機械制造1_第五章-機械制造的質(zhì)量分析課件

1、第五章機械制造的質(zhì)量分析第一節(jié)概述第二節(jié)機械加工精度第三節(jié)機械加工的表面質(zhì)量第一節(jié)概述一、機械加工質(zhì)量二、加工精度與加工誤差三、獲得機械加工精度的方法1.獲得尺寸精度的方法(1)試切法通過試切測量調(diào)整再試切，反復進行，直至達到要求為止。(2)調(diào)整法預先按要求調(diào)整好刀具與工件的位置并在一批零件的加工中均保持此位置不變，以獲得規(guī)定的加工尺寸。(3)定尺寸刀具法直接靠刀具的尺寸來保證工件的加工尺寸，如鉆孔、鉸孔，工件的孔徑靠鉆頭、鉸刀的直徑來保證。(4)自動控制法將測量裝置、進給裝置和控制系統(tǒng)組成一個自動加工系統(tǒng)，加工過程中測量裝置自動測量工件的加工尺寸，并與要求的尺寸進行比較后發(fā)出信號，信號通過轉(zhuǎn)

2、換、放大后控制進給系統(tǒng)對刀具或機床的位置作相應的調(diào)整，直到達到規(guī)定的加工尺寸要求，加工自動停止。2.獲得形狀精度的方法(1)軌跡法它是依靠刀具與工件的相對運動軌跡獲得工件形狀。(2)成形法是利用成形刀具加工工件的成形表面以獲得所要求的形狀精度的方法。(3)展成法滾齒、插齒等齒輪加工都是用展成法來獲得齒形的。3.獲得位置精度的方法第一節(jié)概述第二節(jié)機械加工精度圖5-1原始誤差的方向?qū)庸ぞ鹊挠绊懸弧⒃碚`差原理誤差是指采用了近似的成形運動或近似的刀具切削刃形狀來加工而產(chǎn)生的加工誤差。二、工藝系統(tǒng)幾何誤差(一)機床的幾何誤差1.主軸旋轉(zhuǎn)誤差第二節(jié)機械加工精度圖5-2主軸旋轉(zhuǎn)誤差的分解a)徑向圓跳動

3、b)軸向竄動c )角度擺動第二節(jié)機械加工精度(1)主軸旋轉(zhuǎn)誤差的概念理論上，主軸旋轉(zhuǎn)時的旋轉(zhuǎn)軸線應與主軸的幾何軸線重合，且在旋轉(zhuǎn)的過程中該軸線在空中的位置應保持不變。1)徑向圓跳動：主軸瞬時旋轉(zhuǎn)軸線始終作平行于平均旋轉(zhuǎn)軸線的徑向漂移運動。2)軸向竄動：主軸瞬時旋轉(zhuǎn)軸線相對于平均旋轉(zhuǎn)軸線在軸向的漂移運動。3)角度擺動：主軸瞬時旋轉(zhuǎn)軸線與平均旋轉(zhuǎn)軸線成一傾斜角，其交點位置固定不變的漂移運動。(2)主軸旋轉(zhuǎn)誤差對加工精度的影響機床主軸上一般都安裝有刀具或工件，其旋轉(zhuǎn)誤差一方面使表面成形運動不準確，另一方面使刀具與工件之間的正確位置遭到破壞。第二節(jié)機械加工精度2.機床導軌誤差(1)導軌的直線度誤差導軌

4、的直線度誤差可有水平和垂直兩個方向，如圖5-3所示。圖5-3機床導軌的直線度誤差a)水平面內(nèi)的直線度b)垂直面內(nèi)的直線度第二節(jié)機械加工精度(2)導軌在垂直平面內(nèi)的平行度誤差如圖5-4所示，機床前、后兩導軌在垂直平面內(nèi)不平行會造成其上的運動部件前后擺動，使得刀具或工件的運動軌跡成了一條空間曲線，從而造成工件形狀誤差。圖5-4兩導軌不平行及其引起的加工誤差a)兩導軌不平形b)造成的加工誤差3.傳動鏈誤差第二節(jié)機械加工精度(二)夾具、刀具的誤差1.夾具的誤差2.刀具的誤差(1)用試切法加工工件的尺寸精度取決于刀具相對于工件位置的調(diào)整，刀具的制造誤差對工件加工精度沒有直接影響。(2)用定尺寸法加工刀具

5、的制造誤差將直接引起工件的尺寸誤差。(3)用成形法加工成形刀具切削刃的形狀誤差、磨損或刀具安裝不正確將直接造成工件的形狀誤差。(三)測量誤差(四)調(diào)整誤差1.試切法加工中的調(diào)整誤差2.調(diào)整法加工的調(diào)整誤差第二節(jié)機械加工精度三、工藝系統(tǒng)的受力變形(一)工藝系統(tǒng)的剛度1.刀具、工件的剛度2.機床、夾具等部件的剛度3.接觸剛度(二)工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響1.切削力的影響(1)切削力作用點位置變化工件、刀具的剛度隨力作用點位置而變，因此造成各處讓刀量不等，從而造成工件形狀誤差。第二節(jié)機械加工精度圖5-5切削力作用點位置變化造成的工件誤差a)鼓形b)鞍形c)孔素線不直(2)切削力大小的變化當由

