第9章 机械加工质量课件

1、第9章 机械加工质量 91 概 述911机械加工精度 1 1加工精度的概念加工精度的概念: :机械加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数的符合程度。而它们之间不相符合（或差异）的程度称为加工误差。加工精度在数值上通过加工误差的大小来表示，所谓保证加工精度，即指控制加工误差。 2 获得规定的加工精度的方法获得规定的加工精度的方法 （1）获得尺寸精度的方法:试切法,定尺寸刀具法,调整法 ,自动控制法 .（2）获得形状精度的方法:刀尖轨迹法,成形刀具法,仿形法,展成法.（3）获得位置精度的方法:主要靠机床的运动之间、机床的运动与工件装夹后的位置之间及各工位位置之间的相

2、互正确程度来保证。 912机械加工表面质量 1表面质量的含义表面质量的含义: :即表面几何形状和表面层的物理力学性能。 （1）表面几何形状 :表面粗糙度,表面波度,宏观几何形状偏差。 （2）表面层的物理力学性能 :表面层冷作硬化,表面层金相组织的变化 ,表面层残余应力。 2机械加工表面质量对零件使用性机械加工表面质量对零件使用性能的影响能的影响: :对零件耐磨性的影响 ,对零件疲劳强度的影响,对零件配合性质的影响,对零件耐腐蚀性的影响。 92 影响机械加工精度的因素 在机械加工时，机床、夹具、刀具和工件就构成了一个完整的系统，称之为工艺系统。影响零件加工精度（或加工误差）的因素可以归纳为以下三

3、个方面：工艺系统的几何误差；工艺系统的力效应；工艺系统的热变形。921工艺系统的几何误差对加工精度的影响1 1加工原理误差加工原理误差:加工原理误差是指在加工工件时采用了近似的加工运动或近似的刀具刀刃廓形而产生的误差。 2机床的几何误差机床的几何误差 :机床误差中对加工精度影响较大的是主轴回转误差、导轨导向误差、传动链传动误差。 （1）主轴回转误差:主轴回转误差就是主轴的瞬时回转轴线相对于其平均回转轴线在加工表面的法线方向上的最大变动量。 921工艺系统的几何误差对加工精度的影响(续) （2）导轨误差:对机床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；两导轨的平行度。 （3）传

4、动链的传动误差 :在机械加工中，工件表面的形成是通过一系列传动机构来实现的。这些传动机构由于本身的制造、安装误差和工作中的磨损，必将引起工件表面形成运动的不准确，产生加工误差。 3刀具与夹具的误差刀具与夹具的误差: :刀具的误差(单刃刀具,定尺寸刀具,成形刀具,展成法加工刀具),夹具的误差(夹具误差包括定位元件、引导元件、对刀装置、分度机构及夹具体等的制造误差，以及定位元件之间的相互位置误差)。 4定位与调整误差定位与调整误差: :定位不准确产生的定位误差,调整不可能绝对准确，也就产生了一项误差，即调整误差。 922工艺系统力效应对加工精度的影响 在机械加工中，工艺系统在切削力、夹紧力、传动力

5、、重力和惯性力等外力作用下会产生弹性变形，从而破坏已经调整好的工件和刀具之间的相对位置，使工件产生几何形状误差和尺寸误差。 1工艺系统刚度对加工精度的影响工艺系统刚度对加工精度的影响Y Y系统系统Y Y机床机床Y Y夹具夹具Y Y刀具刀具Y Y工件工件 K系统F法Y系统，K机床F法Y机床，K 夹具F法Y夹具K 刀具F 法Y刀具，K工件F法Y工件 工件刀具夹具机床系统kkkkk11111922工艺系统力效应对加工精度的影响(续)工艺系统刚度对加工精度的影响可归纳为切削力对加工精度的影响和其它作用力对加工精度的影响。（1）切削力的变化对加工精度的影响1）切削力作用点位置的变化引起的加工误差。 22

