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机械加工质量 加工精度包括三个方面 尺寸精度 形状精度 位置精度 加工误差是加工精度的另一种表述方法加工后零件的几何参数与理想零件的几何参数偏离程度以大小示 加工误差越大加工精度越低 加工误差越小加工精度越高 获得尺寸精度的方法 试切法 通过试切 测量 调整再试切直到 被加工部分达到尺寸要求为止 2 定尺寸刀具法 零件加工尺寸决定于刀具尺寸 特点 尺寸精度决定于 a刀具 的种类和精度 b刀具的安装精度 c机床的精度 生产率较高在孔加工中广泛使用 应用孔加工广泛使用 2 表面物理机械性能 表面冷层作硬化 由切削力切削热表面强烈的型性变形表面强度硬度提高塑性下降 硬化程度 H表面层显微硬度 H0工件材料加工前显微硬度基本度 表层金相组织变化 加工表面在切削热作用下温度上升至金相组织变化的临界值时产生表层金 相组织变化 表层残余应力 加工后表层产生强烈的塑性变形或金相组织变化造成体积变化 表面物理机械性能对疲劳强度的影响 表层残余压应力提高零件疲劳强度抵消交变载荷的拉应力 表层残余拉应力降低零件疲劳强度容易使表面产生裂纹 适度冷作硬化提高零件疲劳强度阻止裂纹的出现和扩展 过度冷作硬化降低疲劳强度容易使表面产生裂纹 磨削烧伤降低疲劳强度表层的硬度强度都下降 3 表面质量对配合精度的影响 表面粗糙度Ra大 间隙配合初期磨损量大间隙值增大 过盈配合部分凸峰被挤平过盈量减小 4 表面质量对耐腐蚀性的确影响 表面粗糙度Ra 耐腐蚀性 由于电化学腐蚀作用 5 其它影响 62 机械加工精度 com 原始误差与加工误差 工艺系统机械加工时机床夹具 刀具和工件构成一个相互联系的统一系统 原始误差工艺系统中存在的各种误差 原始误差原因 加工误差结果 com 影响加工精度的因素 1 原理误差由于采用了近似的加工运动或 近似的刀具轮廓而产生的 例 滚刀用阿基米德蜗杆代替渐开线蜗杆 近似的刀具轮廓 模数铣刀铣齿近似的刀具轮廓 用公制丝杆车蜗杆或英制螺纹 近似的加工运动 2机床误差 机床误差来自三方面 制造 安装磨损 对加工误差影响大的机床误 差有三个部分 1主轴回转误差 2导轨误差 3传动链误差 例假设 y z 01 mm D 40 mm 误差敏感方向对加工误差影响大的加工表 面的法线方向 2主轴误差 主轴理想回转轴线 主轴轴线回转中各位置的 平均轴线 主轴回转误差 主轴实际回转中心的瞬时位 置与理想位置的最大偏差 一般把主轴误差分解为三种独立运动形式 纯轴向窜动x 纯径向移动r 纯角度摆动 纯轴向窜动x 对加工外圆和内孔的直径没有影响 对加工端面造成端面与轴线不垂直 形成端面左右螺旋 车螺纹时形成螺距的小周期误差 纯径向移动r 镗削 刀具回转 的情况 车削 工件回转 的情况 3 纯角度摆动 主要影响工件的形状精度 3传动链误差 当加工中要求工件与刀具有一定的运动关系时就产生传动链误差 传动链误差为内联系传动的实际传动关系与理论计算的传动关系之间的偏差产生传动链误差的主要因素是传动链中各传动件的制造精度安装精度和受力变形等 如加工齿轮、螺纹蜗轮丝杆等 工件的变形为 为达到加工精度要求可采用 1多次走刀 2减少走刀量 3提高工艺系统刚度 4减少误差复映系数等工艺措施 返回本章目录 工艺系统受其它作用力而产生的加工误差 其它作用力夹紧力机床部件自重工件自重离心力惯性力传动力 a夹紧力 夹紧力引起的工件形状误差 a b c d 返回本章目录 b机床部件和工件自重 a b c 返回本章目录 5其它原始误差的影响 1工艺系统热变形 热胀冷缩变形 加工过程的热源 a内部热源 切削热机床中传动副和动力源的摩擦热 b外部热源环境温度阳光灯光取暖设备等 精密加工热变形引起的加工误差占总加工误差的4070 返回本章目录 