第11章机械加工质量.ppt

机械制造基 沈阳广播 大学 第11章 机械加工质量 1 机械制造基 沈阳广播 大学 一 目的与要求 掌握机械加工精度的概念。 了解在生产中影响机械加工的精度的主要 因素。 了解机械加工表面质量 2 机械制造基 沈阳广播 大学 二 教学内容 机械加工精度概述 1 加工精度和加工误差 2 机械加工的经济精度 3 工件加工精度的获得方法 影响加工精度的原因 1 原始误差 2 工艺系统的几何误差 3 减小或消除内应力的措施 3 机械制造基 沈阳广播 大学 机械加工表面质量 1 加工表面质量的含义 2 影响机械加工表面质量的因素 a 切削层残留面积 b 表面层的加工硬化 c 表面残余应力 d 表面层的金相组织变化与磨削烧伤 4 机械制造基 沈阳广播 大学 三 重点与难点 掌握工艺系统静误差对加工精度的影响 掌握工艺系统动误差对加工精度的影响 5 机械制造基 沈阳广播 大学 11.1机械加工精度概述 11.1.1 加工精度与加工误差 加工精度：零件加工后的实际几何参数（尺 寸、形状和位置）与理想几何参数相符合的程度 。符合程度越高则加工精度就越高。 加工误差：零件加工后的实际几何参数对理 想几何参数的偏离程度称为加工误差。加工精度 的高低是以加工误差的大小来评价的。 6 机械制造基 沈阳广播 大学 11.1.1 加工精度与加工误差 “加工精度”和“加工误差”是评定零 件几何参数准确程度的两种不同概念。生 产实际中用控制加工误差的方法或现代主 动适应加工方法来保证加工精度。 7 机械制造基 沈阳广播 大学 11.1.2 机械加工的经济精度 机械加工经济精度是指某种加工方法，在正 常生产条件下（采用符合质量标准的设备、工 艺装备、标准技术等级的工人，不延长加工时 间）所能保证的加工精度 8 机械制造基 沈阳广播 大学 11.1.3 工件加工精度的获得方法 尺寸精度的获得方法 形状精度的获得方法 位置精度的获得方法 9 机械制造基 沈阳广播 大学 试切法 调整法 定尺寸刀具法 自动控制法 10 机械制造基 沈阳广播 大学 机床运动轨迹法 成形法 仿形法 展成法 11 机械制造基 沈阳广播 大学 一次安装获得法 多次安装获得法 12 机械制造基 沈阳广播 大学 11.2 影响加工精度的因素 零件的机械加工是在由机床、夹具、刀具和工件组成的 工艺系统中进行的。工艺系统中凡是能直接引起加工误差 的因素都称为原始误差。原始误差的存在，使工艺系统各 组成部分之间的位置关系或速度关系偏离了理想状态，致 使加工后的零件产生了加工误差。若原始误差是在加工前 已存在，即在无切削负荷的情况下检验的，称为工艺系统 静误差；若在有切削负荷情况下产生的则称为工艺系统动 误差。 13 机械制造基 沈阳广播 大学 11.2.1 原始误差的分类归纳 加工原理误差 工件装夹误差 机床误差 工艺系统静误差 夹具误差 原始误差 调整误差 刀具误差 工艺系统受力变形 工艺系统动误差 工艺系统热变形 刀具磨损 度量误差 工件内应力引起的变形 14 机械制造基 沈阳广播 大学 1 加工原理误差 加工原理是指加工表面的形成原理。加工原理误差 是指由于采用近似的加工方法所产生的误差。为了 获得规定的加工表面，要求切削刃完全符合理论曲 线的形状，刀具和工件之间必须作相对准确的切削 运动。但往往为了简化机床或刀具的设计与制造， 降低生产成本，提高生产率和方便使用而采用了近 似的加工原理，在允许的范围内存在一定的原理误 差。 15 机械制造基 沈阳广播 大学 2 工件装夹误差 工件装夹误差主要包括定位误差和由于夹 紧力过大而引起的夹紧误差。工件装夹误差 是指一批工件采用调整法加工时因定位不准 确而引起的尺寸或位置的最大变动量。该误 差由基准不重合误差和基准位移误差构成。 16 机械制造基 沈阳广播 大学 3 工艺系统静误差 机床误差 夹具误差 刀具误差 17 机械制造基 沈阳广播 大学 (1) 机床误差 机床误差 是指由机床制造、安装和使用中 的磨损造成的误差。 其中对加工精度影响较大的有： 主轴回转运动误差； 机床导轨误差； 传动链误差。 18 机械制造基 沈阳广播 大学 主轴回转运动误差 主轴回转运动误差 是指主轴的实际回转轴 线相对于平均回转轴线（实际回转轴线的对 称中心线）的变动量，有三种基本形式： 径向圆跳动；轴向窜动；角度摆动 19 机械制造基 沈阳广播 大学 径向圆跳动: 是指主轴瞬时回转中心线相对 平均回转中心线所作的公转运动，如图11- 1a）所示。 轴向窜动: 是指瞬时回转中心线相对于平均 中心线在轴线方向上的变动，如图11-1b） 所示。 角度摆动: 是指主轴瞬时回转中心线相对 于平均中心线在角度方向上的偏移,如图11- 1）c所示。 20 机械制造基 沈阳广播 大学 a）径向圆跳动 b）轴向窜动 c）角度摆动 图11-1 主轴回转误差的基本形 21 机械制造基 沈阳广播 大学 机床导轨误差 导轨在水平面内弯曲，如图11-2所示。 导轨在垂直面内弯曲，如图11-3所示。 导轨扭曲。