第六章機(jī)械制造質(zhì)量分析與控制

1、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ),機(jī)械工業(yè)出版社 第4版,第6章機(jī)械制造質(zhì)量分析與控制,機(jī)械加工精度的基本概念,一、 加工精度與加工誤差 所謂加工精度指的是零件在加工以后的幾何參數(shù)(尺寸、形狀和位置)與圖樣規(guī)定的理想零件的幾何參數(shù)符合的程度。符合程度越高,加工精度也越高。所謂理想零件,對表面形狀而言,就是絕對正確的圓柱面、平面、錐面等;對表面位置而言,就是絕對的平行、垂直、同軸和一定的角度等;對于尺寸而言,就是零件尺寸的公差帶中心。,機(jī)械加工精度的基本概念,二、 加工經(jīng)濟(jì)精度 由于在加工過程中有很多因素影響加工精度,所以同一種加工方法在不同的工作條件下所能達(dá)到的精度是不同的。任何一種加工方法,只要精心操作,細(xì)

2、心調(diào)整,并選用合適的切削參數(shù)進(jìn)行加工,都能使加工精度得到較大的提高,但這樣做會(huì)降低生產(chǎn)率,增加加工成本。,圖6-1加工成本和加工誤差的關(guān)系,機(jī)械加工精度的基本概念,三、零件獲得加工精度的方法 零件的加工精度包括尺寸精度、形狀精度和位置精度。 形狀精度的獲得,可概括為以下三種方法: 1) 軌跡法 2) 成形法 3)展成法 尺寸精度的獲得方法有以下四種: 1)試切法。 2) 定尺寸刀具法。 3) 調(diào)整法。 4)自動(dòng)控制法。,影響加工精度的因素及其分析,圖6-2活塞銷孔精鏜工序中的原始誤差,影響加工精度的因素及其分析,影響加工精度的因素及其分析,原理誤差是由于采用了近似的加工運(yùn)動(dòng)或者近似的刀具輪廓而

3、產(chǎn)生的。在很多場合下,為了得到規(guī)定的零件表面,都必須在工件和刀具的運(yùn)動(dòng)之間建立一定的聯(lián)系,例如車削螺紋,必須使工件和車刀之間有準(zhǔn)確的螺旋運(yùn)動(dòng)聯(lián)系;滾切齒輪,必須使工件和滾刀之間有準(zhǔn)確的展成運(yùn)動(dòng)。在活塞裙部橢圓磨削時(shí),就要求工件在每一個(gè)旋轉(zhuǎn)中對刀具做相應(yīng)的徑向運(yùn)動(dòng),兩個(gè)運(yùn)動(dòng)之間的聯(lián)系必須滿足橢圓截面形狀的要求。機(jī)械加工中的這種運(yùn)動(dòng)聯(lián)系一般稱為加工原理,它經(jīng)常出現(xiàn)在加工成形表面的場合。這種運(yùn)動(dòng)聯(lián)系一般都是由機(jī)床的機(jī)構(gòu)來保證的,也有很多場合是用夾具來保證的。前者如螺紋加工、齒輪加工等,后者如活塞裙部橢圓的靠模磨削等。除此以外,還有用成形刀具直接加工出成形表面的方法。從理論上講,我們應(yīng)采用合乎理想的加

4、工原理,完全準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)聯(lián)系,以求獲得完全準(zhǔn)確的成形表面。但是,采用理論上完全正確的加工原理有時(shí)會(huì)使機(jī)床或夾具的結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜,造成制造上的困難;或者由于環(huán)節(jié)過多,增加了機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)中的誤差,反而得不到高的加工精度。在生產(chǎn)實(shí)際中也常采用近似的加工原理以獲得實(shí)效。采用近似的加工原理往往還可以提高生產(chǎn)率和使工藝過程更為經(jīng)濟(jì)。因此決不能認(rèn)為有了原理誤差就不算是一種完善的加工方法。,影響加工精度的因素及其分析,二、機(jī)床誤差 機(jī)床誤差來自三個(gè)方面:機(jī)床本身的制造、磨損和安裝。 根據(jù)我國機(jī)床行業(yè)的機(jī)床專業(yè)標(biāo)準(zhǔn),機(jī)床在出廠以前都要通過機(jī)床精度檢驗(yàn),檢驗(yàn)的內(nèi)容是機(jī)床主要零、部件本身的形狀和位置誤差,要求它們不超過規(guī)定

