第六章機械加工質(zhì)量

1、機械加工質(zhì)量機械加工質(zhì)量6.1.1加工精度的概念加工精度的概念 加工質(zhì)量主要指機械加工精度和表面質(zhì)量。加工精度是指零件在加工后的實際幾何參數(shù)（尺寸、幾何形狀和表面相互位置）與理想零件的幾何參數(shù)相符合的程度。其符合程度愈高，則加工精度愈高，反之，愈低。實際加工時不可能也沒有必要把零件做得與理想零件完全一致，而總會有一定的偏差，即加工誤差。只要這些誤差在規(guī)定的范圍內(nèi)，即能滿足機器使用性能的要求。加工誤差是指零件加工后的實際幾何參數(shù)對理想幾何參數(shù)的偏離程度，所以，加工誤差的大小反映了加工精度的高低。 6.1.2表面質(zhì)量的概念表面質(zhì)量的概念 表面質(zhì)量是指零件表面幾何特征和物理力學性能。它主要有如下兩方

2、面內(nèi)容： 6.1.3表面質(zhì)量對零件使用性能的影響表面質(zhì)量對零件使用性能的影響一、表面質(zhì)量對零件耐磨性的影響（1）表面粗糙度對零件耐磨性的影響 表面粗糙度太大和太小都不耐磨。 表面粗糙度的最佳值與機器零件的工作情況有關，載荷加大時，磨損曲線向上、向右移動，最佳表面粗糙度值也隨之右移。二、表面質(zhì)量對零件疲勞強度的影響二、表面質(zhì)量對零件疲勞強度的影響（1）表面粗糙度對零件疲勞強度的影響 表面粗糙度越大，抗疲勞破壞的能力越差。 對承受交變載荷零件的疲勞強度影響很大。在交變載荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起應力集中，產(chǎn)生疲勞裂紋。 表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲勞性越好；反之，加工表面越

3、粗糙，表面的紋痕越深，紋底半徑越小，其抗疲勞破壞的能力越差。（2）表面層冷作硬化與殘余應力對零件疲勞強度的影響 適度的表面層冷作硬化能提高零件的疲勞強度。 殘余應力有拉應力和壓應力之分，殘余拉應力容易使已加工表面產(chǎn)生裂紋并使其擴展而降低疲勞強度 殘余壓應力則能夠部分地抵消工作載荷施加的拉應力，延緩疲勞裂紋的擴展，從而提高零件的疲勞強度。三、表面質(zhì)量對零件耐腐蝕性能的影響三、表面質(zhì)量對零件耐腐蝕性能的影響（1）表面粗糙度對零件耐腐蝕性能的影響 零件表面越粗糙，越容易積聚腐蝕性物質(zhì)，凹谷越深，滲透與腐蝕作用越強烈。因此減小零件表面粗糙度，可以提高零件的耐腐蝕性能。（2）表面殘余應力對零件耐腐蝕性能

4、的影響 零件表面殘余壓應力使零件表面緊密，腐蝕性物質(zhì)不易進入，可增強零件的耐腐蝕性，而表面殘余拉應力則降低零件耐腐蝕性。 (3) 表面質(zhì)量對零件使用性能還有其它方面的影響：如減小表面粗糙度可提高零件的接觸剛度、密封性和測量精度；對滑動零件，可降低其摩擦系數(shù)，從而減少發(fā)熱和功率損失。四、表面質(zhì)量對零件工作精度的影響四、表面質(zhì)量對零件工作精度的影響（1）表面粗糙度對零件配合精度的影響 表面粗糙度較大，則降低了配合精度。（2）表面殘余應力對零件工作精度的影響 表面層有較大的殘余應力，就會影響它們精度的穩(wěn)定性。6.2.1影響加工精度和表面質(zhì)量的因素 機械加工中，機床、夾具、刀具和工件組成的工藝系統(tǒng)在完

5、成任何一個加工過程中，都將有許多原始誤差影響零件的加工精度。它們是機床的幾何誤差，包括微量進給誤差、成形運動誤差及磨損誤差；工件的安裝誤差；測量誤差以及加工中各種力和切削熱所引起的誤差等。這些誤差可分為兩部分：一部分與工藝系統(tǒng)本身的結(jié)構和狀態(tài)有關；一部分與切削過程有關。 按照這些誤差的性質(zhì)將其歸納為四個方面。 工藝系統(tǒng)的幾何誤差。包括加工方法的原理誤差、機床的幾何誤差、調(diào)整誤差、刀具和夾具的制造誤差、工件的安裝誤差以及工藝系統(tǒng)磨損所引起的誤差。 工藝系統(tǒng)受力變形所引起的誤差。 工藝系統(tǒng)熱變形所引起的誤差。 工件內(nèi)應力所引起的誤差。包括零件的毛坯制造和切削加工中的內(nèi)應力引起的誤差。6.2.1.1

