机械加工质量培训教材(PPT 41页).ppt

机械制造基础，机械工程学院，第1章，4机械加工质量， 4.1加工精度4.1.1概述4.1.2获得加工精度的方法4.1.3工艺系统的几何误差4.1.4工艺系统的机械变形4.1.5工艺系统的热变形4.1.6工件内应力引起的变形4.1.7加工误差的综合4.1.8保证和提高加工精度的方法4.2加工表面质量4.2.1表面质量的基本概念4.2.2对加工表面粗糙度的主要影响因素和控制4.2.3影响表面物理和机械性能的因素机械工程学院机械制造基础，2，4.1机械加工精度，4.1.1概述1)概念加工精度：指加工后零件几何参数的实际值与图纸规定的设计值相符的程度。 加工精度包括：尺寸精度：加工表面的实际尺寸与设计尺寸之间的尺寸误差不超过一定的尺寸公差范围。在国家标准中，尺寸公差分为20个等级(IT01、IT0、IT1IT18)。几何形状精度：加工表面的实际几何特征变化不会超过理想几何特征的一定公差。国家标准中有六种形状公差：直线度、平面度、圆度、圆柱度、直线度和表面度。相互位置精度：加工表面的实际几何特征到理想几何特征的变化，理想几何特征的方向或位置由参考确定。在国家标准中，有八个位置公差：平行度、垂直度、倾斜度、同轴度、对称性、位置、圆跳动和全跳动。机械工程学院机械制造基础，3，2)原始误差及其加工误差的来源，l加工误差：指零件加工后，其几何参数的实际值与图纸规定的设计值不符合的程度，即实际值与设计值的差值。原始误差：加工工艺系统中各环节的误差，包括机床、夹具、刀具和工件，是导致零件加工误差的工艺因素。原始误差与加工误差之间的关系原始误差对加工误差的影响是由零件在加工尺寸中的尺寸来表示的。误差敏感方向：原始误差对加工精度影响最大的方向。误差不敏感方向：原始误差对加工精度影响最小的方向。(1)工件定位和夹紧误差：定位误差和夹紧变形。(2)工艺系统的静态(几何)误差：机床、夹具和刀具的制造误差。(3)调整误差：工艺系统位置调整引起的误差。(4)工艺系统的动态(过程)误差：应力、内应力、热等引起的变形和磨损。过程系统。(5)测量误差：测量方法和测量仪器的误差。(6)加工原理误差：用近似表面成形运动代替理论表面成形运动，用近似刀片形状代替正确的刀片形状所引起的加工误差。(例如，齿轮加工、模数为p=m的蜗杆等。)，机械工程学院机械制造基础，5，4.1.2获得加工精度的方法，(2)调整方法：通过预先调整机床、夹具、工具和工件，在加工过程中可以自己获得尺寸精度。(3)尺寸刀具法：用一定形状和尺寸的刀具加工而成。(4)自动控制方法：在加工过程中，用一定的装置自动测量和控制加工。(1)轨迹法：利用刀具和工件之间的相对轨迹获得形状。(2)成型方法：用成型工具加工获得表面形状。(3)生成方法：利用刀具和工件之间的相对运动，使工件被刀具切割成一定的形状包络。(1)试切方法：试切测量调整试切，非成形运动方法：手工修复、模板加工、划线加工等。机械工程学院机械制造基础，6，获得加工精度的方法，3。获得位置精度的方法(1)一次性夹紧方法(2)获得方法主轴几何偏心：车床与定位基准面之间出现同轴度、垂直度等位置误差；钻孔机和钻孔机会导致孔径扩大。主轴旋转误差(主轴轴漂移):纯径向跳动：车削外圆和镗孔时的圆度误差。纯轴向运动：汽车端面平面度误差；车床螺纹产生螺距小周期误差。纯角度摆动：产生圆柱度或端面形状误差。不同的加工方法，主轴误差对加工精度的影响是不同的。例如，镗床镗孔时，刀具随机床主轴旋转，切削力和误差敏感方向也在旋转，轴的漂移将直接反映到工件上。车削是工件的旋转，切削力和误差敏感方向不变，只有水平误差反映在工件1:1上。