机械制造工艺及装备.ppt

第一章机械加工工艺规程 第一章机械加工工艺规程的制订第二章机械加工精度第三章机械加工表面质量 机械加工工艺规程的制订 一基本概念二工艺规程概述三制订工艺规程时要解决的主要问题四加工余量的确定五工序尺寸及其公差的确定六机械加工生产率和技术经济分析 第一节机械加工过程与工艺规程 第一节机械加工过程与工艺规程 基本概念 生产过程工艺过程及其组成生产纲领与生产类型获得加工精度的方法 一 基本概念 生产过程 机械产品制造时 将原材料转变为产品的所有劳动过程对于机器的制造而言 生产过程包括 生产技术准备过程毛坯的制造过程零件的机械加工 热处理和其他表面处理产品的装配 调试 检验和油漆原材料和成品的运输与保管 基本概念 工艺过程及其组成 工艺过程 在生产过程中 改变生产对象的形状 尺寸 相对位置和性质 使其成为半成品或成品的过程 亦即生产过程中由毛坯制造起到油漆为止的过程 Moretolearn 基本概念 工艺过程包括 毛坯制造过程热处理过程机械加工艺过程装配工艺过程等 Moretolearn 基本概念 工艺过程的组成 工艺过程由一个或若干个顺序排列的工序组成工序 一个 或一组 工人 在一个工作地点 或一台机床上 对同一个零件 或一组零件 进行加工所连续完成的那部分工艺过程划分工序的主要依据是 工作地点 或机床 是否改变加工是否连续 Moretolearn 基本概念 基本概念 安装 加工前 使工件在机床上 或夹具中 定位后 即占据正确位置 然后夹紧的过程工位 工件在机床上所占据的每一个待加工位置工步 在一道工序中 当加工表面不变 切削工具不变 切削用量中的进给量和切削速度不变的情况下所完成的那部分工艺过程 Moretolearn 基本概念 工序划分不同 工步可能相同 也可能不同对于一次安装中连续进行的若干相同多工位加工的工步 通常算作一个工步用几把不同刀具或复合刀具同时加工一个零件的几个表面的工步 也看作一个工步 称为复合工步 基本概念 走刀 切削刀具在工件表面上每切削去一层金属所完成的那部分工艺过程一个工步可以包括一次或几次走刀 Moretolearn 基本概念 基本概念 基本概念 基本概念 3 生产纲领与生产类型生产纲领 企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划 即一年中制造产品的数量 零件的生产纲领还应包括备品和废品 可按下式计算 N Qn 1 a 1 b 生产类型 企业生产专业化程度的分类 Moretolearn 基本概念 单件生产 单个生产不同结构和尺寸的产品 很少重复甚至不重复特点是 品种多 产量小 工作地点的加工对象经常改变大量生产 同一产品生产数量很大 大多数工作地点按一定节奏重复进行某一零件的某道工序的加工特点是 产量大 工作地点的加工对象较少改变 加工过程重复 Moretolearn 基本概念 批量生产 一年中分批轮流制造几种不同的产品 每种产品均有一定的数量 工作地点的加工对象周期性重复特点是 有一定的生产数量 加工对象周期性改变 加工过程周期性重复 基本概念 4 获得加工精度的方法获得尺寸精度的方法试切法 通过试切 测量 调整 再试切 反复进行到工件尺寸达到规定要求为止调整法 先调整好刀具和工件在机床上的相对位置 并在一批零件的加工过程中保持这个位置不变 以保证工件被加工尺寸 Moretolearn 基本概念 定尺寸刀具法 通过刀具的相应尺寸保证加工表面的尺寸精度自动控制法 将测量 进给装置和控制系统组成一个自动加工系统 通过自动测量和数字控制装置 在达到尺寸精度后自动停止加工主动测量法 边加工边测量加工尺寸 基本概念 获得形状精度的方法刀尖轨迹法 通过刀尖运动的轨迹来获得形状精度的方法仿形法 刀具依照仿形装置进给获得工件形状精度的方法成形法 利用成形刀具对工件加工获得形状精度的方法展成法 利用工件和刀具的展成切削运动进行加工的方法 基本概念 获得位置精度的方法直接找正定位法 用划针或百分表直接在机床上找正工件位置划线找正定位法 先按零件图在毛坯上划好线 再以所的划线为基准找正它在机床的位置夹具定位法 在机床上安装好夹具 工件放在夹具中定位机床控制法 利用机床的相对位置精度保证位置精度 基本概念 二 工艺规程概述 1 工艺规程的概念按一定的格式 用文件的方式规定零件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件 称为机械加工工艺规程2 工艺规程的分类机械加工工艺过程卡机械加工工艺卡机械加工工序卡 工艺规程概述 3 工艺规程的作用它是机械制造厂最主要的技术文件之一 是生产一线的法规性文件 新工艺是衡量生产部门技术力量的标志 