加工质量ppt课件

1、第4章 机械加工质量4.1 机械加工精度 4.1.1 概述 4.1.2 获得加工精度的方法 4.1.3 工艺系统几何误差 4.1.4 工艺系统受力变形 4.1.5 工艺系统热变形 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途径4. 2 加工外表质量 4.2.1 外表质量的根本概念 4.2.2 影响加工外表粗糙度主要要素及其控制 4.2.3 影响外表物理、力学性能的要素及其控制.4.1 机械加工精度4.1.1 概述 1加工精度的概念 加工精度：是指零件加工后，其几何参数的实践数值与图纸规定的设计数值相符合的程度。加工精度包括： 尺寸精度：加工外

2、表的实践尺寸与设计尺寸的尺寸误差不超越一定的尺寸公差范围。在国标中尺寸公差分20级IT01、IT0、IT1IT18。 几何外形精度：加工外表的实践几何要素对理想几何要素的变动量不超越一定公差范围。在国标中外形公差有六项：直线度、平面度、圆度、圆柱度、线轮廓度、面轮廓度。 相互位置精度：加工外表的实践几何要素对由基准确定方向或位置的理想几何要素的变动量。在国标中位置公差有八项：平行度、垂直度、倾斜度、同轴度、对称度、位置度、圆跳动、全跳动。.2原始误差的来源及其与加工误差l 加工误差：是指零件加工后，其几何参数的实践数值与图纸规定的设计数值不符合的程度，即实践数值与设计数值之差。 l原始误差：包

3、括机床、夹具、刀具及工件在内的机械加工工艺系统各环节的误差，是呵斥零件加工误差的工艺要素。l 原始误差与加工误差的关系 原始误差对加工误差的影响表现为其在工序尺寸上的分量的大小。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。.l 原始误差的来源(1) 工件定位与夹紧误差：定位误差、夹紧变形。(2) 工艺系统静几何误差：机床、夹具、刀具的制造误差。(3) 调整误差：工艺系统位置调整产生的误差。(4) 工艺系统的动过程误差：工艺系统受力及内应力、热等产生的变形及磨损。(5) 丈量误差：丈量方法及丈量器具的误差。(6) 加工原理误差：用近似的外表成

4、形运动替代实际的外表成形运动，用近似的刀具刃形替代正确的刃形等产生的加工误差。例齿轮加工、车模数蜗杆p= m等.4.1.2 获得加工精度的方法2调整法：经过预调好的机床、夹具、刀具、工件，在加工中自行获得尺寸精度。3尺寸刀具法：用一定外形和尺寸的刀具加工获得。4自动控制法：用一定安装，边加工边自动丈量控制加工。2. 外形精度的获得方法 成形运动法 1轨迹法 ：利用刀具与工件间的相对运动轨迹来获得外形。2成形法：利用成形刀具加工获得外表外形。3展成法：利用刀具与工件相对运动使工件被刀具切削成一定外形的包络线。l. 尺寸精度的获得方法1试切法：试切丈量调整再试切 非成形运动法：人工修配、样板加工、

5、划线加工等。. 获得加工精度的方法3. 位置精度的获得方法1一次装夹获得法 2多次装夹获得法装夹的方式：直接找正装夹、划线找正装夹、夹具装夹。.4.1.3 工艺系统几何误差机床误差 机床精度取决于其制造精度、装配精度及磨损情况，其中对加工精度影响最大的是主轴误差、导轨误差等。主轴几何偏心：车床上，与定位基准面间产生同轴度、垂直度等位置误差；镗床和钻床会呵斥孔径的扩展。 主轴回转误差主轴轴线漂移： 纯径向跳动：车削外圆、镗孔时产生圆度误差。 纯轴向窜动：车端面产生平面度误差；车螺纹产生螺距小周期误差。 纯角度摆动：产生圆柱度或端面外形误差。.主轴误差对加工精度的影响： 一样的误差对于不同加工方法