6、工藝系統(tǒng)的幾何誤差一、原理誤差原理誤差是指由于采用了近似的加工方法、近似的成原理誤差是指由于采用了近似的加工方法、近似的成形運動或近似的刀具輪廓而產(chǎn)生的誤差。形運動或近似的刀具輪廓而產(chǎn)生的誤差。 例如滾齒用的齒輪滾刀，就有兩種誤差，一是為了制造例如滾齒用的齒輪滾刀，就有兩種誤差，一是為了制造方便，采用阿基米德蝸桿代替漸開線基本蝸桿而產(chǎn)生的方便，采用阿基米德蝸桿代替漸開線基本蝸桿而產(chǎn)生的刀刃齒廓近似造形誤差；二是由于滾刀切削刃數(shù)有限，刀刃齒廓近似造形誤差；二是由于滾刀切削刃數(shù)有限，切削是不連續(xù)的，因而滾切出的齒輪齒形不是光滑的漸切削是不連續(xù)的，因而滾切出的齒輪齒形不是光滑的漸開線，而是折線。開線

7、，而是折線。 成形車刀、成形銑刀也采用了近似的刀具輪廓。成形車刀、成形銑刀也采用了近似的刀具輪廓。 采用近似的成形運動和刀具刃形，不但可以簡化機床采用近似的成形運動和刀具刃形，不但可以簡化機床或刀具的結(jié)構，而且能提高生產(chǎn)效率和加工的經(jīng)濟效益?；虻毒叩慕Y(jié)構，而且能提高生產(chǎn)效率和加工的經(jīng)濟效益。二、機床的幾何誤差機床幾何誤差組成1、主軸回轉(zhuǎn)誤差（1）機床主軸回轉(zhuǎn)誤差的概念）機床主軸回轉(zhuǎn)誤差的概念主軸的實際回轉(zhuǎn)軸線對其理想回轉(zhuǎn)軸線（一般用平主軸的實際回轉(zhuǎn)軸線對其理想回轉(zhuǎn)軸線（一般用平均回轉(zhuǎn)軸線來代替）產(chǎn)生的偏移量。均回轉(zhuǎn)軸線來代替）產(chǎn)生的偏移量。實際上主軸回轉(zhuǎn)誤差是上述三種形式誤差的合成。實際上主軸

8、回轉(zhuǎn)誤差是上述三種形式誤差的合成。由于主軸實際回轉(zhuǎn)軸線在空間的位置是在不斷變化的，由于主軸實際回轉(zhuǎn)軸線在空間的位置是在不斷變化的，由上述三種運動所產(chǎn)生的位移（即誤差）是一個瞬時由上述三種運動所產(chǎn)生的位移（即誤差）是一個瞬時值。值。主軸的純徑向跳動對車削和鏜削加工精度的影響主軸的純徑向跳動對車削和鏜削加工精度的影響 鏜削加工：鏜刀回轉(zhuǎn)，工件不轉(zhuǎn)鏜削加工：鏜刀回轉(zhuǎn)，工件不轉(zhuǎn) 假設由于主軸的純徑向跳動而使軸線在假設由于主軸的純徑向跳動而使軸線在y坐標方向作簡諧坐標方向作簡諧運動（運動（圖圖6-7），其頻率與主軸轉(zhuǎn)速相同，簡諧幅值為），其頻率與主軸轉(zhuǎn)速相同，簡諧幅值為A； 則則: Y = Acos （

9、 t） 且主軸中心偏移最大（等于且主軸中心偏移最大（等于A）時，鏜刀尖正好通過水平）時，鏜刀尖正好通過水平位置位置1處。處。當鏜刀轉(zhuǎn)過一個當鏜刀轉(zhuǎn)過一個角時（位置角時（位置1），刀尖軌跡的水平分量），刀尖軌跡的水平分量和垂直分量分別計算得：和垂直分量分別計算得：y=Acos+Rcos=(A+R)cosZ=Rsin將上兩式平方相加得將上兩式平方相加得:y2/(A+R)2+Z2/R2=1表明此時鏜出的孔為橢圓形。表明此時鏜出的孔為橢圓形。鏜孔時純徑向跳動對加工精度的影響鏜孔時純徑向跳動對加工精度的影響 車床加工：工件回轉(zhuǎn)，刀具移動車床加工：工件回轉(zhuǎn)，刀具移動假設主軸軸線沿假設主軸軸線沿y軸作簡諧運

10、動，在工件的軸作簡諧運動，在工件的1處（主處（主軸中心偏移最大之處）切出的半徑比在工件的軸中心偏移最大之處）切出的半徑比在工件的2、4處切處切出的半徑小一個幅值出的半徑小一個幅值A；在工件的；在工件的3處切出的半徑比在處切出的半徑比在工件的工件的2、4處切出的半徑大一個幅值處切出的半徑大一個幅值A。這樣，上述四點工件的直徑都相等，其它各點直徑這樣，上述四點工件的直徑都相等，其它各點直徑誤差也很小，所以車削出的工件表面接近于一個真圓。誤差也很小，所以車削出的工件表面接近于一個真圓。 Y2+Z2=R2+A2Sin2由此可見，主軸的純徑向跳動對車削加工工件的圓由此可見，主軸的純徑向跳動對車削加工工件

