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第四章 汽车零件的机械加工质量,第一节 机械加工质量,第二节 影响机械加工精度的主要因素,第三节 表面质量的形成及影响因素,本章要求：要求学生了解机械加工质量的概念、产生加工误差的主要因素，了解表面质量的形成及影响因素，了解加工质量对机器零件使用性能的影响。重点掌握机床几何误差、工艺系统受力变形对加工精度的影响,第四节 表面质量对机器零件使用性能的影响,重点：1加工精度及加工表面质量的概念； 2机床几何误差、工艺系统受力变形对加工精度的影响；,第一节 机械加工质量,表面粗糙度 波度 纹理方向 缺陷（划痕、裂纹、砂眼等）,加工质量包含的内容,表面层杂质、裂缝、再结晶、晶粒间腐蚀,表面完整性,工艺系统：机械加工中，机床、机床夹具、刀具和工件形成的一个完整加工系统。 原始误差：由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺系统直接产生的误差。 工艺系统的原始误差有： 1、加工前的误差（原理误差、调整误差、工艺系统的几何误差、定位误差） 2、加工过程中的误差（受力变形加工误差、受热变形加工误差） 3、加工后的误差（工件内应力引起的变形以及测量误差）,第二节 影响机械加工精度的主要因素,原始误差,第二节 影响机械加工精度的主要因素,第二节 影响机械加工精度的主要因素,一、机床误差,机床制造误差对工件加工精度影响较大的有：主轴回转误差、导轨误差和传动链误差。,1、主轴回转误差 主轴实际回转线对其理想回转轴线的漂移。,a）轴向窜动 b）径向跳动 c）角度摆动 主轴回转误差的基本型式,端面形状和轴向尺寸精度,圆度和圆柱度误差,圆柱度误差和端面的形状误差。,Y,Y,o,D,R,水平面,导轨水平面内直线度,A.水平面内，车床导轨的直线度误差会使被加工的工件产生鼓形或鞍形。,第二节 影响机械加工精度的主要因素,2、机床导轨误差 （以卧式车床为例）,（1）机床导轨的直线度,第二节 影响机械加工精度的主要因素,B.在垂直平面内车床导轨的直线度误差，也同样能使工件产生直径方向的误差，但是这个误差不大（处在误差非敏感方向）。,垂直平面,导轨垂直面直线度,Z,d,R,Z,R,d/2,注：对平面磨床、龙门刨床，垂直平面内导轨的直线度误差将直接反映在工件上。,第二节 影响机械加工精度的主要因素,C.车床导轨的扭曲度，也会使刀尖相对工件产生偏移（在水平方向和垂直方向的位移）。,第二节 影响机械加工精度的主要因素,第二节 影响机械加工精度的主要因素,（2）机床主轴的旋转轴线与导轨的平行度,车床主轴旋转轴线与导轨在垂直面内不平行时，则工件表面被加工成双曲面回转体。,主轴回转中心与导轨在垂直面内不平行时，加工的工件轴向形状为鞍形。,机床导轨误差产生的原因： 加工制造方面； 安装调整方面； 导轨磨损方面。,第二节 影响机械加工精度的主要因素,3.机床传动链误差,机床传动链误差是指内联传动链始末两端传动元件间相对运动的误差。,二、刀具误差,第二节 影响机械加工精度的主要因素,定尺寸刀具（钻头、绞刀等）尺寸误差影响加工尺寸误差 成形刀具和展成刀具形状误差影响加工形状误差 刀具磨损影响加工尺寸误差或形状误差,刀具磨损的过程：初期磨损阶段、正常磨损阶段、急剧磨损阶段。 刀具磨损引起工件尺寸和形状误差。正确选用刀具材料，合理选用刀具几何参数和切削用量，正确刃磨刀具，采用合理冷却液，可减少刀具尺寸磨损。,三、工艺系统的受力变形,工艺系统在切削力、传动力、惯性力、夹紧力及重力作用下，产生的弹性变形和塑性变形，使工件产生几何形状误差和尺寸误差。,第二节 影响机械加工精度的主要因素,（一）工艺系统刚度,工件和刀具的法向切削分力 与在总切削力的作用下，它们在该方向上的相对位移 的比值：,注意：当 与 方向相反时，为负刚度，应尽量避免。,第二节 影响机械加工精度的主要因素,（二）机床刚度及其对加工精度的影响,第二节 影响机械加工精度的主要因素,加工出的工件轴截面呈两端粗、中间细的鞍形：,第二节 影响机械加工精度的主要因素,影响机床部件刚度的因素 配合零件的接触刚度,接触表面间的名义压强的增量与接触变形的增量之比称为接触刚度。零件表面越粗糙，形状误差越大，材料硬度低，接触刚度越小。,第二节 影响机械加工精度的主要因素, 机床薄弱零件的刚度, 连接件的刚度 外力超过压紧力产生的摩擦力 零件的间隙 采用空运转、预紧来克服。,第二节 影响机械加工精度的主要因素,（三）工件的刚度及其对加工精度的影响（车床上为例）,1.工件在两顶尖间装夹,由于工件变形，使工件加工后成鼓形,工件受力变形引起的加工误差,第二节 影响机械加工精度的主要因素,2.工件在卡盘中装夹 喇叭口形,3.