《机械制造工程基础》第5章 机械加工精度及表面质量.ppt

1 机械制造工艺学 第5章机械加工精度及表面质量 5 1概述 2 5 1 1机械加工精度的基本概念 通常形状误差限制在位置公差内 位置公差限制在尺寸公差内 加工精度 加工精度是指零件加工后的实际几何参数与理想几何参数的接近程度 加工误差是指加工后零件的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度 图5 1加工质量包含的内容 3 引起加工误差的根本原因是工艺系统存在着误差 将工艺系统的误差称为原始误差 5 1 2影响加工精度的因素 图5 2原始误差构成 4 5 1 3误差敏感方向 5 1 5 2 显然 工艺系统原始误差方向不同 对加工精度的影响程度也不同 对加工精度影响最大的方向 称为误差敏感方向 误差敏感方向一般为已加工表面过切削点的法线方向 5 6 机械制造工艺学 第5章机械加工表面质量 7 加工原理误差是指采用了近似的成型运动或近似的刀刃轮廓进行加工而产生的误差 5 2 1加工原理误差 式中R 球头刀半径 h 允许的残留高度 例2 用阿基米德蜗杆滚刀滚切渐开线齿轮 例1 在数控铣床上采用球头刀铣削复杂形面零件 图5 4 5 3 8 5 2 2机床误差 主轴回转误差是指主轴实际回转线对其理想回转轴线的漂移 为便于研究 可将主轴回转误差分解为径向圆跳动 端面圆跳动和倾角摆动三种基本型式 图5 5 9 5 2 2机床误差 主轴回转误差对加工精度的影响 主轴径向圆跳动对加工精度的影响 镗孔 考虑最简单的情况 主轴回转中心在X方向上作简谐直线运动 其频率与主轴转速相同 幅值为2e 则刀尖的坐标值为 式中R 刀尖回转半径 主轴转角 显然 上式为一椭圆 10 图5 7径向跳动对车外圆精度影响 5 2 2机床误差 仍考虑最简单的情况 主轴回转中心在X方向上作简谐直线运动 其频率与主轴转速相同 幅值为2e 则刀尖运动轨迹接近于正圆 图5 7 思考 主轴回转中心在X方向上作简谐直线运动 其频率为主轴转速两倍 被车外圆形状如何 结论 主轴径向跳动影响加工表面的圆度误差 主轴径向圆跳动对加工精度的影响 车外圆 11 机床主轴回转误差产生的加工误差 12 5 2 2机床误差 主轴端面圆跳动对加工精度的影响 被加工端面不平 与圆柱面不垂直 加工螺纹时 产生螺距周期性误差 主轴倾角摆动对加工精度的影响 与主轴径向跳动影响类似 不仅影响圆度误差 而且影响圆柱度误差 13 5 2 3刀具与夹具误差 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 14 5 2 3刀具与夹具误差 夹具误差影响加工位置精度 与夹具有关的影响位置误差因素包括 通常要求定位误差和夹具制造误差不大于工件相应公差的1 3 1 定位误差 2 刀具导向 对刀 误差 3 夹紧误差 4 夹具制造误差 5 夹具安装误差 15 5 2 4调整误差 测量误差 试切时与正式切削时切削厚度不同造成的误差 机床进给机构的位移误差 定程机构误差 样件或样板误差 测量有限试件造成的误差 图5 9试切法与调整法 http 211 86 59 88 jxzz wljx wlkc B5 DA CA AE D5 C2 Untitled 1 3 htm 16 大批量生产时常采用行程挡块 靠模 凸轮作为定程机构 其制造精度和调整精度产生调整误差 样件 样板的制造精度和安装精度 对刀精度产生调整误差 测量误差进给机构位移误差 爬行现象 加工余量的影响 余量很小时 刀刃打滑 影响工件在机床上占有正确的加工位置 17 机械制造工艺学 第5章机械加工表面质量 18 夹紧力 重力 传动力和惯性力引起的加工误差 夹紧力影响 a b 图5 10薄壁套夹紧变形 图5 10薄壁工件磨削 例1 薄壁套夹紧变形解决 加开口套 例2 薄壁工件磨削解决 加橡皮垫 5 3 1工艺系统刚度对加工精度的影响 19 图5 11龙门铣横梁变形 例 龙门铣横梁 图5 12龙门铣横梁变形转移 图5 13龙门铣横梁变形补偿 重力影响 5 3 1工艺系统刚度对加工精度的影响 解决1 重量转移 解决2 变形补偿 20 5 3 2工件残余应力引起的变形 图5 15铸件残余应力引起变形 图5 16冷校直引起的残余应力 设计合理零件结构 粗 精加工分开 避免冷校直 时效处理 毛坯制造和热处理产生的残余应力 图5 15 冷校直带来的残余应力 图5 16 切削加工带来的残余应力 21 机械制造工艺学 第5章机械加工表面质量 22 5 4 1概述 在精密加工和大件加工中 工艺系统热变形引起的加工误差占总误差的约40 70 温度场 工艺系统各部分温度分布 热平衡 单位时间内 系统传入的热量与传出的热量相等 