第4章 機械加工質(zhì)量及其控制ppt課件

1、 第四章 機械加工質(zhì)量及其控制 第一節(jié) 機械加工精度概述 一、加工精度與加工誤差 加工精度： 加工精度是指零件加工后的實踐幾何參數(shù)尺寸、外形和相互位置與理想幾何參數(shù)的接近程度；實踐值愈接近理想值，加工精度就愈高。零件的加工精度包含尺寸精度、外形精度和位置精度等三方面的內(nèi)容。 (1)尺寸精度 指機械加工后零件的直徑、長度和外表間間隔等尺寸的實踐值與理想值的接近程度。. (2外形精度 指機械加工后零件幾何圖形的實踐外形與理想外形的接近程度。 (3)位置精度 指機械加工后零件幾何圖形的實踐位置與理想位置的接近程度。 加工誤差： 零件加工后的實踐幾何參數(shù)尺寸、外形和相互位置對理想幾何參數(shù)的偏離量稱為加

2、工誤差。 公差：加工誤差允許變動的范圍，就是公差。 公差是用來限制加工誤差大小的，公差值越小，允許的加工誤差越小，加工精度就越高，所以，公差等級可以衡量加工精度。 . 二、加工經(jīng)濟精度 加工經(jīng)濟精度是指在正 常消費條件下采用符合質(zhì) 量規(guī)范的設(shè)備、工藝配備和 規(guī)范技術(shù)等級的工人，不延 長加工時間所能保證的加 工精度。 每一種加工方法的加工 經(jīng)濟精度并不是固定不變的。 加工誤差和加工本錢 C有圖4-1所示的關(guān)系。. 第二節(jié) 影響機械加工精度的要素 影響加工精度的主要要素有： 1工藝系統(tǒng)的幾何誤差，包括機床、夾具和刀具等的制造誤差及其磨損。 2)工件裝夾誤差。 3)工藝系統(tǒng)受力變形引起的加工誤差。

3、4工藝系統(tǒng)受熱變形引起的加工誤差。 5)工件內(nèi)應(yīng)力重新分布引起的變形。 6)其他誤差，包括原理誤差、丈量誤差、調(diào)整誤差等。. 一、工藝系統(tǒng)的幾何誤差 一機床的幾何誤差 1主軸回轉(zhuǎn)誤差 主軸回轉(zhuǎn)誤差是指主軸實踐回轉(zhuǎn)軸線相對其平均回轉(zhuǎn)軸線的變動量。為便于分析，可將主軸回轉(zhuǎn)誤差分解為徑向圓跳動、軸向圓跳動和角度擺動三種不同方式的誤差。 主軸回轉(zhuǎn)誤差將直接影響被加工工件的外形精度和位置精度。. (1)徑向圓跳動 概念：它是主軸回轉(zhuǎn)軸線相對于平均回轉(zhuǎn)軸線在徑向的變動量，如圖4-2a所示。 圖4-2 車外圓時它使加工面產(chǎn)生圓度和圓柱度誤差。. 產(chǎn)生的主要緣由：主軸支承軸頸的圓度誤差、軸承任務(wù)外表的圓度誤差

4、等。 假設(shè)機床主軸采用滑動軸承構(gòu)造： a. 切削力F的作用方向不變見圖4-3a 車外圓的情形) 在切削力F的作用下，主軸頸以不同的部位與軸承內(nèi)徑的某一固定部位相接觸，此時主軸支承軸頸的圓度誤差將直接反映為主軸徑向圓跳動d，而軸承內(nèi)徑的圓度誤差那么影響不大；. b.切削力F的作用方向變化見圖4-3b鏜床鏜孔) 在切削力F的作用下，主軸總是以其支承軸頸某一固定部位與軸承內(nèi)外表的不同部位接觸，因此，軸承內(nèi)外表的圓度誤差將直接反映為主軸徑向圓跳動d，而主軸支承軸頸的圓度誤差那么影響不大。 圖4-3. 假設(shè)機床主軸采用滾動軸承構(gòu)造： 在車床上車外圓時，滾動軸承內(nèi)環(huán)外滾道的圓度誤差對主軸徑向圓跳動影響較大