是产品设计和技术革新的内容之一指导生产的主要技术文件组织和管理生产的基本依据新建和扩建工厂的基本资料交流和推广经验的基本文件 工艺规程概述 4 制订工艺规程的原则保证产品质量 提高劳动生产率 降低成本 采用国内外先进工艺技术 保证良好的劳动条件 工艺规程概述 5 制订工艺规程的原始资料产品的整套装配图和零件工作图产品验收的质量标准产品的生产纲领和生产类型现有的生产条件和资料 包括毛坯生产条件 协作关系 工艺装备 工人技术状态等 工厂的发展前景国内外的生产技术发展状态等 工艺规程概述 6 制订工艺规程的步骤 十大步骤 分析零件图和产品装配图 选择毛坯 拟定工艺路线 选择定位基准 确定各工序的设备 工装确定各工序的加工余量 计算工序尺寸和公差 确定各主要工序的技术要求及检验方法 确定切削用量和工时定额 进行经济分析 选择最佳方案 填写工艺文件 工艺规程概述 三 制订工艺规程时要解决的主要问题 1 零件的工艺分析检查产品图样的完整性和正确性审查零件的结构工艺性零件结构工艺性的主要要求 零件图的尺寸标注应适应机械加工工艺和检验的要求尽可能减少机械加工量 提高生产率提高生产效率 保证产品质量减少装夹次数 缩短辅助时间结构应适应刀具要求保证装配的方便和可拆性 制订工艺规程时要解决的主要问题 Moretolearn 零件的技术要求分析加工表面的尺寸精度主要加工表面的形状精度主要加工表面之间的位置精度加工表面的粗糙度以及表面质量方面的其它要求热处理要求其它要求 制订工艺规程时要解决的主要问题 2 毛坯的选择选择毛坯的基本任务 选定毛坯的制造方法及其制造精度毛坯的种类 铸件 锻件 冲压件 压制件 型材 焊接件选择毛坯时应考虑的因素 零件的材料及机械性能要求零件的结构形状与尺寸生产纲领及生产类型现有生产条件充分考虑利用新技术 新工艺 新材料的可能性 制订工艺规程时要解决的主要问题 3 定位基准的选择基准的概念基准是确定零件上某些点 线 面位置时所依据的那些点 线 面 或者说是用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点 线 面 基准的分类 设计基准 零件图上用以确定其它点 线 面位置的基准 工艺基准 零件加工 测量 装配过程中采用的基准 制订工艺规程时要解决的主要问题 定位基准 加工时用以确定零件在机床夹具中的正确位置所采用的基准工序基准 用以标定被加工表面位置 或者说确定某加工精度 的基准测量基准 用以测量已加工表面尺寸和位置的基准装配基准 装配时用以确定零件在机器中位置的基准说明 基准是依据 因此必然客观存在 但不一定具体存在 有的是轮廓要素 可直接接触 有的是中心要素 不可触摸 常由某些具体存在的基面来体现 制订工艺规程时要解决的主要问题 制订工艺规程时要解决的主要问题 定位基准的选择通常先选择精基准 后选择粗基准 精基准的选择 减少误差 提高定位精度 基准重合原则 即选择设计基准作为定位基准基准统一原则 即采用同一基准加工尽可能多的表面自为基准原则 即精加工某些余量小而均匀的重要表面时 以其自身作为基准互为基准原则 即加工位置精度要求高的两表面时 以二表面互相作为基准 反复进行加工准确可靠原则 即保证定位准确 夹紧可靠 设计简单 操作方便 制订工艺规程时要解决的主要问题 制订工艺规程时要解决的主要问题 粗基准的选择 保证加工余量 保证非加工面符合要求 选有技术要求 加工余量小的重要非加工表面作为粗基准加工表面与非加工表面间有位置要求时 应选非加工表面作为粗基准选尺寸 位置可靠 平整光洁 有一定面积 方便夹紧的表面作基准粗基准在同一尺寸方向只能用一次选择粗 精基准时 如上述原则互相矛盾 应具体情况具体分析 权衡利弊 保证主要要求 制订工艺规程时要解决的主要问题 制订工艺规程时要解决的主要问题 制订工艺规程时要解决的主要问题 4 工艺路线的制订工艺路线不但影响加工质量和生产效率 而且影响工人的劳动强度 影响设备投资 车间面积 生产成本等 是制订工艺规程的关键一步 表面加工方法的选择先根据技术要求确定加工方案以及分几次加工应考虑材料的性质应考虑生产类型应考虑本厂的现有设备及技术条件应考虑工件的形状 重量 物理特性应作加工经济精度和经济粗糙度分析 制订工艺规程时要解决的主要问题 加工阶段的划分工艺过程的四个加工阶段 粗加工阶段 切除各表面大部分余量 考虑劳动效率半精加工阶段 完成次要表面的加工 为精加工作准备精加工阶段 保证达到图纸要求 光整阶段 提高尺寸精度 降低粗糙度 制订工艺规程时要解决的主要问题 划分加工阶段应考虑的因素 保证加工质量粗加工切削力 切削热 夹紧力 变形都大 不可能达到高精度合理利用机床设备合理安排热处理和检验工序及时发现毛坯缺陷 及时修补或报废精加工应放在最后 避免损伤已加工表面 Moretolearn 