生产过程和机械加工质量

第3章机械加工质量3.1机械加工精度3.1.1机械加工精度的概念3.1.2机械加工精度获得的方法3.1.3影响机械加工精度的主要因素3.1.4提高机械加工精度的工艺措施3.2加工表面质量3.2.1机械加工表面质量的基本概念3.2.2机械加工表面质量对机器使用性能的影响3.2.3影响机械加工表面质量的因素及提高机械加工表面质量的工艺措施1广东白云学院数控教研室3.1机械加工精度3.1.1机械加工精度的概念

机械加工精度的概念加工精度：是指零件加工后，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。加工精度包括：尺寸精度：加工表面的实际尺寸与设计尺寸的尺寸之间的符合程度。在国标中尺寸公差分20级（IT01、IT0、IT1~IT18）。形状精度：加工表面的实际形状与理想零件表面形状相符合的程度。在国标中形状公差有六项：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：加工表面的间实际位置与理想位置相符合的程度。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广东白云学院数控教研室3.1.2机械加工精度获得的方法（2）调整法：通过预调好的机床、夹具、刀具、工件，在加工中自行获得尺寸精度。（3）定尺寸刀具法：用一定形状和尺寸的刀具加工获得。（4）自动控制法：用一定装置，边加工边自动测量控制加工。2.

形状精度的获得方法（1）轨迹法：利用刀具与工件间的相对运动轨迹来获得形状。（2）成形法：利用成形刀具加工获得表面形状。（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形状的包络线。l.

尺寸精度的获得方法（1）试切法：试切——测量——调整——再试切3广东白云学院数控教研室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。3.1.2机械加工精度获得的方法4广东白云学院数控教研室3.1.3影响机械加工精度的主要因素工艺系统

在机械加工中，由机床、夹具、刀具和工件等组成的统一体。按照工艺系统误差的性质可归纳为4个方面

1、工艺系统的几何误差2、工艺系统的受力变形3、工艺系统的热变形4、工件残余应力所引起的误差5广东白云学院数控教研室3.1.3影响机械加工精度的主要因素1）加工原理误差采用了近似的成形运动或近似的刀刃轮廓进行加工产生的误差。2）机床的几何误差（1）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：产生圆柱度或端面形状误差。1、工艺系统几何误差6广东白云学院数控教研室3.1.3影响机械加工精度的主要因素（2）机床导轨误差（3）机床传动链传动误差1、工艺系统几何误差3）工艺系统的其他几何误差（1）刀具误差（2）夹具误差（3）工件装夹误差（4）测量误差（5）调整误差7广东白云学院数控教研室2、工艺系统受力变形1）工艺系统的刚度及其影响（1）工艺系统的刚度机械加工过程中，在重力、切削力、夹紧力、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。3.1.3影响机械加工精度的主要因素

（2）工件和刀具的刚度

（3）接触刚度就是互相接触的两表面受力后抵抗变形的能力。

（4）机床部件的刚度8广东白云学院数控教研室2、工艺系统受力变形2）工艺系统受力变形引起的加工误差（1）切削过程中受力点位置变化引起的工件形状误差3.1.3影响机械加工精度的主要因素