5、。 在鏜床上鏜孔時，軸承外環(huán)內(nèi)滾道的圓度誤差對主軸徑向圓跳動影響較大。 上述兩種情況滾動體的尺寸誤差將直接影響主軸徑向圓跳動誤差的大小。 . 2軸向圓跳動 概念：它是主軸回轉(zhuǎn)軸線沿平均回轉(zhuǎn)軸線方向的變動量，如圖4-2b所示。 產(chǎn)生的主要緣由：主軸軸肩端面和推力軸承承載端面對主軸回轉(zhuǎn)軸線有垂直度誤差。 圖4-2 車端面時它使工件端面產(chǎn)生垂直度、平面度誤差。. (3)角度擺動 概念：主軸回轉(zhuǎn)軸線相對平均回轉(zhuǎn)軸線成一傾斜角度的運動，如圖4-2c所示。 圖4-2 車削時，它使加工外表產(chǎn)生圓柱度誤差和端面的外形誤差。. 提高機床主軸的回轉(zhuǎn)精度的措施： 提高主軸及箱體軸承孔的制造精度，選用高精度的軸承，提

6、高主軸部件的裝配精度，對主軸部件進展平衡，對滾動軸承進展預(yù)緊等。. 2.導(dǎo)軌誤差 臥式車床導(dǎo)軌誤差對加工精度的影響： (1)導(dǎo)軌在程度面內(nèi)的直線度誤差對加工精度的影響 導(dǎo)軌在程度面內(nèi)有 直線度誤差y時，工 件半徑產(chǎn)生R=y的 誤差。 導(dǎo)軌在程度面內(nèi)的 直線度誤差將直接反映 在被加工工件外表的法 線方向誤差敏感方向上，對加工精度的影響最大。. (2)導(dǎo)軌垂直平面內(nèi)的直線度誤差對加工精度的影響 導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)有直線度誤差z時，也會使車刀在程度面內(nèi)發(fā)生位移圖4-5)，使工件半徑產(chǎn)生誤差R, Rz)2/(2R)。 與z值相比，R屬微小量，由此可知，導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度誤差對加工精度影響很小，普通

7、可忽略不計。. (3)導(dǎo)軌間的平行度誤差對加工精度的影響 當(dāng)前后導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi) 有平行度誤差扭曲誤差時， 刀尖的運動軌跡是一條空間曲 線，使工件產(chǎn)生圓柱度誤差。 導(dǎo)軌間在垂直方向有平行 度誤差l3時，如圖4-6所示， 將使工件與刀具的正確位置在 誤差敏感方向產(chǎn)生yH/B) l3的偏移量，使工件半徑產(chǎn) 生R y的誤差，對加工精 度影響較大。. 除了導(dǎo)軌本身的制造誤差之外，導(dǎo)軌磨損是呵斥機床精度下降的主要緣由。選用合理的導(dǎo)軌外形和導(dǎo)軌組合方式，采用耐磨合金鑄鐵導(dǎo)軌、鑲鋼導(dǎo)軌、貼塑導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌以及對導(dǎo)軌進展外表淬火處置等措施均可提高導(dǎo)軌的耐磨性。 3傳動鏈誤差 概念：傳動鏈誤差是指傳動鏈?zhǔn)寄﹥啥?/p>