6、111lxklxlkkFYx后前刀法2）切削力大小的变化引起的加工误差。 毛工（2）工艺系统其它作用力的变化对加工精度的影响: 2 2减小工艺系统受力变形对加工精度的影响的途径减小工艺系统受力变形对加工精度的影响的途径 :提高工艺系统中零件间的配合质量以提高接触刚度,给机床部件以预加载荷，提高接触刚度,设置辅助支承以提高工艺系统的刚度,采用合理的安装方法和加工方法，以提高工艺系统的刚度;减小切削力和其它外力及其在加工过程中的变化;采用时效处理以消除内应力对加工精度的影响。 923工艺系统热变形对加工精度的影响 1. 机床热变形对加工精度的影响机床热变形对加工精度的影响: :在机床的热变形中，以

7、主轴部件、床身导轨及两者相对位置的热变形对加工误差的影响最为突出。 2.刀具热变形对加工精度的影响刀具热变形对加工精度的影响: :刀具热变形主要是由传到刀具上的切削热而引起,刀具的热变形在加工不同的零件时产生的加工误差不同。 3.工件热变形对加工精度的影响工件热变形对加工精度的影响: :工件的热变形主要受切削热的影响。在精加工时，工件的热变形对加工精度的影响很大，特别是对细长工件的加工影响尤为突出。工件受热是否均匀对热变形的影响也很大。 4.减小工艺系统热变形的途径减小工艺系统热变形的途径: : 减少发热和隔离热源,强制冷却和均衡温度,保持热平衡和控制环境温度。 93 机械加工精度的综合分析

8、931加工误差的性质各种因素产生的加工误差按其出现的有无规律，可分为两大类，即系统误差和随机误差。（1）系统误差 。当顺次加工一批零件时，若产生的误差大小和方向都保持不变或按一定的规律变化，这种误差称为系统误差。前者为常值系统误差，后者为变值系统误差。 （2）随机误差。 顺次加工一批零件时，产生的误差大小和方向均是无规律地变化，这种误差称为随机误差。 9.3.2 加工误差的统计分析 机械加工中常用的误差统计分析方法有分布曲线法和点图法。 1.1.分布曲线法分布曲线法: :分布曲线法就是对一批工件加工后所测得的实际尺寸（或误差）进行分组处理，画出分组后的尺寸分布图，再按此分布图来分析工件的加工误

9、差。（1）实际分布曲线。测量一批精镗后的活塞销孔.结论：1）尺寸分散范围（0.012mm）小于公差范围(0.015mm)，说明镗孔的加工精度能满足加工要求；2）加工中出现了18 的废品（图中阴影部分）. 常值系统误差只影响分布曲线的位置，而分布曲线的形状和分散范围则受随机误差和变值系统误差的影响。 9.3.2 加工误差的统计分析(续）（2）正态分布曲线。方程中的和是表示曲线特征的两个参数，分别称为算术平均值和均方根差。其中 决定曲线对称中心轴的坐标位置；决定曲线的形状和分散范围。 22221xxeyxniixnx11nxxnii12正态分布曲线与横坐标所围成的面积代表了全部工件（即100）。若

10、求正态分布曲线下某尺寸区间（ , xi）的面积F，可用积分法。 xdxeydxFiixxxxxx222219.3.2 加工误差的统计分析(续）（3）分布曲线的应用 ：1）分析加工误差。 通过分布曲线可以分析出影响加工精度的主要原因。常值系统误差不影响分布曲线的形状，仅影响它的位置。当分布曲线的中心和公差带中心不重合时，说明加工中存在常值系统误差。变值系统误差和随机误差影响分布曲线的形状，这时就不是正态分布曲线。 2）判断工艺能力。在机械加工中，某种加工方法能否满足工件的精度要求，可以进行工艺验证。工件加工尺寸的公差T表示加工所要求达到的精度，6的大小则代表了某一加工方法实际上所能达到的精度，二