6、影响各不一样。例如：镗床镗孔时刀具随机床主轴回转，切削力和误差敏感方向也在旋转，轴线的漂移会直接反映到工件上去。 车削是工件回转，切削力和误差敏感方向不变，只需程度方向误差才1:1地反映到工件上。.提高主轴回转精度的措施:1提高主轴部件的制造精度，选用高精度滚动轴承或采用动压、静压轴承刚度高、回转精度高；2对滚动轴承进展预紧，以消除间隙或产生微量过盈，提高轴承刚度。3采用合理的工艺方法来消除主轴回精度对加工精度的影响，主轴只起传送动力和运动的作用。 例：采用固定顶尖定位加工，工件轴线不变。 采用电磁无心磨削加工，工件与主轴之间有偏心量产生传送扭矩，切削力与电磁力合力使工件紧贴在可调支承，主轴转

7、动与工件定位无关。. 导轨误差：对加工误差的影响以车削为例直线度误差： 导轨扭曲： 导轨与主轴位置误差： 传动误差：螺纹加工、齿轮加工等要求刀具与工件间坚持固定的传动关系，传动误差将影响螺纹导程、齿轮的分度精度等。.2. 刀具误差 展成法：加工外表是无数刀刃轨迹的包络面，刀刃外形为加工外表的共扼曲线，刀具误差会影响加工外表的外形误差。 轨迹法：工件外表是刀尖与工件相对运动轨迹的包络面。 定尺寸刀具：如钻头、铰刀、拉刀等，尺寸、外形直接影响工件尺寸和外形精度。 刀具磨损：直接影响刀具的尺寸、外形等。刀具误差包括刀刃廓形制造、刃磨误差及刀具安装误差。 成形法：刀具外表廓形“复印到加工外表上。安装误

8、差也直接影响加工外表外形精度。例如：车削螺纹，车刀安装偏高或偏低，三角形牙型轮廓会变成双曲线。.3. 夹具制造误差定位元件、刀具导向安装、对刀安装、分度机构以及夹详细等零件及组件的制造误差、组装位置误差，引起加工外表尺寸及位置误差。夹具磨损引起的定位误差。夹具制造误差主要是：.4.1.4 工艺系统受力变形 1. 工艺系统受力变形分析 机械加工过程中，在重力、切削力、惯性力、传动力等外力作用下，工艺系统都会变形，破坏刀具与工件间的正确位置，从而产生加工误差。 刚度：指加到系统上的作用力P与由它产生的在作用力方向上的位移y的比值。即K=P/y 工艺系统的刚度：指垂直于待加工外表的切削分力Py与工件

9、在Py方向的位移之比值。Ks=Py/y根据资料力学计算，两顶尖加工工件简化为简支梁：.2. 工艺系统受力对加工精度的影响1切削力对加工精度的影响误差复映：有外形误差或相互位置误差的工件毛坯，在加工后，因加工余量不均，切削力变化，使工艺系统产生了相应的变形，其外形误差或位置误差仍以与毛坯类似的方式、程度不同地反映在新的加工外表上。工件误差g对毛坯误差 m的复映程度称为误差复映系数。即 = g / m例：车削加工短圆柱毛坯，该毛坯有圆度误差椭圆，这时系统刚度可即近似看成常数。因此切削过程中背吃刀量在不断变化，从而导致系统的变形量也随之而变，最终加工后的外表仍为椭圆。 为小于1的正数，每次切削的复印

10、系数为 1 ， 2 ， 3最终误差复映系数为=123 1，故切削次数越多误差越小。.车削细长工件细长工件刚度低，切削时工件产生弯曲变形而让刀，且不同的部位变形程度不同，加工工件为腰鼓形。车削短而粗的刚性轴短轴刚度高，切削时工艺系统主要是机床的各部分刚度不等，不同的部位变形程度不同而让刀，加工工件为马鞍形，且最小直径出如今中间接近刚度高的一侧。.惯性力引起加工误差单爪拨盘产生离心力而产生定位端面位置误差；传送力矩与切削力矩平衡，半径方向变形是切削力与传动力产生位移量代数和，相加后结果为：心脏线轮廓。夹紧变形重力变形. 缩短切削力作用点和支承点的间隔，也可运用辅助支承提高零件刚度。合理运用机床：悬