5、的數(shù)值。以車床為例,主要項(xiàng)目有: 1)床身導(dǎo)軌在垂直面和水平面內(nèi)的直線度和平行度。 2)主軸軸線對床身導(dǎo)軌的平行度。 3)主軸的回轉(zhuǎn)精度。 4)傳動(dòng)鏈精度。 5)刀架各溜板移動(dòng)時(shí),對主軸軸線的平行度和垂直度。 以上各項(xiàng)檢驗(yàn)是在沒有切削載荷的情況下進(jìn)行的,所反映的各項(xiàng)誤差稱為機(jī)床的靜誤差。它包括了機(jī)床的幾何誤差和傳動(dòng)鏈誤差。,影響加工精度的因素及其分析,1.導(dǎo)軌誤差 導(dǎo)軌是機(jī)床中確定主要部件的相對位置的基準(zhǔn),也是運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn),它的各項(xiàng)誤差直接影響被加工工件的精度。例如車床的床身導(dǎo)軌,在水平面內(nèi)有了彎曲以后,在縱向切削過程中,刀尖的運(yùn)動(dòng)軌跡相對于工件軸心線之間就不能保持平行,當(dāng)導(dǎo)軌向后凸出時(shí),工件上

6、就產(chǎn)生鞍形加工誤差。而當(dāng)導(dǎo)軌向前凸出時(shí),就產(chǎn)生鼓形加工誤差。,影響加工精度的因素及其分析,圖6-3刀具在不同方向上的位移量對工件直徑的影響,影響加工精度的因素及其分析,圖6-4轉(zhuǎn)塔車床刀具的安裝,影響加工精度的因素及其分析,圖6-5導(dǎo)軌的直線度誤差 a)在垂直面內(nèi)的直線度誤差b) 在水平面內(nèi)的直線度誤差,影響加工精度的因素及其分析,圖6-6導(dǎo)軌扭曲所形成的加工誤差,圖6-7導(dǎo)軌原始誤差的檢測,影響加工精度的因素及其分析,2.主軸誤差 (1)主軸回轉(zhuǎn)精度,圖6-8主軸軸心和幾何軸線的位置變動(dòng),影響加工精度的因素及其分析,表6-1機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差產(chǎn)生的加工誤差,影響加工精度的因素及其分析,圖6-9

7、軸頸與軸套孔圓度誤差引起的徑向跳動(dòng) a )車床類機(jī)床b)鏜床類機(jī)床,影響加工精度的因素及其分析,圖6-10軸承內(nèi)環(huán)及滾動(dòng)體的形狀誤差 a)孔與滾道不同軸b)滾道不圓c)滾道有波度d)滾動(dòng)體的不同與尺寸差,影響加工精度的因素及其分析,圖6-11在安裝前后軸承內(nèi)環(huán)滾道的形狀誤差(用圓度儀測量) a)安裝前內(nèi)環(huán)的孔和滾道的形狀誤差b)主軸軸頸的形狀誤差c)裝上軸頸后的內(nèi)環(huán)滾道的形狀誤差,影響加工精度的因素及其分析,(2)主軸回轉(zhuǎn)精度的測量方法,圖6-12主軸回轉(zhuǎn)精度的傳統(tǒng)測量方法,影響加工精度的因素及其分析,3.傳動(dòng)鏈誤差 對某些表面的加工,如齒輪、蝸輪、螺紋、絲杠表面的形成,要求刀具和工件之間有嚴(yán)

8、格的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。例如車削絲杠螺紋時(shí),要求工件轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)刀具應(yīng)移動(dòng)一個(gè)導(dǎo)程;在單頭滾刀滾齒時(shí),要求轉(zhuǎn)刀轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)工件應(yīng)轉(zhuǎn)過一個(gè)齒分角。這種相連的運(yùn)動(dòng)關(guān)系是由機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)即傳動(dòng)鏈來保證的,因此有必要對傳動(dòng)鏈的誤差加以分析。,影響加工精度的因素及其分析,三、調(diào)整誤差 在活塞加工中,就存在著許多工藝系統(tǒng)的調(diào)整問題。例如: 1)機(jī)床的調(diào)整。 2)夾具的調(diào)整。 3)刀具的調(diào)整。,影響加工精度的因素及其分析,不同的調(diào)整方式,有不同的誤差來源: (1)試切法調(diào)整 1)測量誤差。 2)加工余量的影響。 3)微進(jìn)給誤差。 (2)按定程機(jī)構(gòu)調(diào)整 (3)按樣件或樣板調(diào)整,影響加工精度的因素及其分析,四、工藝系統(tǒng)受力變形對加工