6、毛坯誤差造成實際背吃刀量變化時，會引起切削力Fp大小的變化，而Fp大小的變化又會造成讓刀量的變化，從而使加工后的工件保留了與毛坯相似的誤差。第二節(jié)機械加工精度圖5-6毛坯的誤差復映第二節(jié)機械加工精度2.其他力的影響(1) 離心慣性力和傳動力離心慣性力和傳動力共同的特點是力的方向在每一轉(zhuǎn)中不斷地改變，因此它在y向的分力有時和切削力同向，有時則相反，從而破壞工藝系統(tǒng)各成形運動的位置精度。(2)夾緊力剛性較差的工件安裝時，夾緊力方向和作用點不當，都會引起工件的相應變形，從而造成加工誤差。(3)重力重力的影響主要是引起機床的變形，使機床原有幾何精度喪失。(4)工件內(nèi)應力的影響內(nèi)應力是指當外部載荷去除后

7、，仍然殘存在工件內(nèi)部的應力。(三)減小工藝系統(tǒng)受力變形的途徑第二節(jié)機械加工精度(1)提高接觸剛度對各零、部件的接觸面，可通過提高其形狀精度、表面硬度、降低表面粗糙度值、預加載荷等措施來提高接觸剛度。(2)提高刀具的剛度對于剛度較差的刀具，如鏜桿、內(nèi)圓磨砂輪桿等，可采用加裝輔助支承等辦法來提高其支承剛度。(3)合理裝夾工件，減少工件變形當工件剛度較差時，工件變形就成了影響加工精度的主要矛盾。1)夾緊工件時應夾工件剛性好的方向和部位。2)使夾緊力對準定位支承，從而使工件受“拉壓”而不受彎矩作用。3)加裝輔助支承，提高支承剛度，如車細長軸時采用跟刀架、中心架等輔助支承等。第二節(jié)機械加工精度4)使夾緊

8、力分散，避免局部壓強過大。(4)提高機床、夾具等部件的剛度可從加強薄弱環(huán)節(jié)，使各零部件的剛度基本一致；提高接觸精度；采用“預緊”的辦法(如當工作臺縱向進給時把橫向、垂向鎖緊；在機床主軸錐孔中裝刀、裝夾具時用拉桿從主軸后端將刀具或夾具拉緊等)消除間隙等。(5)消除離心慣性力、重力的影響如對高速旋轉(zhuǎn)件進行仔細的平衡、裝夾偏心工件時加配重塊；安裝大型機床、工件時，支承點位置布置在離兩端2L/9處(L是被支承面的全長)、加裝輔助支承等。四、工藝系統(tǒng)的熱變形1.工藝系統(tǒng)的熱源(1)切削熱切削過程中產(chǎn)生的熱量大部分傳給了切屑，少部分傳給了刀具和工件。第二節(jié)機械加工精度(2)摩擦熱工藝系統(tǒng)中凡有相對運動的地

9、方均會產(chǎn)生摩擦熱，如軸承、導軌、傳動齒輪、摩擦離合器、液壓系統(tǒng)以及電動機等。(3)外部熱源工藝系統(tǒng)外部環(huán)境的溫度變化，如氣溫的變化以及陽光、燈光、暖氣散熱片的影響等。2.工藝系統(tǒng)的熱平衡3.機床熱變形的趨勢及其引起的加工誤差4.工件熱變形及其對加工精度的影響5.刀具的熱變形及其對加工精度的影響6.減少工藝系統(tǒng)熱變形的工藝措施(1)減少發(fā)熱合理選擇切削用量和刀具角度、及時修整砂輪和刃磨刀具，以減少切削熱；對各摩擦部位加強潤滑，以減少摩擦熱。(2)加強散熱采用冷卻性能好的切削液，使切削區(qū)溫度降低。第二節(jié)機械加工精度(3)隔離熱源將潤滑油池、液壓油箱、電動機等移出機床外；及時將切屑排出機床外或用隔熱

10、墊來接切屑，以免將熱量傳給機床。(4)控制溫度變化加工前先讓機床高速空運轉(zhuǎn)一段時間，使系統(tǒng)達到熱平衡后再加工；在恒溫室內(nèi)加工。(5)誤差補償裝夾工件時給工件附加一個夾緊力，用工件受力產(chǎn)生的彈性變形去彌補熱變形(如磨床床身導軌，工件的熱變形會使磨出的工件中凹，裝夾床身時，在中部用螺栓壓板加壓，使其加工前先產(chǎn)生一個中凹變形，就可避免因熱變形而使中部磨去較多的現(xiàn)象)。第二節(jié)機械加工精度第三節(jié)機械加工的表面質(zhì)量一、表面質(zhì)量的含義1.表面粗糙度和波紋度2.表面層物理力學性能1)表面層冷作硬化：表層的顯微硬度高于母體。2)表面層殘余應力：加工后，表層中殘留的壓應力或拉應力。3)表面層金相組織變化：表層的金

