第五章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制ppt課件

1、第 5 章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制市場競爭的中心是產(chǎn)品，而質(zhì)量是產(chǎn)品參與猛烈市場競爭的重要要素，產(chǎn)品的質(zhì)量是指用戶對產(chǎn)品的稱心程度；用現(xiàn)代的質(zhì)量觀看，它包括產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量、制造質(zhì)量和效力質(zhì)量。設(shè)計質(zhì)量主要是指所設(shè)計的產(chǎn)品與用戶顧客的期望之間的符合程度；制造質(zhì)量是指產(chǎn)品的制造與設(shè)計的符合程度；效力質(zhì)量是指售前效力、售后培訓(xùn)、維修及安裝等。在猛烈的市場競爭中，為了使企業(yè)獲得和堅持良好的經(jīng)濟(jì)效益，必需實施全面質(zhì)量管理。其中產(chǎn)品的制造質(zhì)量主要與零件的制造質(zhì)量、產(chǎn)品的裝配質(zhì)量有關(guān)。零件的制造質(zhì)量是保證產(chǎn)質(zhì)量量的根底5.1 機(jī)械加工精度5.2 機(jī)械加工外表質(zhì)量思索題與練習(xí).5.1 機(jī)械加工精度5.1.1

2、加工精度的根本概念5.1.2 影響加工精度的要素原始誤差工藝系統(tǒng)的幾何誤差工藝系統(tǒng)的受力變形工藝系統(tǒng)的熱變形工件應(yīng)力引起的變形 5.1.3 加工誤差的統(tǒng)計分析5.1.4 提高加工精度的途徑.5.1.1 加工精度的根本概念加工精度 零件在加工后的實踐幾何參數(shù)尺寸、外形和位置與理想幾何參數(shù)的符合程度加工誤差 加工后零件的實踐幾何參數(shù)尺寸、外形和位置對理想幾何參數(shù)的偏向程度零件的加工精度包括尺寸精度、外形精度、位置精度三方面.原始誤差工藝系統(tǒng)：零件的機(jī)械加工是在工藝系統(tǒng)中進(jìn)展的，機(jī)床、夾具、刀具和工件組成了一個完好的工藝系統(tǒng)定義：工藝系統(tǒng)的誤差稱為原始誤差 工藝系統(tǒng)的原始誤差根據(jù)產(chǎn)生的階段不同，可歸

3、納如圖5-1所示 .圖5-1 原始誤差的分類 原始誤差加工前的誤差加工過程中的誤差加工后的誤差加工原理誤差調(diào)整誤差工件裝夾誤差機(jī)床誤差夾具誤差刀具制造誤差工藝系統(tǒng)受力變形工藝系統(tǒng)熱變形刀具磨損工件剩余應(yīng)力引起的變形丈量誤差.工藝系統(tǒng)的幾何誤差加工原理誤差機(jī)床的誤差主軸回轉(zhuǎn)誤差主軸回轉(zhuǎn)誤差的概念影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要要素機(jī)床導(dǎo)軌誤差 機(jī)床傳動鏈誤差 刀具的幾何誤差夾具的幾何誤差定位誤差.加工原理誤差定義：采用了近似的成形運動或近似的切削刃外形所產(chǎn)生的加工誤差 實際上為了獲得設(shè)計規(guī)定的零件加工外表，要求切削刃完全符合實際曲線外形，刀具和工件之間必需堅持準(zhǔn)確的運動關(guān)系。但在實踐消費中為了簡化機(jī)床或刀

4、具的設(shè)計和制造，降低消費本錢，提高消費率，允許在保證零件加工精度的前提下采用近似加工原理.主軸回轉(zhuǎn)誤差的概念定義：主軸回轉(zhuǎn)時，主軸各瞬間的實踐回轉(zhuǎn)軸線對其理想回轉(zhuǎn)軸線的漂移根本方式：徑向跳動：實踐回轉(zhuǎn)軸線一直平行于理想回轉(zhuǎn)軸線，在一個平面內(nèi)作等幅的跳動軸向跳動：實踐回轉(zhuǎn)軸線一直沿理想回轉(zhuǎn)軸線作等幅的竄動角度擺動：實踐回轉(zhuǎn)軸線與理想回轉(zhuǎn)軸線一直成一傾斜角，在一個平面上作等幅擺動，且交點位置不變.影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要要素影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要要素有：軸承本身的誤差、軸承的間隙、主軸各段軸徑同軸度誤差、軸承之間的同軸度誤差及主軸系統(tǒng)的剛度和熱變形等滑動軸承滾動軸承.滑動軸承車床圖5-3a 軸徑不圓