11、伸长度短、运动间隙小、不运动部件要锁紧。其它措施：补偿系统受力变形、转移误差敏感方向、转移误差等。3. 减小工艺系统受力变形的措施提高工艺系统的刚度：包括构造刚度、衔接刚度、接触刚度等。控制受力大小和方向：经过合理选择切削参数、刀具角度控制切削力或分力的大小，也可利用对称性抵消作用力；改动切削力的方向，避开误差敏感方向。采用合理的装夹和加工方式。.4.1.5 工艺系统热变形工艺系统热源： 切削热、传动系统摩擦能耗发热、派生热源切屑、冷却液落在床身上、外部热源。 工艺系统热变形对加工精度的影响： 1机床由于各部分受热不均匀，发生弯曲和扭曲变形，降低了、机床几何精度，影响加工精度； 2加工短小工件

12、，加工可以忽略，但丈量时要思索热胀冷缩； 3车长轴时，温度逐渐升高，刀具和工件变形渐大，切除量逐渐增大，加工工件产生圆柱度误差；均匀热变形量计算：4工件单面受力如铣、刨、磨等，一面受热，工件上拱，加工后加工外表出现中凹。. 减少热变形影响的措施减少发热源：分别电机、液压系统等；热补偿：均化温度场，实践村各部分温度均匀；坚持系统热平衡：加工前先预热，平衡后在加工；环境恒温。.例：1. 工件刚度极大，床头刚度大于床尾，分析加工后加工外表外形误差。 (a) 左小右大锥形；(b) 构成内凹端面；(c) 马鞍形，小径靠床头。 2. 车削工件，产生图示误差，分析主要缘由。(a) 锥形：导轨与主轴不平行、刀

13、具磨损；(b) 腰鼓形：工件刚性差，产生让刀；(c) 马鞍形：工件刚性好，机床两端刚性差。.4.1.6 工件内应力引起的变形工件的内应力是指当外载荷去掉后依然存在与工件内部的应力。存在内应力是工件处于不稳定的平衡形状，应力变化将产生变形。内应力产生的缘由：1毛坯制造中产生内应力：在铸造、锻造、焊接及热处置中工件受热不均及金相组织变化时体积的变化而产生内应力。通常外表薄的部位先冷却凝固，芯部厚的部位后冷却，因此先冷却部分受压应力，后冷却部分受拉应力。马氏体的密度小马=7.75，奥氏体的密度大奥=7.96，部分相变体积变大时受拉应力，部分相变体积减少时受压应力。2冷校直引起内应力：刚性较差的、易变

14、形的细长工件，采用冷校直的方法纠正弯曲变形时产生内应力。3切削加工过程中产生内应力：切削过程中切削塑性变形、相变等使工件外表产生剩余应力。. 消除内应力的措施合理设计零件构造：铸件、锻件壁厚均匀，焊接件焊缝分布均匀等；尽量不采用冷校直工艺：精细件严禁冷校直，可热校直或加大余量多切削；合理安排时效处置消除内应力；合理安排工艺过程：粗加工后过一定时间后再精加工，粗加工后松开工件重新以较小的力装夹等。.4.1.7 加工误差的综合1误差的性质1系统误差：延续加工一批工件时，加工误差的大小和方向坚持一定或按某一确定规律变化。前者称为常值系统误差，后者称为变值系统误差。2随机误差：延续加工一批工件时，加工

15、误差的大小和方向都是无规律地变化。随机误差服从统计规律。2加工误差的综合加工误差的综合是根据加工情况分析加工精度的影响要素，分项计算主要误差，判别其性质，综合求得加工误差。系统误差按代数和合成：. 随机误差的合成概率法综合：其中1.2是随机误差的相对分布系数简化近似取值总的规范偏向：.3加工误差的统计分析分布曲线法概率直方图与分布曲线在正常加工条件下，用调整法加工一批工件所得的尺寸分布曲线符合正态分布曲线。.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 规范偏向均方根偏向： 分布概率分布面积：其中：.实例：一批活塞精镗后销孔检验尺寸如表，图样尺寸28-0.015mm分布中心：规

16、范差：=0.0022公差带中点=28-0.015/2 =27.9925.不合格品率计算：1. 计算：2. 查表：(z)3. 计算：合格品率= (z1) +(z2) 不合格品率：FA=0.5-(z1)FB=0.5-(z2).工艺才干系数工艺才干系数Cp=T/(6)工艺才干系数工艺方案的工艺才干，通常分为五级。.例题：车削一批小轴，直径20-0.1mm，丈量结果服从正态分布，公差带中心与分布中心差0.03mm，规范差=0.025mm，求合格品率和废品率，工艺才干系数Cp。解：zA=xA/=(T/2+0.03)/ =(0.1/2+0.03)/0.025 =3.2 FA=(zA)=0.499 zB=x

