第三章 机械加工质量课件

第三章机械加工质量第三章机械加工质量§3—1机械加工精度概念一、精度与加工误差：1.加工精度：指零件加工后的实际几何参数与理想几何参数的相符程度。2.加工误差：3.形状位置精度及尺寸公差的关系：形状误差应该限制在位置公差内，位置公差要限制在尺寸公差内。既形状公差﹤位置公差﹤尺寸公差。二、原始误差：1.原始误差的含义：指工艺系统的各种误差。2.原始误差主要有：工艺系统的受力、受热引起的误差变形等。第三章机械加工质量§3—2产生加工误差的主要因素一、原理误差：1.定义：指采用近似的成形运动或近似刀具轮廓进行加工而产生的误差。2.特点：简化机床、刀具结构；提高效率和效益。二、机床的几何误差：1.导轨误差：导轨在水平、垂直平面内直线度误差（3-2）；主轴与导轨平行度误差（3-4）。2.机床的主轴回转误差定义：指主轴实际回转轴线相对理论回转轴线的“漂移”。分类：轴向窜动；径向跳动；角度摆动。影响因素：主轴误差、轴承误差及热变形误差。3.传动链误差：传动元件、制造、安装误差。三、其它误差：刀具、夹具和测量调整误差。第三章机械加工质量四、工艺系统受力变形引起的误差1.工艺系统的定义：由机床、夹具、工件和刀具构成的系统为工艺系统。2.物体刚度的定义：物体抵抗外力欲使其变形的能力。3.工艺系统的刚度：零件加工表面法向法向分力,与刀具在切削力的作用下,相对工件在该方向的位移y的比值。4.工艺系统刚度的一般表达式：Js=Fy/y5.影响机床部件刚度因素

1）连接表面接触变形的影响。

2）部件中薄弱零件的影响。

3）间隙、摩擦力的影响。第三章机械加工质量6.工艺系统受力变形引起的加工误差：

1）由于切削力着力点位置变化而使零件产生形状误差。

2）由于切削力大小变化引起的加工误差：

a.毛坯几何形状引起的切削力变化。

b.由于材料硬度不均引起切削力变化。

C.刀具变形引起的误差。

3）其它力引起的加工误差

a.重力、夹紧力引起的加工误差。

b.惯性力、传动力引起加误差。

C.误差复映现象：第三章机械加工质量五、工艺系统受热变形引起的误差1.工艺系统热源及热平衡

1)热源：内部热源：切削热由刀具与工件、切削摩擦产生；摩擦热由运动部分摩擦产生。外部热源：环境温度指工作环境；热辐射指太阳光辐射。

2)热平衡：Q吸=Q散2.机床热变形引起的加工误差

1)主轴热变形而产生的加工误差。

2)导轨热变形而产生的加工误差。第三章机械加工质量3.工件热变形引起的加工误差：

1)轴类零件易产生形状、尺寸误差。

2)丝杠易产生螺距累积误差。

3)床身导轨面的磨削，导轨易产生直线度误差。

4)薄圆环磨削，易产生圆度误差。4.减少热变形的措施：减少切削热；降低摩擦热；隔离热源；强制冷却；恒温加工；热补偿法等。第三章机械加工质量六、工件内应力产生加工误差1.内应力的概念1）内应力的含义：指除去载荷后，存在工件内的应力。2）内应力来源及特点来源：金属内部组织发生不均匀变化而产生。特点：是一种不稳定状态。2.内应力产生的原因：毛坯制造、冷校直、机械加工等易产生内应力。3.消除内应力的方法

1）合理设计的零件结构。

2）采用时效处理、退火和正火的热处理方法。

3）合理安排机械加工工艺。

第三章机械加工质量§3—3表面质量的含义及影响因素一、表面质量含义：是零件加工后表面层状态完整性的表怔。它主要包括表面的几何特征和表层物理力学性能。1.表面的几何特征1)表面粗糙度：指已加工面的微观几何形状误差。2)表面波度：即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。2.表层物理力学性能1)加工硬化：工件加工后表面强度、硬度提高象。2)表面层的残余应力指机械加工中工件表面层所产生的残余应力。3)表面层金相组织变化。加工后工件表层金属的金相组织发生了变化。第三章机械加工质量二、影响表面粗糙度的因素及控制1.影响表面粗糙度的主要因素