5、引起車床主軸向跳動留意其頻率特性鏜床圖5-3b 軸承孔不圓引起鏜床主軸徑向跳動圖5-3a圖5-3b .滾動軸承與軸承本身的精度有關(guān)，很大程度上又與配合件的精度有關(guān)。如主軸軸頸與支撐座孔各自的圓度誤差、波度和同軸度，止推面或軸肩與回轉(zhuǎn)軸線的垂直度、滾道的圓度、波度，滾動體的圓度誤差和尺寸誤差等，如圖5-4所示 圖5-4 滾動軸承的幾何誤差.機(jī)床導(dǎo)軌誤差導(dǎo)軌是機(jī)床上確定各主要部件相對位置關(guān)系及運動的基準(zhǔn)導(dǎo)軌的誤差將直接影響加工精度車床及磨床導(dǎo)軌精度要求有三個方面：在程度面內(nèi)的直線度；在垂直面內(nèi)的直線度；前后導(dǎo)軌的平行度扭曲1 導(dǎo)軌在程度面內(nèi)的直線度誤差:圖5-5所示2 導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差:

6、圖5-6所示3 前后導(dǎo)軌的平行度誤差扭曲:圖5-7所示.圖5-5 臥式車床導(dǎo)軌直線度誤差. 圖5-6 臥式車床導(dǎo)軌垂直面內(nèi)直線度誤差對工件加工精度的影響圖5-7 臥式車床導(dǎo)軌扭曲對工件加工精度的影響 .機(jī)床傳動鏈誤差定義：指機(jī)床內(nèi)聯(lián)絡(luò)傳動鏈?zhǔn)寄﹥啥藗鲃釉g相對運動的誤差在螺紋加工、展成法加工中，由于要求機(jī)床傳動鏈保證刀具與工件之間具有準(zhǔn)確的速比關(guān)系，故機(jī)床傳動鏈誤差對加工精度影響很大 .刀具的幾何誤差采用定尺寸刀具如鉆頭、鉸刀、鍵槽銑刀、鏜刀塊、圓拉刀等加工時，刀具的尺寸精度直接影響工件的尺寸精度 采用成形刀具如成形車刀、成形銑刀、成形砂輪等加工時，刀具的外形精度將直接影響工件的外形精度 采

7、用展成刀具如齒輪滾刀、花鍵滾刀、插齒刀等加工時，刀具切削刃的幾何外形誤差會影響工件的加工精度 對普通刀具如車刀、鏜刀、銑刀等，其制造精度對工件加工精度沒有直接影響，但這一類刀具耐用度低，易磨損 .夾具的幾何誤差夾具的作用：保證加工時工件在刀具和機(jī)床之間具有正確的位置，故夾具的幾何誤差對工件的尺寸精度和位置精度影響很大夾具幾何誤差的內(nèi)容：夾具的制造誤差夾具的安裝誤差主要是指組成夾具的定位元件、刀具導(dǎo)向元件、分度機(jī)構(gòu)、夾詳細(xì)等的制造誤差、安裝誤差及運用中的磨損.定位誤差定義：工件采用調(diào)整法加工時因定位不準(zhǔn)確而引起的尺寸或位置的最大變動量定位誤差的來源：基準(zhǔn)不重合誤差定位副制造不準(zhǔn)確誤差 定位誤差是

8、基準(zhǔn)不重合誤差和定位副制造不準(zhǔn)確誤差綜協(xié)作用的結(jié)果，由于這兩項誤差的方向有能夠不在同一個方向，故定位誤差等于基準(zhǔn)不重合誤差與定位副制造不準(zhǔn)確誤差的矢量和 .基準(zhǔn)不重合誤差基準(zhǔn)：用來確定零件上幾何要素之間的幾何關(guān)系所根據(jù)的點、線、面設(shè)計基準(zhǔn)：在零件圖上用來確定某一外表的尺寸、位置所根據(jù)的基準(zhǔn)工序基準(zhǔn)：在工序圖上用來確定本工序被加工外表加工后的尺寸、位置所根據(jù)的基準(zhǔn)實際上要求工序基準(zhǔn)應(yīng)與設(shè)計基準(zhǔn)重合，加工工件時，須選擇工件上假設(shè)干幾何要素作為加工或丈量時的定位基準(zhǔn)或丈量基準(zhǔn)，如所選的定位基準(zhǔn)或丈量基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)不重合時，就會產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合誤差，它等于定位基準(zhǔn)相對于設(shè)計基準(zhǔn)在工序尺寸方向上的最大變動

9、量，且只在采用調(diào)整法加工時才會產(chǎn)生，在試切法加工時不會產(chǎn)生 .定位副制造不準(zhǔn)確誤差工件在夾具中的正確位置由夾具上的定位元件來確定，夾具上的定位元件不能夠按照根本尺寸制造得絕對準(zhǔn)確，它們的實踐尺寸或位置都允許在分別規(guī)定的公差范圍內(nèi)變動，同時，工件上的定位基準(zhǔn)面也同樣存在制造誤差工件定位面與夾具定位元件組成了定位副，由于定位副制造的不準(zhǔn)確以及定位副間隙引起的工件最大位置的變動量，稱為定位副制造不準(zhǔn)確誤差 .工藝系統(tǒng)的受力變形根本概念零件的剛度工藝系統(tǒng)中假設(shè)零件的剛度相對于機(jī)床、刀具、夾具來說比較低，在切削力的作用下，工件由于剛性缺乏而引起的變形對其加工精度的影響會很大，外形規(guī)那么、構(gòu)造簡單的零件的