9、精度的影響 1.現(xiàn)場加工中工藝系統(tǒng)受力變形的現(xiàn)象 工藝系統(tǒng)的受力變形是機(jī)械加工精度中一項(xiàng)很重要的原始誤差,它不但嚴(yán)重地影響著加工后工件的精度,而且還影響著表面質(zhì)量,限制切削用量和生產(chǎn)率的提高。下面首先分析一下工藝系統(tǒng)受力變形的特點(diǎn)及物理力學(xué)本質(zhì),然后再討論它們對加工精度的影響。,影響加工精度的因素及其分析,2.機(jī)床部件剛度及其特點(diǎn),圖6-15車削時(shí)作用在刀具上和工件上的力,影響加工精度的因素及其分析,圖6-16在頂尖間加工棒料的變形,影響加工精度的因素及其分析,圖6-17車床刀架、頭尾架靜剛度測量示意圖,影響加工精度的因素及其分析,圖6-18車床刀架部件的靜剛度曲線,影響加工精度的因素及其分析

10、,根據(jù)研究,影響部件剛度的因素有: (1)接觸變形(零件與零件間接觸點(diǎn)的變形),圖6-19表面的接觸情況,機(jī)械加工精度的基本概念,(2)薄弱零件本身的變形,圖6-20機(jī)床剛度的薄弱環(huán)節(jié),機(jī)械加工精度的基本概念,(3)間隙的影響,機(jī)械加工精度的基本概念,(4)摩擦的影響,圖6-22刀架在切削力作用下的變形,機(jī)械加工精度的基本概念,(5)施力方向的影響,圖6-23三向測力裝置 1受力桿2框架3測力環(huán) 4加力螺桿5撥桿,機(jī)械加工精度的基本概念,3.工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響 (1)由于受力點(diǎn)位置的變化而產(chǎn)生的工件形狀誤差 (2)由于切削力變化引起的加工誤差-誤差復(fù)映規(guī)律 (3)其他作用力引起工

11、藝系統(tǒng)受力變形的變化所產(chǎn)生的加工誤差 1)夾緊力引起的加工誤差。 2)由于機(jī)床部件和工件本身重力及它們在移動(dòng)中位置的變化而引起的加工誤差。,機(jī)械加工精度的基本概念,4.減少工藝系統(tǒng)受力變形的途徑 1)提高工藝系統(tǒng)中零件間的配合表面質(zhì)量,以提高接觸剛度。 2)設(shè)置輔助支承提高部件剛度。 3)當(dāng)工件剛度成為產(chǎn)生加工誤差的薄弱環(huán)節(jié)時(shí),縮短切削力作用點(diǎn)和支承點(diǎn)的距離也可以提高工件的剛度。,機(jī)械加工精度的基本概念,五、工藝系統(tǒng)熱變形引起的加工誤差 1.工藝系統(tǒng)的熱變形及其熱源,實(shí)踐表明,機(jī)床在工作中受到多種熱源的影響,主要有: 1)電氣熱:機(jī)械動(dòng)力源的能量損耗轉(zhuǎn)化為熱(電動(dòng)機(jī)、電氣箱、油泵、液壓操縱箱、

12、活塞副、各種閥件等)。 2)傳動(dòng)部分將發(fā)生摩擦熱(軸承副、齒輪副、離合器、導(dǎo)軌副等),并通過潤滑油而將熱量散布開來,特別是床身內(nèi)部的潤滑油池,形成一個(gè)很大的熱源,對床身的熱變形影響很大,會(huì)造成導(dǎo)軌彎曲。 3)切削熱的大部分是被切屑和冷卻液帶走的,但是切屑和冷卻液落到床身上后,其熱量也就傳遞給床身,使后者產(chǎn)生了熱變形。 4)環(huán)境傳來的熱(室溫的變化、陽光的照射、取暖裝置的影響等)使機(jī)床各部分受熱不均勻而引起變形。,機(jī)械加工精度的基本概念,2.機(jī)床的熱變形及其對加工精度的影響 由于各類機(jī)床的結(jié)構(gòu)和工作條件相差很大,所以引起機(jī)床熱變形的熱源和變形形式也是多種多樣的。根據(jù)熱變形影響的不同,可以把機(jī)床分

13、為三類: 1)加工精度要求很高或較高的精密機(jī)床(例如坐標(biāo)鏜床和磨床類機(jī)床)。 2)半自動(dòng)和自動(dòng)機(jī)床。在整個(gè)工作時(shí)間(一班或一晝夜)內(nèi),都要求這些機(jī)床在一次調(diào)整后加工精度穩(wěn)定。但機(jī)床的熱變形會(huì)導(dǎo)致加工精度(尺寸、形狀、位置等)不斷地變化,產(chǎn)生超差。 3)床身較長的機(jī)床。由于床身與地基的溫差使導(dǎo)軌彎曲變形,破壞加工精度(例如導(dǎo)軌磨床和龍門刨床)。,機(jī)械加工精度的基本概念,圖6-34幾種機(jī)床的熱變形趨勢 a)車床的熱變形b)萬能銑床的熱變形c)平面磨床的熱變形 d)雙端面磨床的熱變形e)立式車床工作臺(tái)的熱變形,機(jī)械加工精度的基本概念,3.減少機(jī)床熱變形對加工精度影響的基本途徑 (1)結(jié)構(gòu)措施 1)熱

