[工学]第四章汽车零件的机械加工质量课件

1、车行天下 德技为先汽车制造工艺学纪峻岭车行天下 德技为先汽车制造工艺学第四章 汽车零件的机械加工质量第一节 机械加工质量第一节 机械加工质量第四章 汽车零件的机械加工质量图3-1机械加工质量第一节 机械加工质量第一节 机械加工质量一、加工精度1、加工精度 零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状及各表面间的相互位置参数）与理想几何参数的接近程度。2、加工精度的基本内容1）尺寸精度直径、长度等尺寸的实际值与理想值接近程度。2）形状精度表面或线的实际形状与理想形状的接近程度。3）位置精度表面或线的实际位置与理想位置的接近程度。第四章 汽车零件的机械加工质量第一节 机械加工质量第一节 机械加工质量一、加

2、工精度3、加工精度的影响因素1）尺寸精度调整、测量，刀具制造、磨损；2）形状精度机床成形运动的程度、切削刃的形状精度；3）位置精度机床精度、工件装夹方法。4、形状位置精度及尺寸公差的关系 形状误差应该限制在位置公差内，位置公差要限制在 尺寸公差内。既： 形状公差位置公差尺寸公差第四章 汽车零件的机械加工质量第一节 机械加工质量第一节 机械加工质量二、表面质量1、表面质量 机械加工后零件表面层的状况。2、表面微观几何形状特征1）表面粗糙度；2）波度；3）纹理方向；4）缺陷。3、表面层的物理力学性能和化学性能因切削力和切削热作用引起的变化1）表面层因塑性变形引起的强化（冷作硬化）；2）表面层中的残

3、余应力；3）表面因切削热引起的金相组织变化。第四章 汽车零件的机械加工质量第二节影响机械加工精度的主要因素第二节 影响机械加工精度的主要因素工艺系统：在机械加工时，机床、机床夹具、刀具 和工件形成的完整的加工系统。工艺系统的误差类型影响加工精度的因素： (1)工艺系统的原有误差 主要有原理误差、机床误差、夹具误差、安装 误差、刀具误差、测量误差、调整误差等。 (2)加工过程中的误差主要有工艺系统的受力变 形、受热变形、磨损和残余应力变形等。第四章 汽车零件的机械加工质量第二节影响机械加工精度的主要因素一、加工原理误差第四章 汽车零件的机械加工质量1、定义：由于采用近似的加工方法、近似形状的刀具

4、、近似的传动比进行加工，就会产生加工误差，称为原理误差或理论误差。2、特点：简化机床、刀具结构；提高效率和效益。 滚齿就是一种近似的加工方法： 由于滚刀的齿数是有限的，所以滚切出来的渐开线不是理想的光滑渐开线，而是多条趋近于该曲线的折线。不仅滚齿方法是近似的加工方法，滚刀也是近似形状的刀具，所以也会引起加工误差。第二节影响机械加工精度的主要因素二、机床误差第四章 汽车零件的机械加工质量1、机床导轨的直线度误差 导轨在水平、垂直平面内直线度误差。 结论：导轨在水平面内产生的误差大，称为误 差的敏感方向；导轨在垂直平面内产生 的直线度误差小，对加工精度的影响小， 因此，机床导轨在水平面内的直线度公

5、 差较垂直面内的值规定的更小些。 第二节影响机械加工精度的主要因素二、机床误差第四章 汽车零件的机械加工质量1、机床导轨的直线度误差 车床导轨在水平面内有直线度误差车床导轨在垂直面内有直线度误差第二节影响机械加工精度的主要因素二、机床误差第四章 汽车零件的机械加工质量2、机床主轴旋转轴线与导轨的平行度机床主轴旋转轴线与导轨在水平面内不平行，工件被加工成锥体。若平行度误差在长度L上为 ，则被加工表面锥度k为：第二节影响机械加工精度的主要因素二、机床误差第四章 汽车零件的机械加工质量2、机床主轴旋转轴线与导轨的平行度机床主轴旋转轴线与导轨在垂直面内不平行，工件被加工成双曲面体。若平行度误差在长度L