11、者的比值称为工艺能力系数，用 kp表示。 6Tkp3）计算一批零件的合格率和废品率。 分布曲线法分析加工误差的缺点在于：分布曲线法分析加工误差的缺点在于：1）曲线只能在一批工件全部加工完后才能绘制出，2）分析时没有考虑工件的加工顺序；所以不能看出误差的发展趋势和变化规律，从而不能在加工过程中主动控制加工精度。同时，3）分布曲线主要表示了各工艺因素对加工精度的综合影响，因此很难区分开变值系统误差和随机误差。 9.3.2 加工误差的统计分析(续）2 2点图法：点图法：点图法是在一批工件的加工过程中，按加工顺序依次测量每个工件的尺寸，并依时记入相应图表中，以及时对其进行分析，指导生产。（1）单值点图

12、。以工件的加工顺序为横坐标，工件的尺寸为纵坐标，则可以画出如图9-17所示的点图，称为单值点图。该点图反映了工件加工尺寸的变化与加工顺序（或加工时间）的关系。 （2）均值极差点图。将一批工件按加工顺序每m个分为一组，以分组序号为横坐标，以每组工件的平均尺寸为纵坐标，则可绘制出如图9-18a所示的点图，简称 图。再以分组序号为横坐标，以每组工件的极差R（组内工件的最大与最小尺寸之差）为纵坐标，画出的点图如图9-18b所示，简称R图。 x94 影响机械加工表面质量的因素 941影响零件表面粗糙度的因素1 1影响一般机械加工表面粗糙度的因素影响一般机械加工表面粗糙度的因素：（1）残留面积。切削加工时

13、，工件被切削层中总有一小部分材料未被切除而残留在已加工表面上,使表面粗糙。残留面积的高度Rmax直接影响表面粗糙度Ra值的大小。 （2）积屑瘤和鳞刺。在较低速度（2080m/min）下加工塑性材料，容易产生积屑瘤和鳞刺。（3）工件材料性质。切削脆性材料时，由于切屑的崩碎在加工表面上留下很多麻点,使表面粗糙度增大。切削塑性材料时， 随着挤压变形的同时切屑与工件分离而产生金属的撕裂，使表面粗糙度增大。（4）加工时的振动。当切削加工发生振动时，会在工件表面产生明显的振痕，使粗糙度上升，表面质量恶化。 2 2影响磨削加工表面粗糙度的因素：影响磨削加工表面粗糙度的因素：（1）砂轮。砂轮的粒度越细，单位面

14、积上的磨粒就越多，磨削表面的刻痕就越细密均匀，粗糙度值就越小。（2）磨削用量。提高砂轮线速度或降低工件线速度，都会使每颗磨粒切去的金属厚度减小，则残留面积减小，粗糙度降低；纵向进给量小，则工件表面上同一点的磨削次数多，粗糙度值小；采用较小的横向进给量和最后无进给的光磨，加工表面塑性变形小，表面粗糙度值小，光磨次数越多，粗糙度越低。（3）工件材料。工件材料的性质对磨削粗糙度的影响也很大，太硬、太软、太韧的材料都不易磨光。 942影响零件表面层物理力学性能的因素 1影响表面层冷作硬化的因素影响表面层冷作硬化的因素（1 1）影响机械加工冷作硬化的因素：）影响机械加工冷作硬化的因素：1）刀具几何参数。

15、刀具刃口圆弧半径的增大、前角的减小、后刀面的磨损及前后刀面不光洁等都将增加刀具对工件的挤压和磨擦作用，使工件表层的冷作硬化程度加大。 2）切削用量。随着切削速度的增加，刀具与工件的接触挤压时间缩短，工件的塑性变形减小，同时切削温度升高，对冷作硬化有回复作用，冷作硬化程度将下降。3）工件材料。工件材料的硬度越低、塑性越好，则切削加工时的挤压变形也越大，冷作硬化程度增加。（2）磨削加工对冷作硬化的影响。提高砂轮线速度，可减轻塑性变形并使磨削区的温度升高，加大回复作用，从而减弱冷作硬化程度。而提高工件转速、能缩短砂轮对工件表面热作用时间，使回复作用减小，从而增加冷作硬化程度。加大工件进给速度和增加砂