制订工艺规程时要解决的主要问题 加工顺序的安排复杂工件的机械加工工艺路线通常要经过切削加工 热处理和辅助工序切削加工安排顺序四原则 基准先行 便于定位 先粗后精 防止变形 先主后次 避免浪费 先面后孔 保证孔的位置精度 Moretolearn 制订工艺规程时要解决的主要问题 热处理工序的安排 预热处理 退火 正火 调质 时效处理去应力处理 人工时效 自然时效 退火 冰冷处理 0 80 1 2小时 最终热处理 淬火 回火 渗碳淬火 渗氮 正火 调质 辅助工序的安排 包括 检验 去毛刺 倒棱 清洗 防锈 表面强化 退磁 平衡等 Moretolearn 制订工艺规程时要解决的主要问题 检验是主要的辅助工序 一般安排在 粗加工之后 精加工之前重要工序前后零件转换车间前特殊性能检验前 如磁力探伤 零件全部加工完毕 入库之前 制订工艺规程时要解决的主要问题 工序的集中与分散工序集中 即将工件的加工 集中在少数几道工序内完成工序集中的特点 采用高效专用设备及工装 生产效率高减少设备数量 相应减少操作工人和生产面积减少工序数目 简化生产计划减少安装次数 缩短辅助时间 保证位置精度缩短加工时间 减少运输工作量 缩短生产周期设备结构复杂 投资大 调整 维修困难 转换产品费时 制订工艺规程时要解决的主要问题 工序分散 即将工件的加工 分散在较多的工序内完成工序分散的特点 设备简单 调整 维修方便对工人技术要求低 培训时间短生产准备量小 易于平衡工序时间可采用合理的切削用量 缩短基本时间易更换产品设备数量多 操作工人多 占地面积大 制订工艺规程时要解决的主要问题 设备与工艺装备的选择设备的选择 工序集中时 应选高效自动加工设备 组织集中时 应选通用设备工序分散时 应选简易设备机床精度与工件精度应相适应机床规格与工件的外形尺寸应相适应应与现有加工条件相适应 制订工艺规程时要解决的主要问题 工艺装备的选择 影响加工精度 生产效率 劳动强度 经济性应根据生产类型 具体加工条件 工件结构特点 技术要求等选择夹具的选择 单件 小批生产采用通用夹具和附件大批 大量生产应采用专用高效夹具多品种 小批量可采用可调夹具或成组夹具 制订工艺规程时要解决的主要问题 刀具的选择 优先选用标准刀具机械 工序 集中时 应采用高效专用夹具 复合刀具 多刃刀具刀具类型 规格 精度等级应符合加工要求量具的选择 单件 小批生产采用通用量具大批 大量生产应采用极限量规和高效专用检验量仪量具精度必须与加工精度相适应 制订工艺规程时要解决的主要问题 四 加工余量的确定 1 加工余量的基本概念加工余量 加工时从加工表面切去的金属层厚度工序余量 指某一表面在一道工序中切除的金属层厚度工序余量的计算工序余量等于前后两道工序尺寸之差以上为非对称的单边余量 旋转表面的加工余量为对称的双边余量工步余量为相邻两工步尺寸之差 它是某工步在表面上切除的金属层厚度 加工余量的确定 工序基本余量 最大余量 最小余量 余量公差的概念加工余量是个变动值 毛坯制造和各个工序尺寸都存在误差 基本余量 工序尺寸用基本尺寸计算时所得的加工余量最大余量 该工序余量的最大值最小余量 保证该工序加工表面的精度和质量所需切除的金属层最小厚度余量公差 前工序与本工序的工序尺寸公差之和 加工余量的确定 入体原则 指工序间公差带的取向规定 被包容面 轴 键宽等 工序间公差带取上偏差为零 加工后的基本尺寸和最大极限尺寸相等包容面 孔 键槽宽等 工序间公差带取下偏差为零 加工后的基本尺寸和最小极限尺寸相等为了便于加工 规定工序尺寸按 入体原则 标注极限偏差 毛坯按 双向 布置上 下偏差 加工余量的确定 加工余量与工序间公差的关系 对于被包容面而言 工序间余量 上工序基本尺寸 本工序基本尺寸最大工序间余量 上工序最大极限尺寸 本工序最小极限尺寸最小工序间余量 上工序最小极限尺寸 本工序最大极限尺寸 加工余量的确定 Moretolearn 对于包容面而言 工序间余量 本工序基本尺寸 上工序基本尺寸最大工序间余量 本工序最大极限尺寸 上工序最小极限尺寸最小工序间余量 本工序最小极限尺寸 上工序最大极限尺寸 加工余量的确定 总加工余量 指零件从毛坯变为成品时从某一表面所切除的金属层总厚度 即毛坯尺寸与零件图样的设计尺寸之差总余量等于该表面各工序余量之和 总加工余量对工艺过程的影响 总余量不够 质量得不到保证总余量太大 增加劳动量 消耗 成本总余量与毛坯精度 生产类型 批量大小有关 加工余量的确定 2 影响加工余量的因素上道工序的表面质量 包括表面粗糙度Ha和表面破坏层深度Sa 前道工序的工序尺寸公差 Ta 前道工序的位置误差 a 本工序工件的安装误差 b 本工序的加工余量必须满足下式 用于双边余量 Z 2 Ha Sa Ta 2 a b 单边余量 Z Ha Sa Ta