机床热变形 主轴倾斜 主轴抬高 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 3 1 2 4 5 6 7 8 变形 m300mm 运转时间h b 热变形曲线 a 车床的热变形示意图 图6-13 车床热变形 返回本章目录 返回本章目录 t平衡 B C A t停 t1 时间t 刀具热伸长 图6-14 刀具热伸长 刀具热变形 由于刀体小热容量小刀具温升非常高例如用高速钢车刀切削时 刀刃部分温升可达700-800度 刀具伸长量可达003005 mm 工件材料热膨胀系数 L 工件热变形方向上的尺寸 T温升 例切削长度为3米每磨一次温升3则丝杆升长量为 不均匀受热产生形状误差 工件热变形 均匀受热 返回本章目录 返回本章目录 2工件残余应力 残余应力残余存在工件内部的一部分金属对另一部分金属的作用力 残余应力产生原因在铸锻焊热处理过程中由于工件各部分受热不均匀或冷却速度不同以及金相组织变化而引起的体积变化会使工件产生内应力 残余应力危害工件粗加工后内应力重新分布使工件产生变形 图6-15 床身因内应力而引起的变形 返回本章目录 减少残余应力对的影响 零件结构设计合理结构简单璧厚均匀 退火或时效处理 粗精加工分开粗精加工时间尽量拉长 F a F b c 图6-16 校直引起的内应力 返回本章目录 6 2 3 提高加工精度的措施 1直接减小或消除原始误差 以车细长轴为例 采用跟刀架或中心架 采用反向进给 大主偏角大进给 伸缩性的弹性活顶尖 进给方向 a Fy 进给方向 Fy 跟刀架 活顶尖 b 返回本章目录 在卡盘一端工件上车出一个缩颈 dD2 前后双架对刀切削 Fy 1 L Fy 2 Fx Fx 精车刀 半精车刀 顺牙 倒牙 粗车刀 双刀架 对刀切削示意图 返回本章目录 2 补偿和抵消原始误差 丝杆车床上用误差校正机构及装置来抵消传动链误差 L 1 9 2 3 5 6 4 螺距S 7 8 丝杆车床的校正装置 1主轴 2工件丝杆 3刀架 4母丝杆 5螺母 6摆杆 7滚子 8校正尺 9交换齿轮 返回本章目录 3 误差转移法 误差转移法是把影响加工精度的原始误差转移到误差不敏感的方向或者不影响加工精度的方向上 例 z x y方向垂直于纸面 转塔车床的立刀安装法 返回本章目录 用镗模镗孔的镗杆来用浮动联接头可以排除主轴回 转误差导轨 误差等 横梁变形的转移 图中为横梁变形的转移 返回本章目录 4 均分与均化原始误差 均分原始误差就是当坯件精度太低引起的定位误差或复映误差太大时将坯件误差均分成 n组每组坯件的误差缩小为原来误差的1n 均化原始误差的实质就是利用有密切联系的工件或刀具表面相互比较检查找出它们之间的差异再进行修正加工或互为基准的加工使被加工表面原有的误差不断缩小和平均化 返回本章目录 心轴装夹工件剃齿齿轮内孔尺为 心轴实际尺寸为25002mm配合最大间隙为 0011mm最小间隙为-0002 过盈 间隙过大现按表6-2制造三个心轴配合精度在0005之内解决了剃齿加工要求 返回本章目录 a 头架顶尖自磨自 5 就地加工达到最终精度 方法把各相关零件部件先行装配使它们处于工作要求的相互位置然后就地进行最终加工 目的消除机器和部件装配后累积误差 返回本章目录 b 三点不同轴引起丝杆弯曲和接触不良 c 导套内孔自镗自 返回本章目录 主动测量是在加工过程中随时自动测量出工件尺寸根据测量结果控制刀具与工件的相对位置工件尺寸始终在自动控制之中闭环系统 减振器 测头 工件 百分表 例如磨削自动测量 6主动测量与闭环系统 返回本章目录 com 机械加工误差的综合分析法 分析误差两种方法 1 单因素分析法 2 综合分析法 单因素分析的各种产生误差原因总是同时存在互相影响的用数理统计的方法可以成功地解决成批及大量生产中机械加工误差的分析和对加工精度的控制问题 