11、的圓度影響很小。度影響很小。車削時純徑向跳動對加工精度的影響車削時純徑向跳動對加工精度的影響軸向竄動對車、鏜削加工精度的影響軸向竄動對車、鏜削加工精度的影響主軸的軸向竄動對內(nèi)、外圓的加工精度沒有主軸的軸向竄動對內(nèi)、外圓的加工精度沒有影響，但加工端面時，會使加工的端面與內(nèi)外圓影響，但加工端面時，會使加工的端面與內(nèi)外圓軸線產(chǎn)生垂直度誤差。軸線產(chǎn)生垂直度誤差。主軸每轉(zhuǎn)一周，要沿軸向竄動一次，使得切主軸每轉(zhuǎn)一周，要沿軸向竄動一次，使得切出的端面產(chǎn)生平面度誤差（出的端面產(chǎn)生平面度誤差（圖圖）。當加工螺紋時，）。當加工螺紋時，會產(chǎn)生螺距誤差。會產(chǎn)生螺距誤差。主軸軸向竄動對端面加工精度的影響主軸軸向竄動對端

12、面加工精度的影響角度擺動對車、鏜削加工精度的影響角度擺動對車、鏜削加工精度的影響主軸純角度擺動對加工精度的影響，取決于主軸純角度擺動對加工精度的影響，取決于不同的加工內(nèi)容。不同的加工內(nèi)容。車削加工時工件每一橫截面內(nèi)的圓度誤差很車削加工時工件每一橫截面內(nèi)的圓度誤差很小，但軸平面有圓柱度誤差（錐度）。小，但軸平面有圓柱度誤差（錐度）。車外圓：車外圓：得到圓形工件，但產(chǎn)生圓柱度誤差得到圓形工件，但產(chǎn)生圓柱度誤差（錐體）（錐體）車端面：車端面：產(chǎn)生平面度誤差產(chǎn)生平面度誤差鏜孔時鏜孔時，由于主軸的純角度擺動，由于主軸的純角度擺動 使得主軸回轉(zhuǎn)使得主軸回轉(zhuǎn)軸線與工作臺導軌不平行，軸線與工作臺導軌不平行，使

13、鏜出的孔呈橢圓形，使鏜出的孔呈橢圓形，如如圖圖6-106-10所示。所示。 主軸純角度擺動對鏜孔精度的影響主軸純角度擺動對鏜孔精度的影響2、機床導軌誤差、機床導軌誤差 機床導軌是機床中確定某些主要部件相對位置的基準，也機床導軌是機床中確定某些主要部件相對位置的基準，也是某些主要部件的運動基準。是某些主要部件的運動基準?，F(xiàn)以臥式車床為例，說明導軌誤差是怎樣影響工件現(xiàn)以臥式車床為例，說明導軌誤差是怎樣影響工件的加工精度的。的加工精度的。（1 1）導軌在水平面內(nèi)直線度誤差的影響）導軌在水平面內(nèi)直線度誤差的影響當導軌在水平面內(nèi)的直線度誤差為當導軌在水平面內(nèi)的直線度誤差為y時時,引起工引起工件在半徑方向

14、的誤差為（件在半徑方向的誤差為（圖圖611）：）：R=y由此可見：床身導軌在水平面內(nèi)如果有直線由此可見：床身導軌在水平面內(nèi)如果有直線度誤差，使工件在縱向截面和橫向截面內(nèi)分別產(chǎn)度誤差，使工件在縱向截面和橫向截面內(nèi)分別產(chǎn)生形狀誤差和尺寸誤差。生形狀誤差和尺寸誤差。當導軌向后凸出時，工件上產(chǎn)生鞍形加工誤差；當導軌向后凸出時，工件上產(chǎn)生鞍形加工誤差； 當導軌向前凸出時，工件上產(chǎn)生鼓形加工誤差。當導軌向前凸出時，工件上產(chǎn)生鼓形加工誤差。導軌在水平面內(nèi)直線度誤差導軌在水平面內(nèi)直線度誤差（2 2）導軌在垂直面內(nèi)直線度誤差的影響）導軌在垂直面內(nèi)直線度誤差的影響床身導軌在垂直面內(nèi)有直線度誤差（床身導軌在垂直面內(nèi)

15、有直線度誤差（圖圖6-12），會引），會引起刀尖產(chǎn)生切向位移起刀尖產(chǎn)生切向位移Z，造成工件在半徑方向產(chǎn)生的誤，造成工件在半徑方向產(chǎn)生的誤差為：差為：RZ2/d 設：設：Z=Y=0.01mm ，R=50mm ， 則由于法向原始誤差而產(chǎn)生的加工誤差則由于法向原始誤差而產(chǎn)生的加工誤差 R= Y =0.01mm, 由于切向原始誤差產(chǎn)生的加工誤差由于切向原始誤差產(chǎn)生的加工誤差 R Z2/d =0.000001mm 此值完全可以忽略不計。由于此值完全可以忽略不計。由于Z2數(shù)值很小，因此數(shù)值很小，因此該誤差對工件的尺寸精度和形狀精度影響甚小。該誤差對工件的尺寸精度和形狀精度影響甚小。 導軌在垂直面內(nèi)直線度誤