6、上为 ，刀尖轨迹倾角为：任意位置的半径方向的加工误差为第二节影响机械加工精度的主要因素1）定义：指主轴实际回转轴线相对理论回转轴线的“漂移”。2）分类：轴向窜动；径向跳动；角度摆动。3）影响因素：主轴误差、 轴承误差及热变形误差。第四章 汽车零件的机械加工质量3、机床主轴旋转时轴线位置的变化第二节影响机械加工精度的主要因素二、机床误差第四章 汽车零件的机械加工质量4、机床导轨的安装误差产生原因：安装不正确、水平调整不好、地基不良，造成导轨弯曲等变形。5、机床导轨的磨损产生原因：由于使用程度不同或受力不均，造成延全长各段磨损量不等，及同截面上各导轨磨损量不等，引起床鞍沿导轨移动时在水平和垂直面内

7、产生位移且有扭曲，从而产生加工误差。第二节影响机械加工精度的主要因素二、机床误差第四章 汽车零件的机械加工质量5、机床导轨的磨损第二节影响机械加工精度的主要因素二、机床误差5、控制机床误差的措施(1) 减小导轨误差导轨的制造误差、不均匀磨损和变形、机床的安装误差等。(2)减小主轴旋转误差机床中采用精密的主轴部件，如采用静压轴承(特别是静压球轴承，其径向和轴向跳动可达0.04m)，或用短三瓦自位轴承。(3)机床磨损的危害任何运动副、定位和导向元件的磨损，都会造成机床、夹具运动精度、导向精度、传动精度、几何位置精度以及定位精度的下降，使加工误差增大。机床制造的检测精度国家标准。第四章 汽车零件的机

8、械加工质量第二节影响机械加工精度的主要因素三、刀具误差刀具误差包括：刀具的制造及磨损误差。第四章 汽车零件的机械加工质量减小刀具磨损对加工误差影响的措施：1）尺寸补偿或调整。2）根据工件材料选用亲和力小、耐磨的刀具材料，如陶瓷合金等。3）选择相应的切削液，要求切削液有较强的浸润性、润滑性、冷却性、稳定性、对环境的无害性、防锈性。4）砂轮的自动修整与补偿。5）适当减小切削用量，以提高刀具耐用度。图3-7后刀面磨损图3-8刀具磨损与切削路程的关系第二节影响机械加工精度的主要因素四、工艺系统的受力变形（压移） 1、工艺系统刚度的概念第四章 汽车零件的机械加工质量 机床、夹具、工件和刀具构成的弹性系统

9、，统称为工艺系统。 工艺系统在外力作用下，抵抗变形的能力称为工艺系统刚度。 静刚度工艺系统变形的作用力是静态力； 动刚度作用力是随时间变化的交变力关系到系统的振动。第二节影响机械加工精度的主要因素四、工艺系统的受力变形（压移） 2、机床刚度及其对加工精度的影响第四章 汽车零件的机械加工质量图3-9机床刚度的计算1）机床刚度机床的刚度决定于各有关部件的刚度。任意点即离主轴为X处的机床刚度为：机床的刚度不是常数，是关于车刀位置的函数。其最大值位于x0处为：第二节影响机械加工精度的主要因素四、工艺系统的受力变形（压移） 2、机床刚度及其对加工精度的影响第四章 汽车零件的机械加工质量 2）机床刚度的其

10、它影响因素 （1）配合零件的接触刚度 接触刚度：零件接触表面抵抗因受外力而产生变形的能力。 方法：刮研接合面，过盈配合，减少接合面数量。 （2）机床薄弱零件的刚度 减小其受力。 （3）联接件的刚度 （4）零件的间隙 减小间隙热膨胀、装配措施（预紧） 3）影响效果 刚度不均匀，变形及切削量不均匀鞍形，圆柱度误差。 第二节影响机械加工精度的主要因素四、工艺系统的受力变形（压移） 3、工件刚度及其对加工精度的影响第四章 汽车零件的机械加工质量 1）工件在车床两顶尖间加工。工件在车床顶尖间加工腰鼓形圆柱度误差。第二节影响机械加工精度的主要因素四、工艺系统的受力变形（压移） 3、工件刚度及其对加工精度的