(1)为提高主轴部件的制造精度，选择高精度滚动轴承或采用动压和静压轴承(高刚度和高旋转精度)；(2)预紧滚动轴承，消除间隙或产生轻微干涉，提高轴承刚度。(3)采用合理的工艺方法消除主轴回转精度对加工精度的影响。主轴只起到传递动力和运动的作用。例如，固定中心用于定位加工，工件的轴不变。采用电磁无心磨削加工，工件与主轴之间存在偏心，产生传递扭矩。切削力和电磁力的合力使工件紧贴在可调支架上。主轴的旋转与工件的定位无关。机械工程学院机械制造基础，10。导轨误差：对加工误差的影响(以车削为例)、直线度误差、导轨变形、导轨和主轴位置误差：传动误差：螺纹加工、齿轮加工等。要求刀具和工件之间有固定的传动关系。传动误差会影响螺纹导程、齿轮分度精度等。机械工程学院机械制造基础，11.2。刀具误差，生成方法：加工表面是无数叶片轨迹的包络面，叶片形状是加工表面的共轭曲线。刀具误差会影响加工表面的形状误差。轨迹法：工件表面是刀尖和工件之间相对运动轨迹的包络面。固定尺寸的工具：如钻头、铰刀、拉刀等。尺寸和形状直接影响工件的尺寸和形状精度。刀具磨损：直接影响刀具尺寸、形状等。刀具误差包括叶片轮廓制造误差、磨削误差和刀具安装误差。成形方法：刀具表面的轮廓被“复制”到加工表面。安装误差也直接影响加工表面形状的精度。例如，在车削螺纹时，车刀的安装太高或太低，三角齿的轮廓会变成双曲线。机械工程学会机械制造基础12.3夹具的制造误差、零件和部件的制造误差和装配位置误差，如定位元件、刀具导轨、刀具设定装置、分度机构、夹具主体等。导致加工表面尺寸和位置误差。夹具磨损引起的定位误差。夹具制造误差主要有：机械工程学院机械制造基础，13，4.1.4工艺系统机械变形，1。工艺系统的机械变形分析在机械加工过程中，在重力、切削力、惯性力和传递力等外力的作用下，工艺系统会发生变形，破坏刀具和工件之间的正确位置，导致加工误差。刚度：指施加在系统上的力P与系统在力的方向上产生的位移Y的比值。即，K=P/y工艺系统刚度：指垂直于待加工表面的切削分量Py与工件在Py方向上的位移之比。Ks=Py/y，根据材料力学的计算，由两个中心加工的工件简化为简支梁：机械研究所机械制造的基础即=g/m，例如：车削带有圆度误差的短圆柱毛坯(椭圆)，则系统刚度可近似视为常数。因此，反向切削的量在切削过程中不断变化，导致系统变形，最终加工的表面仍然是椭圆形的。是小于1的正数，每个切割的复制系数为1，2，3.最终误差重新映射系数为=123.1，所以切割越多，误差越小。机械工程学院机械制造基础。车削细长工件时，细长工件刚性低，工件在切削过程中会弯曲变形，不同部位的变形程度不同，加工出的工件呈腰鼓形。车削短轴和粗轴刚性短轴刚度高，当切削加工系统(主要是机床)各部分刚度不相等时，不同部分的变形程度不同而让刀，加工的工件呈马鞍形，且最小直径出现在刚度高的一侧的中间附近。机械工程学院机械制造基础。惯性力引起的加工误差和单爪转盘产生的离心力引起的定位端面位置误差。传递扭矩与切割扭矩平衡，径向变形是由切割力和传递力产生的位移的代数和，相加的结果是心脏线的轮廓。夹紧变形重力变形，机械制造基础的机械工程学院，17、缩短切削力作用点和支撑点之间的距离，也可以利用辅助支撑来提高零件的刚度。机床的合理使用：悬垂长度短，运动间隙小，非运动部件锁定。其他措施：补偿系统应力变形、传递误差敏感方向、传递误差等。3.降低工艺系统应力和变形、提高工艺系统刚度的措施：包括结构刚度、连接刚度、接触刚度等。控制力的大小和方向：通过合理选择切削参数和刀具角度来控制切削力或分力的大小，对称性也可以用来抵消力；改变切削力的方向，避免误差敏感方向。