17、B/=(T/2-0.03)/ =(0.1/2-0.03)/0.025 =0.8 FB=(zB)=0.288合格品率=FA+FB=0.787废品率=1-0.787=0.213工艺才干系数：Cp=T/(6)=0.1/(6*0.025)=0.6667.例题：在外圆磨床上加工一批光轴，设计要求尺寸为400.03mm，平均值=40.01mm加工后测得工件的尺寸呈正态分布，且知=0.01mm，求：1划出工件尺寸分布曲线图和尺寸公差范围；2计算工艺才干系数；3废品率是多少？能否修复？1 解:1分布曲线如图。 2工艺才干系数： Cp= T/(6)=0.06/(6*0.01) =1 3不合格品都是尺寸过大，为可

18、修复不合格品，不合格品率为： F=0.5-(z)=0.5-0.4772=2.28%. 控制图法：控制图又称点图，消费中常用单值控制图和均值-极差控制图 -R图。1单值控制图：普通用于单件加工时间长和希望尽早发现异常，需求逐件画点，个别件的偶尔要素影响判别。2均值-极差控制图：.4.1.8 保证和提高加工精度的途径减少或消除原始误差；补偿或抵消原始误差；转移原始误差；误差分组；误差平均法；就地加工法；加工过程控制法。.4. 2 加工外表质量4.2.1 外表质量的根本概念1外表质量的含义：指零件加工后的外表微观几何外形和外表的物理机械性能形状。外表质量包括： 外表微观几何外形： 外表粗糙度S/H4

19、0 外表波度50S/H1000) 外表层物理机械性能：外表层冷作硬化 外表层剩余应力 外表层相变.2外表质量对零件运用性能的影响外表质量对零件耐磨性的影响：初期磨损快，跑合后进入正常磨损。外表粗糙时，高点干摩擦，磨损快；外表太光洁光阴滑油无法进入，呵斥资料粘结磨损，最正确Ra0.321.25m。外表硬化，耐磨性提高。外表相变影响耐磨性。外表质量对疲劳强度的影响：外表越粗糙，抗疲劳性越差。外表硬化抗疲劳性提高，但硬化程度过高，易出现疲劳裂纹、剥落景象。表层压应力，提高抗疲劳性，表层拉应力，降低抗疲劳性。外表质量对零件耐腐蚀性的影响：外表越粗糙，抗腐蚀才干越差。凹陷处易于杂质构成原电池，呵斥电化学

20、腐蚀。外表质量对配合性质的影响外表质量对接触刚度的影响：外表越粗糙，接触刚度越低，联接结实性、接触位置准确性越差。.4.2.2 影响加工外表粗糙度主要要素及其控制l 切削过程中塑性变形及其它物理要素引起的粗糙度1积屑瘤2鳞刺：较低速切削塑性较差的资料产生节状或粒状切屑，切屑在前刀面上周期性停留替代前刀面推挤切削层，呵斥塑性变形向切线以下延伸，呵斥已加工外表拉应力太大而导裂，构成鳞片状毛刺，这就是鳞刺。 3刃口挤压塑性变形4资料脆性外表粗糙度产生的缘由：l残留面积.外表粗糙度产生的缘由：l 工艺系统的振动自在振动：靠系统弹性恢复力维持的振动。强迫振动：靠外界周期干扰力继续作用系统被迫产生振动。自激振动：系统本身引起的交变力作用而产生的振动。切出时切削力做正功，获得能量；切入时做负功，耗费能量。当做正功大于负功时，系统产生振动。负摩擦实际切屑与刀具摩擦力随相对速度添加而下降，做功产生能量再生效应前后两次切削部分重叠相位滞后时，易产生振动振型耦合原理振动系统刚度主轴，使振动过程中切削截面积变化而引起切削力的变化，支持振动。.降低外表粗糙度的措施： l选择适宜的切削条件1切削速度2减小进给量3切削深度背吃刀量4切削液 l合理选用刀具几何参数和刀具资料1采用合理的刀具几何参数2采用与工件资料分子