10、剛度可用有關(guān)力學(xué)公式估算刀具的剛度外圓車刀在加工外表時法線方向上的剛度很大，其變形可以忽略不計鏜直徑較小的內(nèi)孔時，刀桿剛性很差，其受力變形對孔加工精度影響很大 機(jī)床部件的剛度工藝系統(tǒng)的受力變形對加工精度的影響.根本概念切削加工時，機(jī)械加工工藝系統(tǒng)在切削力、夾緊力、慣性力、重力等力的作用下，會產(chǎn)生相應(yīng)的變形，從而破壞了刀具和工件之間的正確的相對位置，呵斥了加工誤差例如，在車削細(xì)長軸時，工件在切削力的作用下會發(fā)生變形，使加工出的軸產(chǎn)生了鼓形的圓柱度誤差見圖5-8a 在臥式鏜床上鏜孔時，假設(shè)鏜桿作進(jìn)給運動，由于鏜桿彎曲的變形，加工后的工件孔會產(chǎn)生拋物線回轉(zhuǎn)體誤差見圖5-8b .加工時工件彎曲加工后工

11、件呈鼓形ab圖5-8 工藝系統(tǒng)受力變形引起的加工誤差.機(jī)床部件的剛度機(jī)床部件的剛度影響機(jī)床部件剛度的要素接合面接觸變形：零件外表總是存在幾何外形誤差和粗糙度，所以結(jié)合面的實踐面積只是名義接觸面積的一小部分，見圖5-11 低剛度零件本身變形：機(jī)床部件中，個別剛度很低的零件對整體部件剛度影響很大，見圖5-12 銜接外表間的間隙：機(jī)床部件受力變形時，首先會消除各有關(guān)零件間的間隙，間隙消除后，接觸外表開場產(chǎn)生接觸變形和彈性變形，相應(yīng)剛度較大接觸外表之間的摩擦：機(jī)床部件在受力變形的過程中由于有摩擦力的作用，經(jīng)多次加載、卸載之后，加載曲線與卸載曲線不重合 受力方向及作用力矩：在前面的靜剛度實驗中，所施加的

12、載荷及丈量的變形的方向都在Y方向，這只是模擬了切削過程中起決議作用的力和位移.機(jī)床部件的剛度機(jī)床的構(gòu)造外形復(fù)雜，其中機(jī)床部件又由很多零件組成，其剛度的計算很難用實際公式來完成，故機(jī)床部件剛度計算目前主要是經(jīng)過實驗方法來測定 圖5-9為單向測定車床靜剛度的實驗方法 圖5-10是一臺車床刀架部件經(jīng)三次加載和卸載的靜剛度曲線。其特點如下： 1力與變形呈非線性關(guān)系闡明機(jī)床部件的變形不單純是彈性變形 2加載曲線與卸載曲線不重合 3第一次加載與卸載后曲線不封鎖 4機(jī)床部件實踐剛度比按實踐估算的要小 .圖5-9 車床部件靜剛度的測定.圖5-10 車床刀架部件的靜剛度曲線.圖5-11 兩零件接合面間的接觸情況

13、AA 放大.圖5-12 部件中的薄弱零件的變形.工藝系統(tǒng)的受力變形及其對加工精度的影響工藝系統(tǒng)的變形工藝系統(tǒng)的受力變形及其對加工精度的影響切削力位置的變化對零件加工精度的影響隨受力點的位置變化發(fā)生變化 切削力大小變化對工件加工精度的影響夾緊力對加工精度的影響 機(jī)床部件和工件分量對加工精度的影響 其他作用力對零件加工精度的影響如慣性力、傳動力 .工藝系統(tǒng)的變形工藝系統(tǒng)在切削力的作用下，都會產(chǎn)生不同程度的變形，導(dǎo)致刀具和被加工外表的相對位置發(fā)生變化，從而使工件產(chǎn)生加工誤差工藝系統(tǒng)的變形等于各組成部分變形的疊加，即 式中，機(jī)床變形量，；夾具變形量，； 刀具變形量， ； 工件的變形量，。.工藝系統(tǒng)各部

14、件的剛度式中，機(jī)床剛度，N/ ；夾具剛度，N/ ；刀具剛度，N/ ；工件剛度，N/ 。.工藝系統(tǒng)的剛度 由上式可知，知道了工藝系統(tǒng)各組成部分的剛度后，就可以計算出整個系統(tǒng)的剛度，并且整個工藝系統(tǒng)的剛度要比其中剛度最小的那個環(huán)節(jié)的剛度還要差 .設(shè)作用在主軸箱和尾座上的力分別為FA、FB，那么可求出系統(tǒng)的變形及剛度如下：圖5-13 車削外圓時工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響切削力位置的變化對零件加工精度的影響.切削力大小變化對工件加工精度的影響在對零件同一截面內(nèi)進(jìn)展切削時，由于工件材質(zhì)不均或加工余量的變化，會引起切削力的變化，使工藝系統(tǒng)發(fā)生變形，導(dǎo)致工件出現(xiàn)加工誤差如圖5-14，尺寸誤差和形位誤差