采用合理的夹紧和加工方法。机械制造基础，机械工程研究所，18，4.1.5工艺系统的热变形，工艺系统的热源：切削热，摩擦能量消耗和传输系统的生热，衍生热源(芯片，冷却剂落在床上)，外部热源。工艺系统的热变形对加工精度的影响：(1)由于机床各部件受热不均匀，产生弯曲和扭曲变形，降低机床的几何精度，影响加工精度；(2)加工短工件可以忽略，但测量时应考虑热膨胀和冷收缩；(3)当轴长时，温度逐渐升高，刀具和工件的变形逐渐增加，切削量逐渐增加，加工工件时出现圆柱度误差；均匀热变形的计算：(4)工件一侧受力时(如铣削、刨削、磨削等)。)，当一侧受热时，工件拱起，加工后加工表面呈凹形。机械工程学院机械制造基础。减少热变形影响和减少热源的措施：单独的电机、液压系统等。热补偿：使温度场均匀化，村庄各个部分的实际温度是均匀的；保持系统热平衡：加工前预热，平衡后加工；环境温度是恒定的。工件的刚度极高，床身头部的刚度大于床身尾部的刚度，因此对加工表面形状的误差进行了分析。(a)小左锥体和大右锥体；(b)形成凹端面；马鞍形，路径靠近床头。2。车削工件，图形误差，主要原因分析。(a)锥度：导轨与主轴不平行，刀具磨损；(二)腰鼓形：工件刚性差，导致折刀；马鞍沙马氏体密度小( Ma=7.75)，奥氏体密度大( Ao=7.96)。拉伸应力发生在局部相变体积增大时，压缩应力发生在局部相变体积减小时。(2)冷矫直产生的内应力：对于刚性差、易变形的细长工件，弯曲变形产生的内应力应通过冷矫直进行校正。(3)切削过程中产生的内应力：由于切削塑性变形、相变等原因，工件表面产生残余应力。机械工程学院机械制造基础。消除内应力的措施和零件结构的合理设计：铸锻件壁厚均匀，焊接件焊缝分布均匀等。尽量不要使用冷校直工艺：严禁冷校直精密零件，这些零件可以热校直或多留余量切割。合理安排时效处理，消除内应力；合理安排工艺流程：粗加工后一定时间后完成加工，粗加工后松开工件，用较小的力再次夹紧等。(1)误差的性质(1)系统误差：当连续加工一批工件时，加工误差的大小和方向保持不变或按照一定的规律变化。前者称为恒定系统误差，后者称为可变系统误差。(2)随机误差：当连续加工一批工件时，加工误差的大小和方向不规则地变化。随机误差服从统计规律。2)加工误差综合加工误差综合是根据加工条件分析加工精度的影响因素，分别计算主要误差，判断其性质，综合得出加工误差。系统误差由代数和：机械工程学院机械制造基础，24，随机误差的合成，概率方法的合成，其中1.2是随机误差的相对分布系数(简化近似值)的总标准偏差：机械工程学院机械制造基础，25，3)加工误差的统计分析，概率直方图和分布曲线法。在正常加工条件下，用调整法加工一批工件得到的尺寸分布曲线符合正态分布曲线。机械工程学院机械制造基础，26，正态分布曲线，正态分布密度函数：算术平均值：(工件尺寸分布中心)，标准偏差(均方根偏差)，分布概率(分布面积)，其中：机械工程学院机械制造基础，27，例：一批活塞精镗后销孔检验尺寸见表，型式尺寸28-0.015mm，分布中心：标准偏差：=0.0022公差带中点=28-0计算：2。查找表：(z)，3。计算：合格品率=(z1) (z2)，不合格品率：FA=0.5-(z1)FB=0.5-(z2)，机械工程学院机械制造基础，29，工艺能力系数，工艺能力系数Cp=T/(6)工艺能力系数工艺方案机械工程学院机械制造基础，30例：车削一批直径为20-0.1毫米的小轴，测量结果服从正态分布，公差带中心与分配中心之差为0。解决方案：za=xa/=(T/20.03)/=(0.