11、影响第四章 汽车零件的机械加工质量 2）工件在卡盘中装夹。工件在车床卡盘中装夹圆柱度误差，用于长径比不大的工件。第二节影响机械加工精度的主要因素四、工艺系统的受力变形（压移） 3、工件刚度及其对加工精度的影响第四章 汽车零件的机械加工质量 3）工件装夹在卡盘上并用后顶尖支承。属于静不定系统。工件前端夹在卡盘中后端用顶尖支承加工后形状第二节影响机械加工精度的主要因素四、工艺系统的受力变形（压移） 3、工件刚度及其对加工精度的影响第四章 汽车零件的机械加工质量 4）工件刚度很差时，加工内孔时的变形。薄壁工件在三爪自定心卡盘中夹紧a)夹紧后工件的形状b)内孔加工完毕后的形状c)卸下工件弹性恢复后的形

12、状第二节影响机械加工精度的主要因素四、工艺系统的受力变形（压移） 3、工件刚度及其对加工精度的影响第四章 汽车零件的机械加工质量 5）措施（1）曲轴、凸轮轴等细长轴，采用中间支承。（2）薄壁件夹紧力在圆周上均匀分布（采用液性塑料夹具），或者夹紧力作用在刚性较强的轴向位置处。第二节影响机械加工精度的主要因素四、工艺系统的受力变形（压移） 4、刀具刚度及其对加工精度的影响第四章 汽车零件的机械加工质量 外圆车刀、面铣刀等在误差敏感方向刚度大，影响小。钻头和镗刀影响较大。在卧式镗床上加工时，机床立柱和工作台的刚度很高，而刀具的刚度很低并对加工精度的影响较大。刀具的刚度与主轴刚度和刀杆刚度有关。第二节

13、影响机械加工精度的主要因素四、工艺系统的受力变形（压移） 4、刀具刚度及其对加工精度的影响第四章 汽车零件的机械加工质量 镗床主轴同一截面内不同方向的刚度不相等第二节影响机械加工精度的主要因素四、工艺系统的受力变形（压移） 4、刀具刚度及其对加工精度的影响第四章 汽车零件的机械加工质量 措施： 1）钻套提高钻头刚度； 2）镗孔时采用导向支承或专用镗模提高镗刀杆的刚度。不同镗孔方式第二节 影响机械加工精度的主要因素四、工艺系统的受力变形（压移） 5、工艺系统的刚度及其对加工精度的影响第四章 汽车零件的机械加工质量 工艺系统的刚度与各组成环节的刚度的关系。为计算方便，引入柔度，即第二节 影响机械加

14、工精度的主要因素四、工艺系统的受力变形（压移） 6、切削力的影响误差复映规律第四章 汽车零件的机械加工质量 如果毛坯件有形状误差，在切削时，刀具的背吃刀量不均匀，而使工艺系统产生的弹性变形量也不均匀，而使具有偏心的毛坯件经加工后，表面仍然是偏心的，及毛坯的误差被复映下来了，只不过是误差减小了，这称为误差复映规律。车削偏心毛坯第二节 影响机械加工精度的主要因素四、工艺系统的受力变形（压移） 7、控制工艺系统受力变形的主要措施第四章 汽车零件的机械加工质量 控制工艺系统受力变形的主要措施有：减小切削用量；补偿工艺系统有关部件的受力变形、提高工艺系统刚度；提高刀具加工时的刚度；提高机床和夹具的刚度。

15、 提高低刚度零件加工时刚度的措施第二节 影响机械加工精度的主要因素四、工艺系统的受力变形（压移） 7、控制工艺系统受力变形的主要措施第四章 汽车零件的机械加工质量 提高机床和夹具上连接件的刚度，装配时采用预紧措施。提高联接面接触刚度的措施第二节 影响机械加工精度的主要因素五、工艺系统的热变形 1、工艺系统的热源 1）热变形 机加工中，工艺系统要产生热量。工艺系统受热而引起的变形。 2）热变形主要来源 （1）切削热 被加工材料切削层的弹、塑形变形，刀具与切屑及已加工表面 的摩擦热对刀具和工件有较大的影响。 （2）摩擦热和传动热 运动零件摩擦及液压传动和电动机的温升对机床有较大的 影响。 （3）外

16、部热源（环境热） 环境温度变化及阳光、照明和取暖设备的辐射热对精密机 床及精密零件的加工与测量有显著影响。第四章 汽车零件的机械加工质量 第二节影响机械加工精度的主要因素五、工艺系统的热变形 2、机床热变形引起的加工误差 1）主轴热变形而产生的加工误差。第四章 汽车零件的机械加工质量 车床和立式铣床的热变形第二节 影响机械加工精度的主要因素五、工艺系统的热变形 2、机床热变形引起的加工误差 2）导轨热变形而产生的加工误差。第四章 汽车零件的机械加工质量 几种磨床的热变形a)外圆磨床b)双端面磨床c)导轨磨床第二节 影响机械加工精度的主要因素五、工艺系统的热变形 3、工件热变形引起的加工误差 第