15、都存在復(fù)映景象圖 5-14 毛胚外形誤差的復(fù)印.夾緊力對加工精度的影響工件的剛度比較低或夾緊力的方向和施力點選擇不當(dāng),裝夾過程中會引起工件的變形,從而導(dǎo)致工件的加工誤差例如用三爪自定心卡盤夾持薄壁套筒作鏜孔加工,如圖5-15，為薄壁套夾緊變形誤差圖 5-15 薄壁套筒夾緊變形誤差 .機(jī)床部件和工件分量對加工精度的影響有些大型機(jī)床由于本身重力過大會引起相應(yīng)的變形，從而呵斥工件加工誤差。例如大型立車在刀架的自重下引起橫梁變形，呵斥工件端面的平面度誤差及外圓上的錐度。工件的直徑越大，加工誤差也越大對于大型工件的加工如磨削床身導(dǎo)軌面，工件自重引起的變形有時會成為產(chǎn)生加工外形誤差的主要緣由。在實踐消費中

16、，裝夾大型工件時，恰當(dāng)布置支承可以減小自重引起的變形5-附圖1所示 .龍門銑橫梁變形龍門銑橫梁變形轉(zhuǎn)移龍門銑橫梁變形補償5-附圖1 大型工件變形轉(zhuǎn)移、補償設(shè)計.其他作用力對零件加工精度的影響減小工藝系統(tǒng)受力變形是保證加工精度的有效途徑之一。在消費中，主要從兩個方面思索。首先是提高工藝系統(tǒng)剛度，這包括提高機(jī)床剛度，即配合面的接觸剛度、零部件的剛度、堅持有關(guān)部位適度預(yù)緊和合理間隙等，運用中心架或跟刀架等工藝措施提高工件和刀具的剛度，采用合理的裝夾和加工方式；其次減小載荷及其變化，如合理地選擇刀具資料、幾何角度以及切削要素，盡量使同一批加工件的加工余量和加工資料均勻，將切削力的變動幅度控制在某一答應(yīng)

17、范圍內(nèi)。.工藝系統(tǒng)的熱變形熱變形對加工精度影響比較大，尤其是在精細(xì)加工和大件加工中，由熱變形所引起的加工誤差通常會占到工件加工總誤差的4070 工藝系統(tǒng)的熱源 工件熱變形對加工精度的影響 刀具熱變形對加工精度的影響 機(jī)床熱變形對加工精度的影響 (5)工藝系統(tǒng)的熱平衡以及減小其熱變形的途徑.工藝系統(tǒng)的熱源切削熱摩擦熱派生熱源環(huán)境溫度輻射熱工藝系統(tǒng)熱源內(nèi)部熱源外部熱源切削熱是由切削過程中工件切削層金屬彈性變形、塑性變形以及刀具、工件與切削之間的摩擦所耗費的能量轉(zhuǎn)化而來的對加工精度的影響最為直接切削熱與被加工的資料、刀具幾何參數(shù)、切削用量及切削時的冷卻光滑條件有直接的關(guān)系摩擦熱主要來源：工藝系統(tǒng)的運

18、動副如齒輪副、軸承副、導(dǎo)軌副、螺母絲杠副、離合器副等的相對運動所產(chǎn)生的摩擦熱及因動力源如電動機(jī)、液壓系統(tǒng)等任務(wù)時的能量損失而產(chǎn)生的熱工藝系統(tǒng)內(nèi)部的部分熱量經(jīng)過切屑、切削液、光滑液等帶到機(jī)床其他部位，構(gòu)成了派生熱源，因此使系統(tǒng)產(chǎn)生熱變形以對流傳送為主要傳送方式的環(huán)境溫度的變化如氣溫的變化，空調(diào)溫度，地基溫度的變化等影響工藝系統(tǒng)的受熱均勻性，從而影響工件的加工精度以輻射為傳送方式的輻射熱如陽光、燈光照明、加熱器、人體溫度等對工藝系統(tǒng)輻射的單面性或部分性而使工藝系統(tǒng)產(chǎn)生熱變形，從而影響工件的加工精度請單擊4下.工件熱變形對加工精度的影響機(jī)械加工過程中，工件熱變形的熱源主要是切削熱 1工件均勻受熱 2

19、工件不均勻受熱 在銑、刨及磨削加工中容易出現(xiàn)如下情況：長軸類零件磨削時的熱變形薄片類零件的熱變形 上下外表之間構(gòu)成溫差，導(dǎo)致 工件向上凸起，凸起部分被工具切去。加工終了冷卻 后，加工外表就產(chǎn)生了中凹外形的幾何誤差。.長軸類零件磨削時的熱變形磨削長軸類零件時，由于沿工件軸向切削時間存在先后，故隨著切削的進(jìn)展，工件的溫升逐漸添加，熱膨脹也逐漸添加，導(dǎo)致直徑變大，到加工終了時增至最大，因此磨削深度也隨之增大工件冷卻后那么產(chǎn)生錐形的幾何誤差，如圖5-16所示 圖5-16 長軸熱變形引起的外形誤差.刀具熱變形對加工精度的影響刀具熱變形的熱源主要是切削熱切削加工中，約有10的切削熱傳給了刀具，比例雖然不大