16、差導軌在垂直面內(nèi)直線度誤差結(jié)論：結(jié)論：原始誤差引起工件相對于刀具產(chǎn)生相對位移，若產(chǎn)生在加工表面法向方向（誤差敏感方向），對加工精度有直接影響；產(chǎn)生在加工表面切向方向（誤差非敏感方向） ，可忽略不計。（3 3）前后導軌平行度誤差的影響）前后導軌平行度誤差的影響床身前后導軌有平行度誤差（扭曲）時，會使車床溜板在沿床身移動時發(fā)生偏斜，從而使刀尖相對工件產(chǎn)生偏移，使工件產(chǎn)生形狀誤差（鼓形、鞍形、錐度）。3 3、機床傳動鏈誤差、機床傳動鏈誤差在車螺紋、插齒、滾齒等加工時，刀具與工件之間有嚴格的傳動比要求。要滿足這一要求，機床內(nèi)聯(lián)系傳動鏈的誤差必須控制在允許的范圍內(nèi)。三、調(diào)整誤差 機械加工中存在著很多工藝

17、系統(tǒng)的調(diào)整問題，由于任何一次調(diào)整工作不可能絕對準確，所以存在誤差。這種誤差稱為調(diào)整誤差。 引起調(diào)整誤差的因素很多，例如調(diào)整時所用的刻度盤、行程機構的精度以及與他們配合使用的離合器、電器開關、控制開關等的靈敏度。 四、刀具夾具的制造誤差及工件的安裝誤差 機械加工中常用的刀具有：一般刀具、定尺寸刀具及成形刀具。一般刀具（如車刀、鏜刀、銑刀等）的制造誤差對加工精度沒有直接的影響。定尺寸刀具（如鉆頭、絞刀、拉刀及槽銑等）的尺寸誤差直接影響被加工零件的尺寸精度。同時刀具的工作條件，如機床主軸的跳動因刀具安裝不當引起的徑向或端面圓跳動等都會使加工面的尺寸擴大。成形刀具（如成形刀、成形銑刀以及齒輪滾刀等）的

18、誤差主要影響被加工面的形狀精度。 夾具的制造誤差一般是指定位元件、導向元件及夾具體等零件的加工和裝配誤差。工件的安裝誤差，包括工件的定位誤差和夾緊誤差。 五、工藝系統(tǒng)磨損所引起的誤差 機床在長期使用中，由于各部件的結(jié)構、工作條件和維護情況等各方面的不同，形成各表面間不同程度的磨損。這些磨損必將擴大機床的原始誤差，影響零件的各項加工精度。 夾具和量具使用中的磨損，將會引起工件的定位誤差和測量誤差。 刀具的磨損，會直接影響刀具相對被加工表面的位置，造成一批零件的尺寸誤差。長的軸類零件，由于刀具的磨損還會造成形狀誤差。 6.2.1.2工藝系統(tǒng)受力變形引起的加工誤差一、工藝系統(tǒng)的剛度1.工藝系統(tǒng)剛度的

19、概念 工藝系統(tǒng)整體抵抗其變形的能力。其大小為： 背向力Fp （舊標準中為徑向切削分力Fy）與工藝系統(tǒng)在該方向上的變形yxt的比值，即 kxt=Fp/yxt注意：注意：這里變形這里變形yxt是總切削力的三個分力是總切削力的三個分力Fc、Fp、Ff（舊標準中為（舊標準中為Fz、Fy、Fx）綜合作用的結(jié)果。）綜合作用的結(jié)果。2、系統(tǒng)剛度與環(huán)節(jié)剛度 工藝系統(tǒng)的剛度是由組成工藝系統(tǒng)各部件的工藝系統(tǒng)的剛度是由組成工藝系統(tǒng)各部件的剛度決定的。工藝系統(tǒng)的總變形量為：剛度決定的。工藝系統(tǒng)的總變形量為： yxt= yjc+ydj+yjj+ygj kxt=Fp/yxt kjc= Fp/yjc ， kdj= Fp/y

20、dj , kjj= Fp/yjj， kgj= Fp/ygj 工藝系統(tǒng)剛度的一般式為：工藝系統(tǒng)剛度的一般式為： kxt= 1/(1/kjc+1/ kdj+1/ jj+1/ kgj) 若已知工藝系統(tǒng)各組成部分的剛度（即環(huán)節(jié)若已知工藝系統(tǒng)各組成部分的剛度（即環(huán)節(jié)剛度），就可以求出工藝系統(tǒng)的剛度。剛度），就可以求出工藝系統(tǒng)的剛度。3. 機床部件剛度特點 機床結(jié)構復雜，組成的零機床結(jié)構復雜，組成的零部件多，各零部件之間有部件多，各零部件之間有不同的聯(lián)接和運動方式，不同的聯(lián)接和運動方式，因而機床部件的剛度問題因而機床部件的剛度問題就比較復雜。它的計算至就比較復雜。它的計算至今還沒有合適的方法，需今還沒有合