17、四章 汽车零件的机械加工质量 切削热的分布第二节 影响机械加工精度的主要因素第四章 汽车零件的机械加工质量 切向切削力切削速度切削时间切削热传入工件的百分比工件热变形为材料线膨胀系数工件上下面的温差工件长度1）工件均匀受热 形状简单、对称的零件，加工时切削热比较均匀的传入工件， 传给工件的热量Q为：。工件温升为工件材料的比热容工件材料的密度工件的体积第二节 影响机械加工精度的主要因素第四章 汽车零件的机械加工质量 2）加工薄片类零件时，工件中间的变形量为 不均匀受热引起形状变化材料线膨胀系数工件上下面的温差薄片长度薄片厚度第二节影响机械加工精度的主要因素第四章 汽车零件的机械加工质量 3）工件

18、热变形引起的加工误差（1）轴类零件易产生形状、尺寸误差。 （2）丝杠易产生螺距累积误差。 （3）床身导轨面的磨削，导轨易产生直线度误差。 （4）薄圆环磨削，易产生圆度误差。 4）减少热变形的措施（1）采用有效的冷却措施。（2）提高切削速度。（3）热补偿法。（4）隔离热源，恒温加工。第二节 影响机械加工精度的主要因素五、工艺系统的热变形 4、刀具热变形引起的加工误差 第四章 汽车零件的机械加工质量 刀具主要热源来自于切削热，但传给刀具的热较少。车刀的热变形曲线第二节 影响机械加工精度的主要因素五、工艺系统的热变形 4、刀具热变形引起的加工误差 第四章 汽车零件的机械加工质量 刀具热变形的影响因素

19、： 1）提高切削用量中的任何一项，都能使刀具热身长增加。 2）热伸长量与刀杆截面尺寸近似成反比。 3）硬质合金刀片越厚，热伸长量小。 4）热伸长量与被加工材料的强度极限近似成正比。 5）加强刀具冷却，大大减少刀具热伸长量。第二节影响机械加工精度的主要因素六、工件内应力（残余应力） 1、工件内应力（残余应力） 指除去载荷后，存在工件内的应力。 2、内应力来源及特点 来源：金属内部组织发生不均匀变化而产生。 特点：是一种不稳定状态。 3、内应力产生的原因 毛坯制造、冷校直、机械加工等易产生内应力。具体为： 1）工件不均匀的加热和冷却。 2）工件材料金相组织的转变。 3）表面变形硬化时的塑性变形。

20、4、消除内应力的方法 1）合理设计的零件结构。 2）采用时效处理、退火和正火的热处理方法。 3）合理安排机械加工工艺。 第四章 汽车零件的机械加工质量 第二节 影响机械加工精度的主要因素 八、加工误差的统计分析 1、加工误差的性质 1）系统性误差：大小、方向不变或成规律变化。 2）随机性误差：大小、方向呈无规律变化。 2、加工误差的分析方法 1）计算法 2）统计分析法 第四章 汽车零件的机械加工质量 第二节影响机械加工精度的主要因素 八、加工误差的统计分析 3、分布曲线法 第四章 汽车零件的机械加工质量 此方法是通过测量一批零件的实际尺寸，作出尺寸分布曲线，然后按此曲线的位置和形状判断这种加工

21、方法产生的误差情况。利用尺寸分布曲线与公差带的关系图和概率表，可以：1）分析系统误差的大小和方向；2）指出随机误差因素对加工精度的综合影响；3）分析各尺寸范围内的零件占总数的百分比；4）估算产生废品的可能性及数量；5）分析减少废品率的有效方法。第二节 影响机械加工精度的主要因素 八、加工误差的统计分析 3、分布曲线法 第四章 汽车零件的机械加工质量 正态分布概率表尺寸分布曲线与公差带的关系图第二节 影响机械加工精度的主要因素 八、加工误差的统计分析 4、点图法 第四章 汽车零件的机械加工质量 利用点图法能按一定规律变化的系统误差和随机误差区分开，在一批零件的加工中级时发现加工误差的变化，以便采