8、傳動元件間相對運動的誤差。普通用傳動鏈末端元件的轉(zhuǎn)角誤差來衡量。. 影響：有些加工方法如車螺紋，滾齒，插齒等，要求刀具與工件之間必需具有嚴(yán)厲的傳動比關(guān)系。機床傳動鏈誤差是影響這類外表加工精度的主要緣由之一。 傳動鏈誤差的計算：以圖4-7所示滾齒機傳動系統(tǒng)為例 設(shè)滾刀軸均勻旋轉(zhuǎn)，假設(shè)齒輪z1有轉(zhuǎn)角誤差1，而其他各傳動件假設(shè)無誤差，那么由1產(chǎn)生的工件轉(zhuǎn)角誤差.式中 i差差動機構(gòu)的傳動比； K1齒輪z1到任務(wù)臺的傳動比，K1反映了齒輪z1的轉(zhuǎn)角誤差對終端任務(wù)臺傳動精度的影響程度，稱為誤差傳送系數(shù)。 同理，假設(shè)第 j 個傳動元件有轉(zhuǎn)角誤差j，那么該轉(zhuǎn)角誤差經(jīng)過相應(yīng)的傳動鏈傳送到被切齒輪的轉(zhuǎn)角誤差 jn

9、=Kjj式中 Kj第 j 個傳動件的誤差傳送系數(shù)。. 由于一切傳動件都能夠存在誤差，因此，被切齒輪轉(zhuǎn)角誤差的總和為 分析上式可知，提高傳動元件制造精度和裝配精度，減少傳動件數(shù)，均可減小傳動鏈誤差。. 二刀具的幾何誤差 刀具誤差對加工精度的影響： a.采用定尺寸刀具例如鉆頭、鉸刀、鍵槽銑刀、圓拉刀等加工時，刀具的尺寸誤差和磨損將直接影響工件尺寸精度。 b.采用成形刀具例如成形車刀、成形銑刀、齒模數(shù)銑刀、成形砂輪等加工時，刀具的外形誤差和磨損將直接影響工件的外形精度。 c.對于普通刀具例如車刀、鏜刀、銑刀等，其制造誤差對工件加工精度無直接影響. 刀具的尺寸磨損量NB： NB是在被加工外表的法線方向

10、上丈量的。 刀具的尺寸磨損量可用下式計算NBo為初期磨損量；KNB為正常磨損階段曲線的斜率，稱為相對磨損。. 三夾具的幾何誤差 夾具的幾何誤差對工件的加 工精度有很大影響。 例：圖4-9所示鉆床夾具中，影響工件孔軸線 a 與底面B間尺寸 L 和平行度的要素有： 鉆套軸線 f 與夾具定位元件支承平面 c 間的間隔和平行度誤差；夾具定位元件支承平面 c 與夾詳細底面 d 的垂直度誤差；鉆套孔的直徑誤差等。. 在設(shè)計夾具時，對夾具上直接影響工件加工精度的有關(guān)尺寸的制造公差普通取為工件上相應(yīng)尺寸公差的1/21/50。 夾具元件磨損將使夾具的誤差增大。為保證工件加工精度，夾具中的定位元件、導(dǎo)向元件、對刀

11、元件等關(guān)鍵易損元件均需選用高性能耐磨資料制造。. 二、裝夾誤差 裝夾誤差包括定位誤差和夾緊誤差兩個部分。 一定位誤差 概念：因定位不正確而引起的誤差稱為定位誤差。包括兩部分，定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合引起的誤差，定位面和定位元件制造不準(zhǔn)確引起的誤差。 以加工實例來闡明產(chǎn)生定位誤差的緣由。. 工序尺寸H ，工序基準(zhǔn)A，孔中心線是定位基準(zhǔn)，孔外表是定位基面，孔的尺寸為D ，外圓直徑為 d ，內(nèi)外圓同軸度公差要求為，心軸直徑尺寸為d軸. 在加工一批工件過程中，銑刀位置堅持不變，但工件內(nèi)外圓直徑卻是變化的，工序基準(zhǔn) A 的位置將隨著工件內(nèi)外圓直徑和心軸直徑實踐尺寸變化而變化，這會給加工帶來誤差，其值為工