14、對稱結(jié)構(gòu)。,圖6-35立柱熱對稱結(jié)構(gòu),機(jī)械加工精度的基本概念,圖6-36牛頭刨床滑枕結(jié)構(gòu)熱變形及其改進(jìn) a)滑枕截面示意圖b)滑枕前端與工作臺(tái)面距離變化試驗(yàn)c)滑枕熱變形曲線 d)滑枕熱變形示意圖 e)滑枕截面選型示意圖,機(jī)械加工精度的基本概念,2)在設(shè)計(jì)上使關(guān)鍵件的熱變形避開加工誤差的敏感方向。,圖6-37主軸箱的兩種裝配結(jié)構(gòu)的熱位移的示意圖,機(jī)械加工精度的基本概念,3)合理安排支承的位置,使產(chǎn)生熱位移(對加工精度有直接影響)的有效部分縮短。4)對發(fā)熱量大的熱源(如裝入式電動(dòng)機(jī)、泵、油池、軸承等)采用足夠冷卻的措施:擴(kuò) 5)均衡關(guān)鍵件的溫升,避免彎曲變形。 6)隔離熱源可以從根本上減少機(jī)床的

15、熱變形。,機(jī)械加工精度的基本概念,(2)工藝措施 1)在安裝機(jī)床的區(qū)域內(nèi)保持恒定的環(huán)境溫度,如均勻安排車間內(nèi)加熱器、取暖系統(tǒng)等的位置,使熱流的方向不朝向機(jī)床,以及建立車間門斗或簾幕等。此外,精密機(jī)床還不應(yīng)受到陽光的直接照射,以免引起不均勻的熱變形。 2)將精密機(jī)床中的坐標(biāo)鏜床、螺紋機(jī)床和齒輪機(jī)床等安裝在恒溫室中使用。恒溫精度應(yīng)嚴(yán)格控制(一般精度取1,精密級0.5,超精密級為0.01)。恒溫基數(shù)則可按季節(jié)適當(dāng)?shù)丶右宰儎?dòng)。經(jīng)我國有關(guān)設(shè)計(jì)院、研究所和工廠的試驗(yàn)研究結(jié)果,試行了按季節(jié)調(diào)溫的措施(例如春、秋季取20,夏季取23,冬季取17),既不影響制造質(zhì)量,又可節(jié)省投資和水電消耗,還有利于工人的健康。

16、 3)讓機(jī)床在開車后空轉(zhuǎn)一段時(shí)間,在到達(dá)或接近熱平衡后再進(jìn)行加工,在加工有些精密零件時(shí),盡管有不切削的間斷時(shí)間,但仍讓機(jī)床空轉(zhuǎn),以保持機(jī)床的熱平衡。,機(jī)械加工精度的基本概念,4.刀具的熱變形及其對加工精度的影響,圖6-40車刀的熱伸長,機(jī)械加工精度的基本概念,5.工件的熱變形 工件在機(jī)械加工中所產(chǎn)生的熱變形,主要是由于切削熱的作用。有些大型零件同時(shí)還受環(huán)境溫度變化的影響(如機(jī)床床身導(dǎo)軌)。從試驗(yàn)研究可知,大部分的切削熱被切屑帶走,傳入工件的熱量很少。例如:根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,車削中切屑所帶走的熱量達(dá)50%86%,而高速切削時(shí)還會(huì)超過90%,傳入刀具的熱量為10%40%,傳給工件的熱量不到10%。但是

17、這種數(shù)據(jù)還不能籠統(tǒng)地用來估計(jì)工件的熱變形大小。第一,上述這些比例關(guān)系,只適合于車、銑、刨、立鏜、外拉削等切屑流出較暢、切屑和刀具的摩擦也較小的情況。若是像鉆孔那樣,由于橫刃的擠壓作用、切屑和鉆頭排屑溝的摩擦以及散熱條件不好等原因,鉆孔時(shí)所產(chǎn)生的熱量約有50%進(jìn)入工件。又如在臥鏜鑄鐵工件時(shí),切屑幾乎全部留在孔內(nèi),傳給切屑的熱量又傳給了工件。磨削時(shí),約有84%的磨削熱傳入工件,只有4%傳入磨屑,12%傳入砂輪。第二,即使是同樣的熱量,由于工件的受熱體積(尺寸)不同,溫升和熱變形也不一樣,例如薄壁件和實(shí)心件的情況就不一樣。第三,工件受熱均勻與否,對熱變形的影響也很大,若工件單面受熱,就容易產(chǎn)生彎曲。