20、，但由于刀具尺寸小、熱容量小、刀具溫升較高，刀頭部位的溫升更高，故其對加工精度的影響不容忽視象高速鋼車刀車削外圓時，刀刃部分的溫度可達(dá)700800，刀具伸長可達(dá)0.030.05mm圖5-17為車削時車刀的熱變形曲線1刀具延續(xù)切削時:曲線A是刀具延續(xù)任務(wù)時的熱伸長曲線 2刀具延續(xù)切削時:延續(xù)切削熱變形曲線見圖5-17中曲線C 為了減小刀具的熱變形，應(yīng)合理選擇切削用量和刀具幾何參數(shù)，并給予充分的冷卻和光滑，以減少切削熱，降低切削溫度 .圖5-17 車刀熱變形曲線.機(jī)床熱變形對加工精度的影響由于機(jī)床熱源分布的不均勻、機(jī)床構(gòu)造的復(fù)雜性以及機(jī)床任務(wù)條件變化很大等緣由，機(jī)床各部件溫升不同，甚至同一零件的不

21、同部位溫升也有差別，從而破壞了機(jī)床原有的相互位置關(guān)系，使工件產(chǎn)生加工誤差不同機(jī)床，其主要熱源不同，對加工精度的影響也不同車、銑、鉆、鏜等機(jī)床的主要熱源是主軸箱 .(5)工藝系統(tǒng)的熱平衡以及減小其熱變形的途徑1)工藝系統(tǒng)熱平衡 工藝系統(tǒng)在各種熱源熱用下溫度會逐漸升高，同時它們也經(jīng)過各種傳熱方式向周圍介質(zhì)分發(fā)熱量。當(dāng)工藝系統(tǒng)的溫度到達(dá)某一數(shù)值，且單位時間內(nèi)散出的熱量與熱源傳入的熱量趨于相等時，就到達(dá)了工藝系統(tǒng)熱平衡形狀。在熱平衡形狀中，工藝系統(tǒng)各部分的溫度就堅持在相對固定的數(shù)值上，同時其熱變形也就相應(yīng)地趨于穩(wěn)定。由于作用于工藝系統(tǒng)各部分的熱源的發(fā)熱量、位置和時間各不一樣，其熱容量、散熱條件也會不一

22、樣，因此各部分的溫升也是不等的。物體中各點溫度的分布稱為溫度場。當(dāng)物體未到達(dá)熱平衡或處于不穩(wěn)態(tài)溫度場時，其各點溫度既是位置坐標(biāo)的函數(shù)也是時間的函數(shù)；當(dāng)物體到達(dá)熱平衡或處于穩(wěn)態(tài)溫度場時，各點溫度將不隨時間而變化，而僅是其位置坐標(biāo)的函數(shù)。.(5)工藝系統(tǒng)的熱平衡以及減小其熱變形的途徑2) 減小工藝系統(tǒng)熱變形的途徑熱減少熱源發(fā)熱和隔離熱源 盡量將熱源從機(jī)床內(nèi)部分離出去，如電動機(jī)、變速箱、液壓系統(tǒng)等均應(yīng)盡能夠移出；對于不能分別的熱源，如主軸軸承、絲桿螺母副等那么可以從構(gòu)造設(shè)計、光滑等方面改善摩擦特性、減少發(fā)熱；也可以用隔熱資料將發(fā)熱部件和機(jī)床大件隔分開來。對于不便移置和隔離的發(fā)熱量大的熱源也可用強迫式

23、的風(fēng)冷、水冷、散熱片、循環(huán)光滑冷卻等措施散熱 平衡溫度場 采用平衡溫度場的設(shè)計和措施，保證機(jī)床零部件溫升均勻，使機(jī)床本身趨于熱平衡形狀加快溫度場平衡和強化散熱 在加工工件前機(jī)床高速空運轉(zhuǎn)，使其短時間到達(dá)熱平衡后再換成任務(wù)速度進(jìn)展加工；或在機(jī)床溫升較高、較低位置，附加“控制熱源平衡溫度場，促使其更快地到達(dá)熱平衡形狀改良機(jī)床構(gòu)造 采用熱對稱、減小和轉(zhuǎn)移誤差敏感方向的熱伸長量等構(gòu)造，減少機(jī)床零部件熱變形，減少工件加工誤差.工件應(yīng)力引起的變形根本概念定義：外部載荷去除以后，依然存在于零件內(nèi)部的應(yīng)力，稱為應(yīng)力 工件一旦產(chǎn)生應(yīng)力之后，就會使工件金屬處于一種高能位的不穩(wěn)定形狀，它天性地要向低能位的穩(wěn)定形狀

24、轉(zhuǎn)化，并伴隨著變形的發(fā)生，從而導(dǎo)致工件喪失原有的加工精度 剩余應(yīng)力的產(chǎn)生熱加工中剩余應(yīng)力的產(chǎn)生 冷校直產(chǎn)生的剩余應(yīng)力 切削加工帶來的剩余應(yīng)力.熱加工中剩余應(yīng)力的產(chǎn)生在鑄、鍛、焊、熱處置等工序中由于工件壁厚不均、冷卻不均以及金相組織轉(zhuǎn)變的體積變化，使毛坯內(nèi)部產(chǎn)生了相當(dāng)大的剩余應(yīng)力。毛坯的構(gòu)造愈復(fù)雜，各部分厚度愈不均勻，散熱條件相差愈大，那么在毛坯內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力越大。具有剩余應(yīng)力的毛坯暫時處于相對平衡形狀，如圖5-18(a)所示，但當(dāng)切去一層金屬后，這種平衡形狀被突破，剩余應(yīng)力會重新分布，導(dǎo)致工件出現(xiàn)明顯的變形，如圖5-18(b)所示。 圖5-18 床身因剩余應(yīng)力引起的變化.冷校直產(chǎn)生的剩余應(yīng)力細(xì)