综合分析法 数理统计 返回本章目录 1 误差的性质 按照误差出现规律可以分为两大类误差 1 系统性误差当连续加工一批零件时大 小和方向不变或是按一定规律变化的误差 常值系统误差误差大小和方向不变 变值系统误差误差大小和方向按一定规 律变化 例刀具的热变形磨损 返回本章目录 2随机性误差 偶然误差 连续加工一批零件时大小和方向没有一定变化规律的误差 例毛坯误差的复映工件残余应力引起的变形误差夹紧误差多次调整误差内应力引起的变形误差定位误差等 随机误差可以用数理统计方法来研究 返回本章目录 不同性质的加工误差解决途径 常值系统误差 调整设备检修设备误差补偿或抵消等 变值系统误差 连续补偿或定期自动补偿等 随机性误差 减小毛坯误差提高工艺系统刚度主动测量与闭环控制等 返回本章目录 2 加工误差的分布曲线分析法 实际分布曲线对一批零件实际加工结果的统计曲线 理论分布曲线数理统计中的正态分布曲线高斯曲线 1 实际分布曲线一批活塞销孔图纸要求尺寸 对这批销孔精镗后抽查100件并按尺寸大小分组每组的尺寸间隔为0002mm 见列表6-3 返回本章目录 2100 2 28003 2800228004 6 16100 16 28001 2800028002 5 30100 30 27999 2799828000 4 32100 32 27997 2799627998 3 16100 16 27995 2799427996 2 4100 4 27993 2799227994 1 频率mn 组内工件数 m 件 中点尺寸 mm 尺寸范围mm 组 别 表6-3 活塞销孔直径测量结果 返回本章目录 分散范围 最大孔径 最小孔径 2800427992 0012mm 分散范围中心 平均孔径 35 30 25 20 15 10 5 0 27985 公差带中心 279925 27995 28000 28005 st 公差范围10015 分散范围 0012 分散范围中心 279979 00054 返回本章目录 公差带中点 废品率 18 即尺寸为280028004mm的零件的频率 系统误差 st 分散范围中心公差带中心 29997279925 00054mm 因分散范围 0012 公差值 0015 需减小st可不产生废品即将镗刀伸出量调小 返回本章目录 y x 2 理论分布曲线 正态分布曲线用概率密度函数表示 返回本章目录 刀具回转镗床的情况 假设主轴沿y方向作简谐直线运动 刀具在水平位置 1点 R1 R A 刀具在垂直位置 24点 R2 R 刀具在水平位置3点 R3 R A 刀具在任意位置 1点 Y A cos R cos AR cos Z R sin 返回本章目录 即镗出的孔为椭圆形因此刀具回转镗床主轴纯径向移动加工孔产生形状误差 由以上可得 返回本章目录 R R R1 R3 3 2 4 1 理论位置 实际位置 R o o 返回本章目录 图6-8 车削时纯径向跳动对圆度的影响 1-理想工件位置 2-实际工件位置 工件回转 车削 的情况 工件回转在1处 R1 R A 工件回转在2处 R2 R 工件回转在3处 R3 R A 工件回转在4处 R4 R D1-3 R1R2 2R D2-4 2R D1-3 返回本章目录 返回本章目录 例Y3150E 当第1个齿轮有转角误差1 返回本章目录 K差差动轮系传动比 K分分度挂轮传动比 总传动差 返回本章目录 第j个元件有转角误差 Kj 第j个元件误差传递系数 结论 1 Kj1即升速误差扩大Kj1即降速误差减小 2 减小传动元件的数目n可以减小误差 3 提高末端元件的装配和制造精度可以减小传动链误差 4 减小末端传动副的传动比有利于提高传动精度 5 消除传动副的间隙 可以使末端元件瞬时速度均匀 返回本章目录 3调整误差 调整 