16、轮横向进给量，均使磨削力增大，塑性变形增大，从而使冷硬程度变大。 2 2影响表面层金相组织变化的因素影响表面层金相组织变化的因素（1）磨削烧伤。在磨削加工中，工件表面层金相组织的变化，使表面层硬度下降，并伴随出现残余应力和产生细微裂纹，同时出现彩色的氧化膜，这种现象称为磨削烧伤。在磨削淬火钢时，如果工件表面层温度超过材料的回火温度，未超过相变温度，则表层淬火组织（马氏体）会转变为回火组织（索氏休和托氏体），表层的硬度和强度将显著降低，称为回火烧伤。如果工件表面层温度超过相变温度时，表层组织转变成奥氏体，在冷却液的急冷作用下，表面层形成极薄的二次淬火马氏体，但它的下一层转变为回火组织，其硬度要比

17、原来低得多，称为淬火烧伤（夹心烧伤）。如果是干磨，表层温度超过相变温度后，冷却缓慢，表面层被退火，其硬度会急剧下降，称为退火烧伤。（2）影响磨削烧伤的因素。在磨削中，砂轮硬度太高、结合剂弹性差、组织紧密及磨粒不锋利等，均容易引起烧伤；砂轮横向进给量的增大，会使磨削力和磨削热急剧增加，更易引起烧伤；对于导热性差和硬度高的工件材料，在磨削中也容易烧伤。 942影响零件表面层物理力学性能的因素（续）3影响表面层残余应力的因素影响表面层残余应力的因素 （1）表面层残余应力的产生）表面层残余应力的产生 1）冷塑性变形。在切削、磨削及滚压加工中，工件表面层受后刀面的挤压和磨擦会发生伸长的塑性变形，但由于受

18、到里层基体的阻碍，表层将产生残余压应力，而里层则产生与之平衡的残余拉应力。 2）热塑性变形。在切削或磨削加工中，表面层温度比里层基体高，表面层产生的热膨胀比里层的大，当表面层的温度超过材料的弹性变形范围时，就会产生塑性变形。切削结束后，表面层温度下降得快，表层金属的冷却收缩受到里层基体的阻碍，使表层产生残余拉应力，里层则产生残余压应力。 3）金相组织的变化。不同的金相组织有不同的质量体积，马氏体质量体积最大，奥氏体质量体积最小。当表面层金相组织发生变化时，由于质量体积的不同，表面层体积就要变化，但受到里层基体的阻碍，而产生残余应力。如磨削淬火钢时，表面层若产生回火烧伤，马氏体转变为托氏体或索氏

19、体，表面层体积缩小，产生残余拉应力。 （2）零件加工后表面层的残余应力。）零件加工后表面层的残余应力。零件加工后表面层的残余应力是上述三种因素综合的结果。在一定的条件下，可能是一种或两种因素起主要作用。切削加工中，一般切削温度较低，主要是冷塑性变形起作用，在较小的背吃刀量下，残余应力为压应力。而在磨削加工中，一般磨削温度较高，主要是热塑性变形和金相组织变化起主要作用，残余应力多为拉应力。但当金相组织变化引起淬火烧伤时，表面层残余应力就为压应力。 95 提高机械加工质量的途径与方法 951提高机械加工精度的途径 1直接减小或消除误差直接减小或消除误差 ：在查明产生加工误差的主要因素后，设法对其直接消除或减小，以提高加工精度。 2误差补偿或抵消：误差补偿或抵消：误差补偿指的是人为地造出一种新的误差以抵消工艺系统中的误差。误差抵消指的是利用工艺系统中原有的一种误差去抵消另一种误差。 3误差转移：误差转移：误差转移指的是将工艺系统的误差转移到不影响加工精度的方向或新的工艺装置上。 4误差平均：误差平均：误差平均指的是利用有密切联系的表面之间的相互比较、相互检查，从中找出差异，进而进行相互修正（如配偶件的对研）或互为基准进行加工（如多