生產過程和機械加工質量

第3章機械加工質量3.1機械加工精度3.1.1機械加工精度的概念3.1.2機械加工精度獲得的方法3.1.3影響機械加工精度的主要因素3.1.4提高機械加工精度的工藝措施3.2加工表面質量3.2.1機械加工表面質量的基本概念3.2.2機械加工表面質量對機器使用性能的影響3.2.3影響機械加工表面質量的因素及提高機械加工表面質量的工藝措施1廣東白云學院數控教研室3.1機械加工精度3.1.1機械加工精度的概念

機械加工精度的概念加工精度：是指零件加工后，實際幾何參數(尺寸、形狀和位置）與理想幾何參數的符合程度。加工精度包括：尺寸精度：加工表面的實際尺寸與設計尺寸的尺寸之間的符合程度。在國標中尺寸公差分20級（IT01、IT0、IT1~IT18）。形狀精度：加工表面的實際形狀與理想零件表面形狀相符合的程度。在國標中形狀公差有六項：直線度、平面度、圓度、圓柱度、線輪廓度、面輪廓度。相互位置精度：加工表面的間實際位置與理想位置相符合的程度。在國標中位置公差有八項：平行度、垂直度、傾斜度、同軸度、對稱度、位置度、圓跳動、全跳動。2廣東白云學院數控教研室3.1.2機械加工精度獲得的方法（2）調整法：通過預調好的機床、夾具、刀具、工件，在加工中自行獲得尺寸精度。（3）定尺寸刀具法：用一定形狀和尺寸的刀具加工獲得。（4）自動控制法：用一定裝置，邊加工邊自動測量控制加工。2.

形狀精度的獲得方法（1）軌跡法：利用刀具與工件間的相對運動軌跡來獲得形狀。（2）成形法：利用成形刀具加工獲得表面形狀。（3）展成法：利用刀具與工件相對運動使工件被刀具切削成一定形狀的包絡線。l.

尺寸精度的獲得方法（1）試切法：試切——測量——調整——再試切3廣東白云學院數控教研室3.

位置精度的獲得方法（1）一次裝夾獲得法（2）多次裝夾獲得法裝夾的方式：直接找正裝夾、劃線找正裝夾、夾具裝夾。3.1.2機械加工精度獲得的方法4廣東白云學院數控教研室3.1.3影響機械加工精度的主要因素工藝系統(tǒng)

在機械加工中，由機床、夾具、刀具和工件等組成的統(tǒng)一體。按照工藝系統(tǒng)誤差的性質可歸納為4個方面

1、工藝系統(tǒng)的幾何誤差2、工藝系統(tǒng)的受力變形3、工藝系統(tǒng)的熱變形4、工件殘余應力所引起的誤差5廣東白云學院數控教研室3.1.3影響機械加工精度的主要因素1）加工原理誤差采用了近似的成形運動或近似的刀刃輪廓進行加工產生的誤差。2）機床的幾何誤差（1）主軸回轉誤差（主軸軸線漂移）：純徑向跳動：車削外圓、鏜孔時產生圓度誤差。純軸向竄動：車端面產生平面度誤差；車螺紋產生螺距小周期誤差。純角度擺動：產生圓柱度或端面形狀誤差。1、工藝系統(tǒng)幾何誤差6廣東白云學院數控教研室3.1.3影響機械加工精度的主要因素（2）機床導軌誤差（3）機床傳動鏈傳動誤差1、工藝系統(tǒng)幾何誤差3）工藝系統(tǒng)的其他幾何誤差（1）刀具誤差（2）夾具誤差（3）工件裝夾誤差（4）測量誤差（5）調整誤差7廣東白云學院數控教研室2、工藝系統(tǒng)受力變形1）工藝系統(tǒng)的剛度及其影響（1）工藝系統(tǒng)的剛度機械加工過程中，在重力、切削力、夾緊力、慣性力、傳動力等外力作用下，工藝系統(tǒng)都會變形，破壞刀具與工件間的正確位置，從而產生加工誤差。3.1.3影響機械加工精度的主要因素

（2）工件和刀具的剛度

（3）接觸剛度就是互相接觸的兩表面受力后抵抗變形的能力。

（4）機床部件的剛度8廣東白云學院數控教研室2、工藝系統(tǒng)受力變形2）工藝系統(tǒng)受力變形引起的加工誤差（1）切削過程中受力點位置變化引起的工件形狀誤差3.1.3影響機械加工精度的主要因素

