残留面积的高度Rmax直接影响表面粗糙度Ra值的大小。

（2）积屑瘤和鳞刺。在较低速度（20～80m/min）下加工塑性材料，容易产生积屑瘤和鳞刺。（3）工件材料性质。切削脆性材料时，由于切屑的崩碎在加工表面上留下很多麻点,使表面粗糙度增大。切削塑性材料时，随着挤压变形的同时切屑与工件分离而产生金属的撕裂，使表面粗糙度增大。（4）加工时的振动。当切削加工发生振动时，会在工件表面产生明显的振痕，使粗糙度上升，表面质量恶化。

2．影响磨削加工表面粗糙度的因素：（1）砂轮。砂轮的粒度越细，单位面积上的磨粒就越多，磨削表面的刻痕就越细密均匀，粗糙度值就越小。（2）磨削用量。提高砂轮线速度或降低工件线速度，都会使每颗磨粒切去的金属厚度减小，则残留面积减小，粗糙度降低；纵向进给量小，则工件表面上同一点的磨削次数多，粗糙度值小；采用较小的横向进给量和最后无进给的光磨，加工表面塑性变形小，表面粗糙度值小，光磨次数越多，粗糙度越低。（3）工件材料。工件材料的性质对磨削粗糙度的影响也很大，太硬、太软、太韧的材料都不易磨光。

（二）影响零件表面层物理力学性能的因素

1．影响表面层冷作硬化的因素（1）影响机械加工冷作硬化的因素：1）刀具几何参数。刀具刃口圆弧半径的增大、前角的减小、后刀面的磨损及前后刀面不光洁等都将增加刀具对工件的挤压和磨擦作用，使工件表层的冷作硬化程度加大。2）切削用量。随着切削速度的增加，刀具与工件的接触挤压时间缩短，工件的塑性变形减小，同时切削温度升高，对冷作硬化有回复作用，冷作硬化程度将下降。3）工件材料。工件材料的硬度越低、塑性越好，则切削加工时的挤压变形也越大，冷作硬化程度增加。（2）磨削加工对冷作硬化的影响。提高砂轮线速度，可减轻塑性变形并使磨削区的温度升高，加大回复作用，从而减弱冷作硬化程度。而提高工件转速、能缩短砂轮对工件表面热作用时间，使回复作用减小，从而增加冷作硬化程度。加大工件进给速度和增加砂轮横向进给量，均使磨削力增大，塑性变形增大，从而使冷硬程度变大。2．影响表面层金相组织变化的因素（1）磨削烧伤。在磨削加工中，工件表面层金相组织的变化，使表面层硬度下降，并伴随出现残余应力和产生细微裂纹，同时出现彩色的氧化膜，这种现象称为磨削烧伤。在磨削淬火钢时，如果工件表面层温度超过材料的回火温度，未超过相变温度，则表层淬火组织（马氏体）会转变为回火组织（索氏休和托氏体），表层的硬度和强度将显著降低，称为回火烧伤。如果工件表面层温度超过相变温度时，表层组织转变成奥氏体，在冷却液的急冷作用下，表面层形成极薄的二次淬火马氏体，但它的下一层转变为回火组织，其硬度要比原来低得多，称为淬火烧伤（夹心烧伤）。如果是干磨，表层温度超过相变温度后，冷却缓慢，表面层被退火，其硬度会急剧下降，称为退火烧伤。（2）影响磨削烧伤的因素。在磨削中，砂轮硬度太高、结合剂弹性差、组织紧密及磨粒不锋利等，均容易引起烧伤；砂轮横向进给量的增大，会使磨削力和磨削热急剧增加，更易引起烧伤；对于导热性差和硬度高的工件材料，在磨削中也容易烧伤。

（二）影响零件表面层物理力学性能的因素（续）3．影响表面层残余应力的因素

（1）表面层残余应力的产生1）冷塑性变形。在切削、磨削及滚压加工中，工件表面层受后刀面的挤压和磨擦会发生伸长的塑性变形，但由于受到里层基体的阻碍，表层将产生残余压应力，而里层则产生与之平衡的残余拉应力。2）热塑性变形。在切削或磨削加工中，表面层温度比里层基体高，表面层产生的热膨胀比里层的大，当表面层的温度超过材料的弹性变形范围时，就会产生塑性变形。切削结束后，表面层温度下降得快，表层金属的冷却收缩受到里层基体的阻碍，使表层产生残余拉应力，里层则产生残余压应力。3）金相组织的变化。不同的金相组织有不同的质量体积，马氏体质量体积最大，奥氏体质量体积最小。当表面层金相组织发生变化时，由于质量体积的不同，表面层体积就要变化，但受到里层基体的阻碍，而产生残余应力。如磨削淬火钢时，表面层若产生回火烧伤，马氏体转变为托氏体或索氏体，表面层体积缩小，产生残余拉应力。

（2）零件加工后表面层的残余应力。零件加工后表面层的残余应力是上述三种因素综合的结果。在一定的条件下，可能是一种或两种因素起主要作用。切削加工中，一般切削温度较低，主要是冷塑性变形起作用，在较小的背吃刀量下，残余应力为压应力。而在磨削加工中，一般磨削温度较高，主要是热塑性变形和金相组织变化起主要作用，残余应力多为拉应力。但当金相组织变化引起淬火烧伤时，表面层残余应力就为压应力。

四、

提高机械加工质量的途径与方法

（一）提高机械加工精度的途径

1．直接减小或消除误差