机械制造基础

第11章机械加工质量

第一页，共四十五页。一目的与要求掌握机械加工精度的概念。了解在生产中影响机械加工的精度的主要因素。了解机械加工表面质量第二页，共四十五页。二教学内容机械加工精度概述

1加工精度和加工误差

2机械加工的经济精度

3工件加工精度的获得方法影响加工精度的原因

1原始误差

2工艺系统的几何误差

3减小或消除内应力的措施第三页，共四十五页。机械加工表面质量1加工表面质量的含义2影响机械加工表面质量的因素

a切削层残留面积

b

表面层的加工硬化

c表面残余应力

d表面层的金相组织变化与磨削烧伤

第四页，共四十五页。

三重点与难点掌握工艺系统静误差对加工精度的影响掌握工艺系统动误差对加工精度的影响第五页，共四十五页。11.1机械加工精度概述11.1.1加工精度与加工误差

加工精度：零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数相符合的程度。符合程度越高则加工精度就越高。

加工误差：零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度称为加工误差。加工精度的高低是以加工误差的大小来评价的。第六页，共四十五页。

11.1.1加工精度与加工误差

“加工精度”和“加工误差”是评定零件几何参数准确程度的两种不同概念。生产实际中用控制加工误差的方法或现代主动适应加工方法来保证加工精度。第七页，共四十五页。

11.1.2机械加工的经济精度

机械加工经济精度是指某种加工方法，在正常生产条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备、标准技术等级的工人，不延长加工时间）所能保证的加工精度第八页，共四十五页。

11.1.3工件加工精度的获得方法

尺寸精度的获得方法形状精度的获得方法位置精度的获得方法

第九页，共四十五页。试切法调整法定尺寸刀具法自动控制法

第十页，共四十五页。机床运动轨迹法成形法仿形法展成法第十一页，共四十五页。一次安装获得法多次安装获得法

第十二页，共四十五页。

11.2影响加工精度的因素

零件的机械加工是在由机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统中进行的。工艺系统中凡是能直接引起加工误差的因素都称为原始误差。原始误差的存在，使工艺系统各组成部分之间的位置关系或速度关系偏离了理想状态，致使加工后的零件产生了加工误差。若原始误差是在加工前已存在，即在无切削负荷的情况下检验的，称为工艺系统静误差；若在有切削负荷情况下产生的则称为工艺系统动误差。第十三页，共四十五页。

11.2.1原始误差的分类归纳

加工原理误差工件装夹误差机床误差工艺系统静误差夹具误差原始误差调整误差刀具误差

工艺系统受力变形工艺系统动误差工艺系统热变形刀具磨损度量误差工件内应力引起的变形第十四页，共四十五页。

1

加工原理误差加工原理是指加工表面的形成原理。加工原理误差是指由于采用近似的加工方法所产生的误差。为了获得规定的加工表面，要求切削刃完全符合理论曲线的形状，刀具和工件之间必须作相对准确的切削运动。但往往为了简化机床或刀具的设计与制造，降低生产成本，提高生产率和方便使用而采用了近似的加工原理，在允许的范围内存在一定的原理误差。第十五页，共四十五页。

2工件装夹误差

工件装夹误差主要包括定位误差和由于夹紧力过大而引起的夹紧误差。工件装夹误差是指一批工件采用调整法加工时因定位不准确而引起的尺寸或位置的最大变动量。该误差由基准不重合误差和基准位移误差构成。第十六页，共四十五页。

3工艺系统静误差

机床误差夹具误差刀具误差

第十七页，共四十五页。

(1)机床误差

机床误差是指由机床制造、安装和使用中的磨损造成的误差。其中对加工精度影响较大的有：①

主轴回转运动误差；②机床导轨误差；③传动链误差。第十八页，共四十五页。主轴回转运动误差主轴回转运动误差是指主轴的实际回转轴线相对于平均回转轴线（实际回转轴线的对称中心线）的变动量，有三种基本形式：径向圆跳动；轴向窜动；角度摆动第十九页，共四十五页。

径向圆跳动:

是指主轴瞬时回转中心线相对平均回转中心线所作的公转运动，如图11-1a）所示。轴向窜动:

是指瞬时回转中心线相对于平均中心线在轴线方向上的变动，如图11-1b）所示。

角度摆动:

是指主轴瞬时回转中心线相对于平均中心线在角度方向上的偏移,如图11-1）c所示。第二十页，共四十五页。a）径向圆跳动b）轴向窜动c）角度摆动图11-1主轴回转误差的基本形第二十一页，共四十五页。机床导轨误差