22、取补偿措施消除各种系统误差，提高加工精度。第三节 表面质量的形成与影响因素第四章 汽车零件的机械加工质量 表面质量含义： 是零件加工后表面层状态完整性的表怔。它主要包括表面的几何特征和表层物理力学性能。提高机械加工表面质量，应研究的主要内容有：1）表面粗糙度及其改善的工艺措施。2）表面层物理、力学性能及其提高的工艺措施。3）机械加工中的振动及其控制。第三节 表面质量的形成与影响因素第三节 表面质量的形成与影响因素第四章 汽车零件的机械加工质量 一、表面粗糙度1、切削加工的表面粗糙度1）切削的残留痕迹图3-30车削加工时影响表面粗糙度的几何因素a)不考虑刀尖圆弧半径的影响b)背吃刀量和进给量较小

23、的影响进给量进给量刀具主、副偏角第三节 表面质量的形成与影响因素第四章 汽车零件的机械加工质量 一、表面粗糙度1、切削加工的表面粗糙度2）积屑瘤的影响（1）积屑瘤定义 在一定的条件下切削塑性金属时，由于前刀面挤压及摩擦的作 用，使切屑底层中的一部分金属停滞和堆积在切削刃口附近，形成硬块，能代替切削刃进行切削，这个硬块称为切屑瘤。（2）积屑瘤产生的原因 切屑底面对前刀面强烈摩擦，当接触面达到一定温度和压力时，表面产生粘结现象，形成积屑瘤。 （3）积屑瘤的特点：不稳定性， （4）积屑瘤的控制措施： 提高工件材料硬度；选择低、高速切削；采用切削液；增大前 角，减小切削厚度等。第三节 表面质量的形成与

24、影响因素第四章 汽车零件的机械加工质量 一、表面粗糙度1、切削加工的表面粗糙度3）工艺系统振动的影响 机加工时工艺系统的振动，是指刀具相对于工件产生周期性的位移，在加工 表面上形成波纹。机加工时有两种振动强迫振动和自激振动：(1) 强迫振动由外界具有一定频率的周期性变化的激振力所引起的振动称为强迫振动。特征：振动的频率与激振力的频率一致。 产生原因：1）由其它机床设备传来的振动。2）机床传动件制造和装配误差引起的振动。3）由于断续切削产生切削力周期性变化引起的振动。4）由于旋转工件或机床传动部分不平衡产生离心力而引起的振动。加工表面的波纹第三节 表面质量的形成与影响因素第四章 汽车零件的机械加

25、工质量 一、表面粗糙度1、切削加工的表面粗糙度3）工艺系统振动的影响（2） 自激振动 没有外界周期性激振力时所产生的振动称为自激振动。特征：切削过程过程停止，激振力随之消失。 减轻或消除自激振动的措施：1）提高工艺系统的刚度。2）正确选择刀具的几何参数和切削用量。3）采用特殊的消振措施。第三节 表面质量的形成与影响因素第四章 汽车零件的机械加工质量 一、表面粗糙度1、切削加工的表面粗糙度4）工艺因素对表面粗糙度的影响（1） 刀具的几何参数 减小进给量和刀具的主、副偏角，增大刀尖的圆弧 半径。 （2）切削速度 钢高速或者低速。 铸铁高速。（3）切削液（4）被加工材料第三节 表面质量的形成与影响因

26、素第四章 汽车零件的机械加工质量 一、表面粗糙度 2、磨削加工的表面粗糙度 1）几何因素的影响 （1）砂轮粒度和砂轮的修整 （2）磨削用量 转速高、线速度小，粗糙度值小。 2）表面层的塑性变形 （1）磨削用量 （2）砂轮粒度和硬度第三节 表面质量的形成与影响因素第四章 汽车零件的机械加工质量 二、工件表面层的力学性能和化学性能 1、表面强化 1）产生的原因： 金属层在切削力作用下产生变形，使其塑性、韧性降低，强度、硬度 提高，从而在工件表面形成一定深度的硬化层的现象。 2）加工硬化表示方法： 常用硬化层深度和硬化程度表示。 3）影响表面强化的主要因素： 金属塑性、导热性。 2、残余应力 表面层残余应力产生的原因： 1）切削力的影响。 2）切削