12、序基準(zhǔn)在工序尺寸方向上的最大變動量，即定位誤差，用dw表示。 dw由基準(zhǔn)不重合誤差jb，和定位副含工件定位基面和定位元件制造不準(zhǔn)確誤差db兩部分組成，定位誤差dw值為上述兩項誤差在工序尺寸方向上的代數(shù)和，即 dw jb db . dbTD/2T軸/2s/2式中 s定位孔和心軸外圓間最小配合間隙， s= Dmind軸max 在不思索定位副制造誤差的條件下 jbTd/2 圖4-10a所示銑平面工序的定位誤差 dwjbdbTD/2T軸/2s/2Td /2. 二夾緊誤差 工件或夾具剛度過低 或夾緊力作用方向、作用 點選擇不當(dāng)，都會使工件 或夾具產(chǎn)生變形，呵斥加 工誤差。 用三爪自定心卡盤裝 夾薄壁套筒

13、鏜孔時的情形。. 三、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差 一工藝系統(tǒng)剛度 1工藝系統(tǒng)剛度 概念：垂直作用于工件加工外表的背向力Fp與工藝系統(tǒng)在該方向上的變形 y 的比值，稱為工藝系統(tǒng)剛度k系N/mm) k系Fp/y 4-4式中 y=yFpyFcyFf， 其中yFp為在Fp力作用下工藝系統(tǒng)在y方向的變形量；. yFc為在主切削力Fc作用下工藝系統(tǒng)在y方向的變形量； yFf為在進給力Ff作用下工藝系統(tǒng)在y方向產(chǎn)生的變形量。 討論： yFc與 yFf有能夠和 yFp同向，也有能夠和 yFp反向，所以就有能夠出現(xiàn) y0， y=0和 y0， k系和 k系0三種情況。 假設(shè)將工藝系統(tǒng)剛度 k系定義為Fp/yFp，

14、那么將不會出現(xiàn)k系0或k系的情況。由于單獨丈量yFp、yFc、yFf非常困難，而丈量總變形y系卻是一件輕而易舉的事，所以工藝系統(tǒng)剛度仍以式4-4定義。. 圖4-12給出了一個按工藝系統(tǒng)剛度定義公式4-4計算能夠會出現(xiàn)負剛度情況的實例。方刀架在Fc力作用下引起的y向變形yFc與Fp力作用下引起的y向變形yFp的方向相反，假設(shè) yFc yFp ，就將出現(xiàn) y 1000稱為宏觀 幾何外形誤差，例如圓度 誤差、圓柱度誤差等，它 們屬于加工精度范疇； L/H501000，稱為波紋度，它是由機械加工振動引起的； L/H 50，稱為微觀幾何外形誤差，亦稱外表粗糙度。. 2外表層資料的物理力學(xué)性能 (1)外表

15、層的冷作硬化 機械加工過程中外表層金屬產(chǎn)生劇烈的塑性變形，使晶格扭曲、畸變，晶粒間產(chǎn)生剪切滑移，晶粒被拉長，這些都會使外表層金屬的硬度添加，塑性減小，統(tǒng)稱為冷作硬化。 (2)外表層剩余應(yīng)力 機械加工過程中由于切削變形和切削熱等要素的作用在工件外表層資料中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力, 稱為外表層剩余應(yīng)力。它是在加工外表資料中平衡的應(yīng)力，它的重新分布不會引起工件變形，但它對機器零件外表質(zhì)量有重要影響。. (3)外表層金相組織變化 機械加工過程中，在工件的加工區(qū)域，溫度會急劇升高, 當(dāng)溫度升高到超越工件資料金相組織變化的臨界點時，就會發(fā)生金相組織變化。. 二、機械加工外表質(zhì)量對機器運用性能的影響 1外表質(zhì)量對耐磨