a b 加工余量的确定 加工余量的确定 3 确定加工余量的方法经验估算法 根据工艺人员的经验确定加工余量 适应于单件 小批量生产 查表修正法 先查手册 然后根据实际情况进行适当修正 查工艺手册 广泛采用 分析计算法 分析各项因素 根据关系式计算 贵重材料 大批生产 需要资料 较少采用 加工余量的确定 五 工序尺寸及其公差的确定 1 基准重合时 工序尺寸及其公差的计算当工序基准 定位基准或测量基准与设计基准重合 表面多次加工时 计算顺序是由最后一道工序开始 即由设计尺寸开始向前推算到毛坯尺寸 工序尺寸及其公差的确定 Moretolearn 计算步骤 定毛坯总余量和工序余量定工序公差求工序基本尺寸标注工序尺寸公差 工序尺寸及其公差的确定 Moretolearn 工序尺寸及其公差的确定 2 基准不重合时 工序尺寸及其公差的计算当零件加工过程中多次转换工艺基准 引起测量基准 定位基准或工序基准与设计基准不重合时 需利用工艺尺寸链原理进行工序尺寸及其公差的计算 工序尺寸及其公差的确定 Moretolearn 工序尺寸及其公差的确定 工艺尺寸链的基本概念尺寸链的定义尺寸链 由相互联系的尺寸按一定顺序首尾相接排列成的尺寸封闭图形 工艺尺寸链 由单个零件在工艺过程中的有关尺寸所形成的尺寸链 环 组成尺寸链的各个尺寸 Moretolearn 尺寸链的组成封闭坏 最终被间接保证精度的那个环组成环 除封闭环之外的所有其他环增环 当其余各组成环不变 而该环增大时使封闭环也增大者减环 当其余各组成环不变 而该环增大时使封闭环反而减小者 工序尺寸及其公差的确定 尺寸链图将尺寸链中各相应的环 用尺寸或符号标注在示意图上 这种尺寸图称为尺寸链图作法 首先确定间接保证的尺寸 定为封闭环 然后从封闭环起 画出各组成环 尺寸首尾相接 顺一个方向画箭头 构成封闭图形 工序尺寸及其公差的确定 Moretolearn 工序尺寸及其公差的确定 工艺尺寸链的构成 取决于工艺方案和加工方法 确定封闭环是关键 一个尺寸链只能解一个封闭环 请注意箭头方向 与封闭环同向者为减环与封闭环异向者为增环 Moretolearn A1A2A 工序尺寸及其公差的确定 尺寸链的形式按环的几何特征分 长度 角度 组合尺寸链按应用场合分 装配 工艺 零件尺寸链按各环所处空间位置分 直线 平面 空间尺寸链 工序尺寸及其公差的确定 Moretolearn 工序尺寸及其公差的确定 尺寸链的特性封闭性 尺寸链必是一组有关尺寸首尾相接所形成的尺寸封闭图 其中应包含一个间接保证的尺寸和若干个对此有影响的直接获得的尺寸关联性 尺寸链中间接保证的尺寸即精度直接保证的尺寸精度支配 且间接保证的尺寸精度必然低于直接获得的尺寸精度 尺寸链的计算公式封闭环的基本尺寸 组成环基本尺寸的代数和封闭环的极限尺寸 封闭环的上 下偏差封闭环的公差 工序尺寸及其公差的确定 Moretolearn 工序尺寸及其公差的确定 计算封闭环的竖式口诀 增环上下偏差照抄 减环上下偏差对调 反号 Moretolearn 工序尺寸及其公差的确定 4 尺寸链的分析与解算测量基准与设计基准不重合时的工序尺寸计算 工序尺寸及其公差的确定 工序尺寸及其公差的确定 定位基准与设计基准不重合时的工序尺寸计算 工序尺寸及其公差的确定 从计算结果可知 A5 的Es Ei 显然这是不合理的 这主要是因为公共环A4 的公差值太大 所以应调整A4 的上下偏差 现按等公差原则重新分配封闭环公差 T Ai T Aj T A4 T A5 0 30再考虑到A5 A4 故取TA4 0 26 TA5 0 34所以A4 164 0 28 0 26 A5 184 0 24 0 34 工序尺寸及其公差的确定 保证渗氮 渗碳层深度的工艺计算加工过程为 磨内孔至 144 76 0 04mm 渗氮 深度t1 磨内孔至 145 0 04mm 并保持渗氮层深度t0 0 3 0 5mm 分析题意可知 t0 0 3 0 2mm是间接获得的 为封闭环 工序尺寸及其公差的确定 工序尺寸及其公差的确定 第二章机械加工精度 一概述二影响加工精度的因素及其分析三加工误差的综合分析四提高加工精度的工艺措施 机械加工精度 一 概述 高产 优质 低消耗 产品技术性能好 使用寿命长 这是机械制造企业的基本要求 而质量则是最根本的问题加工质量指标分为 加工精度 宏观几何参数加工表面质量 微观几何参数和表面物理 机械性能等方面的参数 概述 Moretolearn 概述 机械加工精度 零件在加工后的几何参数 尺寸 几何形状 表面间的相互位置 的实际值与理论值相符合的程度机械加工精度包括 尺寸精度 形状精度 位置精度 三者有联系 也有区别 Moretolearn 所谓理想零件 即对表面形状而言 就是绝对正确的圆柱面 平面 锥面等 