18、,機(jī)械加工精度的基本概念,為了減少工件熱變形對加工精度的影響,可以采取下列措施: 1)在切削區(qū)域施加充分的冷卻液。 2)提高切削速度或進(jìn)給量(如高速切削和高速磨削),使傳入工件的熱量減少。 3)工件在精加工前有充分的時(shí)間間隙,使它得到足夠的冷卻。 4)不使刀具和砂輪過分磨鈍就進(jìn)行刃磨和修正,以減少切削熱和磨削熱。 5)使工件在夾緊狀態(tài)下有伸縮的自由(如采用彈簧后頂尖、氣動(dòng)后頂尖等)。,機(jī)械加工精度的基本概念,六、內(nèi)應(yīng)力引起的變形 在主軸和箱體加工中,都安排有時(shí)效處理的工序,目的是消除工件的內(nèi)應(yīng)力。 所謂內(nèi)應(yīng)力,指的是當(dāng)外部的載荷去除以后,仍殘存在工件內(nèi)部的應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力是由于金屬內(nèi)部宏觀的或微觀

19、的組織發(fā)生了不均勻的體積變化而產(chǎn)生的。其外界因素就來自熱加工和冷加工。 具有內(nèi)應(yīng)力的零件處于一種不穩(wěn)定的狀態(tài)。它內(nèi)部的組織有強(qiáng)烈的傾向要恢復(fù)到一個(gè)穩(wěn)定的沒有內(nèi)應(yīng)力的狀態(tài),即使在常溫下零件也不斷地進(jìn)行這種變化,直到內(nèi)應(yīng)力消失為止。在這種過程中,零件的形狀逐漸地發(fā)生變化,原有的加工精度逐漸喪失。若把具有內(nèi)應(yīng)力的重要零件裝配成機(jī)器,它在機(jī)器的使用期中產(chǎn)生了變形,就可能破壞整臺(tái)機(jī)器的質(zhì)量,帶來嚴(yán)重的后果。,機(jī)械加工精度的基本概念,1.毛坯制造中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力,圖6-41鑄件因內(nèi)應(yīng)力而引起的變形,機(jī)械加工精度的基本概念,圖6-42床身因內(nèi)應(yīng)力而引起的變形,機(jī)械加工精度的基本概念,2.冷校直帶來的內(nèi)應(yīng)力,圖

20、6-43校直引起的內(nèi)應(yīng)力,機(jī)械加工精度的基本概念,3.切削(磨削)帶來的內(nèi)應(yīng)力,圖6-44三輥式校直機(jī)原理圖 1上軋輥2主動(dòng)軋輥3從動(dòng)軋輥4、5、7、8傳動(dòng)帶輥 6電動(dòng)機(jī)9調(diào)節(jié)螺釘10工件,機(jī)械加工精度的基本概念,七、 保證和提高加工精度的途徑 1.聽其自然,因勢利導(dǎo),直接消除或減小柔性工件受力變形的方法 2.人為設(shè)誤,相反相成,抵消受力變形和傳動(dòng)誤差的方法 3.縮小范圍,分別處理,分組控制定位誤差的方法 4.創(chuàng)造條件,撇開干擾,變形轉(zhuǎn)移和誤差轉(zhuǎn)移的方法 5.確保驗(yàn)收,把好最后一道關(guān),“就地加工”達(dá)到最終精度的方法 6.有比較,才有鑒別,誤差平均的方法 7.實(shí)時(shí)檢測,動(dòng)態(tài)補(bǔ)償,偶件自動(dòng)配制和溫

21、度積極控制的方法,加工誤差的綜合分析,一、加工誤差的性質(zhì) 區(qū)分加工誤差的性質(zhì)是研究和解決加工精度問題時(shí)極為重要的一環(huán),各種加工誤差,按它們在一批零件中出現(xiàn)的規(guī)律來看,可以分為兩大類,即系統(tǒng)性誤差和隨機(jī)性誤差。 (1)系統(tǒng)性誤差當(dāng)連續(xù)加工一批零件時(shí),這類誤差的大小和方向保持不變,或是按一定的規(guī)律而變化。前者稱為常值系統(tǒng)性誤差,后者稱為變值系統(tǒng)性誤差。 (2)隨機(jī)性誤差在加工一批零件中,這類誤差的大小和方向是不規(guī)律地變化著的。毛坯誤差(余量大小不一、硬度不均等)的復(fù)映誤差、定位誤差(基準(zhǔn)面尺寸不一、間隙影響等)、夾緊誤差(夾緊力大小不一)、多次調(diào)整的誤差、內(nèi)應(yīng)力引起的變形誤差等都是隨機(jī)性誤差。,加