25、長軸類零件經(jīng)車削后，棒料在軋制中產(chǎn)生的剩余應(yīng)力要重新分布，使軸出現(xiàn)彎曲。為了校正這種變形，在原有變形的相反方向加外力，使工件向相反方向彎曲，工件除受拉、壓應(yīng)力發(fā)生彈性變形外，其外層還產(chǎn)生塑性變形，以到達(dá)校直的目的，這就是冷校直。在外力的作用下，被冷校直工件內(nèi)部應(yīng)力重新分布；當(dāng)外力去除后，外層的塑性變形部分牽制了彈性變形的恢復(fù)，產(chǎn)生了新的剩余應(yīng)力平衡形狀。所以說，冷校直后的工件雖然減少了彎曲變形，但依然處于不穩(wěn)定形狀，還會產(chǎn)生新的彎曲變形。.切削加工帶來的剩余應(yīng)力切削過程中產(chǎn)生的力和熱，也會使工件產(chǎn)生剩余應(yīng)力。減小剩余應(yīng)力引起的變形誤差,可以經(jīng)過改良零件構(gòu)造設(shè)計,盡量做到構(gòu)造對稱、壁厚均勻來減少

26、剩余應(yīng)力的產(chǎn)生；熱加工件在進(jìn)入機(jī)械加工前,進(jìn)展適當(dāng)熱處置以加速剩余應(yīng)力變形的進(jìn)程；精細(xì)、重要零件除了留意粗、精加工分階段外,還應(yīng)在工序間酌情交叉適當(dāng)熱處置，以到達(dá)松弛和消除剩余應(yīng)力的目的。.5.1.3 加工誤差的統(tǒng)計概述加工誤差分類系統(tǒng)誤差隨機(jī)誤差正態(tài)分布正態(tài)分布的數(shù)學(xué)模型、特征參數(shù)和特殊點規(guī)范正態(tài)分布工件尺寸在某區(qū)間的概率工藝過程的分布圖分析(1)工藝過程的穩(wěn)定性(2)工藝過程的分布圖分析工藝過程的點圖分析.系統(tǒng)誤差分類：常值性系統(tǒng)誤差定義：在延續(xù)加工一批工件時，大小和方向均堅持不變的誤差例如：機(jī)床、刀具、夾具、量具等的制造誤差及調(diào)整誤差變值性系統(tǒng)誤差定義：在延續(xù)加工一批工件中，大小和方向有

27、規(guī)律變化的誤差例如： 刀具的磨損引起的加工誤差、工藝系統(tǒng)熱變形引起的加工誤差從上述誤差定義可以看出，常值性系統(tǒng)誤差與加工順序無關(guān)，而變值性系統(tǒng)誤差與加工順序有關(guān) .隨機(jī)誤差定義：在延續(xù)加工一批工件時，大小和方向無規(guī)那么變化的誤差例如：加工時的定位誤差、夾緊誤差、加工余量不均勻引起的誤差等對系統(tǒng)誤差，可循其產(chǎn)生的規(guī)律加以調(diào)整或補償來消除，而對隨機(jī)誤差，只能減少其變動范圍，無法完全消除根據(jù)概率論與數(shù)理統(tǒng)計學(xué)，隨機(jī)誤差的統(tǒng)計規(guī)律可用概率分布表示 .正態(tài)分布的數(shù)學(xué)模型、特征參數(shù)和特殊點機(jī)械加工中，工件的尺寸誤差是由很多相互獨立的隨機(jī)誤差綜協(xié)作用的結(jié)果，假設(shè)其中沒有一個隨機(jī)誤差起絕對作用，那么加工后工件

28、的尺寸呈正態(tài)分布,見圖5-19.正態(tài)分布曲線方程如下：式中， yx正態(tài)分布的概率密度； 算數(shù)平均值； 規(guī)范偏向。圖 5-19 正態(tài)分布曲線的特殊點.實踐消費中，通常 ，為查表方便，需將非規(guī)范正態(tài)分布轉(zhuǎn)換成規(guī)范正態(tài)分布。令規(guī)范正態(tài)分布 =0， =1的正態(tài)分布為規(guī)范分布，其概率分布密度如下式：，那么.工件尺寸在某區(qū)間的概率該概率等于圖5-21中陰影的面積 圖5-21 工件尺寸概率分布那么令：.工藝過程的穩(wěn)定性工藝過程的穩(wěn)定性：工藝過程中在時間歷程上堅持工件均值和規(guī)范差值穩(wěn)定不變的性能在加工時間不是很長的情況下，分布特征參數(shù)的變化是很小的，因此，工藝過程穩(wěn)定性取決于變值系統(tǒng)性誤差能否顯著，在正常情況