如果前后导轨在垂直方向存在 平行度误差，如图11-4所示。 注意误差敏感方向 22 机械制造基 沈阳广播 大学 导轨在水平面内弯曲 a） b） 图11-2 导轨在水平面内弯曲 23 机械制造基 沈阳广播 大学 导轨在垂直面内弯曲 a） b） 图11-3 导轨在垂直面内弯曲 24 机械制造基 沈阳广播 大学 导轨扭曲 a） b） 图11-4 导轨扭曲引起的加工误差 25 机械制造基 沈阳广播 大学 传动链误差 加工螺旋面、齿轮、蜗轮等成形表面时，刀 具和零件之间精确的运动关系回转运动速度 与直线运动速度或回转运动速度与回转运动速度 之间的恒定关系是由机床传动系统即传动链来保 证的。传动链误差是指机床内联系传动链始末两 端传动元件之间相对运动的误差。 26 机械制造基 沈阳广播 大学 (2) 夹具误差 夹具的误差主要包括： 定位元件、刀具引导元件、分度机构、夹 具体等的设计和制造误差。 夹具装配后，以上各种元件工作面间的位 置误差。 夹具在使用过程中工作表面的磨损。 夹具使用中工件定位基面与定位元件工作 表面间的位置误差。 27 机械制造基 沈阳广播 大学 （3）刀具误差 一般刀具(如普通车刀、单刃镗刀、平面铣 刀等)的制造误差对工件精度没有直接影响。 定尺寸刀具(如钻头、铰刀、拉刀及槽铣刀 等)的尺寸误差直接影响加工工件的尺寸精度 。 28 机械制造基 沈阳广播 大学 4 调整误差 在加工过程中，存在许多工艺系统的调 整问题。例如：机床的调整、夹具的调整 、刀具的调整等。总之，在机械加工的每 一个工序中，总要进行这样或那样的调整 工作。由于调整不可能绝对准确，也就带 来了调整误差。 29 机械制造基 沈阳广播 大学 5工艺系统动误差 (1) 工艺系统受力变形 机械加工过程中，工艺系统在切削力、夹紧力、 传动力、重力和惯性力等外力作用下，会产生变形 ，破坏刀具和零件之间的正确位置关系，使零件产 生加工误差。 30 机械制造基 沈阳广播 大学 (1) 工艺系统受力变形 工艺系统刚度。刚度是指弹性系统受力后抵抗 变形的能力；工艺系统刚度是指垂直作用于工件 加工表面（加工误差敏感方向）的径向分力与工 艺系统在该方向的变形之间的比值。 （11-1） 式中 工艺系统的刚度（ ）； 沿变形方向上的静载荷大小（ ）； 静变形量（ ）。 31 机械制造基 沈阳广播 大学 工艺系统在某处的法向(误差敏感方向)总变形是 各个组成环节在同一位置处法向变形的叠加，即： （11-2） 式中 机床的变形量（ ）； 刀架的变形量（ ）； 夹具的变形量（ ）； 工件的变形量（ ）。 32 机械制造基 沈阳广播 大学 而各组成部分的刚度为： ， ， ， （11-3） 式中 机床的刚度（ ）； 刀架的刚度（ ）； 夹具的刚度（ ）； 工件的刚度（ ）。 工艺系统刚度的一般计算式为： （11-4） 33 机械制造基 沈阳广播 大学 切削力大小变化引起的加工误差误差复 映现象。误差复映现象是指由于毛坯加工余量和 材料硬度的变化，引起了切削力和工艺系统受力 变形的变化，因而使加工后工件的尺寸误差和形 状误差产生了与毛坯误差相似的现象。 34 机械制造基 沈阳广播 大学 以切削一个有椭圆形圆度误差的工件毛坯为例 :如图11-5所示,设毛坯最大背吃刀量为ap1,最小背 吃刀量为ap2,则毛坯误差 。切削毛坯时 ,在最大和最小背吃刀量时产生的工艺系统的受力 变形为 、 引起的工件误为 。 与 的比值称为误差复映系数，该值反映了误 差复映程度。即： （11-5） 35 机械制造基 沈阳广播 大学 由于 总小于 ， 所以 总是小于1。 图11-5 毛坯的误差复映 36 机械制造基 沈阳广播 大学 切削力作用点位置变化引起的加工误差 图11-6 受力点变化引起的变形 37 机械制造基 沈阳广播 大学 惯性力产生的加工误差 a） b） c） 图11-7 惯性力引起的加工误差 38 机械制造基 沈阳广播 大学 (2) 工艺系统热变形 工艺系统的热源 工艺系统的热源可分为内部热源和外部热源两大类。 机床受热变形产生的加工误差 例如：轴承摩擦发热 、机床导轨副的摩擦热等。 工件热变形引起的加工误差 刀具热变形引起的加工误差 39 机械制造基 沈阳广播 大学 （3）工件内应力引起的变形 毛坯制造时产生的内应力。如图11-9 工件冷校直时产生的内应力 工件切削时产生的内应力 内应力是指当 外部载荷去除 后，仍残存在 工件内部的应力。图11-9 床身内应力重新分布引起的床身变形 40 机械制造基 沈阳广播 大学 11.2.2 提高加工精度的工艺措施 1减少误差法 如图11-10 2误差补偿法 如图11-11 3误差转移法 如图11-12 4误差均分法 41 机械制造基 沈阳广播 大学 图11-10 反拉法切削细长轴 图11-12 利用镗模转移机床误差 图11-11 通过导轨凸起补偿横梁变形 42 机械制造基 沈阳广播 大学 11.3 机械加工表面量 加工表面质量是指机器零件在加工后的表 面层状态。包括两个方面：加工表面的几何形 状特征和表面层的物理、力学性能的变化。 影