项目7-机械加工质量分析课件

项目7机械加工质量分析

机械制造技术(任务)目录

任务一了解加工误差组成及其产生原因1任务二熟悉加工误差综合分析的方法

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任务三分析机械加工表面质量的影响因素

3机械制造技术任务一了解加工误差的组成及其产生原因任务引入质量是企业的生命加工精度零件在加工后的实际几何参数（尺寸、形状和表面相对位置）与图纸所要求的理想几何参数相符合的程度。包括零件的形状精度、尺寸精度和表面相对位置精度三个部分如何把各种误差控制在允许范围内（即公差范围内）研究加工误差的目的：机械制造技术知识链接在机械加工中，机床、夹具、刀具和工件构成了一个完整的加工系统，称为工艺系统工艺系统的各个部分，如机床、夹具、刀具和工件都存在误差，统称为工艺系统误差。由于它是原始存在的，故也叫原始误差主要包括原理误差、机床误差、刀具误差、夹具误差、工艺系统受力变形、热变形和内应力引起的误差等机械制造技术一、加工原理误差（理论误差）原理误差是由于采用了近似轮廓形状的刀具或近似的加工运动而产生的加工误差采用近似的加工原理可简化加工过程、使机床结构及刀具形状简化、刀具数量减少、降低成本和提高生产率等。例如在车床上车削蜗杆又如用仿形法铣削齿形机械制造技术二、工艺系统的几何误差1．机床误差（1）主轴回转误差对加工精度的影响主轴回转误差的基本型式机械制造技术回转误差对加工精度的影响从零件表面形状形成过程看，回转误差沿刀具与工件接触点法向分量ΔY对精度影响最大；而切向分量ΔZ对精度的影响极小机械制造技术主轴的纯径向跳动对工件的圆度影响很小主轴的纯轴向窜动对内、外圆加工没有影响，但所加工的端面却与内外圆不垂直主轴的纯角度摆动对工件的圆度影响很小，但工件成锥形车削时：主轴回转误差对加工精度的影响，随加工方法而异机械制造技术（2）导轨误差在水平面内的直线度在垂直面内的直线度前后导轨的平行度（扭曲）2．刀具误差定尺寸刀具成形刀具一般刀具3．夹具误差机械制造技术三、工件在机床或夹具上安装时的定位和夹紧误差四、工艺系统受力变形所引起的加工误差指在加工过程中刀具相对工件在切削接触点法线方向的相对位移量y，它与外力F和工艺系统刚度K系统有关，即：y=F/K系统工艺系统的刚度在加工过程中并不是一个常数，它将随工件加工部位的不同而变化。刚度是指物体或系统抵抗使其变形的外力的能力机械制造技术车削时的受力变形1．由于刚度不等而引起的加工误差以在车床上两顶尖之间加工光轴为例K系统=Fy/y系统

y系统=y工件+y机床+y刀具+y夹具=y工件+y机床=y工件

+（1—x/L）y头架

+y尾架

x/L+y刀架

机械制造技术在车床上加工细长轴时，加工后出现腰鼓形

在车床上车削短而粗的高刚度轴时，加工后出现马鞍形车削时，工件和机床刚度不足而造成的加工误差Δ毛坯=机械制造技术误差的复映2．误差复映现象Δ工件

=y1—y2—

误差复映系数：ε=Δ工件/Δ毛坯

机械制造技术3．由于夹紧变形而引起的加工误差夹紧变形而引起的加工误差机械制造技术4．其他力所引起的加工误差重力变形而引起的加工误差机械制造技术5．为减小工艺系统变形的影响应采取的措施1)提高工艺系统的刚度例如，减少机床、夹具中的接合面；加工中使用中心架、跟刀架、导套等来提高工件的刚度等

2)减小切削力和其它外力及其在加工中的变化例如，合理选择刀具材料和切削用量；及时刃磨刀具等机械制造技术车床的热变形五、工艺系统热变形1．工艺系统热变形现象2．机床的热变形机械制造技术3．工件热变形及其对加工精度的影响①在切削区施加充足的切削液；②提高切削速度或进给量，以减少传入工件的热量；③粗、精加工分开，使粗加工的余热不带到精加工工序中；④刀具和砂轮勿让过分的磨钝就进行刃磨和修正，以减少切削热和磨削热；⑤使工件在夹紧状态下有伸缩的自由（如采用弹簧后顶尖等）。减少工件热变形对加工精度的影响，采取的措施：机械制造技术内应力而引起的变形六、工件因内应力而引起加工误差内应力是在没有外界载荷的情况下，存在于零件内部互相平衡的应力内应力愈大，加工后的变形也愈大机械制造技术①安排热处理工序来消除内应力，对于特别精密的零件，进行多次消除内应力的热处理工序；②对于结构复杂、刚度低的零件，划分为粗、半精、精三个加工阶段，以减小内应力引起的变形；③严格控制切削用量和刀具磨损，使零件不致产生较大的内应力；④合理设计零件结构，尽量减小各部分厚度尺寸差值，以减小毛坯制造中的内应力；⑤采用无切削力的特种工艺方法，如电化学加工等。为了克服内应力的重新分布而引起的变形，采取的措施：机械制造技术任务二熟悉加工误差综合分析的方法任务引入在实际生产中，影响加工精度的因素往往是错综复杂的解决加工精度问题的途径用数理统计方法综合分析机械制造技术知识链接一、加工误差的性质1.系统性误差1）当顺序加工一批零件时，产生误差的大小和方向若保持不变，则称为常值系统性误差2）若按一定的规律变化，则称为变值系统性误差例如，原理误差和机床、刀具、夹具、量具的制造误差等例如，刀具的磨损、工艺系统的热变形等