29、下，變值系統(tǒng)性誤差并不顯著，可以說工藝過程是穩(wěn)定的，即工藝過程處于控制形狀中 .工藝過程的分布圖分析制造分布圖的目的是想經(jīng)過分布圖來了解所加工的工件質(zhì)量目的的分布能否是預(yù)期的概率分布，了解工藝系統(tǒng)的加工才干的大小、機(jī)床調(diào)整的好壞、加工過程能否會產(chǎn)生廢品、廢品率的高低以及產(chǎn)生廢品的緣由等 詳細(xì)工藝過程分布圖分析的內(nèi)容及步驟如下： 樣本容量確實定 樣本數(shù)據(jù)的整理與計算 繪制實踐分布圖 繪制實際分布圖 工藝過程分布圖分析.工藝過程的點圖分析工藝過程穩(wěn)定 點子正常動搖工藝過程穩(wěn)定；點子異常動搖工藝過程不穩(wěn)定穩(wěn)定性判別1沒有點子超出控制限2大部分點子在中心線上下動搖，小部分點子接近控制限3點子變化沒有明

30、顯規(guī)律性如上升、下降傾向，或周期性動搖同時滿足為穩(wěn)定.5.1.4提高加工精度的途徑減小原始誤差轉(zhuǎn)移原始誤差誤差分組法 誤差平均法 誤差補償法 .5.2 機(jī)械加工外表質(zhì)量5.2.1 外表質(zhì)量外表質(zhì)量的根本概念外表質(zhì)量對運用性能的影響外表質(zhì)量對零件耐磨性的影響外表質(zhì)量對疲勞強度的影響外表質(zhì)量對耐腐蝕性的影響外表質(zhì)量對配合質(zhì)量的影響5.2.2機(jī)械加工后的外表質(zhì)量機(jī)械加工后的外表粗糙度機(jī)械加工后的外表層物理力學(xué)性能機(jī)械加工過程中的振動5.2.3 控制外表質(zhì)量的工藝途徑.外表質(zhì)量的根本概念定義：機(jī)器零件加工后外表層的形狀內(nèi)容：外表層的幾何外形1)外表粗糙度：是指加工外表的微觀幾何外形誤差，其波高與波長比

31、值普通小于50 2)外表波度：加工不平度中波長與波高之比值在401000的幾何外形誤差稱為波度(見圖5-24) 外表層的物理機(jī)械性能1)外表層的冷作硬化：零件在機(jī)械加工過程中由于切削力的作用使外表層金屬產(chǎn)生劇烈的冷態(tài)塑性變形后，引起的強度及硬度都有所提高的景象稱為外表層的冷作硬化 2)外表層金相組織的變化：由于切削熱使被加工外表的溫升過高，使得表層金屬的金相組織發(fā)生變化的景象 3)外表層剩余應(yīng)力：由于加工過程中切削外表變形及切削熱的影響，工件外表層產(chǎn)生了剩余應(yīng)力 .圖5-24 外表幾何外形.外表質(zhì)量對零件耐磨性的影響在摩擦副的資料、熱處置情況及光滑條件曾經(jīng)確定的情況下，零件外表質(zhì)量對耐磨性能起

32、決議作用 外表粗糙度值的大小對零件外表磨損的影響不同，普通來說，外表粗糙度值越小，其耐磨形越好，但太小，光滑油不易存儲，導(dǎo)致接觸面之間發(fā)生分子粘結(jié)，使磨損加大 圖5-25是實驗所得的不同外表粗糙度對初期磨損量影響曲線接觸外表的外表粗糙度有一個最正確值，最正確值與零件的任務(wù)情況有關(guān)，任務(wù)載荷加大時，初期磨損量增大，外表粗糙度最正確值也加大 .圖5-25 外表粗糙度與初期磨損的關(guān)系.外表質(zhì)量對疲勞強度的影響在交變載荷作用下，外表粗糙度的凹谷部位很容易引起應(yīng)力集中，產(chǎn)生疲勞裂紋。外表粗糙度值越大，即凹陷越深越尖，應(yīng)力集中越嚴(yán)重，越容易構(gòu)成和擴(kuò)展疲勞裂紋，呵斥零件的疲勞損壞 零件外表層的剩余拉應(yīng)力將使

33、裂紋擴(kuò)展，加速疲勞破壞；而外表層剩余壓應(yīng)力可以阻止疲勞裂紋的擴(kuò)展，延緩疲勞破壞的發(fā)生 零件外表的冷作硬化層可以阻止裂紋的擴(kuò)展及新裂紋的產(chǎn)生，對提高疲勞強度有利。但冷硬層過深或過硬那么容易產(chǎn)生裂紋，所以零件的冷作硬化層深度要適中 .外表質(zhì)量對耐腐蝕性的影響外表粗糙度對零件的耐腐蝕性影響很大。外表粗糙度值越大，凹谷中聚積的腐蝕性物質(zhì)就越多，零件的抗腐蝕性越差 外表的冷作硬化及金相組織變化都會產(chǎn)生應(yīng)力，應(yīng)力會導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕，假設(shè)有裂紋，會添加應(yīng)力腐蝕的敏感性，從而降低零件的耐腐蝕性 .外表質(zhì)量對配合質(zhì)量的影響外表粗糙度值的大小對零件配合精度的影響很大對于間隙配合，粗糙度值大會使磨損加大，破壞了原有的配

