汽车零件的机械加工质量

汽车零件的机械加工质量第一页，共四十五页，编辑于2023年，星期日第一节机械加工质量加工精度:定义：零件加工后实际几何参数与理想零件几何参数的相符合程度。组成关系：几何形状精度<相互位置精度<尺寸精度加工误差:零件加工后实际几何参数与理想零件几何参数的不符合程度。在数值上精度愈高，误差愈小；精度愈低，误差愈大。通过控制加工误差来保证加工精度。1、加工精度与加工误差第二页，共四十五页，编辑于2023年，星期日加工经济精度

在正常生产条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人，不延长加工时间）所能保证的加工精度。加工成本与加工误差之间的关系

经济精度范围在其上限处，再提高一点加工精度（即减少加工误差），则成本将大幅度上升；在其下限处，加工精度即使大幅度降低（即加工误差大幅度增加），成本降低却很少。通常，零件的加工精度越高，加工成本越高，生产率越低。第一节机械加工质量第三页，共四十五页，编辑于2023年，星期日第一节机械加工质量尺寸精度形状精度位置精度表面粗糙度波度纹理方向缺陷（划痕、裂纹、砂眼等）加工精度表面质量表面微观几何形状表面层的物理力学性能和化学性能表层加工硬化表层金相组织变化表层残余应力加工质量包含的内容表面层杂质、裂缝、再结晶、晶粒间腐蚀表面完整性第四页，共四十五页，编辑于2023年，星期日工艺系统：机械加工中，机床、机床夹具、刀具和工件形成的一个完整加工系统。原始误差：由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺系统直接产生的误差。工艺系统的原始误差有：1、加工前的误差（原理误差、调整误差、工艺系统的几何误差、定位误差）

2、加工过程中的误差（受力变形加工误差、受热变形加工误差）

3、加工后的误差（工件内应力引起的变形以及测量误差）第二节影响机械加工精度的主要因素原始误差第五页，共四十五页，编辑于2023年，星期日第二节影响机械加工精度的主要因素工艺系统静误差

主轴回转误差导轨误差传动链误差一般刀具定尺寸刀具成形刀具展成法刀具

试切法调整法外力作用点变化外力方向变化外力大小变化机床几何误差

工艺系统几何误差

原理误差

调整误差

测量误差

定位误差

工艺系统动误差

工艺系统受力变形

工艺系统受热变形

工艺系统内应力变形

刀具几何误差

夹具几何误差

机床热变形工件热变形刀具热变形第六页，共四十五页，编辑于2023年，星期日dΔRR+ΔRRΔYoDΔRΔZ原始误差与加工误差的关系第二节影响机械加工精度的主要因素第七页，共四十五页，编辑于2023年，星期日第二节影响机械加工精度的主要因素第八页，共四十五页，编辑于2023年，星期日工艺系统原始误差方向不同，对加工精度的影响程度也不同。对加工精度影响最大的方向，称为误差敏感方向。误差敏感方向一般为已加工表面过切削点的法线方向。误差敏感方向第二节影响机械加工精度的主要因素第九页，共四十五页，编辑于2023年，星期日第二节影响机械加工精度的主要因素一、机床误差机床制造误差对工件加工精度影响较大的有：主轴回转误差、导轨误差和传动链误差。1、主轴回转误差

主轴实际回转线对其理想回转轴线的漂移。a）轴向窜动b）径向跳动c）角度摆动主轴回转误差的基本型式端面形状和轴向尺寸精度圆度和圆柱度误差圆柱度误差和端面的形状误差。第十页，共四十五页，编辑于2023年，星期日ΔYΔYoDΔR水平面导轨水平面内直线度A.水平面内，车床导轨的直线度误差会使被加工的工件产生鼓形或鞍形。第二节影响机械加工精度的主要因素2、机床导轨误差（以卧式车床为例）（1）机床导轨的直线度第十一页，共四十五页，编辑于2023年，星期日第二节影响机械加工精度的主要因素B.在垂直平面内车床导轨的直线度误差，也同样能使工件产生直径方向的误差，但是这个误差不大（处在误差非敏感方向）。垂直平面导轨垂直面直线度ΔZdΔRΔZRd/2设⊿2=0.1mm，R=20mm，则⊿R=0.00025mm。