系统各部分温度保持在一相对稳定的数值上 温度场与热平衡研究 目前以实验研究为主 工件 刀具 切屑 切削液 电机 轴承 齿轮 油泵等 气温 室温变化 热 冷风等 日光 照明 暖气 体温等 23 5 4 2机床热变形对加工精度影响 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 图5 17车床受热变形 a 车床受热变形形态 b 温升与变形曲线 24 5 4 2机床热变形对加工精度影响 立铣 图a 图5 18立式铣床 外圆磨床 导轨磨床受热变形 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 25 5 4 3刀具和工件热变形对加工精度影响 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 图5 19 5 16 式中 热伸长量 max 达到热平衡热伸长量 切削时间 c 时间常数 热伸长量为热平衡热伸长量约63 的时间 常取3 4分钟 26 圆柱类工件热变形 5级丝杠累积误差全长 5 m 可见热变形的严重性 式中 L D 长度和直径热变形量 L D 工件原有长度和直径 工件材料线膨胀系数 t 温升 长度 5 17 5 18 直径 例 长400mm丝杠 加工过程温升1 热伸长量为 5 4 3刀具和工件热变形对加工精度影响 27 式中 X 变形挠度 L S 工件原有长度和厚度 工件材料线膨胀系数 t 温升 5 19 板类工件单面加工时的热变形 图5 20 此值已大于精密导轨平直度要求 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 例 高600mm 长2000mm的床身 若上表面温升为3 则变形量为 5 4 3刀具和工件热变形对加工精度影响 28 5 4 4减小热变形对加工精度影响的措施 例1 磨床油箱置于床身内 其发热使导轨中凹解决 导轨下加回油槽 例2 立式平面磨床立柱前壁温度高 产生后倾 解决 采用热空气加热立柱后壁 图5 22 图5 22均衡立柱前后壁温度场 减少切削热和磨削热 粗 精加工分开 充分冷却和强制冷却 隔离热源 29 热对称结构热补偿结构 图5 23 主轴热补偿 图5 23双端面磨床主轴热补偿1 主轴2 壳体3 过渡套筒 合理选择装配基准 图5 24 高速空运转 人为加热 恒温 人体隔离 5 5 4减小热变形对加工精度影响的措施 30 机械制造工艺学 第5章机械加工表面质量 31 5 5 1加工表面质量的概念 表面粗糙度波度纹理方向伤痕 划痕 裂纹 砂眼等 表面质量 图5 25加工质量包含的内容 32 5 5 1加工表面质量的概念 零件宏观几何形状误差 波度 表面粗糙度 宏观几何形状误差 平面度 圆度等 波长 波高 1000 波度 波长 波高 50 1000 且具有周期特性 表面粗糙度 波长 波高 50 33 5 5 2表面质量对零件使用性能的影响 对耐磨性影响 表面粗糙度值 耐疲劳性 适当硬化可提高耐疲劳性 表面粗糙度值 耐蚀性 表面压应力 有利于提高耐蚀性 表面粗糙度值 配合质量 表面粗糙度值 耐磨性 但有一定限度 图5 27 纹理形式与方向 圆弧状 凹坑状较好 适当硬化可提高耐磨性 34 机械制造工艺学 第5章机械加工表面质量 35 5 6 1切削加工表面粗糙度影响因素与改进 图5 28车削时残留面积的高度 直线刃车刀 图5 28a 圆弧刃车刀 图5 28b 影响因素 刀尖圆弧半径rg 主偏角 k 副偏角 k 进给量f 36 切削速度影响最大 v 10 50m min范围 易产生积屑瘤和鳞刺 表面粗糙度最差 图5 29 其他影响因素 刀具几何角度 刃磨质量 切削液等 5 6 1切削加工表面粗糙度影响因素与改进 37 机械制造工艺学 第5章机械加工表面质量 38 5 7 1影响表面冷作硬化的因素与改进 切削加工 f 冷硬程度 图5 30 切削用量影响 刀具影响 r 冷硬程度 其他几何参数影响不明显后刀面磨损影响显著 图5 31 工件材料 材料塑性 冷硬倾向 切削速度影响复杂 力与热综合作用结果 切削深度影响不大 39 磨削速度 冷硬程度 弱化作用加强 工件转速 冷硬程度 纵向进给量影响复杂 磨削深度 冷硬程度 图5 32 磨削用量 砂轮 砂轮粒度号 冷硬程度 砂轮硬度 组织影响不显著 工件材料 材料塑性 冷硬倾向 材料导热性 冷硬倾向 5 7 1影响表面冷作硬化的因素与改进 40 5 7 1影响层金属残余应力的因素与改进 v 残余应力 热应力起主导作用 图5 33 切削用量 刀具 前角 残余拉应力 刀具磨损 残余应力 工件材料 材料塑性 残余应力 铸铁等脆性材料易产生残余压应力