16、性的影響 (1)外表粗糙度對耐磨性的影響 外表粗糙度值大，接觸外表的實踐壓強增大，粗糙不平的凸峰間相互咬合、擠裂，使磨損加劇，外表粗糙度值越大越不耐磨；但外表粗糙度值也不能太小, 外表太光滑，因存不住光滑油使接觸面間容易發(fā)生分子粘接，也會導(dǎo)致磨損加劇。 所以，外表粗糙度有最正確值，最正確值與機器零件的工況有關(guān)。. . (2)外表冷作硬化對耐磨性的影響 加工外表的冷作硬化，普通能提高耐磨性；但是過度的冷作硬化將使加工外表金屬組織變得“疏松，嚴(yán)重時甚至出現(xiàn)裂紋，使磨損加劇。 (3)外表紋理對耐磨性的影響 在輕載運動副中：兩相對運動零件外表的刀紋方向均與運動方向一樣時，耐磨性好；兩者的刀紋方向均與運

17、動方向垂直時，耐磨性差。 在重載時：兩相對運動零件外表的刀紋方向均與相對運動方向一致時容易發(fā)生咬合，磨損量反而大；兩相對運動零件外表的刀紋方向相互垂直，且運動方向平行于下外表的刀紋方向，磨損量較小。. 2外表質(zhì)量對零件疲勞強度的影響 在交變載荷作用下，外表粗糙度的凹谷部位容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，出現(xiàn)疲勞裂紋，加速疲勞破壞。零件上容易產(chǎn)生應(yīng)力集中的溝槽、圓角等處的外表粗糙度，對疲勞強度的影響更大。減小零件的外表粗糙度，可以提高零件的疲勞強度。 零件外表存在一定的冷作硬化，可以妨礙外表疲勞裂紋的產(chǎn)生，緩和已有裂紋的擴展，有利于提高疲勞強度；但冷作硬化強度過高時，能夠會產(chǎn)生較大的脆性裂紋反而降低疲勞強度。

18、 加工外表層如有一層剩余壓應(yīng)力產(chǎn)生，可以提高疲勞強度。 . 3外表質(zhì)量對抗腐蝕性能的影響 零件外表粗糙度越大，加工外表與氣體、液體接觸面積越大，腐蝕作用就越劇烈。 加工外表的冷作硬化和剩余應(yīng)力，使表層資料處于高能位形狀，有促進腐蝕的作用。 4外表質(zhì)量對零件配合性質(zhì)的影響 對于間隙配合：零件外表越粗糙，磨損越大，使配合間隙增大，降低配合精度。 對于過盈配合：兩零件粗糙外表相配時凸峰被擠平，使有效過盈量減小，將降低過盈配合的銜接強度。. 三、加工外表的外表粗糙度 切削加工的外表粗糙度值主要取決于切削殘留面積的高度。對于刀尖圓弧半徑r=0的刀具，工件外表殘留面積的高度參見圖4-42a) 4-30式中

19、 f 進給量mm/r) ; k r 主偏角 k r 90); kr副偏角 kr 90)。. 對于刀尖圓弧半徑r0 的刀具，工件外表殘留面積的高度參見圖4-42b)而 4-31將它代人上式，略去二次微小量H 2經(jīng)整理得. 分析式(4-30)、式(4-31) 可知，減小 f、 kr、 kr 及增大r，均可減小殘留面積的高度 H 值。 除了幾何要素外，塑性變形對切削加工外表粗糙度的影響也很大。普通來說，塑性變形大，外表粗糙度也大。 加工塑性資料時：凡是影響塑性變形的要素都會影響外表粗糙度的大小。切削速度v 對加工外表粗糙度的影響如圖4-43所示。在某一切削速度范圍內(nèi)，容易生成積屑瘤，使外表粗糙度增大