1)几何因素：是刀刃和工件相对运动轨迹所形成的残面积。

2)物理因素：是在加工过程中在工件表面产生塑性变形，并产生积屑瘤、鳞刺和振动等。2．积屑瘤

1)积屑瘤定义在一定的条件下切削塑性金属时，由于前刀面挤压及摩擦的作用，使切屑底层中的一部分金属停滞和堆积在切削刃口附近，形成硬块，能代替切削刃进行切削，这个硬块称为切屑瘤。第三章机械加工质量

2）积屑瘤产生的原因切屑底面对前刀面强烈摩擦，当接触面达到一定温度和压力时，表面产生粘结现象，形成积屑瘤。

3)积屑瘤的特点：不稳定性，

4)积屑瘤的控制措施：提高工件材料硬度；选择低、高速切削；采用切削液；增大前角，减小切削厚度等。3.降低表面粗糙度值的主要措施

1)选择合理的切削用量：采用小进给量；低、高速切削；防止打滑现象。

2)选择合理的刀具几何参数：增大刃倾；刀尖圆弧半径；减小主偏、副偏角等。

3)改善工件材料的性能采用合理的热处理方法改善材料的性能。

4)合理选择切削液

5)选择合适刀具材料第三章机械加工质量三、影响表层物理力学性能因素1.加工硬化：

1）产生的原因：金属层在切削力作用下产生变形。

2）加工硬化表示方法：常用硬化层深度hd和硬化程度N表示。

3）影响加工硬化的主要因素：刀具、切削用量、工件材料：2.表面层的残余应力

1）表面层残余应力产生的原因：冷态塑变、热态塑变、金相组织变化：

2）影响表面层残余应力的因素：切削加工、磨削加工、工件材料：第三章机械加工质量3.加工表面层金相组织变化及烧伤：1）表面层金相组织变化的原因：主要是加工时，产生大量的热量使工件表面温度升高，达到组织转变温度而产生的。2）表面烧伤的形式有回火烧伤；淬火烧伤；退火烧伤。4.表面强化的措施1）滚压加工：利用具有较高硬度的滚轮或滚珠对工件表面进行加工使其产生塑性。2）喷丸强化：利用大量高速运动的珠丸撞击工件表面，使之产生冷应层和残余压应力的一种加工方法。第三章机械加工质量四、机械加工中振动1.强迫振动：

1）含义：是由工艺系统内，外部周期交变的激振力（振源）作用下引起的振动。

2）产生的原因：机床上高速回转件的不平衡；传动系统中误差；切削力的变化；外部振源。

3）强迫振动的特点：a.振动自身不能引起干扰力的变化，干扰力停止，振动停止。

b.强迫振动的频率与外界干扰力频率相同。

c.强迫振动的振幅大小与初始条件无关，主要取决于干扰力的频率与系统固有频率的比值λ。当λ=1时振幅大，这种现象称共振。

4）减少强迫振动的措施：消除振源；提高刚度；隔振；采用减振器和阻尼器等。第三章机械加工质量2.自激振动

1）定义：由振动系统本身产生的交变力激发和维持的振动。

2）特点：a.是一种不衰减的振动；b.频率等于固有频率；c.振幅大小取决于输入和消耗能量对比，输入能量大于消耗能量振动能维持，否则停止。

3）减轻和消除的措施：a.合理选择切削用量：VC↑或VC↓，则振动↓；f↑，则振动↓；ap↓，则振幅A↓。b.合理的选择刀具的几何参数：前角和主偏角增大，则振幅减小；的后角和刀尖圆弧半径减小，则振幅减小。c.提高系统刚度和采用减振装置。第三章机械加工质量§3—4表面质量对零件使用性能的影响一、表面质量对零件耐磨性的影响1.表面糙度Ra的影响：表面糙度Ra提高，则耐磨性降低。2.冷作硬化的影响：冷硬现象提高耐磨性。二、表面质量对耐蚀性影响：1.表面糙度Ra的影响：Ra增大，则耐蚀降低。2.残余应力的影响：压应力提高，拉应力降低。三、表面质量对疲劳强度的影响增大Ra值、冷硬现象存在、压应力都提高疲劳强度，拉应力则疲劳强度降低。四、表面质量对配合精度的