22、工誤差的綜合分析,二、加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析方法 對于生產(chǎn)實(shí)際中經(jīng)常以復(fù)雜的因素而出現(xiàn)的加工誤差問題,不能用前面闡述的單因素估算方法來衡量其因果關(guān)系,更不能由單個(gè)工件的檢查來得出結(jié)論。因?yàn)閱蝹€(gè)工件不能暴露出誤差的性質(zhì)和變化的規(guī)律,單個(gè)工件的誤差大小也不能代表整批工件誤差的大小。由于在一批工件的加工過程中,既有變值系統(tǒng)性誤差因素,也有隨機(jī)性誤差因素在作用,因此單個(gè)工件的誤差是不斷地變化的,憑單個(gè)工件去推斷整批工件的誤差情況極不可靠,所以就需要用統(tǒng)計(jì)分析的方法。 統(tǒng)計(jì)分析法就是以生產(chǎn)現(xiàn)場內(nèi)對許多工件進(jìn)行檢查的結(jié)果為基礎(chǔ),運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法去處理這些結(jié)果,從中分析出規(guī)律性的東西,以找出解決問題的途徑。

23、常用的統(tǒng)計(jì)分析有兩種:分布曲線法和點(diǎn)圖法。,加工誤差的綜合分析,圖6-63正態(tài)分布曲線的性質(zhì),加工誤差的綜合分析,圖6-64隨機(jī)性誤差和系統(tǒng)性誤差混合而形成的分布曲線 a)兩次調(diào)整下加工的零件的尺寸分布曲線b)砂輪磨損下加工的零件分布曲線c)幾何誤差分布曲線,加工誤差的綜合分析,2.點(diǎn)圖法 點(diǎn)圖法的要點(diǎn)就是:按加工的先后順序作出尺寸的變化圖,以暴露整個(gè)加工過程中誤差變化的全貌。具體方法是按工件的加工順序定期測量工件的尺寸,以其序號為橫坐標(biāo),以量得的尺寸為縱坐標(biāo),則可得到如圖6-65所示的點(diǎn)圖。,加工誤差的綜合分析,圖6-65自動(dòng)車床加工的點(diǎn)圖,加工誤差的綜合分析,表6-5正常波動(dòng)與異常波動(dòng)的標(biāo)

24、志,機(jī)械加工表面質(zhì)量,一、 概述 機(jī)器零件的機(jī)械加工質(zhì)量,除了加工精度之外,表面質(zhì)量也是極其重要而不容忽視的一個(gè)方面。產(chǎn)品的工作性能,尤其是它的可靠性、耐久性,在很大程度上取決于其主要零件的表面質(zhì)量。 機(jī)器零件的使用性能如耐磨性、疲勞強(qiáng)度、耐蝕性等除與材料本身的性能和熱處理有關(guān)外,主要取決于加工后的表面質(zhì)量。隨著產(chǎn)品性能的不斷提高,一些重要零件必須在高應(yīng)力、高速、高溫等條件下工作,由于表面上作用著很大的應(yīng)力并直接受到外界介質(zhì)的腐蝕,表面層的任何缺陷都可能引起應(yīng)力集中、應(yīng)力腐蝕等現(xiàn)象而導(dǎo)致零件的損壞,因而表面質(zhì)量問題變得更加突出和重要。 機(jī)械加工的表面不可能是理想的光滑表面,而是存在著表面粗糙度

25、、波度等表面幾何形狀誤差以及劃痕、裂紋等表面缺陷的。表面層的材料在加工時(shí)也會(huì)產(chǎn)生物理性質(zhì)的變化,有些情況下還會(huì)產(chǎn)生化學(xué)性質(zhì)的變化,該層總稱為加工變質(zhì)層。,機(jī)械加工表面質(zhì)量,圖6-67加工表面層深度的變化示意圖,機(jī)械加工表面質(zhì)量,圖6-68表面粗糙度和波度,機(jī)械加工表面質(zhì)量,二、表面質(zhì)量對零件使用性能的影響 1.表面質(zhì)量對零件耐磨性的影響 零件的耐磨性主要與摩擦副的材料及潤滑條件有關(guān),但在這些條件已經(jīng)確定的情況下,零件的表面質(zhì)量就起決定性的作用。當(dāng)兩個(gè)零件的表面互相接觸時(shí),實(shí)際只是在一些凸峰頂部接觸,因此實(shí)際接觸面積只是名義接觸面積的一小部分。當(dāng)零件上有了作用力時(shí),在凸峰接觸部分就產(chǎn)生了很大的單