对表面位置而言 就是绝对的平行 垂直 同轴和一定的角度等 对尺寸而言 就是零件尺寸的公差带中心由于机械加工中的种种原因 不可能把零件做得绝对精确 总会产生偏差 这种偏差即加工误差 概述 二 影响加工精度的因素及其分析 工艺系统 由机床 夹具 刀具和工件构成的一个完整系统原始误差 工艺系统中的误差 影响加工精度的因素及其分析 Moretolearn 影响加工精度的因素及其分析 1 加工原理误差 理论误差 原理误差 即在加工中采用了近似的加工运动 近似的刀具轮廓和近似的加工方法而产生的原始误差 影响加工精度的因素及其分析 Moretolearn 影响加工精度的因素及其分析 近似的刀具和工件的运动联系所带来的加工误差例如车模数螺纹时 传动比I 只要能保证加工精度和零件的使用性能 一定的原理误差是允许的 这种误差不应超过相应公差的10 15 Moretolearn 近似的刀具轮廓带来的误差例如用模数铣刀铣齿轮 由于 铣刀的成形面不是纯粹的渐开线 模数相同而齿数不同的渐开线齿轮齿形是不同的 一把铣刀铣一组齿数的齿轮 故存在原理误差再如 用齿轮滚刀加工齿轮时 滚刀也是采用阿基米德基本蜗杆或法向直廓蜗杆代替渐开线蜗杆 影响加工精度的因素及其分析 Moretolearn 近似的加工方法带来的误差例如 用尖车刀车外圆 也不是光滑的圆柱面 而是一个螺旋面 影响加工精度的因素及其分析 2 机床 刀具 夹具的制造误差与磨损机床误差包括机床本身各部件的制造误差 安装误差和使用过程中磨损 影响加工精度的因素及其分析 Moretolearn 影响加工精度的因素及其分析 主轴回转运动误差及其影响因素回转运动的精度取决于其回转中心相对刀具或工件的位置精度 即取决于机床主轴的回转精度主轴回转误差有三种 主轴的径向跳动 主轴的轴向窜动 主轴的角度摆动 影响加工精度的因素及其分析 影响主轴回转精度的因素 滑动轴承轴颈或滚动轴承滚道圆度误差滚动轴承内环的壁厚误差滑动轴承轴颈 轴承套或滚动轴承滚道的波度滚动轴承滚子的圆度误差和尺寸偏差轴承间隙以及切削中的受力变形轴承定位端面与轴心线垂直度误差轴承端面之间的平行度误差锁紧螺母端面的跳动等 导轨误差导轨是确定主要部件相对位置的基准 也是运动基准 各项误差直接影响被加工工件的精度对导轨的精度要求主要有 在水平面内的直线度在垂直面内的直线度前后导轨的平行度 扭曲 影响加工精度的因素及其分析 Moretolearn 影响加工精度的因素及其分析 导轨误差对加工精度的影响 如车削时导轨在水平面内弯曲 向前凸出 则出现鼓形误差 向后凸出 则出现鞍形误差 传动链误差传动链误差产生的原因传动元件的制造误差 传动元件的装配误差 使用过程中的磨损 影响加工精度的因素及其分析 Moretolearn 影响加工精度的因素及其分析 减少传动链误差对加工精度的影响 可采取如下措施 缩短传动链提高传动链的制造精度和装配精度设法消除传动链的间隙采用误差校正机构提高传动精度 刀具的制造误差与磨损刀具的制造误差刀具的制造误差对加工精度的影响 根据刀具的种类不同而不同 定尺寸刀具以刀具尺寸误差为主 成形刀具以刀具形状误差为主刀具的磨损 分为三个阶段 初始磨损 正常磨损 急剧磨损 影响加工精度的因素及其分析 减少刀具制造误差对加工精度的影响的措施 提高制造精度合理选择刀具材料合理选择切削用量合理选择刀具几何参数合理选择冷却润滑准确刃磨 减少磨损 影响加工精度的因素及其分析 夹具的制造误差与磨损夹具的制造误差主要是定位元件 夹紧元件 导向元件 分度元件 夹具体等的制造误差夹具的误差除制造误差外 还有夹具安装 工件装夹等误差对加工精度也会带来很大影响夹具的磨损主要是定位元件和导向元件的磨损为减少夹具误差对加工精度的影响 夹具的制造误差必须小于工件的公差 及时更换易损件 影响加工精度的因素及其分析 3 工艺系统受力变形及对加工精度的影响工艺系统受力变形的现象加工过程中的力 切削力 传动力 夹紧力 重力 控制力 惯性力 干扰力等 影响加工精度的因素及其分析 Moretolearn 工艺系统的刚度刚度 工艺系统受外力作用后抵抗变形的能力在上述力的作用下 工艺系统受力变形 刀具和工件相对退让 设刀具相对工件在切削接触点法线方向的相对位移量为y 则工艺系统的刚度是 影响加工精度的因素及其分析 Moretolearn 工艺系统的刚度特性力和变形不是直线关系 即不符合虎克定律加载和卸载曲线不重合卸载后 变形不能恢复到起点部件刚度比我们想象的小 影响加工精度的因素及其分析 Moretolearn 影响部件刚度的因素接触变形 接触点的变形 薄弱零件本身的变形间隙的影响摩擦的影响施力方向的影响 影响加工精度的因素及其分析 Moretolearn 工艺系统的刚度对加工精度的影响归纳起来为下列常见形式 