11、相組織與基體不同。二、表面質(zhì)量對產(chǎn)品使用性能的影響1.表面粗糙度(1)對工作精度的影響表面粗糙度的影響主要是使實際接觸面積減小。(2)對機器使用壽命的影響機器的壽命與其耐磨性和抗疲勞性有關。2.表面冷作硬化3.表面殘余應力4.表面金相組織的變化三、影響表面質(zhì)量的因素及其控制措施(一)影響表面粗糙度的因素及其控制措施1.切削加工(1)合理選擇切削用量 1)進給量f ：減小f可使殘留面積高度降低，從而使表面粗糙度值降低。2)切削速度c ：c主要是通過對積屑瘤和鱗刺的影響來起作用的。(2)合理選擇刀具角度 1)前角o和刃傾角s ：雖然o和s不直接影響殘留面積高度，但卻通過對切削力、金屬塑性變形、切屑

12、的流向等的影響而間接影響表面粗糙度。第三節(jié)機械加工的表面質(zhì)量2)主偏角r、副偏角r和刀尖圓弧半徑：適當減小r、r,增大均可使殘留面積高度降低，因而對降低表面粗糙度值有利。3)刀具本身的表面粗糙度刀具前刀面粗糙會使刀具與切屑摩擦增大，容易生成積屑瘤；刀具后刀面粗糙會加劇刀具與工件已加工面之間摩擦，都會影響工件的表面粗糙度。(3)改善工件材料的切削性能一般來說，切削太硬和太軟的材料及韌性太大的材料都不易得到光潔的表面，金相組織粒度越細的材料越容易獲得光潔的表面。(4)正確選擇切削液切削液的冷卻和潤滑作用對降低表面粗糙度值都有利，其中更直接的是潤滑作用。2.磨削加工(1)合理選擇和修整砂輪第三節(jié)機械

13、加工的表面質(zhì)量1)砂輪的粒度 ：砂粒越細，在工件表面上留下的刻痕越密、越淺，表面粗糙度值就越小。2)砂輪的硬度： 砂輪太軟，砂粒容易脫落，有利于保持砂粒的鋒利，但不利于保持砂粒的等高性；砂輪太硬則正好相反。3)砂輪的修整： 砂輪表面修整得不好，表面砂粒不處于同一高度，部分較低的砂粒就沒有起到作用，加工時單位時間內(nèi)通過工件被磨表面的磨粒數(shù)就減少，表面就粗糙。(2)合理選擇磨削用量1)砂輪線速度vs：vs大，同一時間內(nèi)參加磨削的砂粒就多，每顆磨粒切去的金屬厚度就少，工件表面刻痕就密，因此也就越光滑。2)工件的線速度vg：vg大，單位時間內(nèi)劃過工件被磨表面的磨粒數(shù)就減少，刻痕就疏，磨出的表面就粗糙。

14、第三節(jié)機械加工的表面質(zhì)量3)縱向進給量fa ：同樣道理，縱磨法磨削時適當減小fa可使工件表面粗糙度值減小。4)背吃刀量(磨削深度)p：p的增大將使塑性變形增大，從而使工件表面變粗。(二)影響表面物理力學性能的因素及其控制1.表面冷作硬化2.表面殘余應力3.表面層金相組織變化四、機械加工中的振動1.受迫振動(1)受迫振動產(chǎn)生的原因外界周期性的干擾力是引起受迫振動的根源，而周期性的干擾力的來源有以下幾方面。第三節(jié)機械加工的表面質(zhì)量1)回轉(zhuǎn)件的不平衡：砂輪、齒輪、帶輪、電動機的轉(zhuǎn)子、偏心夾具、偏心工件等回轉(zhuǎn)件，若不平衡就會造成離心慣性力。2)傳動件的制造缺陷：如齒輪的制造、安裝精度不高，傳動時產(chǎn)生沖擊、滾動軸承間隙過大、滾動體尺寸不均勻、平帶的接頭、V帶的厚度不均勻、往復運動換向時的沖擊，液壓系統(tǒng)的壓力脈動等。3)斷續(xù)切削：被加工表面不連續(xù)(如花鍵軸)，銑削、刨削等加工時刀齒的切入切出，砂輪硬度不均，磨損不均等，都會造成切削力周期性變化。4)從地基傳來的外部振源：機床附近有鍛壓設備、通道運輸設備等，這些設備引起的振動通過地基傳入機床。(2)減小或消除受迫振動的途徑1)排除振源。第三節(jié)機械加工的表面質(zhì)量2)隔振。3)避開共振區(qū)。4)提高系統(tǒng)抗振性。2.自激振動(1)合理選擇切削用量避開中速切削。(2)合理選擇刀具角度加大主偏角r 。(3)改進刀具結構和