⊿R≈(⊿2)2/(2R)第十二页，共四十五页，编辑于2023年，星期日注：对平面磨床、龙门刨床，垂直平面内导轨的直线度误差将直接反映在工件上。第二节影响机械加工精度的主要因素第十三页，共四十五页，编辑于2023年，星期日C.车床导轨的扭曲度，也会使刀尖相对工件产生偏移（在水平方向和垂直方向的位移）。第二节影响机械加工精度的主要因素⊿y≈（H/B）×⊿

车床H/B≈2/3，外圆磨床H/B≈1第十四页，共四十五页，编辑于2023年，星期日第二节影响机械加工精度的主要因素（2）机床主轴的旋转轴线与导轨的平行度主轴n导轨f△L圆锥形车床纵向导轨与主轴在水平面内有平行度误差第十五页，共四十五页，编辑于2023年，星期日车床主轴旋转轴线与导轨在垂直面内不平行时，则工件表面被加工成双曲面回转体。第二节影响机械加工精度的主要因素第十六页，共四十五页，编辑于2023年，星期日(3)成形运动间相对位置误差的影响车床横向导轨与主轴轴线有垂直度误差nf工件端面产生内凹或外凸的平面度误差α例：横向导轨与主轴夹角：α

平面度误差：△=(d/2)*tan(α)△第二节影响机械加工精度的主要因素第十七页，共四十五页，编辑于2023年，星期日机床导轨误差产生的原因：①加工制造方面；②安装调整方面；③导轨磨损方面。第二节影响机械加工精度的主要因素第十八页，共四十五页，编辑于2023年，星期日3.机床传动链误差机床传动链误差是指内联传动链始末两端传动元件间相对运动的误差。第二节影响机械加工精度的主要因素第十九页，共四十五页，编辑于2023年，星期日1)提高传动元件，特别是末端件的制造精度和装配精度。2)减少传动件数目，缩短传动链，使误差来源减少。3)消除传动链中齿轮的间隙。4)采用误差校正机构5）尽可能采用降速传动。减小传动误差，可采取以下措施：第二节影响机械加工精度的主要因素第二十页，共四十五页，编辑于2023年，星期日二、刀具误差第二节影响机械加工精度的主要因素定尺寸刀具（钻头、绞刀等）尺寸误差影响加工尺寸误差成形刀具和展成刀具形状误差影响加工形状误差刀具磨损影响加工尺寸误差或形状误差四、夹具几何误差夹具误差影响加工位置精度。与夹具有关的影响位置误差因素包括：1）定位误差；2）刀具导向（对刀）误差；3）夹紧误差；4）夹具制造误差；5）夹具安装误差；L±0.05φ6F7φ10F7k6φ20H7g6YZ钻径向孔的夹具第二十一页，共四十五页，编辑于2023年，星期日三、工艺系统的受力变形

工艺系统在切削力、传动力、惯性力、夹紧力及重力作用下，产生的弹性变形和塑性变形，使工件产生几何形状误差和尺寸误差。第二节影响机械加工精度的主要因素第二十二页，共四十五页，编辑于2023年，星期日（一）工艺系统刚度工件和刀具的法向切削分力与在总切削力的作用下，它们在该方向上的相对位移的比值：注意：当与方向相反时，为负刚度，应尽量避免。第二节影响机械加工精度的主要因素第二十三页，共四十五页，编辑于2023年，星期日（二）机床刚度及其对加工精度的影响第二节影响机械加工精度的主要因素变形随受力点变化规律YtjYwzYdjΔYFpAA′BB′CC′ZLFAFBYz第二十四页，共四十五页，编辑于2023年，星期日加工出的工件轴截面呈两端粗、中间细的鞍形：第二节影响机械加工精度的主要因素第二十五页，共四十五页，编辑于2023年，星期日影响机床部件刚度的因素①配合零件的接触刚度接触表面间的名义压强的增量与接触变形的增量之比称为接触刚度。零件表面越粗糙，形状误差越大，材料硬度低，接触刚度越小。第二节影响机械加工精度的主要因素第二十六页，共四十五页，编辑于2023年，星期日②机床薄弱零件的刚度③连接件的刚度外力超过压紧力产生的摩擦力④零件的间隙采用空运转、预紧来克服。第二节影响机械加工精度的主要因素第二十七页，共四十五页，编辑于2023年，星期日（三）工件的刚度及其对加工精度的影响（车床上为例）1.工件在两顶尖间装夹由于工件变形，使工件加工后成鼓形工件受力变形引起的加工误差第二节影响机械加工精度的主要因素第二十八页，共四十五页，编辑于2023年，星期日2.工件在卡盘中装夹喇叭口形3.工件装夹在卡盘上并用后顶尖支承第二节影响机械加工精度的主要因素a）b）薄壁套夹紧变形4.薄壁类零件第二十九页，共四十五页，编辑于2023年，星期日（四）刀具的刚度及其对加工精度的影响第二节影响机械加工精度的主要因素一般刀具，误差敏感方向刚度大，受力变形对加工精度影响不大。钻头径向刚度低，钻头受力引起轴线弯曲、偏斜，导致加工孔的尺寸、形状和相互位置产生误差。镗孔第三十页，共四十五页，编辑于2023年，星期日提高刀具刚度的措施：钻孔时采用钻套以提高钻头的刚度；镗孔时采用导向支承或专用镗模来提高镗刀杆的刚度。第二节影响机械加工精度的主要因素第三十一页，共四十五页，编辑于2023年，星期日（五）工艺系统的刚度及其对加工精度的影响误差复映：在切削加工中，由于被加工表面的几何形状误差使加工余量发生变化或工件材料的硬度不均匀等因素引起切削力变化，使工艺系统受力变形不一致，从而造成工件的加工误差。误差复映系数：多次走刀：第二节影响机械加工精度的主要因素第三十二页，共四十五页，编辑于2023年，星期日第二节影响机械加工精度的主要因素四、工艺系统的热变形1.工艺系统的热源工艺系统热源内部热源外部热源切削热摩擦热环境热源辐射热2.工艺系统的热平衡单位时间传入的热量与其散出的热量相等时，工艺系统就达到了热平衡状态，而工艺系统的热变形也就达到某种程度的稳定。特征：各点温度将不再随时间而变化，只是其坐标位置的函数。（稳态温度场）第三十三页，共四十五页，编辑于2023年，星期日3.机床热变形引起的加工误差体积大，热容量大，温升不高，达到热平衡时间长结构复杂，温度场和变形不均匀，对加工精度影响显著运转时间/h0