由于受力点位置的变化而产生的工件形状误差误差复映毛坯材料硬度不均匀使切削力产生变化 工艺系统受力变形随之变化而产生加工误差工艺系统中其它作用力使工艺系统中某些环节受力变形而产生加工误差 影响加工精度的因素及其分析 误差复映规律误差复映 由毛坯加工余量和材料硬度的变化引起切削力和工艺系统受力变形的变化 因而产生工件的尺寸 形状误差的现象 影响加工精度的因素及其分析 Moretolearn 误差复映规律误差复映系数 定量反映毛坯误差经过加工后减少的程度 当加工过程有多次走刀时 每次走刀的复映系数为 1 2 3 则总复映系数 总 1 2 3 可简化为 总 1 n 影响加工精度的因素及其分析 Moretolearn 由于 1 所以经过多次走刀 则可能使毛坯误差复映到工件上的误差减少到公差带允许值的范围内例 一个工艺系统 其误差复映系数为0 25 工件在本工序前的圆度误差0 5mm 为保证本工序0 01mm的形状精度 本工序最少走刀几次 解 0 5 0 25 n 0 01解得n 3 影响加工精度的因素及其分析 减少工艺系统受力变形的措施提高表面配合质量 以提高接触刚度或者预加载荷 以提高接触刚度或者锁紧暂不需移动的部件 以提高接触刚度设置辅助支承 提高部件刚度 影响加工精度的因素及其分析 Moretolearn 影响加工精度的因素及其分析 缩短切削力作用点和支承点的距离 提高工件刚度选择合理的零件结构和断面形状提高刀具刚度 改善材料性能合理装夹工件 减少夹紧变形 4 工艺系统热变形及对加工精度的影响工艺系统热变形的现象工艺系统受热升温而使工件 刀具及机床的许多部分会因温度升高而产生复杂变形改变工件 刀具 机床间的相互位置破坏刀具与工件间相互运动的正确性改变已调整好的加工尺寸引起切削深度和切削力改变破坏传动链的精度 影响加工精度的因素及其分析 引起热变形的热源 内部热源 切削热 摩擦热 电气等外部热源 环境温度变化 取暖设备 热幅射等 影响加工精度的因素及其分析 Moretolearn 影响加工精度的因素及其分析 减少和控制工艺系统热变形的主要途径结构措施采用热对称结构使关键件的热变形在无害于加工精度的方向移动合理安排支承位置 使产生热变形位移的有效部分缩短发热量大的热源采取足够的冷却措施 采用热补偿方法减少热变形均衡关键件的温升 避免弯曲隔离热源 工艺措施环境恒温 避免光照保持工艺系统热平衡 如加工前机床空转一段时间 精密加工中途不停车 装夹时考虑加工热变形方向注意选材提高切削速度和走刀量保持刀具锋利 降低切削热 粗 精加工分开切削区施加充分的冷却液 影响加工精度的因素及其分析 5 工件的内应力引起的变形基本概念内应力 当外载荷去除后 仍残留在工件内部的应力 影响加工精度的因素及其分析 Moretolearn 内应力的成因 内因 由于金属内部宏观的或者微观的组织发生了不均匀的体积变化而产生的外因 热加工或者冷加工温度变化伴随金相组织变化冷热不均 金相组织变化切削加工 强烈的塑性变形引起表层应力 影响加工精度的因素及其分析 几种产生内应力的工艺过程毛坯制造中产生的内应力铸造 锻造 焊接和热处理过程中 因热胀冷缩不匀以及金相组织转变冷校直带来的内应力 影响加工精度的因素及其分析 Moretolearn 切削加工的附加应力切除金属后 破坏了原有的内应力平衡高温 高压下 局部表面层因不均匀的塑性变形而产生内应力时效中产生的二次应力时效过程冷却阶段产生的二次残余应力 影响加工精度的因素及其分析 消除内应力的措施改变加工工艺和加工用量人工时效 热处理 和自然时效敲击振动合理设计结构采用特殊加工手段 影响加工精度的因素及其分析 6 度量误差 调整误差以及安装误差度量误差引起测量误差的原因 量具本身的误差测量方法引起测量力引起温度引起 影响加工精度的因素及其分析 Moretolearn 影响加工精度的因素及其分析 减少或消除度量误差的措施提高量具精度 合理选择量具注意操作方法注意测量条件 调整误差工艺系统的调整问题有 机床的调整 夹具的调整 刀具的调整不同的调整方式 有不同的误差来源 影响加工精度的因素及其分析 Moretolearn 试切法调整度量误差 试切调整过程中由于度量失误或不准而引起误差加工余量影响 最小切屑厚度太小 以致刀刃打滑 不起切削作用微量进给误差 最后一刀容易出现爬行 影响加工精度的因素及其分析 Moretolearn 各机构调整机构的制造精度机构的灵敏度调整的准确性样件或样板调整大批量 多刀加工时采用样板本身的误差 制造和安装误差 对刀误差 影响加工精度的因素及其分析 安装误差定位误差基准不重合引起定位元件和定位面制造误差元件配合间隙引起夹紧误差夹紧机构的夹紧力不当引起夹紧方式不当引起夹紧状态不良引起 影响加工精度的因素及其分析 三 