21、適的方法，需要通過實驗來測定。要通過實驗來測定。 圖圖為單向加載時車床為單向加載時車床剛度測定示意圖。主軸部剛度測定示意圖。主軸部件、尾座及刀架的變形可件、尾座及刀架的變形可分別從千分表分別從千分表2、3和和6讀出。讀出。 這種方法測得的這種方法測得的y方方向位移是背向力向位移是背向力Fp作用下作用下引起的變形。引起的變形。圖圖 單向靜載測定車床剛度單向靜載測定車床剛度 1心軸心軸 2、3、6千分表千分表 4測力環(huán)測力環(huán) 5螺旋加力器螺旋加力器 車床刀架部件的剛度曲線一次加載一次加載 二次加載二次加載 三次加載三次加載（1 1）機床部件剛度的特點）機床部件剛度的特點（2 2）影響機床部件剛度的

22、因素）影響機床部件剛度的因素兩零件結(jié)合面間的接觸情況兩零件結(jié)合面間的接觸情況機床部件剛度的薄弱環(huán)節(jié)a) 溜板中的楔鐵溜板中的楔鐵 b) 軸承套軸承套二、工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響1、切削力作用位置變化引起的加工誤差、切削力作用位置變化引起的加工誤差 根據(jù)材料力學的撓度計算公式，其切削點工件的變形量為： yw=Fp(L-x)2x2/3E I L 從上式的計算結(jié)果和車削的實際情況都可證實，切削后的工件呈鼓形，其最大直徑在通過軸線中點的橫截面內(nèi)。工藝系統(tǒng)受力變形隨切削位置而變化剛度變化造成工件誤差剛度變化造成工件誤差1 1理想的工件形狀；理想的工件形狀；2 2k k頭頭kk尾時車出的工件形狀尾

23、時車出的工件形狀3）工藝系統(tǒng)剛度及總變形）工藝系統(tǒng)剛度及總變形 綜合上述兩種情況，工藝系統(tǒng)的總變形量為式工綜合上述兩種情況，工藝系統(tǒng)的總變形量為式工藝變形與系統(tǒng)變形的疊加：藝變形與系統(tǒng)變形的疊加： Y系統(tǒng)系統(tǒng)=Fp1/k刀架刀架+1/k頭頭(L-x/x)2+1/k尾尾(x/L)2 +(L-x)2x2/3EIL 工藝系統(tǒng)的剛度為工藝系統(tǒng)的剛度為 Kxt=Fp/yxt=1/ 1/k刀架刀架+1/k頭頭(L-x/x)2+1/k尾尾(x/L)2 +(L-x)2x2/3EIL 可以看出可以看出 Kxt=f(x) 由于在工件加工的不同位置，由于在工件加工的不同位置， Kxt不同，使不同，使加工后工件的徑向

24、尺寸不同，從而產(chǎn)生形狀誤差。加工后工件的徑向尺寸不同，從而產(chǎn)生形狀誤差。2 2、切削力大小變化引起的加工誤差（誤、切削力大小變化引起的加工誤差（誤差復映）差復映）在加工過程中，由于工件加工余量或材料硬度不均勻，都會引起背向力的變化，從而使工藝系統(tǒng)受力變形不一致而產(chǎn)生加工誤差。以車削短圓柱工件外圓為例，如圖示。由于毛坯存在的圓度誤差m=ap1-ap2引起了工件產(chǎn)生圓度誤差w=y1 -y2 且m越大，w越大，這種由于工藝系統(tǒng)受力變形的變化而使毛坯橢圓形狀誤差復映到加工后工件表面的現(xiàn)象稱為“誤差復映”。毛坯形狀誤差復映五、減小工藝系統(tǒng)受力變形的措施五、減小工藝系統(tǒng)受力變形的措施6.2.1.36.2.