（2）由切削力大小變化引起的誤差——誤差復映

（3）切削過程中受力方向變化引起的工件形狀誤差

（4）由其他作用力引起的誤差a、夾緊力引起的誤差b、離心力及傳動力引起的誤差c、重力引起的誤差9廣東白云學院數控教研室3）減小工藝系統(tǒng)受力變形的主要措施提高接觸剛度提高工件的剛度，減少受力變形提高機床部件剛度、減少受力變形合理裝夾工件、減少夾緊變形3.1.3影響機械加工精度的主要因素2、工藝系統(tǒng)受力變形10廣東白云學院數控教研室1）機床熱變形引起的加工誤差2）工件的熱變形引起的加工誤差工件均勻受熱工件不均勻受熱3.1.3影響機械加工精度的主要因素3、工藝系統(tǒng)的熱變形3）刀具的熱變形引起的加工誤差4）減少和控制工藝系統(tǒng)熱變形的主要途徑減少發(fā)熱，隔離熱源冷卻、通風、散熱均衡溫度場加速熱平衡控制環(huán)境溫度11廣東白云學院數控教研室例：車削工件，產生圖示誤差，分析主要原因。(a)錐形：導軌與主軸不平行、刀具磨損；(b)腰鼓形：工件剛性差，產生讓刀；(c)馬鞍形：工件剛性好，機床兩端剛性差。12廣東白云學院數控教研室4、工件殘余應力所引起的誤差殘余應力：是指當外載荷去掉后仍然存在于工件內部的應力。存在內應力是工件處于不穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，應力變化將產生變形。殘余應力產生的原因及所引起的誤差：1）毛坯制造中產生內應力：在鑄造、鍛造、焊接及熱處理中工件受熱不均及金相組織變化時體積的變化而產生內應力。通常表面（薄的部位）先冷卻凝固，芯部（厚的部位）后冷卻，因此先冷卻部分受壓應力，后冷卻部分受拉應力。2）冷校直帶來的殘余應力：剛性較差的、易變形的細長工件，采用冷校直的方法糾正彎曲變形時產生內應力。3）切削加工引起的殘余應力：切削過程中切削塑性變形、相變等使工件表面產生殘余應力。3.1.3影響機械加工精度的主要因素13廣東白云學院數控教研室減少或消除工藝系統(tǒng)殘余應力的措施合理設計零件結構：鑄件、鍛件壁厚均勻，焊接件焊縫分布均勻等；盡量不采用冷校直工藝：精密件嚴禁冷校直，可熱校直或加大余量多切削；合理安排時效處理消除內應力；合理安排工藝過程：粗加工后過一定時間后再精加工，粗加工后松開工件重新以較小的力裝夾等。3.1.3影響機械加工精度的主要因素14廣東白云學院數控教研室1、直接減少誤差法

2、誤差補償法

3、誤差轉移法

4、誤差分組法3.1.4提高機械加工精度的工藝措施15廣東白云學院數控教研室3.2機械加工表面質量3.2.1機械加工表面質量的概念1）表面質量的含義：指零件加工后的表面微觀幾何形狀和表面的物理力學性能狀態(tài)。表面質量包括：表面微觀幾何形狀：

表面粗糙度表面波度

表面層物理力學性能：表面層冷作硬化表面層殘余應力表面層相變16廣東白云學院數控教研室3.2.2機械加工表面質量對機器使用性能的影響1、表面質量對零件耐磨性的影響：初期磨損快，跑合后進入正常磨損。表面粗糙時，高點干摩擦，磨損快；表面太光潔時潤滑油無法進入，造成材料粘結磨損，最佳Ra0.32~1.25μm。表面硬化，耐磨性提高。表面相變影響耐磨性。2、表面質量對疲勞強度的影響：表面越粗糙，抗疲勞性越差。表面硬化抗疲勞性提高，但硬化程度過高，易出現疲勞裂紋、剝落現象。表層壓應力，提高抗疲勞性，表層拉應力，降低抗疲勞性。3、表面質量對零件耐腐蝕性的影響：表面越粗糙，抗腐蝕能力越差。凹陷處易于雜質形成原電池，造成電化學腐蝕。4、表面質量對配合性質的影響5、表面質量對接觸剛度的影響：表面越粗糙，接觸剛度越低，聯接牢固性、接觸位置準確性越差。3.2機械加工表面質量17廣東白云學院數控教研室3.2.3影響機械加工表面質量的因素及提高機械加工表面質量的工藝措施1、影響表面粗糙度的工藝因素：與切削刀具有關的因素主要是刀具的幾何參數與工件材質相關的因素包括材料的塑性、金相組織等與加工條件有關的因素包括切削用量、冷卻條件以及工藝系統(tǒng)的精度與抗振性等3.2機械加工表面質量18廣東白云學院數控教研室2、降低表面粗糙度的措施：l

選擇合適的切削條件（1）切削速度（2）減小進給量（3）切削深度（背吃刀量）（4）切削液l

合理選用刀具幾何參數和刀具材料（1）采用合理的刀具幾何參數（2）采用與工件材料分子親和力小的刀具材料l

改善工件材料的性能和金相組織l

使用特殊的加工方法3.2機械加工表面質量19廣東白云學院數控教研室4.2.3影響零件表面層物理力學性能的因素改善措施1）表面層加工硬化加工過程中工件表層金屬產生塑性變形，金屬晶體產生剪切滑移，晶格扭曲使表層金屬強度、硬度提高，塑性下降。2）加工表面金相組織變化和磨削燒傷

金相組織變化主要發(fā)生在磨削加工過程中，當磨削溫度超過材料相變溫度，金相組織將發(fā)生變化，表層顯微硬度變化、產生表面殘余應力、顯微裂紋，表面出現彩色氧化膜，又稱為磨削燒傷。3.2機械加工表面質量20廣東白云學院數控教研室磨削燒傷的主要形式（磨削淬硬鋼）：影響因素：1）磨削用量2）砂輪的選擇3）工件材料4）冷卻條件3.2機械加工表面質量21廣東白云學院數控教研室3）表層殘余應力