机械制造技术2.随机性误差（又称偶然性误差）在加工一批零件中，产生误差的大小和方向是无规律地变化的例如，毛坯误差的复映、定位误差、夹紧误差、多次调整误差，内应力引起的误差等

加工误差是许多系统性误差和随机性误差共同作用的结果，因此应对具体加工条件下可能产生误差的因素和大小加以分析和研究。误差性质不同，解决的途径也不同。机械制造技术二、分布曲线法以实测数据为基础，应用概率论理论和数理统计的方法，分析计算一批工件的误差，从而划分其性质并提出消除或控制误差的一种方法。生产中常用的有分布曲线法和点图法加工误差统计分析法：机械制造技术3）将一批零件中每个零件的尺寸加以测量，并按尺寸大小把整批零件分成若干组，每组中零件尺寸处于一定的间隔范围内。该尺寸间隔称为组距1）用调整法加工出的一批工件，其尺寸总是在一定范围内变化的，这种现象称为尺寸分散2）一批工件最大与最小尺寸之差就是尺寸分散范围4）某一尺寸间隔内的零件数量，称为频数m5）频数m与该批零件总数n之比，称为频率机械制造技术直方图分布折线图实际分布曲线正态分布曲线机械制造技术正态分布曲线机械制造技术②算术平均值决定了这一曲线的位置，左右对称正态分布曲线有以下一些特性：①曲线呈钟形，中间高，两边低③均方根偏差σ是决定曲线形状的唯一参数④正态分布曲线与横坐标没有交点⑤正态分布曲线下面所包含的全部面积代表了全部工件，即100%机械制造技术在x1范围内出现的概率设则机械制造技术⑥当Z=3，即X=±3σ时，则2Φ（z）＝0.9973当X=±3σ＝T时，加工一批零件基本上都是合格品了。因此，一般取6σ为正态分布曲线的尺寸分散范围

T>6σ的正态分布曲线机械制造技术若分布曲线变成不对称分布，则说明加工过程中出现不正常情况，或存在着对加工精度的影响起主要作用的因素

不对称分布曲线机械制造技术任务三分析机械加工表面质量的影响因素

任务引入机械加工表面质量是指零件加工后的表面层状态，是判定零件质量优劣的重要依据机械零件的失效，大多是由于零件的磨损、耐腐蚀和疲劳等所致磨损、腐蚀、疲劳等破坏都是从零件表面开始零件表面质量，直接影响零件的工作性能，尤其是可靠性和寿命机械制造技术知识链接表面粗糙度和波度一、表面质量的主要内容机械制造技术（1）表面层的几何形状特征加工后的实际表面的几何形状和理想表面的几何形状的偏离量①表面粗糙度—表面的微观几何形状误差②波度—介于宏观几何形状误差与表面粗糙度之间的周期性几何形状误差轮廓算术平均偏差Ra微观不平度十点高度Rz机械制造技术（2）表面层的物理力学性能①表面层的加工硬化②表面层材料金相组织的变化③表面层的残余应力机械制造技术零件表面的接触情况二、表面质量对零件使用性能的影响1．对零件耐磨性的影响①Ra的影响必须适中：最佳表面粗糙度Ra=0.8～0.2过大初期磨损严重过小易“咬合”机械制造技术一般来说，圆弧状的、凹坑状的表面纹理，耐磨性好，而尖峰状耐磨性差②表层加工硬化的影响③表面纹理的影响冷作硬化一般都能使耐磨性有所提高。过度硬化会使金属组织疏松，使表层金属变脆、脱落，反而使磨损加剧冷硬程度与耐磨性的关系机械制造技术2．对零件疲劳强度的影响残余压应力能降低其疲劳强度如：表面淬火、渗碳、渗氮等方法的采用①Ra的影响减小Ra值可以使零件的疲劳强度有所提高特别是承受交变负荷的零件表面②加工硬化的影响适度的加工硬化能阻碍表面层疲劳裂纹的出现，从而提高疲劳强度③残余应力的影响机械制造技术3．对零件耐蚀性的影响零件在潮湿的空气中或在有腐蚀性的介质中工作时，常会发生化学腐蚀或电化学腐蚀化学腐蚀——由于大气中的气体及水汽或腐蚀介质容易在粗糙表面的谷底处积聚而发生化学反应电化学腐蚀——由于不同金属材料的两个零件表面相接触时，在表面的粗糙度顶峰间产生的电化学作用减小零件表面粗糙度，可提高零件的耐腐蚀性能残余压应力和一定程度的硬化有利于阻碍表面裂纹的产生和扩展，因而有利于提高零件的抗腐蚀能力机械制造技术4．对零件配合质量的稳定性及可靠性的影响有配合要求的表面都要求较低的表面粗糙度影响动配合的稳定性影响静配合的可靠性过盈配合中，表面硬化严重将造成表层金属剥离，从而破坏配合的性质和精度表面残余应力过大，将引起零件变形，使零件的几何尺寸改变，也将影响配合性质和精度机械制造技术三、影响表面质量的因素1．刀具几何形状及切削用量切削过程中刀具在工件表面上留下的残留面积的大小是表面粗糙度的标志影响残留面积大小的主要是刀尖半径、主偏角、副偏角和进给量机械制造技术在一定的切削速度范围内容易产生积屑瘤或鳞刺切削液的冷却和润滑作用会减少切削热和摩擦，并能抑制积屑瘤和鳞刺的产生，有利于降低表面粗糙度值砂轮的粒度细