26、位面積壓力,表面越粗糙,實(shí)際接觸面積就越少,凸峰處的單位面積壓力也就越大。當(dāng)兩個(gè)零件做相對運(yùn)動(dòng)時(shí),在接觸的凸峰處就會(huì)產(chǎn)生彈性變形、塑性變形及剪切等現(xiàn)象,即產(chǎn)生了表面的磨損。即使在有潤滑的情況下,也因?yàn)榻佑|點(diǎn)處單位面積壓力過大,超過了潤滑油膜存在的臨界值,因而油膜被破壞,形成干摩擦。,機(jī)械加工表面質(zhì)量,2.表面質(zhì)量對零件疲勞強(qiáng)度的影響 在交變載荷的作用下,零件表面的粗糙度、劃痕和裂紋等缺陷容易引起應(yīng)力集中而萌生和擴(kuò)展疲勞裂紋造成疲勞損壞。試驗(yàn)表明,對于承受交變載荷的零件,減小表面粗糙度可以使疲勞強(qiáng)度提高30%40%。加工紋路方向?qū)ζ趶?qiáng)度的影響更大,如果刀痕與受力方向垂直,則疲勞強(qiáng)度將顯著降低。

27、不同材料對應(yīng)力集中的敏感程度不同,因而效果也就不同。一般說來,鋼的極限強(qiáng)度越高,應(yīng)力集中的敏感程度就越大。,機(jī)械加工表面質(zhì)量,3.表面質(zhì)量對零件耐蝕性的影響 當(dāng)零件在潮濕的空氣中或在有腐蝕性的介質(zhì)中工作時(shí),常會(huì)發(fā)生化學(xué)腐蝕或電化學(xué)腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕是由于在粗糙表面的凹谷處容易積聚腐蝕性介質(zhì)而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。電化學(xué)腐蝕是由于兩個(gè)不同金屬材料的零件表面相接觸時(shí),在表面的粗糙度頂峰間產(chǎn)生電化學(xué)作用而被腐蝕掉。所以降低表面粗糙度可以提高零件的耐蝕性。 零件在應(yīng)力狀態(tài)下工作時(shí),會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕,加速腐蝕作用。表面存在裂紋時(shí),更增加了應(yīng)力腐蝕的敏感性。表面產(chǎn)生冷作硬化或金相組織變化時(shí)也常會(huì)降低耐蝕能力。,機(jī)械加工

28、表面質(zhì)量,4.表面質(zhì)量對配合質(zhì)量的影響 對于間隙配合表面,如果表面粗糙度太大,初期磨損量就大,工作時(shí)間一長配合間隙就會(huì)增大,以至改變了原來的配合性質(zhì),影響了間隙配合的穩(wěn)定性。對于過盈配合表面,軸在壓入孔內(nèi)時(shí)表面粗糙度的部分凸峰會(huì)擠平,而使實(shí)際過盈量比預(yù)定的小,影響了過盈配合的可靠性。所以對有配合要求的表面都要求較低的表面粗糙度。 5.其他影響 表面質(zhì)量對零件的使用性能還有一些其他的影響,如對沒有密封件的液壓油缸、滑閥來說,降低表面粗糙度可以減少泄漏,提高其密封性能;較低的表面粗糙度可使零件具有較高的接觸剛度;對于滑動(dòng)零件,降低表面粗糙度能使摩擦系數(shù)降低、運(yùn)動(dòng)靈活性增高,并減少發(fā)熱和功率損失;表

29、面層的殘余應(yīng)力會(huì)使零件在使用過程中緩慢變形,失去原來的精度,降低機(jī)器的工作質(zhì)量等。,機(jī)械加工表面質(zhì)量,三、機(jī)械加工表面的粗糙度及其影響因素 1.切削加工后的表面粗糙度 (1)切削加工表面粗糙度的形成 1)幾何因素。 2)物理因素。,(2)降低表面粗糙度的措施 1)切削速度v的影響。 2)被加工材料性能的影響。 3)刀具的幾何形狀、材料、刃磨質(zhì)量的影響。,機(jī)械加工表面質(zhì)量,2.磨削加工后的表面粗糙度 磨削加工與切削加工有許多不同之處,從幾何因素看,由于砂輪上的磨削刃形狀和分布很不均勻、很不規(guī)則,且隨著砂輪工作表面的修正、磨粒的磨耗不斷改變,要想定量地計(jì)算出加工表面粗糙度是較困難的,現(xiàn)有的各種理論