20、。 加工脆性資料時: 切削速度對外表粗糙度的影響不大。. 四、加工外表的物理力學(xué)性能 一外表層資料的冷作硬化 1冷作硬化及其評定參數(shù) 概念：切削過程中產(chǎn)生的塑性變形，會使表層金屬的晶格發(fā)生扭曲、畸變，晶粒間產(chǎn)生剪切滑移，晶粒被拉長，甚至破碎，這些都會使表層金屬的硬度和強度提高，這種景象稱作冷作硬化，亦稱強化。冷作硬化的程度取決于塑性變形的程度。 被冷作硬化的金屬處于高能位的不穩(wěn)定形狀，只需一有能夠，金屬的不穩(wěn)定形狀就要向比較穩(wěn)定的形狀轉(zhuǎn)化，這種景象稱為弱化。弱化作用的大小取決于溫度的高低、熱作用時間的長短和表層金屬的強化程度。. 由于在加工過程中表層金屬同時遭到變形和熱的作用，加工后表層金屬的

21、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是：表層金屬的顯微硬度HV，硬化層深度 h 和硬化程度 N。 N= (HVHV0) /HV0 100%，式中HV0為工件內(nèi)部金屬的顯微硬度。 2影響冷作硬化的要素 (1)刀具的影響 (2)切削用量的影響 (3)加工資料的影響. 二外表層資料金相組織變化 加工外表溫度超越相變溫度時，表層金屬的金相組織將會發(fā)生相變。 磨削淬火鋼時，會產(chǎn)生三種不同類型的燒傷： 假設(shè)磨削區(qū)溫度超越馬氏體轉(zhuǎn)變溫度而未超越相變臨界溫度碳鋼的相變溫度為723 )，這時工件表層金屬的金相組織，由原來的馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橛捕容^低的回火組索氏體或托氏體，這種燒傷稱為回火燒傷。

22、 假設(shè)磨削區(qū)溫度超越了相變溫度，在切削液急冷作用下，使表層金屬發(fā)生二次淬火，硬度高于原來的回火馬氏體，里層金屬那么由于冷卻速度慢，出現(xiàn)了硬度比原先的回火馬氏體低的回火組織，這種燒傷稱為淬火燒傷。. 假設(shè)工件表層溫度超越相變溫度，而磨削區(qū)又沒有冷卻液進入，表層金屬產(chǎn)生退火組織，硬度急劇下降，稱之為退火燒傷。 三外表層剩余應(yīng)力 1加工外表產(chǎn)生剩余應(yīng)力的緣由 (1)表層資料比容增大 由于塑性變形只在外表層產(chǎn)生, 外表層金屬比容增大，體積膨脹，不可防止地要遭到與它相連的里層基體資料的妨礙，故表層資料產(chǎn)生剩余壓應(yīng)力，里層資料那么產(chǎn)生與之相平衡的剩余拉應(yīng)力。. (2)切削熱的影響 圖4-45a為工件外表層

23、溫度分布表示圖，tp點相當(dāng)于金屬具有高塑性的溫度，溫度高于tp時表層金屬不會有剩余應(yīng)力產(chǎn)生；tn為室溫；tm為熔化溫度。 切削時: 表層金屬1的溫度超越tp，處于完全塑性形狀；這層金屬沒有剩余應(yīng)力。 金屬層2的溫度在tn與tp之間，這層金屬受熱作用要膨脹，金屬層1因處于完全塑性形狀，所以它對金屬層2受熱膨脹不起阻止作用，但金屬層2的膨脹要受四處于室溫形狀的里層金屬3的阻止，因此, 金屬層2產(chǎn)生瞬時緊縮應(yīng)力，金屬層3那么產(chǎn)生瞬時拉伸應(yīng)力，如圖4-45b所示。. 切削過程終了之后： 金屬層1冷卻到低于tp時，金屬層1冷卻要收縮，但下面的金屬層2阻止它收縮，因此就在金屬層1內(nèi)產(chǎn)生拉伸應(yīng)力。 而在金屬層2內(nèi)的緊縮應(yīng)力還要進一步加大。 金屬層3拉伸應(yīng)力有所減小，如圖4-45c所示。