是指使刀具切削刃与工件定位基准间在从切削开始到切削终了都保持正确的相对位置 调整包括 机床调整 夹具调整 刀具调整 调整误差是原始误差的一种是不可避免的 返回本章目录 1 试切法加工的调整误差 原因 加工余量的影响 微量进给产生的误差 微量进给误差的消除办法 a微量进给先退刀再快速引进到需要的刻度值处 b微量进给用轻轻敲击手轮用振动消除爬行现象 返回本章目录 试切层很薄 时刀刃打滑 新切到部分厚 刀刃不打滑 a 精加工 试切最后一刀余量小打滑新切部分余量大 于试切余量不打滑尺寸变小 新切到部分厚 受力变形大 试切层薄 受力变形小 b 粗加工 试切余量小于切削余量 得到比试切尺寸大一些因为余量大切削力大刀具后退多 返回本章目录 返回本章目录 2 调整法加工的调整误差 在大批大量生产中广泛采用行程档块靠模凸轮等机构控制刀具的轨迹和行程 影响因素有 定程机构的制造精度和调整精度 定程机构离合器电器开关和控制 阀的灵敏度 刀具样板和靠模的精度 返回本章目录 4工艺系统受力变形 工艺系统在加工过程中受 切削力 惯性力 重力 夹紧力 力作用产生工艺系统变形加工误差 1 工艺系统刚度 工艺系统刚度工艺系统抵抗变形的能力 Kst 工艺系统静刚度 Fp Y 是静态下背向力和变形 返回本章目录 返回本章目录 机床夹具刀具工件 受力后Y方向的位移 工艺系统受力后Y方向的总位移 工件刚度Kg可用材料力学的公式计算 L Fp L 返回本章目录 工件最远端悬臂梁刚度为 L Fp L 机床和夹具的刚度 实测分析 工件中间处刚度为 刀具刚度悬臂梁为 返回本章目录 2 工艺系统受力变形对加工精度的影响 切削力作用点位置变化使工件产生的形状误差 X L Yx X Yww Ytw Ydw FA FP FB B D A A D C C B 以顶尖装夹车削光轴为例 Ytw 工件床头位移 Yww 工件床尾位移 Yx x处工件c点位移 Ydw 刀具位移 返回本章目录 在c点的总位移 按刚度定义 Kt Kw Kd 分别为床头尾架刀架的刚度 返回本章目录 由理论力学可算出 将各式代入6-9 得 机床刚度为 返回本章目录 L FP FB FA 则工艺系统刚度 返回本章目录 00135 00183 00273 00312 00270 00176 00125 Yst 0 00065 00166 00210 00166 00065 0 Yg 00135 00118 00107 00103 00104 00111 00125 Yjc L 床尾 5L6 2L3 L2 L3 L6 0 床头 Xmm 从表中可看出 R Yst Ystmin 00312mm 00125mm 00187mm 得出如下结果 返回本章目录 例如 设Fg 300N Kt 6000Nmm Kw 5000Nmm Kd 4000NmmL 600mm 工件直径 d 50mmE 2 105 Nmm 毛坯误差的复映 工件余量或材料硬度不均匀会引起切削力变化使工艺系统受力变形发生变化从而造成工件的尺寸误差和形状误差 毛坯余量硬度不均匀 切削力变化 变形变化 尺寸和形状误差 返回本章目录 Y1 asp1 Y2 asp2 1 2 O 图 6-11 毛坯形状误差的复映 假设毛坯有椭圆度误差轮廓曲线为1刀具调整到点划线位置工件每转切深变化为asp1-asp2 引起切削力变化于是由此变形变化Y1-Y2从而使加工出的工件形状仍存在椭圆度误差 返回本章目录 一次走刀 XFp 1 切削一周 CFp 与切削条件有关的系数 asp 切削深度 f 进给量 XFp YFp 指数 返回本章目录 有 Y1 asp1 Y2 asp2 1 2 O 图 6-11 毛坯形状误差的复映 变形变化和毛坯余量变化为 返回本章目录 1 如果 则 返回本章目录 复映系数 通常 多次走刀 n次走刀则 由以上分析还可以把误差复映概念做如下推广 