25、1.3工藝系統(tǒng)熱變形引起的加工誤差工藝系統(tǒng)熱變形引起的加工誤差（一）概（一）概 述述工藝系統(tǒng)在各種熱源作用下，會產(chǎn)生相應的熱變形，工藝系統(tǒng)在各種熱源作用下，會產(chǎn)生相應的熱變形，從而破壞工件與刀具間正確的相對位置，造成加工誤差。從而破壞工件與刀具間正確的相對位置，造成加工誤差。據(jù)統(tǒng)計，由于熱變形引起的加工誤差約占總加工誤差據(jù)統(tǒng)計，由于熱變形引起的加工誤差約占總加工誤差的的40%70%。工藝系統(tǒng)的熱變形不僅嚴重地影響加工精。工藝系統(tǒng)的熱變形不僅嚴重地影響加工精度，而且還影響加工效率的提高。度，而且還影響加工效率的提高。實現(xiàn)數(shù)控加工后，加工誤差不能再由人工進行補償，實現(xiàn)數(shù)控加工后，加工誤差不能再由人

26、工進行補償，全靠機床自動控制，因此熱變形的影響就顯得特別重要。全靠機床自動控制，因此熱變形的影響就顯得特別重要。工藝系統(tǒng)熱變形的問題已成為機械加工技術發(fā)展的一個重工藝系統(tǒng)熱變形的問題已成為機械加工技術發(fā)展的一個重大研究課題。大研究課題。（二）機床熱變形對加工精度的影響（二）機床熱變形對加工精度的影響機床熱變形會使機床的靜態(tài)幾何精度發(fā)生變化而影響加工精度，其中主軸部件、床身、導軌、立柱、工作臺等部件的熱變形，對加工精度影響最大。各類機床其結(jié)構、工作條件及熱源形式均不相同，因此機床各部件的溫升和熱變形情況是不一樣的。1、車、銑、鉆、鏜類機床：主軸箱中的齒輪、軸承摩擦發(fā)熱、潤滑油發(fā)熱。 2、龍門刨床

27、、牛頭刨床、立式車床類機床導軌副的摩擦熱 3、各種磨床砂輪主軸軸承的發(fā)熱和液壓系統(tǒng)的發(fā)熱（三）工件熱變形對加工精度的影響（三）工件熱變形對加工精度的影響1.工件均勻受熱工件均勻受熱在精密絲桿加工中，工件的熱伸長會產(chǎn)生螺距的累積在精密絲桿加工中，工件的熱伸長會產(chǎn)生螺距的累積誤差。誤差。在較長的軸類零件加工中，將出現(xiàn)錐度誤差。在較長的軸類零件加工中，將出現(xiàn)錐度誤差。2. 工件不均勻受熱工件不均勻受熱在刨削、銑削、磨削加工平面時，工件單面受熱，上在刨削、銑削、磨削加工平面時，工件單面受熱，上下平面間產(chǎn)生溫差，導致工件向上凸起，凸起部分被下平面間產(chǎn)生溫差，導致工件向上凸起，凸起部分被工具切去，加工完畢

28、冷卻后，加工表面就產(chǎn)生了中凹，工具切去，加工完畢冷卻后，加工表面就產(chǎn)生了中凹，造成了幾何形狀誤差。造成了幾何形狀誤差。（四）刀具熱變形對加工精度的影響（四）刀具熱變形對加工精度的影響刀具產(chǎn)生熱變形的主要熱源是切削熱。刀具受熱的伸長量可以達003005mm。刀具伸長影響加工精度，對加工中小零件來說一般只影響其尺寸精度，加工長軸外圓等會影響其形狀精度。刀具能夠迅速達到熱平衡，而刀具的磨損又能與刀具受到伸長進行部分的補償，故刀具變形對加工精度的影響并不顯著。（五）減少工藝系統(tǒng)熱變形的主要途徑（五）減少工藝系統(tǒng)熱變形的主要途徑 從結(jié)構設計上采取的技術措施 熱對稱結(jié)構設計有利于減少機床熱變形。 工藝上采

29、取的技術措施 保持恒定溫度，采用強制冷卻等工藝措施的實施有利于減少熱變形及其對加工精度的影響。6.2.1.4工件的內(nèi)應力變形 1、毛坯制造中產(chǎn)生的殘余應力、毛坯制造中產(chǎn)生的殘余應力 在鑄造、鍛造、焊接及熱處理過程中，由于工件各部分冷卻收縮在鑄造、鍛造、焊接及熱處理過程中，由于工件各部分冷卻收縮不均勻以及金相組織轉(zhuǎn)變時的體積變化，在毛坯內(nèi)部就會產(chǎn)生殘余不均勻以及金相組織轉(zhuǎn)變時的體積變化，在毛坯內(nèi)部就會產(chǎn)生殘余應力。應力。毛坯的結(jié)構越復雜，各部分壁厚越不均勻以及散熱條件相差越大，毛坯的結(jié)構越復雜，各部分壁厚越不均勻以及散熱條件相差越大，毛坯內(nèi)部產(chǎn)生的殘余應力就越大。毛坯內(nèi)部產(chǎn)生的殘余應力就越大。具