（2）由切削力大小变化引起的误差——误差复映

（3）切削过程中受力方向变化引起的工件形状误差

（4）由其他作用力引起的误差a、夹紧力引起的误差b、离心力及传动力引起的误差c、重力引起的误差9广东白云学院数控教研室3）减小工艺系统受力变形的主要措施提高接触刚度提高工件的刚度，减少受力变形提高机床部件刚度、减少受力变形合理装夹工件、减少夹紧变形3.1.3影响机械加工精度的主要因素2、工艺系统受力变形10广东白云学院数控教研室1）机床热变形引起的加工误差2）工件的热变形引起的加工误差工件均匀受热工件不均匀受热3.1.3影响机械加工精度的主要因素3、工艺系统的热变形3）刀具的热变形引起的加工误差4）减少和控制工艺系统热变形的主要途径减少发热，隔离热源冷却、通风、散热均衡温度场加速热平衡控制环境温度11广东白云学院数控教研室例：车削工件，产生图示误差，分析主要原因。(a)锥形：导轨与主轴不平行、刀具磨损；(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。12广东白云学院数控教研室4、工件残余应力所引起的误差残余应力：是指当外载荷去掉后仍然存在于工件内部的应力。存在内应力是工件处于不稳定的平衡状态，应力变化将产生变形。残余应力产生的原因及所引起的误差：1）毛坯制造中产生内应力：在铸造、锻造、焊接及热处理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。通常表面（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。2）冷校直带来的残余应力：刚性较差的、易变形的细长工件，采用冷校直的方法纠正弯曲变形时产生内应力。3）切削加工引起的残余应力：切削过程中切削塑性变形、相变等使工件表面产生残余应力。3.1.3影响机械加工精度的主要因素13广东白云学院数控教研室减少或消除工艺系统残余应力的措施合理设计零件结构：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：精密件严禁冷校直，可热校直或加大余量多切削；合理安排时效处理消除内应力；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。3.1.3影响机械加工精度的主要因素14广东白云学院数控教研室1、直接减少误差法

2、误差补偿法

3、误差转移法

4、误差分组法3.1.4提高机械加工精度的工艺措施15广东白云学院数控教研室3.2机械加工表面质量3.2.1机械加工表面质量的概念1）表面质量的含义：指零件加工后的表面微观几何形状和表面的物理力学性能状态。表面质量包括：表面微观几何形状：

表面粗糙度表面波度

表面层物理力学性能：表面层冷作硬化表面层残余应力表面层相变16广东白云学院数控教研室3.2.2机械加工表面质量对机器使用性能的影响1、表面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。表面粗糙时，高点干摩擦，磨损快；表面太光洁时润滑油无法进入，造成材料粘结磨损，最佳Ra0.32~1.25μm。表面硬化，耐磨性提高。表面相变影响耐磨性。2、表面质量对疲劳强度的影响：表面越粗糙，抗疲劳性越差。表面硬化抗疲劳性提高，但硬化程度过高，易出现疲劳裂纹、剥落现象。表层压应力，提高抗疲劳性，表层拉应力，降低抗疲劳性。3、表面质量对零件耐腐蚀性的影响：表面越粗糙，抗腐蚀能力越差。凹陷处易于杂质形成原电池，造成电化学腐蚀。4、表面质量对配合性质的影响5、表面质量对接触刚度的影响：表面越粗糙，接触刚度越低，联接牢固性、接触位置准确性越差。3.2机械加工表面质量17广东白云学院数控教研室3.2.3影响机械加工表面质量的因素及提高机械加工表面质量的工艺措施1、影响表面粗糙度的工艺因素：与切削刀具有关的因素主要是刀具的几何参数与工件材质相关的因素包括材料的塑性、金相组织等与加工条件有关的因素包括切削用量、冷却条件以及工艺系统的精度与抗振性等3.2机械加工表面质量18广东白云学院数控教研室2、降低表面粗糙度的措施：l

选择合适的切削条件（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材料（1）采用合理的刀具几何参数（2）采用与工件材料分子亲和力小的刀具材料l

改善工件材料的性能和金相组织l

使用特殊的加工方法3.2机械加工表面质量19广东白云学院数控教研室4.2.3影响零件表面层物理力学性能的因素改善措施1）表面层加工硬化加工过程中工件表层金属产生塑性变形，金属晶体产生剪切滑移，晶格扭曲使表层金属强度、硬度提高，塑性下降。2）加工表面金相组织变化和磨削烧伤

金相组织变化主要发生在磨削加工过程中，当磨削温度超过材料相变温度，金相组织将发生变化，表层显微硬度变化、产生表面残余应力、显微裂纹，表面出现彩色氧化膜，又称为磨削烧伤。3.2机械加工表面质量20广东白云学院数控教研室磨削烧伤的主要形式（磨削淬硬钢）：影响因素：1）磨削用量2）砂轮的选择3）工件材料4）冷却条件3.2机械加工表面质量21广东白云学院数控教研室3）表层残余应力