a在工艺系统弹性变形条件下毛坯的各种误差 圆度圆柱度同轴度平直度误差等 都会由于余量不均而引起切削力变化并以一定的复映系数复映成工件的加工误差 b毛坯材料硬度的不均匀将使切削力产生变化引起工艺系统受力变形的变化从而产生加工误差而铸件和锻件在冷却过程中的不均匀是造成毛坯硬度不均匀的根源 返回本章目录 c由于误差复映系数通常小于1多次加工后减少很快所以当工艺系统的刚度足够时只有粗加工时用误差复映规律估算才有现实意义在工艺系统刚度较低的场合如镗一定深度的小直径孔车细长轴和磨细长轴等则误差复映现象比较明显有时需要从实际反映的复映系数着手分析提高加工精度的途径 返回本章目录 d在大批大量生产中一般采用调整法加工即刀具调到一定切削深度后对 同一批零件一次走刀加工到该工序所要求的尺寸这时毛坯的尺寸分散使每件毛坯的加工余量不等而造成一批工件的尺寸分散要使一批零件尺寸分散在公差范围内必须控制毛坯的尺寸公差 返回本章目录 例在车床上半精镗一短工件的内孔加工前内孔的圆度误差为04mm加工后要求圆度误差达到001mm已知工艺系统刚度Kst 2790Nmm走刀量f 005mmr走刀量指数YFP 075径向切削力系数CFP 1000试分析计算在只考虑机床刚度的影响时一次走刀圆度精度能否达到图样要求若达不到要求可采取何种工艺措施 返回本章目录 解复映系数 可见一次进给达不到要求 返回本章目录 第6章 机械加工质量 61 机械加工质量的基本概念 62 机械加工精度 63 机械加工表面质量 至总目录 第6章 机械加工质量 61 机械加工质量的基本概念 机器零件的加工质量决定了机器的 1性能 2质量 3寿命 机器产品加工质量的内容 1加工精度 2加工表面质量 返回本章目录 机器产品加工质量要求越来越高近30年 加工精度 普通从001mm 0005mm 精密从1m 002m 超精密从01m 0001m 加工表面质量粗糙度方面已获得小于00005m的粗糙度 加工质量与设备工艺方法工艺措施有关 返回本章目录 com 加工精度与工件获得精度的方法 加工精度零件加工后的几何参数尺寸形状和位置与图纸规定的理想零件的几何参数符合的程度 理想零件 尺寸零件尺寸公差带中点 中点尺寸 形状绝对的平面圆柱面锥面 位置绝对平行垂直同轴 返回本章目录 返回本章目录 试切一小段 特点 费时费力 与操作工人水平有关 适用于单件小批生产 调整法加工时调整刀具位置用 返回本章目录 返回本章目录 2 调整法 预先调整好刀具和工件在机床上的相对置 并在一批零件的加工过程中始终保持这个位置不 变以保证被加工零件尺寸的方法 特点 尺寸稳定 生产率高 加工精度与操作工人的水平关系不大主要决定于调整精度 应用广泛于成批及大量生产 返回本章目录 4 自动控制法 这种方法是把测量装置进给装置和控制系统等组成一个自动控制的加工系统 特点 自动化程度高精度高 适用于批量或大量生产 减振器 测头 工件 百分表 磨削自动测量 返回本章目录 com 加工表面质量 1 基本概念 1表面微观几何形状 表面粗糙度及波度 形 L1 H2 L2 H1 Amin A 图6-1 表面粗糙度波度和形状误差 表面质量 表面粗糙度 LH50 表面波度 LH 501000 加工精度 宏观几何形状 LH1000 返回本章目录 返回本章目录 返回本章目录 工作时间 磨 损 量 初期磨损 正常磨损 急剧磨损 图6-2 初期磨损量与粗糙度Ra的关系 1-轻载荷 2-重载荷 Ra O O1 O2 2 1 返回本章目录 2 机械加工表面质量对机器使用性能的影响 1表面质量对零件耐磨性的影响 表面微观几何形状对耐磨性的影响 表面物理机械性能对耐磨性的影响 冷作硬化N 适度 耐磨性 表面强度提高 冷作硬化N 过度 耐磨性 表面金相组织疏松甚至出现裂纹和剥落 金相组织变化耐磨性 改变表面硬度 返回本章目录 2