30、有殘余應力的毛坯，其內(nèi)部應力暫時處于相對平衡狀態(tài)，雖在短具有殘余應力的毛坯，其內(nèi)部應力暫時處于相對平衡狀態(tài)，雖在短期內(nèi)看不出有什么變化，但當加工時切去某些表面部分后，這種平期內(nèi)看不出有什么變化，但當加工時切去某些表面部分后，這種平衡就被打破，內(nèi)應力重新分布，并建立一種新的平衡狀態(tài)，工件明衡就被打破，內(nèi)應力重新分布，并建立一種新的平衡狀態(tài)，工件明顯地出現(xiàn)變形。顯地出現(xiàn)變形。鑄件殘余應力引起的變形鑄件殘余應力引起的變形 2、冷校直引起的殘余應力、冷校直引起的殘余應力 在外力在外力F的作用下，工件內(nèi)部的應力重新的作用下，工件內(nèi)部的應力重新分布，如分布，如圖圖b所示，在軸心線以上的部分所示，在軸心線以

31、上的部分產(chǎn)生壓應力（用負號表示），在軸心線以產(chǎn)生壓應力（用負號表示），在軸心線以下的部分產(chǎn)生拉應力（用正號表示）。在下的部分產(chǎn)生拉應力（用正號表示）。在軸心線和兩條虛線之間，是彈性變形區(qū)域，軸心線和兩條虛線之間，是彈性變形區(qū)域，在虛線以外是塑性變形區(qū)域。在虛線以外是塑性變形區(qū)域。 當外力當外力F去除后，彈性變形本可完去除后，彈性變形本可完全恢復，但因塑性變形部分的阻止全恢復，但因塑性變形部分的阻止而恢復不了，使殘余應力重新分布而恢復不了，使殘余應力重新分布而達到平衡，如而達到平衡，如圖圖c所示。所示。n對精度要求較高的細長軸（如精密對精度要求較高的細長軸（如精密絲杠），絲杠），不允許采用冷校直

32、不允許采用冷校直來減小來減小彎曲變形，而采用加大毛坯余量，彎曲變形，而采用加大毛坯余量，經(jīng)過多次切削和時效處理來消除內(nèi)經(jīng)過多次切削和時效處理來消除內(nèi)應力，或采用熱校直。應力，或采用熱校直。 3、切削加工中引起的殘余應力、切削加工中引起的殘余應力 工件在切削加工時，其表面層在切削力和切削熱的作工件在切削加工時，其表面層在切削力和切削熱的作用下，會產(chǎn)生不同程度的塑性變形，引起體積改變，從而用下，會產(chǎn)生不同程度的塑性變形，引起體積改變，從而產(chǎn)生殘余應力。這種殘余應力的分布情況由加工時的工藝產(chǎn)生殘余應力。這種殘余應力的分布情況由加工時的工藝因素決定。因素決定。 內(nèi)部有殘余應力的工件在切去表面的一層金屬

33、后，殘余應內(nèi)部有殘余應力的工件在切去表面的一層金屬后，殘余應力要重新分布，從而引起工件的變形。力要重新分布，從而引起工件的變形。 在擬定工藝規(guī)程時，要將加工劃分為粗、精等不同階段進在擬定工藝規(guī)程時，要將加工劃分為粗、精等不同階段進行，以使粗加工后內(nèi)應力重新分布所產(chǎn)生的變形在精加工行，以使粗加工后內(nèi)應力重新分布所產(chǎn)生的變形在精加工階段去除。階段去除。 對質(zhì)量和體積均很大的笨重零件，即使在同一臺重型機床對質(zhì)量和體積均很大的笨重零件，即使在同一臺重型機床進行粗精加工也應該在粗加工后將被夾緊的工作松開，使進行粗精加工也應該在粗加工后將被夾緊的工作松開，使之有充足時間重新分布內(nèi)應力，在使其充分變形后，然

34、后之有充足時間重新分布內(nèi)應力，在使其充分變形后，然后重新夾緊進行精加工。重新夾緊進行精加工。4、減小或消除內(nèi)應力的技術措施 合理設計零件結(jié)構。在零件結(jié)構設計中，應盡量縮小零件各部分厚度尺寸之間的差異，以減小鑄、鍛件毛坯在制造中產(chǎn)生的應力。 采取時效處理。對精密零件實施自然時效處理，其余類型零件實施人工時效處理或振動時效處理，可減小或消除內(nèi)應力。6.2.2 表面質(zhì)量的影響因素分析6.2.2.1影響表面粗糙度的因素影響表面粗糙度的因素（一）切削加工表面粗糙度（一）切削加工表面粗糙度1、幾何因素、幾何因素刀尖圓弧半徑刀尖圓弧半徑r、主偏角、主偏角kr、副偏角、副偏角kr、進給量、進給量f車削、刨削時

35、殘留面積高度車削、刨削時殘留面積高度2、物理力學因素、物理力學因素（1）工件材料的影響）工件材料的影響 韌性材料：工件材料韌性愈好，金屬塑性變形愈大，加工韌性材料：工件材料韌性愈好，金屬塑性變形愈大，加工表面愈粗糙。故對中碳鋼和低碳鋼材料的工件，為改善切表面愈粗糙。故對中碳鋼和低碳鋼材料的工件，為改善切削性能，減小表面粗糙度，常在粗加工或精加工前安排正削性能，減小表面粗糙度，常在粗加工或精加工前安排正火或調(diào)質(zhì)處理?；鸹蛘{(diào)質(zhì)處理。 脆性材料：加工脆性材料時，其切削呈碎粒狀，由于切脆性材料：加工脆性材料時，其切削呈碎粒狀，由于切屑的崩碎而在加工表面留下許多麻點，使表面粗糙。屑的崩碎而在加工表面留下