加工误差的综合分析 1 误差的性质误差分为两类 系统性误差当连续加工一批零件时 误差的大小和方向或是保持不变 或是按一定规律变化 前者称为常值系统性误差 后者称为变值系统性误差 加工误差的分析 Moretolearn 常值系统性误差有 原理误差 刀具 夹具 量具 机床的制造误差 调整误差 系统受力变形变值系统性误差有 工艺系统热变形 刀具 夹具 量具 机床磨损 加工误差的分析 Moretolearn 随机性误差加工一批零件时 其误差的大小和方向无规律地变化 这类误差称为随机性误差随机性误差有 复映误差 定位误差 夹紧误差 多次调整引起的误差 内应力引起的误差 加工误差的分析 2 加工误差的数理统计分析法实际分布曲线将零件按尺寸大小以一定的间隔范围分成若干组 同一尺寸间隔内的零件数称为频数mI 零件总数n 频率为mi n 以频数或频率为纵坐标 以零件尺寸为横坐标 画出直方图 进而画成一条折线 即为实际分布曲线 加工误差的分析 理论分布曲线实践证明 当被测量的一批零件 机床上用调整法一次加工出来的一批零件 的数目足够大而尺寸间隔非常小时 则所绘出的分布曲线非常接近 正态分布曲线 正态分布曲线的方程为 加工误差的分析 Moretolearn 加工误差的分析 利用正态分布曲线可以分析产品质量 可以判断加工方法是否合适 可以判断废品率的大小 从而指导下一批的生产零件出现的概率已达99 73 在此尺寸范围之外 的零件只占0 27 加工误差的分析 Moretolearn 加工误差的分析 如果代表零件的公差T 则99 73 就代表零件的合格率 0 27 就表示零件的废品率因此 T时 加工一批零件基本上都是合格品了 即时 产品无废品 四 提高加工精度的工艺措施 1 直接消除和减少误差法例如车细长轴的三条措施 采用反向走刀 进给 切削采用大进给量和大主偏角 90 93 车刀在卡盘一端车出一个缩颈 提高加工精度的工艺措施 Moretolearn 2 误差补偿法人为地制造出一种新的或者利用原有的一种原始误差去抵消另一种原始误差例如预加载荷精加工磨床床身导轨 用校正机构提高丝杆车床传动链精度3 误差转移法将工艺系统的几何误差 受力变形和热变形等转移到不影响加工精度的方向去例如 镗模镗孔 主轴与镗杆采用浮动联接 提高加工精度的工艺措施 4 误差平均法例如 研磨加工高精度的轴和孔 利用误差相互比较 相互消除来提高精度 再如 刮研精密平板5 就地加工 法例如车床配制主轴法兰盘 再如转塔车床加工转塔上的六个刀架安装孔6 控制误差法对付变值系统性误差必须采用可变补偿的方法 提高加工精度的工艺措施 三种形式 主动测量 加工过程中随时测量 随时进行误差补偿偶件配合测量 以互配件中的一件作为基准去控制另一件积极控制起决定性作用的加工条件 例如精密螺纹磨床的自动恒温控制 提高加工精度的工艺措施 第三章机械加工表面质量 一零件的表面质量及其对使用性能的影响二影响机械加工表面粗糙度的因素三影响表面物理力学性能的工艺因素四磨削的表面质量五控制表面质量的工艺途径 机械加工表面质量 一 零件的表面质量及其对使用性能的影响 1 概述表面质量是指零件加工后的表面层状态表面质量影响零件的工作性能 可靠性 寿命 零件的表面质量及其对使用性能的影响 Moretolearn 表面质量的主要内容 表面层的几何形状特征表面粗糙度 即表面微观几何形状误差表面几何形状 即表面宏观不平度波度 介于宏观几何误差与表面粗糙度之间的周期性几何形状误差 零件的表面质量及其对使用性能的影响 Moretolearn 表面层的物理力学性能的变化物理力学性能 表面层塑性变形引起的冷作硬化层深度 表面层硬度的变化 表面层内的残余应力 刀瘤引起的撕裂 折皱等 微观及宏观裂纹 性能 如极限强度等 的变化 重熔金属的沉积层 零件的表面质量及其对使用性能的影响 Moretolearn 金相组织 相变 再结晶 过时效 化学性质 晶间腐蚀和选择性浸蚀 表面脆化 氢脆 零件的表面质量及其对使用性能的影响 Moretolearn 2 表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件耐磨性的影响两零件作相对运动时 接触的凸峰处产生弹性变形 塑性变形 剪切等现象 即产生磨损 磨损达到一定程度 接触面积增大 金属分子间的亲和力使表面咬焊 表面轮廓形状 加工纹路以及吸附层 冷作硬化层等也影响耐磨 零件的表面质量及其对使用性能的影响 Moretolearn 零件表面层材料的冷作硬化 能提高表面层的硬度 增强表面层的接触刚度 减少摩擦表面间发生弹性和塑性变形的可能性 使金属之间咬合的现象减少 因而增强耐磨性 但硬化过度会降低金属组织的稳定性 使表层金属脆化而脱落 致使磨损加剧 零件的表面质量及其对使用性能的影响 