34、合性質(zhì)對于過盈配合，壓裝時會減小過盈量，降低配合強度 .機(jī)械加工后的外表粗糙度切削加工后的外表粗糙度切削加工時外表粗糙度構(gòu)成的緣由： 1刀具幾何外形的影響2工件資料的性質(zhì) 3切削用量 磨削加工后的外表粗糙度 .1刀具幾何外形的影響刀具相對工件作進(jìn)給運動時，在加工外表上留下了切削層殘留面積以車削為例，假設(shè)背吃刀量較大，那么主要是刀刃的直線部分構(gòu)成外表粗糙度；假設(shè)背吃刀量較小時，工件外表粗糙度主要是由刀刃的圓弧部分構(gòu)成的 .2工件資料的性質(zhì)切削加工后外表的粗糙度的實踐輪廓與實際輪廓有較大差別，主要緣由是被加工資料塑性變形的影響加工塑性資料時，刀具的刃口圓角及后刀面對工件擠壓、摩擦而產(chǎn)生塑性變形。工

35、件資料韌性越好，金屬的塑性變形越大，容易產(chǎn)生積屑瘤和鱗刺，加工外表也就越粗糙 .3切削用量切削速度對外表粗糙度的影響很大，如圖5-27所示假設(shè)切削速度處在產(chǎn)生積屑瘤和鱗刺的范圍內(nèi)，加工外表會很粗糙；假設(shè)切削速度處在積屑瘤和鱗刺產(chǎn)生的區(qū)域之外，如選擇低速寬刀精切，外表粗糙度值會明顯減小過小的背吃刀量會使刀具在被加工外表上擠壓和打滑，增大外表粗糙度值 圖5-27 加工塑性資料時切削速度對外表粗糙度影響.磨削加工后的外表粗糙度磨削加工時外表粗糙度的構(gòu)成的與切削加工時外表粗糙度構(gòu)成的過程類似，它也是由幾何要素及外表金屬的塑性變形來決議的 從幾何要素角度看，磨削外表是由砂輪上大量磨粒刻劃出無數(shù)極細(xì)的刻痕

36、構(gòu)成的，被磨外表單位面積上的刻痕越多、刻痕的等高性越好，外表粗糙度值越小 從塑性變形角度來看，磨削加工時溫度很高，大多數(shù)磨粒在工件外表只需劃擦、耕犁作用，使得金屬沿著磨粒的兩側(cè)流動，構(gòu)成溝槽兩側(cè)的隆起，從而產(chǎn)生比較大的塑性變形，使外表粗糙度值增大 影響磨削外表粗糙度的要素 .影響磨削外表粗糙度的要素1砂輪的粒度 2砂輪的硬度 3砂輪的修整 4磨削速度 5磨削徑向進(jìn)給量和光磨次數(shù) 6工件圓周進(jìn)給速度和軸向進(jìn)給量 7冷卻光滑液 .機(jī)械加工后的外表層物理力學(xué)性能外表層的冷作硬化冷作硬化產(chǎn)生的緣由影響冷作硬化的緣由外表層資料金相組織的變化外表層的剩余應(yīng)力.冷作硬化產(chǎn)生的緣由產(chǎn)生緣由：機(jī)械加工過程中由于

37、切削力的作用產(chǎn)生塑性變形，使晶格扭曲、畸變，晶粒間產(chǎn)生剪切滑移，晶粒被拉長及纖維化，甚至出現(xiàn)碎晶，這些緣由使得外表層金屬的硬度和強度提高，這種景象稱為冷作硬化或強化產(chǎn)生的結(jié)果：使得金屬變形抗力加大，塑性降低，冷作硬化之后得金屬一直處于高能位的不穩(wěn)定形狀，只需有能夠就會向低能位的穩(wěn)定形狀轉(zhuǎn)變，這種景象稱為弱化 由于金屬在加工過程中同時遭到力和熱的作用，故加工后表層金屬的最后性質(zhì)取決于強化和弱化綜協(xié)作用的結(jié)果 評定冷作硬化的目的：表層金屬的顯微硬度硬化層深度硬化程度 .影響冷作硬化的緣由刀具:刀具的切削刃口圓角半徑及后刀面的磨損對冷硬層的影響很大。增大兩值，冷硬層的深度及硬度都會添加切削用量:切削速度增大，刀具與工件作用時間縮短，會使塑性變形的程度減小，冷硬層深度也隨之減小，同時增大切削速度，會使切削熱在工件外表停留的時間縮短，添加冷硬程度加工資料:工件資料的塑性越大，冷硬景象越嚴(yán)重 .外表層資料金相組織的變化磨削加工所耗費的能量絕大部分轉(zhuǎn)化為熱而傳給了工件，使工件溫度升高，引起加工外表層金屬金相組織的顯著變化，強度和硬度下降，