1

2

3

450150100200位移/μm20406080温升/℃ΔYΔX前轴承温升车床受热变形a）车床受热变形形态b）温升与变形曲线机床热变形特点车床热变形第二节影响机械加工精度的主要因素第三十四页，共四十五页，编辑于2023年，星期日立铣（图a）a）铣床受热变形形态b）外圆磨床受热变形形态c）导轨磨床受热变形形态外圆磨（图b）导轨磨（图c）其他机床热变形第二节影响机械加工精度的主要因素第三十五页，共四十五页，编辑于2023年，星期日第二节影响机械加工精度的主要因素4.机床热变形引起的加工误差加工方法切屑工件刀具车削50~80%10~40%<5%铣削70%<30%5%钻、镗削30%>50%15%磨削4%>80%12%第三十六页，共四十五页，编辑于2023年，星期日第二节影响机械加工精度的主要因素（1）

工件均匀受热

5级丝杠累积误差全长应≤5μm，可见热变形的严重性式中ΔL——

长度热变形量；

L——

工件原有长度和直径；

α——

工件材料线膨胀系数；

Δt

——

温升。长度：例：长400mm丝杠，加工过程温升1℃，热伸长量为：第三十七页，共四十五页，编辑于2023年，星期日（2）

工件不均匀受热此值已大于精密导轨平面度要求例：高600mm，长2000mm的床身，若上表面温升为3℃，则变形量为：结果：加工时上表面升温，工件向上拱起，磨削时将中凸部分磨平，冷却后工件下凹。第二节影响机械加工精度的主要因素第三十八页，共四十五页，编辑于2023年，星期日体积小，热容量小，达到热平衡时间较短温升高，变形不容忽视（达0.03～0.05mm）◆特点◆变形曲线5、刀具热变形引起的加工误差第二节影响机械加工精度的主要因素车刀的热伸长量与切削时间的关系第三十九页，共四十五页，编辑于2023年，星期日五、工件内应力内应力：指外部载荷去除后，仍残存在工件内部的应力。工件若产生内应力，将处于不稳定状态，会逐渐变形。1．工件内应力产生的原因⑴毛坯制造和热处理过程中产生的内应力在铸、锻、焊及热处理过程中，由于零件壁厚不均匀，使得各部分热胀冷缩不均匀，以及金相组织转变时的体积变化，使毛坯内部产生相当大的内应力。第二节影响机械加工精度的主要因素第四十页，共四十五页，编辑于2023年，星期日⑵冷校直产生的内应力弯曲的工件（原来无内应力）要校直，常采用冷校直的工艺方法。第二节影响机械加工精