30、公式或經(jīng)驗(yàn)公式一般均有其局限性,且與實(shí)際情況有很大出入,所以這里只作定性討論。,機(jī)械加工表面質(zhì)量,影響磨削表面粗糙度的主要因素是: (1)砂輪的粒度 (2)砂輪的修整 (3)砂輪速度 (4)磨削切深與工件速度,機(jī)械加工表面質(zhì)量,四、機(jī)械加工后表面物理力學(xué)性能的變化 加工過程中工件由于受到切削力、切削熱的作用,其表面層的物理力學(xué)性能會(huì)產(chǎn)生很大的變化,而與基體材料性能有很大不同,最主要的變化是表面層的微觀硬度變化、金相組織變化和在表面層中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。不同的材料在不同的切削條件下加工產(chǎn)生種種不同的表面層特性。 已加工表面的顯微硬度是加工時(shí)塑性變形引起的冷作硬化和切削熱產(chǎn)生的金相組織變化引起的硬度

31、變化綜合作用的結(jié)果。表面層的殘余應(yīng)力也是塑性變形引起的殘余應(yīng)力和切削熱塑性變形和金相組織變化引起的殘余應(yīng)力的綜合。下面分別對加工后的表面冷作硬化、表面金相組織變化和殘余應(yīng)力加以闡述。,機(jī)械加工表面質(zhì)量,1.加工表面的冷作硬化 切削(磨削)過程中表面層產(chǎn)生的塑性變形使晶體間產(chǎn)生剪切滑移,晶格嚴(yán)重扭曲,并產(chǎn)生晶粒的拉長、破碎和纖維化,引起材料的強(qiáng)化,這時(shí)它的強(qiáng)度和硬度都提高了,這就是冷作硬化現(xiàn)象。 表面層的硬化程度主要以冷硬層的深度h、表面層的顯微硬度H以及硬化程度N表示(圖6-81),其中,式中H0基體材料的硬度。,機(jī)械加工表面質(zhì)量,影響冷作硬化的主要因素有: (1)刀具的影響 (2)切削用量的

32、影響 (3)被加工材料的影響,機(jī)械加工表面質(zhì)量,2.加工表面層的金相組織變化熱變質(zhì)層 (1)磨削時(shí)工件表面層的溫度,圖6-83砂輪磨削區(qū)溫度與磨粒磨削點(diǎn)溫度,圖6-84工件表面層溫度分布,機(jī)械加工表面質(zhì)量,(2)磨削表面層的金相組織變化 磨削表面層溫度一般高于500600,某些情況下甚至可以達(dá)到700以上,這樣就在工件表面層產(chǎn)生了金相組織的變化。一般情況下,在輕磨削條件下磨出的表面層金相組織沒有什么變化,中等磨削條件下磨出的表面層金相組織與基體相比產(chǎn)生了變化,變化層深度約為幾微米,很容易在后續(xù)工序中去除。而重磨削條件下磨出的表面層金相組織變化層厚度顯著加大,如果在后續(xù)的工序中去除余量較小,將不

33、能全部去除變化層,就會(huì)影響使用性能。,機(jī)械加工表面質(zhì)量,(3)減輕磨削熱損傷的途徑 1)改善砂輪的磨削性能,減小磨削熱的產(chǎn)生。 合理選擇砂輪 增大磨削刃間距 2)正確選用磨削用量 3)提高冷卻效,機(jī)械加工表面質(zhì)量,3.加工表面層的殘余應(yīng)力 當(dāng)切削及磨削過程中加工表面層相對于基體材料發(fā)生形狀、體積變化或金相組織變化時(shí),在加工后表面層中將殘余有應(yīng)力,應(yīng)力大小隨深度而變化,其最外層的應(yīng)力和表面層與基體材料的交界處(以下簡稱里層)的應(yīng)力符號相反,并相互平衡。其產(chǎn)生原因主要可歸納為以下三方面: (1)冷塑性變形的影響 (2)熱塑性變形的影響 (3)金相組織變化的影響,機(jī)械加工表面質(zhì)量,五、 控制加工表面質(zhì)量的途徑 1.控制磨削參數(shù) (1)超精加工 (2)珩磨 (3)研磨 (4)拋光 2.采用超精加工、珩磨等光整加工方法作為終加工工序 3.采用噴丸、滾壓、輾光等表面強(qiáng)化工藝 (1)噴丸 (2)滾壓、輾光,機(jī)械加工表面質(zhì)量,第五節(jié)機(jī)械加工過程中振動(dòng)的基本概念,機(jī)械加工中的振動(dòng),一般使刀具與工件之間產(chǎn)生相對位移,嚴(yán)重地破壞了工件和刀具之間正常的運(yùn)動(dòng)軌跡,振動(dòng)不僅惡化了加工表面質(zhì)量、縮短了刀具和機(jī)床的使用壽命,而且振動(dòng)嚴(yán)重時(shí)將使加工無法進(jìn)行。常常為了避免振動(dòng),不得不降低切削用量,從而降低了生產(chǎn)率。同時(shí)由于振動(dòng)發(fā)出