表面质量对零件疲劳强度的影响表面粗糙度 划痕 裂纹等缺陷引起应力集中而产生疲劳损坏 表面层的残余应力和冷作硬化能提高疲劳强度 故有专门的表面强化工艺 喷丸 滚压 但硬化过度会降低金属组织的稳定性 使表层金属脆化而脱落或产生裂纹 致使磨损加剧 零件的表面质量及其对使用性能的影响 表面质量对零件抗腐蚀性能的影响零件表面粗糙的凹谷处容易积聚腐蚀性介质而发生化学腐蚀或电化学腐蚀 在应力状态下 特别是在拉应力状态下工作 容易出现裂纹 引起晶间破坏 产生应力腐蚀 零件的表面质量及其对使用性能的影响 表面质量影响零件的配合性质相配零件的配合关系是利用间隙量和过盈量来表示的 由于表面粗糙度的存在 使得有效的间隙或过盈量发生变化 影响配合精度和配合性质 动配合件的磨损改变原来的配合性质 影响动配合的稳定性 粗糙的静配合的实际过盈量比预定的小 静配合的可靠性差 零件的表面质量及其对使用性能的影响 表面质量对零件其他性能的影响零件的表面质量还将对零件的密封性能 零件的接触刚度 运动的灵活性和发热损失 原有精度等产生影响 零件的表面质量及其对使用性能的影响 3 影响表面质量的因素机械加工表面不可能是理想光滑表面表面层材料加工时会产生物理 化学变化切削力 切削热使表层产生各种变化外界介质的腐蚀等等 零件的表面质量及其对使用性能的影响 二 影响机械加工表面粗糙度的因素 1 影响切削加工表面粗糙度的因素几何因素尖刀切削时 带圆角半径的刀切削时 影响机械加工表面粗糙度的因素 Moretolearn 影响表面粗糙度的几何因素有 刀具的几何形状和几何角度进给量刀刃本身的粗糙度物理因素切削力和摩擦力塑性变形过程中形成的积屑瘤切削过程中工件表面上形成鳞刺 影响机械加工表面粗糙度的因素 Moretolearn 工艺系统的动态因素 振动机械振动分为自由振动 强迫振动 自激振动三大类 金属切削过程中 主要是强迫振动和自激振动两种类型振动主要是产生波度 粗糙度而影响零件表面质量 影响机械加工表面粗糙度的因素 2 降低表面粗糙度的工艺措施合理选择刀具的几何角度适当增大前角 后角增大刀尖圆弧半径减小主 副偏角改善材料切削性能减小材料塑性 采取正火 调质等方法 细化材料晶粒 热处理 影响机械加工表面粗糙度的因素 合理选择切削用量合理选择切削速度 避开积屑瘤 鳞刺产生的切削速度区减少进给量切削深度不宜过小正确使用切削液乳化液 硫化油 植物油等性能各有不同 应合理选用 影响机械加工表面粗糙度的因素 采用辅助加工方法常用的有 研磨 珩磨 超精加工等提高工艺系统的精度和刚度主运动和进给运动系统的精度要高系统的刚度和抗振性好受力变形和热变形要小 影响机械加工表面粗糙度的因素 三 影响表面物理力学性能的工艺因素 1 表面层的残余应力表面层残余应力的产生当切削过程中表面层组织发生形状变化和组织变化时 在表面层及其与基体材料的交界处就会产生互相平衡的弹性应力 称为表面残余应力 影响表面物理力学性能的工艺因素 残余应力分类 零件整个尺寸范围内平衡的残余应力晶粒范围内平衡的残余应力晶胞间平衡的残余应力残余应力产生的原因冷塑性变形 切削力的作用 热塑性变形 切削热的作用 金相组织变化 切削高温作用下 引起表面层金属发生相变 通常是上述三种原因综合作用的结果 影响表面物理力学性能的工艺因素 2 表面层的加工硬化表面冷作硬化现象切削 含磨削 过程中 刀具前面迫使金属受到挤压而产生塑性变形 使晶体间产生剪切滑移 晶格严重扭曲 并使晶粒拉长 破碎和纤维化 引起材料强化 硬度提高 这就是冷作硬化现象 影响表面物理力学性能的工艺因素 表面层硬化后的金属性质的具体特点为 晶体形状改变 拉长 破碎 晶体方向改变 塑性变形后形成一定方向 纤维化 变形抵抗力增加 产生冷作硬化 导电性 导磁性 导热性亦有变化表面层产生残余应力决定表面层硬化程度的因素产生塑性变形的力塑性变形的速度塑性变形时的温度 影响表面物理力学性能的工艺因素 影响加工冷作硬化的因素切削用量 主要是切削速度 进给量 切削速度的影响 低速时 塑性变形大 冷硬大 速度增加 冷硬减少 但速度超过100m min时 冷硬又增加 进给量增大 塑性变形增大 冷硬增加 进给量太小 刀具挤压作用增大 冷硬增加 影响表面物理力学性能的工艺因素 Moretolearn 影响表面物理力学性能的工艺因素 刀具 刀具的刃口圆角大和后刀面的磨损严重以及前刀面的粗糙度高 都将使得刀具对工件表面层金属的挤压和摩擦作用增加 因而冷硬程度和深度都增加 工件材料的影响 工件材料硬度越低 切削时塑性变形越大 冷硬现象越严重 四 磨削的表面质量 1 磨削加工的特点磨削精度高 通常作为终加工工序磨削过程比切削复杂 一般滑擦 刻划 切削作用是同时进行的磨削速度高 通常v砂 40 50m s 目前甚至高达