36、許多麻點，使表面粗糙。（2）切削速度的影響）切削速度的影響（3）進給量的影響）進給量的影響（4）其它因素的影響）其它因素的影響合理使用冷卻潤滑液，適當增大刀具的前角，提高刀合理使用冷卻潤滑液，適當增大刀具的前角，提高刀具的刃磨質(zhì)量等，均能有效地減小表面粗糙度值。具的刃磨質(zhì)量等，均能有效地減小表面粗糙度值。（二）磨削加工表面粗糙度（二）磨削加工表面粗糙度1、 磨削中影響粗糙度的幾何因素磨削中影響粗糙度的幾何因素（1）砂輪的磨粒）砂輪的磨粒 磨粒在砂輪上的分布越均勻、磨粒越細，刃口的等磨粒在砂輪上的分布越均勻、磨粒越細，刃口的等高性越好。則砂輪單位面積上參加磨削的磨粒越多，磨高性越好。則砂輪單位面

37、積上參加磨削的磨粒越多，磨削表面上的刻痕就越細密均勻，表面粗糙度值就越小。削表面上的刻痕就越細密均勻，表面粗糙度值就越小。（2）砂輪修整）砂輪修整（3）磨削用量）磨削用量 砂輪轉(zhuǎn)速越高，單位時間內(nèi)通過被磨表面的磨粒數(shù)越多，砂輪轉(zhuǎn)速越高，單位時間內(nèi)通過被磨表面的磨粒數(shù)越多，表面粗糙度值就越小。表面粗糙度值就越小。 工件轉(zhuǎn)速對表面粗糙度值的影響剛好與砂輪轉(zhuǎn)速的影響工件轉(zhuǎn)速對表面粗糙度值的影響剛好與砂輪轉(zhuǎn)速的影響相反。工件的轉(zhuǎn)速增大，通過加工表面的磨粒數(shù)減少，相反。工件的轉(zhuǎn)速增大，通過加工表面的磨粒數(shù)減少，因此表面粗糙度值增大。因此表面粗糙度值增大。 砂輪的縱向進給量小于砂輪的寬度時，工件表面將被重

38、砂輪的縱向進給量小于砂輪的寬度時，工件表面將被重疊切削，而被磨次數(shù)越多，工件表面粗糙度值就越小。疊切削，而被磨次數(shù)越多，工件表面粗糙度值就越小。2、 磨削中影響粗糙度的物理因素磨削中影響粗糙度的物理因素（1）磨削用量）磨削用量 砂輪的轉(zhuǎn)速砂輪的轉(zhuǎn)速 材料塑性變形材料塑性變形 表面粗糙度值表面粗糙度值 ；磨削深度磨削深度、工件速度工件速度 塑性變形塑性變形 表面粗糙度值表面粗糙度值 ； 為提高磨削效率，通常在開始磨削時采用較大的徑向進給量，為提高磨削效率，通常在開始磨削時采用較大的徑向進給量，而在磨削后期采用較小的徑向進給量或無進給量磨削，以減小表而在磨削后期采用較小的徑向進給量或無進給量磨削，

39、以減小表面粗糙度值。面粗糙度值。（2）工件材料）工件材料太硬易使磨粒磨鈍 Ra ；太軟容易堵塞砂輪Ra ；韌性太大，熱導率差會使磨粒早期崩落Ra 。（3）砂輪粒度與硬度）砂輪粒度與硬度 磨粒太細，砂輪易被磨屑堵塞，使表面粗糙度值增大，若導磨粒太細，砂輪易被磨屑堵塞，使表面粗糙度值增大，若導熱情況不好，還會燒傷工件表面。熱情況不好，還會燒傷工件表面。砂輪太硬，使表面粗糙度增大；砂輪太硬，使表面粗糙度增大；砂輪選得太軟，使表面粗糙度值增大。砂輪選得太軟，使表面粗糙度值增大。機械加工中的振動一、振動對機械加工的影響 振動會在工件加工表面出現(xiàn)振紋，降低了工件的加工精度和表面質(zhì)量； 振動會引起刀具崩刃打刀現(xiàn)象并加速刀具或砂輪的磨損； 振動使機床連接部分松動，影響運動副的工作性能，并導致機床喪失精度； 強烈的振動及伴隨而來的噪聲，還會污染環(huán)境，危害操作者的身心健康。為減小加工過程中的振動，有時不得不降低切削用量，使機械加工生產(chǎn)率降低。二、機械加工中振動的種類及其主要特點6.3提高加工精度和表面質(zhì)量的途徑6.3.1提高加工精度的途徑提高加工精度的途徑一、查明原因直接消除一、查明