工件装夹在卡盘上并用后顶尖支承,第二节 影响机械加工精度的主要因素,a） b） 薄壁套夹紧变形,4.薄壁类零件,（四）刀具的刚度及其对加工精度的影响,第二节 影响机械加工精度的主要因素,一般刀具，误差敏感方向刚度大，受力变形对加工精度影响不大。 钻头径向刚度低，钻头受力引起轴线弯曲、偏斜，导致加工孔的尺寸、形状和相互位置产生误差。 镗孔,提高刀具刚度的措施：钻孔时采用钻套以提高钻头的刚度；镗孔时采用导向支承或专用镗模来提高镗刀杆的刚度。,第二节 影响机械加工精度的主要因素,（五）工艺系统的刚度及其对加工精度的影响,误差复映：在切削加工中，由于被加工表面的几何形状误差使加工余量发生变化或工件材料的硬度不均匀等因素引起切削力变化，使工艺系统受力变形不一致，从而造成工件的加工误差。,误差复映系数：,多次走刀：,第二节 影响机械加工精度的主要因素,第二节 影响机械加工精度的主要因素,四、工艺系统的热变形,1.工艺系统的热源,2.工艺系统的热平衡,单位时间传入的热量与其散出的热量相等时，工艺系统就达到了热平衡状态，而工艺系统的热变形也就达到某种程度的稳定。 特征：各点温度将不再随时间而变化，只是其坐标位置的函数。（稳态温度场）,3.机床热变形引起的加工误差,体积大，热容量大，温升不高，达到热平衡时间长 结构复杂，温度场和变形不均匀，对加工精度影响显著,车床受热变形,a） 车床受热变形形态,b） 温升与变形曲线,第二节 影响机械加工精度的主要因素,立铣（图a）,a）铣床受热变形形态,b）外圆磨床受热变形形态,c）导轨磨床受热变形形态,外圆磨（图b）,导轨磨（图c）,第二节 影响机械加工精度的主要因素,第二节 影响机械加工精度的主要因素,4.机床热变形引起的加工误差,第二节 影响机械加工精度的主要因素,（1） 工件均匀受热,5级丝杠累积误差全长应5m，可见热变形的严重性,式中 L 长度热变形量； L 工件原有长度和直径； 工件材料线膨胀系数； t 温升。,长度：,例：长400mm丝杠，加工过程温升1，热伸长量为：,（2） 工件不均匀受热,此值已大于精密导轨平面度要求,例：高600mm，长2000mm的床身，若上表面温升为3，则变形量为：,结果：加工时上表面升温，工件向上拱起，磨削时将中凸部分磨平，冷却后工件下凹。,第二节 影响机械加工精度的主要因素,体积小，热容量小，达到热平衡时间较短 温升高，变形不容忽视（达0.03 0.05mm）, 特点, 变形曲线,5、刀具热变形引起的加工误差,第二节 影响机械加工精度的主要因素,车刀的热伸长量与切削时间的关系,五、工件内应力,内应力：指外部载荷去除后，仍残存在工件内部的应力。工件若产生内应力，将处于不稳定状态，会逐渐变形。 1工件内应力产生的原因 毛坯制造和热处理过程中产生的内应力 在铸、锻、焊及热处理过程中，由于零件壁厚不均匀，使得各部分热胀冷缩不均匀，以及金相组织转变时的体积变化，使毛坯内部产生相当大的内应力。,第二节 影响机械加工精度的主要因素, 冷校直产生的内应力 弯曲的工件（原来无内应力）要校直，常采用冷校直的工艺方法。,第二节 影响机械加工精度的主要因素, 切削加工产生的内应力 切削过程中产生的力和热，使被加工工件的表面层变形，产生内应力。,2减少内应力的措施 合理设计零件结构 简化结构，壁厚均匀，减少尺寸和壁厚差，增大零件刚度。 采取时效处理 自然时效处理（毛坯制造后，或粗加工后，精加工之前） 人工时效处理（高温时效在毛坯件或工件粗加工，低温时效在工件半精加工后） 振动时效 合理安排工艺 粗、精加工分开在不同的工序进行； 切削时注意减小切削力； 粗、精加工在一个工序中完成时，粗加工后松开工件，再用较小的力夹紧工件进行精加工。,第二节 影响机械加工精度的主要因素,五、其他原因,（一）原理误差 原理误差：由于采用近似的加工运动或近似的刀具轮廓所产生的加工误差。 （1） 采用近似的刀具轮廓形状： 如模数铣刀铣齿轮。 （2） 采用近似的加工运动：如滚切渐开线齿廓。,第二节 影响机械加工精度的主要因素,（二）调整误差,测量误差。 机床进给机构的位移误差。,定程机构误差。 样件或样板误差。,试切法与调整法,第二节 影响机械加工精度的主要因素,第三节 表面质量的形成及影响因素,一、表面粗糙度,（一）切削加工的表面粗糙度,1、切削的残留痕迹,2、积屑瘤的影响,a)积屑瘤定义 在一定的条件下切削塑性金属时，由于前刀面挤压及摩擦的作用，使切屑底层中的一部分金属停滞和堆积在切削刃口附近，形成硬块，能代替 切削刃进行切削，这个硬块称为切屑瘤。b)积屑瘤产生的原因 切屑底面对前刀面强烈摩擦，当接触面达到一定温度和压力时，表面产生粘结现象，形成积屑瘤。 c)积屑瘤的特点：不稳定性， d)积屑瘤的控制措施： 提高工件材料硬度；选择低、高速切削；采用切削液；增