导轨在水平面内弯曲，如图11-2所示。导轨在垂直面内弯曲，如图11-3所示。

导轨扭曲。如果前后导轨在垂直方向存在平行度误差，如图11-4所示。

注意误差敏感方向

第二十二页，共四十五页。导轨在水平面内弯曲a）b）图11-2导轨在水平面内弯曲第二十三页，共四十五页。导轨在垂直面内弯曲

a）b）图11-3导轨在垂直面内弯曲第二十四页，共四十五页。导轨扭曲a）b）图11-4导轨扭曲引起的加工误差第二十五页，共四十五页。

传动链误差

加工螺旋面、齿轮、蜗轮等成形表面时，刀具和零件之间精确的运动关系——回转运动速度与直线运动速度或回转运动速度与回转运动速度之间的恒定关系是由机床传动系统即传动链来保证的。传动链误差是指机床内联系传动链始末两端传动元件之间相对运动的误差。第二十六页，共四十五页。

(2)夹具误差

夹具的误差主要包括：①定位元件、刀具引导元件、分度机构、夹具体等的设计和制造误差。②夹具装配后，以上各种元件工作面间的位置误差。③夹具在使用过程中工作表面的磨损。④夹具使用中工件定位基面与定位元件工作表面间的位置误差。第二十七页，共四十五页。

（3）刀具误差

一般刀具(如普通车刀、单刃镗刀、平面铣刀等)的制造误差对工件精度没有直接影响。

定尺寸刀具(如钻头、铰刀、拉刀及槽铣刀等)的尺寸误差直接影响加工工件的尺寸精度。第二十八页，共四十五页。

4调整误差

在加工过程中，存在许多工艺系统的调整问题。例如：机床的调整、夹具的调整、刀具的调整等。总之，在机械加工的每一个工序中，总要进行这样或那样的调整工作。由于调整不可能绝对准确，也就带来了调整误差。第二十九页，共四十五页。

5．工艺系统动误差

(1)工艺系统受力变形机械加工过程中，工艺系统在切削力、夹紧力、传动力、重力和惯性力等外力作用下，会产生变形，破坏刀具和零件之间的正确位置关系，使零件产生加工误差。第三十页，共四十五页。

(1)工艺系统受力变形①工艺系统刚度。刚度是指弹性系统受力后抵抗变形的能力；工艺系统刚度是指垂直作用于工件加工表面（加工误差敏感方向）的径向分力与工艺系统在该方向的变形之间的比值。

（11-1）式中——工艺系统的刚度（）；

——沿变形方向上的静载荷大小（）；

——静变形量（）。第三十一页，共四十五页。

工艺系统在某处的法向(误差敏感方向)总变形是各个组成环节在同一位置处法向变形的叠加，即：

（11-2）式中——机床的变形量（）；

——刀架的变形量（）；

——夹具的变形量（）；

——工件的变形量（）。

第三十二页，共四十五页。

而各组成部分的刚度为：，，，（11-3）

式中——机床的刚度（）；

——刀架的刚度（）；

——夹具的刚度（）；

——工件的刚度（）。工艺系统刚度的一般计算式为：

（11-4）

第三十三页，共四十五页。②

切削力大小变化引起的加工误差——误差复映现象。误差复映现象是指由于毛坯加工余量和材料硬度的变化，引起了切削力和工艺系统受力变形的变化，因而使加工后工件的尺寸误差和形状误差产生了与毛坯误差相似的现象。第三十四页，共四十五页。

以切削一个有椭圆形圆度误差的工件毛坯为例:如图11-5所示,设毛坯最大背吃刀量为ap1,最小背吃刀量为ap2,则毛坯误差。切削毛坯时,在最大和最小背吃刀量时产生的工艺系统的受力变形为、引起的工件误为。与的比值称为误差复映系数，该值反映了误差复映程度。即：（11-5）

第三十五页，共四十五页。由于总小于，所以总是小于1。

图11-5毛坯的误差复映第三十六页，共四十五页。

③切削力作用点位置变化引起的加工误差图11-6受力点变化引起的变形第三十七页，共四十五页。

④惯性力产生的加工误差a）b）c）

图11-7惯性力引起的加工误差第三十八页，共四十五页。

(2)工艺系统热变形①工艺系统的热源工艺系统的热源可分为内部热源和外部热源两大类。②机床受热变形产生的加工误差例如：轴承摩擦发热、机床导轨副的摩擦热等。③工件热变形引起的加工误差④刀具热变形引起的加工误差第三十九页，共四十五页。

（3）工件内应力引起的变形

毛坯制造时产生的内应力。如图11-9工件冷校直时产生的内应力工件切削时产生的内应力内应力是指当外部载荷去除后，仍残存在工件内部的应力。图11-9床身内应力重新分布引起的床身变形第四十页，共四十五页。11.2.2提高加工精度的工艺措施1．减少误差法如图11-10

2．误差补偿法如图11-11

3．误差转移法如图11-12

4．误差均分法第四十一页，共四十五页。图11-10反拉法切削细长轴图11-12利用镗模转移机床误差

图11-11通过导轨凸起补偿横梁变形第四十二页，共四十五页